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
0cos 3)1(][21
12131122≥-+β?σT K Z M i Y n Fa d F 低速级小、大齿轮的齿根弯曲强度条件为:
0cos 3)1(][22
22232233≥-+β?σT K Z M i Y n Fa d F 0cos 3)1(][22
22232244≥-+β?σT K Z M i Y n Fa d F 式中
1][ωσ、2][ωσ、3][ωσ、4][ωσ分别是齿轮1234,,,Z Z Z Z 的许用弯曲应力 1Fa Y ,2Fa Y ,3Fa Y ,4Fa Y 分别是齿轮1234,,,Z Z Z Z 的齿形系数
约束函数：
0102099.1cos )(3533316631≤?-=-x x x x X g 高速级齿轮接触强度条件
0107081.3cos )(3432663252≤?-=-x x x x X g 低速级齿轮接触强度条件
0)1(104876.4cos )(233153623≤+?-=-x x x x X g 高速级大齿轮弯曲强度条件
0)4.9(106308.1cos )(24325362254≤+?-=-x x x x x X g 低速级大齿轮弯曲强度条件
0)4.9(]cos )50(2[)(5425316155≤+--+=x x x x x x x x x X g 大齿轮与轴不干涉 边界约束：
（1）不干涉条件2322111(1)2cos (5)0n n n m Z i m m Z i β+-+-≥
（2）不根切条件17cos 3min ≥=β
Z Z （3）动力传动模数126n m ≤≤；226n m ≤≤
（4）圆柱齿轮传动比36i ≤≤
约束函数：
02)(16≤-=x X g 06)(17≤-=x X g 高速级齿轮副模数的下限和上限 02)(28≤-=x X g 06)(29≤-=x X g 低速级齿轮副模数的下限和上限 014)(310≤-=x X g 022)(311≤-=x X g 高速级小齿轮齿数的下限和上限 016)(412≤-=x X g 022)(413≤-=x X g 低速级小齿轮齿数的下限和上限
0503.2)(514≤-=x X g 0689.2)(515≤-=x X g 高速级传动比的下限和上限 （根据i 1≈(1.3~1.5)i 2计算可得）
08)(616≤-=x X g 015)(617≤-=x X g 齿轮副螺旋角的下限和上限 （一般取8゜~15゜）
三、编制优化设计的M 文件
%两级锥齿轮减速器总中心距目标函数
function f=jsqyh_f(x);
hd=pi/180;
a1=x(1)*x(3)*(1+x(5));
a2=x(2)*x(4)*(1+9.4/x(5));
cb=2*cos(x(6)*hd);
f=(a1+a2)/cb;
%两级锥齿轮减速器优化设计的非线性不等式约束函数
function[g,ceq]=jsqyh_g(x);
hd=pi/180;
g(1)=cos(x(6)*hd)^3-1.2099e-6*x(1)^3*x(3)^3*x(5);
g(2)=x(5)^2*cos(x(6)*hd)^3-3.7081e-6*x(2)^3*x(4)^3;
g(3)=cos(x(6)*hd)^2-4.4876e-3*(1+x(5))*x(1)^3*x(3)^2;
g(4)=x(5)^2.*cos(x(6)*hd)^2-1.6308e-3*(9.4+x(5))*x(2)^3*x(4)^2;
g(5)=x(5)*(2*(x(1)+50)*cos(x(6)*hd)+x(1)*x(2)*x(3))-x(2)*x(4)*(9.4+x(5)); ceq=[];
x0=[2;4;18;20;6.4;10];%设计变量的初始值
lb=[2;2;14;16;2.503;8];%设计变量的下限
ub=[6;6;22;22;2.689;15];%设计变量的上限
[x,fn]=fmincon(@jsqyh_f,x0,[],[],[],[],lb,ub,@jsqyh_g);
Disp '************两级锥齿轮传动中心距优化设计最优*************' fprintf(1,' 高速级齿轮副模数 Mn1=%3.4fmm\n',x(1)) fprintf(1,' 低速级齿轮副模数 Mn2=%3.4fmm\n',x(2)) fprintf(1,' 高速级小齿轮齿数 z1=%3.4fmm\n',x(3)) fprintf(1,' 低速级小齿轮齿数 z2=%3.4fmm\n',x(4)) fprintf(1,' 高速级齿轮副传动比 i1=%3.4fmm\n',x(5)) fprintf(1,' 齿轮副螺旋角 beta=%3.4fmm\n',x(6)) fprintf(1,' 减速器总中心距 a12=%3.4fmm\n',fn)
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g1=%3.4fmm\n',g(1)) fprintf(1,' 低速级齿轮副接触疲劳强度约束函数g2=%3.4fmm\n',g(2)) fprintf(1,' 高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g3=%3.4fmm\n',g(3)) fprintf(1,' 低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g4=%3.4fmm\n',g(4))
fprintf(1,' 大齿轮顶圆与轴不干涉几何约束函数g5=%3.4fmm\n',g(5)) 四、M文件运行结果
************两级锥齿轮传动中心距优化设计最优************* 高速级齿轮副模数 Mn1=4.0205mm
低速级齿轮副模数 Mn2=5.6497mm
高速级小齿轮齿数 z1=16.9830mm
低速级小齿轮齿数 z2=20.8259mm
高速级齿轮副传动比 i1=2.5030mm
齿轮副螺旋角 beta=8.9317mm
减速器总中心距 a12=404.2589mm
==========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g1=-0.0000mm
低速级齿轮副接触疲劳强度约束函数g2=-0.0000mm
高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g3=-293.6936mm
低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g4=-1512.0868mm
大齿轮顶圆与轴不干涉几何约束函数g5=-167.7832mm
五、优化结果处理
************两级锥齿轮传动中心距优化设计最优************* 高速级齿轮副模数 Mn1=4mm
低速级齿轮副模数 Mn2=6mm
高速级小齿轮齿数 z1=17mm
低速级小齿轮齿数 z2=21mm
高速级齿轮副传动比 i1=2.5mm
齿轮副螺旋角 beta=8.9317mm
减速器总中心距 a12=430mm
==========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g1=-0.0000mm
低速级齿轮副接触疲劳强度约束函数g2=-0.0000mm
高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g3=-293.6936mm
低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数g4=-1512.0868mm
大齿轮顶圆与轴不干涉几何约束函数g5=-167.7832mm
第三章 二级圆柱齿轮减速器的优化设计 3．1 减速器的数学模型 二级圆柱齿轮减速器的装配形式按输入轴和输出轴伸出端的不同可分为好几种类别。现选取其中异端输出的方式进行优化设计。 其装配简图如图3－1所示： 已知参数为传动比i (T ｒansmiss ｉonRatio ）,输入功率P ｋw(In ｐutEfficiency ），主动齿轮转速ｎ r/min （In ｉｔia ｔiveG ｅa ｒRo ｔa ｔion ａｌSpeed),求在零件的强度和刚度得大齿轮选用腹板结构的齿轮 （如图3-２所示）)
? ? ? 轮宽度 B m ｍ (ＧearWi ｄth)腹板式结构的齿轮体积为： () () () 2222222 0340320.30.364 4 44 dcl B B B V D D D D D D D B ππππ=-+-+--?? 小齿轮均采用实心结构(如图3-３所示） 实心结构齿轮的体积为: ()2214 xcl b V d d π=-? 轴一的体积为：21114 zhou zhou V d l π = 轴二的体积为：22224 zhou zhou V d l π = 轴三的体积为：23334 zhou zhou V d l π = 由于齿轮和轴的尺寸是决定减速器总成大小和质量的原始依据,因此可按它们的体积之和为最小的原则来建立目标函数,而不考虑箱体和轴承的体积或质量。根据以上所述,则齿轮及轴的体积和可近似的表达为
()()()()()()123 123 221222222203403222122040.30.36 444444all cl zhou cl cl zhou zhou zhou xcl dcl xcl dcl zhou zhou zhou V V V V V V V V V V V V V V V b d d B B B D D D D D D D B b d d B D D D πππππ ππI II I I II II I I I I I I I I I I I I I II II II II II II =+=++++=++++++=-? +-+-+--??+-? +-+()()22222340322221122330.30.36 444 444zhou zhou zhou B B D D D D B d l d l d l πππ πππ II II II II II II II -+--??+++ 公式中: ()003 120334 582 0.31.6b B d m z D m z i D m z i m D D D D D D D D I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I =+===-+==-= i i i II I = ? () 003 12 0334 582 0.31.6b B d m z D m z i D m z i m D D D D D D D D II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II =+===-+==-=
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
1 前言 (2) 1.1复合形法减速器优化设计的意义 (2) 1.1．1 机械优化设计与减速器设计现状 (2) 1.1.2优化设计的步骤 (3) 1.1.3减速器优化设计的分析 (5) 1.1.4减速器的研究意义与发展前景 (6) 1.2国内外发展状况 (7) 1.2.1、国内减速器技术发展简况 (7) 1.2.2、国内减速器技术发展简况 (8) 1.3论文的主要内容 (9) 2 齿轮啮合参数优化设计的数学模型的建立 (9) 2.1设计变量的确定 (9) 2.2目标函数的确定 (10) 2.3约束条件的建立 (11) 3优化设计方法-复合形法调优 (12) 3.1复合形法介绍 (12) 3.2复合形法计算步骤 (13) 3.3单级圆柱齿轮减速器复合形法FORTRAN优化目标函数和约束函数子程序 (14) 3.4优化结果 (16) 4 减速器的常规设计 (16) 4.1减速器的结构与性能介绍 (16) 4.2.带传动零件的设计计算 (17) 4.3齿轮的设计计算及结构说明 (18) 4.4.联轴器的选择 (21) 4.5.轴的设计及校核 (21) 4.5.1.从动轴结构设计 (21) 4.5.2.主动轴的设计 (22) 4.5.3.危险截面的强度校核 (23) 4.6.键的选择及校核 (25) 4.7.轴承的选择及校核 (25) 4.8.减速器润滑方式、密封形式 (25) 4.8.1.密封 (26) 4.8.2．润滑 (26) 5优化结果分析 (26) 6减速器3D简略设计过程（UG） (26)
6.1.减速器机盖设计 (26) 6.2减速器机座设计 (28) 6.3轴的设计 (28) 6.3.1传动轴的设计 (28) 6.3.2齿轮轴的设计 (29) 6.4齿轮的设计 (30) 6.5轴承的设计（以大轴承为例） (32) 6.5减速器的装配（其它零部件说明省略） (33) 7 总结 (34) 8 参考文献 (35) 9 致谢 (36) 1 前言 1.1 复合形法减速器优化设计的意义 1.1．1 机械优化设计与减速器设计现状 机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，利用电子计算机为计算工具，寻求最优化设计参数的一种现代设计方法。 实践证明，优化设计是保证产品具有优良的性能、减轻重量或体积、降低成本的一种有效设计方法。 机械优化设计的过程是首先将工程实际问题转化为优化设计的数学模型，然后根据数学模型的特征，选择适当的优化设计计算方法及其程序，通过计算机求得最优解。 概括起来，最优化设计工作包括两部分内容： （1）将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式。 （2）采用适当的最优化方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件（例如约束条件）下求目标函数的极值或最优值问题。 减速器作为一种传动装置广泛用于各种机械产品和装备中，因此，提高其承载能力，延长使用寿命，减小其体积和质量等，都是很有意义的，而目前在二级传
优秀设计 目录 一设计任务 (1) 二设计方案分析 (2) 三原动件的选择 (4) 四机构运动分析与动力参数选择与计算 (5) 五齿轮的设计及校核 (8) 六轴的设计及校核 (16) 七轴承的选择及校核 (24) 八花键的设计及校核 (29) 九减速器机体结构设计 (32) 十润滑与密封 (33) 十一小结 (34) 十二参考文献 (35)
180t运梁车三级减速器设计 一、设计任务 运梁车载重量180T，车辆自身质量（含拖梁小车）约15T，合计195T，空载时行驶速度为3-4km/h,满载时行驶最低速度0.8-0.9km/h，装载最大爬坡能力6%，根据轴线布置需要考虑运梁车通过的路基和桥涵结构的允许承载能力、与架桥机相适应的车身型式、以及运梁车的其它用途等多种因素，设计载荷分配为前桥25%，中桥38.5%,后桥36.5% 。 运梁车在施工作业中，运行速度低、运输距离短，车辆在桥面行驶时要求行驶路线精确，不允许发生较大偏差而对桥梁造成损坏，整车运行过程平稳。该车设计使用寿命为十年，检修间隔期为四年一次大修，二年一次中修，一年一次小修。平均每天实际工作只有四个小时左右。工作环境：室外常温，灰尘较大。 运梁车的动力和传动系统是整车的核心设计部分，要求该车传动路线图如下所示： 变速器采用是标准件，且当它为最低档为时传动比i变=6.4； 减速器Ⅰ要自行设计，是该课题的主要任务，采用展开式二级以上闭式齿轮传动，允许速度误差为5%，保持中心距a>=300mm., 能够挂倒档，以保证运梁车倒车时能保持前进时相同的速度，提高工作效率； 减速器Ⅱ采用单级开式斜齿轮传动，传动比iⅡ=2.03， 驱动桥采用东风—140，总传动比i驱=38/6=6.33； 轮胎处采用一对单级开式直齿轮传动，传动比i胎=86/14=6.14。
机械设计基础课程设计 ——单级斜齿轮圆柱齿轮减速器 学校：海洋大学 专业：轮机工程 学号：1703130103 姓名：*** 指导教师：丽娟
10年，单班制工作，输送带允许误差为5%。 设计工作量： 1.设计计算说明书1份（A4纸20页以上，约6000-8000字）； 2.主传动系统减速器装配图（主要视图）1（A2图纸）； 3.零件图（轴或齿轮轴、齿轮）2（A3图纸）。 专业科：斌教研室：郭新民指导教师：锋开始日期 20**年5月 5日完成日期20**年 6月 30 日
第一节设计任务 设计任务：设计一带式输送机用单级圆柱齿轮减速器。已知输送拉力F=1200N，带速V=1.7m/s，传动卷筒直径D=270mm。由电动机驱动，工作寿命八年（每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 设计工作量： 1、减速器装配图1（A0图纸） 2、零件图2（输出轴及输出轴上的大齿轮A1图纸）（按1：1比例绘制） 3、设计说明书1份（25业）
第二节 、传动方案的拟定及说明 传动方案如第一节设计任务书（a ）图所示，1为电动机，2为V 带，3为机箱，4为联轴器，5为带，6为卷筒。由《机械设计基础课程设计》表2—1可知，V 带传动的传动比为2~4，斜齿轮的传动比为3~6，而且考虑到传动功率为 KW ，属于小功率，转速较低，总传动比小，所以选择结构简单、制造方便的单级圆柱斜齿轮传动方式。 第三节 、电动机的选择 1.传动系统参数计算 (1) 选择电动机类型. 选用三相异步电动机,它们的性能较好,价廉,易买到,同步转有3000,1500,1000,750r/m 四种,转速低者尺寸大; 为了估计动装置的总传动比围，以便选择合适的传动机构和拟定传动方案，可先由已知条件计算起驱动卷筒的转速n w 经过分析，任务书上的传动方案为结构较为简单、制造成本也比较低的方案。 （2）选择电动机 1）卷筒轴的输出功率Pw 2）电动机的输出功率Pd P ＝P /η 传动装置的总效率 η＝滑联齿轮滚带 ηηηηη????2 ＝0.96×0.98×0.98×0.99×0.96＝0.86 故P ＝P /η=2.125/0.86=2.4KW 单级圆柱斜齿轮传动 P =2.4KW 12000.75 2.12510001000 FV Pw kw ?===w 601000601000 1.7 n 120.3/min 3.14270v r D ???===?πw n 120.3/min r = 2.125Pw kw =
机械系统创新设计综合实践 设计说明书 姓名：李时召 班级：机电1104 学号：11221098 指导教师：杜永平、李德才 日期：2014.1.9
目录 0. 设计题目及要求 (3) 1. 传动装置的总体设计 (4) 1.1 传动方案的确定 (4) 1.2 电动机的选择 (5) 1.3 传动比的计算及分配 (7) 1.4传动装置的运动和动力参数的计算 (7) 2.齿轮的设计和计算 (9) 2.1 高速级齿轮传动的设计计算 (9) 2.2中速级齿轮设计计算 (11) 2.3低速级齿轮设计计算 (14) 3.轴的设计与计算 ........................................................................................................................ .17 3.1Ⅰ轴的设计.. (18) 3.2 Ⅱ轴的设计计算 (19) 3.3 Ⅲ轴的设计计算 (20) 3.4Ⅳ轴的设计 (21) 4.轴承的校核 (23) 4.1 (23) 4.2 (23) 5.联轴器的选择 (24) 5.1输入端联轴器. ............................................................................................................... (24) 5.2输出端联轴器 (24) 6.箱体设计与减速器的润滑 (25) 6.1箱体的参数设计 (25) 6.2减速器的润滑 (26) 7. 经济性分析 (26) 8. 设计心得 (27) 9. 参考文献 (27)
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
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 。
设计题目：三级减速器的设计 专题（论文）题目： 摘要 减速器是一种由封闭在箱体内的齿轮，蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置，装在原动机和工作机之间用来改变轴的转速与转矩，以适应工作机需要。减速器结构紧凑，传动效率高，使用维护方便，因而在工业中应用广泛。 减速器的结构随其类型和要求的不同而异，一般由齿轮，轴，轴承，箱体和附件等组成。对于即将毕业的学生来说，本次设计的最大成果就是：综合运用机械设计、机械制图、机械制造基础、金属材料与热处理、公差与技术测量、理论力学、材料力学、机械原理、计算机应用基础以及工艺、夹具等基础理论、工程技术和生产实践知识。掌握机械设计的一般程序、方法、设计规律、技术措施，并与生产实习相结合，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，具备了机械传动装置、简单机械的设计和制造的能力，还煅练了学生自觉学习软件的能力。 关键词：减速器,设计,制造
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (5) 1.1 减速器的发展现状 (5) 1.1.1 我国减速器的发展现状 (5) 1.1.2 国外减速器的发展现状 (5) 1.2 减速器的发展趋势 (6) 1.3 本文研究对象及意义 (7) 1.3.1 本文研究对象 (7) 第2章传动装置总体设计 (9) 2.1 设计任务 (9) 2.1.1 设计任务和要求 (9) 2.1.2 原始数据 (9) 2.2 确定传动方案 (9) 2.3 选择电动机和传动比的分配 (10) 2.3.1 确定电动机功率 (10) 2.3.2 分配各级传动比 (10) 2.4 传动系统的运动和动力参数计算 (10) 2.4.1 各轴的转速 (10) 2.4.2 各轴输入转矩 (11)
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。
1 绪论 通过查阅一些文献我们可以了解到带式传动装置的设计情况，为我所要做的课题确定研究的方向和设计的容。 1.1 带传动 带传动是机械设备中应用较多的传动装置之一，主要有主动轮、从动轮和传动带组成。工作时靠带与带轮间的摩擦或啮合实现主、从动轮间运动和动力的传递。 带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振及过载打滑以保护其他零件的优点。 1.2圆锥-圆柱齿轮传动减速器 YK系列圆锥-圆柱齿轮传动减速器适用的工作条件：环境温度为-40～40度；输入轴转速不得大于1500r/min,齿轮啮合线速度不大于25m/s，电机启动转矩为减速器额定转矩的两倍。YK系列的特点：采用一级圆弧锥齿轮和一、二、三级圆柱齿轮组合，把锥齿轮作为高速级（四级减速器时作为第二级），以减小锥齿轮的尺寸；齿轮均采用优质合金钢渗碳淬火、精加工而成，圆柱齿轮精度达到 GB/T10095中的6级，圆锥齿轮精度达到GB/T11365中的7级；中心距、公称传动比等主要参数均采用R20优先数系；结构上采用模块
式设计方法，主要零件可以互换；除底座式实心输出轴的基本型外，还派生出输出轴为空心轴的有底座悬挂结构；有多中润滑、冷却、装配型式。所以有较大的覆盖面，可以满足较多工业部门的使用要求。 减速器的选用原则：（1）按机械强度确定减速器的规格。减速器的额定功率P1N 是按载荷平稳、每天工作小于等于10h、每小时启动5次、允许启动转矩为工作转矩的两倍、单向运转、单对齿轮的接触强度安全系数为1、失效概率小于等于1%等条件算确定.当载荷性质不同，每天工作小时数不同时，应根据工作机载荷分类按各种系数进行修正.减速器双向运转时，需视情况将P1N乘上0.7～1.0的系数，当反向载荷大、换向频繁、选用的可靠度K R较低时取小值，反之取大值。功率按下式计算：P2m=P2*K A*K S*K R ，其中P2 为工作功率；K A 为使用系数； K S 为启动系数； K R 为可靠系数。（2）热功率效核.减速器的许用热功率P G适用于环境温度20℃，每小时100%连续运转和功率利用律（指P2/P1N×100%）为100%的情况，不符合上述情况时，应进行修正。（3）校核轴伸部位承受的径向载荷。 2结构设计 2.1V带传动
《机械设计》课程设计计算说明书设计题目：二级圆柱齿轮减速器
目录 第一章减速器概述 (1) 1.1 减速器的主要型式及其特性 (1) 1.2 减速器结构 (2) 1.3 减速器润滑 (3) 第二张减速箱原始数据及传动方案的选择 (5) 2.1原始数据 (5) 2.2传动方案选择 (5) 第三章电动机的选择计算 (8) 3.1 电动机选择步骤 (8) 3.1.1 型号的选择 (8) 3.1.2 功率的选择 (8) 3.1.3 转速的选择 (9) 3.2 电动机型号的确定 (9) 第四章轴的设计 (11) 4.1 轴的分类 (11) 4.2 轴的材料 (11) 4.3 轴的结构设计 (12) 4.4 轴的设计计算 (13) 4.4.1 按扭转强度计算 (13) 4.4.2 按弯扭合成强度计算 (14) 4.4.3 轴的刚度计算概念 (14) 4.4.4 轴的设计步骤 (15) 4.5 各轴的计算 (15) 4.5.1高速轴计算 (15) 4.5.2中间轴设计 (17) 4.5.3低速轴设计 (21) 4.6 轴的设计与校核 (23) 4.6.1高速轴设计 (23) 4.6.2中间轴设计 (24) 4.6.3低速轴设计 (24)
4.6.4高速轴的校核 (24) 第五章联轴器的选择 (26) 5.1 联轴器的功用 (26) 5.2 联轴器的类型特点 (26) 5.3 联轴器的选用 (26) 5.4 联轴器材料 (27) 第六章圆柱齿轮传动设计 (29) 6.1 齿轮传动特点与分类 (29) 6.2 齿轮传动的主要参数与基本要求 (29) 6.2.1 主要参数 (29) 6.2.2 精度等级的选择 (30) 6.2.3 齿轮传动的失效形式 (30) 6.3 齿轮参数计算 (31) 第七章轴承的设计及校核 (40) 7.1 轴承种类的选择 (40) 7.2 深沟球轴承结构 (40) 7.3 轴承计算 (41) 第八章箱体设计 (43) 第九章设计结论 (44) 第使章设计小结 (45) 第十一章. 参考文献 (46) 致谢 (47)
最小体积二级圆柱齿轮减速器的最优设计 如图所示的二级斜圆柱齿轮减速器，高速轴输入功率P1 = 5.0kw，高速轴转速n1 = 1940rpm，总传动比iΣ= 31.5，此轮的齿宽系数ψa= 0.4；齿轮材料和热处理大齿轮45号钢正火HB = 187~207，小齿轮45号钢调质HB = 228~255.总工作时间不少于10年。要求按总中心距aΣ最小来确定总体方案中的各个主要参数。 减速器的总中心距计算公式为 aΣ= a1 + a2 = 1 2cosβ[m n1Z1(1+i1) + m n2Z3(1 + i2)] 式中m n1，m n2——高速级与低速级的齿轮法面模数，mm i1，i2——高速级与低速级传动比 Z1，Z3——高速级与低速级小齿轮齿数 β——齿轮的螺旋角 1. 选取设计变量 计算总中心距涉及的独立参数有，故取 X = [m n1，m n2，Z1，Z3，i1，β]T = [x1,x2,x3,x4,x5,x6]T 2. 建立目标函数 f(X) = [x1x3 (1+x5) + x2x4 (1 + 31.5/ x5)]/(2cos x6) 3. 确定约束条件 （1）确定约束条件的上下界限 从传递功率与转速可估计 2≤m n1≤7 标准值（2，2.5，3，4，5） 2≤m n2≤9 标准值（3.5，4，5，6） 综合考虑传动平稳、轴向力不可太大，能满足短期过载，高速级与低速级大齿轮浸油深度大致相近，轴齿轮的分度圆尺寸不能太小等因素，取： 16≤Z1≤24 18≤Z3≤24 5.8≤i1≤7 80≤β≤150 由此建立12个不等式约束条件式 g1(X) = x1– 2 ≥0 g2(X) = 7 –x1≥0 g3(X) = x2– 4.5≥0 g4(X) = 9 –x2≥0 g5(X) = x3– 16≥0 g6(X) = 24 –x3≥0 g7(X) = x4– 18≥0 g8(X) = 24 –x4≥0 g9(X) = x5– 5.8≥0 g10(X) = 7 –x5≥0 g11(X) = x6–0.1396≥0
《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
机械设计课程设计
目录 一、确定传动方案 (7) 二、选择电动机 (7) 一、选择电动机 (7) 二、计算传动装置的总传动比并分配各级传动比 (9) 三、计算传动装置的运动参数和动力参数 (9) 三、传动零件的设计计算 (10) （1）普通V带传动 (10) （2）圆柱齿轮设计 (12) 四、低速轴的结构设计 (14) （1）轴的结构设计 (14) （2）确定各轴段的尺寸 (15) （3）确定联轴器的尺寸 (16) （4）按扭转和弯曲组合进行强度校核 (16) 五、高速轴的结构设计 (18) 六、键的选择及强度校核 (19) 七、选择校核联轴器及计算轴承的寿命……………………………………… 20 八、选择轴承润滑与密封方式 (22) 九、箱体及附件的设计 (22) （1）箱体的选择 (23) （2）选择轴承端盖 (24)
（3）确定检查孔与孔盖 (24) （4）通气孔 (24) （5）油标装置 (24) （6）螺塞 (24) （7）定位销 (24) （8）起吊装置 (25) （9）设计小结 (26) 十、参考文献 (27)
前言 设计目的:机械设计课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课。 课程设计则是机械设计课程的实践性教学环节，同时也是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的设计能力训练，其目的是： 一、课程设计目的 （1）通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用机械设计课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决机 械设计问题的能力。 （2）学习机械设计的一般方法，掌握机械设计的一般规律。 （3）通过制定设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件的工作能力，确定尺寸及掌握机械零件，以较全面的考虑制造工艺，使用和 维护要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件，机械传动装 置或简单机械的设计过程和方法。 （4）学习进行机械设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册、运用标准和规定。 二、课程设计内容 课程设计的内容主要包括：分析传动装置的总体方案；选择电动机；运动和
摘要 这次毕业设计是由封闭在刚性壳内所有内容的齿轮传动是一独立完整的机 构。通过这一次设计可以初步掌握一般简单机械的一套完整的设计及方法，构成 减速器的通用零部件。 这次毕业设计主要介绍了减速器的类型作用及构成等， 全方位的运用所学过 知识。如：机械制图，金属材料工艺学公差等以学过的理论知识。在实际生产中 得以分析和解决。减速器的一般类型有：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、齿 轮-蜗杆减速器、轴装式减速器、组装式减速器、轴装式减速器、联体式减速器。 在这次设计中进一步培养了工程设计的独立能力， 树立正确的设计思想掌握 常用的机械零件，机械传动装置和简单机械设计的方法和步骤，要求综合的考虑 使用经济工艺等方面的要求。确定合理的设计方案。 关键词：减速器 刚性 工艺学 零部件 方案
Summary This time graduate the design to have the contents a to design concerning the machine that decelerate the complets system. Decelerating the machine is a kind of from close to move in the rigid wheel gear in the hull is an independent complete organization .Pass thisa design can then the first step controls general simple a set of complete designs step and methods of the machine. This time graduate the design to introduce the type function of the deceleration machine and constitute the etc. primarily , made use of all-directionsly learned the knowledge .Such as:Machine graphics ,the metals material craft learns the theories knowledge that business trip etc.already learn. In actual production can analysis definitely reach agreement .The general type that decelerate the machine has:The cylinder wheel gear decelerates the machine ,cone wheel gear decelerates the machine ,wheel gear-cochlea pole decelerates the machine ,stalk park type decelerates machine ,assembles type decelerate machine ,couplet type decelerate machine ,couplet type decelerate machine . Further educated in this time design independent ability that engineering design, set up the right design thought controls the in common use machine spare parts ,the machine spread to move the device with the simple machine design of method with step ,the consideration that request synthesize usage the request of economic craft etc . make sure the reasonable design project . Key phrase: reducer rigidity technolic components/zeroporat Precent/project
二级斜齿圆柱齿轮减速机 优化设计 1. 题目 二级斜齿圆柱齿轮减速机。高速轴输入功率R=6.2kW ，高速轴转速n 1=1450r/min ，总传动比i Σ=31.5，齿轮的齿宽系数Φa =0.4；齿轮材料和热处理；大齿轮45号钢正火硬度为187～207HBS ，小齿轮45号钢调质硬度为228～255HBS 。总工作时间不小于10年。要求按照总中心距最小确定总体方案中的主要参数。 2.已知条件 已知高速轴输入功率R=6.2kW ，高速轴转速n 1=1450r/min ，总传动比i Σ=31.5，齿轮的齿宽系数Φa =0.4。 3.建立优化模型 3.1问题分析及设计变量的确定 由已知条件求在满足使用要求的情况下，使减速机的总中心距最小，二级减速机的总中心距为： ()() 11123212112cos n n m z i m z i a a a β ∑+++=+= 其中 1 n m 、 2 n m 分别为高速级和低速级齿轮副的模数，1z 、3z 分 别为高速级和低速级小齿轮齿数，1i 、2i 分别为高速级和低速级传 动比，β为齿轮副螺旋角。所以与总中心距a ∑相关的独立参数为：1n m 、 2n m 、1z 、3z 、1i （2131.5i i =） 、β。则设计变量可取为： x=[1n m 2n m 1z 3z 1i β]T =[1x 2x 3x 4x 5x 6x ]T 3.2目标函数为 ()()()135********.52cos f x x x x x x x x =+++???? 为了减速机能平稳运转，所以必须满足以下条件： 12131253.56142216227815n n m m z z i β≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤、、、5.8、 3.3约束条件的建立