一个蜗轮蜗杆减速器设计说明书范文.docx
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一个蜗轮蜗杆减速器设计说明书范文
北京理工大学机械基础设计实践
机械基础设计实践设计说明书
设计题目：
一级蜗轮蜗杆减速器
姓名：
王松
指导老师：
荣辉
学号：
20092061
班号：
09220901
2011/9/8
1
.
前言------------------------------------------------------------
（4）
1、机械设计课程设计任务书---------------------------------------
（4）
2、系统运动方案的设计-------------------------------------------
（5）
3电动机的选择及传动比----------------------------------------
（6）
、电动机种类的选择------------------------------------
（6）
、电动机功率选择--------------------------------------
（6）
、确定电动机转速--------------------------------------
（6）
、总传动比--------------------------------------------
（7）
4、运动学与动力学计算---------------------------------------
（8）
、蜗杆蜗轮的转速--------------------------------------
（8）
、功率------------------------------------------------
（8）
、转矩-----------------------------------------------
（8）
5、传动部件设计计算------------------------------------------
（9）
、选择蜗杆传动种类------------------------------------
（9）
、选择资料--------------------------------------------
（9）
、按齿面接触疲倦强度进行设计--------------------------
（9）
校验蜗轮波折强度
、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸----------------------
（9）
6、轴的设计计算及校核---------------------------------------
（10）
高速轴（蜗杆轴）的设计计算-----------------------------
（10）
联轴器的选择-----------------------------------
（10）
.
.
输入轴的结构设计----------------------------------
（11）
由弯扭合成法校核轴的强度-----------------------------
（11）
输出轴的设计计算--------------------------------------
（13）
轴上的部件定位，固定和装置------------------------
（13）
确定轴的各段直径和长度---------------------------
（14）
按弯扭复合强度计算14
7、转动轴承的选择及校核计算---------------------------------
（16）
、计算输入轴轴承------------------------------------
（16）
、计算输出轴轴承------------------------------------
（18）
8、联轴器及键等相关标准的选择-------------------------------
（19）
、连轴器与电机连接采用平键连接-----------------------
（19）
、输入轴与联轴器连接采用平键连接---------------------
（20）
、输出轴与蜗轮连接用平键连接-------------------------
（20）
9、减速器结构与润滑的大纲说明-------------------------------
（20）
、箱体的结构形式和资料-------------------------------
（20）
、铸铁箱体主要结构尺寸和关系-------------------------
（21）
、齿轮的润滑-----------------------------------------
（22）
、转动轴承的润滑-------------------------------------
（22）
、密封-----------------------------------------------
（22）
、注意事项-------------------------------------------
（22）
减速器附件简要说明-----------------------------------
（22）
10、设计小结------------------------------------------------
（22）
11、参照资料------------------------------------------------
（23）
.
.
前言
课程设计能培养学生综合运用所学的理论知识与实践技术，成立正确的设计
思想，掌握设计的基本方法。
本设计是蜗轮蜗杆减速器的设计，在荣辉老师的
指导下，由自己独立完成设计任务。
依照所给数据选择第二组参数，从而由所选
参数设计整个传动装置，其中包括电动机的选择，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，蜗轮蜗杆轴的尺寸设计与校核，减速器箱体
的结构设计，减速器其他部件的选择，最后完成减速器装置图一长，部件工作图
两张，设计说明书一份。
一，课程设计任务书
1，题目：
设计用于带式运输机上的减速器。
2，基本要求：
运输机每天单班制工作，每班工作8小时，每年按300天计算，轴承寿命为齿轮寿命的1/3～1/4。
设计参数：
运输带拉力运输带速度滚筒直径使用年限/年
F/kNV/（m/s）（mm）
3008
3，技术条件：
（1）工作机上的载荷性质比较平稳，启动过载不大于5%，单向辗转。
2）电动机的电源为三相交流电，电压为380V。
3）赞同鼓轮的速度误差为±5%
4，工作环境：
室内
5，设计要求：
（1）减速器装置图一张
（2）部件图2张（低速段轴及与轴配合的蜗轮）
（3）设计说明书一份，按指导书的要求写
.
.
二，系统运动方案的设计
采用一级蜗轮蜗杆减速器，优点是传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于深重及恶劣条件下长远工作。
缺点是效率低，发热量较大，不适合于传达大功率。
传动路线为：
电机——连轴器——减速器——连轴器——带式运输机。
电动
机与蜗杆之间采用弹性联轴器，低速轴与工作机之间使用齿式联轴器。
蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。
蜗杆一端采用一对圆锥滚子组成固定端，一端合用深沟球轴承组成游动端。
蜗轮和蜗杆承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防范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、转动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。
传动装置简图如右图：
.
.
三、电动机的选择及传动比
、电动机种类的选择
按工作要求和条件，选择全封闭自散冷式笼型三相异步电动机，电压380Ｖ，
型号选择Y系列三相异步电动机。
、电动机功率选择
○1牢固运转下工件机主轴所需功率：
FV
2.3*103*
Pw
1000
1000
○工作机主轴转速为：
2
60*1000v60*1000*
n
r
min
D
*300
○3工作机主轴上的转矩：
P*9550
*9550
T
Nm
n
○4如传动简图所示，各联轴器及传动部件的效率以下。
弹性柱销联轴器：
齿式联轴器：
圆锥滚子轴承：
闭式蜗轮蜗杆的传动效率：
（四头闭式）
○5因此，电动机至工件机主轴之间的总效率为：
=*0.99*0.98**
P
kW
○6因此电动机所需功率为：
Pd
、确定电动机转速
采用电动机的转速为n=960rmin，查《机械设计手册》，取电动机型号
为Y132M1-6，则所采用电动机部分性能以下：
额定功率
Ped4kW
.
.
nm960r
满载转速min对Y系列电动机，平时采用同步转速为
1000rpm或1500rpm的电动机，如无特别需要，不采用低于750rpm的电动机配
合计算出的容量，由表查出有两种合用的电动机型号，其技术参数比较情况见下
表：
电动机转速r/min
额定
方案
电动机型号
功率kw
同步转速
满载转速
1
Y132M1-6
4
1000
960
2
Y112M-4
4
1500
1440
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，可知方案
1比较适合。
因此选定电动机型号为Y132M1-6,所选电动机的额定功率P=4kw，
满载转速n=960r/min。
、总传动比
1，计算总传动比和各级传动比的分配
nm
960
i
nw
（nm为蜗杆转速，nw为蜗轮转速）
2，各级传动比的分配
由于为蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。
.
.
四、运动学与动力学计算
、蜗杆蜗轮的转速：
蜗杆转速和电动机的额定转速相同
蜗轮转速：
n
960
r
min
则
-在5%内
76.4
滚筒的转速和蜗轮的转速相同
、功率：
蜗杆的功率：
蜗轮的功率：
p=3.4155*0.
、转矩：
电动机转Td1
6
pd
6
9.55*10
*
9.55*10*
nm
960
蜗杆转矩Td2
Td1*联
34.32*
T
9.55*106*
p轮
蜗轮转矩d3
n轮
表格统计以下：
参数
电动机
蜗杆
蜗轮
转速r/min
960
960
80
功率P/kw
转矩
.
.
五、传动部件的设计计算
、选择蜗杆传动种类
依照GB/T10085—1988的介绍,采用渐开线蜗杆（ZI）。
、选择资料
考虑到蜗杆传动功率不大,速度可是中等,故蜗杆采用45钢;因希望效率高
些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45～55HRC。
蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。
为了节约名贵的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT200制造。
、按齿面接触疲倦强度进行设计
ZE
2
m3q≥9000kT2（
）=3
[σ
Z2
]
H2
由教材表7-1取标准值：
模数：
m=4，
分度圆直径d1=
71，蜗杆系数
校验蜗轮波折强度
z
蜗杆导程角：
γ=arctan
q1
=12°42
’05‘
蜗轮波折许用应力（教材表
7-6）
蜗轮当量齿轮zv
[σF2]=75MPa
zv
=
z2
=
cos
3
γ
蜗轮齿形系数
YF2（教材表7-5）
YF2
（-
50）=
=1.45+
x
60-50
依照蜗轮齿根波折强度校核公示（教材
7-13）
1530KT
2
cosγ
=
F2
=
σY
m3qz2
F2
σF2<[σF2]
校核安全
、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
蜗杆
蜗杆齿顶圆直径:
da1=d1+2ha?
m=71+2x1x4
=79mm
齿根圆直径:
df1
=d1-2（ha?
m+c）=
螺旋部分长度：
b1=2m√z2+1=58mm
分度圆导程角
1242'05"
;
z2
50
i
（2）蜗轮
蜗轮蜗轮齿数
50;演算传动比
z1
4
mm,这时传动误差比为,
.
.
100%0.6%5%
是赞同的。
蜗轮分度圆直径d2=mz2=200mm
蜗轮齿顶圆直径
da2d22ha2=208mm
蜗轮齿根圆直径
df2=d2-
2hf2
=190
蜗轮咽喉母圆半径df2
d22hf2
df2=d2-2（ha?
+c）m=32
蜗轮咽喉母圆半径rga
1da2180
1*315
2
2
蜗轮宽度：
b2≈+√q+1）=40mm
蜗轮外径：
de2=da2+m=212
蜗轮宽度：
B≤a1=52mm
蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。
蜗轮采用齿圈式，青铜轮缘与铸造断念采用
H7/f9配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选
6个
六，轴的设计计算
高速轴（蜗杆轴）的设计计算
高速轴用45Cr，表面淬火办理。
[τ]=3040MPaC=118107
取C=115
先按扭转计算轴的最小直径:
C3Pn
即轴的最小直径dmin=20mm。
依照电动机的选择，电动机的输入轴的直径D1=38mm，用弹性联轴器将
高速轴与电动机连接起来。
依照设计手册表15-6，初定高速轴与联轴器相连轴
径D1=40mm，度取L1=80mm（连联轴器）。
联轴器的选择
如前所述，高速段LX3弹性联轴器，低速端采用GICL2齿式联轴器
型号公称转矩Tn赞同转速[n]轴孔直径dY型长度
LX3475040mm和3880mm
GICL263042mm85mm
输入轴TcaKa*满足要求；
输出轴TcaKa*T满足要求。
.
.
输入轴的结构设计
（1）轴上部件的定位，固定和装置
单级减速器中可将蜗杆蜗齿部分安排在箱体中央，相对两轴承对称部署，两轴承分别以轴肩和轴承盖定位。
左端采用密封盖提升密封性能，右端采用轴端挡板固定。
（2）确定轴各段直径和长度：
1段：
直径d1=40mm长度取L1=80mm（连联轴器）
2段：
由教材知h=（）d得：
h=5m
直径d2=d1+2h=4+2×50m,长度取L2=50mm
3段：
直径d=55mm，初采用6211深沟球轴承，其外径为100mm，宽度B为
21mm，T宽度为23mm取18mm加上冲压挡油环薄壁2mm；故3段长：
L3=23mm4段：
由屡次更正得：
直径d=55mm，长为48mm。
5段：
直径d5=79mm长度L5=63mm>B1
6段：
直径d6=d4=48mm长度L6=52mm
7段：
直径d7=d3=58mm长度L7=L3=10mm
8段：
直径d8=55mm，长度L8=40mm。
确定其他细节尺寸：
○1轴两端倒角尺寸为°，轴肩处过渡圆角半径取为，与蜗轮配合轴与其两边轴段之间的过渡原件半径可取为10mm。
○2轴1段为过盈配合（n6，且采用A型平键连接实现周向固定。
该轴段上键槽宽度b=12mm，槽深t=5mm，键槽长度L=70mm）
由弯扭合成法校核轴的强度:
○1成立力学模型：
高速端轴上的功率，转速，转矩：
P2=
n=960r
2
min
T2=34.0N.m
由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=L4+L6+L5+2（t-a）+2*
轴环长
=203mm=200mm。
为提升刚度，尽量减小支承跨距L=（
）da2=
（
）mm,则200mm满足要求。
.
.
齿顶圆直径：
da1=79mm
○1求蜗杆受力：
依照教材P125（7-5）式有，
蜗杆圆周力：
Ft1=Fa2=2T1/d1
蜗杆轴向力：
Ft2=Fa1=2T2/d2
蜗杆径向力：
Fr1=Ft2·tanα=×tan200
L=200mm，左右基本对称，两边轴承距蜗杆受力点均为100mm。
2
○求出蜗杆的受力简图
（1）垂直面的支承反力
L
d
Fr
Fa
F1V
2
2
L
F2V
Fr
F1V
1000262.47737.53N
Fr1h
Fr2h
Ft1
2
2
由两边基本对称，知截面C的弯矩也对称。
截面C在垂直面弯矩为：
MC2=Frh×100×103·m
2）水平面的支承反力：
截面C在水平面上弯矩为：
MC1=d*Ft/2=957.746*71*10-3·m
（3）绘制合弯矩图
2
2
1/2
N·m
MC=（MC1
+MC2）
4）绘制扭矩图
转矩：
T=TI·m
.
.
校核危险截面C的强度
2
2
由教材P220式（12-3）ca
c
1经判断轴所受扭转切应力为
W
脉动循环应力,取α=0.6,
2
2
*34000
2
M1
（T3）587402
ca
W
0.1*713
前已选定轴的资料为
45
钢,调质办理,由教材
P362表12-2
查得
160
a,因此ca<1
故安全。
该轴强度足够。
输出轴的设计计算
轴上的部件定位，固定和装置
单级减速器中,可以将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮
左面用轴肩定位，右侧用套筒轴向定位，周向定位采用键和过渡配合，两轴承分
别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴
.
.
承从左面装入，蜗轮套筒，右轴承从右侧装入。
确定轴的各段直径和长度
1234567
1、段：
直径d1=42mm
2、段：
d1=3mm
直径d2=d1+2h=42+2×3=48mm,该直径处安装密封毡圈
3，段：
直径d3=50mm，由GB/T297-1994初采用30210型单列圆锥滚子轴承，其内径为50mm，T为，B=20mm。
4、段：
d4=d3+6=50+6=56mm，，长为15mm。
5、段:
d5=d4+2*1=58mm，长为90mm
6、段：
起定位作用d6=58+4*2=66mm，长为15mm。
7，段：
：
直径d7=50mm，由GB/T297-1994初采用30210型单列圆锥滚子轴承，其内径为50mm，T为，B=20mm。
由上述轴各段长度及正装，可由L=（L5+2）+L6（+套筒长）+2（T-a）算得轴支承受力跨距取126计算。
按弯扭复合强度计算
①求分度圆直径：
已知d2=200mm
②求转矩：
已知T2=TII·m
③求圆周力Ft：
F
t2
2/d2
Fa2
=2T
④求径向力Fr：
依照教材P198（10-3）式得
Fr=Ft2·tanα=×tan200
⑤∵两轴承对称则LA=LB=63mm
.
.
1、求支反力
FAY、FBY、FAZ、FBZ
Fa*d
Fr*L
957.75*2001294.37*63
Fr1v
2
2
2
126
126
Fr2v
Fre-Fr1v
Fr1h
Fr2h
Ft2
2
2
2、由两边对称，截面C的弯矩也对称，截面C在垂直面弯矩为
MC2=Frh×63×103·m
3、截面C在水平面弯矩为
MC1=d*Ft/2=*200*10-3·m
4、计算合成弯矩
2
2
1/2
2
2
）
1/2
·m
M=（M
+M
）
=（112
CC1
C2
5、校核危险截面C的强度由式
.
.
2
2
∵由教材P373式（15-5）ca
c
经判断轴所受扭转切应
W
1
力为对称循环变应力,取α=1,
Mc2
T2
3728402
0.6*3556252
ca
W
0.1*583
前已选定轴的资料为
45钢,调质办理,由教材1查得
160a,
因此ca<
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