课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计

课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计前言国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求.国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。当今的减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展本设计是蜗轮蜗杆减速器的设计。设计主要针对执行机构的运动展开。为了达到要求的运动精度和生产率，必须要求传动系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作.该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括传动件的设计，执行机构的设计及设备零部件等的设计。该减速器机体全部采用焊接方式，因此本减速器不仅具有铸造机体的所有特点还具有如下优点：(1)结构简单(没有拔模角度、铸造圆角、沉头座)、不需要用木模，大大简化了设计和毛胚的制造；(2)由于钢的弹性模量E及切变模量G要比铸铁大40%—70%,焊接机体的刚度较高；(3)焊接机体的壁厚通常取为铸造机体的0.7—0.8倍，且其他部分的尺寸也可适当减小，故通常焊接机体比铸造机体轻1/4左右。因而，近年来，焊接机体日益得到广泛应用，尤其是在单间和小批量生产中。g课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计一击蜗杆蜗轮减速器是减速器的一种形式，这篇一击蜗杆蜗轮减速器的设计说明书主要是将以及蜗杆蜗轮减速器的全部设计过程表达了出来。整个设计过程按照理论公式和经验公式计算，最终得到较为合理的设计结果。在设计说明书中，首先，从总体上对动力参数进行了计算，对设计方案进行了选择；再次，对减速器的传动部分进行了设计，具体的说就是对蜗杆和涡轮轴的设计计算与校核计算；最后，对整个减速器的箱体、联接部分，键及轴承，还有润滑方式等细节进行了完善。通过这次课程设计发现在设计的过程中容易反复计算，费时费事，而且设计精度不高，在装配阶段容易暴露计算过程的不完善。所以，对于减速器的设计还有许多有待改进的地方。关键字：减速器，蜗杆蜗轮，单列圆锥滚子轴承，焊接机体。ABSTRACTAssoonasstrikesthewormbearingadjustethewormbearingadjusterInthedesigniore,hascarriedonthedesigntoreductiongear'stransmissionpart,tobespecificisandexaminesthecomputationtothewormbearingadjusterandturboshaft'sdesigncalculation;Finally,totheenti.er.du课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计ctiongear'sboxbody,jointpart,keyandbearing,butalsohaddetailstocarryontheconsummation。oEasytocalculaterepeatedlythroughthiscurriculumprojectdiscoveryinthedesignproc.wormbearingadjusterwormgear,singlerowcircularconerollerbearings,we1dingorganism。第一章设计任务…………………4第二章传动装置总设计…………5第三章传动零件的设计计算……………9第四章轴的设计………………14第五章键的校核…………………21第六章轴承的校核……………23第七章减速器箱体及其他附件的设计……26第八章设计小结……28第九章参考资料…………28课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计一、设计任务1、设计题目：带式运输机用一级蜗杆蜗杆减速器2、设计背景两班制，连续单向运转，载荷较平稳，空载启动，室内工作，有粉尘，环境最高温度35度.使用期限8年，检修间隔期为：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修.小批量生产，运输带速度允许误差±5%3、参数选择：输送带工作拉力输送带工作速度V(m/s)滚筒直径D(mm)工作机效率4、设计任务：4。1总装配图1张(AO),比例尺1:1(1:1。25)4。2设计主要零件，完成两张零件工作图(A3).4.3编写设计说明书.课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计二、传动装置总设计1、传动方案的拟定根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线：电动机一联轴器一减速器一联轴器-带式运输机.(如图一所示)根据设计要求，可以选择该蜗杆减速器采用蜗杆下置式.采用此布置结构，由于蜗杆在涡轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。涡轮和涡轮轴利用平键轴向固定。蜗杆涡轮均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油泄漏以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖上装有密封元件。图一该减速器的结构包括：涡轮蜗杆传动装置、涡轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等一系列的附件，以及其他标准件等。2、运动参数的计算课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计设计内容设计及计算过程结果传动装置的总体设计2.1电动机的选型2.1。1选择电动机类型由于生产单位一般均选用三相交流电.可考虑采用Y系列的三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点.一般电动机的额定电压为380V。2.1。2选择电动机的容量工作机的有效功率为设η、η₂、η₃分别为蜗杆、联轴器、滚动轴承(一对)的传动效率。=0.99,则电动机到工作机输送带间的总效率为7=ηn³?=0.80×0.99²×0.99²=0.77所以电动机所需工作功率为传动滚筒工作转速：根据容量和转速，根据《机械课程设计第三版》王连明宋宝玉主编按工作要求及工作条件选用三相异步电动机。封闭式扇冷结构，电压Pw=4.64Kw7。=0.77P₂=6.04Kw电机的容量：P≥P=6.04课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计传动装置(的总体设计(P173,表15—1)查得所需的电动机Y系列三相异步电动机的型号和技术数据。现列表如下Y160M-6型电动机的主要性能参数电动机型号额定功率满载转速同步转速起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y160M—6501Y160M—6型电动机的安装尺寸电动机n=970/minn₁=970/minn,=73.70r/minn=73.70r/minWP=5.98KuP₂=4.74KwP=4.65Kw中心中心高H外形尺寸L×(b1+b2)底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴身尺寸D×E安装部位尺寸F×G×D0254×242×1102。2计算传动装置的总传动比2.2。1总传动比：2。3计算传动装置的运动和动力参数：2.3.1电机轴的输入功率、转速与转矩Pd=6.04Kwn=970~/min2。3。2蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P=P×n,=6.04×0.99=5.98Kw课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计传动装置的总体设计n₁=970r/minT=T×η₂=5.95×10⁴×0.99=5.89×10⁴N·mm2。3。3蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P=P×η×η₃=5.98×0.99×0.80=4.74Kwn,=73.70r/minT)=T×η×η₂×i=5.89×10⁴×0.80×0.99×13=6.06×10N·mm2。3。4卷筒轴的输入功率、转速与转矩P=P×η₂×η₃=4.74×0.99×0.99=4.65Kwn=73.70r/minT=T×η×η₃=6.06×10×0.99×0.99=5.94×10N·mm运动和动力参数如下表T₄=5.95×10⁴N-mm 转速r/minN●mm传动比电机轴5.95×10⁴11蜗杆轴5.89×10⁴涡轮轴4。7476.06×10⁵卷筒轴4.655.94×10⁵课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计设计内容设计及计算过程结果传动机构的设计传动零件的设计计算1、蜗轮蜗杆的传动设计1.1选择蜗杆传动类型本蜗杆传动，采用渐开线蜗杆(ZI)1。2选择材料考虑蜗杆传动功率不是很大，速度只是中等，故蜗杆的材料采用45钢，表面硬度>45HRC,螺旋齿面要求淬火，涡轮材料采用ZCuSn10P1,金属模铸造，为节约贵重金属，仅齿面用青铜制造，而轮林用灰铸铁HT100制造。1。3按齿面接触疲劳强度进行设计1。3。1作用在涡轮轴上的转矩T,根据上面的计算可知T,=6.06×10N·mm1。3.2确定载荷系数K因工作载荷较平稳，故取载荷分布系数K。=1;由教材表11—5选取使用系数KA=1。动载系数Ky=1.05K=K₄KβKy=1.05课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计传动机构的设计1.3。3确定弹性影响系数ZI因选用ZCuSn10P1涡轮和钢蜗杆相配，故Z=160MPa²1.3.4确定接触系数Z先假设蜗杆的分度圆直径d,和传动中心距a的比值从教材图11-—18中可查得Z。=3.1.3。5确定许用的接触应力[σ₁]根据涡轮的材料为ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度≥45HRC,可以从表11-7中查得涡轮的基本许用应力应力循环次数N=60jn,L=60×1×73.70×46720=2.07×10寿命系数1.3.6计算中心距0取中心距a=200mm,从表11—2(以后未经特殊说明外，所用的数据均来自《机械设计第八版》濮良贵、纪名刚主编高等教育出版社2006年)中取模数m=6。3mm,蜗杆的分度圆直径d,=63mm.这时,从图11-18中可查得接触系数Z,≤Zz,,因此以上计这时算结果可用.1.4蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸单位：mm课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径轴向齿厚轴向齿距齿宽b导程角Y9。891传动机构的设计验算工作机转速误差则Z₂=53x₂=+0.2460分度圆直径直径直径直径咽喉母圆半咽喉母圆半顶圆直顶圆直径d₂齿宽b₂B3350.6521.5校核齿根弯曲疲劳强度课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计传动机构的设计根据x₂=+0.246,Zv₂=84.06,从图11-19中查得齿形系数Yr₂=2.125螺旋角系数许用弯曲应力从表11—8中查得由ZCuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度是满足的.1.6验算效率η从表11-18中用插值法得f=0.0229,φ,=arctanf,=1.313°,带入式中得η=0.90≥0.80(原估计值),因此不用重算。1。7精度等级公差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、蜗轮精度中选择8级，侧隙种类为f,标注为1.8热平衡核算课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计传动机构的设计1。8。1由于摩擦损耗的功率φ=1000P(1-η)=1000×4.70×(1-0.90)=473.5W1.8。2|以自然冷却方式，从箱体外壁散发到空气中去的热流量参数选择：箱体的表面传热系数:a₄=15W/(m².°c)周围空气的温度(取最高温度进行计算):t。=35°C₂=a₄S(t₀-t₄)=15×1.0947x(65-35)=492614W≥φ故该箱体的有效散热面积足够，可以使用。1。9润滑油黏度和及油方法运动粘度v/cSt=350N·s)/m²,采用油池润滑有效散热面积足够采用油池润滑课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计设计内容设计及计算过程结果蜗杆轴的设计及1、轴的设计与校核1。1蜗杆轴的设计与校核1.1.1选择材料、热处理45钢调质处理1。1。2初估轴径(外伸段的直径)查表可得，当轴的材料为45钢时，可取A,=110.按扭转强度初定该轴的最小直径d该段轴上有键槽将计算值加大3%,d应为20.78mm.1.1。3选择联轴器根据传动装置的工作条件，拟选用LX型弹性联轴器计算转矩为课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计校核蜗杆轴的设计及校核T。=KT=1.5×589=883.5N·m根据计算结果和电动机的尺寸，最终选定LX3型弹性柱销联轴器31。1。4确定蜗杆轴的伸出的直径为30mm,长度为80mm1.1。5选圆锥滚子轴30208(一对),其尺寸为d=40mm,D=80mm,T=19.75mm1。1.6初定蜗杆轴的结构：1。1。6。1根据LX3型弹性柱销联轴器的装配要求轴段(1)长度l₁=80mm;直径d₁=30mm1.1.6。2由联轴器的定位要求，轴承端盖的装配要求轴段(2)长度l,=80mm;直径d,=35mm。1。6.1。3由谁急要求选择的30208单列圆锥滚子轴承装配要求轴段(3),(9)的长度l₂=l₀=28mm;直径d₃=d₀=40mmc1.6.1.4由装配方案知轴承需要轴向定位故有定位轴肩(4)(8)的长度l₄=l₈=5mm;直径d₄=d₈=46mme1。6。1。5由蜗杆轴的设计，得轴段(6)长度l=b,=113mm;直径d₆=D₁=63mm。1.6。1。6轴段(5),(7)为满足装配要求和结构设计强度要求，取l₅=l₇=70mm;d₅=d₇=40mm.1.7轴的校核计算轴的材料为45钢，σ,=640MPa,σ,=355MPa,[o₁]=60MPa该轴所受外载荷是转矩和蜗轮上的作用力。1.7。1圆周力圆锥滚子轴F=1870NF=1323N课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计蜗杆轴的设计及校核F=3117NFt1Fh1Fh2MhFrr1Ma1Fv2FvFv2Mv1Mv2课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计蜗杆轴的设计及校核F₁+F₂=FF₂=317.2N1。7.4.2H面的弯矩由受力图可知，H面的弯矩成对称分布，并在Ft作用点处最大。M₁=935×1426=13333N·mm1.7。4。3V面的弯矩Mvmax=My₁=14342708N·mm则Mmx=M₁=√(M)²+(M,)²=1.96×10N·mn弯曲强度故此轴合格。2蜗轮轴的设计与校核2。1选择材料、热处理45钢调质处理2.2初估轴径(外伸段的直径)查表可得，当轴的材料为45钢时，可取A₀=110.按扭转强度初定该轴的最小直径d该段轴上有键槽将计算值加大3%,dni应为45.39mm.2.3选择联轴器根据传动装置的工作条件，拟选用LX型弹性联轴器计算转矩为T.=KT=1.5×606=909N·mm轴合格选用LX3型弹性柱销联轴器45×112键20X80课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计蜗轮轴的设计及校核蜗所以蜗轮轴与传动滚筒之间应选用LX3型弹性柱销联轴器45×12.4确定蜗轮轴的伸出的直径为45mm,长度为110mm.编的可查得涡轮轴伸出段所需普通平键14×100GB/T1096—2003,蜗轮轴上的槽宽14°-0.027mm,槽深5.50+02mm,联轴器上槽深3.80+02mm,键槽长L=100mm;蜗轮轴箱体内部分所需普通平键20×80GB/T1096—2003蜗轮轴上的槽宽20°-0.027mm,槽深7.50+0²mm,蜗轮上槽深4.9。+02mm,键槽长L=80mm2。6初定蜗轮轴的结构选圆锥滚子轴承30212(一对),其尺寸为d=60mm,D=110mm,T=23.75mm.初步结构如下：圆锥滚子轴F₂=F=3117NF₂=F,=1323NF₂=F=1870N 2。6。1根据LX3型弹性柱销联轴器的装配要求，轴段(1)的长度l₁=110mm;直径d₁=45mm。2.6。2联轴器的定位要求和轴承端盖的装配要求轴段(2)的长度l₂=76mm;直径d,=52mm。2.6.3轴段(3)需要满足轴承的装配和挡油环的安装故取长度l₃=47mm;直径d₃=60mm.2.6。4装配蜗轮的位置，根据蜗轮的尺寸设计取长度l₄=90mm;直径d₄=70mm。2。6。5为定位蜗轮留的轴肩长度l₅=7mm;直径d₅=80mm。课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计轮轴的设计及校核蜗轮轴的设计及校核2。6.6装配轴承和挡油环所以取长度1₆=32mm;直径2.7轴的校核计算轴的材料为45钢，σ,=640MPa,σ,=355MPa,[o₁]=60MPa该轴所受外载荷是转矩和蜗杆上的作用力。2.7.1圆周力F,=F=3117N2.7.2径向力F₂=F,=1323N2.7。3轴向力F₂=F₁=1870N2.7.4蜗轮轴的强度校核蜗轮轴的受力图课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计Ft22Fh1MhFa2Fv2Fh1MhFa2Fv1Ma2Mv2FhFhFvFv2现计算该轴的受力：2。7。4。1H面的支反大2。7。4.2V面的支反力F+F=F→F=237970N2。7。4。3H面的弯矩由H面受力图可知Ft作用处的弯矩最大.课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计My=M₂=15610832N·mm则Mx=√(M,)²+(Mrmmx)²=2.58×10N·mm五、键的校核课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计设计内容设计及计算过程结果键的选择及校核1、键的选择与校核1.1蜗杆轴上键的选择与校核1.1。1键的选择有参考文献《机械课程设计第三版》王连明宋宝玉主编的可查得选用圆头普通平键10×70GB/T1096-2003,h=8mm。键的材料为45钢1.1。2键的校核式中T=5.89×10⁴N·mmk=0.4h=0.4×8=3.2mml=L-b=70-10=60mm所以故该键的强度足够。1.2蜗轮轴伸出段键的设计与校核1.2.1键的选择有参考文献《机械课程设计第三版》王连明宋宝玉主编的可查得选用圆头普通平键14×100GB/T1096—2003,h=9mm.键的1。2。2键的校核课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计键的选择及校核查表可知钢的许用挤压应力为|o,]=120MPa式中T=6.06×10⁵N·mmk=0.4h=0.4×9=3.6mm所以故该键强度足够1。3蜗轮轴箱体内部分键的设计与校核1.3.1键的选择有参考文献《机械课程设计第三版》王连明宋宝玉主编的可杳得选用圆头普通平键20×80键的材料选择45钢。1.3.2键的校核式中T=6.06×10⁵N·mmk=0.4h=0.4×12=4.8mm所以故该键强度足够。六、轴承的校核课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计设计内容设计及计算过程结果轴承的校核1。1蜗杆轴上滚动轴承的选择与寿命计算1。1。1轴承的选择选圆锥滚子轴承30208(一对),其尺寸为d=40mm,D=80mm,T=19。1。1.2寿命的计算L=46720he=0。4Y=1.5C=679KNLn>>Ln可以选用该轴承1被压紧，2被放松F=F+F=457.8+3117=35748NP=f,(XF+YF)=1×11453=11453NF₂=F₂=457.8N课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计轴承的校核故可以选用该轴承Lm≥LnP=f,(XF,+YF)=1×11453=11453N故可以选用该轴承。1。2蜗轮轴上滚动轴承的选择与寿命计算1。2.1轴承的选择选圆锥滚子轴承30212(一对),其尺寸为d=60mm,D=110mm,T=23.75mm1.2.2寿命的计算L=46720e=0.4Y=1.5C=103KN课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计1被压紧，2被放松F=F+F=52268+1870=239268NF₂=F₂=52268N可选用该轴承P=f,(XF,+YF)=1×(0.4×113406+1.5×239268)=4042644N故该轴承可用.故X=0.4Y=1.5P=f,(XF;+YF)=1×(1×113406+1.5×239