【毕业设计】蜗轮蜗杆减速器的设计与调试

中央广播电视大学毕业论文题目蜗轮蜗杆减速器的设计与调试专业机械设计制造及其自动化年级13秋学号学生姓名指导教师论文完成日期2015年11月南京广播电视大学毕业设计（论文，作业）课题审批表教学单位盖章江宁电大专业机械设计制造及其自动化学生类别开放本科课题名称蜗轮蜗杆减速器的设计与调试填报时间2015年9月1日课题内容简介减速器是传动装置的核心部分，一般由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。齿轮减速器是机械传动装置中不可缺少的一部分。通过对蜗轮蜗杆减速器的设计和调试，优化相关参数，延长其使用寿命，提高生产的效率，降低生产的成本，获得最大的使用效率。1蜗轮蜗杆减速器简介主要介绍蜗轮蜗杆减速器的工作原理，主要技术指标、发展趋势等。2蜗轮蜗杆、轴、轴承及键的设计和计算包括材质和类型的选择，各类参数的计算等。3减速器的箱体设计及润滑设计减速器的型式，尺寸，确定润滑方式。4安装及调试通过安装调试，检测实际参数与设计参数之间的误差，找出原因并进行分析和改进，为后续研究工作奠定基础和提供参考。5结论通过所学知识，结合工程需要，以实际项目为基础开展毕业设计工作，并将设计后的工件与预期方案相比较，提出改进参考意见，用于实际生产。指导教师姓名黄波参加学生姓名杨溢指导教师意见通过所学知识，结合工程需要，以实际项目为基础开展毕业设计工作，选题得当，符合大纲要求，同意按照此课题审批表撰写论文。签名黄波市校审核意见审核部门盖章年月日蜗轮蜗杆减速器的设计与调试（江宁电大机械设计制造及其自动化杨溢1332101250389）带式输送机又称胶带运输机，它主要包括以下几个部分输送带、托辊及中间架、传动装置（传动滚筒）、拉紧装置、制动装置、清扫装置和卸料装置等。传动装置一般由电动机、带传动、减速器、联轴器、滚筒五部分组成，减速器是传动专职的核心部分，一般由轴、轴承、齿轮、箱体四部分组成。根据课题所提供的带式输送机的工作环境及工作参数，选用单级直齿圆柱齿轮减速器，具有结构简单、制造方便等特点。关键词单级蜗杆涡轮传动装置目录一、减速器的简介1（一）减速器设计的一般资料1二、电动机选择及相关运动参数计算3（一）电动机的类型选择3（二）选择电动机容量3（三）确定电动机转速3（四）计算传动装置的总传动比,并分配各级传动比4（五）计算传动装置的运动和动力参数4三、蜗轮蜗杆传动设计5（一）选择蜗杆和蜗轮的材料6（二）选择蜗杆蜗轮齿数6（三）确定蜗轮的转矩62T（四）按蜗轮接触疲劳度设计6（五）验算相对滑动速度6（六）主要几何尺寸计算7（七）传动效率计算7（八）热平衡计算7（九）精度等级公差和表面粗糙度的确定8四、轴的设计8（一）选择材料,热处理8（二）轴的结构设计8五、轴承的寿命计算14（一）确定轴承型号14（二）确定轴承型号15六、键的选择与校核15（一）确定蜗轮与轴的连接键15（二）确定蜗轮轴与联轴器的连接键16（三）确定蜗杆轴与联轴器的连接键17七、减速器的箱体设计17（一）箱体结构17（二）箱体技术要求18（三）箱体参数设定18八、减速器的润滑19（一）蜗轮及轴承的润滑和密封19九、安装及调试19十、减速箱体的附件说明20十一、设计小结20致谢22一、减速器的简介（一）减速器设计的一般资料减速器的种类很多，设计减速器前必须先要对减速器有一些大概的了解，这有助于我们更好的发现其优点和缺点。11、常用减速器的分类、形式及其应用范围减速器的类型很多，不同类型的减速器有不同的特点，设计减速器时，首先应该根据各类减速器的特点选择一种进行设计。减速器的形式、特点及应用见下表名称推荐传动比的范围特点及应用单级圆柱齿轮减速器I推荐的传动比合理范围。蜗杆传动一级减速器传动比104I则总传动比合理范围为104AI故电动机转速可选范围为045961784/MINDANIR符合这一范围的同步转速有75,/MINR和电机容量的选择比较电动机的比较方案型号额定功率/KW同步转速/R/MIN满载转速/R/MIN重量价格1Y160M814750720重高2Y132M641000960中中3Y112M4415001440轻低根据容量和转速，查阅有关手册，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,选用型号。1326YM（四）计算传动装置的总传动比,并分配各级传动比电动机型号为,满载转速1326YM960/MINNR总传动比电动机满载转速,主动轴转速MANI96021534AI由已知可得蜗杆与电动机直接连接,蜗轮蜗杆的传动比2153AI（五）计算传动装置的运动和动力参数51由传动比可知各轴转速电动机满载转速电动机至10/MINR0I轴的传动比轴1960/INMNR轴245352各轴输入功率轴1327098261DPKW轴5675953各轴输出功率轴承效率098轴0982615PKW轴8754各轴输入转矩电动机轴输出转矩279509506DMPTNMN轴32890264DTNM1轴647581307AI255各轴输出转矩轴098264098251TNM轴17356各轴的运动参数表各轴的运动参数表功率KWP转矩NM轴号输入输出输入输出转速R/MIN轴26125526042551960轴19118741207403824459三、蜗轮蜗杆传动设计传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力，并籍以改变远的形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、蜗轮传动、带传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量的成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响很大，因此合理设计传动方案具有重要意义。（一）选择蜗杆和蜗轮的材料蜗杆材料用45刚经表面淬火,表面硬度为,蜗轮材料用450HRC沙模铸造103ZCUALFE（二）选择蜗杆蜗轮齿数计算传动比2153I参考,取12Z12534IZ（三）确定蜗轮的转矩2T根据前面计算可知3407407NMNM（四）按蜗轮接触疲劳度设计预计相对滑动速度，参考可查得许用接触应34/VMS力,因为载荷平稳,取载荷系数,按公式160HMPA1K221248HMDKTZ可得222331204801407169HM查参考取相近值,模数,蜗杆直径系数,6INM10Q蜗杆分度圆直径163DMQ（五）验算相对滑动速度蜗杆分度圆处的线速度11346903260NVD蜗杆分度圆柱导程角12ARCTRTA1ZQ相对滑动速度与预估值接近13/3/OSVMS（六）主要几何尺寸计算蜗杆齿顶圆直径126312675ADM蜗杆齿根圆直径0438FM蜗杆螺纹部分齿宽1206BZ蜗轮分度圆直径263479DZ蜗轮齿顶圆直径063285AMM齿轮齿根圆直径2204632578FFHD蜗轮最大外圆直径1519EAD蜗轮齿宽取2106750675605267ABDM25BM中心距122341695DMQZA（七）传动效率计算按蜗杆和蜗轮的材料以及相对滑动速度，参考3/SVM得当量磨擦角，因此可得传动效率为217VTANTAN109509570786332V（八）热平衡计算取周围温度,润滑油工作温度,传动效率,因通风条20TC180TC079件良好,故取散热系数带入式计算,可得所需散热面积。216/KWM（九）精度等级公差和表面粗糙度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，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为F，标注为8FGB/T100891988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。四、轴的设计（一）选择材料,热处理材料选用45号钢,正火处理,硬度可达1702HBC（二）轴的结构设计轴的设计计算与轴上齿轮轮毂孔内径及宽度、滚动轴承的选择和校核、键的选择和验算、与轴联接器的选择同步进行。21蜗轮轴的设计211、初步估计轴的最小直径查课本表知，164P2107C3IN8PM考虑到键槽影响,取MIN38914D212、根据联轴器的毂长尺寸,联轴器计算转矩取联轴器型号LT8Y型1542076185TKN215D213、初选30212轴承内孔直径602B86AM169DM214、确定轴的直径因为联轴器型号LT8145DM用轴肩对联轴器做轴向固定,29071534HM因为有密封圈,查取2D应便于安装满足轴承内径系列321567DM360DM应便于齿轮的安装取43216D462DM用轴肩对轴承作轴向固定取54708H573查阅资料轴承的安装尺寸可得69M同一根轴上的两个轴承型号相同37D215、确定轴向尺寸因为取LT8联轴器Y型所以10LM齿轮至机体内壁的距离,轴承至机体内壁的距离油润滑查12H5表,取螺栓直径M12,7P41MIN8C2MIN16沉头座直径26取轴承盖厚度查表联轴器至轴承盖距2431286ED离304K230965LKECBM取32123412H341LM涡轮宽度417BD取47LM4LM取51608H5涡轮端面与机壁距离相同，所以6510LHL同一根轴的两个轴承72LBM计算轴上力的作用点1103496501292LLKECM34/256LA216、齿轮受力计算轴向力,径向力,压力角,圆周1286TTFND2304TTFND20力2TAN07R217、轴的强度计算图21A画出水平面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并画出水平面的弯矩图，如图21支点反力215HBDTRFNC弯矩468302CMLMB蜗轮分度圆直径1709DM画出垂直面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并画出垂直面的弯矩图，如图21得122TRVDDFLR4710VDRN同理求B点的支点反力得122TRBDFL157890VBRNC点的弯矩12869VCBMM2574DRNC求合成弯矩113HCV222869MD计算扭矩,并画出扭距图,若将扭矩按脉动性66199510504075PTNMN质考虑24NME计算出当量弯矩C点当量弯矩22171963ECMTNMF校核轴的强度,弯矩最大的剖面在蜗杆中心面C点处当量弯应力,查2359/016ECECNMW表可查出当,故满足强105P32/BNM1B1ECB度条件,虽然比小的比较多,由与此处轴径的大小决定于结构的需要所以EC1不需要改动22、蜗杆轴的设计221、初步估计轴的最小直径查课本表知，考虑到键槽影响,164P2107C3IN4M取MIN3536D222、根据联轴器的毂长尺寸,联轴器计算转矩取联轴器型号LT4Y型126049TKNM120DM223、初选30206轴承内孔直径3016B38A137DM224、轴的直径因为联轴器型号LT4120DM用轴肩对联轴器做轴向固定,214071284HM因为有密封圈,查取25D应便于安装满足轴承内径系列321627DM30DM用轴肩对轴承作轴向固定413DD应便于加工573DM根据蜗杆齿顶圆直径可知6175AM用轴肩对轴承作轴向固定843D同一根轴上的两个轴承型号相同，故930D225、确定轴向尺寸因为取LT4联轴器Y型所以150LM齿轮至机体内壁的距离,轴承至机体内壁的距离油润滑查表,取螺栓直径M12,7P41MIN8C2MIN16沉头座直径26取轴承盖厚度查表联轴器至轴承盖距24326ED离304K23096519LKECBM应便于加工3117M挡圈4L570LM由计算可得蜗杆螺纹部分齿宽所以18B61L因对称布置70L8L根据轴承宽度93M计算轴上力的作用点125061807LLA234742226、齿轮受力计算轴向力,径向力,压力角,圆1286TTFND2304TTFND20周力2TAN07R227、轴的强度计算A画出水平面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并画出水平面的弯矩图，如图22图2支点反力2151HBDTRFNC弯矩8466304CMLMB蜗杆分度圆直径13D画出垂直面受力图，计算出支点反力和C点的弯矩，并画出垂直面的弯矩图，如图22得122TRVDDFLR6451VDRN同理求B点的支点反力得122TRVBDFLR4620VBRNC点的弯矩1265708VCBMRNM29143DLC求合成弯矩1HCV2225NMD计算扭矩,并画出扭距图,若将扭矩按脉动性质661195095029640PTN考虑7843NME计算出当量弯矩C点当量弯矩2216950ECMTNMF校核轴的强度,弯矩最大的剖面在蜗杆中心面C点处当量弯应力,查23049/16ECECNMW表可查出当,故满足强105P320/B15B1ECB度条件,虽然比小的比较多,由与此处轴径的大小决定于结构的需要所以EC1不需要改动五、轴承的寿命计算（一）确定轴承型号11、查轴承的型号30206可得4120RCN2950ORCN12、确定载荷系数X,Y查可得,由37E,查可得1247203369TFE04X16Y13、当量动载荷可知2104321682539TTPXFYN14、计算轴承寿命HL36610104120581079THPFCHN年故该型号30206满足设计要求（二）确定轴承型号21、查轴承的型号30212可得9780RCN7450ORCN22、确定载荷系数X,Y查可得,由4E,查可得12204369TFE0X15Y23、由当量动载荷可知213158264578TTPXYN24、计算轴承寿命HL36610109780425710256THPFCHN年故该型号30212满足设计要求六、键的选择与校核（一）确定蜗轮与轴的连接键11、选择键的类型键主要用来实现轴和轴上零件（如齿轮、带轮等）的周向固定以传递转矩；有的还能实现轴上零件的轴向固定以传递轴向力；有的则能构成轴向动联接以使零件在轴上滑动。键是标准件，分为平键、半圆键、楔键和切向键等。常用的平键有普通平键、导向平键和滑键三种。普通平键的端部形状可制成圆头（A型）、方头（B型）或单圆头（C型）我们这里选用A型普通平键。12、确定键的尺寸,查,可知键的尺寸,395P586D时键剖面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度B18HL70MLLB701852M13、校核键联接的强度,查125PPA由计算键联接的挤压强度可知3241075246PTMPKDL14、键的剪切强度该键联接满足241075862TPDBL120P要求。（二）确定蜗轮轴与联轴器的连接键21、选择键的类型，由上文可知可以选用A型普通平键22、确定键的尺寸,查,可知键的尺寸,键剖450D时面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度B14H9L10MLLB1086M23、核键联接的强度,查10P2510PPA由计算键联接的挤压强度可知324107429586PTMPKDLP24、键的剪切强度该键联接满足2410752586TPDBL120P要求。（三）确定蜗杆轴与联轴器的连接键31、选择键的类型,由上文可知可以选用A型普通平键32、确定键的尺寸,查,可知键的尺寸,键剖172D时面尺寸应选为键宽,键高,由轮毂宽选键长,键的工作长度B6HL36MLLB30M33、校核键联接的强度,查10P2510PPA由计算键联接的挤压强度可知26893PTMKDLP34、键的剪切强度268501493TMPDBL该键联接满足要求。P七、减速器的箱体设计（一）箱体结构机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。（二）箱体技术要求铸造箱体必须经过时效处理。底座与箱盖合盖后，边缘应平齐。底座与箱盖合盖后未紧固螺栓时，用005MM塞尺检查剖分面接触的密合性，塞尺塞入深度不得大于剖分面深度的1/3。轴承孔的轴线与剖分面的不重合度不大于0203MM。轴承孔的圆度与圆柱度按7级公差GB/T11841996。轴承孔端面与其轴线的垂直度按7级公差GB/T11841996。轴承孔中心线平行度公差、轴承孔中心距的极限偏差、轴承孔中心线不相交性公差应符合设计要求。（三）箱体参数设定设计减速器的型式，尺寸。由于是蜗轮蜗杆减速器机座壁厚取0415436178A10机盖壁厚因为蜗杆在下取085机座凸缘厚度B机盖凸缘厚度1521机座底凸缘厚度2地脚螺钉直径取036756FDA18FD地脚螺钉数目4N轴承旁联接螺栓直径13FD机盖与机座联接螺栓直径20569F联接螺栓的间距取2DL1L轴承端盖螺钉直径34FD窥视孔盖螺钉直径072F定位销直径278D至外机壁距离12FD1C至凸缘边缘距离26轴承旁凸台半径1RC凸台高度0H外机壁至轴承座端面距离取1281426LC145L大齿轮顶圆与内机壁距离齿轮端面与内机壁距离20机盖机座肋厚110856M85M轴承端盖外径大小2D2轴承端盖凸缘厚度39TD轴承旁联接螺栓距离2150S八、减速器的润滑（一）蜗轮及轴承的润滑和密封减速器润滑主要分齿轮润滑和轴承润滑两部分。齿轮润滑介质分稀有润滑和半流体润滑等方式，齿轮润滑一般是靠油池面的齿轮溅油润滑，合箱面开有油槽形成回路将甩油回流到油池。轴承润滑主要是脂润滑（黄油润滑），采用油杯或黄油枪定期加油润滑。密封主要是齿轮和轴承间的密封，轴向密封用O型橡胶、毛毡等密封件。轴承压盖密封面用耐油橡胶石棉板就可以了。在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。九、安装及调试在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。也可调整蜗轮轴垫片，使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面。十、减速箱体的附件说明机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。十一、设计小结论文设计运用到了很多知识，例如将理论力学、材料力学、机械设计、机械原理等，使我对之前学习的知识有了更加深刻的体会。通过论文设计，基本掌握了运用AUTOCAD绘图软件制图的方法与思路，对计算机绘图方法有了进一步的加深，基本上能绘制一些较为简单的图。这次论文设计使我的理论水平、构思能力和判断力逐步有所提高，同时提高了分析问题解决问题的能力，为以后的工作打下坚实的基础。通过这次设计我对机械设计有了深入的了解，也是自己第一次将理论知识运用到实际当中，但本设计中还有很多不足与错误的地方，需要继续加强理论学习和思维能力。参考文献1孙桓、陈作模主编机械原理高等教育出版社出版200082席伟光、杨光、李波主编机械设计基础课程设计高等教育出版社出版200293吴宗泽、罗圣国主编机械设计课程设计手册高等教育出版社出版1998124吴宗泽主编机械设计高等教育出版社出版200355陈立德主编机械设计基础高等