机电一体化毕业设计 单级蜗轮蜗杆减速器

XX职业技术学院 毕 业 设 计题目 单级蜗轮蜗杆减速器 系别 机电工程系 专业 机电一体化技术 班级 机电 姓名学号指导教师日期 设计任务书设计题目：蜗杆减速器及相关传动设计要求：减速器在常温下连续工作、单向运动；空载起动，工作时有中等冲击；工作速度v的允许误差为+5%；单班制每班工作8h，要求减速器设计寿命8年，大修期为3年，小批量生产；三相交流电源的电压为380/220V设锚链最大有效拉力为F(N) F=2500N，锚链工作速度为v(m/s) v=/s,锚链滚筒直径为d(mm)，d=300mm设计进度要求：第一周：选择题目以及查阅资料，为毕业设计做准备。第二周：查阅资料了解蜗轮蜗杆减速器。第三周：做设计书，按照老师要求，做好封皮、目录、摘要以及感谢。第四周：做目录一三的内容第五周：做目录四六的内容第六周：做目录七九的内容第七周：做目录十十一的内容第八周：绘制装配图 指导教师签名： 摘要减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器电动机联轴器减速器联轴器滚筒，本人是在指导老师指导下完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的根本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等。设计参数确实定和方案的选择通过查询有关资料所得。蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计，计算机辅助设计及辅助制造CAD/CAM技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。本文主要介绍一级蜗轮蜗杆减速器的设计过程及其相关零、部件的CAD图形。关键词：减速器，设计 ，绘图目录目录III一 传动系统方案的选择4二 运动学和动力学的计算5电动机的选择52.2 传动装置的运动和动力参数计算62.3 运动和动力参数的计算结果列于下表6三 传动件的设计计算7蜗杆副的设计计算73.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸8四 蜗杆副上作用力的计算104.1 设计参数104.2 蜗杆上的作用力104.3 蜗轮上的作用力10五 减速器箱体的主要结构尺寸115.1 箱体的尺寸116、蜗杆轴的设计计算156.1 轴的详细计算156.2 结构设计15七 键连接的设计19八 轴、滚动轴承及键连接校核计算208.1 轴的强度校核20校核轴的强度21蜗杆轴的挠度校核21校核键连接强度22九 低速轴的设计与计算239.1 轴的详细设计23结构设计23十 键连接的设计27十一 润滑油的选择28十二 附件设计29十三 减速器附件的选择31致谢33参考文献34一 传动系统方案的选择锚链输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送锚机滚筒5，带动锚链6工作。二 运动学和动力学的计算 按工作要求和条件选用Y系列三相异步电动机 传动滚筒所需功率Pw =Fv/(1000W)=25000.7/1000锚链工作速度v的允许误差为+5%，所以传动功率的范围为Pw =PW + Pw=1.7291.911KW 传动装置效率双头蜗杆传动效率 蜗=0.78 滚动轴承效率每对 联轴器效率 联=0.99 传动滚筒效率 所以：=轴3联2W 蜗电动机所需功率： Pd= Pw/滚筒工作转速： 601000 =601000 蜗杆头数为2的传动比i的范围为14100，电动机转速的可选范围为：nd=inw(1427)44.59=624.261203.95r/min根据计算出的电动机容量和转速，查得所需的电动机Y系列三相异步电动机相应的技术参数及传动比的比拟情况如下表所示： 方案电动机型号额定功率Ped kw电动机转速 r/min总传动比同步转速满载转速1Y132M-837507102Y132S-6310009603Y100L2-4315001430综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可见第2方案比拟适合。因此选定电动机机型号为Y132S-6其主要性能如下表: 位：mm中心高H外形尺寸LAC/2ADHD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD1324753453152161401238801033382.2 传动装置的运动和动力参数计算1各轴的转速n0=960 r/minn1=n0=960 r/minn2= n r/minnw=n r/min2)各轴的输入功率 P1 =Pd联P2 =P1轴蜗PW =P2轴联3） 各轴的输入转矩 T0 =9550Pd/n0=9550mT1 =9550P1/n1=9550mT2 =9550P2 /n2=9550mTW=9550PW/nW=9550mn0=960 r/minn1=960 r/minn2r/minnwr/minP1P2PWT0mT1mT2mTWm2.3 运动和动力参数的计算结果列于下表参数电动机轴轴轴滚筒轴转速nr/min输入功率P/KW输入转矩T(Nm)960960传动比50三 传动件的设计计算 选择材料蜗杆：45钢，外表淬火45-55HRC；蜗轮：10-3铝青铜ZCuAl10Fe3，金属模铸造，假设相对滑动速度vs6m/s 确定许用应力许用接触应力 H=120MPa许用弯曲应力 F=90MPa 参数的选择蜗杆头数 Z1=2蜗轮齿数 Z2=i2=43.06 那么Z2取44使用系数 KA综合弹性系数 ZE=160接触系数Z 取d1/a=0.4 由图12-11得，Z 确定中心距a取整：a=185mm假设取m=8,d1=80mm 那么d2=mZ2=448=352mm那么中心距a为 验算蜗轮圆周速度v2、相对滑动速度、及传动总效率1蜗轮圆周速度v22导程角 由3相对滑动速度vs 与初选值相符，选用材料适宜4传动总效率 当量摩擦角 原估计效率0.712与总效率相差较大，需要重新验算3.1.6 复核 所以原设计合理 验算蜗轮抗弯强度蜗轮齿根抗弯强度验算公式为其中当量齿数所以强度足够3.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸 蜗杆相关几何尺寸分度圆直径 齿顶高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆螺旋局部长度(因为当m10时，b1加长1525mm，故取b1=130mm;蜗杆轴向齿距 蜗轮相关几何尺寸分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径外圆直径 蜗轮齿宽 轮缘宽度 热平衡计算取油温t=70，空气温度t=20,通风良好，t取15W/(m2),传动效率为0.712；由公式 得：四 蜗杆副上作用力的计算4.1 设计参数1)高速轴 T1=24157Nmm n1=960r/min d1=80mm2)低速轴 T2=401618Nmm n2 d2=352mm4.2 蜗杆上的作用力1圆周力 其方向与力作用点圆周速度方向相反2轴向力 其方向与蜗轮的转动方向相反3径向力 其中n=20其方向力由力的作用点指向轮1的转动中心4.3 蜗轮上的作用力蜗轮上的轴向力、圆周力、径向力分别与蜗杆上相应的圆周力、轴向力、径向力大小相等，方向相反，即蜗轮上的作用力为：Fa2=Ft1；Ft2=Fa1；Fr2=Fr1五 减速器箱体的主要结构尺寸5.1 箱体的尺寸 单位： mm名称符号尺寸关系尺寸大小箱座壁厚+3812箱盖壁厚1810箱盖凸缘厚度b1115箱座凸缘厚度b18箱座底凸缘厚度b230地角螺钉直径df+12M20地角螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径d10.75 dfM16盖与座连接螺栓直径d2(0.50.6) dfM10连接螺栓Md2的间距l150200170轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5) dfM8视孔盖螺钉直径d4(0.30.64) dfM6定位销直径d(0.70.8) d2M8Mdf、Md1、Md至外箱壁距离C1见表4-326,22,16Mdf、Md1、Md至凸缘边缘距离C2见表4-324,20,14轴承旁凸台半径R1C214凸台高度h根据低速轴轴承座外径确定外箱壁至轴承座端面距离l1C1+C2+(510)5560箱盖、箱座肋骨m1、m2m11、m2轴承端盖外径D2D+(55.5),D-轴承外径(125)130轴承旁螺栓距离ssD2130代号名称代号名称1齿顶圆至箱体内壁距离7箱底至箱底内壁的距离2齿轮端面至箱体内壁距离H减速器中心高3轴承端面至箱体内壁距离轴承用脂润滑时轴承用油润滑时L1箱体内壁至轴承座孔外端面的距离4旋转零件间的轴向距离L2箱体内壁轴向间距5齿轮顶圆至周彪面的距离L3轴承座孔外端面间距6大齿轮顶圆至箱体底面内壁间距e轴承端盖凸缘厚度名称符号尺寸关系尺寸大小箱座壁厚+3812箱盖壁厚11810箱盖凸缘厚度b1115箱座凸缘厚度b18箱座底凸缘厚度b230地角螺钉直径df+12M20地角螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径d10.75 dfM16盖与座连接螺栓直径d2(0.50.6) dfM10连接螺栓Md2的间距l150200170轴承端盖螺钉直径d3(0.40.5) dfM8视孔盖螺钉直径d4(0.30.64) dfM6定位销直径d(0.70.8) d2M8Mdf、Md1、Md至外箱壁距离C1见表4-326,22,16Mdf、Md1、Md至凸缘边缘距离C2见表4-324,20,14轴承旁凸台半径R1C214凸台高度h根据低速轴轴承座外径确定外箱壁至轴承座端面距离l1C1+C2+(510)5560箱盖、箱座肋骨m1、m2m11、m2轴承端盖外径D2D+(55.5)D-轴承外径(125)130轴承旁螺栓距离ssD21306、蜗杆轴的设计计算6.1 轴的详细计算 参数P1n1=960r/minT1md=80mm， 材料的选择因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，所以选用常用的45号钢，考虑到蜗轮、蜗杆有相对滑动，因此蜗杆外表采用淬火处理。 初算轴径初步确定蜗杆轴外伸段直径。因蜗杆轴外伸段上安装联轴器，故轴径可由下式求得：45钢的C值为118107，故取118 结构设计 轴承部件结构设计蜗杆的速度为 当蜗杆圆周速度v45m/s时，采用蜗杆下置式 当蜗杆圆周速度v45m/s时，采用蜗杆上置式蜗杆下置时，润滑和冷却的条件比拟好； 结构采用蜗轮在上、蜗杆在下的结构。为了方便蜗轮轴安装及调整，采用沿蜗轮轴线的水平面剖分箱体结构，对于蜗杆轴，可按轴上零件的安装顺序进行设计。各轴段的设计1轴段的设计因为该段轴上安装联轴器，故此段设计与联轴器同步设计。为了补偿误差，故采用弹性联轴器，2联轴器类型确实定及轴段的设计电动机的轴伸尺寸DE=3880所以联轴器取型号为LT6弹性套住销联轴器，其公称转矩为250Nm,许用转速为3800r/min钢，轴孔直径范围为3242mm，毂孔直径取38mm，轴孔长度去60mm，J型轴孔，联轴器从动端代号为LT6 3860 GB/T4323-2002。那么相应的轴段直径为d1=38mm，轴段长度略小于轮毂直径，故取L1=58mm3轴段的直径轴肩高度为故，轴段的直径为 该处选用密封毡圈油封，使用的毡圈类型为 65 F2/T902021-91,那么d2=65mm4)轴段及轴段的设计 因为轴段及轴段上安装轴承，考虑其受力情况，所以选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，现取轴承为30214，轴承内径d=70mm，外径D=125mm,宽B=24mm，T=26.25，内圈定位轴肩直径da=79mm，外圈定位轴肩直径Da=110mm，a 蜗杆采用油润滑，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取3=4mm，蜗杆浸油深度为蜗杆齿顶圆到轴承座孔底边的距离为 故取d3=70mm,即d3=d7=70mm，l3=l7=B=24mm5轴段的长度设计因为轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件的尺寸有关。取轴承座与蜗轮外圆之间的距离=12mm可以确定出轴承座内伸局部端面的位置和向力内壁的位置由减速器箱体的主要结构尺寸可查轴承旁连接螺栓直径、箱体凸缘连接螺栓直径和地脚螺栓直径。轴承端盖连接螺栓直径M8，取螺栓GB/T5782 M88mm=，取e=10mm。调整垫片厚度t=2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离K1=16mm。轴承座外伸凸台高t=5mm，轴承座长度为L55mm。那么：L2=K1+e+t+L -3- L3=16+10+2+55-4-24=57mm6)轴段和轴段的设计该轴段直径可以取轴承定位轴肩的直径： d4=d6=79mm轴段和的长度可由蜗轮外圆直径、蜗轮齿顶外缘与内壁距离1=15mm和蜗杆宽b1=130mm,及壁厚、凸台高、 轴承座长等确定：L4=L6=+1+t-L+3-=106mm7)轴段的设计轴段即为蜗杆段长 L5=b1=130mm分度圆直径为80mm，齿根圆直径df1=8)轴上力作用点间距轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距a=，那么可得轴的支点及受力点间的距离为 9)蜗杆的根本尺寸 单位：mm385865577024791069613079106702410画出轴的结构及相应尺寸七 键连接的设计联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，键的类型为:GB/T 1096 键 10832八 轴、滚动轴承及键连接校核计算8.1 轴的强度校核求出水平面的支承反力求出垂直面的支承反力轴承A的总支承反力 轴承B的总支承反力绘弯矩图1绘垂直面的弯矩图2绘水平面的弯矩图3)蜗杆受力点截面右侧为4合成弯矩蜗杆受力点截面左侧为蜗杆受力点截面右侧为5画转矩图T1=24157Nmm由弯矩图可知，蜗杆受力点截面左侧为危险截面，其抗弯截面系数为 抗扭截面系数为最大弯曲应力为扭剪应力为如认为轴的扭切应力时脉动循环变应力，取折合系数=0.6，当量应力为第三强度理论e0b所以强度足够蜗杆的当量轴径为转动惯量为对于淬火钢需用最大挠度r=8=105Mpa，那么蜗杆中点挠度为所以挠度满足联轴器处键连接的挤压应力为所以强度符合九 低速轴的设计与计算9.1 轴的详细设计 参数P2n2T2m，d=352mm，b2= 材料的选择和处理因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，所以选用常用的45号钢，考虑到蜗轮、蜗杆有相对滑动，因此采用调质处理。 初算轴径初步确定蜗杆轴外伸段直径。因蜗杆轴外伸段上安装联轴器，故轴径可由下式求得： 45钢的C值为118107，故取118因为轴上有键，应增大轴径3%5%，那么0.030.05=42.26,故取dmin=43mm 各轴段的设计1轴段的设计所以联轴器取型号为GB/T 5014-2003中的LX3型联轴器符合要求，其公称转矩为1250Nm,许用转速为4750r/min钢，轴孔直径范围为4048mm，毂孔直径取48mm，轴孔长度取84mm，J型轴孔，A型键，联轴器主动端代号为LX3 3860 GB/T 5014-2003。那么相应的轴段直径为d1=48mm，轴段长度略小于轮毂直径，故取L1=82mm2轴段的直径轴肩高度为故，轴段的直径为该处选用密封毡圈油封，使用的毡圈类型为 55 JB/ZQ4606-1997,那么d2=55mm3)轴段及轴段的设计因为轴段及轴段上安装轴承，考虑其受力情况，所以选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，现取轴承为30212， 轴承内径d=60mm，外径D=110mm,宽B=22mm，T=23.75，内圈定位轴肩直径da=69mm，外圈定位轴肩直径Da=96101mm，a21m，故取d3=60mm。轴承采用脂润滑，需要设计挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取3=10mm。故d3=d6=60mm，4)轴段的设计轴段上安装蜗轮，为方便蜗轮的安装，d4应该略大于d3，可定d4=65mm,蜗轮轮毂的宽度范围为1.21.8d4=78117mm,取其轮毂宽度H=80mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应该比轮毂略短，故取L4=78mm5)轴段的长度设计取蜗轮轮毂到内壁距离2=15mm，那么L3=B+3+2+H-L4=22+10+15+80-78=49mm6轴段的长度设计因为轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件的尺寸有关。轴承端盖连接螺栓直径为M8，取螺栓GB/T5782 M88mm=，取e=10mm。调整垫片厚度t=2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离K1=15mm。轴承座外伸凸台高t=5mm，轴承座厚度为L=+c1+c2+(58)=6770mm。那么：取L=68mmL2=K1+e+t+L-3-B=15+10+2+68-10-22=63 mm7)轴段的设计该轴段为蜗轮提供定位，定位轴肩的高度为h=(0.070.1)d4=3.85取h=5mm,那么d5=75mm,取轴段的长度L5=10mm8)轴段的长度设计保证挡油环、轴承相对蜗轮中心线对称，那么L6=L3-L5-2mm=(49-10-2)=37mm9)轴上力作用点间距轴的支点及受力点间的距离为 10低速轴的设计尺寸 单位：mm488255636049657875106049十 键连接的设计联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，键的类型为GB/T 1096 键 12832和键1610十一 润滑油的选择减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。蜗杆轴承采用全损耗系统用油L-AN150润滑油润滑。蜗轮轴承采用ZL-1锂基润滑脂润滑。十二 附件设计经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件： 键的类型： 单位：mm安装位置类型bh9hh11L9h14蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB/T 1096 键 10810832蜗轮与蜗轮轴联接处GB/T 1096 键 12812832蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB/T 1096键1610161032圆锥滚动轴承 ： 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDTBC蜗 杆GB/T297-199430214701252421蜗轮轴GB/T297-9430212601102219密封圈JB/ZQ 4606-1986： 单位：mm安装位置类型轴径d根本外径D根本宽度蜗杆B6574865748蜗轮轴B5574855748弹簧垫圈GB93-87： 单位：mm安装位置类型内径d宽度厚度材料为65Mn，外表氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓GB93-87-16164上下箱联接螺栓GB93-87-12123挡油环： 单位：mm安装位置外径厚度边缘厚度材料蜗杆129129Q235定位销为GB117-86 销838 材料为45钢十三 减速器附件的选择视孔盖Q235： 单位mmAA1A2B1BB2d4hR150190170410380394M 628起吊装置： 单位mm箱盖吊耳dR eb24242424箱座吊耳BHhb4224起重螺栓 : 单位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226通气器: 单位mmdd1d2d3d 4DabSM18M3383164012722chh1D1RKef1640840622轴承盖HT150 单位mm安 装位 置d3Dd0D0D2ee1mD4D5D6b1d1蜗杆10130111551801213120125127880蜗轮轴101401116519012132013013513710100油标尺 单位mmdd1d2d3habcDD1M1641663512852622油塞工业用革: 单位mmdDeLlasd1HM1262312317172致谢在学校学习期间,本人得到许多人的支持与帮助,衷心感谢菅毅老师在我完成设计期间给予的热情关心和悉心指导.菅毅老师严谨的教学态度和谦逊的性格，务实高效的工作作风使我受益匪浅。我还要借此时机向在大学生活中给予了我帮助和指导的所有老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以表达，顺利完成毕业设计。最后再次感谢老师的帮助，尤其这次毕业设计我们的指导老师，感谢你！同时，在设计过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。 我还要感谢我的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多珍贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。参考文献1 王亚辉.?机械设计根底?.北京,机械工业出版社,20212 刘力.?机械制图第三版?.北京,高等教育出版社,2021,43 张秉荣.?工程力学第二版?.北京,机械工业出版社,20214 柴鹏飞,王晨光.?机械设计课程设计指导书第二版?.北京,机械工业出版社,2021