蜗轮蜗杆减速器设计与分析.docx
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蜗轮蜗杆减速器设计与分析
2014届机械工程及自动化专业毕业生论文（设计）
课题名称：
蜗轮蜗杆减速器设计与分析
学生姓名：
指导教师：
江南大学
毕业论文（设计）
姓名
校外学习中心
学号
证件号
批次
层次
专升本
专业
机械工程及自动化
指导教师
课题名称
蜗轮蜗杆减速器设计与分析（终稿）
指导教师
评语
终稿成绩：
指导教师签名：
年月日
摘要
课程设计是机械设计课程重要的综合性与实践性相结合的教学环节，基本目的在于综合运用机械设计课程和其他选修课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固和加深所学的知识，同时通过实践，增强创新意思和竞争意识，培养分析问题和解决问题的能力。
通过课程设计，绘图以及运用技术标准，规范，设计手册等相关资料，进行全面的机械设计基本技能训练。
蜗轮蜗杆减速器是在当代社会有这举足轻重的地位，应用范围极其广泛，因此，减速器的高质量设计，可以体现出当代大学生对社会环境的适应及挑战，从整体设计到装配图和零件图的绘制，都可以让参与设计的同学深深领悟到机器在如今社会的重要作用。
关键词：
一级蜗杆、蜗轮、减速器
第一章、绪论……………………………………………………4
第二章、传动装置总体设计……………………………………7
1、传动机构整体设计……………………………………………7
2、电动机的选择…………………………………………………8
3、确定传动装置的传动比及其分配……………………………10
4、计算传动装置的运动和动力参数……………………………10
第三章、传动零件的设计………………………………………12
1、减速器传动设计计算…………………………………………12
2、验算效率………………………………………………………15
3、蜗杆传动热平衡计算…………………………………………16
4、校核齿根弯曲疲劳强度………………………………………18
第四章、轴及轴承装置设计……………………………………20
1、蜗杆轴的设计…………………………………………………20
2、蜗轮轴的设计…………………………………………………24
3、滚动轴承的选择………………………………………………28
4、键连接的选择…………………………………………………29
5、蜗轮轴的加工工艺过程………………………………………31
第五章、机座箱体结构尺寸及附件……………………………34
1、箱体的结构尺寸………………………………………………34
2、减速器的附件…………………………………………………35
3、箱体加工工艺过程……………………………………………36
第六章、蜗杆减速器的润滑……………………………………38
1、蜗杆的润滑……………………………………………………38
2、滚动轴承的润滑………………………………………………38
3、减速器的密封…………………………………………………38
第七章、蜗轮蜗杆减速器常见问题及原因分析………………39
1、常见问题及其原因……………………………………………39
2、蜗轮蜗杆减速器解决方法……………………………………40
第八、设计体会…………………………………………………42
附图：
装配图零件图
参考文献
感谢词
蜗轮蜗杆减速器设计与分析
第一章、绪论
1、选题的背景及意义
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。
本次设计是蜗轮蜗杆减速器，通过对蜗轮蜗杆减速器的设计与分析，将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。
蜗轮蜗杆减速器设计属于机械设计中的传动设计，设计主要针对执行机构的运动展开。
为了达到要求的运动精度和传动效率，必须要求系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间满足一定的关系，以实现每个零部件的协调动作。
此外，通过对蜗轮蜗杆减速器的设计与分析，可以进一步提高我对机械传动设计（包括电机的选择、传动比的选择，材料的选择，材料热处理的选择、设计计算、机械制图等方面）的能力，同时也增加加我设计计算和编写技术文件等的基本技能。
2、该题目国内外的相关研究动态
1）国内相关动态
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。
另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。
国内使用的大型减速器（500kw以上），多从国外（如丹麦、德国等）进口，花去不少的外汇。
60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点。
但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。
由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。
90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。
它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。
由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。
且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。
2）国外相关动态
齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。
当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。
国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。
但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。
当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。
因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。
减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。
目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。
在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。
第二章、传动装置总体设计
1、传动机构整体设计
根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：
减速电机——减速器——擦窗机回转支承。
（如图右图所示）根据工作情况、传动途径及安装要求可知，所以该蜗杆减速器采用立轴式见（如图下图所示），采用此布置结构时，密封要求很高，由于蜗杆与蜗轮的中心高度一样，啮合处的冷却和润滑均较好。
蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。
蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。
该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。
图2
总传动比：
i=36Z1=1Z2=36
已知擦窗机臂长8.2m,回转支承规格选为011.45.1250,查表得回转支承模数m=12,回转支承齿数Z3=118
为了确定传动方案先确定擦窗机吊臂回转角速度：
ω1=55°/min,
根据回转支承规格可以确定蜗轮蜗杆上用于驱动回转支承的小齿轮模数m=12,
角速度ω2=360°/min。
根据公式可得用于驱动回转支承的小齿轮齿数Z4=Z3/（ω2/ω1）=18.02
所以取Z4=18
2、选择电动机
（1）选择电动机的类型
按已知工作要求和条件选用R系列SEW减速电动机,电压380V。
（2）选择电动机的功率
电动机所需的功率
=
/
式中
—擦窗机要求的电动机输出功率，单位为KW；
η—电动机至擦窗机之间传动装置的总效率；
—擦窗机所需输入功率，单位为KW；
擦窗机回转所需的功率P
=Fv／1000·
涡=900×0.13/1000×0.55=0.21kW
预估计蜗轮蜗杆效率
涡=0.55
电动机所需的功率
=
／
=
润=0.99×0.55×0.99×0.98≈0.528
=0.21/0.528=0.4kw
查表，根据传动比选取减速电动机的额定功率
=0.75kw。
（3）选择电动机的转速
根据i1=118/18=6.6，ω2=6.6ω1=360°/min,进而得到用于驱动回转支承的小齿轮转速n1=1r/min，而i=36
所以有n=in1=36×1=36r/min。
符合工作功率需要的SEW减速电动机的初步选择了RFDT80N4/BMP/HF、RF47DT80N4两种，两种SEW减速电动机功率均为0.75kw，但RFDT80N4/BMP/HF减速电机的转速21r/min，传动比为i=64.21，RF47DT80N4减速电机的转速37r/min，传动比为i=36.93根据两种减速电动机转速及传动比进行分析比较，进而选择的SEW减速电动机为RF47DT80N4。
将以上两种减速电动机参数列于表2-1
SEW减速电动机型号表1
方案
电动机型号
额定功率
Pedkw
电动机转速及传动比
转速r/min
传动比
1
RF47DT80N4
0.75
37
36.93
2
RFDT80N4/BMP/HF
0.75
21
64.21
3、确定传动装置的传动比及其分配
减速器总传动比及其分配：
减速器总传动比i=Z2／Z1=36／1=36,i1=Z3/Z4=6.6,
减速电机的传动比为id=36.93
4、计算传动装置的运动和动力参数
（1）各轴转速
减速电机转速n电=37r/min
小齿轮轴转速n1=37/36≈1r/min
蜗杆轴转速n2=37r/min
蜗轮轴转速n3=n1=1r/min
（2）各轴的输入功率
蜗杆轴P
=
=0.4×0.99=0.396kW
涡轮轴P
=P
润=0.21kw
（3）各轴的转矩
电机轴输出转矩
=9550
/n电=9550×0.4/37Nm=103.2Nm
蜗杆轴输入转矩
=9550P
/n2=9550×0.396/37Nm=102.2Nm
蜗轮轴输入转矩
=9550P
/n3=9550×0.21/1Nm=2005.5Nm
将以上算得的运动和动力参数列于表2
表2
类型
功率P（kw）
转速n（r/min）
转矩T（N·m）
传动比i
效率η
电动机轴
0.4
37
103.2
1
蜗杆轴
0.396
37
102.2
0.528
蜗轮轴
0.21
1
2005.5
36
第三章、传动零件的设计
1、减速器传动设计计算
（1）选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推存，采用渐开线蜗杆（ZI）。
（2）选择材料
蜗杆：
根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率较大，但速度较小，故蜗杆轴用40Cr；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求调质处理，硬度为HB248-286。
因工作要求强度高、耐磨等，所以蜗轮用铝青铜ZCuAl10Fe3，采用金属模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而蜗轮毂及涡轮轴用45号钢制造。
（3）按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲
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