矿金提升机减速器结构设计

2211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，也是地面用提升机的主体部分。减速器在现代机械中应用极为广泛。70～80年代，世界减速器技术有了很大发展。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。1.1减速器分类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。按使用性能可分为可调传动比减速器、固定222传动比减速器或等级变速减速器、无级变速减速器；按其传动件结构可分为齿轮减速器、其他新型减速器等。在一些变速要求高，工作过程复杂的精密，超精密机构中，大量采用新型减速器。由于齿轮制造技术成熟，工作环境要求不高，保养维护方便，因此齿轮减速器是最常用的。齿轮减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行(国)标的减速器有40余种，齿轮减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出抽型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同的减速器。1.2减速器的载荷分类与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机(从动机)的载荷状态，通常分为三类：I一均匀载荷，Ⅱ一中等冲击载荷，Ⅲ一强冲击载荷。设计方案要根据载荷类型，适当放大参数，以确保减速器的使用寿命。设计减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同方案减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择设计最适合的减速器。2232蜗杆传动蜗杆传动用以空间交错的两轴的运动和转矩。运动可以是减速或增速，最常用的是轴交角等于90度的减速运动。螺旋线方向可任选右旋或左旋，但蜗杆和蜗轮螺旋方向线必须相同。传统上取右旋的较多。蜗杆传动平稳，振动冲击和噪声均很小；能以单级传动获得较大的传动比，结构紧凑；多对齿同时啮合，且系线接触，承载能力大于交错轴圆柱斜齿轮。因此，在各种工业中应用极为广泛，蜗杆转速可达3000r/min，蜗轮转矩可达2MN·m，圆周力达0.8MN，直径可达2m以上。蜗杆齿面与蜗轮齿面间滑动大，摩擦损失也较大，传动效率比齿轮传动为低。须重视箱体散热条件和合理润滑。蜗轮一般须采用有良好跑合性能的减摩材料（如青铜等），价格相对昂贵。2.1蜗杆的分类按照蜗杆与蜗轮的相对位置，可分为蜗杆在蜗轮之下、蜗杆在蜗轮之侧、蜗杆在蜗轮之上三种基本型式。按照蜗杆外形结构可分为圆栓蜗杆减速器、环面蜗杆减速器、锥蜗杆减速器三类，前二类应用较广。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CONEDRIVE，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224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。平面二次包络环面蜗杆CAD配套图纸QQ2833052805平面二次包络环面蜗杆其蜗杆齿面是以一个平面为母线，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面，再以蜗杆的齿面为母线，通过相对运动包络出蜗轮的齿面，称为平面二次包络环面蜗杆副。包括PwU、PwO、225PwS型三种型式，适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工、建筑等行业机械设备的减速传动。2.2蜗杆的工况和型号工作条件：两轴交角为90；蜗杆转速不超过1500r／min工作环境温度为0—40℃，当环境温度低于0℃或高于40℃时，启动前润滑油要相应加热或冷却；蜗杆轴可正、反向运转。蜗杆的型号如下：(1)Pwu型一蜗杆在蜗轮之下平向二次包络环面蜗杆减速器：(2)PwO型一蜗杆在蜗轮之上平面二次包络环面蜗杆减速器；(3)PwS型一蜗杆在蜗轮之侧平团二次包络环面蜗杆减速器本次设计采用准平行啮合线尔茨堡罗环面蜗杆，该蜗轮蜗杆副是以二次包络环面蜗杆蜗轮蜗杆副和直廓蜗轮蜗杆副基本参数为依据，经过复杂的推理计算得来。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Z2/9(Z2为蜗杆齿数)。(4)蜗轮齿面无脊线，传递运动时不会产生干涉。因此这种蜗杆具有传动承载功率大，动压油涵稳定传动、噪声低、平衡温度低等特征。2263减速器的设计3.1提升电机设计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)。电动机的类型和结构型式应根据电源种类(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。（1）确定功率：P=FV÷1000=(500×9.8×8)÷(1000×60)=0.653（2）传动装置的效率：十字联轴器η1=0.98蜗轮蜗杆传动效率η2=0.4～0.45在本次设计中由于特殊的制造方法，效率大幅度提高,可达η2=0.7一对深沟球轴承的效率η3=0.98227一对圆锥轴承的效率η4=0.98法兰联接的效率η5=0.98ηΣ=0.70×0.98×0.98×0.98×0.98×0.98=0.633电机输出功率：Pd=1.25×P’÷ηΣ=1.25×0.653÷0.633=1.29KW查机械手册取Y系列三相异步电动机型号Y100L—6Y100L—6P=1.5KW效率80.5%，最大转矩2.0N.m的三相异步电动机转速n=940r/min3.2减速器传动比的分配在设计两级或多级减速器时，合理地将传动比分配到各级非常重要。因它直接影响减速器的尺寸、重量、润滑方式和维护等。分配传动比的基本原则是：1)使各级传动的承载能力接近相等(大致相同的齿面接触强度)。2)使各级传动的大齿轮浸在油中的深度大致相等，使润滑简便。3)使减速器获得最小的外形尺寸和重量。根据生产要求及机械合理性，此次设计定转速比为i=50/1滚筒转速nⅡ=940/50=18.8r/min取线速为v=8m/s滚筒直径D=8×1000×50÷(940×3.14)=135.5mm3.3各轴功率计算蜗杆轴PⅠ=Pd=1.29KW蜗轮轴PⅡ=Pd×η2×η3×η42=1.29×0.7×0.98×0.982=0.869kw各轴转速n1=940r/minn2=n1/i=940/50=18.8r/min228各轴扭矩T1=9550×103×P1/n1=8838.8N·mmT2=9550×103×P2/n2=291071.8N·mm3.4蜗杆传动的类型及结构设计3.4.1确定蜗轮蜗杆的传动类型采用直廓环面蜗杆传动，直廓环面蜗杆。选择材料：根据实际生产情况，传递功率不大，速度中等，蜗杆采用40Cr,调质处理,HB265～285,齿圈采用锡青铜ZQSn10-1轮芯为灰铸铁HT100制造。3.4.2确定中心距a及其它参数蜗杆的计算功率：Pc1=PⅠ×KA/(KF×KMP)其中:KA——使用场合系数KF——制造精度系数(7级)KMP——材料配对系数该提升机工作环境在演播大厅,调整时间较短,因此,按每天工作半个小时,工作平稳来选择参数。查表取KA=0.70KF=0.90KMP=0.85Pc1=1.29×0.70÷(0.9×0.85)=0.796KWPc1=1.180KW3.4.3验算滚筒的速度实际传动比i＝50/1工作机滚筒转速n滚筒＝940/50=18.8minr钢丝绳的提升速度10008.185.13514.3100014.3nDV=7.998m/s速度误差229VVV－％＝8998.78％=0.25％合适根据以上值，查手册准平行二次包络环面蜗杆的几何参数和尺寸如下：表3-1蜗杆传动参数表序号名称代号公式或说明结果1中心距a《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）标准选取802齿数比uu＝2z1z503蜗杆头数1z《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－17选取14蜗轮齿数2z《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）齿数比要求选取505蜗杆齿顶圆直径1ad《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16选取366蜗轮轮缘宽度2b同上227蜗轮齿距角＝2z3607.28蜗杆包容蜗轮齿数KK＝102z取整522109蜗杆齿宽包角之半ww＝0.5（K－0.45）16.410蜗杆齿宽1b《机械工程手册/传动设计卷》（第二版）表2.5－16选取4211蜗杆螺纹部分长度L《机械工程手册/传动设计卷》（第