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减速器课程设计

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一级蜗轮蜗杆减速器课程设计586%0.5%350,减速器课程设计

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机械设计课程设计 设计说明书 题 目： 单级蜗杆 减速器 学 校：湖南科技大学 学 院：机电工程学院 班 级： 03 级机械制造及自动化 2 班 设 计 者 ： 占宏宇 学 号 ： 0303010204 指导老师 ：周知进 时 间 ： 2006 年 7 月 12 日 nts机械设计课程设计说明书 前言 课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在 2006 年 6 月 12 日 -2006 年 6 月 30 日为期三周的机械设计课程设计。 本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电机 联轴器 减速器 联轴器 带式运输机）， 本人是在周知进老师指导下独立完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择， 运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计， 蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的 尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等和 A0图纸一张、 A3图纸三张。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。 并借助 机械设计手册 (软件版 )R2.0设计验算。 该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。 设计者 ：殷其中 2006年 6月 30日 nts 1 一、 参数选择 ： 总传动比： I=35 Z1=1 Z2=35 卷筒直径： D=350mm 运输带有效拉力： F=6000N 运输带速度： V=0.5m/s 工作环境：三相交流电源 有粉尘 常温连续工作 二、 传动装置总体设计： 根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机 连轴器 减速器 连轴器 带式运输机。 (如图2.1所示 ) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度 V 4 5m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式 见（如图 2.2所示） ，采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内 ，在轴承盖中装有密封元件。 图 2.1 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。 nts 2 三、 电动机的选择： 由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用 Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为 380V 根据生 产设计要求，该减速器卷筒直径 D=350mm。运输带的有效拉力F=6000N，带速 V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为 380V。 1、 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V， Y系列 2、 传动滚筒所需功率 3、 传动装置效率： （根据参考文献机械设计课程设计 刘俊龙 何在洲 主编 机械工业出版社 第 133-134页表 12-8得各级效率如下）其中： 蜗杆传动效率 1=0.70 搅油效率 2=0.95 滚动轴承 效 率（一对） 3=0.98 联 轴器 效率 c=0.99 传动滚筒效率 cy=0.96 所以： = 1 2 33 c2 cy =0.7 0.99 0.983 0.992 0.96 =0.633 电动机所需功率： Pr= Pw/ =3.0/0.633=4.7KW 传动滚筒工作转速： nw 60 1000 v / 350 27.9r/min 根据容量和转速， 根据参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈kwFVp w 0.31 0 0 0 5.06 0 0 01 0 0 0 nts 3 秀宁 施高义 编 浙江大学出版社 第 339-340 页表 附表 15-1 可查得所需的电动机 Y 系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表 3-1: 表 3-1 方案 电动机型号 额定功率 Ped kw 电动机转速 r/min 额定转矩 同步转速 满载转速 1 Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.0 2 Y132S-4 5.5 1500 1440 2.2 3 Y132M2-6 5.5 1000 960 2.0 4 Y160M-8 5.5 750 720 2.0 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，可见 第 3方案 比较适合。因此选定电动机机型号为 Y132M2-6其主要性能如下表3-2： 表 3-2 四、运动参数计算： 4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩 P0 = Pr=4.7kw n0=960r/min 中心高H 外形尺寸 L（ AC/2 AD）HD 底角安装尺寸 A B 地脚螺栓孔直径 K 轴身尺寸 D E 装键部位尺寸 F G D 132 515（ 270/2210） 315 216178 12 38 80 10 3338 nts 4 T0=9.55 P0 / n0=4.7 103=46.7N .m 4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩 P1 = P0 01 = 4.7 0.99 0.99 0.7 0.992 =3.19 kw n = 10oin = 35960 = 27.4 r/min T1= 955011nP = 9550 4.2719.3 = 1111.84N m 4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩 P2 = P1 c cy=3.19 0.99 0.99=3.13kw n2= 121in = 14.27 = 27.4 r/min T2= 955022nP = 9550 4.2713.3 = 1089.24N m 运动和动力参数计算结果整理于下表 4-1： 表 4-1 类型 功率 P（ kw） 转速 n（ r/min） 转矩 T（ N m） 传动比 i 效率 蜗杆轴 4.7 960 46.75 1 0.679 蜗轮轴 3.19 27.4 1111.84 35 传动滚筒轴 3.13 27.4 1089.24 五、 蜗轮蜗杆的传动设计 : 本设计采用圆柱蜗轮蜗杆 蜗杆的材料采用 45 钢，表面硬度 210Hbs，蜗轮材料采用 ZcuSn10P1,砂型铸造。 以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考 由 机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996年 第 13章 蜗杆传动为主要依据。具体如nts 5 表 5 1： 表 5 1蜗轮蜗杆的传动设计表 项 目 计算内容 计算结果 中心距的计算 蜗杆副的相对滑动速度 smTnV s/17.5 84.1111960102.5102.5343 214 参考文献 5第 37页（ 23式） 4m/s51.7100mm 又因轴上有键槽所以 D6增大 3%，则 D6=67mm nts 12 计算转矩 Tc=KT=K 9550nP=1.5 9550 3.19/27.4=1667.76N.M51.7100mm 又因轴上有键槽所以 D6增大 3%，则D6=67mm D6=67 具体形状尺寸见 零件图 3（蜗轮零件图） 7.2轴的校核 7.2.1轴的受力分析图 rF 2RF aF1RF 1RF tF 2RF QF 图 7.1 nts 14 X-Y平面受力分析 tF1RF aF2RF QF图 7.2 X-Z平面受力图： 1RF 2RF rF 图 7.3 水平面弯矩 NmmM YX / 1102123.7 521607 97 97 119 714000 图 7.4 垂直面弯矩 NmmM ZX / 436150.8 图 7.5 nts 15 合成弯矩 N m mMMMZXYX /22 1184736.3 714000 681175.5 图 7.6 当量弯矩 T与 aT T aT T=1111840Nmm aT=655985.6Nmm 图 7.7 7.2.2轴的校核计算如表 5.1 轴材料为 45钢， MpaB 650 ， MpaS 360， Mpab 60 1 表 7.1 计算项目 计算内容 计算结果 转矩 1T mmNT 11118401 11118401 T Nmm 圆周力 8011118402211 dTF t =20707.6N tF=24707.6N 径向力 34.66.2 4 70 7 tgtgFF t F =2745.3N 轴向力 ttFF tan =24707.6 tan 20 Fr =8992.8N 计算支承反力 1 9 4 1 1 96 0 0 01 9 4 976.2 4 7 0 71 9 03.2 7 4 5 1 RF1RF =1136.2N 1 9 4 1 9 03.2 7 4 51 9 4 3 1 36 0 0 0976.2 4 7 0 7 2 RF2RF =19345.5N 垂直面反2 8.8992221 rRR FFF21 RR FF =449nts 16 力 6.4N 水平面X-Y受力图 图 7.2 垂直面X-Z受力 图 7.3 画轴的弯矩图 水平面X-Y弯矩图 YXM 图 7.4 垂直面X-Z弯矩图 ZXM 图 7.5 合成弯矩 XZXY MMM 图 7.6 轴受转矩T T=1T =1111840Nmm T=1111840Nmm 许用应力值 表 16.3，查得Mpab 60 1 Mpab 5.102 0 应力校正系数 a a= 59.05.102/60/01 bb a=0.59 当量弯矩图 当量弯矩 蜗轮 段轴 中间截面 22223 6.6 5 5 9 8 55.6 8 1 1 7 5)( aTMM =947628.6Nmm 轴承段轴中间截面处 IIIM 947628.6Nmm IIIM =969381.2Nmm nts 17 222 6.655985714000 M =969381.2Nmm 当量弯矩图 图 7.7 轴径校核 mmMd bIII 9054601.0 6.9 4 7 6 2 81.0 33 13 mmMd bIII 805.54601.0 2.9 6 9 3 8 11.0 33 12 验算结果在设计范围之内，设计合格 轴的结果设计采用阶梯状，阶梯之间有圆弧过度，减少应力集中，具体尺寸和要求见零件图 2（蜗轮中间轴）。 7.3装蜗轮处轴的键槽设计及键的选择 当轴上装有平键时，键的长度应略小于零件轴的接触长度，一般平键长度比轮毂长度短 5 10mm，由参考文献 机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 305页表 10-1圆整，可知该处选择键20 110，高 h=14mm，轴上键槽深 度为 2.009t，轮毂上键槽深度为2.001 4.5 t ， 轴 上 键 槽 宽 度 为 0 052.025 b 轮 毂 上 键 槽 深 度 为026.0 026.01 25 b 八、 减速器箱体的结构设计 参照参考文献 机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992 年 第 19 页表 1.5-1 可计算得，箱体的结构尺寸如表nts 18 8.1： 表 8.1箱体的结构尺寸 减速器箱 体采用 HT200铸造，必须进行去应力处理。 设计内容 计 算 公 式 计算结果 箱座壁厚度 8304.0 a=0.04 225+3=12mm a为蜗轮蜗杆中心距 取 =12mm 箱盖壁厚度 1 85.01=0.85 12=10mm 上下一致 取 1=12mm 机座凸缘厚度 b b=1.5 =1.5 12=18mm b=18mm 机盖凸缘厚度 b1 b1=1.5 1=1.5 10=15mm b1=18mm 机 底 凸缘厚度 P P=2.5 =2.5 12=30mm P=30mm 地脚螺钉直径 d d=20mm d=20mm 地脚螺钉直径 d d=20mm d=20mm 地脚沉头座直径 D0 D0=48mm D0=48mm 地脚螺钉数目 n 取 n=4个 取 n=4 底脚凸缘尺寸（扳手空间） L1=32mm L1=32mm L2=30mm L2=30mm 轴承旁连接螺栓直径 d1 d1= 16mm d1=16mm 轴承旁连接螺栓通孔直径 d1 d1=17.5 d1=17.5 剖分面凸缘尺寸（扳手空间） C1=30mm C1=30mm C2=40mm C2=40mm 上下箱连接螺栓直径 d2 d2 =16mm d2=16mm 上下箱连接螺栓通孔直 d2=17.5mm d2=17.5mm nts 19 径 d2 上下箱连接螺栓沉头座直径 D0=26mm D0=26mm 箱缘尺寸（扳手空间） C1=20mm C1=20mm C2=16mm C2=16mm 轴承盖螺钉直径和数目n,d3 n=12 d3=10mm n=12 d3=10mm 检查孔盖螺钉直径 d4 d4=0.4d=8mm d4=8mm 圆 锥定位销直径 d5 d5=7 mm d2=9mm d5=9mm 减速器中心高 H H=340mm H=340mm 轴承旁凸台半径 R R=C2=16mm R1=16mm 轴承旁凸台高度 h 由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 取 40mm 轴承端盖外径 D2 D2=轴承孔直径 +(55.5) d3 取 D2=180mm 箱体外壁至轴承座端面距离 K K= C1+ C2+(810)=44mm K=54mm 轴承旁连接螺栓的距离 S 以 Md1螺栓和 Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取 S=D2 S=135mm 蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离） L1=K+ =56mm L1=56mm 蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离 2.11 =15mm 取 1 =15mm 蜗轮端面与箱体内壁之间的距离 2=12mm 取 2 =12mm nts 20 机盖、机座肋厚 m1,m m1=0.85 1=8.5mm, m=0.85 =10mm m1=8.5mm, m=10mm 以下尺寸以参考文献 机械设计、机械设计基础课程设计 王昆等主编 高等教育出版社 1995年 表 6-1为依据 蜗杆顶圆与箱座内壁的距离 6=40mm 轴承端面至箱体内壁的距离 3=4mm 箱底的厚度 20mm 轴承盖凸缘厚度 e=1.2 d3=12mm 箱盖高度 220mm 箱盖长度 （不包括凸台） 440mm 蜗杆中心线与箱底距离 130mm 箱座内 长度 440mm 装蜗杆轴部分的长度 540mm 箱体宽度 （不包括凸台） 176mm 箱底座宽度 304mm 蜗杆轴承座孔外伸长度 18mm 九、减速器其他零件的选择 经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件： 参考文献 机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年 第 132页表 2.8-7 表 9-1键 参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 305页表 10-1 单位： mm nts 21 安装位置 类型 b（ h9） h（ h11） L9（ h14） 蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处 GB1096-90 键 10 70 10 8 70 轮缘与 轮 芯 轴联接处 GB1096-90 键 20 110 20 12 110 蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处 GB1096-90 键 20 70 20 12 70 表 9-2圆锥滚动轴承 参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的第 313页表 12-1及第 322 页表 12-6和零件尺寸 单位： mm 安装位置 轴承型号 外 形 尺 寸 d D T B C 蜗 杆 GB297-84 7312（ 30312） 60 130 33.5 31 26 蜗轮轴 GB/T297-94 30216 80 140 28.25 26 22 表 9-3密封圈（ GB9877.1-88） 参考文献 机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年 第 127 页表 2.7-8和零件尺寸 单位： mm 安装位置 类型 轴径 d 蜗杆 58X3。 35 55 nts 22 蜗轮轴 58X3。 35 75 表 9-4弹簧垫圈（ GB93-87） 参考文献 机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年 第 99页表 2.4-25和零件尺寸 安装位置 类型 内径 d 宽度（厚度） 材料为 65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈 轴承旁连接螺栓 GB93-87-16 16 4 上下箱联接螺栓 GB93-87-16 16 4 为了保证轴承座孔的装配精度，在分箱面凸缘两端各安装一个圆锥销作定位用。两圆锥销应适当远离，而且两圆锥销至箱体对称线的距离不应相等(特别是完全对称 的蜗杆减速器 ).。安装位置不要妨碍装拆凸缘上的联接螺栓。定位销直径一般取凸缘联接螺栓直径的一半，长度应大于分箱面凸缘的总厚度，圆锥销的两端都要伸出凸缘。 所以 定位销为 GB117-86 销 8 38 材料为 45钢 十、减速器附件的选择 以下数据均以参考文献 机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年 第 130 页 -第 133页 表 10-1视孔盖（ Q235） 单位 mm A A1 A。 B1 B B0 d4 h 150 190 170 150 100 125 M 8 1.5 nts 23 表 10-2 吊耳 单位 mm 箱盖吊耳 d R e b 42 42 42 20 箱座吊耳 B H h 2r b 36 19.2 9.6 9 24 表 10-3通气器 减速器工作时温度升高，使箱体内空气膨胀，为防止箱体部分面和轴的密封处漏油，必须使箱体内热空气通过通气器以使内外气压保持平衡。 单位 mm D d1 d2 d3 d 4 D a b s M18 1.5 M33 1.5 8 3 16 40 12 7 22 C h h1 D1 R k e f 16 40 8 25.4 40 6 2 2 表 10-4轴承盖（ HT150） 单位 ： mm 安 装 位 置 d3 D d 0 D0 D2 e e1 m D4 D5 D6 b1 d1 蜗杆 10 130 11 155 180 12 13 35.5 120 125 127 8 80 蜗轮轴 10 140 11 165 190 12 13 20 130 135 137 10 100 nts 24 表 10-5油标尺 单位 mm 99Hhd d1 d2 d3 h a b c D D1 M16 4 16 6 35 12 8 5 26 22 表 10-6油塞（工业用革） 单位 mm d D e L l a s d1 H M1 1.5 26 19.6 23 12 3 17 17 2 十一、减速器的润滑 和密封 润滑对于滚动轴承具有重要的意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减少接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用 减速器内部的传动零件和轴承都需要有良 好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。 本减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度 h 大于等于 1 个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。 蜗轮轴承采用刮板润滑。 减速器的密封主要是轴承的密封，其次是结合面处（如箱体，轴承端盖等）的密封。为了防止灰尘，水分，有害气体和其他杂质进入轴承和减速器底部，同时也为了防止润滑剂的流失。 所有装配地方都要加有密封圈。 十二、心得体会 经过三周的努力 ,我终于将机械设计课程设计做完了 .在这次作业过程中 ,我遇到了许多困难 ,一遍又一遍的计算 ,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足 .导致计算一边又一边的重nts 25 复。至于画装配图和零件图 ,我很多图是在计算机上画的，由于对 Auto CAD不是很熟悉，很多地方都要看书，几乎又把 Auto CAD 学了一遍 .整个作业过程中 ,我遇到的最大 ,最痛苦的事是最后的文档 .那么多的公式和拉丁字母，都要做成图形，工程比较麻烦。 考虑问题还是不很全面，还没有考虑到和其他部件的配合使用的方便性，一致性。 尽管这次作业的时间是漫长的 ,过程是曲折的 ,但我的收获