蜗杆减速器课程设计.doc

前言机械设计课程设计是一个重要实践环节，也是考察学生是否全面掌握基本理论知识的重要环节。在2013年11月04日-2013年11月24日为期三周的机械设计课程设计。本次设计的任务是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（电机弹性联轴器蜗轮蜗杆减速器刚性联轴器工作机），该课程设计任务是在指导老师指导下完成的。该课程设计内容包括：设计计算说明书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，联接装置的设计选择，蜗杆蜗轮传动设计，蜗干的尺寸设计与校核，蜗轮轴及蜗轮尺寸的设计，减速器箱体的结构设计，减速器其它零件的选择，减速器的润滑，轴承的选择校核和装配图A0图纸1张、零件图A2或A3图纸3张等。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。蜗轮蜗杆减速器的图纸运用计算机辅助设计，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，通过本课程设计，将进一步深入地对这一辅助画图软件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、部件的选择及相关的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，限于处于初学阶段，整个过程还存在不足、不妥之处，敬请老师指正。 编者 2013年11月目录一.机械设计课程设计任务书 1二.设计计算 21 设计题目：蜗杆减速器 21.1工作情况 21.2传动方案 21.3设计数据 21.4课程设计内容 22总体传动方案的选择与分析 22.1传动方案的选择 22.2传动方案的分析 33电动机的选择 33.1 选择电动机类型3.2选择电动机的容量（功率） 33.3确定电动机的转速 44 确定传动装置的总传动比并分配传动比4.1实际传动比及各级传动比的分配5计算传动装置的运动及动力参数计算 45.1各轴的转速计算 45.2各轴的输入功率 55.3轴的输入转矩 56传动零件设计计算 66.1传动参数 66.2蜗轮蜗杆材料选择及设计 67装配草图设计 67.1电动机有关尺寸77.2 选择电动机处联轴器（初算轴的最小直径）7.3选择工作机处联轴器8.确定滚动轴承的类型及其润滑与密封78.1确定轴承的类型8.2滚动轴承的润滑与密封方式8.3密封方式9 轴承端盖的结构结构形式10 确定减速器箱体结构方案和主要结构尺寸10.1箱体的结构和材料10.2箱体主要结构尺寸11轴的设计计算及校核 811.1蜗杆轴的设计及校核输出轴的设计 811.2蜗轮轴的设计812键的选择及校核 1712.1键的选择 1711.2键的校核 1713轴承的选择及额定寿命校核 1813.1轴承的选择 1813.2 高速级轴承校核1814减速器附件的设计 19 14.1窥视孔和窥视孔盖得设计19 14.2通气器的设计2014.3放油孔及放油螺栓的设计 2014.4油视窗的设计 2014.5吊环螺钉、吊耳和吊钩 20减速箱体的结构 21速器的润滑与密封 21减速器附件简要说明 21设计小结 21谢辞 22参考文献 24附录 25一.【机械设计】课程设计任务书设计题目蜗轮减速器设计者机设 2011 级 2 班姓名： 题目数据工作机输入功率(kW)1.65工作机转速(rpm)44.5电动机(未画出)与减速器输入轴用弹性联轴器联接，减速器输出轴与工作机用刚性联轴器联接。工作条件1、连续单向运转；2、载荷较平稳；3、两班制；4、结构紧凑；5、工作寿命5年。设计内容1、 减速器装配图1张(0号图)；2、零件图23张；3、设计计算说明书1份。设计期限答辩日期指导教师设计成绩二.设计计算过程1 设计题目：蜗杆减速器1.1工作情况已知条件：1、连续单向运转；2、载荷较平稳；3、两班制；4、结构紧凑；5、工作寿命5年；6、电动机与减速器输入轴用弹性联轴器联接，减速器输出轴与工作机用刚性联轴器联接；7、工作机输入功率1.65KW,工作机转速44.5r/min。1.2传动方案本课程设计采用单级蜗杆减速器传动。1.3设计数据工作机输入功率1.65KW,工作机转速44.5r/min。1.5机械设计课程设计的内容1、电动机的选择与运动参数计算；2、蜗轮蜗杆传动设计计算；3、轴的设计；4、滚动轴承的选择；5、键和联轴器的选择与校核；6、装配图、零件图的绘制；7、设计计算说明书的编写；8、减速器总装配图一张；9、齿轮、轴零件图各一张；10、设计说明书一份。2 总体传动方案的选择与分析2.1传动方案的选择该传动方案在任务书中已经确定，采用一个单级蜗杆减速器传动装置传动（蜗杆下置式传动装置传动）。2.2传动方案的分析该方案工作机采用的原动机为电动机，考虑其工作特性，工作环境和工作载荷，该方案采用Y系列三相笼型异步电动机（参考机械设计课程设计指导书和机械设计课程设计手册）。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，具有防止灰尘、铁屑或其它杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，电压380 V，频率50HZ，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一缺点带来的影响，但它常用于高速重载荷传动，所以将它安放在高速级上。在电动机心轴与减速器输入轴用弹性联轴器联接，有缓冲和吸振作用，以减少振动带来的不必要的机械损耗。输出轴与工作机采用刚性联轴器，其具有高的超低惯性和高灵敏度的优越性能，且在实际传动中，刚性联轴器具有免维护，超强抗油以及耐腐蚀的优点。总而言之，此工作机属于小功率、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。3 电动机的选择3.1选择电机类型由传动方案、工作要求和工作条件分析，电动机采用Y系列三相笼型异步电动机，其结构为全封闭式自扇冷式结构，电压为380V。3.2选择电机的容量（功率）1) 工作机各传动部件的传动效率及总效率由机械设计课程设计指导书表9.1可知蜗杆传动的传动比为：；又根据机械设计基础表9.1可知，初选蜗杆头数为，的传动效率为： （已知：已包括蜗杆轴上一对轴承的效率），本设计取=0.725，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： 本课程设计取=0.9925 本课程设计取=0.98 本课程设计取工作机的总效率为： =0.99250.7250.981 =0.705171250.7052）所需电动机的工作功率： 又由查机械设计课程设计指导书表12.1 电动机选择功率为3KW3.3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表2.1得各级齿轮传动比如下: 理论总传动比：2) 电动机的转速：工作机的转速：n工作机=nw=44.5 r/min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。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。其主要功能表如下（此表由机械设计课程设计手册表12-1查得）：电动机型号额定功率kW满载转速r/min堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩质量/kgY132S-639602.02.263根据电动机的类型，由机械设计课程设计手册表12-3查得，确定电动机的安装及外形尺寸如下表：机座号ABCDEFGHKABACADHDLY132S2161408938801033132122802752103154754 确定传动装置的总传动比并分配传动比4.1实际传动比及各级传动比的分配由于是蜗杆蜗轮传动，其传动比集中在蜗杆上，其它不分配传动比。5 计算传动装置的运动及动力参数计算5.1各轴的转速计算：第一轴转速：第二轴转速：5.2 各轴的输入功率第一轴输入功率：第二轴输入功率：工作机输入功率：5.3各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩：第一轴输入转矩：第二轴输入转矩：工作机输入转矩：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/(Nmm)转速n/(r/min)效率传动比i电动机轴2.342.311049600.99251蜗杆轴2.322.291049600.72521.57蜗轮轴1.683.5810544.50.981工作机轴1.653.5210544.56 传动零件设计计算6.1传动参数蜗杆输入功率P=2.32 kW，蜗杆转速，蜗轮转速，理论传动比i=21.6，当选择蜗杆的头数Z1=1时，Z2=21.6不在推荐值范围内。当选则蜗杆的头数Z1=2时，Z2=43.2，在推荐值范围中，所以蜗杆头数取Z1=2（以上结果由机械设计表111得到）。6.2蜗轮蜗杆材料选择1）选择蜗杆传动类型根据GB/T 100851988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）.2）选择材料 由机械设计蜗杆传动一章知识可知，蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成，考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求整体调质，表面淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT200制造。3）按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：A、确定作用在蜗轮上的转矩T2按Z1=2，估取效率=0.8，则： B、确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由机械设计表11-5选取使用系数KA=1.15;由于转速不高，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05；则K=KAKKv=1.1511.051.21C、确定弹性影响系数ZE因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故ZE=160MD、确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距的比值=0.35，从机械设计图11-18中可查得Z=2.9。E、确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬45HRC,可从机械设计表11-7中查得蜗轮的基本许用应力H=268Mp。应力循环次数 N=60jn2Lh=601寿命系数 KHN=则 H= KHN. H=0.774268 MP=207.4 MPF、设计中心距 mm=134.08mm取中心距=160mm,因i=21.6,故从机械设计表11-2中取模数m=6.3，蜗杆分度圆直径d1=63mm。这时=0.39375，从机械设计图11-18中可查得接触系数=2.62，因为0.07d,故设计II-III段的直径为58mm。III-IV段为齿轮的轴向定位提供轴肩，取设计直径为70mm。IV-V段安装蜗轮，故该段直径为60mm，齿轮左端用套筒定位。V-VI段装套筒和轴承，直径和I-II段一样为50mm。-段安装轴承端盖，采用唇形密封圈，所用直径为45mm。-安装联轴器，故该段直径为40mm。B.各轴段长度的确定I-II段长为轴承的宽度为32mm。II-III段长度为为15mm, III-IV段为轴间的长度为10mm。IV-V装蜗轮，由蜗轮齿宽b20.75da1=56.7mm，设计长为长为60mm。轴段V-VI的长度为52mm。轴段-装轴承端盖，长度为50mm。-段的长度为联轴段110mm, 故轴的总长为324mm。C.轴上零件的周向定位 为了保证良好的对中性，蜗轮与轴选用A型普通平键联接，查机械设计课程设计手册表4-1 GB/T1096-2003摘录，键的型号为键宽b键高h=1811,键长56mm，键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，所以选择蜗轮与轮毂的配合为；联轴器与输出轴采用A型普通平键联接，键的型号为键宽b键高h=128 ，键长为110mm；轴与轴承内圈配合轴径选用H7/m6的配合。D.轴上零件的周向定位为保证30310轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据机械设计表15-2，取轴环圆角半径为1.2mm(3050mm),取轴肩圆角半径为1.2mm(3050mm)、2.0mm(3050mm)。其他轴肩圆角半径分别由具体轴径而定,轴的左右端倒角为2.045(5080mm)与1.245(3050mm)。12键的选择及校核12.1键的选择联轴器与蜗杆轴采用A型普通平键联接，查机械设计课程设计手册表4-1 GB/T1096-2003摘录，键的型号为键宽b键高h=87,键长80mm。键的工作长度mm，键与轮毂键槽的接触高度mm。蜗轮与轴选用A型普通平键联接，查机械设计课程设计手册表4-1 GB/T1096-2003摘录，键的型号为键宽b键高h=2012,键长56mm。键的工作长度mm，键与轮毂键槽的接触高度mm。联轴器与蜗轮轴轴采用A型普通平键联接，键的型号为键宽b键高h=128，键长为110mm，键的工作长度mm，键与轮毂键槽的接触高度mm。11.2键的校核键材料选用45钢，查机械设计表6-2知，校核如下：键bh=87,键长70mm按公式的挤压应力(错误)，故强度足够。键bh=2012, 键长70mm按公式的挤压应力(错误)，故强度足够。键bh=128, 键长110mm按公式的挤压应力，故强度足够。13轴承的选择及额定寿命校核13.1轴承的选择1）减速器轴承选取高速轴选用30308；低速轴选用 30310。2）减速器各轴所用轴承代号及尺寸（参考机械设计课程设计手册表6-7）：轴承类型型号外形尺寸（mm）安装尺寸（mm）dDT宽度BDaminDamaxDbmax圆锥滚子30308409025.2523778184圆锥滚子303105011029.2527951001033）高速级轴承校核A.预期寿命要求使用寿命LH=5年365天2班制8小时=29200 hB.轴承计算系数30308型圆锥滚子轴承其基本额定动载荷C=90800N,计算系数e=0.35，轴向载荷系数Y=1.7C.计算蜗杆轴的受力切向力 轴向力 径向力 D.计算轴承内部轴向力由图11-2分析可知：Fr1=Fr2=E. 计算轴承的轴向载荷对于30308型圆锥滚子轴承，按机械设计表13-7，轴承派生轴向力，其中，轴向载荷系数Y=1.7。圆锥滚子轴承轴向载荷的分析：Fa1=Fae+Fd2=2772N+114N=2886NFa2=Fd2=114N显然，Fa1Fa2，因此轴有左移趋势，轴承1被压紧，轴承2放松，又由轴承部件的结构图分析可知轴承将保持平衡，故两轴承的轴向分力分别为Fa1= 2886N, Fa2=114N比较两轴承的受力，因Fr1Fr2及Fa1Fa2，故只需校核轴承1。F.计算当量动载荷轴承1的载荷系数 根据，由表机械设计表13-5可知X1=0.4 Y1=1.7由表机械设计表13-6，因轴承运转中有中等冲击，载荷系数fp=1.5，由表机械设计表13-4，轴承工作温度120，温度系数ft=1。轴承1的当量动载荷 P=X1Fr1+ Y1 Fa1=轴承的寿命=轴承预期寿命 LH=5年365天2班制8小时=29200 h结论:由于轴承的寿命LhLH,所以轴承30208满足要求。14减速器附件的设计14.1窥视孔和窥视孔盖得设计 窥视孔的作用是方便人手伸入机箱内手动调节蜗轮的轮齿啮合，因此窥视孔盖的大小应该能伸入手的大小，如果太大，结构会显得不合理而且加工费用会比较贵，综合上述因素，按照机械设计课程设计的表14.7选择窥视孔的参数如下表（单位mm）ABA1B1CC1C2R螺钉尺寸螺钉数目11090140120125801055M1615614.2通气器的设计 根据减速器的工作环境，选择带过滤网的防尘式通气器，根据机体的大小按照机械设计课程设计的表14.9选择的通气器参数如下表（单位mm）dd1d2d3d4Dhabch1RD1skefM18M321.510516403610614174026.91952214.3放油孔及放油螺栓的设计放油螺栓的设计按照机械设计课程设计的表14.14选取的螺栓及油圈参数如下表（单位mm）螺纹dDD1SLhabD0H材料M12c1.25221513241232222皮封油圈-工业皮革螺塞-Q23514.4油标的设计 考虑到减速器的结构简单原则，选用杆式油标，其油标孔直接在减速器箱体上铸出，按照机械设计课程设计的表14.13选取油标的参数如下表(单位mm)dd1d2d3habcDD1M124126281064201614.5吊环螺钉、吊耳和吊钩为了拆卸及搬运减速器，应在箱盖上铸出吊耳，并在箱座上铸出吊钩，吊钩和吊耳的尺寸可以根据具体情况加以修改。15螺栓等相关标准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：15.1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 M10*35 数量为3个 M12*100 数量为6个螺母GB6170-86 M10 数量为2个 M10 数量为6个螺钉GB5782-86 , M6*20 数量为2个 M8*25 数量为24个 M6*16 数量为12个*（参考装配图）M10*35M12*100M10M12M6*20M8*25M6*1615.2销，垫圈垫片的选择 选用销GB117-86，B8*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）GB117-86B8*30GB93-87止动垫片石棉橡胶垫片08F调整垫片有关其他的标准件，常用件，专用件，详见装配图16减速器结构与润滑的概要说明在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。16.1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，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。（具体结构详见装配图）16.2减速箱体的结构该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式具体结构详见装配图16.3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118Cst16.4减速器附件简要说明该减速器的附件含窥视孔，窥视孔盖，排油孔与油盖，通气空，油标，吊耳和吊钩，起盖螺钉，其结构及装配详见装配图。17设计小结通过三