ProE蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)自動(dòng)門(mén)傳動(dòng)

1、湘潭大學(xué)自動(dòng)門(mén)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)李榮華2015/1/15湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院目錄1自動(dòng)門(mén)及蝸輪蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介.12.總體方案確定 .13.原動(dòng)機(jī)類型的選擇和參數(shù)的計(jì)算.23.1已知參數(shù) .23.1傳動(dòng)比的計(jì)算： .23.2電動(dòng)機(jī)的選擇 .23.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 .34.蝸桿渦輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算 .34.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型 .34.2選擇材料 .34.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì).44.4蝸桿渦輪的主要參數(shù) .54.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.64.6驗(yàn)算效率 .74.7輸出軸功率及轉(zhuǎn)矩 .74.8主要設(shè)計(jì)結(jié)論及建模 .75.蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核.86.1初步估算軸的最小直徑（與聯(lián)軸器連接部分的直徑）

2、.86.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .96.3軸的校核計(jì)算 .96.減速器的潤(rùn)滑 .117.課程設(shè)計(jì)體會(huì) .11參考文獻(xiàn)：. 13湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1自動(dòng)門(mén)及蝸輪蝸桿傳動(dòng)簡(jiǎn)介此次設(shè)計(jì)的是一種直線移動(dòng)的自動(dòng)門(mén),采用單級(jí)蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng),通過(guò)渦輪輸出軸驅(qū)動(dòng)安裝在門(mén)上的摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)門(mén)直線運(yùn)動(dòng)。蝸輪蝸桿減速器是一種動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，且可將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見(jiàn)到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、機(jī)車，建筑用的重型機(jī)械，機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)械及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見(jiàn)的家電，鐘表等等。本設(shè)計(jì)采用 Pro/E 及 AutoCAD 軟件。2.

3、 總體方案確定根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級(jí)蝸桿減速器，傳動(dòng)路線如下圖1 所示：電機(jī)連軸器蝸輪蝸桿減速器連軸器摩擦輪。采用蝸桿下置式結(jié)構(gòu)，嚙合處的冷卻和潤(rùn)滑均較好。蝸輪在蝸輪軸上分別利用平鍵和套筒作周向和軸向固定，蝸桿及蝸輪軸均采用調(diào)心滾子軸承，可承受較大徑向載荷和少量軸向載荷的復(fù)合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤(rùn)滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。 減速器的結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、 蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置、 蝸輪軸、箱體、滾動(dòng)軸承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標(biāo)準(zhǔn)件等。Figure 1 自動(dòng)門(mén)啟閉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置1湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3. 原動(dòng)機(jī)類型的選擇和參數(shù)的計(jì)算3.1 已知參數(shù)電動(dòng)機(jī)功率： P10

4、.75w電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： n1910r / min大門(mén)單邊長(zhǎng)度： l2.2m啟閉運(yùn)行時(shí)間： t =15s3.1 傳動(dòng)比的計(jì)算：根據(jù)已知條件，易求得摩檫輪線速度：l2.2v20.15m / st15預(yù)設(shè)摩檫輪半徑為 r50mm,則渦輪輸出軸的角速度為v0.15rad / s3rad / s2r0.05即渦輪輸出軸角速度為n260328.7 r / min6022蝸桿的轉(zhuǎn)速（即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）n1910r / min ，則蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為n191031.7i28.7n2圓整后取 i32 。3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)要求及自動(dòng)門(mén)的工作環(huán)境，選用Y 系列封閉式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-6，電動(dòng)機(jī)額定功率為

5、0.75w，轉(zhuǎn)速 910r/min，能防止灰塵、鐵屑等進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)及防止任何方向的濺水對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。2湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院3.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算1）蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩蝸桿軸的輸入功率P1 即電動(dòng)機(jī)的輸出功率 P10.75kw ；蝸桿軸的轉(zhuǎn)速 n1910r / min則蝸桿軸的轉(zhuǎn)矩為T(mén)1P95500.757.87N .m9550 1N mn19102）蝸輪軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩先大概估算蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率為120.8，則渦輪軸的輸入功率為P2P1120.75 0.80.6kw渦輪軸的轉(zhuǎn)速為n2n1910 r / min 28.4r / mini32渦輪軸的轉(zhuǎn)矩為T(mén)29550P2955

6、00.6N mm 199652 N mmn228.44. 蝸桿渦輪傳動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型本機(jī)構(gòu)載荷較小，速度較低， 精度要求不高， 且力求加工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性高，故故選用阿基米德圓柱蝸桿閉式傳動(dòng)。4.2 選擇材料1）蝸桿考慮到本蝸桿傳動(dòng)功率不大， 速度較低，故蝸桿選用 45 鋼，因希望耐磨性好些，所以蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC。3湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2）渦輪考慮到本渦輪蝸桿傳動(dòng)滑動(dòng)速度不高（vs2m / s ），對(duì)效率要求較低，渦輪采用灰鑄鐵 HT150，為防止變形，進(jìn)行時(shí)效處理。4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由于蝸輪齒數(shù)較少（ Z<90），且為閉式傳動(dòng)，渦輪蝸

7、桿副多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效，因此應(yīng)以齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式為24802m d1KT2(Z H )1）確定蝸桿頭數(shù)蝸桿頭數(shù)越大，傳動(dòng)比就越小，但效率越高，根據(jù)本設(shè)計(jì)傳動(dòng)比i32 較小及為提高效率的原因，選定蝸桿頭數(shù)Z2 。2）確定載荷系數(shù)由于自動(dòng)門(mén)啟動(dòng)次數(shù)較多，荷載有小沖擊，故使用系數(shù)取K A1.15；因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)K1 ；因渦輪圓周速度 v23m / s ，取動(dòng)載系數(shù) K v 1.05 。則載荷系數(shù)為KK A K KV1.15 1 1.051.213）確定彈性影響系數(shù)鑄鐵渦輪與鋼蝸桿配對(duì)時(shí)，取Z E160

8、MP1/24）確定渦輪齒數(shù)渦輪齒數(shù)為Z2Z1i12232645）確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)渦輪材料為灰鑄鐵 HT150，蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，估算的蝸輪蝸桿滑動(dòng)速度為 12m/s，查表的蝸輪蝸桿的基本許用應(yīng)力為 H 172MP 。4湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院6）計(jì)算 m2 d 的值m2 d 1.21199652(480)2 mm3459.3mm364172因 Z2 ，查表得模數(shù)m 3.15，蝸桿分度圓直徑d 1 35.5mm ，導(dǎo)程角10.063 。7）驗(yàn)算滑動(dòng)速度蝸輪蝸桿相對(duì)滑動(dòng)速度為vsv1d1n135.5 910cos60 1000cos1.72 m / s (1,2) m / s60

9、1000cos10.063在先前估算的范圍內(nèi)，所以不需要重算。4.4 蝸桿渦輪的主要參數(shù)1）中心距渦輪分度圓直徑為d2mz23.1564mm201.6mm所以渦輪與蝸桿的中心距為ad1 d235.5 201.6 mm 118.6mm222）蝸桿軸向齒距為pam3.15mm9.89mm直徑系數(shù)為d135.5q11.27m3.15齒頂圓直徑為da1d12ha m35.52 1 2.15mm41.8mm齒根圓直徑為5湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院d f 1d12(hac m)35.52 (1 3.150.25 3.15)mm27.6mm蝸桿軸向齒厚為Sa0.5 m0.53.154.95mm3）渦輪渦輪喉圓直徑

10、為d2mz23.1564mm201.6mm渦輪齒頂圓直徑為da2d22ha m201.621 2.15mm207.9mm渦輪齒根圓直徑為d f 2d22(hac m)201.62(1 3.150.25 3.15)mm193.7mm渦輪咽喉圓直徑為rg2a0.5da 2118.550.5207.914.6mm4.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度渦輪當(dāng)量齒數(shù)為Z264Zv2367.02(cos )(cos10.063 )根據(jù) Zv267.02 ，查手冊(cè)圖的齒形系數(shù) YFa 2 2.25。螺旋角系數(shù)為Y 1 10.0630.9281140許用彎曲應(yīng)力為FF'K FN查表得灰鑄鐵 HT150 渦輪許用

11、彎曲應(yīng)力 F '28MP ，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為6湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院N60 jn2 Ln60 128.7 10 365 127.58 108壽命系數(shù)為996K FN6100.48107.58 108N則算得許用彎曲應(yīng)力為 F 28 0.4813.42MP最后，彎曲應(yīng)力為1.531.211196520.921810.24MP F 13.42MPF201.62.2535.53.15所以彎曲強(qiáng)度是滿足的。4.6 驗(yàn)算效率蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率計(jì)算公式為tan(0.95 0.96)tan(v )已知，arctanfv，fv與相對(duì)滑動(dòng)速度vs有關(guān)。由于10. 063v1. 7 2m s/ ，查表，插值的

12、fv0.0225,v1.208，帶人式中的0.83 ，大于原估計(jì)值，因此不需要重算。4.7 輸出軸功率及轉(zhuǎn)矩輸出軸功率為P2 P10.75 0.83 0.6225kw輸出軸轉(zhuǎn)矩為T(mén)29.55 106 P 29.55 1060.62252.08 105 N mmP128.44.8 主要設(shè)計(jì)結(jié)論及建模蝸輪蝸桿模數(shù)為 m3.15mm ，蝸桿直徑 d135.5mm ，頭數(shù) Z2 ，渦輪齒7湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院數(shù) Z 64 。蝸桿材料用 45 鋼，齒面淬火；渦輪材料灰鑄鐵 HT150，砂模鑄造。Pro/E 建模蝸桿如圖 Figure 2：Figure 2蝸桿Pro/E 建模渦輪，如圖Figure 3Fi

13、gure 35. 蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核6.1 初步估算軸的最小直徑（與聯(lián)軸器連接部分的直徑）初步估算軸最小直徑公式為d2minA0 3 P2 mmn29550000其中， A030.2 T 根據(jù)軸材料為 45 鋼，查表取 A0110，則最小軸徑為d2min1100.6225mm 28.8mm28.4又因軸上有鍵槽所以d 2 增大 7%，取 d231mm。8湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院根據(jù)輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯然軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了使所設(shè)計(jì)的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為T(mén)caK AT2其中 K A 為工作情況系數(shù)，查表可取K A =1.3，則

14、Tca1.1 2.07 105 N mm209N m查手冊(cè)選用 YL8 型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為250N m ，半聯(lián)軸器的孔徑為 32mm ，取此處軸徑為 32mm ，半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度 L 60mm （ J 型，無(wú)沉孔的短圓柱型軸孔）。6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蝸輪軸的材料為 45 鋼并調(diào)質(zhì)，且蝸輪軸上裝有滾動(dòng)軸承，蝸輪，軸套，密封圈、鍵等，最終設(shè)計(jì)的渦輪輸出軸軸如下圖Figure 4 所示。Figure 4渦輪輸出軸與聯(lián)軸器連接鍵為普通平鍵 GB/T10961979A 型鍵 10×8×20；與渦輪連接鍵為普通平鍵 GB/T1096 1979A 型鍵 12×8×

15、;28；圓角半徑均為 1.6mm。6.3 軸的校核計(jì)算計(jì)算項(xiàng)計(jì)計(jì)算內(nèi)容目算結(jié)果轉(zhuǎn)矩 T1T11194247 Nmm9湘潭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院圓周力徑向力軸向力計(jì)算支承反力垂直面反力合成彎矩軸受轉(zhuǎn)矩 T許用應(yīng)力值應(yīng)力校正系數(shù) a當(dāng)量彎矩Ft2T121194247=31846.6NFt =31846.6Nd175FFt tan31846.6 tan 4.57 =F =2547.5N2547.5NFF t tant =31846.6×Fr =11591.2Ntan 20 oF 'R1 (Fd 2Ft6000120) /1412F 'R1 =1334.6N=1334.6N3184

16、6.6 70.56000 261 2547.5 140F 'R2141F 'R2 =10948=10948NNF "R1 FR2"F r11591 .25795 . 6F "R1 F "R222=5795.6NMMXYMXZT=1194247NmT =T1=1194247Nmmm1b 60Mpa 0b 102.5Mpaa= 1b / 0b 60/ 102.5 0.59a=0.59蝸輪段軸中間截面M ' III88917M '3M 2(aT )2542351.22(0.59 1194274)27.4Nmm10湘潭大學(xué)機(jī)械工程

17、學(xué)院=889177.4NmmM 'I II =81993軸承段軸中間截面處3NmmM '2419283 .2 2(0.59 1194274 ) 2=819933Nmm3M '33 889177.485mmd III0.11 b 0.15260驗(yàn)算結(jié)果在軸徑校設(shè)計(jì)范圍之核d I IIM '28199333351.575mm0.11b 0.160內(nèi)，設(shè)計(jì)合格6. 減速器的潤(rùn)滑減速器內(nèi)部的傳動(dòng)零件和軸承都需要有良好的潤(rùn)滑，這樣不僅可以減小摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。本減速器采用蝸桿下置式，所以蝸桿采用浸油潤(rùn)滑，蝸桿浸油深度h 大于等于 1 個(gè)蝸桿

18、螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承最低滾動(dòng)中心。蝸桿軸承采用脂潤(rùn)滑，為防止箱內(nèi)的潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承而使?jié)櫥♂尪髯撸Ｔ谳S承內(nèi)側(cè)加擋油盤(pán)。7. 課程設(shè)計(jì)體會(huì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的主要任務(wù)是基于Pro/E 的蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)。這與以前的課程設(shè)計(jì)有很大的不同。這可以說(shuō)是全新的來(lái)學(xué)習(xí)一門(mén)知識(shí)，因?yàn)樗辉偈橇慵哪酥翙C(jī)器的設(shè)計(jì)。而是一種全新的設(shè)計(jì)理念的分析與利用。通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我對(duì)Pro/E 有了更深的理解和認(rèn)識(shí)。但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中我也遇到了很多的困難，首先是Pro/E 分析方面知識(shí)的匱乏，許多理論知識(shí)是以前沒(méi)有接觸過(guò)的，這讓我學(xué)習(xí)起來(lái)有很大的難度。其次由于理論理解的不夠深刻致使在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)用錯(cuò)等情況。但是在連老師的殷