開題報告(郭祖達)

1、畢業(yè)設計/論文開 題 報 告課 題 名 稱 二級蝸桿減速器設計 院 系 機電與自動化學院 專 業(yè) 班 級 機械電子工程1105班 姓 名 郭祖達 評 分 指 導 教 師 林昌杰 華中科技大學武昌分校畢業(yè)設計開題報告撰寫要求1. 開題報告主要內容 1）課題設計的目的和意義；2）課題設計的主要內容；3）設計方案；4）實施計劃。 5）主要參考文獻：不少于5篇，其中外文文獻不少于1篇。2撰寫開題報告時，所選課題的課題名稱也不得多于25個漢字，課題設計份量要適當， 設計中必須是自己的設計內容。3. 開題報告的字數不少于2000字（藝術類專業(yè)不少于1000字），格式按華中科技大學武昌分校本科畢業(yè)設計/論文

2、撰寫規(guī)范的要求撰寫。4. 指導教師和責任單位必須審查簽字。5開題報告單獨裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請從網上下載并用A4紙打印后填寫。6. 此開題報告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在系在基礎上提出調整方案，報學校審批后執(zhí)行。華中科技大學武昌分校學生畢業(yè)設計開題報告學 生 姓 名郭祖達 學 號 20111100176 專業(yè)班級 機電1105 院系 機電與自動化 學院指導教師林昌杰職稱 教授 課題名稱 二級蝸桿減速器設計1課題設計的目的和意義1.1課題設計目的蝸桿傳動主要由蝸輪和蝸桿構成，如圖1-1所示，用于倆交錯軸之間傳遞運動和載荷，通常作為減速裝置傳遞中、小功率。與齒輪傳動相比

3、，蝸桿傳動具有傳動比大而結構緊湊（在一般動力傳動中傳動比i=1080，在分度機構中傳動比i可達1000），運轉平穩(wěn)，噪聲小，且不需要其他輔助機構即能獲得反行程自鎖等優(yōu)點。但傳動的傳動效率低，制造成本高（為了提高耐熱性和耐磨性，蝸輪齒圈往往要用價格昂貴的銅合金制造）等不利的因素是當前蝸桿傳動繼續(xù)研究和解決的問題。如今，國內的減速器多以齒輪、蝸輪蝸桿傳動為主，但普遍存在著 圖1-1功率與重量比小或傳動比大而機械效率過低的問題，另外材料的品質和工藝水平還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更為突出，使用壽命不長。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占優(yōu)勢，減速器工作可

4、靠性好，使用壽命長，但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題也未解決好。當今減速器向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。目前，在雙蝸輪蝸桿減速器的設計、制造以及應用上，國內與國外先進水平相比仍有較大差距。國內在設計制造蝸輪蝸桿減速器過程中存在著很大程度上的缺點，還有許多重要的問題如：輪齒的根切；蝸桿毛坯的正確設計；蝸輪蝸桿的校核。 所以我選擇了蝸桿設計的課題，即設計一套能夠生產的蝸輪蝸桿，并對其結構，工藝過程進行分析。要求在設計中能熟練使用ANSYS、AUTOCAD 等機械繪圖軟件，將大學學習的理論與實踐相結合，并得以進行鞏固和提高。此次畢業(yè)設計，將是我們在

5、大學期間最后一次的產品設計實踐，也將是我們綜合實力的大練兵。有助于我們專業(yè)知識的夯實，專業(yè)理論的運用，專業(yè)素質的培養(yǎng)。1.2課題設計意義蝸桿減速器是工業(yè)通用產品，廣泛用于工業(yè)生產的各個部分，用于對機械傳動的扭矩、方向、轉速及空間位置進行控制。一般由機體、傳動蝸輪蝸桿付、傳動軸及軸承等組成，是典型的通用機械產品。 本課題主要針對一組實用的基本技術參數， 進行二級蝸桿減速器設計。包括整體結構設計、主要零部件的設計等。并同時繪制裝配圖和部分零件圖。我國從20世紀60年代初開始，由第一機械工業(yè)部機械科學研究院開展平面蝸輪的研究工作，1964年合作研制成中心距為540mm的平面蝸輪副，用于30t的轉爐中

6、。目前我國已經成功研制成功中心距為1200mm和700mm的平面包絡環(huán)面蝸桿傳動裝置，而且利用計算機對蝸桿副齒形進行優(yōu)化設計選擇，用機械CAD對蝸桿副、減速器及蝸輪滾刀進行輔助設計，用環(huán)面蝸桿專用機床及獨特的工藝路線，對蝸桿及蝸輪滾刀進行與其成型原理完全一致的加工，不需任何的修形。齒輪減速器是一種廣泛用于國防、宇航、交通、建筑、冶金、建材、礦山等領域的重要裝備，20世紀80年代以來，世界齒輪減速器技術有了很大的發(fā)展，產品的發(fā)展總趨勢是小型化、高速化、低噪聲、和高可靠性，技術發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術、功率分支技術和模塊化設計技術。硬齒面技術就是采用優(yōu)質合金剛鍛件、滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，

7、磨齒精度不低于ISO1328-1975的6級，綜合承載能力為中硬齒面調質齒輪的35倍。一個中等規(guī)格的硬齒面減速器的重量僅為中硬齒面減速器的1/3左右，且噪聲低、效率高、可靠性高。其傳動的速度和功率范圍很大，傳動效率高，一對齒輪可達到9899%，互換性好裝配和維修較為方便，可進行變位切削及各種修形、修緣，從而提高傳動質量，在給類齒輪在應用最為廣泛。功率分支技術主要指形星及大功率齒輪箱的功率雙分支及多分支裝置，其核心技術是均衡，廣泛應運于冶金、礦山、電功、起重、運輸、石化、輕功機械等具有極強的通用性和互換性，大大極少了部件的制造程序，而且產品性能穩(wěn)定、合格率高、組裝方便、生產周期短、產品庫存率低、

8、綜合經濟效益高。模塊化設計技術已經成為齒輪減速器發(fā)展的一個主要方向，它在追求高性能的同時，盡可能減少零件及毛坯的品種規(guī)格和數量，以便組織生產、降低成本，獲得規(guī)模效益。同時采用基本零件，增加產品的形式和花樣，盡可能多的開發(fā)使用的變型設計或派生系列產品，能由一個通用系列派生多個專用系列，擺脫了傳統(tǒng)的單一有底座實心軸輸出的安裝方式。增加了空心軸輸出的無底座懸掛式、浮動支撐底座、電動機與減速器一體式連接、多方位安裝面等不同形式擴大了使用范圍。近十幾年來，由于計算機技術和數控技術的發(fā)展，CAD/CAM技術被廣泛應用機械設計和制造領域，是的機械加工精度、加工效率大大提高，從而推動了機械產品的多樣化，整機配

9、套的模塊化，標準化，以及造型設計藝術化，使產品更加精致美化。國內與國外相比，材料水平和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更為突出。對于國外技術而言雖然在材料和制造工藝方面占優(yōu)勢，工作可靠性高，使用壽命長，但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，傳動比大而效率低的問題仍然未解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率及使用壽命長的方向發(fā)展。2課題設計的主要內容這次設計的任務是設計蝸輪蝸桿減速器，進行某一零件的有限元分析以及繪制速度檢測及過力矩保護裝置圖，并繪出蝸輪蝸桿裝配圖、零件圖以及編寫設計說明書。2.1 主要內容 （1） 原始技術參數: 傳動功率: 1

10、2 KW 傳動比: 512.5 輸入轉速: 1000 r/min （2） 全面分析技術參數，制定結構方案；全面進行二級蝸桿減速器的技術設計。 （3） 要求的工作量： 設計說明書（字數至少1.2萬字，含插圖折合字數）； 繪制二級蝸桿減速器的裝配圖一張（A0）； 繪制部分零件的零件圖（A2或A3） 翻譯與課題有關的外文資料，譯文字數不少于2000字。2.2 具體內容 （1） 了解蝸輪蝸桿減速器的主要工作原理，確定合理的設計方案； （2） 完成減速器蝸輪蝸桿等傳動裝置及箱體的尺寸設計及校核，主要包括：傳動軸的設計校核，蝸輪蝸桿的設計、校核，軸承設計選用，箱體的設計等； （3） 繪制二級蝸桿減速器的裝

11、配圖一張,繪制部分零件的零件圖； （4） 速度檢測及過力矩保護裝置裝配圖； （5） 完成畢業(yè)設計論文的撰寫； （6） 某一零件的有限元計算。3設計方案3.1 設計難點與方案論證由于所學的專業(yè)知識偏機械制造的各種理論，對蝸輪蝸桿的具體設計知識涉及較少，加之沒有實習經驗，對此設計時有些方面理解或運用起來較為棘手。此次設計對各種知識的運用要求較高。蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。根據任務書要求及市場上已經成熟的該類產品，蝸輪減速器大致可分為兩大類，即臥式減速器和立式減速器。下面結

12、合這兩類產品的特點以及設計任務提出兩種方案。 （1） 傳動方案一方案一采用立式傳動，輸入軸和輸出軸之間成90°角，用于傳動復雜的機器中，體積小，結構簡單，安裝方便，如圖3-1。立式減速機主要用于起重機運行機構,也可用于運輸,冶金,礦山,化工,輕工等各種機械設備的運行機構中.齒輪,齒輪軸采用中碳合金剛中硬齒面,具有結構緊湊,承載能力較高等優(yōu)點。 圖3-1 方案一 （2） 傳動方案二方案二采用臥式傳動，輸入軸和輸出軸之間平行，結構簡單，制造容易，安裝方便，如圖3-2。臥式減速機在正常情況下采用油池潤滑，油面高度保持在視油窗的中部即可，在工作條件惡劣，環(huán)境溫度處于高溫時可采用循環(huán)潤滑。采用

13、多級傳動，減速比更大。結構緊湊體積小，輸入軸輸出軸在同一軸心線上，使其機型獲得盡可能小的尺寸。 圖3-2 方案二 3.2 設計方法與方案確定 這個方法是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數學和物理公式為基礎的。在以后將要完成的論文中，首先，對蝸輪蝸桿作了簡單的介紹，接著，闡述了蝸輪蝸桿的設計原理和理論計算。然后按照設計準則和設計理論設計了蝸輪蝸桿減速器。接著對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計代表了蝸輪蝸桿設計的一般過程。對其他的蝸輪蝸桿的設計工作也有一定的價值。在設計中，同時會對蝸輪減速器的相關零件進行建模和仿真，充分運用現代進行設計方法中的并行設計，既節(jié)省了設計，又保證了設計的質

14、量。 蝸輪蝸桿的設計思路圖見下一頁。 了解減速器的工作原理，確定合理的設計方案。蝸輪、蝸桿的設計、計算及校核，軸的結構設計及選用 軸承的設計、校核及選用，減速器箱體的設計。蝸桿減速器的相關 參數設計蝸輪、蝸桿的建模，軸的建模。軸承的建模，減速器箱體的建模。蝸桿減速器的建模通過對機構運動的分析，判斷設計正確與否蝸桿減速器的仿真 （1） 根據設計要求,以及對3.1中兩種方案的比較，確定傳動布置方案,如圖3-3。 （2） 方案優(yōu)缺點 傳動平穩(wěn)，振動沖擊和噪聲均很小。 傳動比大，結構緊湊，蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。 能實現傳動自鎖，蝸輪不能反向驅動蝸桿，可以保證安全

15、。 傳動效率較低，磨損較嚴重，蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴重、發(fā)熱嚴重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高。 圖3-3 傳動布置方案 （3） 創(chuàng)新點目前的蝸輪減速器大多只是單一的機械產品，從動能輸入到動能輸出，即整個傳動控制系統(tǒng)是開環(huán)的，沒有反饋系統(tǒng)，而本次所設計的減速器功率較大，主要用于大型工程機械產品?？紤]到工作環(huán)境的影響，可能存在負載過大的情況。當負載過大時，在沒有反饋控制的情況下，會對電機及蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)造成重大的損害，極大的影響了蝸輪減速器的壽命

16、。根據這一可能的情況，本次設計對這種情況作了相應的電氣方面的設計，即在動力輸出端（電動機軸）與減速器輸入軸之間設置了過力矩保護裝置，當負載過大時，用電氣控制元件切斷電機，保護系統(tǒng)。根據這一設想，提出了兩種方案。方案一如圖3-4所示。 圖3-4 方案一過力矩保護裝置該裝置局部放大圖，如圖3-5所示。 圖3-5 局部放大圖 該裝置思路是可行的，當出現成負載過大時，電動機軸與減速器輸入軸之間尊在相對角位移，利用齒輪與齒圈的嚙合將相對角位移放大，然后利用位移傳感器將檢測到的相對角位移轉化電信號輸入到控制裝置，然后控制裝置輸出相應的使電機停車的信號使電機停止轉動，起到保護傳動系統(tǒng)的作用。但是考慮到該減速

17、器用于功率較高，工作環(huán)境較惡劣，聯軸器的尺寸也較大，故過力矩保護裝置的尺寸也較大，這樣會使得由于機械裝置產生的誤差會對需要檢測的相對角位移大產生很大的影響，甚至會使機器無法工作。針對這一可能出現的問題先提出第二種方案。 方案二如圖3-6所示。 圖3-6 方案二過力矩保護裝置該裝置相比于方案一有了更大的改進，采用接近開關與光電碼盤測速和保護機械傳動系統(tǒng)，省去了過多的機械結構，測量精度大大提高，工作更可靠。當負載在正常范圍內時，即n1與n2相等，減速器正常工作，接近開關與光電碼盤起測速作用；當負載過大時，即n1n2時，凸緣聯軸器兩邊的接近開關測得的相應軸的轉速不相等，這時接近開關向PLC控制裝置發(fā)

18、出信號，PLC經過運算和判斷向電機發(fā)出停車的信號，起到保護傳動系統(tǒng)的作用。下面對這一測速原理作簡單的介紹。在一定時間間隔內，對光電碼盤輸出脈沖數進行計數，并計算出轉速。假設與電動機同軸連接的光電碼盤每旋轉一周，輸出脈沖數為P，電機的轉速為n(r/min)，檢測時間為t(s)，在t內的計數脈沖數為m，則電機的轉速n1為：n 1= 60m/pt，同理，測得的減速器輸入軸的轉速n2為： n2 = 60m/pt顯然方案二比方案一更好，結構簡單，檢測精度高，工作更加穩(wěn)定，壽命更長，既能測速又能起到過載保護的作用，最終確定過力矩保護裝置為方案二。 （4） 減速器的設計程序 原動機的類型、規(guī)格、轉速、功率（

19、或轉矩）、啟動特性、短時過載能力、轉動慣量等。 工作機械的類型、規(guī)格、用途、轉速、功率（或轉矩）。工作制度：恒定載荷或變載荷，變載荷的載荷圖；啟、制動與短時過載轉矩，啟動頻率；沖擊和振動程度；旋轉方向等。 原動機與減速器的聯接方式，軸伸是否有徑向力及軸向力。 安裝型式（減速器與原動機、工作機的相對位置、立式、臥式）。 傳動比及其允許誤差。 對尺寸及重量的要求。 對使用壽命、安全程度和可靠性的要求。 環(huán)境溫度、灰塵濃度、氣流速度和酸堿度等環(huán)境條件；潤滑與冷卻條件（是否有循環(huán)水、潤滑站）以及對振動、噪聲的限制。 對操作、控制的要求。 材料、毛坯、標準件來源和庫存情況。 制造廠的制造能力。 對批量、

20、成本和價格的要求。 交貨期限。上述前四條是必備條件，其他方面可按常規(guī)設計，例如設計壽命一般為5年，用于重要場合時，可靠性應較高等。 選定減速器的類型和安裝型式。 初定各項工藝方法及參數:選定性能水平，初定齒輪及主要機件的材料、熱處理工藝、精加工方法、潤滑方式及潤滑油品。 確定傳動級數:按總傳動比，確定傳動的級數和各級的傳動比。 定幾何參數:初算齒輪傳動中心距（或節(jié)圓直徑）、模數及其他幾何參數。 整體方案設計:確定減速器的結構、軸的尺寸、跨距及軸承型號等。 校核；校核齒輪、軸、鍵等負載件的強度，計算軸承壽命。 潤滑冷卻計算 以上設計過程是一般減速器都適用的，具有普遍適用性，但本次本次設計會根據實際設計內容減少部分過程，同時也會增加其他的過程，一切以實際設計為主。 4實施計劃 （1） 2014-2015第一學期: 18-21周：熟悉課題，查閱和收集有關中英文資料，了解蝸輪減速器的工作原理。翻譯外文文獻，撰寫開題報告。 （2） 2014-2015第二學期： 1周：開題報告答辯。 1-7周：根據擬定的課題實施方案，進行深入研究，對所設計的蝸輪減速器裝置使用功能進行分析根據任務書提供的資料計算減速機的基本尺寸等。根據基本尺寸繪制主要零部件和總體裝配草圖。 8-10周：檢查所有的計算結果，確保計算結果的正確性。編寫設計計算說明