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单级蜗轮蜗杆减速器设计说明书配图汇总

27
2020年4月19日
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题目： 和面机的传动设计（单级蜗轮蜗杆减速器设计）

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指导教师：

和面机的传动设计

一、 绪论
1、和面机发展前景
中国和面机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理
产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；
生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、
对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后
从什么角度分析中国和面机产业的发展状况？以什么方式评价中国和面机产业
的发展程度？中国和面机产业的发展定位和前景是什么？中国和面机产业发展
与当前经济热点问题关联度如何……诸如此类，都是和面机产业发展必须面对和
解决的问题——中国和面机产业发展已到了岔口；中国和面机产业生产企业急需
选择发展方向。
2、面机概述
　 用以和面的机械。有真空式和面机和非真空式和面机。分为卧式、立式、单轴、双轴、半轴等。
　　同义词：和粉机、搅拌机。
和面机功能介绍：功能多样，用途广泛，能够用来：

图1.和面机
搅---搅黄油、搅奶酪、搅鲜奶、打鸡蛋等；
揉---揉面团
拌---打果汁、拌果酱、拌面、拌冰沙、拌凉菜等；
在酒店，面包房，蛋糕店，咖啡厅，酒吧，茶厅，家庭等场合都有着广泛的用途
3、面机设计目的及内容要求
一本课程设计的内容选择具有代表性中小型作为设计课题使学生能在较短时间内（二周）完成和面机整体设计全部过程和基本训练
（1）设计内容
A.数设计根据课题要求确定和面机种类用途及生产能能力来确定和面机主要部件（例如桨叶、容器、电机、冲动部分）结构形式和尺寸参数运动参数（例如桨叶转数）及动力转数（电动机功率）。
B.方案设计根据和面机主要部件的形式性质、及运动参数，拟定整机的机械传动链和传动系统图。计算并确定各级传动的传动比。皮带传动、齿轮传动。蜗杆传动等传动机构参数及尺寸。拟定整机的结构方案图
C.结构设计根据结构的方案图，在正规图纸上拟定传动够件与执行构件的位置，然后依次进行执行构件及传动系统设计机体，操纵机构设计，密封及润滑的结构设计。
（2）基本要求；
和面机生产能力，以每次调面粉的重量为准5kg/次、10kg/次、15kg/次
机型；卧式和面机
搅拌浆形式；桨叶式、花环式、叶片式、滚笼式。
工艺要求；调和面团分别为；水面团、韧性面团、酥性面团。
（3）图样设计要求
图量；完成一号图纸一张进行和面机传动部分改进图
完成三号图纸一张，进行零件图设计
方案设计合理，必须标明每个零件尺寸相互配合的性质及运动关系，必须标明所有配合尺寸，定位及总体尺寸
二、力学计算
1、电动机的选择计算
（1）选择电动机
1.1电动机功率的确定
1) 工作机各传动部件的传动效率及总效率：
查《机械设计课程设计指导书》表9.2可知蜗杆传动的传动比为：
；
又根据《机械设计基础》表4-2可知蜗杆头数为，由表4-4可知蜗杆传动的总效率为：

查《机械设计课程设计指导书》表9.1可知各传动部件的效率分别为：
；
；

工作机的总效率为：

2) 电动机的功率：

因此电动机所需工作效率为：

1.2确定电动机转速
1) 传动装置的传动比的确定：
查《机械设计课程设计指导书》书中表9.2得各级齿轮传动比如下：

理论总传动比：

2) 电动机的转速：
卷筒轴的工作转速：

因此电动机转速的可选范围为：

根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min的电动机。其主要功能表如下：
表1.电动机功能表
电动机型号
额定功率kW
满载转速/r/min
起动转矩/额定转矩
最大转矩/额定转矩
Y132M2-6
5.5
960
2.0
2.0

三、传动装置运动及动力参数计算
1、各轴的转速计算
（1）实际总传动比及各级传动比的她配：
由于是蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其它不分配传动比。
则总传动比:

因此取
（2）各轴的转速：
第一轴转速：
第二轴转速：
（3）各轴的输入功率
第一轴功率：
第二轴功率：
第三轴功率：
（4）各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩：
第一轴转矩：
第二轴转矩：
第三轴转矩：
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：

表2.各轴的运动及动力参数
轴 名
功率P/kW
转矩
转速n/(r/min)
传动比
效率
电机轴
5.3

1
1
第一轴
5.25

1
0.99
第二轴
4.2

17
0.80
卷筒轴
4.03

1
0.95

2、蜗轮蜗杆的设计及其参数计算
（1）传动参数
蜗杆输入功率P=5.3 kW，蜗杆转速，蜗轮转速，理论传动比i=16.75，实际传动比i=17，蜗杆头数，蜗轮齿数为，蜗轮转速
（2）蜗轮蜗杆材料及强度计算
减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料45钢经表面淬火，齿面硬度 >45 HRC,蜗轮缘选用材料ZCuSn10Pb1,砂型铸造。
蜗轮材料的许用接触应力，由《机械设计基础》表4-5可知,=180MPa.
估取啮合效率：
蜗轮轴转矩：

载荷系数：载荷平稳，蜗轮转速不高，取K=1.1.
计算值
=
=
模数及蜗杆分度圆直径由《机械设计基础》表4-1取标准值，分别为：
模数 m=8 mm
蜗杆分度圆直径
（3）计算相对滑动速度与传动效率
蜗杆导程角

蜗杆分度圆的圆周速度

相对活动速度

当量摩擦角 取
验算啮合效率
（与初取值相近）。
传动总效率
（在表4-4所列范围内）。
（4）确定主要几何尺寸
蜗轮分度圆直径：

中心距

（5）热平衡计算
环境温度 取
工作温度 取
传热系数 取
需要的散热面积

（4）计算蜗杆传动主要尺寸
表3.蜗杆传动的主要尺寸
蜗杆分度圆直径
蜗杆齿顶圆直径
蜗杆齿根圆直径
蜗 杆 导 程 角
蜗 杆 齿 宽
蜗轮分度圆直径
蜗轮 喉圆 直径
蜗轮齿根圆直径
蜗轮 外圆 直径
蜗轮咽喉母圆半径
蜗 轮 螺 旋 角
蜗 轮 齿 宽
中 心 距

因此

，与蜗杆螺旋线方向相同

3、轴的设计计算及校核
（1）输出轴的设计

1）选择轴的材料及热处理
考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，其传递的功率不大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常见的45钢，调质处理。
2）初算轴的最小直径
已知轴的输入功率为5.25kW，转速为960 r/min.
根据《机械设计基础》表7-4可知，C值在106~118间。
因此输出轴的最小直径：

可是，由于轴上有1个键槽，计入键槽的影响：

已知输出轴的输入功率为4.2kW，转速为56.5r/min，则
输出轴的最小直径：

由于轴上由2个键槽，故

已知卷筒轴的输入功率为4.03kW,转速为56.5r/min，则
卷筒轴的最小直径为

3） 联轴器的选择
●载荷计算：
已知蜗杆轴名义转矩为
由于蜗杆减速器的载荷较平稳，按转矩变化小考虑，取工作情况系数k=1.3。
蜗杆轴计算转矩：

已知蜗轮轴名义转矩为; 卷筒轴计算转矩为
因此蜗轮轴计算转矩：

●卷筒轴计算转矩：

选择联轴器的型号：
查《机械设计课程设计指导书》表14.2可知，电动机轴的直径，轴长；蜗杆轴直径。
查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知，蜗杆轴的输入端选用LH3型弹性柱销联轴器。
联轴器标记
LH3联轴器GB/T 5014
公称转矩

许用转速

查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知，蜗轮轴的输出端选用LH4型弹性柱销联轴器。
联轴器标记
LH4联轴器GB/T 5014
公称转矩

许用转速

4）轴承的选择及校核
● 初选输入轴的轴承型号：
据已知工作条件和输入轴的轴颈，由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承30208（一对），其尺寸：D=80mm,d=40mm,B=18mm。
据已知工作条件和输出轴的轴颈，由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承30214（一对），其尺寸：D=125mm,d=70mm,B=24mm。
基本额定动载荷 C=63000N
计算系数 e=0.37
轴向载荷系数 Y=1.6
● 计算蜗杆轴的受力：
蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力
蜗杆轴：

蜗轮轴：

●计算轴承内部轴向力
轴承的内部轴向力：

●计算轴承的轴向载荷
轴承2的轴向载荷 由已知得，与方向相同，其和为

（轴承2为“压紧”端），因此

轴承1的轴向载荷
（轴承1为“放松”端）
●计算当量动载荷
轴承1的载荷系数
根据，由表8-8可知
轴承2的载荷系数
根据由表8-8可知
轴承1的当量动载荷

轴承2的当量动载荷

因此轴承的当量动载荷取、中较大者，因此

●计算轴承实际寿命
温度系数 由《机械设计基础》表8-6可知
载荷系数 由《机械设计基础》表8-7可知
寿命指数 滚子轴承
轴承实际寿命

轴承预期寿命

由于 ，故所选择的圆锥滚子轴承（型号30208）满足要求。
（2）轴的结构设计
1）蜗杆轴的径向尺寸的确定
从图纸上联轴段开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，故 。该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装，取，选定轴承型号为30208，与蜗轮相配合，取蜗杆的齿根圆直径，按标准直径系列，取；与轴承的内径配合，与相同，故取；起定位作用，定位轴肩高度故，取。
2）蜗杆轴的轴向尺寸的确定
联轴段取；轴肩段取；与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；左轴承到蜗杆齿宽；蜗杆齿宽 即，取；蜗杆齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；轴的总长为320mm。
3）蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配
单级减速器中，可将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴固定，轴向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别一轴肩和套筒定位，轴向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位，右面用轴端挡圈轴向固定，键联接作轴向固定。轴做成阶梯形，左轴承从左面装入，蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。
4）蜗轮轴的径向尺寸的确定
从左轴承段与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装取，选定轴承型号为30214开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与蜗轮孔径相配合，取蜗轮的内径，按标准直径系列，取； 与轴承的内径配合，与相同，故取；联轴段；起定位作用，定位轴肩高度故取；
5）蜗轮轴的轴向尺寸的确定
左面与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为；左轴承到蜗轮齿宽间的套筒取；蜗轮齿宽，故取；蜗轮齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为24mm；右轴肩段，联轴段，故轴的总长为280mm。
6）蜗轮的强度校核
已知蜗轮的切向力

蜗轮的径向力

蜗轮轴向力

求水平面支反力：

水平面弯矩：

垂直面支反力，由,即
，得

在铅垂方向上，由，即,得

垂直面弯矩

根据合成弯矩
得
C截面左侧弯矩

C截面右侧弯矩

转矩T

当量弯矩
由当量弯矩图和轴的结构图可知，C和D处都有可能是危险截面，应分别计算其当量弯矩，此处可将轴的钮切应力视为脉动循环，取，则
C截面左侧当量弯矩

C截面右侧当量弯矩

因此C截面处当量弯矩在以上两数值中取较大者，即
D截面弯矩

D截面合成弯矩

D截面当量弯矩

求危险截面处轴的计算直径
许用应力，轴的材料用45钢，由《机械设计基础》表7-1可知，
C截面直径计算

D截面直径计算

经与结构设计图比较，C截面和D截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径，故轴的强度足够。
4、键连接设计计算
（1）蜗杆联接键的相关参数如下表：
表4.蜗杆联接键的选择和参数

键的选择和参数
选择普通平键，圆头。由《机械设计课程设计指导书》表11.27查得d=30mm时。应选用键 GB/T1096

转 矩

键长

接触长度

许用挤压应力校 核
查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许用挤压应力为

故满足要求

（2） 蜗轮键的选择与校核的参数如下表：
表5.蜗轮键的选择及参数

键的选择和参数
选择普通平键，圆头。由《机械设计课程设计指导书》表11.27查得d=55时。应选用键 GB/T1096

转 矩

键长

接触长度

许用挤压应力校 核
查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许用挤压应力为

故满足要求
（3） 蜗轮轴键的选择与校核参数如下表：
表6.蜗轮轴键的选择及参数

键的选择和参数
选择普通平键，圆头。由《机械设计课程设计指导书》表11.27查得d=55时。应选用键 GB/T1096

转 矩

键长

接触长度

许用挤压应力校 核
查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许用挤压应力为

故满足要求

三、箱体的设计计算
1、箱体的构形式和材料
采用下置剖分式蜗杆减速器（由于V=5m/s）
铸造箱体，材料HT150。
2、 箱体主要结构尺寸和关系如下表所示：
表7.箱体主要结构尺寸
名称
减速器型式及尺寸关系
箱座壁厚δ
δ=11mm
箱盖壁厚δ1
δ1=10mm
箱座凸缘厚度b1，
箱盖凸缘厚度b，
箱座底凸缘厚度b2
b=1.5δ=16mm b1=1.5δ1=15mm
b2=2.5δ=28mm
地脚螺钉直径及数目
df=19mm n=6
轴承旁联接螺栓直径
d1=14mm
箱盖，箱座联接螺栓
直径

d2=10mm 螺栓间距 150mm
轴承端盖螺钉直径
d3=9mm 螺钉数目4
检查孔盖螺钉直径
d4=6mm
Df，d1，d2至外壁
距离
df，d2至凸缘
边缘距离
C1=26,20,16

C2=24,14
轴承端盖外径
D1=80mm
D2=125mm
轴承旁联接螺栓距离
S=140mm
轴承旁凸台半径
R1=16mm
轴承旁凸台高度
根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定
箱盖，箱座筋厚
m1=9mm m2=9mm
蜗轮外圆与箱
内壁间距离

12mm
蜗轮轮毂端面
与箱内壁距离

10mm

四、螺栓等相关标准的选择
本部分含螺栓，螺母，螺钉的选择垫圈，垫片的选择，具体内容如下：
1、螺栓，螺母，螺钉的选择如下表所示：
表8.螺栓、螺母、螺钉的尺寸
考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其它因素的影响选用
螺栓GB5782-86 M10*35 数量为3个
M12*100 数量为6个
螺母GB6170-86 M10 数量为2个
M10 数量为6个
螺钉GB5782-86 , M6*20 数量为2个
M8*25 数量为24个
M6*16 数量为12个
*（参考装配图）

M10*35
M12*100
M10
M12
M6*20
M8*25
M6*16

2、销，垫圈垫片的选择
表9.销、垫片的选择
选用销GB117-86，B8*30， 数量为2个
选用垫圈GB93-87 数量为8个
选用止动垫片 1个
选用石棉橡胶垫片 2个
选用08F调整垫片 4个
*（参考装配图）
GB117-86
B8*30
GB93-87
止动垫片
石棉橡胶垫片
08F调整垫片

有关其它的标准件，常见件，专用件，详见后续装配图

五、减速器结构与润滑的概要说明
在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。
1、减速器的结构
本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。
箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面经过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。（具体结构详见装配图）
2、减速箱体的结构
该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式
具体结构详见装配图
六、减速器的润滑与密封
蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100°C）查表10.6《机械设计课程设计指导书》 润滑油118Cst
轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表10.7
《设计课程设计指导书》 润滑脂ZL-2
七、减速器附件简要说明
该减速器的附件含窥视孔，窥视孔盖，排油孔与油盖，通气空，油标，吊环螺钉，吊耳和吊钩，起盖螺钉，其结构及装配详见装配图。

附图一 减速器装配图

附图二 蜗轮零件图

附图三 蜗杆轴零件图