蜗轮蜗杆减速器机械设计课程设计南京林业大学

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1、 蜗轮 蜗杆减速器 设计说明书 院系 机械电子工程学院 专业 机械设计 指导老师 涂桥安 姓名 张鑫磊 学号 0 8 0 3 0 1 0 2 7 日期 2 0 1 1 7 1 目 录 1 总体传动方案的选择与分析 1 2 电动机的选择 2 2 1 电动机功率的确定 2 2 2 确定电动机转速 2 3 传动装置运动及动力参数计算 3 3 1 各轴的转速计算 3 3 2 各轴的输入功率 3 3 3 各轴的输入转矩 3 4 蜗轮蜗杆的设计及其参数计算 4 4 1 传动参数 4 4 2 蜗轮蜗杆材料及强度计算 4 4 3 验算效率 7 4 4 精度等级公差和表面粗糙度的确定 7 4 5 热平衡核算 7

2、 5 轴的设计计算及校核 7 5 1 蜗轮轴的设计 7 5 1 1 初步确定轴的最小直径 7 5 1 2 轴的结构设计 8 5 1 3 轴的受力分析 9 5 2 链轮轴的设计 14 5 3 蜗杆轴的设计 15 6 机体的设计 18 7 减速器附件 19 8 参考书目 20 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 1 计 算 及 说 明 结 果 1 总体传动方案的选择与分析 由任务书知设计的为某车间喷弹处理装置中传送链的减速器 现有两种方 案 分析如下 1 由电动机直接通过联轴器连接蜗杆 所有传动比均集中在蜗杆上 经初步 估算 若选用的电动机满载转速为 1440r min 蜗轮蜗

3、杆的传动比将大于 30 不满足要求 若选用的电动机满载转速为 960r min 蜗轮蜗杆的传动 比在 25 以下 满足要求 即第一种传动方案为使用满载转速为 960r min 的电动机 经联轴器接蜗杆 蜗杆经联轴器接链轮 2 由上一方案的分析可知 若电动机的满载转速为 1440r min 则仅通过蜗 轮蜗杆减速不能满足要求 故在电动机和蜗杆间添加一带传动减速 带传 动的传动比为 2 4 蜗轮蜗杆的传动比为 10 25 通过合理传动比分配 则可满足减速要求 两种传动方案采用的原动机均为 Y 系列三相笼型异步电动机 三相笼型异 步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机 电压 380 V 其结构简单

4、 工作可靠 价格低廉 维护方便 另外其传动功率大 传动转矩也比较 大 噪声小 在室内使用比较环保 另外蜗杆减速器工作时有一定的轴向 力 故采用圆锥滚子轴承来减小这缺点带来的影响 在电动机心轴与减速 器输入轴及减速器输出轴与链轮轴之间采用弹性联轴器联接 因为三相电 动机及链传动工作时都有轻微振动 所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作 用 以减少振动带来的不必要的机械损耗 综合考虑两种传动方案 使用 960r min 的电动机会使电动机体积增大 造 价提高 但整体结构简单 紧凑 使用 1440r min 的电动机可以减小电动 机体积 降低电动机造价 但需加入带传动减速 使整体结构复杂 保养 和维护费用

5、增加 故采用第一种传动方案设计 如下图所示 电动机造价型号及造价参 考于 机械设计课程设计 指导书 第 15 页 主要数据 Y112 M 型 电 动 机 功 率 P 4kW 满 载 转 速 n 1440r min 参考价格 230 元 Y132M 6 型电动机功率 P 4kW 满 载 转 速 n 960r min 参 考 价 格 350 元 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 2 计 算 及 说 明 结 果 2 电动机的选择 2 1 电动机功率的确定 1 工作机各传动部件的效率及总效率 采用双头蜗杆传动 查表 1 可知各部分的效率分别为 蜗杆 0 75 0 82 链轮 0

6、90 0 93 轴承 0 98 0 995 联轴器 0 99 0 995 工作机的总效率为 总 蜗杆 链轮 轴承 3 联轴器2 0 623 0 678 2 电动机的功率 Pw 1 925kW 所以电动机所需工作效率为 Pd 3 09kW 2 2 确定电动机转速 1 链轮的节圆直径 查 机械设计 表 9 3 得 D 180 z 326 641mm 2 链轮工作转速 nw 40 929r min 3 电动机转速 各部件的效率数据均引自 机械设计课程设计指导 书 第 7 页 主要参数 蜗杆 0 75 0 82 链轮 0 90 0 93 轴承 0 98 0 995 联轴器 0 99 0 995 总 0

7、 623 0 678 Pd 3 09kW 链轮转速计算公式引自 机械设计 高教 第 170 页 nw 40 929r min 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 3 计 算 及 说 明 结 果 根据 机械设计课程设计指导书 及课程设计任务书要求 取蜗杆的传动 比 i 10 25 故电动机转速的可选范围为 nd 409 29 1023 225r min 根据上面所算得的原动机的功率与转速范围 查机械设计手册 符合这一 范围的满载转速有 720r min 960r min 两种 综合考虑电动机和传动装置 的尺寸 质量及价格等因素 为使传动装置结构紧凑 决定选用满载转速 为 96

8、0r min 的电动机 其主要功能表如下 电动机型号 额定功率 kW 满 载 转 速 r min 最小转矩 额定 转矩 最大转矩 额定 转矩 Y2 132M1 6 4 960 1 3 2 1 3 传动装置运动及动力参数计算 3 1 各轴的转速计算 1 实际总传动比 传动比都集中在蜗杆上 其他不分配传动比 i nm n 960 40 929 23 5 取 i 24 2 各轴转速 第一轴转速 n1 nm 960r min 第二轴转速 n2 n1 i 40r min 3 2 各轴的输入功率 第一轴功率 P1 Pm 联轴器 3 96kW 第二轴功率 P2 P1 蜗杆 轴承 3 10kW 第三轴功率 P

9、3 P2 轴承 联轴器 3 01kW 第一 二轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率 0 98 3 3 各轴的输入转矩 电动机的输出转矩 Tm 9 55 106Pm nm 39791 667N mm nd 409 29 1023 225r min 电动机的有关参数数据均 引自 机械零件设计手册 第 827 828 页 主要参数 型号 Y2 132M1 6 P 4kW n 960r min i 24 n1 960r min n2 40r min P1 3 96kW P2 3 10kW P3 3 01kW 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 4 计 算 及 说 明 结 果 第一

10、轴转矩 T1 9 55 106P1 n1 39393 750 N mm 第二轴转矩 T2 9 55 106P2 n2 740125 000 N mm 第三轴转矩 T3 9 55 106P3 nw 718637 500 N mm 第一 二轴的输出转矩则分别为输入转矩乘轴承效率 0 98 运动和动力参数计算结果整理于下表 轴名 功率 P kW 转矩 T N mm 转速 n r min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 4 39791 667 960 1 0 99 第一轴 3 96 3 88 39393 75 38605 875 960 24 0 78 第二轴 3 10 3 04

11、740125 725322 5 40 0 97 第三轴 3 01 2 71 718637 5 646773 75 40 1 4 蜗轮蜗杆的设计及其参数计算 4 1 传动参数 蜗杆输入功率 P 3 96 kW 蜗杆转速 n1 960r min 蜗轮转速 n2 40r min 传动比 i 24 蜗杆头数 z1 2 蜗轮齿数为 z2 iz1 24 4 2 蜗轮蜗杆材料及强度计算 1 选择蜗杆传动的类型 根据 GB T 10085 1988 的推荐 采用渐开线蜗杆 ZI 2 选择材料 蜗杆材料采用 45 钢 蜗杆螺旋齿面淬火处理 使硬度达到 45 55HRC 以 保证齿面有足够的接触强度和抗胶合能力

12、涡轮轮缘采用铸造锡磷青铜 ZCuSn10Pb1 金属模铸造 使其具有耐磨性和 抗胶合能力 硬度 HRC 45 为了节约贵重的有色金属 仅齿圈用青铜制 造 而轮芯用灰铸铁 HT100 制造 3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则 先按齿面接触强度进行设计 再校核齿根 弯曲疲劳强度 由 机械设计 式 11 12 传动中心距 a KT2 ZEZ H 2 1 3 Tm 39791 667N mm T1 39393 750 N mm T2 740125 000 N mm T3 718637 500 N mm 蜗轮蜗杆的计算公式及参 数引自 机械设计 高教 第 243 268 页及 机

13、械零件 设计手册 第 720 页 主要参数 a 180 m 6 3 d1 63 q 10 z1 2 z2 48 x2 0 4286 d2 302 4mm B 56 7mm 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 5 计 算 及 说 明 结 果 确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定 故去载荷分布不均匀系数 K 1 由 机械设计 表 11 5 选取使用系数 KA 1 由于转速不高 冲击不大 取动载系数 Kv 1 05 则 K KAK Kv 1 05 确定弹性影响系数 ZE 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配 故 ZE 160MPa 确定接触系数 Z 先假设蜗杆分度圆直径 d1和传动

14、中心距 a 的比值 d1 a 0 35 从 机械设 计 图 11 18 中可查得 Z 2 9 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸造锡磷青铜 ZCuSn10P1 金属模铸造 蜗杆螺旋齿面硬 度 45HRC 可从 机械设计 表 11 7 中查得蜗轮的基本许用应力 H 268MPa 应力循环次数 N 60jn2Lh 60 1 40 7 300 8 4 032 107 寿命系数 KHN 107 4 032 107 1 8 0 84 则 H KHN H 0 84 268 225MPa 计算中心距 a 1 05 740125 160 2 9 225 2 1 3 148 955mm 取中心距 a 180

15、 因 i 24 故从 机械零件设计手册 表 16 5 中取模数 m 6 3mm 蜗杆分度圆直径 d1 63 这时 d1 a 0 35 与假设值刚好相 同 因此以上计算结果可用 4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距 pa 19 792mm 直径系数 q 10 齿顶圆直径 da1 75 6mm 齿 根圆直径 df1 47 88mm 分度圆导程角 11 31 蜗杆轴向齿厚 K 1 05 ZE 160MPa Z 2 9 H 225MPa 080301027 张鑫磊 蜗轮 蜗杆减速器设计说明书 6 计 算 及 说 明 结 果 sa 9 896mm b1 12 5 0 1z1 m 94mm

16、蜗轮 蜗轮齿数 z2 48 变位系数 x2 0 4286 验算传动比 i z2 z1 48 2 24 无传动比误差 蜗轮分度圆直径 d2 mz2 6 3 48mm 302 4mm 蜗轮喉圆直径 da2 d2 2ha2 302 4 2 6 3 mm 315mm 蜗轮齿根圆直径 df2 d2 2hf2 302 4 2 1 2 6 3 mm 287 28mm 蜗轮外圆直径 Dw da2 1 5m 315 1 5 6 3 mm 324 45mm 蜗轮咽喉母圆直径 rg2 a da2 180 315 mm 22 5mm 蜗轮齿宽 B 0 75da1 0 75 75 6mm 56 7mm 5 校核齿根弯曲疲劳强度 F 1 53KT2YFa2Y d1d2m F 当量齿数 zv2 z2 cos3 48 cos311 31 50 91 根据 x2 0 4286 zv2 50 91 从 机械设计 图 11 19 中可查得齿形系数 YFa2 2 56 螺旋角系数 Y 1 140 1 11 31 140 0 9192 许用弯曲应力 F F KHN 从 机械设计 表 11 8 中查得由 ZCuSn10P1 制造