机械设计课程设计-带式运输机传动装置二级蜗杆齿轮减速器.docx

燕山大学课程设计报告燕山大学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目：带式运输机传动装置二级蜗杆齿轮减速器全套设计加扣3012250582 学院： 机械工程学院年级专业： 2013 级机控 1 班学号： 学生姓名： 指导教师： 燕山大学课程设计报告目录;1项目设计目标与技术要求1.1 任务描述1.2 技术要求2传动系统方案制定与分析3传动方案的技术设计与分析3.1 电动机选择与确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择3.1.2 电动机容量确定3.1.3 电动机转速选择3.2 传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定3.2.2 各级传动比分配3.2.2.1 分配方案3.2.2.2 各级传动比确定4关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定4.2 齿轮传动设计方案4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计4.3.2 第一级齿轮传动强度校核4.3.3 热平衡计算燕山大学课程设计报告4.4 第二级齿轮传动设计计算4.4.1 第二级齿轮传动参数设计4.4.2 第二级齿轮传动强度校核4.5 轴的初算4.6 键的选择及键联接的强度计算4.6.1 键联接的方案选择4.6.2 键联接的强度计算4.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式5传动系统结构设计与总成5.1 装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范5.1.1 装配图整体布局5.1.2 轴系结构设计与方案分析5.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析5.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析5.1.2.3 低速轴结构设计与方案分析5.2 零件图设计5.3 主要零部件的校核与验算5.3.1 轴系结构强度校核5.3.2 滚动轴承的寿命计算6.主要附件与配件的选择6.1 联轴器选择6.2 润滑与密封的选择6.2.1 润滑方案对比及确定燕山大学课程设计报告6.2.2 密封方案对比及确定6.3 通气器6.4 油标6.5 螺栓及吊环螺钉6.6 油塞6.7 吊钩6.8 放油螺塞7. 零部件精度与公差的制定7.1 精度设计制定原则7.1.1 尺寸精度设计原则7.1.2 形位公差的设计原则7.2 减速器主要结构、配合要求7.3 减速器主要技术要求8. 项目经济性分析与安全性分析8.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性8.2 减速器总重量估算及加工成本初算8.3 安全性分析8.4 经济性与安全性综合分析9 设计小结10参考文献燕山大学课程设计报告1 项目设计目标与技术要求任务描述：按任务书中计划，传动方案及总体设计计算 2 天；装配草图 8 天；装配草图抄正 5 天；零件图 2 天；编写说明书 2 天；答辩 1 天。在为期 20 天的课设任务中，我们要完成带式输送机传动方案的设计及三维图的制作。技术要求：满足使用要求及经济性原则的条件下，运动及动力参数要满足：基本运输链牵引力 F=1940 N；滚筒直径 D=0.34 m ；运输链工作速度 V=0.33 m/s。其他条件为：使用地点 室内 、生产批量 大批、载荷性质 平稳、 使用年限 六年一班2 传动系统方案制定与分析机器一般由原动机、装置和工作机三部分组成。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，其重量和成本在机器中占很大比重，其性能和质量也对机器的工作影响很大。因此合理地设计传动装置是整部机器设计工作中重要一环。而合理地拟定传动方案又是保证传动装置设计质量的基础。针对不同的使用需求及工作环境的限制，要选择不同的传动方案。2.1：带传动：带传动是利用张紧在带轮上的带，借助他们之间的摩擦、啮合进行两轴间或多轴间的动力和运动的传递。一般 V 带传动应用广泛。带传动具有机构简单、传动平稳、造价低廉、不需润滑以及缓冲吸振等优点。在近代机械中应用广泛。带传动存在打滑和弹性滑动，其中弹性滑动是由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的滑动，不可避免。弹性滑动可引起以下后果：减低传动效率、加重磨损、从动轮圆周速度低于主动轮、带发热使温度升高缩短使用寿命。而打滑是因为过载引起的带在带轮上的全面滑动，对带的磨损消耗极为严2.2: 链传动：5燕山大学课程设计报告链传动是在两个或多个链轮之间用链作为挠性拉曳原件的一种啮合传动。主动轮通过轮齿与链的啮合带动从动轮转动并传递动力。与带传动比较特点为：无滑动，可以得到准确传动比；传动效率高达 98%；不需要很大张紧力；可在恶劣环境中使用；瞬时传动速度不均匀，传动平稳性较差。主要失效形式有脱链、点蚀、冲击疲劳载荷、销轴与套筒之间的黏着磨损即胶合、过载拉断等。2.3:齿轮传动：齿轮传动是近代机械制造中应用最多的传动形式之一。优点有：传动比恒定、适用的载荷与速度范围很广，传递的功率变化大，圆周速度可达 150m/s、结构紧凑、效率高、工作可靠寿命长。缺点主要是对制造安装精度要求较高、当两轴间距较大时采用齿轮传动比较笨重。齿轮传动包括直齿轮、斜齿轮、锥齿轮传动。齿轮传动的失效形似包括疲劳折断，过载折断、齿面点蚀、齿面胶合、磨损、塑性变形等。直齿圆锥齿轮传动轴向力小，比曲线齿轮制造容易。可制成鼓形齿。曲线齿圆锥齿轮传动比直齿圆锥齿轮传动平稳、噪声低承载能力大。渐开线齿轮传动速度功率范围大，效率高，对中心距敏感较小。装配维修简便应用广泛。2.4: 蜗轮蜗杆传动：优点传动比大，工作平稳；噪声小结构紧凑；在一定条件下有自锁性；单级传动比范围较大。缺点为齿面间相对滑动速度大，发热量大，主要失效形式是蜗轮齿面产生胶合、点蚀、磨损很少发生轮齿弯曲折断。鉴于各自不同传动方案优缺点及课设任务书要求，选用涡轮蜗杆传动方案。3 传动方案的技术设计与分析传动方案简图：6燕山大学课程设计报告如图，高速级采用蜗轮蜗杆传动，中间级为齿轮传动最终将发动机动力传递给带轮，用以工作。3.1 电动机选择和确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择可供选择的一般异步电动机有 Y 系列（IP23）三相异步电动机、Y 系列（IP44）三相异步电动机，YEJ 系列电磁制动三相异步电动机。Y 系列（IP23）三相异步电动机：能防止手指触及机壳内带电体或转动部分，防止直径大于 12mm 的小固体异物进入，防止水淋入等。该系列电动机具有效率高，启动性能好，噪声低，体积小，重量轻等优点。Y 系列（IP44）三相异步电动机：该三相异步电动机效率高，节能，堵转转矩高、噪声低震动小，运动安全可靠。YEJ 系列电磁制动三相异步电动机：是 Y 系列（IP44）的派生产品，适用于快速停止准确定位的传动机或装置上。具有制动块，定位准确的优点。根据使用条件是室内，所以可选择 Y 系列（IP44）三项异步电动机。3.1.2 电动机的容量确定电动机的输出功率P电=P输出h总由原始数据得 P输出 =F v =19400.33=640.2W总效率h总 =h14 h22 h3 h4 h5h 1 ：滚珠轴承轴承的传动效率 h1 =0.99h 2 ：弹性连轴器的效率 h2 =0.99h 3 ：蜗轮蜗杆传动效率（双头） h3 =0.8h 4 ：圆柱齿轮传递效率 （8 级精度齿轮传动） h4 =0.977燕山大学课程设计报告h 5 ：卷筒的传递效率 h5 =0.96h 总 = 0.994 0.992 0.8 0.97 0.96 = 0.701电动机功率 P电 = Ph输总出 =640.2/0.701=913.27W查机械设计手册得电动机的额定功率为 1.1kw 时最接近且满足额定功率大于电动机功率913.27W，所以 电=1.1kw3.1.3 电机转速选择卷筒的工作转速为n卷 =60V/(3.14*0.34)=18.5 (r/min)由蜗杆-齿轮减速器传动比合理范围为 60-90 得n = (60 90) 17.9 = 1074 1611 （r/min）符合这一范围的电动机同步转速为 1500rmin,所以选用额定功率为 1.1kw 同步转速为 1500rmin,决定选用型号为 Y90S-4 电动机。电动机主要性能参数表如下。额定功率同步转速满载转速最大转矩电动机型号起动转矩（Kw）（r/min）（r/min）额定转矩额定转矩Y90L-41.1150014002.02.03.2 传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定8燕山大学课程设计报告根据传动装置电动机满载转速为 1400r/min，卷筒转速 18.5r/min，电动机转速总=1400/18.5=77.8；卷筒转速3.2.2 各级传动比分配3.2.2.1 分配方案由总传动比等于各级连乘积得总= 1x 2;1:圆柱齿轮传动比2:蜗轮蜗杆传动比查机械设计手册得1=（0.030.06）= 总1=（0.030.06）x77.8=(2.3344.668)3.2.2.2 各级传动比确定i=3.5 可得2= 总/ 1=22.2(满足给定传动比范围)3.3 计算传动装置的运动和动力参数，确定各轴的功率、转速、转矩。3.3.1 各轴的输入功率1 = 电x 2=913.27*0.99=904.12w2= 1x 1x 3=904.12x0.99x0.8=716.08w3= 2x 1 4=716.08x0.99x0.97=687.65w4= 3x 2x 1=687.65x0.99x0.99=673.97w3.3.2 各轴转速1= 电=1400r/min2= 1/ 2=1400/22.2=63.06(r/min)3= 4= 2/ 1=63.06/3.5=18.02(r/min)9燕山大学课程设计报告3.3.3 各轴输入转矩由公式 T=9550X 得电=6.23 Nm1=6.17 Nm2=108.45 Nm3=364.4 Nm4=338.1 Nm整理运动和力的参数：轴电机轴轴 1轴 2轴 3卷筒轴参数功率 P/W913.23904.12716.08687.65673.97转矩6.236.17108.45364.4338.1T/(Nm)转速1400140063.0618.0218.02n/(r/min)传动比 i1.0022.23.51.00效率0.990.7920.960.984 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定箱体：减速器箱体是用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度，良好润滑及密封的重要部件，因此应具有足够的强度、刚度以及合理的结构，它的重量约占减速器总重量的一半。箱体材料通常多用灰铸铁（HT150、HT200 等），对于重型或有冲击载荷的减速器也可采用铸钢箱体。铸造箱体较容易获得合理和复杂的结构形状，刚度好，易进行切削加工；但是制造周期长，重量较大，因而多用于成批生产。单件生产的减速器，为了简化工艺，降低成本，缩短生产周期，也可采用钢板焊接的箱体。箱体可以做成整体式、剖分式。剖分式箱体的剖分面多取与传动件轴心线平面重合的水平面，一般只有一个剖分面。在大型立式减速器中，为便于制造和安装也可采用两个剖分面。整体式箱体加工量少，重量轻，零件少，但装配比较麻烦。圆柱齿轮：10燕山大学课程设计报告由机械设计指导手册查询可知，选择齿轮材料时通常先估计毛坯的制造方法。当齿轮直径 d500mm 时,根据制造条件，可以选用锻造或铸造毛坯；当 d500mm 时多用铸造毛。小齿轮你齿根圆直径与轴颈接近时齿轮与轴可制成一体，此时所选材料应兼顾轴的要求。材料选定后应根据毛坯尺寸确定材料机械性能，已进行齿轮强度计算。由机械设计查询可知对齿轮材料的基本要求是：齿面要硬、齿心要韧、以抵抗齿面失效和齿轮折断。选择材料时还应考虑加工和热处理的工艺性及经济性要求。制造齿轮常用的材料是钢，其次是铸铁以及非金属材料。蜗轮蜗杆：设计蜗杆传动，除了注意圆柱齿轮传动的各点之外，还应注意：蜗杆传动的工作特点是滑动速度大，因此要求蜗杆副有较好的跑合和耐磨损性能，不同的蜗杆副材料适用的滑动速度范围不同，在材料选择时可用初估蜗杆副的相对滑动速度。蜗杆传动尺寸确定后，要校验相对滑动速度和传动效率与初估值是否相符，并检查材料选择是否适当，以及是否要修正有关计算数据（如转矩等）。模数 m 和蜗杆直径要符合标准规定。计算的中心距应尽量圆整成尾数 0 或 5，为此常需对蜗杆轴进行变位修正。变位蜗杆传动只改变蜗轮几何尺寸，蜗杆几何尺寸不变。蜗杆上置或下置取决于蜗杆分度圆圆周速度。当速度 45m/s，蜗杆在下侧，反之在上侧。蜗杆材料的组合首先要求有优良的减磨性，此外还要求一定的强度。在滑动速度较高的重要传动中，蜗轮材料通常采用铸造锡青铜。铸造铝青铜的抗胶合能力差不易用于滑动速度大于 8m/s 的场合。在滑动速度低于 2m/s 的场合，可采用灰铸铁。不同材料的强度极限不同，适用的滑动速度范围也不同。轴：轴用来支承轴上回转零件、传递转矩和运动。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中敏感性较小，所以应用较为广泛。常用的碳素钢有 30、40、45 和 50 钢，其中最常用的是 45 钢。为保证力学性能，应进行调制或正火处理。不重要的或受力较小的轴以及一般传动轴可使用 Q235、Q255、Q235-AF。合金钢具有较高的强度和硬度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。轴也可以采用合金铸铁和球墨铸铁来做。它们的毛坯是铸造成型的，所以易于得到合理的形状。这些材料的吸振性高，可以用热处理方法获得所需耐磨性。但铸造轴的品质不易控制，可靠性较差。11燕山大学课程设计报告轴的工作能力取决于它的强度和刚度，对于高转速轴，有时还取决于它的振动稳定性。在设计轴时还需令轴满足其它一系列要求，例如轴上零件固定的要求、热处理要求、运转维护要求等。对于重型轴，还须考虑毛坯制造和探伤问题。4.2 齿轮传动设计方案4.2.1 齿轮软硬齿面性能对比：软齿面齿轮（硬度350HBS）这类齿轮多经调质或正火处理后切齿，切齿精度一般为 8 级，精切可达 7 级。因齿面硬度不高，故限制了承载能力，但易于制造，成本低。用于对尺寸和重量无严格要求的场合。软齿面齿轮在开始出现少量点蚀后，有时不在形成扩展性点蚀。硬齿面齿轮（硬度350HBS）一般为切齿后经热处理。但随着硬齿面加工技术的发展，这类齿轮也可在热处理后使用硬质合金滚刀精滚加工。常用材料 20CrMnTi、20CrMnMo等。这类齿轮由于齿面硬度高故承载能力也高，适用于要求尺寸小和重量轻的场合。硬齿面齿轮当点蚀一旦出现后，就会形成扩展性点蚀。4.2.2 设计及校核原则：齿轮传动失效形式有疲劳折断、过载折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。针对以上各种失效形式和工作状况，应分别建立相应的计算准则。目前在设计一般条件下使用的是闭式齿轮传动，通常是按照保证接触疲劳强度和齿面弯曲疲劳强度两种计算准则进行计算。对于大功率的高速齿轮传动，还要保证齿面胶合承载能力的准则计算。开式传动主要失效形式是齿面磨损，往往在轮齿磨薄后发生折断。因此目前多按齿轮齿根弯曲疲劳强度计算，用降低 20%30%的许用应力来考虑磨损的影响。4.2.3 直齿轮、斜齿轮方案选择斜齿轮与直齿轮相对比，可发现斜齿轮啮合时接触线倾斜，有利于提高接触疲劳强度。接触线长度影响单位齿宽上的载荷，它由齿轮宽度 b 和断面重合度决定。可以认为重合度越大，承载的接触线总长度越大，单位载荷则越小。斜齿轮承载能力较强，故选择斜齿轮。4.3 第一级齿轮传动设计计算4.3.1 第一级齿轮传动参数设计由运动和动力参数表得：12燕山大学课程设计报告P2=904.12WT2=6.17（Nm） n=1400(rmin) i=22.2=0.792Lh=14400h载荷性质平稳 ；生产批量 大批一:初选材料、精度等级、蜗杆头数1、 材料由机械设计104 页表 7-2蜗轮 金属型 大批量采用锡青铜。蜗杆: 金属型 调质处理 452、 精度等级 表 7-1 得：初选取 8 级3、蜗杆头数：由传动比和头数的对应关系 取 Z1=2 取 Z2=45；二：基本参数确定根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度a) 接触疲劳强度计算1）许用接触疲劳应力H 由表 7-9 知应力循环次数2=60* 2* 2=5.45*107H=(0.750.9)8107=150.76MPa（ 见表 7 2）22）计算m3q，蜗轮转矩2=T*i*=6.17*22.2*0.792=108.5*103 Nm2载荷系数 K=KAKVK=1.1KA见表 7-6.假设 V3m/s , KV=1.1, K查机械设计手册107 页表 7-6，下方文字可知K=1；m3q 9.47 cos KT2 (Z ZE2) =576.92HZE见表 7-7，9.47 cos=9.26 见机械设计，因、r 都未定，查表机械设计106 页表 7-413燕山大学课程设计报告为初步计算取： m=4mm1=40mmq=103）传动基本尺寸（机械设计108 页表 7-5）蜗轮分度圆直径2=m* 2=180mm传动中心距 a=12（ 1 +2）=110mm；蜗杆导程角 = tan1 z1142(其它尺寸忽略)q= tan8.000= 11.314)定精度等级蜗轮圆周速度v=n2d2= 0.594ms2601000滑动速度V=v2=3.03 m/ssin 根据表 7-1 由v2 选取 9 级精度；b) 弯曲疲劳强度校核1) 许用弯曲应力F9 106F = (0.25S + 0.08b) N2 = 88.725MPaS、b见表 7-2,1.25 是蜗杆硬度45HRC 时所乘系数，见表 7-9.2）弯曲应力计算当量齿数 Zv = cosZ23 = 47.7齿形系数 （用插入法由表 7-8 查出）=1.66螺旋角系数Y = 1 140 = 0.921.64 弯曲应力F=2=10.38MPaF F所以安全。C）热平衡计算14燕山大学课程设计报告(7).热平衡核算。=+ 1000 P1(1 -h )tt 0KdA其中 t0=20，=0.8，P1=0.91Kw，取工作环境为室内，则取 Kd=15W/（m2）箱体面积a1.751101.752A =0.33=0.33=0.394m100100则工作油温为t = 20 + 1000 0.91 (1 - 0.8) C = 50.8 6.23 N m中 间 轴 ： T=1hld =1 9 (40 14) 45 130 = 342.225N 4p4m108.45 N mT= 14 hldp = 14 9 (70 14) 45 130 = 737.1N m 108.45 N m输出轴：T= 14 hldp = 14 8 (56 12) 40 130 = 457.6N m364.4 N mT= 14 hldp = 14 8 (56 12) 42 130 = 480.5N m364.4 N m由以上校核过程可知，键强度都符合要求。4.7 滚动轴承选择及轴的支承方式典型的滚动轴承由内圈、外圈、滚动体、和保持架四种原件组成。滚动轴承按受载荷的方向和大小分为：径向接触轴承、向心角接触轴承、推力角接触轴承、轴向推力轴承。滚动轴承的选用包括类型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承型式的选择与寿命计算，通常可按下列步骤进行。1）根据工作条件确定轴承部件的结构形式。2）根据支撑形式及轴承工作特点确定轴承类型、精度。3）通过轴承部件的结构设计、强度计算、寿命计算，具体确定轴承型号。4）验算轴承的载荷能力与极限转速。滚动轴承类型选择时以下原则需要考虑:轴承所承受的载荷（大小、方向及性质）、转速与工作环境、经济性及其他特殊要求等多种因素的影响。具体参考如下：（1） 转速较高。载荷不大，而旋转精度要求较高时宜用球轴承，转速较低，载荷较大或有冲击载荷是宜选用滚子轴承。（2） 当径向载荷和轴向载荷都比较大时，若转速较高宜用角接触轴承；若转速不高，宜用圆锥滚子轴承；当径向载荷比轴向载荷大得多并且转速较高时宜用向心球轴承。当轴向载荷比径向载荷大得多并且转速较低时常用两种不同类型的轴承组合，让它们分别承受轴向及径向载荷。（3） 支承刚度要求较高时，可成对采用交接触轴承，可成对采用交接触轴承。23燕山大学课程设计报告（4） 需调整径向间隙时宜采用带内锥孔的轴承；（5） 支点跨距较大、轴的变形较大或多支点轴宜采用调心轴承。在满足使用要求的情况下，优先选用低价格的轴承。一般来说，轴承的价格低于滚子轴承；精度越高价格越贵；同精度等级的轴承中深沟球轴承最便宜。支撑结构的基本形式：轴的径向位置一般由两个支承共同限定，而轴向位置则可以有不同方法固定，由此可将支承结构分为以下三种基本形式，（1） 两端固定支承 指两个支承端各限制一个方向的轴向位移的支承方式。在纯径向载荷或轴向载荷较小的联合载荷作用下的轴，一般采用向心型轴承组成的两端固定支承，并在其中一个支撑端使轴承外圈与内壳孔间采用较松配合同时在外圈与端盖间留出适当空隙，以适应轴的受热变形。受径向和轴向载荷联合作用的轴，可采用角接触轴承组成两端固定支承，这种支撑结构可以在安装检修时，通过调整某个轴承套圈的位置，使轴承达到所要求的游