机械课程设计涡轮蜗杆减速器

机械设计基础课程设计课程设计计算说明书学生姓名 冉玉祥 学 号 8031210231 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化专业 班 级 农机 14-2 班 指导教师 李传峰 日 期 2012-6-06 2目 录一 设计题目-5二 电动机的选择-6三 计算传动装置运动和动力参数-7四 传动零件的设计计算-9五 轴的设计及校核-13六 滚动轴承的校核-20七 键联接的选择和验算-22八 联轴器的选择计算-23九 润滑与密封-24十 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸-25十一 设计总结-27参考文献-273机械设计课程设计任务书一、课程设计的目的和意义机械设计基础课程设计是相关工科专业第一次较全面的机械设计练习，是机械设计基础课程的最后一个教学环节。其目的是：1、 培养学生综合运用所学的机械系统课程的知识去解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。2、学习机械设计的一般方法和简单机械传动装置的设计步骤。3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。4、机械设计基础课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。二、课程设计的内容和份量1、题目拟订一般选择通用机械的传动装置作为设计的课程，传动装置中包括齿轮减速器、带传动、链传动、蜗杆传动及联轴器等零、部件。传动装置是一般机械不可缺少的组成部分，其设计内容既包括课程中学过的主要零件，又涉及到机械设计中常遇到的一般问题，能达到课程设计的目的。（具体题目附在任务书的后面）2、内容总 体 设 计 、 主 要 零 件 的 设 计 计 算 、 减 速 器 装 配 图 和 零 件 工 作 图 的 绘 制 及 设 计 计算 说 明 书 的 编 写 等 。 3、 份 量减 速 器 装 配 图 一 张 (AO或 A1图 纸 )， 零 件 工 作 图 二 张 （ 齿 轮 减 速 器 为 输 入 或 输出 轴 、 蜗 杆 减 速 器 为 蜗 杆 轴 一 张 ， 齿 轮 或 蜗 轮 一 张 。 ） 设 计 计 算 说 明 书 一 份 。三 、 课 程 设 计 的 步 骤 和 进 度课 程 设 计 的 具 体 步 骤 为 ：1、 设 计 准 备认 真 阅 读 设 计 任 务 书 ， 明 确 设 计 要 求 、 工 作 条 件 、 内 容 和 步 骤 ； 通 过 阅 读 有 关 资料 、 图 纸 ； 参 观 实 物 和 模 型 ， 了 解 设 计 对 象 ； 准 备 好 设 计 需 要 的 图 书 、 资 料 和 用 具 ；拟 定 设 计 计 划 等 。2、 传 动 装 置 的 总 体 设 计确 定 传 动 装 置 的 传 动 方 案 ； 计 算 电 动 机 的 功 率 、 转 速 ， 选 择 电 动 机 的 型 号 ； 计 算传 动 装 置 的 运 动 和 动 力 参 数 (确 定 总 传 动 比 ； 分 配 各 级 传 动 比 ， 计 算 各 轴 的 转 速 、 功率 和 转 矩 等 )；3、 传 动 零 件 的 设 计 计 算减 速 器 以 外 的 传 动 零 件 设 计 计 算 (带 传 动 、 链 传 动 )； 减 速 器 内 部 的 传 动 零 件设 计 计 算 (如 齿 轮 传 动 等 )。4、 减 速 器 装 配 草 图 设 计绘 制 减 速 器 装 配 草 图 ， 选 择 联 轴 器 ， 初 定 轴 径 ； 选 择 轴 承 类 型 并 设 计 轴 承 组 合 的结 构 ； 定 出 轴 上 受 力 点 的 位 置 和 轴 承 支 点 间 的 跨 距 ； 校 核 轴 及 轮 毂 联 接 的 强 度 ； 校 核轴 承 寿 命 ； 箱 体 和 附 件 的 结 构 设 计 。5、 工 作 图 设 计零 件 工 作 图 设 计 ； 装 配 工 作 图 设 计 。46、 整 理 编 写 设 计 计 算 说 明 书整 理 编 写 设 计 计 算 说 明 书 ， 总 结 设 计 的 收 获 和 经 验 教 训 。下 面 列 表 各 阶 段 所 占 总 工 作 量 的 大 致 百 分 比 ， 以 及 完 成 的 参 考 时 间 ：四、课程设计的基本要求1、认真、仔细、整洁。2、理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理、实用、经济、工艺性好。3、正确处理继承与创新的关系，正确使用标准和规范。4、学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。5、所绘图纸要求作图准确、表达清晰、图面整洁，符合机械制图标准；说明书要求计算准确、书写工整，并保证要求的书写格式。（关于设计计算说明书的编写要求附在任务书后面）序 号 设 计 内 容占 总 设 计 工 作 量 的百 分 比 完 成 阶 段 设 计 的参 考 时 间1234567传 动 装 置 的 总 体 设 计传 动 零 件 的 设 计 计 算减 速 器 装 配 草 图 设 计装 配 工 作 图 设 计 零 件 工 作 图 设 计整 理 编 写 设 计 计 算 说 明 书答 辩774025885第 1-2 天第 3 天第 4-5 天第 6-9 天 第 10 天第 11-13 天第 14-15 天 5一 课程设计题目设计一用于带式运输机的蜗杆减速器。运输机连续工作，空载启动，工作有轻微震动，单向运转使用期限 15 年，每天工作 16 小时，每年工作 300 天。运输带速度允许误差在5%。原始数据：运输带拉力：F=3500N运输带速度 v=1.5m/卷筒直径： d=400mm27二 电动机的选择2.1 选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。2.1 选择电动机的容量估算由电动机至运输带的传动的总效率为 3421a根据实验指导书查得为联轴器的传动效率初选1 98.01为轴承传动的传动效率2 2为蜗杆的传动效率3 .3为卷筒的传动效率4 960472.8.98.032a电动机工作所需的工作效率为： kwaPd其中 ，因此kwFvP10 kwFv97.32.01.102.2确定电动机由已知可以计算出卷筒的转速为 min2.67405.66rDvn按机械设计基础推荐的合理范围，蜗杆传动选择为闭式 （闭式为减速器的结构形式） ，且选择采用双头传动，同时可以在此表中查得这样的传动机构的传动比是 840。故可推算出电动机的转速的可选范围为： min68i.137min20.1674 rrrnia 查机械设计手册 ，符合这一范围的同步转速为：, mi150ri3r根据容量和转速，由机械设计手册查出的电动机型号，因此有以下三种传动比选择方案，如下表：72.0a5表 1 电动机的主要性能方案电动机型号额定功率 kw同步转速 minr满载转速 ir电动机质量 kg最大转矩1 Y160M1-2 11 3000 2930 117 2.32 Y132S2-2 7.5 3000 2900 70 2.33 Y132M-4 7.5 1500 1440 81 2.3综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比，可见第二种方案比较合适，因此选定电动机的型号是 Y132S2-2。该电动机的主要外型和安装尺寸如下表：（装配尺寸图参考机械设计手册 ）表 2 电动机的外型及尺寸中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸 装键部位尺寸132 475345315216140 12 3880 10412.3 确定总的传动比由选定的电动机满载转速 nm 和工作机的主轴的转速 n，可得传动装置的总的传动比是：34.1720.69nima在 1530 范围内可以选用双头闭式传动。三 计算传动装置运动和动力参数3.1计算各轴的转速为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速。n1为蜗轮的转速，由于和工作机联在一起，其转速等于工作主轴的转速。2min901rmin24.167r3.2 计算各轴的输入功率为电动机的功率 pd kwpd9.蜗杆轴的功率 d14.798.02711 34.17ikwp14.70.15kwp07.9.14721蜗轮轴的功率 6.58.312 k092工作机主轴的功率 wp4.58.605123k9.2 3.3 计算各轴的转矩为电动机轴上的转矩 Td mNnpmdd 310.241029.7590（1）输入转矩：蜗杆轴上的转矩 T 311 105.2109524.7095工作机主轴上的转矩 mNpn.324.167322卷筒轴转矩T333 105.24.16790950（2）输出转矩：蜗杆轴上的转矩 mNnp 311 106.2109527.095工作机主轴上的转矩 PT 78.319024.67950095 322kwp6.520.k493mNT3105.2mNT102.3235.mNT3106.21078.9325表 3 各轴动力参数表四 传动零件的设计计算4.1 选择蜗杆类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI） 。4.2 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；而又希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC；蜗轮选用铸锡青铜（ZCuSn10P1）,砂模铸造；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（HT150）制造。4.3 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。由机械设计基础式（12-9）则传动中心距为 322)(HEZKTa（1） 确定轮上转矩由 ,查表机械设计基础12-2，取17i 3412iz由 查表 12-8 得 ，取 ，则2z 8.075.80.m3264929.71.9105.932162 NniPT功率 P/kw 转矩 T/(Nm)轴名 输入 输出 输入 输出转速n/(r/min)效率 传动比 i电动机轴 7.29 24.00 2900 0.98 1蜗杆轴 7.14 7.07 23.51 23.16 29000.80 11.3蜗轮轴 5.66 5.60 323.21 319.78 167.24卷筒轴 5.49 5.43 313.50 310.07 167.24 0.98 1326490T5（2）确定接触系数 Z假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为 =0.4，从机械设计基础图ad112-11 中查得 =2.8（3）确定使用系数 因工作是有轻微振动，冲击不是很大，可选取使用系数 1.AK（4）确定综合弹性系数 EZ因为选用的是锡磷青铜（ZCuSn10P1）的蜗轮和 45 刚蜗杆相配，故 150EZ（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，可从机械设计基础表 12-4 查得蜗轮的基本许用应力 =220MPaH（6）计算寿命系数