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1、 第一部份 机械设计课程设计指导书第8章 圆柱蜗杆减速器装配草图设计要点与圆柱齿轮减速器比较，蜗杆减速器设计的特性内容主要是蜗杆轴系部件、箱体某些结构以及蜗杆、蜗轮的结构等。蜗杆减速器的设计步骤与圆柱齿轮减速器基本相同。本章以常见的下置式蜗杆减速器为例，按设计步骤，并着重介绍蜗杆减速器设计的特性内容。因此，在设计蜗杆减速器时，除学习本章内容外，其它共性问题须仔细参阅第五、六章圆柱齿轮减速器设计的有关内容。在结构视图表达方面，蜗杆减速器要以最能反映轴系部件及减速器箱体结构特征的主、左视图为主。 蜗杆减速器有关箱体结构尺寸见图4-4和表4-1。 减速器结构设计涉及减速器的润滑方式。在开始画装配图之
2、前，按第四章第二节减速器润滑所述内容，确定蜗杆传动副及轴承的润滑方式。减速器结构设计，包括轴系部件、箱体和附件等结构设计。轴系部件设计是装配图设计第一阶段的内容。轴系部件包括轴、轴承组合和传动件。8.1 轴系部件设计装配图设计第一阶段8.1.1 确定传动件及箱体轴承座位置传动件安装在轴上，轴通过轴承支承在箱体轴承座孔中。设计轴系部件，首先要确定传动件和箱体轴承座的位置。1确定传动件中心线位置 参照参考图例，根据计算所得中心距数值，估计所设计减速器的长、宽、高外形尺寸（见第5章图5-3），并考虑标题栏、明细表、技术特性、技术要求以及零件编号、尺寸标注等所占幅面，确定三个视图的位置，画出各视图中传
3、动件的中心线。2按蜗轮外圆de2确定蜗杆轴承座位置 按所确定的中心线位置，首先画出蜗轮和蜗杆的轮廓尺寸，见图8-1。取蜗轮外圆与箱体内壁间的距离1（为箱体壁厚），在主视图中确定两侧内壁及外壁的位置。取蜗杆轴承座外端面凸台高48mm，确定蜗杆轴承座外端面F1的位置。M1为蜗杆轴承座两外端面间距离。为了提高蜗杆的刚度，应尽量缩短支点间的距离，为此，蜗杆轴承座需伸到箱内。内伸部分长度与蜗轮外径及蜗杆轴承外径或套杯外径有关。内伸轴承座外径与轴承盖外径D2相同。为使轴承座尽量内伸，常将圆柱形轴承座上部靠近蜗轮部分铸出一个斜面（见图8-1及图8-2），使其与蜗轮外圆间的距离1，再取b=0.2(D2D)，从
4、而确定轴承座内端面E1的位置。3按蜗杆轴承座径向尺寸确定蜗轮轴承座位置 如图8-1左视图所示，常取蜗杆减速器宽度等于蜗杆轴承盖外径（等于蜗杆轴承座外径），即N2D2。由箱体外表面宽度可确定内壁E2的位置，即蜗轮轴承座内端面位置。其外端面F2的位置或轴承座的宽度B2，由轴承旁螺栓直径及箱壁厚度确定，即B2c1c 2(510)mm，式中的、c1和c2值见表41。M2为蜗轮轴承座两外端面间距离。图8-1 传动件、轴承座端面及箱壁面的位置图8-2 蜗杆轴承座4确定其余箱壁位置 在此之前，与轴系部件结构有关的箱体轴承座位置已经确定。从绘图的方便以及热平衡计算的需要考虑，其余箱壁位置也在此一并确定。如图8
5、-1所示， 取1 确定上箱壁位置。对下置式蜗杆减速器，为保证散热，常取蜗轮轴中心高H2(1.82)a , a为传动中心距。此时蜗杆轴中心高还需满足传动件润滑要求（见4.2节），中心高H1、H2需圆整。有时蜗轮、蜗杆伸出轴用联轴器直接与工作机、原动机联接。如相差不大时，最好与工作机、原动机中心高相同，以便于在机架上安装。8.1.2 热平衡计算由于发热大，蜗杆减速器在箱体长、宽和高尺寸确定后，需进行热平衡计算。若经热平衡计算不符合要求，可适当增加箱体尺寸或增设散热片和风扇。散热片方向应与空气流动方向一致，其结构尺寸如图8-12所示。发热严重时还可在油池中设置蛇形冷却管，或改用循环润滑系统，以降低油
6、温。8.1.3 轴的结构设计和滚动轴承选择1轴的结构设计轴的结构设计基本与圆柱齿轮减速器相同，见5.3节。2滚动轴承类型选择(1)轴承类型的选择 蜗轮轴轴承类型选择的考虑与圆柱齿轮减速器相同，这里只介绍蜗杆轴承类型的选择。蜗杆轴承支点与齿轮轴承支点受力情况不同。蜗杆轴承承受轴向力大，因此不宜选用深沟球轴承承受蜗杆的轴向力，一般可选用能承受较大轴向力的角接触球轴承或圆锥滚子轴承。角接触球轴承较相同直径系列的圆锥滚子轴承的极限转数高。但在一般蜗杆减速器中，蜗杆转速常在3000rmin以下，而内径为90mm以下的圆锥滚子轴承，在油润滑条件下，其极限转速都在3000rmin以上。同时，圆锥滚子轴承较相
7、同直径系列的角接触球轴承基本额定动负荷值高，而且价格又低。因此，蜗杆轴承多选用圆锥滚子轴承。当转数超过圆锥滚子轴承的极限转数时，才选用角接触球轴承。当轴向力非常大而且转速又不高时，可选用双向推力球轴承承受轴向力，同时选用向心轴承承受径向力。(2)轴承尺寸的选择 在轴的径向尺寸设计过程中，根据轴颈尺寸，选择轴承的内径尺寸。因蜗杆轴轴向力大，且转速较高，故开始常初选03（中窄）系列轴承。8.1.4 确定支点及受力点，并校核轴、键、轴承受力点和支反力点如图8-3所示。轴、键、轴承校核计算与圆柱齿轮减速器相同（见5.3节）。图8-3 蜗杆减速器初步装配草图8.1.5 蜗杆轴系部件的轴承组合设计1轴承支
8、点结构设计(1)两端固定 当蜗杆轴较短（支点跨距小于 300 mm ) ，温升又不太大时，或虽然蜗杆轴较长，但间歇工作，温升较小时，常采用圆锥滚子轴承正装的两端固定结构，见图8-3及图8-4。(2)一端固定和一端游动 当蜗杆轴较长时，轴的热膨胀伸长量大，如采用两端固定结构，则轴承将承受较大附加轴向力，使轴承运转不灵活，甚至卡死压坏。这种情况下宜采用一端固定另一端游动的支点结构，如图8-5所示。固定端常采用两个圆锥滚子轴承正装的支承形式。外圈用套杯凸肩和轴承盖双向固定，内圈用套筒（或轴肩）和圆螺母双向固定。游动端可采用如图8-5a所示的深沟球轴承，内圈用套筒（或轴肩）和弹性挡圈双向固定，外圈在座
9、孔中轴向游动的结构。或者采用如图8-5b所示的圆柱滚子轴承，内外圈双向固定，滚子在外圈内表面轴向游动的结构。图8-4两端固定式蜗杆轴系结构图8-5 一端固定和一端游动式蜗杆轴系结构在设计蜗杆轴承座孔时，应使座孔直径大于蜗杆外径以便蜗杆装入。为便于加工，常使箱体两轴承座孔直径相同。图8-6 圆螺母固定圆锥滚子轴承的结构蜗杆轴系中的套杯，主要用于固定支点轴承外圈的轴向固定。套杯的结构和尺寸设计可参考图7-9。由于蜗杆轴的轴向位置不需要调整，因此，可以采用如图8-5中所示的径向结构尺寸较紧凑的小凸缘式套杯。固定端的轴承承受的轴向力较大，宜用圆螺母而不用弹性挡圈固定。游动端轴承可用弹性挡圈固定。用圆螺
10、母固定正装的圆锥滚子轴承时，如图8-6所示，在圆螺母与轴承内圈之间，必须加一个隔离短套筒，否则圆螺母将与保持架干涉。短套筒的外径和宽度，见圆锥滚子轴承标准中的安装尺寸。2润滑与密封(1)润滑 下置蜗杆的轴承用浸油润滑。为避免轴承搅油功率损耗过大，最高油面h0max不能超过轴承最下面的滚动体中心，见图8-7；最低油面高度h0min应保证最下面的滚动体在工作中能少许浸油。蜗杆圆周速度v45m/s时，下置蜗杆多采用浸油润滑。蜗杆齿浸油深度为(0.751)h，h为全齿高。当油面高度能同时满足轴承和蜗杆浸油深度要求，则两者均采用浸油润滑，如图8-7a所示。为防止由于浸入油中蜗杆螺旋齿的排油作用，迫使过量
11、的润滑油冲入轴承，需在蜗杆轴上装挡油盘，如图8-7a所示。挡油盘与箱座孔间留有一定间隙，既能阻挡冲来的润滑油，又能使适量的油进入轴承。a） b） c）图8-7下置式蜗杆减速器的油面高度在油面高度满足轴承浸油深度的条件下，蜗杆齿尚未浸入油中（图8-7b）或浸入深度不足(图8-7c)，则应在蜗杆两侧装溅油盘（图8-7b），使蜗杆在飞溅润滑条件下工作。这时滚动轴承浸油深度可适当降低，以减少轴承搅油损耗。在蜗杆浸油深度不足时，也可以在蜗杆两侧装设两个结构简单的溅油盘（图8-4），辅以溅油润滑。蜗轮轴承转速较低，可用脂润滑或用刮板润滑（见图8-8中的俯视图）。上置式蜗杆减速器的润滑，参阅第四章第二节及有
12、关资料。(2)密封 下置蜗杆应采用较可靠的密封形式，如采用橡胶密封圈（见18.3节表18-15）密封。蜗轮轴轴承的密封与齿轮减速器相同。8.1.6 蜗杆和蜗轮结构1蜗杆结构如表19-3所示，由于蜗杆径向尺寸小而常与轴制成一体，称为蜗杆轴。蜗杆根圆直径df1略大于轴径d，其螺旋部分可以车制（df1d24mm），也可以铣制。当df1d时，只能铣制（d可大于df1）。2蜗轮结构蜗轮结构分装配式和整体式两种。为节省有色金属，大多数蜗轮做成装配式结构，只有铸铁蜗轮或直径de2100mm的青铜蜗轮才用整体式结构。装配式结构有：螺钉联接和铰制孔螺栓联接。表19-4中图a为青铜轮缘用过盈配合装在铸铁轮芯上的装
13、配式蜗轮结构，其常用的配合为H7/s6或H7/r6。为增加联接的可靠性，在配合表面接缝处装48个螺钉。为避免钻孔时钻头偏向软金属青铜轮缘，螺孔中心宜稍偏向较硬的铸铁轮心一侧。表19-4中图b为轮缘与轮芯用铰制孔用螺栓联接的装配式蜗轮结构，其螺栓直径和个数由强度计算确定。这种组合结构工作可靠、装配方便，适用于较大直径的蜗轮。为节省青铜和提高联接强度，在保证必需的轮缘厚度的条件下，螺栓位置应尽量靠近轮缘。图8-8为蜗杆减速器装配草图设计第一阶段完成的内容。8.2 箱体及附件设计装配图设计第二阶段剖分式蜗杆减速器箱体结构设计，除前面所述蜗杆、蜗轮轴承座确定方法之外，其它结构与齿轮减速器设计相似，附件
14、结构设计也与圆柱齿轮减速器相似，可参阅第六章。这里只简单介绍一下整体式箱体结构。如图8-9所示，整体式箱体两侧一般设两个大端盖孔，蜗轮由此装入，该孔径要稍大于蜗轮外圆的直径。为保证传动啮合的质量，大端盖与箱体间的配合采用H7/js6或H7/g6。图8-8 蜗杆减速器第一阶段装配草图为增加蜗轮轴承座的刚度，大端盖内侧可加肋。为使蜗轮跨过蜗杆装人箱体，蜗轮外圆与箱体上壁间应留有相应的距离s（图8-9）。当蜗杆减速器需要加设散热片时，散热片的布置一般取竖直方向。若在蜗杆轴端装风扇，则散热片布置方向应与风扇气流方向一致。散热片的结构和尺寸见图8-10。图8-10 散热片结构和尺寸H（45），a2，b，r0.5，r1025图8-9 整体式蜗杆减速器箱体结构图8-11为蜗杆减速器装配草图设计完成第二阶段后的内容。图8-11 圆柱蜗杆减速器装配草图第8章 圆柱蜗杆减速器装配草图设计要点8.1 轴系部件设计装配图设计第一阶段8.1.1 确定传动件及箱体轴承座位置8.1.2 热平衡计算8.1.3 轴的结构设计和滚动轴承选择8.1.4 确定支点及受力点，并校核轴、键、轴承8.1.5 蜗杆轴系部件的轴承组合设计8.1.6 蜗杆和蜗轮结构8.2 箱体及附件设计装配图设计第二阶段 - 69 -
