畢業(yè)設(shè)計- 蝸輪蝸桿二級減速器

機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目蝸輪蝸桿二級減速器機械工程及自動化院系班設(shè)計者指導教師2021年5月28日目錄前言 3正文 3一、設(shè)計任務(wù)書 3二、 機械裝置的總體方案設(shè)計 41〕 機械裝置的總體設(shè)計方案 42〕 電動機的選擇 73〕 分配傳動比： 84〕 運動和動力參數(shù)計算： 8三、傳動零件的設(shè)計計算 91〕齒輪設(shè)計 92)蝸輪蝸桿設(shè)計 173)蝸桿軸的設(shè)計 224〕高速軸的設(shè)計 265〕低速軸的設(shè)計 306〕滾動軸承的選擇和計算 347)鍵和聯(lián)軸器的選擇 398)減速器機體各局部結(jié)構(gòu)尺寸 429)潤滑和密封形式的選擇 4310)其他技術(shù)說明 44結(jié)束語 44參考文獻： 45前言隨著科學技術(shù)的迅速開展，市場競爭日趨劇烈，生產(chǎn)工業(yè)的機械化日趨完善。機械化的產(chǎn)品有著更高的生產(chǎn)率、更好的質(zhì)量保證、降低生產(chǎn)本錢和提高產(chǎn)品附加值等優(yōu)點。在機械化的根底上才能保證自動化，就能帶來更好的社會效益和經(jīng)濟效益。因此機械化在生產(chǎn)中是至關(guān)重要的。在機器中，由于電機轉(zhuǎn)速太快，因此需要減速環(huán)節(jié)，也就是說減速器是不可或缺的。這次設(shè)計的是一個蝸輪蝸桿二級減速器，比起一級減速器來說有著更大的傳動比，第二級減速采用斜齒輪傳動，使得傳動平穩(wěn)。減速器與電機一起作為加熱爐裝料機的動力環(huán)節(jié)，與擺動導桿機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能，可以實現(xiàn)加熱爐的自動送料。正文一、設(shè)計任務(wù)書設(shè)計要求a、裝料機用于向加熱爐內(nèi)送料，由電動機驅(qū)動，室內(nèi)工作，通過傳動裝置是裝料機推桿作往復移動，將物料送入加熱爐內(nèi)。b、生產(chǎn)批量為5臺。c、動力源為三相交流380/220V，電動機單向運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。d、使用期限為10年，大修周期為3年，雙班制工作。e、生產(chǎn)廠具有加工7、8級精度的齒輪、蝸輪的能力。加熱爐裝料機設(shè)計參考圖如圖2〕主要設(shè)計參數(shù)推桿行程：220mm；推桿所需推力：7600N；推桿周期：2.0s。3〕設(shè)計任務(wù)設(shè)計總體傳動方案，畫總體機構(gòu)簡圖，完成總體方案論證報告。b、設(shè)計主要傳動裝置，完成主要傳動裝置的裝配圖〔A0〕。c、設(shè)計主要零件，完成兩張零件工作圖〔A2〕。d、編寫設(shè)計說明書。機械裝置的總體方案設(shè)計整體結(jié)構(gòu)簡圖：機械裝置的總體設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，該傳動方案的設(shè)計分成減速器和工作機兩局部：減速器方案設(shè)計方案一：二級圓柱齒輪減速器〔同軸式〕方案二：蝸桿——齒輪二級減速器方案評價：方案一：減速器的長度較短，但軸向尺寸及重量較大。兩對齒輪浸入油中的深度可大致相等。中間軸承潤滑困難，中間軸較長，剛性較差。高級齒輪的承載能力不能充分利用。僅能有一個輸入和輸出端，限制了布置的靈活性。傳動比范圍8——40，最大值60。方案二：減速器采用蝸輪蝸桿-齒輪二級減速器，以實現(xiàn)在滿足較大傳動比的同時擁有較高的效率，和比擬緊湊的結(jié)構(gòu)，同時封閉的結(jié)構(gòu)有利于在粉塵較大的環(huán)境下工作。蝸桿傳動布置在高速級，有利于嚙合處油膜的形成，齒輪傳動布置在低速級，可適當降低制造精度，降低本錢。傳動比范圍：60——90，最大值為320。〔為抵消局部軸力，蝸輪、蝸桿、小齒輪均為右旋，大齒輪左旋〕由于工作周期為2.0s，n=1T×60r/min=30r/min,而電動機同步轉(zhuǎn)速一般為1500r/min.故總傳動比i=1500÷執(zhí)行方案的設(shè)計方案一：用偏置曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能:方案二：用擺動導桿機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能：方案評價：方案一：結(jié)構(gòu)簡單，但是不緊湊，且最小傳動角偏小，傳力性能差。方案二：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸適中，最小傳動角適中，傳力性能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高。應(yīng)選擇方案二。電動機的選擇根據(jù)主要設(shè)計參數(shù)和機構(gòu)簡圖確定所需最大輸入功率。選取行程速度變化系數(shù)為K=1.5，那么極位夾角θ=180。β=180。-θ=180α=360。-那么工作進程所用時間t=216v=?xt=0.選擇電動機類型：按工作要求選用Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓380V電動機容量選擇：確定各局部的效率為：滾動軸承〔一對〕效率η1=0.99；圓柱齒輪傳動〔油潤滑8級精度齒輪〕η2=0.97；聯(lián)軸器效率η3=0.99；蝸桿傳動〔油潤滑2-4頭蝸桿〕ηη總=η電動機功率為：P電動機型號選擇為Y100L1-4.額定功率Ped=2.2kw。同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。滿載轉(zhuǎn)速為1420r/min分配傳動比：總傳動比：由于工作周期為2.0s，n=1T×60r/min=30r/min。而電動機同步轉(zhuǎn)速一般為1500分配傳動裝置各級傳動比：齒輪i23=運動和動力參數(shù)計算：0軸〔電動機軸〕：PT01軸〔蝸桿軸〕：PnT12軸〔高速軸〕：Pn2T23軸〔低速軸〕：Pn3T30~3軸的輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入功率或輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率0.99。列出匯總表格：軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/N·m轉(zhuǎn)速nr/min傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電機軸1.9413.014200.991軸1.921.9012.91.8142012.50.902軸1.731.71145.4143.9113.640.963軸1.661.64552.6552.628.4三、傳動零件的設(shè)計計算1〕齒輪設(shè)計〔參數(shù)查取時參照與?機械設(shè)計?與?課程設(shè)計?〕比之于直齒輪，斜齒輪嚙合好，且可以抵消一局部蝸桿軸向力，降低軸承軸向負荷，應(yīng)選用斜齒輪。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB～286HB，平均取240HB。計算步驟如下：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果〔1〕初步計算轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)查取接觸疲勞極限查出初步計算需用接觸應(yīng)力值估計取，動載荷系數(shù)初步計算小齒輪直徑取初步齒寬〔2〕校核計算圓周速度精度等級選取8級精度齒數(shù)、模數(shù)和螺旋角取取，一般與應(yīng)取為互質(zhì)數(shù)傳動比誤差為1.75%m由表9.3-4取小齒輪直徑d1、大齒輪直徑d2d1=d2=b=φdddb=84mm區(qū)域系數(shù)查出彈性系數(shù)查出重合度系數(shù)由于無變位，端面嚙合角端面重合度縱向重合度因為εβ>1=2.84Z螺旋角系數(shù)使用系數(shù)原動機均勻平穩(wěn)，工作機有中等沖擊動載系數(shù)查出齒間載荷分配系數(shù)cosKcosβ齒向載荷分布系數(shù)非對稱支承，調(diào)質(zhì)齒輪精度等級8級K=1.K許用接觸應(yīng)力取最小平安系數(shù)總工作時間應(yīng)力循環(huán)次數(shù)〔單向運轉(zhuǎn)取〕接觸壽命系數(shù)由?機械設(shè)計?圖2-27查出齒面工作硬化系數(shù)接觸強度尺寸系數(shù)按調(diào)質(zhì)鋼查得潤滑油膜影響系數(shù)取為：驗算合格〔3〕確定主要傳動尺寸中心距取整螺旋角合理切向模數(shù)分度圓直徑齒寬大小齒輪當量齒數(shù)zzzzz〔4〕齒根彎曲疲勞強度驗算齒形系數(shù)由圖2-20〔非變位〕查得應(yīng)力修正系數(shù)由圖2-21查得重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由圖2-22查取〔前面已求出〕齒向載荷分布系數(shù)由圖2-9查取許用彎曲應(yīng)力試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限由表2-17查最小平安系數(shù)由圖2-33確定尺寸系數(shù)由圖2-32確定彎曲壽命系數(shù)另外取σFP1σ驗算合格〔5〕小結(jié)：齒輪主要傳動尺寸列表模數(shù)2.5mm壓力角螺旋角分度圓直徑齒頂高2.5mm齒根高3.125mm齒頂間隙0.625mm齒根圓直徑中心距177.62mm圓整取178mm齒寬齒頂圓直徑2)蝸輪蝸桿設(shè)計〔參數(shù)查取時參照與?機械設(shè)計?與?課程設(shè)計?〕選用ZA型蝸桿傳動。精度等級為8級。蝸桿采用45鋼淬火，外表硬度HRC=45~50；蝸輪輪緣材料采用ZCuSn10P1金屬模鑄造，計算步驟如下：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果〔1〕按齒面接觸強度設(shè)計齒數(shù)由表3-4取,載荷系數(shù)由于載荷平穩(wěn)傳動效率由表9.4-8估取蝸輪轉(zhuǎn)矩=12.9×12.5×0.90=145.125N?m蝸輪材料許用接觸應(yīng)力由表3-10滑動速度影響系數(shù)由圖3-8初估滑動速度，浸油潤滑，由圖3-10可查出應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)由圖3-11查出蝸輪許用接觸應(yīng)力模數(shù)直徑系數(shù)分度圓直徑由可選用m2查表3-3確定根本傳動尺寸蝸輪分度圓直徑蝸桿導程角蝸桿齒寬蝸輪齒寬bb取b傳動中心距a=12da=125mm蝸輪圓周速度齒面相對滑動速度當量摩擦角由表3-7查出當量摩擦系數(shù)η嚙合效率η攪油效率η2=η=η=0.88與估取值相近似?！?〕按齒面接觸疲勞強度校核驗算彈性系數(shù)由表3-12使用系數(shù)原動機為電動機，工作平穩(wěn)，由表3-13動載荷系數(shù)載荷分布系數(shù)載荷平穩(wěn)接觸應(yīng)力合格〔3〕按輪齒彎曲疲勞強度校核驗算材料許用彎曲應(yīng)力一側(cè)受載，由表3-10查出壽命系數(shù)由圖3-11查出許用彎曲應(yīng)力蝸輪當量齒數(shù)蝸輪的齒形系數(shù)蝸輪無變位,變位系數(shù)X=0，由圖2-21YFaYF導程角系數(shù)蝸輪彎曲應(yīng)力合格〔4〕按蝸桿軸撓度校核驗算圓周力徑向力蝸桿兩支撐間距離mm危險截面慣性矩許用最大撓度蝸桿軸撓度合格〔5〕蝸桿傳動熱平衡計算嚙合效率η攪油率自定軸承率自定總效率導熱率中等通風環(huán)境工作環(huán)境溫度一般情況傳動中心距散熱面積潤滑油工作溫度合格3)蝸桿軸的設(shè)計計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果材料的選擇材料選擇45號鋼，調(diào)質(zhì)處理材料系數(shù)查表有C=112估算軸徑蝸桿受轉(zhuǎn)矩圓周力徑向力軸向力蝸桿受力圖垂直面反力水平面反力垂直面彎矩圖水平面彎矩圖合成彎矩合成彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)力校正系數(shù)轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)考慮，取α=σ-1bσ0b，由表1-2查得σb當量彎矩圖由公式Me=M2M校核軸徑最大彎矩處：合格4〕高速軸的設(shè)計計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果材料的選擇考慮到相互摩擦作用，材料選擇與齒輪相同，為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，材料系數(shù)查表有C=106估算軸徑所受轉(zhuǎn)矩齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力蝸輪圓周力蝸輪徑向力蝸輪軸向力軸受力圖垂直面反力水平面反力垂直面彎矩圖水平面彎矩圖合成彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖見圖3.4〔i〕應(yīng)力校正系數(shù)用插入法由表16.3中求得：當量彎矩圖見圖5.3〔j〕校核軸徑最大彎矩處：設(shè)計時彈鍵的削弱合格5〕低速軸的設(shè)計計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果材料的選擇考慮到相互摩擦作用，材料選擇與齒輪相同，為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，材料系數(shù)查表有C=112估算軸徑所受轉(zhuǎn)矩齒輪圓周力齒輪徑向力齒輪軸向力軸受力圖垂直面反力水平面反力垂直面彎矩圖水平面彎矩圖合成彎矩圖轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)力校正系數(shù)用插入法由表16.3中求得當量彎矩圖校核軸徑最大彎矩處設(shè)計時彈鍵的削弱合格6〕滾動軸承的選擇和計算Ⅰ蝸桿軸承的選擇蝸桿軸采用一端固定一端游動的支撐方案，固定端采用兩個角接觸球軸承，以承受蝸桿軸向力，按軸徑初選7306AC；游動端采用一個深溝球軸承，只承受徑向力，按軸徑初選6006。下面進行校核：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊7306AC軸承主要性能參數(shù)如下：查手冊6006軸承主要性能參數(shù)如下：；；軸承受力情況；；；X、Y值由表查得沖擊載荷系數(shù)由表查得當量動載荷軸承壽命〔球軸承〕>48000h壽命合格、查表當量靜載荷兩式中取大值平安系數(shù)正常使用球軸承,查表計算額定靜載荷；；靜載合格載荷系數(shù)；，由圖8-11載荷分布系數(shù)；，由圖8-12許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速1420r/min結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。Ⅱ高速軸軸承的選擇該軸為工作于普通溫度下的短軸，故支點采用兩端單向固定的方式，選用一對圓錐滾子軸承，按軸徑初選30310。下面進行校核：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊30310軸承主要性能參數(shù)如下：；；軸承受力情況；；校核軸承2即可X、Y值由表8-7，沖擊載荷系數(shù)由表查得當量動載荷軸承壽命〔滾子軸承〕>48000h，壽命合格、查表得：，當量靜載荷兩式中取大值P0r1=平安系數(shù)正常使用滾子軸承,查表計算額定靜載荷；；靜載合格載荷系數(shù)查圖8-11載荷分布系數(shù)查圖8-12許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速113.6r/min結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。Ⅲ低速軸軸承的選擇該軸為工作于普通溫度下的短軸，故支點采用兩端單向固定的方式，所受軸向力比擬小，選用一對深溝球軸承，按軸徑初選6012。下面進行校核：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊6012軸承主要性能參數(shù)如下：軸承受力情況；；校核軸承2即可X、Y值，沖擊載荷系數(shù)查得當量動載荷軸承壽命〔球軸承〕>48000h，壽命合格、查表，當量靜載荷兩式中取大值P0平安系數(shù)正常使用球軸承,查表計算額定靜載荷；；靜載合格載荷系數(shù)載荷分布系數(shù)許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速28.4r/mi結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。7)鍵和聯(lián)軸器的選擇Ⅰ鍵的選擇和校核鍵的選擇主要考慮所傳遞的扭矩的大小，軸上零件是否需要沿軸向移動，零件的對中要求等等。計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果〔1〕蝸桿軸鍵的選擇與校核鍵的選擇和參數(shù)與聯(lián)軸器相聯(lián)接，為靜聯(lián)接，選用普通平鍵，圓頭。由手冊查得d=15mm時，應(yīng)選用鍵GB1096-79轉(zhuǎn)矩鍵長接觸長度許用擠壓應(yīng)力校核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=〔125-150〕MPa故滿足要求〔2〕高速軸鍵的選擇和校核鍵的選擇和參數(shù)靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭，由手冊查得d=56mm時，同時考慮到同一跟軸上盡量選用相同公稱尺寸的鍵，故應(yīng)選用鍵，GB1096-79轉(zhuǎn)矩鍵長接觸長度許用擠壓應(yīng)力校核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=〔125-150〕MPa故滿足要求〔3〕低速軸鍵的選擇和校核鍵的選擇和參數(shù)靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭由手冊查得d=50/60mm時，同時考慮到同一根軸盡量選用相同公稱尺寸的鍵，故兩鍵應(yīng)分別選用鍵，鍵GB1096-79轉(zhuǎn)矩鍵長接觸長度許用擠壓應(yīng)力校核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=〔125-150〕MPa故滿足要求Ⅱ聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的尺寸〔型號〕可根據(jù)配合處軸徑d及計算扭矩進行選擇，選擇時應(yīng)滿足強度條件：式中：K為載荷系數(shù)；T為聯(lián)軸器傳遞的工作扭矩〔即軸的扭矩〕；為公稱扭矩，它決定于聯(lián)軸器的型號。查手冊有：對于載荷系數(shù)可選擇扭矩變化較小的情況，工作機類型為中間軸，傳動軸，照明用發(fā)電機等，故取K=1.3。根據(jù)工作情況可選擇凸緣聯(lián)軸器，查手冊有當軸徑d=14mm，應(yīng)選擇型號為GY1，公稱扭矩為。校核：。查手冊有當軸徑d=50mm，應(yīng)選擇型號為GY7，公稱扭矩為。校核：。8)減速器機體各局部結(jié)構(gòu)尺寸名稱符號減速器型式及尺寸機匣壁厚考慮鑄造工藝，壁厚取機座底凸緣厚度取地腳螺釘直徑取地腳螺釘數(shù)目取軸承端蓋螺釘直徑取窺視孔蓋螺釘直徑取定位銷直徑取蝸輪外圓與內(nèi)機壁距離Δ1>取Δ1=齒輪輪轂端面與內(nèi)機壁距離Δ2>取Δ2=軸承端蓋外徑取軸承端蓋凸緣厚度取相關(guān)附件:觀察孔及觀察孔蓋：使用鋼板制造，并加密封墊圈以防止漏油?！?〕通氣器：為了防止箱體外灰塵、雜物吸入箱體，使用帶有過濾網(wǎng)的通氣器。〔3〕放油孔及螺塞：使用石棉橡膠紙墊片及M10的管螺紋外六角螺賽。〔4〕油標：選擇桿式油標A型M12。〔5〕定位銷：由表11可知定位銷公稱直徑為8mm，長度大于機蓋和機座凸緣總厚度30mm，取35mm，定位銷共布置兩枚，非對稱布置，查標準GB/T117-2000選取A型圓錐銷A8×35?！?〕啟蓋螺釘：在機蓋凸緣上布置一個啟蓋螺釘，用于將機蓋頂起，方便拆卸。螺紋長度應(yīng)大于機蓋凸緣厚，應(yīng)選用螺栓M8×35GB/T5781-2000輪桿端部加工成圓柱形，以免啟蓋時破壞螺紋9)潤滑和密封形式的選擇Ⅰ齒輪、蝸桿及蝸輪的潤滑在減速器中，蝸桿相對滑動速度 V=4.10m/s，由表13.7，采用浸油潤滑，選用蝸輪蝸桿油〔摘自〕，用于蝸桿蝸輪傳動的潤滑，代號為。浸油深度一般要求浸沒蝸桿螺紋高度，但不高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心高。Ⅱ滾動軸承的潤滑本減速器的軸承均采用脂潤滑。假設(shè)采用油潤滑會使油面過高，導致傳動阻力增大，使傳遞效率降低。在選用潤滑脂的牌號時，根據(jù)手冊查得常用油脂的主要性質(zhì)和用途。因為本設(shè)計的減速器為室內(nèi)工作，環(huán)境一般，不是很惡劣，所以6012和6006軸承選用通用鋰基潤滑脂〔〕，它適用于寬溫度范圍內(nèi)各種機械設(shè)備的軸承，選用牌號為1的潤滑脂。Ⅲ密封形式的選擇為防止機體內(nèi)潤滑劑外泄和外部雜質(zhì)進入機體內(nèi)部影響機體工作，在構(gòu)成機體的各零件間，如機蓋與機座間、及外伸軸的輸出、輸入軸與軸承蓋間，需設(shè)置不同形式的密封裝置。對于無相對運動的結(jié)合面，常用密封膠、耐油橡膠墊圈等；對于旋轉(zhuǎn)零件如外伸軸的密封，那么需根據(jù)其不同的運動速度和密封要求考慮不同的密封件和結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中由于密封界面的相對速度不是很大，采用接觸式密封，輸入軸與軸承蓋間V<3m/s，采用粗羊毛氈封油圈，輸出軸與軸承蓋間也為V<3m/s，故采用粗羊毛氈封油圈。10)其他技術(shù)說明①減速器裝配前，必須按圖紙檢驗各個局部零件，然后需用煤油清洗，滾動軸承用汽油清洗，內(nèi)壁涂刷抗機油浸蝕的涂料兩次。②在裝配過程中軸承裝配要保證裝配游隙。③軸承部位油脂的填入量要小于其所在軸承腔空間的2/3。④減速器的潤滑劑在跑合后要立即更換，其次應(yīng)該定期檢查，半年更換一次。潤滑軸承的潤滑脂應(yīng)定期添加。⑤在機蓋機體間，裝配是涂密封膠或水玻璃，其他密封件應(yīng)選用耐油材料。⑥對箱蓋與底座結(jié)合面禁用墊片，必要時可涂酒精漆片或水玻璃。箱蓋與底座裝配好后，在擰緊螺栓前應(yīng)用0.05mm塞尺檢查其密封性。