蜗轮蜗杆减速器的设计与调试

一、减速器的简介（一）减速器设计的一般资料减速器的种类很多，设计减速器前必须先要对减速器有一些大概的了解，这有助于我们更好的发现其优点和缺点。1.1、常用减速器的分类、形式及其应用范围减速器的类型很多，不同类型的减速器有不同的特点，设计减速器时，首先应该根据各类减速器的特点选择一种进行设计。减速器的形式、特点及应用见下表：名称推荐传动比的范围特点及应用单级圆柱齿轮减速器i<8齿轮可做成直齿、斜齿或人字齿。直齿用于速度较低或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高负荷较重的传动。箱体通常用铸铁做成，有时也采用焊接结构或铸钢件。两级圆柱齿轮减速器展开式i=8~60两级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应设计得有较大的刚度。建议用于载荷比较平稳的场合。高速级可做成斜齿，低速级可做成直齿或斜齿。同轴式i=8~60减速器长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等，但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力难以充分利用；中间轴较长，刚性差，载荷沿齿轮分布不均匀；仅有一个输入输出轴端，限制了传动布置的灵活性。单级锥齿轮减速器i<6用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动，可做成卧式或立式。由于锥齿轮制造较为复杂，仅在传动布置需要时才采用。圆锥-圆柱齿轮减速器i=8~40锥齿轮应布置在高速级，以使锥齿轮的尺寸大致过大，否则加工困难。蜗杆减速器蜗杆下置式i=10~80蜗杆布置在蜗轮的下边，结合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑液较方便。但当蜗杆圆周速度太大时，油的搅动损失较大，一般用于蜗杆圆周速度v<10m/s的情况。蜗杆上置式i=10~80蜗杆布置在蜗轮的上边，装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但是蜗杆轴承的润滑不太方便，需采用特殊的结构措施。1.2、减速器的构造①传动零件及其支撑传动零件包括轴、齿轮、带轮、蜗杆等，其中齿轮、带轮、蜗杆、蜗轮安装在轴上，而轴则通过滚动轴承由箱体上的轴承孔、轴承盖加以固定和调整。轴承盖是固定和调整轴承的零件，其具体尺寸依轴承和轴承孔的结构尺寸而定，设计时可以参考相关推荐尺寸确定。②箱体结构减速器的箱体一般由铸铁材料铸造而成，分为上箱体和下箱体。箱体上设有定位销孔以安装定位；没有螺栓孔以安装连接上下箱体的螺栓；设有地脚螺钉孔以将箱体安装在地基上。为了提高轴承座的支撑刚度，通常在上下箱体的轴承座孔上下与箱体的连接处设有加强肋。二、电动机选择及相关运动参数计算（一）电动机的类型选择按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构。三相笼型异步电动机属于一般用途全封闭自扇冷电动机,结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，电压380vY型。（二）选择电动机容量电动机所需的工作效率(:工作机所工作功率，指工作机主动端运输带所需功率；:由电动机至工作机主动端运输带的总效率.)工作机所需工作功率或或(F:工作机的工作阻力N;V:工作机卷筒的线速度m/s;T:工作机的阻力矩;N:工作机卷筒的转速r/min;W:工作机卷筒的角速度rad/s)传动装置的总效率应为组成传动装置各部分运动副效率之乘积……取(圆锥滚子轴承)(蜗杆)(联轴器)(卷筒)（三）确定电动机转速滚筒轴工作转速为按<<机械设计手册>>推荐的传动比合理范围。蜗杆传动一级减速器传动比则总传动比合理范围为故电动机转速可选范围为符合这一范围的同步转速有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轻低根据容量和转速，查阅有关手册，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,选用型号。（四）计算传动装置的总传动比,并分配各级传动比电动机型号为,满载转速总传动比(电动机满载转速,主动轴转速)由已知可得蜗杆与电动机直接连接,蜗轮蜗杆的传动比（五）计算传动装置的运动和动力参数5.1由传动比可知各轴转速(电动机满载转速;电动机至Ⅰ轴的传动比)Ⅰ轴:Ⅱ轴:5.2各轴输入功率Ⅰ轴:Ⅱ轴：5.3各轴输出功率(轴承效率0.98)Ⅰ轴:Ⅱ轴:5.4各轴输入转矩电动机轴输出转矩Ⅰ轴:Ⅱ轴:5.5各轴输出转矩Ⅰ轴:Ⅱ轴:5.6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)输入输出输入输出Ⅰ轴2.612.5526.0425.51960Ⅱ轴1.911.87412.07403.8244.59三、蜗轮蜗杆传动设计传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并籍以改变远的形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、蜗轮传动、带传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量的成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响很大，因此合理设计传动方案具有重要意义。（一）选择蜗杆和蜗轮的材料蜗杆材料用45刚经表面淬火,表面硬度为,蜗轮材料用沙模铸造（二）选择蜗杆蜗轮齿数计算传动比参考<<机械设计手册>>,取（三）确定蜗轮的转矩根据前面计算可知（四）按蜗轮接触疲劳度设计预计相对滑动速度，参考<<机械设计手册>>可查得许用接触应力,因为载荷平稳,取载荷系数,按公式可得查参考<<机械设计手册>>取相近值,模数,蜗杆直径系数,蜗杆分度圆直径（五）验算相对滑动速度蜗杆分度圆处的线速度蜗杆分度圆柱导程角相对滑动速度与预估值接近（六）主要几何尺寸计算蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗杆螺纹部分齿宽蜗轮分度圆直径蜗轮齿顶圆直径齿轮齿根圆直径蜗轮最大外圆直径蜗轮齿宽取中心距（七）传动效率计算按蜗杆和蜗轮的材料以及相对滑动速度，参考<<机械设计手册>>得当量磨擦角，因此可得传动效率为（八）热平衡计算取周围温度,润滑油工作温度,传动效率,因通风条件良好,故取散热系数带入式计算,可得所需散热面积。（九）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8fGB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。四、轴的设计（一）选择材料,热处理材料选用45号钢,正火处理,硬度可达（二）轴的结构设计轴的设计计算与轴上齿轮轮毂孔内径及宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算、与轴联接器的选择同步进行。2.1蜗轮轴的设计2.1.1、初步估计轴的最小直径查<<机械设计基础>>课本表知，考虑到键槽影响,取2.1.2、根据联轴器的毂长尺寸,联轴器计算转矩取联轴器型号LT8Y型2.1.3、初选30212轴承内孔直径602.1.4、确定轴的直径因为联轴器型号LT8用轴肩对联轴器做轴向固定,因为有密封圈,查<<机械设计课程设计简明图册>>取应便于安装满足轴承内径系列应便于齿轮的安装：取用轴肩对轴承作轴向固定：取查阅资料轴承的安装尺寸可得：同一根轴上的两个轴承型号相同：2.1.5、确定轴向尺寸因为取LT8联轴器Y型所以齿轮至机体内壁的距离,轴承至机体内壁的距离(油润滑).查<<机械设计课程设计指导书>>表,取螺栓直径M12,沉头座直径26.取.轴承盖厚度查<<机械设计课程设计>>表联轴器至轴承盖距离取：涡轮宽度：取：取：涡轮端面与机壁距离相同，所以同一根轴的两个轴承计算轴上力的作用点2.1.6、齿轮受力计算轴向力,径向力,压力角,圆周力2.1.7、轴的强度计算A.画出水平面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并.画出水平面的弯矩图，如图2-1支点反力C弯矩B.蜗轮分度圆直径画出垂直面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并.画出垂直面的弯矩图，如图2-1得同理求B点的支点反力得C点的弯矩C.求合成弯矩D.计算扭矩,并画出扭距图：,若将扭矩按脉动性质考虑E.计算出当量弯矩C点当量弯矩F.校核轴的强度,弯矩最大的剖面在蜗杆中心面C点处当量弯应力,查<<机械设计基础>>表可查出当,故满足强度条件,虽然比小的比较多,由与此处轴径的大小决定于结构的需要所以不需要改动2.2、蜗杆轴的设计2.2.1、初步估计轴的最小直径查<<机械设计基础>>课本表知，，考虑到键槽影响,取2.2.2、根据联轴器的毂长尺寸,联轴器计算转矩取联轴器型号LT4Y型2.2.3、初选30206轴承内孔直径302.2.4、轴的直径因为联轴器型号LT4用轴肩对联轴器做轴向固定,因为有密封圈,查<<机械设计课程设计简明图册>>取应便于安装满足轴承内径系列用轴肩对轴承作轴向固定应便于加工根据蜗杆齿顶圆直径可知用轴肩对轴承作轴向固定同一根轴上的两个轴承型号相同，故：2.2.5、确定轴向尺寸因为取LT4联轴器Y型所以齿轮至机体内壁的距离,轴承至机体内壁的距离(油润滑).查<<机械设计课程设计指导书>>表,取螺栓直径M12,沉头座直径26.取.轴承盖厚度查<<机械设计课程设计>>表联轴器至轴承盖距离应便于加工由计算可得蜗杆螺纹部分齿宽所以因对称布置根据轴承宽度计算轴上力的作用点2.2.6、齿轮受力计算轴向力,径向力,压力角,圆周力2.2.7、轴的强度计算A.画出水平面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并.画出水平面的弯矩图，如图2-2：支点反力C弯矩B.蜗杆分度圆直径画出垂直面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并.画出垂直面的弯矩图，如图2-2得同理求B点的支点反力得C点的弯矩C.求合成弯矩D.计算扭矩,并画出扭距图：,若将扭矩按脉动性质考虑E.计算出当量弯矩C点当量弯矩F.校核轴的强度,弯矩最大的剖面在蜗杆中心面C点处当量弯应力,查<<机械设计基础>>表可查出当,故满足强度条件,虽然比小的比较多,由与此处轴径的大小决定于结构的需要所以不需要改动五、轴承的寿命计算（一）确定轴承型号1.1、查<<机械设计课程设计>>轴承的型号30206可得1.2、确定载荷系数X,Y查<<机械设计课程设计>>可得,由,查<<机械设计课程设计>>可得1.3、当量动载荷可知1.4、计算轴承寿命故该型号30206满足设计要求（二）确定轴承型号2.1、查<<机械设计课程设计>>轴承的型号30212可得2.2、确定载荷系数X,Y查<<机械设计课程设计>>可得,由,查<<机械设计课程设计>>可得2.3、由当量动载荷可知2.4、计算轴承寿命故该型号30212满足设计要求六、键的选择与校核（一）确定蜗轮与轴的连接键1.1、选择键的类型键主要用来实现轴和轴上零件（如齿轮、带轮等）的周向固定以传递转矩；有的还能实现轴上零件的轴向固定以传递轴向力；有的则能构成轴向动联接以使零件在轴上滑动。键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。常用的平键有普通平键、导向平键和滑键三种。普通平键的端部形状可制成圆头（A型）、方头（B型）或单圆头（C型）我们这里选用A型普通平键。1.2、确定键的尺寸,查<<机械工程基础>>,可知键的尺寸,键剖面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度1.3、校核键联接的强度,查<<机械设计手册>>由计算键联接的挤压强度可知:1.4、键的剪切强度该键联接满足要求。（二）确定蜗轮轴与联轴器的连接键2.1、选择键的类型，由上文可知可以选用A型普通平键2.2、确定键的尺寸,查<<机械设计手册>>,可知键的尺寸,键剖面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度2.3、核键联接的强度,查<<机械设计基础>>由计算键联接的挤压强度可知:2.4、键的剪切强度该键联接满足要求。（三）确定蜗杆轴与联轴器的连接键3.1、选择键的类型,由上文可知可以选用A型普通平键3.2、确定键的尺寸,查<<机械设计手册>>,可知键的尺寸,键剖面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度3.3、校核键联接的强度,查<<机械设计基础>>由计算键联接的挤压强度可知:3.4、键的剪切强度 该键联接满足要求。七、减速器的箱体设计（一）箱体结构机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。（二）箱体技术要求①铸造箱体必须经过时效处理。②底座与箱盖合盖后，边缘应平齐。③底座与箱盖合盖后未紧固螺栓时，用0.05mm塞尺检查剖分面接触的密合性，塞尺塞入深度不得大于剖分面深度的1/3。④轴承孔的轴线与剖分面的不重合度不大于0.2~0.3mm。⑤轴承孔的圆度与圆柱度按7级公差GB/T1184-1996。⑥轴承孔端面与其轴线的垂直度按7级公差GB/T1184-1996。⑦轴承孔中心线平行度公差、轴承孔中心距的极限偏差、轴承孔中心线不相交性公差应符合设计要求。（三）箱体参数设定设计减速器的型式，尺寸。由于是蜗轮蜗杆减速器机座壁厚取机盖壁厚:因为蜗杆在下取机座凸缘厚度机盖凸缘厚度机座底凸缘厚度地脚螺钉直径取地脚螺钉数目轴承旁联接螺栓直径机盖与机座联接螺栓直径联接螺栓的间距取轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径定位销直径至外机壁距离至凸缘边缘距离轴承旁凸台半径凸台高度外机壁至轴承座端面距离取大齿轮顶圆与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离机盖机座肋厚轴承端盖外径:大小轴承端盖凸缘厚度轴承旁联接螺栓距离八、减速器的润滑（一）蜗轮及轴承的润滑和密封减速器润滑主要分齿轮润滑和轴承润滑两部分。齿轮润滑介质分稀有润滑和半流体润滑等方式，齿轮润滑一般是靠油池面的齿轮溅油润滑，合箱面开有油槽形成回路将甩油回流到油池。轴承润滑主要是脂润滑（黄油润滑），采用油杯或黄油枪定期加油润滑。密封主要是齿轮和轴承间的密封，轴向密封用O型橡胶、毛毡等密封件。轴承压盖密封面用耐油橡胶石棉板就可以了。在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。九、安装及调试在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合