机械毕业设计31河南工业职业技术学院二级蜗杆锥齿轮减速器设计

河南工业职业技术学院毕业论文 题目：二级蜗杆 锥齿轮减速器设计 摘 要 机械传动已经伴随人们走过了几千年的历史，无论是在生活还是生产方面，它都为人类的发展进程作出了巨大的贡献。如今，随着电子技术、信息技术的广泛应用，使机械传动也进入了一个新的发展阶段。机械传动系统在高速、高效、节能、环保以及小型化等方面有了明显的改进。现在，单纯的机械或电气传动似乎更多地加入了流体技术、智能控制技术部分，机械、电子、传感器技术、软件的合成已成为一种重要的趋 势。 社会生活的各个角落，无不在享受着新技术发展所带来的便利，微电子技术的发展，推进了各种机械加工设备的功能与加工水平，推动着技术的进 步。同时，高科技越发达，相对的对机械行业的需求就越大。比如现在 我 国对减速机的需求增长速度就很快， 刚进入中国的时候年销售量还不到 100万美元，现在已经达到了 600 700万美元。所以说机械行业包括其他基础行业还是相当重要的，而 我 国减速机制造企业更应该跟上时代，多元化地发展。目前国际上最先进的各种减速机加工及检测设备，包括各种滚齿机、磨齿机、热处理炉、齿轮检测中心、三坐标 测量仪等，均不同程度地使用了微电子技术和信息技术。国外的机械传动行业随着微电子技术、信息技术的发展也在进行着与之相应的多元化的改变。而我国的基础行业包括减速机行业则相对还很落后 ,基本上处于先进国家上世 70、 80年代的水平。 机械设备包括减速机的高速、高效和高精度主要取决于机械加工工艺，当然也有技术的原因。对于传统的机械加工行业来说，影响产品质量和性能的因素一个是材料，另一个则是加工工艺，包括热处理工艺。国外的企业就很注意对这两方面的研究和投入，因此做出的产品质量高、性能好。同样的一张图纸，国外和国内 的厂家加工出来的产品就有很大的不同；同样的热处理设备，国内的生产出来的产品同国外的相比就会出现很大的差距。这里还应注重加工设备的更新，现在国内很多减速机制造企业所用的最好的设备也是国外 80年代的，它在国内似乎还是很先进的，那是因为它还有很大的市场，但它并不是最先进的。 优化人与环境的概念在现代的生产生活中越发受到重视，在工业领域，节能、低噪声、环保也是机械制造的发展趋势，机械传动行业应如何在材质的选择、结构的设计等诸多方面去突破以满足这些要求。效率低自然容易产生热量，耗费能源。而产品的大型化，则会对 传动效率产生很大的影响，同时，材料的费用，包装的费用也会随之上升，增加成本。因此，而要改善这一切，必须在加工精度、机械加工和热处理上有所改进。机械传动系统正日益基于标准或准标准的元件和系统，如何提高机械传动部件的标转化、提高配套件的互换性的同时，满足不同客户的具体要求以迫在眉睫。 关键词： 圆锥 -圆柱、减速比、联轴器 参考文献 1 周明衡，减速器选用手册 化学工业出版社 2002年 6月第一版 2 成大先，机械设计手册 化学工业出版社 2002.1（第四版） 3 唐保宁、高学满， 机械设计与制造简明手册 同济大学出版社 1993.7 4 孙宝钧，机械设计课程设计 机械工业出版社 2004.4 5 机械工程标准手册编委会编，机械工程标准手册中国标准出版社 2003.5 6 刘朝儒，彭福荫，高治一，机械制图（第四版）高等教育出版社 2001 年 8月第四版； 7 Jon R.mancuso， Couplings and joints Marcel Dekker INC 1986 目 录 摘 要 . II 一 绪论 .1 二 结构设计 .2 三 设计 计算过程及说明 .3 1 选择电动机 .3 2 确定总传动比及其分配 .13 3 确定传动装置的运动和动力参数 .14 4 蜗杆蜗轮的设计计算 .15 5 蜗轮的强度校核 .22 6 蜗杆 和 蜗轮 轴的设计及强度校核 .25 7 轴承的选择及校核 41 8 锥齿轮的设计 及校 核 .45 9 箱体结构尺寸及计算 .47 10 减速器的润滑和密封 .48 11 减速器的附件 .51 12 减速器的安装维护和使用 .54 四 结论 .25 五 参考文献 .26 绪 论 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高， =0.92-0.98；工作可靠、使用寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器 ,用于原动机和工作机或执行机构之间 ,起匹配转速和传递转矩的作用 ,在现代机械中应用极为广泛。 国内的减速器多以齿轮 传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，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。 当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。近 十几年来 ,由于近代计算机技术与数控技术的发展， CAD/CAM 技术被广泛的应用于机械设计与制造领域，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化，整机配套的模块化，标准化，以及造型设计艺术化，使产品更加精致，美观化。 在 21 世纪成套机械装备中 ,齿轮仍然是机械传动的基本部件。 CNC 机床和工艺技术的发展 ,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动 ,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉 ,将成为新型传动产品发展的重要趋势 . 二 结构设计 、轴：主要功用是直接支承回转零件，以实现回转运动并传递动力。高速轴和中速轴都属于齿轮轴；低速轴为转轴、 属阶梯轴。 、轴承：用来支承轴或轴上回转零件、保持轴的旋转精度、减小磨擦和磨损。高、中速轴的为 GB/T276 1994沟球轴承 6206；低速轴为 GB/T276 1994深沟球轴承 6208。 、齿轮：用来传递任意轴间的运动和动力，在此起传动及减速作用，其中齿轮 1和齿轮 3 属于齿轮轴，为主动轮，齿数分别为 z1 =11； z3=14。齿轮 2 得齿轮 4 为从动轮，齿数分别为 z2 =88； z4 =85。都为斜齿圆柱齿轮。 、联轴器：主要用于联接两轴，使他们一起转动以传递运动和转矩。 （ 2）、附件： 、窥视孔：窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及轮齿损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。 、通气器：使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏。 、定位销： 对由箱盖和箱座通过联接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能够保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度。 、启箱螺钉：由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖，旋动启箱螺钉可将箱盖顶起。 、放油孔及放油螺塞：为排放减速器箱体内污油和便于清洗箱体内部，在箱座油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜 1 2 使油易于流出 。 三 设计计算过程及说明 3 1 选择电动机 ： 1电动机类型和结构的选择 因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式 Y（ IP44）系列的电动机。 2电动机容量的选择 1） 工作机所需功率 Pw Pw 3.4kW 2） 电动机的输出功率 Pd Pw/ 0.904 Pd 3.76kW 3电动机转速的选择 nd（ i1 ?i2 in） nw 初选为同步转速为 1000r/min 的电动机 4电动机型号的确定 由表 20 1 查出电动机型号为 Y132M1-6,其额定功率为 4kW，满载转速 960r/min。基本符合题目所需的要求 计算传动装置的运动和动力参数 传动装置的总传动比及其分配 3.2 确定总传动比及其分配 1计算总传动比 由电动机的满载转速 nm 和工作机主动轴转速 nw 可确定传动装置应有的总传动比为： i nm/nw nw 38.4 i 25.14 2合理分配各级传动比 由于减速箱是同轴式布置，所以 i1 i2。 因为 i 25.14，取 i 25， i1=i2=5 速度偏差为 0.5%支座反力分析： （ 1）、定跨距测得： 681 L ； 792 L ； 423 L（ 2）、水平反力： NLL LFR tBH 269.9704279 423.2795323 NRFR BHtDH 031.1825269.9703.2795 （ 3）、垂直反力： 32422LLdFLFRarDV N26.10244279264.214328.39879683.1027 NRFR DVrBV 423.326.1024683.1027 当量弯矩： （ 1）、水平弯矩： mmNLRM BHH 251.7665179269.9702 （ 2）、垂直面弯距： FtFaFr mmNLRM BVV 417.27079423.321 mmNLRM DVV 92.4 3 0 1 84226.102432 （ 3）、合成弯矩： 2 121 VH MMM 728.7 6 6 5 1417.270251.7 6 6 5 1 22 2 222 VH MMM 905.8 7 8 9 792.4 3 0 1 8251.7 6 6 5 1 22 当转矩 T=300000N mm ；取 6.0 得： 当量弯矩： 222 )(2 I I Ie TMM mmNX856.2 0 0 3 1 4)3 0 0 0 0 06.0(905.8 7 8 9 7 22 mmNMM e 728.7665111 按扭合成应力校核轴的强度。由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面 C 处当量弯矩最大，是轴的危险截面。进行校核时，只校核轴上承受最大当量弯矩的截面的强度，则由 1P339 得轴的强度校核公式 12-3 1 WM ee其中： 因为轴的直径为 d=45mm 的实心圆轴，故取 31.0 dW 因为轴的材料为 45# 钢、调质处理 查 1P330 取轴的 许用弯曲应力为： 1 =60Mpa WM ee2 321.0 dM e M P aM P a 60982.21451.0856.2 0 0 3 1 4133.7 轴承的选择及校核 、根据轴承型号 6310查 4P383表 8-23取轴承基本额定动载荷为：C=29500N；基本额定静载荷为： NCor 18000因为： NFFF aaa 164.1992328.398221 221 BVBHr RRF N275.970423.3269.970 22 222 DVDHr RRF N8 0 8.2 0 9 226.1 0 2 40 3 1.1 8 2 5 22 011.01 8 0 0 0164.1991 oraCF 根据oraCF1 的值查 1P298 表 10-10,利用差值法求得e=0.184 ; X=0.56 ; Y=2.362 、 184.02053.0275.970164.199 eFFrlal 由 1P298表 10-10查得 X=0.56 ; Y=2.362 根据轴承受中等冲击查 1P298 表 10-9 取轴承载荷系数为 : 2.1pf )( 111 arp FYFXfP 535.1216)164.199362.2275.97056.0(2.1 、 184.00952.0808.2092164.19922 eFFra 由 1P298表 10-10查得 X=1 ; Y=0 根据轴承受中等冲击查 1P298 表 10-9 取轴承载荷系数为 : 2.1pf)( 222 arp FYFXfP 37.2511)164.1990808.20921(2.1 、因为是球轴承，取轴承寿命指数为： 3 m in/826.28 rnn 2PP 由 1P297 轴承寿命公式 10-2a 得： )(10 6PChL h = h695.937126)37.251129500(826.286010 36 hLh 4 6 0 8 08163 6 0 hh LL 故轴承使用寿命足够、合格。 3.8 锥齿轮的设计 及校核 大锥齿轮的齿数 是 40,小锥齿轮的齿数 是 25 齿。分度圆锥角 tg 1=Z1/Z2=20/20=1 即 1=45o。 量得大端齿顶圆直径为： 100mm.d顶 =m(Z1+2cos 1)=100.24. 确定模数 :m=d 顶 1/z1+2cos 1=64.4/21.4142=3. 计算分度圆直径 d分 : d分 =m*z1=3*20=60mm 计算锥距 L L1=d1/2Sin1=60/1.4142=42.43mm 齿顶角 tg =h 顶 /L=3/42.43=0.0707.(h顶 =m).顶 =4o2 . 齿顶圆锥角顶 1= 1+顶 =45 +4 2 =49 2 齿顶高 :h 顶 =m=3 齿根高 h根 =1.2m=3.6 齿高 =h 顶 +h 根 =6.6 齿宽 B=15.5(测量 ) 3.9 箱体结构尺寸及计算 材料为： HT200。加工方式如下： 加工工艺路线：铸造毛坯时效油漆划线粗精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加 工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各紧固孔、油孔等去毛刺清洗检验 3.10 减速器的润滑和密封 、润滑： 齿轮采用浸油润滑。参考 1P245。当齿轮圆周速度 smv /12 时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。参考 1P310。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的2131，采用稠度较小 润滑脂。 齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用 L-AN15 润滑油。 、密封： 防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。查 4P383 表 10-37，高低速轴密封圈为：唇形密封圈（ FB 型） GB/T9877.1-1998。 3.11 减速器的附件 包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺。 减速器标准件明细表 序号 名称及型号 材料 数量 基本尺寸 标准代号 01 轴承 6310 45 4 d D B 30 60 16 GB/T276-1994 02 螺母 M16 HT2000 1 大径为 16螺矩为 1.5 GB/T6171-2000 03 键 C10 55 45 2 b h l 10 8 55 GB/T1096-2003 04 螺母 M10 HT2000 6 大径为 10 GB/T6170-2000 05 螺栓 M10 100 HT2000 6 D=10X100 GB/T5785 06 带副唇唇形密封圈 (大 ) 橡胶 1 d D b 40 60 8 GB/T9877.1-1988 07 带副唇唇形密封圈 (小 ) 橡胶 1 d D b 30 47 7 GB/T9877.1-1988 08 键 10 22 45 1 d h l 10 8 22 GB/T1096-2003 09 螺钉 M6 16 45 4 D=6, l=16 GB/T819.2 结 论 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广；传动效率高， =0.92-0.98；工作可靠、使用 寿命长；外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器 ,用于原动机和工作机或执行机构之间 ,起匹配转速和传递转矩的作用 ,在现代机械中应用极为广泛。 在 21世纪成套机械装备中 ,齿轮仍然是机械传动的基本部件。 CNC 机床和工艺技术的发展 ,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动 ,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉 ,将成为新型传动产品发展的重要趋势 . 目前国内通用的 JZQ系列二级减速器，两级承载能力之差为 15% 40%。通过优化设计，两级承载能力之差可控制在 5%以下，在材质不变的情 况下，承载能力可提高 10% 20%，有的可提高 30%以上，同时保证中心距最小。以 JZQ500减速器 (u=10.35)为例，原设计高速级 u1=2.3,mn1=4, 1=8 634 ,Z1=30,Z2=69;低速级 u11=4.5,mn11=6, 11=8 6 34 ,Z3=18, Z4=81。两级承载能力相差 40%，承载能力只有 23.5kN。经优化设计后，参数变更如下：高速级 u1=3.06,mn1=6, 1=12.74 , Z1=16, Z2=49,变位系数x1=0.39,x2=-0.37;低速级 u11=3.38,mn11=10, 11=14.74 , Z3=13,Z4=44, 变位系数 x1=0.10,x2=0.44。两级承载能力相差 4%,实际承载能力为 30.8kN,比原来提高 31%,同时保持了最小中心距。 当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用 寿命长的方向发展。减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式。 由于近代计算机技术与数控