设计题目:减速器的设计与仿真
设计内容和要求:
1、拟定分析传动装置的传动方案。
2、电动机的选择。
3、传动装置的运动参数的动力参数的计算。
4、传动件及轴的设计计算。
5、轴承、键的选择及校核，减速器的润滑和密封的选择。
6、减速器的结构及附件设计。
7、绘制装配图和零件图。
8、培养撰写论文的能力。
1. 减速器的概念及一些减速器介绍
1．1 减速器的概念
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮转动、蜗杆转动、齿轮－蜗杆转动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速器转动装置。在少数场合也用作增速的传动装置，这时就称为减速器。
常用的齿轮及蜗杆减速器按其传动及结构特点，大致可分为三类：（1）齿轮减速器，主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱齿轮减速器三种。
（2）蜗杆减速器，主要有圆柱蜗杆减速器、圆弧齿蜗杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗杆－齿轮减速器。
（3）行星减速器，主要有渐开线行星减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器等。1．2 常用减速器的主要类型、特点和应用
齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按轴在空间的互相装配方式可分为立式和卧式减速器；可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。
单级圆柱减速器的最大传动比一般为ｉmax=8～10，作此限制主要为外轮廓尺寸过大。若要求ｉ>10时，就要采用二级圆柱齿轮减速器。
二级圆柱齿轮减速器应用于i =8～50级高，低速级的中心距和α∑＝250～
400mm的情况下。二级圆柱齿轮减速器，它结构简单，可根据需要选择输入轴端和输出端的位置。分流式圆柱齿轮减速器的轴可向任意一边伸出，便于传动装置的总体配置，分流级的齿轮均做成斜齿，一边左旋，另一边右旋以抵消轴向力。同轴式二级圆柱减速器，它的径向尺寸紧凑，轴向尺寸较大，常用于要求输入轴端和输出轴端在同一轴线上的情况。
三级圆柱减速器，用于要求传动比较大的场合。单级圆柱减速器和二级圆锥减速器，用于需要输入轴成90o配置的传动中。因大尺寸的圆锥齿轮较难精确制造，所以圆锥—圆柱齿轮减速器的高速级总是采用圆锥齿轮传动以减小其尺寸，提高制造精度。
齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便、因而应用极为广泛。
1．3 减速器的结构
单级直齿轮减速器的结构，它主要由齿轮（或蜗杆）、轴、轴承、箱体等组成。箱体必须有足够的刚度，为保证箱体的刚度及散热，常在箱体外壁上制有加强肋。为方便减速器的制造、装配及使用，还在减速器上设置一系列附件，如检察孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。
2. 虚拟技术的简介虚拟技术的简介
2．1 虚拟技术的简介
虚拟技术（Virtual Reality，以下略VR），就是由计算机直接把视觉、听觉、触觉等多种合成信息提示给人的感觉器官，在人的周围生成一个虚拟环境，从而把人、
现实世界以及虚拟环境结合起来，融为一体，实现信息的交流和反馈。人可以在虚拟环境中以最自然的形态实时地进行操作和行动，犹如在自身所处现实环境中同样的感受。
随着科学的发展与信息技术的应用，虚拟设计技术已经开始使用于企业的生产与制造之中，使虚拟设计技术得到有效地提升，加强了设计人员对虚拟设计技术的应用，特别是在企业进行新产品开发的设计与制造阶段更受重视。本文在论述虚拟设计在新产品开发中的特征同时，着重论述虚拟设计在新产品开发中的应用，分析设计人员在新产品开发过程中，如何应用虚拟设计技术进行产品的设计、评价，探索虚拟设计技术在新产品开发中的应用前景，使虚拟设计技术更好地为新产品的开发服务。
VR技术是充分发挥创造力的科学，为人类的智能扩展提供了强有力的手段，对生产方式和社会生活将产生巨大的影响。
虚拟制造是VR技术在制造领域的重要应用，是一种超越时空观念的新的制造哲理和模式。
1、制造技术的发展与虚拟制造的出现
虚拟制造是随着信息技术的高速发展和对价值观多样化的适应而产生的，是现代制造技术的延伸和发展。
(1) 制造技术的发展
机械化和机械自动化是原始操作向现代制造技术转变的重要标志；数控机床和机器人以其柔性给制造技术带来了质的变革；FMS、CIMS把制造技术推进到了系统控制和集成化阶段，实现了传统制造技术向现代制造技术的飞跃；近年来，又相继出现了并行工程、精益生产及敏捷制造。可以期待，充实了这些新概念的新一代CIMS将把制造技术推向一个更高的智能化阶段。
(2) 虚拟制造的产生及含义
纵观制造技术的变化和发展，不难理解人和自然环境相互关系的变迁。长期以来，人类利用工具、机械制造产品，在这种人和自然界直接对应的关系中，制造技术的发展受到了很大制约。近年来，功能强大的计算机系统作为中间媒体存在于人和自然环境之间，开始实现人―自然环境―计算机三者在现实空间内的相互调和，虚拟制造正是这种调和关系的产物。
虚拟制造是在虚拟空间内模拟把生产要素转变为虚拟产品的制造机能的全部行为。或者说虚拟制造是为人们提供一个从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视化及交互的临境环境，通过计算机模拟实验来模拟和评估
2、虚拟装配研究
自动装配是全面实现制造自动化的“瓶颈”。究其原因，一是自动装配作业具有很强的智能性和高度的复杂性；二是以往的装配自动化研究被局限在“设计－制造（装配）－评价”和“实物验证”的封闭时空模式中。VR技术将为解决装配自动化技术难题开辟一条崭新的途径。
3、虚拟装配中需要解决的关键问题
查孔、透气孔、油标尺或油面指示器、吊钩及起盖螺钉等。
在实际环境下,对自动装配的研究主要集中在机器人力控制和装配规划两个方面,而虚拟装配,由于时空观念的超越,会出现一些新的特点,要解决的技术问题,主要有如下几点。
（1）虚拟装配环境的构筑
主要研究虚拟环境的描述与管理,动作检测子系统和感觉信息合成子系统的因果关系处理,虚拟世界的事件控制,感觉信息的综合以及输入、输出驱动规则等。
（2）装配过程的力作用机理分析
装配过程实质上是用力学方法不断地变化、调整由于多个物体的接触而
引起的约束关系的过程。由于这一过程呈现出很强的非线性和瞬态性,因此分析
难度很大。在虚拟环境中,可以仿照GROPE虚拟系统研究分子结构的方法,把微
观接触状态展现到宏观世界,把瞬态接触延续为虚拟空间中的“慢动作”,在赋
予装配零件机械、物理特性的条件下进行装配
过程力作用机理分析。为了直观形象,可以对分析数据进行可视化处理。
（3）自动装配规划的生成
装配规划就是以某种评价标准,按照一定的算法,寻求一条最优的零件装配顺序序列,实际上是最优化问题。在虚拟环境下,应该重点解决:如何更形象地表现装配规划过程中信息流的动态流动和可视化;如何在搜索过程中加入启发性知识和进行人的智能参与。根据作者对装配规划的研究,认为Petri网方法是在虚拟环境下进行自动装配规划很有前途的一种方法。
（4）虚拟环境中人的自身投射性
自动装配进展迟缓,一是采用了昂贵、费时的“叠代装配”方法,二是装配作业的智能性高。在虚拟环境中,人的智能扩展是解决这两个问题的有效途径。为此,需要研究人的动作检测及其信号处理,人手模型在虚拟环境中的映射,人和虚拟环境在装配作业时的交互等
4、我国制造业的现状
（1）局部水平落后，总体有势力。我国虽然是一个大国，但技术设备水平、设备规模、技术人员数量等各方面与发达国家相比还有较大差距。但从全局来看，我们既有充足的设备，也有相当可观的人才资源。各部门、各单位都拥有或引进过一些先进的生产设备，也各自在某一领域具有一定的优势。
（2）集团优势差，设备闲置严重。虽然全局具有设备和人才优势，但这些优势重复分散，集中度低，形不成集团优势，形不成国内、国际有较强竞争力的一流集团化工业企业。以机床工具行业为例，连续3年出现负增长。我国机床工具行业有较大的市场需求，居全世界需求的第2、3位。但由于自身的原因，质量不过硬，产品不畅销，几年间国内市场自给率由90%以上下降到40%左右。据统计，在现有4万亿元的国有固定资产存量中，闲置和利用率不高的占1/4左右，也就是说，有1万亿元的国有固定资产长期处于“休养”状态。
（3）计算机应用水平较低。一些企业也有先进的软件和高档的计算机设备，但利用率很低。就CAD在我国机械行业的应用来说，前后已有20年的历史，取得了一系列的成果和经验。但是，如何真正普及应用，仍是一个亟待解决的问题。
2．2 虚拟设计在机械设计中的应用
1、虚拟产品设计
近几年来，CAD技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型，其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。
随着虚拟现实（Virtual Reality）技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用，以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前，所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境，这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR-CAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能
的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，而且还可以实时地对整个虚拟产品（Virtual Product）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。
有的企业在新产品开发设计时，还建立了物理试验模型PMU（Physical
Mock-up），如油泥模型（Clay Modeling）等已逐步被计算机和仿真代替，在此基础上进行产品设计建模和仿真设计，以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU（Digital Mock-up），虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模（Virtual Clay Modeling），可以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。
2、虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）
虚拟装配设计（Virtual Assembly Design）是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配（Virtual Assembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。
过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。
虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型，然后进入并利用虚拟装配设计环境（Virtual Assembly Design Environment）系统，产品开发人员在VADE系统中开展工作，借助虚拟装配设计环境系统，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验，帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷，全面掌握在虚拟制造中的装配过程，尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境，评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺，可将结果进行可视化处理。
实验表明，虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期，减轻设计返工的负担，加快了引入高级设计方法和技术的速度，提高新产品开发的质量与可靠性，同时也降低新产品开发的成本。
3、虚拟人机工程学设计
虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机（Virtual prototype）系统，也有人称其为虚拟人机工程学环境，将它引入虚拟人机工程学评价系统，设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数，并且在必要时可以修改虚拟部件的位置，重新设计整个产品的构造。另外，它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能，有助于满足不同用户的特殊要求。
英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数，适时修改轿车虚拟部件的位置，对整个轿车的内部构造重新设计。这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法，可以不断地利用该系统来验证假设，既减少开发费用，又缩短了制造模型的时间，同时又可以满足产品多样化的要求。
4、虚拟设计在新产品开发中应用前景
随着多媒体技术软硬件飞速发展，特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合，加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度，使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段，在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面，及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高，但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力，而且应用前景广阔。应该深入开发研究，使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。
5、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合
虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上，都需要科学技术的支持。新产品开发以科学技术理论为基础，然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上，虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间，扩展了设计人员的艺术设计思维，使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由，让设计更趋人性化、艺术化。虚拟设计在新产品开发中的应用，使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格，艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质，虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。
3. 减速器的设计计算
CAD的实现过程可简单的用图表明。即，将产品的有关大量资料以信息的形式存入建立的数据库中，在产品的设计过程中的数据资料随时可从数据库中检索和调用，通过图形显示的交互作用设计方法，对设计的模型反复进行综合分析、计算、修改和审定，直到我们找出满意的设计方案，最后由计算机控制自动绘图机出全部图样，打印机打印有关文挡，这就是简单的cad的实现过程。
3．1 减速器设计的框架图
图3.1减速器设计的框架图
1、结构布局设计
减速器的结构布局设计，是指在减速器箱体空间内如何合理地布置输入轴、输出轴和传动轴、齿轮、轴承等元件空间位置。布局设计也是进行传动元件校核设计和结构设计的前提。
布局设计是一个比较复杂的设计问题，采用SolidWorks软件，用人机会话、分布设计的方法，即由设计者给出一个初始方案，通过交互型图形显示对初始方案进行实时分析，经过修改，逐步逼近优化方案。从输入轴开始依此到传动轴，由设计者确定每根轴的初步位置，由计算机对它进行逻辑分析判断，检查有无几何干涉，进行必要的修正，并在计算机屏幕上显示其图形位置，这样依次逐步完成减速器的结构布局设计，此图采用SolidWorks软件，交互式绘图完成。当减速器中传动元件的位置确定后，便可对主要零件——轴、齿轮、轴承等进行设计。
2、设计过程的优化
设计是具有高级思维的人类的特有本能。从广义说，设计就是把人类的梦想变为现实。随着科技发展和人的需求不断由低级向高级过渡，促使设计不断深化，设计的内涵和外延也正在扩展。
传统设计是以经验、试凑、静态、定性为思变为产品常常要经儿轮研制，待产品定性后可能又落后于时代要求。如何在设计过程中运用新的原理和方法能较真实地反映产品实际行为和各种破坏形式的预测，从粗略经验估算到详细分析，使产品质量可靠、外形美观、产品设计又快又好，是计算机辅助工程分析及现代设计方法要解决的问题。概括地说，要从经验、试凑、静态、定性向分析、优化、动态、定量设计发展，由人工设计向设计过程计算机化或自动化方向发展。
3、优化设计方法
（1）优化设计的基本概念
最优化方法概述人们在进行各种设计工作时，总是力求从所有可能的方案中选择一个最好的方案，这就是最优化设计的基本思想。
应该认识到，自古以来的多数工程设计，都是经过了某种程度的优化过程，因为一般情况下，人们总是考虑几种设计方案，进行比较选择最为满意的方案，这就是优化的过程。随着科学技术的发展，工程设计的优劣对工程质量的好坏越来越起着决定性的影响，而且产品的迅速更新换代，也要求优化设计的过程大大缩短。因此，用科学的方法，即最优化方法进行优化设计的问题，引起了人们的广泛注意。最优化方法包括解析方法和数值方法两个方面。利用微分学和变分学的解析方法，己经有几百年的历史，这种经典的优化方法，只能解决小型和简单的问题，对于大多数工程实际问题是无能为力的。数值方法是利用已知的信息，通过迭代过程来逼近最优化问题的解。计算机及计算机技术的出现和迅猛发展，为数值优化方法的发展提供了有效的手段。
工程优化设计，包括两个方面的内容:一是将工程实际问题抽象成为最优化的数学模型;二是应用最优化数值方法求解这个数学模型。工程优化设计的数学模型是设计问题的数学表现形式，反映了问题中各主要因素内在联系的一种数学关系。因此，从工程实际问题中抽象出正确的数学模型，是工程设计人员进行优化设计的关键，而求解这个数学模型的最优化方法，属于计算数学和应用数学的范畴。最优化计算方法工作者们己经提供了较成熟的各种算法和通用的计算机程序。对于这一部分工作，工程设计者需要掌握的是:懂得这些算法的基本原理，能够选择合适的优化算法，以及熟悉使用通用优化设计程序，研制专用优化设计程序。
（2）机械优化设计的数学模型
①设计变量在设计中进行选择并最终确定的各项独立参数称为设计变量。在机械设计申，常用的设计变量有总体布局尺寸、零件外形尺寸及材料的力学、物理特性等。设计变量的个数称为优化设计的维数。维数越高，则设计的自由度越大，越容易得到比较理想的结果。但同时使问题复杂化，给优化设计带来更大的困难。因此在一般的情况下，应尽量减少设计变量数目。
设有n个设计变量，则称为n维设计问题，构成了一个数组，用矩阵表示为
②约束条件在许多实际问题中，设计变量的取值范围是有限制的，例如必须符合标准化要求或空间大小限制等条件。在优化设计中，对设计变量的限制称为设计约束。约束条件可以用数学上的等式或不等式来表示。其形式为
hv（X）=0 （v=1，2…p）
gu=（X） 0
式中 X——设计变量;
P——户等式约束数。
③目标函数优化设计是在多种因素下寻求使设计者最满意的一组设计参数。根据特定问题的目标，这些设计变量的关系可通过数学函数来表示，这就是优化设计的目标函数。在一般情况下，优化设计是求目标函数的最小值。当然也可能遇到求目标函数
最大值的情况，此时仍可以把该问题转换成求负的最小值问题，这样就把优化问题一律描述成求目标函数的最小值问题。其一般形式为
Min f(x)= f (XI，X2，……，Xn)
④优化设计的数学模型在经过上述的选取设计变量、列出目标函数、给定约束条件后，便可构造优化设计的数学模型。如下所述
Min f（X）=f (XI，X2，……，Xn)
hv（X）=0 （v=1，2，……，p）
g（X）≤0 (u=1，2，……，m)
式中 m——不等式约束数。
建立数学模型是优化设计中非常重要的一步。数学模型的好坏直接影响设计质量。
（3）常用的优化方法
优化问题的求解方法分为两大类，即解析法和数值迭代法。
解析法是利用数学分析的方法，直接求目标函数的极值点。然而当目标函数比较复杂时或目标函数为非凸性函数时，应用解析法就很困难，必须采用迭代法。
迭代法是一种数值近似解法，由于它比解析法更适应于计算机的工作特点，因此是求解优化问题的最基本方法。
迭代过程是一个逐步搜索寻优的过程。搜索的关键是确定方向和步长。根据确定方向和步长方法的不同，就形成了不同的优化方法。
①搜索方法机械设计的优化问题大都为多维的，由于多维问题可化为一维问题来处理，所以一维搜索方法是优化方法中最基本的方法。其思路是首先确定搜索区间，要求该区间必须包含极小值的单峰区间，其次则是在此单峰区间内寻找函数极小点。
②单纯形法该方法属于无约束多维问题的一种优化解法。其思路是:不直接去搜索方向，而是根据设计变量的维数n，选择n+l个点作为顶点，构成一个多面体，称为单纯形。算出各顶点的目标函数作比较，找出其中的最好点和最坏点，并通过某种方法再产生一个较好的新点代替最坏点，构成一个新的单纯形。重复上述过程，逐步逼近最优点。
③惩罚函数法
该方法是一种约束优化问题的间接解法。其基本思路是把约束问题通过一定形式变换，转换成无约束优化问题，然后求其最优解。
惩罚函数法对求解非线性约束的最优化问题具有明显的优点，在优化设计中得到广泛应用。
目前的CAD系统大都配置了各种优化方法的软件，同学们可根据设计要求选择合适的优化设计方法。
3．2 减速器结构的优化设计
在设计此齿轮减速器的结构时，希望减速器在传动一定功率，转速和满足寿命要求下使两极齿轮具有最小的体积，以期减小减速器的整体体积和重量，使其结构紧凑。
（1）已知条件如下:
已知的工作要求参数
输送带拉力 F = 150（N）
输送带速度 V = 3.18（m/s）
滚筒直径 D = 400（mm）
每日工作时数 T = 16（h）
工作年限 Y = 10
（2）电动机的选择
设计计算项目计算依据计算结果
工作机构输出功率P w P w = FV/1000 P w = 0.477kW
三角带传动效率η 1 机械设计指导书η 1 =
0.96
齿轮传动的轴承效率η
2……η2 = 0.99
斜齿轮传动效率η 3 η 3 = 0.97
联轴器效率η 4 η 4 = 0.97
滚筒轴的轴承效率η 5 η 5 =0.98
滚筒的效率η
6 ……η6= 0.96总传动效率η0 η0 =η1?η?η3?η4?η5?η 6 η0 = 0.83
滚筒轴的工作转速ｎw ｎw= 60 *1000V/πD ｎw= 151.7r/min
理论三角带传动比i′1机械设计指导书 i′1=
24
理论齿轮传动比 i′
2 ……i′2= 2～7
理论总传动比i′i′= i′1* i′2i′= 4～28
工作机所需电动机输出功率P d P d = P w /η0 P d = 0.575kW
电动机的合理转速范围ｎ′dｎ′d=i′*ｎw
ｎ′d=267 ～1872
①类型和结构型式的选择
按以上的工作要求和条件，选用Y型全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。
②确定电动机的功率
按照选择电动机功率的原则－电动机的额定功率等于或稍大于工作要求的功率，即P ed≥K P d
③确定电动机的转速
满足电动机的合理转速范围ｎ′d=267 ～1872
按照以上要求选择的电动机型号是Y90S-6（查自《机械设计指导书》附录
以下是Y90S-6电动机的各项参数和传动比的计算值
（3）计算传动装置各轴的运动动力参数
各轴转速
输入轴ｎ１=ｎm／i1= 303.3 r/min
输出轴ｎ2=ｎ1／i2= 151.7 r/min
①各轴的输入功率
输入轴 P1 =P d?η 1 = 0.552 kW
输出轴 P2 =P1?η 2 ?η 3 = 0.53 kW
②各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩 T d = 9550 P d／ｎm= 6.03 N?m
输入轴 T1 = T d ?i1?η 1 = 17.37 N?m
输出轴 T2 = T1 ?i2?η2?η 3 = 33.36 N?m
3．3 零件的设计
1、机械零部件的CAD所涉及的问题
在机械零部件设计工作申，计算机辅助设计己经成为一项专门的技术。利用计算机设计机械零部件与用计算机演算一个复杂的数学式不同，前者涉及到许多特殊的问题，现简述如下:
（1）表格、线图的输人和检索。这个问题涉及到用什么方法与技巧把表格和线图输人给计算机，又怎样通过程序来检索表格和线图的数据，以及怎样用插值法或取偏大值、偏小值来求出表格和线图中所空缺的数据。
（2）设计方案的校核及处理。这个问题涉及到怎样通过计算机对各种机械零部件进行校核，校核不合格时，又怎样通过程序进行自动处理，或者运用人机对话的方法实现调整。
（3）设计参数的处理。这个问题涉及到如何根据具体情况对机械零部件的设计参数进行合理的处理。例如，在齿轮传动设计中，要把计算出的模数取为标准值，齿数取整，等等。
（4）选择标准件的类型。有些机械零部件已经标准化了，对这类零部件的设计，须按有关标准进行选择。如选择滚动轴承的型号，还有螺栓、键、V带、套筒滚子链及联轴器等的选择，都是这方面的例子。
（5）参数绘图。即如何根据设计计算所得的结果参数绘制出相应的零部件工作图的问题。这涉及到图形的显示和编辑问题，高级语言与通用绘图软件包的接口技术，等等。
2、编制机械零部件设计程序的一般步骤编制机械零部件设计程序的一般步骤，可大致归纳如下:
（1）根据设计任务列出手算步骤
（2）建立数学-力学模型
常用的机械零部件，大多有现成的数学-力学模型可直接利用，对没有数学--力学模型的，要先行建立。
（3）按照设计步骤，设计粗、细框图
粗框图要反映主程序段的内容，如输人和输出的内容，以及设计计算中的判别性内容等。而子程序段;多在细框图中反映出来。
（4）处理有关的表格和线图资料
（5）确定程序变量名称，写出参数名称与程序变量名称的对照表
为了使用方便和便于进行软件维护，可同时标出变量的含义及备注。
（6）编制程序
一般来说，一个比较复杂的设计程序，往往需要进行分块层处理，特别是机械零部件的设计，涉及到许多表格、线图及数据资料的处理，而有些公式、表格和线图
等设计资料，需要多次反复应用。因此，一个完整的设计程序，除了要有能明确地、清晰地反映主体设计的主程序外，还需要编制一系列与主程序配套的子程序。子程序应具有具体解决问题的功能，并能反复调用。此外，子程序还应具有完整的程序结构和计算内容。引用子程序，可使程序层次分明，节省存储量，并且便于分工编写，发挥集体的力量。主程序可根据粗框图编制，要求思路清晰;子程序可根据细框图编写，要求功能完善。
4. 减速器虚拟装配在solidworks中的实现
4．1 SolidWorks相关知识介绍
是第一个可以在Windows系统中使用的三维机械设计软件。该软件将各个专业领域的世界级顶尖产品连接在一起，因此具备又全面的实体建模功能，可快速生成完整的工程图纸，还可以进行模具制造及计算机辅助工程分析、虚拟装配、动态仿真等一些其他CAD软件无法完成的工作。
?在操作界面方面，提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制功能。
崭新的属性管理员用来高效管理整个设计过程和步骤，同时特征模板提供
了良好的操作环境。
?配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及零件的设计、装配设计和工程图等多个方面。
?可以动态查看装配体的所有运动。并且可以对运动的零部件进行动态干涉检查和间隙检测。
?无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。
?较优秀的、全相关的钣金设计功能。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作。
提供几乎所有CAD软件的输入及输出格式转换器
4．2 装配体
装配体是将备种零件模型插入到装配体文件中，利用配合方式来限制各个零件的相对位置，使其构成--机构的某部分机件，甚至配合成一台完整的机器，SolidWorks 允许用户在装配体文件中插入数目众多的零件进行组装配合。
在零部件之前，必须先了解装配体的建立方式。在SolidWorks装配体中，可分为由下而上的设计组装及曲上而下的设计组装两种，本章将介绍这两种组装方式。
由下而上的设计，是指装配体的零件在零件文件中建构完成，再插入到装配体中进行组装。这种零件组装方式在SolidWorks中称为由下而上的设计。
这种方式的优点是建构快速，图面简单。缺点是零件分别在零件文件中建构完成，零件间的尺寸配合无关连性，需要依靠方程式建立零件间的配合尺寸，比较麻烦。
由上而下的设计，是指一般工件都是在零件文件内建构，再插入到装配体中迸行组装，该方式是直接在装配体文件内建立各零件。其优点足在建构零件时可互相参考外形，省去部分草图绘制及使用配合条件的设置麻烦。缺点是在装配体中所建立的各个零件都是完全配合限制，[移动零部件]及[旋转零部件]按钮呈不可选状态。
１箱体２盖３轴承４箱盖５输出轴６斜齿轮７端盖
８输入轴９套１０键１１小斜齿轮１２油标
以上的简图是使用SolidWorks的虚拟装配来完成的。
4．3干涉检查
零部件装配完成后，应该进行零部件之间的干涉检查，以检查装配有无干涉情况及
干涉部分的形状、干涉的位置、干涉的体积。零部件之间的干涉检查步骤如下：（1）击装配体工具栏上的【干涉检查】或【工具】→【干涉检查...】。
（2）【所选零部件】中选择所要进行干涉检查的零部件。
（3）单击【计算】，在结果中即会显示出干涉的位置以及体积。
（4）如果有干涉的存在，使用移动零部件中的碰撞检查即可对干涉的位置进行调整；如果是因为设计上的问题而导致的干涉，可右键单击此零部件，选择【编辑零件】命令，对此零件中产生干涉的部分进行合理的修改后，选择【编辑装配体：】，再重复(1)～（4）步，直到干涉检查中的结果中显示无干涉即可。
机械设计说明书 设计人：白涛 学号：2008071602 指导老师：杨恩霞
目录 设计任务书 (3) 传动方案的拟定及说明 (4) 电动机的选择 (4) 计算传动装置的运动和动力参数 (5) 传动件的设计计算 (5) 轴的设计计算 (12) 滚动轴承的选择及计算 (17) 键联接的选择及校核计算 (19) 连轴器的选择 (19) 减速器附件的选择 (20) 润滑与密封 (21) 设计小结 (21) 参考资料目录 (21)
机械设计课程设计任务书 题目：设计一用于螺旋输送机驱动装置的同轴式二级圆柱齿轮减速器 一．总体布置简图 1—电动机；2—联轴器；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器 二．工作情况： 载荷平稳、两班制工作运送、单向旋转
三． 原始数 螺旋轴转矩T （N ·m ）：430 螺旋轴转速n （r/min ）：120 螺旋输送机效率（％）：0.92 使用年限（年）：10 工作制度（小时/班）：8 检修间隔（年）：2 四． 设计内容 1. 电动机的选择与运动参数计算； 2. 斜齿轮传动设计计算 3. 轴的设计 4. 滚动轴承的选择 5. 键和连轴器的选择与校核； 6. 装配图、零件图的绘制 7. 设计计算说明书的编写 五． 设计任务 1． 减速器总装配图一张 2． 齿轮、轴零件图各一张 3． 设计说明书的编写 （一）传动方案的拟定及说明 由题目所知传动机构类型为：同轴式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 本传动机构的特点是：减速器的轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差，当两个大齿轮侵油深度较深时，高速轴齿轮的承载能力不能充分发挥。常用于输入轴和输出轴同轴线的场合。 （二）电动机的选择 1．电动机类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y （IP44）系列的电动机。 2．电动机容量的选择 1） 工作机所需功率P w =Tn /9550，其中n=120r/min ，T=430N ·m ， 得P w ＝5.4kW 2） 电动机的输出功率 Pd ＝Pw/η η＝42 34221 ηηηη＝0.904
机械设计课程设计一年级减速器设计说明书 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
课程设计题目： 系别： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 时间：
设计题目：带式输送机传动装置设计 一、传动方案简图 二、已知条件： 1、带式输送机的有关原始数据： 减速器齿轮类型：斜齿圆柱齿轮； 输送带工作拉力：F= kN； 运输带速度：v= r/min； 滚筒直径：D= 330 mm. 2、滚筒效率：η=（包括滚筒与轴承的效率损失）； 3、工作情况：使用期限8年，两班制（每年按300天计算），单向运转，转速误差不得超过±5%，载荷较平稳； 4、制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产； 5、动力来源：电力，三相交流，电压380／220V。 三、设计任务： 1、传动方案的分析和拟定 2、设计计算内容 1) 运动参数的计算，电动机的选择； 2) V带传动的设计计算； 3) 齿轮传动的设计计算； 4) 链传动的设计计算； 5) 轴的设计与强度计算； 6) 滚动轴承的选择与校核； 7) 键的选择与强度校核； 8) 联轴器的选择。 3、设计绘图： 1）减速器装配图一张（A0或A1图纸）； 2）零件工作图2张（低速级齿轮、低速轴，A2或A3图纸）； 3）设计计算说明书1份（>6000字）； 四、主要参考书目 [1]李育锡.机械设计课程设计[M].北京：高等教育出版社，2008. [2]濮良贵.机械设计（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [3]成大仙.机械设计手册（第5版）[M].北京：化学工业出版社，2007
机械设计课程设计 ： 班级： 学号： 指导教师： 成绩：
日期：2011 年6 月 目录 1. 设计目的 (2) 2. 设计方案 (3) 3. 电机选择 (5) 4. 装置运动动力参数计算 (7) 5.带传动设计 (9) 6.齿轮设计 (18) 7.轴类零件设计 (28) 8.轴承的寿命计算 (31) 9.键连接的校核 (32) 10.润滑及密封类型选择 (33) 11.减速器附件设计 (33) 12.心得体会 (34) 13.参考文献 (35)
1. 设计目的 机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是： （1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论与实际知识去分析和解决机械设计问题的能力。 （2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 （3）通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件工作能力，确定尺寸和掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的设计过程和方法。 （4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算，绘图，查阅设计资料和手册，运用标准和规等。 2. 设计方案及要求 据所给题目：设计一带式输送机的传动装置（两级展开式圆柱直齿轮减速器）方案图如下：
1—输送带 2—电动机 3—V带传动 4—减速器 技术与条件说明： 1）传动装置的使用寿命预定为8年每年按350天计算，每天16小时计算； 2）工作情况：单向运输，载荷平稳，室工作，有粉尘，环境温度不超过35度； 3）电动机的电源为三相交流电，电压为380/220伏； 4）运动要求：输送带运动速度误差不超过%5；滚筒传动效率 0.96； 5）检修周期：半年小修，两年中修，四年大修。 设计要求 1）减速器装配图1； 2）零件图2（低速级齿轮，低速级轴）；
机械设计基础课程设计 ——单级斜齿轮圆柱齿轮减速器 学校：海洋大学 专业：轮机工程 学号：1703130103 姓名：*** 指导教师：丽娟
10年，单班制工作，输送带允许误差为5%。 设计工作量： 1.设计计算说明书1份（A4纸20页以上，约6000-8000字）； 2.主传动系统减速器装配图（主要视图）1（A2图纸）； 3.零件图（轴或齿轮轴、齿轮）2（A3图纸）。 专业科：斌教研室：郭新民指导教师：锋开始日期 20**年5月 5日完成日期20**年 6月 30 日
第一节设计任务 设计任务：设计一带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。已知输送拉力F=1200N，带速V=1.7m/s，传动卷筒直径D=270mm。由电动机驱动，工作寿命八年（每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 设计工作量： 1、减速器装配图1（A0图纸） 2、零件图2（输出轴及输出轴上的大齿轮A1图纸）（按1：1比例绘制） 3、设计说明书1份（25业）
第二节 、传动方案的拟定及说明 传动方案如第一节设计任务书（a ）图所示，1为电动机，2为V 带，3为机箱，4为联轴器，5为带，6为卷筒。由《机械设计基础课程设计》表2—1可知，V 带传动的传动比为2~4，斜齿轮的传动比为3~6，而且考虑到传动功率为 KW ，属于小功率，转速较低，总传动比小，所以选择结构简单、制造方便的单级圆柱斜齿轮传动方式。 第三节 、电动机的选择 1.传动系统参数计算 (1) 选择电动机类型. 选用三相异步电动机,它们的性能较好,价廉,易买到,同步转有3000,1500,1000,750r/m 四种,转速低者尺寸大; 为了估计动装置的总传动比围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算起驱动卷筒的转速n w 经过分析，任务书上的传动方案为结构较为简单、制造成本也比较低的方案。 （2）选择电动机 1）卷筒轴的输出功率Pw 2）电动机的输出功率Pd P ＝P /η 传动装置的总效率 η＝滑联齿轮滚带 ηηηηη????2 ＝0.96×0.98×0.98×0.99×0.96＝0.86 故P ＝P /η=2.125/0.86=2.4KW 单级圆柱斜齿轮传动 P =2.4KW 12000.75 2.12510001000 FV Pw kw ?===w 601000601000 1.7 n 120.3/min 3.14270v r D ???===?πw n 120.3/min r = 2.125Pw kw =
课程设计说明书 课程名称：一级V带直齿轮减速器 设计题目：带式输送机传动装置的设计 院系：机械工程系 学生姓名：彭亚南 学号：200601030039 专业班级：06汽车（2）班 指导教师：苗晓鹏 2009年 3 月 1 日
《机械设计》课程设计设计题目：带式输送机传动装置的设计 内装：1. 设计计算说明书一份 2. 减速器装配图一张（A1） 3. 轴零件图一张（A3） 4. 齿轮零件图一张（A3） 机械工程系06汽车（2）班级设计者：彭亚南 指导老师：苗晓鹏 完成日期： 2009年3月1日 成绩：_________________________________ 安阳工学院
课程设计任务书
带式输送机传动装置的设计 摘要：齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使用。本文设计的就是一种典型的一级圆柱直齿轮减速器的传动装置。其中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度约为240HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度约为215HBS，齿轮精度等级为8级。轴、轴承、键均选用钢质材料。 关键词：减速器、齿轮、轴、轴承、键、联轴器
轴的设计 图1传动系统的总轮廓图 一、轴的材料选择及最小直径估算 根据工作条件，小齿轮的直径较小（），采用齿轮轴结构， 选用45钢，正火，硬度HB=。 按扭转强度法进行最小直径估算，即初算轴径，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 值由表26—3确定：=112 1、高速轴最小直径的确定 由，因高速轴最小直径处安装联 轴器，设有一个键槽。则，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机 轴径不得相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取，为
电动机轴直径，由前以选电动机查表6-166：， ，综合考虑各因素，取。 2、中间轴最小直径的确定 ，因中间轴最小直径处安装滚动 轴承，取为标准值。 3、低速轴最小直径的确定 ，因低速轴最小直径处安装联轴 器，设有一键槽，则，参 见联轴器的选择，查表6-96，就近取联轴器孔径的标准值。 二、轴的结构设计 1、高速轴的结构设计 图2 （1）、各轴段的直径的确定 ：最小直径，安装联轴器 ：密封处轴段，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的标准查表6-85（采用毡圈密封）， ：滚动轴承处轴段，，滚动轴承选取30208。 ：过渡轴段，取 ：滚动轴承处轴段
（2）、各轴段长度的确定 ：由联轴器长度查表6-96得，，取 ：由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定 ：由滚动轴承确定 ：由装配关系及箱体结构等确定 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定 ：由小齿轮宽度确定，取 2、中间轴的结构设计 图3 （1）、各轴段的直径的确定 ：最小直径，滚动轴承处轴段，，滚动轴承选30206 ：低速级小齿轮轴段 ：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 ：高速级大齿轮轴段 ：滚动轴承处轴段 （2）、各轴段长度的确定 ：由滚动轴承、装配关系确定 ：由低速级小齿轮的毂孔宽度确定 ：轴环宽度 ：由高速级大齿轮的毂孔宽度确定
机械课程设计 说明书 课程设计题目：带式输送机传动装置 姓名： 学号： 专业： 完成日期： 中国石油大学（北京）远程教育学院
目录 一、前言 (2) (一) 设计任务 (2) (二) 设计目的 (2) (三) 传动方案的分析 (3) 二、传动系统的参数设计 (3) (一) 电动机选择 (3) (二) 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 (4) (三) 运动参数及动力参数计算 (4) 三、传动零件的设计计算 (4) （一）Ｖ带传动的设计 (4) （二）齿轮传动的设计计算 (5) （三）轴的设计计算 (8) 1、Ⅰ轴的设计计算 (8) 四、滚动轴承的选择及验算 (12) (一) 计算Ⅰ轴承 (12) (二) 计算Ⅱ轴承 (12) 五、键联接的选择及校核 (13) 六、联轴器的选择 (14) 七、箱体、箱盖主要尺寸计算 (14) 参考文献 (16)
一、前言 (一) 设计任务 设计一带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。已知运输带输送拉力F=2.6KN，带速V=1.45m/s，传动滚筒直径D=420mm（滚筒效率为0.96）。电动机驱动，预定使用寿命8年（每年工作300天），工作为二班工作制，载荷轻，带式输送机工作平稳。工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。动力来源：电力，三相交流380/220伏。 图1 带式输送机的传动装置简图 1、电动机； 2、三角带传动； 3、减速器； 4、联轴器； 5、传动滚筒； 6、皮带运输机 (二) 设计目的 通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉
一般的机械装置设计过程。 (三) 传动方案的分析 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。 二、传动系统的参数设计 (一) 电动机选择 1、电动机类型的选择：Y系列三相异步电动机 2、电动机功率选择： ①传动装置的总效率η： 查表1取皮带传动效率0.96，轴承传动效率0.99，齿轮传动效率0.97，联轴器效率0.99。η=0.96×0.993×0.97×0.99=0.8945 ②工作机所需的输入功率P w： P w=(F w V w)/(1000ηw) 式中，F w=2.6 KN=2600N，V w=1.45m/s，ηw=0.96，代入上式得 P w=(2600×1.45)/(1000×0.96)=3.93 KW ③电动机的输出功率： P O= P w /η=3.93/0.8945=4.39KW 选取电动机额定功率P m，使电动机的额定功率P m＝（1～1.3）P O，由查表得电动机的额定功率P＝5.5KW。 3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： n w=60×1000V/（πD）=60×1000×1.45/（π×420）=65.97r/min 由推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i1=3~6。取V带传动比i2=2~4，则总传动比理时范围为i=6~24。 故电动机转速的可选范围为n=（6~24）×65.97=395.81～1583.28r/min。 4、确定电动机型号 根据以上计算，符合这一转速范围的电动机的同步转速有750r/min 、1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速机的传动比，最终确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速1140r/min 。
目录 1. 设计任务.............................. 错误!未指定书签。 2. 传动系统方案的拟定.................... 错误!未指定书签。 3. 电动机的选择.......................... 错误!未指定书签。选择电动机的结构和类型...................... 错误!未指定书签。传动比的分配............................... 错误!未指定书签。传动系统的运动和动力参数计算................. 错误!未指定书签。 4. 减速器齿轮传动的设计计算.............. 错误!未指定书签。高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算.............. 错误!未指定书签。低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算.............. 错误!未指定书签。 5. 减速器轴及轴承装置的设计.............. 错误!未指定书签。轴的设计.................................. 错误!未指定书签。键的选择与校核............................. 错误!未指定书签。轴承的的选择与寿命校核...................... 错误!未指定书签。 6. 箱体的设计............................ 错误!未指定书签。箱体附件.................................. 错误!未指定书签。铸件减速器机体结构尺寸计算表 (1) 7. 润滑和密封............................ 错误!未指定书签。润滑方式选择............................... 错误!未指定书签。密封方式选择............................... 错误!未指定书签。参考资料目录............................. 错误!未指定书签。
课程设计说明书 课程名称:机械设计课程设计课程代码: 题目:二级斜齿圆柱齿轮减速器学生姓名:张伟荣 学号: 3120130316205 年级/专业/班: 13级机电2班 学院(直属系) :机械工程学院 指导教师:杜强
机械设计课程设计任务书 学院名称：机械工程学院专业：机械电子工程年级：2013级 学生姓名: 张伟荣学号: 3120130106205 指导教师: 杜强 一、设计题目带式运输机的减速传动装置设计 二、主要内容 ⑴决定传动装置的总体设计方案； ⑵选择电动机，计算传动装置的运动和动力参数； ⑶传动零件以及轴的设计计算；轴承、联接件、润滑密封和联轴器的选择及校验计算； ⑷机体结构及其附件的设计； ⑸绘制装配图及零件图；编写计算说明书并进行设计答辩。 三、具体要求 ⑴原始数据：运输带线速度v = 1.76 （m/s） 运输带牵引力F = 2700 （N） 驱动滚筒直径D = 470 （mm） ⑵工作条件： ①使用期5年，双班制工作，单向传动； ②载荷有轻微振动； ③运送煤、盐、砂、矿石等松散物品。 四、完成后应上交的材料 ⑴机械设计课程设计计算说明书； ⑵减速器装配图一张； ⑶轴类零件图一张； ⑷齿轮零件图一张。
五、推荐参考资料 ⑴西华大学机械工程与自动化学院机械基础教学部编.机械设计课程设计指导 书,2006 ⑵秦小屿.机械设计基础(第二版).成都：西南交大出版社,2012 指导教师杜强签名日期 2015 年 6 月 25日 系主任审核日期 2015 年 6 月 25 日
目录 一.传动方案的拟定……………………………………………………………………… 二.电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算………………………………… 三.传动零件的设计计算…………………………………………………………… 四.轴的结构设计及强度计算…………………………………………………………… 五.滚动轴承的选择与寿命计算…………………………………………………………… 六.键的强度计算…………………………………………………………… 七.联轴器的选择…………………………………………………………… 八.减速器机体结构设计及附件设计……………………………………………………………总结………………………………………………………………………………………… 参考文献……………………………………………………………………………………
目录 1 2 3 一课程设计书 2 4 5 6 二设计要求2 7 8 三设计步骤2 9 10 1. 传动装置总体设计方案 3 11 2. 电动机的选择 4 12 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 5 13 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5 14 5. 设计V带和带轮 6 15 6. 齿轮的设计 8 16 7. 滚动轴承和传动轴的设计 19 17 8. 键联接设计 26 18 9. 箱体结构的设计 27 19 10.润滑密封设计 30 1
20 11.联轴器设计 30 21 四设计小结31 22 23 五参考资料32 24 25 26 27 28 29 一. 课程设计书 30 设计课题: 31 设计一用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器.运输机连续单向运转,载荷变化不大,空载起动,卷筒效率为0.96(包括其支承轴承效率的损失),减速 32 33 器小批量生产,使用期限8年(300天/年),两班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 34 35 表一: 2
36 二. 设计要求 37 1.减速器装配图一张(A1)。 38 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3)。39 3.设计说明书一份。 40 三. 设计步骤 41 42 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 43 44 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比45 4. 计算传动装置的运动和动力参数 46 5. 设计V带和带轮 47 6. 齿轮的设计 3
48 7. 滚动轴承和传动轴的设计 49 8. 键联接设计 50 9. 箱体结构设计 51 10. 润滑密封设计 52 11. 联轴器设计 53 54 1.传动装置总体设计方案: 55 56 1. 组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。 57 2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀， 58 要求轴有较大的刚度。 59 3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速 级。 60 61 其传动方案如下： 4
机械设计《课程设计》 说明书 课题名称一级圆柱齿轮减速器设计 系别电气与电子工程系 专业 班级 学号 姓名 指导老师 完成日期 目录 第一章绪论 (03) 第二章课题题目及主要技术参数说明 (03) 2.1 课题题目及主要技术参数说明 (04) 2.2 传动系统工作条件及传动系统方案的选择 (04) 第三章减速器结构选择及相关性能参数计算 (04) 3.1 减速器结构 (04) 3.2 电动机选择及传动比分配 (04) 3.4 动力运动参数计算及传送选择 (04) 第四章齿轮的设计计算(包括小齿轮和大齿轮) (06)
4.1 齿轮材料和热处理的选择 (06) 4.2 齿轮几何尺寸的设计计算 (06) 4.2.1 按照接触强度初步设计齿轮主要尺寸 (06) 4.2.2 齿轮弯曲强度校核 (07) 4.2.3 齿轮几何尺寸的确定 (07) 4.3 齿轮的结构设计 (08) 第五章轴的设计计算(主动轴与从动轴) (09) 5.1 轴的材料和热处理的选 (09) 5.2 轴几何尺寸的设计计算 (09) 5.3轴的结构设计 (09) 5.4轴的强度校核 (09) 第六章轴承、键和联轴器的选择 (10) 6.1轴承的选择及校核 (10) 6.2联轴器的选择 (10) 6.3键的选择计算及校核 (11) 第七章减速器润滑、密封及附件的选择 ...................... .. (12) 7.1 润滑和密封的选择确定 (12) 7.2 减速器附件的选择确定 (12) 第八章箱体主要结构尺寸的计算 (13) 第九章总结 (14) 第一章绪论 本论文主要内容是进行一级圆柱直齿轮的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与测量》等多门课程知识，并能运用《AUTOCAD》软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面： （1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。 （2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。
机械设计课程设计
目录 一、确定传动方案 (7) 二、选择电动机 (7) 一、选择电动机 (7) 二、计算传动装置的总传动比并分配各级传动比 (9) 三、计算传动装置的运动参数和动力参数 (9) 三、传动零件的设计计算 (10) （1）普通V带传动 (10) （2）圆柱齿轮设计 (12) 四、低速轴的结构设计 (14) （1）轴的结构设计 (14) （2）确定各轴段的尺寸 (15) （3）确定联轴器的尺寸 (16) （4）按扭转和弯曲组合进行强度校核 (16) 五、高速轴的结构设计 (18) 六、键的选择及强度校核 (19) 七、选择校核联轴器及计算轴承的寿命……………………………………… 20 八、选择轴承润滑与密封方式 (22) 九、箱体及附件的设计 (22) （1）箱体的选择 (23) （2）选择轴承端盖 (24)
（3）确定检查孔与孔盖 (24) （4）通气孔 (24) （5）油标装置 (24) （6）螺塞 (24) （7）定位销 (24) （8）起吊装置 (25) （9）设计小结 (26) 十、参考文献 (27)
前言 设计目的:机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。 课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是： 一、课程设计目的 （1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机 械设计问题的能力。 （2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 （3）通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和 维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装 置或简单机械的设计过程和方法。 （4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规定。 二、课程设计内容 课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；运动和
减速器课程设计心得体会 篇一：机械设计课程设计心得体会 减速机设计心得体会 通过这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,有位那种追求的锲而不舍的过程是相同有那么简单，你想copy或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。虽然
种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现.这种不断上进,认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美,有位那种追求的锲而不舍的过程是相同以为然,总觉得自己的弱势…..其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行 动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们
过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题. 在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解….. 课程设计也是一种学习同事优秀品质的过程,比如我组的纪超同学,人家的确有种耐得住寂寞的心态.确实他在学习上取得了很多傲人的成绩,但是我所赞赏的还是他追求的过程,当遇到问题的时候,那种斟酌的态度就值得我们每一位学习,人家是在用心造就自己的任务,而且孜孜不倦,追求卓越.我们过去有位老师说得好,有有些事情的产生只是有原因的,别排放管应与大气相通，且不应安装任何阀门。请注意，不要将此排入口连接在
1 设计任务书 1.1设计数据及要求 表1-1设计数据 序号 F(N) D(mm) V(m/s) 年产量 工作环境 载荷特性 最短工 作年限 传动 方案 7 1920 265 0.82 大批 车间 平稳冲击 十年二班 如图1-1 1.2传动装置简图 图1-1 传动方案简图 1.3设计需完成的工作量 （1） 减速器装配图1张(A1) （2） 零件工作图1张（减速器箱盖、减速器箱座-A2）；2张（输出轴-A3；输出轴齿轮-A3） （3） 设计说明书1份（A4纸） 2 传动方案的分析 一个好的传动方案，除了首先应满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉以及使用维护方便。要完全满足这些要求是困难的。在拟定传动方案和对多种方案进行比较时，应根据机器的具体情况综合考虑，选择能保证主要要求的较合理的
传动方案。 现以《课程设计》P3的图2-1所示带式输送机的四种传动方案为例进行分析。方案a 制造成本低，但宽度尺寸大，带的寿命短，而且不宜在恶劣环境中工 作。方案b 结构紧凑，环境适应性好，但传动效率低，不适于连续长期工作，且制造成本高。方案c 工作可靠、传动效率高、维护方便、环境适应性好，但宽度较大。方案d 具有方案c 的优点，而且尺寸较小，但制造成本较高。 上诉四种方案各有特点，应当根据带式输送机具体工作条件和要求选定。若该设备是在一般环境中连续工作，对结构尺寸也无特别要求，则方案c a 、均为可选方案。对于方案c 若将电动机布置在减速器另一侧，其宽度尺寸得以缩小。故选c 方案，并将其电动机布置在减速器另一侧。 3 电动机的选择 3.1电动机类型和结构型式 工业上一般用三相交流电动机，无特殊要求一般选用三相交流异步电动机。最常用的电动机是Y 系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。此处根据用途选用Y 系列三相异步电动机 3.2选择电动机容量 3.2.1工作机所需功率w P 卷筒3轴所需功率： 1000Fv P W = =1000 82 .01920?=574.1 kw 卷筒轴转速： min /13.5914 .326582 .0100060100060r D v n w =???=?= π 3.2.2电动机的输出功率d P 考虑传动装置的功率耗损，电动机输出功率为 η w d P P = 传动装置的总效率：
长安大学 课程设计说明书 课程名称：机械设计/原理 题目名称：单级圆柱齿轮减速器学院：工程机械学院 姓名： 学号： 班级：01机制（1）班 指导老师： 2003年12月22日
目录 1 设计任务书---------------------------------------------------4 2 传动装置总体设计方案 2.1 拟定传动方案-----------------------------------------------4 3 电动机的选择计算 3.1 所需电动机的输出功率---------------------------------------5 3.1.1 工作机的功率---------------------------------------------5 3.1.2 传动装置的总效率-----------------------------------------5 3.1.3 所需电动机的输出功率-------------------------------------5 3.2 选择电动机的转速-------------------------------------------5 3.2.1 计算传动滚筒的转速---------------------------------------5 3.2.2 选择电动机的转速-----------------------------------------6 3.3 选择电动机的型号-------------------------------------------6 4 传动装置的运动和动力参数计算 4.1 分配传动比-------------------------------------------------6 4.1.1 总传动比-------------------------------------------------6 4.1.2 各级传动比的分配-----------------------------------------6 4.2 各轴功率、转速和转矩的计算---------------------------------7 5 传动零件的设计计算 5.1 V带传动的设计----------------------------------------------8 5.2 圆柱齿轮传动的设计计算------------------------------------12 6 轴的设计计算
计算过程及计算说明 一、传动方案的拟定 （1）工作条件： a)使用寿命：使用折旧期8年，大修期4年，中修期2年，小修期半年； b)工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35℃； c)动力来源：三相交流电，电压380/220V; d)使用工况：两班制，连续单向运转，载荷较平稳； e)制造条件：一般机械厂制造，小（大）批量生产。 （2）原始数据：运输带工作拉力KN F .56=,运输带工作速度V=1.2m/s （允许 带速误差±5%）,滚筒直径mm D 400=。滚筒效率96.0=j η（包 括滚筒与轴承的效率损失）。 方案拟定： 采用V 带传动与斜齿轮传动的组合，即可满足传动比要求，同时由于 带传动具有良好的缓冲，吸震性能，适应大起动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。 二、电动机的选择 2.1电动机类型的选择 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V,Y 型。 2.2选择电动机的容量 由式P d =a w P η和1000Fv P w =得 由电动机至运输带的总效率为 式中：1η、2η、3η、4η、j η分别为带传动、轴承传动、齿轮传动、联轴 器和卷筒的传动效率 取1η=0.96，2η=0.98(滚子轴承），3η=0.97（齿轮精度8级，不包括轴承效率），4η=0.99（齿轮联轴器），则 所以 kW Fv P a d 2.985 .010002 .165001000=??== η 2.3确定电动机转速 卷筒轴工作转速为 由指导书表1推荐的传动比合理范围，取V 带传动的传动比为'1i =2∽4，一级斜齿轮减速器传动比' 2i =3∽ 6，则总传动比合理范围为6=' a i ∽24，故电动机转速的可选范围为 6=?'=n i n a d ∽24×57.32=343.92∽ 1375.68r/min 符合这一范围的同步转速有750r/min 、1000r/min 综合考虑容量和转速，有设计手册查出有2种适用的电动机，因此有
单级圆柱齿轮减速器课程设计 =85.5~94.5 r/min 根据《机械设计课程设计》P10表2-3推荐的合理传动比范围，采用圆柱齿轮传动一级减速器的传动比范围I’ = 3 ~ 6。 对于开式锥齿轮传动，取传动比I1’ = 2 ~ 3。那么总传动比的理论范围是ia’= I’×i1’= 6 ~ 18。 因此，电机速度的可选范围为nd’ = ia’ × NW = (6 ~ 18) × 90 = 540 ~ 1620转/分，在此范围内的同步速度为750、1000转/分和1500转/分 根据容量和转速，从相关手册中找出三种适用的电机型号:(如下表所示)方案电机型号额定功率电机转速(r/min)电机重量(n)参考价格传动比同步速度满载速度总传动比V带传动减速器Y132S-45 .5 1500 1440 650 1200 18.6 3.5 5.32 2 Y132M2-6 5.5 1000 960 800 1500 12.42 2.8
4.44 3 Y160M2-8 5.5 750 720 1240 2100 9.31 2.5 3.72 考虑到电机和传动装置的尺寸、重量、价格 nw=85.5~94.5 r/min ND’ = 530 ~ 1620 r/min，计算表明第二种方案更适合计算锥齿轮带传动的传动比、减速器。 所选电机型号为Y132M2-6，主要性能为:中心高h外形尺寸l×(交流/2+交流)*高清底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径k轴延伸英寸D×E键安装位置尺寸f×GD 132 520×345×315 216×178 12 28×80 10×41电机外形尺寸和安装尺寸3 、 计算传动装置的运动和功率参数(1)确定传动装置的总传动比和分配级传动比。传动装置的总传动比可从所选的电机满载转速nm和工作机械驱动轴的转速n 1、获得: ia= nm/ nW =960/90 =10.67 ia=10.67 米
目录 一课程设计书2 二设计要求 2 三设计步骤 2 1. 传动装置总体设计方案3 2. 电动机的选择4 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比5 4. 计算传动装置的运动和动力参数5 5. 设计V 带和带轮6 6. 齿轮的设计8 7. 滚动轴承和传动轴的设计19 8. 键联接设计26 9. 箱体结构的设计27 10. 润滑密封设计30 11. 联轴器设计 30 四设计小结31五参考资料32
一.课程设计书 设计课题： 设计一用于带式运输机上的两级展开式圆柱齿轮减速器?运输机连续单向运转,载荷变化不大，空载起动，卷筒效率为（包括其支承轴承效率的损失）,减速器小批量生产,使用期限8年（300天/年）,两班制工作，运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V 表 设计要求 1. 减速器装配图一张（A1）。绘制轴、齿轮零件图各一张（A3） 3.设计说明书一份。 三.设计步骤 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5. 设计V带和带轮 6. 齿轮的设计 7. 滚动轴承和传动轴的设计 8. 键联接设计 9. 箱体结构设计 10. 润滑密封设计 11. 联轴器设计 1. 传动装置总体设计方案
1?组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。 2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀, 要求轴有较大的刚度。 3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将 V 带设置在高速级 其传动方案如下： 图一：（传动装置总体设计图） 初步确定传动系统总体方案如：传动装置总体设计图所示 选择V 带传动和二级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。 传动装置的总效率a i 为V 带的效率,n2为轴承的效率， 3 为第一对齿轮的效率，4为联轴器的效率， 5 为卷筒轴滑动轴承的效率（因是薄壁防护罩，采用开式效率计算） 2. 电动机的选择 电动机所需工作功率为：P = P/ n = 1900x i000x = ,执行机构的曲柄转速 1000 60v 为 n = =mi n ， D 经查表按推荐的传动比合理范围，V 带传动的传动比I = 2?4,二级圆柱斜齿轮减 速器传动比I = 8?40， 则总传动比合理范围为I = 16?160，电动机转速的可选范围为 n = I x n =（16? 160）x =?min 。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比， 选定型号为丫112M — 4的三相异步电动机，额定功率为 额定电流，满载转速 n m 1440 r/min ，同步转速1500r/min 。 3 2 12 3 4 x 0.983 X 0.952 xx = ；
目录 一、设计任务书…………………………………………………… 二、电动机的选择………………………………………………… 三、计算传动装置的运动和动力参数…………………………… 四、传动件设计（齿轮）………………………………………… 五、轴的设计……………………………………………………… 六、滚动轴承校核………………………………………………… 七、连接设计……………………………………………………… 八、减速器润滑及密封…………………………………………… 九、箱体及其附件结构设计……………………………………… 十、设计总结………………………………………………………十一、参考资料……………………………………………………
设计内容计算及说明结果 设计任务书一、设计任务书 设计题目4：带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器 1、系统简图 2、工作条件 一班制，连续单向运转，载荷平稳，室内工作，有粉尘 使用期限：10年 生产批量：20台 生产条件：中等规模机械厂。可加工七到八级齿轮及涡轮 动力来源：电力，三相交流380/220伏 输送带速度容许误差为±5%。 3、题目数据 已知条件 题号 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 输送带拉 力F（N） 1500 2200 2300 2500 2600 2800 3300 4000 4800 输送带速 度v（m/s） 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.4 1.2 1.6 1.4 滚筒直径 D(mm) 220 240 300 400 220 350 350 400 500 注：班级成员按学号选题，本设计所选题号为D3。 4、传动方案的分析 带式输送机由电动机驱动。电动机通过连轴器将动力传入减速器,再经联轴器将动力传至输送机滚筒,带动输送带工作。传动系统中采用两级展开式圆柱齿轮减速器，其结构简单，但齿轮相对轴承位置不对称，因此要求轴有较大的刚度，高速级和低速级都采用直齿圆柱齿轮传动。