哈尔滨工业大学机械设计课程设计--蜗轮蜗杆减速器
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所以电动机所需工作功率 Pd 为：
Pd =
Pw 1.53 Kw = = 2.21Kw ηΣ 0.706
-2-
哈工大机械设计课程设计
3、确定电动机的转速 根据参考文献 【1】表 9.2 推荐的传动比合理范围， 蜗杆传动单级减速器传动比 i = 10 ~ 40 ， 而工作机卷筒轴转速 n w 为：
nw =
1000 P1 (1 −η ) 1000 × 2.19 × 0.25 2 = m = 0.62 m2 K s (t − t 0 ) 17.5 × 50
箱体散热面积设计计算后符合要求。
五、轴及轴上零件的校பைடு நூலகம்计算
1、蜗杆轴的设计
（1）选择轴的材料 因为传递功率不大，并对质量及结构无特殊要求，故选用常用材料 45 钢，调制处理。 （2）初算轴径 对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献【2】查表 9.4 得 C=106~118，考虑到 轴端弯矩比转矩小，取 C=106，则
1030
热平衡计算 (7) (7)热平衡计算 所需散热面积
A=
1000 P 1 (1 − η ) K S ( t − t0 )
-6-
哈工大机械设计课程设计
取 油 温 t = 70
0
C , 周 围 空 气 温 度 t 0 = 20 0C ， 设 通 风 良 好 ， 取 散 热 系 数
K s = 17.5W /( m2 ⋅ 0 C ) 、传动效率 η = 0.75 ，则 A=
Z 2 = i ⋅ Z1 = 15 × 2 = 30
疲劳强度确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 d1 （3）按齿面接触 齿面接触疲劳强度确定模数
m 2 d1 ≥ 9 KT2 (
确定作用于蜗轮上的扭矩 T2 1) 1)确定作用于蜗轮上的扭矩
ZE )2 Z2 [σ ]H
T2 = i ⋅ η ⋅ T1 = 2.5 ×10 5 N ⋅ mm
、选择 电动机 （一） （一）、选择 、选择电动机
1、选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选用 Y 系列三相笼型异步电动机，其结构为全封闭自扇冷式结 构，电压为 380 V 2、确定电动机的容量 工作机的有效功率为：
Pw =
F ⋅ V 1700 N × 0.9m / s = = 1.53 Kw 1000 1000 η Σ = η12 ⋅ η2 ⋅ η3 2 ⋅ η4
5
63
的设计 四、传动装置 、传动装置的设计
1、蜗轮蜗杆的结构设计
（1）选择材料、热处理方式 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不太高，蜗杆选用 45 钢制造，调制处理， 齿面硬度为 220~250HBW； （2）选择蜗杆头数 Z1 和蜗轮齿数 Z 2 由参考文献【2】表 7.2，按 i=15，选取 Z1 = 2 ，则
n I = nm = 940 rpm n II = nI 940 = = 63rpm i 15
n w = n II = 63rpm
PI = Pd ⋅ η1 = 2.21Kw× 0.99 = 2.19 Kw PII = PI ⋅ η2 = 2.19 Kw × 0.75 = 1.64 Kw P卷 = PII ⋅ η1 ⋅ η3 = 1.64 × 0.99 × 0.99 = 1.61Kw
功率 P/KW 转 矩 T/ （N.mm）
2.25 ×104 2.22 × 10
5 4
II 轴
卷筒轴
轴名
转速 n/rpm
传动比 i
传动效率
η
电机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴
2.21 2.19 1.64 1.61
940 1 940 15 0.75 0.98 63 1 0.99
2.5 × 10
2.45 ×10
-1-
哈工大机械设计课程设计
二、传动方案的拟定
本设计采用蜗轮传动，虽然相对于齿轮传动，蜗轮传动的传动效率低，而且蜗轮采用青 铜等贵重减磨材料时，成本较高，但是蜗轮传动具有传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声 低的优点，适用于载荷较小、间歇工作的场合。 传动方案如下图所示。
三、电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算
-5-
哈工大机械设计课程设计
与初取值相等
计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸 (6) (6)计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸
名称 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆分度圆上 导程角 蜗轮分度圆上 螺旋角 节圆直径 传动中心距 蜗杆轴向齿距 蜗杆螺旋线导 程 蜗杆螺旋部分 长度 蜗轮外圆直径 蜗轮齿宽 齿根圆弧面半 径 齿顶圆弧面半 径 齿宽角
） （二 （二） 、计算传动装置传动比
i=
nm 940 = = 15.3 nw 61
取 i = 15 ， ∆i = 2% < 3% ，所以符合要求。 ） （三 （三） 、计算传动装置各轴的运动和动力参数 1、各轴的转速 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴 2、各轴输入功率 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴 3、各轴的输入转矩 电动机的输出转矩 Td 为：
2）确定载荷系数 K = K A ⋅ KV ⋅ K β 由参考文献 【2】 表 7.4 查取， 使用系数 K A = 1.15 ;假设蜗轮圆周速度 v2 < 3m / s ，
-4-
哈工大机械设计课程设计
则动载系数 KV = 1.0 ；因工作载荷有轻微冲击，故取齿向载荷分布系数 K β = 1 .1
从电动机到工作机输送带间的总效率为：
式中，η1 、η 2 、η3 、η 4 分别为联轴器、蜗杆传动、轴承和卷筒的传动效率。 初选蜗杆为双头蜗杆，η 2 = 0.75 ，则总效率η Σ 为：
η Σ = η12 ⋅ η2 ⋅ η3 ⋅ η 4 = 0.99 2 × 0.75 × 0.99 2 × 0.96 = 0.706
Td = 9.55 ×10 6 ×
2.21Kw = 2.25 × 104 N ⋅ mm 940 rpm
-3-
哈工大机械设计课程设计
所以：
I轴
TI = Td ⋅ η1 = 22452.7 N ⋅ mm × 0.99 = 2.22 ×10 4 N ⋅ mm TII = T1 ⋅ η2 ⋅ i = 22228.1N ⋅ mm × 0.75 ×15 = 2.5 ×105 N ⋅ mm T卷 = TII ⋅ η1 ⋅ η3 = 250066.5 × 0.99 × 0.99 = 2.45 × 105 N ⋅ mm
使中心距圆整，取 a = 130 mm 则变位系数 x =
相对滑动速度 v s 及传动效率 η （5）验算蜗轮圆周速度 v2 、蜗轮蜗杆 蜗轮蜗杆相对滑动速度
v2 =
π ⋅ d 2 ⋅ n2 π ×189 × 63 = m / s = 0.62m / s 60 × 1000 60 ×1000
显然 v2 < 3m / s ，与原假设相符，取 KV = 1.0 合适 由 tan γ = m ⋅ Z1 / d1 = 6.3 × 2 / 63 = 0.2 ， γ = 11018'36' ' 所以
d min = C ⋅ 3
P 2.19 = 106 × 3 mm = 14.05mm n 940
考虑键槽的影响，将计算值加大 3 % ， d min 应为 14.4mm （3）结构设计 。为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。轴 1）轴承部件的结构形式 ）轴承部件的结构形式。 承部件的的固定方式初定采用两端固定的方式。 然后，可按轴上零件的安装顺序， 从 d min 处 开始设计。 2）联轴器及轴段 1 。根据传动装置的工作条件拟选用 LM 型梅花型弹性联轴器（GB/T 5272-2002） 。所选电机为 Y112M-6，电机轴轴径 D=28mm，有参考文献【1】查表 13.3 得， 选 择 LM 型梅花型弹性联轴器 LM5 GB/T 5272-2002，联轴器主动端轴孔直径 28mm，Z 型轴孔， A 型键；从动端轴孔直径 28mm，Y 型轴孔，A 型键。 相应地，取轴段 1 直径 d1 = 28mm ，轴段 1 的长度应比联轴器轴孔长度略段，则轴段 1 的长度为 l1 = 60 mm 。 3）密封圈与轴段 2。在确定轴段 2 的直径时，应考虑联轴器的固定和密封圈的尺寸。 由参考文献【2】图 9.8 计算得轴肩高度 h = 1 .96 ~ 2 .8 mm ，相应的轴段 2 由参考文献【3】 唇形密封圈尺寸确定 d 2 = 32 mm 。 与轴段 3 及轴段 5。蜗杆转动时有轴向力，暂取轴承型号为 30208，由参考文献 4）轴承 轴承与轴段
K = K A ⋅ KV ⋅ K β = 1.27
许用接触应力 [σ ] H 3）确定 确定许用接触应力 由参考文献【3】查得 [σ ] H = 180MPa 4）确定 弹性系数 Z E 确定弹性系数 由参考文献【2】查得 Z E = 160 MPa 5）确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 d1
m 2 d ≥ 9 KT2 (
vs =
π ⋅ d1 ⋅ n1 = 3.2 m / s < 6 m / s 60 ×1000 × cos γ
与原假设相符，选用铝铁青铜作为蜗轮轮缘合适 由 v s = 3.2m / s ，查参考文献【2】表 7.7，得当量摩擦角 ρ ' = 2 017 ' 所以
η = ( 0.95 ~ 0.96)
tan γ = 0.75 ~ 0.76 tan( γ + ρ ' )
60 ×1000 × v 60 ×1000 × 0.9 = rpm ≈ 61rpm π ⋅d π × 280
所以电动机转速的可选范围为：
nd = i × nw = (10 ~ 40) × 61rpm = (610 ~ 2440)rpm
符合这一范围的同步转速为 750 rpm ， 1000rpm ， 1500rpm 。 综合考虑电动机和传动尺寸、 质量及价格等因素，为使传动装置紧凑，决定选用同步转速为 1000 rpm的电动机。根据电 动机类型、容量和转速，由参考文献【1】表 14.1 选定电动机型号为 Y 112M − 6 。 Y112M-6 型电动机的主要性能 电动机型号 Y112M-6 额定功率/kW 2.2 满载转速/rpm 940 起动转矩 2.0 最大转矩 2.0
取 m = 6 .3 ， d1 = 63mm （4）计算传动中心距 a
ZE 2 ) = 2508mm3 Z 2 [σ ]H
蜗轮分度圆直径 d 2 = m ⋅ Z 2 = 6.3 × 30 = 189 所以， a =
d1 + d 2 63 + 189 = = 126mm 2 2 a'−a 130 − 126 = = 0.63 m 6.3
符号 蜗杆
计算公式 蜗轮 10.269 3.591 13.86 189 209.5 181.8
ha hf h d da df γ
6.3
7.56 13.86 63 75.6 47.88
11018'36' '
β2
71 130 19.79 39.584 110
11018'36' '
189
218.9 50 39.06 25.2
哈工大机械设计课程设计
目录
一 设计任务书 ................................... 1 二 传动方案的拟定 ............................... 2 三 电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算 ..... 2 电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算..... .....2 4 四 传动装置的设计 ................................ ................................4 .........................7 五 轴及轴上零件的校核计算 轴及轴上零件的校核计算.........................7 1 蜗杆轴及其轴上零件的校核计算 ...................7 2 蜗轮轴及其轴上零件的校核计算 ..................12 及密封方式的选择 ........17 六 轴承的润滑方法、润滑剂 轴承的润滑方法、润滑剂及 密封方式的选择........17 及零件附表 ........................17 七 减速器的附件 减速器的附件及零件附表 及零件附表........................17 文献 ......................................20 八 参考 参考文献 文献......................................20
Pd =
Pw 1.53 Kw = = 2.21Kw ηΣ 0.706
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哈工大机械设计课程设计
3、确定电动机的转速 根据参考文献 【1】表 9.2 推荐的传动比合理范围， 蜗杆传动单级减速器传动比 i = 10 ~ 40 ， 而工作机卷筒轴转速 n w 为：
nw =
1000 P1 (1 −η ) 1000 × 2.19 × 0.25 2 = m = 0.62 m2 K s (t − t 0 ) 17.5 × 50
箱体散热面积设计计算后符合要求。
五、轴及轴上零件的校பைடு நூலகம்计算
1、蜗杆轴的设计
（1）选择轴的材料 因为传递功率不大，并对质量及结构无特殊要求，故选用常用材料 45 钢，调制处理。 （2）初算轴径 对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献【2】查表 9.4 得 C=106~118，考虑到 轴端弯矩比转矩小，取 C=106，则
1030
热平衡计算 (7) (7)热平衡计算 所需散热面积
A=
1000 P 1 (1 − η ) K S ( t − t0 )
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哈工大机械设计课程设计
取 油 温 t = 70
0
C , 周 围 空 气 温 度 t 0 = 20 0C ， 设 通 风 良 好 ， 取 散 热 系 数
K s = 17.5W /( m2 ⋅ 0 C ) 、传动效率 η = 0.75 ，则 A=
Z 2 = i ⋅ Z1 = 15 × 2 = 30
疲劳强度确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 d1 （3）按齿面接触 齿面接触疲劳强度确定模数
m 2 d1 ≥ 9 KT2 (
确定作用于蜗轮上的扭矩 T2 1) 1)确定作用于蜗轮上的扭矩
ZE )2 Z2 [σ ]H
T2 = i ⋅ η ⋅ T1 = 2.5 ×10 5 N ⋅ mm
、选择 电动机 （一） （一）、选择 、选择电动机
1、选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选用 Y 系列三相笼型异步电动机，其结构为全封闭自扇冷式结 构，电压为 380 V 2、确定电动机的容量 工作机的有效功率为：
Pw =
F ⋅ V 1700 N × 0.9m / s = = 1.53 Kw 1000 1000 η Σ = η12 ⋅ η2 ⋅ η3 2 ⋅ η4
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的设计 四、传动装置 、传动装置的设计
1、蜗轮蜗杆的结构设计
（1）选择材料、热处理方式 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不太高，蜗杆选用 45 钢制造，调制处理， 齿面硬度为 220~250HBW； （2）选择蜗杆头数 Z1 和蜗轮齿数 Z 2 由参考文献【2】表 7.2，按 i=15，选取 Z1 = 2 ，则
n I = nm = 940 rpm n II = nI 940 = = 63rpm i 15
n w = n II = 63rpm
PI = Pd ⋅ η1 = 2.21Kw× 0.99 = 2.19 Kw PII = PI ⋅ η2 = 2.19 Kw × 0.75 = 1.64 Kw P卷 = PII ⋅ η1 ⋅ η3 = 1.64 × 0.99 × 0.99 = 1.61Kw
功率 P/KW 转 矩 T/ （N.mm）
2.25 ×104 2.22 × 10
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II 轴
卷筒轴
轴名
转速 n/rpm
传动比 i
传动效率
η
电机轴 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴
2.21 2.19 1.64 1.61
940 1 940 15 0.75 0.98 63 1 0.99
2.5 × 10
2.45 ×10
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哈工大机械设计课程设计
二、传动方案的拟定
本设计采用蜗轮传动，虽然相对于齿轮传动，蜗轮传动的传动效率低，而且蜗轮采用青 铜等贵重减磨材料时，成本较高，但是蜗轮传动具有传动比大，结构紧凑，传动平稳，噪声 低的优点，适用于载荷较小、间歇工作的场合。 传动方案如下图所示。
三、电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算
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哈工大机械设计课程设计
与初取值相等
计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸 (6) (6)计算蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸
名称 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆分度圆上 导程角 蜗轮分度圆上 螺旋角 节圆直径 传动中心距 蜗杆轴向齿距 蜗杆螺旋线导 程 蜗杆螺旋部分 长度 蜗轮外圆直径 蜗轮齿宽 齿根圆弧面半 径 齿顶圆弧面半 径 齿宽角
） （二 （二） 、计算传动装置传动比
i=
nm 940 = = 15.3 nw 61
取 i = 15 ， ∆i = 2% < 3% ，所以符合要求。 ） （三 （三） 、计算传动装置各轴的运动和动力参数 1、各轴的转速 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴 2、各轴输入功率 Ⅰ轴 Ⅱ轴 卷筒轴 3、各轴的输入转矩 电动机的输出转矩 Td 为：
2）确定载荷系数 K = K A ⋅ KV ⋅ K β 由参考文献 【2】 表 7.4 查取， 使用系数 K A = 1.15 ;假设蜗轮圆周速度 v2 < 3m / s ，
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哈工大机械设计课程设计
则动载系数 KV = 1.0 ；因工作载荷有轻微冲击，故取齿向载荷分布系数 K β = 1 .1
从电动机到工作机输送带间的总效率为：
式中，η1 、η 2 、η3 、η 4 分别为联轴器、蜗杆传动、轴承和卷筒的传动效率。 初选蜗杆为双头蜗杆，η 2 = 0.75 ，则总效率η Σ 为：
η Σ = η12 ⋅ η2 ⋅ η3 ⋅ η 4 = 0.99 2 × 0.75 × 0.99 2 × 0.96 = 0.706
Td = 9.55 ×10 6 ×
2.21Kw = 2.25 × 104 N ⋅ mm 940 rpm
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哈工大机械设计课程设计
所以：
I轴
TI = Td ⋅ η1 = 22452.7 N ⋅ mm × 0.99 = 2.22 ×10 4 N ⋅ mm TII = T1 ⋅ η2 ⋅ i = 22228.1N ⋅ mm × 0.75 ×15 = 2.5 ×105 N ⋅ mm T卷 = TII ⋅ η1 ⋅ η3 = 250066.5 × 0.99 × 0.99 = 2.45 × 105 N ⋅ mm
使中心距圆整，取 a = 130 mm 则变位系数 x =
相对滑动速度 v s 及传动效率 η （5）验算蜗轮圆周速度 v2 、蜗轮蜗杆 蜗轮蜗杆相对滑动速度
v2 =
π ⋅ d 2 ⋅ n2 π ×189 × 63 = m / s = 0.62m / s 60 × 1000 60 ×1000
显然 v2 < 3m / s ，与原假设相符，取 KV = 1.0 合适 由 tan γ = m ⋅ Z1 / d1 = 6.3 × 2 / 63 = 0.2 ， γ = 11018'36' ' 所以
d min = C ⋅ 3
P 2.19 = 106 × 3 mm = 14.05mm n 940
考虑键槽的影响，将计算值加大 3 % ， d min 应为 14.4mm （3）结构设计 。为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。轴 1）轴承部件的结构形式 ）轴承部件的结构形式。 承部件的的固定方式初定采用两端固定的方式。 然后，可按轴上零件的安装顺序， 从 d min 处 开始设计。 2）联轴器及轴段 1 。根据传动装置的工作条件拟选用 LM 型梅花型弹性联轴器（GB/T 5272-2002） 。所选电机为 Y112M-6，电机轴轴径 D=28mm，有参考文献【1】查表 13.3 得， 选 择 LM 型梅花型弹性联轴器 LM5 GB/T 5272-2002，联轴器主动端轴孔直径 28mm，Z 型轴孔， A 型键；从动端轴孔直径 28mm，Y 型轴孔，A 型键。 相应地，取轴段 1 直径 d1 = 28mm ，轴段 1 的长度应比联轴器轴孔长度略段，则轴段 1 的长度为 l1 = 60 mm 。 3）密封圈与轴段 2。在确定轴段 2 的直径时，应考虑联轴器的固定和密封圈的尺寸。 由参考文献【2】图 9.8 计算得轴肩高度 h = 1 .96 ~ 2 .8 mm ，相应的轴段 2 由参考文献【3】 唇形密封圈尺寸确定 d 2 = 32 mm 。 与轴段 3 及轴段 5。蜗杆转动时有轴向力，暂取轴承型号为 30208，由参考文献 4）轴承 轴承与轴段
K = K A ⋅ KV ⋅ K β = 1.27
许用接触应力 [σ ] H 3）确定 确定许用接触应力 由参考文献【3】查得 [σ ] H = 180MPa 4）确定 弹性系数 Z E 确定弹性系数 由参考文献【2】查得 Z E = 160 MPa 5）确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 d1
m 2 d ≥ 9 KT2 (
vs =
π ⋅ d1 ⋅ n1 = 3.2 m / s < 6 m / s 60 ×1000 × cos γ
与原假设相符，选用铝铁青铜作为蜗轮轮缘合适 由 v s = 3.2m / s ，查参考文献【2】表 7.7，得当量摩擦角 ρ ' = 2 017 ' 所以
η = ( 0.95 ~ 0.96)
tan γ = 0.75 ~ 0.76 tan( γ + ρ ' )
60 ×1000 × v 60 ×1000 × 0.9 = rpm ≈ 61rpm π ⋅d π × 280
所以电动机转速的可选范围为：
nd = i × nw = (10 ~ 40) × 61rpm = (610 ~ 2440)rpm
符合这一范围的同步转速为 750 rpm ， 1000rpm ， 1500rpm 。 综合考虑电动机和传动尺寸、 质量及价格等因素，为使传动装置紧凑，决定选用同步转速为 1000 rpm的电动机。根据电 动机类型、容量和转速，由参考文献【1】表 14.1 选定电动机型号为 Y 112M − 6 。 Y112M-6 型电动机的主要性能 电动机型号 Y112M-6 额定功率/kW 2.2 满载转速/rpm 940 起动转矩 2.0 最大转矩 2.0
取 m = 6 .3 ， d1 = 63mm （4）计算传动中心距 a
ZE 2 ) = 2508mm3 Z 2 [σ ]H
蜗轮分度圆直径 d 2 = m ⋅ Z 2 = 6.3 × 30 = 189 所以， a =
d1 + d 2 63 + 189 = = 126mm 2 2 a'−a 130 − 126 = = 0.63 m 6.3
符号 蜗杆
计算公式 蜗轮 10.269 3.591 13.86 189 209.5 181.8
ha hf h d da df γ
6.3
7.56 13.86 63 75.6 47.88
11018'36' '
β2
71 130 19.79 39.584 110
11018'36' '
189
218.9 50 39.06 25.2
哈工大机械设计课程设计
目录
一 设计任务书 ................................... 1 二 传动方案的拟定 ............................... 2 三 电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算 ..... 2 电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算..... .....2 4 四 传动装置的设计 ................................ ................................4 .........................7 五 轴及轴上零件的校核计算 轴及轴上零件的校核计算.........................7 1 蜗杆轴及其轴上零件的校核计算 ...................7 2 蜗轮轴及其轴上零件的校核计算 ..................12 及密封方式的选择 ........17 六 轴承的润滑方法、润滑剂 轴承的润滑方法、润滑剂及 密封方式的选择........17 及零件附表 ........................17 七 减速器的附件 减速器的附件及零件附表 及零件附表........................17 文献 ......................................20 八 参考 参考文献 文献......................................20