【正文】 方面，世界最大的德國西門子電氣公司，以及日本的東芝公司、川崎公司、德國的博士公司等，都有50年以上，以至100年以上的久遠(yuǎn)歷史，能滿足工程機(jī)械各種高技藝程度的電氣體系和電氣元件的請(qǐng)求。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強(qiáng)，系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動(dòng)支承底座、電動(dòng)機(jī)與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。 ② 采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。④ 加工精度提高到ISO5－6級(jí)?！? 自20世紀(jì)60年代以來，我國先后制訂了JB1130－70《圓柱齒輪減速器》等一批通用減速器的標(biāo)淮，除主機(jī)廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。 　 20世紀(jì)60年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20世紀(jì)40－50年代的技術(shù)制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB179－60的8－9級(jí)提高到GB10095－88的6級(jí)，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4－5級(jí)。 　　 我國自行設(shè)計(jì)制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達(dá)42000kW ，齒輪圓周速度達(dá)150m/s以上。 本文研究對(duì)象及意義 本文研究對(duì)象硬齒面減速機(jī)主要包括平行軸系列和垂直軸系列，平行軸減速器是按國家標(biāo)準(zhǔn)(GBl9004—88))生產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有國際八十年代先進(jìn)水平，它主要包括ZDY (單級(jí))、ZLY(兩級(jí))、ZSY(三級(jí))和ZFY(四級(jí))四大系列，垂直軸減速器是按國家標(biāo)準(zhǔn)(JB/T9002—1999)生產(chǎn)，用于輸入軸與輸出軸呈垂直方向布置的傳動(dòng)裝置，它主要包括DBY、DCY和DFY三大系列。主要有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：(1) 中心距，公稱傳動(dòng)比等主要參數(shù)均經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要零、部件互換性好。(4) 一般采用油池潤，自然冷卻，當(dāng)熱功率不能滿足時(shí)，可采用循環(huán)油潤滑或風(fēng)扇，冷卻盤管冷卻。ZSY硬齒面減速機(jī)(2)齒輪傳動(dòng)圓周速度不大于20米／秒。本文研究的對(duì)象是ZSY系列減速機(jī)的280型號(hào)，根據(jù)給定的材料對(duì)減速機(jī)整體各部分進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。 此減速機(jī)是三級(jí)展開式圓柱齒輪減速機(jī)，三級(jí)都是斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其基本參考數(shù)據(jù)如表11所示：表11名稱材料齒數(shù)齒寬模數(shù)mn螺旋角β分度圓直徑齒輪軸Ⅰ20CrMnTi25100mm413齒輪Ⅱ20CrMnTi6890mm413齒輪軸Ⅱ20CrMnTi25130mm413齒輪Ⅲ20CrMnTi88120mm413齒輪軸Ⅲ20CrMnTi25148mm613154mm齒輪Ⅳ20CrMnTi66138mm613406mm 本文研究意義ZSY圓柱齒輪減速機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用的減速機(jī)，具有廣泛的代表性。同時(shí)通過對(duì)減速機(jī)的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合各種專業(yè)知識(shí)，靈活運(yùn)用，培養(yǎng)設(shè)計(jì)者較為成熟的機(jī)械設(shè)計(jì)思想。2．傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求通過在廣泛查閱了大量有關(guān)文獻(xiàn)、吸收和消化目前對(duì)減速器的研究成果的基礎(chǔ)上，做以下的工作：a) 了解國產(chǎn)減速器的制造工藝和裝配工藝；b) 設(shè)計(jì)ZSY28025108Kw型減速器；c）利用三維造型軟件完成減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的三維及二維圖紙；d) 制定減速器的安裝、調(diào)試、使用及維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)文件； 原始數(shù)據(jù)該減速器低速級(jí)中心距為280mm，總傳動(dòng)比為25，輸出功率為108Kw。 確定傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)方案一般用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖表示。本課題減速器的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖21 選擇電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)比的分配 確定電動(dòng)機(jī)功率標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量以額定功率表示，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)不小于所需工作機(jī)的額定要求的功率。齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 圓柱斜齒輪齒輪傳動(dòng)效率 滾子軸承 則 η==Pd＝108/= Kw所以可以選擇YS6324型電動(dòng)機(jī)，其額定功率是180Kw，滿載轉(zhuǎn)速時(shí)1400 r/min 分配各級(jí)傳動(dòng)比 總傳動(dòng)比公式為i＝i*i*i，其中i＝25，根據(jù)傳動(dòng)比分配原則，初步假定i=，i=，i=。 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T== NmmT== Nmm T== Nmm T== Nmm式中， 對(duì)應(yīng)軸的轉(zhuǎn)矩。9)重合度系數(shù)Y及螺旋角系數(shù)YY= Y=b)設(shè)計(jì)計(jì)算1) 計(jì)算齒輪模數(shù)M=2)圓周速度:v==3)計(jì)算載荷系數(shù)K使用系數(shù)K=，傳動(dòng)載荷系數(shù)K=， 齒間載荷分配系數(shù)K=, 齒間載荷分布系數(shù)K= K= K K K K=4)校正并確定模數(shù) m=== 取m=4mc)計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸 1)中心距aa==232mm2) 螺旋角=133) 齒輪分度圓直徑d= =, d==4) 齒寬b= d==b=120 mmb= b+(5—10)=130mm 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 =a) 確定上公式各參數(shù)值 1) ==1500 Mpa2) K= K=3)計(jì)算許用接觸應(yīng)力 取S=1=K/ S==K/ S==(+)/2=1440Mpa4)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z= 5)重合度系數(shù)Z= 6)螺旋角系數(shù)Z== 7)材料系數(shù)Z= , Z=25 8)校核 ==1440 第三級(jí)傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 主要參數(shù) 大小齒輪均采用20CrMnTi，經(jīng)滲碳淬火，齒面硬度為58～62HRC，7級(jí)Z=25，Z=66，φ= ,β=13。b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是112 d = 單鍵槽增加5%——7%，所以d(—)mm，根據(jù)工廠實(shí)際情況，這里取d=53mm。b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d， d = 單鍵槽增加5%——7%，所以d(—)mm，所以d=70mm2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T=3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖44 d=70mm, d= d+10=80mm, d= d+2a= d+2(—)d=—96，這里取d=94mm, d=78mm, d= 70mm 查軸承樣本，選用型號(hào)為30314單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑分別為d=70 mm，外徑D=150 mmL=35mm, L=108mm, L=105mm, L=7mm, L=T=35mm(T為軸承寬度)4)軸的受力分析如下圖 圖45L=T+( LT)+ L=54mm L= L+ L+ L+ L=224mm L= L+ L+ L=107mm5)軸的校核F==16031 NF= Ftan/cos=5988N F= Ftan=3701 NF==43603 NF= Ftan/cos=16288 N F= Ftan=10067 N R=( F L+ F L) /L=25901 NR=33733 NM= R L=1398654 Nmm M= RL=360946 NmmR==3305 NR=8239N M=R L=178470 Nmm M= F L+R L=921403 Nmm M= R L=881573 Nmm M= R L F L=422522 Nmm M==1409995Nmm M==1674878 Nmm M==952603Nmm M==555704 Nmm圖46d）齒輪軸的彎扭合成強(qiáng)度校核 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面D處的彎矩最大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中；截面C處的彎矩較大，且有齒輪配合引起的應(yīng)力集中?？紤]啟、停機(jī)影響，扭矩為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，α=, M==1646125 Nmm= M/W＜[]=90Mpa滿足要求。b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d， d= 單鍵槽增加5%——7%，所以d(103. 74—)mm，所以d=110mm2) 軸上轉(zhuǎn)矩 T= Nm3)軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示：圖47d= d= d=95mm, d= d+26=121mm, d= d+10=130mm ，d=120mm，L=137mm, L=58mm, L=7 mm, L=T=45 mm(T為軸承寬度) L=45 mm,查軸承樣本，選用型號(hào)為30319單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=95 mm，外徑D=200 mm。故這些都屬于危險(xiǎn)截面，應(yīng)進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核。 Ⅳ軸的設(shè)計(jì)a）軸材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理b)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）估算軸徑d，查表得軸的C值是97d =121mm 單鍵槽增加5%——7%，所以d(127—129)mm，根據(jù)工廠實(shí)際情況，這里取d=130mm。主要特點(diǎn)：①要求較高的制造和安裝精度，成本較高；②不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)；③低精度齒輪在傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)；　 影響齒輪壽命的因素基于上述講述的齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)，影響齒輪壽命的因素包括：① 大小齒輪齒數(shù)：齒數(shù)太少，不利于齒輪加工；齒數(shù)太多，齒輪傳動(dòng)中輪齒嚙合次數(shù)多，齒輪磨損大，減小齒輪的壽命。② 傳動(dòng)比：因?yàn)閭鲃?dòng)比是由一對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)比決定的，所以傳動(dòng)比影響到齒數(shù)，從而影響到齒輪的壽命。因此，適合制造齒輪的材料有很多，最常用的是鍛鋼，其次是鑄鋼、鑄鐵，此外還有非金屬材料等，例如工程塑料。增大壓力角。⑤ 模數(shù)：對(duì)于一般傳動(dòng)模數(shù)2mm。因此應(yīng)合理選擇齒寬系數(shù)。 齒輪傳動(dòng)的實(shí)效形式 齒輪傳動(dòng)出現(xiàn)不同失效形式的原因在實(shí)際的應(yīng)用中，由于齒輪傳動(dòng)的方式有開式、半開式和閉式，齒面硬度有軟齒面、硬齒面，齒輪轉(zhuǎn)速有高與低，載荷有輕與重之分，所以齒輪常會(huì)出現(xiàn)各種不同的失效形式。這種現(xiàn)象稱為齒輪輪齒的失效。 齒輪傳動(dòng)的主要失效形式、造成的影響及預(yù)防措施輪齒的失效分為齒體損傷和齒面損傷。（1）輪齒折斷：是指齒輪的一個(gè)或多個(gè)齒的整體或局部的折斷，輪齒折斷有兩種：一種是疲勞折斷，另一種是過載折斷。2） 輪齒折斷的分類輪齒折斷有兩種：一種是疲勞折斷，另一種是過載折斷。如果輪齒寬度過大，由于制造、安裝的誤差使其局部受載過大時(shí)，會(huì)造成了局部折斷。 圖71：齒輪輪齒折斷效果圖（2）齒面點(diǎn)蝕1） 何為齒面點(diǎn)蝕 輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，輪齒齒面接觸處在法向力的作用下將產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，脫離嚙合后接觸應(yīng)力即消失。如果接觸應(yīng)力超過了齒輪材料的接觸疲勞極限時(shí)，齒面上會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的金屬微粒剝落，形成點(diǎn)狀的凹坑，這種現(xiàn)象稱為齒面疲勞點(diǎn)蝕。3） 發(fā)生的部位 齒輪在嚙合的過程中，因輪齒在節(jié)線出處嚙合時(shí)，同時(shí)嚙合齒對(duì)數(shù)少，接觸應(yīng)力大，且在節(jié)點(diǎn)處齒廓相對(duì)滑動(dòng)速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故點(diǎn)蝕首先出現(xiàn)在節(jié)線附近的齒根表面上，然后向其它部位擴(kuò)展。而在開式齒輪傳動(dòng)中，由于磨損嚴(yán)重，點(diǎn)蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展即被磨損掉。5） 預(yù)防措施為過早出現(xiàn)點(diǎn)蝕，可采用提高齒面硬度