一级蜗轮蜗杆减速器课程设计173.9%0.82%340%160（链带）.doc
一级蜗轮蜗杆减速器课程设计173.9%0.82%340%160（链带）
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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173.9%0.82%340%160（链带）,减速器课程设计
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课程设计说明书 课程名称 ： 机械设计基础课程设计 设计题目 ： 设计一台用于带式运输机上的涡轮蜗杆减速器 机械工程 系 机制 专业 班 级 ： 设 计 者 ： 学 号 ： 指导教师 ： 第一章 设计任务书 nts 第二章 拟定分析传动方案 课程设计 设计内容 1. 设计任务书 2. 拟定和分析设计方案 3. 选择电动机，计算传动比和运动参数 4. 传动件设计 5. 轴的设计和键的设计 6. 轴承及组合件的设计，联轴器的选择 7. 箱体和附件的设计 8. 润滑和密封设计 9. 零件图和装配图的绘制 10. 设计说明书的编写 课程设计 要求 1 工作条件 运输机连续工作 ，单向运转，载荷较平稳，空载起动，使用期限 8年。两班制；减速器小批生产。运输带允许速度误差为 5%。 2.原始数据 （ 1）运输带拉力 F(KN): 3.9 （ 2）运输带速度 V(m/s): 0.82 （ 3）卷筒直径 D(mm): 340 3 .设计工作量 （ 1）画出装配图二张（ A1）（草图和正式图）； （ 2）零件工作图 2张 （齿轮，轴）（计算机绘图）； （ 3）零件工作图 3张 A2 或 A3三张（齿轮，轴，带式输送机） （ 4）设计计算说明书一份。 nts 一传动 方案简图 二传动方案的分析 （ 1）根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电动机 V带传动 蜗轮蜗杆减速器 联轴器 链传动 带式运输机。 （ 2）根据生产设计要求可知，该蜗杆减速器采用蜗杆下置，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，蜗杆轴承润滑也方便。 适用于传动 V 4-5 m/s,这正符合本课题的要求。 （ 3）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。 （ 4）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。 nts 第三章 运动学和动力学的计算 计算过程 计算结果 一、电动机的选择 （ 1）电动机类型的选择 根据工作要求和条件，选用三相异步电动机，电压 380V， Y型。 （ 2）电动机功率选择： 1）传动装置的总功率： 工作机所需要的有效功率为： KWVFP 20.31 0 0 0 82.03 9 0 01 0 0 0e 电动机2）传动装置的总效率： 由电动机至运输带的传动总效率为： 卷筒链联轴器轴承涡轮蜗杆带总 4V根据机械设计课程设计 P5 表 1-7，取带V=0.96，蜗轮蜗杆=0.8，轴承=0.98，联轴器=0.99，链=0.92，卷筒=0.96 则传动装置的总效率为： 26.096.02.9099.08.908.06.90 4 总3）确定电动机的功率： 电动机的输出功率应为： KWPP 16.562.0/20.3/ 总总 由 P167表 12-1选取电动机的额定功率为 5.5KW。 4）确定电动机的转速： 带式运输机的所需转速： m i n/8.046340 82.0100060100060n rD v 卷筒 KWP 20.3电动机 62.0总 KWP 16.5总 m in/8.046n r卷筒 nts 总传动比 卷筒满载总 nni 带传动的传 动比带i=2 4；根据 蜗杆下 置推荐传动比蜗杆i=10-40，链传动 链i =2 6所以总传动比 总i =40 960 知电动机转速的可选范围为： m i n/).84 4 2 3 6.21843(m i n/. 0 846)96040(n rrni w 电动机 符合这一范围的同步转速只有 3000r/min。 5）电动机型号的确定 根据电动机功率和同步转速，选定电动机型号为 Y132S1-2。 电动机型号 额定功率 KW 同 步 转速 r/min 满载转速 r/min 堵转转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 总传动比 i Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.0 2.3 60.3714 6）电动机参数 中心高 H 外形尺寸 L*(AC/2+AD)*HD 底脚安装尺寸 A*B 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸 D*E 装键部位尺寸 F*GD 132 475*345*315 216*140 12 38*80 10*41 二、确定传动装置的总传动比和分配传动比： （ 1）总传动比 由选定的电动机满载转速 m in/ 2900 rn 电动机和带min/).844236.21843(nr电动机 电动机型号： Y132S1-2 nts 式运输机的转速 min/6.0 84 rn 卷筒，可得传动装置总传动比： 3.9628.0462900ni 卷筒电动机总 n （ 2）分配传动装置传动比 由链蜗轮蜗杆带总 iii i，查指导书表 1，取 V带的传动比为 2，即 2带i，链传动比为 2，即 2链i，则减速器传动比： 3.715223.962 蜗轮蜗杆i三、计算传动装置的运动和动力参数计算： （ 1）各轴转速： m i n/8.046inm i n/r8.192m i n/r8.19273.151450i/m i n/r145022900i/nm i n/2900nrnnnnnnr链链卷筒蜗轮链蜗轮蜗杆带蜗轮带电动机蜗杆电动机（ 2）各轴输入功率： KWPPKWPPKWPPKWPKW33.38.9092.069.369.398.099.080.380.389.08.085.485.498.06.9016.5P16.5P轴承链链卷筒轴承联轴器蜗轮链轴承蜗杆蜗杆蜗轮带电动机蜗杆总（ 3）计算各轴输入转矩： 3.962i 总 2带i 2链i 73.15蜗轮蜗杆i m in/8.046nm in/r8.192m in/r8.192m in/r1450nm in/2900nrnnr卷筒链蜗轮蜗杆电动机KWPKWPKWPKWKW33.369.380.385.4P16.5P卷筒链蜗轮蜗杆总nts mNnPTmNnPTmNnPTmNnPTNPT4.16908.04633.39 5 5 09 5 5 09.23828.19269.39 5 5 09 5 5 07.73936.19280.39 5 5 09 5 5 04.9311 4 5 085.49 5 5 09 5 5 0m9.9162 9 0 016.59 5 5 0n9 5 5 0卷筒卷筒卷筒链链链蜗轮蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆蜗杆电动机总电动机将上述所计算的结果列表如下 ： 轴名 效率 P/KW 扭矩 T/Nm 转速 n（ r/min） 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 5.16 16.99 2900 2 0.96 蜗杆轴 4.888 4.790 31.94 31.30 1450 蜗轮轴 3.832 3.756 393.77 385.90 92.18 15.73 0.784 链传动轴 3.718 3.644 382.29 374.64 92.18 1 0.97 卷筒轴 3.352 3.285 690.14 676.34 46.08 2 0.9 mNTmNTmNTmNTNT14.69029.38277.39394.31m99.16卷筒链蜗轮蜗杆电动机nts 第四章 传动零件的设计 计算过程 计算结果 一、带传动设计 1 确定计算功率 Pc 由已知条件，双班制工作，查课本 P156表 8-7 得 KA=1.2 所以 Pca=KA总P=1.2 5.092=6.11KW 2 选择 V 带型号 根据 Pca=6.11KW ， m in/ 2900 rn 电动机.由 V带选型图（课本 P157）得，坐标点位于 A型 V带区域，所以选择 A型 V带。 3 确定大小带轮基准直径 d1,d2 由图 8-11（课本 P157），初选 mmdd 901 ，则 mmidddd 2.1789099.02)1(12 由表 8-8 圆 整 为mmd d 1802 I 实际传动比 290180 带i4 验算带速 v V= m / s666.13100060290090100060 1 电动机nd d 带速在 5 30m/s范围内，所以合适。 5 计算中心距 a0和基准带长dL初步选择中心距 a0因为 0.7（21 dddd ） a0 2(21 dddd ) 即 189mm a0 540mm Pca=6.11KW 选择 A 型 V 带 mmd d 901 mmd d 1802 2带i V=13.666m/s nts 取 a0=350mm则mmaddddaL ddddd11303504)90180()18090(235024)()(22202122100由就近取 Ld=1120mm，带长修正系数 KL=0.91 由公式 mmLLaa dd 3452113011203502 00 中心距的变动范围： mmLaammLaadd6.37803.02.328015.0m a xm i n 6 验算小带轮包角 1 90165345 3.57)90180(1803.57)(180 121 add dd 7 求窄 V 带的根数 z Lca KKPP PZ)( 00 由传动比 2带i查课本 P153 表 8-4b 由线性差值法 得 35.00 PKW KWP 77.10 由 Ld=1120mm查表 8-2得 91.0LK ; =165查表 8-5 得 96.0K 代入数据得： )(299.391.096.0)35.077.1(11.6)( 00 根 Lca KKPPPZ所以 取 z=4（根） 8 确定带的初拉力 F0和作用在轮轴上的压力 FQ取 q=0.1kg/m NqvKzvPF c328.108666.131.0)196.0 5.2(666.134 111.6500)15.2(1500 22a0Ld=1120mm mma 345 1651 z=4(根 ) NF 328.1080 nts 作用在轴上的压力 FQ=2sin2 10 zF=2 4 108.328 sin(165 /2)=859.21N 9 带轮结构设计 （ 1）小带轮的尺寸 小带轮的基准直径为 90mm，参照电动机的参数，可知中心高H=132mm，轴伸长度是 4620mm,轴径是 38mm,所以，小带轮的轴孔直径应为 38mm,轮毂长不大于 3d(d 代表轴的直径 ),采用实心式结构 （ 2）大带轮的尺 寸， 大带轮的基准直径是 180mm 300mm,采用腹板式结构，轮毂宽B=(1.52)d=52.570mm,取 B=60mm. 二、蜗轮蜗杆传动设计 1、选择蜗杆传动类型 根据 GB/T10085 1988的推荐 ,采用渐开线蜗杆 (ZI) 。 2、选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大 ,速度只是中等 ,故蜗杆采用 45钢 ;因希望效率高些 ,耐磨性好些 ,故蜗杆螺旋齿面要求淬火 ,硬度为 45 55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属 ,仅齿圈用青铜制造 ,而轮芯用灰铸铁 HT100制造。 3、按齿面接触疲劳强度进行设计 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。由教材 P254式 (11 12),传动中心距 3 2)( H PEKTa 蜗杆(1)确定作用在蜗轮上的转矩蜗轮由 i=15.093，查课本 P244表 11-1， 选取 z1=2,z2=2 15.093=31， 估计传动效率 =0.8 则 mmNnPT 3 8 0 9 2 2071.96383295509550涡轮蜗轮蜗轮 NFQ 21.859 渐开线蜗杆 45钢 ; 蜗轮 ZCuSn10P1 mmNT 380922蜗轮 nts (2)确定载荷 系数 K 因工作载荷有轻微冲击 ,故由教材 P253取载荷分布不均系数=1;由教材 P253 表 11 5 选取使用系数 1.0A由于转速不高 ,冲击不大 ,可取动载系数 05.1v;则由教材 P252 05.1 KKKK A (3)确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配 ,故 =160 21a 。 (4)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 1d 和传动中心距 a 的比值ad1=0.35 从教材P253图 11 18中可查得 =2.9。 (5)确定许用接触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1,金属模铸造 , 蜗杆螺旋齿面硬度 45HRC,可从从教材 P254 表 11 7 查得蜗轮的基本许用应力 =268 a 。由教材 P254应力循环次数 2 2 1 3 4 5 2 8 083001607.9616060 n LjnN 蜗轮 寿命系数 680.02 2 1 3 4 5 2 8 0108 7 HNK则 M P aKHHN 182268680.0 / (6)计算中心距 mma 5.137)182 9.2160(38092205.13 2 (6)取中心距 a=160mm,因 i=15.093,故从教材 P245表 11 2中取模数 m=8mm, 蜗杆分度圆直 径 1d =80mm 这时ad1=0.5 从教材 P253 图 11 18中可查得接触系数 =2.3 因为 ,因此以上计算结果可用。 05.1K =160 21a =2.9 MPa182 中心距 a=160mm m=8mm 1d =80mm nts 4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (1) 蜗杆 轴向尺距 mmmPa 12.25814.3 ;直径系数 10q ; 齿顶圆直径 mmmhddaa 96812802 *11 ; 齿根圆直径 mmcmhddaf 8.60)82.081(280)(2 *11 ；分 度 圆 导 程 角 / 361811 ; 蜗 杆 轴 向 齿 厚mmmS a 56.122 814.32 。 (2) 蜗轮 蜗轮齿数 31;变位系数 5.0X 演 算 传 动 比 5.1523112 zzi, 这 时 传 动 误 差 比 为%7.2%100093.15 093.155.15 ,是允许的。 蜗轮分度圆直径 mmmzd 24831822 蜗轮喉圆直径 mmhddaa 256)5.01(822482 222 蜗轮齿根圆直径 mmhddff 236)5.025.01(822482 222 蜗轮咽喉母圆半径 mmdarag 32)25621160(21 22 5、校核齿根弯曲疲劳强度 FFaF YYmdd KT 22153.1 蜗杆当量齿数 879.32)31.11( c o s31c o s 3322v zz 根据 5.0X , 879.322v z从教材 P255 图 11 19 中可查得齿形系数 25.32 aY mmPa 12.25 ; 10q ; mmda 961 ; mmd f 8.601 mmS a 56.12 蜗轮齿数 31;变位系数 5.0X mmd 2482 mmd a 2562 mmd f 2362 mmrg 322 nts 螺旋角系数 9192.0140 31.111 Y从教材 P255知许用弯曲应力 FNFF K 从教材 P256 表 11 8 查得由 ZCuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 F =56MPa 。 由教材 P255寿命系数 549.02 2 1 3 4 5 2 8 01010 9 69 6 NK HN M P aF 744.30549.056 MP aF 52.119192.025.3824880 38092205.153.1 可见弯曲强度是满足的。 6、验算效率 v t a n t a n96.095.0 已知vv fa rc ta n;31.11 ,vf与相对滑动速度sV有关。 m / s194.631.11c o s100060 145080c o s100060 1 蜗杆ndV s 从教材 P264 表 11 18 中用插值法查得vf=0.0218, 17.1v代入式中得 =0.8580.867,大于原估计值 ,因此不用重算。 7、精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传 动是动力传动 ,属于通用机械减速器 ,从GB/T10089 1988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度 ,侧隙种类为 f,标注为 8f GB/T10089 1988。然后由参考文献 5P187 查得蜗杆的齿厚公差为1s=71 m, 蜗轮的齿厚公差为2s=130 m;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为 1.6 m, 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为 1.6m和 3.2 m。 FF 合格 蜗轮蜗杆 合格 nts 8.热平衡核算（课本 P267） 初步估计散热面积： 275.175.1 751.0)100160(33.0)100(33.0 maS 取at(周围空气的温度 )为 20 c 。 取 t=20 C 从 K=1417.5 取 K=15W/（ m C） 由 tKApt )1(10000 蜗杆20751.015 )858.01(888.41 0 0 0 =81.62 C 85 C （ 1）各轴转速： m in/036.48947.155.93inm in/r55.93m in/r55.935.151 4 5 0i/m in/r1 4 5 022 9 0 0i/nm in/2 9 0 0nrnnnnnnr链链卷筒蜗轮链蜗轮蜗杆带蜗轮带电动机蜗杆电动机（ 2）各轴输入功率： KWPPKWPPKWPPKWPKW352.38.9092.0718.3718.398.099.0832.3832.389.08.0888.4888.498.06.90092.5P092.5P轴承链链卷筒轴承联轴器蜗轮链轴承蜗杆蜗杆蜗轮带电动机蜗杆总合格 nts （ 3）计算各轴输入转矩： mNnPTmNnPTmNnPTmNnPTNPT41.666036.48352.39550955055.37955.93718.3955095502.39155.93832.395509550193.321450888.495509550m768.162900092.59550n9550卷筒卷筒卷筒链链链蜗轮蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆蜗杆电动机总电动机轴名 效率 P/KW 扭矩 T/Nm 转速 n（ r/min） 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 5.092 16.768 2900 2 0.96 蜗杆轴 4.888 4.790 32.193 31.549 1450 蜗轮轴 3.832 3.756 391.2 383.38 93.55 15.5 0.784 链传动轴 3.718 3.644 379.55 371.96 93.55 1 0.97 卷筒轴 3.352 3.285 666.41 653.083 48.036 1.947 0.9 nts 三、链传动设计 （ 1）选择链轮齿数 1z 和 2z 根据链轮齿数的选择原则，可知小链轮的齿数 1z 不宜过少，也不宜过大，由书本 P177页，选取链轮 齿数优先系列，先选小链轮 1z =19。 已知链传动的传动比 947.1 减速器带 总链 iiii ，37947.11912 链izz ， 可得大链轮齿数。 947.112 zzi链 与初选2链i 的传动误差比为 %7.2%100947.1 947.12 ，是允许的。 （ 2）确定计算功率caP根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的 单排链的计算功率： PKKKPpzAca 式中： AK 工况系数，查机械设计表 9-6，取 1.0； ZK 主动链轮齿数系数，查机械设计书图 9-13，取 1.36； PK 多排链系数，这里为单排链，取 1； P 传递的功率， P=3.718KW； 所以： KWKWPKKKpA 056.5718.3136.10.1P zca （ 3）确定链条型号和节距 p 链条型号根据当量的单排链的计算功率caP=5.056KW 和主动链轮转速 min/r55.93链n，查机械设计图 9-11，可知链条型号为 20A。查机械设计表 9-1，可知链条节距 p =31.75。 947.1链iKW056.5P ca 链条型号为 20Ap =31.75 nts （ 4）计算链节数 PL 和中心距 a 初选中心距0a=（ 30 50） p ，按下式计算链节数0PL： 02122100 222 apzzzzpaL P 初选中心： mm75.15875.95275.31503050300 pa取0 1200a mm。则相应的链节数为： 6.1031200 75.312 19372 371975.311200222202122100 a pzzzzpaL P取将计算出的链节数0pL圆整为偶数 PL ，所 以得出链节数 PL =104。 则链传动的实际中心距为： mm03.120337191042. 7 5130 . 2 4 9 2 8)(2 211 zzLpfa p式中， 1f 为中心距计算系数，由机械设计书表 9-7 可得， 其中， 722.4193719104121 zz zL p ，查表得 1f =0.24928 （ 5）计算链速 v ，确定润滑方式 平均链速按下式计算： m / s94.0/100060 75.3155.9319100060 1 smpnzv 链 根据链速 v ，查机械设计图 9-14，可知最终选择的润滑方式为：滴油润滑。 说明：装有简单外壳，用油杯滴油。单排链，每分钟供油 20 滴。 （ 6）计算链传动作用在轴上的压轴力 PF 压轴力 PF 可近似取为： N62.454832.395515.1 eFpp FKF式中：eF 有效圆周力； PL =104 mm03.1203a m/s94.0v N62.4548pF nts N32.39550 . 9 4718.310001000 vPF e式中： P 传递的功率， KW； v 链速， m/s。 FPK 压轴力系数，对于水平传动 15.1FPK ；对于垂直传动05.1FPK 。这里为水平传动，所以取 15.1FPK 。 （ 7）链条的标记，规格和主要参 数滚子链的标记为： 20A-1
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