单级直齿圆柱齿轮减速器优化设计

专业限选课大作业 课程名称: 单级圆柱齿轮减速器优化 姓 名: 刘艺 班 级: 10 机自本 2 学 号:1010111078 2013 年 11 月 5 日 铜陵学院机械工程学院1 一、课程设计目的： .1 二、课程设计的任务 .1 三、课程设计时间安排： .1 四、圆柱齿轮减速器及其优化设计概述 .2 五、建立数学模型 .5 六、传动方案的拟定 .8 七、电动机的选择 .10 八、轴的设计计算 .11 九、轴承与键的选择 .21 十、减速器箱体的设计 .21 十一、结束语 .23 参考文献 .2411 一、课程设计目的： 1、 通过本次设计，综合运用机械设计基础及其它有关先修课程的理论和实 际知识，使所学的知识进一步巩固、深化、发展。 2、 本次设计是高等工科学校学生第一次进行比较完整的机械产品设计，通过此 次设计培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机械设计的基本 方法和步骤。 3、 使学生能熟练的应用有关参考资料、图册和手册，并熟悉有关国家标准和其 它标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本训练。 二、课程设计的任务 1、减速器装配草图1张A0图纸 。 2、零件工作图2张A2或A3图纸。 （传动零件齿轮、轴或箱体）3、设计计算说明书一份，内容包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力 分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计 算、轴（按弯扭合成强度计算） 、键的强度校核，选择联轴器等，约8000字。 三、课程设计时间安排： 1、传动装置总体设计、传动件计算：2天 2、装配草图设计：2天 3、正式装配图设计：3天 4、绘制零件图：1天 5、完成说明书：2天12 四 圆柱齿轮减速器及其优化设计概述 1.1圆柱齿轮减速器概述：圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的 回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。圆柱齿轮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。 圆柱齿轮减速机的齿轮采用 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向布置的传动装置中。 。圆柱齿轮减速 器广泛应用于冶金、矿山、起重、运输、水泥、建筑、化工、纺织、印染、制药等领 域。 1.2单级直齿圆柱齿轮减速器的优化设计概述圆柱齿轮减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置，因此，如何设计出体积 小、质量轻、成本低但却承载能力强、使用寿命长的圆柱齿轮减速器，一直是设计人 员关注的重要课题。实践表明，传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设 计方案，是一种以经验类比为基础的设计方法，带有极大的主观随意性，虽然也能获 得满足给定条件的可用的设计方案，但一般不是最佳的。只有采用优化设计的方法， 才是解决上述设计课题的有效途径。减速器的优化设计，一般是指在给定功率P、齿数比u、输入转速 以及其他技 1 n 术条件和要求下，找出一组使减速器的某项经济技术指标打到最优的设计参数。圆柱 齿轮减速器的类型与结构形式有很多种，工作条件和设计要求也各种各样，难以用统 一的数学模型描述不同类型、不同结构及不同条件与设计要求的减速器的优化设计问 题。通常，对不同类型的减速器，选取的设计变量是不同的。例如，对于展开式圆柱 齿轮减速器，可取齿轮齿数、模数、齿宽、螺旋角及变位系数等为设计变量；对于行 星齿轮减速器，设计变量除上述参数外，还可以加上行星轮个数。根据减速器工作条 件和设计要求的不同， 目标函数也不同。例如，对中心距没有严格要求的减速器， 可取减速器最大尺寸最小、体积最小或总质量最小为设计目标；对给定中心距的减速 器，则可取承载能力最大为设计目标，减速器的类型、结构形式不同，约束函数也不 完全一样。设计约束一般包括边界约束和性能约束两类。边界约束有最小模数、不根 切 的最小齿数、螺旋角、变位系数、齿宽系数等的约束；性能约束则有接触强度、 弯曲强度、总速比误差、过渡曲线不发生干涉、重合度、齿顶厚等的约束。而对于行13 星齿轮减速器来说，还应增加装配条件、同心条件和邻接条件等的限制。 五.建立数模型 2.1确定设计变量 如图（题目）所示，减速器的体积主要决定于箱体内齿轮和轴的尺寸，根据齿轮几何 尺寸及结构尺寸的计算公式，单极圆柱齿轮减速器箱体内齿轮和轴的总体积 可近似 v 的表示为 c d c b D D l l d l l d b d d b d d v s s s s 2 0 2 2 1 ' 2 2 ' 2 1 2 2 3 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 4 4 4 4 4 4 4 （2-1） 由上式克制，单极标准直齿圆柱齿轮减速器优化设计的设计变量可取为 这里近似取 0 2 1 b b b 2.2确定目标函数 参照图 7-5及根据有关结构设计的经验公式将这些经验公式有 、 m 5 、 、 、 ，并取 、 2 2 2 ' d D 2 1 ' 6 . 1 s d D 1 ' 2 ' 0 25 . 0 D D d b c 2 . 0 mm l 32 2 将这些经验公式及数据代入式（2-1）且用设计变量来表示，整理得目标函 mm l 28 3 数的表达式为（2-2） 2 6 2 5 2 6 4 2 5 4 6 3 1 6 3 2 1 2 5 1 2 6 1 2 3 1 2 3 2 1 2 3 2 2 1 32 28 6 . 1 8 . 0 92 . 0 85 85 75 . 4 78539815 . 0 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f 3.3 确定约束函数 1）为避免发生根切，应有 应有于是得约束函数 17 min 1 z z（2-3） 0 17 2 1 x x g 2）根据工艺装备条件，跟制大齿轮直径 不超过 故小齿轮直径 不应超过 2 d mm 1500 1 d 即 于是有约束函数 mm 300 cm mz 30 1 （2-4） 0 30 3 2 2 x x x g 3）为保证齿轮承载能力同时又避免载荷沿齿宽分布严重不均，要求齿宽系数14 满足 ，由此得 m b m 35 16 m b（2-5） 0 35 ) ( 1 3 1 3 x x x g 及 （2-6） 0 16 ) ( 1 3 1 4 x x x g 4）对传递动力的齿轮，模数不能过小，一般 mm,且取标准系列值，故有 2 m（2-7） 0 2 . 0 3 5 x x g 5）按经验，主、从动轴直径的取值范围为 ，故有 cm d cm cm d cm s s 20 13 15 10 2 1 、（2-8） 0 10 5 6 x x g（2-9） 0 15 5 7 x x g（2-10） 0 13 6 8 x x g（2-11） 0 20 6 9 x x g 6）按结构关系，轴的支承跨距满足： ，其中 为箱体内壁到轴承中 2 1 5 . 0 2 s d b l 心线的距离，现取 ，则有约束函数 cm 2 （2-12） 0 4 5 . 0 4 6 1 10 x x x x g 7）按齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度条件，应有：（2-13） H H bu u KT a 3 1 1 336（2-14） 1 1 1 1 1 2 F F F mY bd KT （2-15） 2 2 1 1 1 F F F F F Y Y 式中， 为齿轮传动的标准中心距，单位为 cm， ； 为载荷系数，这 a 1 5 . 0 1 u mz a K 里取 ； 为小齿轮传递扭矩，单位为 ， 3 . 1 K 1 T cm N ； cm N cm N n P T