一级蜗杆减速器

机械设计课程设计题 目： 单级蜗杆减速器 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 王 军 学 号： 20097494 指导教师： 龚 伟 2012年1月4日目 录引言 一、设计题目 二、总体传动方案的设计与分析 三、电动机的选择 四、传动装置运动及动力参数计算 五、蜗轮蜗杆的设计及其参数计算 六、蜗轮蜗杆轴的设计计算及校核 七、联轴器和滚动轴承的选择与校核 八、键选择与校核 九、箱体的设计计算 十、小型标准件的选择 十一、减速器的结构，密封与润滑 十二、设计小结 十三、附件 、引言课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。在2010年01月04日-2010年01月18日为期二周的机械设计课程设计。本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，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、蜗轮的基本尺寸设计，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，减速器的润滑等和A2图纸装配图1张、A4图纸的零件图2张。设计参数的确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。计算机辅助设计（CAD），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，能清楚、形象的表达减速器的外形特点。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。 一、设计题目11工作情况：已知条件1) 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有灰尘，环境最高温度35；2) 使用折旧期；8年；3) 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4) 动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；5) 运输带速度容许误差：5%；6) 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。12设计数据运输带工作接力F/N运输带工作速度n/（m/s）卷筒直径D/mm48001.2550013传动方案本课程设计采用的是单级蜗杆减速器传动。如下图所示：二、总体传动方案的设计与分析21设计步聚1）电动机的选择与运动参数计算；2）确定传动装置的总传动比和分配传动比3）蜗杆蜗轮的设计与校核；4）联轴器的选择5）蜗杆与蜗轮轴的设计与校核；6）轴承的选用与校核；7）键的选择与校核8）箱体的设计9）装配图、零件图的绘制； 22传动方案的分析该工作机采用的是原动机为Y系列三相笼型异步电动机，三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，电压380 V，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便；另外其传动功率大，传动转矩也比较大，噪声小，在室内使用比较环保。传动装置采用单级蜗杆减速器组成的封闭式减速器，采用蜗杆传动能实现较大的传动比，结构紧凑,传动平稳，但效率低，多用于中、小功率间歇运动的场合。工作时有一定的轴向力，但采用圆锥滚子轴承可以减小这缺点带来的影响。并且在电动机心轴与减速器输入轴及减速器输出轴与卷筒轴之间采用弹性联轴器联接，因为三相电动机及输送带工作时都有轻微振动，所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用，以减少振动带来的不必要的机械损耗。总而言之，此工作机属于中等功率、载荷变化不大的工作机，其各部分零件的标准化程度高，设计与维护及维修成本低；结构较为简单，传动的效率比较高，适应工作条件能力强，可靠性高，能满足设计任务中要求的设计条件及环境。三、电动机的选择3.1 电动机功率的确定1) 工作机各传动部件的传动效率及总效率：查机械设计课程设计指导书表9.2可知蜗杆传动的传动比为：；又根据机械设计基础表4-2可知蜗杆头数为，由表4-4可知蜗杆传动的总效率为：查机械设计课程设计指导书表9.1可知各传动部件的效率分别为：； ；工作机的总效率为：2) 电动机的功率：所以电动机所需工作效率为：3.2 确定电动机的转速1) 传动装置的传动比的确定：查机械设计课程设计指导书书中表9.2得各级齿轮传动比如下： 理论总传动比：2) 电动机的转速：卷筒轴的工作转速：所以电动机转速的可选范围为：根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三种。所以可供选择的的电机有：序号电动机型号额定功率KW满载转速r/min堵转转矩最大转矩质量（kg）额定转矩额定转矩1：1000Y160L-6119702.02.01472：750Y180L-8117301.72.01843：1500Y160M-41114602.22.2123综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min的电动机。其主要功能如上图所示。3.3电动机的结构设计中心高 H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸装键部位尺寸16015根据电动机的型号，选择如上图所示的结构。四、 传动装置运动及动力参数计算4.1 各轴的转速计算1) 实际总传动比及各级传动比的分配：由于是蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。则总传动比: 所以取2) 各轴的转速：第一轴转速：第二轴转速：4.2 各轴的输入功率第一轴功率：第二轴功率：第三轴功率：4.3 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩：第一轴转矩：第二轴转矩：第三轴转矩：将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴 名功率P/kW转矩T/（N*M）转速n/(r/min)传动比效率电机轴9.2390.8797011第一轴9.1489.9097010.99第二轴7.31151146.2210.80卷筒轴7.02145146.210.95五、蜗轮蜗杆的设计及其参数计算5.1 传动参数蜗杆输入功率P=9.23 kW，蜗杆转速，蜗轮转速，理论传动比i=20.3，实际传动比i=21，蜗杆头数，蜗轮齿数为，蜗轮转速选择蜗杆传动类型：根据设计要求，选用阿基米德蜗杆。52选择材料 减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料45钢经表面淬火，齿面硬度 45 HRC,蜗轮缘选用材料ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗轮轮芯用灰铸铁HT200制造。53按齿面接触疲劳强度进行设计1）确定作用在蜗轮上的转矩T2： 2）载荷系数K： 因为载荷平稳，蜗轮转速不高，可从书里表中查得.15 ， ，；则3）确定材料弹性系数 ：由钢蜗杆与铸锡磷青铜蜗轮相配，材料弹性系数 4）确定接触系数 ： 先假设 ，从图7.7可查得 5）确定许用接触应力 ： 由蜗轮材料ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆硬度45HRC,可从表中查得蜗轮的基本许用应力.计算循环次数 :： 寿命系数: 则 6）确定中心距：取中心距a=250mm,由i=20从表中7.2中取模数m=10mm,蜗杆分度圆直径=90mm.这时,对应的,因,故以上计算结果可用。54蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸1) 蜗杆蜗杆头数轴向齿距;直径系数;齿顶圆直径;齿根圆直径;2) 蜗轮 蜗轮齿数取;变位系数;蜗轮分度圆直径;蜗轮喉圆直径;蜗轮齿根圆直径55校核齿根弯曲疲劳强度1）计算蜗杆导程角 可知 2）当量齿数： 由和可从教材图7.8中查得齿形系数。螺旋角系数： 则齿根弯曲疲劳应力 由表7.8中根据蜗轮材料ZCuSn10P1可查得基本许用弯曲应力。 寿命系数： 则许用弯曲应力 由于 所以弯曲疲劳强度条件满足。56计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角： ; 可知 ， 蜗杆分度圆的圆周速度 ： 相对活动速度： 当量摩擦角 取验算啮合效率： 传动总效率： （在表4-4所列范围内）。57热平衡计算与校核环境温度 取传热系数 取根据： S=1.5 故可知其安全。2、截面D左侧 抗弯截面模量按表11.5中的公式计算 W=0.1=72900抗扭截面模量 =0.2=145800弯矩M为 332501*（87-64）/87=87902.56N.mm截面D上的扭矩T=1510993.5 N.mm 截面上弯曲切应力=1.2MPa截面上的扭转切应力 =10.36MPa过盈配合处的/值，由手册可知/=0.8/ 于是得/=2.37 /=1.85轴按磨削加工，得表现质量系数为=0.92故得综合系数为：=/+1/-1=2.612=/+1/-1=2.108轴在截面4的左侧的安全系数为=/（+）=17.95=/（+）=9.481=/=9.483S=1.5 故该轴在D左侧的强度也是足够的。又因本传动无大的瞬时过载及严重的应力循环对称性，故可略去静强度校核。七、联轴器和滚动轴承的选择与校核71载荷计算1）已知蜗杆轴名义转矩为89.9N*m由于蜗杆减速器的载荷较平稳，按转矩变化小考虑，取工作情况系数k=1.3。蜗杆轴计算转矩： 2）已知蜗轮轴名义转矩为1511N*m; 卷筒轴计算转矩为1451N*m所以蜗轮轴计算转矩：N*m3）卷筒轴计算转矩：N*m72选择联轴器的型号查机械设计课程设计指导书表12-3可知，电动机轴的直径D=42mm,轴长E=110mm；蜗杆轴直径。查机械设计课程设计指导书表8-5可知，蜗杆轴的输入端选用LT7型弹性柱销联轴器。联轴器标记 LT7联轴器GB/T 4323-2002公称转矩 许用转速 查机械设计课程设计指导书表13.1可知，蜗轮轴的输出端选用LT10型弹性柱销联轴器。联轴器标记 LT10联轴器GB/T 4323-2002公称转矩 许用转速 73轴承的选择1) 初选输入轴的轴承型号据已知工作条件和输入轴的轴颈，由机械设计基础附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承30310（一对），其尺寸：D=100mm,d=50mm,T=29.25mm。据已知工作条件和输出轴的轴颈，由机械设计基础附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承32216（一对），其尺寸：D=140mm,d=80mm,T=35.25mm。2）对32216型号轴承进行校核：查机械设计课程设计手册：其基本额定动载荷 C=198000N；计算系数 e=0.42 ； 轴向载荷系数 Y=1.4。1、计算蜗杆轴的受力蜗杆轴受力分别有切向力，轴向力和径向力蜗杆轴： 蜗轮轴： 2、计算派生轴向力设将蜗轮设计在两轴承的中心位置处，则两轴承的内部径向力分别为： 3、计算轴承所受的轴向载荷因为 轴承1被放松，轴承2被压紧。由此可得 4、计算当量动载荷轴承1的载荷系数 ： 根据，由表8-5可知，由此可求得轴承1的当量动载荷： 轴承2的载荷系数 ： 根据由表8-5可知；由此可求得轴承2的当量动载荷： 所以轴承的当量动载荷取、中较大者，所以取5、计算轴承实际寿命温度系数 由机械设计基础表8-3可知载荷系数 由机械设计基础表8-6可知寿命指数 滚子轴承 轴承实际寿命 所以 轴承32216满足要求。八、键选择与校核81蜗杆联接键的选择与校核1）键的选择和参数 选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表4-1查得d=40mm时，应选用键 GB/T1096转 矩： 键长 ： 接触长度： 2）许用挤压应力校 核 查机械设计基础表2-12键连接钢的许用挤压应力为 而 故满足要求82蜗轮联接键的选择与校核1）键的选择和参数 选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表4-1查得d=90时,应选用键 GB/T1096转 矩： 键长 ： 接触长度： 2）许用挤压应力校 核 查机械设计基础表2-12键连接钢的许用挤压应力为 而 故满足要求83蜗轮轴联接键的选择与校核1）键的选择和参数 选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表4-1查得d=70时。应选用键 GB/T1096转 矩： 键长 ： 接触长度： 2）许用挤压应力校 核 而 故满足要求84卷筒轴键的选择1）键的选择和参数 选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表4-1查得d=65时。应选用键 GB/T1096转 矩： 键长 ： 接触长度： 2）许用挤压应力校 核 而 故满足要求85电动机轴键的选择1）键的选择和参数 选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表4-1查得d=42时。应选用键 GB/T1096转 矩： 键长 ： 接触长度： 2）许用挤压应力校 核 而 故满足要求九、箱体的设计计算91箱体的结构形式和材料采用下置剖分式蜗杆减速器（由于V=1.25m/s）铸造箱体，材料HT150。9. 2箱体主要结构尺寸和关系 名称 减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =13mm 箱盖壁厚1 1=11mm箱座凸缘厚度b1，箱盖凸缘厚度b，箱座底凸缘厚度b2 b1=1.51=17mmb=1.5=19mm b2=2.5=32mm地脚螺钉直径及数目 n=4轴承旁联接螺栓直径 箱盖、座联接螺栓直径 连接螺栓的间距180mm轴承端盖螺钉直径 视孔盖螺钉直径 定位销直径Df，d1，d2至外壁距离 df，d2至凸缘边缘距离 C1=26,20,16 C2=24,14轴承端盖外径 D1=140mm ，D2=190mm轴承旁联接螺栓距离 S1=140mm ，S2=190mm轴承旁凸台半径 R1=16mm轴承旁凸台高度 根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱盖，箱座筋厚 m1=9mm m2=10mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 20mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 15mm十、小型标准零件的选择本部分含螺栓，螺母，螺钉的选择垫圈，垫片的选择，具体内容如下：7.1 螺栓，螺母，螺钉的选择考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用螺栓GB5782-86 M12*40 数量为4个 M16*120 数量为4个螺母GB6170-86 M12 数量为4个 M16 数量为4个螺钉GB5782-86 , M8*25 数量为2个 M10*35 数量为24个 M6*16 数量为12个*（参考装配图）7.2 销，垫圈垫片的选择 选用销GB117-86，B10*30， 数量为2个选用垫圈GB93-87 数量为8个选用止动垫片 1个选用石棉橡胶垫片 2个选用08F调整垫片 4个*（参考装配图）有关其他的标准件，常用件，专用件，详见后续装配图十一、减速器的结构，密封与润滑111减速器的结构本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速器的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速器用地脚螺栓固定在机架或地基上。（具体结构详见装配图）112减速器的润滑与密封蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100C）查表10.6机械设计课程设计指导书 润滑油118Cst轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表10.7设计课程设计指导书 润滑脂ZL-2十二、设计小结一级蜗杆减速器的设计是一个较为复杂的过程，通过这次设计觉得自己受益匪浅。机械设计课程设计是机械设计课程的一个重要环节，它可以让我们进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过设计把机械设计及其他有关先修课程（如机械制图、材料力学、工程材料等）中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，使理论知识和生产实践密切的结合起来。而且，本次设计是我们学生首次进行完整综合的机械设计，它让我树立了正确的设计思想，培养了我对机械工程设计的独立工作能力；让我具有了初步的机构选型与组合和确定传动方案的能力；为我今后的设计工作打了良好的基础。通过本次课程设计，还提高了我的计算和制图能力；同时对减速器的结构和设计步骤有了一个大概的了解，对之前所学的专业知识作了一个很好的总结，设计中尚有很多不合理和不理解的地方，以待在今后的学习工作中来弥补。设计过程中我能够比较熟悉地运用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范；熟悉有关的国家标准和行业标准（如GB、JB等），获得了一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本技能训练。 经过一番艰辛努力，最终独立将课程设计圆满地完成。我们付出，我们收获。十三、附件131图纸1）蜗轮轴图-WLZ2）蜗轮图-WL3）装配图-ZP132参考文献【1】吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册第三版.高等教育出版社【2】龚桂义.机械设计课程设计指导书第二版.高等教育出版社，【3】杨明忠，朱家诚。机械设计，武汉理工大学出版社，2001.5【4】宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京:高等教育出版社，2006.8蜗 杆蜗 轮