毕业论文-一级圆柱蜗杆减速器设计及应力分析研究

毕业设计论文论文题目一级圆柱蜗杆减速器设计及应力分析研究I目录摘要IABSTRACTII第一章绪论111课题背景112国内研究状况和应用前景313论文主要研究内容6第二章减速器的总体设计821SOLIDWORKS软件简介822传动装置的总体设计1123电动机的选择1224传动装置运动及动力参数计算1325蜗轮蜗杆的设计及其参数计算1426轴的设计计算及校核1727轴的结构设计2028键连接设计计算2429减速器结构与润滑25210小结26第三章三维建模2731轴零件的设计2732箱体的三维模型2833其他模型的三维造型2934整体装配3135小结32第四章应力分析3341蜗杆应力分析3342蜗轮应力分析3543小结36第五章总结与展望3751总结3752展望37参考文献38I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，高科技越发达，相对的对机械行业的需求就越大。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。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。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，及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及参数搭配。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IIABSTRACTMECHANICALTRANSMISSIONHASBEENACCOMPANIEDBYPEOPLEFORTHOUSANDSOFYEARSOFHISTORY,BOTHINLIFEANDPRODUCTION,ITHASMADEGREATCONTRIBUTIONSTOTHEDEVELOPMENTPROCESSOFHUMANNOWADAYS,WITHTHEWIDEAPPLICATIONOFELECTRONICTECHNOLOGYANDINFORMATIONTECHNOLOGY,THEMECHANICALDRIVEHASENTEREDANEWSTAGEOFDEVELOPMENTMECHANICALTRANSMISSIONSYSTEMINTHEHIGHSPEED,HIGHEFFICIENCY,ENERGYSAVING,ENVIRONMENTALPROTECTION,ASWELLASSMALLANDSOTHEREISACLEARIMPROVEMENTNOW,THESIMPLEMECHANICALORELECTRICALTRANSMISSIONSEEMSTOBEMOREINTOTHEFLUIDTECHNOLOGY,INTELLIGENTCONTROLTECHNOLOGY,MECHANICAL,ELECTRONIC,SENSORTECHNOLOGY,SOFTWARESYNTHESISHASBECOMEANIMPORTANTTRENDEVERYCORNEROFTHESOCIALLIFE,WITHOUTEXCEPTION,ENJOYINGTHECONVENIENCEOFTHEDEVELOPMENTOFNEWTECHNOLOGY,THEMOREADVANCEDTECHNOLOGY,THEGREATERTHENEEDFORTHEMACHINERYINDUSTRYREDUCERMANUFACTURINGENTERPRISESINCHINASHOULDKEEPUPWITHTHETIMES,DIVERSIFIEDDEVELOPMENTTHEMOSTADVANCEDALLKINDSOFREDUCERPROCESSINGANDTESTINGEQUIPMENT,INCLUDINGALLKINDSOFROLLINGGEARMACHINE,GRINDINGMACHINE,HEATTREATMENTFURNACE,GEARMEASURINGCENTER,THREECOORDINATEMEASURINGINSTRUMENT,TOVARYINGDEGREES,USETHEMICROELECTRONICSTECHNOLOGYANDINFORMATIONTECHNOLOGYWITHTHEDEVELOPMENTOFMICROELECTRONICSTECHNOLOGYANDINFORMATIONTECHNOLOGY,THEDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGYANDINFORMATIONTECHNOLOGYINFOREIGNCOUNTRIESISALSOCHANGINGANDOURCOUNTRYSBASICINDUSTRIES,INCLUDINGTHEREDUCERINDUSTRYISRELATIVELYBACKWARD,BASICALLYINADVANCEDCOUNTRIESINTHEWORLD70,80SLEVELOPTIMIZATIONOFTHEPEOPLEANDTHEENVIRONMENTCONCEPTINMODERNPRODUCTIONANDLIFEHASBEENPAIDMOREANDMOREATTENTION,INTHEINDUSTRIALFIELD,THEDEVELOPMENTTENDENCYOFENERGYSAVINGANDLOWNOISE,ENVIRONMENTALPROTECTION,ANDMACHINERYMANUFACTURING,MECHANICALDRIVEINDUSTRYSHOULDBEHOWINMANYASPECTSOFMATERIALSELECTION,STRUCTUREDESIGNTOBREAKTHROUGHTOMEETTHESEREQUIREMENTSTHROUGHTHESIMPLEUNDERSTANDINGOFTHESPEEDREDUCER,STARTEDLEARNINGDESIGNOFGEARREDUCER,ATTEMPTTODESIGNENHANCETHEPERCEPTUALCOGNITIONANDABILITYTOADAPTTOSOCIETY,ANDFURTHERCONSOLIDATETHELEARNEDTHEORYKNOWLEDGE,TOIMPROVETHEINTEGRATEDUSEOFKNOWLEDGEDISCOVERYANDSOLVEPROBLEMS,INORDERTOCOMBINETHEORYANDPRACTICETOGETHER,FORTHELATERWORKANDBETTERLEARNINGEXPERIENCELEARNHOWTODOMECHANICALDESIGN,TOUNDERSTANDTHEPRINCIPLEOFMECHANICALTRANSMISSIONDEVICEANDPARAMETERCOLLOCATIONSTUDYUSINGAVARIETYOFTOOLS,SUCHASCAD,INTUITIVEPRESENTONTHEFLOORPLANTHROUGHTHEDESIGNOFCYLINDRICALGEARREDUCER,GEARREDUCERISASIMPLEUNDERSTANDINGANDCOGNITIONGEARREDUCERISANINDISPENSABLEPARTOFINMECHANICALTRANSMISSIONDEVICEMECHANICALTRANSMISSIONDEVICEINUSEPROCESS,WILLBEDIFFERENTDEGREEOFWEARANDTEAR,SOOFTENTOMECHANICALMAINTENANCEANDMAINTENANCE,PROLONGTHESERVICELIFEANDHIGHLYEFFECTIVEOPERATION,IMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCY,REDUCETHECOSTOFPRODUCTION,ACHIEVEMAXIMUMEFFICIENCYKEYWORDSMECHANICALTRANSMISSIONGEAR；GEARREDUCER；THEDESIGNPRINCIPLEANDPARAMETERCONFIGURATION1第一章绪论11课题背景传动装置是机器的重要组成部分，机器工作性能的好坏很大程度上取决于传动装置的优劣。因此，不断提高传动装置的设计和制造水平具有极其重要的意义。齿轮传动是最常采用的一种传动形式，其主要特点有1效率高在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高；2结构紧凑在同样的使用条件下，齿轮传动所占用的空间一般较小；3工作寿命长设计合理、维护良好的齿轮传动，其使用寿命可长达二十年；4传动比稳定常用的渐开线圆柱齿轮满足定比传动条件，且具有可分性。由于具备了上述特点，因此齿轮传动被广泛应用。蜗杆减速器的特点蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为90度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。1当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比I580在分度机构或手动机构中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。2在杆蜗传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。3当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。4蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此磨损较大，效率低；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为04左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对组合成减磨性良好的滑动摩擦剂。根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动可以分成三大类圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。111蜗轮蜗杆传动特点蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力。如图所示，蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件，通常交错角为90。蜗杆传动广泛用于各种机械和仪表中，常用作减速，仅少数机械，如离心机，内燃机增压器等，蜗轮为主动件，用于增速。蜗杆的形状象个圆柱形螺纹，蜗轮形状象斜齿轮，只是它的轮齿沿齿长方向弯曲成圆弧形，以便与蜗杆更好地啮合。112蜗杆传动优点其一、有比较大的传动比，非常紧凑的结构。如果是传递动力的时候，I880；如果是传递运动则I最大能够达到1000。其二、能都平稳的饿传动，噪声也非常的小。这主要是用蜗杆和蜗轮齿的啮合是连续的，并且啮合的齿对数还相对的较多，所以传动比较平稳，噪声也比较低。其三、其自身能够使用自锁性能。如果蜗杆的螺旋角没有齿轮间的当量摩擦角大时，蜗杆传动就会启动自锁。换句话说就是只有蜗杆带动蜗轮，蜗轮是不可以带动蜗杆的。其四、蜗杆传动还是具有其自身的缺点的，比较明显的就是传动摩擦损失比较大，效率也很低。通常效率只有0708，如果蜗杆传动还具有自锁功能，则其效率会在05之下。因此，蜗杆传动对于传递大功率和长期连续工作是不适合的。其五、蜗杆传动还有一个比较大的缺点就是成本比较大，有的时候为了减少其摩擦损耗，蜗轮会使用贵重的减摩材料青铜制造，这就在一定程度上加大了其制造的成本。蜗杆传动的类型2根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动,环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。113减速器工作原理工作原理蜗轮蜗杆传动的两轴是相互交叉垂直的；蜗杆可以看成为在圆柱体上沿着螺旋线绕有一个齿（单头）或几个齿（多头）的螺旋，蜗轮就象个斜齿轮，但它的齿包着蜗杆。在啮合时，蜗杆转一转，就带动蜗轮转过一个齿（单头蜗杆）或几个齿（多头蜗杆），因此蜗轮蜗杆传动的速比I蜗杆的头数Z1/蜗轮的齿数Z2。本文主要采用SOLIDWORKS软件对单级圆柱蜗杆传动中各零件建立三维几何模型、单级圆柱蜗杆减速器三维虚拟装配及工程图生成。再充分发挥SOLIDWORKS设计的优点，不断优化零件结构。利用本文的方法设计单级圆柱蜗杆减速器，具有方便、快捷、可靠的特点。114蜗轮蜗杆减速器的常见问题及解决方1发热和漏油蜗轮减速机为了提高效率，一般均采用有色金属做蜗轮，采用较硬的钢材做蜗杆，由于它是滑动摩擦传动，在运行过程中，就会产生较高的热量，使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差异，从而在各配合面产生间隙，而油液由于温度的升高变稀，容易造成泄漏。主要原因有四点，一是材质的搭配是否合理，二是啮合磨擦面的表面质量，三是润滑油的选择，添加量是否正确，四是装配质量和使用环境。2蜗轮磨损蜗轮一般采用锡青铜，配对的蜗杆材料一般用45钢淬硬至HRC45一55,还常用40C淬硬HRC50一55，经蜗杆磨床磨削至粗糙度RAO8FCM,减速机正常运行时，蜗杆就象一把淬硬的“锉刀”，不停地锉削蜗轮，使蜗轮产生磨损。一般来说，这种磨损很慢，象某厂有些减速机可以使用10年以上。如果磨损速度较快，就要考虑减速机的选型是否正确，是否有超负荷运行，蜗轮蜗杆的材质，装配质量或使用环境等原因。3轴承损坏减速机发生故障时，即使减速箱密封良好，还是经常发现减速机内的齿轮油已经被乳化，轴承已生锈、腐蚀、损坏，这是因为减速机在运停过程中，齿轮油由热变冷后产生的水分凝聚造成当然，也和轴承质量，装配工艺方法密切相关。常见的解决方法保证装配质量可购买或自制一些专用工具，拆卸和安装减速机部件时，尽量避免用锤子等其他工具敲击；更换齿轮、蜗轮蜗杆时，尽量选用原厂配件和成对更换；装配输出轴时，要注意公差配合；要使用防粘剂或红丹油保护空心轴，防止磨损生锈或配合面积垢，维修时难拆卸。润滑油和添加剂的选用蜗齿减速机一般选用220齿轮油，对重负荷、启动频繁、使用环境较差的减速机，可选用一些润滑油添加剂，使减速机在停止运转时齿轮油依然附着在齿轮表面，形成保护膜，防止重负荷、低速、高转矩和启动时金属间的直接接触。添加剂中含有密封圈调节剂和抗漏剂，使密封圈保持柔软和弹性，有效减少润滑油漏。减速机安装位置的选择位置允许的情况下，尽量不采用立式安装。立式安装时，润滑油的添加量要比水平安装多很多，易造成减速机发热和漏油。建立润滑维护制度可根据润滑工作“五定”原则对减速机进行维护，做到每一台减速机都有责任人定期检查，发现温升明显，超过40或油温超过80，油的质量下降或油中发现较多的铜粉以及产生不正常的噪声等现象时，要立即停止使用，及时检修，排除故障，更换润滑油。加油时，要注意油量，保证减速机得到正确的润3滑12国内研究状况和应用前景121国内的现状与发展概况减速机在我国的发展已有近40年的历史，广泛应用于国民经济及国防工业的各个设领域。主要行业有电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、计食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用减速研机总数的6070。究减速器在原动机和工作机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。减速器具有的普遍优势是高水平、高性能、积木式组合设计、形式多样化、现状变型设计多等特点。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，或者展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。由于在趋传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率势大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。蜗杆传动的历史悠久，但得到迅速发展还是从本世纪二十年代开始的，尤其近三、四十年来，随着空间啮合理论的不断突破，发展了许多新型蜗杆传动，如五十年代的凹面齿圆柱蜗杆传动、锥蜗杆传动，七十年代的平面二次包络环面蜗杆传动等。与此同时还采用了许多利于提高蜗杆传动承载能力和传动效率的修形，挖窝，以及利用啮合中的动静压效应（封闭接触线）等措施，都取得了显著的效果，使蜗杆传动的发展达到了相当高的水平，输出转矩70000NM；轮齿受力FN800000N，传递功率T10290KM，蜗杆转速40000R/MIN；蜗杆圆周速度69R/S；中心距A2000MM；传动效率98,传动比5的蜗杆传动应用越来越多。蜗杆传动在现代工业中应用广泛；在机床制造业中，普通圆柱蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速转动工作台和连续分度机构的唯一传动型式，冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗杆传动；煤矿设备中各种类型绞车及采煤机组牵引传动；起重运输业中各种提升设备、电梯、自动扶梯及无轨电车等的传动，其他，如精密仪器设备，军工、宇宙观测中蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等。随着圆柱蜗杆减速机行业竞争的不断加剧，大型企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内外优秀的圆柱蜗杆减速机企业愈来愈重视对行业市场的分析研究，特别是对当前市场环境和客户需求趋势变化的深入研究，以期提前占领市场，取得先发优势。正因为如此，一大批优秀品牌迅速崛起，逐渐成为行业中的翘楚。中研普华利用多种独创的信息处理技术，对圆柱蜗杆减速机行业市场海量的数据进行采集、整理、加工、分析、传递，为客户提供一揽子信息解决方案和咨询服务，最大限度地降低客户投资风险与经营成本，把握投资机遇，提高企业竞争力。长期对圆柱蜗杆减速机行业市场跟踪搜集的一手市场数据，同时依据国家统计局、国家商务部、国家发改委、国务院发展研究中心、行业协会、中国行业研究网、全国及海外专业研究机构提供的大量权威资料，采用与国际同步的科学分析模型，全面而准确地为您从行业的整体高度来架构分析体系。让您全面、准确地把握整个圆柱蜗杆减速机行业的市场走向和发展趋势。中国圆柱蜗杆减速机行业的内外部环境、行业发展现状、产业链发展状况、市场供需、竞争格局、标杆企业、发展趋势、机会风险、发展策略与投资建议等进行了分析，并重点分析了我国圆柱蜗杆减速机行业将面临的机遇与挑战。报告将帮助圆柱蜗杆减速机企业、学术科研单位、投资企业准确了解圆柱蜗杆减速机行业最新发展动向，及早发现圆柱蜗杆减速机行业市场的空白点，机会点，增长点和盈利点准确把握圆柱蜗杆减速机行业未被满足的市场需求和趋势，有效规避圆柱蜗杆减速机行业投资风险，更有效率地巩固或者拓展相应的战略性目标市场，牢牢把握行业竞争的主动权。形成企业良好的可持续发展优势。蜗轮蜗杆传动具有传动比大、体积小、运转平稳、噪音小等特点在现代工业中应用广泛，在机床制4造业中蜗轮蜗杆传动的应用尤为普遍，并且几乎成了一般低速传动工作台和连续分度机构的唯一传动形式；冶金工业轧机压下机构都采用大型蜗轮蜗杆传动；煤矿设备中的各种类型的轿车和采煤机组牵引传动；起重运输也中各种提升设备、电梯、自动扶梯及无轨电车等的传动。其他如精密仪器设备、军工、宇航观测部门中蜗轮蜗杆传动常用作分度机构、操纵机构、计算机构、测距机构等等。大型天文望远镜、雷达等也离不开蜗轮蜗杆传动。近三十年来随着空间啮合理论的不断突破，工业生产迅速发展的需要，蜗轮蜗杆传动在高速、重载、小速比条件下使用的越来越多。为了适应这种要求人们不断的探索提高蜗轮蜗杆传动性能的途径。这首先是寻找最佳的齿廓形状，其次是提高蜗杆吃面的硬度、传动精度，减少蜗轮蜗杆吃面的粗糙度等指标以获得良好的使用性能和工艺性能。近几十年来国内外在蜗轮蜗杆传动的研制取得了很大进展，相聚出现了很多新兴的蜗轮蜗杆传动，例如圆弧齿圆柱蜗杆传动、平面二次包络环面蜗轮蜗杆减速机及锥面包络蜗杆传动等等这使蜗轮蜗杆传动的发展达到了较高技术水平，很大程度上满足现在工业传动的需求。广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域产品从最初单一的减速机，发展到现在五大类产品，即摆线减速机、无级变速器、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、电动滚筒。据初步统计，减速机用量较大的行业主要有电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等，这些行业使用减速机产品的数量已占各行业是用减速机总数的6070。由于国家采取积极的财政政策，十五期间，拉动了内需，固定资产投资力度加大，各行业的发展驶入了快车道，特别是基础建设的投资，使冶金机械、电力机械、建筑机械、建筑资料、能源机械等加快了发展进程，因此，对减速机的需求也逐步扩大，预计“十一五”期间，随着国家对机械制造业的重视，重大装备国产化进程的加快以及乡村改造，场馆建设等工程项目的开工，减速机的市场前景看好，整个行业仍将坚持快速发展态势，尤其是齿轮减速机的增长将会大幅度提高。20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪4050年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB113070圆柱齿轮减速器等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB17960的89级提高到GB1009588的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在45级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000KW，齿轮圆周速度达150M/S以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。5121国外的现状与发展概况国外的减速器，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。平面二次包络环面蜗轮蜗杆减速机（简称平面二包）是我1970年代首创的一种新型机械传动形式。它是在美国“CONE”蜗杆（俗称球面蜗杆）和日本东京工业大学“斜平面蜗轮”的基础上发展而来的。该传动比国际王牌产品美国CONEDRIVE工艺性能更好，蜗杆齿面可以淬火并用砂轮磨削，啮合质量高。由于该蜗杆副齿面啮合时呈双线接触，接触点的法向速度大，综合曲率半径大，接触应力小，易形成油膜，具有承载能力大、效率高、使用寿命长等优点。经美国CONEDRIVE公司测试承载能力为其相应产品的22倍。被誉为“当代最优越的蜗杆传动”。为了推广先进蜗杆传动产品，国家已颁布“平面二次包络环面蜗杆减速器国家标准”，并宣布淘汰落后的阿基米德蜗杆减速器。平面二次包络环面蜗轮蜗杆减速机是具有国内外先进制造水平的高新技术产品，由于具有啮合过程形成动压油膜的独特性能使其具有寿命长、效率高、承载能力强等优点，特别适合于现代机械重载、高速的需要，深受用户欢迎。因此，在整个冶金工业、造船工业、石油、化工机械、通用机械、轻工机械、兵器工业、建筑机械等都有很高的声誉。13论文主要研究内容131蜗轮蜗杆减速器的特点蜗轮蜗杆减速器的特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速化，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。蜗轮蜗杆减速器是以蜗杆为主动装置，实现传动和制动的一种机械装置。当蜗杆作为传动装置时，在蜗轮蜗杆共同作用下，使机器运行起来，在此过程中蜗杆传动基本上克服了以往带传动的摩擦损耗；在蜗杆作为制动装置时，蜗轮，蜗杆的啮合，可使机器在运行时停下来，这个过程中蜗杆蜗轮的啮合静摩擦达到最大，可使运动中的机器在瞬间停止。在工业生产中既节省了时间又增加了生产效率，而在工艺装备的机械减速装置，深受用户的美誉，是眼前当代工业装备实现大小扭矩，大速比，低噪音，高稳定机械减速传动独揽装置的最佳选择。132蜗轮蜗杆的设计A箱体1蜗轮蜗杆箱体内壁线的确定；2轴承孔尺寸的确定；3箱体的结构设计；A箱体壁厚及其结构尺寸的确定B轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸的确定C确定箱盖顶部外表面轮廓D外表面轮廓确定箱座高度和油面E输油沟的结构确定F箱盖、箱座凸缘及连接螺栓的布置B、轴系部件1蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计A轴的径向尺寸的确定B轴的轴向尺寸的确定2轴系零件强度校核A轴的强度校核B滚动轴承寿命的校核计算C、减速器附件A窥视孔和视孔盖B通气器C轴承盖D定位销E油面指示装置F油塞G起盖螺钉H起吊装置D蜗轮蜗杆三维建模。E蜗轮与蜗杆的应力分析。6第二章减速器的总体设计21SOLIDWORKS软件简介211SOLIDWORKS软件基本概述SOLIDWORKS软件是世界上第一个基于WINDOWS开发的三维CAD系统，SOLIDWORKS所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于使用了WINDOWSOLE技术、直观式设计技术、先进的PARASOLID内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SOLIDWORKS成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SOLIDWORKS软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SOLIDWORKS的培训课程。SOLIDWORKS软件组件繁多。功能强大、易学易用和技术创新是SOLIDWORKS的三大特点，使得SOLIDWORKS成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SOLIDWORKS能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SOLIDWORKS不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的WINDOWS系统的用户，基本上就可以用SOLIDWORKS来搞设计了。SOLIDWORKS独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SOLIDWORKS资源管理器是同WINDOWS资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SOLIDWORKS，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SOLIDWORKS是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司DARATECH所评论“在基于WINDOWS平台的三维CAD软件中，SOLIDWORKS是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在强大的设计功能和易学易用的操作（包括WINDOWS风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SOLIDWORKS，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。212SOLIDWORKS软件功能介绍1用户界面只有SOLIDWORKS才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。用SOLIDWORKS资源管理器可以方便地管理CAD文件。SOLIDWORKS资源管理器是唯一一个同WINDOWS资源器类似的CAD文件管理器。特征模板为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特征模板上调用标准的零件和特征，并与同事共享。SOLIDWORKS提供的AUTOCAD模拟器，使得AUTOCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。2配置管理配置管理是SOLIDWORKS软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。73协同工作SOLIDWORKS提供了技术先进的工具，使得你通过互联网进行协同工作。通过EDRAWINGS方便地共享CAD文件。EDRAWINGS是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是SOLIDWORKS提供的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。SOLIDWORKS支持WEB目录，使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中，就像存本地硬盘一样方便。用3DMEETING通过互联网实时地协同工作。3DMEETING是基于微软NETMEETING的技术而开发的专门为SOLIDWORKS设计人员提供的协同工作环境。4装配设计在SOLIDWORKS中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体，SOLIDWORKS的性能得到极大的提高。SOLIDWORKS可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。镜像部件是SOLIDWORKS技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。SOLIDWORKS用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。5工程图SOLIDWORKS提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及8详图中的属性管理员。使用RAPIDDRAFT技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。213SOLIDWORKS2014介绍SOLIDWORKS2014和SOLIDWORKSENTERPRISEPDM2014是支持WINDOWSVISTA的最后发行版SOLIDWORKS2014包含许多增强和改进功能，大多数功能可直接响应客户的要求。本版本重点说明以下主题更强大的设计功能您可以更快速地建模并验证复杂几何体，控制功能也更强。新工具可以帮助您按照自己的目标创建经济有效的设计。更有效的协作新工具扩大了设计和产品开发的协作范围，包括版本互操作性、制造成本估算和技术交流。提高性能和效率充分利用强大的处理能力来创建和仿真模型，并监控SOLIDWORKS的功能和性能。更加快速的各种工程视图，便捷而智能化的剖切视图B便捷切换显示零件中的隐藏体C装配体性能OFFENDER障碍源报告器D导入EDRAWINGS批注E修订版本云F多爆炸视图G爆炸状态下零件的自由旋转H塑料件配套设计控制I装饰螺纹与暗榫设计J焊接切割清单的更多功能K封套加强L曲面及其各种相交运算M同时插入多个部件并实现智能配合N同时拉伸多个薄壁并控制O变化的阵列尺寸P方程输入布满各个角落Q建模同时仿真子模型R任何类型文档快照S收藏文件夹T3DVIACOMPOSER相机UEPDM嵌入DRAFTSIGHT,检入/检出，多层次协同22传动装置的总体设计221传动方案拟订本传动装置用于带式运输机，已知条件工作条件两班制，连续单向运转，载荷较平稳，结构紧凑；工作寿命5年表21电动机的已知条件9工作机输入功率（KW）工作机输入转速（RPM11315本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图所示。图21传动装置简图222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。23电动机的选择231电动机功率的确定1工作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1可知蜗杆传动的传动比为；401I蜗杆又根据机械设计基础2可知蜗杆头数为Z12，由表可知蜗杆传动的总效率为8275蜗杆查机械设计课程设计指导书1可知各传动部件的效率分别为950联轴器（一对）轴承7109704卷筒工作机的总效率为7406522卷筒轴承蜗轮蜗杆联轴器总2电动机的功率KW140DMAX总W232确定电动机的转速1）传动装置的传动比的确定查机械设计课程设计指导书1得各级齿轮传动比如下401蜗杆I理论总传动比蜗杆总I2）电动机的转速卷筒轴的工作转速RPM531N滚筒所以电动机转速的可选范围为MIN/R126040IN）（总滚筒D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。其主要功能表如下表表22电动机的参数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Y112M622940202024传动装置运动及动力参数计算241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I82953140NIWM所以取30I总11各轴的转速第一轴转速MIN/R940NM1第二轴转速I/R3112总242各轴的输入功率第一轴功率KW681907PD01D1联轴器第二轴功率25122蜗杆第三轴功率K19706PP3D3联轴器轴承243各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩MN107394105N1059T46MD6D第一轴转矩1075941059NP105946661第二轴转矩MN23T56262第三轴转矩1041059NP105956W363将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表表23相关轴的基本参数轴名功率P/KW转矩/TNM转速N/R/MIN传动比I效率电机PM11第一轴1681754940RPM109912第二轴126412410313RPM30080卷筒轴1144313RPM109725蜗轮蜗杆的设计及其参数计算251传动参数蜗杆输入功率P17KW，蜗杆转速，蜗轮转速RPM，理论传动比I2984，实际传动比MIN/R940131I30，蜗杆头数2，蜗轮齿数为，蜗轮转速6020ZZ2I/R3094IN12252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2可知，180MPAH估取啮合效率108蜗轮轴转矩MN1043861059T52载荷系数载荷平稳，蜗轮转速不高，取K11。计算值21MD2212480MDHKTZ2518036模数及蜗杆分度圆直径由机械设计基础2取标准值，分别为模数M8MM蜗杆分度圆直径1D80M253计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角1Z82ARCTNARCT13D0蜗杆分度圆的圆周速度1311DN8096M/S402/S60相对活动速度1S428/COS3当量摩擦角取V2305验算啮合效率8105231TANTAN1Y传动总效率（在表44所列范围内）。1096087总254确定主要集合尺寸蜗轮分度圆直径MZ2403D2中心距A16811蜗杆传动的几何尺寸计算如表表24蜗杆传动的几何尺寸名称公式说明及结果蜗杆分度圆直径180DM蜗杆齿顶圆直径12296AADH蜗杆齿根圆直径所以14808FF13蜗杆导程角MZB2305152蜗杆齿宽MD42蜗轮分度圆直径18TAN02ZD蜗轮喉圆直径M563H2D2A2A蜗轮齿根圆直径48428FFMZ蜗轮外圆直径51051D2AE14蜗轮咽喉母圆半径22817632AGDRM蜗轮螺旋角，与蜗杆螺旋线方向相同3蜗轮齿宽21079672ABD中心距MMZ103821256热平衡计算环境温度，取0T2C工作温度，取7传热系数，取2TK13/MW需要的散热面积122T0531078M194PA26轴的设计计算及校核251选择轴的材料及热处理考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，其传递的功率不大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用的45钢，调质处理。262初算轴的最小直径已知轴的输入功率为168KW，转速为940R/MIN。根据机械设计基础2可知，C值在106118间。所以输出轴的最小直径31490681331NPCD但是，由于轴上有1个键槽，计入键槽的影响M754MIN1已知输出轴的输入功率为135KW，转速为313R/MIN，则输出轴的最小直径NPCD384118332由于轴上由2个键槽，故274MIN2）263联轴器的选择1）载荷计算15已知蜗杆轴名义转矩为175MN410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K13。蜗杆轴计算转矩MN1032753KT441C已知蜗轮轴名义转矩为卷筒轴计算转矩为所以蜗轮轴计算转50245矩C52卷筒轴计算转矩MNKTCC53102412）选择联轴器的型号查机械设计课程设计指导书1可知，电动机轴的直径D28MM，轴长60MM；蜗杆轴直径。MD6314查机械设计课程设计指导书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/T501442568公称转矩MNTN31许用转速IN/560R查机械设计课程设计指导书可知，蜗轮轴的输出端选用GY6刚性联轴器。公称转矩NTN9许用转速MIN/680R264轴承的选择及校核1）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2初选轴承型号为圆锥滚子轴承32310（一对），其尺寸D110MM，D50MM，B18MM。据已知工作条件和输出轴的轴颈，由机械设计基础2初选轴承型号为圆锥滚子轴承30214（一对），其尺寸D125MM，D70MM，B24MM。基本额定动载荷C63000N计算系数E037轴向载荷系数Y162）计算蜗杆轴的受力蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力TFXRF蜗杆轴4122501358TXTNFD16蜗轮轴5217102TXTFNFD21TAN521AN09RRFNF3）计算轴承内部轴向力轴承的内部轴向力12059426RSSY4）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1SFX20SNF（轴承2为“压紧”端），所以21249ASXF轴承1的轴向载荷（轴承1为“放松”端）159SF5）计算当量动载荷轴承1的载荷系数根据，由表可知9403ARFE1,0XY轴承2的载荷系数根据由表可知19AR224,6轴承1的当量动载荷11190PRARFXYFN轴承2的当量动载荷22043562451PRA所以轴承的当量动载荷取、中较大者，所以1PP16）计算轴承实际寿命温度系数由机械设计基础2可知0TF载荷系数由机械设计基础2可知5P寿命指数滚子轴承103轴承实际寿命HL610THPPFCLNF10639542H172948H轴承预期寿命0236150HLH结论由于轴承30208满足要求27轴的结构设计271蜗杆轴的结构造型图22蜗杆轴的结构272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130DM2D，故。该直径处安装密072A211307362DAM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，83340D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44108FD列，取；与轴承的内径配合，与相同，故取；起定位作用，定463D63635位