二级蜗杆减速器设计-机械电子工程毕业论文开题报告.doc

1、 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 1105班 姓 名 郭祖达 评 分 指 导 教 师 林昌杰 华中科技大 学武昌分校 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

2、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 郭祖达 学 号 20111100176 专业班级 机电 1105 院系 机电与自动化 学院 指导教师 林昌杰 职称 教授 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

3、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

4、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

5、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

6、。 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

7、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

8、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

9、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

10、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 : 12 KW 传动比 : 512.5 输入转速 : 1000 r/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： 设计说明书（字数至少 1.2 万字，含插图折合字数）； 绘制二级 蜗杆减速器 的装配图一张（ A0）； 绘制部分零件的零件图（ A2 或 A3） 翻译与课题有

11、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

12、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

13、 ,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

14、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 传动平稳，振动冲击和噪声均很小。 传动比大，结构紧凑，蜗杆传动相

15、当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小 。 能实现传动自锁，蜗轮不能反向驱动蜗杆，可以保证安全。 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。 了解减速器的工作原理，确定合理的设计方案。 蜗杆减速器的相关 参数设计 蜗轮、蜗杆的设计、计算及校核，轴的结构设计及选用 轴承的设计、校核及选用，减速器箱体的设计。 蜗杆 减速器的 建模 蜗轮、蜗杆的建模，轴的建模。 轴承的建模 ， 减速器箱体

16、的建模。 蜗杆减速器的仿真 通过对机构运 动的分析，判断设计正确与否 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，

17、保护系统。根据这一设想，提出了两种方案。 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。 方案二如图 3-6所示。 图 3-6 方案二过力矩保护装置