蜗轮蜗杆减速器的设计说明

1、一、课题的目的与研究意义蜗杆传动主要由蜗轮和蜗杆构成，用于俩交错轴之间传递运动和载荷，通常作为减速装置传递中、小功率。与齿轮传动相比，蜗杆传动具有传动比大而结构紧凑（在一般动力传动中传动比i=1080，在分度机构中传动比i可达1000），运转平稳，噪声小，且不需要其他辅助机构即能获得反行程自锁等优点。但传动的传动效率低，制造成本高（为了提高减磨性和耐磨性，蜗轮齿圈往往要用价格昂贵的铜合金制造）等不利的因素是当前蜗杆传动继续研究和解决的问题。如今，国的减速器多以齿轮、蜗轮蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小或传动比大而机械效率过低的问题，另外材料的品质和工艺水平还有许多弱点，特别是大型的减速

2、器问题更为突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和1.2国外研究现状 日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占优势，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。当今减速器向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以与使用寿命长的方向发展。而本文以Pro/E为平台的蜗轮蜗杆减速器设计，不仅实现了三维参数化造型，而且实现了蜗轮蜗杆传动机构的运动仿真，保证了造型的准确性，同时造型速度快，避免了取点造型的复杂过程，完成的三维实体零件模型是进行后期的有限元分析、机构仿真和数控分析的必要条件，实现机构运动仿真的前提下，更进一步通过测试其运动学、动力

3、学性能指标、实现机构参数化优化。齿轮减速器是一种广泛用于国防、宇航、交我国从20世纪60年代初开始，由第一机械工业部机械科学研究院开展平面蜗轮的研究工作，1964年合作研制成中心距为的平面蜗轮副，用于30t的转炉中。目前我国已经成功研制成功中心距为1200mm和700mm的平540mm面包络环面蜗杆传动装置，而且利用计算机对蜗杆副齿形进行优化设计选择，用机械CAD对蜗杆副、减速器与蜗轮滚刀进行辅助设计，用环面蜗杆专用机床与独特的工艺路线，对蜗杆与蜗轮滚刀进行与其成型原理完全一致的加工，不需任何的修形。通、建筑、冶金、建材、矿山等领域的重要装备，20世纪80年代以来，世界齿轮减速引人注目的是硬齿

4、面技术、功率分支技术和模块化设计技术。硬齿面技术就是采用优质合金刚锻件、器技术有了很大的发展，产品的发展总趋势是小型化、高速化、低噪声、和高可靠性，技术发展中最渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，磨齿精度不低于ISO1328-1975的6级，综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的35倍。一个中等规格的硬齿面减速器的重量仅为中硬齿面减速器的1/3左右，且噪声低、效率高、可靠性高。其传动的速度和功率围很大，传动效率高，一对齿轮可达到9899%，互换性好装配和维修较为方便，可进行变位切削与各种修形、修缘，从而提高传动质量，在给齿类轮在应用广泛。二、本课题的主要研究容（1）蜗轮蜗杆减速器的总体设计（2）减速器电动机型

5、号的选择（3）蜗轮蜗杆的选择（4）轴以与滚动轴承的计算（5）键以与联轴器的选择三、进度计划2014-11-3至2014-11-21 领取毕业设计指导任务书并完成开题报告2014-12-1至2015-1-9 搜集资料，撰写论文，将毕业设计初稿交指导老师审阅2015-1-9至2015-4-30 将毕业设计论文初稿交指导教师，指导老师写指导教师评语2015-4-30至2015-5-22 将毕业设计第三稿交指导教师审阅,定稿2015- 6-1至2015-6-5 将毕业设计论文定稿交指导老师写指导老师评语2015- 6-6至2015-6-8 将毕业设计论文定稿交评阅老师写评阅老师评语2015-6-9 毕

6、业设计预答辩 2015-6-12 毕业设计答辩2015-6-14 毕业设计二次答辩四、参考资料1 濮良贵、纪名刚机械设计（第八版）：高等教育，200652 陆玉机械设计课程设计（第4版）：机械工业，2006123 龙机械设计课程设计手册（第一版）：国防工业，200654 徐鄢主编. 机械设计手册第二版. : 机械工业,1992.5 鸿文主编. 材料力学第四版. 高等教育, 2004.6 冶，洪雪. Pro/ENGINEER野火版3.0例导航. 清华大学, 20067 甘永立. 几何量公差与检测. 科学技术，20068 德兴. 工程图学与计算机绘图. 航空航天大学,2004导师意见：导师签名：

7、年 月 日教研室审批意见：教研室主任签名： 年 月 日系毕业设计（论文）工作指导委员会审批意见：系主任签名： 年 月 日20 / 29摘 要通过对减速器的简单了解，开始学习设计齿轮减速器，尝试设计增强感性认知和对社会的适应能力，与进一步巩固已学过的理论知识，提高综合运用所学知识发现问题、解决问题，以求把理论和实践结合一起，为以后的工作和更好的学习积累经验。 学习如何进行机械设计，了解机械传动装置的原理与参数搭配。学习运用多种工具，比如CAD等，直观的呈现在平面图上。通过对圆柱齿轮减速器的设计，对齿轮减速器有个简单的了解与认知。齿轮减速器是机械传动装置中不可缺少的一部分。机械传动装置在不断的使用

8、过程中，会不同程度的磨损，因此要经常对机械予以维护和保养，延长其使用寿命，高效化的运行，提高生产的效率，降低生产的成本，获得最大的使用效率。关键词：机械传动装置；齿轮减速器；设计原理与参数配置AbstractThrough the simple understanding of the speed reducer, started learning design of gear reducer, attempt to design enhance the perceptual cognition and ability to adapt to society, and further cons

9、olidate the learned theory knowledge, to improve the integrated use of knowledge discovery and solve problems, in order to combine theory and practice together, for the later work and better learning experience. Learn how to do mechanical design, to understand the principle of mechanical transmissio

10、n device and parameter collocation. Study using a variety of tools, such as CAD, intuitive present on the floor plan. Through the design of cylindrical gear reducer, gear reducer is a simple understanding and cognition. Gear reducer is an indispensable part of in mechanical transmission device. Mech

11、anical transmission device in use process, will be different degree of wear and tear, so often to mechanical maintenance and maintenance, prolong the service life and highly effective operation, improve production efficiency, reduce the cost of production, achieve maximum efficiency.Keywords:mechani

12、cal transmission gear; gear reducer; the design principle and parameter configuration.目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论1第一节 齿轮减速器的发展史1第二节 产品的概述1第二章 减速器的总体设计2第一节 传动装置的总体设计2第二节 电动机选择3第三节 选择传动比3第三章 各轴的参数4第一节 各轴的转速4第二节 各轴的输入功率4第三节 各轴的输出功率5第四节 各轴的输入转矩5第五节 各轴的输出转矩5第六节 各轴的运动参数表6第四章 蜗轮蜗杆的选择6第一节 选择蜗轮蜗杆的传动类型6

13、第二节 选择材料6第三节 按计齿面接触疲劳强度计算进行设7第四节 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸8第五节 校核齿根弯曲疲劳强度9第六节 精度等级公差和表面粗糙度的确定9第五章 轴的设计计算9第一节 蜗杆轴12第二节 蜗轮轴13第六章 滚动轴承的选择16第一节 蜗杆轴上的轴承的选择和寿命计算16第二节 蜗杆轴上轴承的选择计算17第七章 键连接的选择17第一节 输入轴与电动机轴采用平键连接17第二节 输出轴与联轴器连接采用平键连接17第三节 输出轴与蜗轮连接用平键连接18第八章 联轴器的选择计算18第一节 与电机输出轴的配合的联轴器18第二节 与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器19第九章 参考文献.

14、20第十章 后记.21第一章  绪论第一节 齿轮减速器的发展史在20世纪，齿轮减速机在世界上取得了很大的发展，这与新技术革命的发展有着密切的联系。 自20世纪，我国修订了一大批减速器配套的零件，如113070圆柱齿轮减速器，除了厂家自制的主机以外，还形成了一批减速器零件专业生产厂家。目前，全国共有数百生产减速机厂家，每年大约生产25万台通用减速器，这些生产厂家对我国机械产品的发展做出了很大贡献。以前我国的减速器大部分都是借鉴联20世纪4050年代的产品来生产的，虽然在后来有所改进，但在当时的工艺水平和装备条件差的情况下，其总体水平与国际水平还有着很大差距

15、。     自改革开放以来，我国引进了一批比较先进的减速器加工设备，并引进，消化和吸收国外先进的科研技术，逐渐掌握了一些设计和制造各种低，高速重载齿轮技术。齿轮的精密机械加工和热处理已经取得了很大的进步，齿轮的制造精度从17960(89)级到GB1009588(6)级，而且高速齿轮的制造精度在(45)级。在减速器的齿轮采用硬齿面之后，质量和体积明显减变小了，效率，寿命，承载能力都有了很大的提高，这对节能和提高主机的整体水平起到了显著推动作用。我国自己设计的高速齿轮最高功率达到了42000kW，圆周速度达到了150m/s以上。但是，我国减速器总体

16、技术水平还不是很高，老产品更是不可能立即被新产品替代，新老产品会经过相当长一段时间的并存。 第二节 产品的概述箱体在蜗轮蜗杆减速器起到支撑和连接的作用，它可以把设计出的每个零部件连接起来，并支撑传动轴转动，以确保各传动零部件的正确安装。减速器箱体的加工质量的优劣，关系到蜗轮蜗杆，轴以与大小斜齿轮等零部件机构位置的准确性，也会影响蜗轮蜗杆减速器的性能和寿命。蜗轮蜗杆减速器的箱体是典型的箱体类零部件，它的形状和结构样而其箱壁很薄，因此，为了提高箱体外壳的强度，可以在箱体外额外加许多强筋。另外，许多轴承孔等高精密孔都需要进一步的加工，因为在加工过程中切削时会产生大量的热且材料刚度较差，所以

17、箱体易产生震动和变形。第二章 减速器的总体设计第一节 传动装置的总体设计1.1.1 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=17KN，工作速度=8r/s，滚筒直径D=330mm，传动效率=0.97，（包括滚筒与轴承的效率损失）连续单向运转，载荷较平稳；环境最高温度80。本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图1.1所示。图1.1 传动装置简图1电动机 2、4联轴器 3蜗轮蜗杆减速器5传动滚筒 6输送带第二节 电动机选择工作机所需输入功率所需电动机的输出功率传递装置总效率式中：蜗杆的传动效率0.75：每对轴承的传动效率0.98：直齿圆柱齿轮的传动效率0.97：联轴器的效

18、率0.99：卷筒的传动效率0.96所以 故选电动机的额定功率为4kw符合这一要求的同步转速有750r/min , 1000r/min , 1500r/min电机容量的选择比较： 电动机的比较方案型号额定功率/kw同步转速/r/min满载转速/r/min重量价格1Y160M-84750720重高2Y132M-641000960中中3Y112M-4415001440轻低考虑电动机和传动装置的尺寸 重量与成本，可见第二种方案较合理，因此选择型号为：Y132M-6D的电动机。第三节 选择传动比2.3.1总传动比2.3.2减速装置的传动比分配所以第三章 各轴的参数将传动装置各轴高速到低速依次定为I轴 I

19、I轴 III轴 IV轴 ：、 、 、 依次为电动机与I轴 I轴与II轴 II轴与III轴 III轴与V轴的传动效率 则：第一节 各轴的转速第二节 各轴的输入功率轴 轴 轴 轴 第三节 各轴的输出功率轴 轴 轴 轴 第四节 各轴的输入转矩电动机 轴 轴 轴 轴 第五节 各轴的输出转矩电动机 轴 轴 轴 轴 第六节 各轴的运动参数表 各轴的运动参数表轴号功率转矩(N·m)转速(r/min)传动i效率输入输出输入输出电机轴43.557835.39796010.991轴3.52333.457935.038834.338096031.08752轴2.58892.2571800.620784.5

20、99730.88060.73513轴2.51172.4615776.754761.218530.88060.97024卷轴2.38762.33982953.532894.4577.720.9506第四章 蜗轮蜗杆的选择第一节 选择蜗轮蜗杆的传动类型根据GB/T100851998 选择ZI第二节 选择材料蜗杆选45钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC.蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。为了节约材料齿圈选青铜，而轮芯用灰铸铁HT100制造第三节 按计齿面接触疲劳强度计算进行设（1）根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由文献1P254式（1

21、1-12）， 传动中心距由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2，按Z=1,估取，则：（2）确定载荷系数K因工作比较稳定，取载荷分布不均系数；由文献1P253表11-5选取使用系数；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系；则（3）确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和中心距的比值，从文献1P253图11-18中可查到（5）确定许用接触应力根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度45HRC，可从文献1P254表11-7中查蜗轮的基本许用应力应力循环次数寿命系数则 （6）计算中心距:取a=1

22、60mm，由 I=30，则从文献1P245表11-2中查取，模数m=8蜗杆分度圆直径从图中11-18中可查，由于，即以上算法有效。第四节 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向尺距= 25.133mm直径系数q= =10齿顶圆直径 齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚蜗杆的法向齿厚（2）蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数验算传动比，这时传动比误差为：，在误差允许值。蜗轮分度圆直径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径第五节 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据 从图11-9中可查得齿形系数Y=2.55螺旋角系数：许用弯曲应力：从文献1P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=

23、56MPa寿命系数 可以得到：<因此弯曲强度是满足的。第六节 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目与表面粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。第五章 轴的设计计算蜗杆零件图蜗轮零件图第一节 蜗杆轴蜗杆上的功率P 转速N和转矩分T别如下：P= 3.5223kw N=960r/min T=35.2156Nm6.1.1 按扭矩初算轴径选用45钢调值，硬度为根据文献式，并查教材表15-3，取考虑到有键槽

24、，将直径增大7%，则：因此选6.1.2蜗杆的结构设计（1）蜗杆上零件的定位，固定和装配一级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间，两队轴承对成分布，蜗杆由轴肩定位，蜗杆周向用平键连接和定位。端：轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转矩计算，查文献1P351表14-1，考虑到转矩变化很小，故取按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件和考虑到蜗杆与电动机连接处电动机输出轴的直径查文献3P172表13-10选用HL6型号弹性套柱销联轴器。表6.1 蜗杆轴联轴器参数型号公称转距许用转速轴的直径2503800608232因此选择段长度取轴上键槽键宽和键高以与键长为。端：因为定位销键高度，因此，。

25、轴承端盖的总长为20mm,根据拆装的方便取端盖外端面于联轴器右端面间的距离为所以，段：初选用角接触球轴承，参考要求因d=44，查文献3选用7209AC型号滚子承。 L=24mm角接触球轴承一端用油环定位（宽度为6mm），油环紧靠轴环端用于轴肩定位。段：直径轴环宽度b ,在满足强度下，又要节省材料取轴肩宽度为；，；。V段：由前面的设计知蜗杆的分度圆直径 齿顶圆直径 ,蜗轮的喉圆直径。查文献1P250表11-4材料变形系数所以蜗轮齿宽综合考虑要使蜗轮与壁有一定的距离 故选L=130mm 图5.1 蜗杆轴结构第二节 蜗轮轴5.2.1输出轴的设计计算（1）输出轴上的功率，转速和转矩： P=2.5371

26、kw , N=30.8806r/min ,T=784.5997Nm（2）求作用在轴上的力 （3）初步确定轴径的最小直径选用钢，硬度根具文献1P370中式，并查文献1P370表15-3，取考虑到键槽，将直径增大10%，则；所以，选用5.2.2轴的结构设计（1）轴上的零件定位，固定和装配蜗轮蜗杆单级减速装置中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右端面用轴端盖定位，轴向采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位，周向定位则采用过度配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，右轴承从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用

27、联轴器的转矩计算，查文献1P表14-1，考虑到转矩变化很小，故取由输出端开始往里设计。查机械设计手册选用HL5弹性柱销联轴器。表6.2 蜗轮轴联轴器参数型号公称转矩许用转速轴孔直径HL4125040008411255I-II段：，。轴上键槽取，。II-III段：因定位轴肩高度，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，取。-IV段：初选用角接触球轴承，参照要求取型号为7213AC型圆锥滚子轴承，考虑到轴承右端用套筒定位，取齿轮距箱体壁一段距离a=20mm，考虑到箱体误差在确定滚动轴承时应据箱体壁一段距离S，取S=8。已知所选轴承宽度T=23，则。-V段：为安装蜗轮轴段，蜗轮齿宽取L=90mm，由

28、于为了使套筒能压紧蜗轮则mm。V-VI段：-V段右端为轴环的轴向定位，mmVI-VII段：。图5.2 蜗轮轴结构（3）轴上零件的周向定位 蜗轮、半联轴器与轴的定位均采用平键连接。按 由文献1P106表6-1查得平键截面，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）参考文献1P365表15-2，取轴端倒角为圆角和倒角尺寸，个轴肩的圆角半径为12第六章 滚动轴承的选择根据条件，轴承预计寿命：。第一节 蜗杆轴上的轴承的选择和寿命计算6.1.1轴承的选择采用角接触球轴承，根据轴直径d=45mm，选择角接触球轴承的型号为7209C，主要参数如下：基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速6.1.2寿命计算因蜗杆轴所受

29、的轴向力向左，所以只有最左边的角接触球轴承受轴向力该轴承所受的径向力约为对于70000型轴承，按文献1P322表13-7轴承派生轴向力，其中为文献1P321表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，查文献1P321表13-5得角接触球轴承判断系数 所以当量动载荷深沟球轴承所受的径向力约为当量动载荷所以，应用核算轴承的寿命因为是球轴承，所以取指数轴承计算寿命减速器设计寿命所以满足寿命要求。第二节 蜗杆轴上轴承的选择计算6.2.1轴承的选择选择使用深沟球轴承，根据轴直径d=65mm，选用角接触球轴承的型号为7213C。主要参数如下： 基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速第七章 键连接的选择第一节

30、 输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径，查文献2P123可选用A型平键，得：，即：键8×70GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2查的许用应力，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式（6-1）得：所以此键强度符合设计要求。第二节 输出轴与联轴器连接采用平键连接根据轴径，查文献2 P123可选用A型平键，得：，即：键20×70GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由文献1P106式（6-1）得：所以此键强度符合设计要求。第三节 输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查文献1P123可选用A型平键，得：，即：键16×70GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1P106表6-2查的许用应力，取其平