运输机蜗杆—圆柱齿轮减速器设计_带图纸
运输机蜗杆—圆柱齿轮减速器设计[20191210110708]
摘 要
齿轮传动的传动方式是现代机械中应用最广的。齿轮减速器是由齿轮、轴承、轴及箱体构成，是用于原动机和工作机或者执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的功用。本文要设计的是运输机蜗杆—圆柱齿轮减速器。首先确定减速器的传动方案，分配减速比，并对减速器的结构进行分析，设计蜗杆和齿轮。另外，结合理论知识对零件进行计算和校核，如：蜗杆轴和齿轮轴的尺寸设计；轴承和联轴器的选择；键以及箱体等部件的选择设计。然后基于UG，对所有零件进行三维实体造型和整体装配，并制作工程图。同时，对于部分零件采用参数化建模方法，如：蜗轮和齿轮。并调用了标准件库中的螺栓、螺母、垫圈等标准件，从而降低了工作量，避免了类似的零件建模的重复。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:齿轮传动减速器蜗杆设计
目 录
1. 引 言 1
1.1 减速器简介 1
1.2 UG软件简介 1
2. 电动机的选择 2
2.1 拟定传动方案 2
2.2选择电动机 2
2.3传动装置的总传动比和传动比分配 3
2.4传动装置运动和动力参数的计算 3
3. 蜗杆和齿轮的设计计算 5
3.1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算 5
3.1.1按接触疲劳强度设计 5
3.1.2 按弯曲强度校核 6
3.1.3 蜗轮蜗杆的主要参数及尺寸 7
3.2 低速级齿轮传动的设计计算 8
3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 8
3.2.2 按齿面接触强度设计 8
3.2.3 按齿根弯曲强度设计 10
3.2.4 几何尺寸计算 11
4. 轴的设计计算 12
4.1 蜗杆轴设计计算及校核 12
4.1.1已知条件 12
4.1.2求作用在蜗杆蜗轮上的力 12
4.1.3初步确定轴的最小直径 12
4.1.4蜗杆轴的结构设计 12
4.1.5轴的强度计算 13
4.2中间轴设计计算及校核 16
4.2.1已知条件 16
4.2.2求作用在齿轮上的力 16
4.2.3初步确定轴的最小直径 16
4.2.4中间轴的结构设计 16
4.2.5轴的强度计算 17
4.3低速轴设计计算及校核 21
4.3.1已知条件 21
4.3.2 求作用在齿轮上的力 21
4.3.3 初步确定轴的最小直径 22
4.3.4低速轴的结构设计 22
4.3.5轴的强度计算 23
5. 零部件的设计 26
5.1轴承的选择 26
5.2 键和联轴器的选择 26
5.3箱体的设计 26
5.4其他 28
6. 密封与润滑 29
附 件 30
结 语 31
参考文献 32
致 谢 33
1. 引 言
1.1 减速器简介
减速器在原动机和工作机以及执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用。减速器根据传动级数不同可分为单级和多级减速器，根据齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；根据传动的布置形式可以分为展开式、分流式和同进轴式减速器。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所构成的独立部件，经常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。减速器具有结构相对紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护比较简单，并且可成以批生产等优点。减速器是通用的机械部件，被普遍应用于冶金，建筑，矿山，物料搬运等行业。20世纪70－80年代，世界上的减速器技术发展迅速，并且紧密结合了新技术不断创新。减速器的技术已经成为世界的一个成熟的技术，其设计与制造技术的发展程度，在一定意义上标志着一个国家的工业技术水平。
图1.1 减速器系统框图
1.2 UG软件简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，它的功能强大，能够轻松实现各种复杂实体和不同造型的构建。它诞生之初主要是基于工作站，但随着计算机硬件的发展和个人用户的快速增加，它在PC的应用上取得了急速的增长，在模具行业里，目前在三维设计上已经成为一个主流应用。
UG的开发始于1969年，它是在C语言的基础上开发实现的。UG NX是一个在二维和三维空间无结构网格上利用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。设计具有足够的灵活性，以支持多个离散格式。所以该软件可用于许多不同的应用。
一个像UG NX这样的大型软件系统一般需要有不同层次抽象的描述。因此，UG分为三个设计层次，分别是：结构设计、子系统设计和组件设计。在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的，并且广泛应用信息隐藏原则。它把所有陈述的信息分布在各子系统之间。
2. 电动机的选择
已知条件：运输带工作拉力为：F=6500N，运输带工作速度为：V=0.45m/s，卷筒的直径为：D=350mm。
2.1 拟定传动方案
方案一：采用联轴器连接的蜗杆-圆柱齿轮减速器
带式运输机由电动机驱动。动力由电动机通过联轴器传入蜗杆-圆柱齿轮减速器，然后通过联轴器传递，将动力传至运输机滚筒，以此带动运输带工作。
方案二：采用链条传动的蜗杆-圆柱齿轮减速器
带式运输机由电动机驱动。动力由电动机通过联轴器传入蜗杆-圆柱齿轮减速器，然后通过链条传动，将动力传至运输机滚筒，以此带动运输带工作。
方案一的结构简单、传动效率高，因此，选择方案一。运动简图如图2.1所示。
1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.联轴器 5.传动带 6.滚筒
图2.1 减速器传动方案
2.2选择电动机
根据减速器的工作要求和工作条件选择Y 系列（IP44）三相鼠笼型异步电动机，其电压为380V。
查[1]表1得到：轴承的效率是：η1=0.99，蜗轮的效率是：η2=0.80，弹性联轴器的效率是：η3=0.99，齿轮的效率是：η4=0.97，运输机的效率是：η5=0.96。
因此，传动装置的总效率为：
=0.992×0.80×0.992×0.97×0.96＝0.716 （2.1)
工作机有效功率为： （2.2）
工作机所需功率为： （2.3）
卷筒轴工作转速为： （2.4）
查[1]表1得高速级蜗轮蜗杆传动比为：i1=10～40，低速级齿轮传动比为：i2=3～6。
所以电动机转速的选择范围为：nm=i1i2nw=（10～40)×(3～6)× 24.5=735～5880r/min，
由此查[3]表20-5，选取Y132S-4电动机，其主要性能如表2.1所示。
表2.1 Y132S-4 型电动机的主要性能
型号 额定功率 P/kw 满载转速 /（r/min） 满载时电流/A 起动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 净重 /kg
Y132S-4 5.5 1440 11.6 2.2 2.2 68
2.3传动装置的总传动比和传动比分配
1）总传动比
,取59。 （2.5）
2）分配传动比
，取3。
（2.6）
2.4传动装置运动和动力参数的计算
1）各轴转速
蜗杆轴
中间轴
低速轴 n3=n2/i2=73.5/3=24.5r/min
卷筒轴
2）各轴输入功率
蜗杆轴 P1=P0× =4.26×0.99=4.22kW
中间轴 P2=P1× =4.22×0.80=3.38kW
低速轴 P3=P2× × =3.38×0.99×0.97=3.25kW
卷筒轴 P4=P3 =3.25×0.99×0.96=3.09kW
3）各轴输入转矩
电动机轴输出转矩 =9.55×105× =2.82×104 N·mm
蜗杆轴 T1=T0×η3=2.82×104×0.99=2.80×104 N·mm
中间轴 T2=T1×i1×η2=2.80×104×19.7×0.80=44.13×104 N·mm
低速轴 T3=T2×i2×η1×η4=44.13×104×3×0.99×0.97=12.71×105 N·mm
卷筒轴 T4=T3×η3×η5=12.71×104×0.99×0.96=12.08×105 N·mm
运动和动力参数计算结果整理如表2.2所示。
表2.2 蜗杆-圆柱齿轮减速器传动装置的运动和动力参数
轴名 功率 转矩 转速 传动比i 效率
蜗杆轴 4.22 2.80×104 1440 19.7 3 1 0.80 0.96 0.95
中间轴 3.38 44.13×104 73.5
低速轴 3.25 12.71×105 24.5
卷筒轴 3.09 12.08×105 24.5
3. 蜗杆和齿轮的设计计算
3.1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算
3.1.1按接触疲劳强度设计
1. 选择蜗杆传动类型
根据国家标准GB/T10085—1988 推荐，选用渐开线蜗杆（ZI）
2. 齿轮材料，热处理及精度
查[9]表11.4选取蜗杆：45 ，表面淬火，低温回火，硬度为45-50HRC。
查[9]表11.4选取蜗轮：铸锡青铜ZCuSn10Pl，金属型。
3. 确定蜗轮传递的转矩
查[9]表11.1选取蜗杆z1=2，效率η=0.8，则
（3.1）
4. 确定许用接触应力[ ]
应力循环次数为：
N=60j n2 Lh =60×1× ×19200=8.42×107 （3.2）
寿命系数KHN= =0.77 （3.3）
查[9]表11.6得基本许用接触应力为：[ ]′=220MPa
则许用接触应力为：
[ ]=[ ]′KHN=220×0.77=169.4MPa (3.4)
5. 确定模数和蜗杆分度圆直径
取载荷分布不均系数 =1，查[4]表15-21选取选用系数K A =1，查[4]图15-7取动载系数KV =1.05，则K= KA KV=1.05
由涡轮齿面接触疲劳强度设计公式得
（3.5）
查[9]表11.2，选取 ，得m=6.3, =63mm，所以q=10。
蜗轮分度圆直径为：
中心距 （3.6）
圆整为160mm。
6. 计算蜗杆螺旋线升角 （3.7）
3.1.2 按弯曲强度校核
1强度校核
（3.8）
查[9]表11.8得蜗轮的基本许用弯曲应力为：
计算寿命系数： (3.9)
计算许用弯曲应力
查[9]表11.5得
所以由式3.8得
由于 ，故齿根弯曲疲劳强度校核合格。
摘 要
齿轮传动的传动方式是现代机械中应用最广的。齿轮减速器是由齿轮、轴承、轴及箱体构成，是用于原动机和工作机或者执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的功用。本文要设计的是运输机蜗杆—圆柱齿轮减速器。首先确定减速器的传动方案，分配减速比，并对减速器的结构进行分析，设计蜗杆和齿轮。另外，结合理论知识对零件进行计算和校核，如：蜗杆轴和齿轮轴的尺寸设计；轴承和联轴器的选择；键以及箱体等部件的选择设计。然后基于UG，对所有零件进行三维实体造型和整体装配，并制作工程图。同时，对于部分零件采用参数化建模方法，如：蜗轮和齿轮。并调用了标准件库中的螺栓、螺母、垫圈等标准件，从而降低了工作量，避免了类似的零件建模的重复。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:齿轮传动减速器蜗杆设计
目 录
1. 引 言 1
1.1 减速器简介 1
1.2 UG软件简介 1
2. 电动机的选择 2
2.1 拟定传动方案 2
2.2选择电动机 2
2.3传动装置的总传动比和传动比分配 3
2.4传动装置运动和动力参数的计算 3
3. 蜗杆和齿轮的设计计算 5
3.1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算 5
3.1.1按接触疲劳强度设计 5
3.1.2 按弯曲强度校核 6
3.1.3 蜗轮蜗杆的主要参数及尺寸 7
3.2 低速级齿轮传动的设计计算 8
3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 8
3.2.2 按齿面接触强度设计 8
3.2.3 按齿根弯曲强度设计 10
3.2.4 几何尺寸计算 11
4. 轴的设计计算 12
4.1 蜗杆轴设计计算及校核 12
4.1.1已知条件 12
4.1.2求作用在蜗杆蜗轮上的力 12
4.1.3初步确定轴的最小直径 12
4.1.4蜗杆轴的结构设计 12
4.1.5轴的强度计算 13
4.2中间轴设计计算及校核 16
4.2.1已知条件 16
4.2.2求作用在齿轮上的力 16
4.2.3初步确定轴的最小直径 16
4.2.4中间轴的结构设计 16
4.2.5轴的强度计算 17
4.3低速轴设计计算及校核 21
4.3.1已知条件 21
4.3.2 求作用在齿轮上的力 21
4.3.3 初步确定轴的最小直径 22
4.3.4低速轴的结构设计 22
4.3.5轴的强度计算 23
5. 零部件的设计 26
5.1轴承的选择 26
5.2 键和联轴器的选择 26
5.3箱体的设计 26
5.4其他 28
6. 密封与润滑 29
附 件 30
结 语 31
参考文献 32
致 谢 33
1. 引 言
1.1 减速器简介
减速器在原动机和工作机以及执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用。减速器根据传动级数不同可分为单级和多级减速器，根据齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；根据传动的布置形式可以分为展开式、分流式和同进轴式减速器。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所构成的独立部件，经常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。减速器具有结构相对紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护比较简单，并且可成以批生产等优点。减速器是通用的机械部件，被普遍应用于冶金，建筑，矿山，物料搬运等行业。20世纪70－80年代，世界上的减速器技术发展迅速，并且紧密结合了新技术不断创新。减速器的技术已经成为世界的一个成熟的技术，其设计与制造技术的发展程度，在一定意义上标志着一个国家的工业技术水平。
图1.1 减速器系统框图
1.2 UG软件简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，它的功能强大，能够轻松实现各种复杂实体和不同造型的构建。它诞生之初主要是基于工作站，但随着计算机硬件的发展和个人用户的快速增加，它在PC的应用上取得了急速的增长，在模具行业里，目前在三维设计上已经成为一个主流应用。
UG的开发始于1969年，它是在C语言的基础上开发实现的。UG NX是一个在二维和三维空间无结构网格上利用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。设计具有足够的灵活性，以支持多个离散格式。所以该软件可用于许多不同的应用。
一个像UG NX这样的大型软件系统一般需要有不同层次抽象的描述。因此，UG分为三个设计层次，分别是：结构设计、子系统设计和组件设计。在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的，并且广泛应用信息隐藏原则。它把所有陈述的信息分布在各子系统之间。
2. 电动机的选择
已知条件：运输带工作拉力为：F=6500N，运输带工作速度为：V=0.45m/s，卷筒的直径为：D=350mm。
2.1 拟定传动方案
方案一：采用联轴器连接的蜗杆-圆柱齿轮减速器
带式运输机由电动机驱动。动力由电动机通过联轴器传入蜗杆-圆柱齿轮减速器，然后通过联轴器传递，将动力传至运输机滚筒，以此带动运输带工作。
方案二：采用链条传动的蜗杆-圆柱齿轮减速器
带式运输机由电动机驱动。动力由电动机通过联轴器传入蜗杆-圆柱齿轮减速器，然后通过链条传动，将动力传至运输机滚筒，以此带动运输带工作。
方案一的结构简单、传动效率高，因此，选择方案一。运动简图如图2.1所示。
1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.联轴器 5.传动带 6.滚筒
图2.1 减速器传动方案
2.2选择电动机
根据减速器的工作要求和工作条件选择Y 系列（IP44）三相鼠笼型异步电动机，其电压为380V。
查[1]表1得到：轴承的效率是：η1=0.99，蜗轮的效率是：η2=0.80，弹性联轴器的效率是：η3=0.99，齿轮的效率是：η4=0.97，运输机的效率是：η5=0.96。
因此，传动装置的总效率为：
=0.992×0.80×0.992×0.97×0.96＝0.716 （2.1)
工作机有效功率为： （2.2）
工作机所需功率为： （2.3）
卷筒轴工作转速为： （2.4）
查[1]表1得高速级蜗轮蜗杆传动比为：i1=10～40，低速级齿轮传动比为：i2=3～6。
所以电动机转速的选择范围为：nm=i1i2nw=（10～40)×(3～6)× 24.5=735～5880r/min，
由此查[3]表20-5，选取Y132S-4电动机，其主要性能如表2.1所示。
表2.1 Y132S-4 型电动机的主要性能
型号 额定功率 P/kw 满载转速 /（r/min） 满载时电流/A 起动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 净重 /kg
Y132S-4 5.5 1440 11.6 2.2 2.2 68
2.3传动装置的总传动比和传动比分配
1）总传动比
,取59。 （2.5）
2）分配传动比
，取3。
（2.6）
2.4传动装置运动和动力参数的计算
1）各轴转速
蜗杆轴
中间轴
低速轴 n3=n2/i2=73.5/3=24.5r/min
卷筒轴
2）各轴输入功率
蜗杆轴 P1=P0× =4.26×0.99=4.22kW
中间轴 P2=P1× =4.22×0.80=3.38kW
低速轴 P3=P2× × =3.38×0.99×0.97=3.25kW
卷筒轴 P4=P3 =3.25×0.99×0.96=3.09kW
3）各轴输入转矩
电动机轴输出转矩 =9.55×105× =2.82×104 N·mm
蜗杆轴 T1=T0×η3=2.82×104×0.99=2.80×104 N·mm
中间轴 T2=T1×i1×η2=2.80×104×19.7×0.80=44.13×104 N·mm
低速轴 T3=T2×i2×η1×η4=44.13×104×3×0.99×0.97=12.71×105 N·mm
卷筒轴 T4=T3×η3×η5=12.71×104×0.99×0.96=12.08×105 N·mm
运动和动力参数计算结果整理如表2.2所示。
表2.2 蜗杆-圆柱齿轮减速器传动装置的运动和动力参数
轴名 功率 转矩 转速 传动比i 效率
蜗杆轴 4.22 2.80×104 1440 19.7 3 1 0.80 0.96 0.95
中间轴 3.38 44.13×104 73.5
低速轴 3.25 12.71×105 24.5
卷筒轴 3.09 12.08×105 24.5
3. 蜗杆和齿轮的设计计算
3.1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算
3.1.1按接触疲劳强度设计
1. 选择蜗杆传动类型
根据国家标准GB/T10085—1988 推荐，选用渐开线蜗杆（ZI）
2. 齿轮材料，热处理及精度
查[9]表11.4选取蜗杆：45 ，表面淬火，低温回火，硬度为45-50HRC。
查[9]表11.4选取蜗轮：铸锡青铜ZCuSn10Pl，金属型。
3. 确定蜗轮传递的转矩
查[9]表11.1选取蜗杆z1=2，效率η=0.8，则
（3.1）
4. 确定许用接触应力[ ]
应力循环次数为：
N=60j n2 Lh =60×1× ×19200=8.42×107 （3.2）
寿命系数KHN= =0.77 （3.3）
查[9]表11.6得基本许用接触应力为：[ ]′=220MPa
则许用接触应力为：
[ ]=[ ]′KHN=220×0.77=169.4MPa (3.4)
5. 确定模数和蜗杆分度圆直径
取载荷分布不均系数 =1，查[4]表15-21选取选用系数K A =1，查[4]图15-7取动载系数KV =1.05，则K= KA KV=1.05
由涡轮齿面接触疲劳强度设计公式得
（3.5）
查[9]表11.2，选取 ，得m=6.3, =63mm，所以q=10。
蜗轮分度圆直径为：
中心距 （3.6）
圆整为160mm。
6. 计算蜗杆螺旋线升角 （3.7）
3.1.2 按弯曲强度校核
1强度校核
（3.8）
查[9]表11.8得蜗轮的基本许用弯曲应力为：
计算寿命系数： (3.9)
计算许用弯曲应力
查[9]表11.5得
所以由式3.8得
由于 ，故齿根弯曲疲劳强度校核合格。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/2021.html
