单级蜗杆减速器设计

目录前言课程设计任务书一、 参数选择-01二、 传动装置总体设计-01三、 电动机的选择-02四、 运动参数选择-03五、 蜗轮涡杆的传动设计-04六、 蜗轮涡杆的基本尺寸设计-09七、 涡轮轴的尺寸设计和校核-11八、 减速器箱体的结构设计-17九、 减速器其他零件选择-20十、 减速器附件的选择-22十一、减速器的润滑和密封-24十二、心得体会-24十三、参考资料-25附件：1、蜗轮零件图2、蜗杆零件图3、蜗轮轴零件图4、减速器装配图 1前言课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在 2006 年 6 月 12 日-2006 年 6 月 30 日为期三周的机械设计课程设计。本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电机联轴器减速器联轴器带式运输机） ，本人是在周知进老师指导下独立完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等和 A0 图纸一张、A3 图纸三张。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。并借助机械设计手册(软件版)R2.0设计验算。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。一、参数选择：总传动比：I=35 Z1=1 Z2=35卷筒直径：D=350mm运输带有效拉力：F=6000N 2运输带速度：V=0.5m/s工作环境：三相交流电源有粉尘常温连续工作二、传动装置总体设计：根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机连轴器减速器连轴器带式运输机。(如图 2.1所示) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度 V45m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见（如图 2.2 所示） ，采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴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漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。 图 2.1 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。三、电动机的选择：由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用 Y 系列三相异步电动机。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 3根据生产设计要求，该减速器卷筒直径 D=350mm。运输带的有效拉力F=6000N，带速 V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为 380V。1、 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y 系列2、 传动滚筒所需功率3、 传动装置效率：（根据参考文献机械设计课程设计 刘俊龙 何在洲 主编 机械工业出版社 第 133-134 页表 12-8 得各级效率如下）其中：蜗杆传动效率 1=0.70 搅油效率 2=0.95 滚动轴承效率（一对） 3=0.98联轴器效率 c=0.99 传动滚筒效率 cy=0.96所以：= 1 2 33 c2 cy =0.70.990.9830.9920.96 =0.633电动机所需功率： P r= Pw/ =3.0/0.633=4.7KW 传动滚筒工作转速： n w601000v / 35027.9r/min根据容量和转速，根据参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社 第 339-340 页表附表 15-1 可查得所需的电动机 Y 系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表 3-1: 表 3-1kwFVpw 0.3105.610 4电动机转速 r/min方案 电动机型号额定功率Ped kw 同步转速 满载转速额定转矩1 Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.02 Y132S-4 5.5 1500 1440 2.23 Y132M2-6 5.5 1000 960 2.04 Y160M-8 5.5 750 720 2.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见第 3 方案比较适合。因此选定电动机机型号为 Y132M2-6 其主要性能如下表 3-2：表 3-2四、运动参数计算：4.1 蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pr=4.7kw n0=960r/minT0=9.55 P0 / n0=4.7103=46.7N .m4.2 蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P0 01 = 4.70.990.990.70.992 =3.19 kw n = = = 27.4 r/minoi3596中心高H外形尺寸L（AC/2AD）HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径 K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD132515（270/2210）31521617812 3880103338 5T1= 9550 = 9550 = 1111.84Nm1nP4.271934.3 传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2 = P1 c cy=3.190.990.99=3.13kwn2= = = 27.4 r/mini4.27T2= 9550 = 9550 = 1089.24Nm2n4.2713运动和动力参数计算结果整理于下表 4-1：表 4-1类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（Nm）传动比 i 效率 蜗杆轴 4.7 960 46.75 1蜗轮轴 3.19 27.4 1111.84 35 0.679传动滚筒轴 3.13 27.4 1089.24五、 蜗轮蜗杆的传动设计:本设计采用圆柱蜗轮蜗杆蜗杆的材料采用 45 钢，表面硬度210Hbs，蜗轮材料采用 ZcuSn10P1,砂型铸造。以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考由机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996 年 第 13 章蜗杆传动为主要依据。具体如表 51：表 51 蜗轮蜗杆的传动设计表项 目 计算内容 计算结果 6中心距的计算蜗杆副的相对滑动速度smTnVs/17.584.19602.342参考文献 5 第 37 页（23 式）4m/s51.7100mm又因轴上有键槽所以 D6 增大 3%，则 D6=67mm计算转矩 Tc=KT=K9550 =1.595503.19/27.4=1667.76N.M51.7100mm又因轴上有键槽所以 D6 增大 3%，则 D6=67mmD6=67具体形状尺寸见零件图 3（蜗轮零件图）7.2 轴的校核7.2.1 轴的受力分析图 rF2RFa1RF1 t 2RQF图 7.1X-Y 平面受力分析 tF1RFa2RFQF图 7.2X-Z 平面受力图：1RF2RF 15rF图 7.3 水平面弯矩 NmMYX/1102123.752160797 97 119714000图 7.4 垂直面弯矩 NmMZX/436150.8图 7.5合成弯矩 NmMZXY/221184736.3714000681175.5 图 7.6当量弯矩 T 与 aT T 16aTT=1111840Nmm aT=655985.6Nmm图 7.77.2.2 轴的校核计算如表 5.1轴材料为 45 钢， ， ， MpaB650paS360Mpab601表 7.1计算项目 计算内容 计算结果转矩 1TmNT1840 Nmm1840T圆周力 =20707.6N8021dFt=24707.6NtF径向力 34.6.247tgtgF =2745.3N轴向力 =24707.6tan 20ttan Fr =8992.8N194601947.203.2751 RF=1136.2N1R计算支承反力 3.256.402 =19345.5N2F垂直面反力 28.921rRFF =44921RR6.4N水平面X-Y 受力图图 7.2垂直面X-Z 受力图 7.3画轴的弯矩图 17水平面X-Y 弯矩图图 7.4YXM垂直面X-Z 弯矩图图 7.5ZX合成弯矩 图 7.6XZYM轴受转矩TT= =1111840Nmm1TT=1111840Nmm许用应力值表 16.3，查得 pab601Mb5.20应力校正系数 aa= 9.01/6/01ba=0.59当量弯矩图当量弯矩蜗轮段轴中间截面=947628.6Nmm2223 6.598.6817)(aTM轴承段轴中间截面处=969381.2Nmm222 6.5987140 947628.6NmmIM=969381.2NmmI当量弯矩图图 7.7轴径校核mMdbI 905461.097281.033I .12 验算结果在设计范围之内，设计合格轴的结果设计采用阶梯状，阶梯之间有圆弧过度，减少应力集中，具体 18尺寸和要求见零件图 2（蜗轮中间轴） 。7.3 装蜗轮处轴的键槽设计及键的选择当轴上装有平键时，键的长度应略小于零件轴的接触长度，一般平键长度比轮毂长度短 510mm，由参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 305 页表 10-1 圆整，可知该处选择键 20110，高 h=14mm，轴上键槽深度为 ，轮毂上键槽深度为2.09t，轴上键槽宽度为 轮毂上键槽深度为2.014.5t 052.b6.02b八、减速器箱体的结构设计参照参考文献机械设计课程设计 （修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年第 19 页表 1.5-1 可计算得，箱体的结构尺寸如表 8.1：表 8.1 箱体的结构尺寸减速器箱体采用 HT200 铸造，必须进行去应力处理。设计内容 计 算 公 式 计算结果箱座壁厚度 =0.04225+3=12mm8304.aa 为蜗轮蜗杆中心距取 =12mm 19箱盖壁厚度 1=0.8512=10mm85.01上下一致取 1=12mm机座凸缘厚度 b b=1.5=1.512=18mm b=18mm机盖凸缘厚度 b1 b1=1.5 1=1.510=15mm b1=18mm机底凸缘厚度 P P=2.5=2.512=30mm P=30mm地脚螺钉直径 d d=20mm d=20mm地脚螺钉直径 d d=20mm d=20mm地脚沉头座直径 D0 D0=48mm D0=48mm地脚螺钉数目 n 取 n=4 个 取 n=4L1=32mm L1=32mm底脚凸缘尺寸（扳手空间） L2=30mm L2=30mm轴承旁连接螺栓直径 d1 d1= 16mm d1=16mm轴承旁连接螺栓通孔直径 d1 d1=17.5 d1=17.5C1=30mm C1=30mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间） C2=40mm C2=40mm上下箱连接螺栓直径 d2 d2 =16mm d2=16mm上下箱连接螺栓通孔直径 d2 d2=17.5mm d2=17.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径 D0=26mm D0=26mmC1=20mm C1=20mm箱缘尺寸（扳手空间）C2=16mm C2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=12 d3=10mmn=12d3=10mm 20检查孔盖螺钉直径 d4 d4=0.4d=8mm d4=8mm圆锥定位销直径 d5 d5=7 mm d2=9mm d5=9mm减速器中心高 H H=340mm H=340mm轴承旁凸台半径 R R=C2=16mm R1=16mm轴承旁凸台高度 h由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。取 40mm轴承端盖外径 D2 D2=轴承孔直径+(55.5) d 3 取 D2=180mm箱体外壁至轴承座端面距离 K K= C1+ C2+(810)=44mm K=54mm轴承旁连接螺栓的距离S以 Md1螺栓和 Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取 S=D2 S=135mm蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离）L1=K+=56mm L1=56mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm2.1取 =15mm1蜗轮端面与箱体内壁之间的距离=12mm2 取 =12mm2机盖、机座肋厚 m1,m m1=0.85 1=8.5mm, m=0.85=10mmm1=8.5mm, m=10mm以下尺寸以参考文献机械设计、机械设计基础课程设计 王昆等主编 高等教育出版社 1995 年表 6-1 为依据蜗杆顶圆与箱座内壁的距离=40m6m轴承端面至箱体内壁的距离=4mm3箱底的厚度 20mm 21轴承盖凸缘厚度e=1.2 d3=12mm箱盖高度 220mm箱盖长度（不包括凸台）440mm蜗杆中心线与箱底距离 130mm箱座内长度 440mm装蜗杆轴部分的长度 540mm箱体宽度（不包括凸台）176mm 箱底座宽度 304mm蜗杆轴承座孔外伸长度 18mm九、减速器其他零件的选择经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件：参考文献机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年第 132 页表 2.8-7表 9-1 键参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 305 页表 10-1单位：mm安装位置 类型 b（h9） h（h11） L9（h14）蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB1096-90键 1070 10 8 70轮缘与轮芯轴联接处GB1096-90键 20110 20 12 110 22蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90键 2070 20 12 70表 9-2 圆锥滚动轴承参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 313 页表 12-1 及第 322 页表 12-6 和零件尺寸单位：mm外 形 尺 寸安装位置轴承型号d D T B C蜗 杆GB297-847312（30312）60 130 33.5 31 26蜗轮轴 GB/T297-943021680 140 28.25 26 22表 9-3 密封圈（GB9877.1-88）参考文献机械设计课程设计 （修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年第 127 页表 2.7-8 和零件尺寸单位：mm安装位置 类型 轴径 d蜗杆 58X3。35 55蜗轮轴 58X3。35 75表 9-4 弹簧垫圈（GB93-87） 23参考文献机械设计课程设计 （修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年第 99 页表 2.4-25 和零件尺寸安装位置 类型 内径 d宽度（厚度）轴承旁连接螺栓 GB93-87-16 16 4上下箱联接螺栓 GB93-87-16 16 4材料为65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈为了保证轴承座孔的装配精度，在分箱面凸缘两端各安装一个圆锥销作定位用。两圆锥销应适当远离，而且两圆锥销至箱体对称线的距离不应相等(特别是完全对称的蜗杆减速器).。安装位置不要妨碍装拆凸缘上的联接螺栓。定位销直径一般取凸缘联接螺栓直径的一半，长度应大于分箱面凸缘的总厚度，圆锥销的两端都要伸出凸缘。所以定位销为 GB117-86 销 838 材料为 45 钢十、减速器附件的选择以下数据均以参考文献机械设计课程设计 （修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年第 130 页-第 133 页表 10-1 视孔盖（Q235）单位 mmA A1 A。 B1 B B0 d4 h150 190 170 150 100 125 M 8 1.5表 10-2 吊耳 24单位 mmd R e b箱盖吊耳42 42 42 20B H h 2rb箱座吊耳36 19.2 9.6 9 24表 10-3 通气器减速器工作时温度升高，使箱体内空气膨胀，为防止箱体部分面和轴的密封处漏油，必须使箱体内热空气通过通气器以使内外气压保持平衡。单位 mmD d1 d2 d3 d 4 D a b sM181.5M331.58 3 16 40 12 722C h h1 D1 R k e f16 40 8 25.4 40 6 2 2表 10-4 轴承盖（HT150）单位：mm安 装位 置 d3 Dd 0D0 D2 e e1 m D4 D5 D6 b1 d1蜗杆 10 130 11 155 180 12 13 35.5 120 125 127 8 80蜗轮轴 10 140 11 165 190 12 13 20 130 135 137 10 100表 10-5 油标尺单位 mm 259Hhdd1 d2 d3 h a b c D D1M16 4 16 6 35 12 8 5 26 22表 10-6 油塞（工业用革）单位 mmd D e L l a s d1 HM11.5 26 19.6 23 12 3 17 17 2十一、减速器的润滑和密封润滑对于滚动轴承具有重要的意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减少接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。本减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度 h 大于等于 1 个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。蜗轮轴承采用刮板润滑。减速器的密封主要是轴承的密封，其次是结合面处（如箱体，轴承端盖等）的密封。为了防止灰尘，水分，有害气体和其他杂质进入轴承和减速器底部，同时也为了防止润滑剂的流失。所有装配地方都要加有密封圈。十二、心得体会经过三周的努力,我终于将机械设计课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.导致计算一边又一边的重复。至于画装配图和零件图,我很多图是