單級蝸桿減速器設計【含4張CAD圖紙、說明書】,含4張CAD圖紙、說明書,蝸桿,減速器,設計,CAD,圖紙,說明書 27 目錄 前言 設計任務書 一、 參數(shù)選擇---------------------------------------------------01 二、 傳動裝置總體設計---------------------------------------01 三、 電動機的選擇---------------------------------------------02 四、 運動參數(shù)選擇---------------------------------------------03 五、 蝸輪渦桿的傳動設計------------------------------------04 六、 蝸輪渦桿的基本尺寸設計------------------------------09 七、 渦輪軸的尺寸設計和校核------------------------------11 八、 減速器箱體的結構設計---------------------------------17 九、 減速器其他零件選擇------------------------------------20 十、 減速器附件的選擇---------------------------------------22 十一、減速器的潤滑和密封------------------------------------24 十二、心得體會---------------------------------------------------24 十三、參考資料---------------------------------------------------25 附件： 1、 蝸輪零件圖 2、 蝸桿零件圖 3、 蝸輪軸零件圖 4、減速器裝配圖 前言 課程設計是考察學生全面在掌握基本理論知識的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)學院的教學環(huán)節(jié)，在2006年6月12日-2006年6月30日為期三周的機械設計課程設計。本次是設計一個蝸輪蝸桿減速器，減速器是用于電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。本減速器屬單級蝸桿減速器（電機——聯(lián)軸器——減速器——聯(lián)軸器——帶式運輸機），本人是在周知進老師指導下獨立完成的。該課程設計內(nèi)容包括：任務設計書，參數(shù)選擇，傳動裝置總體設計，電動機的選擇，運動參數(shù)計算，蝸輪蝸桿傳動設計，蝸桿、蝸輪的基本尺寸設計，蝸輪軸的尺寸設計與校核，減速器箱體的結構設計，減速器其他零件的選擇，減速器的潤滑等和A0圖紙一張、A3圖紙三張。設計參數(shù)的確定和方案的選擇通過查詢有關資料所得。并借助《機械設計手冊(軟件版)R2.0》設計驗算。 該減速器的設計基本上符合生產(chǎn)設計要求，限于作者初學水平，錯誤及不妥之處望老師批評指正。 一、 參數(shù)選擇： 總傳動比：I=35 Z1=1 Z2=35 卷筒直徑：D=350mm 運輸帶有效拉力：F=6000N 運輸帶速度：V=0.5m/s 工作環(huán)境：三相交流電源 有粉塵 常溫連續(xù)工作 二、 傳動裝置總體設計： 根據(jù)要求設計單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機——連軸器——減速器——連軸器——帶式運輸機。(如圖2.1所示) 根據(jù)生產(chǎn)設計要求可知，該蝸桿的圓周速度V≤4——5m/s，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式見（如圖2.2所示），采用此布置結構，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。蝸輪及蝸輪軸利用平鍵作軸向固定。蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。 圖2.1 該減速器的結構包括電動機、蝸輪蝸桿傳動裝置、蝸輪軸、箱體、滾動軸承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標準件等。 三、 電動機的選擇： 由于該生產(chǎn)單位采用三相交流電源，可考慮采用Y系列三相異步電動機。三相異步電動機的結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優(yōu)點。一般電動機的額定電壓為380V 根據(jù)生產(chǎn)設計要求，該減速器卷筒直徑D=350mm。運輸帶的有效拉力F=6000N，帶速V=0.5m/s，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)工作，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流電，電壓為380V。 1、 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機，封閉扇冷式結構，電壓為380V，Y系列 2、 傳動滾筒所需功率 3、 傳動裝置效率：（根據(jù)參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 第133-134頁表12-8得各級效率如下）其中： 蝸桿傳動效率η1=0.70 攪油效率η2=0.95 滾動軸承效率（一對）η3=0.98 聯(lián)軸器效率ηc=0.99 傳動滾筒效率ηcy=0.96 所以： η=η1?η2?η33?ηc2?ηcy =0.7×0.99×0.983×0.992×0.96 =0.633 電動機所需功率： Pr= Pw/η =3.0/0.633=4.7KW 傳動滾筒工作轉(zhuǎn)速： nw＝60×1000×v / ×350 ＝27.9r/min 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社 第339-340頁表附表15-1可查得所需的電動機Y系列三相異步電動機技術數(shù)據(jù)，查出有四種適用的電動機型號，因此有四種傳動比方案，如表3-1: 表3-1 方案 電動機型號 額定功率 Ped kw 電動機轉(zhuǎn)速 r/min 額定轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 1 Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.0 2 Y132S-4 5.5 1500 1440 2.2 3 Y132M2-6 5.5 1000 960 2.0 4 Y160M-8 5.5 750 720 2.0 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，可見第3方案比較適合。因此選定電動機機型號為Y132M2-6其主要性能如下表3-2： 表3-2 中心高H 外形尺寸 L×（AC/2＋AD）×HD 底角安裝尺寸 A×B 地腳螺栓孔直徑K 軸身尺寸 D×E 裝鍵部位尺寸 F×G×D 132 515×（270/2＋210）×315 216×178 12 38×80 10×33×38 四、運動參數(shù)計算： 4.1蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P0 = Pr=4.7kw n0=960r/min T0=9.55 P0 / n0=4.7×103=46.7N .m 4.2蝸輪軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P1 = P0·η01 = 4.7×0.99×0.99×0.7×0.992 =3.19 kw nⅠ= = = 27.4 r/min T1= 9550 = 9550× = 1111.84N·m 4.3傳動滾筒軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P2 = P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kw n2= = = 27.4 r/min T2= 9550 = 9550× = 1089.24N·m 運動和動力參數(shù)計算結果整理于下表4-1： 表4-1 類型 功率P（kw） 轉(zhuǎn)速n（r/min） 轉(zhuǎn)矩T（N·m） 傳動比i 效率η 蝸桿軸 4.7 960 46.75 1 0.679 蝸輪軸 3.19 27.4 1111.84 35 傳動滾筒軸 3.13 27.4 1089.24 五、 蝸輪蝸桿的傳動設計: 本設計采用圓柱蝸輪蝸桿 蝸桿的材料采用45鋼，表面硬度>210Hbs，蝸輪材料采用ZcuSn10P1,砂型鑄造。 以下設計參數(shù)與公式除特殊說明外均以參考由《機械設計 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 第13章蝸桿傳動為主要依據(jù)。具體如表5—1： 表5—1蝸輪蝸桿的傳動設計表 項 目 計算內(nèi)容 計算結果 中心距的計算 蝸桿副的相對滑動速度 參考文獻5第37頁（23式） 4m/s51.7>100mm 又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mm 計算轉(zhuǎn)矩 Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000 N.M 所以蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL5彈性柱銷聯(lián)軸器65×142， 因此=65m m 2.由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵20×110，普通平鍵GB1096—90A型鍵20×70，聯(lián)軸器上鍵槽深度，蝸輪軸鍵槽深度，寬度為由參考文獻《機械設計基礎》（下冊） 張瑩 主編 機械工業(yè)出版社 1997年的第316頁—321頁計算得：如下表： 圖中表注 計算內(nèi)容 計算結果 L1 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 1993年第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） L1=25 L2 自定 L2=20 L3 根據(jù)蝸輪 L3=128 L4 自定 L4=25 L5 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 1993年第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） 100 L7 選用HL5彈性柱銷聯(lián)軸器65×142 L7=80 D1 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 1993年第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） D1=80 D2 便于軸承的拆卸 D2=84 D3 根據(jù)蝸輪 D3=100 D4 便于軸承的拆卸 D4=84 D5 D6>51.7>100mm 又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mm D6=67 具體形狀尺寸見零件圖3（蝸輪零件圖） 7.2軸的校核 7.2.1軸的受力分析圖 圖7.1 X-Y平面受力分析 圖7.2 X-Z平面受力圖： 圖7.3 水平面彎矩 1102123.7 521607 97 97 119 714000 圖7.4 垂直面彎矩 436150.8 圖7.5 合成彎矩 1184736.3 714000 681175.5 圖7.6 當量彎矩T與aT T aT T=1111840Nmm aT=655985.6Nmm 圖7.7 7.2.2軸的校核計算如表5.1 軸材料為45鋼，，， 表7.1 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 轉(zhuǎn)矩 Nmm 圓周力 =20707.6N =24707.6N 徑向力 =2745.3N 軸向力 =24707.6×tan 20o Fr =8992.8N 計算支承反力 =1136.2N =19345.5N 垂直面反力 =4496.4N 水平面X-Y受力圖 圖7.2 垂直面X-Z受力 圖7.3 畫軸的彎矩圖 水平面X-Y彎矩圖 圖7.4 垂直面X-Z彎矩圖 圖7.5 合成彎矩 圖7.6 軸受轉(zhuǎn)矩T T==1111840Nmm T=1111840Nmm 許用應力值 表16.3，查得 應力校正系數(shù)a a= a=0.59 當量彎矩圖 當量彎矩 蝸輪段軸中間截面 =947628.6Nmm 軸承段軸中間截面處 =969381.2Nmm 947628.6Nmm =969381.2Nmm 當量彎矩圖 圖7.7 軸徑校核 驗算結果在設計范圍之內(nèi)，設計合格 軸的結果設計采用階梯狀，階梯之間有圓弧過度，減少應力集中，具體尺寸和要求見零件圖2（蝸輪中間軸）。 7.3裝蝸輪處軸的鍵槽設計及鍵的選擇 當軸上裝有平鍵時，鍵的長度應略小于零件軸的接觸長度，一般平鍵長度比輪轂長度短5—10mm，由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1圓整，可知該處選擇鍵20×110，高h=14mm，軸上鍵槽深度為，輪轂上鍵槽深度為，軸上鍵槽寬度為輪轂上鍵槽深度為 八、減速器箱體的結構設計 參照參考文獻〈〈機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計算得，箱體的結構尺寸如表8.1： 表8.1箱體的結構尺寸 減速器箱體采用HT200鑄造，必須進行去應力處理。 設計內(nèi)容 計 算 公 式 計算結果 箱座壁厚度δ =0.04×225+3=12mm a為蝸輪蝸桿中心距 取δ=12mm 箱蓋壁厚度δ1 =0.85×12=10mm 上下一致 取δ1=12mm 機座凸緣厚度b b=1.5δ=1.5×12=18mm b=18mm 機蓋凸緣厚度b1 b1=1.5δ1=1.5×10=15mm b1=18mm 機底凸緣厚度P P=2.5δ=2.5×12=30mm P=30mm 地腳螺釘直徑d? d?==20mm d?=20mm 地腳螺釘直徑d`? d`?==20mm d`?==20mm 地腳沉頭座直徑D0 D0==48mm D0==48mm 地腳螺釘數(shù)目n 取n=4個 取n=4 底腳凸緣尺寸（扳手空間） L1=32mm L1=32mm L2=30mm L2=30mm 軸承旁連接螺栓直徑d1 d1= 16mm d1=16mm 軸承旁連接螺栓通孔直徑d`1 d`1=17.5 d`1=17.5 剖分面凸緣尺寸（扳手空間） C1=30mm C1=30mm C2=40mm C2=40mm 上下箱連接螺栓直徑d2 d2 =16mm d2=16mm 上下箱連接螺栓通孔直徑d`2 d`2=17.5mm d`2=17.5mm 上下箱連接螺栓沉頭座直徑 D0=26mm D0=26mm 箱緣尺寸（扳手空間） C1=20mm C1=20mm C2=16mm C2=16mm 軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n,d3 n=12 d3=10mm n=12 d3=10mm 檢查孔蓋螺釘直徑d4 d4=0.4d=8mm d4=8mm 圓錐定位銷直徑d5 d5=7 mm d2=9mm d5=9mm 減速器中心高H H=340mm H=340mm 軸承旁凸臺半徑R R=C2=16mm R1=16mm 軸承旁凸臺高度h 由低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準。 取40mm 軸承端蓋外徑D2 D2=軸承孔直徑+(5~5.5) d3 取D2=180mm 箱體外壁至軸承座端面距離K K= C1+ C2+(8~10)=44mm K=54mm 軸承旁連接螺栓的距離S 以Md1螺栓和Md3螺釘互不干涉為準盡量靠近一般取S=D2 S=135mm 蝸輪軸承座長度（箱體內(nèi)壁至軸承座外端面的距離） L1=K+δ=56mm L1=56mm 蝸輪外圓與箱體內(nèi)壁之間的距離 =15mm 取=15mm 蝸輪端面與箱體內(nèi)壁之間的距離 =12mm 取=12mm 機蓋、機座肋厚m1,m m1=0.85δ1=8.5mm, m=0.85δ=10mm m1=8.5mm, m=10mm 以下尺寸以參考文獻《機械設計、機械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社 1995年表6-1為依據(jù) 蝸桿頂圓與箱座內(nèi)壁的距離 =40mm 軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離 =4mm 箱底的厚度 20mm 軸承蓋凸緣厚度 e=1.2 d3=12mm 箱蓋高度 220mm 箱蓋長度 （不包括凸臺） 440mm 蝸桿中心線與箱底距離 130mm 箱座內(nèi)長度 440mm 裝蝸桿軸部分的長度 540mm 箱體寬度 （不包括凸臺） 176mm 箱底座寬度 304mm 蝸桿軸承座孔外伸長度 18mm 九、減速器其他零件的選擇 經(jīng)箱體、蝸桿與蝸輪、蝸輪軸以及標準鍵、軸承、密封圈、擋油盤、聯(lián)軸器、定位銷的組合設計，經(jīng)校核確定以下零件：參考文獻《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第132頁表2.8-7 表9-1鍵 參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1 單位：mm 安裝位置 類型 b（h9） h（h11） L9（h14） 蝸桿軸、聯(lián)軸器以及電動機聯(lián)接處 GB1096-90 鍵10×70 10 8 70 輪緣與輪芯軸聯(lián)接處 GB1096-90 鍵20×110 20 12 110 蝸輪軸、聯(lián)軸器及傳動滾筒聯(lián)接處 GB1096-90 鍵20×70 20 12 70 表9-2圓錐滾動軸承 參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第313頁表12-1及第322頁表12-6和零件尺寸 單位：mm 安裝位置 軸承型號 外 形 尺 寸 d D T B C 蝸 桿 GB297-84 7312（30312） 60 130 33.5 31 26 蝸輪軸 GB/T297-94 30216 80 140 28.25 26 22 表9-3密封圈（GB9877.1-88） 參考文獻《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第127頁表2.7-8和零件尺寸 單位：mm 安裝位置 類型 軸徑d 蝸桿 58X3。35 55 蝸輪軸 58X3。35 75 表9-4彈簧墊圈（GB93-87） 參考文獻《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第99頁表2.4-25和零件尺寸 安裝位置 類型 內(nèi)徑d 寬度（厚度） 材料為65Mn，表面氧化的標準彈簧墊圈 軸承旁連接螺栓 GB93-87-16 16 4 上下箱聯(lián)接螺栓 GB93-87-16 16 4 為了保證軸承座孔的裝配精度，在分箱面凸緣兩端各安裝一個圓錐銷作定位用。兩圓錐銷應適當遠離，而且兩圓錐銷至箱體對稱線的距離不應相等(特別是完全對稱的蝸桿減速器).。安裝位置不要妨礙裝拆凸緣上的聯(lián)接螺栓。定位銷直徑一般取凸緣聯(lián)接螺栓直徑的一半，長度應大于分箱面凸緣的總厚度，圓錐銷的兩端都要伸出凸緣。所以定位銷為GB117-86 銷8×38 材料為45鋼 十、減速器附件的選擇 以下數(shù)據(jù)均以參考文獻《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第130頁-第133頁 表10-1視孔蓋（Q235） 單位mm A A1 A。 B1 B B0 d4 h 150 190 170 150 100 125 M 8 1.5 表10-2吊耳 單位mm 箱蓋吊耳 d R e b 42 42 42 20 箱座吊耳 B H h b 36 19.2 9..6 9 24 表10-3通氣器 減速器工作時溫度升高，使箱體內(nèi)空氣膨脹，為防止箱體部分面和軸的密封處漏油，必須使箱體內(nèi)熱空氣通過通氣器以使內(nèi)外氣壓保持平衡。 單位mm D d1 d2 d3 d 4 D a b s M18×1.5 M33×1.5 8 3 16 40 12 7 22 C h h1 D1 R k e f 16 40 8 25.4 40 6 2 2 表10-4軸承蓋（HT150） 單位：mm 安 裝 位 置 d3 D d 0 D0 D2 e e1 m D4 D5 D6 b1 d1 蝸桿 10 130 11 155 180 12 13 35.5 120 125 127 8 80 蝸輪軸 10 140 11 165 190 12 13 20 130 135 137 10 100 表10-5油標尺 單位mm d1 d2 d3 h a b c D D1 M16 4 16 6 35 12 8 5 26 22 表10-6油塞（工業(yè)用革） 單位mm d D e L l a s d1 H M1×1.5 26 19.6 23 12 3 17 17 2 十一、減速器的潤滑和密封 潤滑對于滾動軸承具有重要的意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減少接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用 減速器內(nèi)部的傳動零件和軸承都需要有良好的潤滑，這樣不僅可以減小摩擦損失，提高傳動效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。 本減速器采用蝸桿下置式，所以蝸桿采用浸油潤滑，蝸桿浸油深度h大于等于1個螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承最低滾動中心。蝸輪軸承采用刮板潤滑。 減速器的密封主要是軸承的密封，其次是結合面處（如箱體，軸承端蓋等）的密封。為了防止灰塵，水分，有害氣體和其他雜質(zhì)進入軸承和減速器底部，同時也為了防止?jié)櫥瑒┑牧魇?。所有裝配地方都要加有密封圈。 十二、心得體會 ? 經(jīng)過努力,我終于將機械設計做完了.在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,一遍又一遍的計算,一次又一次的設計方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足.導致計算一邊又一邊的重復。至于畫裝配圖和零件圖,我很多圖是在計算機上畫的，由于對Auto CAD不是很熟悉，很多地方都要看書，幾乎又把Auto CAD學了一遍.整個作業(yè)過程中,我遇到的最大,最痛苦的事是最后的文檔.那么多的公式和拉丁字母，都要做成圖形，工程比較麻煩。考慮問題還是不很全面，還沒有考慮到和其他部件的配合使用的方便性，一致性。 ??? 盡管這次作業(yè)的時間是漫長的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握蝸桿傳動機構的設計步驟與方法;也不僅僅對制圖有了更進一步的掌握。 Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學過的相關知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進.有時候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美! 十三、參考資料 1、《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱 王金等主編 東北工學院出版社 1992年 2、《機械設計課程設計指導書》（第二版） 龔桂義主編 高等教育出版社 1989年 3、《機械設計 第七版》 濮良貴 紀名剛 主編 高等教育出版社2005年 4、《機械設計 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 5、《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 1993年 6、《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社1989年 7、《機械設計、機械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社 1995年 8、《實用機械傳動設計手冊》 張展 主編 科學出版社 1994 年 9、《機械設計基礎 下冊》 張瑩 主編 機械工業(yè)出版社 1997年 10、《機械制圖 第五版》 大連理工大學工程畫教研室 高等教育出版社 2002年