蝸輪蝸桿減速器設計

1、目 錄1. 引言 11.1 本設計的設計要求 12 設計方案的擬訂 22.1 箱體 22.2 軸系部件 22.3 減速器附件 23. 減速器的總體設計 33.1 傳動裝置的總體設計 33.2 傳動零件的設計計算 73.3 軸的設計 133.4 軸承的選擇和計算 183.5 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸 193.6 鍵聯(lián)接的選擇和強度校核 213.7 聯(lián)軸器的選擇和計算 213.8 減速器的潤滑 223.9 部分零件加工工藝過程 23結論 27致謝 28參考文獻 29蝸輪蝸桿減速器設計說明書第一章 緒論1. 本課題的背景及意義計算機輔助設計及輔助制造（CAD/CAM）技術是當今設計以及制造領域廣

2、泛采用的先進技術。本次設計是蝸輪蝸桿減速器，通過本課題的設計，將進一步深入地對這一技術進行深入地了解和學習。1.1 本設計的設計要求機械零件的設計是整個機器設計工作中的一項重要的具體內容，因此，必須從機器整體出發(fā)來考慮零件的設計。設計零件的步驟通常包括：選擇零件的類型；確定零件上的載荷；零件失效分析；選擇零件的材料；通過承載能力計算初步確定零件的主要尺寸；分析零部件的結構合理性；作出零件工作圖和不見裝配圖。對一些由專門工廠大批生產的標準件主要是根據(jù)機器工作要求和承載能力計算，由標準中合理選擇。根據(jù)工藝性及標準化等原則對零件進行結構設計，是分析零部件結構合理性的基礎。有了準確的分析和計算，而如果

3、零件的結構不合理，則不僅不能省工省料，甚至使相互組合的零件不能裝配成合乎機器工作和維修要求的良好部件，或者根本裝不起來。2.（1）國內減速機產品發(fā)展狀況國內的減速器多以齒輪傳動，蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外材料品質和工藝水平上還有許多弱點。由于在傳動的理論上，工藝水平和材料品質方面沒有突破，因此沒能從根本上解決傳遞功率大，傳動比大，體積小，重量輕，機械效率高等這些基本要求。 （2）國外減速機產品發(fā)展狀況國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪轉動為

4、主，體積和重量問題也未能解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。 3.本設計的要求本設計的設計要求機械零件的設計是整個機器設計工作中的一項重要的具體內容，因此，必須從機器整體出發(fā)來考慮零件的設計計算，而如果零件的結構不合理，則不僅不能省工省料，甚至使相互組合的零件不能裝配成合乎機器工作和維修要求的良好部件，或者根本裝不起來。機器的經濟性是一個綜合性指標，設計機器時應最大限度的考慮經濟性。提高設計制造經濟性的主要途徑有：盡量采用先進的現(xiàn)代設計理論個方法，力求參數(shù)最優(yōu)化，以及應用CAD技術，加快設計進度，降低設計成本；合理的組織設計和制造過程；最大限

5、度地采用標準化、系列化及通用化零部件；合理地選擇材料，改善零件的結構工藝性，盡可能采用新材料、新結構、新工藝和新技術，使其用料少、質量輕、加工費用低、易于裝配盡力改善機器的造型設計，擴大銷售量。提高機器使用經濟性的主要途徑有：提高機器的機械化、自動化水平，以提高機器的生產率和生產產品的質量；選用高效率的傳動系統(tǒng)和支承裝置，從而降低能源消耗和生產成本；注意采用適當?shù)姆雷o、潤滑和密封裝置，以延長機器的使用壽命，并避免環(huán)境污染。機器在預定工作期限內必須具有一定的可靠性。提高機器可靠度的關鍵是提高其組成零部件的可靠度。此外，從機器設計的角度考慮，確定適當?shù)目煽啃运剑η蠼Y構簡單，減少零件數(shù)目，盡可能

6、選用標準件及可靠零件，合理設計機器的組件和部件以及必要時選取較大的安全系數(shù)等，對提高機器可靠度也是十分有效的。4.研究內容（設計內容） （1）蝸輪蝸桿減速器的特點 蝸輪蝸桿減速器的特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速化，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。 蝸輪蝸桿減速器是以蝸桿為主動裝置，實現(xiàn)傳動和制動的一種機械裝置。當蝸桿作為傳動裝置時，在蝸輪蝸桿共同作用下，使機器運行起來，在此過程中蝸桿傳動基本上克服了以往帶傳動的摩擦損耗；在蝸桿作為制動裝置時，蝸輪，蝸桿的嚙合，可使機器在運行時停下來，這個過程中蝸桿蝸輪的嚙合靜摩擦達到最大，可使

7、運動中的機器在瞬間停止。在工業(yè)生產中既節(jié)省了時間又增加了生產效率，而在工藝裝備的機械減速裝置，深受用戶的美譽，是眼前當代工業(yè)裝備實現(xiàn)大小扭矩，大速比，低噪音，高穩(wěn)定機械減速傳動獨攬裝置的最佳選擇。（2）方案擬訂 A、箱體(1)：蝸輪蝸桿箱體內壁線的確定； (2)：軸承孔尺寸的確定；(3)：箱體的結構設計；a. 箱體壁厚及其結構尺寸的確定 b. 軸承旁連接螺栓凸臺結構尺寸的確定b. 確定箱蓋頂部外表面輪廓 d. 外表面輪廓確定箱座高度和油面e. 輸油溝的結構確定 f. 箱蓋、箱座凸緣及連接螺栓的布置B、軸系部件(1) 蝸輪蝸桿減速器軸的結構設計a. 軸的徑向尺寸的確定 b. 軸的軸向尺寸的確定(

8、2)軸系零件強度校核 a. 軸的強度校核 b. 滾動軸承壽命的校核計算C、減速器附件a.窺視孔和視孔蓋 b. 通氣器 c. 軸承蓋 d. 定位銷 e. 油面指示裝置 f. 油塞 g. 起蓋螺釘 h. 起吊裝置第二章 減速器的總體設計2.1 傳動裝置的總體設計2.1.1 擬訂傳動方案本傳動裝置用于帶式運輸機，工作參數(shù)：運輸帶工作拉力F=5KN，工作速度=1.6m/s，滾筒直徑D=500mm，傳動效率=0.96，（包括滾筒與軸承的效率損失）兩班制，連續(xù)單向運轉，載荷較平穩(wěn)；使用壽命8年。環(huán)境最高溫度80。本設計擬采用蝸輪蝸桿減速器，傳動簡圖如圖6.1所示。圖6.1 傳動裝置簡圖1電動機 2、4聯(lián)軸

9、器 3級蝸輪蝸桿減速器 5傳動滾筒 6輸送帶6.1.2 電動機的選擇（1）選擇電動機的類型按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機,封閉式結構,電壓380V。（2）選擇電動機的功率電動機所需的功率 = /式中 工作機要求的電動機輸出功率，單位為KW； 電動機至工作機之間傳動裝置的總效率； 工作機所需輸入功率，單位為KW；輸送機所需的功率P=16 Kw電動機所需的功率= = =0.990.990.80.990.990.76=160.76=21.05 kW查表，選取電動機的額定功率=22kw。（3）選擇電動機的轉速傳動滾筒轉速=81.06 r/min由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸

10、桿減速器的傳動比=1040，故電動機轉速的可選范圍為：= n=（1040）81.06=8103242r/min符合這范圍的電動機同步轉速有1000、1500、3000 r/min三種，現(xiàn)以同步轉速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉速的電動機進行分析比較。查機械工程及自動化簡明設計手冊上冊（表2-3）n=2781.06=2188 r/min綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格、傳動比及市場供應情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y180M2，其主要安裝尺寸如下：中心高：H=180 mm外型尺寸：L（ACAD）HD=670（360+285）430 mm軸伸尺寸：D=48

11、mm，E=110 mm裝鍵部分尺寸：FGD=1442.548 mm底腳安裝尺寸：AB=279241 mm地腳螺栓孔直徑：K=19 mm2.1.3 確定傳動裝置的傳動比及其分配減速器總傳動比及其分配：減速器總傳動比i=294081.06=25.6本課題是一級蝸輪蝸桿減速器，它的傳動比i=1040之間，選i=27傳動比查機械工程及自動化簡明設計手冊上冊（表2-5）式中i傳動裝置總傳動比工作機的轉速，單位r/min電動機的滿載轉速，單位r/min2.1.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（1）各軸的輸入功率軸P= P=21.050.990.99=20.63kW軸P= P=20.630.990.990.

12、8=20.22kW（2）各軸的轉速電動機： =2940 r/min軸：n= =2940 r/min軸：n=294027=108 r/min（3）各軸的輸入轉矩電動機軸：=9550=955021.05294068.37Nm軸：T= i1462.16Nm軸：T= Ti30954.31Nm上述計算結果匯見表3-1表3-1傳動裝置運動和動力參數(shù)輸入功率（kW）轉速n（r/min）輸入轉矩（Nm）傳動比效率電動機軸21.05294068.3710.99軸20.6329401462.16270.82軸20.2210830954.312.2 傳動零件的設計計算2.2.1 蝸輪蝸桿傳動設計一.選擇蝸輪蝸桿類型

13、、材料、精度 蝸桿材料選用45鋼，整體調質，表面淬火，齒面硬度4550HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級精度，標準保證側隙c。二.計算步驟1. 確定傳動的主要尺寸m=12.5mm，=90mm，z1=2，z2=54（1） 中心距aa=382.5mm（2） 蝸桿尺寸分度圓直徑 =90mm齒頂圓直徑 =+2=(90+212.5)=115mm齒根圓直徑 =2=(80212.5)=60mm導程角 tan=12.5 右旋軸向齒距 =m=3.1412.5=39.25mm齒輪部分長度 m(11+0.06z2)=12.5(11+0.0654)=178mm取=180mm

14、（3） 蝸輪尺寸分度圓直徑 =mz2=12.554=675mm齒頂高 =m=12.51=12.5mm齒根高 = (+)m=(1+0.2)12.5=15mm齒頂圓直徑 =+2=675+25=700mm齒根圓直徑 =2m(+)=67530=645mm導程角 tan=12.5 右旋軸向齒距 =m=3.1412.5=39.25mm蝸輪齒寬 =0.75=0.75115=86.25mm齒寬角 sin(/2)= /=86.2590=0.95蝸輪咽喉母圓半徑 =(a)2=32.5mm（4） 潤滑方式 根據(jù)=4.76m/s，查表7.14，采用浸油潤滑，油的運動粘度V40=320/s（5） 蝸桿、蝸輪軸的結構設計

15、(單位：mm) 蝸輪軸的設計最小直徑估算 c查機械設計表11.3得 c=120 =120x =53.2根據(jù)機械設計表11.5，選=55= +2a =65 a(0.070.1) =4.414.5 取5=+ (15)mm=65+5=70=+ (15)mm=70+2=72=+2a=72+26=84 a(0.070.1) =5.66h由機械設計表11.4查得 h=5.5b=1.4h=1.55.5=7.78=2h=8425=74=65l1=112+2=114 蝸桿軸的設計最小直徑估算cx= 120x=45.2 取=55=+2a=55+22=59 a=(0.070.1) =+6=59+6=65=+2a=6

16、5+22=69 a=(0.070.1) =65=-4=59h查機械設計表11.4上述幾何尺寸計算結果見表3-2 表3-2 傳動部件的結構尺寸 （mm）名 稱代號計算公式結 果蝸桿中 心 距=a=382.5傳 動 比i=27蝸桿分度圓柱的導程角蝸桿軸向壓力角標準值齒 數(shù)z1=2分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑=60蝸桿螺紋部分長度（mm）名 稱代號計算公式結 果蝸輪中 心 距=a=382.5傳 動 比i=27蝸輪端面壓力角標準值蝸輪分度圓柱螺旋角齒 數(shù)=54分度圓直徑齒頂圓直徑=700齒根圓直徑2.3 軸的設計2.3.1 蝸輪軸的設計（1）選擇軸的材料選取45鋼，調質，硬度HBS=230，強度極限

17、=600 Mpa，由表查得其許用彎曲應力=55Mpa 查機械設計基礎（表10-1、10-3）（2）初步估算軸的最小直徑取C=120，得=120x =53.2mm根據(jù)機械設計表11.5，選=55（3）軸的結構設計 軸上零件的定位、固定和裝配 單級減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向固定靠平鍵和過渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩軸向定位，右面用軸端擋圈軸向固定，平鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承 從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。 確定軸各段直徑和長度段d

18、1=55mm L1=114mm段選30213型圓錐滾子軸承，其內徑為65mm，寬度為24.75mm。故段直徑d3=75mm。段考慮齒輪端面和箱體內壁、軸承端蓋與箱體內壁應有一定距離，長度根據(jù)具體情況而定，直徑為70段 直徑為72 比蝸輪的寬度短1-2mm 所以取126段=+2a=72+26=84 a(0.070.1) d3=5.66， L5=17mm。段d6=d52h=8425=74mmh由機械設計表11.4查得 h=5 ，L6=17mm。段 =65（4）按彎扭合成應力校核軸的強度 繪出軸的計算簡圖 (a)圖 繪制垂直面彎矩圖 (b)圖NNN 軸承支反力：NN 計算彎矩：截面C右側彎矩 截面C

19、左側彎矩 繪制水平面彎矩圖 (c)圖 軸承支反力：截面C處的彎矩 繪制合成彎矩圖 (d)圖 繪制轉矩圖 (e)圖 Nm 繪制當量彎矩圖 (f)圖轉矩產生的扭剪應力按脈動循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當量彎矩為 校核危險截面C的強度，安全。圖3.2 低速軸的彎矩和轉矩(a)軸的結構與裝配 (b)受力簡圖 (c)水平面的受力和彎矩圖(d)垂直面的受力和彎矩圖 (e)合成彎矩圖 (f)轉矩圖 (g)計算彎矩圖軸的結構見圖3.4所示圖3.3 蝸輪軸的結構圖2.3.2 蝸桿軸的設計（1）選擇軸的材料選取45鋼，調質處理，硬度HBS=230，強度極限=650 Mpa，屈服極限=360 Mpa，彎曲疲勞極限

20、=300 Mpa，剪切疲勞極限=155 Mpa，對稱循環(huán)變應力時的許用應力=60 Mpa。(2) 初步估算軸的最小直徑最小直徑估算dmincx= 120x=29.8 （3）軸的結構設計按軸的結構和強度要求選取軸承處的軸徑d=30mm，初選軸承型號為30210圓錐滾子軸承（GB/T29794），采用蝸桿軸結構，其中，齒根圓直徑mm，分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，長度尺寸根據(jù)中間軸的結構進行具體的設計，校核的方法與蝸輪軸相類似，經過具體的設計和校核，得該蝸桿軸結構是符合要求的，是安全的，軸的結構見圖3.4所示： 圖3.4 蝸桿軸的結構草圖第三章 軸承的選擇和計算3.1 低速軸的軸承的選擇和計算按

21、軸的結構設計，初步選用30214（GB/T29794）圓錐滾子軸承（1）計算軸承載荷 軸承的徑向載荷 軸承A：軸承B： 軸承的軸向載荷軸承的派生軸向力 查表得：30214軸承153832所以，=29.2N=37.6N無外部軸向力。因為，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為 計算當量動載荷由表查得圓錐滾子軸承30214的取載荷系數(shù)，軸承A：e取X=1，Y=0，則軸承B：e取X=1，Y=0，則3.2 蝸桿軸的軸承的選擇和計算按軸的結構設計，選用30210圓錐滾子軸承（GB/T29794），經校核所選軸承能滿足使用壽命，合適。具體的校核過程略。3.3 蝸輪軸的軸承的選擇和計算按軸的結構設計，選用

22、30214圓錐滾子軸承（GB/T29794）， 具體的校核過程略。3.4 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸（單位：mm）(1) 箱座（體）壁厚：=8，取=18，其中=382.5；(2) 箱蓋壁厚：=0.858，取=15；(3) 箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：，；(4) 地腳螺栓直徑及數(shù)目：根據(jù)=382.5，得，地腳螺釘數(shù)目為4個；(5) 軸承旁聯(lián)結螺栓直徑：(6) 箱蓋、箱座聯(lián)結螺栓直徑：=1214.4，取=16；(7) 表2.5.1軸承端蓋螺釘直徑：高速軸低速軸軸承座孔（外圈）直徑120140軸承端蓋螺釘直徑1010螺 釘 數(shù) 目66(8) 檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級傳動減速器，所以取=1

23、0；(9) 軸承座外徑：，其中為軸承外圈直徑，把數(shù)據(jù)代入上述公式，得數(shù)據(jù)如下：高速軸：，取，低速軸：，取；(10) 表2.5.2螺栓相關尺寸：30=16锪孔直徑614833至箱外壁的距離403422至凸緣邊緣的距離352820(11) 軸承旁聯(lián)結螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準盡量靠近，一般??；(12) 軸承旁凸臺半徑：28，根據(jù)而得；(13) 軸承旁凸臺高度：根據(jù)低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結構確定；(14) 箱外壁至軸承座端面的距離：，取=68；(15) 箱蓋、箱座的肋厚：0.85，取=13，0.85，取=16；(16) 大齒輪頂圓與箱內壁之間的距離：，取=18；(17) 鑄造斜

24、度、過渡斜度、鑄造外圓角、內圓角：鑄造斜度=1：10，過渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內圓角=3。第四章 其他零件設計4.1鍵聯(lián)接的選擇和強度校核 4.11高速軸鍵聯(lián)接的選擇和強度校核高速軸采用蝸桿軸結構，因此無需采用鍵聯(lián)接。4.12 低速軸與蝸輪聯(lián)接用鍵的選擇和強度校核(1) 選用普通平鍵（A型）按低速軸裝蝸輪處的軸徑d=72mm，以及輪轂長 =126mm，查表，選用鍵2080 GB109679。(2) 強度校核鍵材料選用45鋼，查表知，鍵的工作長度mm，mm，按公式的擠壓應力小于，故鍵的聯(lián)接的強度是足夠的。4.2 聯(lián)軸器的選擇和計算4.2.1 高速軸輸入端的聯(lián)軸器計算轉矩，查表取，

25、有，查表選用TL4型彈性套柱銷聯(lián)軸器，材料為35鋼，許用轉矩，許用轉速r/min，標記：TL4聯(lián)軸器40112 GB432384。選鍵，裝聯(lián)軸器處的軸徑為40mm，選用鍵1290 GB109679，對鍵的強度進行校核，鍵同樣采用45鋼，有關性能指標見（2.6.2），鍵的工作長度mm，mm，按公式的擠壓應力，合格。所以高速級選用的聯(lián)軸器為TL4聯(lián)軸器40112 GB432384，所用的聯(lián)結鍵為1290 GB109679。4.2.2 低速軸輸出端的聯(lián)軸器根據(jù)低速軸的結構尺寸以及轉矩，選用聯(lián)軸器TL9聯(lián)軸器55112GB432384，所用的聯(lián)結鍵為1690 GB109679，經過校核計算，選用的鍵是

26、符合聯(lián)結的強度要求的，具體的計算過程與上面相同，所以省略。43 減速器的潤滑減速器中蝸輪和軸承都需要良好的潤滑，起主要目的是減少摩擦磨損和提高傳動效率，并起冷卻和散熱的作用。另外，潤滑油還可以防止零件銹蝕和降低減速器的噪聲和振動等。本設計選取潤滑油溫度時的蝸輪蝸桿油，蝸輪采用浸油潤滑，浸油深度約為h11個螺牙高，但油面不應高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心。 44 部分零件加工工藝過程4.4.1 軸的加工工藝過程軸的工藝過程相對于箱蓋，底座要簡單許多，本設計輸出軸的一般工藝過程為：(1) 落料、鍛打(2) 夾短端、粗車長端端面、打中心孔(3) 夾短端、粗車長端各檔外圓、倒角(4) 反向夾長端，粗車

27、短端外圓、倒角、粗車短端端面、打中心孔(5) 熱處理(6) 夾短端，半精車短端外圓(7) 反向夾長端，半精車短端外圓(8) 磨長端外圓(9) 反向磨短端外圓(10) 銑兩鍵槽圖41 加工好的蝸輪軸4.4.2 箱體加工工藝過程蝸輪蝸桿減速器的箱蓋和箱體，它們的工藝過程比較復雜，先是箱蓋和箱體分別單獨進行某些工序，然后合在一起加工，最后又分開加工。箱蓋單獨先進行的工序有：（1） 箱蓋鑄造（2） 回火、清沙、去毛刺、打底漆、毛坯檢驗（3） 铇視孔頂面（4） 铇剖分面（5） 磨剖分面（6） 鉆、攻起蓋螺釘完成前述單獨工序后，即可進行下列工序：（1） 箱蓋、箱體對準合攏，夾緊；鉆、鉸定位銷孔，敲入圓錐銷

28、（2） 鉆箱蓋和箱體的聯(lián)接螺栓孔，刮魚眼坑（3） 分開箱殼，清除剖分面毛刺、清理切屑（4） 合攏箱殼，敲入定位銷，擰緊聯(lián)接螺栓（5） 銑兩端面（6） 粗鏜各軸軸承座孔（7） 精鏜各軸軸承座孔（8） 鉆、攻兩端面螺孔（9） 拆開箱殼（10） 裝上油塞，箱體地腳螺栓孔劃線（11） 鉆地腳螺栓孔、刮魚眼坑（12） 箱蓋上固定視孔蓋的螺釘孔劃線（13） 鉆、攻固定視孔蓋的螺釘孔（14） 去除箱蓋、箱體接合面毛刺，清除鐵屑（15） 內表面涂紅漆結 論這次通過對已知條件對蝸輪蝸桿減速器的結構形狀進行分析，得出總體方案.按總體方案對各零部件的運動關系進行分析得出蝸輪蝸桿減速器的整體結構尺寸，然后以各個系統(tǒng)為模塊分別進行具體零部件的設計校核計算，得出各零部件的具體尺寸，再重新調整整體結構，整理得出最后的設計圖紙和說明書.此次設計通過對蝸輪蝸桿減速器的設計，使我對成型機械的設計方法、步驟有了