单级蜗杆减速器课程设计大学论文.doc

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1、机械工程学院课程设计说明书机械工程学院机械设计课程设计说明书设 计 题 目： 单机蜗轮蜗杆减速器课程设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 13机制 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 王利华 张丹丹 2016年 7 月 3 日机械工程学院课程设计说明书目 录一、设计任务11.设计题目12.原始数据13.工作条件14.传动系统方案的拟订1二、设计计算21.选择电机21.1电动机的功率21.2电动机转速的选择21.3电动机型号的选择31.4传动比的分配32.计算传动装置的运动和动力参数32.1各轴转速32.2各轴的输入功率32.3各轴的转矩33.蜗轮蜗杆的设计计算43.1选择蜗杆传动类

2、型43.2选择材料43.3按齿面接触疲劳强度进行设计43.4确定许用接触应力53.5计算值63.7校核齿根弯曲疲劳强度73.8验算效率73.9精度等级工查核表面粗糙度的确定83.10蜗杆传动的热平衡计算84.轴的设计计算94.1蜗轮轴的设计计算94.2蜗杆轴的设计计算135.轴承的计算175.1计算输入轴轴承175.2计算输出轴轴承196.键连接的选择的计算206.1蜗杆轴键的计算206.2蜗轮轴上键的选择217.联轴器的校核227.1蜗杆轴联轴器的校核227.2蜗轮轴联轴器的校核228.减速器箱体结构设计228.1箱体结构形式和材料228.2箱体主要结构尺寸228.3减速器的附件249.润滑

3、和密闭说明259.1润滑说明259.2密封说明26三、设计心得27参考文献28一、设计任务1.设计题目 设计用于带式输送机传动装置的单级蜗杆减速器。2.原始数据 输送带工作拉力F=2400N；输送带速度V=0.8m/s；卷筒直径D=300mm。3.工作条件班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用期限10年，小批量生产；允许输送带速度误差为5%;生产条件是中等规模机械厂，可加工78级精度的蜗杆及蜗轮，动力来源是三相交流电（220V/380V）。4.传动系统方案的拟订如图1所示设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机联轴器减速器联轴器带式运输机。优点是传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于繁重及恶

4、劣条件下长期工作。缺点是效率低，发热量较大，不适合于传递大功率。二、设计计算1.选择电机1.1电动机的功率由以知条件可以计算出工作时所需的有效功率 查阅参考文献【2】中表2-2可知 联轴器效率 =0.99 滚动轴承效率=0.98 双头蜗杆效率=0.8 卷筒效率 传动系统总效率 =0.70式中：=0.980.8=0.780.980,99=0.97工作时所需电动机功率为 1.2电动机转速的选择输送机滚筒轴的工作转速为 1.3电动机型号的选择 选取同步转速为750m/s的电动机，根据工作条件，查阅参考文献【2】中表16-1可知，应选择的电动机型号为Y132M，其主要性能参数为额定功率 满载转速 1.

5、4传动比的分配总传动比 2.计算传动装置的运动和动力参数 2.1各轴转速 蜗杆轴 n1=710r/min 齿轮轴 n2=710/14=50.71r/min 卷筒轴 n3= n2=50.71r/min 2.2各轴的输入功率蜗杆轴 p1= 齿轮轴 p2=p1滚筒轴 p3=p2 2.3各轴的转矩 电机输出转矩 =9550=蜗杆输入转矩 =蜗轮输入转矩 =滚筒输入转矩 =将以上算得的运动和动力参数列于表1 表1类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（Nm）传动比i效率电动机轴3710 36.855蜗杆轴3.71371036.4920.70蜗轮轴2.11650.71398.49720滚筒轴1.92

6、950.71 363.283.蜗轮蜗杆的设计计算3.1选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。3.2选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用45钢;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。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式 确定作用在涡轮上的转距 由前面可知=398.497Nm确定载荷系数K 因工作载荷较

7、稳定，故取载荷分布不均系数=1;由参考文献【1】表11-5取使用系数=1.15由转速不高，冲击不大，可取动载荷系数=1，则K=1.15确定弹性影响系数 因用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=160确定蜗杆齿数和蜗轮齿数由参考文献【1】表11-1，初选蜗杆头数为=2蜗轮齿数为=,由于与之间尽量要互为质数，取。3.4确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从参考文献【1】中表11-7查得蜗轮的基本许用应力=268应力循环次数 假设减速器每天工作16小时，每年按300工作日计，则寿命为十年时 应力循环次数 N=60j=60150.7148

8、000寿命系数 = 则 =3.5计算值因=2，从参考文献【1】表11-2中取模数m=8，蜗杆分度圆直径，分度圆导程角蜗杆与蜗轮主要几何参数 中心距蜗杆 轴向齿距 mm直径系数 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆齿宽 取导程角 蜗杆轴向齿厚蜗轮 蜗轮齿数 分度圆直径 =m=蜗轮喉圆直径 齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗轮宽度 取B=64mm3.7校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据，从参考文献【1】中可查得齿形系数因为螺旋角系数 =1-=1-=0.9192许用弯曲应力 从手册中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 =56 寿命系数 =0.7256=故弯曲强度是满足的。 3.8验算效率 已知

9、 ，；与相对滑动速度有关= =3.03m/s由参考文献【1】表11-18可得=0.027，代入式中可得，大于原估计值，因此不用重算。3.9精度等级工查核表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。3.10蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡校核公式：其中：蜗杆传递的名义功率 蜗杆传动的总效率 1箱体散热系数，取箱体散热面积 周围空气的温度 润滑油工作温度的许用值一般取,取 代入上

10、述数据，得，符合要求。4.轴的设计计算4.1蜗轮轴的设计计算4.1.1选择轴的材料及热处理 选用45钢，调质处理。4.1.2求作用在蜗轮上的力轴向力 径向力 圆周力 4.1.3初步确定轴的最小直径根据参考文献【1】表15-3，取,由 输出的最小轴径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查参考文献【1】14-1，考虑转矩变化很小，故取=1.5，则由参考文献【2】表13-9，选用LX3型弹性柱销联轴器,联轴器孔径，故取，由于键槽的存在，故将直径增大10%，取则重新选择联轴器LX4，联轴器与轴配合的长度为，为了保证轴端挡圈只压在联

11、轴器上而不压在轴的端面，故取第一段长度为。4.1.4轴的结构设计 装配方案：右端从左到右依次安装甩油环，滚动轴承，端盖。左端从右到左依次安装蜗轮、套筒、甩油环，滚动轴承、端盖和联轴器。 图2确定轴的各段直径和长度 1段：由上得，； 2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩，则，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，取3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选轴承为圆锥滚子轴承，由于，查参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30311。其尺寸为则甩油盘的长度为12mm,取齿轮距箱体内壁之间的距离为，则第三段轴的长度为4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为，则，

12、该段与蜗轮接合，蜗轮轮毂,为了使套筒能可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取。5段：轴肩高度为，由轴得,故取，则，。6段：，。轴的圆角半径，轴端倒角为。4.1.5求轴上的载荷 先确定轴的支点位置，查参考文献【2】表12-3得，对于30311型轴承，则轴的支承跨度为根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图3所示 图3从轴的结构图和弯矩图中可以看出涡轮中心截面C为轴的危险面。现计算截面C处的各数值对水平面H对垂直面V总弯矩 扭矩为4.1.6按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取, 轴的计算应力为以选定轴

13、的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1】表15-1查得=，因此,故安全。4.2蜗杆轴的设计计算4.2.1选择轴的材料及热处理 选用45钢，调质处理。4.2.2求作用在蜗杆上的力轴向力 径向力 圆周力 4.2.3确定轴的最小直径根据参考文献【1】表15-3，取,由的最小轴径显然是安装联轴器处的直径 最小轴径显然是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查参考文献【1】14-1，考虑转矩变化很小，故取=1.5，则由参考文献【2】表13-9，选用LX1型弹性柱销联轴器,联轴器孔径，故取，联轴器与轴配合的长度为，为了保证轴端挡圈只压在联轴

14、器上而不压在轴的端面，故取第一段长度为。4.2.4轴的结构设计 装配方案：右端从左到右依次安装套杯、滚动轴承，挡圈，止动垫圈，圆螺母，端盖，左端从右到左依次安装套杯、滚动轴承、挡圈，套筒，端盖和联轴器。 图4确定轴的各段直径和长度 1段：由上得，； 2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩，轴肩高度为，由轴，查参考文献【1】表14-2，得,故取，则，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，端盖与联轴器间的距离为25mm，再初选套筒长度为20mm取3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选轴承为圆锥滚子轴承，由于，查参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30305.其尺寸为 则，选

15、取该段长度为4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为，则，取该段长度为10mm，。5段：5段轴的直径与3段轴的直径相同，即，取该段长度为6段：其长度与蜗杆齿宽一致，取，。7段：该段轴的直径与5段轴的直径相同，即，取该段长度为8段：该段轴与4段轴一致，9段：该段轴与4段轴一致，10段：该段安装止动垫圈和圆螺母，取 轴的圆角半径，轴端倒角为。4.2.5求轴上载荷 先确定轴的支点位置，查参考文献【2】表12-3得，对于30305型轴承 ，则轴的支承跨度为根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图5所示 图5从轴的结构图和弯矩图中可以看出截面C为轴的危险面。现计算截面C处的各数值对

16、水平面H对垂直面V总弯矩 扭矩为按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取, 轴的计算应力为以选定轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1】表15-1查得=，因此,故安全。5.轴承的计算5.1计算输入轴轴承初选两轴承为30305型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷=46.8KN基本额定静载荷，受力分析如图6所示 图6由以上计算结果可知 则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷和 由参考文献【1】表13-5可知对轴1： 对轴2： 因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表13-6得，取则

17、验算轴的寿命以为所以按轴承2的受力大小验算减速器的设计寿命为，故所选轴承寿命满足要求。5.2计算输出轴轴承初选两轴承为30311型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷=152KN基本额定静载荷=188KN，受力分析如图7所示 图7由以上计算结果可知 则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷和因为 由参考文献【1】表13-5可知对轴1： 对轴2： 因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表13-6得，取则验算轴的寿命以为所以按轴承2的受力大小验算减速器的设计寿命为，故所选轴承寿命满足要求。6.键连接的选择的计算6.1蜗杆轴键的计算6.1.1键的选择 联轴器与轴的周向定位采

18、用双圆头平键连接，按，由参考文献【1】表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长。6.1.2键的校核普通平键连接的强度条件为由上得查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许用压力为，故取，满足，该键满足要求。6.2蜗轮轴上键的选择6.2.1键的选择 蜗轮轴上蜗轮、联轴器与轴的周向定位都采用双圆头平键连接。按，由参考文献【1】表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工长；6.2.2键的校核 普通平键连接的强度条件为计算得 查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许用压力为，故取， 满足，该键满足要求。7.联轴器的校核7.1蜗杆轴联轴器的校核 电动机与蜗杆轴之间的联轴器型号为LX1

19、，查参考文献【2】表13-9可知，LX1的公称转矩为，许用转速为，而蜗杆轴的转矩为，转速为 联轴器的计算转矩则 ， 故联轴器满足要求。7.2蜗轮轴联轴器的校核 蜗轮轴与卷筒轴之间的联轴器型号为LX4，查参考文献【2】表13-9可知，LX4的公称转矩为，许用转速为 ，由以上计算可知 ，则 ， 故联轴器满足要求。8.减速器箱体结构设计8.1箱体结构形式和材料蜗杆圆周速度为，由于，则采用下置式蜗杆减速器。箱体材料为HT150。8.2箱体主要结构尺寸 由参考文献【2】表5-1，得出表2：名 称符 号 尺 寸 关 系 计 算 结 果机座壁厚0.04a+3810机盖壁厚10机座凸缘厚度 b1.515机盖凸

20、缘厚度 15机座底凸缘厚度 p2.525地脚螺钉直径 0.036a+1214.56取 M16地脚螺钉数目 n44轴承旁连接螺栓直径 13.25取 M16机盖与机座连接螺栓直径 9.02取 M10轴承端盖螺钉直径 8.83取 M8窥视孔盖螺钉直径7.06取 M8轴承端盖外径D2轴承座直径+（55.5）杆：128轮：170定位销直4径 d8联接螺栓间距 LL=150-200150mm蜗轮外圆与内机壁距离 1.215蜗轮轮毂端面与内机壁距离 12机盖机座肋厚 、m0.850.851010轴承端盖凸缘厚度 e（11.2）10外机壁到轴承端面的距离L1c1+c2+(58)36蜗轮离顶壁距离SSS1.21

21、2取15mm 表28.3减速器的附件 8.3.1观察孔及观察孔盖 为了方便维修和观察减速箱内部的结构，在箱体顶端设置了观察孔及孔盖。根据箱体的情况选取材料为HT200，其尺寸如表3所示：mm907560705540745 表38.3.2通气器 减速器工作时,箱体温度升高,气体膨胀,压力增大,对减速器各接缝面的密封很不利,故常在箱盖顶或检查孔盖上装有通气器 根据箱体的情况选取材料为Q235的通气塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-9可知，如表4所示：mmdDD1SLlaM201.53025.422281546 表48.3.3油塞 为了换油及清洗箱体时排出油污,在箱体底部最低位置设有排油孔,通常设

22、置一个排油孔,平时用油塞及封油圈堵住，根据箱体的情况选取材料为Q235的油塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-14可知，如表5所示：mmdDeslhbRCM201.530242130152411 表58.3.4起吊装置为了方便、经济，起吊装置采用吊耳，选取材料为HT200，其尺寸根据参考文献【2】表14-12可知，如表6所示：mmc3c4bRrr1456020601210 表69.润滑和密闭说明9.1润滑说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆采用浸油润滑，由于油面不应超过滚动轴承最下面滚动体的中心线，故应在蜗杆轴上安装甩油板，润滑油使用50号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为

23、轴承转速v1500r /min，所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。9.2密封说明 在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。 =1 =1.15=1=1.15 =2 =29 =268N = =m=8蜗杆 蜗轮 B=64mm =3.03m/s 蜗轮轴蜗杆轴蜗杆轴采用30305型圆锥滚子轴承=46.8KN 蜗轮轴采用30313型圆锥滚子轴承=152KN=188KN 联轴器与轴的周向定位采用双圆头平键连接联轴器与轴的周向定位采用双圆头平键连接蜗轮轴上蜗轮与轴的周向定位采用双圆头平键连接电动机与蜗杆轴之间的联

24、轴器型号为LX1蜗轮轴与卷筒轴之间的联轴器型号为LX4蜗杆圆周速度为三、设计心得 长达三个星期的课程设计终于要告一段落了，虽然占用了很多期末复习的时间，但是现在回想起来总体感觉是获益良多。难得有这种机会和同学们一起在一间教室共同学习，大家交流沟通解决所遇到的问题，这种亲密的合作和适当的竞争感确实让人奋进，除了在这段时间我所学到的知识外，其经历本身就是宝贵的财富，让人对工作中的团队合作精神有了更多的体悟。 回到课程设计本身，在设计计算绘图的过程中，那些平常生涩抽象的知识点都一一具体化，并且变得更加具有逻辑感。事实上，在长达一个多星期的计算过程中，因为前面出现失误而在后面的计算时发现并重新推倒重新

25、推算的情况时有发生，也幸亏如此，才能更好的理解在课程设计遇到的问题的整体性和其中内含的逻辑性，而逻辑性正是我们从事机械行业所不可获取的品质之一。而在后续的画图过程中，又在逼迫我们重新检验计算的结果，并对忽视的一些数据重新计算，这样才保证了绘图的准确性。虽然只是设计到一些很浅薄的设计知识，但是确实是良好开端的第一步，我们需要学习的东西真的还有很多很多。 感谢感谢王利华老师、张丹丹老师的指导，也感谢在这三个星期不厌其烦地回答我问题的各位同学，良师益友，不外如是。 参考文献【1】濮良贵,陈定国,吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2013【2】唐增宝，常建娥.机械设计课程设计M.武汉：华中科技大学出版社，2015【3】王利华.机械设计实践教程M.武汉：华中科技大学出版社，201227