基于准平行环面蜗杆的舞台灯具架提升机装置设计说明书

本科学生毕业设计 准平行环面蜗杆提升机设计 系部名称 机电工程系 专业班级 机械设计制造及其自动化 08 1 学生姓名 指导教师 职 称 教 授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二 一二年六月 目 录 摘 要 ABSTRACT 第 1 章 绪论 1 1 1 本文的研究目的及主要内容 1 1 2 国内外研究现状 2 1 3 提升机主要技术参数 2 1 3 1 设计条件 2 1 3 2 设计要求 3 1 4 设计的意义 3 第 2 章 减速器的作用及特点 4 2 1 减速器的作用 4 2 2 齿轮减速器的特点 4 2 3 蜗杆减速器的特点 5 2 4 本章小结 6 第 3 章 电动机的选择 7 3 1 初选电动机类型和结构型式 7 3 2 电动机的容量 8 3 3 电动机的技术数据 9 3 4 本章小结 10 第 4 章 减速器部件的选择计算 11 4 1 蜗杆传动设计计算 11 4 1 1 传动装置的传动比及动力参数计算 11 4 1 2 选择蜗杆 蜗轮材料 12 4 1 3 确定蜗杆头数及蜗轮齿数 12 4 1 4 验算滚筒的速度 12 4 1 5 确定蜗杆蜗轮中心距 A 12 4 1 6 蜗杆传动几何参数设计 13 4 2 轴的结构设计 16 4 2 1 蜗杆轴的设计 16 4 2 2 蜗轮轴的设计 18 4 3 箱体的结构设计 20 4 4 减速器的附件 21 4 5 本章小结 24 第 5 章 减速器各部件的校核计算 25 5 1 环面蜗轮蜗杆的校核计算 25 5 2 轴的校核 27 5 2 1 蜗杆轴的强度校核 27 5 2 2 蜗轮轴的强度校核 29 5 3 滚动轴承的选择及校核 32 5 3 1 蜗杆轴滚动轴承的选择及校核 32 5 3 2 蜗轮轴上轴承的校核 34 5 4 键联接的强度校核 36 5 5 本章小结 37 第 6 章 减速器的润滑和密封 38 6 1 润滑油选择 38 6 2 润滑方式的选择 38 6 3 本章小结 38 第 7 章 减速器的安装使用及维护 39 7 1 减速器的安装 39 7 2 减速器的使用和维护 39 7 2 1 减速器润滑油的更换 39 7 2 2 减速器检修 39 7 2 3 减速器维护 40 7 3 本章小结 40 第 8 章 卷筒和钢丝绳的选择 41 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II 8 1 卷筒的选择 41 8 1 1 选择提升机卷筒的原则是 41 8 1 2 卷筒的宽度 B 应能容纳以下几部分钢丝绳 41 8 1 3 提升机最大静张力及最大静张力差的验算 41 8 2 卷筒端盖的选择 42 8 3 钢丝绳的选择 43 8 4 本章小结 43 结论 44 参考文献 45 致谢 46 摘 要 这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套系统的关于环面蜗轮蜗杆减速器的设计方 法 环面蜗轮蜗杆减速器是蜗轮蜗杆减速器的一种形式 这个方法是以加工过程和蜗 轮减速器的使用条件的数学和物理公式为基础的 在论文中 首先 对蜗轮蜗杆作了简单的介绍 接着 阐述了蜗轮蜗杆的设计原 理和理论计算 然后按照设计准则和设计理论设计了环面蜗轮蜗杆减速器 接着对减 速器的部件组成进行了尺寸计算和校核 该设计代表了环面蜗轮蜗杆设计的一般过程 对其他的蜗轮蜗杆的设计工作也有一定的价值 目前 在环面蜗轮蜗杆减速器的设计 制造以及应用上 国内与国外先进水平相 比仍有较大差距 国内在设计制造环面蜗轮蜗杆减速器过程中存在着很大程度上的缺 点 正如论文中揭示的那样 重要的问题如 轮齿的根切 蜗杆毛坯的正确设计 蜗 轮蜗杆的校核 关键词 蜗轮 蜗杆 减速器 设计 校核 黑龙江工程学院本科生毕业设计 III Abstract This paper of graduation project mainly presents a systematic approach for the design of circular worm gear reducer Circular worm gear reducer is one of the members in the worm gear reducer family The approach is based on the mathematical formulations and physical formulation on the generation process and conditions for the type of worm reducer In the paper first of all it is introduction about the circular worm gear reducer then it is the principles about choose component parts of circular worm gear reducer After that the circular worm gear reducer is designed abase on the principle Then it is checking computations about main component parts of circular worm gear reducer this design represent the common process of circular worm gear reducer it is worth for the design of other kinds of worm gear reducer At present we still fall far short of abroad advanced technology in design manufacture and using There are a lot of fault in the design of circular worm gear reduce As can be revealed from the literature search important problem such as tooth undercutting proper design of worm gear blank computations of worm and label gear Key words Worm Gear Reducer Design Check 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1 本文的研究目的及意义 基于准平行环面蜗杆的舞台灯具架提升机是在舞台广泛应用的一种提升设备 国 内外在舞台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备 为了提高提升机的使用效果国 内外均对发展其相关技术予以重视 目前 在提升机设计 制造以及应用上 国内与国外先进水平相比仍有较大差距 国外提升机设计比较先进的国家有瑞典 德国 法国等 他们的提升机总体十分完美 安全保护系统完善 但价格昂贵 我国所用的提升机不少为五六十年代的仿苏产品 使用年限过长 存在的问题较多 其安全性存在较大隐患 为确保灯光的安全升降调节 减轻劳动强度 提高生产效率 我们研究和设计准平行环面蜗杆提升机具有很大的使 用价值和现实意义 这样我们也可以为该方面的研究与设计积累经验 为缩短与国外 先进国家的差距做努力 1 2 国内外研究现状 国外提升机技术的发展很快 其主要表现在以下几个个方面 一方面是式提升机 的功能多元化 应用范围扩大化 另一方面是提升机本身的技术与装备有了巨大的发 展 尤其是高距离 大运量 高提升速等大型提升机已成为发展的主要方向 其核心 技术是开发应用了提升机动态分析与监控技术 提高了式提升机的运行性能和可靠性 目前 我国生产制造的提升机的品种 类型较多 主要特点 1 驱动功率小 采用流入式喂料 诱导式卸料 大容量的料斗密集型布置 在物 料提升时几乎无回料和挖料现象 因此无效功率少 2 提升范围广 这类提升机对物整机运行的可靠性 无故障时间超过2万小时 提 升高度高 提升机运行平稳 因此可达到较高的提升高度 料的种类 特性要求少 不但能提升一般粉状 小颗粒状物料 而且可提升磨琢性较大的物料 密封性好 环 境污染少 3 运行可靠性好 先进的设计原理和加工方法 4 使用寿命长 提升机的喂料采取流入式 无需用斗挖料 材料之间很少发生挤 压和碰撞现象 本机在设计时保证物料在喂料 卸料时少有撒落 减少了机械磨损 但与国外一些先进技术还存在不小的差距 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 评价提升机产品性能高低的指标主要有以下这些 运输高度 提升速 输送量 驱动总功率 随着提升机的不断发展 为了适应高产高效集约化生产的需要 提升机 的输送能力要加大 高效节能 高提升速 加大提升量是今后发展的必然趋势 也是 高产高效谷物提升机的发展方向 在今后的5年内 提升机提升量要提高到 1200m h 对于可伸缩提升机输送高要达到100m 本次毕业设计的主要任务是设计舞台上用于提升灯具的小型提升机 国内外在舞 台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备 为了提高提升机的使用效果 国内外均 对其发展技术予以重视 小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构 多采用齿轮传动 齿轮传动分为圆柱齿轮 圆锥齿轮和蜗杆传动 圆柱齿轮传动具有 传动速度和功率范围大 传动效率高 对中心距的敏感性小 装配和维修简单 可以 进行变位切削及各种修行 修缘 以适应提高传动质量的要求 易于进行精确加工等 特点 但它不具有自锁性 圆锥齿轮传动具有轴向力小 制造容易 成本低等优点 但其承载能力低 噪声大 多用于低速 轻载而稳定的传动 蜗杆传动用于交错轴间 传递运动及动力 它的主要优点是 传动比大 工作较平稳 噪声低 结构紧凑 可 以自锁 根据设计要求采用蜗杆传动 目前 蜗杆传动中应用最为广泛的是平面二次 包络环面蜗杆 它是用平面盘状铣刀或平面砂轮在专用机床上按包络原理加工蜗杆的 螺旋面 以此螺旋面作为母面 按包络原理加工出蜗轮齿面 用此蜗轮与上述蜗杆组 成的传动 这种蜗杆齿面可淬硬磨削 可保证传动的精度和提高传动的性能 这种传 动都是多齿啮合和双接触线接触 形成油膜条件好 当量曲率半径达 因而承载能力 大 效率很高 可达97 小型提升机结构简单 安全可靠 各种不同型号的提升机 虽经长期实践不断改 进 但其工作原理和结构大同小异 而其工作性能的好坏却相差较大 小型提升机的 技术性能主要取决于减速器的性能 电动机的选择和滚筒的选择 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 也是舞台灯具提升 机的主体部分 减速器在现代机械中应用极为广泛 70 到 80 年代 世界减速器技术 有了很大发展 目前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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 扩大使用范围 1 1 3 提升机主要技术参数 1 3 1 设计条件 1 对一定质量的重物提起或落下 2 提升线速度约为 8 10m min 3 提升灯具质量约为 500kg 4 采用一级变速 5 所选电动机转速约为 910 1000r min 6 批量条件 小批量 7 制造条件 一般制造条件 小型工厂生产 8 保险系数 1 25 1 3 2 设计要求 1 运转定性 1 轴承有一定的润滑性 2 主要零部件不易损坏 3 对提升线速度有一定的要求 4 环境的机械传动平稳 支撑零件具有足够的刚度 无明显的振动 2 无害性 1 工作时噪声低于标准规定的水平 2 轴承无漏油现象 3 尽量减少各种振动和冲击 3 技术经济性 1 结构简单 减轻自重 减少制造成本 系列化 2 采用较高的传动系统 4 结构工艺性 1 无特殊加工的零部件 2 结构易于拆装 运货 5 造型艺术性 1 外观造型新颖 2 尺寸比例符合美观规律 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 3 外观 结构 材料的选择和表面处理协调 6 设计规范性 1 零部件尽量采用标准件 2 技术参数符合优先数系 1 4 主要内容 对准平行环面蜗杆提升机进行总体设计 结构设计 环面蜗轮蜗杆减速器设计 滚筒设计 以及润滑方式和支承方式的选取 第 2 章 减速器的作用及特点 小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构 通常的减速机构主要 有齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器 2 1 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 70 80 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 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 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 2 2 2 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 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 2 3 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 I 5 80 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 在蜗杆传动中 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 0 4 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 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 蜗杆分度曲面是圆环内表面的一部分 蜗杆轴线平面内理论齿廓为直线的蜗杆传 动称为直廓环面蜗杆传动 俗称 球面蜗轮传动 它始于 1921 年的美国造船业 其 代表产品是美国 CONE DRIVE 50 年代起在我国得到推广应用 与普通圆柱蜗杆传 动相比 这种蜗杆同时包容齿数多 双线接触线形成油膜条件好 两齿面接触线诱导 法曲率半径大 因此 承载能力是相同中心矩普通蜗杆的 1 5 3 倍 小值适应于小 中心矩 大值适应于大中心矩 在传递同样功率时 中心矩可缩小 20 40 由于 性能优良 美国 日本 俄罗斯等国都将这种传动作为动力传动中的主要形式之一广 泛使用 美国生产产品系列中心矩为 15 1320 速比为 5 343000 最高传动效率 可达 97 我国经过 40 年的研究和发展 目前这种蜗杆的生产品种也十分可观 最 大中心矩可达到 1200 最少齿数比为 5 蜗杆头数达 6 最高传动效率可达 94 这种蜗杆传动分为 原始型 和 修整型 两种 原始型 直廓环面蜗杆的螺旋齿面的形 成为 一条与成形圆相切 位于蜗杆轴线平面内的直线 在绕成形圆的圆心作等角速 的旋转运动的同时 又与成形圆一起围绕蜗杆的轴线作等角速的旋转运动 这条直线 在空间形成的轨迹曲面 就是直廓环面蜗杆的齿面 由于蜗杆齿面的发生线是直线刀 刃 蜗杆螺旋面是直线刀刃形成的不可展直纹面而不是由包络产生的 难以实现磨削 这种蜗杆制造钢筋工艺比较复杂 不易获得高精度的传动 这是直廓环面蜗杆传动的 主要缺点 修整型 直廓环面蜗杆螺旋面的形成 基本上与 原始型 相同 不同之处在于加 工时根据设计要求的修形曲线 将加工参数加以改变 一般常用的有 变位异速修形 和变速比修形两种工艺方法 变位异速修形方法就是在加工蜗杆时 刀具位置及固定 传动比不同于蜗杆副工作时的位置及速比 变速比修形方法则是加工时瞬时传动比按 一定规律变化 用修形加工方法加工的蜗杆与由修形滚刀加工成的蜗轮组成 修整型 直廓环面蜗杆传动 消除了蜗轮齿面中部棱线接触 不仅改善了装配条件 减少了误 差敏感性 更重要的是 与 原始型 蜗杆传动比较 接触区扩大 形成油膜条件好 包容齿数间载荷有平均作用 因而其承载能力 啮合性能和传动效率均较 原始型 高 准平行啮合线二次包络环面蜗杆中蜗轮滚刀是可铲背可磨削的 蜗轮齿面没有脊 线 运动不会产生干涉 工装和理论相吻合 和同类蜗杆相比 它还具有以下几个特 点 1 瞬时接触线和相对运动速度方向夹角稳定 且接近 90 度 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 2 蜗轮齿面是用铲背滚刀制造加工而成 因此蜗轮齿面接触面大 质量稳定 3 同时参加啮合的蜗轮齿数多 一般可达为蜗杆齿数 2 2 9 Z Z 4 蜗轮齿面无脊线 传递运动时不会产生干涉 因此这种蜗杆传动承载功率大 动压油涵稳定传动 噪声低 平衡温度低等特征 由以上分析可以看出 虽然普通齿轮减速器具有效率高 工作可靠 寿命长 传 动比稳定等优点 但是不具备设计条件中重点要求的自锁性 所以不能选用 故我选 择准平行啮合线环面蜗杆减速器 3 2 4 本章小结 本章主要说明了减速器的主要作用 发展趋势 分类以及特点 重点介绍了齿轮 减速器和蜗轮蜗杆减速器 通过分析比较齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器的特点 使我 们了解到准平行啮合线环面蜗杆减速器具有的其它减速器所不具备的很多优点 第 3 章 电动机的选择 根据设计要求并结合以上分析 我们在设计中采用准平行啮合线环面蜗杆减速器 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 和准平行啮合线环面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 18 8r min 再有凸缘联轴器将减速器的输出轴与滚筒轴联接 将减速器输 出轴的转速传给滚筒 滚筒转动带动绕在其上面的钢丝绳旋转 由钢丝绳提起具有一 定质量的灯具 设计方案如图 3 1 提升机设计结构方案所示 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1 电动机 2 联轴器 3 蜗轮蜗杆减速器 4 联轴器 5 滚筒 图 3 1 提升机设计结构方案 3 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 由于生产单位一般多采用三相交流电源 因为此 无特殊要求时均应选用三相交流电动机 其中以三相异步交流电动机应用最 广泛 根据 不同防护要求 电动机有开启式 防护式 封闭自扇冷式和防爆式等不 同的结构型式 Y 系列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 由于其结构 简单 工作作可靠 价格低廉 维护方便 因此广泛应用于不易燃 不易爆 无腐蚀 性气体和无特殊要求的机械上 如金属切削机床 运输机 风机 搅拌机等 对于经 常起动 制动正反转的机械 如起重 提升设备 要求电动机具有较小的转动惯量和 较大过载能力 应选用冶金及起重用三相异步电动机 YZ 型 笼型 或 YZR 型 绕线型 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 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 4 由以上的选择经验和要求 我选用 三相交流电 Y 系列笼型三相异步交流电动 机 3 2 电动机的容量 1 确定提升机所需的功率 P 由滚筒圆周力和滚筒速度 v 见公式 3 2 2 F P W Fv 1000 3 2 式中 N FGmg m 提升重量 m 450kg N450 9 84410F s 9 0 15 60 vm s 带入数据得 0 826875 KW w P 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 1 0 98 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 一级环面蜗杆传动效率 7 0 2 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 一对滚动轴承传动效率 3 0 98 凸缘联轴器效率 98 0 4 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 2 1234 2 0 98 0 7 0 980 980 646 电动机的输出功率 d P 考虑传动装置的功率损耗 电动机输出功率 d P w P 则 kw d P w P 0 826875 1 3 0 646 3 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 取同步转速 1000 6 级minr 选用 Y100L 6 三相异步电动机 2 其主要参数如下 电动机额定功率 1 5kW 0P 电动机满载转速 940 nminr 电 流 I 3 97A 电动机外形和安装尺寸为 E 60mm H 100mm A 160mm B 140mm C 63mm K 12mm AB 205mm AD 180mm AC 105mm HD 245mm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 AA 40mm BB 176mm 3 4 本章小结 本章通过对电动机的介绍 说明了电动机的作用 分类及特点 并通过比较选定 了三相交流电 Y 系列笼型三相异步交流电动机 通过计算确定了电动机的功率 进 而选择了电动机的型号 得到了电动机的主要参数 第 4 章 减速器部件的选择计算 4 1 蜗杆传动设计计算 4 1 1 传动装置的传动比及动力参数计算 1 总传动比及滚筒初定 由于选定转速比为 i 50 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 所以滚筒转速 940 50 18 8 n minr 从而 滚筒直径 D mm 圆整为 155 mm 1000v n 9 1000 152 46 18 8 2 传动装置运动参数的计算 1 各轴功率计算 KW 1 P 0 P 1 1 5 0 981 47 KW 21 PP 2 2 3 2 1 47 0 70 980 97 2 各轴转速的计算 n 940 1 min r n n 940 50 18 8 2滚筒 minr 3 各轴输入扭矩的计算 N m 1 T 1 1 P1 47 9550955014 93 n940 N m 2 T 2 2 P0 97 95509550492 74 n18 8 综合以上计算有表 4 1 各参数列表 表 4 1 各参数列表 轴 名功率 Kw转速minr扭矩 N m 蜗杆轴1 4794014 93 蜗轮轴0 9718 8492 74 4 1 2 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 2 表 5 2 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 蜗轮材料的许用接触应力 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 190 H 2 N mm 蜗轮材料的许用弯曲应力 44 2 F 2 N mm 4 1 3 确定蜗杆头数 Z 及蜗轮齿数 Z 12 选取 Z 1 1 则 Z Z i 1 50 50 21 故取 Z 50 2 4 1 4 验算滚筒的速度 实际传动比 i 50 1 工作机滚筒转速 n 940 50 18 8 滚筒 minr 钢丝绳的提升速度 3 14 D n 1000 3 14 155 18 8 1000 9 15m min V 速度误差 1 67 5 合适 VV V 8 8 93 8 4 1 5 确定蜗杆蜗轮中心距 a 1 确定蜗杆的计算功率 有公式 4 1 c1 P 4 1 1A C1 PK P K FMP K 式中 K 使用场合系数 每天工作一小时 轻度震动 A K 0 7 A K 制造精度系数 取 7 级精度 F K 0 9 F K 材料配对系数 齿面滑动速度 10 MP K 0 85 MP 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 代入数据得 KW 1A C1 PK P K FMP K 1 47 0 70 1 35 0 90 0 85 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 选取蜗杆 1C P 的中心距 a 100mm 3 由于准平行二次包络环面蜗杆为新型得蜗杆 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 6 蜗杆传动几何参数设计 准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表 1 中心距 选取 a 100mm 2 齿数比 u 50 2 1 z z 3 蜗轮齿数 选取 2 50z 4 蜗杆头数 选取 1 1z 5 蜗杆齿顶圆直径 选取 45mm1ad 6 蜗轮轮缘宽度 选取 b 28mm 2 7 蜗轮齿距角 2 360 7 2 z 8 蜗杆包容蜗轮齿数 K 5 2 10 z 9 蜗轮齿宽包角之半 0 5 K 0 45 w 16 38 10 蜗杆齿宽 选取 53mm 1 b 11 蜗杆螺纹部分长度 选取 59mmL 12 蜗杆齿顶圆弧半径 选取 R 82mm 1a 13 成形圆半径 选取 65mm b d 14 蜗杆齿顶圆最大直径 选取 53 8mm 1e d 15 蜗轮端面模数 m mm t 2 1 2 2 a a hz da 155 3 18 48 6 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 16 径向间隙 0 5104mm0 16 t Cm 17 齿顶高 h 0 75 m 2 233mm at 18 齿根高 h h C 2 7434mm fa 19 全齿高 h h h 4 9764mm af 20 蜗杆分度圆直径 0 624 a 40 534mm 1 d 2 02 i 875 0 21 蜗轮分度圆直径 2a 159 466mm 2 d 1 d 22 蜗轮齿根圆直径 d 2 h 153 9792mm 2f2 d f 23 蜗杆齿根圆直径 d 2 h 35 05 1f1 d f 判断 因为 28 12mm 满足要求 0 875 1 2 f a d 24 蜗轮喉圆直径 d 2 h 163 932mm 2a2 d a 25 蜗轮齿根圆弧半径 82 475mm 1 1 0 5 ff Rad 26 蜗杆螺纹包角之半 1 0 5 arctan 0 5 e L ad 29 5 arctan 73 1 21 977 27 蜗轮喉母圆半径 2g cos cos5 0 2a da 1000 5 163 93 0 9273 0 9273 25 88mm 28 蜗轮外缘直径 由作图可得 164 95mm 2e d 29 蜗杆分度圆导程角 m 2 1 arctan d ud 2 1 arctan 4 50 d ud 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 30 蜗杆平均导程角 w 2 1 arctan 4 09 d K ud 31 分度圆压力角 2 sin b d arc d 24 32 蜗杆外径处肩带宽度 取 3mm3 189 t m 33 蜗杆螺纹两端连接处直径 35mm 11f DTD 34 蜗轮分度圆齿厚 2 0 55SP 2 2 3 14 159 465 10 014 50 d P z 数据带入公式得 5 508mm 2 S 35 齿侧隙 查表 4 2 6 得 0 208 n j 36 蜗杆分度圆齿厚 4 2984 122 SPSj 37 蜗杆分度圆法向齿厚 4 285 11cosnm SSr 38 蜗轮分度圆法向齿厚 5 49 22cosnm SSr 39 蜗轮齿冠圆弧半径 19 2775 2 0 55 af Rd 40 蜗杆测量齿顶高 1 12 2 0 51 cosarcsin aa S hhd d 2 2035 41 蜗杆测量齿顶高 2 22 2 0 51 cosarcsin aa S hhd d 2 185 4 2 轴的结构设计 4 2 1 蜗杆轴的设计 1 轴的材料选择 选用 45 号钢 调质 2 最小轴径的初步计算 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 由表 6 2 取 105 根据公式 4 2 2 0 A mm n P Ad3 1 1 0min 4 2 式中 轴的转速 940r min 1 n 轴传递的功率 1 47kW 1 P 计算截面处的轴的直径 mm min d 将数据代入公式 3 min 1 47 105 940 d 得 dmin 12 2mm 输出轴的最小直径是按照联轴器处轴的直径 为了使所选轴的直径 与 1 2 d d 联轴器的孔径相适应 故需同时选取联轴器的型号 联轴器的计算转距 Tca KA T1 查表 15 3 考虑到转距变化很小 故取 Ka 1 3 则 Tca 1 3 14 93 19 409N m 按照计算转距应小于联轴器公称转矩的条件 选用 YL4 型凸缘联轴器 半联 ca T 轴器的孔径 22mm 故取 22mm 半联轴器的长度 L 52mm 2 1 d 1 2 d 3 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度拟订轴上零件的装配方案 本题的装配方案已经在前面分析比较 现选用如图 4 1 蜗杆轴简图所示的装配方 案 1 为了满足半联轴器的轴向定位要求 1 2 轴段右端制出一轴故取 28mm 左端用轴端挡定位 按轴端直径 28mm 取挡圈直径 D 30mm 半 2 3 d 2 3 d 联轴器与轴配合的毂孔长度 52mm 保证轴端挡圈只压在半联轴器上 而不压在轴 1 L 的端面上 故 1 2 段的长度应比略短一些 故取 50mm 12l 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选单列圆 锥滚子轴承 参照工作要求并根据 28mm 由轴承产品目录中初步选取标准精度23d 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 级的单列圆锥滚子轴承 30207 其尺寸为 d D T 35 72 18 25mm 故 35mm 34d 78d 3 已求得蜗杆喉部齿顶圆直径 45mm 最大齿顶圆直径 53 8mm 蜗 1a d 1e d 杆螺纹部分长度 L 59mm 蜗杆齿宽 53mm 53 8 所以取 1 b 5 6 d 68mm 53 8mm 45mm 42mm 5 6 l 5 6 d 5 6 d 4 5 d 4 轴承端盖的总宽度为 20mm 由减速器及轴承端盖的结构设计而定 根据轴 承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 取端盖的外端面与半联轴的右端面间 的距离 l 20 mm 故取 40mm 23l 5 为避免蜗轮与箱体内壁干涉 应取箱体内壁凸台之间距离略大于蜗轮的最 大直径 取内壁距离 175mm 考虑到箱体的铸造误差 在确定滚动轴承位置时 应 l 距箱体内壁一段距离 S 取 S 8mm 如图 6 在 3 4 和 7 8 轴段应各装一个溅油轮 形状如图所示 取其长度 L 27 75mm 所以 可求得 mm 3 47 8 18 2527 7546ll 33 75mm 4 56 7 6827 75 28 2 2 l ll 至此 已初步确定了轴的各段直径和长度 4 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位均采用平健联接 按由手册查得平键截面为 1 2 d mm GB T1095 1979 键槽用键 mm 槽铣刀加工 长为8 7b h 8 7b h 45mm 标准键长见 GB T1096 1979 半联轴器与轴的配合为 H7 k6 滚动轴承与 轴的周向定位是借过渡配合来保证的 此处选轴的直径尺寸公差为 m6 5 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 2 各轴肩处的圆角半径如图 4 1 45 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 12345678 图 4 1 蜗杆轴简图 4 2 2 蜗轮轴的设计 1 轴的材料选择 选用 45 号钢 调质 2 650 b 2 N mm 2 轴径的初步计算 取 A 112 根据公式 2 2 3 min0 2 p dA n 式中 轴的转速 18 8r min 2 n 轴传递的功率 0 97kW 2 P 计算截面处的轴的直径 mm min d 将数据代入公式得 mm 2 3 3 min0 2 0 97 11241 7 18 8 p dA n 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 故需选取联轴器型号 1 2 d 联轴器计算转距 查表 15 3 考虑到转距变化很小 故取 2 TKT Aca 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 Ka 1 3 则 N m56 64074 4923 1 ca T 按照计算转距应小于联轴器公称转矩的条件 查标准手册 GB5843 86 选用 ca T GYS6 型凸缘联轴器 半联轴器的孔径 50mm 故取 50mm 半联轴器的长度 1 d 1 2 d L 84mm 3 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度拟订轴上零件的装配方案 本 题的装配方案已经在前面分析比较 现选用如图所示的装配方案 1 为了满足半联轴器的轴向定位要求 1 2 轴段右端需制出一轴肩 故取 55mm 82mm 2 3 d 12l 2 初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 故选用单列 圆锥滚子轴承 参照工作要求并根据 55mm 由轴承产品目录中初步选取零23d 基本游隙组 标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30212 其尺寸为 d D T 60 110 23 75mm 故 60mm 23 75mm 34d 6 7 d 78l 3 取安装蜗轮处的轴段直径 65mm 蜗轮左端与左端轴承用套筒定位 4 5 d 已知蜗轮轮缘宽度为 28mm 所以可取蜗轮轮毂宽度为 52mm 为了使套筒端面可靠 地压紧蜗轮 4 5 段应略短于轮毂宽度 故取 50mm 4 5 l 4 蜗轮右端采用轴肩定位 轴肩高度0 07d 取 6mm 则轴环处直径h h 77mm 轴环宽度 取 12mm 12mm 68mm 5 6 d 1 4bh 5 6 l 6 7 l 6 7 d 5 轴承端盖的总宽度为 28mm 由减速器及轴承端盖的结构设计而定 根据 轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求 取端盖的外端面与半联轴的右端面 间的距离 l 22 mm 故取 50mm 23l 6 取蜗轮距箱体内壁之距离 a 16mm 考虑到箱体的铸造误差 在确定滚动 轴承位置时 应距箱体内壁一段距离 取 s 8mm 如图 则 2 16 8 23 75 49 75mm 至此 已初步确定了轴的各段直径和长度 3 4 l 4 轴上零件的周向定位蜗轮 半联轴器与轴的周向定位均采用平健联接 根据 可选蜗轮与轴之间的平键尺寸为mm GB T1096 1979 键槽用键 4 5 d 18 11b h 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 槽铣刀加工 长为 45mm 标准键长见 GB T1096 1979 同时保证蜗轮与轴配合有 良好的对中性 选择轮毂与轴的配合为 H7 n6 半联轴器与轴的联结按由手册查12d 得平键截面为mm GB T1096 1979 键槽用键槽铣刀加工 长为16 10b h 70mm 标准键长见 GB T1096 1979 半联轴器与轴的配合 H7 k6 滚动轴承与轴 的周向定位是借过渡配合来保证的 此处选轴的直径尺寸公差为 m6 5 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为 2 各轴肩处的圆角半径如图 4 2 蜗轮轴简图 9 10 45 87654321 图 4 2 蜗轮轴 4 3 箱体的结构设计 箱体按其结构形状的不同可分为剖分式和整体式 按其制造方式的不同可分为 铸造箱体和焊接箱体 减速器的箱体多采用剖分式结构 剖分式箱体由箱座与箱盖两部分组成 用螺栓联接起来构成一个整体 剖分式与 减速器内传动件轴心线重合 有利于轴系部件的安装和拆卸 立式大型减速器可采用 若干个剖分面 剖分接合面必须有一定的高度 并且要求仔细加工 为了保证箱体的 刚度 在轴承处设有加强肋 箱体底座有一定的厚度和高度 以保证安装的稳定性和 刚度 近年来 减速器箱体的设计出项了一些外形简单 整齐的造型 以方形小圆角过 渡代替传统的大圆角曲面过渡 上下箱体的联接处的外凸缘改为内凸缘结构 加强肋 和轴承座均设计在箱体内部等等 根据毕业设计的要求 选择剖分式结构的箱体 由于铸铁具有良好的铸造性能和 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 切削加工性能 成本又低 所以箱体用 HT200 制造 减速器箱体的结构尺寸 1 箱座壁厚 0 0438a 取 10mm 2 箱盖壁厚 1 0 858 取 1 8 5mm 3 箱体凸缘厚度 箱座 1 515bmm 箱盖 111 513bmm 箱座底 22 525bmm 4 加强肋厚 箱座 0 858 5mmm 箱盖 110 857mmm 5 地脚螺栓直径 0 75 1615 6fdmm 取 16fdmm 6 地脚螺栓数目 n 4 7 轴承观察箱联接螺栓的直径 d1 0 75df 0 75x16 12 取 d1 12mm 8 箱盖箱座联接螺栓的直径 d2 0 5df 8mm 9 轴承盖螺钉直径和数目 d3 8mm 数目为 4 10 观察孔盖螺钉直径 d4 6mm 11 轴承旁凸台高度和半径 h 由结构确定 R1 C2 4 4 减速器的附件 1 窥视孔和视孔盖 为检查传动件的啮合情况 接触斑点 侧隙和向箱内倾注润滑油 在传动件啮合 区上方箱盖上开设窥视孔 窥视孔应有足够的大小 以便手能伸人进行操作 为此 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 方形窥视孔长应 90mm 宽应 50mm 为防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内 在窥视孔上应设有视孔盖密闭 盖板用螺钉固定在箱盖上 在盖板与箱盖上应放置密 封垫片 2 通气器 减速器工作时 箱体温度升高 气体膨胀 压力增大 对减速器各接缝面的密 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 如 图 4 3 通气器 图 4 3 通气器 3 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 o 7 o 8 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 如图 4 4 定位销 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 图 4 4 定位销 4 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 如图 4 5 起盖螺钉 图 4 5 起盖螺钉 5 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 如图所示 4 6 起吊装置 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 图 4 6 起吊装置 6 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 如图 4 7 放油孔及螺塞所示 图 4 7 放油孔及螺塞 4 5 本章小结 本章通过大量的计算确定了蜗杆传动主要参数以及蜗杆 蜗轮的材料 设计了蜗 杆轴和蜗轮轴 确定了减速器箱体的主要结构参数以及减速器的附件 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 第 5 章 减速器各部件的校核计算 5 1 环面蜗轮蜗杆的校核计算 环面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 11 12 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 2 3 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 校核由公式 5 1 可得 校核 c fp F z A k 5 1 式中 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷 c F 蜗轮包容齿数 z 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数 f A 蜗轮齿根受剪面积 p k 公式中各参数的计算 1 的计算 c F c F 2 22tan m FFr 式中 作用在蜗轮轮齿上的圆周力 2 F 2 2 2T d 蜗杆喉部螺旋升角 4 5 m r 当量齿厚 p 滑动速度 1 1 19100cos s m