毕业设计单级蜗杆齿轮减速器.doc

单级蜗杆齿轮减速器【摘要】变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，多应用于汽车行业，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利工况范围内工作。以前每当我观看F1大赛，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，似乎谈论得最多的就是发动机的性能以及车手的驾驶技术。而且，不忘有机会在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗“健康的心”是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。【关键词】挡数 传动比 齿数 轴1. 选题的目的及要求1.1选题的提出及意义变速器用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，多应用于汽车行业，目的是在原地起步，爬坡，转弯，加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利工况范围内工作。以前每当我观看F1大赛，总会被那种极速的感觉所折服。此刻，似乎谈论得最多的就是发动机的性能以及车手的驾驶技术。而且，不忘有机会在自己驾车的时候体会一下极速感觉或是在买车的时候关注一下发动机的性能，这似乎成为了横量汽车品质优劣的一个标准。的确，拥有一颗“健康的心”是非常重要的，因为它是动力的缔造者。但是，掌控速度快慢的，却是它身后的变速器。这使我很激动，也让我决定在此次的毕业设计中用这个选题。对变速器的主要要求是：1. 应保证汽车具有高的动力性和经济性指标。在汽车整体设计时，根据汽车载重量、发动机参数及汽车使用要求，选择合理的变速器档数及传动比，来满足这一要求。2. 工作可靠，操纵轻便。汽车在行驶过程中，变速器内不应有自动跳档、乱档、换档冲击等现象的发生。为减轻驾驶员的疲劳强度，提高行驶安全性，操纵轻便的要求日益显得重要，这可通过采用同步器和预选气动换档或自动、半自动换档来实现。3. 重量轻、体积小。影响这一指标的主要参数是变速器的中心距。选用优质钢材，采用合理的热处理，设计合适的齿形，提高齿轮精度以及选用圆锥滚柱轴承可以减小中心距。4. 传动效率高。为减小齿轮的啮合损失，应有直接档。提高零件的制造精度和安装质量，采用适当的润滑油都可以提高传动效率。5. 噪声小。采用斜齿轮传动及选择合理的变位系数，提高制造精度和安装刚性可减小齿轮的噪声。1.2设计要求1.2.1设计任务 设计带式输送机传动系统。要求传动系统中含有单级蜗杆减速器。 传动系统机构简图 1.2.2原始数据 输送带有效拉力 F=2400 N 输送带工作速度 v=0.9 m/s 输送机滚筒直径 d=335 mm减速器设计寿命为5年。1.2.3工作条件两班制，常温下连续工作；空载起动，工作载荷平稳；电压为380/220V的三相交流电源。2传动系统方案设计 根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机连轴器减速器连轴器带式运输机。(如右图所示) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V4-5m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见（如右图所示），采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。3传动系统的总体设计 3.1电动机的选择 由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V。根据生产设计要求，该减速器卷筒直径D=335mm。运输带的有效拉力F=2400N，带速V=0.9m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为380V。1、 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列2、 传动滚筒所需功率3、 传动装置效率：由电动机至工作机之间的总效率： 其中、分别为联轴器，轴承，窝杆，齿轮，链和卷筒的传动效率。查表可知：联轴器效率：=0.99 滚动滚子轴承效率（一对）：=0.98窝杆传动效率：=0.75 传动滚筒效率：=0.96 所以：电动机所需功率： Pr= Pw/ =2.16/0.646=3.34 KW 传动滚筒工作转速： n60×1000×V/×33551.3 r/min根据容量和转速，根据课本表3-2和续表3-2可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如下表: 表1 方案电动机型号额定功率 kw电动机转速 r/min额定转矩同步转速满载转速1Y122M-24.0300028902.22Y112M-44.0150014402.23Y132M1-64.010009602.04Y160M1-84.07507202.0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，可见第2方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y112M-4其主要性能如下表2：表2中心高H外形尺寸L×（AC/2AD）×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴身尺寸D×E装键部位尺寸F×G×D112400×（230/2190）×265190×1401228×608×24×283.2计算总传动比和各级传动比的分配 3.2.1计算总传动比： 3.2.2各级传动比的分配 由于为蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。 3.3传动系统的运动和动力参数计算 3.3.1.蜗杆轴的功率、转速与转矩 P0 = Pr×0.99×0.98=3.24kw n0=1440 r/min T0=9550 P0/n0=21.5 N .m 3.3.2.蜗轮轴的功率、转速与转矩 P1 = P0·01 = 3.24×0.75×0.98=2.32 kw r/min T1= 9550P1/n1 = 431.5 N·m 3.3.3.传动滚筒轴的功率、转速与转矩 P2 = P1·12=2.32×0.99×0.98=2.25 kw r/min T2= 9550P2/n2 = 419.0 N·m运动和动力参数计算结果整理于表3： 表3 参数电动机蜗杆蜗轮滚筒转速r/min1440144051.351.3功率P/kw3.34 3.242.32 2.25转矩N.m22.221.5431.5 419.0传动比i28.1效率0.970.720.974.减速器传动零件的设计计算蜗轮蜗杆的传动设计：蜗杆 选40Gr，表面淬火45-55HRC；蜗轮边缘选择ZCuSn10P1，金属模铸造。以下设计参数与公式除特殊说明外均以<<机械设计基础>>蜗杆传动为主要依据，1. 选择材料 蜗杆 选40Gr，表面淬火45-55HRC；蜗轮边缘选择ZCuSn10P1,金属模铸造;40GrZCuSn10P12确定许用应力 查P204表9-8得许用接触应力力为:查P205表9-10得许用弯曲应力为：确定接触应力循环次数：许用接触应力确定弯曲应力循环次数：许用弯曲应力3.确定蜗杆头数及蜗轮齿数查P195表9-3，得=1；所以=31查机械设计课程设计教材表4-5得：=1; =31;中心距a=160，m=8,=804.按接触疲劳强度设计因载荷平稳，取 K=1.1确定蜗轮的输出转矩综合分析：中心距a=160，m=8,=80确定模数及蜗杆直径m=8, =80,=-0.5确定蜗杆传动基本参数5.计算蜗杆传动各尺寸参数=5度42分38秒cos=0.995蜗轮当量齿数蜗轮齿形系数按P204表9-7，由内插法得：=1.396.校核蜗轮齿的弯曲强度由，所以小于，所以蜗轮齿弯曲强度足够。7.蜗杆传动热平衡计算估算蜗杆传动箱体的散热面积A将箱体简化为长方体，箱体高为3a,箱体宽为2a,箱体厚为a, a为蜗杆传动中心距。一般箱体底部与机座接触，计算箱体散热面积不包括底部面积。故:计算蜗杆圆周运动速度计算相对滑动速度当量摩擦角、啮合效率、传动总效率由P200表9-5，根据插入法可查得：=1度17分取由P206公式9-25，8.油温计算取室温，则油温：合适 5 减速器轴及轴承装置的设计5.1蜗轮轴的设计以下设计参数与公式除特殊说明外均以<<机械设计基础>>蜗杆传动为主要依据，具体如下表：计算项目计算内容计算结果1轴的材料的选择，确定许用应力2按扭转强度，初步估计轴的最小直径3轴承和键4轴的结构设计 （1）、径向尺寸的确定 （2）、轴向尺寸的确定5轴的强度校核（1）计算蜗轮受力 （2）计算支承反力（3）弯矩（4）当量弯矩 （5）分别校核（6）键的强度校核及设计考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，所以选用45号钢，正火处理；b+=600MPa b-=55MPad 轴伸安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移，选用无弹性元件的联轴器，查P469表18-1：工作情况系数K=1.5;计算转矩Tc=KT=1.5×431.5 =647.25N.M查95版汝元功、唐照民主编机械设计手册：P498表13-10，蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL4弹性柱销联轴器40×112，轴孔直径为40，轴孔长度为112.因此 采用角接触球轴承，并采用凸缘式轴承盖，实现轴承系两端单向固定。 从轴段d1=40mm开始逐渐选取轴段直径，d2起固定作用，定位轴肩高度可在（0.070.1）d范围内，故d2=d1+2h40×（1+2×0.07）=45.6mm，该直径处安装密封毡圈，标准直径。应取d2=45mm；d3与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装，取d3=50mm，轴承选用角接触球轴承，7010C; d5与蜗轮孔径相配合。按标准直径系列，取d5=60mm；d4由h=（0.070.1）d=（0.070.1）d，取d4=54mm；d6起轴向固定作用，取d6=66;d8与轴承配合，取d8=d3=50mm； d7起轴向固定轴承作用，取d7=54。由课程设计课本：；所以取经调整设计如下：L1=50mm；L2=38mm；L3=18mm；L4=43mm；L5=76mm；L6=20mm；L7=26mm；L8=17mm两轴承的中心的跨度为L跨=186mm，轴的总长为L总=288mm。蜗轮的分度圆直径d=248mm； 转矩T=431.5N·m蜗轮的切向力：Ft=2T/d=2×431.5/0.248=3479.8N蜗轮的径向力：Fr=Ft×tan/cos=3479.8×tan20°/cos5°42´38"=1272.9 N蜗轮轴向力：Fa=Ft×tan=3479.8×tan5°42´38"=347.8 N水平平面 N垂直平面Fv1=N水平平面弯矩：垂直平面弯矩：合成弯矩： 单向运转，转矩为脉动循环 a=0.6aT=0.6×431.5=258.9M·m截面 Mea=Mel=aT=258.9M·考虑到键：所以d1=105%×36.1=37.91mm；d5=105%×37.1=38.96mm。实际直径分别为40mm和53mm，强度足够。应为选用A型平键联接，根据轴径d=53，由GB1095-79，查键宽b=16mm；键高h=10mm，因为轮毂的长度为78mm，故取标准键长70mm。将l=L-b=70-16=54mm，k=0.4h=0.4×10=4mm 查得静荷时的许用挤压应力p=120>p，所以挤压强度足够。45钢，正火处理b+=600MPa b-=55MPaTc=647.25N.Md1=40mmd2=45mmd3=50mmd4=54mmd5=60mmd6=66mmd7=54mmd8=50mmL1=50mm；L2=33mm；L3=47mm；L4=90mm；L5=20mm；L6=40mm；Ft=3479.8NFr=1272.9 NFa=347.8NFv1=1939.9NMea=258.9M·m结论：强度足够结论：合格5.2蜗轮轴轴承的选取计算项目计算内容计算结果1.计算轴向载荷（1）计算蜗轮的受力情况2.选轴承类型（2）内部轴向力S1,S2（2） 轴向力平衡判断（3） 轴向载荷3. 计算当量动载荷（1） 冲击载荷系数（2） 当量动载荷4. 选择轴承（1） 预期寿命（2） 所需Cr值（3）选轴承蜗杆的径向力：Fr1=Fr2=Fr/2=1272.9/2=636.5N蜗轮轴向力：Fa=347.8N径向力与轴向力都比较大，选用一对圆锥滚子轴承。e=1.5tan=0.40Fa/Fr=0.55,大于e,所以：由机械设计基础课本P440,表17-7，可得：X=0.40,Y=1.49S1=Fr1/2Y=636.5/(2×1.49）=213.6NS2=Fr2/2Y=636.5/(2×1.49）=213.6NFa+S2>S1Fa1=Fa+S2=561.4NFa2=S2=213.6N查机械设计课本P440,表17-8，fp=1.2Pr1=(X1Fr1+Y1Fa1)fp=1309.3NPr2=(X2Fr2+Y2Fa2)fp=687.4N所以取：查唐照民主编机械设计手册，P429，表11-14，取7210E，Cr=72.2kN，符合条件。Fr1=Fr2=636.5NFa=347.8N圆锥滚子轴承Fx=53.7 NX=0.40,Y=1.49Fa1=561.4NFa2=213.6NPr1=1309.3NPr2=687.4N轴承型号：7210E5.3蜗杆轴的设计以下设计参数与公式除特殊说明外均以<<机械设计基础>>蜗杆传动为主要依据，具体如下表：计算项目计算内容计算结果1.轴的材料的选择，确定许用应力2.按扭转强度，初步估计轴的最小直径3.联轴器的选择4.轴承和键5.轴的结构设计 (1)径向尺寸的确定轴承的选取(2)轴向尺寸的确定考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递转矩。所以选用45号钢，正火处理；b+=600MPa b-=55MPade=(0.8-1.2)dm,由dm=28mm,所以取de=30mm;查P469表18-1：工作情况系数K=1.5;计算转矩Tc=KT=1.5×21.5 =32.25N.M查95版汝元功、唐照民主编机械设计手册：P493表13-8，蜗轮轴与传动滚筒之间选用TL6弹性套柱销联轴器40×112，轴孔直径为40，轴孔长度为112.因此 右端装一对向心角接触轴承，左端采用一对圆锥滚子轴承，实现轴承系两端固定。 从轴段d1=40mm开始逐渐选取轴段直径；d2起轴向固定作用，查毡圈标准直径系列，取d2=45mm;d3与圆螺母配合，查圆螺母直径系列，取为50mm;d4与深沟球轴承配合，查课程设计课本212页附表E-2,选用6012，d=60,D=95,b=18;所以d4=60;d6与蜗轮孔径相配合，取d6=70mm；d5起固定作用，定位轴肩高度可在（0.070.1）d6范围内，故取d5=76mmd8与两个圆锥滚子轴承配合，查课程设计课本224页附表E-4；选用7011E，其中d=55,D=100；所以d8=55;d7起轴向定位，所以取d7=65mm;d9与圆螺母配合，取d9=50mm.由课程设计课本：，则，则长度设计尺寸设计如下：；，,设计蜗杆轴总长度为。45钢，正火处理 b+=600MPa b-=55MPaK=1.5Tc=32.25N.Md1=40mmd2=45mmd3=50mm轴承尺寸：d=60,D=95,b=18d4=60d5=66mmd6=70mmd7=65mmd8=55m5.4蜗杆轴轴承的校核计算项目计算内容计算结果1.计算载荷（1）计算径向受力情况（2）计算轴向载荷2. 深沟球轴承校核（1）动载荷系数（2）当量动载荷(3)轴承的寿命3. 圆锥滚子轴承校核（1）动载荷系数（2）当量动载荷 (3)轴承的寿命蜗杆的切向力：Ft=347.8N蜗杆轴向力：Fa=3479.8N蜗杆的径向力：Fr=1272.9 N左端选深沟球轴承，右端选一对向心角接触球轴承。,查课程设计课本，Cr=31.5kN;C0r=24.2kNfp=1.2所以：由机械设计基础课本P440,表17-7，可得:X1=1;Y1=0查机械设计课本P440,表17-8，Pr1=(X1Fr1+Y1Fa1)fp=469.7Nh所以符合条件。查课程设计课本，Cr=90.8kN;C0r=115kNfp=1.2Fa2/2C0r=0.053,所以e=0.42,Fa2/Fr2=2.1>e,所以X2=0.40,Y2=1.49查机械设计课本P440,表17-8，Pr2=(X2Fr2+Y2Fa2)fp=7005.7Nh所以符合条件。Fr1=391.4NFr2=1632.9 Nfp=1.2X1=1;Y1=0Pr1=469.7N符合条件轴承型号：6012fp=1.2X2=0.40,Y2=1.49Pr2=7005.7N符合条件轴承型号：7211E6.箱体的设计计算6.1 箱体的结构形式和材料采用下置剖分式蜗杆减速器，铸造箱体，材料HT1506.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系依据机械设计课程设计，设计如下表：名称 符号蜗杆减速器结构尺寸箱座壁厚10箱盖壁厚10箱座凸缘厚度15箱盖凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺栓直径20地脚螺栓数目4地脚螺栓螺栓直径M20螺栓通孔直径M24螺栓沉头座直径M40地脚凸缘尺寸3230轴承旁联接螺栓直径M16轴承旁螺栓螺栓直径M16螺栓通孔直径M17.5沉头座直径M32剖分面凸缘尺寸2420上下箱联接螺栓直径M12上下箱螺栓螺栓直径M12螺栓通孔直径M13.5沉头座直径M24剖分面凸缘尺寸2420定位销孔直径M10轴承盖螺钉直径和数目n=4, d3=10n=4 d3=M8检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4dd4=8mm轴承旁联接螺栓距离130轴承旁凸台半径20轴承旁凸台高度50箱体外壁至轴承座45蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面距离）L1=K+L1=55mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离取=12mm蜗轮端面与箱体内壁之间的距离取=10mm机盖、机座肋厚m1,mm1=0.851m=0.85m1=12.8mm, m=8.5mm7.减速器其他零件及附件的选择经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件： 键 单位：mm安装位置类型b（h9）h（h11）L9（h14）蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB1096-7910850蜗轮与蜗轮轴联接处GB1096-79128120蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-79161036 密封圈（FJ145-79） 单位：mm安装位置类型轴径d基本外径D基本宽度蜗杆B44×57×644576蜗轮轴B44×57×644576 圆螺母 单位mm螺纹规格D×Pdkd1mntCC1M50×1.5726112841.50.5 弹簧垫圈（GB93-87） 单位mm 安装位置类型内径d宽度（厚度）材料为65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓GB93-87-16164上下箱联接螺栓GB93-87-12123 查唐照民主编的机械设计手册P402页得： 定位销为GB117-86 销10×40 材料为45钢。 视孔盖（Q235） 单位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M 81.5 蜗杆毡圈 单位mm轴径dd1Db1b2d045445757.146 套杯 单位mmD0DcDD1S1S2e4m1521281008298982 蜗轮轴J型骨架式橡胶油封 单位mm 轴径dDH456212 A型通气器 单位mmdd1d2d3DhabCh1RD1SKeM18×1.5M33×1.583404012716184025.42282 凸缘式轴承盖（HT150） 单位mm安 装位 置d3Dd0D0D2ee1mD4蜗杆810091201409.6103085蜗轮轴89091101309.6101576 油标尺 单位mmdd1d2d3habcDD1M20620842151063226 螺塞及封油垫 单位mmdD0LlaDSD1d1HM16×1,5262312319.61716172 吊耳 每个铸铁吊耳的允许起重量/th/mml1/mms/mmr1/mmr2/mmr3/mmr4/mmr5/mm0.33520166430168 吊钩 单位mmbHhrB1828149366. 减速器的润滑减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。本减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。因速度相当较大，蜗轮也用油润滑。 7. 设计小结本次得毕业设计通过对单级蜗杆减速器的结构形状进行分析，得出总体方案.按总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出单级蜗杆减速器的整体结构尺寸，然后以各个系统为模块分别进行具体零部件的设计校核计算，得出各零部件的具体尺寸，再重新调整整体结构，整理得出最后的设计图纸和说明书.此次设计通过对单级蜗杆减速器的设计，使我对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识.熟悉了蜗轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。这次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，从中使我学习了很多平时在课本中未学到的或未深入的内容，我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。很惭愧的说，这次设计我吃了不少苦头，从选取中心距开始，就连连出问题，改了又改，仅中心距一项变动就多大七次，每次都需要从头开始，每次都得重新进行大量的数据计算，这对刚刚开始设计的我无疑是个巨大的考验。当心有点郁闷，甚至是有点灰心，我知道后面的路还很长，出现的问题会越来越多。好在我坚持了下来！果然，后来的问题接踵而至，大问题小问题，可以说是一堆一堆的出现，设计初步完成后，几乎每天都是在修改，仅画好的正式图，就有19种之多。我很欣慰，因为我知道每一次修改，都是一次进步。另外我不得不说的就是，由于是电脑画图，虽然修改相对方便，但由于电脑屏幕相对有限，很多小问题在电脑上不能很好的反应出来，所以我在出图之后，也接连发现了部分问题，所以前前后后总共出了四次正式图。设计接近尾声了，看着自己设计的减速器，像个孩子一样，慢慢成长，逐渐的趋于成熟，趋于优化，尽管有时候会感觉很累很烦，但看到自己设计的减速器正慢慢成型，慢慢长大，心情立即就会好很多！虽然它可能不如别的同学的优秀，虽然它可能或者说一定还存在这样那样的问题，但我对它是满意的，这是我一学期辛勤工作的结晶，是对我这一学期学习的肯定，同时是我这学期成果的反应，我对它是满意的。由于自己所学知识有限，而机械设计又是一门非常深奥的学科，所以虽然进行了很多次的修改，虽然和同学也进行了很多的交流和学校，我知道我的设计中肯定存在许多的不足和需要改进的地方，希望老师指出，让我在以后的学习工作中去完善它们。参考文献：1 任金泉主编，机械设计课程设计 西安：西安交通大学出版社,2003年2 陈晓南，杨培林主编，机械设计基础，北京：科学出版社，2008年3 汝元功，唐照民主编，机械设计手册 北京：高等教育出版社，1995年4 蔡春源，蒋尊贤，李自治编，机械设计手册 沈阳：辽宁科学技术出版社，1990年5 唐克中，朱同钧主编，画法几何及工程制图 北京：高等教育出版社，2007年6 蒋庄德主编，机械精度设计，西安：西安交通大学出版社，2000年