solidworks涡轮蜗杆二级减速器（有图）设计说明书

1、solidworks涡轮蜗杆二级减速器设计作者：周志润 指导老师：许 伟安徽农业大学经济技术学院10机械设计制造及其自动化 合肥 230036摘要：机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本课题研究涡轮蜗杆二级减速器设计国产，通过制定合理的机械加工工艺来达到保证产品质量，节约能源，降低成本的目的。首先对零件图进行分析，了解工件结构形式，明确技术要求，从而对工件选择合适的加工方法。再拟定合理的工艺规程。设计中，在保证工件正确定位、加紧的基础上，要保证加工零件的位置精度等并提高加工生产率。本课题以solidwords的设计过程为学习平台，通过查找和收集相关材料和数据

2、，翻阅和学习相关材料，借助于solidwords这个三维设计软件，来实现所设计零件的三维造型。本课题着重研究了零件的设计工艺，涡轮蜗杆的外形结构，以及零件在箱体的定位、装夹。关键词：涡轮蜗杆 二级减速 solidworks 装配图1. 引言毕业设计是机械设计制造及其自动化专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，通过毕业设计使学生获得综合训练，对培养学生的实际工作能力具有十分重要的作用。毕业设计还是高等学校工科学院学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也

3、是对学生在校期间所获得知识的体验。这次设计的题目是：蜗轮蜗杆减速器。让学生对减速器的加工过程，以及经济型设计得到进一步的深入。2. 数据确定 2.1 传动简图和各项数据的确定。图1. 减速器传动简图电动机输入功率电动机输出功率涡轮蜗杆传动比（）齿轮传动比（）涡轮转速（n）2.34kw3.54kw31.08754960r/min轴1传动效率轴2传动效率轴3传动效率0.750.980.97 2.2 轴参数 2.2.1 各轴的转速 2.2.2 各轴的输入功率 2.2.3 各轴的输出功率 2.2.4 各轴的输入转矩 2.2.5 各轴的输出转矩 3. 蜗轮蜗杆的选择 = 3.5233kw , i = 3

4、1.0875, n = 960r /min 3.1 选择蜗轮蜗杆的传动类型 根据gb/t100851998 选择zi 3.2 选择材料 蜗杆选45 钢，齿面要求淬火，硬度为45-55hrc.蜗轮用zcusn10p1,金属模制造。为了节约材料齿圈选青铜，而轮芯用灰铸铁ht100 制造 3.3 按计齿面接触疲劳强度计算进行设计 （1）根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由文献1p254 式（11-12）， 传动中心距：前面的设计知作用在蜗轮上的转矩t2，按z1 =1,估取 = 0.75，则： （2）确定载荷系数k 因工作比较稳定，取载荷分布不均系

5、数= 1.3 ；由文献1p253 表11-5选取使用系数 ka =1.15 ；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系 = 1.05；则 (3)确定弹性影响系数 因选用的是45 钢的蜗杆和蜗轮用zcusn10p1 匹配的缘故，有= (4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和中心距a的比值/a = 0.35，从文献1p253图 11-18中可查到=2.9 (5)确定许用接触应力 根据选用的蜗轮材料为zcusn10p1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度45hrc，可从文献1p254 表11-7 中查蜗轮的基本许用应力 =268mpa应力循环次数. (6)计算中心距 取a=160mm，由i=30，则从文

6、献1p245 表11-2 中查取，模数m=8 蜗杆分度圆直径1 d =80mm。从图中 11-18 中可查=2.65，由于 即以上算法有效。 3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 （1）蜗杆 轴向尺距 直径系数 齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚图2.蜗杆（2） 蜗轮 蜗轮齿数=31, 变位系数= 0.5 验算传动比 这时传动比误差为：，在允许范围内。 蜗轮分度圆直径： 喉圆直径： 喉圆直径： 咽喉母圆半径： 齿面宽度：b0.67da1=0.6796=64.32,取b=64mm图3.涡轮 3.5验算效率 已知 = 5.71，v = arctan fv ； fv

7、与相对滑动速度s 有关。 。从文献1p264表11-18中用差值法查得：fv= 0.0239;v = 1.326代入式中，得= 0.77大于原估计值，因此不用重算。 3.6 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/t10089-1988 圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8 级精度，侧隙种类为f，标注为8f gb/t10089-1988。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。详细情况见零件图。4圆柱齿轮的设计 p=2.5117kw ，n = 30.8806r/min， i=4.0 4.1 材料选择（1）小齿轮的材料为 40gr(调质)

8、，硬度为 280hbs ,大齿轮的材料为 45 钢（调质），硬度为240 hbs ,二者之差为40 hbs 。（2）精度等级选8 级精度。（3）选小齿轮齿数1 z =19，大齿轮齿数 2 z =194 = 76，取 2 z = 76。（4）选压力角为 = 20。 4.2 按齿面接触强度计算设计 按式（10-21）试算，即 (1)确定公式中的各参数 试选载荷系数，kt =1.4 。 计算小齿轮的传递扭矩 由文献1p205 表10-7 选齿宽系数= 1 由文献1p201 表10-6 查的材料的弹性影响系数 由文献1p209 图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强

9、度极限=550mp 由文献1p206 式10-13 计算应力循环次数。 由文献1p207 图10-19 取接触疲劳寿命系数 。 计算疲劳需用应力。 取失效概率为 1%，安全系数s =1，由文献1p205 式（10-12）得 4.3 计算 (1)试算小齿轮的分度圆的直径代入 中较小值 (2)计算圆周速度v (3)计算齿宽b (4)计算齿宽与齿高之比 模数： 齿高： (5)计算载荷系数 根据v = 3.29m / s ，7 级精度，由文献1p194 图 10-8 查的动载荷系 kv =1.12 ； 直齿轮 由文献1p193 表10-2 查的使用系数：由文献 1p196 表10-4 用插值法6 级精

10、度，小齿轮相对支撑对称分布由 =8.4444 =1.518 查文献1p198 图10-13 得 ；故载荷系数 (6)按实际载荷系数校正算的分度圆直径，由文献1p204 式（10-10a ）得（7）计算摸数m 4.4 按齿根弯曲强度计算设计 由文献1p201 式（10-5）得弯曲强度计算设计 （1）公式内容的各计算值 由文献1p208 图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 ； 由文献1p206 图10-18 取弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许应力 取弯曲疲劳安全系数s = 1.4,由文献1p205 式（10-12）得 计算载荷系数k 查齿形系数。 由文献1p2

11、00 表10-5 查的 查取应力校正值系数。 由文献1p200 表10-5 查的 计算大、小齿轮的并比较 大齿轮的值大 (2)设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 模数，由于齿轮模m 的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数m 与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数4.5879 并就近圆整为标准值 mn = 5，按接触强度算的的分度圆直径d1 =131.7252mm来计算应有的齿数，于是由 取=27， 取=106这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到

12、结构紧凑，避免浪费。 4.5 取几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 (2)计算中心距 圆整取a=333mm（3） 计算齿轮宽度 圆整后=135mm =140mm图4.小齿轮图5.大齿轮5轴的设计计算 5.1 蜗杆轴 蜗杆上的功率转速和转矩分别如下： =3.5223kw =960r/min =35.2156n/m 5.1.1 按扭矩初算轴径 选用 45 钢调值，硬度为217 255hbs，根据文献p370(15 2)式，并查教材表15-3， 取 =110 考虑到有键槽，将直径增大 7%，则：d =17(1+ 7%)mm =18.16mm.因此选d = 20mm 5.1.2 蜗杆的结构设计（1）蜗杆

13、上零件的定位，固定和装配 一级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间，两队轴承对成分布，蜗杆由 轴肩定位，蜗杆周向用平键连接和定位。 i端：轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转 矩计算，查文献1p351表 14-1，考虑到转矩变化很小，故取 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件和考虑到蜗杆与电动机连接处电 动机输出轴的直径查文献3p172 表13-10 选用hl6 型号弹性套柱销联轴器。 因此选择段 =32mm 长度取=82mm,轴上键槽键宽和键高以及键长为108 70。 端：因为定位销键高度，取h = 6mm。因此，=+2h=44mm,轴承端盖的总长 为20mm,根据拆装的方便

14、取端盖外端面于联轴器右端面间的距离为l = 30mm所以， =30+20=50mm 段：初选用角接触球轴承，参考要求因，查文献3选用 7209ac 型号滚子承d d b = 4510019。 角接触球轴承一端用油环定位（宽度为6mm），油环紧靠轴环端用于轴肩定 位。 段：直径 轴环宽度,在满足强度下，又要节省 材料取轴肩宽度为 v段：由前面的设计知蜗杆的分度圆直径 = 80mm, 齿顶圆直径 ,蜗轮的喉 圆直径。 查文献1p250表 11-4 材料变形系数x = 0.5mm 所以蜗轮齿宽 ，综合考虑要使蜗轮与内壁有一定的距 离故选。 图6.蜗杆 5.2 蜗轮轴 5.2.1 输出轴的设计计算（1

15、） 输出轴上的功率，转速和转矩： pii =2.5371kw , nii =30.8806r/min ,tii =784.5997nm（2） 求作用在轴上的力 （3）初步确定轴径的最小直径 选用45钢，硬度217 255hbs 根具文献1p370 中(15 2)式，并查文献1p370表 15-3，取112, 考虑到键槽，将直径增大 10%，则；d = 50.35(17%)mm = 52.0978mm 所以，选用d = 55mm 5.2.2 轴的结构设计（1）轴上的零件定位，固定和装配 蜗轮蜗杆单级减速装置中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右端面用轴端盖定位，轴

16、向采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位，周向定位则采用过度配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，右轴承从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度 轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转矩计算 查文献1p表 14-1，考虑到转矩变化很小，故取则 。由输出端开始往里设计。查机械设计手册选用hl5 弹性柱销联轴器。 -段：。轴上键槽取1610，l = 70mm -段：因定位轴肩高度h = (0.07 0.1)d1=3.5mm，=55+23.5=62mm ，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，取 -段：初选用角接触球轴承，参照要求取型号为7213ac 型圆锥滚子。

17、轴承d db = 65mm120mm23mm，考虑到轴承右端用套筒定位，取齿轮距箱体内壁一段距离a=20mm，考虑到箱体误差在确定滚动轴承时应据箱体内。壁一段距离s，取s=8。已知所选轴承宽度t=23，则。-段：为安装蜗轮轴段涡轮的齿宽 取由于于为了使套筒能压紧蜗轮则。 -段：-v 段右端为轴环的轴向定位 -：图7.涡轮轴5.3 蜗杆轴的校核 5.3.1 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点的位置时，应从文献3中查取得a 值。对于7209ac 型轴承，由文献3p193 中查得a=18.2mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距l = (45mm + 65mm) 2 =

18、 220mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图可以看出中间截面是轴的危险截面。现将计算的截面的 、及m的值计算过程及结果如下： （1） 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大的弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据文献1p373 式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，轴的计算应力：故安全。 5.3.2 精度校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 截面ii、iii、iv 只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面ii、iii、iv 均无需校核。从

19、应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面v 和vi 与蜗轮啮合的应力集中最严重；从受载的情况来看，中心截面上的应力最大。截面v 的应力集中的影响和截面vi 的相近，但截面vi 不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。中心截面上虽然应力集中最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截中心面也不必校核。因而该轴只需校核截面v 左右即可。（2） 截面e 左侧 抗截面系数w = 0.1= 0.1 =16637.5mm 抗扭截面系数 截面 e左侧弯矩 截面e 上扭矩 轴的材料为45 钢，调质处理由文献1p362 表15-1 查得 截面上由于轴肩而形成的理

20、论应力集中系数以及按文献1p40 附表3-2 查 得 又由文献1p41 附图 3-1 可知轴的材料敏性系数故有效应力集 中系数 文献1p42 附图 3-2 尺寸系数. 文献1p44 附图 3-4, 又由文献1p39 表3-1 与文献1p40 表3-2 的碳钢的特性系数 计算安全系数 故该轴在截面左侧强度是足够的。（3）截面e 右侧 抗截面系数按文献1p373 表15-4 中的公式计算 抗扭截面系数 弯矩及扭转切应力为 过盈配合处由文献1p43 附表3-8 用插值法求出并取 按磨削加工，文献1p44 附图 3-4 表面质量系数轴未经表面强化处 理，即则按文献1p25式（3-12）和文献1p25

21、式（3-12a）故得综合系数为 又由文献1p39 附表3-1 与文献1p40 附表3-2 的碳钢的特性系数 计算安全系数sca 故该轴在截面右侧强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不 对称，故可略去静强度校核。至此蜗杆轴的设计即告结束。5.4 蜗轮轴的强度校核 5.4.1 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图，做出轴的计算简图。在确定轴承的支点的位置时，应从文献3中查取得a 值。对于7213ac 型轴承，由文献3p193 中查得a=24.2mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距l = (34mm + 45mm)2 =158mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，可以看出中间截

22、面是轴的危险截面。现将计算的截面的及m 的值计算过程及结果如下： （1）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大的弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据文献1p373 式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，轴的计算应力： 故安全。5.4.2 精度校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 截面ii、iii 只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面ii、iii 均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面iii 和iv 处过盈处配合引起的应力集中

23、最严重；从受载的情况来看，中心截面上的应力最大。截面v的应力集中的影响和截面iv 的相近，但截面v 不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。中心截面上虽然应力集中最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截中心面也不必校核。由第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面iv 左右即可。（2） 截面e 左侧 抗截面系数w=0.1=0.1= 27463 抗扭截面系数 截面e 左侧弯 截面e 上扭矩 轴的材料为45 钢，调质处理由文献1p362 表15-1 查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1p40 附表

24、3-2 查 取,因 又由文献1p41 附图 3-1 可知轴的材料敏性系数故有效应力集中系数 文献1p42 附图 3-2 尺寸系数 文献1p44 附图 3-4 轴未经表面强化处理 又由文献1p39 表3-1 与文献1p40 表3-2 的碳钢的特性系数 取=0.1；， 计算安全系数 故该轴在截面左侧强度是足够的（3） 截面e 右侧 抗截面系数按文献1p373 表15-4 中的公式计算 抗扭截面系数 弯矩及扭转切应力为 过盈配合处由文献1p43 附表3-8 用插值法求出并取,=3.16. 故 文献1p44 附图 3-4 表面质量系数.轴未经表面强化处理，即 则按文献1p25式（3-12）和文献1p2

25、5。式（3-12a）故得综合系数为： 又由文献1p39 附表3-1 与文献1p40 附表3-2 的碳钢的特性系数 取；，取 计算安全系数 故该轴在截面右侧强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称，故可略去静强度校核。至此轴的设计即告结束。6.键连接的选择及校核计算 6.1 输入轴与电动机轴采用平键连接 根据轴径= 32mm，= 82mm，查文献2p123 可选用 a型平键，得：b =10，h = 8，l = 70，k = 4即：键870gb/t1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1p106 表6-2 查的许用应力120mpa，取其平均值110mpa。键的工作

26、长度：=l b = 70 10 = 60mm键与联轴器接触高度k = 0.5h = 0.58mm = 4mm 。由文献1p106 式（6-1）得：所以此键强度符合设计要求。 6.2 输入轴与电动机轴采用平键连接 根据轴径1 d = 70mm， 1 l = 90mm，查文献2 p123可选用 a 型平键，得：b = 20，h =12，l = 70，k = 6。即：键2070gb/t1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1p106 表6-2 查的许用应力：，取其平均值110mpa。键的工作长度：l= b = 70 20 = 50mm键与联轴器接触高度k = 0.5h = 0.512m

27、m = 6mm。由文献1p106式（6-1）得：所以此键强度符合设计要求。 6.3 输入轴与电动机轴采用平键连接 根据轴径= 65mm，= 82mm，查文献1p123 可选用 a型平键，得：b =16，h =10，l = 70，k = 5即：键1670gb/t1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由文献1p106 表6-2 查的许用应力，取其平均值110mpa。键的工作长度：l= b = 70 10 = 60mm键与联轴器接触高度k = 0.5h = 0.510mm = 5mm 。由文献1p106式（6-1）得：所以此键强度符合设计要求。7.润滑和密封说明 7.1 润滑说明 因为其传动的圆周速度v 12m / s，故蜗杆采用浸油润滑，取浸油深度h=12mm；润滑油使用50 号机械润滑油。轴承采用润。滑脂润滑，因为轴承