一级蜗轮蜗杆减速器课程设计142.8%1.7%300%160.doc
一级蜗轮蜗杆减速器课程设计142.8%1.7%300%160
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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142.8%1.7%300%160,减速器课程设计
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机械设计基础课程设计 1 目 录 设计任务书 1 传动方案的拟定及说明 3 电动机的选择 4 计算传动装置的运动和动力参数 6 传动件的设计计算 6 轴的设计计算 9 滚动轴承的选择及计算 14 键联接的选择及校核计算 15 联轴器的选择 16 减速 器附件的选择 16 润滑与密封 17 设计小结 18 参考资料目录 18 nts机械设计基础课程设计 2 前言 一、 机械设计课程的目的 和意义 机械设计 基础 课程设计是机械类专业和部分非机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性教学环节。其基本目的是： (1) 通过机械设计课程的设计，综合运用机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生 产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 (2) 学习机械设计的一般方法，掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的设计原理和过程。 (3) 进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。 （ 4）机械设计基础课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。 二、 机械设计课程的内容 选择作为机械设计课程的题目，通常是一般机械的传动装置或简单机械。 课程设计的内容 通常包括：确定传动装置的总体设计方案；选择电动机；计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴的设计计算；轴承、联轴器、润滑、密封和联接件的选择及校核计算；箱体结构及其附件的设计；绘制装配工作图及零件工作图；编写设计计算说明书。 在设计中完成了以下工作： 减速器装配图 1 张（ A0 或 A1 图纸）； 零件工作图 2 3 张（传动零件、轴、箱体等）； 设计计算说明书 1 份， 6000 8000 字。 三、 机械设计课程设计的步骤 机械设计课程设计的步骤通常是根据设计任务书，拟定若干方案并进行分析比较， 然后确定一个正确、合理的设计方案，进行必要的计算和结构设计，最后用图纸表达设计结果，用设计计算说明书表示设计依据。 机械设计课程设计一般可按照以下所述的几个阶段进行： 1 设计准备 分析设计计划任务书，明确工作条件、设计要求、内容和步骤。 了解设计对象，阅读有关资料、图纸、观察事物或模型以进行减速器装拆试验等。 nts机械设计基础课程设计 3 浮系课程有关内容，熟悉机械零件的设计方法和步骤。 准备好设计需要的图书、资料和 用具，并拟定设计计划等。 2 传动装置总体设计 确定传动方案 圆柱斜齿 齿轮传动，画出传动装置简图。 计算电动机的功率、转速、选择电动机的型号。 确定总传动比和分配各级传动比。 计算各轴的功率、转速和转矩。 3 各级传动零件设计 减速器外的传动零件设计（带传动、链传动、开式齿轮传动等）。 减速器内的传动零件设计（齿轮传动、蜗杆传动等）。 4 减速器 装配草图设计 选择比例尺，合理布置试图，确定减速器各零件的相对位置。 选择联轴器，初步计算轴径，初选轴承型号，进行轴的结构设计。 确定轴上力作用点及支点距离，进行轴、轴承及键的校核计算。 分别进行轴系部件、传动零件、减速器箱体及其附件的结构设计。 5 减速器装配图设计 标注尺寸、配合及零件序号。 编写明细表、标题栏、减速器技术特性及技术要求。 完成装配图。 6 零件工作图设计 轴类零件工作图。 齿轮类零件工作图。 箱体类零件工作图。 二 课程设计题目 设计一用于带式运输机的链，运输机连续工作，空载启动，载荷变化不大，单向运转使用期限8年，工作环境清洁，每天工作 16小时，每年工作 300天。运输链允许速度误差 5% 原始数据 运 输 带 拉 力 ： F=2800N ， 运 输 带 速 度 v=1.7/s 卷 筒 直 径 =300mmnts机械设计基础课程设计 4 三 选择电动机 备注 2.1 选择电动机的类型 按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V， Y型。 2.2 选择电动机的容量 电动机所需工作功率按设计指导书式（ 1）为 kwaPwPd 由设计指导书公式（ 2） 3F v 2 . 8 1 0 1 . 7P w 4 . 7 6 k w1 0 0 0 1 0 0 0创= = =因此 kwaFvPd 1000估算由电动机至运输带的传动的总效率为 433221a 21 为联轴器的传动效率根据设计指导书参考表 1初选 99.01 2 为蜗杆传动的传动效率 8.02 33 为轴承的传动效率出选 98.03 nts机械设计基础课程设计 5 4 为卷筒的传动效率出选 96.04 71.096.098.08.099.0 1312 a daF v 4 . 7 6 6 . 3 9 k w0 . 7 4 51000P = = =h2.3 确定电动机的转速 由已知可以计算出卷筒的转速为 6 0 1 0 0 0 v 6 0 1 0 0 0 1 . 7 rn 1 0 8 . 2 8 m i nD 3 0 0创 ?= = =p p ? 按设计指导书表 1 推荐的合理范围，蜗杆传动选择为闭式 （闭式为减速器的结构形式），且选择采用双头传动，同时可以在此表中查得这样的传动机构的传动比是 10 40。 故可推算出电动机的转速的可选范围为： ( )1 0 4 0 1 0 8 . 2 8 1 0 8 2 . 8 4 3 3 1 . 2m i n m i n m i n= ? - - ? -d r r rinn 符合这一范围的同步转速为：查机械设计文献第 155页表 12-1可知 1440 minr 4 3 3 1 .2 m inr 根据容量和转速，由设计文献查出的电动机型号，因此有以下三种传动比选择方案，如下表： 方案 电动机型号 额定功率kw 同 步 转速minr 满 载 转速minr 电动机质量 kg 传动装置传动比 1 Y132M-4 7.5 1500 1440 81 2 Y132s2-2 7.5 3000 2900 70 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量，价格以及传动比，可见第三种方案比较合适，因此选定电动机的型号是 Y-132S-6。 其主要性能如下表 型号 额定功率 满载转速 满载电流 效率 Y132M-4 7.5 1440 380V 该电动机的主要外型和安装尺寸如下表：（装配尺寸图参考设计文献表 12-3） 中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸D E 装键部位尺寸 F GD 132 512 345 315 216 178 12 38 80 10 41 2.4 确定总的传动比 由 选定的电动机满载转速 nm 和工作机的主轴的转速 n， 可得传动装置的总的传动比是： 1440 1 3 . 31 0 8 . 2 8= = =ma nnii在 7 15范围内可以选用四头闭式传动。 71.0a 6 .3 9=d kwP 1 0 8 .2 8 m in= rn选 择 电 动 机 为Y132M 4 nts机械设计基础课程设计 6 13.3=ai 四 计算传动装置运动和动力参数 3.1 计算各轴的转速 n1 为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速。 n2 为蜗轮的转速，由于和工作机联在一起，其转速等于工作主轴的转速。 1 1 4 4 0 m i nrn 2 1 0 8 . 2 8 m i n= rn3.2 计算各轴的输入功率 pd 为电动机的功率 7 .3 9 4d kwp p1 为蜗杆轴的功率 11 6 . 3 9 0 . 9 9 6 . 3 2 6= ? ?d kwpp hp2 为蜗轮轴的功率 2 1 3 2 6 . 3 2 6 0 . 8 0 . 9 8 4 . 9 6= 贩 = 创 = kwpp hhp3 为工作机主轴的功率3 2 4 3 1 4 . 9 6 0 . 9 6 0 . 9 8 0 . 9 9 4 . 6 2= 贩 ? 创 ? kwpp h h h3.3 计算各轴的转矩 Td为电动机轴上的转矩 6 . 3 99 5 5 0 9 5 5 0 4 2 . 3 81440= = = ?ddmNmpT n T1 为蜗杆轴上的转矩 1116 . 3 2 69 5 5 0 9 5 5 0 4 1 . 9 51440= = ? ?NmPT nT3 为工作机主 轴上的转矩 33 4 . 6 29 5 5 0 9 5 5 0 3 0 . 6 47 1 . 6 6= = = ?NmnpT 1 6 .3 2 6= kwp2 4 .9 6= kwp3 4 .6 2= kwp4 2 .3 8= gd NmT1 4 1 .9 5= gNmT3 3 0 .6 4= gNmT五 确定蜗轮蜗杆的尺寸 4.1 选择蜗杆的传动类型 根据 GBT 10087-88的推荐，采用渐开线蜗杆（ ZI） 4.2 选择材料 根据蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆采用 45#钢淬火处理，因希望效率高些，采用四头蜗杆。 nts机械设计基础课程设计 7 4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根的弯曲疲劳强度。由文献 1 式（ 11-12）计算传动中心距 322 HEKa ZZT 2T =450864N.mm 确定载荷系数 K 载荷系数 K= VA KKK 。其中 AK 为使用系数，查文献 1 第 250 页表 11-5，由于工作载荷有轻微震动且空载启动故取 AK =1.15。K为齿向载荷分布系数，由于载荷变化不大，有轻微震动，取K=1， vK为动载荷系数，蜗轮圆周速度 2V 45HRC，可以从文献 1 表 11-7 中查得蜗轮的基本许用应力 H =268Mpa 应力循环次数为 LnnjN 2602 1 0 8 . 2 8 r m i nn =,(n2为蜗轮转速 ) 41 6 3 0 0 8 3 . 8 4 1 0nL ,(Ln 为工作寿命 ) j 为蜗轮每转一周每个轮齿啮合的次数 j=1 N= 486 0 1 1 0 8 . 2 8 3 . 8 4 1 0 2 . 4 9 1 0创创 =? 所以寿命系数为 78 810 0 . 6 6 9 12 . 4 9 1 0=HNk则 H =kHN H =179.32 aMP 计算中心距 2233 2 1 6 0 31 . 2 6 4 5 0 8 6 1 5 7 . 0 91 7 9 . 3 2骣 ? 创 = 轾 桫犏臌骣 桫ZZEa K T m m m mHrs取中心距 a=160mm，因 I=20.36，从文献 1 表 11-2 中取 m=5mm， 1d =50mm。这时 1d / a= 5 0 m m 0 .3 11 6 0 m m =, 从文献 1 图 11-18 中查取接触疲劳系数为 Z =2.74，因为 Z =Z ,因此以上计算结果可用。 4.4 计算蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸 蜗杆 K=1.265 2/1160 aE MPZ Z=3 H =268Mpa 43 .8 4 1 0nL N 82.49 10=? H =179.32aMPa=160mm m=5mm 1d =50mm nts机械设计基础课程设计 8 轴向齿距 aP m 5 1 5 . 7= p = p =直径系数 10q 齿顶圆直径 a 1 1 a 1d d 2 h 5 0 2 1 5 6 0 m m= + = + 创 =齿根圆直径 f 1 1 f 1d d 2 h 3 8 m m= - =分度圆导程角 21 48 05= og 蜗杆轴向齿厚 7 . 8 52=a m mms p 蜗轮 蜗轮齿数 2Z =53，变位系数 2x =+0.500 验算传动比 21Z 53i 1 3 . 2 5Z4= = = 这时传动比误差为 i= 1 3 . 2 5 1 3 . 3 0 . 0 3 8 0 . 3 8 %1 3 . 3- = - = -5% 符合要求 蜗轮分度圆直径 22d m z 5 5 3 2 6 5 m m= = ?蜗轮喉圆直径 2 2 22 2 6 5 2 5 2 7 5= + = + ?aad d h m m蜗轮齿根圆直径 2 2 22 2 6 5 2 1 . 2 5 2 5 3= - = - 创 =ffd d h m m蜗轮咽喉母圆半径 22111 6 0 2 7 5 2 2 . 522= - = - ?gar a d m m4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 FFF YYmdd KT a 221253.1选取当量系数 22 33 53 6 6 . 2 5c o s c o s 2 1 4 8 0 5= = =阿 ?V zz g根据变位系数 2x =-0.500，2Vz=43.62 从文献 1 中的图 11-19 中查得齿形系数为 2aFY=2.09。 螺旋角系数 Y= 2 1 . 8 0 1 41 1 0 . 8 4 4 21 4 0 1 4 0 - = - =鞍g许用弯曲应力 FN= FNF K从文献 1 表 11-8 中查得由铸锡磷青铜制造的蜗轮的基本许用弯曲应力为 F =56Mpa。 寿命系数为 69 810 0 . 5 4 1 71 . 6 5 1 0=FNk FN = FNF K = 5 6 0 . 5 4 1 7 3 0 . 3 3? M P a F = 1 . 5 3 1 . 2 4 5 0 8 6 4 2 . 0 9 0 . 8 4 4 2 2 2 . 0 4 65 0 2 6 5 5创 创 =创 M P a FN 由此可见弯曲强度是可以满足的。 4.6 蜗杆传动的热平衡核算 蜗杆传动的效率低，工作时发热量大。在闭式传动中，产生的热不能及时散逸，将因油热不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦，甚至发生胶合。必须进行热平衡计算，以保证油温 稳处于规定的范围内。根据文献 1 P263 P265 内容 10q a1d 60mm=mmd f 8.601 21 48 05= og 7 .8 5=a mms 2Z =53 2x =+0.500 i 13.25= i= 0.38%- -5% 2 265=d mm2 275=ad mmf2d 253mm=2 2 2 .5=gr mmV2z 66.25=2aFY=2.09 Y 0.8442=b F =56Mpa FN 30.33= MPa nts机械设计基础课程设计 9 摩擦损耗的功率 1ppf产生的热流量为 110001 p又已知 P=7.320KW 312 1 啮合摩擦产生的热量损耗效率 v tan tan1 （ 为蜗杆分度圆上的导程角） 2 轴 承摩擦产生的热量损耗效率 3 溅油损耗效率 v 为当量摩擦角， f vv arctan 其值可根据滑动速度由表 11-18 和 1-19中选取。滑动速度计算为 1 1 1 4 . 0 6 /c o s 6 0 1 0 0 0 c o s= = =S msv d nvpgg又由于蜗轮是有铸锡磷青铜制造的且硬度 45HRC 查表文献 111-18 可得通过插入法计算得 v为 1 20 由于轴承摩擦及溅油这两项功率 损耗不大，一般取为 0.95 0.96 则总效率为 312 =（ 0.95- -0.96） vtantan =0.854 以 自 然 冷 却 的 方 式 从 箱 体 外 壁 散 发 到 周 围 空 气 中 的 热 流 量 为 tt ad S 02 d为箱体的表面传热系数 ,空气流通好 ,取为 15 S 为内表面能被润滑油溅到的 ,而外表面又可为周围空气冷却的箱体表面面积根据已知算出此面积 0.8 2m S 为内表面能被润滑油所飞溅到，外表面又可以为周围空气所冷却的箱体表面面积。 t0 设为正常工作的油温为 65 ta 为周围空气的温度常取为 20 计算可得 ( )1 1 0 0 0 6 . 3 2 6 1 0 . 8 5 4 1 2 4 4 . 4= 创 -= Wf ad ttS 02 根据热平衡条件， 1= 2 在一定的条件下保持工作温度所需的散热面积为 ( )( ) 201 0 0 0 1 1 . 2 3-=-a daPSmtt ha即 Sa S 所以表面散热面积不满足散热要求，需加大于 0.43 2m 的散热片。 4 .0 6 /=S msv v =1 20 0.854=h ad=15 算出 S=0.8 2m t0 =65 ta =20 21.23=aSm Sa S 散热平衡不合适 六 减速器轴的设计计算 5.1 蜗杆轴的设计 由于蜗杆直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做成蜗杆轴。 5.1.1 蜗杆上的转矩 T1=41.95N m 5.1.2 求作用在蜗杆及蜗轮上的力 nts机械设计基础课程设计 10 圆周力 311212 2 4 1 . 9 5 1 0 167850创= = = =taTF F Nd轴向力 321222 2 4 5 0 0 . 8 6 4 1 0 3 4 0 2 . 7265创 ?= = = =atT NdFF径向力 1 2 2 t a n 3 4 0 2 . 7 t a n 2 0 1 2 3 8 . 4 8= = = ?r r tF F F Na圆周力径向力以及轴向力的作用方向如图所示 5.1.3 初步确定轴的最小直径 先按文献 1 中的式 15-2 初步估算蜗杆的最小直径，选取的材料为 45#钢，调质处理，根据文献 1 中的表 15-3，取0A=126， 则 1330m i n16 . 3 2 61 2 6 2 0 . 6 31440= = ? mmpd An蜗杆轴的最小直径显然是要安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴的直径 d 与联轴器的孔相适应，故需同时选取联轴器型号 .。 联轴器的计算转矩dca KaTT ,查文献 1 中的表 14-1，考虑到转矩变化很 小 ， 故 取 Ka =1.5 ， 则 有 ：31 . 5 4 2 . 3 8 1 0 5 7 0 9 4= 创 =?c a dT K a T N m m 按照计算转矩 Tca 应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GBT5014-1985 或文献，选用 TL 6 型联轴器，其公称转矩为 63 125 mN 。联轴器的尺寸为 d=25 35mm,L=82 112mm。 5.1.4 蜗杆轴的结构设计 拟定蜗杆上零件的装配方案 蜗杆是直接和轴做成一体的，左轴承及轴承端盖从左面装，右轴承及右端盖从右 面装。 根据轴向和周向定位要求，确定各段直径和长度，轴径最小 d =25mm，查文献 1 表 11-4，蜗杆齿宽 B 计算选为 90mm。其余部分尺寸见下图： 1AA12 1678=taF F N 21 ta FF 3402.7N 21 rr FF 1238.48N 0A=126 m i n 2 0 .6 3= mmdKa =1.5 caT 57094 mmN nts机械设计基础课程设计 11 5.1.5 轴的校核 （ 1）垂直面的支承反力（图 b） 21 /2 1 5 8 0 . 8 7 1 5 5 . 2 5 4 3 4 3 . 4 8 0 / 2 962320? ?= = =raVb F l F dRNL1 2 3 8 . 4 8 9 6 2 2 7 6= - = - =V a r V aR F F N （ 2）水平面的支承反力（图 c） 1 1678 83922= = = =tH a H b FR R N （ 3）绘垂直面的弯矩图（图 b） 11 501 0 7 4 1 5 5 . 2 5 2 6 2 2 . 5 8 7 7 6 7 522= ? ? ? ? ?v c v a a dM R l F N m m 2 1 0 7 4 1 5 5 . 2 5 1 9 1 4 7= ? ? ?v c v bM R l N m m （ 4）绘水平面的弯矩图（图 c） 1 6 0 6 . 8 8 1 5 5 . 2 5 9 4 2 1 8 . 1 2H c H aM R l N m m （ 5）求合成弯矩（图 d） 2 2 2 22 7 1 6 3 8 . 5 9 4 2 1 8 . 1 2 2 8 7
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