环面蜗轮蜗杆减速设计

第一章 选定设计方案

    根据设计要求并结合以上分析，我们在设计中采用准平行啮合线环面蜗杆减速器。

具体设计方案是：选用的电动机输出转速是940r/min，由凸缘联轴器将电动机轴和准平行啮合线环面蜗杆减速器的输入轴相联接，经过减速器的减速，电动机输出的转速降为18.8r/min，再有凸缘联轴器将减速器的输出轴与滚筒轴联接，将减速器输出轴的转速传给滚筒，滚筒转动带动绕在其上面的钢丝绳旋转，由钢丝绳提起具有一定质量的灯具。

1电动机   2 联轴器   3 蜗轮蜗杆减速器   4 联轴器   5 滚筒

图2-1减速器

第二章 电动机的选择

2.1 初选电动机类型和结构型式

    电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作特性、电源种类(交流或直流)、工作条件(环境温度、空间位置等)、载荷大小和性质(变化性质、过载情况等)、起动性能和起动、制动、正反转的频繁程度等条件来选择电动机的类型、结构、容量(功率)和转速，并在产品目录中选出其具体型号和尺寸。   

    电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因为此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据 不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构型式。  

 Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。对于经常起动，制动正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机Yz型(笼型)或YzR型(绕线型)。   

    电动机的容量(功率)选择的是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。   

    由以上的选择经验和要求，我选用：

    三相交流电 Y系列笼型三相异步交流电动机。

2.2 电动机的容量

2.2.1 确定减速器所需的功率

由滚筒圆周力和滚筒速度v,得    

其中：  （N）

m——提升重量，m=450kg，

 N                        

 s                       

带入数据得 = KW

 KW   

2.2.2确定传动装置效率

    传动装置的效率由以下的要求：

(1) 轴承效率均指一对轴承而言。

(2) 同类型的几对运动副或传动副都要考虑其效率，不要漏掉。   

(3) 蜗杆传动的效率与蜗杆头数z1有关，应先初选头数后，然后估计效率。

    此外，蜗杆传动的效率中已包括了蜗杆轴上一对轴承的效率，因此在总效率的计算中蜗杆轴上轴承效率不再计入。

各传动机构和轴承的效率为：

法兰效率：            

设计中，电动机与减速器相连的法兰，相当于一个凸缘联轴器

一级环面蜗杆传动效率: 

一对滚动轴承传动效率：

凸缘联轴器效率：      

     —— 从电动机至工作机主动轴之间的总效率故传动装置总效率：

＝，

电动机的输出功率

考虑传动装置的功率损耗，电动机输出功率

＝

则，＝＝ KW           

2.2.3电动机的技术数据

    根据计算的功率可选定电动机额定功率，取同步转速1000，6级

由《简明机械设计手册》选用Y100L－6三相异步电动机，其主要参数如下

电动机额定功率：=1.5kw；                 

电动机满载转速：=940                

电     流    ： I=5.6A                        

电动机外形和安装尺寸为：           

D=28mm                                      

E=60mm                                        

H=100mm                                        

A=160mm                                        

B=140mm                                     

C=63mm                                        

K=12mm                                          

AB=205mm                                       

AD=180mm                                        

AC=105mm                                        

HD=245mm                                       

AA=40mm                                      

BB=176mm                                       

第三章 传动装置的传动比及动力参数计算

3.1  传动装置运动参数的计算

3.1.1各轴功率计算

＝=KW                       

=KW         

3.1.2各轴转速的计算

n＝940，                                  

n＝n＝940/50=18.8                    

3.1.3各轴输入扭矩的计算

                 

               

表3-1参数列表：

轴   名	功率Kw	转速	扭矩
蜗杆轴	1.47	940	14.93
蜗轮轴	0.97	18.8	492.74

4.1 蜗杆传动设计计算

4.1.1  选择蜗杆、蜗轮材料

1.选择蜗杆传动的类型

采用准平行环面蜗杆传动.

2.选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力

考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据《机械零件课程设计》表5－2，蜗杆选用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1，金属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁HT100制造

由《机械零件课程设计》表5－3查得蜗轮材料的许用接触应力

[] =190                         

由《机械零件课程设计》表5－5查得蜗轮材料的许用弯

曲应力

[]=44                            

4.1.2  确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z

由《机械零件课程设计》表5－6，

选取Z＝1                                         

则Z＝Z·i＝1×50＝50

故取Z＝50                                      

4.1.3  验算滚筒的速度

    实际传动比        i＝50/1                          

    工作机滚筒转速    n＝940/50=18.8

    钢丝绳的提升速度 

       =

=            m/s

速度误差         

             ％＝％＝0.78％<5%，合适

4.1.4  确定蜗杆蜗轮中心距a

1.确定蜗杆的计算功率

式中 K——使用场合系数，每天工作一小时,轻度震动

由《机械工程手册》查得：K＝0.7；

K——制造精度系数，取7级精度，

查得：K＝0.9；

K——材料配对系数，齿面滑动速度 < 10

由《机械工程手册》查得：K＝0.85。

代入数据得

             ＝KW         

以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2·5－22a，选取蜗杆的中心距：a＝100mm.   a＝100mm

由于准平行二次包络环面蜗杆为新型得蜗杆,它的优点是:接触面大,导程角,它的值稳定且一定,则润滑好,接.

触面大应直接根据“原始型”传动蜗杆设计参数。

4.1.5  蜗杆传动几何参数设计

    准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表

1.中心距：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）

标准选取a=100mm

2.齿数比：u＝＝50

3.蜗轮齿数：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）

选取

4.蜗杆头数：由《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）

选取 

5.蜗杆齿顶圆直径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16

选取 =45mm

6.蜗轮轮缘宽度：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16

选取b=28mm

7.蜗轮齿距角：＝

8.蜗杆包容蜗轮齿数：K＝=5  

9.蜗轮齿宽包角之半：＝0.5（K－0.45）=

10.蜗杆齿宽：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16

选取 =53mm

11.蜗杆螺纹部分长度：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－

16，选取=59mm

12.蜗杆齿顶圆弧半径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－

16，选取R=82mm

13.成形圆半径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16

选取=65mm

14.蜗杆齿顶圆最大直径：《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表

2.5－16，选取=53.8mm

15.蜗轮端面模数：m＝=mm

16.径向间隙：=0.5104mm

17.齿顶高：h=0.75 m=2.233mm

18.齿根高：h= h+ C=2.7434mm

19.全齿高：h= h+ h=4.9764mm

20.蜗杆分度圆直径：＝（0.624＋）a ＝40.534mm

21.蜗轮分度圆直径：＝2a－＝159.466mm

22.蜗轮齿根圆直径：d＝－2 h=153.9792mm

23.蜗杆齿根圆直径：d＝－2 h=35.05，

判断：因为=28.12mm,满足要求

24.蜗轮喉圆直径：d＝＋2 h=163.932mm

25.蜗轮齿根圆弧半径：=82.475mm

26.蜗杆螺纹包角之半：

==

27.蜗轮喉母圆半径：=

=

=25.88mm

28.蜗轮外缘直径：由作图可得=164.95mm

29.蜗杆分度圆导程角：＝

=

30.蜗杆平均导程角：＝

31.分度圆压力角：=

32.蜗杆外径处肩带宽度： 取3mm

33.蜗杆螺纹两端连接处直径：=35mm

34.蜗轮分度圆齿厚：

数据带入公式得 5.508mm

35.齿侧隙：查表4-2-6得

36.蜗杆分度圆齿厚：=4.2984

37.蜗杆分度圆法向齿厚：=4.285

38.蜗轮分度圆法向齿厚：=5.49

39.蜗轮齿冠圆弧半径：=19.2775

40.蜗杆测量齿顶高：

 =2.2035

41.蜗杆测量齿顶高：

=2。185

4.2 环面蜗轮蜗杆校核计算

环面蜗杆传动承载能力主要受蜗杆齿面胶合和蜗轮齿根剪切强度的限制。因而若许用传动功率确定中心距，则然后校核蜗轮齿根剪切强度。

      由于轴承变形增加了蜗杆轴向位移，使蜗轮承受的载荷集

中在2－3个齿上。而且，由于蜗轮轮齿的变形，造成卸载，

引起载荷沿齿高方向分布不均，使合力作用点向齿根方向偏移。

因而，蜗轮断齿主要由于齿根剪切强度不足造成的

校核：

其中  —— 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷;

 —— 蜗轮包容齿数

 —— 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数;

 ——蜗轮齿根受剪面积;

公式中各参数的计算

1.的计算

=

——作用在蜗轮轮齿上的圆周力，

——蜗杆喉部螺旋升角 ，4.5

—— 当量齿厚，

滑动速度                        

=

=2.01m/s

根据滑动速度查机械设计手册3－3－9得

将数据带入公式得 

          

=N                               

2.计算得 = 5

3.蜗轮齿根受剪面积

            

             —— 蜗轮齿根圆齿厚；

由上可知

 —— 蜗轮端面周节；

 —— 蜗轮理论半包角； 

 —— 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。

数据带入公式得

       

                =7.03mm

由上可得

            

                                                     

对于锡青铜齿圈  取

查手册取铸锡磷青铜，砂模铸造，抗拉强度=225MPa

，                 

则            <

......