某型号矫直机的减速器的设计建模与运动仿真毕业论文.docx
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某型号矫直机的减速器的设计建模与运动仿真毕业论文
某型号矫直机的减速器的设计建模与运动仿真毕业论文
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第1章绪论
1.1选题背景
所谓的减速器就是一种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,以满足工作需要,在某些场合也用来增速,称为增速器【1】。
在目前用于传递动力与运动的机构中,减速器的应用范围相当广泛。
几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹,从交通工具的船舶、汽车、机车,建筑用的重型机具,机械工业所用的加工机具及自动化生产设备,到日常生活中常见的家电,钟表等等。
其应用从大动力的传输工作,到小负荷,精确的角度传输都可以见到减速器的应用,且在工业应用上,减速器具有减速及增加转矩功能。
因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。
减速器是一种动力传达的机构,在应用上于需要较高扭矩以及不需要太高转速的地方都用的到它【3】。
例如:
输送带、搅拌机、卷扬机、拍板机、自动化专用机…,而且随着工业的发展和工厂的自动化,其利用减速器的需求量日益成长。
通常减速的方法有很多,但最常用的方法是以齿轮来减速,可以缩小占用空间及降低成本,所以也有人称减速器为齿轮箱(Gearbox)。
通常齿轮箱是一些齿轮的组合,因齿轮箱本身并无动力,所以需要驱动组件来传动它,其中驱动组件可以是马达,引擎或蒸汽机…等。
而使用减速器最大的目的有下列几种:
1.动力传递2.获得某一速度3.获得较大扭矩.但除了齿轮减速器外,由加茂精工所开发的球体减速器,提供了另一项价值,就是高精度的传动,且传动效率高,为划时代的新传动构造。
其作用就是在保证精密传动的前提下,主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比【2】。
1.2减速机国内外发展现状
20世纪70-80年代,世界上减速器技术有了很大的发展,且与新技术革命的发展紧密结合。
通用减速器的发展趋势如下:
1、高水平、高性能:
圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿,承载能力提高4倍以上,体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高;
图1—1减速机
2、积木式组合设计:
基本参数采用优先数,尺寸规格整齐,零件通用性和互换性强,系列容易扩充和花样翻新,利于组织批量生产和降低成本。
3、型式多样化,变型设计多:
摆脱了传统的单一的底座安装方式,增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接,多方位安装面等不同型式,扩大使用范围。
促使减速器水平提高的主要因素有:
1、理论知识的日趋完善,更接近实际(如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等);
2、采用好的材料,普遍采用各种优质合金钢锻件,材料和热处理质量控制水平提高;
3、结构设计更合理;
4、加工精度提高到ISO5-6级;
5、轴承质量和寿命提高;
自20世纪60年代以来,中国先后制订了JB1130-70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标准,除主机厂自制配套使用外,还形成了一批减速器专业生产厂。
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,对发展中国的机械产品作出了贡献【3】。
20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40-50年代的技术制造的,后来虽有所发展,但限于当时的设计、工艺水平及装备条件,其总体水平与国际水平有较大差距。
改革开放以来,中国引进一批先进加工装备,通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关,逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。
材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高,通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179-60的8-9级提高到GB10095-88的6级,高速齿轮的制造精度可稳定在4-5级。
部分减速器采用硬齿面后,体积和质量明显减小,承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高,对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用【6】。
中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。
但是,中国大多数减速器的技术水平还不高,老产品不可能立即被取代,新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。
1.3本文研究内容
(1)根据设计方案,对轴承、轴承座、连接轴、底座进行选型计算,并进行应力校核。
(2)根据设计方案,采用三维软件solidworks软件对减速机进行三维建模并进行运动仿真。
1.4论文研究意义
建国五十年来,我国的机械工业虽然已经有了较大的发展,具备了一定的基础和规模,初步满足国民经济和人民生活的需要。
但随着世界科学技术的迅速发展,我国机械工业的技术水平和生产能力与工业发达国家相比还存在相当大的差距。
因此,在我国以新技术改造传统产业和开发高技术含量的新产品,已成为当前机械工业以至各传统产业密切关注和改革的焦点。
机电一体化技术是机械技术和电子技术的有机结合,它包括机械、电子、计算机和自动控制技术。
它从系统工程的观点出发,使产品或系统实现整体优化。
近年来,世界上各发达国家竞相发展机电一体化技术,以提高制造技术水平,实现生产系统向柔性化、智能化发展。
机电一体化技术给传统的机械工业带来了革命性的变革和惊人的效益,使产业结构、生产方式和管理体制发生深刻的变化。
机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势,也是我国机械工业发展的必由之路。
作为国家高新技术企业,我公司一贯高度重视和密切关注国内外机电一体化技术的发展和应用情况,同时坚决要求工程技术人员努力掌握机电一体化产品和系统的设计方法和原则,本着“应用先进的机电一体化技术,推动机械电子工业的进步”为宗旨,开发机电一体化产品。
该过程在丰富和充实国内该领域的机电产品的同时,也能提高本企业产品品位、扩大生产经营产品的种类、开拓国内机电产品市场,并力争取得一席之地,为本企业的生存和发展创造一个良好的基础[28]。
减速器的研制工作就是我公司按照国家在这一领域的发展规划的意图,根据我国广告制作市场的需求和我公司的发展需要,经过长达三年的市场调查和预测、方案的构思和评价,进行详细地设计,考虑到系统设计中的质量控制和制造过程的质量管理,而着手研制的机电一体化产品之一。
第2章减速器原始数据及传动方案的选择
2.1原始数据及设计要求
传动方案的分析与拟定
合理的传动方案,首先应满足工作机的功能要求,还要满足工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求。
1.工作寿命为25000小时;
2.三输出轴的旋转速度相同,并且同向旋转;
3.矫直棍直径220mm,矫直速度1m/s,矫直棍转矩T1=150Nm,T2=560Nm,T3=110Nm
2.2传动方案的选择
图2—2减速机传动方案
减速机主要由齿轮、轴、轴承等组成。
工作原理:
电机将动力传给一级齿轮轴,通过不同齿轮的啮合,实现不同转速。
第3章确定传动装置的传动比及参数的计算
3.1电动机的选择
矫直辊直径是220mm,直线速度是1m/s,三个矫直辊的转矩
,
1.根据用途选择Y系列三相异步电动机
2.电动机功率:
三个矫直辊的功率
(3—1)
(3—2)
(3—3)
(3—4)
查表取传动效率,一对轴承,,联轴器
(3—5)
查表选取电动机的功率为
由于矫直辊直径是220mm,直线速度是1m/s
所以角速度为
(3—6)
轴二的转速为
(3—7)
总传动比12.5,取,,确定电动机的转速r/min
查表选取电动机的型号为Y160L--6
3.2传动装置的运动,动力参数计算
1.各轴转速
,,,
2.各轴功率
(3—8)
(3—9)
(3—10)
(3—11)
(3—12)
(3—13)
3.各轴转矩(3—14)
,,,
,
第4章圆柱齿轮传动的设计
4.1齿轮传动特点与失效形式
齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。
具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。
齿轮最重要的部分为轮齿。
它的失效形式主要有四种:
轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、和齿面胶合
4.2Ⅰ、Ⅱ轴齿轮的传动的设计计算
1选择材料及确定许用应力
小齿轮采用45钢调质处理,齿面硬度接触疲劳极限应力
大齿轮用45钢正火处理,齿面硬度接触疲劳极限应力
2.因是软齿面闭式传动故按齿面接触强度设计
设计公式
(4—1)
小齿轮传递转矩
取载荷系数
查表4-1取齿宽系数
查表4-2取弹性系数
初选螺旋角,查《减速器设计手册》图4-1得节点区域系数
齿数比
初选,,取
表4-1齿宽系数
齿轮相对于轴承的位置
齿面硬度
软齿面
硬齿面
对称布置
非对称布置
悬臂布置
0.8~1.4
0.6~1.2
0.3~0.4
0.4~0.9
0.3~0.6
0.2~0.25
表4-2材料弹性系数(单位:
)
小齿轮
大齿轮
材料
E/MPa
钢
铸钢
铸铁
球墨铸铁
钢
206000
0.3
189.8
188.9
165.4
181.4
铸钢
202000
0.3
188.9
188.0
161.4
180.5
铸铁
126000
0.3
165.4
161.4
146.0
156.6
球墨铸铁
173000
0.3
181.4
180.5
156.6
173.9
3.则端面重合度为:
(4—2)
=
轴向重合度为:
(4—3)
由表查得重合度系数,螺旋角系数
4.许用接触应力计算公式(4—4)
由《减速器设计手册》图4-4查得接触疲劳极限应力,
小齿轮大齿轮的应力循环次数分别为
(4—5)
(4—6)
查图4-5得寿命系数,
查表取安全系数
则小齿轮的许用接触应力为
(4—7)
大齿轮的许用接触应力为
(4—8)
取,初算小齿轮的分度圆直径,得
(4—9)
表4-3最小安全系数参考值
使用要求
高可靠度(失效率不大于1/10000)
2.00
1.50~1.60
较高可靠度(失效率不大于1/1000)
1.60
1.25~1.30
一般高可靠度(失效率不大于1/100)
1.25
1.00~1.10
低可靠度(失效率不大于1/10)
1.00
0.85
5.确定传动尺寸
①计算载荷系数:
查表4-4得使用系数,查《减速器设计手册》图4-6得动载系数,查《减速器设计手册》图4-7得齿向载荷分配系数,查表4-5得齿间载荷分配系数则载荷系数
②对进行修正
③确定模数m
(4—10)
查表4-6取
④确定传动尺寸中心距为:
(4—11)
圆整,取则螺旋角为
(4—12)
与初选值相差较小,故不需对与有关的参数进行修正。
(4—13)
取
(4—14)
取
表4-4使用系数
原动机工作特性
工作机工作特性
均匀平稳
轻微冲击
中等冲击
严重冲击
均匀平稳
1.00
1.25
1.50
1.75
轻微冲击
1.10
1.35
1.60
1.85
中等冲击
1.25
1.50
1.75
2.0
严重冲击
1.50
1.75
2.0
2.25或更大
表4-5齿间载荷分配系数
公差等级
5
6
7
8
9
直
齿
轮
未经表面硬化
1.0
1.0
1.0
1.1
1.2
经表面硬化
1.0
1.0
1.1
1.2
接触
斜
齿
轮
未经表面硬化
1.0
1.0
1.1
1.2
弯曲
经表面
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