机械毕业设计（论文）-卧式蜗轮蜗杆减速器设计【全套图纸】.doc

第一章 调研报告 减速器的作用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。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，二者的设计、制造和使用特点各不相同。7080年代，世界减速器技术有了很大发展。通用减速器体现以下发展趋势：（1）高水平、高性能。（2）积木式组合设计。基本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。（3）形式多样化、变型设计多。摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。促进减速器水平提高的主要因素有：全套图纸，加153893706（1）硬齿面技术的发展和完善，如大型磨齿技术、渗碳淬火工艺、齿轮强度计算方法、修形技术、变形及三、优化设计方法、齿根强化及其元化过渡、新结构等。（2）用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平高。（3）结构设计更合理。（4）加工精度提高到ISO5-6级。（5）轴承质量和寿命提高。（6）润滑油质量提高。 齿轮减速器的特点齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速率可达200m/s。齿轮传动的特点主要有：1 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99。2 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般比较小。3 工作可靠，寿命长 设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作可靠，寿命可长达一，二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。4 传动比稳定 传动比稳定是对传动性能的基本要求。齿轮传动能广泛应用，也是因为具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 蜗杆减速器的特点一、用途： 蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力。蜗轮与蜗杆在其中间平面内相齿轮与齿条,蜗杆又与螺杆形状相似。二、基本参数： 模数m、压力角、蜗杆直径系数q、导程角、蜗杆头数 、蜗轮齿数、齿顶高系数（取1）及顶隙系数（取0.2）。其中，模数m和压力角是指蜗杆轴面的模数和压力角，亦即蜗轮端面的模数和压力角，且均为标准值；蜗杆直径系数q为蜗杆分度圆直径与其模数m的比值。三、蜗轮蜗杆正确啮合的条件 1.中间平面内蜗杆与蜗轮的模数和压力角分别相等，即蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴面模数且为标准值；蜗轮的端面压力角应等于蜗杆的轴面压力角且为标准值，即 =m ，=2.当蜗轮蜗杆的交错角为时，还需保证，而且蜗轮与蜗杆螺旋线旋向必须相同。四、几何尺寸计算与圆柱齿轮基本相同，需注意的几个问题是： 1.蜗杆导程角()是蜗杆分度圆柱上螺旋线的切线与蜗杆端面之间的夹角,与螺杆螺旋角的关系为，蜗轮的螺旋角，大则传动效率高，当小于啮合齿间当量摩擦角时，机构自锁。 2.引入蜗杆直径系数q是为了限制蜗轮滚刀的数目，使蜗杆分度圆直径进行了标准化m一定时，q大则大，蜗杆轴的刚度及强度相应增大；一定时，q小则导程角增大，传动效率相应提高。 3.蜗杆头数推荐值为1、2、4、6，当取小值时，其传动比大，且具有自锁性；当取大值时，传动效率高。 与圆柱齿轮传动不同，蜗杆蜗轮机构传动比不等于，而是，蜗杆蜗轮机构的中心距不等于，而是。 4.蜗杆蜗轮传动中蜗轮转向的判定方法，可根据啮合点K处方向、方向（平行于螺旋线的切线）及应垂直于蜗轮轴线画速度矢量三角形来判定；也可用“右旋蜗杆左手握，左旋蜗杆右手握，四指拇指”来判定。五、蜗轮及蜗杆机构的特点 1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑 2.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构 3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小 4.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。5.传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高 蜗杆轴向力较大六、应用 蜗轮及蜗杆机构常被用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的场合。第一章 选定设计方案根据设计要求并结合以上分析，我们在设计中采用蜗杆蜗轮减速器。具体设计方案是：选用的电动机输出转速是940r/min，由凸缘联轴器将电动机轴和蜗杆减速器的输入轴相联接，经过减速器的减速，电动机输出的转速降为20r/min，再有凸缘联轴器将减速器的输出轴与圆台轴联接，将减速器输出轴的转速传给圆台。1电动机 2 联轴器 3 蜗轮蜗杆减速器 4 联轴器 5 圆台图2-1减速器第二章 电动机的选择2.1 初选电动机类型和结构型式电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作特性、电源种类(交流或直流)、工作条件(环境温度、空间位置等)、载荷大小和性质(变化性质、过载情况等)、起动性能和起动、制动、正反转的频繁程度等条件来选择电动机的类型、结构、容量(功率)和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。 直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电机。直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。直流电动机的特点(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理直流电动机的构造分为两部分：定子与转子。记住定子与转子都是由那几部分构成的，注意：不要把换向极与换向器弄混淆了，记住他们两个的作用。定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。直流电动机四种励磁方式各自的特点直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4种：直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。掌握4种方式各自的特点：1,直流他励电动机:励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。2,直流并励电动机:并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。3,直流串励电动机：励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。4,直流复励电动机：电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。电动机的容量(功率)选择的是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。 由以上的选择经验和要求，我选用：电机名称=直流牵引电动机主要用途=电力传动机车、工矿电机车和蓄电池供电车等用电机型号代号=ZQ原用型号代号=ZQ 2.2 电动机的容量2.2.1 确定减速器所需的功率 由圆台圆周力和圆台速度v,得其中： （N）m提升重量，m=65kg， N s带入数据得 = KW KW 2.2.2确定传动装置效率传动装置的效率由以下的要求：(1) 轴承效率均指一对轴承而言。 (2) 同类型的几对运动副或传动副都要考虑其效率，不要漏掉。 (3) 蜗杆传动的效率与蜗杆头数z1有关，应先初选头数后，然后估计效率。此外，蜗杆传动的效率中已包括了蜗杆轴上一对轴承的效率，因此在总效率的计算中蜗杆轴上轴承效率不再计入。各传动机构和轴承的效率为：法兰效率： 设计中，电动机与减速器相连的法兰，相当于一个凸缘联轴器一级蜗杆传动效率: 一对滚动轴承传动效率：凸缘联轴器效率： 从电动机至工作机主动轴之间的总效率故传动装置总效率：， 电动机的输出功率考虑传动装置的功率损耗，电动机输出功率则， KW 2.2.3电动机的技术数据根据计算的功率可选定电动机额定功率，由简明机械设计手册选用ZY803直流电动机，其主要参数如下电动机额定功率：=0.21kw； 电动机满载转速：=940 外型尺寸 : 80110 第三章 传动装置的传动比及动力参数计算 3.1 传动装置运动参数的计算 3.1.1各轴功率计算=KW =KW 3.1.2各轴转速的计算n940， nn940/47=20 3.1.3各轴输入扭矩的计算 表3-1参数列表：轴 名功率Kw转速扭矩蜗杆轴0.20479402.08蜗轮轴0.13762065.7第四章 减速器部件的选择计算4.1 蜗杆传动设计计算4.1.1 选择蜗杆、蜗轮材料1.选择蜗杆传动的类型采用准平行环面蜗杆传动.2.选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据机械零件课程设计表52，蜗杆选用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造由机械零件课程设计表53查得蜗轮材料的许用接触应力 =190 由机械零件课程设计表55查得蜗轮材料的许用弯曲应力=44 4.1.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z由机械零件课程设计表56，选取Z1 则ZZi14747故取Z47 4.1.3 确定蜗杆蜗轮中心距a 1.确定蜗杆的计算功率 式中 K使用场合系数，每天工作一小时,轻度震动由机械工程手册查得：K0.7；K制造精度系数，取7级精度，查得：K0.9；K材料配对系数，齿面滑动速度 10由机械工程手册查得：K0.85。代入数据得 KW 以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2522a，选取蜗杆的中心距：a100mm.a100mm由于它的优点是:接触面大,导程角,它的值稳定且一定,则润滑好,接.触面大应直接根据“原始型”传动蜗杆设计参数。4.1.4 蜗杆传动几何参数设计蜗杆的几何参数和尺寸计算表1.中心距：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）标准选取a=100mm2.齿数比：u473.蜗轮齿数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取4.蜗杆头数：由机械工程手册/传动设计卷（第二版）选取 5.蜗杆齿顶圆直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =45mm6.蜗轮轮缘宽度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取b=28mm7.蜗轮齿距角：8.蜗杆包容蜗轮齿数：K=5 9.蜗轮齿宽包角之半：0.5（K0.45）=10.蜗杆齿宽：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取 =53mm11.蜗杆螺纹部分长度：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=59mm12.蜗杆齿顶圆弧半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取R=82mm13.成形圆半径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516选取=65mm14.蜗杆齿顶圆最大直径：机械工程手册/传动设计卷（第二版）表2.516，选取=53.8mm15.蜗轮端面模数：m=mm16.径向间隙：=0.5104mm17.齿顶高：h=0.75 m=2.233mm18.齿根高：h= h+ C=2.7434mm19.全齿高：h= h+ h=4.9764mm20.蜗杆分度圆直径：（0.624）a 40.534mm21.蜗轮分度圆直径：2a159.466mm22.蜗轮齿根圆直径：d2 h=153.9792mm23.蜗杆齿根圆直径：d2 h=35.05，判断：因为=28.12mm,满足要求24.蜗轮喉圆直径：d2 h=163.932mm25.蜗轮齿根圆弧半径：=82.475mm26.蜗杆螺纹包角之半：=27.蜗轮喉母圆半径：=25.88mm28.蜗轮外缘直径：由作图可得=164.95mm29.蜗杆分度圆导程角：=30.蜗杆平均导程角：31.分度圆压力角：=32.蜗杆外径处肩带宽度： 取3mm33.蜗杆螺纹两端连接处直径：=35mm34.蜗轮分度圆齿厚：数据带入公式得 5.508mm35.齿侧隙：查表4-2-6得36.蜗杆分度圆齿厚：=4.298437.蜗杆分度圆法向齿厚：=4.28538.蜗轮分度圆法向齿厚：=5.4939.蜗轮齿冠圆弧半径：=19.277540.蜗杆测量齿顶高： =2.203541.蜗杆测量齿顶高：=2。1854.2蜗轮蜗杆校核计算蜗杆传动承载能力主要受蜗杆齿面胶合和蜗轮齿根剪切强度的限制。因而若许用传动功率确定中心距，则然后校核蜗轮齿根剪切强度。 由于轴承变形增加了蜗杆轴向位移，使蜗轮承受的载荷集中在23个齿上。而且，由于蜗轮轮齿的变形，造成卸载，引起载荷沿齿高方向分布不均，使合力作用点向齿根方向偏移。 因而，蜗轮断齿主要由于齿根剪切强度不足造成的校核：其中 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷; 蜗轮包容齿数 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数; 蜗轮齿根受剪面积;公式中各参数的计算1.的计算=作用在蜗轮轮齿上的圆周力， 蜗杆喉部螺旋升角 ，4.5 当量齿厚，滑动速度 =2.01m/s根据滑动速度查机械设计手册339得将数据带入公式得 =N 2.计算得 = 53.蜗轮齿根受剪面积 蜗轮齿根圆齿厚；由上可知 蜗轮端面周节； 蜗轮理论半包角； 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。数据带入公式得 =7.03mm由上可得 对于锡青铜齿圈 取查手册取铸锡磷青铜，砂模铸造，抗拉强度=225MPa， 则 1.53.53.51010粘度值612414506288352198242ISO-VG或GB-N级680460320220由于蜗杆的滑动速度为2m/s，所以润滑油的粘度选为4602润滑方式的选择由于所设计减速器采用蜗杆下置式传动，且转速不高，故选择浸油润滑。蜗杆浸油深度h11个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承的最底滚动体的中心。润滑时，传动件的浸入油中的深度要适当，既要避免搅由损失过大，又保证充分的润滑，油池应保持一定的深度和贮油量。如下图所示：图5-5 润滑方式4.9 减速器的附件为了保证减速器的正常工作，减速器的箱体上通常设置一些装置或附加结构，以便于减速器润滑油的注油，排油，检查油面高度和拆装，检修等。4.9.1 通气器减速器工作时，箱体温度升高，气体膨胀，压力增大，对减速罪各接缝面的密封很不利，通常在箱盖顶部或检查孔盖上装有通气器。使减速器内热膨胀的气体能自由逸出，保持箱内压力正常，从而保证减速器各部接缝面的密封性能。通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定的曲路，并设有金属网。选择通气器时应考虑其对环境的适应性，规格尺寸应与减速器的大小相适应。 图5-6通气器4.9.2 定位销为了保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度，需在箱体分箱面凸绦长度方向两侧各安装个圆锥定位销。两销应置远一些，但不宜对称布置。定位销孔应在箱盖和箱座紧固后钻空，其位置应便于钻、铰和装拆，不应与邻近箱壁和螺钉相碰。定位销的直径可取d：(o7o8)d：(d：为凸缘上螺栓的直径)，长度应大于分箱面凸缘的总厚度。图5-7 定位销4.9.3 起盖螺钉为了保证减速器的密封性，常在箱体的剖分面上涂有水玻璃或密封胶，为便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设置1到2个起盖螺钉。拆卸箱盖时，拧动起盖螺钉，便可顶起箱盖。起盖螺钉设置在箱盖联接凸缘上，其螺纹有效长度应大于箱盖凸缘厚度。起盖螺钉直径可与凸缘联接螺钉相同，螺钉端部制成圆柱形并光滑倒角或制成半球形。图5-8起盖螺钉4.9.4 起吊装置为了搬运和装卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉或铸有吊耳，吊钩。为了搬运箱盖或整个减速器，在箱座两端联接凸缘处铸出吊钩。 图5-9吊耳环4.9.5 放油孔及螺塞为了排除污油，在减速器的箱座最底处设有放油孔，并用放油螺塞和密封垫圈将其堵住。图5-10放油孔及螺塞4.10 减速器的安装，使用及维护4.10.1 减速器的安装1 减速器输入轴直接与原动机连接时，根据设计要求推荐采用凸缘联轴器；减速器输出轴与工作机联接时，根据设计要求推荐采用凸缘联轴器，联轴器不得用锤击装列轴上2 减速器应牢固地安装在稳定的水平基础上，油槽的油应能排除，且冷却空气循环流畅。3 减速器、原动机和工作机之间必须仔细对中，其误差不得大于所用联轴器的许用补偿量4 减速器安装好后用手转动必须灵活，无卡死现象蜗杆和蜗轮轴承的轴向间隙应符合技术要求规定5 安装好的减速器在正式使用前，应进行空转，部分额定载荷间歇运转13h后可正式运转，运转应平稳、无冲击、无异常振动和噪声及漏油等现象。4.10.2 减速器的使用和维护1减速器润滑油的更换1）减速器(或新更换的蜗轮副)第一次使用时，当运转150300h后须更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量对于混入杂质或变质的油须及时更换。一般情况下，对于长期连续工作的减速器，每500一1000h必须换油一次对于每天工作时间不超过8h的减速器，每12003000h换油一次2）减速器应加入与原来牌号相同的油不得与不同牌号的油相互混用牌号相同而粘度不同的油允许混合使用3）在换油过程中，蜗轮应使用与运转时相同牌号的油清洗(用煤油损害密封件，并影响润滑油的性能）。4）工作中，当发现油温超过80度或油池温度超过100度及产生不正常的噪声等现象时，应停止使用，检查原因如围齿面胶合等原因所致，必须排除故障，更换润滑油后，方可继续运转2减速器检修 减速器应定期检修如发现擦伤、胶合及显著磨损，必须采用有效措施制止或予以排除备件必须按标准制造，更新的备件必须经过跑合和负荷试验后才能正式使用。3减速器维护 用户应有合理的使用维护规章制度，对减速器的运转情况和检验中发现的问题应作认真记录 5 减速器承载装置推车的设计5.1 方管焊接要注意的问题(1) 方管桁架的受力模型应根据节点连接形式及荷载情况综台确定，不能简单地认为是铰接。(2) 与一般节点板桁架不同，焊接方管桁架的承载力不仅决定于杆件的承载力，而且取决于节点连接强度。而节点强度不仅依赖于焊缝的强度，而且取决于节点的连接方式和连接杆件的几何参数。(3) 节点的失效模式与连接杆件的几何参数、连接方式有关，限定参数的取值范围，可以控制节点的失效模式。连接强度的计算公式是依据这些因素来确定的。(4) 与一般节点板桁架结构相比，焊接方管桁架对材料的利用更充分、受力更合理、杆件数量少、制造加工简单、结构形式美观，是一种很有前途的结构形式。(5) 钢管结构的发展趋势为连接方式越来越简化。即：只要有可能就要取消节点板、加劲肋及其它加强措施。在各种桁架类型中以Warren型最为经济，这种桁架的腹杆数量少，桁槊节点数量少，与Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半数量的腹杆和节点，较长的受压杆发挥了钢管构件的有效受压特性，桁槊的制造费用和总费用都比较低，所以被普遍采用。5.2 局部焊接顺序 由于结构关系，工件施焊中无法自由收缩，因此装配焊接顺序的选择以尽量减少收缩变形为目标。先将各件点固槽钢内部形成了一个小范围的刚性夹持区，槽钢相当于一个小的刚性夹具，所以先进行槽钢内部三条焊缝的第一层焊接，完成后转到另一处重复上述过程直至各槽内部焊缝第一层焊完。然后重复以上过程完成槽钢内部焊缝其余层的焊接。 内部焊缝完成后再进行外部焊缝的焊接，其顺序及原则同上。5.3 总体焊接顺序槽钢与角钢连接后，若焊接顺序由框架两端向框架中间焊接，则最后中部槽钢受拉，两端槽钢受压，角钢有内凹趋势，角钢形状不对称会导致其短边出现下挠现象，造成挠曲变形量增大。因此决定焊接顺序改为从框架中间向两端焊接，其变形规律与上述情况相反，焊后整个封闭框架弯曲变形较小。5.4 梁的设计由于槽钢抗弯能力强、重量轻、便于连接、能够降低成本。因此决定台车中的结构梁使用槽钢。结构中梁的总长度，减速器的质量为左右，则减速器的重量为，即梁承受的压力为。当减速器出于梁的中