西安工业大学继续教育学院单级蜗轮蜗杆减速器.doc

西安工业大学继续教育学院毕业论文 1 带式运输机的传动装置的设计1.1 带式运输机的工作原理带式运输机的传动示意图如图1、电动机2、联轴器3、蜗轮蜗杆减速器4、链传动、5、滚筒6、运输带 图1-11.2 工作情况1) 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作2) 使用期；6年；3) 动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；4) 运输带速度容许误差：5%；1.3 设计数据 表1-1运输带工作接力F/N运输带工作速度n/（m/s）卷筒直径D/mm 30001.03201.4 传动方案本课程设计采用的是单级蜗杆减速器传动。1.5 课程设计内容1) 电动机的选择与运动参数计算；2) 斜齿轮传动设计计算；3) 轴的设计；4) 滚动轴承的选择；5) 键和连轴器的选择与校核；6) 装配图、零件图的绘制；7) 设计计算说明书的编写；8) 减速器总装配图一张；9) 齿轮、轴零件图各一张；10) 设计说明书一份。 2 总体传动方案的选择与分析2.1 传动方案的选择该传动方案在任务书中已确定，采用一个单级蜗杆减速器传动装置传动，如下图所示：1、电动机2、联轴器3、蜗轮蜗杆减速器4、链传动、5、滚筒6、运输带 图2-12.2 传动方案的分析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，在室内使用比较环保。传动装置采用单级蜗杆减速器组成的封闭式减速器，采用蜗杆传动能实现较大的传动比，结构紧凑,传动平稳，但效率低，多用于中、小功率间歇运动的场合。工作时有一定的轴向力，但采用圆锥滚子轴承可以减小这缺点带来的影响，但它常用于高速重载荷传动，所以将它安放在高速级上。并且在电动机心轴与减速器输入轴及减速器输出轴与卷筒轴之间采用弹性联轴器联接，因为三相电动机及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，设计与维护及维修成本低；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及环境。3 电动机的选择3.1 电动机功率的确定1) 工作机各传动部件的传动效率及总效率：查机械设计课程设计指导书表9.2可知蜗杆传动的传动比为：；又根据机械设计基础表4-2可知蜗杆头数为z1=1由表4-4可知蜗杆传动的总效率为：查机械设计课程设计指导书表9.1可知各传动部件的效率分别为：； ；工作机的总效率为：2) 电动机的功率： 所以电动机所需工作效率为 3.2 确定电动机的转速1) 传动装置的传动比的确定：查机械设计课程设计指导书书中表9.2得各级齿轮传动比如下： 理论总传动比：2) 电动机的转速：卷筒轴的工作转速：所以电动机转速的可选范围为：根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000 r/min的电动机。其主要功能表如下： 表3-1电动机型号额定功率kW满载转速/r/min起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y132M2-65.59602.02.04.传动装置运动及动力参数计算4.1 各轴的转速计算1) 实际总传动比及各级传动比的他配：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: 所以取2) 各轴的转速：第一轴转速：第二轴转速：4.2 各轴的输入功率第一轴功率：第二轴功率：第三轴功率：4.3 各轴的输入转矩4.4 电动机轴的输出转矩： 第一轴转矩： 第二轴转矩：第三轴转矩： 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：表4-1轴 名功率P/kW转矩转速n/(r/min)传动比效率电机轴 4.645800 96011第一轴 4.5545300 96010.99第二轴 3.64955000 36270.80卷筒轴 3.5928000 3610.945 蜗轮蜗杆的设计及其参数计算5.1 传动参数蜗杆输入功率P=4.6 kW，蜗杆转速，蜗轮转速,理论传动比i=30.37，实际传动比i=27，蜗杆头数2，蜗轮齿数为5.2 蜗轮蜗杆材料及强度计算减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料45钢经表面淬火，齿面硬度 45 HRC,蜗轮缘选用材料ZCuSn10Pb1,砂型铸造。蜗轮材料的许用接触应力，由机械设计基础P147表8-6可知,=200MPa估取啮合效率： 蜗轮轴转矩： 载荷系数：载荷平稳，蜗轮转速不高，取K=1.1.计算值 模数及蜗杆分度圆直径由机械设计基础表8-1取标准值，分别为：模数 m=5 mm蜗杆分度圆直径 5.3 计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角 蜗杆分度圆的圆周速度 相对活动速度 当量摩擦角 取验算啮合效率 （与初取值相近）。传动总效率 （在表4-4所列范围内）。5.4已知P=3.5kw n=36r/min i=1链轮齿数 查（机械设计师）P-916 表13-4 z1=24（1） 大链齿数 z =58（2） 链条节距 初定中心距 查（机械设计师）P917 表13-4 =40P （4）计算功率 = (5) 链条节距 查（机械设计师） P-918 表13-6 = 采用单排链=1.0 故=3.1kw 有 查（机械设计师）P913 表13-1 得16A 节距P=31.75 (6) 实际中心距 a=40p=1270mm (7) 计算链速 （8） 作用在住上压力 5.5 确定主要集合尺寸蜗轮分度圆直径： 中心距 5.6 热平衡计算环境温度 取工作温度 取传热系数 取需要的散热面积 名 称齿 距 齿 顶 高 顶 隙 齿 根 高 齿 高 5.7 蜗杆传动的几何尺表5-1公式说明及结果名 称蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径蜗 杆 导 程 角蜗 杆 齿 宽 蜗轮分度圆直径蜗轮 喉圆 直径蜗轮齿根圆直径蜗轮 外圆 直径蜗轮咽喉母圆半径蜗 轮 螺 旋 角公式说明及结果6 轴的设计计算及校核6.1 输出轴的设计6.1.1选择轴的材料及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，轴主要传递蜗轮的转矩，其传递的功率不大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用的45钢，调质处理。6.1.2初算轴的最小直径已知轴的输入功率为4.55kW，转速为960 r/min.根据机械设计基础表12-5可知，C值在106118间。所以输出轴的最小直径： 但是，由于轴上有1个键槽，计入键槽的影响：已知输出轴的输入功率为3.64kW，转速为36r/min，则输出轴的最小直径： 由于轴上由2个键槽，故已知卷筒轴的输入功率为3.64kW,转速为36r/min，则卷筒轴的最小直径为6.1.3联轴器的选择1) 载荷计算已知蜗杆轴名义转矩为由于蜗杆减速器的载荷较平稳，按转矩变化小考虑，取工作情况系数k=1.3。蜗杆轴计算转矩： 已知蜗轮轴名义转矩为; 卷筒轴计算转矩为所以蜗轮轴计算转矩：卷筒轴计算转矩：2) 选择联轴器的型号查机械设计课程设计指导书表14.2可知，电动机轴的直径，轴长；蜗杆轴直径。查机械设计课程设计指导书表13.1可知，蜗杆轴的输入端选用LH3型弹性柱销联轴器。联轴器标记 LH3联轴器GB/T 5014公称转矩 许用转速 查机械设计课程设计指导书表13.1可知，蜗轮轴的输出端选用LH4型弹性柱销联轴器。 LH4联轴器GB/T 5014公称转矩 许用转速 6.1.4轴承的选择及校核1) 初选输入轴的轴承型号据已知工作条件和输入轴的轴颈，由简明机械手册附表14-31初选轴承型号为圆锥滚子轴承30208（一对），其尺寸：D=80mm,d=40mm,B=18mm。据已知工作条件和输出轴的轴颈，由机械设计基础附表8-5初选轴承型号为圆锥滚子轴承32214（一对），其尺寸：D=125mm,d=70mm,B=31mm。基本额定动载荷 C=63000N计算系数 e=0.37轴向载荷系数 Y=1.62) 计算蜗杆轴的受力蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力蜗杆轴： 蜗轮轴： 3) 计算轴承内部轴向力轴承的内部轴向力：4) 计算轴承的轴向载荷轴承2的轴向载荷 由已知得，与方向相同，其和为 （轴承2为“压紧”端），所以轴承1的轴向载荷 （轴承1为“放松”端）5) 计算当量动载荷轴承1的载荷系数 根据，由表8-8可知轴承2的载荷系数 根据由表8-8可知轴承1的当量动载荷 轴承2的当量动载荷 所以轴承的当量动载荷取、中较大者，所以6) 计算轴承实际寿命温度系数 由机械设计基础表13-13可知载荷系数 由机械设计基础表13-12可知寿命指数 滚子轴承 轴承实际寿命 轴承预期寿命 结论 由于 轴承30208满足要求6.2 轴的结构设计 图6-16.2.1蜗杆轴的径向尺寸的确定从联轴段开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，故 。该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装，取，选定轴承型号为30208，与蜗轮相配合，取蜗杆的齿根圆直径，按标准直径系列，取；与轴承的内径配合，与相同，故取；起定位作用，定位轴肩高度故，取。6.2.2 蜗杆轴的轴向尺寸的确定联轴段取；轴肩段取；与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；左轴承到蜗杆齿宽；蜗杆齿宽 即，取；蜗杆齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm；轴的总长为322mm。6.2.3蜗轮轴的结构造型如下 图6-2 6.2.4蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴由轴肩定位，右面用套筒轴固定，轴向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别一轴肩和套筒定位，轴向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位，右面用轴端挡圈轴向固定，键联接作轴向固定。轴做成阶梯形，左轴承从左面装入，蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。6.2.5蜗轮轴的径向尺寸的确定从左轴承段与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装取，选定轴承型号为30214开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与蜗轮孔径相配合，取蜗轮的内径，按标准直径系列，取； 与轴承的内径配合，与相同，故取；联轴段；起定位作用，定位轴肩高度故取；6.2.6蜗轮轴的轴向尺寸的确定 左面与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为；左轴承到蜗轮齿宽间的套筒取；蜗轮齿宽，故取；蜗轮齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取；与右轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为24mm；右轴肩段，联轴段，故轴的总长为332mm。6.2.7蜗轮的强度校核已知蜗轮的切向力 蜗轮的径向力 蜗轮轴向力 求水平面支反力： 水平面弯矩： 垂直面支反力，由,即 ，得 在铅垂方向上，由，即,得 垂直面弯矩 根据合成弯矩 得C截面左侧弯矩 C截面右侧弯矩 转矩T 当量弯矩 由当量弯矩图和轴的结构图可知，C和D处都有可能是危险截面，应分别计算其当量弯矩，此处可将轴的钮切应力视为脉动循环，取，则C截面左侧当量弯矩 C截面右侧当量弯矩 所以C截面处当量弯矩在以上两数值中取较大者，即D截面弯矩 D截面合成弯矩 D截面当量弯矩 求危险截面处轴的计算直径 许用应力，轴的材料用45钢，由机械设计基础表7-1可知，C截面直径计算 D截面直径计算 经与结构设计图比较，C截面和D截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径，故轴的强度足够。7 键连接设计计算7.1 蜗杆联接键表7-1 键的选择和参数选择普通平键，圆头。由简明机械手册表5.9查得d=30mm时。应选用键 GB/T1096转 矩键长接触长度许用挤压应力校 核查简明机械手册表5-12键连接钢的许用挤压应力为故满足要求7.2 蜗轮键的选择与校核表7-2键的选择和参数选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表11.27查得d=55时。应选用键 GB/T1096转 矩键长接触长度许用挤压应力校 核查机械设计基础表2-12键连接钢的许用挤压应力为故满足要求7.3 蜗轮轴键的选择与校核表7-3键的选择和参数选择普通平键，圆头。由机械设计课程设计指导书表11.27查得d=55时。应选用键 GB/T1096转 矩键长接触长度许用挤压应力校 核查机械设计基础表2-12键连接钢的许用挤压应力为故满足要求7.4 箱体的构形式和材料采用下置剖分式蜗杆减速器（由于V=5m/s）铸造箱体，材料HT150。7.5 箱体主要结构尺寸和关系表7-4 名称 减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =10.2mm 箱盖壁厚1 1=870mm箱座凸缘厚度b1，箱盖凸缘厚度b，箱座底凸缘厚度b2 b=13.3mm b1=1.51=13mm b2=2.5=25.5mm地脚螺钉直径及数目 Df=18.5mm n=4轴承旁联接螺栓直径 d1=14mm箱盖，箱座联接螺栓直径 d2=10mm螺栓间距 150mm轴承端盖螺钉直径 d3=9mm 螺钉数目4检查孔盖螺钉直径 d4=6mmDf，d1，d2至外壁距离 df，d2至凸缘边缘距离 C1=26,20,16 C2=24,14轴承端盖外径 D1=80mm D2=125mm轴承旁联接螺栓距离 S=140mm轴承旁凸台半径 R1=16mm轴承旁凸台高度 根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱盖，箱座筋厚 m1=9mm m2=9mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 12mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 10mm8.螺栓等相关标准的选择本部分含螺栓，螺母，螺钉的选择垫圈，垫片的选择，具体内容如下：8.1螺栓，螺母，螺钉的选择表8-1考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用螺栓GB5782-86 M10*35 数量为3个 M12*100 数量为6个螺母GB6170-86 M10 数量为2个 M10 数量为6个螺钉GB5782-86 , M6*20 数量为2个 M8*25 数量为24个 M6*16 数量为12个*（参考装配图）M10*35M12*100M10M12M6*20M8*25M6*168.2销，垫圈垫片的选择表8-2选用销GB117-86，B8*30， 数量为2个选用垫圈GB93-87 数量为8个选用止动垫片 1个选用石棉橡胶垫片 2个选用08F调整垫片 4个*（参考装配图）GB117-86B8*30GB93-87止动垫片石棉橡胶垫片08F调整垫片有关其他的标准件，常用件，专用件，详见后续装配图9.减速器结构与润滑的概要说明在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。9.1减速器的结构本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。（具体结构详见装配图）9.2减速箱体的结构该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式具体结构详见装配图9.3速器的润滑与密封蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100C）查表10.6机械设计课程设计指导书 润滑油118Cst轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表10.7设计课程设计指导书 润滑脂ZL-29.4减速器附件简要说明该减速器的附件含窥视孔，窥视孔盖，排油孔与油盖，通气空，油标，吊环螺钉，吊耳和吊钩，起盖螺钉，其结构及装配详见装配图。 10 典型零件数控编程 10.1 蜗轮轴加工在FANUC数控机床上加工，毛坯为80*33510.1.1 工艺分析 （1）平左端面，车台阶，打中心孔。 （2）平右端面，定总长，打中心孔。 （3）夹持左端台阶，采用一夹一顶。 （4）先从左到右粗车外轮廓面，其路线为：车78外圆车68外圆车59外圆车54外圆，径向留0.5mm余量。精车路线：倒角车54外圆车59外圆车68外圆车78外圆。 （5）夹持右端车左端（垫铜皮），粗车：车68外圆 精车：倒角68外圆10.1.2.刀具及切削用量选择 外圆车刀（T0101) 切削用量： 粗车n=500r/min f=0.3mm/r 精车n=800r/min f=0.1mm/r 10.1.3. 操作方法与步骤开机安装工件对刀对刀检查输入程序程序空运行程序自动加工工件检测。10.1.4 编程(采用FANUC系统编程）O2012(右端粗车）N10 G99 S500 M3N20 G0 X150 Z150 T0101 N30 X80 X2N40 G90 X78.5 Z-308 F0.3N50 X75 Z-275N60 X72N70 X68.5 N80 X65 Z-98N90 X62 N100 X59.5 N110 X57 Z-84N120 X54.5 N130 G0 X150 Z150 N140 M30O2013(右端精车）N10 G99 S800 M3N20 G0 X150 Z150 T0101N30 X50 Z2 N40 G1 Z0 F0.1 N50 X54 Z2 N60 Z-84 N70 X59N80 Z-98 N90 X68N100 Z-275N110 X78N120 Z-308N130 G0 X150 Z150N140 M30 O2014(左端粗车）N10 G99 S500 M3N20 G0 X150 Z150 T0101N30 X80 Z2N40 G90 X77 Z-24 F0.3N50 X74 N60 X71N70 X68.5N80 G0 X150 Z150 N90 M30O2015(左端精车)N10 G99 S800 M3 N20 G0 X150 Z150 T0101 N30 X64 Z2 N40 G1 Z0 N50 X68 Z-2N60 Z-24 N70 X80 N80 G0 X150 Z150 N90 M3010.2 蜗轮轴键槽数铣编程采用法兰克系统工艺分析（1） 用平口钳将工件装夹并找正（2） 对工件外端面进行铣削（3） 在对键槽进行铣削刀具：A10键槽铣刀，A120的盘铣刀，A7的钻头。数铣蜗轮轴键槽加工O2016N10 G92 X100 Y70 Z30 N20 G90 G0 X20 Y8 M3 S1000N30 Z10 M7N40 M98 P1113 L3N50 G90 G0 Z30 M5 M9N60 X100 Y70N70 M5N80 M30 O2017N10 G91 G1 Z-13 F200N20 Y50N30 G0 Z13N40 X-8N50 G1 Z-13 N60 Y-50N70 G0 Z13N80 X-8N90 M99设计小结单级蜗轮蜗杆减速器的设计是一个较为复杂的过程，通过这次设计觉得作者受益匪浅。机械设计课程设计是机械设计课程的一个重要环节，它可