二级减速器设计开题报告

5月 7, 2022 技术支持

学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2008 级 学 号0 姓 名 郝艳丞 指导教师 王芳 职 称 副教授

一、开题报告前的准备 毕业论文(设计)题目确定后,学生应尽快征求导师意见,讨论题意与整个毕业论文 (或设计)的工作计划,然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲,主要由 以下几个部分构成: 1、研究(或设计)的目的与意义。应说明此项研究(或设计)在生产实践上或对某些 技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。有的课题过去曾进行过,但缺乏研究,现在 可以在理论上做些探讨,说明其对科学发展的意义。 2、国内外同类研究(或同类设计)的概况综述。在广泛查阅有关文献后,对该类课题 研究(或设计)已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述,只对本人所承担的课题或设 计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述,并提出自己对一些问题的看法。 3、课题研究(或设计)的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究,要重点突出。研 究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的,并要考虑与其它同学的互助、合 作。 4、研究(或设计)方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法,是获得 高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此,在开始实践前,学生必须熟悉研究(或 设计)方法,以避免蛮干造成返工,或得不到成果,甚至于写不出毕业论文或完不成设计 任务。 5、实施计划。要在研究提纲中按研究(或设计)内容落实具体时间与地点,有计划地 进行工作。 二、开题报告 1、开题报告可在导师所在院、教研室范围内举行,须适当请有关专家参加,导师必须 参加。报告最迟在毕业(生产)实习前完成。 2、本表(页面:A4)在开题报告通过论证后填写,一式三份,本人、导师、所在院部 (要原件)各一份。

1、开题报告的撰写完成,意味着毕业论文(设计)工作已经开始,学生已对整个毕业

论文(设计)工作有了周密的思考,是完成毕业论文(设计)关键的环节。在开题报告的

减速器是一种动力传达机构,利用齿轮的速度转换器,将电机(马达) 的回转数减速 到所要的回转数, 并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与 运动的机构中, 减速 机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可 以见到它的踪迹,从交通工具 的船舶、汽车、机车,建筑用的重型机具,机械工 业所用的加工机具及自动化生产设备, 到日常生活中常见的家电,钟表等等.其 应用从大动力的传输工作, 到小负荷, 精确的角 度传输都可以见到减速机的应用, 且在工业应用上,减速机具有减速及增加转矩功能。

减速器的传统设计效率低而且容易出错,减速器参数化设计是提高设计精度及效率的有 效途径。在讨论减速器的发展现状及参数化设计的研究进展基础上,制定了减速器参数化设 计及仿真的总体方案和技术路线。运用机械设计等只是完成减速器齿轮,轴等结构的设计同 时,利用 PRO/E 的参数化建模功能,建立三维参数化模型。最后应用 PRO/E 的运动仿真功 能,对减速器进行虚拟的装配和运动。应用 PRO/E 的参数化设计和仿真功能,使得减速器 设计直观,快捷,高效。该技术在机械工程,化工设备,汽车制造等很多领域有很强的实用 性和推广价值。

减速器是一种由封闭在刚性克体内的齿轮转动、蜗杆传动或齿轮一蜗杆传动所组成的独 立部件,常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置;在少数场合下也作用增速的传动 装置,这时就称为增速器。

减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单,并可成批生产, 故在现代机械中应用很广。一级减速器是机械传动中应用较广泛的一种传动机构,可以用于 传递任意两轴之间的运动和动力,是一个很重要的传动零件。运用 PRO/E 软件,设计人员可 以在真实的齿轮传动装置建造前建立整个机械系统的虚拟详机,并通过各种仿真分析对其进 行工作性能预估和结构优化。PRO/E 是现今使用率最高的三维设计软件之一,涉及到了 CAD、 CAE 以及 CAM 等领域。CAE 软件的应用是工业设计中用来提升设计水平,降低成本的关键技 术,跻身于 CAE 软件前列的 Pro/mechanica 允许工程师在创建实物物理模型之前,测试和优 化设计的结构、动力、热以及耐久性,冲击等方面的性能。

由于减速器结构复杂,包含的零部件很多,并且在减速器的传统设计中,原有的几何模 型是设计者利用固定的尺寸值得到的,零件的结构形状不能灵活的改变,一旦零件尺寸发生 变化,必须重新绘制其对应的几何模型,以至于工程师们不得不花费大量的时间进行几乎相 同的公式计算,这样在减速器的相似性设计上消耗了大量的人力物力。参数化设计的理念可

以很方便地解决这一难题。利用参数化设计技术进行产品设计可以十分容易地修改图形,并 能将以往某些产品设计的经验和知识继承下来。设计者可以把时间、经验集中于更具有创造 性的概念和整体设计中去,这样就可以避免手工制造的繁琐,提高了造型设计的精度和设计 的效率。参数化设计技术的实现快速产品设计的常用有效手段,主要用于标准化,系列化, 系列化和通用化程度比较高的定型产品。减速器的设计,重复性劳动很多,但其外形尺寸和 结构形式则基本一致,不会有太大的变化,便于进行参数化设计。

二、文献综述内容(在充分收集研究主题相关资料的基础上,分析国内外研究现状,提出问题,找到研 究主题的切入点,附主要参考文献)

国内研究现状: 国内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还有很多弱点,特别是大型的减速 器问题更突出,使用寿命不长。改革开放以来,我国陆续引进先进加工装备,通过引进、吸 收国外先进技术和科研公关,开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材 料和热处理质量级齿轮加工精度都有较大提高,通过圆柱齿轮的制造精度可以从 JB179-60 的 8~9 级别提高到 GB10095-88 的 6 级,高速齿轮的制造精度可稳定在 4~5 级。目前我国 已可设计制造 2008KW 的水泥磨减速器、1700mm 轧钢机各种齿轮减速器。各种棒、线材轧机 用减速器已全部采用硬齿面。我国自行设计制造的高速齿轮装置的功率已达 44000KW,齿轮 圆周速度达 168m/s。80 年代末至 90 年代初,我国相继制订了近 100 个齿轮和蜗杆减速器的 标准,研制了许多新型减速器,大体上实现了通用减速器的更新换代。许多产品达到了 80 年代的水平。部分减速器采用硬齿轮面厚,体积和重量明显减小,承载能力、使用寿命、传 动效率和可靠性有了大幅度提高,对节能和提高主机的总体水平起到了明显的作用,为发展 我国的机械产品作出了贡献。进入 90 年代中后期,国外又陆续推出了更新换代的减速器, 不但突出了模块化设计的杰出特点,而且,在承载能力、总体水平、外观质量方面又有了明 显提高。面对这方面的差距,我国的对策是:

(1)与条件的企业应该瞄准国际化先进水平,尽快研究开发面向 21 世纪的新产品。 要研究出更好的模块化设计方法,以期形成较大的批量,求得规模效益。现在国内的企业已 经先走一步,开发出这类产品。

(2)研究、开发、推广成本较低而承载能力又能接近齿轮面的中硬齿面滚齿的新齿形 和新结构。国内多年来使用行之有效的双圆弧齿轮、三环减速器和已成功应用的电线捏合齿 轮技术、应不断完善,大力推广。

(3)加快渐开线形星齿轮减速器的更新时代,扩大其市场占有率。 (4)产品的发展应着重提高内在质量,严格控制材料热处理、几何加工精度和装配实 验的质量和稳定性,以提高产品的可靠性和无重大故障的工作寿命。企业制定高于国家标准 和行业标准的内控标准。 (5)改进外观设计几何涂漆质量、杜绝渗漏油现象。 (6)提高配件如:润滑冷却装置、风扇、逆止器、油泵、制动器等的质量。 国外研究现状: 20 世纪 70-80 年代,世界上减速器技术有了很大的发展,且与新技术革命的发展紧 密结合。通用减速器的发展趋势如下: ①高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿,承载能力提高 4 倍以上,体 积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 ②积木式组合设计。基本参数采用优先数,尺寸规格整齐,零件通用性和互换性强, 系列容易扩充和花样翻新,利于组织批量生产和降低成本。 ③型式多样化,变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式,增添了空心轴悬挂 式、浮动支撑底座、电动机与减速器一体式连接,多方位安装面等不同型式,扩大使用范围。 促使减速器水平提高的主要因素有: ①理论知识的日趋完善,更接近实际(如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、 优化设计方法、齿根圆滑过度、新结构等)。 ②采用好的材料,普遍采用各种优质合金钢锻件,材料和热处理质量控制水平提高。 ③结构设计更合理。 ④加工精度提高到 IS05-6 级。 ⑤轴承质量和寿命提高。 ⑥润滑油质量提高。20 世纪 70 年代末以来,世界减速器技术有了很大发展。产品发 展的总趋势是小型化、 高速化、 低噪声和高可靠性; 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。 到 80 年代,国外硬齿面技术已日趋成熟。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 3~4 倍, 为软齿面齿轮的 4~5 倍。一个中等规格的硬齿面减速器 的重量仅为中硬齿面减速器 的 1/3 左右,且噪声低、效率高、可靠性高。 减速器的发展趋势 .

减速器技术如雨后春笋般的成长,一步一步从生根发芽长成现在的参天古竹,证实了一 个减速机技术是接受过时间的考验。已经成熟的一项高深的技术。作为大家,现在最重要的, 就是尽快掌握这门技术,并且发展它,改进它。这样才是一个良性循环,对于减速机技术来 说,它的历史悠久,但是大家在回顾历史的同时,也要面对未来,大力追求进步。减速机的 发明到现在已经有几十年光景了。在发明当初减速机的使用还不像现在这么普及,大家对一 个新生事物还是从心底里就排斥的,这和当初火车和汽车的发明是一样的。当初尽管发明了 火车,但是大家还是更乐意用其他较为传统的交通工具来出行。一个新生实物融入到这个社 会当中是需要一段时间的考验的。有很多发明就是没有经过这个考验期就消亡了,不过换句 话说,真正有用的,好用的发明,也许会短时间内消亡,但不会经常消亡,正所谓是金子总 会发光,是发明也总有用武之地,这话没错。减速机在最近几十年的发展很快虽然开始并没 有得到所有人的认可,但是它的在作用从当时来看就是不可低估的。事实也是如此。

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本课题研究内容本课题主要完成基于 PRO/E 三维造型技术进行一级减速器参数化设计 及仿真。通过引入基于 PRO/E 特征的参数化造型思想,建立减速器典型的零部件模板库,模 型设计计算完成后,通过参数化驱动从而得到所需的减速器模型,并进行 动态模拟仿真的 应用研究。

其研究内容如下: 1、减速器传动装置总体设计:确定传动方案,选择电动机型号,合 理地 ) 分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数,为设计计算各级传动比做准备。 2、 基于 PRO/E 齿轮的设计:通过对齿轮传动的强度计算与结构设计,确定齿轮的基本形状、 齿轮类型、精度等级、材料及齿数,并利用 POE R/ 画出齿轮 的三维结构图 。3、基于 POE 轴的设计:轴的主要功能就是支持传动零件并传递运动和动力, 其设计的好坏对整个轴系 及减速箱都有影响。主要是确定轴的结构设计与 工作能力校核两个方面,最后运用 POE R/ 画出轴的三维设计图。 4、基于 POE 减速器箱体及附件的设计:减速器箱体及附件的设计 是非常的复杂的, 它们可以通过查表或者设计需要确定其形状大小,利用 POE R/ 建模 及 草图等画出它们的零件图。5、减速器箱体的制造工艺:箱体零件多为铸造件,结构复杂, 壁薄且不 ) 均匀,加工困难大等特点,因此在加工过程中要保证孔径精度、孔与孔的位置 精 度、孔和平面的位置精度、主平面的精度以及表面粗糙度等,以满足工艺要求。6、利用 POE 装配整个减速器:将前面画的多个零件图通过 PRO/E 的装配功能,使它们组成一个完 整减速器。 四、本课题研究方法本课题使用的研究方法是参数化设计和 PRO/E 仿真技术。 参数化设计也叫 尺寸驱动,是 CAD 技术在实际应用中提出的课题,它不仅可使 CAD 系统 具有 交互式绘图功能, 还具有自动绘图的功能。所谓参数化设计即是在设计中产品的 结 构形式是确定的,它需要根据某些具体的条件和具体的参数来决定产品某一结 构形式下的 结构参数,从而设计出不同规格的产品。最后应用 PRO/E 的运动仿 真功能,对产品进行虚 拟的装配和运动仿真。运用 PRO/E 软件,设计人员可以 在产品制造生产前建立整个机械系 统的虚拟样机, 并通过各种仿真分析对其进行 工作性能预估和结构优化。五、研究目标、 主要特色(创新)及工作进度 研究目标 1、对减速器关键部件进行设计与校核,针对分析 结果对其性能做出合理 ) 的选择。 2、对相啮合的齿轮和齿轮轴作接触性分析,研究减速 器存在的问题及解 ) 决办法。 3、基于 PRO/E 强大的模块化与三维参数化设计,画出减速 器的装配图。 主要特色第一,用计算机来实现设计意图其可靠性要大大增强,因为可以综 合考虑 各种影响因素的重要性,权衡利弊后做出最优选择,给出最优方案,从而可以有 效 避免减速器在使用过程中手工设计考虑不全面。 第二,当减速器设计规范化、参数化后,

由于在设计过程中考虑到其操作 上的简便性, 可以大大减少了设计人员工作量。只要给出 设计意图便可以自动进 行分析计算、选型、装配直至最后给出图纸,这就大大提高了设计 效率,缩短了 产品开发周期,提高了产品的设计质量,可以实实在在的为企业创造效益, 产品 也可以得到迅速推广.第三,通过利用 PRO/E 技术设计出的减速器,可以推动机械行 业的科技化进程,为以后越来越多的机械产品应用参数化研究作了大胆的尝试。

2012 年 3 月—4 月 完成文献检索,熟悉工程软件 Pro /ENGINEER,; 2012 年 4 月—5 月 学习软件,根据任务书要求确定设计机构,并完成整体设计及部分计

算,绘制草图; 2012 年 5 月—6 月 进行三维建模,零件的修改,进行装配、运动仿真,出工程图。完成

毕业设计所规定的内容。 2012 年 6 月至答辩前的初审及预答辩,进一步改进设计内容。攥写说明书。