机械设计课程设计-一级蜗轮蜗杆减速器设计F=2.15KN,V=1.1ms,D=400mm（全套图纸）(23页).doc

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1、-机械设计课程设计-一级蜗轮蜗杆减速器设计F=2.15KN,V=1.1ms,D=400mm（全套图纸）-第 23 页机械设计课程设计设 计 说 明 书题 目 一级蜗轮蜗杆减速器设计F=2.15KN,V=1.1m/s,D=400mm 全套图纸加153893706 目 录一、设计任务 1 1、工作条件12、 原始数据 1 3、传动方案 1二、总体设计 2 1、传动方案 2 2、选择电机 4 3、确定传动装置的总传动比和分配传动比 54、减速器各轴转速、功率、转距的计算 6 5、蜗轮蜗杆传动的设计 7 6、轴的结构设计 12 7、轴的校核 16 8、平键联接计算 19 9、滚动轴承校核 20 10、

2、润滑设计 21 11、箱体及附件的设计 22三、设计心得与体会 23四、参考文献 24一设计任务1.方案2：设计一链式运输机上的蜗杆减速器。连续单向运转，连续工作，室内工作，有粉尘，载荷平稳，运输带允许速度误差为5。一班制，使用期限不低于10年，生产批量10台。2.原始数据F=2.15KN,V=1.1m/s,D=400mm运输带拉力F（KN）2.15运输带工作速度V（m/s）1.1卷筒直径D（mm）4003.传动方案 二总体设计1、传动方案：如附图12、选择电动机（1）选择电动机的类型 无特殊要求，电机类型通常选用系列的三相笼型异步电动机，因其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便。（2）选择

3、电动机的容量 设、分别为蜗轮蜗杆传动、一对滚动轴承、联轴器、卷筒的传动效率， 其中 、 则 =0.80.990.9920.96=0.73工作电机所需的功率：（3）确定电动机转速 卷筒工作速度为 圆整取 根据查询机械设计手册，确定一级蜗杆减速器传动比1080故电动机转速的可选范围为：符合这一范围的同步转速有: 1000、1500、3000 r/min。综合考虑电动机和传动装置的情况在确定最后的转速，为降低电动机的重量和成本，可选同步转速为1500r/min。综合考虑电机和传动装置的尺寸、重量、价格、减速器的传动比选择电机型号为Y132S-4其主要参数如下：电动机额定功率5.5kw电动机满载转速1

4、440r/min电动机轴伸出端直径D38mm电动机伸出端安装长度E80mm3、确定传动装置的总传动比和分配传动比： 由于使用的是联轴器，则减速器的传动比为：4、减速器各轴转速、功率、转距的计算（1）各轴转速 蜗杆轴： 蜗轮轴： 卷筒轴： （2）各轴输入功率：蜗杆轴：蜗轮轴: 卷筒轴:Pw= P2=2.960.990.99=2.90KW（3）各轴转矩计算电动机轴转矩：T0=9550Pd/=25Nm蜗杆轴转矩： T1=9550P1/n1=24.74Nm 蜗轮轴转矩： T2=9550P2/n2=533.36Nm 卷筒轴转矩：Tw= 9550Pw/nw=522.55Nm（4） 各轴的运动参数如下表：表

5、2轴名称功率(KW)转速(r/min)转矩(Nm)电动机轴3.77144025蜗杆轴 3.73144024.74蜗轮轴 2.9653533.36卷筒轴 2.90 53522.555.蜗轮蜗杆的传动设计分析：根据蜗杆传动的工作条件，设计闭式蜗杆传动。闭式蜗杆传动具有良好的润滑条件，失效形式为点蚀，其计算准则为按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核（在现场，由于蜗轮轮齿很少发生因齿根弯曲强度不够而断裂，故往往不进行齿根弯曲疲劳强度校核）。由于相对滑动速度很大，必须进行热平衡计算，校核一下蜗杆传动的工作温度是否过高，箱体散热面积是否足够，最后确定制造精度（1）选择材料并确定许用应力

6、查机械设计手册，蜗杆选用45钢，调质处理220240HBS。查机械设计手册，蜗轮选用锡青铜ZCuSn10P1,砂磨铸造； =180Mpa , =56Mpa(单向运转)。 （2）按蜗轮齿面接触疲劳强度设计确定蜗杆头数 z1，蜗轮齿数z2查表，选z1=2，则z2=i z1=27 x 2=54由机械设计手册，初估效率 （3）计算蜗轮转矩（4）确定载荷系数K 查表，取工作情况系数K=1.0，载荷分布系数K=1.0（载荷平稳），取动载荷系数K=1.05，则K= K K K=1.05确定模数m和蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径查表,得m=2500.5mm，m=6.3mm，=63mm则 =m z2=6.3x5

7、4=340.2mm(5)计算中心距确定中心距a=201.6mm （6）计算蜗杆导程角、滑动速度v、蜗轮切向速度v及蜗杆圆周速度因为 tan=m z1 /=0.2所以 =11.3 v=4.84m/s v=0.944m/s 因为 v3m/s,所以 初选K=1.05 合适 （7）计算总效率 根据v=4.84m/s, 查表得， 当量摩擦角=217=2.28（锡青铜蜗轮，蜗轮齿面硬度45HRC）=0.96=0.96=0.7999 与预估效率=0.8 相差不多，无需复核m。 （8）校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度1)确定蜗轮齿形系数 当量齿数z=57.45 根据z=57.45，按插入法，查表得=2.352）确定蜗

8、轮螺旋角系数=1-=0.92 3)复核蜗轮转矩=533.65Nm4）校核蜗轮弯曲强度=21.29Mpa=56Mpa 所以弯曲强度足够 （9）蜗杆、蜗轮各部分尺寸计算 1）蜗杆 头数z=2 轴向齿距P=19.78mm; 经查表， 直径系数q=10 齿顶圆直径d=75.6mm; 齿根圆直径=47.9mm 导程角=11.3；蜗杆轴向齿厚=9.89mm 2）蜗轮 蜗轮齿数z=54. 蜗轮分度圆直径d=m z=340.2mm; 齿顶圆直径d= =352.8mm; 齿根圆直径=325.1mm 蜗轮齿宽 b22m(0.5+)=48.09mm 圆整b2=48mm1Q33 （10）热平衡计算 1）确定室温、允许

9、油温、散热系数K 取=20，=70， K=14W/( 2)计算工作油温t t=49 t, 所以合适。 （11）蜗杆传动润滑方式及精度等级选择 1）确定润滑油粘度及润滑方式 根据v=4.84m/s查机械设计手册，选用润滑粘度为v=350mm/s,润滑方式为油池润滑。 2）确定精度等级 根据v=4.84m/s查教材，选用7级精度。 （12）蜗杆和蜗轮的结构设计，见图纸。6 .轴的设计计算6.1输入轴（蜗杆轴）的设计计算 （1）选择轴的材料，确定许用应力 分析可知此减速器的功率属中、小功率，对材料无特殊要求，故选用 45钢并经调质处理。查表，得强度极限=640Mpa, 许用弯曲应力=60MPa. (

10、2) 按扭转强度估算轴径（最小直径） 查表，得 C=126103 又由式得mm 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故需将估算的轴直径加3%5%，由设计手册取标准直径为20mm。 （3）轴的结构设计 1）轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将蜗轮蜗杆齿部分安排在箱体中央，相对两轴承对称布置，两轴承分别以轴肩和轴盖定位。 2）绘制结构草图 3）确定轴各段直径和长度置直径mm说明联轴器处A220按传递扭矩估算基本直径，另考虑安装联轴器油封处B122为满足带轮轴向固定而设一轴肩，按经验可将轴径增加28mm螺母处CM24安装圆螺母轴承处D225为便于轴承从左端拆装，轴承内径稍大于油封

11、处，并符合圆锥滚子轴承标准内径，取直径为45，查得轴承型号为深沟球轴承6305。E330固定轴承略低于轴承内圈，取为30蜗杆处F585 由于蜗杆的直径与轴的尺寸相近，为了保证强度，故将蜗杆设计在轴上，分度圆直径是85G303与E处相同H225轴承承受轴向力及径向力为便于轴承从右端拆装，轴承内径稍大于油封处，并符合滚动轴承标准内径，取直径为25，查得轴承型号为圆锥滚子轴承30305，背对背安装。I24安装圆螺母 （4）确定各段轴的长度位置轴段长度mm说明联轴器处A46查机械零件设计手册取46油封处B46为便于对轴承盖的拆装和润滑，取为46圆螺母处C 14.5固定轴承，且有止动垫片。D 26.5与

12、轴承厚度配合。E 112根据蜗杆对中性连接段取112mmF 83根据蜗杆结构设计G1112同E段H44安装挡油环及轴承I14.5安装圆螺母与止动垫片（4）传动零件的周向固定轴与联轴器处采用A型普通平键，键的型号为 6.2输出轴（蜗轮轴）的设计计算 （1）选择轴的材料，确定许用应力分析可知此减速器的功率属中、小功率，对材料无特殊要求，故选用 45钢并经调质处理。由表16.1 查得强度极限=637Mpa,再由表16.3得许用弯曲应力=60MPa. (2) 按扭转强度估算轴径（最小直径） 根据表16.2得C=118107。又由式（16.2）得 =（107118）mm=40.1244.25mm 考虑到

13、轴的最小直径处，会有键槽存在，故需将估算的轴直径加3%5%，由设计手册取标准直径为48mm。 （3）轴的结构设计 轴上零件的定位，固定和装配 单级减速器中可将蜗轮蜗杆齿部分安排在箱体中央，相对两轴承对称布置，两轴承分别以轴肩和轴盖定位。 绘制结构草图确定轴各段直径和长度位置轴直径mm说明A50此处安装轴承，因承受轴向及径向力，选用圆锥滚子轴承30210,内径50mmB55为满足带轮轴向固定而设一轴肩，按经验可将轴径增加28mmC64安装蜗轮，此处应低于轴肩。D70为便于轴承从左端拆装，轴承内径稍大于油封处，并符合滚动轴承标准内径，取直径为70mm，选圆锥滚子轴承30212E65固定轴承，稍大于

14、油封处取为65mmF55最小轴径，与链轮配合。（2）确定各段轴的长度位置轴段长度mm说明A57与轴承厚度配合B75满足对中性75mmC70与蜗轮配合，略短于蜗轮厚度取为70mmD10与轴承厚度配合，长度由挡油环补偿，10mm合计取。E9固定轴承，稍大于油封处取为9mmF21最小轴径，与连轴器配合。（3）传动零件的周向固定轴与链轮处采用A型普通平键，键的型号为轴与蜗轮处采用A型普通平键，键的型号为 7.轴的校核7.1蜗杆轴 （1）传递的转矩T=35.34NM（2）轴上的作用力蜗杆上的切向力：蜗杆上的轴向力：F=蜗杆上的径向力：F=Ftan=1465.9N（3）确定轴的跨距左右轴承的支反力作用点到

15、蜗轮力作用点的距离为：107mm,115mm；联轴器到右端轴承的支反力作用点的距离为：84.5mm按当量弯矩较核轴的强度（1）作轴的空间受力图，计算各平面上的弯矩和合成弯矩，及其转矩，如下图所示水平面支反力水平面弯矩垂直面支反力垂直面弯矩合成弯矩（2）、危险面校核当量弯矩：Me=校核：,所以轴的危险面满足强度要求，故前面所得轴的尺寸符合要求。7.2蜗轮轴的校核（1）蜗轮作用力计算转矩T=503.76NmFt=2T2/d2=(圆周力)Fr2=（径向力）F= Ft =（轴向力）（2）求水平面支反力和弯矩按当量弯矩较核轴的强度作轴的空间受力图，计算各平面上的弯矩和合成弯矩，及其转矩，如下图所示水平面

16、支反力水平面弯矩m（3）求垂直面支反力和弯矩垂直面弯矩(4) 合成弯矩（5）判断危险剖面并校核轴径由图可见，B剖面当量弯矩最大，故较核B处轴危险剖面当量弯矩：Me=校核：,所以轴的危险面满足强度要求，故前面所得轴的尺寸符合要求。8. 键联接的校核 蜗杆轴校核：联轴器处的键： 蜗轮轴： 蜗轮处 链轮出9联轴器的选择与校核：联轴器的选择可采用LX2型刚性套柱销联轴器标准=摘自GB/T 4323-2003单位=(mm) 型号=LX2额定转矩Tn(N.m)=560选择满足使用要求 10.润滑设计：润滑和密封的选择润滑的选择、蜗轮传动的润滑由于蜗轮圆周速度V12m/s，所以采用浸油润滑，即将齿轮浸入油中

17、，当齿轮回转时粘在其上的油液被带到啮合区进行润滑，同时由池的油被甩上箱壁，有助散热。为避免浸油润滑的搅油功耗太大和保证齿轮捏合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，一般浸油深度以浸油蜗轮的一个齿高为适度，速度高的还可浅些，但不应少于10mm。轴承的润滑轴承的润滑采用飞溅润滑。此种润滑比较适合圆周速度不高的轴承，因为速度过高会形成油雾，就不利于润滑。密封的选择轴伸出处的密封此处采用毡圈式密封这种方式是利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用，获得防止润滑油漏出和外界杂质灰质等侵入轴承室的密封效果。轴承室内的侧的密封此出采用挡油环来密封挡油环与轴承座孔之间留有不大的间隙，

18、以便让一定量的油能溅入轴承室进行润滑，但却防止过多的油涌入轴承室。11.箱体、机架及附件的设计：机座壁厚为=8mm机盖壁厚为1=8mm机座凸缘厚度为b=1.5=12mm机盖凸缘厚度为b1=1.51=12mm机座底凸缘厚度地脚螺钉直径df=0.03619.2mm，取数目为4轴承离连接螺栓直径d1=0.75df=15mm，取M16机盖与机座连接螺栓直径d2=0.6df=12mm，取M12轴承端盖螺钉直径d3=0.5df=10mm窥视孔盖螺钉直径d4=0.4df=8mm定位销直径d=0.75d2=9mm连接螺栓d2间距l=200mmdf、d1、d2至外机壁距离c1=22mmdf、d2至凸缘边缘距离c

19、2=20mm轴承旁凸台半径R1= c2=20mm外机壁至轴承座端面距离l1= c1+ c2+10=52mm大齿轮与内机壁距离1=20mm齿轮端面与内机壁距离2=15mm机盖、机座肋厚 m1=0.851=6.8mm，取7mmm=0.85=6.8mm, 取7mm轴承端盖外径D2=1.25D+10=1.25*72+10=10mm轴承端盖凸缘厚度t=1.2 d3=1.2*10=12mm轴承旁联接螺栓距离s= D2=100mm设计小结参考文献1机械设计课程设计指导书（第二版） 高等教育出版社 作者：罗圣国等2机械设计基础 高等教育出版社 主编：陈立德3机械设计（第七版） 高等教育出版社 主编：纪名刚4机械设计手册（软件版）