环面蜗轮蜗杆减速器设计

环面蜗轮蜗杆减速器设计

摘要

本文主要阐述的是一种应用在汽车无级变速器中的环面蜗轮蜗杆减速器的设计方法。环面蜗轮蜗杆减速器在降速同时能提高输出扭矩，减速同时降低了负载惯量本文首先对蜗轮蜗杆作了简单的介绍，阐述了蜗轮蜗杆的设计原理和理论计算。然后按照应用方向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一些缺点。

关键词：蜗轮蜗杆减速器；蜗杆；滚动轴承

目录

摘要…… .................................................................................................... I

第1章绪论 (3)

1.1 课题背景及意义 (3)

1.2 国内外发展现状 (3)

1.3 主要内容及特点 (4)

第2章选定设计方案 (5)

2.1 初选电动机类型和结构型式 (5)

2.2 电动机的容量 (6)

2.3 电动机的技术数据 (6)

2.4 本章小结 (7)

第3章减速器部件的选择计算 (8)

3.1 蜗杆传动设计计算 (8)

3.1.1 选择蜗杆、蜗轮材料 (8)

3.1.2 确定蜗杆蜗轮中心距 (8)

3.1.3 蜗杆传动几何参数设计 (8)

3.2 环面蜗轮蜗杆校核计算 (9)

3.3 轴的结构设计 (10)

3.3.1轴的材料选择 (10)

3.4 轴的校核 (12)

3.5 键联接的强度校核 (14)

3.5.1 蜗杆轴上安装联轴器处的键联接 (14)

3.5.2 蜗轮轴上装蜗轮处的键联接 (14)

3.5.3 蜗轮轴上装联轴器处的键联接 (14)

3.6 箱体结构尺寸及说明 (14)

3.7 减速器的润滑和密封 (15)

3.8 减速器的附件 (16)

3.9 减速器的安装，使用及维护 (17)

3.9.1 减速器润滑油的更换 (18)

3.9.2 减速器检修 (18)

3.9.3 减速器维护 (18)

3.10 本章小结 (18)

结论 (19)

致谢 (21)

第1章绪论

1.1课题背景及意义

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。

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。

（2）用好的材料。

（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。

1.2国内外发展现状

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。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。

1.3主要内容及特点

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。

第2章选定设计方案

根据设计要求并结合以上分析，本文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

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、工作条件、载荷大小和性质、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