单蜗杆齿轮减速器设计方案说明书

1、目录 一、设计要求 2 二、传动系统方案设计 2 三、传动系统的总体设计 3 四、减速器传动零件的设计计 五、减速器轴及轴承装置的设计 六、箱体的设计计算 16 七、减速器其他零件及附件的选择 18 八、减速器的润滑 21 九、设计小结 21 十、参考文献 22 、设计要求 （1）设计任务 设计带式输送机传动系统。要求传动系统中含有单级蜗杆减速器 （2）传动系统机构简图 380/220V 的三 减速器 3）原始数据 输送带有效拉力 F=2400 N 输送带工作速度v=0.9 m/s 输送机滚筒直径d=335 mm 减速器设计寿命为5年。 （4）工作条件 两班制，常温下连续工作；空载起动，工作载

2、荷平稳；电压为 相交流电源。 二、传动系统方案设计 根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为: 连轴器带式运输机。（如右图所示 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速 度VW 4-5m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗 杆下置式见 如右图所示），采用此布置 结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的 冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平 键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥 滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复 合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失 以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖 中装有密封元件。 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗 杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、 检查孔与定位销等附件、以及其他标准

3、件 三、传动系统的总体设计 1 ）电动机的选择 由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用丫系列三相异步电动机。 三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等 优点。一般电动机的额定电压为 380V。 根据生产设计要求，该减速器卷筒直径D=335mm运输带的有效拉力 F=2400N带速V=0.9m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源 为三相交流电，电压为380V。 1、按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为 380V, 丫系列 2、传动滚筒所需功率 3、传动装置效率： 由电动机至工作机之间的总效率： 其中、分别为联轴器，轴承，窝杆，

4、齿轮，链和卷筒 的传动效率。 查表可知： 联轴器效率：ZJ =0.99滚动滚子轴承效率 一对）：=0.98 窝杆传动效率：E =0.75传动滚筒效率：=0.96 所以: - 电动机所需功率：P r= Pw/ n =2.16/0.646=3.34 KW 传动滚筒工作转速：n = 60 x 1000 x V/ x 335= 51.3 r/min 根据容量和转速，根据课本表 3-2和续表3-2可查得所需的电动机丫系列 三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比 方案，如下表： 万案 电动机型号 额定功率 kw 电动机转速r/min 额定转矩 同步转速 满载转速 1 Y122

5、M-2 4.0 3000 2890 2.2 2 Y112M-4 4.0 1500 1440 2.2 3 Y132M1-6 4.0 1000 960 2.0 4 Y160M1-8 4.0 750 720 2.0 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见 第2方案比较适合。因此选定电动机机型号为 丫112M-4其主要性能如下表2： 中心 高H 外形尺寸 LX VAC/2+ AD X HD 底角安 装尺寸 AX B 地脚螺栓孔 直径K 轴身尺 寸 DX E 装键部位 尺寸 FX GX D 112 400 X 传动系统的运动和动力参数计算 1. 蜗杆轴的功率、转速与转矩 P 0

6、 = P r X 0.99 X 0.98=3.24kw n 0=1440 r/mi n T 0=9550 Po/n 0=21.5 N .m 2. 蜗轮轴的功率、转速与转矩 P 1 = P 0 n 01 = 3.24 X 0.75 X 0.98=2.32 kw | r/min T 1= 9550P1/n 1 = 431.5 N m 3. 传动滚筒轴的功率、转速与转矩 P 2 = P i n 12=2.32 X 0.99 X 0.98=2.25 kw r/min T2= 9550P2/n 2 = 419.0 N m 运动和动力参数计算结果整理于表3: 表3 参数 电动机 蜗杆 蜗轮 滚筒 转速r/

7、min 1440 1440 51.3 51.3 功率P/kw 3.34 3.24 2.32 2.25 转矩N.m 22.2 21.5 431.5 419.0 传动比i 28.1 效率 0.970.720.97 四、减速器传动零件的设计计算 蜗轮蜗杆的传动设计： 蜗杆选40Gr,表面淬火45-55HRC蜗轮边缘选择ZCuSn10P1金属模铸造。 以下设计参数与公式除特殊说明外均以蜗杆传动为主要依 据， 具体如表4： 表4 计算工程 计算内容 计算结果 1.选择材料 2 确定许用应力 蜗杆选40Gr,表面淬火45-55HRC 蜗轮边缘选择ZCuSn10P1金属模铸造。 查P204表9-8得许用接触

8、应力力为： 查P205表9-10得许用弯曲应力为： 40Gr ZCuSn10P1 L1 确定接触应力循环次 数：因 匚一 1 许用接触应力回 由 P204 式 9-21: 1 1 1 3 确定弯曲应力循环次 数：回 1 X II 许用弯曲应力g 由 P205 式 9-22: 一 1 a 3.确定蜗杆头数凶 及蜗轮齿数日 刚=1 查P195表9-3，得回=1;所以回=31 查机械设计课程设计教材表 4-5得： 耳=1。同=31。 E =31 中心距 a=160, m=8,凶=80 K=1.1 3.按接触疲劳强度设 计 估取载荷系数K 因载荷平稳，取K=1.1 EHJ 初步估计蜗杆传动总 效率 确

9、定蜗轮的输出转矩 1 y 1 确定模数及蜗杆直径 由P203页9-18得: 综合分析：中心距 a=160, m=8,=80 确定蜗杆传动基本参 数 m=8, I =80, _ =-0.5 4. 计算蜗杆传动各尺 寸参数 =5度42分38秒 cos 勺=0.995 蜗轮当量齿数 5.校核蜗轮齿的弯曲 强度 蜗轮齿形系数匕 法得：.=1.39 按P204表9-7，由内插 M =5 度 42 分 38 秒 cos 呂=0.995 由，所以 小于， 所以蜗轮齿弯曲强度足够。 卜1 =1.39 6.蜗杆传动热平衡计 算 估算蜗杆传动箱体的 散热面积A 计算蜗杆圆周运动速 度凶 计算相对滑动 速度目 当量

10、摩擦角J 啮合效率B 传动总效率凶 油温计算 将箱体简化为长方体，箱体高为3a,箱体 宽为2a,箱体厚为a, a为蜗杆传动中心 距。一般箱体底部与机座接触，计算箱体 散热面积不包括底部面积。 故： - 1 =*-= 由P200表9-5，根据插入法可查得： 勺=1度17分 1 取| 由P206公式9-25， 取室温，则油温： 1 - ri 凶 蜗杆传动为主要依 据， 具体如下表： 计算工程 计算内容 计算结果 1.轴的材料的 考虑到减速器为普通中用途中小功率减 45钢，正火处 选择，确定许 速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，所以 理 用应力 选用45号钢，正火处理； (T b+=600MP (T

11、 b+=600MPa (T b-=55MPa a(T b- 2.按扭转强 度，初步估计 轴的最小直径 d1 =55MPa 轴伸安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移， 选用无弹性元件的联轴器，查P469表18- 1: 工作情况系数K=1.5。 计算转矩 Tc=KT=1.5X 431.5 =647.25N.M 查95版汝元功、唐照民主编机械设计手 册：P498表13-10，蜗轮轴与传动滚筒之 Tc=647.25N.M 3.轴承和键 间选用HL4弹性柱销联轴器40X112,轴孔 直径为40，轴孔长度为112. 因此1 采用角接触球轴承，并采用凸缘式轴承盖， 实现轴承系两端单向固定。 从轴段d仁40mn开

12、始逐渐选取轴段直径，d2 4.轴的结构设 起固定作用，定位轴肩高度可在 计 0.070.1）d 范围 内，故 40X 1+2 X 0.07) =45.6mm,该 寸的确定 直径处安装密封毡圈，标准直径。应取 d仁 40mm d2=45mm； d3与轴承的内径相配合，为便 与轴承的安装，取 d3=50mm,轴承选用角 接触球轴承，7010C。d5与蜗轮孔径相配 合。按标准直径系列，取 d5=60mm； d4由 d2=45mm h=0.070.1 )d=0.07 0.1 ) d，取 d3=50mm d4=54mm d4=54mm d6起轴向固定作用，取 d6=66。d8与轴承 d5=60mm 配合

13、，取d8=d3=50mm d7起轴向固定轴承 d6=66mm 作用，取d7=54。 d7=54mm d8=50mm 2）、轴向尺 由课程设计课本： 寸的确定 1所 以 取 L仁 50mm 经调整设计如下： L2=33mm L仁50mm L2=38mm L3=18mm L3=47mm L4=43mm L5=76mm L6=20mm L4=90mm L7=26mm L8=17mm L5=20mm L6=40mm 5.轴的强度校 两轴承的中心的跨度为 L跨=186mm轴的总 长为L总=288mm 蜗轮的分度圆直径d=248mm 核 转矩 T=431.5N m 1）计算蜗轮 蜗轮的切向力： 受力 Ft

14、=2T/d=2 X 431.5/0.248=3479.8N 蜗轮的径向力： Fr=Ft X tan a /cos B =3479.8 X tan20 /cos5 4238 Ft=3479.8N =1272.9 N 蜗轮轴向力： Fr=1272.9 N 2）计算支 Fa=FtX tan B 承反力 =3479.8 X tan5 4238 =347.8 N Fa=347.8N 水平平面 3）弯矩 垂直平面 Fv仁 水平平面弯矩： Fv1= 1939.9N 垂直平面弯矩: 合成弯矩: 4) 矩 当量弯 单向运转，转矩为脉动循环 a=0.6 aT=0.6 X 431.5=258.9M m 截面 5 ）

15、分别校 核 Mea=Mel=aT=258.9M m Mea=258.9M m 考虑到键：所以 d仁105%X 36.1=37.91mm d5=105%X 37.1=38.96mm=实际直径分别为 40mn和53mm强度足够。 应为选用A型平键联接，根据轴径 d=53, 由 GB1095-79，查键宽 b=16mm 键高 h=10mm因为轮毂的长度为78mm故取标 结论：强度足 够 准键长70mm 将l=L-b=70-16=54mm, k=0.4h=0.4 x 10=4mm （T p,所以挤压强度足够。 结论：合格 2）蜗轮轴轴承的选取 计算工程 计算内容 计算结果 1. 计算轴向载 荷 1）计

16、算蜗轮 的受力情况 2. 选轴承类型 S1 Fr仁F r2=636.5 N Fa=347.8N 圆锥滚子轴承 Fx=53.7 N X=0.40,Y=1.49 衡判断 (3)轴向载荷 Fa仁 Fa+S2=561.4N Fa2=S2=213.6N Fa 1= 561.4N Fa2=213.6N 3.计算当量动 载荷 (1) 冲击载荷 系数 (2) 当量动载 荷 查机械设计课本P440,表17-8 , fp=1.2 Pr仁(X1Fr1+Y1Fa1fp=1309.3N Pr2=(X2Fr2+Y2Fa2fp=687.4N Pr1=1309.3N Pr2=687.4N 4.选择轴承 (1) 预期寿命 (2

17、) 所需Cr 值 所以取: 轴承型号： 7210E 3)选轴承 查唐照民主编机械设计手册， P429, 表 11-14，取 7210E, Cr=72.2kN，符合条 件。 3)蜗杆轴的设计 以下设计参数与公式除特殊说明外均以蜗杆传动为主要依 据， 具体如下表: 计算工程 计算内容 计算结果 1.轴的材料的 选择，确定许 用应力 考虑到减速器为普通中用途中小功率 减速传动装置，轴主要传递转矩。所以选 用45号钢，正火处理；(T b+=600MPa (T b-=55MPa 45钢，正火处 理 (T b+=600MPa (T b-=55MPa 2.按扭转强 度，初步估计 轴的最小直径 de=(0.8

18、-1.2dm,由 dm=28mm, 所以取de=30mm 3.联轴器的选 择 查P469表18-1 :工作情况系数 K=1.5。 计算转矩 Tc=KT=1.5X 21.5 K=1.5 4.轴承和键 =32.25N.M 查95版汝元功、唐照民主编机械设计 手册：P493表13-8，蜗轮轴与传动滚 筒之间选用TL6弹性套柱销联轴器 40 X 112,轴孔直径为40,轴孔长度为112. 因此丨ASZ | 右端装一对向心角接触轴承，左端米用一 对圆锥滚子轴承，实现轴承系两端固定。 Tc=32.25N.M 从轴段d仁40mn开始逐渐选取轴段直径； d仁 40mm 5.轴的结构设 d2起轴向固定作用，查毡

19、圈标准直径系 计 列，取d2=45mm d3与圆螺母配合，查圆 d2=45mm (1径向尺寸 螺母直径系列，取为50mm d3=50mm 的确定 d4与深沟球轴承配合，查课程设计课本 212 页附表 E-2,选用 6012， 轴承尺寸： 轴承的选取 d=60,D=95,b=18。 d=60,D=95,b=1 所以d4=60。 8 d6与蜗轮孔径相配合，取d6=70mm； d5起固定作用，定位轴肩高度可在 d4=60 0.070.1) d6范围内，故取 d5=76mm d5=66mm d8与两个圆锥滚子轴承配合，查课程设计 d6=70mm 课本224页附表E-4;选用7011E，其中 d7=65

20、mm d=55,D=100;所以 d8=55。 d8=55m d7起轴向定位，所以取 d7=65mm d9与圆螺母配合，取 d9=50mm. (2轴向尺寸的 由课程设计课本： 曰 确定 1 1， 贝 ygj， I 1 则长度设计尺寸设计如下： E 1 K 1；1 K 1； * |；1 * H ； ；， , 1 II 设计蜗杆轴总长度为GJ 。 4）蜗杆轴轴承的校核 计算工程 计算内容 计算结果 1.计算载荷 1）计算径向 蜗杆的切向力： 受力情况 Ft=347.8N 蜗杆轴向力： Fa=3479.8N 蜗杆的径向力： Fr=1272.9 N 左端选深沟球轴承，右端选 对向心角接 触球轴承。 L

21、J J 1 一 1 Fr1=391.4N 1 Fr2=1632.9 N 国,1 El 1 1 2）计算轴向 查课程设计课本， Cr=31.5kN。 载荷 C0r=24.2kN 2.深沟球轴承 校核 fp=1.2 所以：由机械设计基础课本 P440,表 17- fp=469.7N X仁1。丫仁0 轴承的寿命 3.圆锥滚子轴 承校核 1）动载荷系 数 轴承的寿 命 1 =-= 1h 所以符合条件。 查课程设计课本，Cr=90.8kN。C0r=115kN fp=1.2 Fa2/2C0r=0.053,所以 e=0.42, Fa2/Fr2=2.1e,所以 X2=0.40,Y2=1.49 查机械设计课本P

22、440,表17-8， Pr2=(X2Fr2+Y2Fa2fp=7005.7N 1 x 1h 所以符合条件。 符合条件 轴承型号： 6012 fp=1.2 X2=0.40,Y2=1. 49 Pr2=7005.7N 符合条件 轴承型号： 7211E 六、箱体的设计计算 1）箱体的结构形式和材料 采用下置剖分式蜗杆减速器，铸造箱体，材料 HT150 2）铸铁箱体主要结构尺寸和关系 依据机械设计课程设计，设计如下表： 名称 符号 蜗杆减速器结构尺寸 箱座壁厚 0 10 箱盖壁厚 a 10 箱座凸缘厚度 15 箱盖凸缘厚度 0 15 箱座底凸缘厚度 3 25 地脚螺栓直径 20 地脚螺栓数目 a 4 地

23、脚 螺 栓 螺栓直径 3 M20 螺栓通孔直径 0 M24 螺栓沉头座直径 0 M40 地脚凸缘尺寸 B 32 30 轴承旁联接螺栓直径 M16 轴 承 旁 螺 栓 螺栓直径 a M16 螺栓通孔直径 a M17.5 沉头座直径 a M32 剖分面凸缘尺寸 h 24 a 20 上下箱联接螺栓直径 3 M12 上 下 箱 螺 栓 螺栓直径 3 M12 螺栓通孔直径 0 M13.5 沉头座直径 M24 剖分面凸缘尺寸 呂 24 a 20 定位销孔直径 Is M10 轴承盖螺钉直径和数目 n=4, d 3=10 n=4 d 3=M8 检查孔盖螺钉直径d4 cL=0.4d d4=8mm 轴承旁联接螺栓

24、距离 130 轴承旁凸台半径 20 轴承旁凸台高度 3 50 箱体外壁至轴承座 凶 45 蜗轮轴承座长度 箱体内壁 至轴承座外端面距离) L仁K+3 L1=55mm 蜗轮外圆与箱体内壁之间 的距离 耳 取凶=12mm 蜗轮端面与箱体内壁之间 的距离 取回=10mm 机盖、机座肋厚m,m m=0.85 3 i m=0.858 m=12.8mm, m=8.5mm 七、减速器其他零件及附件的选择 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： 键单位：mm 安装位置 类型 bh9) hh11) L9h14) 蜗杆轴、联轴器以及 电动机联接

25、处 GB1096-79 10 8 50 蜗轮与蜗轮轴联接处 GB1096-79 12 8 120 蜗轮轴、联轴器及传 动滚筒联接处 GB1096-79 16 10 36 密封圈VFJ145-79)单位：mm 安装位置 类型 轴径d 基本外径D 基本宽度 蜗杆 B44X 57 X 6 44 57 6 蜗轮轴 B44X 57 X 6 44 57 6 圆螺母单位mm 螺纹规格 DX P dk d1 m n t C C1 M50X 1.5 72 61 12 8 4 1.5 0.5 弹簧垫圈VGB93-87单位mm 安装位置 类型 内径d 宽度 厚度） 材料为 65Mn表面氧 化的标准弹簧 垫圈 轴承旁

26、连接 螺栓 GB93-87-16 16 4 上下箱联接 螺栓 GB93-87-12 12 3 查唐照民主编的机械设计手册 P402页得: 定位销为GB117-86销10X 40 材料为45钢 视孔盖Q235单位mm A A1 A。 B1 B B0 d4 h 150 190 170 150 100 125 M 8 1.5 蜗杆毡圈单位mm 蜗轮轴J型骨架式橡胶油封 单位mm 轴径 d d1 D b1 b2 d0 45 44 57 5 7.1 46 套杯单位mm D0 Dc D D1 S1 S2 e4 m 152 128 100 82 9 8 9 82 轴径d D H 45 62 12 A型通气器

27、单位mm D d1 d2 d3 D h a b C h1 R D1 S K e M18X 1.5 M33X 1.5 8 3 40 40 12 7 16 18 40 25.4 22 8 2 凸缘式轴承盖HT150单位mm 安装 位置 d3 D dO DO D2 e e1 m D4 蜗杆 8 100 9 120 140 9.6 10 30 85 蜗轮 轴 8 90 9 110 130 9.6 10 15 76 油标尺单位mm D d1 d2 d3 h a b c D D1 M20 6 20 8 42 15 10 6 32 26 螺塞及圭寸油垫单位mm d D0 L l a D S D1 d1 H M16X 1,5 26 23 12 3 19.6 17 16 17 2 吊耳 A型铸造钩形吊耳 材料:ZG270500.HT200 标记示例： A型6号铸造钩形吊耳学 铸造钩形吊耳A6 JB/ZQ46291997 每个铸铁吊耳的 允许起重量/t h/mm l1/mm s/mm r1/mm r2/mm r3/mm r4/mm r5/mm 0.3 35 20 16 6 4 30 16 8 吊钩 b H h r B 18 28 14