1、 畢業（設計）論文系（部） 機電科 專 業 數控技術 環面蝸桿蝸輪減速器的設計摘 要這篇畢業設計的論文主要闡述的是一套系統的關于環面蝸桿蝸輪減速器的設計方法。環面蝸輪蝸桿減速器是蝸輪蝸桿減速器的一種形式，這個方法是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數學和物理公式為基礎的。 在論文中，首先，對減速器的種類和基本構造作了簡單的介紹，接著，闡述了蝸輪蝸桿的設計原理和理論計算。然后按照設計準則和設計理論設計了環面蝸輪蝸桿減速器。接著對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計代表了環面蝸輪蝸桿設計的一般過程。對其他的蝸輪蝸桿的設計工作也有一定的價值。 目前，在環面蝸輪蝸桿減速器的設計、制造以及應用上

2、，國內與國外先進水平相比仍有較大差距。國內在設計制造環面蝸輪蝸桿減速器過程中存在著很大程度上的缺點，正如論文中揭示的那樣，重要的問題如：輪齒的根切；蝸桿毛坯的正確設計；蝸輪蝸桿的校核。關鍵詞：減速器，蝸輪，環面蝸桿，蝸輪軸，蝸桿軸目 錄第一章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 減速器的國內外研究現狀11.3 課題目的及意義21.4 論文主要內容2第二章 減速器傳動裝置的總體設計32.1 減速器的工作條件32.2 減速器的種類及基本構造32.3 傳動裝置總體設計4第三章 電動機的選擇及各級傳動比的確定63.1 電動機的選擇63.2 確定傳動裝置總傳動比和分配傳動比73.3 各軸運動參數的計算

3、8第四章 環面蝸輪蝸桿的傳動設計94.1 蝸桿傳動類型及材料94.2 按齒面接觸疲勞強度進行設計94.3 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸104.4 校核齒根彎曲疲勞強度114.5 熱平衡核算及潤滑方式12第五章 蝸桿、蝸輪軸的基本尺寸設計135.1 蝸輪軸基本尺寸設計135.2 蝸桿軸基本尺寸設計145.3 裝蝸輪處鍵的選擇及校核155.4 滾動軸承的選擇15總 結17參考文獻18致 謝19第一章 緒論1.1 課題研究的背景減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品

4、質方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。蝸輪蝸桿減速器的計算機輔助機械設計，計算機輔助設計及輔助制造（cad/cam）技術是當今設計以及制造領域廣泛采用的先進技術，通過本課題的研究，將進一步深入地對這一技術進行深入地了解和學習。1.2 減速器的國內外研究現狀國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據優勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發展。20世紀60年代的減速器大

5、多是參照蘇聯20世紀4050年代的技術制造的，后來雖有所發展，但限于當時的設計、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。自20世紀60年代以來，我國先后制訂了jb113070圓柱齒輪減速器等一批通用減速器的標淮，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業生產廠。目前，全國生產減速器的企業有數百家，年產通用減速器25萬臺左右，對發展我國的機械產品作出了貢獻。 改革開放以來，我國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術和科研攻關，逐步掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設計制造技術。材料和熱處理質量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從jb17960的8

6、9級提高到gb1009588的6級，高速齒輪的制造精度可穩定在45級。部分減速器采用硬齒面后，體積和質量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率有了較大的提高，對節能和提高主機的總體水平起到很大的作用。 我國自行設計制造的高速齒輪減（增）速器的功率已達42000kw ，齒輪圓周速度達150m/s以上。但是，我國大多數減速器的技術水平還不高，老產品不可能立即被取代，新老產品并存過渡會經歷一段較長的時間。1.3 課題目的及意義減速器的設計是一個較為復雜的過程，期間設計計算、繪制工程圖、編制工藝等等，都是較為繁瑣的事情。但隨著科學技術的發展這些過程都變的簡單化。為了適應現代市場的需求，就必須運用計算機

7、輔助設計技術解決過去計算繁瑣，繪圖工作量大及工作效率低，更新速度慢的問題。通過本設計對各種減速器的結構和設計步驟有了一個大概的了解，對以前所學的專業知識作了一個很好的總結，設計中尚有很多不合理和不理解的地方，以待在今后的學習工作中來彌補。1.4 論文主要內容論文的內容應包括傳動裝置的全部設計計算和結構設計，具體內容如下：1. 設計準備 閱讀設計任務書，明確設計要求、工作條件、內容和步驟；通過對減速器的裝拆了解設計對象；閱讀有關資料，明確課程設計的方法和步驟，初步擬定設計計劃。2. 傳動裝置的總體設計根據任務書中所給參數和工作要求，分析和選定傳動裝置的總體方案；計算功率并選擇電動機；確定總傳動比

8、和分配各級傳動比；計算各軸的轉速、轉矩和功率。 3. 各級傳動零件的設計計算通過設計計算，確定各傳動零件的主要參數和尺寸，一般包括蝸桿、蝸輪、滾動軸承、鍵等。一般應先計算箱外傳動件（如聯軸器），后計算箱內傳動件。第二章 減速器傳動裝置的總體設計2.1 減速器的工作條件試設計一閉式蝸桿蝸輪減速器中的環面蝸輪蝸桿減速器。根據生產設計要求，設計該減速器卷筒直徑d=350mm。運輸帶的有效拉力f=6000n，帶速v=0.5m/s，載荷較平穩，常溫下連續工作，要求壽命為12000小時。工作最高溫度80度，環境多塵，電源為三相交流電，電壓為380v。2.2 減速器的種類及基本構造減速器的種類很多，按照傳動

9、類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們互相組合起來的減速器；按照傳動的級數可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。減速器常見類型有以下三種：圓柱齒輪減速器、錐齒輪減速器和蝸桿減速器，分別見圖2-l中的a、b、c所示。a）單級圓柱齒輪減速器 b）錐齒輪減速器 c）下置式蝸桿減速器圖2-1 減速器的類型減速器主要由傳動零件（齒輪或蝸桿）、軸、軸承、箱體及其附件所組成。其基本結構有三大部分：1）齒輪、軸及軸承組合；2）箱體；3）減速器附件。 1. 齒輪、軸及軸承組合小齒輪與軸制

10、成一體，稱齒輪軸，這種結構用于齒輪直徑與軸的直徑相關不大的情況下，如果軸的直徑為d，齒輪齒根圓的直徑為df，則當df-d67mn時，應采用這種結構。而當df-d67mn時，采用齒輪與軸分開為兩個零件的結構，如低速軸與大齒輪。此時齒輪與軸的周向固定平鍵聯接，軸上零件利用軸肩、軸套和軸承蓋作軸向固定。兩軸均采用了深溝球軸承。這種組合，用于承受徑向載荷和不大的軸向載荷的情況。當軸向載荷較大時，應采用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承與推力軸承的組合結構。軸承是利用齒輪旋轉時濺起的稀油，進行潤滑。箱座中油池的潤滑油，被旋轉的齒輪濺起飛濺到箱蓋的內壁上，沿內壁流到分箱面坡口后，通過導油槽流入軸承。當

11、浸油齒輪圓周速度2m/s時，應采用潤滑脂潤滑軸承，為避免可能濺起的稀油沖掉潤滑脂，可采用擋油環將其分開。為防止潤滑油流失和外界灰塵進入箱內，在軸承端蓋和外伸軸之間裝有密封元件。 2. 箱體箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應具有足夠的強度和剛度。箱體通常用灰鑄鐵制造，對于重載或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。單體生產的減速器，為了簡化工藝、降低成本，可采用鋼板焊接的箱體。 3. 附件為了保證減速器的正常工作，除了對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結構設計給予足夠的重視外，還應考慮到為減速器潤滑油池注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時箱蓋與箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件

12、的合理選擇和設計。 2.3 傳動裝置總體設計滿足工作機性能要求的傳動方案，可以由不同傳動機構類型以不同的組合形式和布置順序構成。合理的方案首先應滿足工作機的性能要求，保證工作可靠，并且結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護便利。一種方案要同時滿足這些要求往往是困難的，因此要通過分析比較多種方案，選擇能滿足重點要求的較好傳動方案。常用傳動機構的布置原則：（1）帶傳動的承載能力較小，傳動平穩，緩沖吸振能力較強，宜布置在高速級。（2）鏈傳動運轉不均勻，有沖擊，宜布置在低速級。（3）蝸桿傳動效率較低，但傳動平穩，當與齒輪副組成傳動機構時，宜布置在高速級。（4）開式齒輪傳動的工作環

13、境一般較差，潤滑條件不好，因而磨損嚴重，壽命較短，應布置在低速級。（5）斜齒輪傳動的平穩性較直齒輪傳動好，常用在高速級或要求傳動平穩的場合。傳動裝置的設計方案一般用運動簡圖表示。它直觀地反映了工作機、傳動裝置和原動機三者間的運動和力的傳遞關系。根據要求設計單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機聯軸器減速器聯軸器帶式運輸機如圖2-2所示。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潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內，在軸承蓋中裝有密封元件。圖2-2傳動裝置總體設計圖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

14、承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標準件等。第三章 電動機的選擇及各級傳動比的確定3.1 電動機的選擇1、 選擇電機的類型由于該生產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，全封閉扇冷鼠籠式結構。三相異步電動機的結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優點。一般電動機的額定電壓為380v。2、 選擇電機的功率傳動滾筒所需功率=6000*0.5/1000=3.0kw由電動機至工作機之間的總效率為= 其中：蝸桿傳動效率、聯軸器1效率、蝸桿傳動的滾動軸承效率（一對）、聯軸器2效率、卷筒軸的軸承效率、傳動滾筒效率分別為=0.72 、 、=0.720.980.9920.980.9

15、60.98 =0.638電動機所需功率： 3、 確定電機的轉速傳動滾筒工作轉速： r/min按推薦的合理傳動比范圍，取單級蝸桿傳動減速機傳動比范圍i =10-80，可見電動機轉速可選范圍為n=(1080)*nw=（1080）*27.3=2732184r/min根據容量和轉速，查出所得電動機y系列三相異步電動機數據數據查出有四種適用的電動機型號，因此有以下四種傳動比方案。如表3-1: 表3-1 電動機型號方案電動機型號額定功率pd kw電動機轉速 r/min額定轉矩同步轉速滿載轉速1y132s-45.5150014402.22y132m2-65.510009602.03y160m-85.5750

16、7202.0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2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 電動機主要性能中心高h外形尺寸l（ac/2ad）hd底角安裝尺寸ab地腳螺栓孔直徑k軸身尺寸de裝鍵部位尺寸fgd132515（270/2210）3152161781238801033383.2 確定傳動裝置總傳動比和分配傳動比電動機確定后，根據電動機的滿載轉速和工作裝置的轉速就可以計算傳動裝置的總傳動比。1.計算總傳動比 上式中i傳動裝置總傳動比；工作機的轉速；電動機的滿載轉速；2.各級傳動比的分配傳動裝置總體設計中傳動比都集中

17、在蝸桿上，其他不分配傳動比。3.3 各軸運動參數的計算1.蝸桿軸、蝸輪軸、傳動滾筒軸的輸入功率 2. 蝸桿軸、蝸輪軸、傳動滾筒軸的轉速3. 蝸桿軸、蝸輪軸、傳動滾筒軸的轉矩上述運動和動力參數計算結果整理于下表3-3所示：表3-3 各軸的運動和動力參數類型功率p（kw）轉速n（r/min）轉矩t（knm）傳動比效率蝸桿軸4.5696045.4350.638蝸輪軸3.2827.41143.2滾筒軸3.1227.41088第四章 環面蝸輪蝸桿的傳動設計4.1 蝸桿傳動類型及材料1.選擇蝸桿傳動類型 根據gb/t10085-1988的推存，采用環面蝸桿傳動。 2.選擇材料 蝸輪用鑄錫磷青銅zcusn1

18、0p1，金屬模鑄造。為了節約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵ht100制造。考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55hrc。 4.2 按齒面接觸疲勞強度進行設計3根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由傳動中心距: （2-1）1)確定載荷系數k因工作載荷較穩定，故取載荷分布不均系數；由參考文獻3選取使用系數；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數；則2)確定作用在蝸輪上的轉矩t23）確定接觸系數先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值=0.4，從參考文

19、獻3的圖11-18中可查的。4）確定彈性影響系數因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和剛蝸桿相配，故。5）確定許用接觸應力根據蝸輪用鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造。蝸桿硬度大于45hrc，從參考文獻3的表11-7中查的蝸輪的基本許用應力=268mpa。應力循環次數 =60196012000/35=1.97107壽命系數則 =0.921.97107=181mpa6)把上述數值帶入式2-1中得中心距取中心距。4.3 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸1. 蝸桿的主要參數與幾何尺寸1)蝸桿頭數2)蝸輪齒數、模數、變位系數查表11-2知直徑系數，由于 所以模數。取變位系數 變位后的中心距為。3)蝸桿分度圓直

20、徑蝸桿分度圓直徑，這時=0.45，從圖11-18中可查的接觸系數，因為，因此以上計算結果可用。4)蝸桿節圓直徑5)蝸桿導程角6)蝸桿齒寬2. 蝸輪的主要參數與幾何尺寸1）蝸輪分度圓直徑2）蝸輪喉圓直徑3）蝸輪齒寬 4.4 校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數 根據，從圖11-19中可查的齒形系數。螺旋角系數許用彎曲應力從表11-8中查的由zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力。壽命系數 因為所以彎曲強度是滿足的。4.5 熱平衡核算及潤滑方式估算散熱面積a 驗算油的工作溫度ti室溫：通常取。散熱系數： 油溫未超過限度潤滑方式根據vs=4.57m/s，查表得潤滑油度，采用浸油潤滑。第五章 蝸桿、蝸

21、輪軸的基本尺寸設計5.1蝸輪軸基本尺寸設計1. 初步估計蝸輪軸外伸段的直徑 最小直徑估算，取c=120。 考慮聯軸器加鍵，蝸輪傳動加鍵將其軸徑增加5%左右，故取軸外伸段的直徑為。輸出軸的最小直徑是安裝聯軸器處軸的直徑。為了使所選軸的直徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選擇聯軸器的型號。2. 聯軸器的選用按照計算轉矩應小于聯軸器的公稱轉矩的條件可查 得選用hl4號彈性柱銷聯軸器，其公稱轉矩為。聯軸器的孔徑，確定聯軸器的長度為。聯軸器與軸配合的轂孔長度。3. 蝸輪軸的設計 軸上零件的定位、固定和裝配單級減速器中，可將蝸輪按排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向

22、固定靠平鍵和過渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。聯軸器以軸肩軸向定位，右面用軸端擋圈軸向固定，鍵聯接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承從做從左面裝入，蝸輪、套筒、右軸承和聯軸器依次右面裝到軸上。 確定軸各段直徑和長度段d1=63mm 聯軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在聯軸器上而不壓在軸的端面上，故-段的長度應比l1略短些，現取。d2起固定作用，定位軸肩高度可在（0.070.1）d范圍內段直徑d2= dmin+2a =71 a(0.070.1) dmin=4.414.5該直徑處安裝密封氈圈，標準直徑。符合氈圈密封標準軸徑。軸承端蓋的總寬度為20mm

23、（由減速器及軸承端蓋的結構設計而定）。根據軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯軸器右端面間的距離l=30mm ，故取。段d3與軸承的內徑相配合，選30215型圓錐滾子軸承，其內徑為75mm，寬度為25mm。故段直徑d3=75mm，。段考慮蝸輪端面和箱體內壁、軸承端蓋與箱體內壁應有一定距離，則取套筒長為60mm。故，d4=75mm。段取安裝蝸輪處的直徑為d5=80mm，。段d6=d4+2a=80+26=92 a(0.070.1)d3=5.66段d7=d6-2h=92-25.5=81mmh由機械設計表11.4查得 h=5.5，。段 d8=d3=75mm，。5.2 蝸桿軸

24、基本尺寸設計1. 選擇軸的材料選取45鋼，調質處理，硬度hbs=230，強度極限=650 mpa，屈服極限=360 mpa，彎曲疲勞極限=300 mpa，剪切疲勞極限=155 mpa，對稱循環變應力時的許用應力=60 mpa。2. 初步估計蝸桿軸外伸段的直徑 最小直徑估算，取c=120。 考慮聯軸器加鍵，將其軸徑增加5%左右，故取軸外伸段的直徑為。輸出軸的最小直徑是安裝聯軸器處軸的直徑。為了使所選軸的直徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選擇聯軸器的型號。 3. 聯軸器的選用按照計算轉矩應小于聯軸器的公稱轉矩的條件可查得選用hl1號彈性柱銷聯軸器，其公稱轉矩為。聯軸器的孔徑，確定聯軸器的長度為。聯

25、軸器與軸配合的轂孔長度。按軸的結構和強度要求選取軸承處的軸徑d=30mm，初選軸承型號為32006圓錐滾子軸承（gb/t29794），采用蝸桿軸結構，其中，齒根圓直徑76mm，分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，長度尺寸根據中間軸的結構進行具體的設計，校核的方法與蝸輪軸相類似，經過具體的設計和校核，得該蝸桿軸結構是符合要求的，是安全的。5.3裝蝸輪處鍵的選擇及校核(1) 選用普通平鍵（a型）裝蝸輪處的軸徑d=80mm，以及輪轂長，查表選用鍵2214 70。(2) 強度校核鍵材料選用45號鋼，查表知，取平均值鍵的工作長度mm，mm，按公式的擠壓應力小于，故鍵的聯接的強度是足夠的。5.4 滾動軸承的選

26、擇1. 蝸輪軸上滾動軸承的選擇 按承載較大的滾動軸承選擇其型號。因支承跨距不大，故采用兩端固定軸承組合方式。軸承類型選為30215型圓錐滾子軸承，其內徑為75mm，寬度為25mm，軸承預期壽命取為12000h。蝸輪的圓周力蝸輪的軸向力蝸輪的徑向力軸承所受徑向力，軸向力，軸承工作轉速n=27.3r/min。 初選30215型圓錐滾子軸承，基本額定動載荷cr=105kn，基本額定靜載荷cor=160.0kn。 fa/fr=652.1/2389.6=0.27e 按文獻3表13-5取x=0.4y=1.6 按文獻3表13-6，載荷系數fp=1.2。 式中-指數。對于滾子軸承，=10/3。 由于ccr，故

27、30215軸承滿足要求。 2. 蝸桿軸上滾動軸承的選擇 選擇和校核的方法與蝸輪軸上的軸承相類似，經過具體的設計選擇該蝸桿軸上的軸承型號為32006圓錐滾子軸承（gb/t29794），經校核32006圓錐滾子軸承（gb/t29794）軸承滿足要求。總 結減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用在動力機與工作機之間作為減速的傳動裝置；在少數場合下也用作增速的傳動裝置，這時就稱為增速器。減速器由于結構緊湊、效率較高、傳遞運動準確可靠、使用維護簡單，并可成批生產，故在現代機中應用很廣。 在論文中，首先，對減速器的種類和基本構造作了簡單的介紹，接著，設計了圓柱蝸輪蝸桿的總體傳動方案。然后按照設計準則和設計理論選擇了電機，確定了傳動的總傳動比，并進行各級傳動比的分配。接著對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計代表了圓柱蝸輪蝸桿設計的一般過程。對其他的蝸輪蝸桿的設