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機械設(shè)計說明書題 目: 一級蝸桿減速器設(shè)計 學 校: 系 別: 機械學院 專 業(yè): 學生姓名: 學 號: 指導(dǎo)教師: 目錄摘要41.蝸輪蝸桿減速器的介紹41.1蝸輪蝸桿減速器簡介41.2蝸桿傳動特點52總體傳動方案的選擇與分析52.1傳動方案的選擇52.2傳動方案的分析62.3電動機的選擇72.3.1. 電動機功率的確定72.3.2. 確定電動機的轉(zhuǎn)速73.傳動裝置運動及動力參數(shù)計算83.1 各軸的轉(zhuǎn)速計算83.2. 各軸的輸入功率93.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩94.蝸輪蝸桿的設(shè)計,三維結(jié)構(gòu)及其參數(shù)計算104.1蝸輪三維圖104.2蝸桿三維結(jié)構(gòu)124.3傳動參數(shù)124.4蝸輪蝸桿材料及強度計算134.5計算相對滑動速度與傳動效率134.6確定主要集合尺寸144.7熱平衡計算144.8蝸桿傳動的幾何尺寸計算155聯(lián)軸器選擇與軸承的設(shè)計計算與校核165.1聯(lián)軸器的選擇165.11載荷計算165.1.2選擇聯(lián)軸器的型號165.2軸承的選擇及校核與三維圖175.2.1蝸輪的軸承175.2.2蝸桿的軸承185.2.3初選輸入軸的軸承型號185.2.5計算軸承內(nèi)部軸向力195.2.6計算軸承的軸向載荷195.2.7計算當量動載荷195.2.8計算軸承實際壽命206軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計216.1蝸桿工程圖如下:216.2蝸桿軸的徑向尺寸的確定216.3蝸桿軸的軸向尺寸的確定226.4蝸輪軸的結(jié)構(gòu)造型如下:226.5蝸輪軸的軸上零件的定位、固定和裝配236.6蝸輪軸的徑向尺寸的確定236.7蝸輪軸的軸向尺寸的確定236.8蝸輪的強度校核247鍵連接設(shè)計計算267.1蝸桿連接鍵267.2蝸輪鍵的選擇與校核278 減速器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計279減速器潤滑的概要說明309.1減速器的結(jié)構(gòu)309.2減速箱體的結(jié)構(gòu)309.3速器的潤滑與密封3110減速器零件的三維建模3210.1減速器蝸桿的三維模型3210.2減速器蝸輪的三維模型3210.3 減速器箱體的三維模型3310.4其他零件三維模型成型3410.4.1 軸承的三維模型成型3410.4.2 軸承蓋、油標、通氣塞的三維模型3411.蝸輪蝸桿裝配體三維圖和爆炸圖3511.1裝配圖3511.2爆炸圖3612.各個零件圖結(jié)構(gòu)3613.參 考 文 獻38致 謝39摘要 蝸輪蝸桿減速器的計算機輔助機械設(shè)計,計算機輔助設(shè)計及輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)是當今設(shè)計以及制造領(lǐng)域廣泛采用的先進技術(shù),通過本課題的研究,將進一步深入地對這一技術(shù)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(shè)計過程及其相關(guān)零、部件的CAD圖形。計算機輔助設(shè)計(CAD),計算機輔助設(shè)計及輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)是當今設(shè)計以及制造領(lǐng)域廣泛采用的先進技術(shù),能清楚、形象的表達減速器的外形特點。本設(shè)計以SolidWorks軟件為主,并結(jié)合AutoCAD、CAXA電子圖板等二維繪圖軟件,設(shè)計了一個二級圓柱齒輪減速器,實現(xiàn)了減速器的三維模型生成,以及由此生成二維工程圖的設(shè)計思想。通過該軟件特有的三維設(shè)計功能,檢查、優(yōu)化設(shè)計方案,實現(xiàn)了減速器的運動仿真,完成了減速器在計算機中的模擬設(shè)計。該減速器的設(shè)計基本上符合生產(chǎn)設(shè)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。關(guān)鍵詞:3D模型,蝸輪蝸桿,減速器1.蝸輪蝸桿減速器的介紹1.1蝸輪蝸桿減速器簡介蝸輪蝸桿減速機(如圖1)是一種動力傳達機構(gòu),利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器,將電機(馬達)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的轉(zhuǎn)數(shù),并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。在目前用于傳遞動力與運動的機構(gòu)中,減速機的應(yīng)用范圍相當廣泛。幾乎在各式機械的傳動系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡,從交通工具的船舶、汽車、機車,建筑用的重型機具,機械工業(yè)所用的加工機具及自動化生產(chǎn)設(shè)備,到日常生活中常見的家電,鐘表等等。圖1其應(yīng)用從大動力的傳輸工作,到小負荷,精確的角度傳輸都可以見到減速機的應(yīng)用,且在工業(yè)應(yīng)用上,減速機具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備。1.2蝸桿傳動特點蝸桿傳動的主要優(yōu)點是可以獲得較大的單級傳動比。在動力傳動中,傳動比的一般范圍在 5 80 ,對非動力傳動,傳動比可達 1000 或更大。由于傳動比大,零件數(shù)目少,因而結(jié)構(gòu)緊湊。由于蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒,與蝸輪輪齒的嚙合是逐漸進入或退出嚙合,因而傳動平穩(wěn),振動和噪聲小。另外,不需其它輔助機構(gòu)即可獲得傳動的自鎖性。 蝸桿傳動的主要缺點是效率低,故不宜在大功率連續(xù)運轉(zhuǎn)條件下工作。為減輕齒面磨損及避免膠合,蝸輪一般需要用較貴重的減摩材料 ( 如青銅 ) 制造。目前,各種新型蝸桿傳動研究的重點是提高傳動效率,以適應(yīng)高效率連續(xù)大功率傳動的要求2總體傳動方案的選擇與分析2.1傳動方案的選擇該傳動方案在任務(wù)書中已確定,采用一個單級蝸桿減速器傳動裝置傳動,如下圖所示:2.2傳動方案的分析該工作機采用的是原動機為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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)矩也比較大,噪聲小,在室內(nèi)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(jié)構(gòu)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,但它常用于高速重載荷傳動,所以將它安放在高速級上。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灾斯ぷ鳈C屬于小功率、載荷變化不大的工作機,其各部分零件的標準化程度高,設(shè)計與維護及維修成本低;結(jié)構(gòu)較為簡單,傳動的效率比較高,適應(yīng)工作條件能力強,可靠性高,能滿足設(shè)計任務(wù)中要求的設(shè)計條件及環(huán)境。2.3電動機的選擇2.3.1. 電動機功率的確定1)機各傳動部件的傳動效率及總效率:查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表9.2可知蝸桿傳動的傳動比為: i蝸桿=1040;又根據(jù)機械設(shè)計基礎(chǔ)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:蝸桿=0.750.82;查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表9.1可知各傳動部件的效率分別為: 聯(lián)軸器=0.990.995; 軸承=0.97一對; 卷筒=0.940.97;工作機的總效率為:總=聯(lián)軸器2蝸輪蝸桿軸承2卷筒=0.650.742)電動機的功率w=Fv1000=23001.51000=3.45kw所以電動機所需工作效率為:2.3.2. 確定電動機的轉(zhuǎn)速1) 傳動裝置的傳動比的確定:查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)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(zhuǎn)速:卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速:所以電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為:根據(jù)上面所算得的原動機的功率與轉(zhuǎn)速范圍,符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三種。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質(zhì)量及價格等因素,為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊,決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的電動機。其主要功能表如下:電動機型號額定功率kW滿載轉(zhuǎn)速/r/min起動轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩Y132M2-65.59602.02.03.傳動裝置運動及動力參數(shù)計算3.1 各軸的轉(zhuǎn)速計算1) 實際總傳動比及各級傳動比的他配: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(zhuǎn)速:第一軸轉(zhuǎn)速:第二軸轉(zhuǎn)速:3.2. 各軸的輸入功率第一軸功率:第二軸功率:第三軸功率:3.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩:第一軸轉(zhuǎn)矩:第二軸轉(zhuǎn)矩:第三軸轉(zhuǎn)矩:將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進行整理并列于下表:軸 名功率P/kW轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動比效率電機軸5.311第一軸5.2510.99第二軸4.2170.80卷筒軸4.0310.954.蝸輪蝸桿的設(shè)計,三維結(jié)構(gòu)及其參數(shù)計算4.1蝸輪三維圖4.2蝸桿三維結(jié)構(gòu)4.3傳動參數(shù)蝸桿輸入功率P=5.3 kW,蝸桿轉(zhuǎn)速,蝸輪轉(zhuǎn)速,理論傳動比i=16.75,實際傳動比i=17,蝸桿頭數(shù),蝸輪齒數(shù)為,蝸輪轉(zhuǎn)速4.4蝸輪蝸桿材料及強度計算減速器的為閉式傳動,蝸桿選用材料45鋼經(jīng)表面淬火,齒面硬度 45 HRC,蝸輪緣選用材料ZCuSn10Pb1,砂型鑄造。蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力,由機械設(shè)計基礎(chǔ)表4-5可知,=180MPa.估取嚙合效率: 1=0.8蝸輪軸轉(zhuǎn)矩: T2=9.55106P11n2=9.551065.250.856.5=7.1105Nmm載荷系數(shù):載荷平穩(wěn),蝸輪轉(zhuǎn)速不高,取K=1.1.計算值 m2d1KT2480Z22 =1.17.1105480341802mm3 =4804mm3模數(shù)及蝸桿分度圓直徑由機械設(shè)計基礎(chǔ)表4-1取標準值,分別為:模數(shù) m=8 mm蝸桿分度圓直徑 d1=80mm4.5計算相對滑動速度與傳動效率蝸桿導(dǎo)程角 =arctanmz1d1=arctan8280=11.31蝸桿分度圓的圓周速度 v1=d1n1601000=80960601000ms=4.02ms相對活動速度 vs=v1cos=4.02cos11.31=4.098ms當量摩擦角 取v=230=2.5驗算嚙合效率 1=tantan+v=tan11.31tan11.31+2.5=0.81(與初取值相近)。傳動總效率 總=0.961=0.960.81=0.78 (在表4-4所列范圍內(nèi))。4.6確定主要集合尺寸蝸輪分度圓直徑: d1=mz2=834=272mm中心距 =d1+d22=80+2722=176mm4.7熱平衡計算環(huán)境溫度 取工作溫度 取傳熱系數(shù) 取需要的散熱面積 A=1000P11-ktt-t0=10005.31-0.781370-20m2=17.94m2 4.8蝸桿傳動的幾何尺寸計算公式說明及結(jié)果名 稱蝸桿分度圓直徑蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒根圓直徑蝸 桿 導(dǎo) 程 角蝸 桿 齒 寬 蝸輪分度圓直徑蝸輪 喉圓 直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪 外圓 直徑蝸輪咽喉母圓半徑蝸 輪 螺 旋 角蝸 輪 齒 寬中 心 距 所以 ,與蝸桿螺旋線方向相同5聯(lián)軸器選擇與軸承的設(shè)計計算與校核5.1聯(lián)軸器的選擇5.11載荷計算已知蝸桿軸名義轉(zhuǎn)矩為5.22104Nmm由于蝸桿減速器的載荷較平穩(wěn),按轉(zhuǎn)矩變化小考慮,取工作情況系數(shù)k=1.3。蝸桿軸計算轉(zhuǎn)矩: Tc1=kT1=1.35.22104=6.8104Nmm已知蝸輪軸名義轉(zhuǎn)矩為7.1105Nmm; 卷筒軸計算轉(zhuǎn)矩為6.82105Nmm所以蝸輪軸計算轉(zhuǎn)矩:Tc2=kT2=1.37.1105Nmm卷筒軸計算轉(zhuǎn)矩:TC3=kT3=1.36.82105Nmm5.1.2選擇聯(lián)軸器的型號查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表14.2可知,電動機軸的直徑,軸長;蝸桿軸直徑。查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表13.1可知,蝸桿軸的輸入端選用LH3型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器標記 LH3聯(lián)軸器GB/T 5014公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=630Nm許用轉(zhuǎn)速 n=5000rmin查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書表13.1可知,蝸輪軸的輸出端選用LH4型彈性柱銷聯(lián)軸器。聯(lián)軸器標記 LH4聯(lián)軸器55112j15084GB/T 5014公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=1250Nm許用轉(zhuǎn)速 n=4000rmin5.2軸承的選擇及校核與三維圖5.2.1蝸輪的軸承5.2.2蝸桿的軸承5.2.3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(shè)計基礎(chǔ)附表8-5初選軸承型號為圓錐滾子軸承30208(一對),其尺寸:D=80mm,d=40mm,B=18mm。據(jù)已知工作條件和輸出軸的軸頸,由機械設(shè)計基礎(chǔ)附表8-5初選軸承型號為圓錐滾子軸承30214(一對),其尺寸:D=125mm,d=70mm,B=24mm?;绢~定動載荷 C=63000N計算系數(shù) e=0.37軸向載荷系數(shù) Y=1.65.2.4計算蝸桿軸的受力蝸桿軸的切向力,軸向力和徑向力蝸桿軸: Ft1=2T1d1=25.2210480=1305N=-FX2蝸輪軸: Ft2=2T2d2=27.1105272=5221N=-FX1 5.2.5計算軸承內(nèi)部軸向力軸承的內(nèi)部軸向力:FS1=Fr12Y=190021.6=594N=-FS25.2.6計算軸承的軸向載荷軸承2的軸向載荷 由已知得,與方向相同,其和為 FS1+FX1=594+1900N=2494NFS2(軸承2為“壓緊”端),所以FA2=FS1+FX1=2494N軸承1的軸向載荷 FA1=FS1=594N(軸承1為“放松”端)5.2.7計算當量動載荷軸承1的載荷系數(shù) 根據(jù)FA1Fr1=5941900=0.3131.215齒輪端面與內(nèi)機壁距離10機蓋,機座肋厚 軸承端蓋外徑+(55.5) 120(1軸) 125(2軸) 150(3軸)軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離 120(1軸) 125(2軸) 150(3軸)9減速器潤滑的概要說明在以上設(shè)計選擇的基礎(chǔ)上,對該減速器的結(jié)構(gòu),減速器箱體的結(jié)構(gòu),軸承端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸,減速器的潤滑與密封,減速器的附件作一簡要的闡述。9.1減速器的結(jié)構(gòu)本課題所設(shè)計的減速器,其基本結(jié)構(gòu)設(shè)計是在參照裝配圖的基礎(chǔ)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(jié)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(jié)構(gòu),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?。煌馄饔脕砑皶r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(nèi)油面的高低;為了排除油液和清洗減速器內(nèi)腔,在箱體底部設(shè)有放汕螺塞;吊環(huán)螺栓用來提升箱體,而整臺減速氣的提升得使用與箱座鑄成一體的吊鉤;減速氣用地腳螺栓固定在機架或地基上。(具體結(jié)構(gòu)詳見裝配圖)9.2減速箱體的結(jié)構(gòu)該減速器箱體采用鑄造的剖分式結(jié)構(gòu)形式具體結(jié)構(gòu)詳見裝配圖9.3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(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)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(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 潤滑脂ZL-210減速器零件的三維建模10.1減速器蝸桿的三維模型10.2減速器蝸輪的三維模型10.3 減速器箱體的三維模型形成由于箱體的造型比較復(fù)雜,故首先運用了拉伸、切除、筋板、鏡像、陣列等特征形成箱座的三維模型,如圖9-3所示。圖9-310.4其他零件三維模型成型10.4.1 軸承的三維模型成型軸承的建模是裝配體運用的過程,所以在完成外圈、內(nèi)圈、滾珠后,在新建的裝配體中把三者以一定的配合關(guān)系裝配起來,完成軸承的三維模型,如圖9-4所示。圖9-6 軸承的三維模型10.4.2 軸承蓋、油標、通氣塞的三維模型軸承蓋、油標、的三維模型成型和建模過程比較簡單,這里不再贅述。其模型完成如圖9-5所示。 軸承蓋 油標尺圖9-511.蝸輪蝸桿裝配體三維圖和爆炸圖 11.1裝配圖11.2爆炸圖14 王甫茂,李正峰.機械制造基礎(chǔ).兩年制.上海:上海交通大學出版社,200512.各個零件圖結(jié)構(gòu) 13.參 考 文 獻1 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊.第二版.北京:高等教育出版社,19992 羅圣國,李平林.機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書.第二版.北京:清華大學出版社,200

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