单级蜗杆减速器设计机械课程设计说明书.doc
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1、 . 机械设计课程设计设计题目:单级蜗杆减速器设计学 院:机 械 工 程专 业:车 辆 工 程班 级:机 自 106 - 36 - / 37目 录第一章 设计任务书- 2 -第二章 传动方案选择- 3 -第三章 选择电动机的选择,确定传动方案与计算运动参数- 3 -第四章 传动装置的运动与动力参数的计算- 5 -第五章 涡轮蜗杆的尺寸设计- 7 -第六章 轴的设计计算与校核- 11 -第八章 绘制草图- 18 -第九章. 箱体的设计- 26 -第十章轴承等相关标准件的选择- 27 -第十一章 减速器结构与润滑等概要说明- 31 -第十二章 设计小结- 33 -第十三章参考文献- 35 -第一章
2、 机械设计课程设计任务书姓 名周玉东学号1008030134组号23组方案方案2设计题目带 式 运 输 机 传 动 装 置 设 计原始数据运输带拉力F= 2900(N) 运输带速度V= 1(m/s) 滚筒直径D= 410 (mm)运输机使用期5年、两班制工作、单向运转、工作平稳、运输带速度允许误差5%、减速器由一般规模厂中小批量生产。传动装置方案见机械设计课程设计附录208页,可任选一方案:方案1:皮带单极直齿圆柱齿轮传动方案2:皮带单极斜齿圆柱齿轮传动 方案3:两级展开式直齿圆柱齿轮传动方案4:两级展开式斜齿圆柱齿轮传动方案5:蜗轮蜗杆传动工作量1、设计说明书 1份70009000字,按标准
3、格式书写(手写或电子版)2、减速器装配图草图 1A1图,手工绘3、减速器装配图 1A1图,电脑绘4、任一轴零件图 1A3图,手工绘图5、任一齿轮零件图 1A3图,手工绘图参考书1、机械设计课程设计,周元康等编,大学,2001年2、机械设计,濮良贵等编,高等教育,2006年组 号F(N)V(m/s)D(mm)组 号F(N)V(m/s)D(mm)组 号F(N)V(m/s)D(mm)115001.102201025001.104001933000.80400217001.855001125001.504502032000.85410320000.803501225001.603202131000.9
4、0420420001.203001328001.402752230000.95400520001.703001430001.104002329001.00410622000.903201530001.502502428001.10420722001.604501630000.802502527001.10430823001.103001733001.204002626001.20400925001.003001840001.604002725001.20410各设计小组原始数据 (每组数据供2人使用)第二章 传动方案选择2.1 传动方案的选择该工作机采用的是原动机为Y系列三相笼型异步电动机,三
5、相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机,电压380 V,其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便;另外其传动功率大,传动转矩也比较大,噪声小,在室使用比较环保。因为三相电动机与输送带工作时都有轻微振动,所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用,以减少振动带来的不必要的机械损耗。总而言之,此工作机属于小功率、载荷变化不大的工作机,其各部分零件的标准化程度高,设计与维护与维修成本低;结构较为简单,传动的效率比较高,适应工作条件能力强,可靠性高,能满足设计任务中要求的设计条件与环境。第三章 选择电动机的选择,确定传动方案与计算运动参数3.1 电动机的选择 (1)选择电动机的类型按工作要求和条件选
6、取Y系列,一般用途全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机。3.2 选择电动机容量 (1)工作机各传动部件的传动效率与总效率(根据机械设计课程设计表2.3选取相关的效率):其中:为联轴器的效率,为0.995;为每对滚动轴承轴承的效率,为0.99, 涡轮蜗杆的传动效率效率为0.8;其中为卷筒的传递效率,为0.96.所以减速机构的总效率:=0.990.990.960.990.8=0.75 (2)选择电动机的功率所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,则不能保证工作机的正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏;容量过大,则增加成本,并且由于效率和功率因数低而造成电能浪费。
7、电动机所需的功率 : 式中:工作机要求的电动机输出功率,单位为:KW;电动机至工作机之间传动装置的总效率;工作机所需输入功率,单位为:KW;输送机所需的功率:1000=29001.0(10000.75)=3.87kW;查机械设计课程设计表2.1,选取Y112M2电动机,其主要参数如下:电动机额定功率P4kW电动机满载转速960r/min电动机轴伸出端直径38k6电动机伸出端安装长度803.3 方案选择根据传动装置的工作特性和对它的工作要求并查阅资料机械设计课程设计,可选择单级涡轮蜗杆闭式减速器传动方案,如图3.1示的传传动示意图。图3.1 涡轮蜗杆传动装置方案 1-电动机 2-联轴器 3一蜗轮
8、和蜗杆 4-螺旋输送机 5-单级涡轮蜗杆减速器3.4 传动比的选择 (1) 总的传动比: 运输与驱动卷筒转速:=60=46.6r/min 总传动比:由参考文献机械设计课程设计可知,单级涡轮蜗杆减速器一般传动比的围为740,所以所计算的传动比在合理的围,即传动比合理可用。第四章 传动装置的运动与动力参数的计算4.1 各轴转速计算 (1)实际总传动比与各级传动比配置:由于是蜗杆传动,传动比都集中在蜗杆上,其他不分配传动比。则总传动比: =96046.6=20.6 (2)各轴转速:蜗杆轴转速:因为和电动机用联轴器连在一起,故其转速等于电动机转速,则: =960r/min蜗轮轴转速:由于和工作机用联轴
9、器相连在一起,其转速等于工作机主轴转速,则:=52.52r/min4.2 各轴输入功率计算 按电动机额定功率计算各轴的输入功率,设为蜗杆轴的输入功率,为涡轮轴的输入功率,为工作几周的输入功率蜗杆轴功率: 蜗轮轴功率:卷筒轴功率:4.3 各轴输入转矩计算电动机轴转矩:蜗杆轴转矩: 蜗轮轴转矩:卷筒轴转矩:表4-1 各轴动力参数表轴名功率P/kw转矩T/(Nmm)转速n/(r/min)效率传动比i电动机轴439791.679600.9951蜗杆轴3.9839592.719600.820.6蜗轮轴3.15216645989.8746.60.961卷筒轴2.981610913.0946.6第五章 涡轮
10、蜗杆的尺寸设计5.1 选择蜗杆类型根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。5.2 材料选择考虑到蜗杆传动的功率不大,速度中等,故蜗杆采用45刚;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HRC;蜗轮选用铸锡磷青铜(ZCuSn10P1),金属模铸造;为了节约贵重有色金属,仅齿圈用青铜铸造,而轮芯用灰铸铁(HT100)制造。5.3 按齿面接触强度设计根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行计算,再校核齿根弯曲疲劳强度。由机械设计式(11-12)则传动中心距为: (1)确定轮上转矩按=:2,效率为0.8,则 (2)确定载荷系数K 因工作是有
11、轻微振动,故取载荷分布不均匀系数,由机械设计表11-5选取使用系数,由于转速不是很高,冲击不大,可选取动载荷系数,则 K=11.0511.05 (3)确定弹性影响系数因为选用的是锡磷青铜(ZCuSn10P1)的蜗轮和45刚蜗杆相配,故 (4)确定接触系数先假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为=0.35,从机械设计图11-18中查得=2.9 (5)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为锡磷青铜(ZCuSn10P1),金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从机械设计表11-7查得蜗轮的基本许用应力 =268MPa。应力循环次数N=60=60146.6(5)=6.72寿命系数 =,则=0.78812
12、68=211.2108MPa (6)计算中心距a=取中心距a=160mm,因为=20.6,故从表11-2中选取模数m=6.3 mm,蜗杆分度圆直径d1=63mm,这时d1/a=0.393,从机械设计图11-18中可查得=2.76,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 蜗杆头数: 轴向齿距:; 直径系数:q=10.00; 齿顶圆直径:=63+126.3=75.6mm; 齿根圆直径:=63-2(16.3+0.25)=49.9mm; 分度圆导程角:=(右旋) 轴向齿厚:=19.7922=9.891mm。 蜗轮蜗轮齿数:=41;变位系数=-0.1032;验算传动比:=20
13、.5,这时传动误差为是允许的。 涡轮螺旋角:(右旋) 蜗轮分度圆直径:;蜗轮喉圆直径:=+=258.3+2(1-0.1032)6.3=269.6mm;蜗轮齿根圆直径:=+=258.3-2(1+0.25+0.1032)6.3=243.85mm;蜗轮咽喉母圆半径:=a-=25.2 蜗轮轮缘宽度: 取b=50mm。 而且取中心轮毂宽度为100mm。具体结构如下图所示:图5.1涡轮的形状结构简图5.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数:=根据=-0.1032,=84.059,从机械设计图11-19中可查得齿形系数2.52 螺旋系数=许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用
14、弯曲应力=56MPa寿命系数:=560.626=35.056MPa所以:=因为=23.48MPa=56MPa,弯曲强度校核满足要求。5.6 验算效率已知=11.31,=,与相对滑移速度有关从机械设计表11-18中用插值法查得=0.0271,=1.54756代入上式得。大于原估计值,因此不用重算。5.7 热平衡计算 (1)估算散热面积AA= (2)验算油的工作温度ti 室温:通常取。 散热系数=:取Ks=17.5 W/(); 啮合效率; 轴承效率0.980.99,取轴承效率 2=0.99; 搅油效率0.940.99,搅油效率3=0.98;所以:=123=0.880.990.98=0.8580 故
15、油温未超过限度,安全可用5.8 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所涉与的蜗杆传动是动力传动,属于机械减速器。从GB/10089-1988圆柱蜗杆,蜗杆精度中选择8级精度,侧隙种类为f,标注为8f, GB/T 10089-1988。蜗杆与轴做成一体,即蜗杆轴。蜗轮采用轮箍式,与铸造贴心采用H7/r6配合,并加轴肩和螺钉固定(螺钉选用6个)。第六章 轴的设计计算与校核6.1 蜗杆轴的设计图6-1 蜗杆轴草图 由于蜗杆的直径很小,可以将蜗杆和涡轮轴做成一体,机涡轮轴的形式。 (1)选择轴的材料与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,轴主要向蜗轮传递转矩,其传递的功率不大,对其重量和
16、尺寸无特殊要求,故涡轮和蜗杆轴的材料均可选择常用的45钢,调质处理。查机械设计(表15-1)硬度HBS=217 255Mpa,强度极限=640 Mpa,=355Mpa,=275Mpa,=155Mpa,b=60Mpa。 (2)求蜗杆轴上的功率、转速和转矩由第3章可知 ,。 (3)求作用在蜗杆上的力因已知蜗杆的分度圆直径为63mm,则 切向力: 轴向力: 径向力: (4)初步确定轴的最小直径 查机械设计(表15-3)先初步校核估算轴的最小直径,取A。=120 轴的最小直径为,为了使所选的轴直径与联轴器孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩,查机械设计表141,考虑到转矩变化小,取=1
17、.5。所以: 按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件,查找标准GB/T51042003手册或机械设计课程设计(周元康, 林昌华 海兵 主编)表6.9,选用TL5弹性套柱销联轴器。其公称转矩为125Nm,半联轴器的孔径取30mm,半联轴器的长度L为62mm,与轴配合长度为L1=44mm 。故可取轴的KL段的直径为mm,轴段长度为LKL=42mm (5)轴的结构设计 1拟定装配方案蜗杆直接和轴加工成一体,左轴承与轴承端盖从左面装,右轴承与右轴承端盖从右面装,最小端装联轴器。 2根据轴向定位要求确定各段的直径与部分长度1)为了满足半联轴器的轴向定位,KL轴段左端需制出一轴肩来定位半联轴器,根据定位
18、轴间的高度要求。故取=34mm,且为了保证轴端挡圈只压在联轴器上,而不压在轴的端面上,故可取=42mm。2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向和轴向力的作用,故可选用角接触球轴承。由已知条件知道工作时间是5年,每天两班制工作,根据规定,每年按300天计算,则额定工作寿命为考虑最不利的情况,单个轴承所受的径向力为向心轴承只承受径向载荷时: 有机械设计式136知基本额定静载荷为查机械设计表134,136可得: 所以:再结合=34以与涡轮蜗杆考虑要使用套杯与两个一样轴承在同一端且外圈窄边相对的选择条件,从机械设计课程设计中查表5.10。可取轴承的型号为:7208C(两个)和7308C(一个)轴承型
19、号外形尺寸(mm)安装尺寸(mm)基本额定动载荷基本额定静载荷dDBda minDamaxa7208C40801847731736.825.87308C409023498118.540.232.3所以mm ;由于AB段是要装两个7208C的轴承,且中间要加一个间隔环来分开两个轴承,且在左端要用一个轴端螺钉来固定轴端也可固定轴承,故可取AB段的长度为=35mm,再取IJ段可以适当的取得比7308C的宽度略大mm即可,且要考虑添加一个溅油轮来润滑,在HI段与IJ段之间要添加一个非定位轴肩,根据非定位轴间的高度要求mm ,和要增加键的条件(尺寸要增大()d),而且溅油轮的轮毂长度要比HI轴段长度略长
20、,故可取=26mm。由于非定位轴肩的要求可取mm,因为对称的关系,故mm ;再由于GH是一段定位轴肩,故可根据定位轴肩的要求取mm ;同样的由于对称的关系可取mm ;由于蜗杆的齿根圆直径是49.9mm ,故可以取BC、DE、FG、HI这四段的各段径向尺寸一样均为44mm;且蜗杆轴的蜗杆部分的径向尺寸为蜗杆的分度圆直径,即mm 。因此各轴段的径向尺寸基本确定。各段的径向数据如下表所示:轴段ABBCCDDEEFFGGHHIIJJKKLd/mm40445644634456444036303轴上零件的周向定位为了保证良好的对中性,与轴承圈配合轴径选用H7/m6配合,轴承外圈与套杯采用H7/k6的配合。
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