环面蜗轮蜗杆减速器设计

1环面蜗轮蜗杆减速器摘要：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,蜗杆,滚动轴承2ToruswormreducerAbstract：Thisgraduationthesisonthedesignofthesystemisaringonthesurfaceofthewormreducerdesignmethod.Toruswormreducerwormreducerisaformofthismethodiswormreducerandprocessingconditionsoftheuseofmathematicalandphysicalbasisoftheformula.Inthepaper,firstofall,thewormmadeabriefintroduction,thenthewormonthedesignprincipleandthetheoreticalcalculation.Theninaccordancewiththedesigncriteriaanddesigntheorydesignedtoroidalwormreducer.Thenthecomponentsofthereducertothesizeofthecalculationandverification.Thedesignrepresentsthetoruswormgeneraldesignprocess.Ontheotherworminthedesignworkwillhavevalue.Atpresent,thetoruswormreducerforthedesign,manufactureandapplicationofdomesticandforeignadvancedleveltherearestilllargegapsbetweenthecomparison.CentralChinainthedesignandmanufactureofwormreducerthereisaprocesstoalargeextenttheshortcomings,asrevealedbythepaper,importantissuessuchas:cuttingtherootofthetooth;Wormroughthecorrectdesignofthewormcheck.Keywords:wormreducer,Worm,hoist,Rolling3目录第一章前言1第二章电动机的选择与计算42.1初选电动机类型和结构型式42.2电动机的容量42.2.1确定提升机所需的功率4P2.2.2确定传动装置效率52.2.3电动机的技术数据6第三章传动装置的传动比及动力参数计算63.1传动装置运动参数的计算63.1.1各轴功率计算63.1.2各轴转速的计算63.1.3各轴输入扭矩的计算7第四章减速器部件的选择计算74.1蜗杆传动设计计算74.1.1选择蜗杆、蜗轮材料74.1.2确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z7124.1.3验算滚筒的速度84.1.4确定蜗杆蜗轮中心距a84.1.5蜗杆传动几何参数设计94.2环面蜗轮蜗杆校核计算114.3轴的结构设计134.3.1蜗杆轴的设计134.3.2蜗轮轴的设计164.4轴的校核194.4.1蜗杆轴的强度校核194.4.2蜗轮轴的强度校核224.5滚动轴承的选择及校核254.5.1蜗杆轴滚动轴承的选择及校核254.5.2蜗轮轴上轴承的校核2744.6键联接的选择及校核294.6.1蜗杆轴上安装联轴器处的键联接294.6.2蜗轮轴上装蜗轮处的键联接304.6.3蜗轮轴上装联轴器处的键联接304.7箱体结构尺寸及说明314.8减速器的润滑和密封324.9减速器的附件324.9.1窥视孔和视孔盖334.9.2通气器334.9.3定位销334.9.4起盖螺钉334.9.5起吊装置334.9.6放油孔及螺塞344.10减速器的安装维护和使用344.10.1减速器的安装344.10.2减速器的使用和维护34致谢35参考资料365第一章前言1.1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。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：（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。1.2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。6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。171.3.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。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CONEDRIVE，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1.53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151320；速比为5343000；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。18“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是河南省焦作市科林齿轮有限公司的一项科研成果。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。（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(9Z(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；而准平行啮合线环面蜗杆减速器，它具有普通环面蜗杆减速器所不具备的很多优点。19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。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。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：三相交流电Y系列笼型三相异步交流电动机。2.2电动机的容量2.2.1确定减速器所需的功率P由滚筒圆周力和滚筒速度v,得F10wvP其中：（N）Gmgm提升重量，m=450kg，N4509.81Fs/6v带入数据得=KWwP.50.6KW1.22.861102.2.2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：10.98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:7.2一对滚动轴承传动效率：3098凸缘联轴器效率：.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：，213420.94电动机的输出功率dP考虑传动装置的功率损耗，电动机输出功率dw则，KWdPw0.826751.342.2.3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，取同步转速1000，6级minr由简明机械设计手册选用Y100L6三相异步电动机，其主要参数如下电动机额定功率：=1.5kw；0P电动机满载转速：=940nmir电流：I=5.6A电动机外形和安装尺寸为：D=28mmE=60mmH=100mmA=160mm111B=140mmC=63mmK=12mmAB=205mmAD=180mmAC=105mmHD=245mmAA=40mmBB=176mm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=KW1P0.5981.47=KW223各轴转速的计算n940，1minrnn940/50=18.82滚筒inr3.1.3各轴输入扭矩的计算1T1P.479501.93n0Nm:22.52.8表3-1参数列表：轴名功率Kw转速minr扭矩Nm:蜗杆轴1.4794014.93蜗轮轴0.9718.8492.74112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=190H2/Nm由机械零件课程设计表55查得蜗轮材料的许用弯曲应力=44F2/4.1.2确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z12由机械零件课程设计表56，选取Z1则ZZi1505021故取Z504.1.3验算滚筒的速度实际传动比i50/1工作机滚筒转速n940/50=18.8滚筒minr钢丝绳的提升速度=V3.14Dn3.148.00=m/s速度误差0.71010粘度值240()s612414506288352198242ISO-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窥视孔和视孔盖137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，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。图5-6窥视孔和视孔盖4.9.2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5-7通气器4.9.3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：(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。138图5-8定位销4.9.4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。图5-9起盖螺钉4.9.5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。图5-10吊耳环4.9.6放油孔及螺塞139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5-11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