一级蜗轮蜗杆课程设计说明书

机械设计说明书题目：一级蜗杆减速器设计学校：系别：机械学院专业:学生姓名：学号：指导教师：目录摘要 41.蜗轮蜗杆减速器的介绍 41.1蜗轮蜗杆减速器简介 41.2蜗杆传动特点 52总体传动方案的选择与分析 52.1传动方案的选择 52.2传动方案的分析 62.3电动机的选择 72.3.1.电动机功率的确定 72.3.2.确定电动机的转速 73.传动装置运动及动力参数计算 83.1各轴的转速计算 83.2.各轴的输入功率 93.3各轴的输入转矩 94.蜗轮蜗杆的设计，三维结构及其参数计算 104.1蜗轮三维图 104.2蜗杆三维结构 124.3传动参数 124.4蜗轮蜗杆材料及强度计算 134.5计算相对滑动速度与传动效率 134.6确定主要集合尺寸 144.7热平衡计算 144.8蜗杆传动的几何尺寸计算 155联轴器选择与轴承的设计计算与校核 165.1联轴器的选择 165.1．1载荷计算 165.1.2选择联轴器的型号 165.2轴承的选择及校核与三维图 175.2.1蜗轮的轴承 175.2.2蜗杆的轴承 185.2.3初选输入轴的轴承型号 185.2.5计算轴承内部轴向力 195.2.6计算轴承的轴向载荷 195.2.7计算当量动载荷 195.2.8计算轴承实际寿命 206轴的结构设计 216.1蜗杆工程图如下： 216.2蜗杆轴的径向尺寸的确定 216.3蜗杆轴的轴向尺寸的确定 226.4蜗轮轴的结构造型如下： 226.5蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配 236.6蜗轮轴的径向尺寸的确定 236.7蜗轮轴的轴向尺寸的确定 236.8蜗轮的强度校核 247键连接设计计算 267.1蜗杆连接键 267.2蜗轮键的选择与校核 278减速器箱体结构设计 279减速器润滑的概要说明 309.1减速器的结构 309.2减速箱体的结构 309.3速器的润滑与密封 3110减速器零件的三维建模 3210.1减速器蜗杆的三维模型 3210.2减速器蜗轮的三维模型 3210.3减速器箱体的三维模型 3310.4其他零件三维模型成型 3410.4.1轴承的三维模型成型 3410.4.2轴承盖、油标、通气塞的三维模型 3411.蜗轮蜗杆装配体三维图和爆炸图 3511.1装配图 3511.2爆炸图 3612.各个零件图结构 3613.参考文献 38致谢 39摘要蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计，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，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。本文主要介绍一级蜗轮蜗杆减速器的设计过程及其相关零、部件的CAD图形。计算机辅助设计（CAD），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，能清楚、形象的表达减速器的外形特点。本设计以SolidWorks软件为主，并结合AutoCAD、CAXA电子图板等二维绘图软件，设计了一个二级圆柱齿轮减速器，实现了减速器的三维模型生成，以及由此生成二维工程图的设计思想。通过该软件特有的三维设计功能，检查、优化设计方案，实现了减速器的运动仿真，完成了减速器在计算机中的模拟设计。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。关键词：3D模型，蜗轮蜗杆，减速器1.蜗轮蜗杆减速器的介绍1.1蜗轮蜗杆减速器简介蜗轮蜗杆减速机（如图1）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转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎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备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。图1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。1.2蜗杆传动特点蜗杆传动的主要优点是可以获得较大的单级传动比。在动力传动中，传动比的一般范围在5～80，对非动力传动，传动比可达1000或更大。由于传动比大，零件数目少，因而结构紧凑。由于蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮轮齿的啮合是逐渐进入或退出啮合，因而传动平稳，振动和噪声小。另外，不需其它辅助机构即可获得传动的自锁性。

蜗杆传动的主要缺点是效率低，故不宜在大功率连续运转条件下工作。为减轻齿面磨损及避免胶合，蜗轮一般需要用较贵重的减摩材料(如青铜)制造。目前，各种新型蜗杆传动研究的重点是提高传动效率，以适应高效率连续大功率传动的要求2总体传动方案的选择与分析2.1传动方案的选择该传动方案在任务书中已确定，采用一个单级蜗杆减速器传动装置传动，如下图所示：2.2传动方案的分析该工作机采用的是原动机为Y系列三相笼型异步电动机，三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，电压380V，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便；另外其传动功率大，传动转矩也比较大，噪声小，在室内使用比较环保。传动装置采用单级蜗杆减速器组成的封闭式减速器，采用蜗杆传动能实现较大的传动比，结构紧凑,传动平稳，但效率低，多用于中、小功率间歇运动的场合。工作时有一定的轴向力，但采用圆锥滚子轴承可以减小这缺点带来的影响，但它常用于高速重载荷传动，所以将它安放在高速级上。并且在电动机心轴与减速器输入轴及减速器输出轴与卷筒轴之间采用弹性联轴器联接，因为三相电动机及输送带工作时都有轻微振动，所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用，以减少振动带来的不必要的机械损耗。总而言之，此工作机属于小功率、载荷变化不大的工作机，其各部分零件的标准化程度高，设计与维护及维修成本低；结构较为简单，传动的效率比较高，适应工作条件能力强，可靠性高，能满足设计任务中要求的设计条件及环境。2.3电动机的选择2.3.1.电动机功率的确定1）机各传动部件的传动效率及总效率：查《机械设计课程设计指导书》表9.2可知蜗杆传动的传动比为：i又根据《机械设计基础》表4-2可知蜗杆头数为，由表4-4可知蜗杆传动的总效率为：η查《机械设计课程设计指导书》表9.1可知各传动部件的效率分别为：ηηη工作机的总效率为：η2）电动机的功率Ρ所以电动机所需工作效率为：2.3.2.确定电动机的转速传动装置的传动比的确定：查《机械设计课程设计指导书》书中表9.2得各级齿轮传动比如下：理论总传动比：电动机的转速：卷筒轴的工作转速：所以电动机转速的可选范围为：根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min和1500r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。其主要功能表如下：电动机型号额定功率kW满载转速/r/min起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132M2-65.59602.02.03.传动装置运动及动力参数计算3.1各轴的转速计算实际总传动比及各级传动比的他配：由于是蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。则总传动比:所以取各轴的转速：第一轴转速：第二轴转速：3.2.各轴的输入功率第一轴功率：第二轴功率：第三轴功率：3.3各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩：第一轴转矩：第二轴转矩：第三轴转矩：将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率P/kW转矩转速n/(r/min)传动比效率电机轴5.311第一轴5.2510.99第二轴4.2170.80卷筒轴4.0310.954.蜗轮蜗杆的设计，三维结构及其参数计算4.1蜗轮三维图4.2蜗杆三维结构4.3传动参数蜗杆输入功率P=5.3kW，蜗杆转速，蜗轮转速，理论传动比i=16.75，实际传动比i=17，蜗杆头数，蜗轮齿数为，蜗轮转速4.4蜗轮蜗杆材料及强度计算减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料45钢经表面淬火，齿面硬度>45HRC,蜗轮缘选用材料ZCuSn10Pb1,砂型铸造。蜗轮材料的许用接触应力，由《机械设计基础》表4-5可知,=180MPa.估取啮合效率：η蜗轮轴转矩：T载荷系数：载荷平稳，蜗轮转速不高，取K=1.1.计算值m2=1.1=4804模数及蜗杆分度圆直径由《机械设计基础》表4-1取标准值，分别为：模数m=8mm蜗杆分度圆直径d4.5计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角γ蜗杆分度圆的圆周速度v相对活动速度v当量摩擦角取ρ验算啮合效率η1=tanγ传动总效率η4.6确定主要集合尺寸蜗轮分度圆直径：d中心距α4.7热平衡计算环境温度取工作温度取传热系数取需要的散热面积A=4.8蜗杆传动的几何尺寸计算公式说明公式说明及结果名称蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗杆导程角蜗杆齿宽蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮外圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗轮螺旋角蜗轮齿宽中心距所以，与蜗杆螺旋线方向相同5联轴器选择与轴承的设计计算与校核5.1联轴器的选择5.1．1载荷计算已知蜗杆轴名义转矩为5.22由于蜗杆减速器的载荷较平稳，按转矩变化小考虑，取工作情况系数k=1.3。蜗杆轴计算转矩：T已知蜗轮轴名义转矩为7.1×105NT卷筒轴计算转矩：T5.1.2选择联轴器的型号查《机械设计课程设计指导书》表14.2可知，电动机轴的直径，轴长；蜗杆轴直径。查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知，蜗杆轴的输入端选用LH3型弹性柱销联轴器。联轴器标记LH3联轴器GB/T5014公称转矩T许用转速n查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知，蜗轮轴的输出端选用LH4型弹性柱销联轴器。联轴器标记LH4联轴器55×公称转矩T许用转速n5.2轴承的选择及校核与三维图5.2.1蜗轮的轴承5.2.2蜗杆的轴承5.2.3初选输入轴的轴承型号据已知工作条件和输入轴的轴颈，由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承30208（一对），其尺寸：D=80mm,d=40mm,B=18mm。据已知工作条件和输出轴的轴颈，由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承30214（一对），其尺寸：D=125mm,d=70mm,B=24mm。基本额定动载荷C=63000N计算系数e=0.37轴向载荷系数Y=1.65.2.4计算蜗杆轴的受力蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力蜗杆轴：蜗轮轴：F5.2.5计算轴承内部轴向力轴承的内部轴向力：F5.2.6计算轴承的轴向载荷轴承2的轴向载荷由已知得，与方向相同，其和为F（轴承2为“压紧”端），所以F轴承1的轴向载荷FA1=F5.2.7计算当量动载荷轴承1的载荷系数根据FA1Fr1=5941900轴承2的载荷系数根据由表8-8可知X2轴承1的当量动载荷F轴承2的当量动载荷FP2所以轴承的当量动载荷取、中较大者，所以F5.2.8计算轴承实际寿命温度系数由《机械设计基础》表8-6可知载荷系数由《机械设计基础》表8-7可知寿命指数滚子轴承轴承实际寿命L==29448h轴承预期寿命L结论由于轴承30208满足要求6轴的结构设计6.1蜗杆工程图如下：6.2蜗杆轴的径向尺寸的确定从联轴段开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度α≈0.07~0.1d1+1~2mm，故d2=d1+2a≥30+20.07d1+1=36.2mm。该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装，取，选定轴承型号为30208，与蜗轮相配合，取蜗杆的齿根圆直径，按标准直径系列，取；与轴承的内径配合，与相同，故取；起定位作用，定位轴肩高度α≈6.3蜗杆轴的轴向尺寸的确定联轴段取；轴肩段取；与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；左轴承到蜗杆齿宽；蜗杆齿宽即，取；蜗杆齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；轴的总长为320mm。6.4蜗轮轴的结构造型如下：输出轴的弯矩和转矩6.5蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴固定，轴向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别一轴肩和套筒定位，轴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，键联接作轴向固定。轴做成阶梯形，左轴承从左面装入，蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。6.6蜗轮轴的径向尺寸的确定从左轴承段与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装取，选定轴承型号为30214开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与蜗轮孔径相配合，取蜗轮的内径，按标准直径系列，取；与轴承的内径配合，与相同，故取；联轴段；起定位作用，定位轴肩高度故取；6.7蜗轮轴的轴向尺寸的确定左面与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为；左轴承到蜗轮齿宽间的套筒取；蜗轮齿宽，故取；蜗轮齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为24mm；右轴肩段，联轴段，故轴的总长为280mm。6.8蜗轮的强度校核已知蜗轮的切向力F蜗轮的径向力F蜗轮轴向力F求水平面支反力：F水平面弯矩：M垂直面支反力，由,即Fr2LF在铅垂方向上，由，即FBV-FF垂直面弯矩MM根据合成弯矩得M=C截面左侧弯矩MC截面右侧弯矩M=转矩TT=当量弯矩由当量弯矩图和轴的结构图可知，C和D处都有可能是危险截面，应分别计算其当量弯矩，此处可将轴的钮切应力视为脉动循环，取，则C截面左侧当量弯矩M=C截面右侧当量弯矩M所以C截面处当量弯矩在以上两数值中取较大者，即D截面弯矩MMD截面合成弯矩M=D截面当量弯矩M求危险截面处轴的计算直径许用应力，轴的材料用45钢，由《机械设计基础》表7-1可知，C截面直径计算dD截面直径计算d经与结构设计图比较，C截面和D截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径，故轴的强度足够。7键连接设计计算7.1蜗杆连接键键的选择和参数选择普通平键，圆头。由《机械设计课程设计指导书》表11.27查得d=30mm时。应选用键GB/T1096转矩键长接触长度许用挤压应力校核查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许用挤压应力为故满足要求7.2蜗轮键的选择与校核键的选择和参数选择普通平键，圆头。由《机械设计课程设计指导书》表11.27查得d=55时。应选用键GB/T1096转矩键长接触长度许用挤压应力校核查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许用挤压应力为故满足要求8减速器箱体结构设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合。8.1.1足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。8.1.2内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联8.1.3良好的工艺性。铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。8.1.4①视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固。②油螺塞放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。③油标油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。④通气孔由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。⑤盖螺钉启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。⑥位销为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。⑦吊钩在机座上直接铸出吊钩，用以起吊或搬运较重的物体。减速器机体结构尺寸表7-1：表8-1减速器机体结构尺寸表名称符号计算公式结果箱座壁厚10箱盖壁厚9箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径M24地脚螺钉数目查手册6轴承旁联接螺栓直径M12机盖与机座联接螺栓直径=（0.5～0.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.4～0.5）10视孔盖螺钉直径=（0.3～0.4）8定位销直径=（0.7～0.8）8，，至外机壁距离查机械课程设计指导书表4342218，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表42816外机壁至轴承座端面距离=++（8～12）50大齿轮顶圆与内机壁距离>1.215齿轮端面与内机壁距离>10机盖，机座肋厚轴承端盖外径+（5～5.5）120（1轴）125（2轴）150（3轴）轴承旁联结螺栓距离120（1轴）125（2轴）150（3轴）9减速器润滑的概要说明在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。9.1减速器的结构本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。（具体结构详见装配图）9.2减速箱体的结构该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式具体结构详见装配图9.3速器的润滑与密封蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100°C）查表10.6《机械设计课程设计指导书》润滑油118轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表10.7《设计课程设计指导书》润滑脂ZL-210减速器零件的三维建模10.1减速器蜗杆的三维模型10.2减速器蜗轮的三维模型10.3减速器箱体的三维模型形成由于箱体的造型比较复杂，故首先运用了拉伸、切除、筋板、镜像、阵列等特征形成箱座的三维模型，如图9-3所示。图9-310.4其他零件三维模型成型10.4.1轴承的三维模型成型轴承的建模是装配体运用的过程，所以在完成外圈、内圈、滚珠后，在新建的装配体中把三者以一定的配合关系装配起来，完成轴承的三维模型，如图9-4所示。图9-6轴承的三维模型10.4.2轴承盖、油标、通气塞的三