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第一章 绪论 减速机（如图1.1）是一种传动机构。在各式机械的传动系统中几乎都可以见到它的踪迹。减速机已经深入到我们生活的每一部分。不管是交通工具还是工业生产，都有用到它。由此可见减速机的重要性。尤其是在工业和制造业中，得到了广泛的应用。无论是大功率的传动系统还是小功率的精密仪器，都离不开减速器。它具有较好的转换性能，减速器主要应用在速度与扭矩的转换重要的机械配件设备。它利用齿轮的速度降低电机的输出减速，将电机的输出的速度降低，卷筒能够得到超过工作要求的转矩。减速器的主要功能有：1.减速器降低输出的减速，同时能够降低了减速器承受的负载的惯量。进而减低了能量的损失和间接地降低电机的转速。2.提高输出扭矩，扭矩输出的比例是减速器的电机的输出乘减速比。 减速器的工作原理 : 它一般用于提高输出扭矩和降低速度的场合的机械机构。减速器的目是降低工作输入的的转速，提升机械工作机器的转矩。减速器按形状可分为菲有：圆锥齿减速机、圆锥圆柱齿引轮减速机；按照级数可分为单、二级、多级减速机。减速器的常用类型有：1.摆线针轮减速机2.行星齿轮减速机3.硬齿面圆柱齿轮减速器机4蜗杆减速机5三环减速机6软齿面减速等等。普通的减速机几对相同原理齿轮达到减速效果。减速器主要由传动零件齿轮蜗轮、齿轮轴、蜗杆、轴、键、轴承、下箱体、上箱盖及其附件所组成。其基本结构有一下大部分组成：1、齿轮、轴、键及轴承组合;齿轮、键与轴制成一体，称齿轮轴，齿轮轴该结构用于：齿轮直径的直径与轴的直径差别不大的场合下，当减速器轴的直径d，齿轮齿根圆的直径d1，若d1-d（615）mm时，应该采用齿轮轴。若d-d（615）mm时，采用齿轮与轴分开由键连接为三个零件组成的机械结构，如低速轴与大齿轮。齿轮与轴的周向固定平键联接，轴上零件利用轴肩、轴环、轴套和轴承盖作轴向固定;箱体是减速器的重要组成零件。减速器的箱体是传动部件的装配的基础，箱体的装配部件的精度应具有足够的强度和刚度，这样才能保持安装精度的高低。2. 箱体是由用灰铸铁铸造而成，对于那些的重载或有冲击载荷的减速器可以采用铸钢箱体铸造而形成的箱体零件。单件生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，降低工人的劳动强度。灰铸铁具有很好的减振性能、铸造性能、成本较低。便于轴系部件和齿轮传动部件的安装和拆卸，且上箱盖和下箱体用紧固件联接成成一体。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轴承座的联接螺栓应靠近轴承座孔。保证强化箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近肋板。3. 减速器的附件。为充分保证减速器的正常工作运行，对轴、齿轮、轴承组合、键、上端盖和箱体的结构设计足够要求外，而且，应该考虑到为减速器润滑方式如：箱体的注油、测量箱体中油面高度、加工及拆装时箱盖与箱座的精度如何准确的定位、吊耳的设计和润滑油和润滑脂的的合理选择。定位销为了保证装配的精度。每次拆装箱体时，保持轴承座孔制造加工时的精度，在箱盖与箱座的联接凸缘上装加定位销。安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，进而保证安装的精度。油面指示器,检查减速器内油池油面的高度的高低，要保持油池内适量的油润滑部件的设备，油面指示器的作用是箱体便于观察油面较稳定的部位，防止减速器的损坏，进一步提高减速器的寿命。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。启箱螺钉，为加强密封效果，防止密封不紧漏油的的现象。装配时于箱体剖分面上涂有以水玻璃、喷胶或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，进一步提高了封闭的作用。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。 减速机的发展前景非常好。现在起重运输设备行业对它的需求非常的大；目前，国内起重运输设备制造行业正在处于良好的发展层次。近些年起冶这金，加快淘汰已经落后产能。它是水泥机械中的通用机械设备，市场景气度必然随之上升。起重运输设备是它应用最为广泛的行业，我国起重运输业将继续保持快速增长。由此，减速机需求也将得到有效的拉动。如图1.1三级减速器装配图第二章 传动装置总体设计 展开式硬齿面圆柱齿轮减速器 如图2.1主有两大系列，平行轴系列和垂直轴系列。减速器是按国家标准生产，该减速器主要有主要包括单级减速器ZDY、两级减速器ZLY、三级减速器ZSY和四级减速器ZFY四大系列等等。垂直轴减速器是按国家标准生产，有输入轴与输出轴呈垂直方向布置，它主要包括DBY、DCY和DFY三大系列。此次设计的是三级展开式硬齿面圆柱齿轮减速器（ZYS280-25-108）。减速器的特点是：（1）齿轮传动圆周速度不大于20米/秒；（2）工作环境4050，如果低于0，启动前润滑油应预热至0以上。同时，用绘图软件进行绘制二维装配图、轴的的零件图等等。接下来在用SW对单个零件进行建模和装配三级减速器的同时仿真出视频；最后，对三级减速器进行有限元分析，进行结构方面的优化改善和创新。图2.1展开式硬齿面圆柱齿轮减速器第三章 三级圆柱齿轮减速器设计要求 此次设计的三级减速器是ZSY280-25-108Kw型减速器装配图如图3.1。图3.1三级减速器主装配图图3.2三级减速器左装配图图3.3三级减速器左装配图 此减速机是三级展开式圆柱齿轮减速机，其基本参考数据如下所示：齿轮轴：选用45材料、齿数25、齿宽100mm、模数为4、螺旋角；齿轮：选用20CrMnT材料、齿数68、齿宽90mm、模数为4、螺旋角；齿轮轴：选用45材料、齿数25、齿宽130mm、模数为4、螺旋角；齿轮：选用20CrMnT材料、齿数88、齿宽120mm、模数为4、螺旋角；齿轮轴：选用45材料、齿数25、齿宽148mm、模数为6、螺旋角；齿轮：选用20CrMnT材料、齿数66、齿宽138mm、模数为6、螺旋角 原始数据为：该减速器低速级中心距为280mm，总传动比为25，输出功率为108Kw。机器寿命为10年，它要每年工作300天，两班制，基本不出现大的波动。3.2 确定传动方案 传动方案要满足工作可靠、结构简单、传动效率高、工艺性和经济性好等要求。减速器的机构简图如下图3.5所示：图3.4减速器的机构简图第四章 传动装置运动和动力参数的计算4.1 减速器选择电动机和传动比的分配减速器的标准电动机的容量以电机的额定功率表示，所选电动机的额定功率应不小于所需减速器工作机的额定要求的功率。则减速器工作机要求的电动机功率为： 其中，Pd减速器工作机要求的电动机输出功率，单位为Kw；减速器电动机至工作机之间传动装置的总效率；Pw减速器工作机所需输入功率，单位为Kw。 该三级减速器的齿式联轴器传动效率 ；圆柱斜齿轮齿轮传动效率 ；滚子轴承的传动效率 故：=0.990.980.980.980.980.980.980.980.99=0.851 所以，选择YS6324型电动机，其额定功率是180Kw，空载转速1500 r/min；满载转速时1400 r/min。 总传动比公式为，其中i25，根据由该三级减速器基本参考数据的可知： ； ； 。故：各级传动比分别为、。4.2 传动系统的运动和动力参数计算 各轴的转速： 各轴输入功率： 其中式中，P 、P P、 P分别为相对应轴的功率。各轴输入转矩： 式中，T1 、 T2 、T3 、 T4对应轴的转矩第五章 齿轮设计计算 一级轴齿轮的设计1. 小齿轮采用45钢，大齿轮采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级精度，Z=25，Z=68，= 0.8,=132. 2.按齿根弯曲疲劳强度设计 载荷系数 试选K=1.5小齿轮传递取大小齿轮弯曲疲劳强度极限 应力循环次数： ； 弯曲疲劳寿命的设计系数,.计算一级齿轮许用弯曲应力应力修正系数Y=2.0， 弯曲疲劳安全系数S=1.4，则 Z =27.02 Z =73.51查表得出： Y=2.62, Y=2.24, Y=1.59，Y=1.75因为 所以按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计计算重合度系数Y及螺旋角系数Y Y=0.70 Y=0.863. 设计计算 =3.46m圆周速度: 计算载荷系数K 使用系数K=1.5，传动载荷系数K=1.2， 齿间载荷分配系数K=1.2, 齿间载荷分布系数K=1.24 校正并确定模数m m=3.46=4.2mm 取mn=4mm3.计算齿轮传动几何尺寸中心距a 螺旋角 齿轮分度圆直径 ； 。 齿宽 b=d=0.848.21=82.104mm b=90mm b= b+(510)=100mm4.校核齿面接触疲劳强度 =1200 MpaK=0.9 K=0.92 计算许用接触应力取S=1 =K/ S=0.91200/1=1080Mpa =K/ S=0.921200/1=1104Mpa =(+)/2=1092Mpa节点区域系数Z=2.44重合度系数Z=0.8螺旋角系数Z=0.987材料系数Z= 189.8校核 =2.44189.80.750.992 =926.43 Mpa =1092Mpa故，满足齿面接触疲劳强度要求。第二级传动齿轮设计1.小齿轮采用45钢，大齿轮采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级Z=25， Z=88，= 1.1,=132.齿根弯曲疲劳强度设计 载荷系数 K=1.5小齿轮传递的转矩 T=2237500NmM大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =460Mpa应力循环次数 弯曲疲劳寿命系数 K=0.9, K=0.92弯曲疲劳安全系数S=1.4，应力修正系数Y=2，则 = 591.43 Mpa = 604.6 Mpa查取齿型系数和应力校正系数 Z =27.03 Z =95.13 查表得 Y=2.57，=2.18 , Y=1.6，Y=1.79因为 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计。重合度系数Y及螺旋角系数Y Y=0.7 Y=0.92.设计计算齿轮模数: M=3.44圆周速度: v=2.377m/s计算载荷系数K系数K=1.5，传动载荷系数K=1.01， 齿间载荷分配系数K=1.2, 齿间载荷分布系数K=1.34 校正并确定模数 m=3.437=3.67mm圆整后，取m=4m。3计算齿轮传动几何尺寸中心距a a=232mm螺旋角=13齿轮分度圆直径d= =102.63mm, d=361.26mM齿宽 b= d=1.1102.63=112.893mm b=120mm b= b+(510)=130mm4 校核齿面接触疲劳强度 =1500 MpaK=0.95 K=0.97计算许用接触应力， 取S=1 =K/ S=0.951500/1=1425Mpa =K/ S=0.971500/1=1455Mpa =(+)/2=1440Mpa节点区域系数Z=2.44重合度系数Z=0.8 螺旋角系数Z=0.987 材料系数Z= 189.8, Z=25 校核 =683.7Mpa=1440Mpa 第三级传动齿轮设计 1.小齿轮采用45钢，大齿轮采用20CrMnTi，经渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，7级Z=25，Z=66，= 0.9,=13。 2. 按齿根弯曲疲劳强度设计 载荷系数 K=1.5)小齿轮传递的转矩 T=7528260 Nm大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =460Mpa应力循环次数 N=4.2310, N=16.110弯曲疲劳寿命系数K=0.92, K=0.94取弯曲疲劳安全系数S=1.4，应力修正系数Y=2，则 = 604.60 Mpa = 617.71 Mpa查取齿型系数和应力校正系数 Z =27.03 Z =71.35 查表得 Y=2.57 ,Y=2.24 , Y=1.600, Y=1.75 计算大小齿轮的并加以比较 故按小齿轮进行齿根弯曲疲劳强度设计重合度系数Y及螺旋角系数Y Y=0.7 Y=0.93设计计算 计算齿轮模数 =5.47圆周速度: v=1.080m/s计算载荷系数K 系数K=1.5，传动载荷系数K=1， 齿间载荷分配系数K=1.2, 齿向载荷分布系数K=1.3 K= K K K K=2.34 校正并确定模数m m=3.28=6.34mm 取m=6mm4计算齿轮传动几何尺寸 中心距a a=280.18mm螺旋角 =13 齿轮分度圆直径 d= =154.00mm d =406mm齿宽 b= d=138.60mm b=138mm b= b+(510)=148mm5 校核齿面接触疲劳强度 =1500 Mpa K=0.97 ， K=0.98 计算许用接触应力，取S=1. =K/ S=0.971500/1=1455Mpa =K/ S=0.981500/1=1470Mpa =(+)/2=1462.5Mpa节点区域系数 Z=2.44重合度系数 Z=0.8螺旋角系数 Z=0.987材料系数 Z= 189.8校核 =1406.49=1462.5Mpa故满足齿面接触疲劳强度第六章 轴的设计轴的设计1.轴上小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用20CrMnTi，经渗碳淬火。2.轴的结构设计1）估算轴径d，查表得轴的C值是112 d =50.14mm 单键槽增加5%7%，所以d(52.6553.65)mm，根据工厂实际情况，这里取d=53mm。2) 轴上转矩 T=857.04 Nm3)轴的结构简图如下图所示： 图6.1 轴的结构简图 d=d=53 mm, d= d+2=55 mm, d= d+10=65 mm, d= d=65 mm, d= d=55 mm, L=82 mm, L=210 mm, L=242 mm，L=8 mm, L=T=29 mm(T为轴承宽度)查轴承样本，选用型号为30311单列圆锥滚子轴承，其内径d=55 mm， 外径D=120mm轴的设计1.轴上小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用20CrMnTi，经渗碳淬火。2.轴的结构设计1）估算轴径d，查表11.3得轴的C值是105 d =64.7mm 单键槽增加5%7%，所以d(67.9469.23)mm，所以d=70mm 2) 轴上转矩 T=1225.07Nm3) 轴的结构简图如下图所示： 图6.2 轴的结构简图 d=70mm, d= d+10=80mm, d= d+2a= d+2(0.070.1)d=91.296，这里取d=94mm, d=78mm, d= 70mm 查轴承样本，选用型号为30314单列圆锥滚子轴承，其内径分别为d=70 mm，外径D=150 mmL=35mm, L=108mm, L=105mm, L=7mm, L=T=35mm(T为轴承宽度)轴的设计1.轴上小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构，轴的材料及热处理和齿轮的材料及热处理一致，均采用20CrMnTi，经渗碳淬火。2.轴结构设计 1）估算轴径d，查表11.3得轴的C值是107 d=98.8mm 单键槽增加5%7%，所以d(103. 74105.716)mm，所以 d=110mm轴上转矩 T=7528.26 Nm3)轴的结构简图如下图所示：图6.3 轴的结构简图 d= d= d=95mm, d= d+26=121mm, d=d+10=130mm ，d=120mm，L=137mm, L=58mm, L=7 mm, L=T=45 mm(T为轴承宽度) L=45 mm,查轴承样本，选用型号为30319单列圆锥滚子轴承，其内径d=95 mm，外径D=200 mm。轴的设计1.轴材料选用40Cr，调质处理2.轴的结构设计 1）估算轴径d，查表得轴的C值是97d =121mm 单键槽增加5%7%，所以d(127129)mm，根据工厂实际情况，这里取d=130mm。2) 轴上转矩 T=24591.3 Nm3)轴的结构简图如下图所示：图6.4 轴的结构简图 d= d=140mm, d= d= d+10=150mm,d= d+2(0.070.1)=（173.28182.4）mm,这里取d=175mm, d= d+10=160 mmL=370mm, L=269mm, L1.4h=10.5,取L=15mm, L=180mm, L=T=65mm(T为轴承宽度)查轴承样本，选用单列圆锥滚子轴承，其内径d=150 mm，外径D=320 mm4)轴的受力分析如下图 图6.5 轴的受力分析 L=167.5mm， L=296.5mm5) 轴的校核 F=18978.92N F= Ftan/cos=34923 N F= Ftan=21584 N R= F L/L=33750 N R = F L/L=59742 N M=10006785 Nmm R=(F L+ F d)/ L= 31759 N R=(F L- F d)/ L=3164 N M= R L=5319633 Nmm M= R L=938126 Nmm M=11332883 Nmm M=938131 Nmm图6.7T=18978920Nmm ，M=11332889 Nmm = M/W=90 Mpa 故满足要求第七章 滚动轴承的校核轴承校核轴承类型为圆锥滚子轴承，轴承预期寿命为由之前计算可知： F=6329N，F= 3856 N轴承工作转速n=1400 r/min P=4952 N C故轴承30311满足要求轴承校核 轴承类型为圆锥滚子轴承，轴承预期寿命为由之前计算可知： F=5988N，F= 3701 N轴承工作转速n=515 r/min C故轴承30314满足要求 轴承校核 轴承类型为圆锥滚子轴承，轴承预期寿命为由之前计算可知： F=36521N，F= 22572 N轴承工作转速n=147r/min C故轴承30319满足要求 轴承校核轴承类型为圆锥滚子轴承，轴承预期寿命为由之前计算可知： F=34923N，F= 21584 N轴承工作转速n=56 r/min C故轴承30330满足要求第8章 箱体结构尺寸第9章在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度名称符号结构尺寸箱座厚度14箱盖厚度11箱座、箱盖、箱底座凸缘的厚度箱座、箱盖上的肋厚轴承旁凸台的高度和半径h，R1轴承盖的外径D2地脚螺钉直径与数目n6df16通孔直径20沉头座直径DO45地座凸缘尺寸2523连接螺栓轴承旁连接螺栓直径12箱座、箱盖连接螺栓直径8连接螺栓直径10通孔直径11沉头座直径22凸缘尺寸1814定位销直径轴承盖螺钉直径窥视孔螺钉直径箱体外壁至轴承座端面的距离大齿轮顶圆与箱体内壁的距离齿轮端面与箱体内壁的距离第九章 三级圆柱齿轮减速器的有限元分析9.1 轴、轴、轴、轴的有限元分析如下图所示：图9.1齿轮轴有限元分析图9.1齿轮轴有限元分析图9.3 轴有限元分析图9.4 轴有限元分析 用SW综合上述分析可知：对个轴进行有限元分析，由轴的应力分析图，得知各轴的应力集中处在键槽部位比较高，通过该处的应力的大小对比，该应力值小于许应应力的大小，满足各轴的设计要求。9.2 齿轮的有限元分析图9.5 大齿轮有限元分析图9.6 大齿轮有限元分析第十章 三级圆柱齿轮减速器仿真分析图10.1三级圆柱齿轮减速器仿真分析图10.2三级圆柱齿轮减速器仿真分析 由三级减速器的运动仿真，进一步让我们清晰地了解到了三级减速器的工作原理以及工作的方式，以仿真现实的物体运动，让自己更加一步设计机构方面的知识。总结这次的毕业设计基本告一段落了。他基本上包含了我们四年的所学。不过还是有些问题没处理好。比如在实验的过程中发现我们所学习的知识与实践中的操作和加工过程还是有一定的出入。进行实践操作还需要不断的改进。通过我们查阅资料和问老师使得这次的毕业设计能够完成。通过不断的解决实验中所遇到的问题，在这个过程中我也学会了从哪方面下手，如何采用正确有效的方法去分析问题以及搜集整理文献资料，同时能把理论问题运用到实践中。因为这次毕业设计是最后一次设计，所以，不仅仅要有方法一起去发现问题，而且要通过自己的努力去解决问题。通过这次设计与制作，更加深刻了对书本知识的理解和认识，也知道深厚的理论知识对于设计一台设备出来的真正含义和内涵所在。毕业设计只是我迈入社会正式工作的第一步，但绝不是最后一步，所以我必须认认真真地做好这次的毕业设计，让自己学有所用，在实践中学习，在学习中成长。这是一门综合性很强的课程，其中包含了很多门科目有机械设计、理论力学、工程材料、材料成型、机械制造、制图等知识，通过设计过程可以把以前学的知识进行更加深入的理解，同时大大提高个人训练能力。设计一个零件或结构，要先了解其功能原理，然后在使其满足使用功能的基础上进行设计和创新，不能毫无根据漫无目的的瞎想、乱改。结构设计中的所有结构的有无、位置、尺寸都是有根据甚至有标准的，不能看到别人有而有，也不能乱加或随意编写数据。否则可能对整体功能或使用维修等带来影响。 通过毕业设计，我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，有几次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。所以在之后的设计计算中，我都做得非常仔细认真，希望能够通过严谨细致的做设计，体现出自己大学四年来所学能够应用到实践中去。在此要感谢指导老师的辛勤教导与详细讲解，您还帮助我们找出解决问题的不同方法。我从此次毕业设计中学到了许多有用的知识和技巧。最后再一次真诚感谢您。 最后，真心得感谢老师的细心教导和帮助。参考资料1 李力 主编 林风 副主编 机械设计基础 大连理工大学出版社 北京中兴印刷有限公司印刷，2008年2月第1版。2 陈立德 主编 毛炳秋 机械设计基础 高等教育出版社 北京东光印刷厂，2004年4月第1版3毛谦德 李振清主编 机械设计师袖珍手册 机械工业出版社1994年中国农业机械化科学研究院编 实用机械设计手册上 中国农业机械出版1985年 4 吴彦农，康志军.Solidworks2005实践教程. 北京：机械工业出版5王平，张云杰.SoidWorks 2012 造型设计项目案例解析.北京：清华大学出版社6 张辽远. 往复式振动筛操作系统的设计与实现. 机械工业出版社2002.87 基恩士传感器选择手册 2010版本8 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.19 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.810 王昆，何小柏，汪信远. 筛选机工作原理.高等教育出版社，1995.1211 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.412 胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社，2000.613 陈铁鸣 筛选机的创新. 高等教育出版社，2003.714 孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.115 王勇领.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.716Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space谢 辞此次毕业论文即将结尾，回想近阶段的点点滴滴，心中充满无限感激与留恋。由于缺乏经验，操作过程中难免有些考虑不周的地方，如果没有老师的指导和同学的支持与帮助，想要完成本次的毕业论文是相当艰难地。在此，我向我的论文指导老师致以最诚挚的谢意！老师思路开阔，条理清晰，知识渊博，熟悉各类仪器的使用，在机械方面有一定的造诣。在论文的选题、资料的收集、实验的设计与完成以及论文的审定及成稿等方面都给予了我细心的指导与建议。尤其是在试验中遇到问题时，总能得到老师专业细心的解答 ，对此十分感激。感谢各位老师在实验材料、实验仪器等方面给予的帮助。同时感谢所有在实验和论文写作过程中帮助过我的同学，感谢她们对我的帮助和鼓励。谢谢老师的悉心指导和同学们的陪伴支持，使我的实验课题及论文撰写顺利完成。最后感谢所有阅读本论文的老师，给我提出宝贵的建议，非常感谢！38
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