1绪论
弯头展开图1.1.1我国减速器的发展现状
国内的减速器多以齿轮传动、蜗轮蜗杆传动为主，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上还有许多弱点。自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130－70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器20多万台左右，对发展我国的机械产品做出了贡献。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大、体积小、机械效率高等优点。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的"内平动齿轮减速器"不仅具有三环减速器的优点，还有着大的功率/重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌
握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179－60的8～9级提高到GB10095－88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4～5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和重量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起很大的作用。 目前，我国自行设计制造的高速齿轮减速器的功率为42000KW ，齿轮圆周速度150m/s。但是我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。
1.1.2国外减速器的发展现状
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。日本住友重工研制的FA型高精度减速器、美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器为目前先进的齿轮减速器。国外不断改进减速器齿轮材料品质、提高工艺水平、在传动原理和传动结构方面不断创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前，超小型的减速器在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围。
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moto q11国外减速器的特点如下：
①承载能力大。国外著名公司产品样本的承载能力大致在同一条水平线上。以FLENDER公司为例，同样（或基本接近）的中心距1993年样本的额定功率比1998年样本提高10%～20%，1995年和1997年样本又比1993年样本提高了约20%，1999年样本又比1997年样本提高了约10%。
人因②模块化设计。据1996年德国德雷斯顿国际齿轮会议的一份研究报告记载，生产齿轮联轴器外齿轴套的数量由1个装置增加到20个时，制造成本的变化为：小零件成本降低近90%，中等零件成本降低近50%。
③低噪声。许多国外公司都是采用圆锥齿轮高精磨齿，通过齿轮修形，加大重合度，改进箱体结构的吸音设计等措施来降低噪声。 ④高精度。美国Andantex公司研制成功了一种高精度减速器，它能与低惯量、高转矩电动机相配合，以便实现快速加、减速。目前这种高精度减速器有5种规格，减速器齿轮系统的输入转速达5000r／min，输入转矩为5160N·m，单级减速比达1O：1。
北京市卫生局招待所1.2减速器的发展趋势
20世纪70年代末，世界减速器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技术。
到80年代，国外硬齿面技术已经成熟。采用优质的合金钢锻件、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。功率分支技术主要用于行星及大功率双分支以及多分支装置，如中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。
对通用减速器而言，除普遍采用硬齿面技术外，模块化设计技术已成为其发展的一个主要方向。
当今，世界各国减速器的发展趋势是向六高、二低、二化方向发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、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。
促使减速器发展的主要因素有：
①理论知识的日趋完善，如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡等。
②齿轮采用好的材料，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ISO5－6级。
⑤轴承质量和寿命提高。
⑥润滑油质量提高。
1.3减速器箱体的研究现状
目前对箱体的主要研究是：
①运用现代的设计方法对箱体进行优化设计，一般优化的过程为：提出优化目标——建立合理的数学模型——施加约束——求解——得出结果并进行分析。分析方法可以用内点罚函数法、外点罚函数法、牛顿法、黄金分割法、二次插值法、约束随机方向搜索法、鲍威尔法、复合形法等。还有应用MATLAB中的优化设计工具对所得的目标函数进行运算得到最优解。
②对箱体结构的结构力学分析。应用一些有限元软件对箱体进行有限元分析。
③对箱体受热方面的研究。通过不同尺寸减速器箱体在不同温度下的数据的采集，运用数值分析的方
法，得出箱体的某些参数与温度的关系。从而可以改变减速器箱体的某些参数来改善箱体的受热状况。
④减速器箱体的参数可视化研究。Visual C++6.0环境下，利用OpenGL 对减速器箱体设计进行可视化编程，实现了减速器箱体的参数化三维建模和基本的动画显示。
⑤对箱体的振动方面进行的研究。按箱体工作振型频率响应函数的分析方法，出了对噪声贡献最具有代表性的测点，为通过测试振动信号实现声压级的测量奠定了基础。
1.4本文研究对象及意义
1.4.1本文研究对象
本文研究对象是1000KW 矿用减速器箱体，如图1-1所示。此减速器是第一级为一对弧齿锥齿轮传动，第二级传动是一对斜齿圆柱齿轮传动的二级减速器。其主要参数如表1-1所示。
图 1-1 张家口1000KW 型减速器箱体
表1-1 减速器主要参数
齿数 模数 齿形角 螺旋角
圆锥齿轮 121Z = 14.7t M = 20α= 352653β='"
圆锥齿轮 257Z = 14.7t M = 20α= 352653β='"
渐开线圆柱齿轮390Z = 9n M = 20α= 10β=
渐开线圆柱齿轮431Z = 9n M = 20α= 10β=
1.4.2本文研究意义
齿轮减速器是把机械传动中的动力机(主动机)与工作机(从动机)联接起来，在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，若减速器箱体设计不合理出现了局部应力集中，很容易出现事故。在减速器箱体的传统设计过程中，主要采用传统的计算方法，并没有采用一些先进的设计技术，设计安全系数的选择往往偏大，造成制造材料的浪费。减速器的箱体受力情况较复杂，常常会受到较
大的弯曲和扭转应力作用，因此如何在不大幅度增加重量的情况下提高箱体的刚度就显得很关键。若减速器的箱体的强度不够，就很难满足减速器正常工作时的稳定性的要求。若为了保证减速器的强度而增加箱体的壁厚，使得箱体的总体的重量和体积很大。本文采用的有限元对箱体进行分析，根据分析结果，出箱体设计的薄弱环节，再用ANSYS的APDL语言对箱体进行优化设计，解决了以往利用现代优化方法中由于要优化的物体的形状复杂且多参数不好建立数学模型的问题。箱体是减速器的零件中最复杂的一个，且减速器以形成了系列化生产，它的设计与绘图往往要花费大量的人力与物力。本文采用的参数化技术实现了箱体的参数化设计，只通过修改其中的几个参数就能得到新的模型，大大的节省了时间和精力。
1.5本文研究的主要内容
本课题的研究来源于张家口煤矿机械有限公司与辽宁工程技术大学
课题。
本文在广泛查阅大量有关文献、吸收和消化目前对矿用减速器箱体的研究成果的基础上，做了以下工作：
1）运用三维绘图软件Pro/ENGINEER建立了箱体的三维实体模型，并使用Pro/ENGINEER的二次开发功能对箱体进行了参数化设计的研究。
2）通过Pro/ENGINEER与有限元分析软件ANSYS的接口将模型导入ANSYS 中，运用ANSYS对箱体进行应力分析。
3）将APDL与ANSYS优化模块相结合，对减速器箱体的壁厚、输入连接盘厚度等进行了优化设计。
4）应用ANSYS的疲劳分析模块对箱体进行了疲劳分析。
5）应用ANSYS的模态分析对箱体进行模态分析，从而到箱体固有频率。
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