環(huán)面蝸輪蝸桿減速器設(shè)計摘要本文主要闡述的是一種應(yīng)用在汽車無級變速器中的環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計方法。環(huán)面蝸輪蝸桿減速器在降速同時能提高輸出扭矩，減速同時降低了負(fù)載慣量本文首先對蝸輪蝸桿作了簡單的介紹，闡述了蝸輪蝸桿的設(shè)計原理和理論計算。然后按照應(yīng)用方向設(shè)計了環(huán)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(shè)計代表了環(huán)面蝸輪蝸桿設(shè)計的一般過程。對其他的蝸輪蝸桿的設(shè)計工作也有一定的價值。目前，在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計、制造以及應(yīng)用上，國內(nèi)與國外先進水平相比仍有較大差距。國內(nèi)在設(shè)計制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在著一些缺點。關(guān)鍵詞蝸輪蝸桿減速器；蝸桿；滾動軸承目錄摘要I第1章緒論611課題背景及意義612國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀613主要內(nèi)容及特點7第2章選定設(shè)計方案821初選電動機類型和結(jié)構(gòu)型式822電動機的容量923電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)924本章小結(jié)10第3章減速器部件的選擇計算1131蝸桿傳動設(shè)計計算11311選擇蝸桿、蝸輪材料11312確定蝸桿蝸輪中心距11313蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計1132環(huán)面蝸輪蝸桿校核計算1233軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計13331軸的材料選擇1334軸的校核1535鍵聯(lián)接的強度校核17351蝸桿軸上安裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接17352蝸輪軸上裝蝸輪處的鍵聯(lián)接17353蝸輪軸上裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接1736箱體結(jié)構(gòu)尺寸及說明1737減速器的潤滑和密封1838減速器的附件1939減速器的安裝，使用及維護20391減速器潤滑油的更換21392減速器檢修21393減速器維護21310本章小結(jié)21結(jié)論22致謝24第1章緒論11課題背景及意義減速器在原動機和工作機之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，二者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。促進減速器水平提高的主要因素有（1）硬齒面技術(shù)的發(fā)展和完善。（2）用好的材料。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。（4）加工精度提高到ISO56級。（5）軸承質(zhì)量和壽命提高。（6）潤滑油質(zhì)量提高。12國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀它始于1921年的美國造船業(yè)，其代表產(chǎn)品是美國CONEDRIVE，50年代起在我國得到推廣應(yīng)用。與普通圓柱蝸桿傳動相比，這種蝸桿同時包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導(dǎo)法曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普通蝸桿的153倍。在傳遞同樣功率時，中心矩可縮小2040。由于性能優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使用。美國生產(chǎn)產(chǎn)品系列中心矩為151320；速比為5343000；最高傳動效率可達(dá)97。我國經(jīng)過40年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產(chǎn)品種也十分可觀，最大中心矩可達(dá)到1200；最少齒數(shù)比為5；蝸桿頭數(shù)達(dá)6；最高傳動效率可達(dá)94。這種蝸桿傳動分為“原始型”和“修整型”兩種?！霸夹汀敝崩h(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形成為一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內(nèi)的直線，在繞成形圓的圓心作等角速的旋轉(zhuǎn)運動的同時，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉(zhuǎn)運動，這條直線在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線是直線刀刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡(luò)產(chǎn)生的，難以實現(xiàn)磨削，這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復(fù)雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的主要缺點。13主要內(nèi)容及特點蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構(gòu)，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為90度，這種傳動由于具有下述特點，故應(yīng)用頗為廣泛。1當(dāng)使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比I580在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比可達(dá)300；若只傳遞運動，傳動比可達(dá)1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。2在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。4蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨損較大，效率低；當(dāng)蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為04左右。同時由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑。第2章選定設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計要求并結(jié)合以上分析，本文在設(shè)計中采用準(zhǔn)平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器。具體設(shè)計方案是選用的電動機輸出轉(zhuǎn)速是940R/MIN，由凸緣聯(lián)軸器將電動機軸和準(zhǔn)平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，電動機輸出的轉(zhuǎn)速降為188R/MIN，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速傳給滾筒，滾筒轉(zhuǎn)動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，由鋼絲繩提起具有一定質(zhì)量的燈具。1電動機；2聯(lián)軸器；3蝸輪蝸桿減速器；4聯(lián)軸器；5滾筒圖21減速器21初選電動機類型和結(jié)構(gòu)型式電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，設(shè)計時要根據(jù)工作機的工作特性、電源種類、工作條件、載荷大小和性質(zhì)、起動性能和起動、制動、正反轉(zhuǎn)的頻繁程度等條件來選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中選出其具體型號和尺寸。電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因為此，無特殊要求時均應(yīng)選用三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應(yīng)用最廣泛。根據(jù)不同防護要求，電動機有開啟式、防護式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)型式。Y系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作作可靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛應(yīng)用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上，如金屬切削機床、運輸機、風(fēng)機、攪拌機等。對于經(jīng)常起動，制動正反轉(zhuǎn)的機械，如起重、提升設(shè)備，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大過載能力，應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動機YZ型YZR型。電動機的容量選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。容量選得過小，不能保證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經(jīng)常不滿載運行，其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。由以上的選擇經(jīng)驗和要求，我選用三相交流電Y系列籠型三相異步交流電動機。22電動機的容量由滾筒圓周力F和滾筒速度V，得10WFP把數(shù)據(jù)代入式中得01665KW傳動裝置的效率由以下的要求1軸承效率均指一對軸承而言；2同類型的幾對運動副或傳動副都要考慮其效率，不要漏掉；3蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù)Z1有關(guān)，應(yīng)先初選頭數(shù)后，然后估計效率。此外，蝸桿傳動的效率中已包括了蝸桿軸上一對軸承的效率，因此在總效率的計算中蝸桿軸上軸承效率不再計入。各傳動機構(gòu)和軸承的效率為法蘭效率1098一級環(huán)面蝸桿傳動效率27一對滾動軸承傳動效率3凸緣聯(lián)軸器效率4從電動機至工作機主動軸之間的總效率故傳動裝置總效率213064電動機的輸出功率考慮傳動裝置的功率損耗，電動機輸出功率WDP代入數(shù)據(jù)，得電動機的輸出功率為13KW23電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)計算的功率可選定電動機額定功率，取同步轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)，6級由【2】選用Y100L6三相異步電動機，其主要參數(shù)如下表21電動機主要參數(shù)D28MME60MMH100MMA160MMB140MMC63MMK12MMAB205MMAD180MMAC105MMHD245MMAA4040MM24本章小結(jié)（1）了解了減速器。（2）確定了設(shè)計方案。（3）選用電動機的功率（4）選取出適合的適合的電動機（5）計算電動機的主要參數(shù)第3章減速器部件的選擇計算31蝸桿傳動設(shè)計計算311選擇蝸桿、蝸輪材料由于應(yīng)用的的范圍是車用所以本文采用準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿傳動。考慮蝸桿傳動中，傳遞的功率不大，速度只是中等，根據(jù)【8】表52，蝸桿選用40CR，因希望效率高些，耐磨性好故蝸桿螺旋齒面要求調(diào)質(zhì)HB265285蝸輪選用鑄錫磷青銅ZQSN101，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用錫磷青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100制造由【8】表查得蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力,傳動比在誤差允許范圍內(nèi)312確定蝸桿蝸輪中心距確定蝸桿的計算功率代入數(shù)據(jù)得KWPMFAC3511以等于或略大于蝸桿計算功率所對應(yīng)的中心距作為合理的選取值，選取蝸桿的中心距A100MMA100MM由于準(zhǔn)平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿為新型得蝸桿313蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計準(zhǔn)平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計算表表31渦輪參數(shù)蝸輪齒根圓直徑MHDFF97215322蝸桿齒根圓直徑FF01蝸輪喉圓直徑AA62蝸輪齒根圓弧半徑MDRFF745811蝸輪喉母圓半徑ARAG2COS022蝸輪外緣直徑16495MM表32蝸桿的主要參數(shù)中心距A100MM蝸輪端面模數(shù)MHZDAT1832蝸輪齒數(shù)250Z徑向間隙MMMCT51040160蝸桿頭數(shù)1齒頂高H075M2233MM蝸桿齒頂圓直徑4AD齒根高HHC27434M蝸輪輪緣寬度28B全齒高4976AF蝸輪齒距角OZ73602蝸桿分度圓直徑MAID53402081蝸桿齒寬15B蝸輪分度圓直徑465912蝸桿齒頂圓弧半徑8AR蝸輪齒根圓直徑HFF7232環(huán)面蝸輪蝸桿校核計算環(huán)面蝸桿傳動承載能力主要受蝸桿齒面膠合和蝸輪齒根剪切強度的限制。因而若許用傳動功率確定中心距，則然后校核蝸輪齒根剪切強度。由于軸承變形增加了蝸桿軸向位移，使蝸輪承受的載荷集中在23個齒上。而且，由于蝸輪輪齒的變形，造成卸載，引起載荷沿齒高方向分布不均，使合力作用點向齒根方向偏移。因而，蝸輪斷齒主要由于齒根剪切強度不足造成的校核CFPFZAK式中作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷CF240MVS蝸輪包容齒數(shù)1Z蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數(shù)FA蝸輪齒根受剪面積PK2TANCMFRP式中作用在蝸輪輪齒上的圓周力，2F蝸桿喉部螺旋升角MR當(dāng)量齒厚，P蝸輪齒根受剪面積2COSFFMBAR蝸輪齒根圓齒厚；2FS2202TANXPFFSCOSH由上可知代入數(shù)據(jù)得45197M6對于錫青銅齒圈查手冊取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強度225則1535351010粘度值240612414506288352198242ISOVG或GBN級680460320220選擇浸油潤滑，蝸桿浸油深度H11個螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承的最底滾動體的中心潤滑時，一定的深度和貯油量。如下圖所示圖32潤滑方式38減速器的附件為了保證減速器的正常工作，減速器的箱體上通常設(shè)置一些裝置或附加結(jié)構(gòu)，以便于減速器潤滑油的注油，排油，檢查油面高度和拆裝，檢修等。為檢查傳動件的嚙合情況，接觸斑點，側(cè)隙和向箱內(nèi)傾注潤滑油，在傳動件嚙合區(qū)上方箱蓋上開設(shè)窺視孔。窺視孔應(yīng)有足夠的大小，以便手能伸人進行操作，為此，方形窺視孔長應(yīng)90MM，寬應(yīng)50MM。為防止?jié)櫥惋w濺出來和污物進入箱體內(nèi)，在窺視孔上應(yīng)設(shè)有視孔蓋密閉，蓋板用螺釘固定在箱蓋上，在蓋板與箱蓋上應(yīng)放置密封墊片。減速器工作時，箱體溫度升高，氣體膨脹，壓力增大，對減速罪各接縫面的密封很不利，通常在箱蓋頂部或檢查孔蓋上裝有通氣器。使減速器內(nèi)熱膨脹的氣體能自由逸出，保持箱內(nèi)壓力正常，從而保證減速器各部接縫面的密封性能。通氣器設(shè)置在箱蓋頂部或視孔蓋上。較完善的通氣器內(nèi)部制成一定的曲路，并設(shè)有金屬網(wǎng)。選擇通氣器時應(yīng)考慮其對環(huán)境的適應(yīng)性，規(guī)格尺寸應(yīng)與減速器的大小相適應(yīng)。圖33通氣器為了保證箱體軸承座孔的鏜制和裝配精度，需在箱體分箱面凸絳長度方向兩側(cè)各安裝個圓錐定位銷。兩銷應(yīng)置遠(yuǎn)一些，但不宜對稱布置。定位銷孔應(yīng)在箱蓋和箱座緊固后鉆空，其位置應(yīng)便于鉆、鉸和裝拆，不應(yīng)與鄰近箱壁和螺釘相碰。定位銷的直徑可取DO7O8DD為凸緣上螺栓的直徑，長度應(yīng)大于分箱面凸緣的總厚度。圖34定位銷為了保證減速器的密封性，常在箱體的剖分面上涂有水玻璃或密封膠，為便于拆卸箱蓋，在箱蓋凸緣上設(shè)置1到2個起蓋螺釘。拆卸箱蓋時，擰動起蓋螺釘，便可頂起箱蓋。起蓋螺釘設(shè)置在箱蓋聯(lián)接凸緣上，其螺紋有效長度應(yīng)大于箱蓋凸緣厚度。起蓋螺釘直徑可與凸緣聯(lián)接螺釘相同，螺釘端部制成圓柱形并光滑倒角或制成半球形。圖35起蓋螺釘為了排除污油，在減速器的箱座最底處設(shè)有放油孔，并用油螺塞和密封墊圈將其堵住。圖36放油孔及螺塞39減速器的安裝，使用及維護（1）減速器輸入軸直接與原動機連接時，根據(jù)設(shè)計要求推薦采用凸緣聯(lián)軸器；減速器輸出軸與工作機聯(lián)接時，根據(jù)設(shè)計要求推薦采用凸緣聯(lián)軸器，聯(lián)軸器不得用錘擊裝列軸上（2）減速器應(yīng)牢固地安裝在穩(wěn)定的水平基礎(chǔ)上，油槽的油應(yīng)能排除，且冷卻空氣循環(huán)流暢。（3）減速器、原動機和工作機之間必須仔細(xì)對中，其誤差不得大于所用聯(lián)軸器的許用補償量（4）減速器安裝好后用手轉(zhuǎn)動必須靈活，無卡死現(xiàn)象蝸桿和蝸輪軸承的軸向間隙應(yīng)符合技術(shù)要求規(guī)定（5）安裝好的減速器在正式使用前，應(yīng)進行空轉(zhuǎn)，部分額定載荷間歇運轉(zhuǎn)13H后可正式運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)應(yīng)平穩(wěn)、無沖擊、無異常振動和噪聲及漏油等現(xiàn)象減速器的使用和維護391減速器潤滑油的更換減速器或新更換的蝸輪副第一次使用時，當(dāng)運轉(zhuǎn)150300H后須更換潤滑油，在以后的使用中應(yīng)定期檢查油的質(zhì)量對于混入雜質(zhì)或變質(zhì)的油須及時更換。一般情況下，對于長期連續(xù)工作的減速器，每500一1000H必須換油一次對于每天工作時間不超過8H的減速器，每12003000H換油一次減速器應(yīng)加入與原來牌號相同的油不得與不同牌號的油相互混用牌號相同而粘度不同的油允許混合使用在換油過程中，蝸輪應(yīng)使用與運轉(zhuǎn)時相同牌號的油清洗用煤油損害密封件，并影響潤滑油的性能）。工作中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)油溫超過80度或油池溫度超過100度及產(chǎn)生不正常的噪聲等現(xiàn)象時，應(yīng)停止使用，檢查原因如圍齒面膠合等原因所致，必須排除故障，更換潤滑油后，方可繼續(xù)運轉(zhuǎn)392減速器檢修減速器應(yīng)定期檢修如發(fā)現(xiàn)擦傷、膠合及顯著磨損，必須采用有效措施制止或予以排除備件必須按標(biāo)準(zhǔn)制造，更新的備件必須經(jīng)過跑合和負(fù)荷試驗后才能正式使用。393減速器維護用戶應(yīng)有合理的使用維護規(guī)章制度，對減速器的運轉(zhuǎn)情況和檢驗中發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)作認(rèn)真記錄310本章小結(jié)1選擇軸的材料2蝸輪蝸桿的主要參數(shù)計算3軸強度的校核4減速器的安裝潤滑及附件的使用。結(jié)論工業(yè)的發(fā)展一日千里，新的科技不斷涌出減速器已成為汽車工業(yè)中必不可少的一部分。因此本次對環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計在減速器領(lǐng)域有著積極的意義。此次設(shè)計包括對渦輪，蝸桿，軸及其它附件的設(shè)計工作本文設(shè)計的蝸輪滾刀是可鏟背可磨削的，蝸輪齒面沒有脊線，運動不會產(chǎn)生干涉。工裝和理論相吻合。和同類蝸桿相比，它還具有以下幾個特點（1）瞬時接觸線和相對運動速度方向夾角穩(wěn)定，且接近90度。（2）蝸輪齒面是用鏟背滾刀加工而成，因此蝸輪齒面接觸面大、質(zhì)量穩(wěn)定。（3）同時參加嚙合的蝸輪齒數(shù)多，一般可達(dá)為蝸桿齒數(shù)）。29Z（4）蝸輪齒面無脊線，傳遞運動時不會產(chǎn)生干涉。本課題還