机电一体化毕业设计（论文）-单级蜗轮蜗杆减速器

毕 题系专班姓学

指导教日

济源职业技术学院

业 设 计

目 单级蜗轮蜗杆减速器 别 机电工程系 业 机电一体化技术 级 机电0908 名 号

师 期

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设计任务书

设计题目：

蜗杆减速器及相关传动

设计要求：

减速器在常温下连续工作、单向运动；空载起动，工作时有中等冲击；工作速度v的允许误差为+5%；单班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命8年，大修期为3年，小批量生产；

三相交流电源的电压为380/220V 设锚链最大有效拉力为F(N) F=2500N， 锚链工作速度为v(m/s) v=0.7m/s, 锚链滚筒直径为d(mm)，d=300mm

设计进度要求：

第一周：选择题目以及查阅资料，为毕业设计做准备。 第二周：查阅资料了解蜗轮蜗杆减速器。

第三周：做设计书，按照老师要求，做好封皮、目录、摘要以及感谢。 第四周：做目录一——三的内容 第五周：做目录四——六的内容 第六周：做目录七——九的内容 第七周：做目录十——十一的内容 第八周：绘制装配图

指导教师（签名）：

I

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摘 要

减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电动机——联轴器——减速器——联轴器——滚筒），本人是在指导老师指导下完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。

蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计，计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。本文主要介绍一级蜗轮蜗杆减速器的设计过程及其相关零、部件的CAD图形。

关键词：减速器，设计 ，绘图

II

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目 录

目 录 ....................................................................................................................................... III 一 传动系统方案的选择 ............................................................................................................... 4 二 运动学和动力学的计算 ........................................................................................................... 5

2.1电动机的选择 .................................................................................................................... 5 2.2 传动装置的运动和动力参数计算 ................................................................................... 6 2.3 运动和动力参数的计算结果列于下表 ........................................................................... 6 三 传动件的设计计算 ................................................................................................................... 8

3.1蜗杆副的设计计算 ............................................................................................................ 8 3.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸 ....................................................................................... 9 四 蜗杆副上作用力的计算 ......................................................................................................... 11

4.1 设计参数 ......................................................................................................................... 11 4.2 蜗杆上的作用力 ............................................................................................................. 11 4.3 蜗轮上的作用力 ............................................................................................................. 11 五 减速器箱体的主要结构尺寸 ................................................................................................. 12

5.1 箱体的尺寸 ..................................................................................................................... 12 6、蜗杆轴的设计计算 ................................................................................................................. 15

6.1 轴的详细计算 ................................................................................................................. 15 6.2 结构设计 ......................................................................................................................... 15 七 键连接的设计 ......................................................................................................................... 19 八 轴、滚动轴承及键连接校核计算 ......................................................................................... 20

8.1 轴的强度校核 ................................................................................................................. 20 8.2校核轴的强度 .................................................................................................................. 21 8.3蜗杆轴的挠度校核 .......................................................................................................... 21 8.4校核键连接强度 .............................................................................................................. 22 九 低速轴的设计与计算 ............................................................................................................. 23

9.1 轴的详细设计 ................................................................................................................. 23 9.2结构设计 .......................................................................................................................... 23 十 键连接的设计 ......................................................................................................................... 27 十一 润滑油的选择 ..................................................................................................................... 28 十二 附件设计 ............................................................................................................................. 29 十三 减速器附件的选择 ............................................................................................................. 31 致 谢 ....................................................................................................................................... 33 参考文献 ....................................................................................................................................... 34

III

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一 传动系统方案的选择

锚链输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送锚机滚筒5，带动锚链6工作。

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二 运动学和动力学的计算

2.1电动机的选择

2.1.1 按工作要求和条件选用Y系列三相异步电动机 2.1.2 传动滚筒所需功率

Pw =Fv/(1000ηW)=2500×0.7/（1000×0.96）=1.82KW 锚链工作速度v的允许误差为+5%，所以传动功率的范围为 Pw =PW +0.05 Pw=（1.729~1.911）KW 2.1.3 传动装置效率

双头蜗杆传动效率 η蜗=0.78 滚动轴承效率（每对） η轴=0.99

联轴器效率 η联=0.99 传动滚筒效率 ηW=0.96

所以：η=η轴3?η联2?ηW ?η蜗 =0.993×0.992×0.96×0.78 =0.712 电动机所需功率：

Pd= Pw/η =1.82/0.712=2.453KW 滚筒工作转速：

nw＝60×1000×

v?D =60×1000×

0.7??300 =44.59r/min

蜗杆头数为2的传动比i的范围为14~100， 电动机转速的可选范围为：

nd=i?nw＝(14~27)×44.59=（624.26~1203.95）r/min

根据计算出的电动机容量和转速，查得所需的电动机Y系列三相异步电动机相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示：

额定功率 Ped kw 1 2 Y132M-8 Y132S-6 3 3 电动机转速 r/min 总传动比 同步转速 750 1000 满载转速 710 960 15.92 21.53 方案 电动机型号 5

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3 Y100L2-4 3 1500 1430 32.07 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可见第2方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132S-6其主要性能如下表: 位：mm 中心高H 132 L×（AC/2＋AD）×HD 475×345×315 外形尺寸 底角安装尺寸 A×B 216×140 12 地脚螺栓孔直径K 轴身尺寸 D×E 38×80 10×33×38 装键部位尺寸 F×G×D 2.2 传动装置的运动和动力参数计算

1）各轴的转速 n0=960 r/min n1=n0=960 r/min

n2= n1/i=960/21.53=44.59 r/min nw=n2=44.59 r/min 2)各轴的输入功率

P1 =Pdη联=2.453×0.99=2.428KW

P2 =P1η轴η蜗=2.428×0.99×0.78=1.875KW PW =P2η轴η联=1.875×0.99×0.99=1.838KW 3） 各轴的输入转矩

T0 =9550Pd/n0=9550×2.453 /960=24.400N?m T1 =9550P1/n1=9550×2.428 /960=24.157N?m T2 =9550P2 /n2=9550×1.875/44.59=401.618N?m TW=9550PW/nW=9550×1.838 /44.59=393.623N?m

n0=960 r/min n1=960 r/min n2=44.59r/min nw=44.59r/min

P1 =2.428KW P2 =1.875KW PW =1.838KW

T0 =24.400N?m T1 =24.157N?m T2=401.618N?m TW =393.623N?m

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2.3 运动和动力参数的计算结果列于下表

参数 转速n（r/min） 输入功率P/KW 输入转矩T(N?m) 传动比 50 电动机轴 960 2.435 24.400 Ⅰ轴 960 2.428 24.157 Ⅱ轴 44.59 1.875 401.618 滚筒轴 44.59 1.838 393.623

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三 传动件的设计计算

3.1蜗杆副的设计计算

3.1.1 选择材料

蜗杆：45钢，表面淬火45-55HRC；

蜗轮：10-3铝青铜ZCuAl10Fe3，金属模铸造，假设相对滑动速度vs<6m/s 3.1.2 确定许用应力

许用接触应力 [σH]=120MPa 许用弯曲应力 [σF]=90MPa 3.1.3 参数的选择 蜗杆头数 Z1=2

蜗轮齿数 Z2=i?Z1=21.53×2=43.06 则Z2取44 使用系数 KA=1.1 综合弹性系数 ZE=160

接触系数Zρ 取d1/a=0.4 由图12-11得，Zρ =2.8 3.1.4 确定中心距a

a?3KAT2(ZEZP[?H])2?31.1?401618?(160?2.8120)2?183.29mm

取整：a=185mm

d1?0.68a0.875?0.68?1850.875?65.5

m?2a?d1z2?2?185?65.544?6.92

若取m=8,d1=80mm 则m2d1?5120mm3 d2=mZ2=44×8=352mm 则中心距a为

a?12(d1?d2)?12(80?352)?216mm

VS3.1.5 验算蜗轮圆周速度v21）蜗轮圆周速度v2

、相、及传动总效率η

8

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v2??d2n260?1000?3.14?352?44.5960?1000?0.821m/s

2）导程角 由tan??mz1d1???arctanmz1d1?11.31?

3）相对滑动速度vs vs??d1n160?1000cos??3.14?80?96060?1000cos11.31??4.099m/s?6m/s

与初选值相符，选用材料合适 4）传动总效率η 当量摩擦角 ?'?2.29?

??(0.95~0.97)tan?tan(???)'?(0.95~0.97)tan11.31?tan(11.31??2.29?)?0.785~0.802

原估计效率0.712与总效率相差较大，需要重新验算 3.1.6 复核m2d1 9KT2(ZEz2[?]H)?3319.15?md1

22所以原设计合理

3.1.7 验算蜗轮抗弯强度 蜗轮齿根抗弯强度验算公式为

?F?1.53KAT2d1d2mcos?YFa2?[?]F

Z2cos?3其中当量齿数ZV?YFa2?2.4

?44cos11.31?3?46.67

?F?1.53?1.1?40161880?352?8?cos11.31??2.4?7.34MPa?[?]F

所以强度足够

3.2 计算蜗杆传动等其他几何尺寸

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6、蜗杆轴的设计计算

6.1 轴的详细计算

6.1.1 参数 P1=2.428KW n1=960r/min T1=24.157N?m d=80mm，

df1?60.8mm

b1?130mm

6.1.2 材料的选择

因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，所以选用常用的45号钢，考虑到蜗轮、蜗杆有相对滑动，因此蜗杆表面采用淬火处理。 6.1.3 初算轴径

初步确定蜗杆轴外伸段直径。因蜗杆轴外伸段上安装联轴器，故轴径可由下式求得：

d?39.55?100.2[?]63Pn?C3Pnmm?16.08mm

45钢的C值为118~107，故取118

6.2 结构设计

6.2.1 轴承部件结构设计 蜗杆的速度为

vs??d1n160?1000?3.14?80?96060?1000?4.0192m/s

∵ 当蜗杆圆周速度v≦4~5m/s时，采用蜗杆下置式

当蜗杆圆周速度v＞4~5m/s时，采用蜗杆上置式 蜗杆下置时，润滑和冷却的条件比较好；

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∴ 结构采用蜗轮在上、蜗杆在下的结构。

为了方便蜗轮轴安装及调整，采用沿蜗轮轴线的水平面剖分箱体结构，对于蜗杆轴，可按轴上零件的安装顺序进行设计。 6.2.2各轴段的设计 1）轴段①的设计

因为该段轴上安装联轴器，故此段设计与联轴器同步设计。为了补偿误差，故采用弹性联轴器， 工作情况系数KA为2.3

TC?KAT1?2.3?24.157?55.56N?m

2）联轴器类型的确定及轴段①的设计

电动机的轴伸尺寸D×E=38×80

所以联轴器取型号为LT6弹性套住销联轴器，其公称转矩为250N·m,许用转速为3800r/min（钢），轴孔直径范围为32~42mm，毂孔直径取38mm，轴孔长度去60mm，J型轴孔，联轴器从动端代号为LT6 38×60 GB/T4323-2002。

则相应的轴段直径为d1=38mm，轴段长度略小于轮毂直径，故取L1=58mm 3）轴段②的直径轴肩高度为

h?(0.07~0.1)d1?(0.07~0.1)?80?2.66~3.8mm

故，轴段②的直径为

d2?d1?2?(2.66~3.8)?63.32~65.6mm

该处选用密封毡圈油封，使用的毡圈类型为 65 F2/T902010-91,则d2=65mm

4)轴段③及轴段⑦的设计

因为轴段③及轴段⑦上安装轴承，考虑其受力情况，所以选用圆锥滚子轴承，轴段③上安装轴承，现取轴承为30214，轴承内径d=70mm，外径D=125mm,宽B=24mm，T=26.25，内圈定位轴肩直径da=79mm，外圈定位轴肩直径Da=110mm，a≈25.8mm

蜗杆采用油润滑，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取Δ3=4mm，蜗杆浸油深度为

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(0.75~1)h1?(0.75~1)?17.6?(13.2~17.6)mm

蜗杆齿顶圆到轴承座孔底边的距离为 (D?da1)/2?(125?96)/2?14.5mm 故取d3=70mm,

即d3=d7=70mm，l3=l7=B=24mm 5）轴段②的长度设计

因为轴段②的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件的尺寸有关。取轴承座与蜗轮外圆之间的距离Δ=12mm（可以确定出轴承座内伸部分端面的位置和向力内壁的位置）

由减速器箱体的主要结构尺寸可查轴承旁连接螺栓直径、箱体凸缘连接螺栓直径和地脚螺栓直径。轴承端盖连接螺栓直径M8，取螺栓GB/T5782 M8×35,故轴承端盖厚e=1.2×d端螺=1.2×8mm=9.6mm，取e=10mm。调整垫片厚度Δt=2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离K1=16mm。轴承座外伸凸台高Δt‘=5mm，轴承座长度为L′55mm。则：

L2=K1+e+Δt+L′ -Δ3- L3=16+10+2+55-4-24=57mm 6)轴段④和轴段⑥的设计

该轴段直径可以取轴承定位轴肩的直径： d4=d6=79mm

轴段④和⑥的长度可由蜗轮外圆直径、蜗轮齿顶外缘与

内壁距离Δ1=15mm和蜗杆宽b1=130mm,及壁厚、凸台高、 轴承座长等确定：

L4=L6=

7)轴段⑤的设计

轴段⑤即为蜗杆段长 L5=b1=130mm分度圆直径为80mm，齿根圆直径df1=60.8mm

8)轴上力作用点间距

轴承反力的作用点距轴承外圈大端面的距a=25.8m，则 可得轴的支点及受力点间的距离为

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de22+Δ1+δ+Δt′-L′+Δ3-

b12=106mm

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l1?602?L2?L3?T?a?(30?57?24?26.25?25.8)?110.55mm

l2?l3?T?a?L4?L52?(26.25?25.8?106?65)mm?171.45mm

9)蜗杆的基本尺寸 单位：mm

d1 l1 d2 l2 d3 l3 d4 l4 38 d5 58 l5 65 d6 57 l6 70 d724 l779 106 96 130 79 106 70 24 10）画出轴的结构及相应尺寸

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七 键连接的设计

联轴器与轴段①间采用A型普通平键连接，， 键的类型为:

GB/T 1096 键 10×8×32

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端盖厚e=1.2×d端螺=1.2×8mm=9.6mm，取e=10mm。调整垫片厚度

Δt=2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离K1=15mm。轴承座外伸凸台高Δtˊ=5mm，轴承座厚度为L′=δ+c1+c2+(5~8)=67~70mm。

则：取L′=68mm

L2=K1+e+Δt+L＇-Δ3-B=15+10+2+68-10-22=63 mm

7)轴段⑤的设计

该轴段为蜗轮提供定位，定位轴肩的高度为

h=(0.07~0.1)d4=3.85~5.5mm

取h=5mm,则d5=75mm,取轴段⑤的长度L5=10mm 8)轴段⑥的长度设计

保证挡油环、轴承相对蜗轮中心线对称，则

L6=L3-L5-2mm=(49-10-2)=37mm

9)轴上力作用点间距

轴的支点及受力点间的距离为

l1?602?L2?L3?T?a?H??2??3?(T?a)

802?(30?65?49?78?80?23.75?20?15?10?21)?114.25mml2?l3?T?a??2??3?H2?(23.75?21?10?15?)mm?67.75mm

10）低速轴的设计尺寸 单位：mm

d1 l1 d2 l2 d3 l3 d4 l4 48 d5 82 l5 55 d6 63 l6 60 49 65 78 75

10 60 49 25

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十 键连接的设计

联轴器与轴段①间采用A型普通平键连接， 键的类型为

GB/T 1096 键 12×8×32和键16×10

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十一 润滑油的选择

减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。

蜗杆轴承采用全损耗系统用油L-AN150润滑油润滑。 蜗轮轴承采用ZL-1锂基润滑脂润滑。

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十二 附件设计

经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件：

键的类型： 单位：mm

安装位置 蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处 蜗轮与蜗轮轴联接处 蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处 类型 GB/T 1096 键 10×8 GB/T 1096 键 12×8 GB/T 1096键16×10 16 10 32 12 8 32 10 8 32 b（h9） h（h11） L9（h14） 圆锥滚动轴承 ： 单位：mm

外 形 尺 寸 安装位置 轴承型号 d 蜗 杆 GB/T297-1994（30214） 蜗轮轴 GB/T297-94 30212 密封圈（JB/ZQ 4606-1986）： 单位：mm 安装位置 蜗杆 蜗轮轴

类型 B65×74×8 B55×74×8 轴径d 65 55 基本外径D 74 74 基本宽度 8 8 60 110 23.75 22 19 70 D 125 T 26.25 B 24 C 21 29

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7dhv.html