电动汽车传动系统减速器方案优化设计【蜗轮蜗杆减速器】【F=3kN V=1.2ms D=310mm】
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沈阳化工大学科亚学院本科毕业设计 题 目：基于solidworks电动汽车传动系统减速器方案优化设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1202 学生姓名： 高鹏 指导教师： 英璐 论文提交日期： 2016 年 6 月 1 日论文答辩日期： 2016 年 6 月 7 日毕业设计任务书机械设计及其自动化 专业 1202 班学生：高 鹏 毕业设计题目：基于solidworks电动汽车传动系统减速器方案优化设计毕业设计内容：设计计算书一份；设计说明书一份； 制施工图折合A0号图1张,A1号图1张，A2号图2张 毕业设计专题部分： 1）减速器的发展状况 2）减速器的总体设计 3）轴承的选择和计算 4）其他零件设计 5）减速器的简介 6）结论指导教师： 签字 年 月 日摘 要 减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。减速器是靠输出和输入的齿轮的啮合来确定输出的速度的，传动轴之间的中心距及平行度直接影响了减速器的质量好坏。支承各传动轴，保证各传动轴之间的中心距及平行度，并保证减速器部件与发动机的正确安装是减速器组装的首要要求。减速器体加工质量的优劣，将直接影响到轴与齿轮等零件相互位置的准确性及减速器总成的使用寿命和可靠性。那么对减速器的输出输入轴承支撑孔的精度要求关键。减速器箱体是典型的箱体类零件，其结构形状复杂、壁薄，外部为了增加其强度加有很多强筋。有精度要求较高的多个平面、轴承孔系、螺孔等需要加工。因为刚度较差，切削中受力受热大，易产生振动和变形。蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，进一步对这一技术进行深入地了解和学习。关键词: 减速器; 蜗轮；蜗杆；蜗轮轴; 蜗杆轴Abstract Reducer is generally used in low speed high torque transmission device, the electric motor, internal combustion engine, or other high speed operating of power on the input shaft of the reducer gear of big gear on the output shaft gear mesh less to achieve the purpose of deceleration, ordinary there is few on the same principle of gear reducer and achieve ideal reduction effect, the size of the ratio of the number of teeth on the gears, transmission ratio. Reducer is depends on the gear meshing of output and input to determine the speed of the output, center distance between shaft and parallel degree directly affect the quality of the gear reducer is good or bad. Supporting the drive shaft, ensure the center distance between shaft and parallelism, and to ensure that the correct gear reducer parts and engine installation is a primary requirement of reducer assembly. Reducer body processing quality, directly will affect the shaft and gear parts location accuracy of each other and the service life and reliability of the gear reducer assembly. So for the output of the speed reducer type bearing support hole accuracy requirement of the key. Reducer box is a typical body parts, and its complex shape, thin wall structure, external in order to increase the strength and there are a lot of strong gluten. Have higher accuracy requirement of multiple plane, bearing hole and screw hole need to processing. Because of poor rigidity, cutting force in the heat is big, easy to produce deformation and vibration.Computer aided mechanical design of worm gear and worm gear reducer is widely used in todays design and manufacturing of advanced technology, through this topic research, further in-depth understanding of this technology and learning.Key words: gear reducer,； worm gear； worm,； worm wheel； worm shaft目 录第一章 绪论11.1本课题的背景及意义11.1.1本设计的设计要求11.2减速器的发展状况11.2.1国内减速机产品发展状况11.2.2国外减速机产品发展状况11.3.本设计的要求21.4研究内容21.4.1蜗轮蜗杆减速器的特点21.4.2方案拟订3第二章 减速器的总体设计42.1传动装置的总体设计42.1.1拟订传动方案42.1.2电动机的选择42.1.3确定传动装置的传动比及其分配52.1.4计算传动装置的运动和动力参数62.2 传动零件的设计计算72.2.1 蜗轮蜗杆传动设计72.3 轴的设计132.3.1 蜗轮轴的设计132.3.2 轴的结构172.3.3 蜗杆轴的设计17第三章 轴承的选择和计算183.1 蜗轮轴的轴承的选择和计算183.2 蜗杆轴的轴承的选择和计算193.3 减速器铸造箱体的主要结构尺寸19第四章 其他零件设计224.1键联接的选择和强度校核224.1.1高速轴键联接的选择和强度校核224.1.2低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核224.2 联轴器的选择和计算224.2.1 高速轴输入端的联轴器224.2.2 低速轴输出端的联轴器234.3 减速器的润滑234.4 部分零件加工工艺过程234.4.1 轴的加工工艺过程234.4.2 箱体加工工艺过程26第五章 减速器的简介285.1蜗轮蜗杆减速器简介285.2蜗杆传动特点285.3蜗轮蜗杆减速机的常见问题285.3.1 减速机发热和漏油285.4零件介绍295.4.1箱体295.4.2通气器305.4.3游标尺305.4.4风扇315.5蜗杆减速器装配315.6通用零件设计315.6.1轴承的三维模型成型325.6.2轴端盖的三维模型335.6.3油标的三维模型335.7涡轮蜗杆减速器主要零件三维模型345.7.1涡轮蜗杆减速器345.7.2涡轮整体装配图345.7.3蜗杆整体装配图355.7.4涡轮轴355.7.5蜗杆轴365.7.6减速器上箱体365.7.7减速器下箱体37第六章 结论38参考文献39致 谢40附录41沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1本课题的背景及意义 计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术。本次设计是蜗轮蜗杆减速器，通过本课题的设计，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。1.1.1本设计的设计要求 机械零件的设计是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容，因此，必须从机器整体出发来考虑零件的设计。设计零件的步骤通常包括：选择零件的类型；确定零件上的载荷；零件失效分析；选择零件的材料；通过承载能力计算初步确定零件的主要尺寸；分析零部件的结构合理性；作出零件工作图和不见装配图。对一些由专门工厂大批生产的标准件主要是根据机器工作要求和承载能力计算，由标准中合理选择。 根据工艺性及标准化等原则对零件进行结构设计，是分析零部件结构合理性的基础。有了准确的分析和计算，而如果零件的结构不合理，则不仅不能省工省料，甚至使相互组合的零件不能装配成合乎机器工作和维修要求的良好部件，或者根本装不起来。1.2减速器的发展状况1.2.1国内减速机产品发展状况国内的减速器多以齿轮传动，蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上，工艺水平和材料品质方面没有突破，因此没能从根本上解决传递功率大，传动比大，体积小，重量轻，机械效率高等这些基本要求。1.2.2国外减速机产品发展状况国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮转动为主，体积和重量问题也未能解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。 1.3.本设计的要求本设计的设计要求机械零件的设计是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容，因此，必须从机器整体出发来考虑零件的设计计算，而如果零件的结构不合理，则不仅不能省工省料，甚至使相互组合的零件不能装配成合乎机器工作和维修要求的良好部件，或者根本装不起来。机器的经济性是一个综合性指标，设计机器时应最大限度的考虑经济性。提高设计制造经济性的主要途径有：尽量采用先进的现代设计理论个方法，力求参数最优化，以及应用CAD技术，加快设计进度，降低设计成本；合理的组织设计和制造过程；最大限度地采用标准化、系列化及通用化零部件；合理地选择材料，改善零件的结构工艺性，尽可能采用新材料、新结构、新工艺和新技术，使其用料少、质量轻、加工费用低、易于装配尽力改善机器的造型设计，扩大销售量。提高机器使用经济性的主要途径有：提高机器的机械化、自动化水平，以提高机器的生产率和生产产品的质量；选用高效率的传动系统和支承装置，从而降低能源消耗和生产成本；注意采用适当的防护、润滑和密封装置，以延长机器的使用寿命，并避免环境污染。机器在预定工作期限内必须具有一定的可靠性。提高机器可靠度的关键是提高其组成零部件的可靠度。此外，从机器设计的角度考虑，确定适当的可靠性水平，力求结构简单，减少零件数目，尽可能选用标准件及可靠零件，合理设计机器的组件和部件以及必要时选取较大的安全系数等，对提高机器可靠度也是十分有效的。1.4研究内容1.4.1蜗轮蜗杆减速器的特点蜗轮蜗杆减速器的特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速化，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高.蜗轮蜗杆减速器是以蜗杆为主动装置，实现传动和制动的一种机械装置。当蜗杆作为传动装置时，在蜗轮蜗杆共同作用下，使机器运行起来，在此过程中蜗杆传动基本上克服了以往带传动的摩擦损耗；在蜗杆作为制动装置时，蜗轮，蜗杆的啮合，可使机器在运行时停下来，这个过程中蜗杆蜗轮的啮合静摩擦达到最大，可使运动中的机器在瞬间停止。在工业生产中既节省了时间又增加了生产效率，而在工艺装备的机械减速装置，深受用户的美誉，是眼前当代工业装备实现大小扭矩，大速比，低噪音，高稳定机械减速传动独揽装置的最佳选择。1.4.2方案拟订A、箱体(1)：蜗轮蜗杆箱体内壁线的确定； (2)：轴承孔尺寸的确定；(3)：箱体的结构设计；a.箱体壁厚及其结构尺寸的确定 b. 轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸的确定c.确定箱盖顶部外表面轮廓 d. 外表面轮廓确定箱座高度和油面e. 输油沟的结构确定 f. 箱盖、箱座凸缘及连接螺栓的布置B、轴系部件(1) 蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计a. 轴的径向尺寸的确定 b. 轴的轴向尺寸的确定(2)轴系零件强度校核 a. 轴的强度校核 b. 滚动轴承寿命的校核计算C、减速器附件a.窥视孔和视孔盖 b. 通气器 c. 轴承盖 d. 定位销 e. 油面指示装置 f. 油塞 g. 起盖螺钉 h. 起吊装置46沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 减速器的总体设计第二章 减速器的总体设计2.1传动装置的总体设计2.1.1拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力F=3KN，工作速度=1.2m/s，滚筒直径D=310mm，传动效率=0.96，（包括滚筒与轴承的效率损失）两班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用寿命8年。环境最高温度80。本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图6.1所示。 图6.1 传动装置简图1电动机 2、4联轴器 3级蜗轮蜗杆减速器5传动滚筒 6输送带2.1.2电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率 = / (2-1)式中 工作机要求的电动机输出功率，单位为KW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率输送机所需的功率 P=Fv1000w=30001.210000.8=4.5 kW (2-2)电动机所需的功率= = =0.990.990.80.990.990.76 (2-3) =4.50.8=5.92kW查表，选取电动机的额定功率 =7.5kw (2-4)（3）选择电动机的转速传动滚筒转速=73.96 r/min由表推荐的传动比的合理范围，取蜗轮蜗杆减速器的传动比=1040，故电动机转速的可选范围为： = n=（1040）73.96=740-2959r/min (2-5) 这范围的电动机同步转速有750、1000、1500、3000 r/min四种，现以同步转速1000 r/min和1500 r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。 合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y132M4。2.1.3确定传动装置的传动比及其分配减速器总传动比及其分配：减速器总传动比 i=144073.96=19.47 (2-6)式中i传动装置总传动比工作机的转速，单位r/min电动机的满载转速，单位r/min2.1.4计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率 轴P= P=5.920.990.99=5.8kW (2-7) 轴P= P=5.80.990.990.8=4.54kW (2-8)（2）各轴的转速 电动机： =1440 r/min (2-9) 轴：n= =1440 r/min 轴：n=144019.47=73.96 r/min (2-10)（3）各轴的输入转矩电动机轴： =9550pd/nm=95505.921440=39.26Nm (2-11) 轴：T= 9550p1/n1=95505.8/1440=38.46Nm (2-12) 轴：T= 9550p2/n2=95504.54/73.96=586.22Nm (2-13)上述计算结果汇见表2-1表3-1传动装置运动和动力参数 输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比效率电动机轴5.92144039.2610.98轴5.8144038.3619.470.784轴4.5473.96586.222.2 传动零件的设计计算2.2.1 蜗轮蜗杆传动设计一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）蜗杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度4550HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。二.计算步骤1.按接触疲劳强度设计设计公式 mm (2-14) 选z1，z2： 查表7.2取z1=2， z2= z1n1n2=2144073.96=38.9439. (2-15) z2在3064之间，故合乎要求。初估=0.82（2）蜗轮转矩T2： T2=T1i=9.551065.819.470.821440=614113.55 Nmm (2-16)（3）载荷系数K：因载荷平稳，查表7.8取K=1.1 （4）材料系数ZE查表7.9， ZE=156) (2-17) （5）许用接触应力0H查表7.10， 0H=220 Mpa N=60jn2Lh=6073.96112000=5.325107 (2-18) ZN=0.81135338 H=ZN0H= 0.81135338220=178.5 Mpa（6）md1： md1 =1.1614113.55=2358.75mm (2-19)（7）初选m，d1的值：查表7.1取m=6.3，d1=63 md1=2500.472358.75 (2-20)（8）导程角 tan= =0.2 (2-21) =arctan0.2=11.3（9）滑动速度Vs Vs= =4.84m/s (2-22)（10）啮合效率由Vs=4.84 m/s查表得 =116 1 =0.2/0.223=0.896 (2-23)（11）传动效率取轴承效率 2=0.99 ，搅油效率3=0.98 =123=0.8960.990.98=0.87 (2-14) T2=T1i=9.551065.819.470.871440=651559.494Nmm（12）检验md1的值 md1=0.651559.494=18202500.47 (2-15)原选参数满足齿面接触疲劳强度要求2.确定传动的主要尺寸m=6.3mm，=63mm，z1=2，z2=39中心距a a=154.35mm (2-16)(1)蜗杆尺寸分度圆直径d1 d1=63mm齿顶圆直径da1 da1=d1+2ha1=(63+26.3)=75.6mm (2-17)齿根圆直径df1 df1=d12hf=6326.3(1+0.2)=47.88mm (2-18)导程角 tan=11.30993247 右旋轴向齿距 Px1=m=3.146.3=19.78mm (2-19)齿轮部分长度b1 b1m(11+0.06z2)=6.3(11+0.0639)=84.04mm取b1=90mm (2-20)(2)蜗轮尺寸分度圆直径d2 d2=mz2=6.339=245.7mm (2-21)齿顶高 ha2=ha*m=6.31=6.3mm (2-22)齿根高 hf2= (ha*+c*)m=(1+0.2)6.3=7.56mm (2-23)齿顶圆直径da2 da2=d2+2ha2=245.7+26.31.2=230.58mm (2-24)齿根圆直径df2 df2=d22m(ha*+c*)=38419.2=364.8mm (2-25)导程角 tan=11.30993247 右旋轴向齿距 Px2=Px1= m=3.146.3=19.78mm (2-26)蜗轮齿宽b2 b2=0.75da1=0.7575.6=56.7mm (2-27)齿宽角 sin(/2)=b2/d1=56.763=0.9 (2-28)蜗轮咽喉母圆半径 rg2=ada22=154.35129.15=25.2mm (2-29)(3)热平衡计算估算散热面积A A= (2-30)验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数：Ks=20 W/()。 73.4580 (2-31)油温未超过限度(4)润滑方式根据Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油润滑，油的运动粘度 V40=35010-6/s (2-32)(5)蜗杆、蜗轮轴的结构设计(单位：mm)蜗轮轴的设计最小直径估算 dminc (2-33)c查机械设计表11.3得 c=120 dmin=120 =47.34 (2-34)根据机械设计表11.5，选 dmin=48 d1= dmin+2a =56 (2-35) a(0.070.1) dmin=4.084() d2=d1+ (15)mm=56+4=60 d3=d2+ (15)mm=60+5=65 d4=d3+2a=65+26=77 a(0.070.1) d3=5.5256h由机械设计表11.4查得 h=5.5 b=1.4h=1.45.5=7.78 (2-36) d5=d42h=7725.5=66 d6=d2=60 l1=70+2=72蜗杆轴的设计最小直径估算 dminc = 120=19.09 取dmin=30 (2-37) d1=dmin+2a=20+22.5=35 a=(0.070.1)dmin d2=d1+(15)=35+5=40 d3=d2+2a=40+22=44 a=(0.070.1)d2 d4=d2=40h查机械设计表11.4蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。蜗轮采用轮箍式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个上述结果见表3-1表3-1 蜗轮蜗杆传动设计名 称代号计算公式结 果蜗杆中 心 距=a=154.35传 动 比i=19.47蜗杆分度圆柱的导程角蜗杆轴向压力角标准值齿 数z1=2分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径=47.88蜗杆螺纹部分长度名 称代号计算公式结 果蜗轮中 心 距=a=154.35传 动 比i=19.47蜗轮端面压力角标值蜗轮分度圆柱螺旋角齿 数=39分度圆直径齿顶圆直径=258.3齿根圆直径蜗轮最大外圆直径2.3 轴的设计2.3.1 蜗轮轴的设计（1）选择轴的材料选取45钢，调质，硬度HBS=230，强度极限=600 Mpa，由表查得其许用弯曲应力=55Mpa 查机械设计基础（表10-1、10-3）（2）初步估算轴的最小直径取C=120，得 dmin=120 =47.34mm (2-38)根据机械设计表11.5，选dmin=63（3）轴的结构设计 轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将齿轮按排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位,右面用轴端挡，圈轴向固定. 键联接作周向固定。轴做成阶梯形，左轴承 从做从左面装入，齿轮、套筒、右轴承和联轴器依次右面装到轴上。 确定轴各段直径和长度段d1=50mm L1=70mm段选30212型圆锥滚子轴承，其内径为60mm，宽度为22mm。故段直径d2=60mm。段考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端盖与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为38mm。故L3=40mm，d3=65mm。段 d4=77mm,L4=70mm (2-39)段 d5=d4+2h=77+25.5=88mm,L5=8mm 段 d6=65mm,L6=22mm段 d7=d2=760mm,L7=25（4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的结构与装配图 (a)图绘出轴的受力简图 (b)图绘出垂直面受力图和弯矩图 （c）图 N (2-40) N (2-41) N (2-42) 轴承支反力： N (2-43) FRBV=Fr+FRAV =33.88+16.94=50.82N计算弯矩：截面C右侧弯矩 (2-44) 截面C左侧弯矩 (2-45)绘制水平面弯矩图 (d)图 轴承支反力： (2-46)截面C处的弯矩 (2-47)绘制合成弯矩图 (e)图图 3.2 低速轴的弯矩和转矩 Nm (2-48) (a)轴的结构与装配 (b)受力简图 (c)水平面的受力和弯矩图(d)垂直面的受力和弯矩图 (e)合成弯矩图 (f)转矩图 (g)计算弯矩图 Nm (2-49)绘制转矩图 (f)图 105 Nmm=586 Nm绘制当量弯矩图 (g)图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取0.6，截面C处的当量弯矩为 Nm (2-50)2.3.2 轴的结构 见图所示图3.3 蜗轮轴的结构图2.3.3 蜗杆轴的设计（1）选择轴的材料 选取45钢，调质处理，硬度HBS=230，强度极限=650 Mpa，屈服极限=360 Mpa，弯曲疲劳极限=300 Mpa，剪切疲劳极限=155 Mpa，对称循环变应力时的许用应力=60 Mpa。（2）初步估算轴的最小直径最小直径估算 dmincx= 120x=19.09 取dmin=20 (2-51) （3）轴的结构设计 按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=35mm，初选轴承型号为30207圆锥滚子轴承（GB/T29794），采用蜗杆轴结构，其中，齿根圆直径mm，分度圆直径mm，齿顶圆直径mm，长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相类似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构见图3.4所示： 图3.4 蜗杆轴的结构草图 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 轴承的选择和计算第三章 轴承的选择和计算3.1 蜗轮轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，初步选用30212（GB/T29794）圆锥滚子轴承，内径d=60mm,外径D=110mm,B=22mm.（1）计算轴承载荷 轴承的径向载荷 轴承A： (3-1)轴承B： (3-2) 轴承的轴向载荷轴承的派生轴向力 (3-3)查表得：30212轴承153832 =17.173N (3-4) =23.89N无外部轴向力。因为，轴承A被“压紧”，所以，两轴承的轴向力为 (3-5) 计算当量动载荷由表查得圆锥滚子轴承30211的取载荷系数，轴承A： e (3-6)取X=1，Y=0，则 (3-7)轴承B： e (3-8)取X=1，Y=0，则 (3-9)3.2 蜗杆轴的轴承的选择和计算 按轴的结构设计，选用30207圆锥滚子轴承（GB/T29794），经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。具体的校核过程略。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 轴承的选择和计算3.3 减速器铸造箱体的主要结构尺寸(1) 箱座（体）壁厚：=8，取=15，其中=154.35；(2) 箱盖壁厚：=0.858，取=12；(3) 箱座、箱盖、箱座底的凸缘厚度：，；(4) 地脚螺栓直径及数目：根据=154.35，得，取df=18,地脚螺钉数目为4个；(5) 轴承旁联结螺栓直径：(6) 箱盖、箱座联结螺栓直径：=914.4，取=12；(7) 表2.5.1轴承端盖螺钉直径：高速轴低速轴轴承座孔（外圈）直径100130轴承端盖螺钉直径1216螺 钉 数 目66(8) 检查孔盖螺钉直径：本减速器为一级传动减速器，所以取=10；(9) 轴承座外径： ，其中为轴承外圈直径，把数据代入上述公式，得数据如下：高速轴： ，取， (3-10)低速轴：，取； (3-11)(10) 表2.5.2螺栓相关尺寸： 表3-1 蜗轮蜗杆传动设计18=12锪孔直径363026至箱外壁的距离242018至凸缘边缘的距离201816(11) 轴承旁联结螺栓的距离：以螺栓和螺钉互不干涉为准尽量靠近，一般取；(12) 轴承旁凸台半径：20，根据而得；(13) 轴承旁凸台高度：根据低速轴轴承外径和扳手空间的要求，由结构确定；(14) ，取=48；(15) 箱盖、箱座的肋厚：0.85，取=12，0.85，取=14；(16) 大齿轮顶圆与箱内壁之间的距离：，取=16；(17) 铸造斜度、过渡斜度、铸造外圆角、内圆角：铸造斜度=1：10，过渡斜度=1：20，铸造外圆角=5，铸造内圆角=3。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第四章 其他零件设计第四章 其他零件设计4.1键联接的选择和强度校核4.1.1高速轴键联接的选择和强度校核高速轴采用蜗杆轴结构，因此无需采用键联接。4.1.2低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核(1) 选用普通平键（A型）按低速轴装蜗轮处的轴径d=77mm，以及轮毂长 =73mm，查表，选用键221463 GB10962003。(2) 强度校核键材料选用45钢，查表知，键的工作长度 mm，mm，按公式的挤压应力小于，故键的联接的强度是足够的。4.2 联轴器的选择和计算4.2.1 高速轴输入端的联轴器计算转矩，查表取，有，查表选用TL5型弹性套柱销联轴器，材料为35钢，许用转矩，许用转速r/min，标记：LT5联轴器3050 GB432384。选键，装联轴器处的轴径为30mm，选用键8745 GB109679，对键的强度进行校核，键同样采用45钢，有关性能指标见（2.6.2），键的工作长度mm，mm，按公式的挤压应力，合格。所以高速级选用的联轴器为LT5联轴器3050 GB432384，所用的联结键为8745 GB109679。4.2.2 低速轴输出端的联轴器根据低速轴的结构尺寸以及转矩，选用联轴器LT8联轴器5070 GB432384，所用的联结键为14960 GB109679，经过校核计算，选用的键是符合联结的强度要求的，具体的计算过程与上面相同，所以省略。4.3 减速器的润滑减速器中蜗轮和轴承都需要良好的润滑，起主要目的是减少摩擦磨损和提高传动效率，并起冷却和散热的作用。另外，润滑油还可以防止零件锈蚀和降低减速器的噪声和振动等。本设计选取润滑油温度时的蜗轮蜗杆油，蜗轮采用浸油润滑，浸油深度约为h11个螺牙高，但油面不应高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心。 4.4 部分零件加工工艺过程4.4.1 轴的加工工艺过程轴的工艺过程相对于箱盖，底座要简单许多，本设计输出轴的一般工艺过程为：(1) 落料、锻打(2) 夹短端、粗车长端端面、打中心孔(3) 夹短端、粗车长端各档外圆、倒角(4) 反向夹长端，粗车短端外圆、倒角、粗车短端端面、打中心孔(5) 热处理(6) 夹短端，半精车短端外圆(7) 反向夹长端，半精车短端外圆(8) 磨长端外圆(9) 反向磨短端外圆(10) 铣两键槽(11) 加工好的蜗轮轴图1 涡轮轴 4.4.2 箱体加工工艺过程蜗轮蜗杆减速器的箱盖和箱体，它们的工艺过程比较复杂，先是箱盖和箱体分别单独进行某些工序，然后合在一起加工，最后又分开加工。箱盖单独先进行的工序有：（1） 箱盖铸造（2） 回火、清沙、去毛刺、打底漆、毛坯检验（3） 铇视孔顶面（4） 铇剖分面（5） 磨剖分面（6） 钻、攻起盖螺钉完成前述单独工序后，即可进行下列工序：（1） 箱盖、箱体对准合拢，夹紧；钻、铰定位销孔，敲入圆锥销（2） 钻箱盖和箱体的联接螺栓孔，刮鱼眼坑（3） 分开箱壳，清除剖分面毛刺、清理切屑（4） 合拢箱壳，敲入定位销，拧紧联接螺栓（5） 铣两端面（6） 粗镗各轴轴承座孔（7） 精镗各轴轴承座孔（8） 钻、攻两端面螺孔（9） 拆开箱壳（10） 装上油塞，箱体地脚螺栓孔划线（11） 钻地脚螺栓孔、刮鱼眼坑（12） 箱盖上固定视孔盖的螺钉孔划线（13） 钻、攻固定视孔盖的螺钉孔（14） 去除箱盖、箱体接合面毛刺，清除铁屑（15） 内表面涂红漆沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 减速器的简介第五章 减速器的简介5.1蜗轮蜗杆减速器简介蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。5.2蜗杆传动特点蜗杆传动的主要优点是可以获得较大的单级传动比。在动力传动中，传动比的一般范围在580，对非动力传动，传动比可达1000或更大。由于传动比大，零件数目少，因而结构紧凑。由于蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮轮齿的啮合是逐渐进入或退出啮合，因而传动平稳，振动和噪声小。另外，不需其它辅助机构即可获得传动的自锁性。 蜗杆传动的主要缺点是效率低，故不宜在大功率连续运转条件下工作。为减轻齿面磨损及避免胶合，蜗轮一般需要用较贵重的减摩材料(如青铜)制造。目前，各种新型蜗杆传动研究的重点是提高传动效率，以适应高效率连续大功率传动的要求5.3蜗轮蜗杆减速机的常见问题5.3.1 减速机发热和漏油蜗轮减速机为了提高效率，一般均采用有色金属做蜗轮，采用较硬的钢材，由于它是滑动摩擦传动，在运行过程中，就会产生较高的热量，使减速机各零件和密封之间热膨胀产生差异，从而在各配合面产生间隙，而油液由于温度的升高变稀，容易造成泄漏。主要原因有四点，一是材质的搭配是否合理，二是啮合磨擦面的表面质量，三是润滑油的选择，添加量是否正确，四是装配质量和使用环境。1、蜗轮磨损蜗轮一般采用锡青铜，配对的蜗杆材料一般用45钢淬硬至HRC45一55,还常用40C:淬硬HRC50一55，经蜗杆磨床磨削至粗糙度RaO.8fcm,减速机正常运行时，蜗杆就象一把淬硬的“锉刀”，不停地锉削蜗轮，使蜗轮产生磨损。一般来说，这种磨损很慢，象某厂有些减速机可以使用10年以上。如果磨损速度较快，就要考虑减速机的选型是否正确，是否有超负荷运行，蜗轮蜗杆的材质，装配质量或使用环境等原因。2、传动小斜齿轮磨损一般发生在立式安装的减速机上，主要跟润滑油的添加量和润滑油的选择有关。立式安装时，很容易造成润滑油油量不足，当减速机停止运转时，电机和减速机间传动齿轮油流失，齿轮得不到应有的润滑保护，启动或运转过程中得不到有效的润滑导致机械磨损甚至损坏。3、蜗杆轴承损坏减速机发生故障时，即使减速箱密封良好，该厂还是经常发现减速机内的齿轮油已经被乳化，轴承已生锈、腐蚀、损坏，这是因为减速机在运停过程中，齿轮油由热变冷后产生的水分凝聚造成;当然，也和轴承质量，装配工艺方法密切相关。5.4零件介绍5.4.1箱体箱体是减速器的重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单件生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑筋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底一般不采用完整的平面。5.4.2通气器减速器工作时，由于箱体内温度升速，气体膨胀，使压力增大，箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，箱体顶部应装有通气器。在内部横向的孔与纵向的孔是相交的。5.4.3游标尺润滑对蜗杆传动来说，具有特别重要的意义。因为当润滑不良时，传动效率将显著降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险，所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑，在润滑油中还常加入添加剂，使其提高抗胶合能力。对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅油损耗不致过大的情况下，应有适当的油量。这样不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。蜗杆下置式，浸油深度应为蜗杆的一个齿高；当为蜗杆上置式时，浸油深度约为蜗轮外径的13。为使箱体内保持适度的油量，在下箱体应装有游标尺。如下图4.3 图风扇由于蜗杆传动效率较低，工作时发热量大，在闭式传动中，若散热不良，将使减速器温度和油温不断升高，润滑油稀释，变质老化，润滑失效，导致齿面胶合。根据热平衡计算在既定工作条件下的油温为191，故选用在蜗杆轴端加装风扇来提高散热能力。5.5蜗杆减速器装配装配时可分为两大部分，一是蜗轮装配体，一是蜗杆装配体及下箱体。然后按照各个零部件的配合关系依次进行装配。将风扇、蜗杆、蜗杆键、蜗杆轴承、蜗轮装配体都设置为运动零部件，其余均为静止零部件。为蜗轮、蜗杆添加的旋转副并设蜗杆轴为主运动件，添加运动速度为360度/秒。为提高仿真效率，蜗轮蜗杆之间的啮合不使用碰撞关系，而在蜗轮与蜗杆的旋转副之间添加耦合，根据传动比为20.5及转动的方向，故耦合关系为蜗杆转动20.5，蜗轮转-1。将仿真时间设置为10秒。5.6通用零件设计 打开solidworks软件,单击新建，点击”齿轮绘制”工具，输入齿轮参数（模数、齿数、压力角、变位系数、齿顶高系数等），生成整体齿轮形图。在solidworks中编辑草图，添加几何关系，拉伸凸台，生成三维模型，见图5-1 图5-1 轴端盖 5.6.1轴承的三维模型成型在solidworks中，阶梯轴的形成比较容易实现。可以先经过拉升，也可以完成轴的纵截面，然后一次旋转完成。在TOOLBOX里调用轴承如下图5-2所示 图5-2 轴承5.6.2轴端盖的三维模型先在草绘中根据已有的尺寸画出二维图，然后经过拉升、打孔等特征画出轴端盖的三维图如5-3 图5-3 轴端盖5.6.3油标的三维模型先在草绘中根据已有的尺寸画出二维图，然后经过拉升、打孔 如图5-4 图5-4 油标5. 7涡轮蜗杆减速器主要零件三维模型5.7.1涡轮蜗杆减速器 图5-5 蜗轮蜗杆减速器5.7.2涡轮整体装配图 图5-6 涡轮5.7.3蜗杆整体装配图图5-7 蜗杆5.7.4涡轮轴图5-8 涡轮轴5.7.5蜗杆轴图5-9 蜗杆轴5.7.6减速器上箱体图5-10 减速器上箱体5.7.7减速器下箱体图5-11减速器下箱体沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第六章 结论第六章 结论通过这次毕业设计的实践，使我对机械设计的过程有了更加深刻的了解。在机械设计方面的知识得到了巩固和深化。同时也能够融会贯通的应用各个知识点。在整个设计过程中，我学到了一些关于机械设计的思路，培养了我收集并应用资料的能力。通过对Solidworks软件的自学，提高了我的自学能力。同时在计算机辅助设计方面又有了新的提高。毕业论文是非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的减速器的设计及装配，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。这次的毕业设计不仅是对自己大学几年的考核，也是在工作之前对自身的一次全面、综合型的测试。这为今后走向工作岗位打下了坚实的基础。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 参考文献参考文献1 吴彦农，康志军.Solidworks2003实践教程. 淮阴：淮阴工学院，20032 叶伟昌. 机械工程及自动化简明手册（上册）. 北京：机械工业出版社，20013 徐锦康. 机械设计. 北京：机械工业出版社，20014 成大先. 机械设计手册（第四版 第4卷）. 北京：化学工业出版社，2002 5 葛常清. 机械制图（第二版）. 北京：中国建材工业出版社，20006 朱 敬. 孙明，邵谦谦.AutoCAD2005.电子工业出版社，2004 7 董玉平. 机械设计基础.机械工业出版社，20018 曾正明. 机械工程材料手册. 北京：机械工业出版社，20039 周昌治. 杨忠鉴，赵之渊，陈广凌. 机械制造工艺学. 重庆：重庆大学出版社，199910 曲宝章. 黄光烨. 机械加工工艺基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，200211 张福润. 徐鸿本，刘延林. 机械制造基础（第二版）. 武汉：华中科技大学出版社，200212 徐锦康. 机械设计. 北京：高等教育出版社，200413 宁汝新. 赵汝嘉. CAD/CAM技术. 北京：机械工业出版社，200314 司徒忠. 李璨. 机械工程专业英语. 武汉：武汉理工大学出版社，200115 牛又奇. 孙建国. 新编Visual Basic程序设计教程. 苏州：苏州大学出版社，200216 甘登岱. AutoCAD2000.航空工业出版社，200017 夸克工作室.SolidWorks2001.科学出版社，200318 吴权威. SolidWorks2003.科学出版社，200419 甘永立. 几何量公差与检测.上海科学技术出版社，200420 宋宝玉.机械设计课程设计指导书M.北京:高等教育出版社，2006.21 李秀珍，曲玉峰.机械设计基础M.北京：机械工业出版社，1993.22 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册(第二版),199923 王知行，邓宗全.机械原理M.北京.高等教育出版社，2006.24 屈本宁，张宝中，王国超.理论力学.重庆大学出版社，2004.25 孙训方，方孝淑，关来泰.材料力学（第五版）2009.26 濮良贵,纪名刚,吴立言.机械设计（第九版）北京：高等教育出版社，2006.沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢致 谢这次毕业设计说明书完成及软件的应用，首先要感谢我的指导老师，在毕业设计中对减速器的设计、装配仿真以及说明书的编制过程中，给予了精心的指导，并讲解了各项专业要领，提出了宝贵的专业意见,使我的设计有了良好的开端。经过努力，为这次的毕业设计划上了一个圆满的句号，也为以后的工作打下了基础。通过这次的毕业设计，我发现了平时在学习当中的不足，同时还在设计过程中学到了从书本上无法学到的东西。再次感谢教过我的所有专业课老师，给我今天做毕业设计打下了良好的基础， 感谢学校给予的支持和机会，感谢同学的无私帮助。同时要感谢百忙之中参加毕业答辩的评审老师们。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 附录附录齿轮的三维造型从电脑开始菜单启动Solidworks软件，在主窗口下单击菜单“文件新建”命令，弹出如图3-1所示的“新建”对话框。选用“零件”模板，按“确定”后进入编辑界面。首先对减速器的齿轮进行三维实体造型。齿轮的三维实体造型可以通过插件来完成。所以在进入编辑界面后，首先要对工具栏中的“Toolbox”插件进行安装。然后单击任务窗格中的按钮，再单击按钮。此时出现很多其它国家标准。则选用国际标准中的，最后单击按钮。出现一系列的齿轮供我们选择。将鼠标移动到“正齿轮”选项上右击后选择“生成零件”的选项。此时图形区域出现如图4-1-1所示的齿轮。. 图4-1-1 第1步 图4-1-2 第2步 图4-1-3 第3步 图4-1-4 第4步 图4-1-5 第5步 图4-1-6 第6步 再在图形区域的左边的PropertyManager中输入所需齿轮的参数，例如：模数为3，齿数为128，压力角为20度，面宽为80mm，毂样式选择类型A，标准轴径为70mm，键槽为矩形等数据后单击“确定”，所得齿轮的三维实体如图4-1-2所示。然后再以齿轮的侧面为基准面建立草图，在此基准面上分别绘制直径为352.5mm和直径为108.8mm的同心圆，如图4-1-3所示。再在工具栏中单击按钮进行拉伸切除，且拉伸切除的厚度为30mm，如图4-1-4所示。以同样的方法对齿轮的另一侧面做同样的处理。处理后的齿轮两侧如图4-1-5所示。继续再以齿轮的任意一侧为基准面建立草图，在基准面上绘制半径为115.32mm的圆， 图4-1-7 第7步 图4-1-8 第8步 图4-1-9 第9步 图4-1-10 第10步 图4-1-11 第11步 如图4-1-6所示。并以此为基圆，在圆上任意一点绘制直径为30mm的圆，如图4-1-7所示。再单击工具栏中按钮，对直径为30mm的圆进行圆周草图阵列，然后修改PropertyManager中的参数，将阵列的份数设为6，角度为360度等，再选择要阵列的圆。单击“确定”得到如图4-1-8所示的二维曲线。再将草图中半径为115.32mm基圆删除。单击按钮，对齿轮进行完全贯穿的拉伸切除。得到如图4-1-9所示的三维实体齿轮。最后再单击按钮，对齿轮的每个直角边进行倒角。将PropertyManager中倒角参数设为2mm，再选择要进行倒角的所有边线，如图4-1-10所示。最终得到如图4-1-11所示的三维实体齿轮。齿轮轴的三维造型在完成对齿轮的三维实体造型后，直接在主窗口下单击菜单“文件新建”命令，弹出如图3-1所示的“新建”对话框。选用“零件”模板，按“确定”后重新进入一个新的编辑界面。为了便于齿轮轴的三维造型，我首先进行齿轮部分的三维造型。再进行其它轴段的三维造型。单击按钮，以前视基准面为基准创建草图，在草图中绘制直径为81mm的圆，如图4-2-1所示。再单击按钮对圆进行拉伸，拉伸距离为100mm，如图4-2-2所示。然后再对拉伸的实体进行进行倒角处理，单击按钮，在PropertyManager中将倒角的距离参数设为6.75mm。所得到的实体图形如
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