一级蜗轮蜗杆课程设计说明书.docx

机械设计说明书题 目： 一级蜗杆减速器设计 学 校： 系 别： 机械学院 专 业: 学生姓名： 学 号： 指导教师： 目录摘要41.蜗轮蜗杆减速器的介绍41.1蜗轮蜗杆减速器简介41.2蜗杆传动特点52总体传动方案的选择与分析52.1传动方案的选择52.2传动方案的分析62.3电动机的选择72.3.1. 电动机功率的确定72.3.2. 确定电动机的转速73.传动装置运动及动力参数计算83.1 各轴的转速计算83.2. 各轴的输入功率93.3 各轴的输入转矩94.蜗轮蜗杆的设计，三维结构及其参数计算104.1蜗轮三维图104.2蜗杆三维结构124.3传动参数124.4蜗轮蜗杆材料及强度计算134.5计算相对滑动速度与传动效率134.6确定主要集合尺寸144.7热平衡计算144.8蜗杆传动的几何尺寸计算155联轴器选择与轴承的设计计算与校核165.1联轴器的选择165.11载荷计算165.1.2选择联轴器的型号165.2轴承的选择及校核与三维图175.2.1蜗轮的轴承175.2.2蜗杆的轴承185.2.3初选输入轴的轴承型号185.2.5计算轴承内部轴向力195.2.6计算轴承的轴向载荷195.2.7计算当量动载荷195.2.8计算轴承实际寿命206轴的结构设计216.1蜗杆工程图如下：216.2蜗杆轴的径向尺寸的确定216.3蜗杆轴的轴向尺寸的确定226.4蜗轮轴的结构造型如下：226.5蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配236.6蜗轮轴的径向尺寸的确定236.7蜗轮轴的轴向尺寸的确定236.8蜗轮的强度校核247键连接设计计算267.1蜗杆连接键267.2蜗轮键的选择与校核278 减速器箱体结构设计279减速器润滑的概要说明309.1减速器的结构309.2减速箱体的结构309.3速器的润滑与密封3110减速器零件的三维建模3210.1减速器蜗杆的三维模型3210.2减速器蜗轮的三维模型3210.3 减速器箱体的三维模型3310.4其他零件三维模型成型3410.4.1 轴承的三维模型成型3410.4.2 轴承盖、油标、通气塞的三维模型3411.蜗轮蜗杆装配体三维图和爆炸图3511.1装配图3511.2爆炸图3612.各个零件图结构3613.参 考 文 献38致 谢39摘要 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。本设计以SolidWorks软件为主，并结合AutoCAD、CAXA电子图板等二维绘图软件，设计了一个二级圆柱齿轮减速器，实现了减速器的三维模型生成，以及由此生成二维工程图的设计思想。通过该软件特有的三维设计功能，检查、优化设计方案，实现了减速器的运动仿真，完成了减速器在计算机中的模拟设计。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。关键词：3D模型，蜗轮蜗杆，减速器1.蜗轮蜗杆减速器的介绍1.1蜗轮蜗杆减速器简介蜗轮蜗杆减速机（如图1）是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。图1其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。1.2蜗杆传动特点蜗杆传动的主要优点是可以获得较大的单级传动比。在动力传动中，传动比的一般范围在 5 80 ，对非动力传动，传动比可达 1000 或更大。由于传动比大，零件数目少，因而结构紧凑。由于蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮轮齿的啮合是逐渐进入或退出啮合，因而传动平稳，振动和噪声小。另外，不需其它辅助机构即可获得传动的自锁性。 蜗杆传动的主要缺点是效率低，故不宜在大功率连续运转条件下工作。为减轻齿面磨损及避免胶合，蜗轮一般需要用较贵重的减摩材料 ( 如青铜 ) 制造。目前，各种新型蜗杆传动研究的重点是提高传动效率，以适应高效率连续大功率传动的要求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确定，采用一个单级蜗杆减速器传动装置传动，如下图所示：2.2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，但它常用于高速重载荷传动，所以将它安放在高速级上。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。2.3电动机的选择2.3.1. 电动机功率的确定1）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： i蜗杆=1040；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：蜗杆=0.750.82；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： 联轴器=0.990.995； 轴承=0.97一对； 卷筒=0.940.97；工作机的总效率为：总=联轴器2蜗轮蜗杆轴承2卷筒=0.650.742）电动机的功率w=Fv1000=23001.51000=3.45kw所以电动机所需工作效率为：2.3.2. 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。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：电动机型号额定功率kW满载转速/r/min起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132M2-65.59602.02.03.传动装置运动及动力参数计算3.1 各轴的转速计算1) 实际总传动比及各级传动比的他配：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：3.2. 各轴的输入功率第一轴功率：第二轴功率：第三轴功率：3.3 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转矩转速n/(r/min)传动比效率电机轴5.311第一轴5.2510.99第二轴4.2170.80卷筒轴4.0310.954.蜗轮蜗杆的设计，三维结构及其参数计算4.1蜗轮三维图4.2蜗杆三维结构4.3传动参数蜗杆输入功率P=5.3 kW，蜗杆转速，蜗轮转速，理论传动比i=16.75，实际传动比i=17，蜗杆头数，蜗轮齿数为，蜗轮转速4.4蜗轮蜗杆材料及强度计算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ZCuSn10Pb1,砂型铸造。蜗轮材料的许用接触应力，由机械设计基础表4-5可知,=180MPa.估取啮合效率： 1=0.8蜗轮轴转矩： T2=9.55106P11n2=9.551065.250.856.5=7.1105Nmm载荷系数：载荷平稳，蜗轮转速不高，取K=1.1.计算值 m2d1KT2480Z22 =1.17.1105480341802mm3 =4804mm3模数及蜗杆分度圆直径由机械设计基础表4-1取标准值，分别为：模数 m=8 mm蜗杆分度圆直径 d1=80mm4.5计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角 =arctanmz1d1=arctan8280=11.31蜗杆分度圆的圆周速度 v1=d1n1601000=80960601000ms=4.02ms相对活动速度 vs=v1cos=4.02cos11.31=4.098ms当量摩擦角 取v=230=2.5验算啮合效率 1=tantan+v=tan11.31tan11.31+2.5=0.81（与初取值相近）。传动总效率 总=0.961=0.960.81=0.78 （在表4-4所列范围内）。4.6确定主要集合尺寸蜗轮分度圆直径： d1=mz2=834=272mm中心距 =d1+d22=80+2722=176mm4.7热平衡计算环境温度 取工作温度 取传热系数 取需要的散热面积 A=1000P11-ktt-t0=10005.31-0.781370-20m2=17.94m2 4.8蜗杆传动的几何尺寸计算公式说明及结果名 称蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径蜗 杆 导 程 角蜗 杆 齿 宽 蜗轮分度圆直径蜗轮 喉圆 直径蜗轮齿根圆直径蜗轮 外圆 直径蜗轮咽喉母圆半径蜗 轮 螺 旋 角蜗 轮 齿 宽中 心 距 所以 ，与蜗杆螺旋线方向相同5联轴器选择与轴承的设计计算与校核5.1联轴器的选择5.11载荷计算已知蜗杆轴名义转矩为5.22104Nmm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： Tc1=kT1=1.35.22104=6.8104Nmm已知蜗轮轴名义转矩为7.1105Nmm; 卷筒轴计算转矩为6.82105Nmm所以蜗轮轴计算转矩：Tc2=kT2=1.37.1105Nmm卷筒轴计算转矩：TC3=kT3=1.36.82105Nmm5.1.2选择联轴器的型号查机械设计课程设计指导书表14.2可知，电动机轴的直径，轴长；蜗杆轴直径。查机械设计课程设计指导书表13.1可知，蜗杆轴的输入端选用LH3型弹性柱销联轴器。联轴器标记 LH3联轴器GB/T 5014公称转矩 Tn=630Nm许用转速 n=5000rmin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LH4型弹性柱销联轴器。联轴器标记 LH4联轴器55112j15084GB/T 5014公称转矩 Tn=1250Nm许用转速 n=4000rmin5.2轴承的选择及校核与三维图5.2.1蜗轮的轴承5.2.2蜗杆的轴承5.2.3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30208（一对），其尺寸：D=80mm,d=40mm,B=18mm。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30214（一对），其尺寸：D=125mm,d=70mm,B=24mm。基本额定动载荷 C=63000N计算系数 e=0.37轴向载荷系数 Y=1.65.2.4计算蜗杆轴的受力蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力蜗杆轴： Ft1=2T1d1=25.2210480=1305N=-FX2蜗轮轴： Ft2=2T2d2=27.1105272=5221N=-FX1 5.2.5计算轴承内部轴向力轴承的内部轴向力：FS1=Fr12Y=190021.6=594N=-FS25.2.6计算轴承的轴向载荷轴承2的轴向载荷 由已知得，与方向相同，其和为 FS1+FX1=594+1900N=2494NFS2（轴承2为“压紧”端），所以FA2=FS1+FX1=2494N轴承1的轴向载荷 FA1=FS1=594N（轴承1为“放松”端）5.2.7计算当量动载荷轴承1的载荷系数 根据FA1Fr1=5941900=0.3131.215齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚 轴承端盖外径+（55.5） 120（1轴） 125（2轴） 150（3轴）轴承旁联结螺栓距离 120（1轴） 125（2轴） 150（3轴）9减速器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。9.1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）9.2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9.3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-210减速器零件的三维建模10.1减速器蜗杆的三维模型10.2减速器蜗轮的三维模型10.3 减速器箱体的三维模型形成由于箱体的造型比较复杂，故首先运用了拉伸、切除、筋板、镜像、阵列等特征形成箱座的三维模型，如图9-3所示。图9-310.4其他零件三维模型成型10.4.1 轴承的三维模型成型轴承的建模是装配体运用的过程，所以在完成外圈、内圈、滚珠后，在新建的装配体中把三者以一定的配合关系装配起来，完成轴承的三维模型，如图9-4所示。图9-6 轴承的三维模型10.4.2 轴承盖、油标、通气塞的三维模型轴承盖、油标、的三维模型成型和建模过程比较简单，这里不再赘述。其模型完成如图9-5所示。 轴承盖 油标尺图9-511.蜗轮蜗杆装配体三维图和爆炸图 11.1装配图11.2爆炸图14 王甫茂，李正峰.机械制造基础.两年制.上海：上海交通大学出版社，200512.各个零件图结构 13.参 考 文 献1 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.第二版.北京：高等教育出版社，19992 罗圣国，李平林.机械设计课程设计指导书.第二版.北京：清华大学出版社，200