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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)計(jì)文件是將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡(jiǎn)圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對(duì)產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達(dá)國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)論文
題 目： 基于UG渦輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 1203
學(xué)生姓名： 李 文
指導(dǎo)教師： 英 璐
論文提交日期： 2016 年 6 月 1 日
論文答辯日期： 2016 年 6 月 5 日
摘要
本文以蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)為例，運(yùn)用UG軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模、虛擬裝配并進(jìn)行干涉分析、仿真運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)分析，得到位移、速度及加速度曲線。
通過對(duì)減速器的簡(jiǎn)單了解開始學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)渦輪蝸桿減速器嘗試設(shè)計(jì)增強(qiáng)感性認(rèn)知和對(duì)社會(huì)的認(rèn)知能力，及進(jìn)一步鞏固自己學(xué)過的理論知識(shí)，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，以求把理論和實(shí)踐結(jié)合到一起，為以后的工作和學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)如何進(jìn)行機(jī)械類設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)運(yùn)用多種工具如CAD軟件ug軟件直觀的呈現(xiàn)在平面圖上，機(jī)械傳動(dòng)裝置在不斷地使用過程中，會(huì)不同程度的磨損，因此要對(duì)機(jī)械與以維護(hù)和保養(yǎng)，延長(zhǎng)其使用壽命，高效化的運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得最大化的使用。
渦輪蝸桿減速器是將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)目前用于傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。本文首先通過對(duì)所需電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率計(jì)算，再結(jié)合查表選出合適的電動(dòng)機(jī)。然后對(duì)不同的齒數(shù)和模數(shù)等參數(shù)進(jìn)行切量的計(jì)算，并選出最優(yōu)的參數(shù)，通過對(duì)減速器的簡(jiǎn)單了解嘗試設(shè)計(jì)增強(qiáng)感性認(rèn)知和對(duì)社會(huì)的適應(yīng)能力，及進(jìn)一步鞏固已學(xué)的過得理論知識(shí)，以求把理論和實(shí)踐結(jié)合到一起為以后的工作和更好的學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞： 渦輪蝸桿減速器； UG軟件； 三維實(shí)體建模； 分析計(jì)算；減速器的維護(hù)和保養(yǎng)；
Abstract
In this paper, worm gear reducer design as an example, the use of UG software for three-dimensional solid modeling, virtual assembly and interference analysis, simulation movement and motion analysis, the displacement, velocity and acceleration curve.
Through the worm reducer reducer of simple to understand learning design attempts to design enhanced by emotional cognitive and socio-cognitive, and further consolidate their theoretical knowledge and improve the comprehensive use of knowledge to problem solving problems in order to combine theory and practice, and learning experience for future work. Mechanical design learn how to learn to use a variety of tools such as CAD software UG software visual presentation on the plans, mechanical drives in constant use in the process be different degrees of wear, so the machinery and to maintenance and repair, extend its life, more efficient operation, improve productivity, reduce production costs, to maximize use.
Worm reducer is to reduce the number of motor rotation to the number of rotation, and to get a larger torque structure is currently used to transfer power and movement of the body, a wide range of applications. In this paper, first of all, through the calculation of the speed and power of the motor, and then combined with the look-up table to select the appropriate motor. Then for different number of teeth and the modulus of cutting the amount of calculation, and select the optimal parameters. Through the reducer is simple to understand try to design enhance the perceptual cognition and to society's ability to adapt to, and further consolidate the theoretical knowledge of the lead, in order to theory and practice combine to together for the future work and a better learning experience.
Key words: worm reducer; UG software; 3D solid modeling; analysis and calculation
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 1
1.2減速器簡(jiǎn)介基本介紹 2
第二章 減速器設(shè)計(jì)總方針及各部件的選取 3
2.1 減速器設(shè)計(jì)總要求 3
2.1.1 設(shè)計(jì)運(yùn)用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的蝸輪蝸桿減速器 4
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 4
2.2.1 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 4
2.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定 5
2.2.3 總傳動(dòng)比的確定 5
2.3 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 6
2.3.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 6
2.3.2 各軸輸入功率的計(jì)算 6
2.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 6
2.4 確定蝸輪蝸桿的尺寸 6
2.4.1 蝸桿傳動(dòng)類型的選擇 6
2.4.2 選擇的材料 6
2.4.3 根據(jù)齒面接觸疲勞的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 7
2.4.4 蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)幾何尺寸的計(jì)算 8
2.4.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 8
2.4.6 驗(yàn)算效率η 9
2.4.7 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算 9
2.5 減速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 10
2.5.1 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 10
2.5.2 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.5.3 軸的校核 11
2.5.4 計(jì)算最小軸徑： 12
2.5.5 選聯(lián)軸器： 12
2.5.6 初選圓錐滾子軸承： 13
2.5.7 軸上零件的周向定位： 13
2.5.8 根據(jù)彎扭合成應(yīng)力效核軸的強(qiáng)度應(yīng)為 14
2.6 滾動(dòng)軸承的確定及其計(jì)算 15
2.6.1 蝸桿軸上軸承的選擇和計(jì)算 15
2.6.2 蝸輪軸上軸承的選擇和計(jì)算 15
2.7 鍵聯(lián)接的選擇與驗(yàn)算 16
2.7.1 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 16
2.7.2 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 16
2.8 聯(lián)軸器的選擇及校核 17
2.9 潤(rùn)滑與密封的設(shè)計(jì) 17
第三章 三維實(shí)體設(shè)計(jì) 19
第四章 蝸輪蝸桿減速器常見問題及原因分析 28
第五章 減速器的基本結(jié)構(gòu)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 30
5.1 減速器的基本結(jié)構(gòu) 30
5.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 31
參考文獻(xiàn) 33
致謝 34
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論
第一章 緒論
1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
（CAD）技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域中設(shè)計(jì)技術(shù)之一，同時(shí)也是使用最為廣泛的技術(shù)。其中UG作為中高端三維CAD軟件，其具有功能強(qiáng)大、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，所以被公認(rèn)是具有統(tǒng)一力的中高端設(shè)計(jì)解決方案。
UG是由很多功能模塊組合而成的，其中每一個(gè)模塊都有其自己獨(dú)立的功能，并且可以隨時(shí)根據(jù)用戶調(diào)用其中的一個(gè)或多個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。甚至還能調(diào)用系統(tǒng)的附加模塊或者采用軟件進(jìn)行二次性質(zhì)的開發(fā)工作。下面我就介紹UG在集成環(huán)境中的四個(gè)主要的CAD模塊。
1.基礎(chǔ)環(huán)境。基礎(chǔ)環(huán)境是UG啟動(dòng)后自動(dòng)運(yùn)行的第一個(gè)模塊，這是其他應(yīng)用模塊運(yùn)行的公共平臺(tái)。
2.建模模塊。建模模塊是用于創(chuàng)建三維模型的，這是UG中的核心模塊極其重要。UG軟件所擅長(zhǎng)的曲線功能與曲面功能在這個(gè)模塊里得到了淋漓盡致的體現(xiàn)，可以毫無顧忌自由地表達(dá)設(shè)計(jì)者的思想與進(jìn)行創(chuàng)造性的改造設(shè)計(jì)，以至于得到優(yōu)秀的的造型效果與造型速度。
3.裝配模塊。運(yùn)行UG的裝配模塊可以很簡(jiǎn)單的地完成全部零件的裝配工作。并且在組裝過程中，我們可以選擇從上到下的裝配方法，可以迅速的跨越裝配層來直接訪問所有組件或子裝配圖的設(shè)計(jì)模型。
4.制圖模塊。運(yùn)行UG三維模型繪制工程圖機(jī)器簡(jiǎn)單方便，用戶只需對(duì)自動(dòng)繪成的視圖進(jìn)行基本的的修改以及標(biāo)注就可以完成工程圖的制作。與此同時(shí)，如果在實(shí)體模型或工程圖二者之一做任何修改，其修改結(jié)果就會(huì)馬上反應(yīng)到另一個(gè)中，這樣讓工程圖的繪制更加方便快速。
這次二級(jí)減速器造型設(shè)計(jì)能夠使我們學(xué)習(xí)機(jī)械產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)基本方法，鞏固課程知識(shí)，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，進(jìn)一步提高運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維造型及裝配設(shè)計(jì)、工程圖繪制方面的能力，了解軟件間的數(shù)據(jù)傳遞交換等運(yùn)用，掌握CAD軟件應(yīng)用。
1.2減速器簡(jiǎn)介基本介紹
減速器的本質(zhì)是原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，它是用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩的，以此來滿足工作的需要，不光如此減速器某些場(chǎng)合也可以用來增加速度，稱為增速器。選擇減速器時(shí)需要依據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)方面的參數(shù)，動(dòng)力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等許多因素，通過比較不相同的類型、品種的減速器的外廓尺寸，傳動(dòng)的效率，承載能力，質(zhì)量好壞，價(jià)格是否具有性價(jià)比等，采用最適合的減速器。渦輪蝸桿減速器與其他裝置比是一種特別精密的機(jī)械，運(yùn)用它的目的是使轉(zhuǎn)速降低，來增加轉(zhuǎn)矩。減速器的主要構(gòu)造是由傳動(dòng)零件(齒輪或蝸桿)、軸、軸承、箱體和其附件共同組成。
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 減速器設(shè)計(jì)總方針及各部件的選取
第二章 減速器設(shè)計(jì)總方針及各部件的選取
2.1 減速器設(shè)計(jì)總要求
機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器在設(shè)計(jì)工作過程中一個(gè)非常重要的內(nèi)容，因此此次設(shè)計(jì)將會(huì)會(huì)從機(jī)器整體出發(fā)來考慮零件的設(shè)計(jì)。這次我的步驟包括：零件類型的選擇；零件上載荷確定；零件失效的分析；零件材料的選擇；通過對(duì)承載能力的計(jì)算確定初步零件的主要尺寸；對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行和理性分析；作出零件的工作圖和零部件的裝配圖。對(duì)工廠大批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)零件主要是根據(jù)機(jī)器工作要求和承載能力計(jì)算，由標(biāo)準(zhǔn)中合理選擇。
參照工藝性原則及標(biāo)準(zhǔn)化原則對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，這將會(huì)是分析零部件的結(jié)構(gòu)合理性的基礎(chǔ)。通過準(zhǔn)確的分析和計(jì)算，過程中如果零件的結(jié)構(gòu)不符合要求，不但浪費(fèi)材料，甚至?xí)沽慵南嗷ソM合不能裝配成合理的機(jī)器工作和符合維修要求的良好部件，嚴(yán)重的就根本裝備不起來。經(jīng)濟(jì)性是機(jī)器的一個(gè)綜合性非常重要的指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性是設(shè)計(jì)機(jī)器首先也是最值得要考慮的。當(dāng)下經(jīng)濟(jì)性的解決方案如下：①首先用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法，保證參數(shù)最優(yōu)化，應(yīng)用CAD技術(shù)，加速設(shè)計(jì)的進(jìn)度，力求設(shè)計(jì)成本的降低；②組織設(shè)計(jì)和制造過程要符合理論；③盡力采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的零部件；④對(duì)選擇材料，改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性要力求合理，要采用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新技術(shù)，盡量讓其用料少、使其質(zhì)量輕、加工費(fèi)用最低、方便裝配⑤改良機(jī)器的造型上的設(shè)計(jì)，讓其銷量增加。在提高機(jī)器使用經(jīng)濟(jì)性方法主要有：①使機(jī)器的機(jī)械化、自動(dòng)化水平增加，來提高機(jī)器的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量；②選擇效率高的傳動(dòng)系統(tǒng)和支承裝置質(zhì)量好的產(chǎn)品，通過這些來使能源消耗和生產(chǎn)成本的降低；③通過用正確的的防護(hù)、潤(rùn)滑等密封裝置，來增加機(jī)器的使用壽命，并且為了避免環(huán)境污染。在機(jī)器的預(yù)先設(shè)定的工作期內(nèi)務(wù)必具有有一定的可靠性。從而將機(jī)器的可靠度提高。不光如此，從機(jī)器的設(shè)計(jì)角度出發(fā)來考慮，確定準(zhǔn)確的可靠性水平，保證結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，通過減少零件的數(shù)目，盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)件和可靠零件，在設(shè)計(jì)機(jī)器的組件和部件時(shí)保證其合理性，并且選擇安全系數(shù)大的，這些對(duì)機(jī)器的提高可靠度十分有效。
2.1.1 設(shè)計(jì)運(yùn)用于帶式運(yùn)輸機(jī)上的蝸輪蝸桿減速器
工作條件的要求運(yùn)輸機(jī)可以連續(xù)工作單向運(yùn)轉(zhuǎn)，可以空載啟動(dòng)，且載荷較平穩(wěn)，室外工作壽命為10年，工作環(huán)境清潔，每年工作300天。運(yùn)輸鏈允許速度誤差5%，小批量生產(chǎn)，如下圖2-1所示。
原始數(shù)據(jù)運(yùn)輸帶拉力：F=2100N，運(yùn)輸帶的速度：v=1.25m/s，卷筒的直徑：Ｄ=350m。
圖2-1傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
按照工作要求和條件，將選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為380V，Y型。
2.2.1 電動(dòng)機(jī)容量的選擇
電動(dòng)機(jī)需要的工作功率按設(shè)計(jì)指導(dǎo)書式（1）
（2-1）
由設(shè)計(jì)指導(dǎo)書公式（2）
所以
通過估算從電動(dòng)機(jī)到運(yùn)輸帶傳動(dòng)的總效率得出η為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表1初選
是蝸桿傳動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率0.75
是軸承的傳動(dòng)時(shí)效率
是卷筒的傳動(dòng)時(shí)效率
η=0.992×0.75×0.983×0.96=0.664
Pd=Fv／1000η=2300×1÷（1000×0.664）=3.571kw
2.2.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定
通過已知道的可算出卷筒的轉(zhuǎn)速是
N=60×1000v÷(πD)=60×1000×1.25÷π÷390=61.24r／min
通過指導(dǎo)書表1里面的推薦的合理范圍，閉式為蝸桿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式式，并且決定采用雙頭傳動(dòng)方式，通過查表得知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為10—40。
通過上述可以得出該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以選擇范圍為 nd=（10----40）×61.24=612.4----2449.6
通過對(duì)電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸的大小，質(zhì)量的好壞，價(jià)格的高低和其傳動(dòng)比，決定采用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y-132M1-6。
表1 Y-132M1-6電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)表如下
型號(hào)
額定功率
滿載轉(zhuǎn)速
滿載電流
Y132M1-6
4kw
960r／min
2.0N/m
2.2.3 總傳動(dòng)比的確定
通過上述的電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速nm 以及工作機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速 n，我們可計(jì)算出傳動(dòng)裝置總的傳動(dòng)比為：
i =nm/n=960/61.24=15.68
i是在14—27的范圍內(nèi)，可以選擇的雙頭閉式傳動(dòng)。
2.3 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
2.3.1 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算
是蝸桿的轉(zhuǎn)速，因?yàn)槠涫呛碗妱?dòng)機(jī)用聯(lián)軸器接在一起的，所以它轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一致。
是蝸輪的轉(zhuǎn)速，因?yàn)槠涫呛凸ぷ鳈C(jī)接在一起的，所以它的轉(zhuǎn)速與工作軸的轉(zhuǎn)速一致。
n1= 960r/min n2=61.24r/min
2.3.2 各軸輸入功率的計(jì)算
P是電動(dòng)機(jī)的功率P=3.571kw P1是蝸桿軸的功率P1=P×0.99=3.535kw P2是蝸輪軸的功率P2 =3.535×0.98×0.75=2.598kw P3是卷筒的功率P3=2.598×0.98×0.99×0.96=2.419kw
2.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
T是電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 T=P/n×9550=3.571/960×9550=32.74N/m
T1是蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 T1=P1/n1×9550=35.17N/m
T2是蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩 T2=P2/n2×9550=405.14N/m
2.4 確定蝸輪蝸桿的尺寸
2.4.1 蝸桿傳動(dòng)類型的選擇
滑動(dòng)的速度v=0.0253√Pn3=3.74m/s
通過GB\T 10087-88的推薦，決定使用漸開線蝸桿（ZI）
2.4.2 選擇的材料
因?yàn)槲仐U傳遞的傳動(dòng)功率并不大，其速度為中等，所以蝸桿決定使用45鋼調(diào)制來處理，為了高效率，決定使用雙頭蝸桿。
2.4.3 根據(jù)齒面接觸疲勞的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
以閉式蝸桿設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，首先根據(jù)齒面接觸疲勞的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，然后檢查齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)1式（11-12）計(jì)算出傳動(dòng)中心距
（2-2）
=414.829N.mm
（1）得出載荷系數(shù)K
載荷系數(shù)=1.1。
（2）確定出彈性影響系數(shù)，采用鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿的組合，得出
（3）確定接觸系數(shù)
首先假設(shè)蝸桿的分度圓直徑與傳動(dòng)中心的比為/ a=0.3根據(jù)文獻(xiàn)1圖11-18中可查得=2.8
（4）確定許用接觸應(yīng)力[]
因?yàn)槲佪喌牟牧鲜氰T錫磷青銅，砂模鑄造，并且蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，所以在文獻(xiàn)1表11-7中找出得蝸輪的許用應(yīng)力為[] =220Mpa
（5）中心距的數(shù)量計(jì)算
NH=10×300×16×60×66.21≈190000000
使用壽命系數(shù)為KH=8√10000000/NH=0.69
[]1=0.69×220=151.8N/m
=151.7mm
≈0.68 a0.875=0.68×151.70.875≈80 mm
i=14.07 通過查p192表12-2 Z1=2 Z2=2×14.07≈29
則 i=29/2=14.5
m=2α-d1/Z2=7.7
由表查的取模數(shù)m=8,,通過驗(yàn)證α=m(q+Z2）/2=156mm
=mq=80mm /α=0.5 =2.4<2.8
=136.9mm 滿足設(shè)計(jì)的條件
2.4.4 蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)幾何尺寸的計(jì)算
（1）蝸桿
分度圓直徑為 =mq=80mm
軸向齒距為 mm
直徑系數(shù)為
齒頂圓直徑為
齒根圓直徑為 df1=-2m(ha1+ca1)=80-2×8（1+0.25）=60mm
分度圓導(dǎo)程角為 =11.0399°
蝸桿軸向齒厚為
（2）蝸輪
蝸輪齒數(shù)確定為 =29，變位系數(shù)確定為 =-0.5
經(jīng)驗(yàn)算傳動(dòng)比確定為i=14.5
根據(jù)上述得出傳動(dòng)比誤差為
Δi=(14.5-14.07)/14.07=3.06%＜5% 綜述該結(jié)果符合要求
蝸輪分度圓直徑為 d2=mZ2=8×29=232mm
蝸輪喉圓直徑為 da2=232+2×8（1-0.5）=240mm
蝸輪齒根圓直徑為 df2=232-2×8（1+0.25-0.5）= 220mm
蝸輪咽喉母圓半徑為 rg2=240+8=248mm
蝸輪齒寬為 b2=8m×（m+0.06Z2)=77.92mm
2.4.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（2-3）
采取當(dāng)量系數(shù) Zr=Z2/COS3=30.76
通過變位系數(shù)=-0.5，=30.76
在圖11-8中查得齒形系數(shù)為 =2.6
螺旋角系數(shù)為 =
許用彎曲應(yīng)力為 =
因?yàn)閆CuSn10P1鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為′=60Mpa。
其壽命系數(shù)為 KH=0.69
==60×0.69=41.4Mpa
=12Mpa
可得出見彎曲強(qiáng)度是允許的。
2.4.6 驗(yàn)算效率η
η=（0.95--0.97)tan/tan（+p，） （2-3）
Vs=πDn2/60×1000×COS=3.98>3.74m/s
符合要求 經(jīng)過查表12-7得出 p，=1.35°
η=0.96tan/tan（+p，）≈86%
2.4.7 蝸桿傳動(dòng)的熱平衡核算
因?yàn)槲仐U傳動(dòng)的效率低，并且其在工作時(shí)發(fā)熱量大。所以在閉式傳動(dòng)里，工作時(shí)的熱量不能迅速散開，這樣會(huì)導(dǎo)致因油熱不斷上升從而使?jié)櫥妥冡?，?dǎo)致增大摩擦，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生膠合。因此對(duì)熱平衡的計(jì)算是必要的，從而確保油溫穩(wěn)處于允許的范圍內(nèi)。
在規(guī)定條件下允許工作溫度需要的散熱面積為
取αt=15 △t=60-70℃ A>1000P(1-η)/αt △t=0.62-0.53m3
2.5 減速器軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.5.1 蝸桿軸的設(shè)計(jì)
因?yàn)槲仐U直徑較小，所以將蝸桿和蝸桿軸做成一體的，即做成蝸桿軸。
蝸桿上的轉(zhuǎn)矩為T1=38.93N·m
求作用在蝸桿及蝸輪上的力
圓周力為 Ft1=Fa2=2T1//d1=3576N
軸向力為 Fa2=Ft1=2T2/d2=973.3N
徑向力為
初步得出軸的最小直徑所以先按文獻(xiàn)1中的式15-2先估算出蝸桿的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)1中的表15-3，得C=110，
則 （2-4）
17.6×1.07=18.8mm 取d=20mm
由上的確定電動(dòng)機(jī)為Y132M1——6它的輸出軸直徑為38mm，因?yàn)槭顾x的軸的直徑d與聯(lián)軸器的孔相匹配，所以需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào).。
因?yàn)槁?lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，所以我選取Ka =1.5，所以可以得出：
m （2-5）
通過計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)該要小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，通過標(biāo)準(zhǔn)GB\T5014-1985，得出選用TL Z6型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩是250。聯(lián)軸器的尺寸是d=38mm,L=82mm。
2.5.2 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）通過擬定蝸桿上零件的裝配策略與蝸桿是直接和軸做成一起的，
（2）通過軸向與周向定位的要求，計(jì)算出各段的直徑與長(zhǎng)度，因此第一段d=32mm，L=82mm，第二段d=44mmL=50mm，第三段d=45所以采用圓錐滾子軸承30209，
d=45mmD=85mmB=19mm,L=3+19=22mm,第四段d=45mm，L=10+30=40mm×2,第五段d=80查表，蝸桿齒寬B=77.92，L計(jì)算選為120mm。第六段L=19mm。 第七段，與減速器連接部分21mm，L蝸桿=394mm。如圖2-2所示：
圖2-2軸的結(jié)構(gòu)示意圖
2.5.3 軸的校核
（1）垂直面的支承反力（圖b）
Fr=tan20°Fa=1301.5N L=244mm
（2-6）
（2）水平面的支承反力為（圖c）
（3）繪垂直面的彎矩圖（圖b）的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理
（2-7）
葪
（4）繪水平面的彎矩圖（圖c）
（2-8）
（5）求合成彎矩（圖d）
（2-9）
（6）該軸所受扭矩T=38932N.mm
（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
通過文獻(xiàn)1式（15-5）和以上數(shù)據(jù)，得出并采用α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力前已選定軸：
Me=
d>3√Me/0.1=17.2mm<80mm
所以安全。
（8）因?yàn)檩S的最小直徑是根據(jù)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度很充足來確定出來的，通過蝸桿軸受力情況可得截面C處應(yīng)力為最大，然而它軸徑也是較大的，并且應(yīng)力集中應(yīng)該不大，各處應(yīng)力集中都較小，因此蝸桿軸疲勞強(qiáng)度不需要驗(yàn)算。
2.5.4 計(jì)算最小軸徑：
根據(jù)文獻(xiàn)1中的式15-2大致估算出蝸桿的最小直徑，因此用的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，通過文獻(xiàn)1中的表15-3，得出取C=110，
所以 （2-10）
因?yàn)槁?lián)想到鍵槽dmin×1.3=50.05mm
所以d取55mm
2.5.5 選聯(lián)軸器：
因?yàn)槁?lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=Ka .T3考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小，因此取Ka =1.3因此有：
（2-11）
根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca需要小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，通過文獻(xiàn)３表8-7，采用LTZ8型彈性套柱銷聯(lián)軸器，該公稱轉(zhuǎn)矩是710N./m
半聯(lián)軸器的軸徑為d1取55mm
半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為L(zhǎng)取121mm L2=84mm
所以選軸伸直徑為55mm。
2.5.6 初選圓錐滾子軸承：
根據(jù)軸徑初選圓錐滾子軸承30213，通過表6-7得
B=23mm,D=120mm,d=65mm，T=24.25mm, a=23.8
所以選取軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下：第一段為d=55mm，L=112mm，第二段為d=60mm，L=30mm。第三段為d=65mm，L=50mm第四段為d=70mm，L=86mm。第五段為d=80mm,L=10 mm,第六段為d=65mm，L=40mm。
因此軸的長(zhǎng)度為L(zhǎng)蝸輪 =328mm。
至此，可以大致確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
2.5.7 軸上零件的周向定位：
因?yàn)楦鶕?jù)需要半聯(lián)軸器和軸的周向定位同時(shí)需要采用平鍵連接。半聯(lián)軸器和軸的配合是H7/k6。滾動(dòng)軸承和軸的周向定位是通過盈配合來確保的的，所以這里選軸的直徑尺寸公差是k6。蝸輪和軸使用過盈配合H7/r6。
選用軸端倒角為2×45°，并且各軸肩處的圓角半徑是R1.6。
通過軸上的載荷繪制下圖2-3
圖2-3軸上的載荷繪制圖
2.5.8 根據(jù)彎扭合成應(yīng)力效核軸的強(qiáng)度應(yīng)為
L=160
（1）垂直面的支承反力（圖b）
（2-12）
（2）水平面的支承反力為（圖c）
（3）繪垂直面的彎矩圖（圖b）
（2-13）
（4）繪水平面的彎矩圖為（圖c）
（2-14）
（5）求合成彎矩為（圖d）
（2-15）
（6）該軸所受扭矩是 T=414.8N.m
（7）根據(jù)彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
經(jīng)查文獻(xiàn)1式（15-5）和以上數(shù)據(jù)，并且選取α=0.6，所以軸的計(jì)算應(yīng)力應(yīng)該為
d>3√Me/0.1=21.9mm<70mm
此前已確定軸的材料=45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1表15-1得。因此<，所以安全。
（8）因?yàn)檩S的最小直徑是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度很富裕地得出的的，根據(jù)軸受力情況知截面C處應(yīng)力最大，然而其軸徑也很大，但應(yīng)力集中較小，所以每處應(yīng)力集中都較小，因此蝸輪軸疲勞強(qiáng)度不需要校核。
2.6 滾動(dòng)軸承的確定及其計(jì)算
2.6.1 蝸桿軸上軸承的選擇和計(jì)算
該設(shè)計(jì)里有兩處用到了軸承，一處是在蝸桿軸，因?yàn)橹涝撦S徑d=45mm，因此采用內(nèi)徑為45mm的軸承，使用圓錐滾子軸承，采用型號(hào)是30209的軸承，D=85mm,B=19mm,α=18.6第五部分推導(dǎo)出的作用在蝸輪軸以及蝸桿軸上的外力和支反力。
Fr=Fr2/4=325.4N
根據(jù)p280表16-11得出e=1.5tanα=0.504
Fa/Fr=2.99>e 所以X=0.4 Y=1.10
已知 P=(XFr+YFa） （2-16）
X=0.4 Y=1.10
P=0.4×325.4+1.10×973.3=1201N
Fr,=Fr2/2=650.8N 則P2=650.8N
計(jì)算軸承壽命 （2-17）
根據(jù)已知為滾子軸承ε=10/3 Ln=10200000h大于48000h，
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的符合要求。
2.6.2 蝸輪軸上軸承的選擇和計(jì)算
蝸輪軸；由上可得次此處軸徑為d=55mm，故選內(nèi)徑為55mm的軸承，采用圓錐滾子軸承；采用型號(hào)是30213的軸承，D=120mm,B=23mm,α=23.8，基本額定動(dòng)載荷為C=120kw,極限轉(zhuǎn)速為3200r/min. Fae=650.8N Fr=1301N Fd1=0.66Fr1=858.7N
Fd2=0.66Fr2=858.7N Fa1=1509.46N
Fa2=858.7N Fa1/Fr1=1.16>0.66
則X1=0.4 Y1=0.91 Fa2 /Fr2=0.661>0.66 則X2=0.4 Y2=0.91
已知 P=fe(XFr+YFa）
軸承包含中度的沖擊載荷，fe=1.5
P1=2841N P2=1952.7N P1>P2 取P2
Ln=4800000h>48000h
因此符合要求。
2.7 鍵聯(lián)接的選擇與驗(yàn)算
2.7.1 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
在此次設(shè)計(jì)中包含三處要求使用鍵聯(lián)接，一處為減速器的輸入軸（蝸桿）的聯(lián)軸器處。一處為減速器的輸出軸（蝸輪軸）的聯(lián)軸器處。另一處為蝸輪和蝸輪軸的聯(lián)接。通常情況下8級(jí)以上的精度需要有定心精度的要求，因此我打算采用平鍵聯(lián)接，因?yàn)橹皇菃渭兊穆?lián)接的是兩根軸，因此采用圓頭普通平鍵（A）型。并且鍵3的蝸輪在軸的中間，因此也選擇同樣的鍵。
2.7.2 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
因?yàn)槲仐U上的鍵，軸徑為d1=32mm，L=82mm并且是靜聯(lián)接，所以通過P156的表10-9查詢，得許用擠壓應(yīng)力是[σp]=100-120MPa,采用平均值，[σp]=110MPa。鍵為L(zhǎng)=70mm,b=10mmh=8mm，
σp==8.78Mpa<[σp]
綜上可知聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即此鍵符合工作要求。
蝸輪上的鍵、軸和 蝸輪的材料選取的是鋼和鑄鐵，不僅如此還屬于靜聯(lián)接，通過查得許用擠壓應(yīng)力是[σp]=100-120MPa,采用平均值，[σp]=110MPa。
鍵的為L(zhǎng)=80mm,b=20mm,h=12mm
（2-18）
σp ==24.2Mpa<[σp]
由上可知聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度符合要求，即該鍵可以正常運(yùn)行。
并且蝸輪上另一處鍵，L=70mm,b=16mm,h=10mm
[σp]=110MPa
σp ==43.1Mpa<[σp]該鍵可以正常運(yùn)行。
2.8 聯(lián)軸器的選擇及校核
由上可知電動(dòng)機(jī)選取，132M1-6,其輸出軸d=38mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)2 P291表17-1，得出KA=1.5，所以 Tca=KAT 因此Tca=1.5×39.32=58.98N/m
因此采用LTZ6彈性套柱銷聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩T=250N/m>Tca允許用轉(zhuǎn)速n=3300r/min>960r/min經(jīng)過檢驗(yàn)合格。
該蝸輪軸上聯(lián)軸器，已知的d=55mm，決定采用LTZ8彈性套柱銷聯(lián)軸器。所以Tca=1.5×414.8=622.2N/m<710N/m,許用轉(zhuǎn)速n=2400r/min>66.2r/min,經(jīng)檢驗(yàn)合格。
2.9 潤(rùn)滑與密封的設(shè)計(jì)
鑒于本次設(shè)計(jì)蝸桿減速器采用的是鋼蝸桿配青銅蝸輪，所以根據(jù)參考文獻(xiàn)3，采用型號(hào)為L(zhǎng)-AN32的全損耗系統(tǒng)用油，這個(gè)系統(tǒng)油對(duì)于蝸桿的給油方式，是從蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度和載荷類型選擇出來的，鑒于設(shè)計(jì)的蝸桿減速器蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度是4.m/s內(nèi)，不但如此使用的是閉式傳動(dòng)，它的傳動(dòng)載荷中等，采用的油浴潤(rùn)滑。這次蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑用油量，因?yàn)檫x擇的是閉式蝸桿傳動(dòng)，攪油損耗應(yīng)該較小，而且選擇的是的是蝸桿下置式的傳動(dòng)的方式，因此浸油的深度準(zhǔn)確應(yīng)該為蝸桿的一個(gè)齒那么高。蝸輪的潤(rùn)滑是主要通過蝸桿的帶油作用這種方式來進(jìn)行潤(rùn)滑。
該軸承的潤(rùn)滑方式，在蝸桿軸承上選擇浸油潤(rùn)滑。并且該蝸輪軸承上的潤(rùn)滑選擇的是通過刮油板刮蝸輪上的油通過箱體上的油槽潤(rùn)滑的方式。除此之外在安裝的過程中，是需要對(duì)軸承的潤(rùn)滑實(shí)施妥善的處理，需要用潤(rùn)滑油脂實(shí)施完全的潤(rùn)滑。
因?yàn)檩S承的密封設(shè)計(jì)是選擇了軸承端蓋且還在當(dāng)中使用了了密封圈。讓整個(gè)箱體呈現(xiàn)全密封的。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 三維實(shí)體設(shè)計(jì)
第三章 三維實(shí)體設(shè)計(jì)
蝸輪蝸桿減速器的主要部件有：上下箱體，蝸輪，蝸桿，軸承，端蓋等。UG 給其提供了多種建模方法，在建立渦輪蝸桿減速器的各零部件模型過程中, 是可以采取對(duì)曲線、草圖的拉伸、旋轉(zhuǎn)建立各種掃描實(shí)體的 , 同時(shí)也可以用系統(tǒng)提供的特殊的復(fù)制功能創(chuàng)建各種各樣的特征體。所以我們需要針對(duì)各類零件具有的特點(diǎn),采用合理的建模方案 , 從而提升建模的效率值。具體零部件的建模過程在此不作介紹，如下圖所示：
圖3-1螺釘
圖3-2螺釘螺母
圖3-3螺釘螺母連接圖
圖3-4左右基本骨架
圖3-5連接裝置
圖3-6前蓋
圖3-7底座
圖3-8軸孔
圖3-9齒輪
圖3-10軸
圖3-11傳動(dòng)裝置完成
圖3-12箱體
圖3-13箱體
圖3-14箱蓋
圖3-15完整箱蓋
圖3-16渦輪蝸桿減速器完整圖
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 蝸輪蝸桿減速器常見問題及原因分析
第四章 蝸輪蝸桿減速器常見問題及原因分析
蝸輪蝸桿減速器是一種結(jié)構(gòu)非常緊湊、傳動(dòng)比較大大，并且在特有的條件下含有自鎖功能的傳動(dòng)機(jī)械。不僅如此該減速器安裝很方便、其結(jié)構(gòu)較合理，問世以來得到特別多的廣泛的應(yīng)用。在這里我們簡(jiǎn)單的總結(jié)下常見問題和其原因：
（1）渦輪蝸桿減速器發(fā)熱以及漏油。為了提升工作時(shí)候的效率，蝸輪減速器通常全部選擇有色金屬來作為蝸輪，蝸桿則使用比較硬的鋼材來制作。因?yàn)槭腔瑒?dòng)摩擦傳動(dòng)，所以運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這樣會(huì)讓減速機(jī)的各個(gè)零件以及密封之間熱膨脹產(chǎn)生差異，導(dǎo)致在各配合面形成空隙，并且潤(rùn)滑油液因?yàn)闇囟鹊淖兏弋a(chǎn)生稀疏現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致泄漏現(xiàn)象。導(dǎo)致這種情況的罪魁禍?zhǔn)淄ǔＳ兴狞c(diǎn)，一是材質(zhì)互相的的搭配的不合理性；二是嚙合摩擦面表面的質(zhì)量不符合要求較差；三是潤(rùn)滑油進(jìn)行添加時(shí)添加量的選擇錯(cuò)誤；四是裝配的質(zhì)量以及使用時(shí)候環(huán)境較差。
（2)蝸輪磨損。在通常情況下蝸輪一般選擇錫青銅，和其匹配的的蝸桿材料選擇45鋼淬硬至HRC4555，或40Cr淬硬HRC5055后采取蝸桿磨床磨削到粗糙度Ra0.8μm左右。渦輪蝸桿減速器通常運(yùn)行時(shí)的磨損會(huì)很慢，其壽命使用10年以上甚至更久。但是在磨損速度較快的情況下，就要想想使用的選擇是否正確，是否存在超過負(fù)荷的運(yùn)行，和蝸輪蝸桿的材質(zhì)是否正確、裝配質(zhì)量是否過關(guān)或使用環(huán)境是否符合要求等原因。
（3）傳動(dòng)小斜齒輪磨損。通常會(huì)發(fā)生在立式安裝的渦輪蝸桿減速器上，主要是因?yàn)榕c潤(rùn)滑油的添加量和潤(rùn)滑油品種有關(guān)。在立式安裝時(shí)，及其容易產(chǎn)生潤(rùn)滑油量不足的情況，從而導(dǎo)致渦輪蝸桿減速器停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在電機(jī)與渦輪蝸桿減速器之間傳動(dòng)齒輪的油流失，致使齒輪得不到充足的潤(rùn)滑保護(hù)。在渦輪蝸桿減速器開啟式時(shí)，因?yàn)辇X輪得不到及時(shí)的效潤(rùn)滑以致機(jī)械產(chǎn)生磨損嚴(yán)重甚至損壞。
（4）在蝸桿的軸承損壞發(fā)生故障時(shí)，就算減速的箱密封良好，但還會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)減速器內(nèi)的齒輪油被乳化的現(xiàn)象，軸承會(huì)生銹、腐蝕、損壞。其實(shí)這因?yàn)闇p速器在工作運(yùn)行一段時(shí)間后，齒輪的油溫變高又冷卻后生成的的凝結(jié)水與水混合在一起了。當(dāng)然，這和軸承的質(zhì)量好壞及裝配工藝密切度息息相關(guān)。
蝸輪蝸桿減速器的解決方法
（1）為了確保裝配質(zhì)量高，可購買或者自己制造一些專用的小工具，拆卸與安裝減速器零部件時(shí)，要盡可能的減少使用錘子等其他工具敲擊；在更換齒輪、蝸輪蝸桿時(shí)需要盡可能的選擇原廠配件還有成對(duì)的更換；在進(jìn)行裝配輸出軸時(shí)，要留心公差配合；要采用防粘劑或紅丹油等來保護(hù)空心軸，要避免磨損生銹或配合面產(chǎn)生積垢，維修時(shí)難拆卸。
（2）潤(rùn)滑油與添加劑的選擇，蝸齒減速器通常會(huì)選擇4403#合成齒輪油，這對(duì)重負(fù)荷、啟動(dòng)較頻繁、使用環(huán)境較差的減速器而言，需要選用一些潤(rùn)滑油做添加劑，使減速器在不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒輪油仍然依附在齒輪的表面，從而形成保護(hù)膜，來防止重負(fù)荷、低速、高轉(zhuǎn)矩與在啟動(dòng)時(shí)金屬之間的直接接觸。在添加劑中含有密封圈調(diào)節(jié)劑與抗漏劑，用來密封圈保持柔軟和彈性，可以減少潤(rùn)滑油的泄漏。
（3）減速器安裝位置的選擇位置符合規(guī)定的情況下，盡可能不選擇立式安裝。在立式安裝時(shí)，這時(shí)候潤(rùn)滑油的添加量會(huì)比水平安裝要多很多，這樣極度造成減速器發(fā)熱以及漏油。
（4）在建立潤(rùn)滑維護(hù)制度可依照潤(rùn)滑工作“五定”原則對(duì)減速器采取維護(hù)，從而保證每一臺(tái)減速器都有專門責(zé)任人定期檢查，在發(fā)現(xiàn)溫度明顯升高時(shí)候，超過40℃或油溫超過80℃，油的質(zhì)量會(huì)迅速下降或在油中會(huì)發(fā)現(xiàn)許多的銅粉并且產(chǎn)生不正常的噪聲等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)該馬上停止使用，立刻檢修，排除故障，更換潤(rùn)滑油。其中在加油時(shí)，務(wù)必注意油的量，從而是減速機(jī)得到正確的潤(rùn)滑。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第五章 減速器的基本結(jié)構(gòu)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
第五章 減速器的基本結(jié)構(gòu)及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
5.1 減速器的基本結(jié)構(gòu)
它的基本結(jié)構(gòu)大致有三大部分：
1.齒輪、軸和軸承組合小齒輪與軸制成一體，叫做齒輪軸，這種結(jié)構(gòu)用于齒輪直徑和軸的直徑相關(guān)不是很大的情形下，如果軸的直徑為d，齒輪齒根圓的直徑為df，則當(dāng)df-d≤6～7mn時(shí)候，應(yīng)選擇這種結(jié)構(gòu)。而當(dāng)df-d＞6～7mn時(shí)，選擇齒輪和軸分開成為兩個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)退佥S和大齒輪。這時(shí)齒輪和軸的周向固定平鍵聯(lián)接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。兩個(gè)軸全部選擇深溝球軸承。這種組合，適用于承受徑向載荷與不減速器大的軸向載荷的情況。當(dāng)軸向載荷很大時(shí)，應(yīng)選擇角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和推力軸承的組合結(jié)構(gòu)。軸承是利用齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)濺起的比較稀的油，以此來起到潤(rùn)滑的作用。箱座中油池里面的的潤(rùn)滑油，被旋轉(zhuǎn)的齒輪濺起飛粘到箱蓋的內(nèi)壁上面，順著內(nèi)壁流到分箱面坡口后，在通過導(dǎo)油槽進(jìn)入軸承。當(dāng)浸油齒輪圓周速度υ≤2m/s時(shí)，我們?cè)撨x擇潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑軸承，為了避免可能濺起的稀油沖掉潤(rùn)滑脂，可選擇擋油環(huán)將其分開。為了防止?jié)櫥土魇б约巴饨缁覊m進(jìn)入到箱內(nèi)，會(huì)在軸承端蓋與外伸軸之間安裝密封元件。
2.箱體是減速器的非常重要組成部件。它是傳動(dòng)零件的基座，應(yīng)具有非常強(qiáng)的強(qiáng)度和剛度。箱體一般用灰鑄鐵來制造，當(dāng)然這對(duì)于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產(chǎn)的減速器，目的為了簡(jiǎn)化工藝、降低成本，可選擇鋼板焊接的箱體?；诣T鐵具有很棒的的鑄造性能以及減振性能。目的便于軸系部件的安裝與拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱體是用螺栓聯(lián)接成一體。軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡可能的靠近軸承座孔，但是軸承座旁的凸臺(tái)，應(yīng)具背足夠的承托面，以方便安放聯(lián)接螺栓，還要保證旋緊螺栓時(shí)具有的的扳手空間。為了保證箱體存在足夠的剛度，在軸承孔周圍增加支撐肋。目的是保證減速器安放在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性并盡最大力度減少箱體底座平面的機(jī)械加工面積，箱體底座通常不選擇完整的平面。
3.減速器附件目的是保證減速器的正常運(yùn)行，不但對(duì)齒輪、軸、軸承組合以及箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為了減速器潤(rùn)滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工和拆裝檢修時(shí)箱蓋和箱座的精確定位、吊裝等輔助零件與部件的合理選擇與設(shè)計(jì)。減速器
（1）檢查孔為了檢查傳動(dòng)零件的嚙合情況，并且向箱內(nèi)注入潤(rùn)滑油，應(yīng)在箱體的恰當(dāng)位置安放檢查孔。檢查孔安放在上箱蓋頂部能最快觀察到齒輪嚙合部位位置。在平時(shí)，檢查孔的蓋板用螺釘連接在箱蓋上。
（2）通氣器減速器在工作時(shí)，箱體內(nèi)溫度不斷變高，氣體會(huì)膨脹，壓力變大，為了使箱內(nèi)熱脹空氣能盡快排出，從而保持箱內(nèi)外部壓力平衡，不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)潤(rùn)滑油沿分箱面或軸伸密封件等其他縫隙滲漏現(xiàn)象，一般會(huì)在箱體頂部裝設(shè)通氣器。
（3）軸承蓋為固定軸系部件的軸向位置并且能承受軸向載荷，軸承座孔兩端采用軸承蓋封閉的方式。軸承蓋會(huì)有凸緣式以及嵌入式兩種情況。用六角螺栓連接在箱體上，外伸軸上的軸承蓋是通孔，其中裝有密封的裝置。凸緣式軸承蓋的優(yōu)點(diǎn)是拆裝、調(diào)整軸承方便極其方便，然而和嵌入式軸承蓋相比較，零件數(shù)目多，尺寸較大，外觀不是很平整。
（4）定位銷目的是保證每次拆裝箱蓋的時(shí)候，仍保持軸承座孔制造加工時(shí)的精度，所以應(yīng)在精加工軸承孔前面，在箱蓋和箱座的聯(lián)接凸緣上安裝定位銷。安放在箱體縱向兩側(cè)聯(lián)接凸緣上面，這對(duì)稱箱體應(yīng)呈相互對(duì)稱放置，從而避免錯(cuò)裝發(fā)生。
（5）油面指示器是檢查減速器內(nèi)油池里油面的高度的，所以應(yīng)該經(jīng)常保持油池內(nèi)有適量的油，通常在箱體便于觀察、油面相對(duì)穩(wěn)定的部位，安裝油面指示器。
（6）在放油螺塞換油時(shí)候，排放污油以及清洗劑，會(huì)在箱座底部上面，在油池的最低位置上安放放油孔，它平常時(shí)候會(huì)用螺塞將放油孔堵住，當(dāng)放油螺塞與箱體接合面間應(yīng)加強(qiáng)防漏用的墊圈。
（7）啟箱螺釘為加強(qiáng)密封效果，一般在裝配時(shí)在箱體剖分面上面涂以水玻璃或者密封膠，故在拆卸時(shí)通常會(huì)因?yàn)槟z結(jié)緊密打不開蓋子。因此常常在箱蓋聯(lián)接凸緣的恰當(dāng)部位，加工出～2個(gè)螺孔，當(dāng)旋入啟箱用的圓柱端或者平端的啟箱螺釘。旋動(dòng)啟箱螺釘便可以將上箱蓋頂起來。小型減速器可以不設(shè)啟箱螺釘，啟蓋時(shí)用起子撬開箱蓋，啟箱螺釘?shù)拇笮∫部梢酝谕咕壜?lián)接螺栓。
5.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
國外的減速器，是以德國、丹麥以及日本處于領(lǐng)先地位，尤其是在材料與制造工藝方面占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長(zhǎng)。然而其傳動(dòng)形式還是以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積以及重量問題，仍未解決好?，F(xiàn)如今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率與使用壽命長(zhǎng)的方向發(fā)展。
20世紀(jì)60年代的減速器通常是參考蘇聯(lián)20世紀(jì)40－50年代的技術(shù)制造的，后來即使有所發(fā)展，但限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、工藝水平和裝備條件，其總體水平和國際水平有很大差距。??自20世紀(jì)60年代以來，我國先后制訂了JB1130－70《圓柱齒輪減速器》等一批通用減速器的標(biāo)淮，除了主機(jī)廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，全國生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器25萬臺(tái)左右，這對(duì)發(fā)展我國的機(jī)械產(chǎn)品作出了不可磨滅功勞。
改革開放以來，我國引進(jìn)一批先進(jìn)加工裝備，通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)與科研攻關(guān)，慢慢掌握了各種高速以及低速重載齒輪裝置的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。材料與熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有很大的提升，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB179－60的8－9級(jí)提升到GB10095－88的6級(jí)，高速齒輪的制造精度可保持在4－5級(jí)。部分減速器選擇硬齒面后，體積以及質(zhì)量明顯變小，承載能力、使用壽命、傳動(dòng)效率有了非常大的提升，這對(duì)節(jié)能以及提高主機(jī)的總體水平起到無與倫比的作用。
我國自行設(shè)計(jì)制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達(dá)42000kW，齒輪圓周速度達(dá)150m/s以上。然而，我國絕大多數(shù)減速器的技術(shù)水平還較低，老產(chǎn)品不可能馬上被取代，新老產(chǎn)品并存過渡會(huì)經(jīng)歷一段很久的時(shí)間。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致謝
對(duì)于這次設(shè)計(jì)的完成,首先感謝母?！蜿柣ご髮W(xué)科亞學(xué)院的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會(huì)，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)、知道了知識(shí)的可貴與獲取知識(shí)的辛勞。
承蒙英璐老師的耐心指導(dǎo)，我順利地完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此深深感謝我的老師英璐給予我的耐心指導(dǎo)和幫助,這也體現(xiàn)了她對(duì)工作高度認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神，在我的設(shè)計(jì)過程中，還得到了眾多同學(xué)的支持和幫助，在此，我對(duì)這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠(yuǎn)的祝福！
對(duì)于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，還有許多美好的設(shè)想由于時(shí)間和自身因素?zé)o法得以實(shí)現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計(jì)的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的思維，提高了我的動(dòng)手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識(shí)，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我會(huì)繼續(xù)努力！