机电一体化毕业设计（论文）-一级蜗轮蜗杆减速器设计

1、学 号 0301020814 分 类 号 江苏播送电视大学 毕业设计论文论文题目： 一级蜗轮蜗杆减速器设计 专 业： 机电一体化 班 级： 学 号： 0301020814 姓 名： 指导教师： 2008年 4 月 28 日目 录中英文摘要1引言或绪论1 2 设计方案的拟订 1 3减速器的总体设计 1 3.1传动装置总体设计 43.2传动零件的设计计算 4 3.3轴的设计 10减速器铸造箱体的主要结构尺寸 13键联接的选择和强度校核 15联轴器的选择和计算 153.7 减速器的润滑 16结论 17参考文献 18致谢一级蜗轮蜗杆减速器的设计中文摘要减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动

2、或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机中应用很广。齿轮是减速器的重要核心。目前齿轮传动功率可达125000kW;圆周速度可达300m/r；转速可达100000r/min；齿轮减速器的传动比可达38851677效率可达0.995；齿轮箱内的温度可达538度；重载齿轮的寿命可达30年以上, 在齿轮尺寸方面:分度圆直径可从不到50Lm至几十米,甚至可到达152.3m;齿轮的模数从0.04mm直到100mm；齿轮的齿数从特殊齿轮

3、的齿数1或2直至可达数千齿。减速器和齿轮的设计与制造技术的开展,在一定程度上标志着一个国家的工业水平,因此,开拓和开展减速器和齿轮技术在我国有广阔的前景。关键词：减速器 齿轮 传动English abstractReduction gear is that one kind of reason closes independent component been composed of by gear run , worm drive or gear wheel worm drive within stiffness monoblock , is the retarded actuator in

4、 common use between driving force machine and working machine; Actuator being also used as speed increase under occasion in minority, is called the speed increase implement right away at this time. Reduction gear reliable , is put into use defending a simplicity, may give birth to a child in batches

5、 together since structure is compact , efficiency is higher , delivery motion is accurate, expand very much therefore middle applying to modern machine. The gear wheel is important reduction gear core. Gear run power may amount to 125000 kW at present; Circumference speed may amount to 300 m/r; The

6、rotation rate may amount to 100000 r/min，Reduction gear and development of the gear wheel design and fabrication technology, the industry being indicating a country to a certain extent is horizontal , the technology therefore, opening up and developing reduction gear and the gear wheel has broad pro

7、spects in our country. Keywords：Reduction gear Gear wheel Drive江苏播送电视大学毕业设计 (论文)任务书专 业：机械制造与自动化数控技术应用方向 系主任： 承当人： 梅 佳 题 目： 一级蜗轮蜗杆减速器的设计 根本要求：(包括意义、内容、方法、步骤、原始数据、技术要求等) 减速机是机械加工中的常用装备之一，利用计算机辅助设计技术，可克服其过去设计计算繁琐、绘图工作量大及工作效率低等特点，可以方便地进行改型设计，作为毕业设计课题对学生应是一种适宜的训练，了解目前减速器行业的开展状况，熟悉减速器设计的常规方法，通过此课题的训练，培养学生

8、调查研究、检索中外文资料的能力；综合运用所学知识分析及解决问题的能力；使用计算机相关软件造型、绘图和计算的能力；训练他们掌握常用机械加工方法和编制制造工艺流程的初步能力。按要求撰写毕业设计论文说明书。要求：1、外形美观，结构合理，性能可靠，工艺性好； 2、所有图纸符合国家标准要求： 3、按毕业设计论文要求完成相关资料整理装订工作。4、减速器装配图1张A0或A1图纸；5、零件工作图23张传动零件、轴、箱体等； 6、设计计算说明书1份，60008000字。原始数据：1、五辊牵伸机的功率P/KW：162、辊筒直径D/MM：3、线速度VM/MIN：140参考书及参考资料目 录1. 叶伟昌.机械工程及自

9、动化简明设计手册上册.北京：机械工业出版社，20012. 徐锦康.机械设计.北京：机械工业出版社，20013. 吴宗泽.机械设计师手册下册.北京：机械工业出版社，20024.葛常清.机械制图第二版.北京：中国建材工业出版社，20005.刘鸿之.材料力学第三版 上、下册.北京：高等教育出版社，20016.吕广庶，张远明.工程材料及成型技术.北京：高等教育出版社，20017.郝建民.机械工程材料.西安：西北工业大学出版社，2003起止日期： 2021 年 4 月 13 日 至 2021 年 4 月 29 日指导教师(签字) 2008 年 4 月 29 日引 言蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计，计

10、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，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。本文主要介绍一级蜗轮蜗杆减速器的设计过程及其相关零、部件的CAD图形。计算机辅助设计CAD，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，能清楚、形象的表达减速器的外形特点。2 设计方案的拟订2.1 箱体 (1) 蜗轮蜗杆箱体内壁线确实定； (2) 轴承孔尺寸确实定；(3) 箱体的结构设计；a.箱体壁厚及其结构尺寸确实定 b. 轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸确实定c.确定箱盖顶部外外表轮廓 d. 外外表轮廓确定箱座高

11、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2.2 轴系部件(1) 蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计a. 轴的径向尺寸确实定 b. 轴的轴向尺寸确实定(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2.3 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3 减速器的总体设计 传动装置的总体设计 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=5KN，工作速度=1.6m/s，滚筒直径D=500mm，传动效率=0.96，包括滚筒与轴承的效率损失两班制，

12、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，传动简图如下列图所示。传动装置简图1电动机 2、4联轴器 3一级蜗轮蜗杆减速器 5传动滚筒 6输送带 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 Pd = Pw/式中 Pd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； Pw工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率P=Fv1000=50001.61000=10.12 kW电动机所需的功率P= P=联轴蜗轴联P=10.12

13、0.96=10.54 kW查表，选取电动机的额定功率P=11kw。3选择电动机的转速传动滚筒转速nw=61.2 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= n=104061.2=6122448r/min符合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拟。查?机械工程及自动化简明设计手册?上册表2-3n=i蜗nw=2061.2=1224 r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供给情况，选取比

14、拟适宜的方案，现选用型号为Y160M4，其主要安装尺寸如下：中心高：H=160 mm外型尺寸：LACADHD=600325+255385 mm轴伸尺寸：D=42 mm，E=110 mm装键局部尺寸：FGD=123742 mm底脚安装尺寸：AB=254210 mm地脚螺栓孔直径：K=15 mm 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=nmnw本课题是一级蜗轮蜗杆减速器，它的传动比i=1040之间，选i=24传动比查?机械工程及自动化简明设计手册?上册表2-5式中i传动装置总传动比nw工作机的转速，单位r/minnm电动机的满载转速，单位r/min 计算传动装置的运动

15、和动力参数1各轴的输入功率轴P= P联承轴P= P蜗承联0.8=8.1 kW2各轴的转速电动机：nm=1460 r/min轴：n= nm=1460 r/min轴：n=146023.9=61.08 r/min3各轴的输入转矩电动机轴：T=9550=955010.541460m轴：T= Ti联承m轴：T= Ti联承蜗m上述计算结果汇总表输入功率kW转速nr/min输入转矩Nm传动比效率电动机轴14601轴146024轴33.2 传动零件的设计计算 蜗轮蜗杆传动设计一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度蜗杆材料选用45钢，整体调质，外表淬火，齿面硬度4550HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金

16、属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。设计公式mm选z1，z2：1=2，z2= z1n1n2=2146061.2=48 z2在3064之间，故符合要求。初估2蜗轮转矩T2： T2=T1i106240.821460=1329768.146 Nm3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=155 5许用接触应力0H查表7.10，0H=220 Mpa N=60n2at=60110ZN=H=ZN0H86651220=182.77 Mpa6md1：md1=7初选m，d1的值：查表7.1取m=8，d1=80md1=5120 49068导程角 tan=ar

17、ctan0.2=11.39滑动速度VsVs= =/s10啮合效率由Vs=6.23 m/s查表得 =1161 =11传动效率取轴承效率 2=0.99 ，搅油效率3=12T2=T1i10240.871460=1410451.553 Nm12检验md1的值md1=51155120原选参数满足齿面接触疲劳强度要求确定传动的主要尺寸m=8mm，d1=80mm，z1=2，z2=48(1)中心距aa=232mm(2)蜗杆尺寸分度圆直径d1 d1=80mm齿顶圆直径da1 da1=d1+2ha1=(80+28)=96mm齿根圆直径df1 df1=d12hf=(8028)导程角 tan7 右旋轴向齿距 Px1=

18、齿轮局部长度b1 b1m(z2)=8(48)取b1=120mm(2)蜗轮尺寸分度圆直径d2 d2=mz2=848=384mm齿顶高 ha2=ha*m=81=8mm齿根高 hf2= (ha*+c*)m=()齿顶圆直径da2 da2=d2+2ha2=384+16=400mm齿根圆直径df2 df2=d22m(ha*+c*)=384导程角 tan7 右旋轴向齿距 Px2=Px1=蜗轮齿宽b2 b2196=72mm齿宽角 sin=b2/d1蜗轮咽喉母圆半径 rg2=(ada2)2=232200=32mm(1)热平衡计算估算散热面积A A=验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数：Ks=17.5 W/

19、()。80油温未超过限度润滑方式根据Vs=6.23m/s，查表7.14，采用浸油润滑，油的运动粘度V40=22010/s(2)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 c查?机械设计?表11.3得 c=120 dmin=120根据?机械设计?表11.5，选dmin=63d1= dmin+2a =71 a() dmind2=d1+ (15)mm=71+4=75d3=d2+ (15)mm=75+5=80d4=d3+2a=80+26=92 a()68d5=d42h=9225.5=81d6=d2=75l1=112+2=114蜗杆轴的设计最小直径估算dminc = 120=

20、23 取dmin=24d1=dmin+2a=24+22=28 a=()dmind2=d1+(15)=28+4=32d3=d2+2a=32+22.5=37 取38 a=()d2d4=d32h=3823.5=31 取30 几何尺寸计算结果列于下表：名 称代号计算公式结 果蜗杆中 心 距=a=232传 动 比i=24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蜗杆螺纹局部长度 名 称代号计算公式结 果蜗轮中 心 距=a=232传 动 比i=24蜗轮端面压力角标准值蜗轮分度圆柱螺旋角齿 数=48分度圆直径齿顶圆直径=400齿根圆直径蜗轮最大外圆直径3.3 轴的设

21、计 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?机械设计根底?表10-1、10-32初步估算轴的最小直径取C=120，得dmin=120根据?机械设计?表11.5，选dmin=63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，周向那么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

22、、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=63mm L1=114mm段直径d2=71mm a() dmin亦符合毡圈密封标准轴径。段选30214型圆锥滚子轴承，其内径为70mm，宽度为24mm。故段直径d3=75mm。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，那么取套筒长为60mm。故L4=94mm，d4=80mm。段d5=d4+2a=80+26=92 a() d36， L5=8mm。段d6=d52h=9225.5=81mmh由?机械设计?表11.4查得 h=5.5 ，L6=8mm。段 d7=d2=754按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图

23、(a)图 绘制垂直面弯矩图 (b)图NNN 轴承支反力：NN 计算弯矩：截面C右侧弯矩 截面C左侧弯矩 绘制水平面弯矩图 (c)图轴承支反力：截面C处的弯矩 绘制合成弯矩图 (d)图 低速轴的弯矩和转矩(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 绘制转矩图 (e)图 绘制当量弯矩图 (f)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 校核危险截面C的强度，平安。 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 M

24、pa，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dminc=120=23 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=30 mm，初选轴承型号为30210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，是平安的。3.4 减速器铸造箱体的主要结构尺寸(1) 箱座体壁厚：=+38，取=12.28，其中=232；(2) 箱盖

25、壁厚：8，取=10.438；(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=232，得，根据螺栓的标准规格，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：=8.140810.176，取=10；(7) 轴承端盖螺钉直径：高速轴低速轴轴承座孔外圈直径90130轴承端盖螺钉直径810螺 钉 数 目46(8) 检查孔盖螺钉直径：本减速器为一级传动减速器，所以取=6；(9) 螺栓相关尺寸：20=10锪孔直径403322至箱外壁的距离262216至凸缘边缘的距离242014(10) 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

26、：高速轴：，取，低速轴：，取；(11) 轴承旁联结螺栓的距离：以螺栓和螺钉互不干预为准尽量靠近，一般；(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) 箱外壁至轴承座端面的距离：，取=50；(15) 箱盖、箱座的肋厚：，取=8.8723，取=10.438；(16) 蜗轮外圆与箱内壁之间的距离：，取=10；(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。3.5 键联接的选择和强度校核 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

27、联接。 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=80mm，以及轮毂长 =94mm，查表，选用键2280 GB109679。(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。3.6 联轴器的选择和计算 高速轴输入端的联轴器计算转矩，查表取，查表选用TL8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：TL8联轴器42114 GB432384。选键，装联轴器处的轴径为42mm，选用键1270 GB109679，对键的强度进行校核，键同样采用45钢，有关性能指标见六，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TL8联轴器42114 GB432384，所用的联结键为1270 GB109679。 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TL11联轴器63114 GB432384，所用的联结键为1890 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。3.7 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