單級蝸桿齒輪減速器設(shè)計(jì)說明書

1、目 錄一、設(shè)計(jì)要求2二、傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2三、傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3四、減速器傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算5五、減速器軸及軸承裝置的設(shè)計(jì)9六、箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算16七、減速器其他零件及附件的選擇18八、減速器的潤滑21九、設(shè)計(jì)小結(jié)21十、參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計(jì)要求（1） 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)傳動系統(tǒng)。要求傳動系統(tǒng)中含有單級蝸桿減速器。（2） 傳動系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖 （3）原始數(shù)據(jù) 輸送帶有效拉力 F=2400 N 輸送帶工作速度 v=0.9 m/s 輸送機(jī)滾筒直徑 d=335 mm 減速器設(shè)計(jì)壽命為5年。（4） 工作條件 兩班制，常溫下連續(xù)工作；空載起動，工作載荷平穩(wěn)；電壓為380/220V的三相交流電源。二、傳

2、動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機(jī)連軸器減速器連軸器帶式運(yùn)輸機(jī)。(如右圖所示) 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求可知，該蝸桿的圓周速度V4-5m/s，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式見（如右圖所示），采用此布置結(jié)構(gòu)，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。蝸輪及蝸輪軸利用平鍵作軸向固定。蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復(fù)合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。 該減速器的結(jié)構(gòu)包括電動機(jī)、蝸輪蝸桿傳動裝置、蝸輪軸、箱體、滾動軸承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標(biāo)準(zhǔn)件等。三、傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) （1）電動機(jī)的選

3、擇由于該生產(chǎn)單位采用三相交流電源，可考慮采用Y系列三相異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護(hù)方便，啟動性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動機(jī)的額定電壓為380V。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，該減速器卷筒直徑D=335mm。運(yùn)輸帶的有效拉力F=2400N，帶速V=0.9m/s，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)工作，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流電，電壓為380V。1、 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機(jī)，封閉扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為380V，Y系列2、 傳動滾筒所需功率3、 傳動裝置效率：由電動機(jī)至工作機(jī)之間的總效率： 其中、分別為聯(lián)軸器，軸承，窩桿，齒輪，鏈和卷筒的傳動效率。查表可知：聯(lián)軸器效率：=0.99

4、滾動滾子軸承效率（一對）：=0.98窩桿傳動效率：=0.75 傳動滾筒效率：=0.96 所以：電動機(jī)所需功率： Pr= Pw/ =2.16/0.646=3.34 KW 傳動滾筒工作轉(zhuǎn)速： n60×1000×V/×33551.3 r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)課本表3-2和續(xù)表3-2可查得所需的電動機(jī)Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，查出有四種適用的電動機(jī)型號，因此有四種傳動比方案，如下表: 表1 方案電動機(jī)型號額定功率 kw電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y122M-24.0300028902.22Y112M-44.0150014402.23Y132M

5、1-64.010009602.04Y160M1-84.07507202.0綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，可見第2方案比較適合。因此選定電動機(jī)機(jī)型號為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底角安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸身尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×G×D112400×（230/2190）×265190×1401228×608×24×28(2)計(jì)算總傳動比和各級傳動比的分配 1、計(jì)算總傳動比： 2、各級傳

6、動比的分配 由于為蝸桿傳動，傳動比都集中在蝸桿上，其他不分配傳動比。 (3)傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算 1.蝸桿軸的功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P0 = Pr×0.99×0.98=3.24kw n0=1440 r/min T0=9550 P0/n0=21.5 N .m 2.蝸輪軸的功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P1 = P0·01 = 3.24×0.75×0.98=2.32 kw r/min T1= 9550P1/n1 = 431.5 N·m 3.傳動滾筒軸的功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P2 = P1·12=2.32×0.99×0.9

7、8=2.25 kw r/min T2= 9550P2/n2 = 419.0 N·m運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于表3： 表3 參數(shù)電動機(jī)蝸桿蝸輪滾筒轉(zhuǎn)速r/min1440144051.351.3功率P/kw3.34 3.242.32 2.25轉(zhuǎn)矩N.m22.221.5431.5 419.0傳動比i28.1效率0.970.720.97四、減速器傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計(jì)：蝸桿 選40Gr，表面淬火45-55HRC；蝸輪邊緣選擇ZCuSn10P1，金屬模鑄造。以下設(shè)計(jì)參數(shù)與公式除特殊說明外均以<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>蝸桿傳動為主要依據(jù)，具體如表4： 表4計(jì)算項(xiàng)

8、目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1.選擇材料2確定許用應(yīng)力確定接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：許用接觸應(yīng)力 確定彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：許用彎曲應(yīng)力 3.確定蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)3.按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)估取載荷系數(shù)K初步估計(jì)蝸桿傳動總效率確定蝸輪的輸出轉(zhuǎn)矩確定模數(shù)及蝸桿直徑確定蝸桿傳動基本參數(shù)4.計(jì)算蝸桿傳動各尺寸參數(shù)5.校核蝸輪齒的彎曲強(qiáng)度6.蝸桿傳動熱平衡計(jì)算估算蝸桿傳動箱體的散熱面積A計(jì)算蝸桿圓周運(yùn)動速度計(jì)算相對滑動速度當(dāng)量摩擦角嚙合效率傳動總效率油溫計(jì)算結(jié)論蝸桿 選40Gr，表面淬火45-55HRC；蝸輪邊緣選擇ZCuSn10P1,金屬模鑄造;查P204表9-8得許用接觸應(yīng)力力為:查P205表9-10得許用彎曲應(yīng)力為：由P

9、204式9-21:由P205式9-22: 查P195表9-3，得=1；所以=31查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教材表4-5得：=1; =31;中心距a=160，m=8,=80因載荷平穩(wěn)，取 K=1.1由P203頁9-18得： 綜合分析：中心距a=160，m=8,=80m=8, =80,=-0.5=5度42分38秒cos=0.995蝸輪當(dāng)量齒數(shù)蝸輪齒形系數(shù)按P204表9-7，由內(nèi)插法得：=1.39由，所以小于，所以蝸輪齒彎曲強(qiáng)度足夠。將箱體簡化為長方體，箱體高為3a,箱體寬為2a,箱體厚為a, a為蝸桿傳動中心距。一般箱體底部與機(jī)座接觸，計(jì)算箱體散熱面積不包括底部面積。故:由P200表9-5，根據(jù)插入法可查

10、得：=1度17分取由P206公式9-25，取室溫，則油溫：40GrZCuSn10P1=1=31K=1.1=5度42分38秒cos=0.995=1.39<=1度17分合適五、減速器軸及軸承裝置的設(shè)計(jì)（1）蝸輪軸的設(shè)計(jì)以下設(shè)計(jì)參數(shù)與公式除特殊說明外均以<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>蝸桿傳動為主要依據(jù)，具體如下表：計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力2按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑3軸承和鍵4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）、徑向尺寸的確定 （2）、軸向尺寸的確定5軸的強(qiáng)度校核（1）計(jì)算蝸輪受力 （2）計(jì)算支承反力（3）彎矩（4）當(dāng)量彎矩 （5）分別校核（6）鍵的強(qiáng)度校核

11、及設(shè)計(jì)考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，所以選用45號鋼，正火處理；b+=600MPa b-=55MPad 軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用無彈性元件的聯(lián)軸器，查P469表18-1：工作情況系數(shù)K=1.5;計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=1.5×431.5 =647.25N.M查95版汝元功、唐照民主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：P498表13-10，蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL4彈性柱銷聯(lián)軸器40×112，軸孔直徑為40，軸孔長度為112.因此 采用角接觸球軸承，并采用凸緣式軸承蓋，實(shí)現(xiàn)軸承系兩端單向固定。 從軸段d1=40mm開始逐漸選取軸段直徑，d2

12、起固定作用，定位軸肩高度可在（0.070.1）d范圍內(nèi)，故d2=d1+2h40×（1+2×0.07）=45.6mm，該直徑處安裝密封氈圈，標(biāo)準(zhǔn)直徑。應(yīng)取d2=45mm；d3與軸承的內(nèi)徑相配合，為便與軸承的安裝，取d3=50mm，軸承選用角接觸球軸承，7010C; d5與蝸輪孔徑相配合。按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，取d5=60mm；d4由h=（0.070.1）d=（0.070.1）d，取d4=54mm；d6起軸向固定作用，取d6=66;d8與軸承配合，取d8=d3=50mm； d7起軸向固定軸承作用，取d7=54。由課程設(shè)計(jì)課本：；所以取經(jīng)調(diào)整設(shè)計(jì)如下：L1=50mm；L2=38mm；L

13、3=18mm；L4=43mm；L5=76mm；L6=20mm；L7=26mm；L8=17mm兩軸承的中心的跨度為L跨=186mm，軸的總長為L總=288mm。蝸輪的分度圓直徑d=248mm； 轉(zhuǎn)矩T=431.5N·m蝸輪的切向力：Ft=2T/d=2×431.5/0.248=3479.8N蝸輪的徑向力：Fr=Ft×tan/cos=3479.8×tan20°/cos5°42´38"=1272.9 N蝸輪軸向力：Fa=Ft×tan=3479.8×tan5°42´38"=3

14、47.8 N水平平面 N垂直平面Fv1=N水平平面彎矩：垂直平面彎矩：合成彎矩： 單向運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán) a=0.6aT=0.6×431.5=258.9M·m截面 Mea=Mel=aT=258.9M·m考慮到鍵：所以d1=105%×36.1=37.91mm；d5=105%×37.1=38.96mm。實(shí)際直徑分別為40mm和53mm，強(qiáng)度足夠。應(yīng)為選用A型平鍵聯(lián)接，根據(jù)軸徑d=53，由GB1095-79，查鍵寬b=16mm；鍵高h(yuǎn)=10mm，因?yàn)檩嗇灥拈L度為78mm，故取標(biāo)準(zhǔn)鍵長70mm。將l=L-b=70-16=54mm，k=0.4h=0.4

15、×10=4mm 查得靜荷時的許用擠壓應(yīng)力p=120>p，所以擠壓強(qiáng)度足夠。45鋼，正火處理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結(jié)論：強(qiáng)度足夠結(jié)論：合格（2）蝸輪軸軸承的選取計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1.計(jì)算軸向載荷（1）計(jì)算蝸輪的受力情況

16、2.選軸承類型（2）內(nèi)部軸向力S1,S2（2） 軸向力平衡判斷（3） 軸向載荷3. 計(jì)算當(dāng)量動載荷（1） 沖擊載荷系數(shù)（2） 當(dāng)量動載荷4. 選擇軸承（1） 預(yù)期壽命（2） 所需Cr值（3）選軸承蝸桿的徑向力：Fr1=Fr2=Fr/2=1272.9/2=636.5N蝸輪軸向力：Fa=347.8N徑向力與軸向力都比較大，選用一對圓錐滾子軸承。e=1.5tan=0.40Fa/Fr=0.55,大于e,所以：由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課本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.

17、49）=213.6NFa+S2>S1Fa1=Fa+S2=561.4NFa2=S2=213.6N查機(jī)械設(shè)計(jì)課本P440,表17-8，fp=1.2Pr1=(X1Fr1+Y1Fa1)fp=1309.3NPr2=(X2Fr2+Y2Fa2)fp=687.4N所以取：查唐照民主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，P429，表11-14，取7210E，Cr=72.2kN，符合條件。Fr1=Fr2=636.5NFa=347.8N圓錐滾子軸承Fx=53.7 NX=0.40,Y=1.49Fa1=561.4NFa2=213.6NPr1=1309.3NPr2=687.4N軸承型號：7210E（3）蝸桿軸的設(shè)計(jì)以下設(shè)計(jì)參數(shù)與公式除特

18、殊說明外均以<<機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)>>蝸桿傳動為主要依據(jù)，具體如下表：計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1.軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力2.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑3.聯(lián)軸器的選擇4.軸承和鍵5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)徑向尺寸的確定軸承的選取(2)軸向尺寸的確定考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞轉(zhuǎn)矩。所以選用45號鋼，正火處理；b+=600MPa b-=55MPade=(0.8-1.2)dm,由dm=28mm,所以取de=30mm;查P469表18-1：工作情況系數(shù)K=1.5;計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=1.5×21.5 =32.25N.M查95版汝元功、

19、唐照民主編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：P493表13-8，蝸輪軸與傳動滾筒之間選用TL6彈性套柱銷聯(lián)軸器40×112，軸孔直徑為40，軸孔長度為112.因此 右端裝一對向心角接觸軸承，左端采用一對圓錐滾子軸承，實(shí)現(xiàn)軸承系兩端固定。 從軸段d1=40mm開始逐漸選取軸段直徑；d2起軸向固定作用，查氈圈標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，取d2=45mm;d3與圓螺母配合，查圓螺母直徑系列，取為50mm;d4與深溝球軸承配合，查課程設(shè)計(jì)課本212頁附表E-2,選用6012，d=60,D=95,b=18;所以d4=60;d6與蝸輪孔徑相配合，取d6=70mm；d5起固定作用，定位軸肩高度可在（0.070.1）d6范圍內(nèi)，故取

20、d5=76mmd8與兩個圓錐滾子軸承配合，查課程設(shè)計(jì)課本224頁附表E-4；選用7011E，其中d=55,D=100；所以d8=55;d7起軸向定位，所以取d7=65mm;d9與圓螺母配合，取d9=50mm.由課程設(shè)計(jì)課本：，則，則長度設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)如下：；，,設(shè)計(jì)蝸桿軸總長度為。45鋼，正火處理 b+=600MPa b-=55MPaK=1.5Tc=32.25N.Md1=40mmd2=45mmd3=50mm軸承尺寸：d=60,D=95,b=18d4=60d5=66mmd6=70mmd7=65mmd8=55m（4）蝸桿軸軸承的校核計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果1.計(jì)算載荷（1）計(jì)算徑向受力情況（2）計(jì)算

21、軸向載荷2. 深溝球軸承校核（1）動載荷系數(shù)（2）當(dāng)量動載荷(3)軸承的壽命3. 圓錐滾子軸承校核（1）動載荷系數(shù)（2）當(dāng)量動載荷 (3)軸承的壽命蝸桿的切向力：Ft=347.8N蝸桿軸向力：Fa=3479.8N蝸桿的徑向力：Fr=1272.9 N左端選深溝球軸承，右端選一對向心角接觸球軸承。,查課程設(shè)計(jì)課本，Cr=31.5kN;C0r=24.2kNfp=1.2所以：由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課本P440,表17-7，可得:X1=1;Y1=0查機(jī)械設(shè)計(jì)課本P440,表17-8，Pr1=(X1Fr1+Y1Fa1)fp=469.7Nh所以符合條件。查課程設(shè)計(jì)課本，Cr=90.8kN;C0r=115kNfp=1

22、.2Fa2/2C0r=0.053,所以e=0.42,Fa2/Fr2=2.1>e,所以X2=0.40,Y2=1.49查機(jī)械設(shè)計(jì)課本P440,表17-8，Pr2=(X2Fr2+Y2Fa2)fp=7005.7Nh所以符合條件。Fr1=391.4NFr2=1632.9 Nfp=1.2X1=1;Y1=0Pr1=469.7N符合條件軸承型號：6012fp=1.2X2=0.40,Y2=1.49Pr2=7005.7N符合條件軸承型號：7211E六、箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料采用下置剖分式蝸桿減速器，鑄造箱體，材料HT150（2）鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)如下表：

23、名稱 符號蝸桿減速器結(jié)構(gòu)尺寸箱座壁厚10箱蓋壁厚10箱座凸緣厚度15箱蓋凸緣厚度15箱座底凸緣厚度25地腳螺栓直徑20地腳螺栓數(shù)目4地腳螺栓螺栓直徑M20螺栓通孔直徑M24螺栓沉頭座直徑M40地腳凸緣尺寸3230軸承旁聯(lián)接螺栓直徑M16軸承旁螺栓螺栓直徑M16螺栓通孔直徑M17.5沉頭座直徑M32剖分面凸緣尺寸2420上下箱聯(lián)接螺栓直徑M12上下箱螺栓螺栓直徑M12螺栓通孔直徑M13.5沉頭座直徑M24剖分面凸緣尺寸2420定位銷孔直徑M10軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n=4, d3=10n=4 d3=M8檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=0.4dd4=8mm軸承旁聯(lián)接螺栓距離130軸承旁凸臺半徑20軸承旁凸

24、臺高度50箱體外壁至軸承座45蝸輪軸承座長度（箱體內(nèi)壁至軸承座外端面距離）L1=K+L1=55mm蝸輪外圓與箱體內(nèi)壁之間的距離取=12mm蝸輪端面與箱體內(nèi)壁之間的距離取=10mm機(jī)蓋、機(jī)座肋厚m1,mm1=0.851m=0.85m1=12.8mm, m=8.5mm七、減速器其他零件及附件的選擇經(jīng)箱體、蝸桿與蝸輪、蝸輪軸以及標(biāo)準(zhǔn)鍵、軸承、密封圈、擋油盤、聯(lián)軸器、定位銷的組合設(shè)計(jì)，經(jīng)校核確定以下零件： 鍵 單位：mm安裝位置類型b（h9）h（h11）L9（h14）蝸桿軸、聯(lián)軸器以及電動機(jī)聯(lián)接處GB1096-7910850蝸輪與蝸輪軸聯(lián)接處GB1096-79128120蝸輪軸、聯(lián)軸器及傳動滾筒聯(lián)接處

25、GB1096-79161036 密封圈（FJ145-79） 單位：mm安裝位置類型軸徑d基本外徑D基本寬度蝸桿B44×57×644576蝸輪軸B44×57×644576 圓螺母 單位mm螺紋規(guī)格D×Pdkd1mntCC1M50×1.5726112841.50.5 彈簧墊圈（GB93-87） 單位mm 安裝位置類型內(nèi)徑d寬度（厚度）材料為65Mn，表面氧化的標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈軸承旁連接螺栓GB93-87-16164上下箱聯(lián)接螺栓GB93-87-12123 查唐照民主編的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊P402頁得： 定位銷為GB117-86 銷10×4

26、0 材料為45鋼。 視孔蓋（Q235） 單位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M 81.5 蝸桿氈圈 單位mm軸徑dd1Db1b2d045445757.146 套杯 單位mmD0DcDD1S1S2e4m1521281008298982 蝸輪軸J型骨架式橡膠油封 單位mm 軸徑dDH456212 A型通氣器 單位mmDd1d2d3DhabCh1RD1SKeM18×1.5M33×1.583404012716184025.42282 凸緣式軸承蓋（HT150） 單位mm安 裝位 置d3Dd0D0D2ee1mD4蝸桿810091201409.6103085蝸輪軸89091101309.6101576 油標(biāo)尺 單位mmDd1d2d3habcDD1M20620842151063226 螺塞及封油墊 單位mmdD0LlaDSD1d1HM16×1,5262312319.61716172 吊耳 每個鑄鐵吊耳的允許起重量/th/mml1/mms/mmr1/mmr2/mmr3/mmr4/mmr5/mm0.33520166430168 吊鉤 單位mmbHhrB1828