单级蜗轮蜗杆减速器1教材

1、 机械设计基础课程设计说 明 书设计题目： 单级蜗轮蜗杆减速器所在学院：专业班级：学生姓名：指导老师：设计时间：前言 机械设计基础是一门培养我们学生具有设计一般机械能力的课程，课程设计则是培养设计能力的重要环节。通过课程设计，培养我们综合运用课程各章程所学知识，将各种零件组成整体。课程设计是我们大学生第一次进行比较完整的设计实践，为毕业设计和将来工作打下良好的基础。起初感觉设计对我们这些刚刚入门的人来说就是按照条条款款依葫芦画瓢的过程，认为只要按照步骤一定可以完成设计任务，其实不然。设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。经过这次课程设计总的感想与总结有以下几点：1、通过了

2、2 周的课程设计使我从各个方面能力都得到了提升，经过这次设计，培养了我正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。2、由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如在确定型号时公差的忽略，使得设计存在比较大的误差；在查表时数据的不确定或版本的不同，结果会有所差异。3、在进行机械设计基础课程设计的过程中，可以对我进行基础技能训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册、熟悉标准和规范、编写技术文件等。4、在设计的过程中，培养了我们综合应用机械设计基 础课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们合作的精神，大家共同探

3、讨了许多个人无法解决的问题。我也懂得了不懂的时候要查资料，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。二一年 月 日 目录1、机械设计课程任务书 12、运动学和动力学的计算 23、传动件的设计计算 44、蜗杆副上作用力的计算 85、减速器箱体的主要结构尺寸 96、蜗杆轴的设计计算 117 、键连接的设计 158、轴、滚动轴承及键连接校核计算 159、低速轴的设计与计算 1810 、键连接的设计 2211、润滑油的选择 2212、附件设计 2313、减速器附件的选择 2414、参考文献 26 1 设计任务设计某船舶锚传动系统中的蜗杆

4、减速器及相关传动。1.1 传动系统参考方案（见下图）锚链输送机由电动机驱动。电动机 1 通过联轴器 2 将动力传入单级蜗杆减速器 3，再通过联轴器 4，将动力传至输送锚机滚筒 5，带动锚链 6 工作。651432锚链输送机传动系统简图1电动机；2联轴器；3单级蜗杆联轴器；4联轴器；5锚机滚筒；6锚链1.2 原始数据设锚链最大有效拉力为 F(N)，锚链工作速度为 v(m/s),锚链滚筒直径为 d(mm)，其具体数据如下：F=2500N； v=0.7m/s； d=300mm1.3 工作条件锚传动减速器在常温下连续工作、单向运动；空载起动，工作时有中等冲击；锚链工作速度 v 的允许误差为+5%；单班

5、制（每班工作 8h），要求减速器设计寿命 8 年，大修 期为 3 年，小批量生产；三相交流电源的电压为 380/220V。1.4 每个学生拟完成以下内容（1）减速器装配图 1 张（A1 号或 A0 号图纸）；（2）零件工作图 2-3 张（如齿轮、轴或蜗杆等）；（3）设计计算说明书 1 份（约 60008000 字）。2、运动学和动力学的计算2.1 电动机的选择1、按工作要求和条件选用 Y 系列三相异步电动机。2、传动滚筒所需功率P =Fv/(1000 )=25000.7/（10000.96）=1.82KWWw锚链工作速度 v 的允许误差为+5%，所以传动功率的范围为P =P +0.05 P =

6、（1.7291.911）KWwWw3、传动装置效率：（根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 第 7 页表 2-3 得各级效率的概略值如下）其中：双头蜗杆传动效率滚动轴承效率（每对）联轴器效率 =0.78蜗 =0.99轴 =0.99联 =0.96传动滚筒效率W所以：= =0.990.990.960.78=0.712332联2轴电动机所需功率：W蜗P= P / =1.82/0.712=2.453KWdw滚筒工作转速：n 60 1000 v/( D)=60 1000 0.7/( w 300)=44.59r/min由参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程

7、光蕴 李仲生 主编 高等教育出版社 第 192 页表 12-2 可知蜗杆头数为 2 的传动比 i 的范围为 1427，电动机转速的可选范围为：n=i n (1427)44.59=（624.261203.9）5r/minwd根据计算出的电动机容量和转速，由参考文献机械设计课程设计手册 吴宗泽 罗圣国 主编 高等教育出版社第167-168 页表 12-1 可查得所需的电动机 Y 系列三相异步电动机相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示：电动机转速 r/min额定功率总传动比1 Y132M-82 Y132S-63 Y100L2-43337501000150015.9221.5332.071430

8、综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可见第 2 方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132S-6 其主要性能如下表:单位：mm外形尺寸 底角安 地脚螺 轴身装键部位尺寸L（AC/2 装尺寸 栓孔直 尺寸AD）HD AB 径K DE475345 216315 14013212103338802.2 传动装置的运动和动力参数计算计算及说明计算结果 1）各轴的转速n =960 r/minn =960 r/min00n =n =960 r/minn =960 r/min101n= n /i=960/21.53=44.59 r/minn =44.59r/min212n =n =44.

9、59 r/minn =44.59r/minw2w2)各轴的输入功率P =P =2.4530.99=2.428KWP =2.428KW1d1联P =P =2.4280.990.78=1.875KWP =1.875KW212轴蜗P =P =1.8750.990.99=1.838KWP =1.838KWW2W轴联3） 各轴的输入转矩T =9550P /n =95502.453 /960=24.400NmT =24.400Nm0d00T =9550P /n =95502.428 /960=24.157NmT =24.157Nm1111T =9550P /n =95501.875/44.59=401.6

10、18Nm T =401.618Nm2222T =9550P /n =95501.838 /44.59=393.623NmT =393.623NmWWWW2.3 运动和动力参数的计算结果列于下表参数电动机轴 轴轴滚筒轴44.591.838转速 n（r/min） 960输入功率 P/KW 2.435输入转矩 T(Nm) 24.40096044.591.8752.42824.157401.618 393.62321.53传动比3、传动件的设计计算3.1 蜗杆副的设计计算3.1.1 选择材料蜗杆：45 钢，表面淬火 45-55HRC；蜗轮：10-3 铝青铜 ZCuAl10Fe3，金属模铸造，假设相对滑

11、动速度 v 6m/ss 3.1.2 确定许用应力根据参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生 主编 高等教育出版社第 197-198 页表 12-5和表 12-6许用接触应力 =120MPaH许用弯曲应力 =90MPaF3.1.3 参数的选择蜗杆头数蜗轮齿数使用系数Z=21Z=i Z =21.532=43.06 则Z 取44212K =1.1A综合弹性系数 Z =160E接触系数 Z取 d /a=0.4 由图 12-11 得，Z =2.81P见参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第 196 页和 197 页图 12-113.1.4 确定中心距 a

12、160 2.8120Z ZE a K T () 1.1 401618 () 183.29mm2P233A2H取整：a=185mmd 0.68a 0.681850.875 65.50.87512a dm 2185 65.5 6.921z442查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第 191 页表 12-1 可得若取 m=8,d =80mm 则12m d 5120mm31d =mZ =448=352mm22则中心距 a 为11a (d d ) (80 352) 216mm2212 3.1.4 验算蜗轮圆周速度 v 、相对滑动速度 v 、及传动总效2s率1）蜗轮

13、圆周速度 v23.14352 44.59d n2v 2 0.821m / s26010006010002）导程角由mzmz1tan arctan 11.311dd113）相对滑动速度 vsd n1 1601000 cos3.1480960601000 cos11.31v s 4.099m / s 6m / s与初选值相符，选用材料合适4）传动总效率查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第 200 页表 12-7 及公式（12-13）可知当量摩擦角 2.29 tantan11.31 (0.95 0.97) (0.95 0.97) 0.785 0.802 ta

14、n( )tan(11.31 2.29)原估计效率 0.712 与总效率相差较大，需要重新验算3.1.5 复核m d21Z9KT (2) 3319.15 m dEz 2212H所以原设计合理3.1.6 验算蜗轮抗弯强度蜗轮齿根抗弯强度验算公式为1.53K TAd d mcos2Y FFa 2F12 其中当量齿数Z2cos44Z 46.67cos11.313V3查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社 第 173 页图 11-8 可得Y 2.4Fa 21.531.1 401618 2.4 7.34MPa 803528 cos11.31FF所以强度足够3.2 计算

15、蜗杆传动等其他几何尺寸3.2.1 蜗杆相关几何尺寸计算及其说明计算结果分度圆直径d =80mmd mq 80mm11齿顶高h =8mmh m 8mma1a1全齿高h =17.6mmh 2h m c 218 0.28 17.6mm11a齿顶圆直径齿根圆直径d =96mmd m(q 2) 8 (10 2) 96mma1a1d =60.8mmd m(q 2.4) 8 (10 2.4) 60.8mmf 1f1蜗杆螺旋部分长度b (11 0.06z )m (11 0.06 44)8 109.1212(因为当 m41.03+41.03 （ 0.030.05 ） =42.2643.08mm, 故 取d =4

16、3mmmin9.2 结构设计9.2.1 轴段的设计1）因为该段轴上安装联轴器，故此段设计与联轴器同步 设计。为了补偿误差，故采用弹性联轴器，根据参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第 291 页表 17-1 可得工作情况系数 K 为 2.3AT K T 2.3 401618 923721.4N mmCA 2所以联轴器取型号为 GB/T 5014-2003 中的 LX3 型联轴器符合要求，其公称转矩为 1250N m, 许用转速为4750r/min（钢），轴孔直径范围为 4048mm，毂孔直径取 48mm，轴孔长度取 84mm，J 型轴孔，A 型键，联轴器主动

17、端代号为 LX3 3860 GB/T 5014-2003。则相应的轴段直径为 d =48mm，轴段长度略小于轮毂直1径，故取 L =82mm12）轴段的直径轴肩高度为h (0.07 0.1)d (0.07 0.1) 48 3.15 4.5mm1故，轴段的直径为d d 2 (2.66 3.8) 54.7 57.6mm21该处选用密封毡圈油封，使用的毡圈类型为55 JB/ZQ4606-1997,则 d =55mm23)轴段及轴段的设计因为轴段及轴段上安装轴承，考虑其受力情况，所以选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，现取轴承为30212，根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审

18、 华中科技大学出版社 第113 页得其详细参数为轴承内径 d=60mm，外径 D=110mm,宽 B=22mm，T=23.75，内圈定位轴肩直径 d =69mm，外圈定位轴肩直径 D =96aa 101mm，a21m，故取 d3=60mm。轴承采用脂润滑，需要设计挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取 =10mm。3故 d =d =60mm，364)轴段的设计轴段上安装蜗轮，为方便蜗轮的安装，d 应该略大于 d ，43可定 d =65mm,蜗轮轮毂的宽度范围为（1.21.8）d =78117mm,44取其轮毂宽度 H=80mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到

19、齿轮端面，轴段长度应该比轮毂略短，故取 L =78mm45)轴段的长度设计取蜗轮轮毂到内壁距离 =15mm，则2L =B+ + +H-L =（22+10+15+80-78）=49mm33246）轴段的长度设计因为轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件的尺寸有关。轴承端盖连接螺栓直径为 M8，取螺栓 GB/T5782 M835,故轴承端盖厚 e=1.2d =1.28mm=9.6mm，取 e=10mm。调整垫片厚度端螺 =2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离 K =15mm。t1轴承座外伸凸台高 t =5mm ，轴承座厚度为 L=+c +c +(58)=6770mm。1

20、2则：取 L=68mmL =K +e+t+L-3-B=15+10+2+68-10-22=63 mm217)轴段的设计该轴段为蜗轮提供定位，定位轴肩的高度为 h=(0.070.1)d =3.855.5mm4取 h=5mm,则 d =75mm,取轴段的长度 L =10mm559)轴段的长度设计保证挡油环、轴承相对蜗轮中心线对称，则L =L -L -2mm=(49-10-2)=37mm63510)轴上力作用点间距轴的支点及受力点间的距离为60l 1 L L T a H (T a)22323 (30 65 49 78 80 23.75 20 15 10 21) 114.25mmH 80l l T a

21、(23.75 2110 15 )mm 67.75mm211）低速轴的设计尺寸22323单位：mmdldll12dldl5755610 60 496 10 、键连接的设计联轴器与轴段间采用 A 型普通平键连接，根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 第 106 页得，键的类型为GB/T 1096 键 12832 和键 161011、润滑油的选择减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度 h 大于等于 1 个螺牙高，但不高于蜗杆

22、轴轴承 最低滚动中心。蜗杆轴承采用全损耗系统用油 L-AN150 润滑油润滑。蜗轮轴承采用 ZL-1 锂基润滑脂润滑。12、附件设计经箱体、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：键的类型：单位：mmb（h9） h（h11） L9（h14）10121688蜗轮与蜗轮 GB/T 1096轴联接处 键 128蜗轮轴、联轴 GB/T 1096 键器及传动滚 1610筒联接处圆锥滚动轴承 ：单位：mmDTB CGB/T297-1994蜗 杆（30214）70 125 26.25 24 2160 110 23.75 22 19GB/T297-94蜗轮轴30212 密封圈（JB/ZQ 4606-1986）：单位：mm安装位置蜗杆类型轴径 d 基本外径 D 基本宽度6555747488蜗轮轴 B55748弹簧垫圈（GB93-87）：单位：mm安装位置材料为65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓GB93-87-16 16GB93-