基于UG涡轮蜗杆减速器设计【含6张CAD图纸】【含CAD图纸】【JSQ系列】
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世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点,将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系,提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词:机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具,在其开发的活性语义设计网ASK中,采用结点和线条组成的网络描述设计,结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等),线条用以调整和定义结点间不同的语义关系,由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型,使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达,实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出,他们以系统理论为基础,制订了设计的一般模式,倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上,制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同,进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”,认为一个产品的五个设计元素值确定之后,产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT,用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息,实现了系统结构、功能关系的图形化建模,以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点,将设计方法解与信息技术进行集成,实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为:根据合适的功能结构,寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现,并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”,“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图,先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”,再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置,得到结构示意图。Roper,H.利用图论理论,借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念,以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图,把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述,形成了有效地应用现有知识的方法,并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型,并借用键合图表达元件的功能解,希望将基于功能的模型与键合图结合,实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换,寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上,将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构,通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件,甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化,具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术,将变形设计与组合设计相结合,根据分级模块化原理,将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级,并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块,再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具,提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排,形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息,非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展,异地协同设计与制造,以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是,达到这些目标的重要前提条件之一,就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此,不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中,虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前,德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP,以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进,由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚,目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为,综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多,不仅与机械设计的领域知识有关,而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识,但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效,我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性,及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是:用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验,建立相应的知识库及推理机,再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征,以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策,完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计,必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此,国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作,采用的方法可归纳为下述几种。沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文 题 目: 基于UG涡轮蜗杆减速器设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 1203 学生姓名: 李 文 指导教师: 英 璐 论文提交日期: 2016 年 6 月 1 日 论文答辩日期: 2016 年 6 月 5 日摘要本文以蜗轮蜗杆减速器设计为例,运用UG软件进行三维实体建模、虚拟装配并进行干涉分析、仿真运动及运动分析,得到位移、速度及加速度曲线。通过对减速器的简单了解开始学习设计涡轮蜗杆减速器尝试设计增强感性认知和对社会的认知能力,及进一步巩固自己学过的理论知识,提高综合运用所学知识发现问题解决问题,以求把理论和实践结合到一起,为以后的工作和学习积累经验。学习如何进行机械类设计学习运用多种工具如CAD软件ug软件直观的呈现在平面图上,机械传动装置在不断地使用过程中,会不同程度的磨损,因此要对机械与以维护和保养,延长其使用寿命,高效化的运行,提高生产效率,降低生产成本,获得最大化的使用。涡轮蜗杆减速器是将电机的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的结构目前用于传递动力与运动的机构中,应用范围相当广泛。本文首先通过对所需电动机的转速和功率计算,再结合查表选出合适的电动机。然后对不同的齿数和模数等参数进行切量的计算,并选出最优的参数,通过对减速器的简单了解尝试设计增强感性认知和对社会的适应能力,及进一步巩固已学的过得理论知识,以求把理论和实践结合到一起为以后的工作和更好的学习积累经验。关键词: 涡轮蜗杆减速器; UG软件; 三维实体建模; 分析计算;减速器的维护和保养;AbstractIn 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 societys 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 录第一章 绪论 11.1 计算机辅助设计11.2减速器简介基本介绍2第二章 减速器设计总方针及各部件的选取32.1 减速器设计总要求32.1.1 设计运用于带式运输机上的蜗轮蜗杆减速器42.2 电动机的选择42.2.1 电动机容量的选择42.2.2 电动机转速的确定52.2.3 总传动比的确定52.3 传动装置运动和动力参数62.3.1 各轴转速的计算62.3.2 各轴输入功率的计算62.3.3 各轴转矩的计算62.4 确定蜗轮蜗杆的尺寸62.4.1 蜗杆传动类型的选择62.4.2 选择的材料62.4.3 根据齿面接触疲劳的强度设计72.4.4 蜗轮和蜗杆的主要参数几何尺寸的计算82.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度82.4.6 验算效率92.4.7 蜗杆传动的热平衡核算92.5 减速器轴的设计计算102.5.1 蜗杆轴的设计102.5.2 蜗杆轴的结构设计102.5.3 轴的校核112.5.4 计算最小轴径:122.5.5 选联轴器:122.5.6 初选圆锥滚子轴承:132.5.7 轴上零件的周向定位:132.5.8 根据弯扭合成应力效核轴的强度应为142.6 滚动轴承的确定及其计算152.6.1 蜗杆轴上轴承的选择和计算152.6.2 蜗轮轴上轴承的选择和计算152.7 键联接的选择与验算162.7.1 选择键联接的类型和尺寸162.7.2 校核键联接的强度162.8 联轴器的选择及校核172.9 润滑与密封的设计17第三章 三维实体设计19第四章 蜗轮蜗杆减速器常见问题及原因分析28第五章 减速器的基本结构及国内外发展现状305.1 减速器的基本结构305.2 国内外的发展现状31参考文献33致谢34沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 计算机辅助设计(CAD)技术作为现代信息技术领域中设计技术之一,同时也是使用最为广泛的技术。其中UG作为中高端三维CAD软件,其具有功能强大、应用范围广等特点,所以被公认是具有统一力的中高端设计解决方案。UG是由很多功能模块组合而成的,其中每一个模块都有其自己独立的功能,并且可以随时根据用户调用其中的一个或多个模块进行设计。甚至还能调用系统的附加模块或者采用软件进行二次性质的开发工作。下面我就介绍UG在集成环境中的四个主要的CAD模块。1.基础环境。基础环境是UG启动后自动运行的第一个模块,这是其他应用模块运行的公共平台。2.建模模块。建模模块是用于创建三维模型的,这是UG中的核心模块极其重要。UG软件所擅长的曲线功能与曲面功能在这个模块里得到了淋漓尽致的体现,可以毫无顾忌自由地表达设计者的思想与进行创造性的改造设计,以至于得到优秀的的造型效果与造型速度。3.装配模块。运行UG的装配模块可以很简单的地完成全部零件的装配工作。并且在组装过程中,我们可以选择从上到下的装配方法,可以迅速的跨越装配层来直接访问所有组件或子装配图的设计模型。4.制图模块。运行UG三维模型绘制工程图机器简单方便,用户只需对自动绘成的视图进行基本的的修改以及标注就可以完成工程图的制作。与此同时,如果在实体模型或工程图二者之一做任何修改,其修改结果就会马上反应到另一个中,这样让工程图的绘制更加方便快速。这次二级减速器造型设计能够使我们学习机械产品CAD设计基本方法,巩固课程知识,提高动手实践能力,进一步提高运用计算机进行三维造型及装配设计、工程图绘制方面的能力,了解软件间的数据传递交换等运用,掌握CAD软件应用。1.2减速器简介基本介绍减速器的本质是原动机与工作机之间的独立的闭式传动装置,它是用来降低转速和增大转矩的,以此来满足工作的需要,不光如此减速器某些场合也可以用来增加速度,称为增速器。选择减速器时需要依据工作机的选用条件,技术方面的参数,动力机的性能,经济性等许多因素,通过比较不相同的类型、品种的减速器的外廓尺寸,传动的效率,承载能力,质量好坏,价格是否具有性价比等,采用最适合的减速器。涡轮蜗杆减速器与其他装置比是一种特别精密的机械,运用它的目的是使转速降低,来增加转矩。减速器的主要构造是由传动零件(齿轮或蜗杆)、轴、轴承、箱体和其附件共同组成。34沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 减速器设计总方针及各部件的选取第二章 减速器设计总方针及各部件的选取2.1 减速器设计总要求机械零部件的设计是整个机器在设计工作过程中一个非常重要的内容,因此此次设计将会会从机器整体出发来考虑零件的设计。这次我的步骤包括:零件类型的选择;零件上载荷确定;零件失效的分析;零件材料的选择;通过对承载能力的计算确定初步零件的主要尺寸;对零部件的结构进行和理性分析;作出零件的工作图和零部件的装配图。对工厂大批生产的标准零件主要是根据机器工作要求和承载能力计算,由标准中合理选择。参照工艺性原则及标准化原则对零件进行结构上的设计,这将会是分析零部件的结构合理性的基础。通过准确的分析和计算,过程中如果零件的结构不符合要求,不但浪费材料,甚至会使零件的相互组合不能装配成合理的机器工作和符合维修要求的良好部件,严重的就根本装备不起来。经济性是机器的一个综合性非常重要的指标,经济性是设计机器首先也是最值得要考虑的。当下经济性的解决方案如下:首先用先进的现代设计理论方法,保证参数最优化,应用CAD技术,加速设计的进度,力求设计成本的降低;组织设计和制造过程要符合理论;尽力采用标准化、系列化和通用化的零部件;对选择材料,改善零件的结构工艺性要力求合理,要采用新材料、新结构、新工艺和新技术,尽量让其用料少、使其质量轻、加工费用最低、方便装配改良机器的造型上的设计,让其销量增加。在提高机器使用经济性方法主要有:使机器的机械化、自动化水平增加,来提高机器的生产效率和产品的质量;选择效率高的传动系统和支承装置质量好的产品,通过这些来使能源消耗和生产成本的降低;通过用正确的的防护、润滑等密封装置,来增加机器的使用寿命,并且为了避免环境污染。在机器的预先设定的工作期内务必具有有一定的可靠性。从而将机器的可靠度提高。不光如此,从机器的设计角度出发来考虑,确定准确的可靠性水平,保证结构简单化,通过减少零件的数目,尽量选择标准件和可靠零件,在设计机器的组件和部件时保证其合理性,并且选择安全系数大的,这些对机器的提高可靠度十分有效。2.1.1 设计运用于带式运输机上的蜗轮蜗杆减速器工作条件的要求运输机可以连续工作单向运转,可以空载启动,且载荷较平稳,室外工作寿命为10年,工作环境清洁,每年工作300天。运输链允许速度误差5%,小批量生产,如下图2-1所示。原始数据运输带拉力:F=2100N,运输带的速度:v=1.25m/s,卷筒的直径:=350m。 图2-1传动装置简图2.2 电动机的选择按照工作要求和条件,将选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压为380V,Y型。2.2.1 电动机容量的选择电动机需要的工作功率按设计指导书式(1) (2-1)由设计指导书公式(2)所以 通过估算从电动机到运输带传动的总效率得出为联轴器的传动效率根据设计指导书参考表1初选是蜗杆传动时的传动效率0.75是轴承的传动时效率是卷筒的传动时效率=0.990.750.980.96=0.664Pd=Fv1000=23001(10000.664)=3.571kw2.2.2 电动机转速的确定通过已知道的可算出卷筒的转速是N=601000v(D)=6010001.25390=61.24rmin通过指导书表1里面的推荐的合理范围,闭式为蜗杆的传动结构形式式,并且决定采用双头传动方式,通过查表得知传动机构的传动比为1040。通过上述可以得出该电动机转速可以选择范围为 nd=(10-40)61.24=612.4-2449.6通过对电动机和传动装置的尺寸的大小,质量的好坏,价格的高低和其传动比,决定采用电动机型号为Y-132M1-6。表1 Y-132M1-6电动机数据表如下型号额定功率满载转速满载电流Y132M1-6 4kw 960rmin2.0N/m 2.2.3 总传动比的确定通过上述的电动机的满载转速nm 以及工作机主轴的转速 n,我们可计算出传动装置总的传动比为:i =nm/n=960/61.24=15.68i是在1427的范围内,可以选择的双头闭式传动。2.3 传动装置运动和动力参数2.3.1 各轴转速的计算是蜗杆的转速,因为其是和电动机用联轴器接在一起的,所以它转速与电动机的转速一致。 是蜗轮的转速,因为其是和工作机接在一起的,所以它的转速与工作轴的转速一致。n1= 960r/min n2=61.24r/min2.3.2 各轴输入功率的计算P是电动机的功率P=3.571kw P1是蜗杆轴的功率P1=P0.99=3.535kw P2是蜗轮轴的功率P2 =3.5350.980.75=2.598kw P3是卷筒的功率P3=2.5980.980.990.96=2.419kw2.3.3 各轴转矩的计算T是电动机轴上的转矩 T=P/n9550=3.571/9609550=32.74N/mT1是蜗杆轴上的转矩 T1=P1/n19550=35.17N/mT2是蜗轮轴上的转矩 T2=P2/n29550=405.14N/m2.4 确定蜗轮蜗杆的尺寸2.4.1 蜗杆传动类型的选择 滑动的速度v=0.0253Pn=3.74m/s 通过GBT 10087-88的推荐,决定使用渐开线蜗杆(ZI)2.4.2 选择的材料因为蜗杆传递的传动功率并不大,其速度为中等,所以蜗杆决定使用45钢调制来处理,为了高效率,决定使用双头蜗杆。2.4.3 根据齿面接触疲劳的强度设计以闭式蜗杆设计准则,首先根据齿面接触疲劳的强度设计,然后检查齿根的弯曲疲劳强度。根据文献1式(11-12)计算出传动中心距 (2-2)=414.829N.mm(1)得出载荷系数K载荷系数=1.1。(2)确定出弹性影响系数,采用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆的组合,得出(3)确定接触系数首先假设蜗杆的分度圆直径与传动中心的比为/ a=0.3根据文献1图11-18中可查得=2.8(4)确定许用接触应力因为蜗轮的材料是铸锡磷青铜,砂模铸造,并且蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC,所以在文献1表11-7中找出得蜗轮的许用应力为 =220Mpa(5)中心距的数量计算NH=10300166066.21190000000使用寿命系数为KH=810000000/NH=0.691=0.69220=151.8N/m=151.7mm0.68 a0.875=0.68151.70.87580 mmi=14.07 通过查p192表12-2 Z1=2 Z2=214.0729则 i=29/2=14.5m=2-d1/Z2=7.7由表查的取模数m=8,通过验证=m(q+Z2)/2=156mm=mq=80mm /=0.5 =2.43.74m/s符合要求 经过查表12-7得出 p,=1.35=0.96tan/tan(+p,)86%2.4.7 蜗杆传动的热平衡核算因为蜗杆传动的效率低,并且其在工作时发热量大。所以在闭式传动里,工作时的热量不能迅速散开,这样会导致因油热不断上升从而使润滑油变释,导致增大摩擦,严重时会发生胶合。因此对热平衡的计算是必要的,从而确保油温稳处于允许的范围内。在规定条件下允许工作温度需要的散热面积为取t=15 t=60-70 A1000P(1-)/t t=0.62-0.53m2.5 减速器轴的设计计算2.5.1 蜗杆轴的设计因为蜗杆直径较小,所以将蜗杆和蜗杆轴做成一体的,即做成蜗杆轴。蜗杆上的转矩为T1=38.93Nm求作用在蜗杆及蜗轮上的力圆周力为 Ft1=Fa2=2T1/d1=3576N轴向力为 Fa2=Ft1=2T2/d2=973.3N径向力为 初步得出轴的最小直径所以先按文献1中的式15-2先估算出蜗杆的最小直径,选取的材料为45#钢,调质处理,由文献1中的表15-3,得C=110,则 (2-4)17.61.07=18.8mm 取d=20mm由上的确定电动机为Y132M16它的输出轴直径为38mm,因为使所选的轴的直径d与联轴器的孔相匹配,所以需要同时选取联轴器的型号.。因为联轴器的计算转矩考虑到转矩变化很小,所以我选取Ka =1.5,所以可以得出:m (2-5)通过计算转矩Tca应该要小于联轴器公称转矩的条件,通过标准GBT5014-1985,得出选用TL Z6型弹性套柱销联轴器,其公称转矩是250。联轴器的尺寸是d=38mm,L=82mm。2.5.2 蜗杆轴的结构设计(1)通过拟定蜗杆上零件的装配策略与蜗杆是直接和轴做成一起的,(2)通过轴向与周向定位的要求,计算出各段的直径与长度,因此第一段d=32mm,L=82mm,第二段d=44mmL=50mm,第三段d=45所以采用圆锥滚子轴承30209,d=45mmD=85mmB=19mm,L=3+19=22mm,第四段d=45mm,L=10+30=40mm2,第五段d=80查表,蜗杆齿宽B=77.92,L计算选为120mm。第六段L=19mm。 第七段,与减速器连接部分21mm,L蜗杆=394mm。如图2-2所示:图2-2轴的结构示意图2.5.3 轴的校核(1)垂直面的支承反力(图b)Fr=tan20Fa=1301.5N L=244mm (2-6)(2)水平面的支承反力为(图c)(3)绘垂直面的弯矩图(图b)的材料是45钢,调质处理 (2-7)葪(4)绘水平面的弯矩图(图c) (2-8)(5)求合成弯矩(图d) (2-9)(6)该轴所受扭矩T=38932N.mm(7)按弯扭合成应力校核轴的强度通过文献1式(15-5)和以上数据,得出并采用=0.6,轴的计算应力前已选定轴:Me=d3Me/0.1=17.2mm3Me/0.1=21.9mm70mm此前已确定轴的材料=45钢,调质处理,根据文献1表15-1得。因此e 所以X=0.4 Y=1.10已知 P=(XFr+YFa) (2-16)X=0.4 Y=1.10P=0.4325.4+1.10973.3=1201NFr,=Fr2/2=650.8N 则P2=650.8N计算轴承寿命 (2-17) 根据已知为滚子轴承=10/3 Ln=10200000h大于48000h,远远的符合要求。2.6.2 蜗轮轴上轴承的选择和计算蜗轮轴;由上可得次此处轴径为d=55mm,故选内径为55mm的轴承,采用圆锥滚子轴承;采用型号是30213的轴承,D=120mm,B=23mm,=23.8,基本额定动载荷为C=120kw,极限转速为3200r/min. Fae=650.8N Fr=1301N Fd1=0.66Fr1=858.7NFd2=0.66Fr2=858.7N Fa1=1509.46NFa2=858.7N Fa1/Fr1=1.160.66则X1=0.4 Y1=0.91 Fa2 /Fr2=0.6610.66 则X2=0.4 Y2=0.91已知 P=fe(XFr+YFa)轴承包含中度的冲击载荷,fe=1.5P1=2841N P2=1952.7N P1P2 取P2 Ln=4800000h48000h因此符合要求。2.7 键联接的选择与验算2.7.1 选择键联接的类型和尺寸在此次设计中包含三处要求使用键联接,一处为减速器的输入轴(蜗杆)的联轴器处。一处为减速器的输出轴(蜗轮轴)的联轴器处。另一处为蜗轮和蜗轮轴的联接。通常情况下8级以上的精度需要有定心精度的要求,因此我打算采用平键联接,因为只是单纯的联接的是两根轴,因此采用圆头普通平键(A)型。并且键3的蜗轮在轴的中间,因此也选择同样的键。2.7.2 校核键联接的强度因为蜗杆上的键,轴径为d1=32mm,L=82mm并且是静联接,所以通过P156的表10-9查询,得许用挤压应力是p=100-120MPa,采用平均值,p=110MPa。键为L=70mm,b=10mmh=8mm,p=8.78Mpap综上可知联接的挤压强度满足,即此键符合工作要求。蜗轮上的键、轴和 蜗轮的材料选取的是钢和铸铁,不仅如此还属于静联接,通过查得许用挤压应力是p=100-120MPa,采用平均值,p=110MPa。键的为L=80mm,b=20mm,h=12mm (2-18) p =24.2Mpap由上可知联接的挤压强度符合要求,即该键可以正常运行。并且蜗轮上另一处键,L=70mm,b=16mm,h=10mmp=110MPa p =43.1MpaTca允许用转速n=3300r/min960r/min经过检验合格。该蜗轮轴上联轴器,已知的d=55mm,决定采用LTZ8弹性套柱销联轴器。所以Tca=1.5414.8=622.2N/m66.2r/min,经检验合格。2.9 润滑与密封的设计鉴于本次设计蜗杆减速器采用的是钢蜗杆配青铜蜗轮,所以根据参考文献3,采用型号为L-AN32的全损耗系统用油,这个系统油对于蜗杆的给油方式,是从蜗杆的相对滑动速度和载荷类型选择出来的,鉴于设计的蜗杆减速器蜗杆的相对滑动速度是4.m/s内,不但如此使用的是闭式传动,它的传动载荷中等,采用的油浴润滑。这次蜗杆传动的润滑用油量,因为选择的是闭式蜗杆传动,搅油损耗应该较小,而且选择的是的是蜗杆下置式的传动的方式,因此浸油的深度准确应该为蜗杆的一个齿那么高。蜗轮的润滑是主要通过蜗杆的带油作用这种方式来进行润滑。该轴承的润滑方式,在蜗杆轴承上选择浸油润滑。并且该蜗轮轴承上的润滑选择的是通过刮油板刮蜗轮上的油通过箱体上的油槽润滑的方式。除此之外在安装的过程中,是需要对轴承的润滑实施妥善的处理,需要用润滑油脂实施完全的润滑。因为轴承的密封设计是选择了轴承端盖且还在当中使用了了密封圈。让整个箱体呈现全密封的。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 三维实体设计第三章 三维实体设计蜗轮蜗杆减速器的主要部件有:上下箱体,蜗轮,蜗杆,轴承,端盖等。UG 给其提供了多种建模方法,在建立涡轮蜗杆减速器的各零部件模型过程中, 是可以采取对曲线、草图的拉伸、旋转建立各种扫描实体的 , 同时也可以用系统提供的特殊的复制功能创建各种各样的特征体。所以我们需要针对各类零件具有的特点,采用合理的建模方案 , 从而提升建模的效率值。具体零部件的建模过程在此不作介绍,如下图所示:图3-1螺钉图3-2螺钉螺母图3-3螺钉螺母连接图图3-4左右基本骨架图3-5连接装置图3-6前盖图3-7底座图3-8轴孔图3-9齿轮图3-10轴图3-11传动装置完成图3-12箱体图3-13箱体图3-14箱盖图3-15完整箱盖图3-16涡轮蜗杆减速器完整图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 蜗轮蜗杆减速器常见问题及原因分析第四章 蜗轮蜗杆减速器常见问题及原因分析蜗轮蜗杆减速器是一种结构非常紧凑、传动比较大大,并且在特有的条件下含有自锁功能的传动机械。不仅如此该减速器安装很方便、其结构较合理,问世以来得到特别多的广泛的应用。在这里我们简单的总结下常见问题和其原因:(1)涡轮蜗杆减速器发热以及漏油。为了提升工作时候的效率,蜗轮减速器通常全部选择有色金属来作为蜗轮,蜗杆则使用比较硬的钢材来制作。因为是滑动摩擦传动,所以运行过程中会产生大量的热量,这样会让减速机的各个零件以及密封之间热膨胀产生差异,导致在各配合面形成空隙,并且润滑油液因为温度的变高产生稀疏现象,这样会导致泄漏现象。导致这种情况的罪魁祸首通常有四点,一是材质互相的的搭配的不合理性;二是啮合摩擦面表面的质量不符合要求较差;三是润滑油进行添加时添加量的选择错误;四是装配的质量以及使用时候环境较差。(2)蜗轮磨损。在通常情况下蜗轮一般选择锡青铜,和其匹配的的蜗杆材料选择45钢淬硬至HRC4555,或40Cr淬硬HRC5055后采取蜗杆磨床磨削到粗糙度Ra0.8m左右。涡轮蜗杆减速器通常运行时的磨损会很慢,其寿命使用10年以上甚至更久。但是在磨损速度较快的情况下,就要想想使用的选择是否正确,是否存在超过负荷的运行,和蜗轮蜗杆的材质是否正确、装配质量是否过关或使用环境是否符合要求等原因。(3)传动小斜齿轮磨损。通常会发生在立式安装的涡轮蜗杆减速器上,主要是因为与润滑油的添加量和润滑油品种有关。在立式安装时,及其容易产生润滑油量不足的情况,从而导致涡轮蜗杆减速器停止运转时,在电机与涡轮蜗杆减速器之间传动齿轮的油流失,致使齿轮得不到充足的润滑保护。在涡轮蜗杆减速器开启式时,因为齿轮得不到及时的效润滑以致机械产生磨损严重甚至损坏。(4)在蜗杆的轴承损坏发生故障时,就算减速的箱密封良好,但还会经常发现减速器内的齿轮油被乳化的现象,轴承会生锈、腐蚀、损坏。其实这因为减速器在工作运行一段时间后,齿轮的油温变高又冷却后生成的的凝结水与水混合在一起了。当然,这和轴承的质量好坏及装配工艺密切度息息相关。蜗轮蜗杆减速器的解决方法(1)为了确保装配质量高,可购买或者自己制造一些专用的小工具,拆卸与安装减速器零部件时,要尽可能的减少使用锤子等其他工具敲击;在更换齿轮、蜗轮蜗杆时需要尽可能的选择原厂配件还有成对的更换;在进行装配输出轴时,要留心公差配合;要采用防粘剂或红丹油等来保护空心轴,要避免磨损生锈或配合面产生积垢,维修时难拆卸。(2)润滑油与添加剂的选择,蜗齿减速器通常会选择4403#合成齿轮油,这对重负荷、启动较频繁、使用环境较差的减速器而言,需要选用一些润滑油做添加剂,使减速器在不运转时齿轮油仍然依附在齿轮的表面,从而形成保护膜,来防止重负荷、低速、高转矩与在启动时金属之间的直接接触。在添加剂中含有密封圈调节剂与抗漏剂,用来密封圈保持柔软和弹性,可以减少润滑油的泄漏。(3)减速器安装位置的选择位置符合规定的情况下,尽可能不选择立式安装。在立式安装时,这时候润滑油的添加量会比水平安装要多很多,这样极度造成减速器发热以及漏油。(4)在建立润滑维护制度可依照润滑工作“五定”原则对减速器采取维护,从而保证每一台减速器都有专门责任人定期检查,在发现温度明显升高时候,超过40或油温超过80,油的质量会迅速下降或在油中会发现许多的铜粉并且产生不正常的噪声等现象时,应该马上停止使用,立刻检修,排除故障,更换润滑油。其中在加油时,务必注意油的量,从而是减速机得到正确的润滑。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 减速器的基本结构及国内外发展现状第五章 减速器的基本结构及国内外发展现状5.1 减速器的基本结构它的基本结构大致有三大部分:1.齿轮、轴和轴承组合小齿轮与轴制成一体,叫做齿轮轴,这种结构用于齿轮直径和轴的直径相关不是很大的情形下,如果轴的直径为d,齿轮齿根圆的直径为df,则当df-d67mn时候,应选择这种结构。而当df-d67mn时,选择齿轮和轴分开成为两个零件的结构,当低速轴和大齿轮。这时齿轮和轴的周向固定平键联接,轴上零件利用轴肩、轴套和轴承盖作轴向固定。两个轴全部选择深沟球轴承。这种组合,适用于承受径向载荷与不减速器大的轴向载荷的情况。当轴向载荷很大时,应选择角接触球轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承和推力轴承的组合结构。轴承是利用齿轮旋转时溅起的比较稀的油,以此来起到润滑的作用。箱座中油池里面的的润滑油,被旋转的齿轮溅起飞粘到箱盖的内壁上面,顺着内壁流到分箱面坡口后,在通过导油槽进入轴承。当浸油齿轮圆周速度2m/s时,我们该选择润滑脂润滑轴承,为了避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂,可选择挡油环将其分开。为了防止润滑油流失以及外界灰尘进入到箱内,会在轴承端盖与外伸轴之间安装密封元件。2.箱体是减速器的非常重要组成部件。它是传动零件的基座,应具有非常强的强度和刚度。箱体一般用灰铸铁来制造,当然这对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器,目的为了简化工艺、降低成本,可选择钢板焊接的箱体。灰铸铁具有很棒的的铸造性能以及减振性能。目的便于轴系部件的安装与拆卸,箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体是用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽可能的靠近轴承座孔,但是轴承座旁的凸台,应具背足够的承托面,以方便安放联接螺栓,还要保证旋紧螺栓时具有的的扳手空间。为了保证箱体存在足够的刚度,在轴承孔周围增加支撑肋。目的是保证减速器安放在基础上的稳定性并尽最大力度减少箱体底座平面的机械加工面积,箱体底座通常不选择完整的平面。3.减速器附件目的是保证减速器的正常运行,不但对齿轮、轴、轴承组合以及箱体的结构设计给予足够的重视外,还应考虑到为了减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工和拆装检修时箱盖和箱座的精确定位、吊装等辅助零件与部件的合理选择与设计。减速器(1)检查孔为了检查传动零件的啮合情况,并且向箱内注入润滑油,应在箱体的恰当位置安放检查孔。检查孔安放在上箱盖顶部能最快观察到齿轮啮合部位位置。在平时,检查孔的盖板用螺钉连接在箱盖上。(2)通气器减速器在工作时,箱体内温度不断变高,气体会膨胀,压力变大,为了使箱内热胀空气能尽快排出,从而保持箱内外部压力平衡,不会导致出现润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏现象,一般会在箱体顶部装设通气器。(3)轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并且能承受轴向载荷,轴承座孔两端采用轴承盖封闭的方式。轴承盖会有凸缘式以及嵌入式两种情况。用六角螺栓连接在箱体上,外伸轴上的轴承盖是通孔,其中装有密封的装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便极其方便,然而和嵌入式轴承盖相比较,零件数目多,尺寸较大,外观不是很平整。(4)定位销目的是保证每次拆装箱盖的时候,仍保持轴承座孔制造加工时的精度,所以应在精加工轴承孔前面,在箱盖和箱座的联接凸缘上安装定位销。安放在箱体纵向两侧联接凸缘上面,这对称箱体应呈相互对称放置,从而避免错装发生。(5)油面指示器是检查减速器内油池里油面的高度的,所以应该经常保持油池内有适量的油,通常在箱体便于观察、油面相对稳定的部位,安装油面指示器。(6)在放油螺塞换油时候,排放污油以及清洗剂,会在箱座底部上面,在油池的最低位置上安放放油孔,它平常时候会用螺塞将放油孔堵住,当放油螺塞与箱体接合面间应加强防漏用的垫圈。(7)启箱螺钉为加强密封效果,一般在装配时在箱体剖分面上面涂以水玻璃或者密封胶,故在拆卸时通常会因为胶结紧密打不开盖子。因此常常在箱盖联接凸缘的恰当部位,加工出2个螺孔,当旋入启箱用的圆柱端或者平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可以将上箱盖顶起来。小型减速器可以不设启箱螺钉,启盖时用起子撬开箱盖,启箱螺钉的大小也可以同于凸缘联接螺栓。5.2 国内外的发展现状国外的减速器,是以德国、丹麦以及日本处于领先地位,尤其是在材料与制造工艺方面占据绝对的优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长。然而其传动形式还是以定轴齿轮传动为主,体积以及重量问题,仍未解决好。现如今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率与使用寿命长的方向发展。20世纪60年代的减速器通常是参考苏联20世纪4050年代的技术制造的,后来即使有所发展,但限于当时的设计、工艺水平和装备条件,其总体水平和国际水平有很大差距。自20世纪60年代以来,我国先后制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮,除了主机厂自制配套使用外,还形成了一批减速器专业生产厂。目前,全国生产减速器的企业有数百家,年产通用减速器25万台左右,这对发展我国的机械产品作出了不可磨灭功劳。改革开放以来,我国引进一批先进加工装备,通过引进、消化、吸收国外先进技术与科研攻关,慢慢掌握了各种高速以及低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料与热处理质量及齿轮加工精度均有很大的提升,通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960的89级提升到GB1009588的6级,高速齿轮的制造精度可保持在45级。部分减速器选择硬齿面后,体积以及质量明显变小,承载能力、使用寿命、传动效率有了非常大的提升,这对节能以及提高主机的总体水平起到无与伦比的作用。我国自行设计制造的高速齿轮减(增)速器的功率已达42000kW,齿轮圆周速度达150m/s以上。然而,我国绝大多数减速器的技术水平还较低,老产品不可能马上被取代,新老产品并存过渡会经历一段很久的时间。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献参考文献1徐灏,蔡春源,周士昌等.机械设计手册M.第二版机械工业出版社,2003.:222杨晓兰.机械设计基础课程设计M.华中科技大学出版社,2007:1323闻邦椿.机械设计手册第M.五版电子工业出版社,2007.:51-554叶伟昌.机械工程及自动化简明手册(上册)M.机械工业出版社,2001.:165陈定国.机械设计基础M.机械工业出版社,,2005.:6成大先.机械设计手册(第四版 第4卷)M.化学工业出版社,2002 .:317董玉平.机械设计基础机M.械工业出版社,2001.:6-118曾正明.机械工程材料手册M.北京机械工业出版社,2003.:779徐锦康.机械设计2M.北京高等教育出版社,2004.:3-810葛常清.机械制图(第二版)M.中国建材工业出版社,2000.:46-4811朱 敬.,孙明,邵谦谦.AutoCADM.电子工业出版社,2004 .:2412董玉平.机械设计基础M.机械工业出版社,2001.:6613曾正明.机械工程材料手册R.机械工业出版社,2003.:12-1314周昌治, 杨忠鉴,赵之渊,陈广凌.机械制造工艺学重M.庆大学出版社,1999.:56-5915曲宝章, 黄光烨.机械加工工艺基础M.哈尔滨工业大学出版社,2002.:1616张福润.,徐鸿本,刘延林.机械制造基础(第二版)M.华中科技大学出版社,2002.:2817徐锦康.机械设计M.高等教育出版社,2004.:3618宁汝新, 赵汝嘉.CAD/CAM技术M.机械工业出版社,2003.:30-3319司徒忠, 李璨.机械工程专业英语M.武汉理工大学出版社,2001.:2-820牛又奇,孙建国.新编Visual Basic程序设计教程苏M.州大学出版社,2002.:34-3721甘登岱.AutoCAD2000M.航空工业出版社,2000.:12-1422甘永立.几何量公差与检测M.上海科学技术出版社,2004.:31沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢致谢对于这次设计的完成,首先感谢母校沈阳化工大学科亚学院的辛勤培育,感谢学校给我提供了如此难得的学习环境和机会,使我学到了许多新的知识、知道了知识的可贵与获取知识的辛劳。承蒙英璐老师的耐心指导,我顺利地完成了我的毕业设计。在此深深感谢我的老师英璐给予我的耐心指导和帮助,这也体现了她对工作高度认真负责的精神,在我的设计过程中,还得到了众多同学的支持和帮助,在此,我对这些同学表示我衷心的感谢和永远的祝福! 对于这次的毕业设计,还有许多美好的设想由于时间和自身因素无法得以实现,这不能不说是本次设计的遗憾之处。不过,至少它启发了我的思维,提高了我的动手能力,丰富了我为人处世的经验,进一步巩固了所学知识,这为我在以后的学习过程当中奠定了坚实的基础以后在自己的工作岗位上发挥才能奠定了坚实的基础。我会继续努力!
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