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1、機械設計課程設計題 目： 單級蝸桿減速器 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 王 軍 學 號： 20097494 指導教師： 龔 偉 2012年1月4日目 錄引言 一、設計題目 二、總體傳動方案的設計與分析 三、電動機的選擇 四、傳動裝置運動及動力參數(shù)計算 五、蝸輪蝸桿的設計及其參數(shù)計算 六、蝸輪蝸桿軸的設計計算及校核 七、聯(lián)軸器和滾動軸承的選擇與校核 八、鍵選擇與校核 九、箱體的設計計算 十、小型標準件的選擇 十一、減速器的結構，密封與潤滑 十二、設計小結 十三、附件 、引言課程設計是考察學生全面在掌握基本理論知識的重要環(huán)節(jié)。在2010年01月04日-2010年01月18日為期二周
2、的機械設計課程設計。本次是設計一個蝸輪蝸桿減速器，減速器是用于電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。本減速器屬單級蝸桿減速器（電機聯(lián)軸器減速器聯(lián)軸器滾筒），本人是在指導老師指導下完成的。該課程設計內容包括：任務設計書，參數(shù)選擇，傳動裝置總體設計，電動機的選擇，運動參數(shù)計算，蝸輪蝸桿傳動設計，蝸桿、蝸輪的基本尺寸設計，蝸輪軸的尺寸設計與校核，減速器箱體的結構設計，減速器其他零件的選擇，減速器的潤滑等和A2圖紙裝配圖1張、A4圖紙的零件圖2張。設計參數(shù)的確定和方案的選擇通過查詢有關資料所得。蝸輪蝸桿減速器的計算機輔助機械設計，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
3、泛采用的先進技術，通過本課題的研究，將進一步深入地對這一技術進行深入地了解和學習。本文主要介紹一級蝸輪蝸桿減速器的設計過程及其相關零、部件的CAD圖形。計算機輔助設計（CAD），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泛采用的先進技術，能清楚、形象的表達減速器的外形特點。該減速器的設計基本上符合生產設計要求，限于作者初學水平，錯誤及不妥之處望老師批評指正。 一、設計題目11工作情況：已知條件1) 工作條件：兩班制，連續(xù)單向運轉，載荷較平穩(wěn)，室內工作，有灰塵，環(huán)境最高溫度35；2) 使用折舊期；8年；3) 檢修間隔期：四年一次大修，兩年一次中修，半年一次小修；4)
4、動力來源：電力，三相交流電，電壓380/220V；5) 運輸帶速度容許誤差：5%；6) 制造條件及生產批量：一般機械廠制造，小批量生產。12設計數(shù)據(jù)運輸帶工作接力F/N運輸帶工作速度n/（m/s）卷筒直徑D/mm48001.2550013傳動方案本課程設計采用的是單級蝸桿減速器傳動。如下圖所示：二、總體傳動方案的設計與分析21設計步聚1）電動機的選擇與運動參數(shù)計算；2）確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比3）蝸桿蝸輪的設計與校核；4）聯(lián)軸器的選擇5）蝸桿與蝸輪軸的設計與校核；6）軸承的選用與校核；7）鍵的選擇與校核8）箱體的設計9）裝配圖、零件圖的繪制； 22傳動方案的分析該工作機采用的是原動機
5、為Y系列三相籠型異步電動機，三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，電壓380 V，其結構簡單、工作可靠、價格低廉、維護方便；另外其傳動功率大，傳動轉矩也比較大，噪聲小，在室內使用比較環(huán)保。傳動裝置采用單級蝸桿減速器組成的封閉式減速器，采用蝸桿傳動能實現(xiàn)較大的傳動比，結構緊湊,傳動平穩(wěn)，但效率低，多用于中、小功率間歇運動的場合。工作時有一定的軸向力，但采用圓錐滾子軸承可以減小這缺點帶來的影響。并且在電動機心軸與減速器輸入軸及減速器輸出軸與卷筒軸之間采用彈性聯(lián)軸器聯(lián)接，因為三相電動機及輸送帶工作時都有輕微振動，所以采用彈性聯(lián)軸器能緩沖各吸振作用，以減少振動帶來的不必要的機械損耗?？偠?/p>
6、言之，此工作機屬于中等功率、載荷變化不大的工作機，其各部分零件的標準化程度高，設計與維護及維修成本低；結構較為簡單，傳動的效率比較高，適應工作條件能力強，可靠性高，能滿足設計任務中要求的設計條件及環(huán)境。三、電動機的選擇3.1 電動機功率的確定1) 工作機各傳動部件的傳動效率及總效率：查機械設計課程設計指導書表9.2可知蝸桿傳動的傳動比為：；又根據(jù)機械設計基礎表4-2可知蝸桿頭數(shù)為，由表4-4可知蝸桿傳動的總效率為：查機械設計課程設計指導書表9.1可知各傳動部件的效率分別為：； ；工作機的總效率為：2) 電動機的功率：所以電動機所需工作效率為：3.2 確定電動機的轉速1) 傳動裝置的傳動比的確定
7、：查機械設計課程設計指導書書中表9.2得各級齒輪傳動比如下： 理論總傳動比：2) 電動機的轉速：卷筒軸的工作轉速：所以電動機轉速的可選范圍為：根據(jù)上面所算得的原動機的功率與轉速范圍，符合這一范圍的同步轉速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三種。所以可供選擇的的電機有：序號電動機型號額定功率KW滿載轉速r/min堵轉轉矩最大轉矩質量（kg）額定轉矩額定轉矩1：1000Y160L-6119702.02.01472：750Y180L-8117301.72.01843：1500Y160M-41114602.22.2123綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質量及價格等因素，為
8、使傳動裝置結構緊湊，決定選用同步轉速為1000 r/min的電動機。其主要功能如上圖所示。3.3電動機的結構設計中心高 H外形尺寸底腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑 K軸伸尺寸裝鍵部位尺寸16015根據(jù)電動機的型號，選擇如上圖所示的結構。四、 傳動裝置運動及動力參數(shù)計算4.1 各軸的轉速計算1) 實際總傳動比及各級傳動比的分配：由于是蝸桿傳動，傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。則總傳動比: 所以取2) 各軸的轉速：第一軸轉速：第二軸轉速：4.2 各軸的輸入功率第一軸功率：第二軸功率：第三軸功率：4.3 各軸的輸入轉矩電動機軸的輸出轉矩：第一軸轉矩：第二軸轉矩：第三軸轉矩：將運動和動力參數(shù)計算結果
9、進行整理并列于下表：軸 名功率P/kW轉矩T/（N*M）轉速n/(r/min)傳動比效率電機軸9.2390.8797011第一軸9.1489.9097010.99第二軸7.31151146.2210.80卷筒軸7.02145146.210.95五、蝸輪蝸桿的設計及其參數(shù)計算5.1 傳動參數(shù)蝸桿輸入功率P=9.23 kW，蝸桿轉速，蝸輪轉速，理論傳動比i=20.3，實際傳動比i=21，蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)為，蝸輪轉速選擇蝸桿傳動類型：根據(jù)設計要求，選用阿基米德蝸桿。52選擇材料 減速器的為閉式傳動，蝸桿選用材料45鋼經表面淬火，齒面硬度 45 HRC,蝸輪緣選用材料ZCuSn10P1,金屬模鑄造，
10、蝸輪輪芯用灰鑄鐵HT200制造。53按齒面接觸疲勞強度進行設計1）確定作用在蝸輪上的轉矩T2： 2）載荷系數(shù)K： 因為載荷平穩(wěn)，蝸輪轉速不高，可從書里表中查得.15 ， ，；則3）確定材料彈性系數(shù) ：由鋼蝸桿與鑄錫磷青銅蝸輪相配，材料彈性系數(shù) 4）確定接觸系數(shù) ： 先假設 ，從圖7.7可查得 5）確定許用接觸應力 ： 由蝸輪材料ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿硬度45HRC,可從表中查得蝸輪的基本許用應力.計算循環(huán)次數(shù) :： 壽命系數(shù): 則 6）確定中心距：取中心距a=250mm,由i=20從表中7.2中取模數(shù)m=10mm,蝸桿分度圓直徑=90mm.這時,對應的,因,故以上計算結果可用。5
11、4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)和幾何尺寸1) 蝸桿蝸桿頭數(shù)軸向齒距;直徑系數(shù);齒頂圓直徑;齒根圓直徑;2) 蝸輪 蝸輪齒數(shù)取;變位系數(shù);蝸輪分度圓直徑;蝸輪喉圓直徑;蝸輪齒根圓直徑55校核齒根彎曲疲勞強度1）計算蝸桿導程角 可知 2）當量齒數(shù)： 由和可從教材圖7.8中查得齒形系數(shù)。螺旋角系數(shù)： 則齒根彎曲疲勞應力 由表7.8中根據(jù)蝸輪材料ZCuSn10P1可查得基本許用彎曲應力。 壽命系數(shù)： 則許用彎曲應力 由于 所以彎曲疲勞強度條件滿足。56計算相對滑動速度與傳動效率蝸桿導程角： ; 可知 ， 蝸桿分度圓的圓周速度 ： 相對活動速度： 當量摩擦角 取驗算嚙合效率： 傳動總效率： （在表4-4所列范圍
12、內）。57熱平衡計算與校核環(huán)境溫度 取傳熱系數(shù) 取根據(jù)： S=1.5 故可知其安全。2、截面D左側 抗彎截面模量按表11.5中的公式計算 W=0.1=72900抗扭截面模量 =0.2=145800彎矩M為 332501*（87-64）/87=87902.56N.mm截面D上的扭矩T=1510993.5 N.mm 截面上彎曲切應力=1.2MPa截面上的扭轉切應力 =10.36MPa過盈配合處的/值，由手冊可知/=0.8/ 于是得/=2.37 /=1.85軸按磨削加工，得表現(xiàn)質量系數(shù)為=0.92故得綜合系數(shù)為：=/+1/-1=2.612=/+1/-1=2.108軸在截面4的左側的安全系數(shù)為=/（+
13、）=17.95=/（+）=9.481=/=9.483S=1.5 故該軸在D左側的強度也是足夠的。又因本傳動無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)對稱性，故可略去靜強度校核。七、聯(lián)軸器和滾動軸承的選擇與校核71載荷計算1）已知蝸桿軸名義轉矩為89.9N*m由于蝸桿減速器的載荷較平穩(wěn)，按轉矩變化小考慮，取工作情況系數(shù)k=1.3。蝸桿軸計算轉矩： 2）已知蝸輪軸名義轉矩為1511N*m; 卷筒軸計算轉矩為1451N*m所以蝸輪軸計算轉矩：N*m3）卷筒軸計算轉矩：N*m72選擇聯(lián)軸器的型號查機械設計課程設計指導書表12-3可知，電動機軸的直徑D=42mm,軸長E=110mm；蝸桿軸直徑。查機械設計課程設計指
14、導書表8-5可知，蝸桿軸的輸入端選用LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器標記 LT7聯(lián)軸器GB/T 4323-2002公稱轉矩 許用轉速 查機械設計課程設計指導書表13.1可知，蝸輪軸的輸出端選用LT10型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器標記 LT10聯(lián)軸器GB/T 4323-2002公稱轉矩 許用轉速 73軸承的選擇1) 初選輸入軸的軸承型號據(jù)已知工作條件和輸入軸的軸頸，由機械設計基礎附表8-5初選軸承型號為圓錐滾子軸承30310（一對），其尺寸：D=100mm,d=50mm,T=29.25mm。據(jù)已知工作條件和輸出軸的軸頸，由機械設計基礎附表8-5初選軸承型號為圓錐滾子軸承32216（一對），其尺寸：D=
15、140mm,d=80mm,T=35.25mm。2）對32216型號軸承進行校核：查機械設計課程設計手冊：其基本額定動載荷 C=198000N；計算系數(shù) e=0.42 ； 軸向載荷系數(shù) Y=1.4。1、計算蝸桿軸的受力蝸桿軸受力分別有切向力，軸向力和徑向力蝸桿軸： 蝸輪軸： 2、計算派生軸向力設將蝸輪設計在兩軸承的中心位置處，則兩軸承的內部徑向力分別為： 3、計算軸承所受的軸向載荷因為 軸承1被放松，軸承2被壓緊。由此可得 4、計算當量動載荷軸承1的載荷系數(shù) ： 根據(jù)，由表8-5可知，由此可求得軸承1的當量動載荷： 軸承2的載荷系數(shù) ： 根據(jù)由表8-5可知；由此可求得軸承2的當量動載荷： 所以軸
16、承的當量動載荷取、中較大者，所以取5、計算軸承實際壽命溫度系數(shù) 由機械設計基礎表8-3可知載荷系數(shù) 由機械設計基礎表8-6可知壽命指數(shù) 滾子軸承 軸承實際壽命 所以 軸承32216滿足要求。八、鍵選擇與校核81蝸桿聯(lián)接鍵的選擇與校核1）鍵的選擇和參數(shù) 選擇普通平鍵，圓頭。由機械設計課程設計指導書表4-1查得d=40mm時，應選用鍵 GB/T1096轉 矩： 鍵長 ： 接觸長度： 2）許用擠壓應力校 核 查機械設計基礎表2-12鍵連接鋼的許用擠壓應力為 而 故滿足要求82蝸輪聯(lián)接鍵的選擇與校核1）鍵的選擇和參數(shù) 選擇普通平鍵，圓頭。由機械設計課程設計指導書表4-1查得d=90時,應選用鍵 GB/
17、T1096轉 矩： 鍵長 ： 接觸長度： 2）許用擠壓應力校 核 查機械設計基礎表2-12鍵連接鋼的許用擠壓應力為 而 故滿足要求83蝸輪軸聯(lián)接鍵的選擇與校核1）鍵的選擇和參數(shù) 選擇普通平鍵，圓頭。由機械設計課程設計指導書表4-1查得d=70時。應選用鍵 GB/T1096轉 矩： 鍵長 ： 接觸長度： 2）許用擠壓應力校 核 而 故滿足要求84卷筒軸鍵的選擇1）鍵的選擇和參數(shù) 選擇普通平鍵，圓頭。由機械設計課程設計指導書表4-1查得d=65時。應選用鍵 GB/T1096轉 矩： 鍵長 ： 接觸長度： 2）許用擠壓應力校 核 而 故滿足要求85電動機軸鍵的選擇1）鍵的選擇和參數(shù) 選擇普通平鍵，圓
18、頭。由機械設計課程設計指導書表4-1查得d=42時。應選用鍵 GB/T1096轉 矩： 鍵長 ： 接觸長度： 2）許用擠壓應力校 核 而 故滿足要求九、箱體的設計計算91箱體的結構形式和材料采用下置剖分式蝸桿減速器（由于V=1.25m/s）鑄造箱體，材料HT150。9. 2箱體主要結構尺寸和關系 名稱 減速器型式及尺寸關系箱座壁厚 =13mm 箱蓋壁厚1 1=11mm箱座凸緣厚度b1，箱蓋凸緣厚度b，箱座底凸緣厚度b2 b1=1.51=17mmb=1.5=19mm b2=2.5=32mm地腳螺釘直徑及數(shù)目 n=4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 箱蓋、座聯(lián)接螺栓直徑 連接螺栓的間距180mm軸承端蓋螺釘直徑
19、 視孔蓋螺釘直徑 定位銷直徑Df，d1，d2至外壁距離 df，d2至凸緣邊緣距離 C1=26,20,16 C2=24,14軸承端蓋外徑 D1=140mm ，D2=190mm軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S1=140mm ，S2=190mm軸承旁凸臺半徑 R1=16mm軸承旁凸臺高度 根據(jù)軸承座外徑和扳手空間的要求由結構確定箱蓋，箱座筋厚 m1=9mm m2=10mm蝸輪外圓與箱內壁間距離 20mm蝸輪輪轂端面與箱內壁距離 15mm十、小型標準零件的選擇本部分含螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇墊圈，墊片的選擇，具體內容如下：7.1 螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇考慮到減速器的工作條件，后續(xù)箱體附件的結構，以及其他因素的影響
20、選用螺栓GB5782-86 M12*40 數(shù)量為4個 M16*120 數(shù)量為4個螺母GB6170-86 M12 數(shù)量為4個 M16 數(shù)量為4個螺釘GB5782-86 , M8*25 數(shù)量為2個 M10*35 數(shù)量為24個 M6*16 數(shù)量為12個*（參考裝配圖）7.2 銷，墊圈墊片的選擇 選用銷GB117-86，B10*30， 數(shù)量為2個選用墊圈GB93-87 數(shù)量為8個選用止動墊片 1個選用石棉橡膠墊片 2個選用08F調整墊片 4個*（參考裝配圖）有關其他的標準件，常用件，專用件，詳見后續(xù)裝配圖十一、減速器的結構，密封與潤滑111減速器的結構本課題所設計的減速器，其基本結構設計是在參照裝配圖
21、的基礎上完成的，該項減速器主要由傳動零件（蝸輪蝸桿），軸和軸承，聯(lián)結零件（鍵，銷，螺栓，螺母等）。箱體和附屬部件以及潤滑和密封裝置等組成。箱體為剖分式結構，由I箱體和箱蓋組成，其剖分面通過蝸輪傳動的軸線；箱蓋和箱座用螺栓聯(lián)成一體；采用圓錐銷用于精確定位以確保和箱座在加工軸承孔和裝配時的相互位置；起蓋螺釘便于揭開箱蓋；箱蓋頂部開有窺視孔用于檢查齒輪嚙合情況及潤滑情況用于加住潤滑油，窺視孔平時被封住；通氣器用來及時排放因發(fā)熱膨脹的空氣，以放高氣壓沖破隙縫的密封而致使漏油；副標尺用于檢查箱內油面的高低；為了排除油液和清洗減速器內腔，在箱體底部設有放汕螺塞；吊環(huán)螺栓用來提升箱體，而整臺減速器的提升得使
22、用與箱座鑄成一體的吊鉤；減速器用地腳螺栓固定在機架或地基上。（具體結構詳見裝配圖）112減速器的潤滑與密封蝸輪傳動部分采用潤滑油，潤滑油的粘度為118cSt（100C）查表10.6機械設計課程設計指導書 潤滑油118Cst軸承部分采用脂潤滑，潤滑脂的牌號為ZL-2查表10.7設計課程設計指導書 潤滑脂ZL-2十二、設計小結一級蝸桿減速器的設計是一個較為復雜的過程，通過這次設計覺得自己受益匪淺。機械設計課程設計是機械設計課程的一個重要環(huán)節(jié)，它可以讓我們進一步鞏固和加深學生所學的理論知識，通過設計把機械設計及其他有關先修課程（如機械制圖、材料力學、工程材料等）中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合
23、運用，使理論知識和生產實踐密切的結合起來。而且，本次設計是我們學生首次進行完整綜合的機械設計，它讓我樹立了正確的設計思想，培養(yǎng)了我對機械工程設計的獨立工作能力；讓我具有了初步的機構選型與組合和確定傳動方案的能力；為我今后的設計工作打了良好的基礎。通過本次課程設計，還提高了我的計算和制圖能力；同時對減速器的結構和設計步驟有了一個大概的了解，對之前所學的專業(yè)知識作了一個很好的總結，設計中尚有很多不合理和不理解的地方，以待在今后的學習工作中來彌補。設計過程中我能夠比較熟悉地運用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范；熟悉有關的國家標準和行業(yè)標準（如GB、JB等），獲得了一個工程技術人員在機械設計方面所必須具備的基本技能訓練。 經過一番艱辛努力，最終獨立將課程設計圓滿地完成。我們付出，我們收獲。十三、附件131圖紙1）蝸輪軸圖-WLZ2）蝸輪圖-WL3）裝配圖-ZP132參考文獻【1】吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊第三版.高等教育出版社【2】龔桂義.機械設計課程設計指導書第二版.高等教育出版社，【3】楊明忠，朱家誠。機械設計，武漢理工大學出版社，2001.5【4】宋寶玉.機械設計課程設計指導書.北京:高等教育出版社，2006.8蝸 桿蝸 輪
一級蝸桿減速器
