机械设计课程设计-螺旋输送机蜗杆减速器.docx

密级：JINGGANGSHAN UNIVERSITY机械设计课程设计题目：螺旋输送机蜗杆减速器学院机电工程学院专业材料成型及控制工程班级13材料本（1）班学号姓名指导教师起讫时间2015.112015.12目录设计题目及任务41传动方案的分析42电动机的选择及运动参数的计算5 2.1电动机的选择5 2.2总传动比计算及传动比分配5 2.3传动装置运动参数的计算63蜗杆传动设计74链传动设计105轴的设计115.1蜗杆和蜗轮轴最小直径的确定115.2轴的结构设计115.3轴的强度校核146滚动轴承选择206.1蜗杆轴滚动轴承的选择206.2蜗轮轴滚动轴承的选择217键的选择及强度校核247.1蜗杆轴与联轴器处的键连接247.2蜗轮轴与小链轮配合处的键连接247.3蜗轮轴与蜗轮配合处的键连接258联轴器的选择269减速器润滑189.1蜗杆蜗轮润滑279.2滚动轴承润滑2710减速器的装配图零件图2711参考文献28设计题目：螺旋输送机传动装置原始数据：螺旋输送机工作轴转矩T=550Nm，螺旋输送机工作轴转速nW=30r/m。使用寿命8年，单班制工作。制造条件：减速器有一般厂中小批量生产。计算与说明主要结果1 传动方案的分析螺旋输送机由电动机通过联轴器使蜗杆减速器运动，再经过链传动使工作轴转动从而运送砂、谷类物料。根据原始数据经初算可知该传动装置传动的功率很小，再加电动机选用结果简单、工作可靠、不易燃，市场供应最多，且价格低廉的，同步转速1500r/min或1000r/min的Y系列三相异步电动机时，传动装置的总传动比则相对比较大，而蜗杆传动与链传动组成的传动链能达到这样较大传动比的要求。由于蜗杆传动显著的特点是传动比大而传动效率低，因此在这种传递功率小、传动比要求大的螺旋输送机中采用蜗杆传动合适。蜗杆传动放在传动链的第一级，这样可以使得蜗杆减速器结构相对小，从而节约材料、节省制造成本。而链传动放传动链的最后一级，则可以减小其自身产生的动载荷和冲击，从而使整个传动平稳，因而该传动方案切实可行。由于蜗杆传动的传动比可达到较大的值，因此在该题中如果没有链传动，而只有蜗杆传动也能满足传动比要求。这时传动装置的结构显得更为紧凑，且总体制造成本会降低。2 电动机的选择及运动参数的计算2.1电动机的选择1确定螺旋输送机所需的功率由P8式（2.2）得：2.确定传动装置的效率由1【常用基础资料】【常用资料和数据】【机械传动效率】得：弹性联轴器效率=0.99 滚动轴承效率=0.99蜗杆传动效率=0.73 链传动效率=0.96据式（2.3）得：3.电动机的输出功率由式（2.4）得：4.选择电动机因为螺旋运输机传动载荷稳定，据P8所述，取过载系数k=1.05，又据P10式（2.5）得计算功率:据P11表2.1取型号为Y100L2-4的电动机，则电动机额定功率P=3 kw，电动机满载转速n=1430r/min。由1【常用电动机】【三相异步电动机】【三相异步电动机选型】【Y系列（IP44）三相异步电动机技术】【机座带底脚、端盖上无凸缘的电动机】，并根据机座号100L查的电动机伸出端直径D=28mm，电动机伸出端轴安装长度E=60mm。Y100L2-4电动机主要数据如下：电动机额定功率P3kw电动机满载转速 n1430r/min电动机伸出端直径D28 mm电动机伸出端轴安装长度E60 mm2.2总传动比计算及传动比分配1.总传动比计算由P11式（2.6）得总传动比：2.传动比的分配为了使传动系统结构较为紧凑，据P5所述，取蜗杆传动传动比，则由P11式（2.8）得V带的传动比：2.3传动装置运动参数的计算1.各轴功率的确定取电动机的额定功率作为设计功率，并参考P14式（2.12）得蜗杆输入的功率：蜗轮轴的输入功率：2.各轴转速的计算蜗杆转速 参考P14式（2.15）得：蜗轮轴转速 3各轴输入转矩的计算参考P14式（2.16）、式（2.17）得：蜗杆转矩：蜗轮轴转矩：各轴功率、转速、转矩列于下表：轴名功率（Kw）转矩（r/min）转矩（Nm）蜗杆2.97143019.83蜗杆轴2.156.17330.263蜗杆传动设计使用1【常用设计计算程序】【普通圆柱蜗杆传动设计】的设计软件进行设计。设计时输入蜗杆传递的功率2.97kW，蜗杆转速1430r/min，蜗杆转速62.17r/min，预期寿命19200h()，选蜗杆材料45号钢调质，蜗轮材料ZCuSn10P1等相关数据后，得到以下稍加整理的蜗杆传动的设计报告：*传动参数*蜗杆输入功率：2.97kW蜗杆类型：阿基米德蜗杆（ZA型）蜗杆转速n1：1430r/min蜗轮转速n2：62.17r/min使用寿命：19200小时理论传动比：23.001蜗杆头数z1：2蜗轮齿数z2：46实际传动比i：23*蜗杆蜗轮材料*蜗杆材料：45蜗杆热处理类型：调质蜗轮材料：ZCuSn10P1蜗轮铸造方法：砂型铸造疲劳接触强度最小安全系数SH min：1.1弯曲疲劳强度最小安全系数 SF min：1.2转速系数Zn:0.762寿命系数Zh:1.077材料弹性系数:蜗轮材料接触疲劳极限应力:265 N/mm2蜗轮材料许用接触应力:197.851N/mm2蜗轮材料弯曲疲劳极限应力:115N/mm2蜗轮材料许用弯曲应力:95.833N/mm2*蜗轮材料强度计算*蜗轮轴转矩蜗轮轴接触强度要求:模数蜗杆分度圆直径*蜗轮材料强度校核*蜗轮使用环境：平稳蜗轮载荷分布情况：平稳载荷蜗轮使用系数：1蜗轮动载系数：1.2导程角系数：0.906蜗轮齿面接触强度：183.398N/mm2,通过接触强度验算！蜗轮齿根弯曲强度：19.574N/mm2,通过弯曲强度计算！*几何尺寸计算结果*实际中心距：140mm齿根高系数：1齿底根系数：0.2蜗杆分度圆直径：50mm蜗杆齿顶圆直径：60mm蜗杆齿根圆直径：38mm蜗轮分度圆直径：230mm法面模数：5mm蜗轮喉园直径：240mm蜗轮齿根圆直径：218mm蜗轮齿顶圆弧半径：20mm蜗轮齿根圆弧半径：31mm蜗轮顶圆直径：246mm蜗杆导程角：轴向齿形角：蜗杆轴向齿厚：7.854mm蜗杆法向齿厚：7.701mm蜗轮分度圆齿厚：7.854mm蜗杆螺纹长取蜗轮齿宽取齿面滑动速度：3.818m/s*热平衡计算*据8P249取散热系数由蜗杆减速器装配图得其有效散热面积为：据8P249式（7-13）得:故该蜗杆传动热平衡条件满足。4 链传动设计使用1【常用设计计算程序】【链传动设计】的设计软件进行设计式，输入链传动功率2.15kW，主动链轮转速62.17r/min，传动比2.07等相关数据后得链传动设计结果：链号：12A链条节距：31.75mm中心距：1262.93mm链条节数:106链条长度：3.37m链速：0.56m/s有效圆周力：3839.29N作用于轴上的拉力：4530.3N润滑方法：用油壶或油刷定期人工润滑5 轴的设计5.1 蜗杆和蜗轮轴最小直径的确定1.蜗杆因为蜗杆选用的是45号钢调质，据P45D所述，取C=112.5，由式（3.1）得：考虑到直径最小处安装联轴器需开一个键槽，将加大5%后得。由于该处安装标准弹性联轴器，配合处的直径与长度应与标准弹性联轴器的直径、长度相符，故取蜗杆轴最小直径=，轴头长度。2.蜗轮轴轴的材料选择选用45号钢正火。初算轴的直径据P45所述，取,由式（3.1）得考虑到直径最小处安装小链轮需开一个键槽，将加大5%后得。取蜗轮轴最小直径，轴头长度。5.2轴的结构设计1.减速器箱体尺寸计算据P53表4.1计算蜗杆减速器箱体的主要尺寸为：名称符号计算结果箱座壁厚取箱盖壁厚取箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺钉直径及数目取M20的地脚螺钉地脚螺钉数目n=4轴承旁联接螺栓直径取M16的螺栓箱盖与箱座联接螺栓直径取M12的螺栓外箱壁至轴承座端面的距离内箱壁至轴承座端面的距离箱座底部外箱壁至凸缘底座最外端的距离取2.绘制轴结构图根据以上计算的尺寸，并参考P78图5.3、P79表5.1绘制的轴结构图如图23所示。5.3轴的强度校核1.计算蜗杆蜗轮在啮合处所受的力据9P140式（7.9）得：蜗杆切向力：蜗轮切向力：蜗轮径向力：蜗杆轴向力：蜗杆径向力：蜗轮轴向力：2.蜗轮轴的强度校核（1）绘制蜗杆轴空间受力图绘制的蜗杆轴空间受力图如图24（a）所示。（2）作水平面H和垂直面V内的受力图，并计算支座反力绘制的作水平面H和垂直面V内的受力图如图24（b）、（c）所示。H面V面(3)计算H面及V面内的弯矩，并作弯矩图H面V面BC段：CD段：H面与V面内的弯矩图如图24（d）、图（e）所示。（4）计算合成弯矩并作图合成弯矩图如图24（f）所示。（5）计算扭矩并作扭矩图据P48取折算系数=0.6，则扭矩为：扭矩图如图24（g）所示。（6）计算当量弯矩并作当量弯矩图当量弯矩图如图24（h）所示（7）强度校核蜗杆轴许用弯曲应力由P48得：。在蜗杆轴最小直径A处：由P48式（3.3）得:由于该处开一个键槽，把12.6加大5%后得13.2mm，小于该处直径20mm,所以蜗杆轴A处的强度足够。在蜗杆轴受到的最大当量弯矩C处：蜗杆轴C处的强度足够由于在轴颈最小除和受在最大处的强度都足够，由此可知蜗杆轴强度足够。3.蜗轮轴的强度校核（1）绘制蜗轮轴空间受力图绘制的蜗轮轴空间受力图如图25（a）所示。（2）作水平H和垂直面V内的受力图如图25（b）、（c）所示。H面V面(3)计算H面及V面内的弯矩，并作弯矩图H面V面BC段：CD段：H面与V面内的弯矩图如图25（d）、（e）所示。（4）计算合成弯矩并作图合成弯矩图如图25（f）所示。（5）计算扭矩并作扭矩图据P48取折算系数，则扭矩为扭矩图如图25（g）所示。（6）计算当量弯矩并作图当量弯矩图如图25（h）所示。（7）强度校核蜗轮轴许用弯曲应力由P48得：在蜗轮轴最小致敬A处：由P48式（3.3）得：由于该处开一个键槽，把33mm加大5%后得34.65mm，小于该处直径40mm,所以蜗轮轴A处的强度足够。在蜗轮轴受到的最大当量弯矩B处：由于该处开一个键槽，把45.5mm加大5%后得47.8mm,小于该处直径55mm,所以蜗轮轴B处的强度足够。由于在轴颈最小处和受载最大处的强度都足够，由此可知蜗轮轴强度足够。6 滚动轴承选择6.1蜗杆轴滚动轴承的选择1.初选两只轴承的型号根据轴的结构设计，安装轴承处的轴颈为30mm，两轴承间的距离不大，但由于该轴承较大的轴向载荷的作用，并考虑到箱体上加工两轴承孔的同轴度，考虑到轴承的价格、轴承购买的方便、轴承安装的方便，选用圆锥滚子轴承。因此蜗杆轴两圆锥滚子轴承的型号均取30306，尽管蜗杆轴的转速很高，但它远在该轴承的极限转速之下。2.计算两轴承所受的径向载荷Fr据图24及以上计算，得图26蜗杆B处轴承受到大径向载荷为：蜗杆D处轴承受到的径向载荷FRd为：3计算两轴承受到的轴向载荷(1)确定派生轴向力FS查1 【轴承】【滚动轴承】【常用滚动轴承的基本尺寸与数据】【圆锥滚子轴承】【单列圆锥滚子轴承】得30306轴向载荷的影响判断系数，轴向载荷系数，额定动载荷。则轴承B派生轴向力由9P202表10.11得：轴承D派生轴向力：（2）确定轴向载荷据图26，轴承B的轴向载荷：轴承D的轴向载荷：4.确定当量动载荷P（1）确定载荷系数X、Y由9P202表10.10得：轴承B:轴承D:（2）计算两轴承的当量动载荷P据9P201式（10.5）得：轴承B:轴承D:5.确定轴承型号据9P200取轴承得寿命指数；由表10.7取温度系数；据P201表10.8取载荷系数。并取轴承预期寿命。则由9P201式（10.4）得轴承的计算载荷C：由于，基本满足要求，所以蜗杆轴承选用30306合适。6.2蜗轮轴滚动轴承的选择1.初选两只轴承的型号蜗轮轴处滚动轴承的选择与蜗杆轴处滚动轴承的选择类似。但由于安装轴承处的轴颈为50mm，故选该处两滚动轴承的型号均为30310。2.计算两轴承所受的径向载荷据图25及以上计算，得图27蜗轮B处轴承受到的径向载荷为：蜗杆D处轴承受到的径向载荷为3.计算两轴承受到的轴向载荷（1）确定派生轴向力查1【轴承】【滚动轴承】【常用滚动轴承的基本尺寸与数据】【圆锥滚子轴承】【单列圆锥滚子轴承】得30310轴向载荷的影响判断系数，轴向载荷系数，额定动载荷。则轴承B派生轴向力9P202表10.11得：轴承D派生轴向力：（2）确定轴向载荷据图27，轴承B的轴向载荷：轴承D的轴向载荷：4确定当量动载荷P(1)确定载荷系数X、Y由9P202表10.10得：轴承B:轴承D：（2）计算两轴承的当量动载荷P据9P201式（10.5）得：轴承B:轴承D:由于PBPD，所以进行计算。5.确定轴承型号据9P200取轴承的寿命指数；由表10.7取温度系数；据P201表10.8取载荷系数。并取轴承预期寿命。则由9P201式（10.4）得轴承的计算载荷C：由于，满足要求，所以蜗轮轴承选用30310适合。7 键的选择及强度校核7.1蜗杆轴与联轴器处的键连接使用1【常用设计设计程序】【键连接设计校核】的设计软件进行设计时，输入传递的转矩为19830Nmm，轴颈d=20mm，键长36mm，选C型键，联轴器材料为铸铁时的数据与工作条件后，得到键的设计结果：传递的转矩轴的直径键的类型型键的截面尺寸键的长度键的有效长度接触高度最弱的材料铸铁载荷类型静载荷许用应力计算应力校核计算结果：满足键的标记：键7.2 蜗轮轴与小链轮配合处的键连接使用1 【常用设计计算程序】【键连接设计校核】的设计软件进行设计时，输入传递的扭矩为34346Nmm,轴颈d=40mm,键长56mm,选C型键，联轴器材料为铸铁等数据与条件后，得到键的设计结果：传递的转矩轴的直径键的类型型键的截面尺寸键的长度键的有效长度接触高度最弱的材料铸铁载荷类型静载荷许用应力计算应力角和计算结果：满足键的标记：键7.3蜗轮轴与蜗轮配合处的键连接使用1 【常用设计计算程序】【键连接设计校核】的设计软件进行设计时，输入传递的转矩为34346Nmm,轴颈d=55mm,键长63mm,选A型键，蜗轮轮毂材料为铸铁等数据与条件后，得到键的设计结果：传递的转矩轴的直径键的类型型键的截面尺寸键的长度键的有效长度接触高度最弱的材料铸铁载荷类型静载荷许用应力计算应力校核计算结果：满足键的标记：键8 联轴器的选择查9P261表12.1得联轴器工作情况系数。据9P260式（10.1）得计算转矩。考虑到补偿两轴线的相对偏移和减振、缓冲等原因，选用单行联轴器。根据电动机伸出端直径，电动机伸出端安装长度。蜗杆轴装联轴器处要求直径为，计算转矩，转速，查1 【联轴器、离合器、制动器】【联轴器】【联轴器标准件、通用件】【弹性联轴器】【弹性套柱销联轴器】【LT型弹性联轴器】，取LT4型弹性联轴器。其主要参数为：轴孔直径分别为、，轴孔长度分别为、。该联轴器的需用转矩T=63Nm，许用转速n