蜗轮蜗杆减速器

1、 专业综合实践（报告）题目： 一级蜗轮蜗杆减速器设计 作者： 张伟强 二级学院： 机械工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化11级2班 指导教师： 张玉良 职称： 讲师 2015年1月22日 专业综合实践（报告）任务书课题名称一级蜗轮蜗杆减速器设计二级学院机械工程学院专业/班级11机自本（2）学生姓名张伟强学 号4110111230指导教师张玉良单位/职称机械工程学院/讲师一、专业综合实践（报告）的主要内容、任务和目标、基本要求实践的主要内容：蜗轮蜗杆减速机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回转数，并得到较大转矩的机构。为了提高其性能，并降低其成

2、本，需要在现有产品的基础上进行适当改进设计。主要进行蜗轮蜗杆减速器总体布局设计、技术参数设计以。通过蜗轮蜗杆减速器的功能性设计，使学生初步掌握创造新机构的系统理论和方法，树立机构拓扑设计的数理模式，减少设计中的经验性因素，为今后工作中的创新设计奠定基础。任务及目标：(1)完成前期调研工作，提出本专业综合实践的工作内容；(2)对蜗轮蜗杆减速器提出合理的设计方案，并完成计算；(3)采用solidworks软件完成建模，绘制装配图，完成虚拟样机实现。基本要求：(1)完成不少于5000字的设计说明书；(2)完成蜗轮蜗杆减速器的精确三维造型。三、进度安排1.查阅相关文献资料；（1周）2.初步计算的结果，

3、确定各部分的形状和尺寸；（2周）3.采用三维模型进行虚拟样机设计以及模型渲染；（3周）4.撰写报告，提交材料；（1周）四、推荐的主要参考资料1 闻邦椿.机械设计手册M.北京: 机械工业出版社,2010.2 张卫、吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究M.北京：清华大学出版社，2002.3 江洪，Solidworks2011基础教程M. 北京: 机械工业出版社,2010指导教师签名 年 月 日专业负责人签名 年 月 日 目 录目 录I摘 要II第1章 绪论11.1 选题的背景与意义11.2 国内外的发展现状11.3 本设计研究的主要内容2第2章 减速器的总体设计32.1 传动装置的总体设计32.1.

4、1拟订传动方案32.1.2 电动机的选择32.1.3 确定传动装置的传动比及其分配42.1.4 计算传动装置的运动和动力参数42.2 传动零件的设计计算52.3 轴的设计102.3.1 蜗轮轴的设计102.3.2 蜗杆轴的设计122.4 轴承的选择和计算13第3章 三维数字化造型153.1 创建减速器的零部件153.2 减速器的装配过程图203.3 减速器爆炸图203.4 减速器总装配图21第4章 结论22参考文献23致 谢24II摘 要机械传动已经伴随人们走过了几千年的历史，无论是在生活还是生产方面，它都为人类的发展进程作出了巨大的贡献。如今，随着电子技术、信息技术的广泛应用，使机械传动也进

5、入了一个新的发展阶段。机械传动系统在高速、高效、节能、环保以及小型化等方面有了明显的改进。现在，单纯的机械或电气传动似乎更多地加入了流体技术、智能控制技术部分，机械、电子、传感器技术、软件的合成已成为一种重要的趋势。社会生活的各个角落，无不在享受着新技术发展所带来的便利，高科技越发达，相对的对机械行业的需求就越大。我国减速机制造企业更应该跟上时代，多元化地发展。目前国际上最先进的各种减速机加工及检测设备，包括各种滚齿机、磨齿机、热处理炉、齿轮检测中心、三坐标测量仪等，均不同程度地使用了微电子技术和信息技术。国外的机械传动行业随着微电子技术、信息技术的发展也在进行着与之相应的多元化的改变。而我国

6、的基础行业包括减速机行业则相对还很落后,基本上处于先进国家上世70、80年代的水平。优化人与环境的概念在现代的生产生活中越发受到重视，在工业领域，节能、低噪声、环保也是机械制造的发展趋势，机械传动行业应如何在材质的选择、结构的设计等诸多方面去突破以满足这些要求。关键词：机械传动，节能，科技，电子技术机械工程学院专业课程设计第1章 绪论1.1 选题的背景与意义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。本次设计是蜗轮蜗杆减速器，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

7、备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.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。减速机的作用主要有：1、降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩；2、减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。蜗轮蜗杆减速机结构图蜗轮蜗杆减速机基本结构主要由传动零件蜗轮蜗杆、轴、轴承、箱体及其附件所构成。可分为有三大基本结构部：箱体、蜗轮蜗杆、轴承与轴组合。箱体是蜗轮蜗杆减速机中所有配件的基座，是支承固定轴

8、系部件、保证传动配件正确相对位置并支撑作用在减速机上荷载的重要配件。蜗轮蜗杆主要作用传递两交错轴之间的运动和动力，轴承与轴主要作用是动力传递、运转并提高效率。通过本课题的设计，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。1.2 国内外的发展现状国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。 20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪4050年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时

9、的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。 自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960的89级提高到GB1009588的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。

10、部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。1.3 本设计研究的主要内容论文的内容应包括传动装置的全部设计计算和结构设计，具体内容如下：1) 设计准备 阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过对减速器的装拆了解设计对象；阅读有关资料，明确课程设计的方法和步骤，初步拟定设计计划。 2) 传动装置的总

11、体设计 根据任务书中所给参数和工作要求，分析和选定传动装置的总体方案；计算功率并选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率。 3）各级传动零件的设计计算 通过设计计算，确定各传动零件的主要参数和尺寸，一般包括蜗杆、蜗轮、滚动轴承、键等。一般应先计算箱外传动件（如联轴器），后计算箱内传动件。第2章 减速器的总体设计2.1 传动装置的总体设计2.1.1拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力F=3KN，工作速度=1.2m/s，滚筒直径D=310mm，传动效率=0.96，（包括滚筒与轴承的效率损失）两班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用寿命8年。环境最

12、高温度80。2.1.2 电动机的选择1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，封闭式结构，电压380V。2）选择电动机的功率电动机所需的功率 = /式中 工作机要求的电动机输出功率，单位为KW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率输送机所需的功率P=Fv1000·w=3000×1.21000×0.8=4.5 kW （2-1）电动机所需的功率= = =0.99×0.99×0.8×0.99×0.990.76=4.50.8=5.92kW (2-2)

13、选取电动机的额定功率=7.5kW。3）选择电动机的转速传动滚筒转速=73.96 r/min (2-3)由表推荐的传动比的合理范围，取蜗轮蜗杆减速器的传动比=1040，故电动机转速的可选范围为：= n=（1040）×73.96=740-2959r/min符合这范围的电动机同步转速有750、1000、1500、3000 r/min四种，现以同步转速1000 r/min和1500 r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y132M4。2.1.3 确定传动装置的传动比及其分配减速器总传动比及

14、其分配：减速器总传动比i=144073.96=19.47 (2-4)式中i传动装置总传动比工作机的转速，单位r/min电动机的满载转速，单位r/min2.1.4 计算传动装置的运动和动力参数1）各轴的输入功率轴P= P=5.92×0.99×0.99=5.8kW (2-5)轴P= P=5.8×0.99×0.99×0.8=4.54kW (2-6)2）各轴的转速电动机： =1440 r/min轴：n= =1440 r/min轴：n=144019.47=73.96 r/min (2-7)3）各轴的输入转矩电动机轴：=9550pd/nm=9550

15、5;5.921440=39.26Nm （2-8）轴：T= 9550p1/n1=9550×5.8/1440=38.46Nm （2-9）轴：T= 9550p2/n2=9550×4.54/73.96=586.22Nm （2-10）上述计算结果汇见表 21：表 21传动装置运动和动力参数 输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比效率电动机轴5.92144039.2610.98轴5.8144038.3619.470.784轴4.5473.96586.222.2 传动零件的设计计算 1) 蜗轮蜗杆传动设计根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）蜗

16、杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度4550HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。确定蜗轮蜗杆类型、材料、精度后，需要进行计算和校核，计算过程如下：按接触疲劳强度设计设计公式 mm （2-11）（1） 选z1，z2：取z1=2，z2= z1×n1n2=2×144073.96=38.9439. (2-12) z2在3064之间，故合乎要求。初估=0.82（2）蜗轮转矩T2： T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.821440

17、=614113.55 Nmm （2-13）（3）载荷系数K：因载荷平稳，查表7.8取K=1.1 （4）材料系数ZEZE=156 （5）许用接触应力0H0H=220 Mpa N=60×jn2×Lh=60×73.96×1×12000=5.325×107 （2-14）ZN=0.81135338 （2-15）H=ZN0H= 0.81135338×220=178.5 Mpa （2-16）（6）md1：md1 =1.1×614113.55×=2358.75mm（2-17）（7）初选m，d1的值：取m=6.3，d1=6

18、3md1=2500.472358.75（8）导程角 ta= =0.2 （2-18）=arctan0.2=11.3° （2-19）（9）滑动速度VsVs =4.84m/s （2-20）（10）啮合效率由Vs=4.84 m/s查表得 =1°161 =0.2/0.223=0.896 （2-21）（11）传动效率取轴承效率 2=0.99 ，搅油效率3=0.98=1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87 （2-22）T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0

19、.871440=651559.494Nmm (2-23)（12）检验md1的值md1=0.×651559.494×=18202500.47 （2-24） 原选参数满足齿面接触疲劳强度要求2) 确定传动的主要尺寸:m=6.3mm，=63mm，z1=2，z2=39（1） 中心距aa=154.35mm (2-25) (2)蜗杆尺寸分度圆直径d1 d1=63mm齿顶圆直径da1 da1=d1+2ha1=(63+2×6.3)=75.6mm (2-26)齿根圆直径df1 df1=d12hf=632×6.3 (2-27)(1+0.2)=47.88mm导程角 tan=1

20、1.30993247° 右旋轴向齿距 Px1=m=3.14×6.3=19.78mm (2-28)齿轮部分长度b1 b1m(11+0.06×z2)=6.3×(11+0.06×39)=84.04mm (2-29)取b1=90mm(3)蜗轮尺寸分度圆直径d2 d2=m×z2=6.3×39=245.7mm (2-30)齿顶高 ha2=ha*×m=6.3×1=6.3mm (2-31)齿根高 hf2= (ha*+c*)×m=(1+0.2)×6.3=7.56mm (2-32)齿顶圆直径da2 da2

21、=d2+2ha2=245.7+2×6.3×1.2=230.58mm (2-33)齿根圆直径df2 df2=d22m(ha*+c*)=38419.2=364.8mm (2-34)导程角 tan=11.30993247° 右旋轴向齿距 Px2=Px1= m=3.14×6.3=19.78mm (2-35)蜗轮齿宽b2 b2=0.75da1=0.75×75.6=56.7mm (2-36)齿宽角 sin(/2)=b2/d1=56.763=0.9 (2-37)蜗轮咽喉母圆半径 rg2=ada22=154.35129.15=25.2mm (2-38)蜗轮轴的

22、设计最小直径估算dminc× c查机械设计表11.3得 c=120 dmin=120× =47.34 (2-39)根据机械设计表11.5，选dmin=48d1= dmin+2a =56 (2-40) a(0.070.1) dmin=4.084 (2-41)d2=d1+ (15)mm=56+4=60 (2-42)d3=d2+ (15)mm=60+5=65 (2-43)d4=d3+2a=65+2×6=77 (2-44) a(0.070.1) d3=5.5256 (2-45)h由机械设计表11.4查得 h=5.5b=1.4h=1.4×5.5=7.78 (2-4

23、6)d5=d42h=772×5.5=66 (2-47)d6=d2=60蜗杆轴的设计最小直径估算dminc× = 120×=19.09 取dmin=30 (2-48)d1=dmin+2a=20+2×2.5=35 (2-49) a=(0.070.1)dmind2=d1+(15)=35+5=40 (2-50)d3=d2+2a=40+2×2=44 a=(0.070.1)d2 (2-51)d4=d2=40h查机械设计表11.4蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。蜗轮采用轮箍式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个。几何尺寸计算结果

24、列于表 22：表 22计算结果名 称代号计算公式结 果蜗杆中 心 距=a=154.35传 动 比i=19.47蜗杆分度圆柱的导程角蜗杆轴向压力角标准值齿 数z1=2分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径=47.88蜗杆螺纹部分长度名 称代号计算公式结 果蜗轮中 心 距=a=154.35传 动 比i=19.47蜗轮端面压力角标准值蜗轮分度圆柱螺旋角º齿 数=39分度圆直径齿顶圆直径=258.3齿根圆直径蜗轮最大外圆直径2.3 轴的设计2.3.1 蜗轮轴的设计1）选择轴的材料选取45钢，调质，硬度HBS=230，强度极限=600 Mpa，由表查得其许用弯曲应力=55Mpa。2）初步估算轴的最小直

25、径取C=120，得dmin=120× =47.34mm (2-52)根据机械设计表11.5，选dmin=633）轴的结构设计 轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将齿轮按排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位,右面用轴端挡，圈轴向固定。键联接作周向固定，轴做成阶梯形，左轴承 从做从左面装入，齿轮、套筒、右轴承和联轴器依次右面装到轴上。 确定轴各段直径和长度段d1=50mm L1=70mm段选30212型圆锥滚子轴承，其内径为60mm，宽

26、度为22mm。故段直径d2=60mm。段考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端盖与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为38mm。故L3=40mm，d3=65mm。段d4=77mm,L4=70mm段d5=d4+2h=77+2×5.5=88mm,L5=8mm (2-53)段d6=65mm,L6=22mm段 d7=d2=760mm,L7=254）按弯扭合成应力校核轴的强度N (2-54) N (2-55)N (2-56) 轴承支反力：N (2-57)FRBV=Fr+FRAV =33.88+16.94=50.82N (2-58)计算弯矩：截面C右侧弯矩 (2-59)截面C左侧弯矩 (2-60) 轴承支

27、反力： (2-61)截面C处的弯矩 (2-62)轴的结构图如图 21所示：图 21 蜗轮轴的结构图2.3.2 蜗杆轴的设计1）选择轴的材料选取45钢，调质处理，硬度HBS=230，强度极限=650 Mpa，屈服极限=360 Mpa，弯曲疲劳极限=300 Mpa，剪切疲劳极限=155 Mpa，对称循环变应力时的许用应力=60 Mpa。2) 初步估算轴的最小直径最小直径估算dmincx=120x=19.09取dmin=20 (2-63)3）轴的结构设计按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=35mm，初选轴承型号为30207圆锥滚子轴承（GB/T29794），采用蜗杆轴结构，其中，齿根圆直径mm，

28、分度圆直径mm，齿顶圆直径mm，长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相类似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构见图 22所示：图 22蜗杆轴结构图2.4 轴承的选择和计算按轴的结构设计，初步选用30212（GB/T29794）圆锥滚子轴承，内径d=60mm，外径D=110mm，B=22mm。1）计算轴承载荷 轴承的径向载荷 轴承A： (2-64)轴承B： (2-65) 轴承的轴向载荷轴承的派生轴向力 查表得：30212轴承15°3832所以，=17.173N (2-66)=23.89N (2-67)无外部轴向力。因为，轴承A被“

29、压紧”，所以，两轴承的轴向力为： 计算当量动载荷由表查得圆锥滚子轴承30211的取载荷系数，轴承A：e (2-68) 取X=1，Y=0，则 (2-69)轴承B：e (2-70)取X=1，Y=0，则 (2-71) 24第3章 三维数字化造型3.1 创建减速器的零部件用拉伸和切除的方法，同时进行必要的修剪如倒圆，创建箱体的三维图。三维图如图 31所示：图 31箱体结构图用同样的方法创建箱盖的三维图。如图 32所示：图 32箱盖结构图用旋转、倒圆等方法创建蜗杆传动轴的三维图。如图 33所示：图 33蜗杆传动轴结构图用与上面相同的方法画出蜗轮传动轴的三维图。如图 34所示：图 34蜗轮传动轴结构图根据

30、蜗杆的尺寸画出相应的轴承的三维图。如图 35所示：图 35轴承结构图端盖的三维图如图 36所示：图 36端盖结构图用拉伸、切除、阵列、倒角等方法画出蜗轮的三维图。如图 37所示：图 37蜗轮结构图根据轴上槽的尺寸画出键的三维图。如图 38所示：图 38键结构图画出所需螺栓、螺母的三维图。如图 39所示： 图 39螺栓图电动机的三维图如图 311所示：图 310电动机结构图用所画的零件图装配得到蜗轮装配体三维图。如图 311所示：图 311蜗轮杆装配图减速器的蜗杆装配体如图 312所示： 图 312蜗杆轴装配图3.2 减速器的装配过程图通过画好的零件图，将其进行装配，得到所需的一个完整的整体，装

31、配过程如图 313所示： (a)步骤1 （b）步骤2 （c）步骤3 （d）步骤4 （e）步骤5 （f）步骤6图 313装配过程图3.3 减速器爆炸图减速器装配好后，为了能看清里面的结构，对装配图进行分开，其爆炸图如图 314所示：图 314爆炸图3.4 减速器总装配图 给减速器动力，接上电动机，使其能够运动，总装配图如图 315所示： （a）视图1 （b）视图2图 315总装配图第4章 结论这次通过对已知条件对蜗轮蜗杆减速器的结构形状进行分析，得出总体方案.按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出蜗轮蜗杆减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件

32、的具体尺寸，再重新调整整体结构，整理得出最后的设计图纸和说明书.此次设计通过对蜗轮蜗杆减速器的设计，使我对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识.熟悉了蜗轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。 这次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，查各种知识手册从中使我学习了很多平时在课本中未学到的或未深入的内容。我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。 由于自己所学知识有限，而机械设计又是一门非常深奥的学科，设计中肯定存在许多的不足和需要改进的地方，希望老师指出，在以后的学习工作中去完

33、善它们。对与此次毕业设计，本人的总结是：(1)本人针对传统的加工工艺进行了改进，理论上改进后的加工工艺更加合理，更加利于工厂生产，工艺流程也更加合理；(2)通过对改进后的加工工艺的分析，本人首先计算了所有切削参数，然后根据切削参数最终计算出改进后的劳动时间，并于实际生产现场的加工时间对比，可以看出劳动时间减少了很多，实现了高效的生产；(3)在这次的课程设计中，本人运用CAXA绘图软件绘制了二维图纸，然后运用solidworks三维软件绘制出夹具三维图，最后用solidworks导出夹具工程示意图，本人还翻阅了各种国家标准和设计手册，这对于本人来说是一次很好的锻炼，培养了本人查阅相关资料的能力和绘图技能。参考文献1 何宁. 机械制造工艺学M. 重庆: 重庆大学出版社, 2013.2 刘传绍. 机