|
|
电动滚轮减速机设计
机械设计与制造及其自动化
1 研究背景
1.1 引言
行星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。由于在各种类型的行星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的采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星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具有重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、建筑机械、轻工纺织、医疗机械、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。
由齿轮、轴、轴承和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，其匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。
1.2减速器的研究现状及发展前景
20世纪末的20多年，世界齿轮技术有了很大的发展。产品发展的总趋势是小型化、高速化、低噪声、高可靠度。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。
硬齿面技术到20世纪80年代时在国外日趋成熟。采用优质合金钢锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，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4倍，为软齿面齿轮的5-6倍。一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的1/3左右。功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双份及多分支装置，如中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。
模块化设计技术对通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。
其他技术的发展还表现在理论研究更完善、更接近实际；普通采用各种优质钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；轴承质量和寿命的提高等方面。这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮价格比大大提高，产品越来越完美。
其他技术的发展还表现在理论研究更完善、更接近实际；普通采用各种优质钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构设计更合理；轴承质量和寿命的提高等方面。这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮价格比大大提高，产品越来越完美。
20世纪70年代至90年初，我国的高速齿轮技术经历测绘仿制、技术引进到独立设计制造3个阶段。我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了绘测仿制等阶段，从无到有逐步发展起来。除了摸索掌握制造技术外，在20世纪80年代末至90年代初推广硬齿面技术过程中，我们还做了解决“断轴”、“选用”等一系列有意义的工作。
近几十年来，计算机技术、信息技术在机械制造中的广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术。形成了高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化管理。
适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争以及员工技术素质与创新精神，是21世纪企业竞争的焦点。在21世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率大为提高，从而推动机械传动产品多样化，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。
CNC机床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将成为新型传动产品的重要趋势。
总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。
减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平。因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。
1.3 常见减速机的定义和类型
减速机 - 工作原理
减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。
减速机 - 主要种类
减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、摆线减速机、丝杆升降机 、齿轮转向箱/换向器、无级变速机、大功率齿轮减速器和行星减速机等；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。以下是常用的减速机分类：
(1)摆线针轮减速机
(2)硬齿面圆柱齿轮减速器
(3)行星齿轮减速机
(4)软齿面减速机
(5)蜗轮蜗杆减速机
(6)谐波减速机
(7) RV减速器
2 文献综述
电动滚轮减速器行业与产品介绍
电动滚轮减速器是一种将电动机、减速机构置于驱动滚筒内的新型驱动装置，它主要用在固定式和移动式带式输送机上，代替传统的电机、减速机在驱动滚筒之外的开式驱动装置。此外，还广泛地用在辊送输送机上做为主动辊子，用以输送成件物品。进入80年代以后，电动滚轮减速器的应用场所更在日新月异地扩展。
电动滚轮减速器与传统的开式驱动装置相比，具有结构紧凑、效率高、耗能少，噪音小、寿命长、运转平稳，工作可靠、密封性好，占用场地少、安装和维修方便等优点，适合在各种环境下工作，包括粉尘大，潮湿泥泞的恶劣工作环境下工作，特殊的隔爆电动滚轮减速器，还可以在易燃易爆的环境下工作。所以目前国内外已将电动滚轮减速器广泛地应用于困民经济的各个领域。
我国于1961年5月研制出第一台电动滚轮减速器，比我国的带式输送机的开发和研制约晚十年，比世界上第一台电动滚轮减速器的诞生要迟30余年，但是从70年代中期起，特别是进人80年代，—些行业引进了世界一流的JOKI和W.A.T公司电动滚筒，使电动滚轮减速器在国内得到了迅猛发展。进入90年代，通过引进技术的消化、吸收和行业厂—的独立研制，我国的电动滚轮减速器，无论在品种规格，还是在性能指标上，都已赶上或超过世界先进水平。
电动滚轮减速器行业组是“中国重型机械工业协会带式输送机专业委员会”的成员，行业组始建于1978年，现已发展成具有十一家成员厂，代表我国电滚筒生产水平的行业组织。该组织每年定期进行活动，内容有：技术交流、汇总信息、引进技术、制定标准等。行业组在电动滚轮减速器生产技术赶超世界先进水平的过程中，发挥了积极作用，使小组成员厂成为我国电动滚轮减速器生产的骨干。
我国电动滚轮减速器的行业厂日前能生产的电动滚椅的品种门类齐全、应有尽有。
目前能生产的品种按电机冷却方式分：
1、油冷式电动滚轮减速器：冷却油液不直接与电机定、转子接触。TDY75型等即属这种电动滚轮减速器。
2、油浸式电动滚轮减速器：冷却油液直接与电机定、转子接触。引进的JOKI和W.A.T滚筒等，均为这种电动滚轮减速器。
3 风冷式电动滚轮减速器：滚筒内吸入冷风，排出热风而冷却电机。
4、自冷式电动滚轮减速器：不采取任何冷却方式，电机自然冷却。
目前能生产的品种，按减速装置分：
1、二级或三级减速的圆柱齿轮传动的电动滚轮减速器：功率一般在0.1-45KW
2行星圆柱齿轮传动的电动滚轮减速器：功率范围一般在0．03-75KW
3、行星摆线针轮传动的电动滚轮减速器：功率最大可达55K
4、变速传动轴破传动的电动滚筋：功率范围在0．03-30KW
5、将减速机构嚣于滚筋内的减速滚筒：减速滚筒与电动机外联(与其它动力外联也可)，构成一种新型的驱动滚筒，功率可达160KW或更大，这种减速滚筒具有传统的开式驱动如电动滚轮减速器的双重优点。
目前能生产的电动滚轮减速器，按用途要求分：
1、通滚筒：适用于普通工作环境，包括潮湿、泥泞的工作环境。
2、适用于易、易暴环境工作，可分为电机隔爆型和滚筒隔爆型两种不同形式的隔爆电动滚轮减速器。
3、逆止式电动滚轮减速器：滚筒只可想要求的一个方向旋转。
4、双速、二速和无级变速的电动滚轮减速器：双速及三速采用变极电机，无级变
速采用特殊的电机或减速装置达到。
5、电磁制动电动滚轮减速器。
6、链轮滚筒：有单链轮和双链轮之分。
7、其他特殊用途的电动滚轮减速器：有过热保护滚筒、不锈耐蚀滚筒、锥形滚筒。
简体表面包胶或涂层的滚筒，以及220/380伏，380/660伏，50HZ/60HZ,变压或变频滚筒等等。
按以上三种不同分类的滚筒，再进行互相组合，行业厂可生产的电动滚轮减速器品种可达108—200种。
目前，电动滚轮减速器行业厂可生产的电动滚轮减速器，基本参数范围为：
1、功率(KW)：0．03,0．06,0.09,0．12，0.18，0．25，0.37，0.55，075，1.1，l.5，2.2，3.0, 4.0，5.5，7.5，11，15，18.5,22,30,37，45,55，75,90,110,16O或更大
2、带速(m／s)：0．05,0．08，0．10,0．13，0．16,0．20,0。25,0．32，0．40,0．50,0．60,0．80,1．00，1．25，1．60,2．00,2．50，3．15，4．0或更高。
3、筒长(mm)：200,250,300,350，……2350，2．400(每50mm为一档)
由这些基本参数组合，电动滚轮减速器行业厂可生产出数千种规格以上的各式电动滚轮减速器，已远远超出世界任何一个工厂甚至于任何一个国家可以生产的规格范围。
行业厂生产的电动滚轮减速器在性能指标上已经赶上世界先进水平。有的品种规格甚至超过当前世界水平，例如：可以制造噪音低于60dB(A)的电动滚轮减速器；电机绝缘等级在B级，F级，H级甚至湿热带使用的电动滚轮减速器；电动滚轮减速器的无故障工作时间可达20000小时以上，密封等级为IP44，IP55的电动滚轮减速器，这些性能完全可与国外一流产品相媲美。所以我国从舶年代起小量出口，发展到今天已开始批量出口。我国的电动滚轮减速器，将要以规格品种齐全、性能良好和价格上的优势，改变了世界电动滚轮减速器市场的格局。
2.2 电动滚轮减速器在国民经济中的作用
随着现代工业的发展，电动滚轮减速器作为主动辊子已经广泛的应用于各种生产线中，电动滚轮减速器的优点也不断的凸现出来。由于电动滚轮减速器具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转平稳、工作可靠、密封性好、占用空间小、安装维修方便等优点，并且适合各种恶劣的环境条件下工作。
电动滚轮减速器的设计制造技术也在不断的提高，制造的材料也在不断的改善，高新技术不断的引入，电动滚轮减速器的应用范围必将越来越广泛，电动滚轮减速器在国民经济中的作用将更大。
2.3 电动滚轮减速器的发展
国内发展概况：我国最早使用电动滚轮减速器式在20 世纪40年代。当时的北京石景山发电厂煤仓进口的配煤移动式带式输送机，就随机引进了电动滚轮减速器。到20 年代，电动滚轮减速器被陆续的从国外引进，使用效果良好，其优越的性能也逐渐被认识。
从20 世纪50年代，我国开始自主研制开发电动滚轮减速器。1959年当时的天津市皮带机厂开始收集电动滚轮减速器的有关资料，1961年试制出我国第一台油冷式电动滚轮减速器，1964年5月完成了YD64型油冷式电动滚轮减速器的系列设计，总的规格数为153种，能够满足当时我国带式输送机的基本要求。
随着我国的输送机行业的发展，对电动滚轮减速器的要求越来越高。到了20 世纪后期，国外的电动滚轮减速器制造技术的引进，促进了我国电动滚轮减速器的蓬勃发展，1989年，着手制定了统一的标准JB/T7330-94电动滚轮减速器标准。
国外发展概况：20世纪30年代末，德国首先研制成功了自然风冷式电动滚轮减速器。从这个时候起，使用的电动机为定子旋转的集流环式异步电动机。稍后，油冷式电动滚轮减速器陆续研制成功并投入使用，随着电动机技术的发展，不断地提高着电动滚轮减速器的技术。
世界上除我国之外已有的比较知名的生产电动滚轮减速器的厂家有数十家。在这些公司中，有的公司的年生产量可以高达四万台不同规格、大小的电动滚轮减速器。在西欧、北美多为油浸式齿轮传动的电动滚轮减速器，而自然风冷和油冷式电动滚轮减速器较少。自然风冷式电动滚轮减速器一般用在食品工业及生产线上。所有各大洲主要生产电动滚轮减速器的厂家包括我国在内，目前各种电动滚轮减速器的总年产量在40~50万台。
3 研究路径/论文（设计）框架
3.1 研究内容：
确定行星齿轮减速器的总体方案设计。
行星齿轮传动的设计计算：
（1）、传动的对比计算：
A、行星齿轮的初步设计（齿轮模数、齿数、传动比分配、受力分析、强度计算及校核）。
B、行星齿轮传动的优化程序设计。
C、行星吃轮毂的初步设计和优化程序设计的对比选择。
（2）、轴的强度计算。
（3）、滚动轴承计算。
（4）、箱体的材料选择及设计。
（5）润滑和密封。
3、行星齿轮的结构设计（减速器装配图及零件工作图）
。
3.2研究方法：
熟悉行星减速器工作状况和设计要求，对其结构形状进行分析，得出总体方案。
按照总体方案对给零部件的运动关系进行分析得出行星减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体的零部件的设计校核计算，得出个零部件的尺寸，再重新调整整体结构。
利用lingo软件对行星减速器的零部件及整体结构进行优化设计。
利用AutoCAD软件画出行星减速器的总装配图以及若干零件图。
检查行星减速器的装配图，确定其准确性。
3.3提纲
1绪论
1.1电动滚轮减速器行业与产品介绍
1.2电动滚轮减速器在国民经济中的作用
1.3电动滚轮减速器的发展
1.4方案确定
1.5设计参数及要求
2电动滚轮减速器功率的确定
2.1电动滚轮减速器轴功率计算
2.2电动机功率的计算
2.3选择电动机
3电动滚轮减速器的主要零部件的计算
3.1滚筒直径的确定
3.2滚筒受力分析
3.3滚筒体厚度的计算
3.4滚筒体强度的验算
4电动滚轮减速器行星齿轮传动设计与校核
4.1传动方案
4.2传动比计算及分配
4.3传动设计计算
4.3.1高速级计算（第一级）
4.3.2低速级齿轮计算（第二级）
4.4均载机构
4.5齿轮联轴器的设计计算
4.6行星轮结构和行星架结构
4.6.1行星轮结构
4.6.2行星架结构
4.7行星传动受力分析
4.7.1高速级受力分析
4.7.2低速级受力分析
4.8 左、右法兰轴的计算
4.8.1受力分析
4.8.2外载荷的计算
4.8.3右法兰轴轴头力矩的计算
4.8.4左法兰轴轴头力矩的计算
5电动滚轮减速器材料选用
5.1齿轮材料的选用
5.2轴类及滚筒体材料
5.2.1轴类材料
5.2.2滚筒体材料
5.3端盖、左右法兰轴、支座材料
6电动滚轮减速器润滑及密封
6.1润滑油
6.2润滑脂
6.3密封装置
7其他零部件的校核
7.1轴承的校核
7.1.1高速级行星轮轴承校核
7.1.2低速级行星轮轴承校核
7.1.3法兰轴与端盖的轴承寿命校核
7.2紧固件的校核
7.2.1滚筒右端盖联接螺栓
7.2.2内齿圈联接螺栓
7.2.3右法兰轴与电机端盖联接螺栓
7.3键联接校核
参考文献
致谢
4 进度安排
2013年8月28日前 开题：确定选题，收集相关资料，阅读外文资料
完成开题报告和任务书，并提交老师进行审阅和修改。
2013年9月10日-9月19日 论文初稿：完成初稿减速器总体方案，并提交老师进行审阅和修改。
2013年9月27日-10月10日 论文定稿：减速器结构设计，完成总装配图，毕业设计说明书的撰写，并在老师指导下对论文初稿进行修改，完成定稿。
2013年10月28日-11月3日 论文终稿：在老师指导下对毕业论文最后修改，完成论文终稿。
5 参考文献
[1]张展.减速器设计与实用数据速查.北京. 机械工业出版社，2010；
[2]张国瑞，张展.行星传动技术.上海. 上海交通大学出版社，1989；
[3]陶栋材.偏心轮推杆行星传动设计理论. 北京. 机械工业出版社，2010；
[4]徐境， 机械设计手册[M]. 机械工业出版社，1998
[5]何冰强，刘显龙.UG NX 7.5 工程建模与装配.电子工业出版社，2012；
[6]钟日铭等.UG NX 7.5 完全自学手册.北京.机械工业出版社，2010；
[7] 金丰民．滚筒组的选型与计算[M]. 化学工业出版社，1998.
[8] 刘建勋．电动滚轮减速器设计与选用手册[M]．化学工业出版社,2000
[9] 胡来容. 行星传动设计与计算. 煤炭工业出版社. 1997.12
[10] 徐境. 机械设计手册[M]. 机械工业出版社，1998．
[11] 李发海，陈汤铭. 电机学[M]. 科学出版社，1998.
