机械设计课程设计-螺旋输送机上用的单级蜗杆减速器.doc

机械设计课程设计计算说明书设计题目 螺旋输送机上用的单级蜗杆减速器全套图纸加扣 3012250582 机电系机械工程及自动化专业 10 机械电子 2 班 设 计 者 指导教师 ： 2013 年 1 月 _华 侨 大 学 目 录设计任务书3传动方案的拟定及说明4电动机的选择4计算传动装置的运动和动力参数5蜗杆的传动计算5 蜗杆轴的设计及校核10涡轮轴的设计及校核14 轴承、键联接的选择及校核计算20箱体的设计22减速器附件的选择24润滑与密封24设计小结24参考资料目录25机械设计课程设计任务书题目：设计一螺旋输送机上用的单级蜗杆减速器总体布置简图1电动机；2联轴器；3齿轮减速器；4带式运输机；5鼓轮；6联轴器工作情况 平衡、间断不联系、室内工作、有灰尘原始数据 带速允许偏差： 使用年限（年）：10 工作制度（班/日）：2设计内容 电动机的选择与运动参数计算； 蜗杆传动设计计算 轴的设计及校核 滚动轴承的选择 键和连轴器的选择与校核； 装配图、零件图的绘制 设计计算说明书的编写设计任务1 减速器总装配图一张2 齿轮、轴零件图各一张3 设计说明书一份设计进度 第一阶段：总体计算和传动件参数计算 第二阶段：轴与轴系零件的设计 第三阶段：轴、轴承、联轴器、键的校核及草图绘制 第四阶段：装配图、零件图的绘制及计算说明书的编写传动方案的拟定及说明由题目所知传动机构类型为：单级蜗轮减速器。故只要对本传动机构进行分析论证。电动机的选择计 算 及 说 明结 果1.、电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是：载荷平稳、连续单向旋转。所以选用常用的封闭式Y系列的电动机。2、电动机容量的选择1） 工作机所需功率Pw PwP=2.5kw2） 电动机的输出功率 取蜗轮蜗杆传动效率=0.8；角接触轴承效率=0.98； 联轴器效率=0.99； 所以 = =0.99*0.98*0.8*0.98*0.99=0.75 所以 Pd=2.50.75=3.333kw3、确定电动机的转速 输出端轴的转速为95 r/min 单级蜗杆减速器传动比 i=1080. 故电动机转速的可选范围为 =i*n=（1080）*95=9507600r/min4、电动机型号的确定 同步转速在9507600r/min范围内的有3000r/min、1500r/min和750r/min三种方案，如下表：方案电动机型号额定功率kw同步转速r/min满载转速r/min1Y112M-24300028802Y112M-44150014403Y132M1-641000960综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和减速器的传动比由机械设计手册查出电动机型号为Y112M-4，Ped=4kw，同步转速1500 r/min，满载转速1440 r/min，基本符合题目所需的要求。工作机所需功率：Pw=2.5kW总效率：=0.75电动机输出功率： Pd=3.333kw输出端轴转速： n=95r/min电动机可选转速范围： =9507600r/min电动机型号：Y112M-4计算传动装置的运动和动力参数传动装置的总传动比和分配传动比计 算 及 说 明结 果1. 计算总传动比由电动机的满载转速=1440r/min和工作机主动轴转速n=95r/min可确定传动装置应有的总传动比为：=nm/n=15.16总传动比： =15.16传动装置的运动和动力参数计 算 及 说 明结 果1、 各轴转速：1轴：r/min2轴：=95r/min2、 各轴输入功率： 1轴：kW2轴：=3轴：=2.59*0.8*0.99=2.05KW3、各轴输入转矩：电动机输出转矩：1轴：2轴：3轴：r/minr/minkW1轴：2轴 3轴 蜗杆的传动计算蜗杆传动的主要参数 计 算 及 说 明 结 果1. 蜗杆类型根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆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；蜗轮选用铸锡磷青铜（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（HT100）制造 蜗杆传动的主要参数 传动中心距：（1）、蜗杆上的转矩T2（2） 、载荷系数K由于工作时轻微振荡，转速不高，冲击不大，故查表可得(3)、弹性影响指数： 因为选用的是锡磷青铜（ZCuSn10P1）的蜗轮和45刚蜗杆相配，故(4)、接触系数:先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值=0.35查表可知=2.9（5）、许用接触应力蜗轮材料：铸锡磷青铜ZCuSn10P1。蜗杆螺旋齿面硬度,表11-7知蜗轮的基本许用应力 =268MPa 应力循环系数：N=60=60180（3651016）=2.80322.5 所以取N=2.5寿命系数 =0.669则：=0.669268=179.2MPa（6）、计算中心距a=取中心距a=180mm，因为=12，故从表11-2中选取模数m=6.3 mm，蜗杆分度圆直径=63mm，这时/a=0.35，与假设相等，从机械设计图11-18中可查得=2.8=，因此以上计算结果可用。蜗杆（四头）： 分度圆直径：=qm=106.3=63mm节圆直径：=m (q+2x)=57.6mm齿顶圆直径：=+ =+2m=63+2*6.3=75.6mm齿根圆直径：=-=63-2*1.2m=47.88mm3. 蜗轮尺寸 齿数： =48 变位系数：x=-0.429直径系数：q=10 模数：m=6.3 蜗轮齿宽：B=0.6=0.6*75.6=45.4mm分度圆直径：齿顶圆直径：=+=+2m(1+x) =302.4+2*6.3*(1-0.429)=309.6mm齿根圆直径：=-=-2m(1.2-x) =302.4-2*6.3*(1.2+0.429)=281.87mm外圆直径：+1.5m=309.6+1.5*6.3=319.05mm4.校核齿根弯曲疲劳强度:分度圆导程角=arctan=arctan=21.80当量齿数=根据=-0.429，=59.97，从机械设计图11-19中可查得齿形系数2.36螺旋系数=许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 =0.669=560.669=37.464MPa所以=,弯曲强度校核满足要求。5. 验算效率已知=21.80，=，与相对滑移速度有关从机械设计表11-18中用插值法查得=0.023，=1.3代入上式得于原估计值，因此不用重算。4.7热平衡计算1估算散热面积AA=2验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数=1417.5：取Ks=17.5 W/()；啮合效率；轴承效率0.980.99，取轴承效率 2=0.99；搅油效率0.940.99，搅油效率3=0.98；=123=0.880.990.98=0.8550.780油温未超过限度N=2.5 a=180mm=63mm=57.6mm=75.6mm=47.88mm =48X=-0.429q=10m=6.3 =309.6mm=281.87mm319.05mm=21.80=59.97=0.8443=0.669=37.464MPa=7.99校核满足要求=0.023=1.3 满足A=0.8550.7满足轴 的 设 计计 算 及 说 明结 果蜗杆轴的设计及校核图5-1 蜗杆轴草图（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，轴主要向蜗轮传递转矩，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。查机械设计（表15-1）硬度HBS=217 255Mpa，强度极限=640 Mpa，=355Mpa，=275Mpa，=155Mpa，=60Mpa。（2）求蜗杆轴上的功率、转速和转矩由第3章可知 ，。（3）求作用在蜗杆上的力因已知蜗杆的分度圆直径为63mm，则切向力 轴向力 径向力 （4）初步确定轴的最小直径查机械设计（表15-3）先初步校核估算轴的最小直径，取A。=110（5）轴的结构设计1初选轴承初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承；参照工作要求并根据=40mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承。查机械设计课程设计（表16-6）初选型号为30208，其尺寸为dDB=40mm80mm18mm。2各轴段径向尺寸确定查课本,选取因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册 选取LT5型弹性套柱销联轴器其许用转矩为125Nm,半联轴器的孔径3初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.轴段安装联轴器，故直径为30mm，长度为58mm；轴段安装轴承端盖，直径为38mm，长度为66mm；轴段安装套筒和轴承，直径为40mm，长度为34mm；轴段为轴肩，直径为50mm，长度为6mm；轴段直径为46mm，长度为54mm；轴段为蜗杆，故直径为75.6mm，长度为110mm；轴段直径为46mm，长度为54mm；轴段为轴肩，直径为58mm，长度为6mm，轴段安装轴承，直径为40，长度为34mm。4轴上零件的周向定位为了保证良好的对中性，与轴承内圈配合轴径选用H7/m6配合，轴承外圈与套杯采用H7/k6的配合，联轴器与轴采用A型普通平键联接，键的型号为键宽b*键高h 8*7 GB1096-79,键长50mm。5轴上倒角与圆角为保证30208轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴环圆角半径为1.5mm。其他轴肩圆角半径均为2mm。根据标准机械设计（表15-2），轴的左右端倒角均为1.6*45。（6）按弯扭合成校核高速轴的强度在确定轴承支点位置时，查机械设计手册得7211C角接触球轴承的a=17mm，由查机械设计（图15-23）a=l/3因此，做出简支梁的轴的跨距为299mm。切向力 轴向力 径向力 径向力 绘出轴的计算简图 5-2(a)图 绘制垂直面弯矩图 5-2(b)图 = =MPa，安全。蜗轮轴的设计及校核1.轴上的功率、转速、转矩: =2.59kW； 95r/min； 260050Nmm2. 作用在轴上的力； 蜗轮分度圆直径：302.4mm 圆周力： 径向力： 3. 初步确定轴的最小直径： 按初步估算，选取轴的材料为45钢，调质处理。 有表15-3取， 于是得= 由轴直径d100mm，且开有一个键槽，故使轴径增大5%，即：mm 根据 ，查表14-1，有。 所以 Nm因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以查机械设计手册 选取LT7型弹性套柱销联轴器其公称转矩为500Nm,半联轴器的孔径。4. 轴的结构设计： （1）方案如下图：1选取轴承： 选型号为32910的圆锥滚子轴承，其尺寸为d*D*B=50mm*72mm*15mm.2轴的尺寸轴段安装联轴器，故直径为40mm，长度为82mm；轴段安装轴承端盖，直径为48mm，长度为70mm；轴段安装套筒和轴承，直径为50mm，长度为28mm；轴段安装涡轮，直径为55mm，长度为46mm；轴段为轴肩，直径为67mm，长度为8mm；轴段安装轴承和套筒，直径为50mm，长度为19mm。3轴上零件的周向定位为了保证良好的对中性，蜗轮与轴选用A型普通平键联接，键的型号为16*10 GB1096-79,键槽用键槽铣刀加工，键长为36mm；同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，所以选择蜗轮与轮毂的配合为；联轴器与轴采用A型普通平键联接，键的型号为键宽b*键高h 12*8 GB1096-79，键长为70mm；轴与轴承内圈配合轴径选用H7/m6的配合。4轴上零件的周向定位为保证圆锥滚子轴承32910内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm。其他轴肩圆角半径分别由具体轴径而定。根据标准轴的左端倒角均为2*45，右端倒角均为1.6*45。 = =，安全5. 精确校核轴的疲劳强度： （1）危险截面： IV、V处截面的应力集中影响相近，但IV处同时受扭矩的作用，IV处虽然轴径较小，但相对扭矩来说，还是校核受扭一面好些。 （2）截面V左侧 抗弯截面系数：W=0.1=0.1 抗扭截面系数：=0.2 截面V左侧的弯矩M为： M=37912.614965.5Nm 截面V上的扭矩为：=252300Nmm 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得 ，。 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因，经插值后可查得 ， 又由附图3-1可得轴的材料的敏感系数为 =1.74K=1+=3.67K=1+（-1）=1.56 过盈配合处的，由附表3-8用插值法求的，有 =5.48，1.93 轴采用磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为 碳钢的特性系数：； 计算安全系数值： 故轴的选用安全。 （3）截面V右侧： 抗弯截面系数：W=0.1=0.1 抗扭截面系数：=0.2 截面V左侧的弯矩M为： M=37912.614965.5Nm 截面V左侧的扭矩为：=252300Nmm 截面上的弯曲应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得 ，。 截面上由于轴环而形成的理论应力集中系数及按设计手册查取。由 ， 经插值后可查得 =1.63，=1.2 轴的材料敏感系数：， 故有效应力集中系数为 由附图3-2的尺寸系数，由附图3-3的扭转尺寸系数 轴采用磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 轴表面未经强化处理，即，则综合系数值为 碳钢的特性系数：； 计算安全系数值： 故该轴在截面IV右侧的强度也是足够的。 =2.03 安全 Nm32910圆锥滚子轴承d*D*B=50mm*72mm*15mm =安全W=M=14965.5Nm=252300Nmm， =1.74K=3.67K=1.56安全W=M=14965.5Nm=252300Nmm=1.63，=1.2，安全轴 承 的 校 核高速轴轴承计 算 及 说 明结 果径向力：轴承型号：30208轴承基本额定载荷：C=63kN基本额定寿命：，角接触轴承：所以 预期计算寿命：满足要求满足要求键 的 校 核低速轴键计 算 及 说 明结 果平键校核公式：联轴器处：尺寸：轴段直径：d=40mm扭矩T=260.05Nm轴槽深t=5mm所以：l=L-b=70-12=58mm k=h-t=8-5=3mm 由表6-2查得钢在静载荷作用下的许用挤压应力，所以，可以满足使用要求蜗轮处：尺寸：轴段直径：d=55mm扭矩T=260.05Nm轴槽深t=6mm所以：l=L-b=36-16=20mm k=h-t=10-6=4mm 由表6-2查得钢在静载荷作用下的许用挤压应力所以，可以满足使用要求满足要求合格高速轴键计 算 及 说 明结 果联轴器处：尺寸：轴段直径：d=30mm扭矩T=21.88Nm轴槽深t=4mm所以：l=L-b=50-8=42mm k=h-t=7-4=3mm 由表6-2查得钢在静载荷作用下的许用挤压应力所以，可以满足使用要求第六章 箱体的设计6.1箱体的基本结构设计参考机械设计手册V5m/s，采用下置剖分式蜗杆减速器。6.2箱体的材料及制造方法：选用铸铁HT100，砂型铸造。6.3铸铁箱体主要结构尺寸和关系表6-1 铸铁减速器箱体主要结构尺寸参数名 称称 号一级齿轮减速器计算结果箱座壁厚0.04a+3mm8mm10.2箱盖壁厚10.858.67箱座凸缘厚度b1.515.3箱盖凸缘厚度b11.5113箱座底凸缘厚度b22.525.5地脚螺钉直径df0.036a+12mm18地脚螺钉数目nn =(L+B)/(200300)4轴承旁连接螺栓直径d10.75 df14箱座与箱盖连接螺栓直径d2(0.50.6) df10连接螺栓d2的间距l15200mm160轴承端螺钉直径d3按选用的轴承端盖选用或(0.40.5) df8窥视孔盖螺钉直径d4(0.30.4) df7定位销直径d(0.70.8) d28df、d1 、d2至外机壁距离c1见表224，20，16df 、d1 、d2至缘边距离c2见表222,18,14轴承旁凸台半径R1c222凸台高度h根据低速轴承座外径确定55箱机壁到轴承端面距离l1c1+ c2+(510)mm55箱座底部凸缘宽度l2+ c1+ c2+(510)mm66蜗轮齿顶圆与内箱壁距离11.213蜗轮端面与内箱壁的距离211蜗杆箱体轴承座孔的轴向长度lcLc=（11.2）D，D为轴承孔60箱座肋厚mm0.859箱盖肋厚m1m10.8517轴承端盖外径D2轴承座孔直径+(55.5) d395轴承端盖凸缘厚度e(11.2) d39轴承旁连接