一级蜗杆减速器设计（含全套CAD图纸） .pdf

1 1 机械设计课程设计任务书 专业班级 04 学生姓名 学号 课题名称 一级蜗杆减速器 设计 起止时间 课题类型 工程设计 课题性质 真实 一 原始数据 已知条件 输送带拉力 f kn 输送带速度 v m s 滚筒直径 mm 数据 2 2 0 9 350 工作条件 单向运转 连续工作 空载起动 载荷平稳 三班制工作 减速器使用寿 命不低于 10 年 输送带速度允许误差位 5 二 基本要求 1 完成装配图一张 零件图两张 齿轮 轴各一 2 编写设计说明书一份 按毕业设计论文格式打印 3 装配图手工绘制 零件图 cad 绘制 4 自制文件带装好全部文件 写上学好 姓名 2 2 机构运动简图机构运动简图 电动机 联轴器 蜗杆减速器 联轴器 滚筒 输送带 3 运动学与动力学计算运动学与动力学计算 3 1 电动机的选择计算电动机的选择计算 3 1 1 选择电动机 3 1 1 1 选择电动机的类型 按工作要求和条件选取y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼型三相异步 电动机 3 1 1 2 选择电动机容量 电动机输出功率 a w p d p kw 工作机所需的功率 kw fv p w 1000 所以 a fv d p 1000 kw 由电动机至工作机之间的总效率 6 5 4 3 4 2 1 a 其中 1 2 3 4 5 6 分别为联轴器 轴承 窝杆 齿轮 链 和卷筒的传动效率 3 查表可知 1 0 99 弹性链轴器 2 0 98 滚子轴承 3 0 73 单头 窝杆 4 0 90 铸造的开式齿轮传动 5 0 96 滚子链 6 0 96 卷筒 所以 55 0 96 0 96 0 90 0 73 0 98 0 99 0 4 x x x x x a p 1420 28 9 min 49 1 m w n ir n 3 1 1 3 确定电动机转速 卷筒轴的工作转速为 60 100060 1000 0 9 49 1 350 v nw d r min 根据 机械设计基础 中查的蜗杆的传动比在一般的动力传动中 i 60 600 电动机的转速的范围因为 n 20 80 n 20 80 x49 1 982 3928r min 在 这 个 范 围 内 的 电 动 机 的 同 步 转 速 有 1000r min 和 1500r min 2800r min 三种传动比方案 综合考虑电动机和传动装置的情况来确定 最后的转速 为降低电动机的重量和成本 可以选择同步转速 1500r min 根据 同步转速查表 10 100 确定电动机的型号为 y90l1 4 3 1 2 计算总传动比和各级传动比的分配 3 1 2 1 计算总传动比 1400 528 30 2 21 m a n i n 3 1 2 2 各级传动比的分配 由于为蜗杆传动 传动比都集中在蜗杆上 其他不分配传动比 3 1 3 计算传动装置的运动和动力参数 3 1 3 1 蜗杆蜗轮的转速 蜗杆转速和电动机的额定转速相同 蜗轮转速 min 67 63 3 22 1420 r n 滚筒的转速和蜗轮的转速相同 3 1 3 2 功率 蜗杆的功率 p 3 57 0 99 3 534kw 蜗轮的功率 p 3 534 0 8 0 99 2 799kw 滚筒的功率 p 2 799 0 97 0 98 2 661kw 4 转矩 m n n p t m m d 01 24 1420 57 3 9550 9550 m n i t t d 77 23 99 0 1 01 24 01 1 1 m n i t t 27 514 98 0 99 0 3 22 77 23 12 1 2 m n i t t 85 493 97 0 99 0 1 27 514 23 3 2 3 将所计算的结果列表 参数 电动机 蜗杆 蜗轮 滚筒 转速 r min 1420 1420 63 67 63 67 功率 p kw 3 57 3 534 2 799 2 661 5 转矩 n m 24 01 23 77 514 27 493 85 传动比 i 22 3 效率 0 99 0 79 0 90 4 传动零件的设计计算 传动零件的设计计算 4 1 4 1 蜗杆蜗轮设计计算蜗杆蜗轮设计计算 计算项目 计算内容 计算结果 4 1 1 选择材料 4 1 2 确定许用压力 7 10 l n 时蜗轮 材料的许用接触 f 当 6 10 l n 时蜗轮 材料的许用弯曲应力 f 初步估计 vs 的值 滑动系数影响系数 zvs 应力循环的次数 l n 接触强度寿命系数 zn 弯曲强度寿命系数 yn 许用接触应力 h 蜗杆 选 40gr 表面淬火 45 55hrc 由表 8 7 查得 蜗轮边缘选择 zcusn10p1 金属模铸造 查 表 8 7 得 许 用 压 力 为 2 220 mm n h 查 表 8 7 2 70 mm n f 查图 8 13 得 vs 3 s 查图 8 14 得 zvs 0 93 浸油润滑 l n 60 n2 j l 60 63 7 1 365 16 10 22320 4800 zn 8 7 10 l n 0 68 yn 9 6 10 l n 0 55 由式 8 6 n zvsz h h 220 0 93 0 68 2 13 139 mm n 由式 8 7 f f yn 70 0 55 2 5 38 mm n 40gr zcusn10p1 2 220 mm n h 2 70 mm n f vs 3 s zvs 0 93 l n 223204800 2 13 139 mm n 6 许用弯曲应力 f 4 1 3 按接触疲劳强度 设计 载荷系数 k 传动比 i 初步估计蜗杆传动效率 确定蜗杆的头数 1 z 蜗轮齿数 2 z 确定模数及蜗杆直径 确定蜗杆传动 基本参数 4 1 4 求蜗轮圆周数度 并校核效率 蜗轮分度圆导程角 实际传动比 i 蜗轮的实际转速 n 蜗轮的圆周数度 v 滑动速度 vs 啮合效率 从 k 1 1 4 取 k 1 2 3 22 7 63 1420 w m n n i 由 i 5 3 100 22 3 5 3 100 0 835 查表 8 2 1 z 2 3 取 z1 2 2 z i 1 z 22 3 2 44 6 45 由式 8 10 3 2 2 2 2 1 2 32 3542 27 514 2 1 45 13 139 15000 15000 mm kt z h d m 由表 8 1 取 m 6 3 d 63 查表 8 4 按 i 25 m 6 3 d 63 得基本参数为 中心距 a 190 1 z 2 2 z 50 x2 0 206 2 d m 2 z 6 3 50 330mm arctan 1 z m d arctan 2 6 3 63 11 度 18 分 35 秒 i 2 z 1 z 53 2 26 5 n n1 i 1420 26 5 53 6r mm s m n d v 937 0 1000 60 6 53 334 1000 60 2 vs s m n d 78 4 5 3 8 1 11 cos 1000 60 1420 63 cos 1000 60 1 1 903 0 6 1 1 5 3 8 1 11 tan 5 3 8 1 11 tan tan tan 1 1 v k 1 2 i 22 3 1 z 2 2 z 45 m 6 3 d 63 1 z 2 2 z 53 x2 0 246 i 26 5 n 53 6r min s m v 937 0 2 vs s m 78 4 7 搅油效率 0 94 0 99 轴承效率 0 98 0 99 蜗杆的传动效率 4 1 5 校核蜗轮的齿面 接触强度 材料弹性系数 ze 使用系数 ka 动载系数 kv 载荷系数 k 蜗轮实际转矩 t2 滑动速度影响系数 zvs 许用接触应力 h 校核蜗杆轮齿接触疲劳 强度 4 1 6 校核蜗轮齿根弯 曲强度 蜗轮综合齿形系数 fs y 查表 8 10 16 1 v 取 0 96 取 0 98 得 0 903 0 96 0 98 0 85 查表 8 8 ze 155 2 mm n 查表 8 9 ka 1 间隙工作 由于 v2 0 937 3m s kv 1 1 1 取 kv 1 k 1 载荷平稳 m n n i p t 95 605 1420 85 0 5 26 4 9550 9550 1 2 查图 8 14 zvs 0 93 h 220 0 93 0 68 139 13n mm k kv ka d d t ze h 2 2 1 2 9400 1 1 1 334 63 95 605 9400 155 2 125 62 h 139 13 按 2 v z 2 z cos 53 cos 54 查图 7 32 fs y 4 0 及 2 0 246 y 1 120 1 11 18 35 120 0 906 y y m d d k k k t f fs v a 2 1 2 666 903 0 1 96 0 2 98 0 3 85 0 ka 1 kv 1 k 1 m n t 95 605 2 h 139 1 3 合格 8 导程角系数 y 校核弯曲强度 4 1 7 热平衡校核 初步估计散热面积 a 周围空气的温度 t 热散系数 k 热平衡校核 4 1 8 计算蜗杆传动主 要尺寸 中心距 a 200mm 蜗杆齿顶圆直径 da1 蜗杆齿根圆直径 df1 导程角 蜗杆轴向齿距 px1 蜗杆齿宽 b1 蜗轮分度圆直径 d2 蜗轮喉圆直径 de2 蜗轮齿根圆直径 df2 906 0 4 3 6 334 63 1 1 1 95 609 666 11 12 f 38 5 2 75 1 75 1 11 1 100 200 33 0 100 33 0 m a a 取 t 20 c 从 k 14 17 5 取 k 17w m c 由式 8 14 t ka p t 1 1000 1 1 20 923 0 17 85 0 1 57 3 1000 54 13 c 85 c 蜗杆分度圆直径 d1 63mm da1 d1 2ha m 63 2 1 6 3 76mm df1 d1 2m ha c 63 2 6 3 1 0 2 48mm 11 18 35 px1 m 3 14 6 3 20mm mm z m b 93 1 53 3 6 2 1 2 1 2 d2 334mm de2 da2 1 5m 350 1 5 6 3 359 5mm df2 d2 2 hf2 d2 2m ha x2 c 334 2 6 3 1 0 246 0 2 320mm da2 d2 2m ha x2 334 2 6 3 1 0 246 350mm b2 0 75da1 0 75 76 57mm ra2 d1 2 m 63 2 6 3 25mm 11 18 35 蜗杆和轴做成一体 即蜗杆轴 蜗轮采用轮箍式 青铜 轮缘与铸造铁心采用h7 s6配合 并加台肩和螺钉固定 合格 a 1 11m 合格 a 200mm da1 76mm 11 18 35 b1 93mm d2 334mm 11 1 9 蜗轮齿顶圆直径 da2 蜗轮齿宽 b2 蜗轮齿顶圆弧半径 蜗轮螺旋角 4 1 9 蜗轮蜗杆的结 构设计 螺钉选 6 个 8 35 5 轴的设计计算及校核5 轴的设计计算及校核 5 1 5 1 输出轴的设计输出轴的设计 计算项目 计算内容 计算结 果 5 1 1 轴的材料的 选择 确定许用应力 5 1 2 按扭转强度 初步估计轴的最小 直径 5 1 3 轴承和键 5 1 4 轴的结构设 计 5 1 4 1 径向尺寸 的确定 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 d mm n p a 55 27 67 63 799 2 110 3 3 轴伸安装联轴器 考虑补偿轴的可能位移 选用无弹性元件的 联轴器 由转速和转矩得 tc kt 1 5 9 550 6 10 2 799 63 67 315n m 查表 gb 4323 84 hl3 选无弹性扰性联轴器 标准孔径 d 38mm 即轴伸直径为 38mm 采用角接触球轴承 并采用凸缘式轴承盖 实现轴承系两端单 向固定 轴伸处用 c 型普通平键联接 实现周向固定 用 a 型 普通平键连接蜗轮与轴 选 用 45 号钢 正 火 处 理 b 60 0mpa b 1 55mpa d 38mm d1 38mm d2 45mm d3 d7 50 mm d4 53mm d5 60mm 10 5 1 4 2 轴向尺寸 的确定 5 1 5 轴的强度校 核 5 1 5 1 计算蜗 轮受力 5 1 5 2 计算支 承反力 5 1 5 3 弯矩 5 1 5 4 当量弯 矩 从轴段 d1 38mm 开始逐渐选取轴段直径 d2 起固定作用 定位 轴肩高度可在 0 07 0 1 d 范围内 故 d2 d1 2h 38 1 2 0 07 43 32mm 该直径处安装密封毡圈 标准直径 应取 d2 45mm d3 与轴承的内径相配合 为便与轴承的安装 取 d3 50mm 选定轴承型号为 7210cj d4 与蜗轮孔径相配合 按标准直径系列 取 d4 53mm d5 起定位作用 由 h 0 07 0 1 d 0 07 0 1 53 3 71 5 3mm 取 h 4mm d5 60mm d7 与轴承配合 取 d7 d3 50mm d6 为轴承肩 查机 械设计手册 取 d6 57mm 与传动零件相配合的轴段长度 略小于传动零件的轮毂宽 轮 毂的宽度 b2 1 2 1 5 d4 1 2 1 5 53 63 6 79 5mm 取 b 70mm 联轴段 l4 68mm 联轴器十字滑块联轴器 b2 60mm 取联轴段 l1 58mm 与轴承配合的轴段长度 查轴承宽度为 20mm 取挡油板厚为 1mm 则 l7 21mm 其他轴段的尺寸长度 与箱体等的设计有关 蜗轮端面与箱体的距离取 10 15mm 轴 承端面与箱体内壁的距离取 5mm 分箱面取 55 65mm 轴承盖 螺钉至联轴器距离 10 15mm 初步估计 l2 55mm 轴承环宽度 为 8mm 两轴承的中心的跨度为 130mm 轴的总长为 263mm 蜗轮的分度圆直径 d 334mm 转矩 t 513 27n m 蜗轮的切向力 ft 2t d 2 513 27 334 3073 47n 蜗轮的径向力 fr ft tan cos 3073 47 tan20 cos11 18 35 1158 4 蜗轮轴向力 fx ft tan 3073 47 tan11 18 35 619 72n 水平平面 3 1175 130 4 1158 65 2 334 72 619 130 65 2 1 fr d fx f h 9 16 3 1175 4 1158 1 h h f fr f n 垂直平面 fv1 74 1536 2 47 3073 2 ft f v n 水平平面弯矩 mm n fxd m m h hb hb hb mm n f m 7 27098 2 334 72 619 5 76394 2 1 5 76394 3 1175 65 65 垂直平面弯矩 d6 57mm l1 58mm l2 55mm l7 21mm l 263mm d 334mm t 513 27 n m 11 5 1 5 5 分别校核 5 1 5 6 键的强 度校核 mm n fv mvb 1 99888 74 1536 65 1 65 合成弯矩 mm n mvb m m mm n m m m hb b hb hb b 7 103498 1 99888 7 27098 4 81058 7 27098 5 76394 2 2 2 2 2 2 2 2 单向运转 转矩为脉动循环 a 0 6 at 0 6 513270 307962m mm 截面 mm n at m m mm n at m m b b b eb 6 32488 307962 7 103498 318451 307962 4 81058 2 2 2 2 2 2 2 2 mea mel at 0 6 428430 307962m mm mm meb m mm mea d b a 69 38 55 1 0 318451 1 1 0 02 36 55 1 0 307962 1 1 0 3 3 3 3 考虑到键 d1 105 36 02 37 821mm d2 105 38 69 40 62mm 实际直径分别为 38mm 和 53mm 强 度足够 应为选用 a 型平键联接 根据轴径 d 53 由 gb1095 79 查键 宽 b 16mm 键高 h 10mm 因为轮毂的长度为 70mm 故取标准 键长 60mm 将 l l b 60 16 44mm k 0 4h 0 4 10 4mm mpa d l k t p 85 91 53 44 4 10 43 428 2 10 2 3 3 查得静荷时的许用挤压应力 p 120 p 所以挤压强度足 够 由普通平键标准查得轴槽深 t 6mm 毂槽深 t1 4 3mm 合格 b 16mm h 10mm k 4mm t 6mm t1 4 3mm 5 2 5 2 蜗杆轴的设计蜗杆轴的设计 计算项目 计算内容 计算结果 5 2 1 轴的材料的 选择 确定许用应力 5 2 2 按扭转强度 初步估计轴的最小 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 选 用 45 号 钢 正火处理 b 600mp a b 1 55 12 直径 5 2 3 轴承 5 2 4 轴的结构设 计 5 2 4 1 径向尺寸 的确定 5 2 4 2 轴向尺寸 的确定 d mm n p 9 14 1420 534 3 110 3 3 轴伸安装联轴器 考虑补偿 轴的可能位移 选用弹性拄销联轴器 由转速 n 和转矩 tc kt 1 5 23 77 35 66n m 查表 gb 4323 84 选用 hl2 弹性柱销联轴器 标准孔径 d 30mm 即轴伸直径为 30mm 采用角接触球轴承 并采用凸缘式轴承盖 实现轴承系两 端单向固定 从轴段 d1 30mm 开始逐渐选取轴段直径 d2 起固定作用 定位轴肩高度可在 0 07 0 1 d 范围内 故 d2 d1 2h 30 1 2 0 07 34 2mm 该直径处安装密封毡圈 标准直 径 应取 d2 35 5mm d3 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 7208cj d4 起定位作用 由 h 0 07 0 1 d3 0 07 0 1 40 2 8 4mm 取 h 3mm d4 d8 40 3 43mm d5 d7 35mm d6 取蜗杆齿顶圆 直径 d6 60mm 由 gb5014 85 查联轴段长度 80mm 与轴承配合的轴段长度 查轴承宽度为 18mm 取挡油板厚为 1mm 其他轴段的尺寸 长度与箱体等的设计有关 蜗杆端面与箱体的距离取 10 15mm 轴承端面与箱体内壁的距离取 5mm 分箱面取 55 65mm 轴承盖螺钉至联轴器距离 10 15mm 轴承环宽度为 8mm 蜗杆轴总长 460mm mpa d1 30mm d2 35 5mm d3 d9 40m m d5 d7 35mm d6 60mm l 460mm 6 箱体的设计计算6 箱体的设计计算 6 1 箱体的结构形式和材料 采用下置剖分式蜗杆减速器 由于 v 1m s 4m s 铸造箱体 材料 ht150 6 2 铸铁箱体主要结构尺寸和关系 名称 减速器型式及尺寸关系 箱座壁厚 11mm 箱盖壁厚 1 1 10mm 箱座凸缘厚度 b1 箱盖凸缘厚度 b 箱座底凸缘厚度 b2 b 1 5 16mm b1 1 5 1 15mm b2 2 5 28mm 地脚螺钉直径及数目 df 19mm n 6 轴承旁联接螺栓直径 d1 14mm 箱盖 箱座联接螺栓 13 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 6mm df 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 d2 140mm 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 10mm 7 键等相关标准的选择7 键等相关标准的选择 本部分含键的选择联轴器的选择 螺栓 螺母 螺钉的选择垫圈 垫片的 选择 具体内容如下 7 1 键的选择 查表 10 33 机械设计基础课程设计 a 型普通平键 b h 8 7 gb1095 79 轴与相配合的键 a 型普通平键 b h 16 10 gb1095 79 3 轴与联轴器相配合的键 a 型普通平键 b h 12 8 a 型 8 7 a 型 16 10 a 型 12 8 gb1095 79 7 2 联轴器的选择 根据轴设计中的相关数据 查表 10 43 机械设计基础课程 设计 选用联轴器的型号 hl3 gb5014 85 hl3 gb5014 85 7 3 螺栓 螺母 螺钉的选择 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 m12 数量为 6 个 螺钉 gb5782 86 m6 20 数量为 2 个 m10 35 m12 100 m10 m12 14 m8 25 数量为 24 个 m6 16 数量为 12 个 参考 机械设计基础课程设计 图 10 8 装配图 m6 20 m8 25 m6 16 7 4 销 垫圈垫片的选择 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 机械设计基础课程设计 图 10 8 装配图 gb117 86 b8 30 gb93 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 8 减速器结构与润滑的概要说明8 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 15 8 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 机 械设计基础课程设计 图 10 8 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 8 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 8 3 轴承端盖的结构尺寸 详见零件工作图 8 4 减速器的润滑与密封 蜗轮传动部分采用润滑油 润滑油的粘度为 118cst 100 c 查表 5 11 机械设计基础课程设计 轴