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1、毕业设计（论文）谈减速器（减速机）设计的优化谈减速器减速设计的优化摘 要关键词一单级圆柱齿轮减速器的优化设计二混凝土搅拌运输车减速器的优化设计 1 主要参数 2 传动系统设计三减速器优化设计的数学模型 1 目标函数 2 约束条件 1 设计变量取值的离散性约束 2 设计变量取值的上下界约束 3齿轮的强度约束 4 齿轮的根切约束 5 零件的干涉约束典型减速器设计展开式三级圆柱齿轮减速器设计流程设计程序设计的原始资料和数据选定减速器的类型和安装型式 初定各项工艺方法及参数确定传动级数初定几何参数整体方案设计校核 润滑冷却计算确定减速器的附件确定齿轮渗碳深度绘制施工图按机械功率或转矩选择规格强度校核热
2、平衡校核校核轴伸部位承受的径向载荷减速机的减速机的作用减速机的分类摆线减速机组成原理特点性能种类用途使用条件润滑噪音传动比摆线针轮减速机特点与型号 1 摆线针轮减速机特点 2 摆线针轮减速机的型号 3 型号说明用途使用条件润滑安装名词解释扭矩计算常见故障硬齿面圆柱减速器种类产品特点技术规格漏油原因分析 1 油箱内压力升高 2 减速机结构设计不合理引起漏油 3 加油量过多 4 检修工艺不当行星齿轮减速机适用条件行星齿轮减速机几个概念行星摆线针轮减速机常见故障及解决方案软齿面减速机软齿面减速机的性能特点软齿面减速机的工作条件三环减速机产品型号产品形式减速器的工作条件三环减速机使用及维护起重机减速机
3、应用范围分类 1 超大型起重减速机 2 大型起重减速机 3 中型起重减速机 4 小型起重减速机蜗杆减速机蜗杆减速机分类中空轴式蜗齿减速机常见问题及其原因解决方法蜗杆减速机相关行业标准无级变速机组成特点原理型号安装使用及润滑安装使用润滑 行星减速机 不同心出现的断轴问题 减速机出力太小出现的断轴问题 减速机的正确安装结语 参考文献摘 要减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析提出了减速器设计中应考虑的约束条件目标函数和变量等 关键词减速器减速 优化设计 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虽然也能获
4、得满足给定条件的设计效果但一般不是最佳的为了使减速器发挥最佳性能必须对减速器进行优化设计减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行除了一些极为特殊的场合外通常可以分为从结构形式上追求最小的体积 重量 从使用性能方面追求最大的承载能力从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾即体积 重量 与承载能力的矛盾在一定体积下减速器的承载能力是有限的在承载能力一定时减速器体积 重量 的减小是有限的由此看来这两类目标所体现的本质是一样的只是前一类把一定的承载能力作为设计条件把体积 重量 作为优化目标后一类反之把一定的体积 重量 作为设计条件把承载能力作为优化
5、目标第三类目标的实现将涉及相当多的因素除减速器设计方案的合理性外还取决于企业的劳动组织管理水平设备构成人员素质和材料价格等因素但对于设计人员而言该目标最终还是归结为第一类或第二类目标即减小减速器的体积或增大其承载能力 一单级圆柱齿轮减速器的优化设计 单级主减速器可由一对圆锥齿轮一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成具有结构简单质量小成本低使用简单等优点但是其主传动比 i0 不能太大一般i07 进一步提高 i0 将增大从动齿轮直径从而减小离地间隙且使从动齿轮热处理困难单级主减速器广泛应用于轿车和轻中型货车的驱动桥中单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题是一个具有 16 个不等式约束的 6 维
6、优化问题其数学模型可简记为 minf x x x1x2x3x4x5x6TR6 Stgj x 0 j 12316 采用优化设计方法后在满足强度要求的前提下减速器的尺寸大大地降低减少了用材及成本提高了设计效率和质量优化设计法与传统设计密切相关优化设计是以传统设计为基础沿用了传统设计中积累的大量资料同时考虑了传统设计所涉及的有关因素优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足但该设计法仍有其局限性因此可在优化设计中引入可靠性技术模糊技术形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法使工程设计技术由硬向软发展 二混凝土搅拌运输车减速器的优化设计 1 主要参数 混凝土搅拌运输车搅拌筒 罐 的设计容积为 81
7、0m3 最大安装角度12工作转速 24rmin 和 1012rmin 卸料时的反向转速 减速器设计传动比1311 最大输出转矩 60 kNm 要求传动效率高密封性好噪声低互换性强 22 结构设计主要包括前盖组件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和法兰盘组件 6 大部分机体间采用螺栓和销钉连接与定位机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构为便于用户在使用时装配与拆卸减速器主轴线与安装面设计有 15的倾角法兰盘轴线可以向 XY 和 Z 方向摆动6并选用专用球面轴承作为支承轴承装入行星轮中弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙02 mm 减速器最大外形尺寸 467 mm460 mm530
8、mm 总质量 不含油 为 290 kg 2 传动系统设计 该减速器采用 3 级减速方案第一级为高速圆柱齿轮传动其余两级为NGW 型行星齿轮传动其中第二三级分别有 3 个和 4 个中空式行星轮行星轮安装在单臂式行星架上行星架浮动且采用滚动轴承作为支承第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要 三减速器优化设计的数学模型 1 目标函数 对于 C 型问题目标函数是 A min f x min f x1x2xn 式中 A 减速器总中心距即各级中心距之和 x 各设计变量
9、包括各级中心距模数螺旋角齿数齿宽和变位系数等 n 设计变量的个数对于 P 型问题目标函数是 P f x f x1x2xn 式中 P 减速器的许可承载功率 x 同 C 型 n 同 C 型 2 约束条件 约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成对于减速器来说在列出优化设计的约束条件时应当从各个方面细致周全的予以考虑例如设计变量本身的取值规则齿轮与其它零件之间应有的关系等等减速器优化设计应考虑以下约束条件 1 设计变量取值的离散性约束 齿数每个齿轮的齿数应当是整数模数齿轮模数应符合标准模数系列
10、 GB1357-78 中心距为避免制造和维护中的各种麻烦中心距以 10mm 为单位步长 2 设计变量取值的上下界约束 螺旋角对直齿轮为零斜齿轮按工程上的使用范围取 815总变位系数由于总变位系数将影响齿轮的承载能力常取为 008 3 齿轮的强度约束 齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度这两项计算根据国家标准 GB3480-83 中的方法进行强度是否够根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验 4 齿轮的根切约束 为避免发生根切规定最小齿数直齿轮为 17 斜齿轮为 1416 5 零件的干涉约束 要求中心距齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系对于三级传动的减速
11、器 如图 1 干涉约束相当于两个约束第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第 4 轴半径之和而二级齿轮传动类推 图 1 三级减速器示意图 典型减速器设计展开式三级圆柱齿轮减速器设计流程典型减速器是常用的减速器结构形式以下以总速比为 60 输入功率为 5kw 输入转速为 1450rpm 的展开式三级圆柱齿轮减速器为例介绍典型减速器的整个设计流程1 启动 Gearbox20 程序弹出开始界面2 点击开始界面上的典型减速器设计图标进入典型减速器设计界面3 点击三级圆柱减速器图标这时在右边的三个绿色表格内自动插 入三级齿轮副的默认参数
12、设置4 在总速比栏键入总减速比 60 在载荷要求栏键入输入功率 5kw 输入转速1450rpm 系统自动计算出输出扭矩和输出转速5 非必须步骤设置其它的技术条件或参数如人工设定速比分配人工设定中心距分配中心距是否取标准值工作条件载荷特性速比分配原则更改齿轮副输入参数等6 非必须步骤点击初步计算按钮系统将计算出速比分配几何尺寸和强度7 非必须步骤点击结构简图按钮将显示按实际比例的结构简图有助于用户判断设计的合理性该功能只有在用户点击初步计算按钮进行计算后才有效8 非必须步骤如果用户不满意当前的设计结果按步骤 5 更改输入条件或者点击菜单维护- 设计选项更改一些默认设置例如齿数的设置这时三个淡红色
13、表格的背景将变成灰色表示数据已过时再次点击初步计算按钮重新进行计算直到获得较为满意的结果9 点击详细计算按钮进入详细设计界面用户可以在该界面中完成减速器的全部设计任务10 在型号文本框中输入型号11 非必须步骤在该界面首先打开的是传动设计子界面向用户报告各级传动的计算结果用户可以对减速器载荷和表格中的绿色方格内的数据进行微调也可以将某一级替换为以前设计的齿轮副在对数据进行更改后单元格的背景将变成灰色表示数据已过时必须点击刷新按钮使系统根据用户的更改重新计算结果如果用户对更改后的结果不满意可以单击恢复按钮使数据恢复到系统最初计算出的值12 点击结构简图页进入结构简图子界面在该界面显示按比例绘出的
14、结构简图同时报告各轴的最小轴径以及减速器箱体的大致尺寸其中轴径按照最小轴径画出暂时不考虑刚度条件在该界面中用户可以判断设计结果的合理性如果有必要可以回到传动设计子界面重新调整参数并刷新该简图将自动得到更新13 点击齿轮精度页进入齿轮精度子界面在该界面向用户报告齿轮副的精度查询结果如果有必要用户可以更改齿轮的精度等级然后点击更新按钮系统将重新检索出精度值14 点击数据输出页进入数据输出子界面在该界面用户必须首先点击有上方的文件夹图标指定工作文件夹然后点击文本输出按钮或 Excel 输出按钮输出文本文件或 Excel 文件 Excel 文件和文本文件是供用户浏览的文件里面包括了本次计算的所有结果1
15、5 点击零件设计页进入零件设计子界面16 如果还没有指定工作文件夹请先指定工作文件夹然后单击右上方的输出AutoCAD 图纸图标按钮系统将启动 AutoCAD2000 输出 dwg 格式的图纸到工作文件夹中输出后将图纸插入到当前的界面中用户点击选择图纸下拉列表框可以选择不同的图纸显示到当前界面中7 非必须步骤如果用户如果对当前的结构尺寸设计不满意可以在输出图纸之前或之后对零件进行编辑首先点击选择图纸下拉列表框选择要编辑的图纸然后点击该列表框右边的编辑当前零 件图标按钮如果当前选择的零件是轴或齿轮轴将弹出轴设计窗口如果当前选择的零件是齿轮将弹出齿轮设计窗口如下图所示18 非必须步骤在轴设计窗口用
16、户可以更改各轴段的直径和长度查看键强度校核选择轴承等等轴的图形将随用户更改实时变更19 非必须步骤在齿轮设计窗口用户可以更改孔径等尺寸更改结构形式等等非必须步骤重新输出 dwg 图纸并更新零件设计界面中的图纸21 单击菜单文件- 保存为 gbx 文件或文件- 保存到数据库可分别将设计结果保存到文件或数据库中这两种保存的文件是供程序日后打开时用的而非供用户浏览的用户如果要浏览全部计算结果请在数据输出界面中输出文本文件或 Excel文件 设计程序设计的原始资料和数据 1 原动机的类型规格转速功率或转矩启动特性短时过载能力转动惯量等 2 工作机械的类型规格用途转速功率或转矩工作制度恒定载荷或变载荷变载荷的载荷图启制动与短时过载转矩启动频率冲击和振动程度旋转方向等 3 原动机 作机与减速器的联接方式轴伸是否有径向力及轴向力 4 安装型式减速器与原动机工作机的相对位置立式卧式
