课程设计--蜗轮蜗杆减速器的设计.doc

2008届机械设计专业课程设计论文前言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。由于在传动的理论上、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大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。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。 本设计是蜗轮蜗杆减速器的设计。设计主要针对执行机构的运动展开。为了达到要求的运动精度和生产率，必须要求传动系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作。该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括传动件的设计，执行机构的设计及设备零部件等的设计。该减速器机体全部采用焊接方式，因此本减速器不仅具有铸造机体的所有特点还具有如下优点：（1）结构简单（没有拔模角度、铸造圆角、沉头座）、不需要用木模，大大简化了设计和毛胚的制造；（2）由于钢的弹性模量E及切变模量G要比铸铁大40%70% ，焊接机体的刚度较高；（3）焊接机体的壁厚通常取为铸造机体的0.70.8倍，且其他部分的尺寸也可适当减小，故通常焊接机体比铸造机体轻1/4左右。因而，近年来，焊接机体日益得到广泛应用，尤其是在单间和小批量生产中。摘 要一击蜗杆蜗轮减速器是减速器的一种形式，这篇一击蜗杆蜗轮减速器的设计说明书主要是将以及蜗杆蜗轮减速器的全部设计过程表达了出来。整个设计过程按照理论公式和经验公式计算，最终得到较为合理的设计结果。在设计说明书中，首先，从总体上对动力参数进行了计算，对设计方案进行了选择；再次，对减速器的传动部分进行了设计，具体的说就是对蜗杆和涡轮轴的设计计算与校核计算；最后，对整个减速器的箱体、联接部分，键及轴承，还有润滑方式等细节进行了完善。通过这次课程设计发现在设计的过程中容易反复计算，费时费事，而且设计精度不高，在装配阶段容易暴露计算过程的不完善。所以，对于减速器的设计还有许多有待改进的地方。关键字：减速器，蜗杆蜗轮，单列圆锥滚子轴承，焊接机体。ABSTRACTAs soon as strikes the worm bearing adjuster worm reducer is reduction gears one form, as soon as this struck the worm bearing adjuster worm reducers design instruction booklet is mainly expressed as well as the worm bearing adjuster worm reducers complete design process. The entire design process according to the theoretical formula and the empirical formula computation, obtains the more reasonable design result finally.In the design instruction booklet, first, has carried on the computation as a whole to the dynamic parameter, has carried on the choice to the design proposal; Once more, has carried on the design to reduction gears transmission part, to be specific is and examines the computation to the worm bearing adjuster and turboshafts design calculation; Finally, to the entire reduction gears box body, joint part, key and bearing, but also had details and so on lubrication way to carry on the consummation.Easy to calculate repeatedly through this curriculum project discovery in the design proc.KEY WORDS: Reduction gear, worm bearing adjuster worm gear, single row circular cone roller bearings, welding organism .目 录第一章设计任务4第二章传动装置总设计5第三章传动零件的设计计算 9第四章轴的设计 14第五章键的校核 21第六章轴承的校核23第七章减速器箱体及其他附件的设计26第八章设计小结28第九章参考资料28 一、设计任务1、设计题目：带式运输机用一级蜗杆蜗杆减速器2、设计背景两班制，连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，室内工作，有粉尘，环境最高温度35度。使用期限8年，检修间隔期为：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修。小批量生产，运输带速度允许误差3、 参数选择：输送带工作拉力F（N）输送带工作速度V(m/s)滚筒直径D(mm)工作机效率33001.353509.64、设计任务：4.1总装配图1张（A0），比例尺1：1（1：1.25）4.2设计主要零件，完成两张零件工作图（A3）。4.3编写设计说明书。二、 传动装置总设计1、传动方案的拟定根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线：电动机联轴器减速器联轴器带式运输机。（如图一所示）根据设计要求，可以选择该蜗杆减速器采用蜗杆下置式。采用此布置结构，由于蜗杆在涡轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。涡轮和涡轮轴利用平键轴向固定。蜗杆涡轮均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油泄漏以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖上装有密封元件。 图一该减速器的结构包括：涡轮蜗杆传动装置、涡轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等一系列的附件，以及其他标准件等。2、运动参数的计算设计内容设计及计算过程结果传动装置的总体设计传动装置的总体设计传动装置的总体设计2.1电动机的选型2.1.1 选择电动机类型由于生产单位一般均选用三相交流电。可考虑采用Y系列的三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V。 2.1.2 选择电动机的容量工作机的有效功率为 设、分别为蜗杆、联轴器、滚动轴承（一对）的传动效率。查 机械设计课程设计 表9.1可知，=0.80 =0.99 =0.99 ，则电动机到工作机输送带间的总效率为 所以电动机所需工作功率为 2.1.3 确定电动机转速传动滚筒工作转速：则电机转速： 根据容量和转速，根据机械课程设计 第三版王连明 宋宝玉主编(P173,表15-1)查得所需的电动机Y系列三相异步电动机的型号和技术数据。现列表如下 Y160M6型电动机的主要性能参数 电动机型号额定功率Kw满载转速(r/min)同步转速（r/min）Y160M67.597010002.02.0Y160M6型电动机的安装尺寸中心高H外形尺寸L（b1+b2）h底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE安装部位尺寸FGD160600(255+65)38525421015421101237422.2计算传动装置的总传动比2.2.1 总传动比: 2.3计算传动装置的运动和动力参数：2.3.1 电机轴的输入功率、转速与转矩Pd=6.04Kw2.3.2 蜗杆轴的输入功率、转速与转矩2.3.3 蜗轮轴的输入功率、转速与转矩2.3.4 卷筒轴的输入功率、转速与转矩类 型功 率Kw转 速r/min转 矩Nmm传动比效 率电机轴6.04970113.1610.990.800.99蜗杆轴5.98970涡轮轴4.7473.70卷筒轴4.6573.70运动和动力参数如下表按工作要求及工作条件选用三相异步电动机。封闭式扇冷结构，电压380V，Y系列。 电机的容量： Y160M6型电动机Pd=6.04Kw三、传动零件的设计计算设计内容设计及计算过程结果带传动机构的设计传动机构的设计传动机构的设计传动机构的设计传动机构的设计传动零件的设计计算1、蜗轮蜗杆的传动设计1.1 选择蜗杆传动类型本蜗杆传动，采用渐开线蜗杆（ZI）1.2 选择材料考虑蜗杆传动功率不是很大，速度只是中等，故蜗杆的材料采用45钢，表面硬度45HRC，螺旋齿面要求淬火，涡轮材料采用ZCuSn10P1，金属模铸造，为节约贵重金属，仅齿面用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计1.3.1 作用在涡轮轴上的转矩根据上面的计算可知 1.3.2 确定载荷系数K因工作载荷较平稳，故取载荷分布系数；由教材表11-5选取使用系数 。动载系数1.3.3 确定弹性影响系数因选用ZCuSn10P1涡轮和钢蜗杆相配，故1.3.4 确定接触系数先假设蜗杆的分度圆直径和传动中心距a的比值，从教材图11-18中可查得1.3.5 确定许用的接触应力根据涡轮的材料为ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，可以从表11-7中查得涡轮的基本许用应力。应力循环次数 寿命系数 则 1.3.6 计算中心距取中心距a=200mm，从表11-2（以后未经特殊说明外，所用的数据均来自机械设计 第八版 濮良贵、纪名刚 主编 高等教育出版社2006年 ）中取模数m=6.3mm，蜗杆的分度圆直径。这时，从图11-18中可查得接触系数，因此以上计算结果可用。1.4 蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸1.4.1 蜗杆 单位：mm分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径轴向齿厚轴向齿距齿宽导程角6375.649.99.89119.7821131.4.2 蜗轮蜗轮齿数；变位系数；验算工作机转速误差；则 ，是允许的。 单位：mm分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径顶圆直径齿宽宽 度B333.9349.6321.29525.235.96050.6521.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据，从图11-19中查得齿形系数螺旋角系数 许用弯曲应力 从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力寿命系数 弯曲强度是满足的。1.6 验算效率已知；与相对滑动速度有关。从表11-18中用插值法得，带入式中得（原估计值），因此不用重算。1.7 精度等级公差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/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10081988。1.8 热平衡核算1.8.1 由于摩擦损耗的功率1.8.2 以自然冷却方式，从箱体外壁散发到空气中去的热流量参数选择：箱体的表面传热系数 ： 油的温度 ： 周围空气的温度 （取最高温度进行计算）： 箱体的有效散热面积：故该箱体的有效散热面积足够，可以使用。1.9 润滑油黏度和及油方法根据，由表11-21可知，采用油池润滑。 a=200mm m=6.3mm有效散热面积足够采用油池润滑四、轴的设计设计内容设计及计算过程结果蜗杆轴的设计及校核蜗杆轴的设计及校核蜗杆轴的设计及校核蜗杆轴的设计及校核蜗轮轴的设计及校核蜗轮轴的设计及校核蜗轮轴的设计及校核1、轴的设计与校核1.1 蜗杆轴的设计与校核 1.1.1 选择材料、热处理 45钢调质处理 1.1.2 初估轴径（外伸段的直径）查表可得，当轴的材料为45钢时，可取。按扭转强度初定该轴的最小直径该段轴上有键槽将计算值加大3%，应为20.78mm。1.1.3 选择联轴器根据传动装置的工作条件，拟选用LX型弹性联轴器计算转矩为根据计算结果和电动机的尺寸，最终选定LX3型弹性柱销联轴器3082。1.1.4 确定蜗杆轴的伸出的直径为30mm，长度为80mm。1.1.5选圆锥滚子轴30208(一对)，其尺寸为d=40mm,D=80mm,T=19.75mm1.1.6 初定蜗杆轴的结构：1.1.6.1 根据LX3型弹性柱销联轴器的装配要求轴段（1）长度；直径。1.1.6.2 由联轴器的定位要求，轴承端盖的装配要求轴段（2）长度；直径。1.6.1.3 由谁急要求选择的30208单列圆锥滚子轴承装配要求轴段（3），（9）的长度；直径。1.6.1.4 由装配方案知轴承需要轴向定位故有定位轴肩（4）(8)的长度；直径。1.6.1.5 由蜗杆轴的设计，得轴段（6）长度；直径。1.6.1.6 轴段（5），（7）为满足装配要求和结构设计强度要求，取；。1.7 轴的校核计算轴的材料为45钢，该轴所受外载荷是转矩和蜗轮上的作用力。1.7.1 圆周力1.7.2 径向力1.7.3 轴向力1.7.4 蜗杆轴的强度校核该蜗杆轴的受力情况如下所示：现计算该轴的受力：1.7.4.1 轴承支点的支反力1.7.4.2 H面的弯矩由受力图可知，H面的弯矩成对称分布，并在Ft作用点处最大。1.7.4.3 V面的弯矩则弯曲强度故此轴合格。2 蜗轮轴的设计与校核2.1 选择材料、热处理 45钢调质处理2.2 初估轴径（外伸段的直径）查表可得，当轴的材料为45钢时，可取。按扭转强度初定该轴的最小直径该段轴上有键槽将计算值加大3%，应为45.39mm。2.3 选择联轴器根据传动装置的工作条件，拟选用LX型弹性联轴器计算转矩为所以蜗轮轴与传动滚筒之间应选用LX3型弹性柱销联轴器45112。2.4 确定蜗轮轴的伸出的直径为45mm，长度为110mm。2.5 有参考文献机械课程设计 第三版 王连明 宋宝玉主编的可查得涡轮轴伸出段所需普通平键 14100 GB/T10962003，蜗轮轴上的槽宽mm，槽深mm，联轴器上槽深mm，键槽长L=100mm；蜗轮轴箱体内部分所需普通平键 2080 GB/T10962003蜗轮轴上的槽宽mm，槽深mm，蜗轮上槽深mm，键槽长L=80mm。2.6 初定蜗轮轴的结构选圆锥滚子轴承30212(一对)，其尺寸为d=60mm,D=110mm,T=23.75mm.初步结构如下：2.6.1 根据LX3型弹性柱销联轴器的装配要求，轴段（1）的长度；直径。2.6.2 联轴器的定位要求和轴承端盖的装配要求轴段（2）的长度；直径。2.6.3 轴段（3）需要满足轴承的装配和挡油环的安装故取长度；直径。2.6.4 装配蜗轮的位置，根据蜗轮的尺寸设计取长度；直径。2.6.5 为定位蜗轮留的轴肩长度；直径。2.6.6 装配轴承和挡油环所以取长度；直径。2.7 轴的校核计算轴的材料为45钢，该轴所受外载荷是转矩和蜗杆上的作用力。2.7.1 圆周力2.7.2 径向力2.7.3 轴向力 2.7.4 蜗轮轴的强度校核蜗轮轴的受力图现计算该轴的受力：2.7.4.1 H面的支反力 2.7.4.2 V面的支反力 2.7.4.3 H面的弯矩由H面受力图可知Ft作用处的弯矩最大。2.7.4.4 V面的弯矩则弯曲强度故此轴合格。选定LX3型弹性柱销联轴器3082。圆锥滚子轴承30208轴合格选用LX3型弹性柱销联轴器45112键20X80圆锥滚子轴30212五、键的校核设计内容设计及计算过程结果键的选择及校核键的选择及校核1、键的选择与校核1.1 蜗杆轴上键的选择与校核1.1.1 键的选择有参考文献机械课程设计 第三版 王连明 宋宝玉主编的可查得选用圆头普通平键 1070 GB/T10962003，h=8mm。键的材料为45钢1.1.2 键的校核查表可知钢的许用挤压应力为而 式中 d=30mm所以 故该键的强度足够。1.2 蜗轮轴伸出段键的设计与校核1.2.1 键的选择有参考文献机械课程设计 第三版 王连明 宋宝玉主编的可查得选用圆头普通平键 14100 GB/T10962003，h=9mm。键的材料选为45钢。1.2.2 键的校核查表可知钢的许用挤压应力为而 式中 d=45mm所以 故该键强度足够。1.3 蜗轮轴箱体内部分键的设计与校核1.3.1 键的选择有参考文献机械课程设计 第三版 王连明 宋宝玉主编的可查得选用圆头普通平键2080 GB/T10962003，h=12mm。键的材料选择45钢。1.3.2 键的校核查表可知钢的许用挤压应力为而 式中 d=70mm所以 故该键强度足够。六、轴承的校核设计内容设计及计算过程结果轴承的校核轴承的校核1、 滚动轴承的选择与计算寿命1.1 蜗杆轴上滚动轴承的选择与寿命计算1.1.1 轴承的选择选圆锥滚子轴承30208(一对)，其尺寸为d=40mm,D=80mm,T=19.75mm。1.1.2 寿命的计算 e=0.4 Y=1.5 C=67.9KN1.1.1.1 1被压紧，2被放松1.1.1.2 1.1.1.3 故 X=1 Y=0故可以选用该轴承1.1.2 故 X=1 Y=0故可以选用该轴承。1.2 蜗轮轴上滚动轴承的选择与寿命计算1.2.1 轴承的选择选圆锥滚子轴承30212(一对)，其尺寸为d=60mm,D=110mm,T=23.75mm1.2.2 寿命的计算 e=0.4 Y=1.5 C=103KN1.2.2.1 1被压紧，2被放松1.2.2.2 1.2.2.3 故 X=0.4 Y=1.7故该轴承可用。1.2.3 故 X=0.4 Y=1.5因1可用，故可选用该轴承。 可以选用该轴承可选用该轴承七、减速器箱体及其他附件的设计（一）由参照文献机械设计课程设计 第三版 王连明 宋宝玉 主编的可计算得箱体的部分结构尺寸（其他未列尺寸见图纸），如下表所示： 单位：mm名 称符 号 尺 寸 关 系 计 算 结 果机座壁厚0.04a+3812机盖壁厚0.85810机座凸缘厚度 b1.518机盖凸缘厚度 15机座底凸缘厚度 p2.530地脚螺钉直径 0.036a+1220 M20地脚螺钉数目 n44轴承旁连接螺栓直径 16 M16机盖与机座连接螺栓直径 12 M12轴承端盖螺钉直径 10 M10窥视孔盖螺钉直径8 M8定位销直径 d8蜗轮外圆与内机壁距离 1.215蜗轮轮毂端面与内机