空间轮系综合实验台的设计 任务书与开题报告.doc

毕业设计任务书学 院、系：机械工程与自动化学院专 业：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 设 计 题 目：空间轮系综合实验台的设计起 迄 日 期: 2011年 2月 22日 2011年 6月 20 日指 导 教 师: 系 主 任: 发任务书日期: 2011年2月20日 毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系：机械工程与自动化学院专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：空间轮系综合实验台的设计指导教师: 2011 年 03 月 08日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：轮系的功能轮系的功能轮系在各种机械中都有广泛的应用。但从其功能上来看，主要归纳为以下十种功能：1、实现大传动比的减速或增速传动只须适当选择齿轮的对数和各轮齿数，就可获得所需的大传动比传动，而且外廓尺寸远比使用一对齿轮小，尤其是采用周转轮系，更可以在使用很少的齿轮并且保证结构紧凑的条件下，得到很大的传动比。2、实现较远距离的一对齿轮传动采用多个齿轮组成一定轴轮系，可显著减少整个机构的空间，还可以节省材料和成本。3、实现换向传动机械的原动机转向一般不变，而执行机构的执行构件的回转方向因工作需要必须能够时正时反，采用适当的轮系可方便地反复变换执行构件的转向。4、实现变速传动在主轴转速不变的情况下，利用轮系可使从动轴得到若干种转速，这种传动称为变速传动【1】。5、实现分路传动在一个动力源的机械中，常常需要多个执行构件协调配合起来完成预期的动作，可采用若干轮系作为几个分路传动来实现。6、用作运动的合成在差动轮系中，若给定两个基本构件的运动，则第三个基本构件的运动就是两个给定运动的合成。差动轮系的这种功能，使它在机床、计算机、补偿调整等装置中得到了广泛的应用。7、用作运动的分解差动轮系不仅能将两个独立的转动合成一个转动，而且还能将一个主动件的转动按需要的比例分解为两个从动件的不同的转动。8实现多种多样的运动轨迹周转轮系的行星轮上各点的运动轨迹是许多形状和性质不同的摆线，因此可利用这点实现各种摆线的功能，在生产中形成各种复杂的运动轨迹。9、实现复杂的动作采用多动力源的组合轮系，可使与其行星轮相联的执行构件实现复杂的动作。10、实现复杂的运动规律 将轮系和连杆机构、凸轮机构，适当组合所组成的齿轮连杆组合机构、齿轮凸轮组合机构可实现各种各样的复杂运动规律【2】。轮系的现状和发展趋势轮系的现状1、国外现状在国外，由齿轮、轴、轴承及箱体组成的不同类型轮系，是使用量大、应用面广的一种传动系统。目前世界上齿轮最大传递功率已达6500kW，最大线速度达210 m/s （在实验室中达300m/s），齿轮最大重量达 200t，最大直径为 25.6m （组合式），最大模数达 50mm。轮系中行星齿轮传动的应用，于 1951 年首先在德国获得成功。其后世界各国都先后研究并获得成功，均有系列产品，并已成批生产，普遍应用。英国 Allen 齿轮公司生产的压缩机用行星减速器，功率达 25740kW；德国Renk 公司生产的船用行星减速器，功率为 11030kW。低速重载行星减速器已由系列产品发展到生产特殊用途产品，如法国生产用于水泥磨、榨糖机、矿山设备的减速器，输出转矩最高达 4150kNm；德国生产矿井提升机的减速器，传动比为 13，输出转矩为 350kNm【3】。在齿轮传动方面，国外已可生产功率60000kw以上，圆周速度300m/s的齿轮。汽车等运输工具的齿轮，其寿命已接近整机寿命的水平。许多高可靠性的齿轮，已可使用几十年而无明显的损伤。2、国内现状我国自行设计的高速齿轮（增）减速器的功率已达44000kW，齿轮圆周速度达 150m/s以上。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大的提高，通用圆柱齿轮的制造精度提高到 GB10095- 88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在 45 级。部分轮系采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高，对节能和提高轮系的总体水平起到明显的作用【4】。我国也成功研制出了高速大功率的多种行星齿轮减速器，如列车电站燃气轮机、万立方米制氧透平压缩机和高速汽轮机的行星齿轮箱等。功率为 12000 kW的行星增速起和输出扭矩达 1000 kNm的行星减速器。各种少齿差、蜗杆减速器已组成专业化生产并达到年产总计数十万台的水平。轮系的应用不仅限于定轴轮系和基本周转轮系，复合轮系使轮系的应用领域进一步拓展。复合轮系现已逐渐成为新的重点研究领域，特别是利用图论研究复合轮系的构型与分析正在形成新的热点【5】。轮系的发展趋势近十几年来，由于计算机技术与数控技术的发展，CAD/CAM的广泛应用，改变了设计与制造业的传统观念和生产组织方式，从而推动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致、美观。可在轮系设计的同时进行工艺过程设计及安排轮系整个生产周期的各配套环节。市场的快速反应大大缩短了轮系产品投放市场的时间【6】。零部件企业正向大型化、专业化、国际化方向发展。一些先进的轮系生产企业已经采用参数化、智能化等高效率设计和敏捷制造、智能制造等先进技术，形成了高精度、高效率的智能化轮系生产线和计算机网络化管理。现在，世界各国都在要求轮系设计与制造应更趋于完善，使齿轮传动达到更高的水平，以便更好的满足社会对复合型和傻瓜型产品的需求。目前轮系正向以下几个方向发展：（1）高速大功率及低速大转矩的复合轮系；（2）高效率、小体积、大功率、大传动比的复合轮系；（3）无机变速轮系；（4）复合式行星齿轮传动；（5）多自由度多封闭链的复合轮系；（6）利用图表理论对新型复合轮系的探索【7】。我国在机械轮系研究领域已经拥有了一支实力比较雄厚的研究开发队伍，建成了一批具有现代化装备的专业工厂与研究机构，并在轮系发展前沿进行了不少卓有成效的研究与开发工作【8】。但是，我国轮系产品与国外先进水平相比尚有很大差距，总的来说是质量差、可靠性低、寿命短、承载能力低、噪声大。如汽车、机床等装备中的齿轮普遍达不到国家标准；冶金机械、矿山机械、通用机械、汽车等产品中齿轮的寿命仅为国外产品的1/21/3【9】。总之，当今世界各国轮系技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化【10】。基本轮系的工作原理的研究逐渐趋于完善；轮系的优化设计正朝着多目标多约束模糊优化方向发展；参数化 CAD技术是轮系设计实现标准化、系列化的主要途径之一，为保证各轮系得到快速推广应用，研制其参数化设计软件是今后的重要课题；复合轮系的新型组合和创新的轮系的重点研究领域【11】。轮系实验台的意义轮系实验台的意义本设计是为了方便学生对轮系有更清楚地了解，对于机械原理等基础课程有更深一步的认识，因此作为传统的轮系实验台，我们很难将其内部结构清楚地展示。尤其作为教学用轮系结构，由于轮系本身有很多类型，而不同类型结构的差异也很大，尤其是周转轮系和复合轮系结构的特殊性，如果仅就平面图形观察，很难从实质上理解其运动形式，容易在轮系传动比计算或其运动分析过程中产生困惑【12】。因此本设计按照现代机械原理和结构理论，以提高设计思维能力、动手能力、创新能力为出发点，设计的一种实验用综合轮系实验台。在实验过程中，会为学生提供不同的齿轮、轴、轴承等相关零件，学生可以根据自己所学知识，按照自己的设计来组装轮系实验台，通过这样的方法来提高对空间轮系的理解，更好的学习和掌握空间轮系的知识重点，加深对其的理解，真正的做到学以致用。参考文献：【1】 李瑞琴.机械原理【M】.北京：国防工业出版社，2008（1）：160-163.【2】 线齿轮行星传动的设计与制造编委会.渐开线齿轮行星传动的设计与制造【M】.北京：机械工业出版社，2002.1-2【3】 于影，于波，陈革成.轮系的分析与设计【J】.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2007.6-10.【4】 周海波， 周欣， 朱向东等. 轮系及其设计的研究现状与未来发展趋势【J】.机械工程师，2007，1（1）：1-3.【5】 黄洪钟.机械传动可靠性理论与应用【M】.北京：中国科学技术出版社，1995.1.【6】 钟雯.机械类课程设计、毕业设计选题精选【A】.北京：化学工业出版社，2010.1.【7】 张展.齿轮减速器现状及发展趋势【J】.水利电力机械，2001，23(1)：58- 59.【8】 张清，程志刚.一种新型教学与实验轮系实验台【J】.机械工程师，2004，7（73）.【9】 黄锡恺，郑文炜.机械原理.【M】.北京：高等教育出版社，1989.【10】希亮.齿轮减速器传动比分配条件分析【J】.潍坊高等专科学校学报，200（1 3）.【11】贾宝贤.2K- H 差动轮系的功率流向与啮合效率【J】.机械设计，199（9 5）.【12】段钦华. 2K- H 型行星轮系内部的功率流与自锁【J】.机械传动，2001，2（5 3）.【13】高法良. 模糊分析方法在机械设计中的应用【J】.机械设计，1999（ 1）.【14】 孙志礼. 机械强度模糊可靠度计算的一种方法【J】. 机械强度，1999，2（1 1）.【15】罗名佑.行星齿轮机构【M】.北京：高等教育出版社，1984.【16】 周欣，等.差动轮系的传动比选择区域【J】.林业机械与木工设备， 17，2（5 10）.【17】刘宁.周转轮系运动的叠加原理及应用【J】.武汉科技大学学报，2000，2（4 4）.【18】李祖踏. 封闭差动式传动啮合效率的敏感性分析【J】. 机械科学与技术，1999.【19】张滨等. 闭式行星传动效率计算公式的研究【J】. 机械传动，1998，2（2 2）.【20】张清，程志刚.一种新轮系的设计【J】.华北工学院学报，2005，2（22）. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：基本原理由一系列齿轮组成的传动系统称为齿轮系，简称轮系，齿轮传动通常通过轮系来实现其传动要求。轮系学习的难点是如何正确划分各个基本轮系，而轮系的种类主要是根据轮系在运转时其所有齿轮的轴线是否相对于机架运动来划分的，所以在确定轮系为何种时，首先应观察在组成该轮系的所有齿轮中是否存在其轴线相对于机架是运动的齿轮。当轮系运转时，所有齿轮轴线都固定不动的轮系称为定轴轮系；当轮系运转时，至少有一个齿轮的轴线绕另一个齿轮的固定轴线转动的轮系，称为周转轮系。其中自由度为1的周转轮系称为行星轮系，自由度为2的周转轮系称为差动轮系。存在问题由于轮系本身有很多类型，同时不同类型结构的差异也很大，尤其是周转轮系和复合轮系结构的特殊性，如果仅就平面图形的观察，学生很难从实质上理解其运动形式，容易在轮系传动比计算或其运动分析过程中产生困惑。解决办法因此按照现代机械原理和结构理论，以提高学生设计思维能力、动手能力、创新能力为出发点，设计了一种综合轮系实验台。1、底座设计由于本设计是为了解决空间轮系实验台的问题，因此需要设计一个通用的底座，方便完成空间定轴轮系和空间差动轮系的设计和装配。因此一个通用的底座既能方便实现两种空间轮系实验台的各自的功能和特点，又能节省实验台设计的成本和造价。所以本实验台的设计将兼顾两种空间轮系实验台各自的特点和设计成本，安排电机和固定底座的位置。2、定轴轮系设计由一对以上的齿轮组成的齿轮传动系统称为轮系，而各转动轴轴线不动的轮系称为定轴轮系。轮系由涡轮蜗杆啮合和轮啮合组成一二级传动的定轴轮系，由定轴轮系的特征，设计定轴轮系的结构。由电机输入，经过轮啮合，由测速盘测得输入的转速，由测速盘子测得输出的转速，即可验证由齿轮组成的定轴轮系的传动比。考虑涡轮蜗杆的空间位置，以及安装的便捷，本实验台的涡轮蜗杆将采用蜗杆下置式结构。这种结构可以将电机输入直接和蜗杆相连，直接将动力输送给涡轮蜗杆。另外在改做差动轮系时也方便拆卸和重新安装。3、差动轮系的设计轮系中不是所有轴线固定的轮系称为周转轮系，其中有两个自由度的周转轮系是差动轮系。由于行星轮转动有两个自由度，所以须由另一电机来确定行星架的转速，按照图1方案组装出差动轮系传动示意图.图1 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：于涛同学在文献综述中表现出对毕业设计任务书要求的深刻理解，对所涉及技术领域的文献资料进行了较为广泛的查阅，对空间轮系综合实验台研究开发现状及本课题的研究意义，进行了较深入的分析。所写综述完整流畅地将毕