减速器课程设计

减速器课程设计（精选十篇）

减速器课程设计 篇1

关键词：二级圆柱齿轮减速器,装配,运动仿真,机械制图,Inventor

课程设计是中职《机械制图》课程学习的重要实践环节, 它可以使学生感到课本理论上空洞的东西变清楚明了, 让学生感到“实践出真知”的真谛, 所以《机械制图》教学应安排一定课时的实体零件测绘课程设计环节。本文以二级直齿圆柱齿轮减速器装配体的测绘为载体, 利用Inventor三维软件完成所有零件和总装配图的绘制。通过Inventor走三维路线可以更直观的完成所有零件图和总装配图的绘制, 让学生进一步巩固《机械制图》中已掌握的绘图和识图技能, 并且在此基础上使绘图和识图能力上一个新的台阶, 为后续课程打下坚实的基础。

二级圆柱齿轮减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置, 具有结构紧凑、传动效率较高、传递运动准确可靠、使用维护方便和可成批生产等特点, 如图1。而传统的减速器课程设计环节教学手段, 通常是采用直接手工铅笔或者计算机二维软件绘制二维工程图来实现。这种做法不仅不能以模型直观逼真地显现出减速器的结构特征, 而且对于一个视图上某些尺寸的修改, 还不能自动反应在其它对应视图上;这种传统的教学手段对学生的制图能力还提出了较大的要求, 使相当大的一部分学生感觉完成任务吃力。所以现在改变传统的教学观念, 建立以三维软件INVENTOR为载体来实施满足教学, 体现参数化内涵——修改一个尺寸参数所有的将会自动更新, 降低任务难度, 提升学生兴趣。建立减速器的三位数字模型后, 同学们还可以进行运动模拟仿真, 通过运动模拟仿真同学们还可以非常直观的认识零件的结构、干涉、强度、刚度、动力情况, 运动是否正确。

1 测绘零件, 实现参数化三维建模与生成零件图

教师讲解减速器的拆装过程, 讲清绘图尺寸是通过对实体减速箱的测绘得来。首先观察减速器各部分的结构, 判断传动方式、级数、输入、输出轴如图2;其次用扳手拆下观察孔的盖板, 观察观察孔的位置是否恰当, 大小是否合适。再拧下箱盖和箱座联接螺栓以及轴承端盖螺钉, 拔出定位销, 打开箱盖。

分析整个结构, 测量各零件尺寸;如先测量齿轮端面与箱体内壁的距离, 大齿轮的顶圆与箱体内壁之间的距离, 轴承内端面到箱体内壁之间的距离;再测量底座与上盖的各部分尺寸与结构、轴承的组合结构与尺寸、齿轮的尺寸与结构、键与键槽的尺寸与结构, 如图3。

得到零件参数的同时, 学生就可以利用Inventor开始参数化建模。箱体模型也是建模过程当中最复杂的部分, 在建模过程当中需要大量地使用系统提供的建模特征, 当然可以分析到上盖和底座有相同的基本结构比如螺栓孔、定位销和相互贴合面, 建模时画上盖和底座可以充分利用共同结构, 减少工作量, 降低画图难度如图4。Inventor有标准件模块, 在齿轮建模时, 可以直接调取使用, 当然也可以参数化建模, 通过草图、拉伸、扫略、阵列命令来实现。同样也是适用标件轴承、键、端盖、螺栓、螺母等, 这些标准件在绘制的时候要特别注意标准值的使用, 要能正确配合其他零件的装配尺寸, 这样才能保证齿轮的正常啮合, 如图5。建立了三维零件就可以通过Inventor工程图模块生成工程图, 结合制图模块能够充分利用三个基本视图、半剖、阶梯剖、断面图等表达形式正确合理的表达工程图, 进而充分培养学生机械制图的视图表达能力。并对工程图进行标注。

2 参数化装配的建立与生成装配图

在所有零件参数化建模完成以后, 就可以实现虚拟装配。利用软件满足装配要求, 可以让学生清楚的认识到该产品的性能与结构是否满足要求, 通过分析评估改进产品的设计和装配体的结构, 实现产品装配的高效性。而且虚拟的展现了减速器的整个装配过程, 并规划减速器的装配步骤和路线。打开Inventor, 进入装配环境, 调入下盖, 这样就以下盖为基准实现有效有序的自下而上、自里而外的装配。Inventor里面的装配功能有面对齐、同轴、距离等多种标准配合关系, 通过这些功能可以让同学们实现齿轮与轴、轴承等所有零件的装配。要注意的是齿轮与齿轮一定要正确的啮合关系, 装配体如图6。

装配完成以后, 就让学生对整个装配体进行干涉检查, 主要是装配过程的碰撞检查, 以及装配完成之后的干涉检查。零件按装配路线移动, 若与其他零件发生碰撞, 则零件无法移动到正确的位置, 就会影响减速器的正常装配。利用碰撞检查, 可以检测装配过程中的碰撞问题, 碰撞部分会以高亮显示, 以此对装配体进行修改和规划合理的装配路线。对已建立好的静态模型, 可采用干涉检查装配完成的模型, 并不一定完全正确, 之间是否发生重叠现象, 需要反复地检查和修改在干涉检查中, 装配体会高亮地显示干涉区域, 通过在装配体中直接点击或单独打开零件, 即可快速地对零件进行调整修改, 达到正确合理状态。

3 运动仿真分析

Inventor自带的运动仿真模块, 可以让学生自己实现减速器的动态仿真, 该模块主要进行机械系统运动仿真, 可分析减速器各运动部件的速度、位移、受力、干涉等情况, 并可以输出相应的实验数据作为分析产品性能的保障和依据。注意指导在进行运动仿真之前要解除多余的约束关系, 不然将影响接下来的运动仿真参数设置。

点击环境下的运动仿真功能, 进入仿真模块。学生因为初次进入仿真模块, 系统会自动定义固定件, 所以应该取消“自动将约束转换为标准联接”和“当机械装置被过约束时发出警告”。隐藏上盖, 以便不会影响分析传动结构, 如图7。

把每一轴上的构件设置为一个部件整体, 其中包括构件有轴、齿轮、轴承、键, 这样构件将会作为一个整体转动起来, 设置主动轴。在减速器中涉及到的约束主要有固定副、旋转福、齿轮副。首先定义传动形式为外齿轮啮合运动, 并且保证为一个约束传动, 特别要注意的定义齿轮传动关系时, 一定要保证齿轮与齿轮之间的啮合关系, 一个很好的处理办法就是分别画出两齿轮的分度圆周, 设置齿轮外啮合就直接点取两分度圆。依次定义好两两传动关系, 形成传动结构。分析机构状态, 包括自由度、实体数和运动实体数, 保证整个机构有确定的运动方案。为齿轮添加运动动力, 选择高速级输入轴, 定义运动为恒定角速度为绕Z轴旋转。齿轮实际工作中会受到力的相互作用, 可以添加作用力矩, 分析受力, 也可以导出受力分析表, 至此就可以运动仿真了。点击“仿真播放器”, 运行播放, 观察整个系统运行情况, 分析运行状态, 查看有没有运动干涉情况。若有, 则修改装配关系和调整各零件基本尺寸, 无则可以录制动画视频。这样学生就掌握了齿轮的传动关系, 认识了二级减速器的运转情况。

4 总结

通过Inventor实现二级减速器零件和装配图的绘制, 首先, 为中职《机械制图》实践环节——课程设计提供一个全新的学习手段和方法, 改变原有传统二维制图为三维制图的教学手段, 并在制图过程中体现引导作用, 使其更为直观、形象、生动。其次, 通过这种教学手段更好地理解、掌握零部件的结构及装配关系, 并且可以实现二级圆柱齿轮减速器的运动仿真, 使整个齿轮传动系统的分析具有良好的交互性。最后, 分析二级圆柱齿轮减速器各部件之间的尺寸约束关系, 并运用自底向上的思路建立二级圆柱齿轮减速器总装图, 并对整个系统进行动力分析。这让学生更有感觉学习, 更有兴趣学习, 收获更多知识。

参考文献

[1]倪莉.机械制图课程设计指导书.中国电力出版社, 2008.

[2]柴鹏飞, 王晨光.机械设计课程设计指导书.机械工业出版社, 2011.

[3]刘昌丽.Autodesk Inventor2013中文版标准培训教程.电子工业出版社, 2013.

二级减速器课程设计 篇2

一．设计任务书……………………………………………………1 二．传动方案的拟定及说明………………………………………3 三．电动机的选择…………………………………………………3 四．计算传动装置的运动和动力参数……………………………4 五．传动件的设计计算……………………………………………5 六．轴的设计计算…………………………………………………14 七．滚动轴承的选择及计算………………………………………26 八．箱体内键联接的选择及校核计算……………………………27 九．连轴器的选择…………………………………………………27 十．箱体的结构设计………………………………………………29

十一、减速器附件的选择……………………………………………30

十二、润滑与密封……………………………………………………31

十三、设计小结………………………………………………………32

轧钢机减速器的设计 篇3

【关键词】减速器；类型；材料

1.选择减速器的类型

减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。在原动机和工作机之间用来提高转速的独立闭式传动装置成为增速器。减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和星星减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照传动的不知形式又可分为展开式，分流式和同轴式减速器。若按换东和结构特点来划分，这类减速器又下述6种：

（1）齿轮减速器。

（2）蜗杆减速器。

（3）蜗杆齿轮减速器及齿轮-蜗杆减速器。

（4）行星齿轮减速器。

（5）摆线针轮减速器。

（6）谐波齿轮减速器。

常见减速器的特点：

（1）齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用广泛。

（2）蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的式单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器应用较少。

（3）行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但制造精度要求较高，结构复杂，且价格略贵。

2.齿轮轴的设计

2.1材料选择

轴是组成及其的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同轴可分为转轴，心轴和传动轴三类。工作中只承受弯矩而不承受扭矩的轴成为心轴，既承受弯矩又承受扭矩的是转轴，只承受扭矩而不承受弯矩的是传动轴。

轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，又的直接用圆钢。

综合考虑轧制机的设计使用要求，在确保经济性的前提下，我在设计中选择最常用的45号钢做为传动轴的材料，并进行调质处理。

因为碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以采用碳素钢制造传动轴比较切合本次设计的实际。

2.2轴结构设计

轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。确定轴上零件的位置和固定方式：单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。

3.减速器的箱体

3.1箱体材料

箱体是减速器的重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。

选择铸钢ZG200-400，该材料韧性及塑性好，但强度和硬度较低，低温冲击韧性大，脆性转变温度低，导磁、导电性能良好，焊接性能好，但铸造性能差。适用于负载不大、韧性较好的零件，如轴承盖、底板、箱体、机座等。

3.2减速器的润滑和密封

3.2.1减速器的润滑

润滑的主要目的是减小摩擦与磨损。根据润滑剂的不同，润滑可分为：①流体润滑。指使用的润滑剂为流体，又包括气体润滑和液体润滑两种。②固体润滑。指使用的润滑剂为固体 ，如石墨、二硫化钼、氮化硼、尼龙、聚四氟乙烯、氟化石墨等。③半固体润滑。指使用的润滑剂为半固体，是由基础油和稠化剂组成的塑性润滑脂，有时根据需要还加入各种添加剂。该减速器采用油润滑，其主要润滑方式为浸油润滑，浸油深度不小于10mm。根据滑动速度大小，选择润滑油牌号为L-CKC齿轮油。

3.2.2减速器的密封

密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。

（1）机体与机盖间的密封。

为了保证机盖与机座联接处的密封可靠，应使联接处凸缘有足够的宽度，联接表面应精刨，其表面粗糙度不低于Ra6.3。也可在机座凸缘上铣出回油沟，使渗入联接面的油重新流回箱底。本设计选择后一种方法。此外，凸缘联接螺栓之间的距离一般为150～200mm，且均匀布置，以保证剖分面的密封性。

（2）滚动轴承与机座间的密封。

根据润滑的种类、工作环境、温度等，滚动轴承密封方法的选择为接触式密封。

4.主减速机的结构

减速机是由齿轮、箱体、轴、轴承、箱盖等主要零件组成。

齿轮做成人字齿，因为这种齿轮工作比较平稳，而且对轴承不产生轴向力。

齿轮的加工方法：滚齿刀（人字）（8级精度）。

在减速器中，只有底速轴采用轴向固定，其他的轴留有少量的轴向的游隙，使她可以自由的串动，以免卡主齿轮。轴向的游隙为0.8-1mm。

中心距小于或等于1000毫米的减速器，采用滚动轴承，减速器的材料为铸铁。

（1）中心距。查表的 a=1000mm。

（2）传动比。总的传动比由电动机轴的转速和轧辊的转数之比确定。i=16。

（3）齿宽系数φ。为齿轮的宽度和中心距之比。φ=，φ=0.4-0.6，取φ=0.5。

（4）模数和齿数。

模数降低，小齿轮齿数Z1齿数和Z2均应取较大的值。齿数增加使齿的磨损减小，同时增大重和的系数，有利于减低接触应力。

一对齿轮要求有较大的传动比时，Z1≥20，取一级小齿轮的齿数为22，大齿轮为84。

二级小齿的齿数为22，大齿轮为93。齿数和模数与中心距和齿倾角的关系为：=

模数按上式计算的6.5、9。

（5）齿顷角。

渐开线齿轮的齿顷角：对于人字型齿轮β=25°-30°取齿顷角为30° [科]

【参考文献】

[1]韩斌.2300轧钢机主减速器地脚螺栓断裂的分析与解决方法[J].装备维修技术，2004（03）.

[2]徐宏涛.鼓形齿接轴的研制及应用[J].一重技术，2006（04）.

[3]刘淑珍，董春灵.高强度螺栓在大气中的应力腐蚀开裂[J].西南交通大学学报，1990（03）.

[4]张凤林，韩庆大，王丹民.轧钢机轧制力矩监测模型的改进研究[J].中国设备工程，1998（03）.

[5]崔小朝，史荣，王二才.太钢1000mm初轧机机架改进方案分析[J].太原重型机械学院学报，1995（04）.

减速器课程设计 篇4

传统的减速器设计通常以一些设计手册为依据,根据经验并运用公式进行设计。在设计中存在很大的局限性。通常设计与制造过程不平行,如果设计出来的产品零部件装配失败只能重新设计,重新装配来检验产品的合规性。为了提高减速器设计的质量和效率,本文以蜗轮蜗杆减速器设计为例,利用UG软件实现减速器的设计、建模、装配。根据已经建立的三维零件模型,UG的各种应用功能模块既可以对模型进行装配仿真操作,创建二维工程图,也可以对模型机构进行运动仿真,尺寸干涉检查和运动干涉检查和运动学、动力学分析和有限元分析,及时发现设计中的错误,还可以根据模型设计工装夹具,进行加工处理,直接生成数控程序,用于产品的加工。这种可视化设计和分析,大大提高了设计成本和提高了设计质量。基于UG的蜗轮蜗杆减速器课程设计主要分为以下四部分:蜗轮蜗杆减速器的参数设计、三维实体建模、虚拟装配和运动仿真。因为其参数设计的主要设计过程及步骤都已经很熟悉,在此不做详细介绍。本文主要介绍其他三部分的内容。

1 基于UG的蜗轮蜗杆减速器主要部件的三维建模和强度分析

1.1 零部件的三位实体建模

蜗轮蜗杆减速器主要部件有:上下箱体,蜗轮,蜗杆,轴承,端盖,挡油板和螺栓等。UG提供了多种建模方法,在建立减速器各零部件模型时,可以通过对曲线、草图的拉伸、旋转建立各种扫描实体,也可以用系统提供的特征复制功能创建各种特征体。我们应针对各类零件的特点,选择合适建模方案,以提高建模的效率。具体零部件的建模过程在此不作介绍。

1.2 基于UG的三维实体特征分析和有限元分析

“强度向导”CAE(计算机辅助工程)软件程序用来模拟组件在结构性负载条件下的行为。模拟结果使人们可以了解组件的表现及应该如何改进设计。蜗轮蜗杆减速器中,蜗杆和蜗轮轴的强度对整个减速器的性能起到至关重要的影响。为了验证设计的可靠性,以UG设计平台为基础,进行有限元分析,确定其最大应力分布区,将评估结果与设计工程师和分析员的实践经验相结合,并最终结合实验数据,进行综合评估,指导减速器的设计。

1.2.1 蜗杆的有限元建模和分析

进行蜗杆强度分析时,首先要引入已知条件,本文假设其材料特性已知条件为:

质量密度=7.829×10-6(kg/mm3)、杨氏模量=2.069×108(m N/mm2)、泊松比=0.2880、热膨胀系数=1.131×10-5(1/C)、热导性=55701(micro W/(mm×C))、屈曲强度=1.379×105、最终强度=2.813×105、体积=1.290×106mm3、质心x=-0.06592,y=-0.6853,z=-0.6853。引入载荷幅值F=50N,矢量方向见下图:x=0,y=0,z=1。经分析得到其部件信息图如图1(a),结构性功能图1(b),应力图如图1(c),位移图1(d)。

从图1中,可看出蜗杆没有应力集中,强度符合要求。

1.2.2 轴的有限元建模和分析

轴的强度分析与蜗杆的强度分析步骤相同,在此省略。

2 蜗轮蜗杆减速器的虚拟装配

2.1 蜗轮蜗杆减速器的虚拟装配

在蜗轮蜗杆减速器的装配体中一共有18零件组成,包括蜗轮、蜗轮轴、蜗杆轴、上箱体、下箱体、轴承、端盖、挡油板等。UG装配模块中有两种装配模式:自底向上装配和自顶向下装配。本课题中装配所采用的装配模式是第一种,即:自底向上。

下面简单介绍蜗轮蜗杆减速器的装配过程:首先以蜗杆轴为基准,将轴承、档油板零件装配好,如图3(a),再将蜗轮轴装配起来如图3(b)所示,其中1)为挡圈;2)为轴承;3)为蜗轮轴;4)为挡油板;5)为蜗轮。然后将装配好的蜗杆轴与蜗轮轴装配到下箱体上,如图3(c)。再将窥视孔上的盖子装配上,最后再将螺栓和定位销钉装配上,这样整个蜗轮蜗杆减速器装配就完成了如图3(d)。装配完成后,生成的爆炸图3(e)。

2.2 装配干涉检验和分析

当蜗轮蜗杆减速器装配完成时,并不能完全肯定这个装配没有出错的地方,比如装配时,两个部件在空间位置上有重合的情况我们称为干涉。发生装配干涉是不希望出现的,但在装配时又不能完全肯定不出现装配干涉,所以一般可以通过装配干涉分析报告来确定在装配时是否发生干涉。进行装配干涉研究的步骤如图2所示。

在装配干涉检查中一般是选干涉列表中将有干涉的部件标有的,选择后进行研究干涉得到干涉示意图。如图4,图中用红色标出来的地方就是由装配干涉的地方,还可以分析干涉的原因。此蜗轮蜗杆减速器装配干涉产生的原因:

1)在建模时,所产生的尺寸误差。

2)装配时,所产生的误差。

3)轴与轴承内圈、箱体与轴承的外圈等都是过盈配合。

3 蜗轮蜗杆机构运动仿真

运动分析模块可以进行机构的干涉分析,跟踪零件的运动轨迹,分析机构中零件的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动分析模块的分析结果可以指导修改零件的结构设计如调整齿轮比或调整零件的材料等。

3.1 蜗轮蜗杆机构运动建模

将装配好的蜗轮蜗杆减速器的文件打开,先给蜗杆轴定义运动副,再给蜗杆轴定义运动驱动,在“位移”、“速度”栏中填如相应的值蜗杆轴的运动副就定义完成了,如图5所示。蜗轮与蜗轮轴的运动副定义方法与蜗杆轴运动副的定义方法类似。

3.2 蜗轮蜗杆机构减速器的机构运动仿真及运动分析

蜗轮蜗杆机构减速器的机构运动仿真只需选择“运动”工具栏中的“运动仿真”在“时间”与“步数”栏中填如相应的值,这时蜗杆就可以带动蜗轮和蜗轮轴按事先设定好的运动方式、运动位移和速度进行旋转了,实现了运动仿真。运动仿真做完后就可以对它进行运动分析了,主要就是对“位移”、“速度”、“加速度”还有“力”等,进行分析,并且得到相应曲线。由于蜗轮蜗杆减速器的运动比较简单,所以“位移”、“速度”、“加速度”的曲线都是一条水平直线。如图6为蜗杆轴的“位移”曲线。图7为“速度”曲线。图8为“加速度”曲线,由于没有加速度,所以加速度为“0”。

4 结论

基于UG的蜗轮蜗杆减速器的的设计,可以实现在减速器设计阶段可视化的对减速器个部件进行运动干涉检查,和强度分析。大大缩减的设计周期,提高了设计质量。

摘要：本文以蜗轮蜗杆减速器课程设计为例,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。分析结果可验证蜗轮蜗杆减速器设计的合理性,还可以指导修改零件的结构设计,为下一步动力学仿真分析奠定基础,由此探索出一套基于UG的蜗轮蜗杆减速器设计方法。

关键词：蜗轮蜗杆减速器,UG软件,三维实体建模,虚拟装配,干涉分析,仿真运动

参考文献

[1]郑金.UG NX 4.0应用与实例教程[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[2]林怡青,谢宋良,王文涛.机械设计基础课程设计指导书[M].北京:清华大学出版社,2008.

[3]黄勇.UG二次开发与数据库应用基础与典型范例[M].北京:电子工业出版社,2008.

减速器课程设计说明书 篇5

一、零件建模

1、箱体零件建模过程

1、新建零件命名为箱体，确定进入草绘环境。

2、草绘箱体轮廓，完成后确定，拉伸160

3、选择抽壳工具，选择平面放置，输入厚度为12

4、选择上平面草绘，提取外边绘制长方形，到提取的边左右为32.25，上下为25。单击确定完成草绘。

5、选择相反方向拉伸。

6、选择箱体左边平面草绘，提取下边，绘制三个圆，直径分别为84、61、61.大圆到左边距离为152，两小圆到右边距离分别为112.5、188.5

7、删除多余线段，点击完成，拉伸25.8、单击草绘使用先前平面进行草绘，绘制三个同心圆。直径分别为100、71、71。单击确定，拉伸25.9、使用先前平面草绘三个同心圆直径分别为84、61、61.确定拉伸去除材料。

10、选择上三步拉伸镜像。选择筋工具绘制两个加强筋，镜像，完成箱体建模。底座建模方式相同。箱体建模主要采用拉伸、旋转、镜像，基准面、基准轴的建立等。

11、二、装配

1、输入轴装配

新建组建命名为输入轴装配，点击确定进入组件装配界面。插入轴3选择缺省，点击完成，再插入轴承，点击放置选择对齐，选择轴3中心轴和轴承中心轴完成部分约束。新建约束，选择对齐，选择轴承面与轴面，完成完全约束。同上完成另一轴承与齿轮的装配。

2、中间轴的装配

新建组建命名为中间轴装配，点确定进入装配环境。插入轴2选择缺省点击完成，再插入轴承1点击放置选择对齐进行约束，选择两零件的中心轴完成部分约束，新建约束，选择轴承面与轴端面完成完全约束，重复插入轴承与轴另一端面完成约束。插入齿轮，点击放置选择两零件中心轴完成部分约束，新建约束，选择轴承端面与轴的面完成完全约束。

3、输出轴装配

新建组建不使用缺省模板命名为输入轴装配，进入组件装配环境，插入轴1选择缺省点击完成，再插入轴承点击放置选择对齐，选择两零件中心轴完成部分约束，新建约束，选择对齐，再选择轴承面与轴端面完成完全约束。同样方法插入轴承完成输出轴的约束。

4、总装配

新建组建不使用缺省模板，命名为总装配，点击确定进入组件装配环境。插入底座选择缺省点击完成。插入输入轴装配组件点击放置选择对齐，然后选择底座大圆中心轴与输入轴中心轴完成部分约束，新建约束选择对齐选择轴承内端面与底座内面完成完全约束。插入中间轴装配组件点击放置，选择对齐，然后选择轴承与底座中间圆的中心轴完成部分约束，新建约束，选择轴承内端面与底座内表面完成完全约束。再插入输出轴装配组件，点击放置选择对齐，然后选择输出轴与底座最后一个圆的中心轴完成部分约束，新建约束选择对齐，然后选择轴承内端面与底座内表面完成完全约束。

插入箱盖，点击放置选择对齐，然后选择底座与箱盖上对应孔的中心轴完成部分约束，新建约束，然后选择底座与箱盖面完成完全约束。插入螺栓，点击放置，然后选择螺栓与箱体上孔的中心轴完成部分约束，新建约束选择对齐然后选择螺栓帽下表面与箱盖上面对齐完成完全约束。同样方法完成六个螺栓与螺母的装配。

建模过程其余零部件截图如下： 3

三、工程图

1、输入轴工程图

新建绘图，不使用缺省模板，点确定，选择A4横向，进入工程图绘制环境。点击文件选择属性设置绘图选项，设置绘图所有文本的高度为3.5，设置所有绘图参数的单位为毫米，设置创建投影视图的方法，设置完成。在选框内按住鼠标

右键选择插入普通视图，在视图类型里面选择几何参照，设置好参照。在视图显示里面显示类型选择线框相切边显示样式选择无，完成设置。插入尺寸新参照标注零件尺寸，如上图所示。

2、大齿轮工程图

建立方法与输入轴工程图方法相同。

四、课程设计感想

这次关于圆柱齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识；提高我们机械设计的综合素质等方面有重要的作用。

通过两三个星期的设计实践，使我们对机械设计有了更多的了解和认识。为我们以后的工作打下了坚实的基础。在此次设计过程中，不但使我们树立起了正确的设计思想，而且，也使我们学到了很多机械设计的一般方法，基本掌握了一般机械设计的过程，还培养了我们的基本设计技能，所以这次课程设计我们的收获是非常巨大的。

机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融《机械原理》、《机械设计》、《理论力学》、《材料力学》、《公差与配合》、《CAD实用软件》、《机械工程材料》、《机械设计手册》等于一体。

在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力。在此期间我们同学之间互相帮助，共同面对课程设计当中遇到的困难，培养我们面地团队精神。在这些过程中充分认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，将来要近一步加强自己的学习能力。为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。

一分耕耘一分收获，虽然两三周的设计时间很紧迫，每天都要计算、画图到深夜，但是我们的收获也是很巨大的，相信这次的课程设计必将是我们走向成功的一个坚实基础。

钢球磨硬齿面减速机设计 篇6

【摘要】针对市场需求、我厂磨机配套减速机现状及动力齿轮装置发展趋势，立足于我厂现有的加工设备，随着近年渗碳、淬火—磨齿工艺的发展日臻成熟，齿轮材料用精炼钢，采用ISO原版公式，合理的角变位设计，经过细致反复的计算，自主创新设计了两种新型硬齿面减速机，为我厂今后的长远发展打下了良好基础。

【关键词】渗碳；淬火；硬齿面减速机

引言

圆柱齿轮在机械产品中应用广泛，品种、规格繁多。长期以来，在齿形上以采用渐开线齿形为主。在一般设计中较多采用中碳钢（或中碳合金钢）调质处理的齿轮（也称软齿面齿轮），很少采用低碳合金钢经渗碳淬火处理的齿轮（也称硬齿面齿轮）[1]。

在工艺上，对于冶金、矿山、起重运输、通用等机械中所用的大、中模数齿轮，一般采用调质处理—滚齿工艺，但近年来，滚齿—渗碳、淬火处理—磨齿工艺逐渐发展起来[1]。

国际上，动力齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。为达到齿轮装置小型化目的，可以提高现有渐开线齿轮的承载能力。各国普遍采用硬齿面技术，提高硬度以缩小装置的尺寸[1]。

1、钢球磨减速机现状

以我厂为例，钢球磨减速机是我厂长期生产的批量产品，基本上都是1975年以后陆续设计的图纸。三十年来，只是随着标准化的贯彻局部改动外，其设计结构、性能、参数基本未变，全部为铸造机体机盖、粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮，软齿面8级精度。虽然多数勉强能达到5—10年的运转寿命，但其间所出现的振动、噪声、发热、渗漏油等缺陷，造成停车维修，在不同程度上影响用户的经济效益，造成产品声誉不佳。

2、设计新型硬齿面减速机

无论是现今动力齿轮装置的发展趋势，或是我厂钢球磨减速机的现状，从哪一点考虑，设计新型硬齿面减速机都是必须的。

2.1齿轮材料的选择

齿轮用钢的发展趋势：一是含Cr、Ni、Mo的低合金钢；二是硼钢；三是碳氮共渗用钢；四是易切削钢。由于我国缺乏Cr、Ni，常用20CrMnTi渗碳钢或用含硼加稀土钢。重型机械常用18CrMnNiMo渗碳钢或中碳合金钢[1]。在我厂，多年来一直是粗钢铸造大齿轮、粗钢锻造轴齿轮，材料大多是35CrMo、ZG45Ⅱ、37SiMn2MoV等中碳钢，经热处理工艺后达到软齿面8级精度，远远落后于当今先进的齿轮技术。所以，为达到设计硬齿面减速机的目的，齿轮材料决定选用20CrMnMo，此材料不仅价格较低，亦符合齿轮用钢的发展趋势。

2.2齿轮热处理工艺及精炼工艺

2.2.1热处理工艺

齿轮热处理工艺一般有渗碳（或碳氮共渗）、氮化、感应淬火、调质等四类。当前总的趋势是提高齿面硬度，渗碳淬火齿轮的承载能力可比调质齿轮提高2～3倍，可以获得高的表面硬度、耐磨性、韧性和抗冲击性能，能提供高的抗电蚀、抗疲劳性能[1]。因此，通过渗碳淬火，然后磨齿，可以达到硬齿面6级精度的目的。

2.2.2精炼工艺

通过以下合理先进的工艺，使齿轮材料为精练钢，保证其机械性能提高10%～15%：

（1）除P、S有害杂质，使其含量≤0.015，以提高其韧性。

（2）除H2、O2，使其真空度≤3ppm，减少白点和砂眼。

（3）除渣，保证材料性能，使其缺陷达Ⅱ级，许用当量φ3.5以下。

2.3设计计算

针对我厂长期系列生产的KH两种减速机，设计了两种全新的硬齿面减速机。设计计算时，全部齿轮基本采用合理的角变位设计，使其接触强度提高15%～30%，此乃先进设计公认的数据；齿轮强度公式采用ISO原版公式[2]。下面简要介绍一下两种新型硬齿面减速机的设计计算情况：

2.3.1硬齿面减速机设计计算简要介绍

1、外形尺寸计算

①电动机功率N=1250KW 转数n=985r/min 传动比i=6.74 中心距a=800mm

②电动机功率N=1800Kw，转数n=985r/min 中心距a1=430、a2=650，ī=7.6

因两种减速机计算原理是相同的，故以第①种减速机为例作介绍

低速轴的强度计算及轴承的选择计算与高速轴齿轮的计算原理相同，碍于篇幅有限，仅列出滚动轴承的选择，其它的不能够一一列出，故略去。

2.3.3小结

经过反复细致的计算，得出上述计算结果，确定两种减速机的基本尺寸和轴承型号的选择。

2.3.4结构形式

①为一级结构减速机，②为二级结构减速机。

共同的结构特点：

1）机体、机盖均为焊接结构，除端盖外几乎没有铸件。

2）针对高速轴轴承易发热的特点，特别设计了风扇，使其与冷却水管同时降温。

3）为大齿轮设计了单独的小油池，降低油温，以防因大齿轮搅动油而造成能量损失和温升。

4）每件轴承均设有油盒，以保证轴承充分润滑。

5）每种减速机都设计成两种箱式结构，以方便用户的选择。

3、结论

3.1先进性

我廠原有减速机属70年代水平，而新型硬齿面减速机采取渗、淬、磨齿，达到硬齿面6级精度，在结构和性能方面均优于我厂原有减速机，产品水平已完全达到SEW、弗兰德等公司产品的同等技术水平。

3.2创新性

此次自主设计的均为硬齿面减速机；针对温升和渗漏油问题，设计了风扇、小油池和油盒；齿轮材料为精炼钢，基本全部采用角变位设计；焊接机体、机盖不仅能降低整机重量，而且也减少了铸造缺陷，同时美化外观。我厂原有减速机基本不曾有以上这些设计，而且，按我公司目前的工艺装备，不需增加任何设备，完全能够制造。

参考文献

[1]齿轮手册编委会.《齿轮手册》（上）.机械工业出版社.1990年11月重庆第1版.1-5.

浅谈减速器设计的优化 篇7

1 混凝土搅拌运输车减速器的优化设计

1.1 减速器的主要参数

这种减速器的搅拌筒的设计容积应为8-10立方米, 其最大的安装角度应为12°, 工作时正向转速为2-4r/min, 卸料时反向转速为10-12r/min, 减速器的最大的输出转矩应为60 KN·m, 其正确的设计传动比应为131比1, 而对这类减速器的性能要求一般为传动效率要高、噪音要小、密封性能好并且它的互换性要强。减速器的结构组成一般包括被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件、前盖组件以及法兰盘组件六部分。减速器的机体间应采用销钉和螺栓进行定位和联接, 机体与内齿圈的均载机构应采用弹性套销。减速器的法兰盘轴线可以向X、Y、Z三个方向各有正负6°的误差, 作为支承的部分应选择专业的球面轴承, 减速器的主轴线与安装面之间应有大概15°的倾角, 因为这样更便于装配与拆卸。当行星轮中已装入轴承时, 弹簧挡圈必须装在轴承的外侧, 同时其轴向的间隙应不小于0.2mm, 一般情况下, 减速器外形尺寸不应超过467mm×460mm×530mm。

1.2 混凝土搅拌运输车减速器的传动系统的设计

一般此类减速器传动系统的设计都是采用3级减速方案的, 一为高速圆柱齿轮传动, 另外两级减速方案则为NGW型行星齿轮传动。其中, 在第二级传动中要有3个中空式行星轮, 而第三级则有4个中空式行星轮, 在单臂式行星架上安装行星轮, 切记支承的部分要采用滚动轴承同时确保行星架是浮动的;鼓形齿双联齿轮联轴器是法兰盘与第二级行星架的连接装置, 鉴于此类减速器对于齿根的弯曲疲劳强度、齿面的磨损程度以及齿面的接触疲劳强度的要求都是十分严格的, 所以对这类减速器进行修形计算和正确的选择变位系数是十分重要的。

2 单极圆柱齿轮减速器的优化设计

这类减速器的结构组成一般包括一对圆柱齿轮、一对圆锥齿轮以及一个蜗轮蜗杆三大部分, 它的明显的优点是质量小、结构简单以及使用非常方便, 但是它的传动却是相对比较低, 所以要想想进一步提高减速器的传动比, 就必须相应的增大从动齿轮的直径, 而离地的间隙就相对的减小了, 这时要想对从动轮进行热处理就会很困难。轿车、中型货车、轻型货车以及驱动桥是此类减速器的最主要的应用范围, 而它的优化设计的目标就应该是追求最小的体积, 这是一个多维的设计优化问题, 它的数学模型应为minf (x) x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6;S.t.g j (x) ≤0 (j=1, 2, 3∧, 16) 。

如果采用此优化设计方法对减速器进行设计优化, 在满足了减速器的强度要求的同时, 减速器的尺寸也得到了一定程度的降低, 从而降低了材料成本, 而减速器的设计质量和设计效率也会得到提升。现代减速器优化设计的方法与传统设计也是息息相关的, 传统的设计作为基础, 在现代的优化设计方法中也用到了传统设计多年积累的资料, 同时要考虑其他的诸多因素。所以这种优化设计法是能够弥补了以往设计方法的不足的, 但是它也存在局限性的, 这就需要在现代的优化设计中逐渐的引入模糊技术和可靠性技术, 这样才会形成所谓的模糊可靠性设计或可靠性设计的现代设计法, 工程设计技术才能更加的先进。

3 减速器优化设计的数学模型

3.1 目标函数

对于C型问题, 它的数学模型的目标函数一般为A=min{f (x) }=min{f (x1, x2, …, xn) }, 在这个公式中, A为各级中心距的总和, x为各级中心距、螺旋角、变位系数、齿数、模数、齿宽等各个设计变量, n的含义是设计变量的数量;而对于P型问题, 其目标函数为P=max{f (x) }=max{f (x1, x2, …, xn) }, 在这个公式中, P则代表了减速器的许可承载功率。

3.2 约束条件

约束条件的定义就是为判断目标函数中的各个设计变量的取值是否可行的所制定一些规定, 要想确定减速器的设计优化方案是否可行, 就要确保各个设计变量是要满足所有约束条件的。所以, 对于设计优化方案中的约束条件, 应从多个方面对其进行细致周全的考虑。 (1) 设计变量取值的上下界约束。总变位系数:总变位系数对减速器齿轮承载能力的有着重要的影响, 所以总变位系数的取值应为0-0.8;螺旋角:对直齿轮应为零, 斜齿轮应按照工程上的使用范围进行取值, 应取8°-14°。 (2) 设计变量取值的离散性约束。这类约束要求了减速器齿轮的模数应符合标准模数系列, 要求了减速器齿轮的齿数必须是整数;中心距:中心距的单位步长一般应为10mm, 这样在制造和维护中, 能更好的防止出现麻烦。 (3) 减速器零件的干涉约束。这类约束要求了齿顶圆、中心距以及轴径三者满足无干涉的几何关系。三级传动的减速器, 干涉约束实际是两个约束, 即第二级中心距应是不小于第三级小齿轮半径与第一级大齿轮半径之和的, 第三级中心距则不应小于第四轴半径与第二级大齿轮顶圆半径之和。至于二级齿轮传动则以此类推。 (4) 齿轮的强度约束。齿轮的强度约束的定义是指轮齿的弯曲疲劳强度和齿轮齿面的接触疲劳强度, 对于这两项的计算取值都应按照国家的相关标准计算, 而要确定它的强度是否是足够的, 对其进行检验时应对比实际的安全系数与预定的安全系数的差异值。 (5) 齿轮的根切约束。规定减速器的最小齿数能够很好的避免根切现象的出现, 斜齿轮的齿数一般应为14-16, 而直齿轮的则为17。

4 结束语

通过以上的论述, 我们对混凝土搅拌运输车减速器的优化设计、单极圆柱齿轮减速器的优化设计以及减速器优化设计的数学模型三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。现代的先进机械优化设计方法是在传统的机械设计基础上进行延伸和发展的, 减速器的优化设计就是其中之一, 减速器的优化设计方法也应以传统方法作为基础, 并且设计中使用了传统设计积累的资料, 在其设计的过程中也充分考虑到了影响传统方法的诸多因素, 所以在实际中不但提高了设计质量和设计效率, 充分的发挥了减速器的最佳性能, 也取得了非常好的技术经济效果。

摘要：进入到新世纪以后, 随着我国国民经济的十分快速的发展, 我国的机械设备行业也都得到了快速的发展, 减速器在机械设备行业是一种很常用的传动装置, 其在各类机械设备中有着非常广泛的应用, 机械设备传动性能的好坏与减速器设计的优劣水平是息息相关的。本文便对混凝土搅拌运输车减速器的优化设计、单极圆柱齿轮减速器的优化设计以及减速器优化设计的数学模型三个方面的内容进行了详细的分析和探讨, 从而详细的论述了减速器的主要优化设计的方法。

关键词：接卸设备的减速器,优化设计的方法,数学模型

参考文献

[1]梁晓光.优化设计方法在减速器设计中的应用[J].山西机械, 2003.

[2]孙元骁.圆柱齿轮减速器优化设计[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[3]胡新华.单极圆柱齿轮减速器的优化设计[J].自动化加工技术, 2006.

[4]马治平.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社, 2002.

减速器课程设计 篇8

齿轮减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置,能够降低原动机转速或增大扭矩,是一种被广泛应用在工矿企业及运输、建筑等部门中的机械部件。长期以来,齿轮减速器的设计是凭借经验或直观判断来确定方案,并在满足所提出的要求的前提下,首先根据齿轮的接触强度或弯曲强度进行设计,然后对该方案进行强度校核,并进行适当修改,以确定结构尺寸。这种传统的设计方法不是所有方案中最优的一个。而借助于计算机的优化设计可达到在所有方案中选取其中一个最好的方案,以期达到最佳的设计目标。例如:重量、成本、性能、承载能力等等。因此,优化设计圆柱齿轮减速器势在必行[1]。

2 建立数学模型

2.1 已知参数

某二级斜齿圆柱齿轮减速器(见图1),高速级输入功率P1=6.2kW,转速n1=1450r/min,总传动比i=31.5,齿轮齿宽系数ψa=0.4,大齿轮45号钢正火187~207HB,小齿轮材料45号钢调质228~255HB,工作寿命10年以上。要求按照总中心距a∑最小来确定齿轮传动方案。

2.2 选取设计变量

减速器的总中心距a∑计算公式为:

式(1)中:mn1,mn2分别是高速级和低速级齿轮副的模数;Z1,Z3分别是高速级和低速级小齿轮齿数;i1为高速级传动比,i2=31.5/i1;β为齿轮副螺旋角。

从式(1)中可以发现计算中心距涉及的独立参数有mn1、mn2、Z1、Z3、i1、β,因此取设计变量为:

2.3 建立目标函数

减速器总中心距a∑最小的目标函数为:

2.4 确定约束条件[2]

(1)边界约束

根据传递功率与转速估计高速级和低速级齿轮副模数的范围:2≤mn1≤5;3≤mn2≤6;综合考虑传动平稳性,轴向力不可太大,须满足短期过载,高速级与低速级大齿轮浸油深度大致相近,轴齿轮的分度圆尺寸不能太小等因素,估计两级传动大齿轮的齿数范围:14≤Z1≤22;16≤Z3≤22;高速级传动比范围取:5.8≤i1≤7;齿轮副螺旋角范围取:8°≤β≤15°。由此建立的12个不等式约束如下:

g1(X)=2-x1≤0(高速级齿轮副模数的下限);

g2(X)=x1-5≤0(高速级齿轮副模数的上限);

g3(X)=3.5-x2≤0(低速级齿轮副模数的下限);

g4(X)=x2-6≤0(低速级齿轮副模数的上限);

g5(X)=14-x3≤0(高速级小齿轮齿数的下限);

g6(X)=x3-22≤0(高速级小齿轮齿数的上限);

g7(X)=16-x4≤0(低速级小齿轮齿数的下限);

g8(X)=x4-22≤0(低速级小齿轮齿数的上限);

g9(X)=5.8-x5≤0(高速级传动比的下限);

g10(X)=x5-7≤0(高速级传动比的上限);

g11(X)=8-x6≤0(齿轮副螺旋角的下限);

g12(X)=x6-15≤0(齿轮副螺旋角的上限)。

(2)性能约束

由齿面接触强度σH与齿根弯曲强度σF应小于其许用值确定的约束条件为:σH≤[σ]H;σF≤[σ]F。根据齿轮材料与热处理规范,得到齿面许用接触应力[σ]H=518.75MPa,齿根许用弯曲应力[σF]1.3=153.5MPa和[σF]2.4=141.6MPa。根据传递功率和转速,在齿轮强度计算条件中代入有关数据:高速轴转矩T1=41690N·mm,中间轴转矩T2=40440i1N·mm,高速轴和低速轴载荷系数K1=1.225和K2=1.204。由此建立如下几个不等式约束:

g13(X)=cos3x6-3.079×10-6x13x33x5≤0(高速级齿轮接触强度条件);

g14(X)=x52cos3x6-1.071×10-4x23x43≤0(低速级齿轮接触强度条件);

g15(X)=cos2x6-9.939×10-5(1+x5)x13x32≤0(高速级大齿轮弯曲强度条件);

g16(X)=x52cos2x6-1.076×10-4(31.5+x5)x23x42≤0(低速级大齿轮弯曲强度条件)。

(3)按高速级大齿轮与低速轴不发生干涉而确定的约束条件为:a2-E-da2/2≥0。

其中:E为低速轴轴线与高速级大齿轮齿顶圆之间的距离;da2为高速级大齿轮的齿顶圆直径。由此建立如下不等式约束:

3 优化结果处理

由于模型类型是非线性规划问题,本文采用利用MATLAB工具箱中的非线性规划函数fmincon,编出目标函数与约束函数的子程序后,输入原始数据,便可在计算机上寻优计算,输出最优设计参数,由于篇幅所限,计算程序及框图略[3]。优化设计计算结果经检验,最优点位于性能约束g1(x)、g2(x)、和边界约束g6(x)、g12(x)、g14(x)、g16(x)的交集上[4]。

mn1,mn2高速级和低速级齿轮副模数按照规范圆整为mn1=2mm和mn2=4mm;高速级小齿轮齿数圆整为整数Z1=19,根据高速级传动比i1=5.8,则高速级大齿轮齿数Z2=i1Z1=110;根据低速级传动比,则高速级大齿轮齿数为Z4=i2Z3=87。

减速器总中心距:

如果将减速器总中心距圆整为a∑=340mm,则齿轮副螺旋角调整为β=9.838°。

4 结束语

(1)本设计优化前,按二级圆柱齿轮减速器中心距推荐值圆整,优化前圆整应为a∑=500mm,用多目标优化方法进行优化设计后a∑=340mm。经计算中心距缩小了32%。使减速器的结构更紧凑,体积更小,重量更轻,可见优化结果是明显的。

(2)由于优化设计一般多在完成初始设计之后进行,进而获得优化结果,满足了齿轮传动的刚度、强度和使用寿命的要求。

(3)对于工程实践中的许多优化问题,尤其是结构参数优化问题,用MATLAB的优化工具箱来求解,设计人员可以把精力集中在问题本身,而不用去寻找或编制优化程序,提高了设计效率,获得了良好的优化结果。

摘要：以减小中心距作为齿轮减速器优化设计的目标,给出了优化设计模型及约束条件,利用MATLAB为优化工具,大大简化优化过程,提高了设计效率。

关键词：减速器,优化设计,MATLAB,中心距

参考文献

[1]王风歧.现代设计方法[M].天津:天津大学出版社,2004.

[2]孙靖明.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3]飞思科技产品研发中心.MATLAB6.5辅助优化计算与设计[M].北京:电子工业出版社,2003.

[4]梁晓光.优化设计方法在齿轮减速器设计中的应用[J].山西机械,2003(2):18-19.

[5]胡治民,谢志勇.圆柱齿轮减速器的优化设计[J].机电工程技术,2004(7):84-85.

减速器课程设计 篇9

1 目标函数与设计变量

蜗杆减速器优化设计的主要目的是减小蜗杆减速器的体积和质量。由于蜗杆的直径往往不大, 所以蜗轮的大小对蜗杆减速器的体积和质量起到决定性的作用。本文中的蜗轮采用齿圈式蜗轮结构, 齿圈的材料是锡青铜, 轮芯材料是铸铁。为了最大可能降低减速器的成本, 把蜗轮齿圈体积最小确定为优化目标, 并以此建立目标函数。

由上式可知, 蜗轮齿圈的体积与模数m、蜗杆的齿数z1和蜗杆的直径系数q以及传动比i有关。传动比i已经给定, 所以模数m、蜗杆的齿数z1和蜗杆的直径系数q为设计变量。即

2约束条件

2.1蜗杆头数z1由以给定的传动比和效率来选取, 在传递动力的情况下z1=2~4, 则

2.2为防止蜗轮发生根切, 并保证传动的平稳性, 蜗轮的齿数应该大于30;为防止蜗轮尺寸过大, 传动动力的蜗轮齿数一般不大于80, 则

2.3模数要尽可能选取标准值, 传动动力的蜗杆传动, m=2~16mm, 则

2.7约束传动效率不低于0.85, 则

3优化实例

本问题使用3个设计变量, 列出12个约束条件, 初始方案为:

将优化结果按照设计规范圆整后, 得到最优解为:

与初始方案相比, 蜗轮齿圈体积优化后减少了16.67%, 得到了较好的优化效果。

结束语

针对蜗杆减速器, 通过建立数学模型和约束条件, 运用Matlab优化工具箱以蜗轮体积最小为目标函数进行了优化设计, 减小了减速器的体积, 从而在较短的时间内, 设计了体积小、质量轻且满足工作要求的蜗杆减速器。提高了设计效率, 节省了贵重金属材料, 降低了制造成本, 获得了较好的设计效果。

参考文献

[1]濮良贵, 陈国定, 吴立言.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2013:238-268.

[2]陈乃虹, 王文博.直齿圆锥齿轮传动的优化设计[J].机械设计与制造, 1991, 4:27-29.

[3]杜海霞.圆柱齿轮减速器的最小体积优化设计[J].机械工程与自动化, 2011, 164 (1) :186-187, 189.

斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计 篇10

关键词：减速器,优化设计,复合形法

0引言

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗轮蜗杆传动所组成的独立部件。减速器结构紧凑、效率高、传递运动准确可靠、使用维护简单、可批量生产, 故在机械工程领域内得到了广泛的应用。

目前通用圆柱齿轮减速器虽已有标准系列, 但其参数的配合并不见得是最优的[1], 而现在的优化方法都比较成熟, 且有通用优化程序[2], 因此只需编制目标函数和约束条件, 采用计算机进行优化计算就能在短时间内得到最佳的设计结果。本文提出了一种基于复合形法的斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计方法。

1优化设计数学模型的建立

1.1 建立目标函数

减速器优化的目标可以有很多, 但最小体积可以节省材料、降低成本, 且可满足许多特殊工况场合。因此, 本文对两级斜齿轮减速器进行优化设计, 使其在传递一定功率、转速和满足使用寿命要求下具有最小体积。两级斜齿圆柱齿轮减速器相关尺寸如图1所示。设计的寻优目标函数为:

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其中:V为两级齿轮具有的体积;sj为图1中5个区域的面积, j=1, 2, 3, 4, 5;dk为斜齿轮的分度圆直径, k=1、2、3、4;l为使一级大齿轮与二级小齿轮不发生干涉的间距;b1、b3分别为一级和二级齿轮的齿宽;B为一级和二级齿轮总宽。

1.2 选择设计变量

因为齿轮的变位对体积影响不大, 为使问题简化, 在优化过程中, 假定4个齿轮均为标准齿轮, 两级斜齿轮减速器优化设计选取9个设计变量:

X= (mn1, mn3, Z1, Z2, Z3, β1, β3, b1, b3) T。

其中:mn1、mn3、β1、β3、Z1、Z3分别为一级和二级齿轮模数、螺旋角以及小齿轮的齿数;Z2为一级大齿轮齿数。

1.3 约束条件

(1) 依据齿轮法面模数mn≥1.5 mm, 有:

g1 (X) =mn1-1.5≥0 。

g2 (X) =mn3-1.5≥0 。

(2) 依据不发生根切的最少齿数Zv≥17, 有:

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(3) 依据斜齿轮螺旋角的取值范围为8o≤β≤15o, 有:

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(4) 为确保齿轮传动润滑条件, 应使i1= (1.1～1.5) i2, i=i1·i2, 有:

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其中:i为减速器总传动比;i1为高速级传动比;i2为低速级传动比。

(5) 依据齿轮齿宽系数0.6≤Ψd≤1.2 (该设计问题属于齿轮为软齿面非对称分布传动) , 有:

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(6) 依据满足齿面接触强度条件σH≤[σ]H, 有:

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其中:[σ]H12、[σ]H34分别为Z1和Z2、Z3和Z4的接触疲劳许用应力;ZE为材料弹性影响系数;K为载荷系数;ZH1、ZH3、Zε1、Zε3、T1、T3分别为一、二级斜齿轮传动的节点啮合系数[3]、接触强度重合度系数以及传递的转矩。

(7) 依据满足齿轮齿根弯曲强度σF≤[σ]F, 有:

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其中:YF1、YF3、Yε1、Yε3、Yβ1、Yβ3、YS1、YS3分别为一、二级斜齿轮传动的的齿形系数、弯曲强度重合度系数、螺旋角影响系数以及齿根应力集中系数。

2优化方法

本优化过程的目标函数和约束条件较为复杂, 需要大量的数值计算, 因此采用MATLAB编程, 选用求解约束问题极小值的复合形法进行求解。复合形法是求解约束非线性最优化问题的一种重要方法, 其大致过程是在可行域内选取p个设计点作为初始复合形的顶点, 通常取n+1≤p≤2n (n为设计变量个数) 。比较这些顶点的目标函数值, 其中目标函数值最大的点为坏点, 以坏点之外其余各点的中心为映射中心, 寻找坏点的反射点。如果反射点优于坏点, 则以反射点代替坏点, 构成新的复合形。依此步骤重复多次, 使复合形的位置越来越靠近最优点, 最后输出复合形中目标函数值最小的点作为近似最优点[4]。

3实例计算与结果分析

试设计两级斜齿圆柱齿轮减速器, 输入功率P=4.5 kW, 转速n1=960 r/min, 传动比i=20, 齿轮材料为45钢调质, [σ]H=540 MPa, [σ]F=167 MPa, 取齿面接触疲劳强度计算时的齿间载荷分配系数KH=1.4, 取齿根弯曲疲劳强度计算时的齿间载荷分配系数KF=1.5。

复合形法不需要计算目标函数的导数, 也不进行一维搜索, 对目标函数和约束函数都没有特殊的要求, 适应范围较广, 程序编制也较简单。本文采取复合形法对两级斜齿轮进行优化设计, 优化前、后两级斜齿轮各参数值见表1。由于减速器部分设计参数如Z1、Z2、Z3、mn1、mn3是离散值, 需要对原程序加入取整处理。经优化后的最优解为f (X*) =220 047.629 2 mm3, 设计方案齿轮和轴的总体积和为f=294 024.090 4 mm3, 体积下降25.16%, 效果显著。

4结论

通过建立两级斜齿圆柱齿轮减速器的数学模型, 添加对应的约束条件, 运用复合形法在保证减速器承载能力的前提下, 成功地对其结构参数进行了优化设计, 减小了两级斜齿圆柱齿轮减速器的体积、降低了制造成本、节省了金属材料、拓展了其应用场合, 为产品的改进设计提供了理论依据, 并且由于使用了MATLAB工具箱大大地简化了优化过程。

参考文献

[1]孙靖明.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]王晨曦.基于混合离散复合形法的工程优化设计[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2004, 24 (4) :92-96.

[3]李克勤, 刘小鹏.基于MATLAB的二级圆柱斜齿轮减速器优化[J].湖北工学院学报, 2003, 18 (2) :41-42.