环面蜗轮蜗杆减速器的设计（说明书+CAD图纸）
摘要
这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套系统的关于环面蜗轮蜗杆减速器的设计方法。环面蜗轮蜗杆减速器是蜗轮蜗杆减速器的一种形式.这个方法是以加工过程和蜗轮减速器的使用条件的数学和物理公式为基础的。
在论文中，首先，对蜗轮蜗杆作了简单的介绍，接着，阐述了蜗轮蜗杆的设计原理和理论计算。然后按照设计准则和设计理论设计了环面蜗轮蜗杆减速器。接着对减速器的部件组成进行了尺寸计算和校核。该设计代表了环面蜗轮蜗杆设计的一般过程。对其他的蜗轮蜗杆的设计工作也有一定的价值。
目前，在环面蜗轮蜗杆减速器的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造环面蜗轮蜗杆减速器过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：轮齿的根切；蜗杆毛坯的正确设计；蜗轮蜗杆的校核。
关键词：蜗轮蜗杆减速器, 蜗杆, 滚动轴承
第一章 调研报告
减速器的作用
减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，二者的设计、制造和使用特点各不相同。
70～80年代，世界减速器技术有了很大发展。通用减速器体现以下发展趋势：
（1）高水平、高性能。
（2）积木式组合设计。基本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。
（3）形式多样化、变型设计多。摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。
促进减速器水平提高的主要因素有：
（1）硬齿面技术的发展和完善，如大型磨齿技术、渗碳淬火工艺、齿轮强度计算方法、修形技术、变形及三、优化设计方法、齿根强化及其元化过渡、新结构等。
（2）用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平高。
（3）结构设计更合理。
（4）加工精度提高到ISO5-6级。
（5）轴承质量和寿命提高。
（6）润滑油质量提高。
齿轮减速器的特点
齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速率可达200m/s。
齿轮传动的特点主要有：
1 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99℅。
2 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般比较小。
3 工作可靠，寿命长 设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作可靠，寿命可长达一，二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。
4 传动比稳定 传动比稳定是对传动性能的基本要求。齿轮传动能广泛应用，也是因为具有这一特点。
但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜用于传动距离过大的场合。
蜗杆减速器的特点
蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为90度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。
1 当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比I=5-80;在分度机构或手动机构中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。
2 在杆蜗传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入
啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。
3 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。
4 蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此磨损较大，效率低；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对组合成减磨性良好的滑动摩擦剂。
根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动可以分成三大类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。
蜗杆分度曲面是圆环内表面的一部分，蜗杆轴线平面内理论齿廓为直线的蜗杆传动称为直廓环面蜗杆传动，俗称“球面蜗轮传动”。它始于1921年的美国造船业，其代表产品是美国CONE DRIVE，50年代起在我国得到推广应用。与普通圆柱蜗杆传动相比，这种蜗杆同时包容齿数多，双线接触线形成油膜条件好，两齿面接触线诱导法曲率半径大。因此，承载能力是相同中心矩普通蜗杆的1.5～3倍（小值适应于小中心矩，大值适应于大中心矩）。在传递同样功率时，中心矩可缩小20%-40%。由于性能优良，美国、日本、俄罗斯等国都将这种传动作为动力传动中的主要形式之一广泛使用。美国生产产品系列中心矩为15～1320㎜；速比为5～343000；最高传动效率可达97%。我国经过40年的研究和发展，目前这种蜗杆的生产品种也十分可观，最大中心矩可达到1200㎜；最少齿数比为5；蜗杆头数达6；最高传动效率可达94%。这种蜗杆传动分为“原始型”和“修整型”两种。“原始型”直廓环面蜗杆的螺旋齿面的形成为：一条与成形圆相切、位于蜗杆轴线平面内的直线，在绕成形圆的圆心作等角速的旋转运动的同时，又与成形圆一起围绕蜗杆的轴线作等角速的旋转运动，这条直线在空间形成的轨迹曲面，就是直廓环面蜗杆的齿面。由于蜗杆齿面的发生线是直线刀刃，蜗杆螺旋面是直线刀刃形成的不可展直纹面而不是由包络产生的，难以实现磨削，这种蜗杆制造钢筋工艺比较复杂，不易获得高精度的传动，这是直廓环面蜗杆传动的主要缺点。
“修整型”直廓环面蜗杆螺旋面的形成，基本上与“原始型”相同，不同之处在于加工时根据设计要求的修形曲线，将加工参数加以改变。一般常用的有：变位异速修形和变速比修形两种工艺方法。变位异速修形方法就是在加工蜗杆时，刀具位置及固定传动比不同于蜗杆副工作时的位置及速比。变速比修形方法则是加工时瞬时传动比按一定规律变化。用修形加工方法加工的蜗杆与由修形滚刀加工成的蜗轮组成“修整型”直廓环面蜗杆传动，消除了蜗轮齿面中部棱线接触，不仅改善了装配条件，减少了误差敏感性，更重要的是：与“原始型”蜗杆传动比较，接触区扩大，形成油膜条件好，包容齿数间载荷有平均作用，因而其承载能力、啮合性能和传动效率均较“原始型”高。
准平行啮合线二次包络环面蜗杆是河南省焦作市科林齿轮有限公司的一项科研成果。蜗轮滚刀是可铲背可磨削的，蜗轮齿面没有脊线，运动不会产生干涉。工装和理论相吻合。和同类蜗杆相比，它还具有以下几个特点：
1 瞬时接触线和相对运动速度方向夹角稳定，且接近90度。
2 蜗轮齿面是用铲背滚刀制造加工而成，因此蜗轮齿面接触面大、质量稳定。
3 同时参加啮合的蜗轮齿数多，一般可达 为蜗杆齿数）。
4 蜗轮齿面无脊线，传递运动时不会产生干涉。
因此这种蜗杆传动承载功率大，动压油涵稳定传动、噪声低、平衡温度低等特征。
由以上分析可以看出，虽然普通齿轮减速器具有效率高，工作可靠，寿命长，传动比稳定等优点，但是不具备设计条件中重点要求的自锁性，所以不能选用；而准平行啮合线环面蜗杆减速器，它具有普通环面蜗杆减速器所不具备的很多优点。
目录
摘要 ……………………………………………………………………
Abstract ………………………………………………………………
目录 ……………………………………………………………………
调研报告…………………………………………………………… 1
第一章 选定设计方案 ……………………………………………… 4
第二章 电动机的选择与计算 ………………………………………4
2.1 初选电动机类型和结构型式 …………………………………………4
2.2 电动机的容量………………………………………………………… 4
2.2.1 确定提升机所需的功率 ……………………………………4
2.2.2确定传动装置效率 ……………………………………………5
2.2.3电动机的技术数据…………………………………………… 6
第三章 传动装置的传动比及动力参数计算 ………………… 6
3.1 传动装置运动参数的计算 …………………………………………6
3.1.1各轴功率计算………………………………………………… 6
3.1.2各轴转速的计算……………………………………………… 6
3.1.3各轴输入扭矩的计算………………………………………… 7
第四章 减速器部件的选择计算…………………………………… 7
4.1 蜗杆传动设计计算 ………………………………………………… 7
4.1.1 选择蜗杆、蜗轮材料 ………………………………………7
4.1.2 确定蜗杆头数Z 及蜗轮齿数Z ………………………… 7
4.1.3 验算滚筒的速度…………………………………………… 8
4.1.4 确定蜗杆蜗轮中心距a …………………………………… 8
4.1.5 蜗杆传动几何参数设计 …………………………………… 9
4.2 环面蜗轮蜗杆校核计算 …………………………………………… 11
4.3 轴的结构设计 ……………………………………………………… 13
4.3.1 蜗杆轴的设计…………………………………………………13
4.3.2 蜗轮轴的设计 …………………………………………………16
4.4 轴的校核 ……………………………………………………………19
4.4.1 蜗杆轴的强度校核……………………………………………19
4.4.2 蜗轮轴的强度校核 …………………………………………22
4.5 滚动轴承的选择及校核 ……………………………………………25
4.5.1 蜗杆轴滚动轴承的选择及校核………………………………25
4.5.2 蜗轮轴上轴承的校核…………………………………………27
4.6 键联接的选择及校核 ………………………………………………29
4.6.1 蜗杆轴上安装联轴器处的键联接……………………………29
4.6.2 蜗轮轴上装蜗轮处的键联接…………………………………30
4.6.3 蜗轮轴上装联轴器处的键联接………………………………30
4.7 箱体结构尺寸及说明 ………………………………………………31
4.8 减速器的润滑和密封 ………………………………………………32
4.9 减速器的附件 ………………………………………………………32
4.9.1 窥视孔和视孔盖………………………………………………33
4.9.2 通气器…………………………………………………………33
4.9.3 定位销…………………………………………………………33
4.9.4 起盖螺钉………………………………………………………33
4.9.5 起吊装置………………………………………………………33
4.9.6 放油孔及螺塞…………………………………………………34
4.10 减速器的安装维护和使用 ……………………………………34
4.10.1 减速器的安装 ………………………………………………34
4.10.2 减速器的使用和维护 ………………………………………34
致 谢…………………………………………………………………35
参考资料…………………………………………………………………36
参考文献
1.《机械工程手册》第二版（传动设计卷） 机械工业出版社 2000
2.《实用机械设计手册》 吴相宪 王正为 黄玉堂 主编 中国矿业大学出版社 2001
3.《机械设计》 濮良贵 纪名刚 主编 高等教育出版社 1996
4.《机械制造工艺学》赵志修 主编 北京： 机械工业出版社 1984.2
5.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》孙丽媛 主编 北京：冶金工业出版社 2002
6.《机械加工工艺手册》李洪 主编 北京： 北京出版社 1990，12
7.《金属工艺学》邓文英 主编 北京： 高等教育出版社 2000
8.《机械设计课程设计》 华中理工大学 王昆 同济大学 高等教育出版社1986
9.《齿轮手册》 机械工业出版社 2002
10.《机械加工余量与公差手册》 马贤智 北京：中国标准出版社，1994
11.《高等学校毕业设计指导》[M]，周永强，北京：中国建材工业出版社，2002
12. 《机械制造工艺学习题集》 李益民 主编 黑龙江： 哈儿滨工业大学出版社 1984,
