毕业设计 蜗轮蜗杆二级减速器

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目 蜗轮蜗杆二级减速器 机械工程及自动化 院系 班设计者 指导教师 2013年 5月 28日目录前言3正文3一、设计任务书3二、机械装置的总体方案设计41）机械装置的总体设计方案42）电动机的选择73）分配传动比：84）运动和动力参数计算：8三、传动零件的设计计算91）齿轮设计92) 蜗轮蜗杆设计173) 蜗杆轴的设计224）高速轴的设计265）低速轴的设计306）滚动轴承的选择和计算347) 键和联轴器的选择398) 减速器机体各部分结构尺寸429) 润滑和密封形式的选择4310) 其他技术说明44结束语44参考文献：45前言随着科学技术的迅速发展，市场竞争日

2、趋激烈，生产工业的机械化日趋完善。机械化的产品有着更高的生产率、更好的质量保证、降低生产成本和提高产品附加值等优点。在机械化的基础上才能保证自动化，就能带来更好的社会效益和经济效益。因此机械化在生产中是至关重要的。在机器中，由于电机转速太快，因此需要减速环节，也就是说减速器是不可或缺的。这次设计的是一个蜗轮蜗杆二级减速器，比起一级减速器来说有着更大的传动比，第二级减速采用斜齿轮传动，使得传动平稳。减速器与电机一起作为加热炉装料机的动力环节，与摆动导杆机构实现运动形式的转换功能，可以实现加热炉的自动送料。正文一、设计任务书1） 设计要求a、装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传

3、动装置是装料机推杆作往复移动，将物料送入加热炉内。b、生产批量为5台。c、动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。d、使用期限为10年，大修周期为3年，双班制工作。e、生产厂具有加工7、8级精度的齿轮、蜗轮的能力。加热炉装料机设计参考图如图2）主要设计参数 推杆行程：220 mm；推杆所需推力：7600 N；推杆周期：2.0 s。3）设计任务a、 设计总体传动方案，画总体机构简图，完成总体方案论证报告。b、设计主要传动装置，完成主要传动装置的装配图（A0）。c、设计主要零件，完成两张零件工作图（A2）。d、编写设计说明书。二、 机械装置的总体方案设计整体结构简图：1） 机

4、械装置的总体设计方案根据设计任务书，该传动方案的设计分成减速器和工作机两部分：减速器方案设计方案一：二级圆柱齿轮减速器（同轴式）方案二：蜗杆齿轮二级减速器方案评价： 方案一：减速器的长度较短，但轴向尺寸及重量较大。两对齿轮浸入油中的深度可大致相等。中间轴承润滑困难，中间轴较长，刚性较差。高级齿轮的承载能力不能充分利用。仅能有一个输入和输出端，限制了布置的灵活性。传动比范围840，最大值60。 方案二：减速器采用蜗轮蜗杆-齿轮二级减速器，以实现在满足较大传动比的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。蜗杆传动布置在高速级，有利于啮合处油膜的形成，齿轮传动

5、布置在低速级，可适当降低制造精度，降低成本。传动比范围：6090，最大值为320。（为抵消部分轴力，蜗轮、蜗杆、小齿轮均为右旋，大齿轮左旋）由于工作周期为2.0s，n=1T×60 r/min=30 r/min ,而电动机同步转速一般为1500r/min.故总传动比i=1500÷30=50 较大，故方案二比方案一更适合。执行方案的设计方案一：用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能:方案二：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能：方案评价：方案一：结构简单，但是不紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。方案二：结构简单，尺寸适中，最小传动角适中，传力性能良好，且慢速行程为工作行程，

6、快速行程为返回行程，工作效率高。故选择方案二。2） 电动机的选择a、 根据主要设计参数和机构简图确定所需最大输入功率。 选取行程速度变化系数为K=1.5，则极位夹角=180。K-1K+1=36。 =180。-=180。-36。=144。 =360。-=216。 则工作进程所用时间 t=216。360。T=1.2s v=xt=0.221.2=0.183 m/s（1） 选择电动机类型：按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V（2） 电动机容量选择：确定各部分的效率为：滚动轴承（一对）效率1=0.99；圆柱齿轮传动（油润滑8级精度齿轮）2=0.97；联轴器效率3=0.99；

7、蜗杆传动（油润滑2-4头蜗杆）4=0.90；移动副效率5=0.95总=1823453=0.720电动机功率为：P电=Fv1000总=7600×0.221.21000×0.720kw=1.94kw。 Ped>P电。电动机型号选择为Y100L1-4.额定功率Ped=2.2kw。同步转速为1500 r/min。满载转速为1420 r/min。3） 分配传动比：（1） 总传动比：由于工作周期为2.0s，n=1T×60 r/min=30 r/min。而电动机同步转速一般为1500 r/min。故总传动比i总=150030=50。（2） 分配传动装置各级传动比：齿轮i2

8、3=4；蜗杆i12=i总i23=504=12.5。4） 运动和动力参数计算：0轴（电动机轴）：P0=P电=1.94kw；n0=nm=1420 r/min； T0=9550P0n0=9550×1.941420Nm=13.0Nm。1轴（蜗杆轴）：P1=P001=P03=1.94×0.99kw=1.92kw； n1=n0=1420r/min； T1=9550P1n1=9550×1.921420Nm=12.9Nm。 2轴（高速轴）：P2=P112=P14=1.92×0.90kw=1.73kw； n2=n1i12=142012.5 r/min=113.6 r/mi

9、n；T2=9550P2n2=9550×1.73113.6Nm=145.4Nm。3轴（低速轴）：P3=P223=P212=1.73×0.99×0.97kw=1.66kw； n3=n2i23=113.64 r/min=28.4 r/min；T3=9550P3n3=9550×1.6628.4Nm=558.2Nm。03轴的输出功率或输出转矩分别为各轴的输入功率或输入转矩乘轴承效率0.99。列出汇总表格：轴名功率P / kW转矩T /N·m转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴1.9413.014200.991轴1.921.9012.91.8

10、142012.50.902轴1.731.71145.4143.9113.640.963轴1.661.64552.6552.628.4三、传动零件的设计计算1）齿轮设计（参数查取时参照与机械设计与课程设计）比之于直齿轮，斜齿轮啮合好，且可以抵消一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。计算步骤如下：计算项目计算内容计算结果（1）初步计算转矩齿宽系数查取接触疲劳极限查出初步计算需用接触应力值估计取，动载荷系数初步计算小齿轮直径取初步齿宽（2）校核计

11、算圆周速度精度等级选取8级精度齿数、模数和螺旋角取取，一般与应取为互质数传动比误差为1.75%mt=d1z1=7027=2.593由表9.3-4取小齿轮直径d1、大齿轮直径d2、初步齿宽bd1=mtz1=2.593×27=70.011mmd2=mtz2=2.593×110=285.23mmb=dd1=1.2×70=84mmd1=70.011mmd2=285.23mmb=84mm区域系数查出弹性系数查出重合度系数由于无变位，端面啮合角端面重合度纵向重合度因为>1，所以螺旋角系数Z=1=11.65=0.78=2.84Z=0.78螺旋角系数使用系数原动机均匀平稳，

12、工作机有中等冲击动载系数查出齿间载荷分配系数cosb=coscosncostKH=KF=cos2b=1.650.9682=1.76 cosb=0.968齿向载荷分布系数非对称支承，调质齿轮精度等级8级KH=A+B1+0.6+C10-3b=1.17+0.16×1+0.6××+0.61×10-3×84KH=1.61许用接触应力取最小安全系数总工作时间应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由机械设计图2-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数按调质钢查得润滑油膜影响系数取为：验算合格（3）确定主要传动尺寸中心距取整螺旋角合理切向模数分度圆直径齿宽

13、大小齿轮当量齿数zv2、zv1zv1=z1cos3=27cos315.829。=30zv2=z2cos3=110cos315.829。=124zv1=30zv2=124（4）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数由图2-20（非变位）查得应力修正系数由图2-21查得重合度系数螺旋角系数由图2-22查取（前面已求出）齿向载荷分布系数由图2-9查取许用弯曲应力试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表2-17查最小安全系数由图2-33确定尺寸系数由图2-32确定弯曲寿命系数另外取FP1=406.08N/mm2FP2=392N/mm2验算合格（5）小结：齿轮主要传动尺寸列表模数2.5mm压力角螺旋角分度圆直径齿顶高2.5

14、mm齿根高3.125mm齿顶间隙0.625mm齿根圆直径中 心 距177.62mm圆整取178mm齿 宽齿顶圆直径2) 蜗轮蜗杆设计（参数查取时参照与机械设计与课程设计）选用ZA型蜗杆传动。精度等级为8级。蜗杆采用45钢淬火，表面硬度HRC=4550；蜗轮轮缘材料采用ZCuSn10P1金属模铸造，计算步骤如下：计算项目计 算 内 容计 算 结 果（1）按齿面接触强度设计齿数由表3-4取,载荷系数由于载荷平稳传动效率由表9.4-8估取蜗轮转矩=12.9×12.5×0.90=145.125Nm蜗轮材料许用接触应力由表3-10滑动速度影响系数由图3-8初估滑动速度，浸油润滑，由图

15、3-10可查出应力循环次数寿命系数由图3-11查出蜗轮许用接触应力模数直径系数分度圆直径由可选用m2d=800mm3查表3-3 确定基本传动尺寸蜗轮分度圆直径蜗杆导程角蜗杆齿宽蜗轮齿宽b12.5mz2+171.41mmb171.41mm取b2=34mm传动中心距a=12d1+d2=12×50+200=125mma=125mm蜗轮圆周速度齿面相对滑动速度当量摩擦角由表3-7查出 当量摩擦系数啮合效率1=tanrtan（r+e）=tan17.74。tan17.74。+1.4。=0.922搅油效率2=0.96；滚动轴承效率3=0.99=123=0.922×0.96×0.

16、99=0.88=0.88与估取值相近似。（2）按齿面接触疲劳强度校核验算弹性系数由表3-12使用系数原动机为电动机，工作平稳，由表3-13动载荷系数载荷分布系数载荷平稳接触应力合格（3）按轮齿弯曲疲劳强度校核验算材料许用弯曲应力一侧受载，由表3-10查出寿命系数由图3-11查出许用弯曲应力蜗轮当量齿数蜗轮的齿形系数蜗轮无变位,变位系数X=0，由图2-21YFa=2.35 YSa=1.71YFS=YFaYSa=4.02导程角系数蜗轮弯曲应力合格（4）按蜗杆轴挠度校核验算圆周力径向力蜗杆两支撑间距离mm危险截面惯性矩许用最大挠度蜗杆轴挠度合格（5）蜗杆传动热平衡计算啮合效率1=tanrtan（r+

17、e）=tan17.74。tan17.74。+1.4。搅油率自定轴承率自定总效率导热率中等通风环境工作环境温度一般情况传动中心距散热面积润滑油工作温度合格3) 蜗杆轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择材料选择45号钢，调质处理材料系数查表有 C=112估算轴径蜗杆受转矩 圆周力径向力轴向力蜗杆受力图垂直面反力水平面反力垂直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩合成弯矩图转矩图应力校正系数转矩按脉动循环考虑，取=-1b0b，由表1-2查得b=600Mpa，由表1-4查得-1b=55Mpa，0b=95Mpa，则=5595=0.58.当量弯矩图由公式Me=M2+（T）2求出危险截面C处当量弯矩为：MeC=

18、MC'2+（T）2=59.052+(0.58×12.9)2MeC=59.40Nm校核轴径最大弯矩处：合格4）高速轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，材料系数查表有C=106估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力蜗轮圆周力蜗轮径向力蜗轮轴向力轴受力图垂直面反力水平面反力垂直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩图转矩图见图3.4（i）应力校正系数用插入法由表16.3中求得： 当量弯矩图见图5.3（j）校核轴径最大弯矩处：设计时弹键的削弱合格5）低速轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料

19、选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理，材料系数查表有C=112估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力轴受力图垂直面反力水平面反力垂直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩图转矩图应力校正系数用插入法由表16.3中求得 当量弯矩图校核轴径最大弯矩处设计时弹键的削弱合格6）滚动轴承的选择和计算 蜗杆轴承的选择蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案，固定端采用两个角接触球轴承，以承受蜗杆轴向力，按轴径初选7306AC；游动端采用一个深沟球轴承，只承受径向力，按轴径初选6006。 下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册7306AC轴承主要性能参数如下：查手册6006轴承主要性能参数如

20、下：；轴承受力情况；X、Y值由表查得冲击载荷系数由表查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）>48000h寿命合格、查表 当量静载荷 两式中取大值安全系数正常使用球轴承,查表计算额定静载荷；静载合格载荷系数；，由图8-11载荷分布系数；，由图8-12许用转速大于工作转速1420r/min结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。 高速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，选用一对圆锥滚子轴承，按轴径初选30310。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册30310轴承主要性能参数如下：；轴承受力情况； ；校核轴承2 即可X、Y值由表8

21、-7，冲击载荷系数由表查得当量动载荷轴承寿命（滚子轴承）>48000h，寿命合格、查表得：，当量静载荷两式中取大值P0r1=1691.58N；P0r2=3124.48N安全系数正常使用滚子轴承,查表计算额定静载荷；静载合格载荷系数查图8-11载荷分布系数查图8-12许用转速大于工作转速113.6r/min结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。 低速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，所受轴向力比较小，选用一对深沟球轴承，按轴径初选6012。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查手册6012轴承主要性能参数如下：轴承受力情况

22、； ；校核轴承2即可X、Y值，冲击载荷系数查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）>48000h，寿命合格、查表，当量静载荷两式中取大值P0r1=1081.95N；P0r2=3124.48N安全系数正常使用球轴承,查表计算额定静载荷；静载合格载荷系数 载荷分布系数许用转速大于工作转速28.4r/mi结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。7) 键和联轴器的选择 键的选择和校核键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等等。计算项目计算内容计 算 结 果（1）蜗杆轴键的选择与校核键的选择和参数与联轴器相联接，为静联接，选用普通平键，圆头。由手册查得d=

23、15mm时，应选用键 GB1096-79转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（125-150）MPa故满足要求（2）高速轴键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=56mm时，同时考虑到同一跟轴上尽量选用相同公称尺寸的键，故应选用键，GB1096-79转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（125-150）MPa故满足要求（3）低速轴键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头由手册查得d=50/60mm时，同时考虑到同一根轴尽量选用相同公称尺寸的键，故两键应分别选用键，键 GB1096-79转 矩

24、键 长接触长度 许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为=（125-150）MPa故满足要求 联轴器的选择联轴器的尺寸（型号）可根据配合处轴径d及计算扭矩进行选择，选择时应满足强度条件：式中：K为载荷系数；T为联轴器传递的工作扭矩（即轴的扭矩）；为公称扭矩，它决定于联轴器的型号。查手册有：对于载荷系数可选择扭矩变化较小的情况，工作机类型为中间轴，传动轴，照明用发电机等，故取K=1.3。根据工作情况可选择凸缘联轴器，查手册有当轴径 d=14mm，应选择型号为GY1，公称扭矩为。校核：。查手册有当轴径 d=50mm，应选择型号为GY7，公称扭矩为。校核：。8) 减速器机体各部分结构尺寸名称符号

25、减速器型式及尺寸 机匣壁厚考虑铸造工艺，壁厚取机座底凸缘厚度 取 地脚螺钉直径 取地脚螺钉数目取轴承端盖螺钉直径 取窥视孔盖螺钉直径 取定位销直径 取蜗轮外圆与内机壁距离1> 取1=齿轮轮毂端面与内机壁距离2> 取2=轴承端盖外径 取 轴承端盖凸缘厚度 取 相关附件:（1） 观察孔及观察孔盖：使用钢板制造，并加密封垫圈以防止漏油。（2）通气器：为了避免箱体外灰尘、杂物吸入箱体，使用带有过滤网的通气器。（3）放油孔及螺塞：使用石棉橡胶纸垫片及M10的管螺纹外六角螺赛。（4）油标：选择杆式油标A型M12。（5）定位销：由表11可知定位销公称直径为8mm，长度大于机盖和机座凸缘总厚度30

26、mm，取35mm，定位销共布置两枚，非对称布置，查标准GB/T 117-2000选取A型圆锥销 A8×35。（6）启盖螺钉：在机盖凸缘上布置一个启盖螺钉，用于将机盖顶起，方便拆卸。螺纹长度应大于机盖凸缘厚，故选用螺栓 M8×35 GB/T 5781-2000 轮杆端部加工成圆柱形，以免启盖时破坏螺纹9) 润滑和密封形式的选择 齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑在减速器中，蜗杆相对滑动速度V=4.10m/s，由表13.7，采用浸油润滑，选用蜗轮蜗杆油（摘自），用于蜗杆蜗轮传动的润滑，代号为。浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。 滚动轴承的润滑本减速器的

27、轴承均采用脂润滑。若采用油润滑会使油面过高，导致传动阻力增大，使传递效率降低。在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，所以6012和6006轴承选用通用锂基润滑脂（），它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为1的润滑脂。 密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密

28、封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间V <3m/s，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。10) 其他技术说明减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不