蜗轮蜗杆减速器的设计说明

摘要

通过对减速器的简单了解，开始学习设计齿轮减速器，尝试设计增强感性认知和对社会的适应能力，及进一步巩固已学过的理论知识，提高综合运用所学知识发现问题、解决问题，以求把理论和实践结合一起，为以后的工作和更好的学习积累经验。学习如何进行机械设计，了解机械传动装置的原理及参数搭配。学习运用多种工具，比如CAD等，直观的呈现在平面图上。通过对圆柱齿轮减速器的设计，对齿轮减速器有个简单的了解与认知。齿轮减速器是机械传动装置中不可缺少的一部分。机械传动装置在不断的使用过程中，会不同程度的磨损，因此要经常对机械予以维护和保养，延长其使用寿命，高效化的运行，提高生产的效率，降低生产的成本，获得最大的使用效率。

关键词：机械传动装置；齿轮减速器；设计原理与参数配置

Abstract

Through the simple understanding of the speed reducer, started learning design of gear reducer, attempt to design enhance the perceptual cognition and ability to adapt to society, and further consolidate the learned theory knowledge, to improve the integrated use of knowledge discovery and solve problems, in order to combine theory and practice together, for the later work and better learning experience. Learn how to do mechanical design, to understand the principle of mechanical transmission device and parameter collocation. Study using a variety of tools, such as CAD, intuitive present on the floor plan. Through the design of cylindrical gear reducer, gear reducer is a simple understanding and cognition. Gear reducer is an indispensable part of in mechanical transmission device. Mechanical transmission device in use process, will be different degree of wear and tear, so often to mechanical maintenance and maintenance, prolong the service life and highly effective operation, improve production efficiency, reduce the cost of production, achieve maximum efficiency. Keywords:mechanical transmission gear; gear reducer; the design principle and parameter configuration.

目录

摘要 .................................................................. 错误!未定义书签。Abstract .......................................................... I错误!未定义书签。第一章绪论 .. (1)

第一节齿轮减速器的发展史 (1)

第二节产品的概述 (1)

第二章减速器的总体设计 (2)

第一节传动装置的总体设计 (2)

第二节电动机选择 (3)

第三节选择传动比 (3)

第三章各轴的参数 (4)

第一节各轴的转速 (4)

第二节各轴的输入功率 (4)

第三节各轴的输出功率 (5)

第四节各轴的输入转矩 (5)

第五节各轴的输出转矩 (5)

第六节各轴的运动参数表 (6)

第四章蜗轮蜗杆的选择 (6)

第一节选择蜗轮蜗杆的传动类型 (6)

第二节选择材料 (6)

第三节按计齿面接触疲劳强度计算进行设 (7)

第四节蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (8)

第五节校核齿根弯曲疲劳强度 (9)

第六节精度等级公差和表面粗糙度的确定 (9)

第五章轴的设计计算 (9)

第一节蜗杆轴.................................................. 错误!未定义书签。第二节蜗轮轴 (13)

第六章滚动轴承的选择 (16)

第一节蜗杆轴上的轴承的选择和寿命计算 (16)

第二节蜗杆轴上轴承的选择计算 (17)

第七章键连接的选择 (17)

第一节输入轴与电动机轴采用平键连接 (17)

第二节输出轴与联轴器连接采用平键连接 (17)

第三节输出轴与蜗轮连接用平键连接 (18)

第八章联轴器的选择计算 (18)

第一节与电机输出轴的配合的联轴器 (18)

第二节与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器 (19)

第九章参考文献 ............ (20)

第十章后记................................................................................................. (21)

第一章绪论

第一节齿轮减速器的发展史

在20世纪，齿轮减速机在世界上取得了很大的发展，这与新技术革命的发展有着密切的联系。

自20世纪，我国修订了一大批减速器配套的零件，如JB1130－70《圆柱齿轮减速器》，除了厂家自制的主机以外，还形成了一批减速器零件专业生产厂家。目前，全国共有数百生产减速机厂家，每年大约生产25万台通用减速器，这些生产厂家对我国机械产品的发展做出了很大贡献。以前我国的减速器大部分都是借鉴苏联20世纪40－50年代的产品来生产的，虽然在后来有所改进，但在当时的工艺水平和装备条件差的情况下，其总体水平与国际水平还有着很大差距。

自改革开放以来，我国引进了一批比较先进的减速器加工设备，并引进，消化和吸收国外先进的科研技术，逐渐掌握了一些设计和制造各种低，高速重载齿轮技术。齿轮的精密机械加工和热处理已经取得了很大的进步，齿轮的制造精度从JB179－60(8－9)级到GB10095－88(6)级，而且高速齿轮的制造精度在(4－5)级。在减速器的齿轮采用硬齿面之后，质量和体积明显减变小了，效率，寿命，承载能力都有了很大的提高，这对节能和提高主机的整体水平起到了显著推动作用。我国自己设计的高速齿轮最高功率达到了42000kW，圆周速度达到了150m/s以上。但是，我国减速器总体技术水平还不是很高，老产品更是不可能立即被新产品替代，新老产品会经过相当长一段时间的并存。

第二节产品的概述

箱体在蜗轮蜗杆减速器起到支撑和连接的作用，它可以把设计出的每个零部件连接起来，并支撑传动轴转动，以确保各传动零部件的正确安装。减速器箱体的加工质量的优劣，关系到蜗轮蜗杆，轴以及大小斜齿轮等零部件机构位置的准确性，也会影响蜗轮蜗杆减速器的性能和寿命。蜗轮蜗杆减速器的箱体是典型的箱体类零部件，它的形状和结构样而其箱壁很薄，因此，为了提高箱体外壳的强度，可以在箱体内外额外加许多强筋。另外，许多轴承孔等高精密孔都需要进一步的加工，因为在加工过程中切削时会产生大量的热且材料刚度较差，所以箱体易产生震动和变形。

第二章 减速器的总体设计

第一节 传动装置的总体设计

1.1.1 拟订传动方案

本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力F=17KN ，工作速度=8r/s ，滚筒直径D=330mm ，传动效率η=0.97，（包括滚筒与轴承的效率损失）连续单向运转，载荷较平稳；环境最高温度80℃。本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图1.1所示。

图1.1 传动装置简图

1—电动机 2、4—联轴器 3—蜗轮蜗杆减速器5—传动滚筒 6—输送带

第二节 电动机选择

工作机所需输入功率8

17100060 2.34100010000.97w w Fv P kw η??

==

=?

所需电动机的输出功率d p

3.54w

d a

P P kw η=

=

传递装置总效率 2412345a ηηηηηη= 式中：

1η：蜗杆的传动效率0.75

2η：每对轴承的传动效率0.98 3η：直齿圆柱齿轮的传动效率0.97 4η：联轴器的效率0.99 5η：卷筒的传动效率0.96

所以 420.750.980.970.990.6577a n =???=

2.34

3.5578kw 0.6577

d P =

= 故选电动机的额定功率为4kw

8

100060601000607.72min 3.14330

v n r D π??==??=?卷 357407.72(162.121544)min

n i i n r ==??=:::卷蜗齿卷（）（）

符合这一要求的同步转速有750r/min , 1000r/min , 1500r/min

电机容量的选择比较：

电动机的比较

考虑电动机和传动装置的尺寸 重量及成本，可见第二种方案较合理，因此选择型号为：Y132M 1-6D 的电动机。

第三节 选择传动比

2.3.1总传动比

960

124.357.72

a n i n =

=

=满卷

2.3.2减速装置的传动比分配

124.35a i i i ==蜗齿

所以31.0875i =蜗 4i =齿

第三章 各轴的参数

将传动装置各轴高速到低速依次定为I 轴 II 轴 III 轴 IV 轴 ：I -0η、 II I -η、 、III II -η 、V III -η 依次为电动机与I 轴 I 轴与II 轴 II 轴与III 轴 III 轴与V 轴的传动效率 则：

第一节 各轴的转速

960/min I n r =

960

30.8806/min 31.0875

II n n r i =

=

=满蜗

30.8806/min III II n n r == 32

7.72/min 4.01

III IV n n r i =

==齿 第二节 各轴的输入功率

Ⅰ轴 kw P P I d I 5222.399.05578.30=?==-η Ⅱ轴 kw P P II I I II 5888.28.9075.05222.3=??==-η Ⅲ轴 kw

P P III II II III 5117.28

.9099.05888.2=??==-η

Ⅳ轴

kw

P P V III III IV 3876.28

.9097.05117.2=??==-η

第三节 各轴的输出功率

Ⅰ轴 kw P P I I I 4518.398.05222.30=?==-η Ⅱ轴 kw P P II I II II 5370.298.05888.2=?==-η Ⅲ轴 kw P P III II II III 4615.298.05117.2=?==-η Ⅳ轴 kw P P V III III IV 3398.298.03876.2=?==-η

第四节 各轴的输入转矩

电动机 m N n P T d d ?=?==927.335960

578

.5395509550满 Ⅰ轴 m N N P T I

I

I ?==388.0359550 Ⅱ轴 m N N P T II

II

II ?==119.68009550 Ⅲ轴 m N N P T III

III

III ?==536.77769550 Ⅳ轴 m N N P T III

?==280.529539550

卷

卷 第五节 各轴的输出转矩

电动机 m N T d ?=927.335

Ⅰ轴 m N N P T I

I

I ?==380.3349550 Ⅱ轴 m N N P T II

II

II ?==997.57849550

Ⅲ轴 m N N P T III

III

III ?==185.27619550

Ⅳ轴

m N N P T III

?==574.428949550

卷

卷

第六节 各轴的运动参数表

各轴的运动参数表

第四章 蜗轮蜗杆的选择

,5233.3kw P = ,875.031=i min /960r n =

第一节 选择蜗轮蜗杆的传动类型

根据GB/T10085—1998 选择ZI

第二节 选择材料

蜗杆选45钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC. 蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。

为了节约材料齿圈选青铜，而轮芯用灰铸铁HT100制造

第三节 按计齿面接触疲劳强度计算进行设

（1）根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计 进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由文献[1]P254式（11-12）， 传动中心距

2a ≥

由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2，按Z 1=1,估取75.0=η，则：

6621

212

1

69.95109.55103.52330.75

9.9510817200.87796031.0875

P P T n n i N m

η

=??

=???=??=?

（2）确定载荷系数K

因工作比较稳定，取载荷分布不均系数3.1=βK ；由文献[1]P253表11-5选取使用系数 1.15A K =；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系05.1=v K ；则

1.151 1.05 1.21A v K K K K β==??=

（3）确定弹性影响系数E Z 因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有21

160MPa Z E =

（4）确定接触系数Z ρ

先假设蜗杆分度圆直径 1d 和中心距a 的比值10.35d a =，从文献[1]P253图11-18中可查到 2.9Z ρ= （5）确定许用接触应力[]H σ

根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度＞45HRC ，可从文献[1]P254表11-7中查蜗轮的基本许用应力[]'268H MPa σ= 应力循环次数

()72960

60601183008 3.55741031.0875

h N jn L ==??????=?

寿命系数0.8533HN K =

= 则 [][]'0.853*******.6875H HN H K MPa MPa σσ=?=?= （6）计算中心距:

159.6543a mm ≥=

取a=160mm ，由 I=30，则从文献[1]P245表11-2中查取，模数m=8蜗杆分度圆直径180d mm =。从图中11-18中可查' 2.65Z ρ=，由于'Z ρ＜Z ρ，即以上算法有效。

第四节 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

（1）蜗杆

轴向尺距 m a P π== 25.133mm

直径系数q= m

d 1

=10

齿顶圆直径 mm m h d d a a 962*

11=+= 齿根圆直径mm c m h d d a f 8.60)(2*

11=+-=

分度圆导程角 1arctan 5.71z

q

γO ==

蜗杆轴向齿厚1

12.56642

a s m mm

π==

蜗杆的法向齿厚cos 12.5664cos5.7112.5040n a s s mm γ=?=?=o （2）蜗轮

蜗轮齿数312=z , 变位系数 20.5x =- 验算传动比2131

311

z i z =

==， 这时传动比误差为：

3131.0875

0.28%31.0875

-=，在误差允许值内。

蜗轮分度圆直径mm mz d 24831822=?== 喉圆直径mm h d d a a 264822482222=?+=+=

齿根圆直径mm h d d f f 8.22882.122482222=??-=-= 咽喉母圆半径mm d a r a g 282645.01602

122=?-=-=

第五节 校核齿根弯曲疲劳强度

[]F Fa F Y Y d d KT σσβ≤=

22

12

53.1 当量齿数 223331

31.4697cos cos 5.763

v z z γ=

==o

根据 220.5,31.4697v x z =-=

从图11-9中可查得齿形系数Y 2Fa =2.55

螺旋角系数： 5.71110.9592140140Y βγ

=-=-

=o

o o

许用弯曲应力：

从文献[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[F σ]'=56MPa 寿命系数

0.6724FN

K == []560.672437.6544F MPa σ=?=

1.53 1.21817200.877

2.550.9592

23.3144802488

F MPa σ????=

=??

可以得到：F σ<[]F σ

因此弯曲强度是满足的。

第六节精度等级公差和表面粗糙度的确定

考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从

GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。

第五章轴的设计计算

蜗杆零件图

蜗轮零件图