一级蜗轮蜗杆减速器课程设计226%0.5%350%225.doc
一级蜗轮蜗杆减速器课程设计226%0.5%350%225
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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226%0.5%350%225,减速器课程设计
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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。 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 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 一、 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nts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。 二、 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 kwFVp w 0.31000 5.060001000 nts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 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 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（ 270/2 210）315 216 178 12 38 80 10 33 38 ntsP2 = 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 ： 蜗杆的材料采用 45钢，表面硬度 45HRC，蜗轮材料采用 ZCuA110Fe3,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。 具体如表 3 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 84.1 1 1 1960102.5102.5343 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 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 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 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 图 7.4 垂直面弯矩 NmmM ZX / 714000 nts 图 7.5 436150.8 合成弯矩 N m mMMMZXYX /22 1184736.3 714000 681175.5 图 7.6 当量弯矩 T与 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 80111184022 11 dTFt=20707.6N tF=24707.6N 径向力 34.66.24707 tgtgFF t F =2745.3N 轴向力 ttFF tan =24707.6 tan 20 Fr =8992.8N 计 算支承反力 1941196000194 976.2 4 7 0 71903.2745 1 RF 1RF =1136.2N 194 1903.2 7 4 5194 3136 0 0 0976.2 4 7 0 7 2 RF2RF =19345.5N 垂直面反力 2 8.8 9 9 2221 rRR FFF21 RR FF =4496.4N 水平面 X-Y受力图 图 7.2 垂直面 X-Z受力 图 7.3 nts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 222 6.655985714000 M =969381.2Nmm IIIM 947628.6Nmm IIIM =969381.2Nmm 当量弯矩图 图 7.7 轴径校核 mmMd bIII 9054601.0 6.9476281.0 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 510mm，由参考文献 1 表 2.4 30 圆整，可知该处选择键 2.5 110，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 8.1： nts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 取 1=10mm 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 机盖凸缘厚度 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 轴承旁连接螺栓沉头座直径 D0 D0=32mm D0=32mm 剖分面凸缘尺寸（扳手空间） C1=24mm C1=24mm C2=20mm C2=20mm 上下箱连接螺栓直径 d2 d2 =12mm d2=12mm 上下箱连接螺栓通孔直径 d2 d2=13.5mm d2=13.5mm 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=4, d3=10mm n=4 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= 0.8 d2=9mm d5=9mm nts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 50mm 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=180 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 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 蜗杆中心线与箱底的距离 115mm 箱座的长度 （不包括凸台） 444mm 装蜗杆轴部分的长度 460mm 箱体宽度 （不包括凸台） 180mm 箱底座宽度 304mm 蜗杆轴承座孔外伸长度 8mm 蜗杆轴承座长度 81mm 蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离 61mm 九、减速 器其他零件的选择 nts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： 表 9-1键 单位： mm 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 蜗轮与蜗轮轴联接处 GB1096-90 键 25 110 25 14 110 蜗轮轴、联轴器及传动滚 筒联接处 GB1096-90 键 20 110 20 12 110 表 9-2圆锥滚动轴承 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） 单位： mm 安装位置 类型 轴径 d 基本外径 D 基本宽度 蜗杆 B55 80 8 55 80 8 蜗轮轴 B75 100 10 75 100 10 表 9-4弹簧垫圈（ GB93-87） 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 GB93-87-12 12 3 表 9-5挡油盘 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 安装位置 外径 厚度 边缘厚度 材料 蜗杆 129mm 12mm 9mm Q235 nts 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 P106-P118 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 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 起重螺栓 单位 mm d D L S d1 l 1l 2l 3l C d2 h M16 35 62 27 16 32 8 4 2 2 22 6 表 10-4 通气器 单位 mm D d1 d2 d3 d 4 D a b s M181.5 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 10-5 轴承盖（ HT150） 单位 mm 安 装 位 置 d3 D d 0 D0 D2 e e1 m D4
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