1引言蝸輪蝸桿減速器的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及輔助制造（CAD/CAM）技術(shù)是當(dāng)今設(shè)計(jì)以及制造領(lǐng)域廣泛采用的先進(jìn)技術(shù)，通過本課題的研究，將進(jìn)一步深入地對這一技術(shù)進(jìn)行深入地了解和學(xué)習(xí)。本文主要介紹一級蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)過程及其相關(guān)零、部件的CAD圖形。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及輔助制造（CAD/CAM）技術(shù)是當(dāng)今設(shè)計(jì)以及制造領(lǐng)域廣泛采用的先進(jìn)技術(shù)，能清楚、形象的表達(dá)減速器的外形特點(diǎn)。2設(shè)計(jì)方案的擬訂2.1箱體（1）蝸輪蝸桿箱體內(nèi)壁線的確定；（2）軸承孔尺寸的確定；（3）箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；a.箱體壁厚及其結(jié)構(gòu)尺寸的確定b.軸承旁連接螺栓凸臺結(jié)構(gòu)尺寸的確定c.確定箱蓋頂部外表面輪廓 d.外表面輪廓確定箱座高度和油面e.輸油溝的結(jié)構(gòu)確定 f.箱蓋、箱座凸緣及連接螺栓的布置2.2軸系部件（1） 蝸輪蝸桿減速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)a.軸的徑向尺寸的確定 b.軸的軸向尺寸的確定（2） 軸系零件強(qiáng)度校核a.軸的強(qiáng)度校核 b.滾動軸承壽命的校核計(jì)算2.3減速器附件a.窺視孔和視孔蓋 b.通氣器 c.軸承蓋 d.定位銷e.油面指示裝置 f.油塞 g.起蓋螺釘 h.起吊裝置3減速器的總體設(shè)計(jì)3.1傳動裝置的總體設(shè)計(jì)3.1.1擬訂傳動方案本傳動裝置用于帶式運(yùn)輸機(jī)，工作參數(shù)：運(yùn)輸帶工作拉力F=5KN，工作速度=1.6m/s，滾筒直徑D=500mm，傳動效率n=0.96,（包括滾筒與軸承的效率損失）兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)；使用壽命8年。環(huán)境最高溫度80°C。本設(shè)計(jì)擬采用蝸輪蝸桿減速器，傳動簡圖如下圖所示。傳動裝置簡圖1—電動機(jī)2、4一聯(lián)軸器3—一級蝸輪蝸桿減速器5—傳動滾筒6一輸送帶3.1.2電動機(jī)的選擇選擇電動機(jī)的類型按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V。選擇電動機(jī)的功率電動機(jī)所需的功率Pd=Pw/式中Pd一工作機(jī)要求的電動機(jī)輸出功率，單位為KW；n一電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率；Pw一工作機(jī)所需輸入功率，單位為KW；輸送機(jī)所需的功率PW=Fv/1000=5000X1.6/1000X0.79=10.12kW2/18電動機(jī)所需的功率P廣Pw/門門二門聯(lián)?門軸?門蝸?門軸?門聯(lián)二0.99X0.99X0.8X0.99X0.9920.79P廣10.12/0.96=10.54kW查表，選取電動機(jī)的額定功率P=11kw。cd選擇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速傳動滾筒轉(zhuǎn)速nw=60X1000V=61.2r/min由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸桿兀D減速器的傳動比7=10?40,故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：n廣i'n=(10?40)X61.2=612?2448r/min符合這范圍的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500、3000r/min四種，現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速1000r/min和1500r/min兩種常用轉(zhuǎn)速的電動機(jī)進(jìn)行分析比較。查《機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計(jì)手冊》上冊(表2-3)n=i蝸Xnw=20X61.2=1224r/min綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價(jià)格、傳動比及市場供應(yīng)情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y160M—4，其主要安裝尺寸如下：中心高：H=160mm外型尺寸：LX(ACXAD)XHD=600X(325+255)X385mm軸伸尺寸：D=42mm，E=110mm裝鍵部分尺寸：FXGXD=12X37X42mm底腳安裝尺寸：AXB=254X210mm地腳螺栓孔直徑：K=15mm3.1.3確定傳動裝置的傳動比及其分配減速器總傳動比及其分配：減速器總傳動比i=nm/nw=1460/61.2=23.9本課題是一級蝸輪蝸桿減速器，它的傳動比i=10—40之間，選i=24傳動比查《機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計(jì)手冊》上冊(表2-5)式中i一傳動裝置總傳動比n—工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min氣一電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，單位r/min3.1.4計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)各軸的輸入功率軸IP]=P門聯(lián)門承=10.54X0.99X0.99=10.33kW牛由IIP2=P]門蝸門承門聯(lián)=10.33X0.99X0.99X0.8=8.1kW各軸的轉(zhuǎn)速電動機(jī)：nm=1460r/min軸I：n1=nm=1460r/min軸II：n2=n/=1460/23.9=61.08r/min各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)軸：T=9550P=9550X10.54/1460R68.94N?mdnm軸I：T1=T^XiX門聯(lián)X門承R1621.63N?m軸II：T2=T1XiX門聯(lián)X門承X門蝸R30515.7N?m上述計(jì)算結(jié)果匯總表輸入功率(kW)轉(zhuǎn)速n(r/min)輸入轉(zhuǎn)矩(N?m)傳動比效率門電動機(jī)軸10.54146068.9410.99軸I10.3314601621.63240.82軸II8.161.0830515.73.2傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1蝸輪蝸桿傳動設(shè)計(jì)一.選擇蝸輪蝸桿類型、材料、精度蝸桿材料選用45鋼，整體調(diào)質(zhì)，表面淬火，齒面硬度45?50HRC。蝸輪齒圈材料選用

ZCuSn10Pb1,金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級精度，標(biāo)準(zhǔn)保證側(cè)隙c。二.計(jì)算步驟1.按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)公式m2%NKT2(1)選z『z2：查表7.2取z1=2,z2=z1Xn1/n2=2X1460/61.2=48z2在30?64之間，故合乎要求。初估門=0.82(2)蝸輪轉(zhuǎn)矩T2：T2=T1XiX門=9.55X106X10.33X24X0.82/1460=1329768.146N?m載荷系數(shù)K：因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1材料系數(shù)ZE查表7.9，Ze=15^；MPa(5)許用接觸應(yīng)力[b0H]查表7.10，[b0h]=220MpaN=60Xn2Xat=60X61.2X1X12000=4.4064X10=0.8030786651ZN=\；10/n=t'10.74.4064x107=0.8030786651[bH]=ZN[b0H]=0.830786651X220=182.77Mpa(6)m2d1：m2d1NKT?325^j=1.1X1329768.164X)( ￥3.25x156=4822.718mm1220X54I(7)初選m2，禹的值:查表7.1取m=8，d1=80m2d1=5120〉4906

二0.21二arctan0.2=11.3°滑動速度Vs==6.23m/s*_ 兀叩］ _ 80x1460k==6.23m/s60x1000Xcosr_60x1000xcos11.3。嚙合效率由Vs=6.23m/s查表得v=1°16'門_ tan1 tan11.3。111= / \_ / \=0.2/0.223=0.8961 tan版+伽Jtan(11.3。+2°)傳動效率門取軸承效率門2=0.99，攪油效率門3=0.98門=H1X門2X門3=0.896X0.99X0.98=0.87T2=T1XiXH=9.55X10X10.33X24X0.87/1460=1410451.553N?m檢驗(yàn)m2d1的值m2d1Nm2d1NKT?325^j==0.8x1410451.853X( 、23.25x156=5115V5120220x54v原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求1.確定傳動的主要尺寸m=8mm，d1=80mm,z1=2，z2=48中心距a=(d+mz)_(80+8x48)_232mma一-122 2mm蝸桿尺寸分度圓直徑d1 d1=80mm齒頂圓直徑da1 da1=d1+2ha1=(80+2X8)=96mm齒根圓直徑df1 df1=d1-2hf=(80-2X1.2X8)=60.8mm導(dǎo)程角tani=11.30993247°右旋軸向齒距Px1=nm=3.14X8=25.12mm齒輪部分長度b1取b1=120mmb]Nm(11+0.06Xz2)=8X(11+0.06X48)=111.04mm(2)蝸輪尺寸分度圓直徑d2齒頂高d疔mXz2=8X48=384mmha疔ha*Xm=8X1=8mm齒根高h(yuǎn)f2=(ha*+c*)Xm=(1+0.2)X8=9.6mm齒頂圓直徑da2齒根圓直徑df2da2=d2+2ha2=384+16=400mmdf2=d2-2m(ha*+c*)=384-19.2=364.8mm導(dǎo)程角tany=11.30993247°右旋軸向齒距Px2=Px1=nm=3.14X8=25.12mm蝸輪齒寬b2齒寬角b2=0.75da1=0.75X96=72mmsina=b2/d1=72/80=0.9蝸輪咽喉母圓半徑(1)熱平衡計(jì)算①估算散熱面積Arg2=(a一da2)/2=232-200=32mmA=0.33k100r=0.33(232V75A=0.33k100r=0.33(232V75<100/=1.439m2室溫％:通常取20。。散熱系數(shù)ks:Ks=17.5W/(m2?°C)。1000(1f)尸八 f1000xG-0.87)x410.33 )72普?！浮度鐗裻= k~A F+t= 175~1439 +20=73.32C<80Cs油溫未超過限度(1)潤滑方式根據(jù)Vs=6.23m/s,查表7.14，采用浸油潤滑，油的運(yùn)動粘度V40°C=220X10m7s⑵蝸桿、蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(單位：mm)①蝸輪軸的設(shè)計(jì)最小直徑估算一，、 -■pdmmNcX3\n824c查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.3得c=120dminN=120X3 =61.561.08根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.5，選dmin=63d1=dmin+2a=71 aN(0.07?0.1)dmin=4.41^4.5d2=d1+(1?5)mm=71+4=75d3=d2+(1?5)mm=75+5=80d4=d3+2a=80+2X6=92 aN(0.07?0.1)d3=5.6^6h由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.4查得h=5.5b=1.4h=1.5X5.5=7.70d5=d4-2h=92-2X5.5=81d6=d2=75l1=112+2=114②蝸桿軸的設(shè)計(jì)最小直徑估算dminNcX3'￡=120X3「824=23 取dmin=24n \1460d1=dmin+2a=24+2X2=28 a=(0.07?0.1)dmind2=d]+(1?5)=28+4=32d3=d2+2a=32+2X2.5=37取38 a=(0.07?0.1)d2d4=d3-2h=38-2X3.5=31取30h查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.4蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。蝸輪采用輪箍式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺肩和螺釘固定，螺釘選6個

幾何尺寸計(jì)算結(jié)果列于下表:名稱代號計(jì)算公式結(jié)果蝸桿中心距aa=*(q+z)a=232傳動比ii=Z2Z 2 1 i=24蝸桿分度圓柱的導(dǎo)程角yy=arctan斗qy=11.31。蝸桿軸向壓力角ax1標(biāo)準(zhǔn)值a=20x1齒 數(shù)Z1z「2分度圓直徑did=mq《=80齒頂圓直徑dald=m(q+2)ald1=96齒根圓直徑dfid=m(q-2.4)df1=60.8蝸桿螺紋部分長度bib>(L1+0.06z貝b=120名稱代號計(jì)算公式結(jié)果蝸輪中心、距aa=m2(q+z2)a=232傳動比i*1i=24蝸輪端面壓力角a12標(biāo)準(zhǔn)值a2=20。蝸輪分度圓柱螺旋角pp=yp=y=11.31°齒 數(shù)Z2Z2=iz1Z2=48分度圓直徑d2d=mZd2=384齒頂圓直徑da2d=m(z+2)d2=400齒根圓直徑df2df2=m（z-2.4）d22=364.8蝸輪最大dd<d+1.5md=412外圓直徑e2e2a2a23.3軸的設(shè)計(jì)3.3.1蝸輪軸的設(shè)計(jì)選擇軸的材料選取45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度HBS=230,強(qiáng)度極限。B=600Mpa,由表查得其許用彎曲應(yīng)力[a1]廣55Mpa查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》(表10-1、10-3)初步估算軸的最小直徑取C=120，得dminN=120X3；-8^=61.5mm61.08根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.5，選dmin=63(2)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸上零件的定位、固定和裝配單級減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，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(lián)軸器以軸肩軸向定位，右面用軸端擋圈軸向固定，鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。確定軸各段直徑和長度1段d1=63mm L1=114mmII段直徑d2=71mm aN(0.07?0.1)dmin=4.41^4.5亦符合氈圈密封標(biāo)準(zhǔn)軸徑。III段選30214型圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為70mm，寬度為24mm。故III段直徑d=75mm。3W段考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁、軸承端蓋與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離，則取套筒長為60mmo故L4=94mm，d4=80mmoV段d5=d4+2a=80+2X6=92 aN(0.07?0.1)d3=5.6^6， L5=8mmo丑段d6=d5-2h=92-2X5.5=81mm

h由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.4查得h=5.5 ,L廣8mm。bW段d7=d2=75（4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度繪出軸的計(jì)算簡圖（a）圖繪制垂直面彎矩圖（b）圖F廣"2x1621%0=40.5N■ 1Ft=氣d=2X3°515-/384=158.9N-2F=F*tana=158.9xtan20°=57.8N軸承支反力：F*dii/—F*L40.5x°.l-57.8x°.°94條=——^l―^2= /2°°94 —=7.35NFb=F+Frav=57.8+7.35=65.15N計(jì)算彎矩：截面C右側(cè)彎矩M=Frbv*%=65.15x°.°942=3.°6N-m截面C左側(cè)彎矩Mf=FAv*^2=7.35x°.°942=°.345N-m'③繪制水平面彎矩圖（c）圖軸承支反力：FRAH「RBH匕，2=158.9'2=79.45NFRAH「RBH截面C處的彎矩Mch=F^h*%=79.45x°.°942=3.73N-m④繪制合成彎矩圖（d）④繪制合成彎矩圖（d）圖M=M=^M2^+M2h=<3.°62+3.732=4.825M：=.\；（M,）+M2h=J°.3542+3.732=3.747(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)（a）軸的結(jié)構(gòu)與裝配低速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩（b）受力簡圖（c）水平面的受力和彎矩圖（d）垂直面的受力和彎矩圖（e）合成彎矩圖（f）轉(zhuǎn)矩圖（g）計(jì)算彎矩圖繪制轉(zhuǎn)矩圖 （e）圖T=9.55x106xPn=9.55x106x8-V61.08=1266.5N.m繪制當(dāng)量彎矩圖⑴圖轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，取0.6,截面C處的當(dāng)量彎矩為MC=￡m；+」T2=[4.8252+(0.6x1266.5》=759.9校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度7599x103 、.0.1*d3= =9.15MPaV[qA=55MPa，安全。0.14 °.lx9433.3.2蝸桿軸的設(shè)計(jì)(1)選擇軸的材料選取45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=230,強(qiáng)度極限q/650Mpa,屈服極限q，=360Mpa,彎曲疲勞極限q=300Mpa,剪切疲勞極限t=155Mpa,對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力—1 —1[q1]「60Mpa。(2)初步估算軸的最小直徑最小直徑估算dminNcX3；P=120X3「824=23nX1460軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按軸的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求選取軸承處的軸徑d=30mm,初選軸承型號為30210圓錐滾子軸承(GB/T297—94),采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，其中，齒根圓直徑氣廣60.8mm，分度圓直徑d1=80mm，齒頂圓直徑氣=96mm,長度尺寸根據(jù)中間軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，校核的方法與蝸輪軸相類似，經(jīng)過具體的設(shè)計(jì)和校核，得該蝸桿軸結(jié)構(gòu)是符合要求的，是安全的。3.4減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸箱座(體)壁厚：§=0.04a+3N8，取6=12.28,其中a=232；箱蓋壁厚：61=0.856N8,取61=10.438；箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：b=1.56=18.42,b1=1.561=15.657,b=2.56=30.7；2地腳螺栓直徑及數(shù)目：根據(jù)a=232，得d=0.036a+12=20.352，根據(jù)螺栓的標(biāo)f準(zhǔn)規(guī)格，數(shù)目為4個；軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑：d1=0.75〈=15.264箱蓋、箱座聯(lián)結(jié)螺栓直徑：d2=(0.5~0.6)d廣8.1408?10.176,取d2=10；軸承端蓋螺釘直徑：高速軸低速軸軸承座孔(外圈)直徑90130軸承端蓋螺釘直徑d3810螺釘數(shù)目46(8)檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級傳動減速器，所以取d4=6；(9)螺栓相關(guān)尺寸:d=20d1=16d2=10锪孔直徑D0403322至箱外壁的距離262216至凸緣邊緣的距離242014(10)軸承座外徑：D2=D+(5?5.5)d/其中D為軸承外圈直徑，把數(shù)據(jù)代入上述公式，得數(shù)據(jù)如下：高速軸：D2=130~134，取D2=134，低速軸：D2=180~185，取D2=185；軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓的距離：S以幺螺栓和d3螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近，一般S^D；2軸承旁凸臺半徑：%=c2=20,根據(jù)d］而得；軸承旁凸臺高度：h根據(jù)低速軸軸承外徑D2和幺扳手空間c1的要求，由結(jié)構(gòu)確定；箱外壁至軸承座端面的距離：L=c1+c2+5?8=22+20+5?8=47~50，取

L=50；箱蓋、箱座的肋厚：m1>0.8551，取m1=8.8723,mN0.855，取m=10.438；蝸輪外圓與箱內(nèi)壁之間的距離：氣N5，取A1=10；鑄造斜度、過渡斜度、鑄造外圓角、內(nèi)圓角：鑄造斜度x=1：10,過渡斜度j=1：20,鑄造外圓角R0=5,鑄造內(nèi)圓角R=3。3.5鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核3.5.1高速軸鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核高速軸采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，因此無需采用鍵聯(lián)接。3.5.2低速軸與蝸輪聯(lián)接用鍵的選擇和強(qiáng)度校核選用普通平鍵皿型)按低速軸裝蝸輪處的軸徑d=80mm，以及輪轂長l=94mm，查表，選用鍵22X80GB1096—79。強(qiáng)度校核鍵材料選用45鋼，查表知[。]廣100-120MPa，鍵的工作長度h14l=L-b=80-22=58mm，k=-= =7山山，按公式的擠壓應(yīng)力2 22Tx103

kld=104.8MPa2x1266.5x1032Tx103

kld=104.8MPa7x94x80bp小于[b]p，故鍵的聯(lián)接的強(qiáng)度是足夠的。3.6聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算3.6.1高速軸輸入端的聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=KT，查表取KA=1.5T=KJ1=1.5x1621.63=2432.45N?m，查表選用TL8型彈性套柱銷聯(lián)軸器，材料為35鋼，許用轉(zhuǎn)矩[T]=710N?m，許用轉(zhuǎn)速[n]=3000r/min，標(biāo)記：TL8聯(lián)軸器42X114GB4323—84。選鍵，裝聯(lián)軸器處的軸徑為42mm，選用鍵12X70GB1096—79，對鍵的強(qiáng)度進(jìn)行校核，鍵同樣采用45鋼，有關(guān)性能指標(biāo)見(六)，鍵的工作長度h8l=L-b=70-12=58mm,k=-=-=4山山，按公式的擠壓應(yīng)力22a=2Tx103=2乂12665乂103=105.6MPaVg］，合格。所以高速級選用的聯(lián)軸器為pkld4x58x42 PTL8聯(lián)軸器42X114GB4323—84，所用的聯(lián)結(jié)鍵為12X70GB109