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单级蜗杆减速器的设计

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第一部分设计任务书

1.1设计题目

一级蜗杆减速器，每天工作小时数：16小时，工作年限（寿命）：8年，每年工作天数：300天，配备有三相交流电源，电压380/220V。

表1-1设计数据

拉力F

4800N

速度v

1.25m/s

直径D

500mm

1.2设计计算步骤

1.确定传动装置的传动方案

2.选择合适的电动机

3.计算减速器的总传动比以及分配传动比

4.计算减速器的动力学参数

5.齿轮传动的设计

6.传动轴的设计与校核

7.滚动轴承的设计与校核

8.键联接设计

9.联轴器设计

10.减速器润滑密封设计

11.减速器箱体结构设计

1.3传动方案特点

1)组成:传动装置由电机、减速器、联轴器、联轴器、工作机组成。

2)特点:涡轮相对于轴承对称布置

3)确定传动方案,根据任务书要求，选择传动方案为电动机-一级蜗杆减速器-工作机。

第二部分选择电动机

2.1电动机类型的选择

按照工作要求和工况条件，选用三相笼型异步电动机，电压为380V，Y型。

2.2确定传动装置的效率

查表得：

联轴器的效率：η1=0.99

滚动轴承的效率：η2=0.99

蜗杆副的效率：η3=0.8

工作机的效率：ηw=0.97

η

2.3选择电动机容量

工作机所需功率为

P

电动机所需额定功率:

P

工作机轴转速：

n

查课程设计手册表选取推荐的合理传动比范围，一级蜗杆传动比范围为：10～40，因此合理的总传动比范围为：10～40。电动机转速的可以选择的范围为nd=ia×nw=(10～40)×47.75=478～1910r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、价格、重量、和减速器、传动比等因素，选定电机型号为：Y160L-6的三相异步电动机，额定功率Pen=11kW，满载转速为nm=970r/min，同步转速为nt=1000r/min。

表2-1电机选择方案对比

方案

电机型号

额定功率(kW)

同步转速(r/min)

满载转速(r/min)

1

Y180L-8

11

750

730

2

Y160L-6

11

1000

970

3

Y160M-4

11

1500

1460

4

Y160M1-2

11

3000

2930

表2-2电动机尺寸

中心高

外形尺寸

地脚安装尺寸

地脚螺栓孔直径

轴伸尺寸

键部位尺寸

AC

AD

H

L×HD

A×B

K

D×E

F×G

AC

AD

160

650×385

254×254

14.5

42×110

12×37

335

265

2.4确定传动装置的总传动比和分配传动比

（1）总传动比的计算

由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可以计算出传动装置总传动比为：

i

（2）分配传动装置传动比

减速器传动比为

i

2.5动力学参数计算

（1）各轴转速：

高速轴：n

低速轴：n

工作机轴：n

（2）各轴输入功率：

高速轴：P

低速轴：P

工作机轴：P

则各轴的输出功率：

高速轴：P

低速轴：P

工作机轴：P

（3）各轴输入转矩：

电机轴：T

高速轴：T

低速轴：T

工作机轴：T

则各轴输出转矩：

高速轴：T

低速轴：T

工作机轴：T

各轴转速、功率和转矩列于下表

表2-3各轴动力学参数表

轴名称

转速n/(r/min)

功率P/kW

转矩T/(N?m)

电机轴

970

8.05

79.26

高速轴

970

7.97

78.47

低速轴

47.76

6.31

1261.74

工作机轴

47.76

6

1199.75

第三部分减速器蜗杆副传动设计计算

3.1选择材料

考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢,硬度为45～55HRC。蜗轮用ZCuAl10Fe3金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

3.2按齿面接触疲劳强度进行设计

根据蜗杆传动的设计准则，先安齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式(11-10)

m2

①确定作用在蜗轮上的转矩T2

按Z1=2，故取效率η=0.8

T=9.55×

②确定载荷系数K

因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数载荷系数Kβ=1；由表11-5选取使用系数KA=1；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05；则

K=

③确定蜗轮齿数z2

z

④确定许用接触应力[σH]

根据蜗轮材料为蜗轮用ZCuAl10Fe3金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11-7中查得蜗轮的基本许用应力[σH]=268MPa。

应力循环系数

N=60

故寿命系数为：

K

σ

⑤计算m2×d1值

m

因z1=2，故从表11-1中取模数m=6.3mm，蜗杆分度圆直径d1=112mm

3.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

①蜗杆

轴向齿距pa=19