齿轮减速器的优化设计

齿轮减速器的优化设计

南昌航空大学机械工程专业苑晓帅

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：

①瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠可传递空间任意两轴之间的运动和动力；

②适用的功率和速度范围广；

③传动效率高，η=0.92-0.98；

④工作可靠、使用寿命长；

⑤外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。

国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，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据优势，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。

当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近十几年来,由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，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，美观化。

针对减速器存在的问题，本课题采用优化设计的方法，力求使减速器的体积达到最小，建立数学模型，并通过matlab语言编辑后，得到一组优化数据，到达预期目标，使减速器的体积比传统的经验设计结果减小20%--30%。

关键字：减速器

1 优化设计

1.1 原始数据及优化目标

1、原始数据：高速轴输入功率P 1=44kW ，高速轴转速n 1=1440r/min ，用电动机驱

动，长期工作，载荷有中等冲击，总传动比i=20，高速级和低速级齿轮的齿宽系数分别为4.01=ψ和5.01=ψ，高速级和低速级上小齿轮比大齿轮分别宽mm b 401=和mm b 802=，高速级与低速级的齿轮传动误差分别为511'=?和212'=?，大齿轮用20Cr 渗碳淬火，齿面硬度为59HRC ，小齿轮用20CrMnTi 渗碳淬火，齿面硬度为59HRC ，材料密度为33/108.7m kg ?=ρ。

2、优化目标：设计二级斜齿圆柱齿轮减速器，要求在满足强度、刚度和寿命等条件下，使体积小。

1.2优化方案的选择

优化方法可以选用多目标优化方法，也可以采用单目标优化方法,多目标优化方法的特点是，在约束条件下，各个目标函数不是被同等的采用，而是按不同的优先层次先后的进行优化。由于这类问题要同时考虑多个指标，而且有时会碰到多个定性指标，且有时难于判断说哪个决策好。这就造成多目标函数优化问题的特殊性。多目标优化设计问题要求各分量目标都达到最优，如能获得这样的结果，当然是十分理想的。但是一般比较困难，尤其是各个目标的优化互相矛盾时更是如此，例如本课题的体积小和转动惯量大的要求互相矛盾。所以解决多目标优化设计问题也是一个复杂的问题，比起单目标优化设计问题来，在理论上和计算方法上都还不够完善，也不够系统，多目标优化问题与单目标优化问题还有一个本质的不同点：多目标优化是一个向量函数的优化，即函数值大小的比较，而向量函数值大小的比较，要比标量值大小的比较复杂。在单目标优化问题中，任何两个解都可以比较其优劣，因此是完全有序的。可是对于多目标优化问题，任何两个解不一定都可以比出其优劣，因此只能是半有序的。单目标优化方法可以选择设计目标中的最重要因素作为优化目标而达到最优,基于此，本课题采用单目标优化方法。

按照优化目标要求，取体积最小作为最终优化目标，它可以归结为使减速器的总中心矩a 为最小。

1.3数学模型的建立

1 变量的选取

一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示.这些基本参数可以是构件长度,截面尺寸,某些点的坐标值等几何量,也可以是重量,惯性矩力等物理量,还可以是应力,变形,固有频率,效率等代表工作性能的导出量。但是，对一个具体的优化设计问题，并不是要求对所有的基本参都用优化方法进行调整。例如，对某个机械结构进行优化设计，一些工艺，结构布置等方面的参数，或者某些工作性能的参数，可以根据已有的经验预先取为定值。这样，对这个设计方案来说，它们就成为设计常数。而除此之外的基本参数，则需要在优化设计过程中不断进行修改，调整，一直处于变化的状态，这些基本参数称为设计变量，又叫做优化参数。

二级斜齿圆柱齿轮减速器由两对斜齿圆柱齿轮传动共四个齿轮组成，它们的齿数分别为1234,,,.Z Z Z Z 相应的齿数比分别为121/i Z Z =,和243/i Z Z =,两组传动齿轮的法向模数分别设为Mn1和Mn2；齿轮的螺旋叫角为β。这里12341212,,,,,,,,n n Z Z Z Z i i M M β和都是设计参数，但由于设计时已给定总传动比i ，且有12i i i =?所以21/i i i =从而四个齿轮的齿数只要能确定两个即可，定两个小齿轮的齿数Z1和Z3位设计变量，因此这个优化设计问题的独立设计变量为:13121,,,,,n n Z Z M M i β和六个。

2 目标函数

在所有的可行设计中，有些设计比另一些要“好些”，如果确实是这样，则“较好”的设计比“较差”的设计必定具备某些更好的性质。倘若这种性质可以表示为设计变量的一个可计算函数，则我们可以考虑优化这个函数，以得到更好的设计。这个用来使设计得以优化的函数称作目标函数。用它可以评价设计方案的好坏，所以它又被称作评价函数，计作f(x),用以强调它对设计变量的依赖性。 上面提到，本课题的优化目标选为体积最小，并归结为使减速器的总中心距a 最小，写成

111222(1)(1)2cos Mn Z i Mn Z i a β

+++= (1-1)

3 约束函数

设计空间是所有设计方案的集合，但这些设计方案有些是工程上所不能接受的。如果一个设计满足所有对它提出的要求，就称为可行设计，反之则称为不可

行设计。一个可行设计必须满足某些设计限制条件，这些限制条件称为约束条件。在工程问题中，根据约束的性质可以把它们区分成性能约束和侧面约束两大类，针对性能要求而提出的限制条件称作性能约束，不针对性能要求，只是对设计变量的取值范围加以限制的约束称作侧面约束，也称作边界约束。

本课题保证总中心距a 为最小时应满足的条件是本优化设计问题的约束条件，性能约束有：齿面的接触强度和齿根的弯曲强度以及中间轴上的大齿轮不与低速轴发生干涉。

(1)齿面接触强度计算给出

[]22

3

111

3611

cos 06.84510h n m Z i K T σ?β-≥? (1-2)

和

[]22

3

232

3622

cos 06.84510h n m Z i K T σ?β-≥? (1-3)

式中

[]h σ--需用接触应力；

1T —高速轴的转矩；

2T —中间轴的转矩；

12,K K 载荷系数；

?--尺宽系数。

（2）齿根弯曲强度计算给出

高速级小大齿轮的齿根弯曲强度条件为

[]2

32

111

211

cos 0

3w n Y m Z K T σ?β-≥1（1+i ） (1-4)

[]2

32211

2211

cos 0

3w n Y m Z K T σ?β-≥1（1+i ） (1-5)

低速级小大齿轮的齿根弯曲强度条件为

[]2323232322cos 03w n Y m Z K T σ?β-≥2（1+i ） (1-6)

[]2324232422cos 03w n Y m Z K T σ?β-≥1（1+i ） (1-7)

式中

[]1w σ，[]2w σ，[][]3,4w w σσ 分别是齿轮1234,,,Z Z Z Z 的许用弯曲应力；1234,,,Y Y Y Y 分别是齿轮1234,,,Z Z Z Z 的齿形系数。

（3）根据不干涉条件

2322111(1)2cos (5)0n n n m Z i m m Z i β+-+-≥ (1-8)

边界约束条件有：

（1）不跟切条件 11422Z ≤≤ (1-9) 31422Z ≤≤ (1-10)

（2） 动力传动模数 126n m ≤≤ (1-11) 226n m ≤≤ (1-12)

(3) 圆柱齿轮传动比 36i ≤≤ (1-13)

4 标准数学模型 将以上物理模型转化为标准数学模型

(1) 设计变量 [][]121,2,3,4,5,6,1,,3,1,T T n n X x x x x x x m Z m Z i β== (1-14)

(2)目标函数 min 12(15)34(120/5)min ()2cos 6

a x x x x x x f x x →+++= (1-15)

(3)约束函数 st

38331()cos 6 3.34101250x g x x x x -=-?≤ （高速级齿轮接触强度条件） (1-16) 237332()5cos 68.3410340x g x x x x -=-?≤ （低速级齿轮接触强度条件） (1-17) 2432cos 6310(15)120x x x x --?+≤（高速级小齿轮弯曲强度条件） (1-18) 24324()cos 6 2.3910(15)120x g x x x x -=-?+≤（高速级大齿轮弯曲强度条件

(1-19) 42

325() 3.671020cos 6(1)34055x g x x x x x -?=-+≤ （低速级小齿轮弯曲强度条件）(1-20) 42

326() 2.91020cos 6(1)34055x g x x x x x -?=-+≤ （低速级大齿轮弯曲强度条件）(1-21)

201252cos 6(53)34(1)05

x x x x x x x x ++-+≤（大齿轮与轴不干涉条件） (1-22) 210x -≤（高速级齿轮副模数的下限） (1-23) 160x -≤（高速级齿轮副模数的上限） (1-24) 230x -≤（低速级齿轮副模数的下限） (1-25) 360x -≤（低速级齿轮副模数的上限） (1-26) 1420x -≤（高速级小齿轮齿数的下限） (1-27) 2220x -≤（高速级小齿轮齿数的上限） (1-28) 1440x -≤（低速级小齿轮齿数的下限） (1-29) 4220x -≤（低速级小齿轮齿数的上限） (1-30) 350x -≤（高速级传动比的下限） (1-31) 560x -≤（高速级传动比的上限） (1-32) 860x -≤（齿轮副螺旋角的下限） (1-33) 2060x -≤（齿轮副螺旋角的上限） (1-34)

1.4算法的选取与建立

由目标函数和约束函数的形式知选择外点惩罚函数进行计算较为合理。惩罚函数法是一种使用很广泛，很有效的间接算法。它的基本原理是将约束优化问题中的不等式和等式约束函数经过加权转化后，和原目标函数结合成新的目标函数---惩罚函数，求解该新目标函数的无约束极小值，以期得到原问题的约束最优解。为此，按一定的法则改变加权因子的值，构成一系列的无约束优化问题，

求得一系列的无约束最优解，并不断地逼近原约束优化问题的最优解。外点惩罚函数法简称外点法，新目标函数定义在可行域之外，序列迭代点从可行域之外逐渐逼近约束边界上的最优点。外点法可以用来求解含不等式和等式约束的优化问题。

算法方框图如图1：

图1

1.5 matlab语言程序编辑

1 Matlab 简介

在科学研究和工程应用中，往往要进行大量的数学计算，其中包括矩阵运算。这些运算一般来说难以用手工精确和快捷地进行，而要借助计算机编制相应的程序做近似计算。美国Mathwork公司于1967年推出了“Matrix Laboratory”（缩写为Matlab）软件包，并不断更新和扩充。目前最新的5.x版本（windows 环境）是一种功能强、效率高便于进行科学和工程计算的交互式软件包。其中包括：一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一便于使用的集成环境中。在此环境下所解问题的Matlab语言表述形式和其数学表达形式相同，不需要按传统的方法编程。不过，Matlab作为一种新的计算机语言，要想运用自如，充分发挥它的威力，也需先系统地学习它。但由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言--如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。实践证明，你可在几十分钟的时间内学会Matlab的基础知识，在短短几个小时的使用中就能初步掌握它.从而使你能够进行高效率和富有创造性的计算。 Matlab大大降低了对使用者的数学基础和计算机语言知识的要求，而且编程效率和计算效率极高，还可在计算机上直接输出结果和精美的图形拷贝，所以它的确为一高效的科研助手。自推出后即风行美国，流传世界。

综上所述，Matlab语言有如下特点：1．编程效率高 2．用户使用方便 3．扩充能力强 4．语句简单，内涵丰富 5．高效方便的矩阵和数组运算 6．方便的绘图功能

2 matlab编程

本课题调用函数为多维约束优化命令fmincon,及子函数目标函数jsqyh_f和非线性约束函数jsqyh_g.

fmincon函数的基本形式为

x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon，options)

其中fun为你要求最小值的函数，可以单写一个文件设置函数。

（1）.如果fun中有N个变量，如x y z, 或者是X1, X2,X3, 什么的，自己排顺序，在fun中统一都是用x(1),x(2）....x(n) 表示的。

（2）. x0, 表示初始的猜测值，大小要与变量数目相同

(3). A b 为线性不等约束，A*x <= b， A应为n*n阶矩阵，学过线性代数应不难写出A和b

(4) Aeq beq为线性相等约束，Aeq*x = beq。 Aeq beq同上可求

(5) lb ub为变量的上下边界，正负无穷用 -Inf和Inf表示， lb ub应为N 阶数组

(6) nonlcon 为非线性约束，可分为两部分，非线性不等约束 c，非线性相等约束ceq 。

程序如下

编制优化设计的M 文件

（main.m）

% 1----减速器中心距优化设计主程序

% 设计变量的初始值

x0=[3;19;5;19;5;14];

% 设计变量的下界与上界

lb=[2;14;2;14;3;8];

ub=[6;22;6;22;6;20];

% 使用多维约束优化命令fmincon(调用目标函数jsqyh_f 和非线性约束函数jsqyh_g)

% 不定义线性不等式约束中设计变量的系数矩阵a=[]和常数项向量b=[] % 没有等式约束,则参数：系数矩阵Aeq=[]和常数项向量beq=[]

[x,fn]=fmincon(@jsqyh_f,x0,[],[],[],[],lb,ub,@jsqyh_g);

disp ' ******** 两级斜齿轮传动中心距优化设计最优解 ********'

fprintf (1,' 高速级齿轮副模数 Mn1 = %3.4f mm \n',x(1))

fprintf (1,' 低速级齿轮副模数 Mn2 = %3.4f mm \n',x(3))

fprintf (1,' 高速级小齿轮齿数 z1 = %3.4f \n',x(2))

fprintf (1,' 低速级小齿轮齿数 z3 = %3.4f \n',x(4))

fprintf (1,' 高速级齿轮副传动比 i1 = %3.4f \n',x(5))

fprintf (1,' 齿轮副螺旋角 beta = %3.4f 度 \n',x(6))

fprintf (1,' 减速器总中心距 a12 = %3.4f mm \n',fn)

% 调用多维约束优化非线性约束函数(jsqyh_g)计算最优点x*的性能约束函数值

g=jsqyh_g(x);

disp ' ======== 最优点的性能约束函数值 ========'

fprintf (1,' 高速级齿轮副接触疲劳强度约束函数值g1 = %3.4f \n',g(1))

fprintf (1,' 低速级齿轮副接触疲劳强度约束函数值g2 = %3.4f \n',g(2))

fprintf (1,' 高速级小齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g3 = %3.4f \n',g(3))

fprintf (1,' 高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g4 = %3.4f \n',g(4))

fprintf (1,' 低速级小齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g5 = %3.4f \n',g(4))

fprintf (1,' 低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g6 = %3.4f \n',g(4))

fprintf (1,' 大齿轮齿顶与轴不干涉几何约束函数值 g7 = %3.4f \n',g(5))

（jsqyh_f.m ）

% 2----两级斜齿轮减速器总中心距的目标函数(jsqyh_f)

function f=jsqyh_f(x);

hd=pi/180;

a1=x(1)*x(2)*(1+x(5));

2(3)(4)(120/(5));2cos((6));(12)/;a x x x cb x hd f a a cb =*+=**=+

% 3----两级斜齿轮减速器优化设计的非线性不等式约束函数(jsqyh_g) function [g,ceq]=jsqyh_g(x);

hd=pi/180;

g(1)=cos(x(6)*hd)^3-3.4e-8*x(1)^3*x(2)^3*x(5);

g(2)=x(5)^2*cos(x(6)*hd)^3-834e-7*x(3)^3*x(4)^3;

g(3)=cos(x(6)*hd)^2-3e-4*(1+x(5))*x(1)^3*x(2)^2;

g(4)=cos(x(6)*hd)^2-2.39e-4*(1+x(5))*x(1)^3*x(2)^2;

g(5)=x(5)^2.*cos(x(6)*hd)^2-3.67e-4*(20+x(5))*x(3)^3*x(4)^2;

g(6)=x(5)cos(x(6)*hd)^2-2.9e-4*(1+20/x(5))*x(3)^3*x(4)^2;

g(7)=x(5)*(2*(x(1)+50)*cos(x(6)*hd)+x(1)*x(2)*x(5))-x(2)*x(4)*(20+x(5));

ceq=[];

M 文件的运行结果为：

******** 两级斜齿轮传动中心距优化设计最优解 ********'

高速级齿轮副模数 Mn1 = 2.621 mm

高速级小齿轮齿数 z1 = 16.1131

低速级齿轮副模数 Mn2 = 4.2778 mm

低速级小齿轮齿数 z3 = 18.208

高速级齿轮副传动比 i1 = 5.1168

齿轮副螺旋角 beta = 12.7904 度

减速器总中心距 a12 = 340.1603 mm

======== 最优点的性能约束函数值 ========'

高速级齿轮副接触疲劳强度约束函数值 g1 = 0.0000

低速级齿轮副接触疲劳强度约束函数值 g2 = 0.0000

高速级小齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g3 = -1.0052

高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g4 = -15.3782

低速级小齿轮齿根弯曲强度约束函数值g5 = -3.2578

低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值 g6 = -26.8536

大齿轮齿顶与轴不干涉几何约束函数值 g7= -761.7929

3 优化结果处理

1,2n n m m 高速级和低速级齿轮副模数按照规范圆整为标准值3mm

4.5mm ；高速级小齿轮齿数圆整为整数Z1=16；低速级小齿轮齿数圆整为Z3=18根据高速级传动比i1 , 则高速级大齿轮齿数为z2=81；根据低速级传动比20/i1 ，则高速级大齿轮齿数为Z4=71 减速器总中心距

()[12(15)34(120/5)]/2cos 6f x x x x x x x x =+++

(1-35) 如果将减速器各中心距圆整为12150,205a a ==，则齿轮副螺旋角调整为00

1214.07,12.36ββ==

二级展开式圆柱齿轮减速器设计.

目录 一．设计任务书 (2) 二．传动方案的拟定及说明 (4) 三．电动机的选择 (4) 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 (13) 七．滚动轴承的选择及计算 (27) 八．箱体内键联接的选择及校核计算 (29) 九．连轴器的选择 (30) 十．箱体的结构设计 (31) 十一、减速器附件的选择 (33) 十二、润滑与密封 (33) 十三、设计小结 (35) 十四、参考资料 (36)

一、设计任务书： 题目：设计一用于带式运输机传动装置中的展开式二级圆柱齿轮减速器 1.总体布置简图： 1—电动机；2—联轴器；3—齿轮减速器；4—带式运输机；5—鼓轮；6—联轴器 2.工作情况：

载荷平稳、单向旋转 3.原始数据： 电动机功率P(kW): 7.5 电动机主轴转速V（r/min）： 970 使用年限（年）：10 工作制度（班/日）：2 联轴器效率： 99% 轴承效率： 99% 齿轮啮合效率：97% 4.设计内容： 1)电动机的选择与运动参数计算； 2)直齿轮传动设计计算； 3)轴的设计； 4)滚动轴承的选择； 5)键和联轴器的选择与校核； 6)装配图、零件图的绘制； 7)设计计算说明书的编写。 5.设计任务： 1)减速器总装配图一张； 2)箱体或箱盖零件图一张； 3)轴、齿轮或皮带轮零件图任选两张； 4)设计说明书一份； 6.设计进度：

1）第一阶段：总体计算和传动件参数计算 1)第二阶段：轴与轴系零件的设计 2)第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 3)第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写 二、传动方案的拟定及说明： 由题目所知传动机构类型为：展开式二级圆柱齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。 本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。结构较复杂，轴向尺寸大，中间轴承受载荷大、刚度差，中间轴承润滑较困难。 三、电动机的选择： 由给定条件可知电动机功率7.5kW，转速970r/min,查表得电动机的型号为Y160M--6。 四、计算传动装置的运动和动力参数： 考虑到总传动比i=8,由于减速箱是展开式布置，为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度，应试两级的大齿轮具有相近的直径，于是可按下式 i1 = i)5.1~3.1( 因为i=8，所以取i1=3.4，i2=2.35。 五、各轴转速、输入功率、输入转矩：

行星齿轮减速器的优化设计

减速器是机械行业中十分重要的传动装置，传统的减速器设计通常3 ）限制模数最小值，得： 需要有经验的人员选取适当的参数，进行反复的试凑、校核确定设计方4）限制齿宽系数b/m 的范围： ，得：案，但也不一定是最佳设计方案，而优化设计的方法则通过设计变量的选取、目标函数和约束条件的确定，建立数学模型，通过求解得到满足5）满足接触强度要求，得： 条件的最佳解，同时缩短设计周期。为了合理分配行星轮系的总传动比，并使系统体积小、质量轻，建立了具有3个设计变量、1个目标函数 和几个约束方程的优化设计数学模型，并用MATLAB 优化工具箱进行求6）满足弯曲强度要求，得：解。 2K-H （NGW ）型行星齿轮减速器的优化设计： 式中： 、 -齿轮的齿形系数和应力校正系数； -许用弯曲应力。 3 所选优化方法的介绍 惩罚函数法：根据惩罚函数项的不同构成形式，惩罚函数法又可分为外点惩罚函数法、内点惩罚函数法和混合惩罚函数法三种，分别简称为外点法、内点法和混合法。 3.1 外点法：外点法的计算步骤 1）给定初始点 、收敛精度ε、初始罚因子 和惩罚因子递增系数c ，置k=0； 1-中心轮 2-行星轮 3-壳体 图1 NGW 型行星轮系机构简图 图1为NGW 型行星轮系机构简图。已知：作用于中心轮的转矩T1＝1140N ·m ，传动比u ＝4.64，齿轮材料均为38SiMnMo ，表面淬火45-55HRC ，行星轮个数c=2，要求以重量最轻为目标，对其进行优化设计。 1 目标函数和设计变量的确定 行星齿轮减速器的重量可取太阳轮和c 个行星轮重量之和来代替， 3.2 内点法：内点法是另一种惩罚函数法 因此目标函数可简化为： 其构成形式与上式相同，但要求迭代过程始终限制在可行域内进 行。 式中：z 1-中心轮1的齿数；m-模数，单位为（mm ）； b-齿宽，单位对于不等式约束 ，满足上述要求的复合函数有以下两种为（mm ）；c-行星轮的个数；u-轮系的传动比4.64。 影响目标函数的独立参数应列为设计变量，即 在通常情况下，行星轮个数可以根据机构类型事先选定，这样，设计变量为： 其中，惩罚因子 是一递减的正数序列，即 2 约束条件的建立 由式（2）和式（3 ）可知，对于给定的某一惩罚因子 ，当点在可1）小齿轮z 1不根切，得： 行域内时，两种惩罚项的值均大于零，而且当点向约束边界靠近时，两 2）限制齿宽最小值，得： 行星齿轮减速器的优化设计 赵明侠 （宝鸡职业技术学院 机械工程系 陕西 宝鸡 721013） 摘 要： 根据可靠性设计理论和机械优化设计技术，以NGW 型行星齿轮减速器为例，初步探讨优化设计的原理和方法。关键词： 行星齿轮减速器；优化设计；优化设计方法 中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010074－02 2）构造惩罚函数

(完整版)圆柱齿轮减速器设计开题报告

一、选题的依据及意义： 齿轮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，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。其特点是减速电机和大型减速机的结合。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速机高。满足小空间高扭矩输出的需要。广泛应用于大型矿山，钢铁，化工，港口，环保等领域。与K、R系列组合能得到更大速比。按照齿形分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆柱—圆锥齿轮减速器; 二级圆柱齿轮减速器就是按其分类来命名的。圆柱齿轮减速器的设计是按传统方法进行的。设计人员按照各种资料、文献提供的数据，结合自己的设计实验，并对已有减速器做一番对比，初步定出一个设计方案，然后对这个方案进行一些验算，如果验算通过了，方案便被肯定了。显然，这个方案是可采用的。但这往往使设计的减速器有很大的尺寸富余量，造成财力、物力和人力的极大浪费。因此，优化圆柱齿轮减速器势在必行。 圆柱齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的圆柱齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。圆柱齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，圆柱齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。对这种减速器进行优化设计，必将获得可观的经济效益。 选做这个毕业设计，一方面对于减速器的内部结构和工作原理也有一定的了解和基础，其次通过对圆柱齿轮减速器这一毕业课题设计可以巩固我大学4年来所学的专业知识，对于我也是一种检验。可以全面检验我大学所学的知识是否全面，是否能灵活运用到实际生活工作中。在做的过程中我还可以不断学习和拓宽视野和思路，做到理论与实际相结合的运用。最重要的是对于即将离校走向社会的我是一种挑战，培养我独立思考，树立全局观念，为以后的我奠定坚实的基础。

一级圆柱齿轮减速器设计说明书

一级圆柱齿轮减速器设计说明书 目录 一、课程设计的目的 (1) 二、课程设计的内容和任务 (2) 三、课程设计的步骤 (2) 四、电动机的选择 (3) 五、传动零件的设计计算 (5) （1）带传动的设计计算 (5) （2）齿轮传动的设计计算 (7) 六、轴的计算 (9) 七、轴承的校核 (13) 八、联轴器的校核 (13) 九、键联接的选择与计算 (14) 十、减速器箱体的主要结构尺寸 (14) 十一、润滑方式的选择 (14) 十二、技术要求 (15) 十三、参考资料 (16) 十四、致谢 (17)

一、课程设计的目的： 机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的重要实践性环节，是学生在校期间第一次较全面的设计能力训练，在实践学生总体培养目标中占有重要地位。 本课程设计的教学目的是： 1、综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，从而使这些知识得到进一步巩固和扩张。 2、学习和掌握设计机械传动和简单机械的基本方法与步骤，培养学生工程能力及分析问题、解决问题的能力。 3、提高学生在计算、制图、计算机绘图、运用设计资料、进行经验估算等机械设计方面的基本技能。 二、课程设计的内容和任务： 1、课程设计的内容应包括传动装置全部设计计算和结构设计，具体如下： 1）阅读设计任务书，分析传动装置的设计方案。 2）选择电动机，计算传动装置的运动参数和运动参数。 3）进行传动零件的设计计算。 4）减速器装配草图的设计。 5）计算机绘制减速器装配图及零件图。 2、课程设计的主要任务： 1）设计减速器装配草图1张。 2）计算机绘制减速器装配图1张、零件图2张（齿轮、轴等） 3）答辩。 三、课程设计的步骤： 1、设计准备 准备好设计资料、手册、图册、绘图用具、计算用具、坐标纸等。阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟订计划。 2、传动装置的总体设计 根据任务书中所给的参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率。 3、传动装置的总体方案分析 传动装置的设计方案直观地反应了工作机、传动装置和原动机三者间的运动和力的传递关系。满足工作机性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案首先应满足工作机的性能要求，保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 四、电动机的选择 电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求，根据选择的传动方案选择电动机的类型、容量和转速，并在产品目录总共查出其型号和尺寸。

一级直齿圆柱齿轮减速器课程设计

机械设计课程设计 帆姓名：袁 2011040191011学号：专业：机械设计制造及其自动化一班 一、电动机的选择

1.确定电动机类型 （1）工作时输出功率P w P = F/1000 =7650x0.5/1000 =3.825kw vw (2)电动机所需的输出功率 η=0.94x0.98x0.99x0.99x0.99x0.96=0.858 总 P=P /η=3.825/0.858=4.458kw总0w P=(1~1.3)P0=4.458~5.795kw 查手册知可选择Y132M2-6型号的电动机，该电动机的 转速为960r/min. 2.各级传动比的分配 （1）分配传动装置各级传动比 n=60x1000V/(πD)=79.62 w n=ixn=ixix79.62齿总带0w =(2-4)x(3-5)x79.62=477.9-1593r/min n=1000r/min,nm=n0=960r/min d（2）总传动比 i=n/n=960/79.62=12.057 w总0 i=3;i=i/i=4.02 带带总齿3.运动及动力参数计算 (1)各轴转速计算 n=n/i=960/3=320r/min 带0I． n=n/i=320/4.02=79.6r/min=n IIIII齿I（2）各轴功率计算 P=4.458kw 0 P=Px0.94=4.458x0.94=4.19kw 0I

P=Px0.98x0.99=4.065kw III P=Px0.99x0.99=3.984kw IIIII （3）各轴转矩计算 m =44.35N*=9.55x1000000xP T/n000m =125.045N*/n T=9.55x1000000xP III m =487.698N* T=9.55x1000000xP/n IIIIII m =477.98N*=9.55x1000000xP/n T IIIIIIIII 二．传送带的选择 1.P=kP=1.1x4.458=4.9038kw Aca 2.由P和n查表可知选A型带ca 3.d=112cm,d为小带轮的基准直径d1d1m/s

一级圆柱齿轮减速器设计说明(参考标准版)

目录 一、课程设计任务书 (2) 二、传动方案拟定 (2) 三、电动机选择 (3) 四、计算总传动比及分配各级的伟动比 (3) 五、运动参数及动力参数计算 (4) 六、传动零件的设计计算 (4) 七、轴的设计计算 (8) 八、滚动轴承的选择及校核计算 (13) 九、键联接的选择及校核计算 (15)

一、课程设计任务书 1、已知条件 1）工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，工作为二班工作制。 2）使用折旧期：8年。 3）检修间隔期：四年大修一次，两年一次中修，半年一次小修。 4）动力来源：电力，三相交流，电压380/220V。 5）运输带速度允许误差：±5％。 6）制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。 2、设计任务量 1）完成手工绘制减速器装配图1张（A2）。 2）完成CAD绘制零件工图2张（轴、齿轮各一张），同一组两人绘制不同的齿轮和轴。 3）编写设计计算说明书1份。 3、设计主要内容 1）基本参数计算：传动比、功率、扭矩、效率、电机类型等。 2）基本机构设计：确定零件的装配形式及方案（轴承固定方式、润滑和密封方式等）。 3）零件设计及校核（零件受力分析、选材、基本尺寸的确定）。 4）画装配图（总体结构、装配关系、明细表）。 5）画零件图（型位公差、尺寸标注、技术要求等）。 6）写设计说明书。 7）设计数据及传动方案。 二、传动方案拟定 第××组：设计单级圆柱齿轮减速器和一级带传动。 图2.1 带式输送机的传动装置简图

1－电动机；2－三角带传动；3－减速器；4－联轴器；5－传动滚筒；6－皮带运输机（1）工作条件：连续单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，小批量生产，工作为二班工作制，运输带速允许误差正负5％。 （2）原始数据：工作拉力；带速；滚筒直径；滚筒长度。 三、电动机选择 1、电动机类型的选择：Y系列三相异步电动机 2、电动机功率选择： (1)传动装置的总功率： 按表2-5确定各部分的效率为：V带传动效率η=0.96，滚动轴承效率（一对）η=0.98，闭式齿轮传动效率η=0.96，联轴器传动效率η=0.98，传动滚筒效率η=0.95，代入得 (2)电机所需的工作功率： 因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可。 3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： 按《机械设计课程设计指导书》P7表2-3推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围。取V带传动比，则总传动比理时范围为。故电动机转速的可选范围为 符合这一范围的同步转速有。 根据容量和转速，由有关手册查出有三种适用的电动机型号：因此有三种传支比方案：如电动机Y系列型号大全。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，可见第2方案比较适合，则选。 4、确定电动机型号 根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为。其主要性能：额定功率：，满载转速，额定转矩。质量。 四、计算总传动比及分配各级的伟动比 1、总传动比

减速器优化设计

一、减速器优化设计问题分析： 二级锥齿圆柱齿轮减速器，高速级输入功率P1=2.156kW ，转速n1=940r/min ；总传动比i=9.4，齿宽系数d ?=1。齿轮材料和热处理：大齿轮为45号钢调质处理，硬度为240HBS ；小齿轮为40Cr 调质处理，硬度为280HBS ，工作寿命10年以上。在满足强度、刚度和寿命等条件下，使体积最小来确定齿轮传动方案。 二、建立优化设计的数学模型 ①设计变量： 将涉及总中心距a ∑齿轮传动方案的6个独立参数作为设计变量 X=[Mn 1,Mn 2,Z 1,Z 2,i 1,β]T=[x 1,x 2,x 3,x 4,x 5,x 6]T (其中Z1、Z2分别为高速级小齿轮齿数、低速级小齿轮齿数) ②目标函数：优化目标选为体积最小，归结为使减速器的总中心距a 最小， 写成111222(1)(1)2cos Mn Z i Mn Z i a β +++= 减速器总中心距a ∑最小为目标函数 6 1542531cos 2)4.91()1()(min x x x x x x x X f -+++= ③约束条件:含性能约束和边界约束 性能约束： (1) 齿面接触强度计算： 0cos 10845.6][31161313121≥-?β?σT K i Z m n d H 和0cos 10845.6][32 26232322 2≥-?β?σT K i Z m n d H 式中：][H σ—许用接触应力； 1T —高速轴的转矩； 2T —中间轴的转矩； 12,K K —载荷系数； d ?—齿宽系数。 （2）齿根弯曲强度计算： 高速级小、大齿轮的齿根弯曲强度条件为： 0cos 3)1(][21 12131111≥-+β?σT K Z M i Y n Fa d F

二级展开式圆柱齿轮传动减速器设计说明书Ⅱ

目录 设计任务书 (5) 一.工作条件 (5) 二.原始数据 (5) 三.设计内容 (5) 四.设计任务 (5) 五.设计进度 (6) 传动方案的拟定及说明 (6) 电动机的选择 (6) 一.电动机类型和结构的选择 (7) 二.电动机容量的选择 (7) 三.电动机转速的选择 (7) 四.电动机型号的选择 (7) 传动装置的运动和动力参数 (8) 一.总传动比 (8) 二.合理分配各级传动比 (8) 三.传动装置的运动和动力参数计算 (8) 传动件的设计计算 (9) 一.高速啮合齿轮的设计 (9) 二.低速啮合齿轮的设计 (14) 三.滚筒速度校核 (19)

轴的设计计算 (19) 一.初步确定轴的最小直径 (19) 二.轴的设计与校核 (20) 滚动轴承的计算 (30) 一.高速轴上轴承（6208）校核 (30) 二.中间轴上轴承（6207）校核 (31) 三.输出轴上轴承（6210）校核 (32) 键联接的选择及校核 (34) 一.键的选择 (34) 二.键的校核 (34) 连轴器的选择 (35) 一.高速轴与电动机之间的联轴器 (35) 二.输出轴与电动机之间的联轴器 (35) 减速器附件的选择 (36) 一.通气孔 (36) 二.油面指示器 (36) 三.起吊装置 (36) 四.油塞 (36) 五.窥视孔及窥视盖 (36) 六.轴承盖 (37) 润滑与密封 (37) 一.齿轮润滑 (37)

二.滚动轴承润滑 (37) 三.密封方法的选择 (37) 设计小结 (37) 参考资料目录 (38)

五．设计进度 1、第一阶段：传动方案的选择、传动件参数计算及校核、绘 制装配草图 2、第二阶段：制装配图； 3、第三阶段：绘制零件图。 传动方案的拟定及说明 一个好的传动方案，除了首先满足机器的功能要求外，还应当工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、成本低廉以及维护方便。要完全满足这些要求是很困难的。在拟订传动方案和对多种传动方案进行比较时，应根据机器的具体情况综合考虑，选择能保证主要要求的较合理的传动方案。 根据工作条件和原始数据可选方案二，即展开式二级圆柱齿轮传动。因为此方案工作可靠、传动效率高、维护方便、环境适应行好，但也有一缺点，就是宽度较大。其中选用斜齿圆柱齿轮，因为斜齿圆柱齿轮兼有传动平稳和成本低的特点，同时选用展开式可以有效地减小横向尺寸。 示意图如下： 1—电动机；2—联轴器；3—齿轮减速器；4—联轴器；5—鼓轮；6—带式运输机 实际设计中对此方案略微做改动，即：把齿轮放在靠近电动机端和滚筒端。（其他们的优缺点见小结所述）

单级圆柱齿轮减速器设计.

机械设计基础课程设计 机械设计说明书 设计题目：单级机圆柱齿轮减速器 机械电子工程系系 08一体化专业 2 班 设计者：曹刘备 学号：080522043 指导老师：马树焕 2010 年6 月19 日

目录 一、传动装置总体设计 二、V带设计 三、各齿轮的设计计算 四、轴的设计 五、校核 六、主要尺寸及数据 七、设计小结

设计任务书 课程设计题目：设计带式运输机传动装置 1已知条件：运输带工作拉力 F = 3200 N。 运输带工作速度v= 2 m/s 滚筒直径 D = 375 mm 工作情况两班制，连续单向运转，载荷较平稳。，室 内，工作，水分和灰度正常状态，环境最高温 度35℃。要求齿轮使用寿命十年。 一、传动装置总体设计 一、传动方案 1）外传动用v带传动 2）减速器为单级圆柱齿轮齿轮减速器 3）方案如图所示 二、该方案的优缺点： 该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分单级渐开线圆柱齿轮减速器。轴承相对于齿轮对称，要求轴具有较大的刚度。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

计算与说明 （一）电机的选择 工作机所需要的功率 P w =F ×v=6400w =6.4 kw min .110134 .014.36.1?-=?==R D V n π 传动装置总效率： η总=η带轮×η齿轮×η轴承×η轴承×η联轴器 =0.95×0.97×0.99×0.99×0.99 =0.89 电机输出功率 P =P w/η总= 7.11 kw 所以取电机功率P =7.5kw 技术数据： 额定功率 7.5 kw 满载转速 970 R/min 额定转矩 2.0 n ?m 最大转矩 2.0 n ?m 选用Y160 M-6型 外形查表19-2（课程设计书P 174） A:254 B:210 C:108 D:42 E:110 F:12 G:37 H:160 K:15 AB:330 AC:32 AD:255 HD:385 BB:270 L:600 二、 V 带设计 总传动比 6.959.9101 970≈===n i n m 定 V 带传动比i 1=3.2 定 齿轮传动比i 2=3 外传动带选为V 带 由表12-3（P 216）查得K a =1.2 P ca =K a ×P = 1.1×7.5=9KW 所以 选用B 型V 带

单级齿轮减速器机械优化设计

青岛理工大学琴岛学院 机械优化设计 课题名称：单级齿轮减速器的优化设计学院：机电工程系 专业班级：机械设计及其自动化143 学号 学生： 指导老师： 青岛理工大学教务处 2016年11月27日

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书 摘要 机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。常用的机械优化设计方法包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主要性能指标。 机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目 标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。 本文从优化设计的基本理论、优化设计与产品开发、优化设计特点及优化设计应用等方 面阐述优化设计的基本方法理论。 关键词：机械优化设计；优化方法；优化应用。

目录 摘要......................................................... II 1设计任务.. (1) 2 齿轮的传统设计 (2) 3优化设计的数学模型 (7) 3.1确定设计变量和目标函数 (7) 3.2确定约束条件 (7) 4 Matlab计算机程序 (9) 5结果分析 (11) 参考文献 (12)

1设计任务 设计如图2-40所示的单级直齿圆柱齿轮减速器，其齿数比2.3u =，工作寿命要求10年两班制，原动机采用电动机，工作载荷均匀平稳，小齿轮材料为40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度HB=235~275，MPa H 531][1=σ,MPa F 5.297][1=σ,大齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度为HB=217~255，a 513][2MP H =σ， MPa F 4.251][2=σ，载荷系数k=1.3，P=28KN ，n=1440rad/min 要求在满足工作要求的前 提下使两齿轮的重量最轻。

带式运输机传动系统中的展开式二级圆柱齿轮减速器课程设计说明书

机 械 设 计 课 程 设 计 说 明 书 设计题目：带式运输机传动系统中的 展开式二级圆柱齿轮减速器

目录 1 设计任务 (1) 1.1设计题目 (1) 1.2工作条件 (1) 1.3原始数据 (1) 1.4设计工作量 (1) 2 电机的选择 (1) 2.1 选择电动机的类型 (1) 2.2 选择电动机的功率 (1) 2.3 方案确定 (2) 3 确定传动装置的总传动比和分配传动比 (3) 3.1 总传动比 (3) 3.2分配传动装置传动比 (3) 4 计算传动装置的运动和动力参数 (3) 4.1各轴输入功率 (3) 4.2各轴输出功率 (4) 4.3各轴转速 (4) 4.4各轴输入转矩 (4) 4.5各轴输出转矩 (5)

4. 6运动和动力参数计算结果整理于下表 (5) 5 减速器的结构 (6) 6 传动零件的设计计算 (7) 6.1第一对齿轮（高速齿轮） (7) 6.2第二对齿轮（低速齿轮） (9) 7轴的计算（以低速轴为例） (11) 7.1第III轴的计算 (11) 7.2求作用在齿轮上的力 (12) 7.3初步确定轴的最小直径 (12) 7.4轴的结构计 (12) 7.5轴的强度校核 (13) 8 轴承的的选择与寿命校核 (16) 8.1以低速轴上的轴承为例 (16) 8.2 轴承的校核 (16)

9 键的选择与校核（以高速轴为例） (18) 9.1键联接的类型和尺寸选择 (18) 9.2键联接强度的校核 (18) 10 联轴器的选择 (18) 10.1类型选择 (18) 10.2载荷计算 (18) 10.3型号选择(弹性套柱销联轴 器) (19) 11 润滑方法、润滑油牌号 (19) 12 减速器附件的选择 (19) 12.1视孔盖和窥视孔 (19) 12.2放油孔与螺塞 (19) 12.3油标 (19) 12.4通气孔 (20)

一级直齿圆柱齿轮减速器及带传动设计

广州科技贸易职业学院 机电系 课程设计报告机械设计基础课程设计 设计题目：带式输送机传动系统设计 专业班级：07模具A班 学号： 设计人： 指导老师：王春艳 完成日期：2009-5-20

课程设计任务书 设计题目：带式输送机传动系统设计（一级直齿圆柱齿轮减速器及带传动）传动简图： 1.电动机 2.V带 3.减速箱 4.联轴器5滚筒 6.输送带 原始数据： （已知条件） 说明： 1.单向运转，有轻微振动； 2.每年按300个工作日计算，每日工作二班。 完成日期:________年____月_____日 设计指导教师：_________ ______年____月____日 任课教师:__________ __________年____月____日 评分与评语:________________________________ （二）设计内容 1、电动机的选择及运动参数的计算 2、V带的传动设计；

3、齿轮传动的设计； 4、轴的设计； 5、联轴器的选择； 6、润滑油及润滑方式的选择； 7、绘制零件的工作图和装配图 (1)、减速器的装配图 (2)、绘制零件的工作图 注：装配图包括：尺寸标注、技术要求及特性、零件编号、零件明细表、标题栏。 零件的工作图包括：尺寸的标注、公差、精度、技术要求。 10、编写设计说明书 (1)、目录； (2)、设计任务书； (3)、设计计算：详细的设计步骤及演算过程； (4)、对设计后的评价； (5)、参考文献资料。 （三）设计工作量 1.减速器总装图一张 2.零件图二张 3.设计说明一份。

目录 设计任务书……………………………………………………………传动方案说明…………………………………………………………电动机的选择…………………………………………………………传动装置的运动和动力参数…………………………………………传动件的设计计算……………………………………………………轴的设计计算…………………………………………………………联轴器、滚动轴承、键联接的选择…………………………………减速器附件的选择……………………………………………………润滑与密封……………………………………………………………设计小结………………………………………………………………参考资料……………………………………………………………

单级圆柱齿轮减速器课程设计

机械课程设计 说明书 课程设计题目：带式输送机传动装置 姓名： 学号： 专业： 完成日期： 中国石油大学（北京）远程教育学院

目录 一、前言 (2) (一) 设计任务 (2) (二) 设计目的 (2) (三) 传动方案的分析 (3) 二、传动系统的参数设计 (3) (一) 电动机选择 (3) (二) 计算传动装置的总传动比及分配各级传动比 (4) (三) 运动参数及动力参数计算 (4) 三、传动零件的设计计算 (4) （一）Ｖ带传动的设计 (4) （二）齿轮传动的设计计算 (5) （三）轴的设计计算 (8) 1、Ⅰ轴的设计计算 (8) 四、滚动轴承的选择及验算 (12) (一) 计算Ⅰ轴承 (12) (二) 计算Ⅱ轴承 (12) 五、键联接的选择及校核 (13) 六、联轴器的选择 (14) 七、箱体、箱盖主要尺寸计算 (14) 参考文献 (16)

一、前言 (一) 设计任务 设计一带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。已知运输带输送拉力F=2.6KN，带速V=1.45m/s，传动滚筒直径D=420mm（滚筒效率为0.96）。电动机驱动，预定使用寿命8年（每年工作300天），工作为二班工作制，载荷轻，带式输送机工作平稳。工作环境：室内灰尘较大，环境最高温度35°。动力来源：电力，三相交流380/220伏。 图1 带式输送机的传动装置简图 1、电动机； 2、三角带传动； 3、减速器； 4、联轴器； 5、传动滚筒； 6、皮带运输机 (二) 设计目的 通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉

一般的机械装置设计过程。 (三) 传动方案的分析 机器一般是由原动机、传动装置和工作装置组成。传动装置是用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置的需要，是机器的重要组成部分。传动装置是否合理将直接影响机器的工作性能、重量和成本。合理的传动方案除满足工作装置的功能外，还要求结构简单、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。 本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是单级直齿轮传动。 减速器的箱体采用水平剖分式结构，用HT200灰铸铁铸造而成。 二、传动系统的参数设计 (一) 电动机选择 1、电动机类型的选择：Y系列三相异步电动机 2、电动机功率选择： ①传动装置的总效率η： 查表1取皮带传动效率0.96，轴承传动效率0.99，齿轮传动效率0.97，联轴器效率0.99。η=0.96×0.993×0.97×0.99=0.8945 ②工作机所需的输入功率P w： P w=(F w V w)/(1000ηw) 式中，F w=2.6 KN=2600N，V w=1.45m/s，ηw=0.96，代入上式得 P w=(2600×1.45)/(1000×0.96)=3.93 KW ③电动机的输出功率： P O= P w /η=3.93/0.8945=4.39KW 选取电动机额定功率P m，使电动机的额定功率P m＝（1～1.3）P O，由查表得电动机的额定功率P＝5.5KW。 3、确定电动机转速： 计算滚筒工作转速： n w=60×1000V/（πD）=60×1000×1.45/（π×420）=65.97r/min 由推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围i1=3~6。取V带传动比i2=2~4，则总传动比理时范围为i=6~24。 故电动机转速的可选范围为n=（6~24）×65.97=395.81～1583.28r/min。 4、确定电动机型号 根据以上计算，符合这一转速范围的电动机的同步转速有750r/min 、1000r/min和1500r/min，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速机的传动比，最终确定同步转速为1500r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S-4 ，满载转速1140r/min 。

一级直齿圆柱齿轮减速器的设计

一级减速器设计说明书 课题：一级直齿圆柱齿轮减速器的设计学院： 班级： 姓名: 学号: 指导老师： 南通纺织职业技术学院

目录 一、设计任务书............................................ 二、电动机的选择.......................................... 三、传动装置运动和动力参数的计算.......................... 四、V带的设计 ............................................ 五、齿轮传动设计与校核.................................... 六、轴的设计与校核........................................ 七、滚动轴承的选择与校核计算.............................. 八、键连接的选择与校核计算................................ 九、联轴器的选择与校核计算................................ 十、润滑方式及密封件类型的选择............................ 十一、设计小节............................................ 十二、参考资料............................................

二设计任务说明书 1、减速器装配图1张； 2、主要零件工作图2张； 3、设计计算说明书 原始数据：输送带的工作拉力;F=1900 输送带工作速度：V=1.8 滚筒直径：D=450 工作条件：连续单向运载，载荷平稳，空载起动，使用期限5年，小 批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为5% 传动简图: 1电动机2皮带轮3圆柱齿轮减速器4联轴器5输送带

机械优化设计作业-48-圆柱齿轮减速器的优化设计

《机械优化设计》 课程作业 （2014至2015学年度第2学期）

随着现代工业的不断发展和扩大，对工业机械的需求量也再迅速的增加，同时对机械设备的可靠性，维修性，安全性，经济性也提出而来更高的要求。作为主要的传动装置，圆柱齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。而当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。因此我们可以借助计算机辅助软件对其参数进行优化设计。 1．圆柱齿轮减速器的主要优缺点 1）效率高在常用的机械传动装置中，以圆柱齿轮传动的效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高1%，也有很大经济意义。2）结构紧凑在同样的使用条件下，圆柱齿轮减速器所需的尺寸一般较小。 3）工作可靠、寿命长设计制造正确合理、使用维护良好的圆柱齿轮减速器，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。 4）传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。圆柱齿轮传动获得广泛应用，也就是由于有这一特点。 但是圆柱齿轮减速器的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 圆柱齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前国内的减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。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据优势，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。 二级齿轮减速器在工程机械中应用非常广泛，其性能好坏直接影响机械产品的技术性能。传统的减速器设计通常是先根据经验选取适当的参数，通过手工计算进行反复的试凑，确定参数后，再进行强度校核，设计中大多比较保守，设计出的减速器较为笨重。随着科学技术和国民经济的发展，对齿轮减速器的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，若仍采用传统的单一产品设计方法是远不能满足市场多样化的需求，不能适应激烈的市场竞争，也很难提高产品的综合技术经济效益及保证产品质量。优化设计则是通过设计变量的选取，以及目标函数和约束条件的确定，建立数学模型，通过计算机运算求得满足条件的最优解。随着技术的进步，硬齿面减速器发展迅速，由于硬齿面减速器的设计计算、材料选用、加工工艺和热处理等要求都非常高，因此减速器的优化设计就显得非常重要。在齿轮减速器中应用优化设计方法，对于进一步提高齿轮的承载能力、延长齿轮的使用寿命，以及减小传动部件的体积和重量，具有显著的效果 2．研究意义及未来前景 本课题的研究意义在于改变传统的齿轮减速器设计方式，提高企业的经济效益及其在市场上的竞争力。齿轮减速器以其效率高，工作耐久，维护方便，而得到广泛应用。但传统的齿轮减速器设计是面向某一具体产品，从零件设计入手，逐步完成整机设计，除少量标准件外，几乎是全新的，生产上及技术上的继承性很差，且新产品设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大，生产线也需作较大的调整。随着科学技术和国民经济的发展，对齿轮减速器的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，若仍采用传统的单一产品设计方法是远不能满足市场多样化的需求，不能适应激烈的市场竞争，也很难提高产品的综合技术经济效益及保证产品质量。 机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益，随着技术更新和产品竞争的加剧，优化设计的发展前景非常的广阔。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计，充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。虚拟设计技术是发展的必然，仿真技术也将更加趋于协同

二级齿轮减速器的完整课程设计

机械设计减速器设计说明书 系别： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称：

目录 第一部分设计任务书 (4) 第二部分传动装置总体设计方案 (5) 第三部分电动机的选择 (5) 3.1 电动机的选择 (5) 3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 (6) 第四部分计算传动装置的运动和动力参数 (7) 第五部分齿轮传动的设计 (8) 5.1 高速级齿轮传动的设计计算 (8) 5.2 低速级齿轮传动的设计计算 (15) 第六部分传动轴和传动轴承及联轴器的设计 (23) 6.1 输入轴的设计 (23) 6.2 中间轴的设计 (27) 6.3 输出轴的设计 (33) 第七部分键联接的选择及校核计算 (40) 7.1 输入轴键选择与校核 (40) 7.2 中间轴键选择与校核 (40) 7.3 输出轴键选择与校核 (40) 第八部分轴承的选择及校核计算 (41) 8.1 输入轴的轴承计算与校核 (41) 8.2 中间轴的轴承计算与校核 (42)

8.3 输出轴的轴承计算与校核 (42) 第九部分联轴器的选择 (43) 9.1 输入轴处联轴器 (43) 9.2 输出轴处联轴器 (44) 第十部分减速器的润滑和密封 (44) 10.1 减速器的润滑 (44) 10.2 减速器的密封 (45) 第十一部分减速器附件及箱体主要结构尺寸 (46) 设计小结 (48) 参考文献 (49)

第一部分设计任务书 一、初始数据 设计展开式二级斜齿圆柱齿轮减速器，初始数据F = 2700N，V = 1.95m/s，D = 380mm，设计年限（寿命）：5年，每天工作班制（8小时/班）：1班制，每年工作天数：300天，三相交流电源,电压380/220V。 二. 设计步骤 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5. 齿轮的设计 6. 滚动轴承和传动轴的设计 7. 键联接设计 8. 箱体结构设计 9. 润滑密封设计 10. 联轴器设计

机械基础课程设计一级直齿圆柱齿轮减速器

机械基础课程设计 说明书 设计题目：一级直齿圆柱齿轮减速器班级学号 学生： 指导老师： 完成日期： 所在单位：

设计任务书 1、题目 设计用于带式输送机的机械传动装置——一级直齿圆柱齿轮减速器。 2、参考方案 （1）V带传动和一级闭式齿轮传动 （2）一级闭式齿轮传动和链传动 （3）两级齿轮传动 3、原始数据 4、其他原始条件 （1）工作情况：两班制，输送机连续单向运转，载荷较平稳。 （2）使用期限：5年。 （3）动力来源：三相交流（220V/380V）电源。 （4）允许误差：允许输送带速度误差5% ±。 5、设计任务 （1）设计图。一级直齿（或斜齿）圆柱齿轮减速器装配图一，要求有主、俯、侧三个视图，图幅A1，比例1：1（当齿轮副的啮合中心距110 a≤时）或1：1.5（当齿轮副的啮合中心距110 a>时）。 （2）设计计算说明书一份（16开论文纸，约20页，8000字）。

目录 一传动装置的总体设计 (3) 二传动零件的设计 (7) 三齿轮传动的设计计算 (9) 四轴的计算 (11) 五、箱体尺寸及附件的设计 (24) 六装配图 (28) 设计容： 一、传动装置的总体设计 1、确定传动方案 本次设计选用的带式输送机的机械传动装置方案为V带传动和一级闭式齿轮传动，其传动装置见下图。

2，选择电动机 （1） 选择电动机的类型 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭自扇冷式结构，电压380V ，Y 系列。 （2） 选择电动机的额定功率 ① 带式输送机的性能参数选用表1的第 6组数据，即： 表一 工作机所需功率为： kW s m N Fv w 44.51000 /7.132001000P =?== ②从电动机到工作机的传动总效率为：2 12345ηηηηηη= 其中1η、2η、3η、4η、5η分别为V 带传动、齿轮传动、滚动轴承、弹性套柱销联轴器和滚筒的效率，查取《机械基础》P 459的附录3 选取1η=0.95 、