华中科技大学武昌分校机械电子工程专业毕业论文答辩论文题目:二级蜗杆减速器设计学生：郭祖达（机电1105班）指导老师：林昌杰课题分析与方案确定主要零件设计过程创新部分设计低速蜗轮轴的有限元分析目录2354总结6前言101前言Part One1.1 设计背景工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划，旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂。
制造大国中国制造2025是中国版的“工业4.0”规划，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，我制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。
制造强国纵观这次工业变革，作为与这次变革关系最紧密的专业从业者，我们能在设计中做哪些有益的尝试呢？1.2 产品特征 1.传统的机械产品，主要用于需要减速的场合2.功能单一，自动化程度不高我对减速器的理解1.合理科学的结构布置2.基于工作现场的技术设计3.传统设计方法和现代分析方法相结合4.高度的智能化5.高度的可靠性6.新的换代产品7.由制造到创造的新尝试我设计的减速器：立足传统微创新智能化创新02课题分析与方案确定Part Two初始条件传动功率12 Kw 输入转速1000r/min传动比512.5要点：◆大功率◆大传动比◆大扭矩◆高可靠性2.1 课题分析传动方案①输入输出轴之间成90°②用于复杂的传动方案特点：③组合式蜗轮结构2.2 方案确定③03主要零件的设计过程Part Three分配传动比和电机选型动力参数计算主要零件的设计主要零件的校核减速器附件设计1.电动机型号为Y160L -42.高速级传动比为25，低速级传动比为20.5动力参数包括各轴的转速、功率、扭矩等该部分包括高速级蜗杆轴、中间蜗杆轴、低速蜗轮轴和高低速蜗轮的设计与建模该部分包括低速级蜗轮轴、轴承、键槽的校核该部分包括减速器通用附件的选用和自动化程度较高的附件的选用设计过程的主要思路3.1 设计思路3.2.1 高速蜗杆轴设计蜗杆的的主要参数：◆分度圆直径：70mm◆模数：5.6mm◆齿根圆直径：56.56mm◆导程角：9°5′25″图纸及三维UG建模3.2.2 高速级蜗轮设计蜗轮的的主要参数：◆分度圆直径：280mm◆模数：5.6mm◆齿根圆直径：260.8mm◆导程角：9°5′25″图纸及三维UG建模3.2.3 中间蜗杆轴设计蜗杆的的主要参数：◆分度圆直径：90mm◆模数：10mm◆齿根圆直径：66mm图纸及三维UG建模3.2.4 低速级蜗轮设计蜗轮的的主要参数：◆分度圆直径：410mm◆模数：10mm◆齿根圆直径：390.8mm◆导程角：12°31′44″图纸及三维UG建模3.2.5 低速蜗轮轴设计蜗轮轴的的主要参数：◆与蜗轮配合直径：90mm◆轴上键槽长度：160mm图纸及三维UG建模3.3.1 自动温控系统电接点温度计电接点温度计原理：电接点双金属温度计是利用温度变化时带动触点变化，当其与上下限触点接触或断开的同时，使电路中的继电器动作，从而自动控制及报警。
将电接点温度计与冷却循环管路的电机组合使用，在报警时启用冷却循环管路，使油温降低。
本次设计所选电接点温度计型号为WSSX-401/501，由江苏某公司生产。
3.3.2 自动润滑油液位控制系统浮子式液位计浮子式液位计原理：被测容器形成连通器，保证被测量容器与测量管体间的液位相等。
当液位计测量管中的浮子随被测液位变化时，浮子中的磁性体与显示条上显示色标中的磁性体作用，使其翻转，红色表示有液，白色表示无液，以达到就地准确显示液位的目的。
1.用户还可根据工程需要，配合磁控液位计使用，可就地数字显示。
2.配合磁性控制开关或接近开关使用，对液位监控报警。
本次设计所选浮子式液位计型号为MYFQ-CX ，由江苏某公司生产。
3.3.3 体外循环润滑油系统齿轮泵和电机组合使用，将油池中的蜗轮蜗杆润滑油抽送到高速级蜗轮蜗杆传动，使高速级蜗轮蜗杆得到润滑，同时润滑油又进入油池，润滑油循环使用。
在箱体上开有油管接口，在齿轮泵工作的同时，使润滑油充分与空气接触，也可起到使润滑油温度降低的作用。
3.3.4 自动测速和过力矩保护装置传统减速器微创新更新换代为了克服现有的减速器的不能在过载时切断电机的不足，设计了一种用于减速器检测及过力矩保护的装置，即在动力输出端（电动机轴）与减速器输入轴之间使用过力矩保护装置，能够实时测速并当负载过大时，用相关的电气控制元件切断电机，保护系统，在第六部分会详细讲解。
3.4 成果展示3.4.1总装配图图纸3.4.2高速蜗杆轴图纸3.4.3中间蜗杆轴图纸3.4.4高速蜗轮图纸3.4.5低速蜗轮图纸3.4.6低速蜗轮轴图纸3.5 图纸说明图纸说明所有图纸均是基于工作现场的实际图纸，可以立即用于实际工业生产，不是原理图，也不是示意图。
04低速蜗轮轴有限元分析Part Four“有限单元法也称有限元法，是随着电子计算机的使用而发展起来的一种有效的数值计算方法。
该方法的基本思想就是把整体结构看作是由有限个单元相互连接而组成的集合体，每个单元赋予一定的物理特性，然后组合在一起就能近似等效整体结构的物理特性”。
有限元4.1 有限元简介前处理1.建立有限元模型；2.定义材料属性和实常数；3.单元划分加载求解1.定义施加载荷及边界条件；2.设置求解控制参数3.求解后处理1.读取结果数据；图形显示结果数据；2.列表显示结果数据；3.进行其他相应后续分析4.2 有限元分析步骤4.3 建立实体模型1.利用矩形面素生成面2.矩形面相加操作3.由面绕轴线生成体4.生成键槽和块5.进行布尔操作实体模型4.4 设置属性与网格划分1.选择单元类型2.设置材料属性3.设定单元尺寸大小4.划分网格网格划分4.5 施加载荷约束与求解1.施加约束2.施加载荷3.求解施加载荷约束与求解4.6 位移分析“形象精确地反映了轴上键槽在受扭矩时的位移变化”4.7 应力分析“形象精确地反映了轴上键槽在受扭矩时的应力变化”05创新部分设计Part Five5.1 创新背景目前的蜗轮减速器大多只是单一的机械产品，从动能输入到动能输出，即整个传动控制系统是开环的，没有反馈系统，而减速器在工作时会出现瞬时力矩过大的情况，比如机器启动等。
即考虑到工作环境的影响，可能存在负载过大的情况，当负载过大时，在没有反馈控制的情况下，会对电机及蜗轮蜗杆传动系统造成重大的损害，极大的影响了蜗轮减速器的寿命。
5.2 方案提出一种用于减速器检测及过力矩保护的装置为了克服现有的减速器的不能在过载时切断电机的不足，本设计提供了一种用于减速器检测及过力矩保护装置，即在动力输出端（电动机轴）与减速器输入轴之间使用过力矩保护装置，当负载过大时，用相关的电气控制元件切断电机，保护系统。
5.3 方案原理图 1.电动机轴2.齿盘A 3.接近开关A 4.联轴器5.接近开关B6.齿盘B7.减速器输入轴装置安装在连接电动机轴和减速器输入轴的联轴器进出轴端，接近开关A 与齿盘A 用于测电动机轴的转速，接近开关B 与齿盘B 用于测减速器输入轴的转速，当负载在正常范围内时，即与相等，减速器正常工作，接近开关与齿盘起测速作用；当负载过大时，即﹥时，凸缘联轴器两边的接近开关测得的相应轴的转速不相等，凸缘联轴器两边的接近开关接受的脉冲信号不相等，经PLC 判断和运算之后，向电机发出停车的信号，起到保护传动系统的作用。
5.4 测速原理 1.轴2.齿3.接近开关这一原理的思路是：在一定的时间间隔内，对齿盘输出的一串脉冲数进行计数，同时计算出相应的转速。
在图所示中，由于齿盘齿顶和齿根之间存在高度差，当轴转动时带动齿盘旋转，由于齿盘发出信号的是齿顶和齿根，而接近开关距离齿顶和齿根的距离不同，这时接近开关将接受一列的脉冲信号，即方波信号，接近开关检测到这一系列方波信号并输入到PLC 控制装置，由PLC 测量脉冲的宽度，可获取相应轴的转速。
5.5 测速原理数学建模 1.轴2.齿3.接近开关现假设齿盘每旋转一周，齿盘输出的脉冲个数为P ，电机的转速为，检测的时间为t(s)，在t 内的计数脉冲数为m ，则相应轴的转速为：ptm n 60=()min r n5 创新部分设计5.6 专利申请材料展示06总结Part Six6.1 论文结构润滑、密封说明和附件设计蜗轮轴ANSYS分析创新部分设计传动方案的分析与拟定整体结构设计与主要零件校核6.2 其他总结与说明传统设计部分辅助设计部分有限元分析创新部分该部分均采用教材的经典设计方法，安全可靠，计算准确。
有限元法计算精度高、适应性强、计算格式规范统一，在现代机械设计中得到了广泛的运用。
该部分包括润滑和减速器附件设计，主要设计结构和选择型号。
该部分只提出了原理和设计了主要结构，目前正在申请专利，相应电子文件正在准备提交国家知识产权局。
6.3 设计成果一览表成果名称数量备注论文一（篇）字数：2万（复写率：4.14%）有限元计算过程一（篇）见论文工程图纸一（套）张数：6专利一（项）申请号：由于时间紧迫，相关材料正在整理准备提交THANKS感谢各位。