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宁波大红鹰学院机械与电气工程学院宁波大红鹰学院机械与电气工程学院宁波大红鹰学院机械与电气工程学院 毕业技能综合实训毕业技能综合实训毕业技能综合实训 实训报告 实训项目 一级直齿圆柱齿轮减速器结构设计与加工 完 成 人 范圣锋 系 别 数字制造系 专 业 数控技术 班 级 10 辅助 2 班 指导教师 李燕 李延芳 毕业技能综合实训报告目录毕业技能综合实训报告目录 第第 1 阶段阶段 减速器的概念减速器的概念 1 1 1 减速器的介绍 1 1 2 减速器的类型 2 1 3 型面联接 2 第第 2 阶段阶段 PCB 板制作板制作 5 2 1 阿双方大的事发生大幅 5 第第 3 阶段阶段 PCB 板制作板制作 6 3 1 阿双方大的事发生大幅 6 第第 4 阶段阶段 PCB 板制作板制作 7 4 1 阿双方大的事发生大幅 7 总结与致谢总结与致谢 8 第第 1 1 阶段阶段 减速器的概念减速器的概念 1 1 1 1 减速器的介绍减速器的介绍 减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用 在现代 机械中应用极为广泛 减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类 两者的 设计 制造和使用特点各不相同 20 世纪 70 80 年代 世界上减速器技术有了很大的 发展 且与新技术革命的发展紧密结合 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置 用来降低转速和增大转 矩 以满足工作需要 在某些场合也用来增速 称为增速器 选用减速器时应根据工作机的选用条件 技术参数 动力机的性能 经济 性等因素 比较不同类型 品种减速器的外廓尺寸 传动效率 承载能力 质量 价格等 选择最适合的减速器 减速器是一种相对精密的机械 使用它的目的是降低转速 增加转矩 齿轮 轴及轴承组合 小齿轮与轴制成一体 称齿轮轴 这种结构用于齿轮直径与轴的直径相关不 大的情况下 如果轴的直径为 d 齿轮齿根圆的直径为 df 则当 df d 6 7mn 时 应 采用这种结构 而当 df d 6 7mn 时 采用齿轮与轴分开为两个零件的结构 如低速 轴与大齿轮 此时齿轮与轴的周向固定平键联接 轴上零件利用轴肩 轴套和轴承盖 作轴向固定 两轴均采用了深沟球轴承 这种组合 用于承受径向载荷和不 大的轴向载荷的情况 当轴向载荷较大时 应采用角接触球轴承 圆锥滚子轴承 或深沟球轴承与推力轴承的组合结构 轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油 进行润滑 箱座中油池的润滑油 被旋转的齿轮溅起飞溅到箱盖的内壁上 沿内壁流到分箱面坡 口后 通过导油槽流入轴承 当浸油齿轮圆周速度 2m s 时 应采用润滑脂润滑轴 承 为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂 可采用挡油环将其分开 为防止润滑油流失 和外界灰尘进入箱内 在轴承端盖和外伸轴之间装有密封元件 1 2 1 2 减速器的类型减速器的类型 一般的减速器有斜齿轮减速器 包括平行轴斜齿轮减速器 蜗轮减速器 锥针轮减 速器 齿轮减速器等等 行星齿轮减速器 摆线蜗轮蜗杆减速器 行星摩擦式机械无 级变速机等等 1 圆柱齿轮减速器 单级 二级 二级以上二级 布置形式 展开式 分流 式 同轴式 2 圆锥齿轮减速器 用于输入轴和输出轴位置成相交的场合 3 蜗杆减速器 主要用于传动比 i 10 的场合 传动比较大时结构紧凑 其缺 点是效率低 目前广泛应用阿基米德蜗杆减速器 4 齿轮 蜗杆减速器 若齿轮传动在高速级 则结构紧凑 减速器 若蜗杆传动在高速级 则效率较高 5 行星齿轮减速器 传动效率高 传动比范围广 传动功率 12W 50000KW 体积和重量小 例如大型硬齿面行星人字齿减速器 平行轴式减速 器 大型立式行星减速器 大型锚绞机双分流减速器 差动减速器这些减速器在重型 起重机中应用比较多 还有很多起重机专用减速机如 TP 系列行星齿轮减速机 TB TH 系列大功率减速机 冷轧专用减速机 1 3 1 3 箱体箱体 箱体是减速器的重要组成部件 它是传动零件的基座 应具有足够的强度和刚度 箱体通常用灰铸铁制造 对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱 体 单体生产的减速器 为了简化工艺 降低成本 可采用钢板焊接的箱体 灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能 为了便于轴系部件的安装和拆卸 箱体制成沿轴心线水平剖分式 上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体 轴承座的联接螺 栓应尽量靠近轴承座孔 而轴承座旁的凸台 应具有足够的承托面 以便放置联接螺 栓 并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间 为保证箱体具有足够的刚度 在轴承孔附近 加支撑肋 为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加 工面积 箱体底座一般不采用完整的平面 1 4 1 4 减速器附件减速器附件 为了保证减速器的正常工作 除了对齿轮 轴 轴承组合和箱体的结构设计给予 足够的重视外 还应考虑到为减速器润滑油池注油 排油 检查油面高度 加工及拆 装检修时箱盖与箱座的精确定位 吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计 1 检查孔为检查传动零件的啮合情况 并向箱内注入润滑油 应在箱体的适当位 置设置检查孔 检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处 平时 检查孔 的盖板用螺钉固定在箱盖上 2 通气器减速器工作时 箱体内温度升高 气体膨胀 压力增大 为使箱内 热胀空气能自由排出 以保持箱内外压力平衡 不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件 等其他缝隙渗漏 通常在箱体顶部装设通气器 3 轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷 轴承座孔两端用轴承 盖封闭 轴承盖有凸缘式和嵌入式两种 利用六角螺栓固定在箱体上 外伸轴处的轴 承盖是通孔 其中装有密封装置 凸缘式轴承盖的优点是拆装 调整轴承方便 但和 嵌入式轴承盖相比 零件数目较多 尺寸较大 外观不平整 4 定位销为保证每次拆装箱盖时 仍保持轴承座孔制造加工时的精度 应在 精加工轴承孔前 在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销 安置在箱体纵向两侧联接 凸缘上 对称箱体应呈对称布置 以免错装 5 油面指示器检查减速器内油池油面的高度 经常保持油池内有适量的油 一般在箱体便于观察 油面较稳定的部位 装设油面指示器 6 放油螺塞换油时 排放污油和清洗剂 应在箱座底部 油池的最低位置处 开设放油孔 平时用螺塞将放油孔堵住 放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈 7 启箱螺钉为加强密封效果 通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或 密封胶 因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖 为此常在箱盖联接凸缘的适当位 置 加工出 2 个螺孔 旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉 旋动启箱螺钉便 可将上箱盖顶起 小型减速器也可不设启箱螺钉 启盖时用起子撬开箱盖 启箱螺 钉的大小可同于凸缘联接螺栓 1 5 1 5 型面联接型面联接 型面联接的发展历史及研究概况 早在 16 世纪就开始使用非圆截面轴孔传递扭矩 首先在钟表机械 然后在印刷机 械和其他机械 由于在制造中工艺难度大 曾一度被键或花键所代替 17 世纪中期 多棱面在车床上实现加工 但是不曾被工业部门所掌握 这种传动方式并未得到应用 20 世纪中叶 奥地利工程师科拉乌兹提出了三凸边摆线廓形的几何形状及其制造工艺 设计制造了专用廓形机床 大大推进了型面无键联接廓形的应用 之后 前苏联的巴 罗威奇研究了等距型面及其几何特性 并深入研究了成形原理 同期 Binder h J 用光 弹试验研究了等距型面联接在接触区内剪应力的分布规律 从此人们开始对等距型面 联接的设计计算和制造工艺进行了比较系统的研究 美国 联邦德国 英国 瑞士 日本等早在 50 年代就开始应用无键联接 德国在 20 世纪 80 年代制定了部分设计标准 俄罗斯的工程技术人员研究了等距型面的制造工艺及设备 美国一些制造商研制了专 用工装 这方面的研究直到目前为止仍然是机械工程界的一个热点 研究等距型面在工业中的应用 特别是在煤矿中的应用已经成为非常重要的课题 许 多煤矿机械在检修过程中 需要更换传动件 如带轮 或支承件 如轴承 往往因为 装拆困难造成零件损坏 等距型面联接就能够克服这些缺点 但型面联接在我国的应 用却很少见到 其根本原因是相配合的型面孔和型面轴的加工都比较复杂 机床改造 费用高 在加工型面联接零件的各种方法中 刀具与工件之间的运动都存在着确定的 内联系传动链 或者相配合的型面孔和轴需要在不同的机床上完成加工 因而生产效 率和效益都很低 加工质量也难保证 所以探讨一种工艺性较好的型面曲线及加工装 置 对促进型面联接在国内各行业中的推广具有重要意义 无键联接是指轴和毂孔之间不使用键 包括平键或花键等 而组装在一起来传递 扭矩和运动的一种联接方式 面无键联接可以实现间隙配合 过盈配合及过渡配合 异形截面纵向可以是柱状 也 可以是锥状 其孔可以是通孔也可以是盲孔 见图 1 1 无论是在空载下还是在负 载下型面联接都可以传递扭矩 而且许可相对轴向移动 由于在结构上和工艺上有独 特的优越性 使用上又可以传递大扭矩 因此型面连接在各种机械传动中得到了广泛 的应用 型面连接中轴的横截面 或毂孔 的边界称为型面曲线 常用的型面曲线有 等距曲线 在微分几何中也称等宽曲线 等厚曲线 或等轴曲线 摆线 正 余 弦曲线等 还有一类边界为折线形的型面 如正方形 三角形 六方形和四边形的轴 孔构成的型面联接 以及型面曲线为对数螺旋线的型面联接等 由于型面联接具有一系列的优点 目前在金属切削机床 汽车 拖拉机的变速箱 以及其他一些机器中逐渐得到了应用 最近 国外的某些组合机床及柔性模块系统中 型面联接的应用范围被不断推广 并取得了良好的效果 在组合机床上主轴和夹具 心轴 调节套 接杆等 的柄部的联接通常采用键联接 存在调整件数较多 不能 保证足够的联接刚度等缺点 采用型面联接代替键联接 可提高联接强度 5 倍 同时 能降低制造成本 减少夹具的重量 型面联接的应用 使刀具更换方便 夹紧可靠 调整简单 提高了工效 柔性模块工具系统 FMTS 是高度自动化金属切削机床的重要组成部分 FMTS 是成 套专用的 一般不直接安装在机床主轴上 在改变被加工工件时 使用 FMTS 可改 变刀具系统 从而提高机床的柔性 设计 FMTS 的主要问题之一是选择联接类型 联 接的正确与否 在很大程度上影响刀具的可靠性 寿命和耐用度 以及加工精度 采 用型面联接结构 既保证了联接强度 又使结构寿命长 装拆方便 第第 2 2 阶段阶段 减速器的减速器的 CADCAD 绘制过程绘制过程 2 1 2 1 AutoCADAutoCAD 的概念的概念 AutoCAD 是由美国 Autodesk 欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用 CAD 技术而开发的绘图程序软件包 经过不断的完善 现已经成为国际上广为流行的绘图 工具 AutoCAD 具有良好的用户界面 通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作 它的多文档设计环境 让非计算机专业人员也能很快地学会使用 在不断实践的过程 中更好地掌握它的各种应用和开发技巧 从而不断提高工作效率 AutoCAD 具有广泛的适应性 它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上 运行 并支持分辨率由 320 200 到 2048 1024 的各种图形显示设备 40 多种 以及数 字仪和鼠标器 30 多种 绘图仪和打印机数十种 这就为 AutoCAD 的普及创造了条件 2 2 2 2 特点特点 1 具有完善的图形绘制功能 2 有强大的图形编辑功能 3 可以采用多种方式进行二次开发或用户定制 4 可以进行多种图形格式的转换 具有较强的数据交换能力 5 支持多种硬件设备 6 支持多种操作平台 7 具有通用性 易用性 适用于各类用户此外 从 AutoCAD2000 开始 该系统又 增添了许多强大的功能 如 AutoCAD 设计中心 ADC 多文档设计环境 MDE Internet 驱动 新的对象捕捉功能 增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能 从而使 AutoCAD 系统更加完善 2 3 2 3 AutoCADAutoCAD 20072007 用户界面用户界面 用户界面主要由菜单浏览器 快速访问工具栏 功能区 绘图窗口 滚动条 命令提 示窗口 状态栏等部分组成 2 4 2 4 计算及说明计算及说明 计计 算算 及及 说说 明明结结 果果 设计单级标准直齿圆柱齿轮减速器的齿轮传动 已知条件为 传动比率 P 15kw 主动轮转速 n1 960r min 传动比 3 55 载荷平稳 单向回转预期使用寿命为 10 年 原动机为电动机 1 选择材料 热处理方法及精度等级 P158 表 9 3 P174 表 9 12 考虑 HBS HBS 30 50HBS 小齿轮选用 45 调质处 齿 12 面硬度 HBS 217 255HBS 大齿轮选用 45 正火处理 2 HBS 162 217HBS 减速器为一般齿轮传动 估计圆周速度大于 2 5m s 初选 8 级精度 初选 Z 24 Z 3 55 24 85 2 齿宽系数 12 1 2 Z 22 28 d 2 闭式轮齿面齿轮传动 设计准则 按齿面接触疲劳强度设计 按齿根弯曲疲劳强度校核 设计公式 d1 2 2 52 3 1 1 3 G Z ud ukt H E T1 9 55 10 9 55 10 298437 5N mm 6 1 n P 6 480 15 载荷系数 k 查表 9 4 取 ka 1 2 ZE 查 P160 表 9 5 ZE 189 8 H H H GZN lim 1 许用接触应力 由图 9 21 查地 Hlim 570Mpa H1 Hlim 530Mpa 由表 9 6 查地 1 02 N1 60njlh 60 480 10 52 40 5 99 8 10 N2 8 8 1 10 69 1 55 3 10 99 5 i N 查图 9 22 ZN1 1 ZN2 1 05 mpa Z H HimN H 5 598 1 P 15kw n 480r min 1 i 2 8 T1 298437 5N m m Z 24 1 Z 85 2 N1 5 9 10 8 N2 8 10 69 1 mpa H H 5 609 530 0 1 2 77 2 1 d 3 32 2 1 96 459585 52 3 1 H E Z ud uKT m 22 3 24 2 77 1 1 z d 由表 9 1 取标准模数 m 4 主要尺寸 d1 mz1 96 d2 mz2 340 8 b2 d1 115 2 b1 b2 5 120 2 a Z Z m 218 4 2 1 12 4 按齿根弯曲疲劳校核由表 9 7 查得齿数系数 Y 2 65 Y 2 308 Y 1 59 Y 1 73 1F2F1S2S 由表 9 6 查得 S 1 3 220mpa 180mpa Y Y 1 Flim1Flim2N1N2 1 169 23mpa 2 F F Flim1N1 S Y F F Flim2N2 S Y 138 46mpa Y Y 65 381 1 169 23mpa F1 1 2 i 1 z m b 3KT F1S1F 61 74 2 138 46 F2 S2F1 S2F2F1 Y Y Y Y F 由此得出齿根弯曲强度合格 验圆周速度 V 2 41 m s 5m s 所以选 8 级精度合 1000 60 n d 1 格 其他几何尺寸计算 d 96 1 d2 340 b2 115 b1 120 a 218 V 2 41m s 5m s 计计 算算 及及 说说 明明结结 果果 二 轴的设计 1 选择轴的材料减速器 功率不大又无特殊要求不选最常用 的 45 钢并做正火处理 2 按转距估算轴的最小直径设计公式如下 d 由表 12 2 查得 C 110c 3 n P d1 34 65c 3 1 n P d2 52 85c 3 2 n P 计算所得应力最小轴径 该轴段因加键槽应加大 3 7 并圆 整取得 d1 36mm d2 55mm 3 轴的结构设计 根据估算所得直径轮毂宽及安装情况确定轴为阶梯轴 每 段轴增加 5 10mm 三 根据所计算的数据 绘制减速器配 d1 36mm d2 55mm 2 5 2 5 绘制减速器绘制减速器大轴大轴零件图零件图 1 绘制零件图之前我们所要做的是新建图层 单击按键进入图层特性管理面板 再单 击按键开始新建我们所需要的中心线层 虚线层 轮廓线层 标注层 剖面线层 文字层 2 新建好图层后就可以开始画零件图 先把图层换到中心线层使用快捷件 L 或者可以单 击