环面蜗轮蜗杆减速器-准平行环面蜗杆提升机设计【含CAD图纸和说明书】
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毕 业 设 计 说 明 书 准平行环面蜗杆提升机专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名班 级学 号指导教师完成日期准平行环面蜗杆提升机 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:环面;蜗轮蜗杆;减速器;Abstract This paper of graduation project mailnly presents a systematic approach for the design of circular worm gear reducer . circular worm gear reducer is one of the members in the worm gear reducer family . the approach is based on the mathematical formulations and physical formulation on the generation process and conditions for the type of worm reducer . In the paper , first of all , it is introducetion about the circular worm gear reducer .then , it is the principles about choose component parts of circular worm gear reducer. After that the circular worm gear reducer is designed abase on the principle. Then, it is checking computations about main component parts.of circular worm gear reducer,this design represent the common process of circular worm gear reducer,it is worth for the design of other kinds of worm gear reducer At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of fault in the design of circular worm gear reduce. As can be revealed from the literature search , important problem such as: tooth undercutting ;proper design of worm gear blank;computations of worm and lebel gear。Key words : circular ;worm gear;reducer目录1 前言11.1 课题来源及分析1.2 研究目的1.3国内外发展及研究现状1.4设计思路2 准平行环面蜗杆提升机总体设计2.1电机的选择2.2传动装置的传动比及动力参数计算2.3减速器部件的选择计算2.3.1蜗杆传动设计计算2.3.2环面蜗轮蜗杆校核计算2.3.3轴的结构设计和校核2.3.4滚动轴承的选择及校核2.35键联接的选择及校核2.3.6箱体结构尺寸及说明2.3.7减速器的润滑和密封2.3.8减速器的附件2.3.9减速器的安装维护和使用3滚筒和钢丝绳的选择3.1 滚筒的选择3.2滚筒端盖的选择3.3钢丝绳的选择4 控制系统及程序设计4.1电气控制装置及原理初步设计4.2电气控制技术参数设计4.3可编程控制器的选定4.4 PLC的工作原理及电路设计4.5 电气原理图设计4.6 程序设计4.7控制系统的构建5 结论参考文献致谢附录准平行环面蜗杆提升机 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:环面;蜗轮蜗杆;减速器;Abstract This paper of graduation project mailnly presents a systematic approach for the design of circular worm gear reducer . circular worm gear reducer is one of the members in the worm gear reducer family . the approach is based on the mathematical formulations and physical formulation on the generation process and conditions for the type of worm reducer . In the paper , first of all , it is introducetion about the circular worm gear reducer .then , it is the principles about choose component parts of circular worm gear reducer. After that the circular worm gear reducer is designed abase on the principle. Then, it is checking computations about main component parts.of circular worm gear reducer,this design represent the common process of circular worm gear reducer,it is worth for the design of other kinds of worm gear reducer At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of fault in the design of circular worm gear reduce. As can be revealed from the literature search , important problem such as: tooth undercutting ;proper design of worm gear blank;computations of worm and lebel gear。Key words : circular ;worm gear;reducer目录1 前言11.1 课题来源及分析1.2 研究目的1.3国内外发展及研究现状1.4设计思路2 准平行环面蜗杆提升机总体设计2.1电机的选择2.2传动装置的传动比及动力参数计算2.3减速器部件的选择计算2.3.1蜗杆传动设计计算2.3.2环面蜗轮蜗杆校核计算2.3.3轴的结构设计和校核2.3.4滚动轴承的选择及校核2.35键联接的选择及校核2.3.6箱体结构尺寸及说明2.3.7减速器的润滑和密封2.3.8减速器的附件2.3.9减速器的安装维护和使用3滚筒和钢丝绳的选择3.1 滚筒的选择3.2滚筒端盖的选择3.3钢丝绳的选择4 控制系统及程序设计4.1电气控制装置及原理初步设计4.2电气控制技术参数设计4.3可编程控制器的选定4.4 PLC的工作原理及电路设计4.5 电气原理图设计4.6 程序设计4.7控制系统的构建5 结论参考文献致谢附录1前言1.1 课题来源与分析课题准平行环面蜗杆提升机来源于盐城众诚机电设备经营部。本课题主要包括硬件总体设计以及控制系统软件设计.其设计需要满足以下条件:提升线速度约810m/min,所选电动机转速约为9101000r/min,同时面板可调。检测控制元件采用小行程开关、接近开关、光电传感器、电磁传感器等方式。控制精度在2mm以内。小型提升机结构简单,安全可靠。各种不同型号的提升机,虽经长期实践不断改进,但其工作原理和结构大同小型,而其工作性能的好坏却相差较大。小型提升机的技术性能主要取决于减速器的性能,电动机的选择和滚筒的选择。在这次设计中,我根据自己所掌握的知识以及同组同学们的讨论,主要根据设计要求对提升机中最关键的部分减速器的结构尺寸和运动参数以及润滑密封做了比较合理的设计计算。为了对提升机有一个更全面的认识,还介绍了提升机的安全性能,使用维护等方面的内容。为了清楚表现,在必要的地方配有插图。1.2 研究目的提升机的作用是将一定的质量的重物以一定的速度提起或落下,在提升过程中必须保证安全性。近年来广泛应用于各个生产部门中,在国民经济中占有较重要的地位。1.3 国内外发展及研究现状小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构,通常的减速机构主要有齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器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。7080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。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1.53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151320;速比为5343000;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%。1.4 设计思路课题的设计过程主要划分为机械手的总体设计和控制系统设计两部分:a.总体设计 包括提升机的结构和运动形式的确定,减速器的结构确定,各个零件的确定,以及对其驱动方式和驱动设备的选择。b.控制系统设计 包含确定其控制原理图,编写PLC控制程序。根据设计要求并结合以上分析,我们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 减速器4 联轴器5 滚筒2准平行环面蜗杆提升机的总体设计2.1电机的选择一 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(交流或直流)、工作条件(环境温度、空间位置等)、载荷大小和性质(变化性质、过载情况等)、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(功率)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,制动正反转的机械,如起重、提升设备,要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力,应选用冶金及起重用三相异步电动机Yz型(笼型)或YzR型(绕线型)。 电动机的容量(功率)选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小,不能保证工作机正常工作,或使电动机因超载而过早损坏;而容量选得过大,则电动机的价格高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不满载运行,其效率和功率因数较低,增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。 由以上的选择经验和要求,我选用:三相交流电 Y系列笼型三相异步交流电动机。二 电动机的容量1 确定提升机所需的功率 由滚筒圆周力和滚筒速度v,得其中: (N)m提升重量,m=450kg, N N s带入数据得 = KW KW KW 2确定传动装置效率传动装置的效率由以下的要求:(1) 轴承效率均指一对轴承而言。 (2) 同类型的几对运动副或传动副都要考虑其效率,不要漏掉。 (3) 蜗杆传动的效率与蜗杆头数z1有关,应先初选头数后,然后估计效率。此外,蜗杆传动的效率中已包括了蜗杆轴上一对轴承的效率,因此在总效率的计算中蜗杆轴上轴承效率不再计入。各传动机构和轴承的效率为:法兰效率: 设计中,电动机与减速器相连的法兰,相当于一个凸缘联轴器一级环面蜗杆传动效率: 一对滚动轴承传动效率:凸缘联轴器效率: 从电动机至工作机主动轴之间的总效率故传动装置总效率:, 电动机的输出功率考虑传动装置的功率损耗,电动机输出功率则, KW KW3电动机的技术数据根据计算的功率可选定电动机额定功率,取同步转速1000,6级由简明机械设计手册选用Y100L6三相异步电动机,其主要参数如下电动机额定功率:=1.5kw; =1.5kw电动机满载转速:=940 =940电 流 : I=5.6A I=5.6A电动机外形和安装尺寸为: D=28mm D=28mmE=60mm E=60mmH=100mm H=100mmA=160mm A=160mmB=140mm B=140mmC=63mm C=63mmK=12mm K=12mmAB=205mm AB=205mmAD=180mm AD=180mmAC=105mm AC=105mmHD=245mm HD=245mmAA=40mm AA=40mmBB=176mm BB=176mm2.2传动装置的传动比及动力参数计算一 总传动比及滚筒初定由于选定转速比为:i50/1i50/1所以滚筒转速 940/50=18.8 18.8从而,滚筒直径: D mm, D155mm圆整为155 mm 二 传动装置运动参数的计算 1各轴功率计算=KW 1.47KW=KW 0.97KW2各轴转速的计算n940, n940nn940/50=18.8 n=18.8(3)各轴输入扭矩的计算 =14.93Nmm =492.74Nmm各参数列表如图:轴 名功率Kw转速扭矩蜗杆轴1.4794014.93蜗轮轴0.9718.8492.742.3减速器部件的选择计算2.3.1蜗杆传动设计计算一 选择蜗杆、蜗轮材料1.选择蜗杆传动的类型采用准平行环面蜗杆传动.2.选择蜗杆、蜗轮材料,确定许用应力考虑蜗杆传动中,传递的功率不大,速度只是中等,根据机械零件课程设计表52,蜗杆选用40Cr,因希望效率高些,耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求:调质HB265285.蜗轮选用铸锡磷青铜ZQSn10-1,金属模铸造,为了节约贵重有色金属,仅齿圈用锡磷青铜制造,轮芯用灰铸铁HT100制造由机械零件课程设计表53查得蜗轮材料的许用接触应力 =190 =190由机械零件课程设计表55查得蜗轮材料的 许用弯曲应力=44 =44二 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z由机械零件课程设计表56,选取Z1 Z1则ZZi15050故取Z50 Z50三 验算滚筒的速度实际传动比 i50/1 i50/1工作机滚筒转速 n940/50=18.8钢丝绳的提升速度 = m/s速度误差 0.785%,合适四 确定蜗杆蜗轮中心距a 1.确定蜗杆的计算功率 式中 K使用场合系数,每天工作一小时,轻度震动由机械工程手册查得:K0.7;K制造精度系数,取7级精度,查得:K0.9;K材料配对系数,齿面滑动速度 10由机械工程手册查得:K0.85。代入数据得 KW =KW以等于或略大于蜗杆计算功率所对应的中心距作为合理的选取值根据机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2522a,选取蜗杆的中心距:a100mm.a100mm由于准平行二次包络环面蜗杆为新型得蜗杆,它的优点是:接触面大,导程角,它的值稳定且一定,则润滑好,接.触面大应直接根据“原始型”传动蜗杆设计参数。五 蜗杆传动几何参数设计准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸计算表1.中心距:由机械工程手册/传动设计卷(第二版)标准选取a=100mm2.齿数比:u503.蜗轮齿数:由机械工程手册/传动设计卷(第二版)选取4.蜗杆头数:由机械工程手册/传动设计卷(第二版)选取 5.蜗杆齿顶圆直径:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516选取 =45mm6.蜗轮轮缘宽度:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516选取b=28mm7.蜗轮齿距角:8.蜗杆包容蜗轮齿数:K=5 9.蜗轮齿宽包角之半:0.5(K0.45)=10.蜗杆齿宽:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516选取 =53mm11.蜗杆螺纹部分长度:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516,选取=59mm12.蜗杆齿顶圆弧半径:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516,选取R=82mm13.成形圆半径:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516选取=65mm14.蜗杆齿顶圆最大直径:机械工程手册/传动设计卷(第二版)表2.516,选取=53.8mm15.蜗轮端面模数:m=mm16.径向间隙:=0.5104mm17.齿顶高:h=0.75 m=2.233mm18.齿根高:h= h+ C=2.7434mm19.全齿高:h= h+ h=4.9764mm20.蜗杆分度圆直径:(0.624)a 40.534mm21.蜗轮分度圆直径:2a159.466mm22.蜗轮齿根圆直径:d2 h=153.9792mm23.蜗杆齿根圆直径:d2 h=35.05,判断:因为=28.12mm,满足要求24.蜗轮喉圆直径:d2 h=163.932mm25.蜗轮齿根圆弧半径:=82.475mm26.蜗杆螺纹包角之半:=27.蜗轮喉母圆半径:=25.88mm28.蜗轮外缘直径:由作图可得=164.95mm29.蜗杆分度圆导程角:=30.蜗杆平均导程角:31.分度圆压力角:=32.蜗杆外径处肩带宽度: 取3mm33.蜗杆螺纹两端连接处直径:=35mm34.蜗轮分度圆齿厚:数据带入公式得 5.508mm35.齿侧隙:查表4-2-6得36.蜗杆分度圆齿厚:=4.298437.蜗杆分度圆法向齿厚:=4.28538.蜗轮分度圆法向齿厚:=5.4939.蜗轮齿冠圆弧半径:=19.277540.蜗杆测量齿顶高: =2.203541.蜗杆测量齿顶高:=2。1852.3.2环面蜗轮蜗杆校核计算环面蜗杆传动承载能力主要受蜗杆齿面胶合和蜗轮齿根剪切强度的限制。因而若许用传动功率确定中心距,则然后校核蜗轮齿根剪切强度。 由于轴承变形增加了蜗杆轴向位移,使蜗轮承受的载荷集中在23个齿上。而且,由于蜗轮轮齿的变形,造成卸载,引起载荷沿齿高方向分布不均,使合力作用点向齿根方向偏移。 因而,蜗轮断齿主要由于齿根剪切强度不足造成的校核:其中 作用于蜗轮齿面上的及摩擦力影响的载荷; 蜗轮包容齿数 蜗杆与蜗轮啮合齿间载荷分配系数; 蜗轮齿根受剪面积;公式中各参数的计算1.的计算=作用在蜗轮轮齿上的圆周力, 蜗杆喉部螺旋升角 ,4.5 当量齿厚,滑动速度 2.04m/s=2.01m/s根据滑动速度查机械设计手册339得将数据带入公式得 =N N2.计算得 = 53.蜗轮齿根受剪面积 蜗轮齿根圆齿厚;由上可知 蜗轮端面周节; 蜗轮理论半包角; 蜗轮分度圆齿厚所对中心角。数据带入公式得 =7.03mm =7.03mm由上可得 对于锡青铜齿圈 取查手册取铸锡磷青铜,砂模铸造,抗拉强度=225MPa, 则 1.53.53.51010粘度值612414506288352198242ISO-VG或GB-N级680460320220由于蜗杆的滑动速度为2m/s,所以润滑油的粘度选为4602润滑方式的选择由于所设计减速器采用蜗杆下置式传动,且转速不高,故选择浸油润滑。蜗杆浸油深度h11个螺牙高,但不高于蜗杆轴轴承的最底滚动体的中心。润滑时,传动件的浸入油中的深度要适当,既要避免搅由损失过大,又保证充分的润滑,油池应保持一定的深度和贮油量。如下图所示:2.3.8减速器的附件为了保证减速器的正常工作,减速器的箱体上通常设置一些装置或附加结构,以便于减速器润滑油的注油,排油,检查油面高度和拆装,检修等。一 窥视孔和视孔盖为检查传动件的啮合情况,接触斑点,侧隙和向箱内倾注润滑油,在传动件啮合区上方箱盖上开设窥视孔。窥视孔应有足够的大小,以便手能伸人进行操作,为此,方形窥视孔长应90mm,宽应50mm。为防止润滑油飞溅出来和污物进入箱体内,在窥视孔上应设有视孔盖密闭,盖板用螺钉固定在箱盖上,在盖板与箱盖上应放置密封垫片。二 通气器减速器工作时,箱体温度升高,气体膨胀,压力增大,对减速罪各接缝面的密封很不利,通常在箱盖顶部或检查孔盖上装有通气器。使减速器内热膨胀的气体能自由逸出,保持箱内压力正常,从而保证减速器各部接缝面的密封性能。通气器设置在箱盖顶部或视孔盖上。较完善的通气器内部制成一定的曲路,并设有金属网。选择通气器时应考虑其对环境的适应性,规格尺寸应与减速器的大小相适应。 通气器三 定位销为了保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度,需在箱体分箱面凸绦长度方向两侧各安装个圆锥定位销。两销应置远一些,但不宜对称布置。定位销孔应在箱盖和箱座紧固后钻空,其位置应便于钻、铰和装拆,不应与邻近箱壁和螺钉相碰。定位销的直径可取d:(o7o8)d:(d:为凸缘上螺栓的直径),长度应大于分箱面凸缘的总厚度。四 起盖螺钉为了保证减速器的密封性,常在箱体的剖分面上涂
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