二级蜗杆减速器设计开题报告.docx

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二级蜗杆减速器设计开题报告

毕业设计/论文

开题报告

课题名称二级蜗杆减速器设计

院　系机电与自动化学院

专业班级机械电子工程###班

姓　名　####

评分

指导教师####

毕业设计开题报告撰写要求

1.开题报告主要内容

1）课题设计的目的和意义；

2）课题设计的主要内容；

3）设计方案；

4）实施计划。

5）主要参考文献：

不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。

2．撰写开题报告时，所选课题的课题名称也不得多于25个汉字，课题设计份量要适当，设计中必须是自己的设计内容。

3.开题报告的字数不少于2000字（艺术类专业不少于1000字），格式按《华中科技大学武昌分校本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。

4.指导教师和责任单位必须审查签字。

5．开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。

6.此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在系在基础上提出调整方案，报学校审批后执行。

华中科技大学武昌分校学生毕业设计开题报告

学生姓名

###

学号

20111100###

专业班级

机电####

院系

机电与自动化

学院

指导教师

###

职称

##

课题名称

二级蜗杆减速器设计

1课题设计的目的和意义

1.1课题设计目的

蜗杆传动主要由蜗轮和蜗杆构成，如图1-1所示，

用于俩交错轴之间传递运动和载荷，通常作为减速装置传递中、小功率。

与齿轮传动相比，蜗杆传动具有传动比大而结构紧凑（在一般动力传动中传动

比i=10～80，在分度机构中传动比i可达1000），运转平稳，噪声小，且不需要其他辅助机构即能获得反行程自锁等优点。

但传动的传动效率低，制造成本高（为了提高耐热性和耐磨性，蜗轮齿圈往往要用价格昂贵的铜合金制造）等不利的因素是当前蜗杆传动继续研究和解决的问题。

如今，国内的减速器多以齿轮、蜗轮蜗杆传动为主，但普遍存在着图1-1

功率与重量比小或传动比大而机械效率过低的问题，另外材料的品质和工艺水平还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更为突出，使用寿命不长。

国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长，但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题也未解决好。

当今减速器向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。

目前，在双蜗轮蜗杆减速器的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。

国内在设计制造蜗轮蜗杆减速器过程中存在着很大程度上的缺点，还有许多重要的问题如：

轮齿的根切；蜗杆毛坯的正确设计；蜗轮蜗杆的校核。

所以我选择了蜗杆设计的课题，即设计一套能够生产的蜗轮蜗杆，并对其结构，工艺过程进行分析。

要求在设计中能熟练使用ANSYS、AUTOCAD等机械绘图软件，将大学学习的理论与实践相结合，并得以进行巩固和提高。

此次毕业设计，将是我们在大学期间最后一次的产品设计实践，也将是我们综合实力的大练兵。

有助于我们专业知识的夯实，专业理论的运用，专业素质的培养。

1.2课题设计意义

蜗杆减速器是工业通用产品，广泛用于工业生产的各个部分，用于对机械传动的扭矩、方向、转速及空间位置进行控制。

一般由机体、传动蜗轮蜗杆付、传动轴及轴承等组成，是典型的通用机械产品。

本课题主要针对一组实用的基本技术参数，进行二级蜗杆减速器设计。

包括整体结构设计、主要零部件的设计等。

并同时绘制装配图和部分零件图。

我国从20世纪60年代初开始，由第一机械工业部机械科学研究院开展平面蜗轮的研究工作，1964年合作研制成中心距为540mm的平面蜗轮副，用于30t的转炉中。

目前我国已经成功研制成功中心距为1200mm和700mm的平面包络环面蜗杆传动装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形进行优化设计选择，用机械CAD对蜗杆副、减速器及蜗轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床及独特的工艺路线，对蜗杆及蜗轮滚刀进行与其成型原理完全一致的加工，不需任何的修形。

齿轮减速器是一种广泛用于国防、宇航、交通、建筑、冶金、建材、矿山等领域的重要装备，20世纪80年代以来，世界齿轮减速器技术有了很大的发展，产品的发展总趋势是小型化、高速化、低噪声、和高可靠性，技术发展中最引人注目的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。

硬齿面技术就是采用优质合金刚锻件、渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，磨齿精度不低于ISO1328-1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的3～5倍。

一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪声低、效率高、可靠性高。

其传动的速度和功率范围很大，传动效率高，一对齿轮可达到98～99%，互换性好装配和维修较为方便，可进行变位切削及各种修形、修缘，从而提高传动质量，在给类齿轮在应用最为广泛。

功率分支技术主要指形星及大功率齿轮箱的功率双分支及多分支装置，其核心技术是均衡，广泛应运于冶金、矿山、电功、起重、运输、石化、轻功机械等具有极强的通用性和互换性，大大极少了部件的制造程序，而且产品性能稳定、合格率高、组装方便、生产周期短、产品库存率低、综合经济效益高。

模块化设计技术已经成为齿轮减速器发展的一个主要方向，它在追求高性能的同时，尽可能减少零件及毛坯的品种规格和数量，以便组织生产、降低成本，获得规模效益。

同时采用基本零件，增加产品的形式和花样，尽可能多的开发使用的变型设计或派生系列产品，能由一个通用系列派生多个专用系列，摆脱了传统的单一有底座实心轴输出的安装方式。

增加了空心轴输出的无底座悬挂式、浮动支撑底座、电动机与减速器一体式连接、多方位安装面等不同形式扩大了使用范围。

近十几年来，由于计算机技术和数控技术的发展，CAD/CAM技术被广泛应用机械设计和制造领域，是的机械加工精度、加工效率大大提高，从而推动了机械产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致美化。

国内与国外相比，材料水平和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更为突出。

对于国外技术而言虽然在材料和制造工艺方面占优势，工作可靠性高，使用寿命长，但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，传动比大而效率低的问题仍然未解决好。

当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率及使用寿命长的方向发展。

2课题设计的主要内容

这次设计的任务是设计蜗轮蜗杆减速器，进行某一零件的有限元分析以及绘制速度检测及过力矩保护装置图，并绘出蜗轮蜗杆装配图、零件图以及编写设计说明书。

2.1主要内容

（1）原始技术参数:

传动功率:

12KW

传动比:

512.5

输入转速:

1000r/min

（2）全面分析技术参数，制定结构方案；全面进行二级蜗杆减速器的技术设计。

（3）要求的工作量：

①设计说明书（字数至少1.2万字，含插图折合字数）；

②绘制二级蜗杆减速器的装配图一张（A0）；

③绘制部分零件的零件图（A2或A3）

④翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于2000字。

2.2具体内容

（1）了解蜗轮蜗杆减速器的主要工作原理，确定合理的设计方案；

（2）完成减速器蜗轮蜗杆等传动装置及箱体的尺寸设计及校核，主要包括：

传动轴的设计校核，蜗轮蜗杆的设计、校核，轴承设计选用，箱体的设计等；

（3）绘制二级蜗杆减速器的装配图一张,绘制部分零件的零件图；

（4）速度检测及过力矩保护装置装配图；

（5）完成毕业设计论文的撰写；

（6）某一零件的有限元计算。

3设计方案

3.1设计难点与方案论证

由于所学的专业知识偏机械制造的各种理论，对蜗轮蜗杆的具体设计知识涉及较少，加之没有实习经验，对此设计时有些方面理解或运用起来较为棘手。

此次设计对各种知识的运用要求较高。

蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。

但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。

根据任务书要求及市场上已经成熟的该类产品，蜗轮减速器大致可分为两大类，即卧式减速器和立式减速器。

下面结合这两类产品的特点以及设计任务提出两种方案。

（1）传动方案一

方案一采用立式传动，输入轴和输出轴之间成90°角，用于传动复杂的机器中，体积小，结构简单，安装方便，如图3-1。

立式减速机主要用于起重机运行机构,也可用于运输,冶金,矿山,化工,轻工等各种机械设备的运行机构中.齿轮,齿轮轴采用中碳合金刚中硬齿面,具有结构紧凑,承载能力较高等优点。

图3-1方案一

（2）传动方案二

方案二采用卧式传动，输入轴和输出轴之间平行，结构简单，制造容易，安装方便，如图3-2。

卧式减速机在正常情况下采用油池润滑，油面高度保持在视油窗的中部即可，在工作条件恶劣，环境温度处于高温时可采用循环润滑。

采用多级传动，减速比更大。

结构紧凑体积小，输入轴输出轴在同一轴心线上，使其机型获得尽可能小的尺寸。

图3-2方案二

3.2设计方法与方案确定

这个方法是以加工过程和蜗轮减速器的使用条件的数学和物理公式为基础的。

在以后将要完成的论文中，首先，对蜗轮蜗杆作了简单的介绍，接着，阐述了蜗轮蜗杆的设计原理和理论计算。

然后按照设计准则和设计理论设计了蜗轮蜗杆减速器。

接着对减速器的部件组成进行了尺寸计算和校核。

该设计代表了蜗轮蜗杆设计的一般过程。

对其他的蜗轮蜗杆的设计工作也有一定的价值。

在设计中，同时会对蜗轮减速器的相关零件进行建模和仿真，充分运用现代进行设计方法中的并行设计，既节省了设计，又保证了设计的质量。

蜗轮蜗杆的设计思路图见下一页。

（1）根据设计要求,以及对3.1中两种方案的比较，确定传动布置方案,如图3-3。

（2）方案优缺点

①传动平稳，振动冲击和噪声均很小。

②传动比大，结构紧凑，蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。

③能实现传动自锁，蜗轮不能反向驱动蜗杆，可以保证安全。

④传动效率较低，磨损较严重，蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。

另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。

图3-3传动布置方案

（3）创新点

目前的蜗轮减速器大多只是单一的机械产品，从动能输入到动能输出，即整个传动控制系统是开环的，没有反馈系统，而本次所设计的减速器功率较大，主要用于大型工程机械产品。

考虑到工作环境的影响，可能存在负载过大的情况。

当负载过大时，在没有反馈控制的情况下，会对电机及蜗轮蜗杆传动系统造成重大的损害，极大的影响了蜗轮减速器的寿命。

根据这一可能的情况，本次设计对这种情况作了相应的电气方面的设计，即在动力输出端（电动机轴）与减速器输入轴之间设置了过力矩保护装置，当负载过大时，用电气控制元件切断电机，保护系统。

根据这一设想，提出了两种方案。

①方案一如图3-4所示。

图3-4方案一过力矩保护装置

该装置局部放大图，如图3-5所示。

图3-5局部放大图

该装置思路是可行的，当出现成负载过大时，电动机轴与减速器输入轴之间尊在相对角位移，利用齿轮与齿圈的啮合将相对角位移放大，然后利用位移传感器将检测到的相对角位移转化电信号输入到控制装置，然后控制装置输出相应的使电机停车的信号使电机停止转动，起到保护传动系统的作用。

但是考虑到该减速器用于功率较高，工作环境较恶劣，联轴器的尺寸也较大，故过力矩保护装置的尺寸也较大，这样会使得由于机械装置产生的误差会对需要检测的相对角位移大产生很大的影响，甚至会使机器无法工作。

针对这一可能出现的问题先提出第二种方案。

②方案二如图3-6所示。

图3-6方案二过力矩保护装置

该装置相比于方案一有了更大的改进，采用接近开关与光电码盘测速和保护机械传动系统，省去了过多的机械结构，测量精度大大提高，工作更可靠。

当负载在正常范围内时，即n1与n2相等，减速器正常工作，接近开关与光电码盘起测速作用；当负载过大时，即n1﹥n2时，凸缘联轴器两边的接近开关测得的相应轴的转速不相等，这时接近开关向PLC控制装置发出信号，PLC经过运算和判断向电机发出停车的信号，起到保护传动系统的作用。

下面对这一测速原理作简单的介绍。

在一定时间间隔内，对光电码盘输出脉冲数进行计数，并计算出转速。

假设与电动机同轴连接的光电码盘每旋转一周，输出脉冲数为P，电机的转速为n（r/min），检测时间为t（s），在t内的计数脉冲数为m，则电机的转速n1为：

n1=60m/pt，同理，测得的减速器输入轴的转速n2为：

n2=60m/pt

显然方案二比方案一更好，结构简单，检测精度高，工作更加稳定，寿命更长，既能测速又能起到过载保护的作用，最终确定过力矩保护装置为方案二。

（4）减速器的设计程序

　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）。

　⑤传动比及其允许误差。

　⑥对尺寸及重量的要求。

　⑦对使用寿命、安全程度和可靠性的要求。

　⑧环境温度、灰尘浓度、气流速度和酸碱度等环境条件；润滑与冷却条件（是否有循环水、润滑站）以及对振动、噪声的限制。

　⑨对操作、控制的要求。

　⑩材料、毛坯、标准件来源和库存情况。

　⑪制造厂的制造能力。

⑫对批量、成本和价格的要求。

⑬交货期限。

上述前四条是必备条件，其他方面可按常规设计，例如设计寿命一般为5年，用于重要场合时，可靠性应较高等。

⑭选定减速器的类型和安装型式。

⑮初定各项工艺方法及参数:

选定性能水平，初定齿轮及主要机件的材料、热处理工艺、精加工方法、润滑方式及润滑油品。

⑯确定传动级数:

按总传动比，确定传动的级数和各级的传动比。

⑰定几何参数:

初算齿轮传动中心距（或节圆直径）、模数及其他几何参数。

⑱整体方案设计:

确定减速器的结构、轴的尺寸、跨距及轴承型号等。

⑲校核；校核齿轮、轴、键等负载件的强度，计算轴承寿命。

⑳润滑冷却计算

以上设计过程是一般减速器都适用的，具有普遍适用性，但本次本次设计会根据实际设计内容减少部分过程，同时也会增加其他的过程，一切以实际设计为主。

4实施计划

（1）2014-2015第一学期:

18-21周：

熟悉课题，查阅和收集有关中英文资料，了解蜗轮减速器的工作原理。

翻译外文文献，撰写开题报告。

（2）2014-2015第二学期：

①1周：

开题报告答辩。

②1-7周：

根据拟定的课题实施方案，进行深入研究，对所设计的蜗轮减速器装置使用功能进行分析根据任务书提供的资料计算减速机的基本尺寸等。

根据基本尺寸绘制主要零部件和总体装配草图。

③8-10周：

检查所有的计算结果，确保计算结果的正确性。

编写设计计算说明书，撰写并提交毕业设计论文初槁，给指导教师批改论文，听取老师指导意见，修改论文，定稿。

形成毕业设计全部文件。

④11周：

毕业设计论文格式审查，答辩资格审查。

⑤12-13周：

准备答辩，整理资料。

⑥13周：

进行毕业设计/论文修改，完成答辩。

5主要参考文献（不少于5篇，其中外文文献至少1篇）

[1]成大先.机械设计手册（第四版）北京:

化学工业出版社,2008

[2]邱宣怀等.机械设计.北京:

高等教育出版社,1997

[3]王太辰.宝钢减速器图册.北京:

机械工业出版社,1995

[4]王之烁等机械设计综合课程设计.北京:

机械工业出版社,2004

[5]GuishengWU，Experimentaldesignanddataprocessing.Beijing[M]．Metallurgical

IndustryPress,1997.

[6]QinshengWANG.Diamondsinteringproduct[M].Beijing,StandPressofChina,2000

[7]RongdiHAN,YangWANG,WenshengZHANG.Modernmachiningand

newtechnologies[M].Beijing,PublishingHouseofElectronicsIndustry,2003

指导教师意见

指导教师签字：

年月日

答辩小组意见：

组长签字：

年月日

教研室审查意见：

教研室负责人签字：

年月日

院系审查意见：

院系负责人签字：

（公章）

年月日

（此表由学生填写，指导教师、答辩小组、教研室、院系签署意见）