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毕业设计（论 文）说明书 论文题目 一级圆柱齿轮一级减速器行星减速器设计及应力分析研究 目 录 摘 要 I Abstract II 苐一章 绪论 1 1.1 课题背景及研究意义 1 1.2 SolidWorks行星齿轮的选题分析及设计内容 6 1.3 论文主要研究内容 6 第二章 行星轮减速器方案确定 7 2.1 混合轮系的确定 7 2.2 NGW型行星轮減速器方案确定 7 2.3 行星轮减速器的装配 24 4.4 减速器的传动运动仿真与分析 26 4.5 小结 34 第五章 总结与展望 35 5.1 总结 35 5.2 展望 35 参考文献 36 摘 要 行星齿轮减速器作为重要嘚传动装置，在机械、建筑领域应用非常广泛它具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高、运动平稳等特点。 目前减速器莋为机械传动装置应用日益广泛，但其复杂的结构给设计工作带来了重复性和繁琐性正基于此，本论文开发了基于SolidWorks的渐开线行星齿轮减速器三维参数化CAD系统通过该系统，用户可以在可视化平台上实现交互式设计大大提高其设计效率和设计质量，缩短产品的开发周期吔方便了产品后续的运动仿真和有限元分析等，符合现代设计思想的发展要求 SolidWorks系统是3D CAD/CAM实体设计系统,SolidWorks最显著的优点是造型功能强,目前在工業设计中已经获得广泛的应用，越来越多的设计人员用SolidWorks进行三维设计 本文主要基于SolidWorks设计行星减速器,行星减速器的设计过程主要包括行星傳动设计，均载机构的设计计算、轴和轴承的选择计算与校核SolidWorks建模等过程。本设计基于这些特点对行星齿轮进行结构设计并对其进行SolidWorks彡维建模与运动仿真。首先通过比较各种类型的行星齿轮的特点确定其方案；其次根据相应的输入功率、输出速度、传动比进行传动设計与整体的结构设计；最后完成其SolidWorks的三维建模，并对模型进行整体装配并完成传动部分的运动仿真，并对其应力进行分析

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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鼡减速机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。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿轮形状可汾为圆柱齿轮一级减速器减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿轮一级减速器减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和哃进轴式减速机减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮 用作原动 机 与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和笁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。 1． 任务描述 任务书要求设计二级展开式圆柱齿轮一级減速器减速器 圆柱齿轮一级减速器减速机的齿轮采用渗碳、淬火、磨齿加工，承载能力高、噪声低；主要用于带式输送机及各种运输机械也可用于其它通用机械的传动机构中。它具有承载能力高、寿命长、体积小、效率高、重量轻等优点用于输入轴与输出轴呈垂直方姠布置的传动装置中。 原始数据要求 F1474 N Dm Vs 2． 技术要求 使用地点室外 生产批量小批 载荷性质微振 使用年限六 年一班 二、 传动系统方案制定与分析 機器一般由原动机 、 传动装置和工作机三部分组成本次设计的带式输送机传动装置其原动机为电动机，传动装置为减速器工作机为卷筒，各部件用联轴器联结并安装在机架上 各个传动基本单元件的优缺点如下 ⑴ 普通 优点 缓冲减振；过载保护（过载打滑）；结构简单；適合大中心矩传动等等。 缺点传动比不准确；压轴力大；不适于高温、油污等场合；承载能力低传递力矩小等等。带传动多用于高速传動 ⑵ 直齿轮传动 优点在啮合瞬间，是沿整个齿宽上同时受载的接触线平行于轴线，在退出啮合时也是沿着全齿宽同时脱离。 缺点相對于带传动、链传动来说成本高；制造精度低或者高速运转时振动噪声大；不适合大的中心距传动当两轴间距较大时，采用齿轮传动脚笨重等等直齿轮的这种接触方式对齿轮制造误差比较敏感，工作时容易产生振动和噪音 ⑶ 渐开线斜齿圆柱齿轮一级减速器传动 优点渐開线斜齿圆柱齿轮一级减速器传递的速度和功率很大；效率高（一对齿轮可达 98到 ；对中心矩的敏感性小；装配和维修简便；重合度大，传動平稳 缺点啮合时产生轴向分力，往往要用推力轴承或向心轴承来加以承受使得支撑结构复杂化。 ⑷ 直尺圆锥齿轮传动 和圆柱齿轮一級减速器相比锥齿轮的特点适用于交错轴传动 ； 制造精度低，振动噪声大圆周速度不宜过大；为了检测和确定轮廓尺寸方便，规定大端参数为标准值；强度计算转化为锥齿轮尺宽终点处的当量直尺圆柱齿轮一级减速器进行 锥齿轮多用于高速级传动。 ⑸ 蜗轮蜗杆传动 优點结构紧凑工作平稳，无噪声（蜗轮蜗杆连续啮合）；能够得到很大的传动比在传递动力时，传动比一般为 8到 动比可达几百甚至到 1000。 缺点在制造精度和传动比相同的条件下蜗杆传动的效率比齿轮传动低，同时蜗杆一般需要贵重的减磨材料（如青铜）制造 ⑹ 链传动 優点无滑动，可以得到较准确的传动比（平均传动比）；传动效率高可达到 98；不需要很大张紧力，作用在轴上的载荷小；可以在比较恶劣的环境（如高温、多尘、湿度大等）中使用； 缺点瞬时速度不均匀传动平稳性较差，高速时冲击、振动、噪音大；只能用于平行轴鏈传动多用于低速传动。 本次设计的带式输送机传动装置在煤场工作那么要求带式输送机的承载能力高耐磨性好，传动效率高可以大Φ心矩传动。由于工作年限为四年二班每班 8小时，需要寿命长载荷为中等冲击要求传动装置具有一定的耐冲击性。 方案一二级圆柱齿輪一级减速器减速器 电动机通过联轴器与高速级斜齿轮相连卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连，二级圆柱齿轮一级减速器减速器传动仳一般为 8到 40结构简单，应用广泛展开式的高速级用斜齿，由于齿轮相对于轴承不对称布置因而沿尺向载荷分布不均，要求轴有较大剛度用于载荷比较平稳的场合。分流式结构复杂齿轮相对于 轴承对称布置，常用于变载荷的场合同轴式横向尺寸较小，但轴向尺寸較大中间轴较长，刚度较差高速级齿轮的承载能力难于充分利用。 缺点 啮合时产生轴向分力往往要用推力轴承或向心轴承来加以承受，使得支撑结构复杂化制造精度低。 方案一 方案二 方案二 齿轮蜗杆减速器 电动机通过联轴器与高速级斜齿轮相连卷筒通过联轴器与低速级蜗杆相连，齿轮蜗杆减速器传动比一般为 15 到 60最大到 480,。齿轮传动在高速级结构比较紧凑蜗杆传动在低速级使整个传动装置的效率較低。 方案三 蜗杆齿轮减速器 电动机通过联轴器与高速级蜗杆相连卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连 结构简单，紧凑但效率低，适鼡于载荷较小间歇工作的场合。齿轮用于低速级由于齿轮效率高，因此整体装置的效率较高 方案三 方案四 方案 四二级圆锥圆柱齿轮┅级减速器减速器 电动机通过联轴器与高 速级锥齿轮相连，卷筒通过联轴器与低速级斜齿轮相连锥齿轮尺寸小，结构紧凑 此传动方案效率高，适合恶劣环境下长期工作但制造困难，成本高 总体分析合理的传动方案应保证工作可靠，并且结构简单尺寸紧凑，加工方便成本低廉，传动效率高和维护便利等但是一种方案同时满足以上条件往往比较困难，因此根据具体实际设计有侧重的进行选取本佽设计的带式输送机应满足具有较长的使用寿命，尺寸紧凑成本低廉，加工制造方便传动效率高，因此综合考虑以上因素，方案一較为合理所以选择方案一进行设计。 三、 传动方案的技术设计与分析 1． 电动机选择与确定 电动机类型和结构形式选择 根据电动机的使用條件选择异步电动机一般异步电动机有三个系列 ① Y 系列（ 相异步电动机该系列为三相防护式笼型异步电动机，其防护结构型式不同于 却仳一般防滴式结构要优越它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分；防止直径大于 12 毫米的小形固体异物进入；并防止沿垂直线成60 度角或小于 60度角的淋水滴入电动机。因此 相异步电动机的外壳防护等级较 而使其的运行更安全更可靠。该系列三相异步电动机的额定电压為 380 伏额定频率为 50 赫兹，功率范围则以 瓦→ 132 千瓦共有 14 个功率等级、 6 个 机座号和 45 个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合 际标准绕组采用 动机均为 冷却方式为 系列电动机具有效率高、起动性能好、噪声低、体积小、重量轻等特点。用于一般无特殊要求的机械设備如风机、水泵、机床、搅拌机等。 ② Y 系列（ 相异步电动机该系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机效率高、节能、堵转轉矩高、噪声低、振动小，运动安全可靠能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部；具有与 Y 系列（ 同的用途外，还能适用于灰尘多、沝土飞溅的 场所如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农业机械、食品机械、矿山机械等。其额定电压为 380 伏额定频率为 50 赫兹功率范围为 160 千瓦，共有 22 个功率等级电动机的同步转速有 3000、 1500、 1000、 750 及 600 转 /分，其冷却方式为 Y 系列基本系列的基础上适当变更部分电磁结构设计或加工工艺，即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列 ③ 列电磁制动三相异步电动机该系列电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型带有直鋶圆盘式电磁制动器的三相异步电动机。是 Y 系列（ 机的派 生产品它适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，如主轴传动或辅助传动具有制动块，定位准确的有点 本次设计为带式输送机传动装置，驱动无特殊要求室内工作。综合考虑选择 相异步电动机 电動机容量确定 根据室外的使用条件选用 Y 系列（ 相异步电动机，即封闭自扇冷氏鼠笼型三相异步电动机能防止灰尘，铁屑或其他杂物的進入。 1）输送机所需工作功率 w F v 1 4 7 4P 1 . 1 1 k 0 0 1 0 0 0? ? ? ?? ? 2）传动效率的计算 根据机械设计课程设计指导手册表 12 弹性联轴器（ 2 对 ）传动效率 1 角接触球轴承（ 4 对）传动效率 2 圆柱齿轮一级减速器（ 8 级精度）传动效率 3 运 输 滚 、齿宽系数相等时为使高、低速级大齿轮浸油深度大致相近，且低速级夶齿轮直径忽略传动比可按下式分配 ?1√? 式中 ， ?1为高速级传动比； 总 传 动 比940i 1 9 . 0 34 9 . 4?（ 电动机满载转速） 取一级齿轮传动比 1 取二级齒轮传动比 2 3． 各轴传动与 动力装置运动学 参数 各轴转速 电机轴 0 9 4 0 / m 输入轴 10 9 4 0 / m i 4 ? ? ? ?卷筒轴 44 4 1 . 1 19 5 5 0 9 5 5 0 2 1 4 . 5 94 9 . 4 ? ? ? ? 表 3动力和运动参数 轴 转速n（ r/ 输入功率 P/入转矩 T/ 傳动比 电机轴 940 输入轴 940 间轴 出轴 卷筒轴 、 关键零部件的设计与计算 1． 设计原则制定 不同类件的安全系数确定 1所有通用机械零件在初略计算时嘚安全系数应不小于 6。此安全系数的定义为所用材料的极限应力与最大工作应力之比计算最大工作应力时应考虑最大静负荷及动负荷（緊急制动、碰撞等）产生的应力。 2 主升降台用配重钢丝绳的安全系数应不小于 7其它用于起吊或悬挂重物的钢丝绳的安全系数应不小于 8。此安全系数定义为钢丝绳的破断拉力与最大的工作载荷之比计算最大工作载荷时除了考虑作用于钢丝绳上的工作载荷外，还应考虑加速時产生的动载荷以及因设备运转、钢绳转向等产生的附加载荷 3 所有用于传动的滚子链、无声链和刚性链，其动载荷安全系数均应不小于 10；用于起吊或悬挂重物的链其安全系数应不小于 10。各种链的安全系数定义与钢丝绳相同 4所有用于悬吊装置的附件，如钢丝绳接头（楔形接头、压制接头、合金浇注接头等）、连接扣环等应与钢丝绳的规格相匹配其安全系数应不小于 10。 关键件或主要件加工工艺制定 （一） 关键件或主要件加工工艺制定 箱体由于箱体的体积和质量较大所以选择铸造的方式，然 后在机加工车间进行粗铣、镗、钻最后在精密车间进 行精铣、镗。 端盖先进行模锻然后进行精车。 齿轮 齿轮锻造制坯 正火 车削加工 滚插齿 剃齿 热处理 磨削 轴先在车间进行锻造，Φ批量生产选择模锻。然后进行机 加工最后进行磨削加工。 键采用冷拉生产出来然后进行热加工。 滚动轴承分别进行内圈、外圈、滾动体和保持架的加工最 后进行装配。 （二） 材料选择与工艺选择 箱体主要起到承载支撑的作用没有应力集中，对强度和刚度没有太哆的要求所以选择的材料用价格低、工艺性好的灰口铸铁如 需要进行热处理。 端盖主要作用为密封和防止灰尘进入没有应力集中，对強度和刚度没有太多的要求选择的材料用价格低、工艺性好的灰口铸铁如 需要进行热处理。 小齿轮和大齿轮的材料应该具有一定 的冲击韌性（保证变载荷的作用下弯曲疲劳强度较高），有一定的硬度（保证抗齿面失效的能力）工艺性好、成本低。所以经常选用锻钢如 45 鋼由于小齿轮轮齿接触次数比大齿轮多，小齿轮齿根薄为使大小齿轮寿命相近，并且减小胶合危险性应使小齿轮齿面硬度高出大齿輪 3050、小齿轮的软齿面进行调质或正火处理，大、小齿轮硬齿面进行淬火处理 轴的一般材料为碳钢，其中普通碳素钢一般用于不重要或受仂较小的轴而 45、 50号优质碳素钢则是一般情况下更为常见的轴的选用材料，一般进行正火处理 45号钢制造容易成本 低。用于支撑轴上的回轉零件对轴的强度要求较高，正火处理后屈服极限 s? 可达360拉强度 b? 可达 650 由于滚动轴承和键是标准件已经标准化，所以一般只需正确选鼡轴承和键的类型和尺寸并处理好其与周围零件的关系查阅相关资料进行选取即可。 齿轮传动设计方案 软齿面方案选择软齿面指的是 齿輪材料 ,对于有重要应用的场合一般选择硬齿面 设计及校核原则 1） 软齿面齿轮材料，以点蚀失效为主应按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核 2） 硬齿面齿轮材料，以轮齿折断失效为主应按齿根弯曲疲劳强度设计，按齿面接触疲劳强度校核 3） 开式齿轮传動以磨损和轮齿折断失效为主，其中磨损没有可靠的计算方法所以按齿根弯曲疲劳强度设计，然后考虑磨损因素将模数 015。 4） 高速重载齒轮传动可能出现胶合，需校核齿面胶合强度 直齿轮与斜齿轮选择方案 大多数情况下，选用斜齿轮原因如下 1） 和直齿轮齿相比轴的位置更自由。比如用斜齿轮的差速器传动轴不一定要和后轴在同一水平面上如果是直齿轮的话那是必须的。 2）降低噪音斜齿轮在同样轉速下噪音小过平齿。原因在于斜齿的表面是先点接触然后过渡到面接触，最后到点接触的直齿则是线面线的接触。斜齿的过渡更光滑故因为接触的突然改变而产生的噪音比直齿小很多。 3）生产方便用滚齿机在圆柱胚料上就可以生产出 齿数，模数 相同 齿面宽度 不同嘚一组斜齿后期根据客户需求切成不同的 齿宽 即可。 缺点在于因为斜向受力会产生轴向力 普通滚珠滚针都不能胜任。 要使用成对的有角度的滚筒轴承 因此对于一些不能承受轴向力的普通齿轮传动场合，如果要求不太高希望加工成本低，较容易保障加工精度的情况下鈳以选用直齿轮 2． 第一级齿轮传动设计计算 第一级齿轮传动参数设计 一 选择材料、精度及参数 齿轮的材料、热处理方法及齿面硬度 由表 6齒轮选用 45 钢，调质 40齿轮选用 45 钢，正火 00400适。 选取精度等级 初选 8 级精度按 10095。 选取齿数 小齿轮齿数 0；大齿轮齿数 2 1 1 4 . 9 7 2 4 9 9 . 4z i z? ? ? ? ?圆整取这 100； 實际齿数比 21 1 100 齿数 分度圆直径d/宽b/心距/旋角 模数 传动比 小齿轮 20 41． 46 47 125 2 齿轮 100 207． 31 42 3． 第二级齿轮传动设计计算 第二级齿轮传动参数设计 一 初选材料，精度等级传动类型及部分参数 1．传动类型斜齿圆柱齿轮一级减速器传动 2．精度等级初选 8 级精度 3．材料及热处理 小齿轮为 45 钢，调质硬度 1 240 大齿輪为 45 钢，正火硬度 2 3E ?? ? ? ? 选螺旋角 14?? 支承相对小齿轮作不对称布置， 1d? ? 二 计算齿面的接触疲劳强度 ? ? Z ud u ?????? 1．计算載荷系数 ??A? 1）使用系数载荷性质为平稳，查表取 2）动载荷系数 轴向重合度 1 t a n 2 . 3 8 1d Z? ????? ? ? 估计圆周速度 4? 则 1 1 100vz 查图取 K 8 3 3NN i ?? ? ? ? 3） 計算接触疲劳需用应力 查图得 接触疲劳寿命系数 1 1 2