蜗杆-齿轮减速器

燕山大学 机械设计课程设计说明书机械设计课程设计说明书 题目 题目 蜗杆 齿轮减速器 学院 系 学院 系 机械工程学院 年级专业 年级专业 08 级机设 1 班 学学 号 号 080101020007080101020007 学生姓名 学生姓名 侯立娜侯立娜 指导教师 指导教师 杨盛福 教师职称 教师职称 副教授副教授 目录目录 一 设计任务书一 设计任务书 2 二 传动方案的拟订二 传动方案的拟订 3 三 电动机的选择及参数计算三 电动机的选择及参数计算 3 四 传动零件的设计计算四 传动零件的设计计算 6 五 轴的计算五 轴的计算 14 六 键联接的选择及校核计算六 键联接的选择及校核计算 19 七 滚动轴承的选择及计算七 滚动轴承的选择及计算 19 八 联轴器的选择八 联轴器的选择 20 九 润滑与密封的选择九 润滑与密封的选择 21 十 其他技术说明十 其他技术说明 21 十一 设计小结十一 设计小结 22 十二 参考资料十二 参考资料 22 设计及计算过程结果 二 传动方案的拟定传动方案的拟定 1 蜗杆传动 蜗杆传动可以实现较大的传动比 尺寸紧凑 传动平稳 但效率较低 适用于中 小 功率的场合 采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动 由于允许齿面有较高的相 对滑动速度 可将蜗杆传动布置在高速级 以利于形成润滑油膜 可以提高承载能力和传 动效率 因此 将蜗杆传动布置在第一级 2 齿轮传动 斜齿轮传动的平稳性较好 常用在高速级或要求传动平稳的场合 因此将齿 轮传动布置在第二级 3 带传动 传动平稳 噪音小 传动比不稳定 布置应在低速级防止打滑 三 电动机的选择及参数计算三 电动机的选择及参数计算 1 选择电动机类型 选择电动机类型 电动机是标准部件 因为使用地点为煤厂 载荷性质为中等冲击 所以选择 Y90L 6Y 系列 IP44 封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机 2 电动机容量的选择电动机容量的选择 1 工作机所需要的功率为 P 1000 vF P 其中 NF2271 smv 33 0 kW vF P75 0 1000 33 02271 1000 2 电动机的输出功率为 0 P 电动机计 算公式和 有关数据 皆引自 机械设 计课程设 计指导手 册 第 11 14 页 主要参数 F 2271N v 2271N P 0 75kW 电动机至滚筒轴的传动装置总效率 p P 0 取齿轮传动效率 效率 联轴器的传动效率97 0 1 滚动轴承98 0 2 卷筒的传动效率 蜗杆的传动效率 从 99 0 3 96 0 4 92 0 3 电动机到工作机输送带间的总效率为 5 2 4 4 321 77 0 92 099 098 096 097 0 24 5 2 4 4 321 3 电动机所需功率为 kW P P w 97 0 77 0 75 0 0 因载荷性质为中等冲击 电动机额定功率需大于 查 机械设计课 m P 0 P 程设计指导手册 表 14 4 选取电动机额定功率为 1 1KW 4 电动机转速的选择 滚筒轴工作转速 min 3 20 31 0 14 3 74 0 6060 r D v nw 蜗杆传动比 i1 45 90 所以电动机实际转速的推荐值为 304 5 1827 min w nn ir 综合考虑为使传动装置机构紧凑 选用同步转速 1000rpm 的电机 因此电动机的型号为 Y90L 6 满载转速 额定功率为rpmnm910 1 1 kw 3 传动比的分配传动比的分配 0 77 0 P 0 97kW w n 20 3 minr 电机型号 型号为 Y90L 6 额定功率 1 1kw 1 总传动比为74 44 3 20 910 n n w m i 2 分配传动比 齿轮的传动为比5 3 2 i 取 则 3 2 i 9 14 3 74 44 2 1 i i i 4 4 计算传动装置的运动和动力参数 计算传动装置的运动和动力参数 1 各轴的转速 电动机 0 910 minnr 轴 1 1 910 minnr 轴 2 min 07 61 9 14 910 1 1 2 r i n n 轴 3 min 4 20 3 07 61 2 2 3 r i n n 滚筒轴 min 4 20 34 rnn 2 各轴的输入功率 电动机 kwP97 0 0 轴 1 kwPP94 0 98 0 99 0 97 0 4301 轴 2 kwPP85 0 98 0 92 0 94 0 3 512 轴 3 kwPP81 0 98 0 97 0 85 0 3123 轴 4 kwPP79 0 98 099 0 81 0 3434 i 44 74 1 i 14 9 3 2 i 1 n 910 minr 2 n 61 07 minr 3 n 20 4 minr 4 n 20 4 minr 1 P 0 97kw 3 各轴的输入转矩 电机轴 mN n P T m 18 10 910 97 0 95509550 0 0 轴 1 mN n P T 92 132 07 61 85 0 95509550 1 1 1 轴 2 mN n P T 19 379 4 20 81 0 95509550 2 2 2 轴 3 mN n P T 8 369 4 20 79 0 95509549 3 3 3 4 整理列表 整理列表 运动和动力参数计算结果整理于下表 轴名功率kwP 转矩 mNT 转速rpmn 电机轴0 97 10 18910 10 85132 9261 07 20 81379 1920 4 30 79369 820 4 四 传动件的设计计算四 传动件的设计计算 1 蜗杆蜗轮的选择计算 1 选择蜗杆的传动类型 根据 GB T 10085 1988 的推荐 采用渐开线蜗杆 ZI 2 选择材料 蜗杆传动传递的功率不大 速度中等 故蜗杆用 45 钢 蜗轮用铸锡青铜 ZCuSn10P1 金属膜铸造 轮芯用灰铸铁 HT100 制造 3 头数 z1 2 取 21 14 9 2 29 8 28 100 ZiZ 2 30Z 2 P 0 85kw 3 P 0 81kw 4 P 0 79kw 1 T 132 92 N m 2 T 379 19 N m 3 T 369 8 N m 蜗杆材料 用 45 钢 蜗轮用 铸锡青铜 ZcuSn 10P1 金属膜铸 造 轮芯 用灰铸铁 HT100 制造 z1 2 2 1 1 30 15 2 15 14 9 0 7 5 14 9 z i z ii i 4 按齿面接触疲劳强度进行计算 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 传动转距 6060 0 33 20 3 min 3 14 0 31 v nr D 2 确定 m q d1 确定作用在蜗轮上的转距 T2 z1 2 0 75 211 i14 9 0 8 9 86117 53TTN m 确定载荷K 因工作载荷较稳定 故取载荷分布不均匀系数 K 1 机械设计 250 页查 表 11 5 取 KA 1 0 由于转速不高 冲击不大 可取 KV 1 05 则 K KA K KV 1 0 1 1 05 1 05 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配 故 ZE 155MPa1 2 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡青铜 ZCuSn10P1 金属铸造膜 蜗杆螺旋齿面硬度 45HRC 7 8 2 10 0 7 0 9 Hb N 可从表 7 2 中查得 220 b MPa 140 s MPa 应力循环次数 7 1 6060 910 8 300 8 14 77 04 10 h Njn L 2 30Z K 1 05 b 220 MPa 则 7 8 7 10 0 8 220137 9 7 04 10 H MPa 由 z1 2 得 9 47cos 9 26 323 155 9 26 1 05 117 53 10 29 8 137 9 m q 1626 3 mm 3 1 1984 6 3 7 936 50m qmqdmm 螺旋角 11 1 2 15 72 7 936 z tgtg q 3 主要传动尺寸 mm 2 6 3 a 7 93629 8 118 87 22 m qz 取 119 119 118 87 0 02 6 3 amm aa x m 直径 1 22 50 29 8 6 3187 74 dmm dz mmm 校核 1 0 955tan15 72 0 82 tan 15 722 29 s 140 MPa 6 3m q 7 936 15 72 a 119 mm 1 d 50mm 2 d 187 74 mm 2 v 2 52m s 222 2 60 1000 910 3 14 187 74 60 6050 1000 14 9 0 605 3 v sin0 605 sin15 72 2 52 s vn d m sm s v m s 4 弯曲强度校核 2 12 1 64 FFF KT Y Y d d m 根据 33 11 F Y 33 2 z cos29 8 cos 15 72 v z 由表 7 8 得 1 94 F Y 1 0 888Y Y 140 许用弯曲应力 FFFN K 蜗轮的基本许用应力 52 6MPa F 寿命系数 6 9 7 10 0 623 7 04 10 FN K 52 3 0 62332 79 H MPa 3 1 64 1 05 117 53 10 33 11 0 888 50 187 74 0 63MPa67 3mm 1 z 符合设计要求 d m 3 75 225mm 2 z 齿宽 1 075 75mm 1d bd 75 5 80mm 1 b 保证小齿轮比大齿轮宽 5 10mm 4 校核齿根弯曲疲劳强度 1 2 FFSaF KT Y Y Y bd m 由图 6 21 知 2 6 2 22 F Y 1F Y 2F Y 1 625 1 76 1Sa Y 2Sa Y 0 750 75 0 25 0 250 67 1 67 Y 1lim1 1 550 FNF F F K MPa S 2lim2 2 350 FNF F F K MPa S 1 1111 1 2 FFSa KT YY Y bd m 3 2 1 36 132 92 10 2 6 1 625 0 67 80 75 3 58 55550MPaMPa 所以齿根弯曲疲劳强度符合设计要求 2 2 2 22 1 76 58 55 2 6 1 625 54 15350 F F MPaMPa 五 轴的设计和计算 b 75mm 1 b 80mm 1F 58 55 MPa 2F 54 15 MPa 1 初步计算轴径 轴的材料选用常用的 45 钢 当轴的支撑距离未定时 无法由强度确定轴径 要用初步估算的方法 即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径 d 计算公式为 3 P dC n 1 2 3 轴的轴径计算结果为 1 3 3 11 1 2 3 3 22 2 3 3 3 33 3 0 97 11812 05 910 0 81 11840 26 379 19 0 79 11039 92 369 8 P dCmm n P dCmm n P dCmm n 11 22 33 1 0312 41 40 26 1 0341 12 ddmm ddmm ddmm 轴 1 初步设计如下 考虑到 1 轴要与电动机联接 初算直径 d1必须与电动机轴和联轴器空相匹 配 所以初定 d1 14mm 装配方案是 联轴器 轴承端盖 套杯 圆螺母 轴承 套筒 甩油环 依次从轴的左端向右端安装 右端安装从左向右是甩油环 套筒 轴承 和止动垫片和圆螺母 上侧是轴承座 轴的径向尺寸 当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时 直径变化值要大些 可取 6 8 mm 否则可取 4 6 mm 轴的轴向尺寸 轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度 决定的 而轮毂宽度一般是和轴的直径有关 确定了直径 即可确定轮 毂宽度 轴的端面 与零件端面应留有距离 L 以保证零件端面与套筒接触起到轴向固定作用 一般可取 L 1 3 mm 轴上的键槽应靠近轴的端面处 轴 2 的初步设计如下图 装配方案 左端从左到右依次安装滚动轴承 挡油板 蜗轮 右端从右到左依 次 安装滚动轴承 挡油板 小齿轮 尺寸设计准则同 1 轴 轴 3 的初步设计如下图 装配方案 左端从左到右依次安装联轴器 轴承端盖 滚动轴承 挡油板 右端从右到左依次安装轴承端盖 滚动轴承 挡油板 大齿轮 尺寸设计准则同 1 轴 2 轴 3 的弯矩合成强度计算 由 2 轴两端直径 d 50mm 查得应该使用的轴承型号为 7210C D 90mm B 20mm a 19 4mm 1 求齿轮作用在轴上的力 轴承对轴的力 轴上的弯距 扭距 并作图 齿轮对轴的作用力 22 379 19 1000 15167 6 50 t T FN d tan15167 6 tan205520 rtn FFN 轴承对轴的作用力 Fx1 1841N Fy1 5058 5N Fx2 3679N Fy2 10109N F1 5383 1N F2 10757 6N Mr1 23150 1Nmm M2 23144 9Nmm Mt1 637876 85Nmm Mt2 637877 9Nmm M1 678807Nmm M2 678807Nmm T Ftd 2 15167 6 52 2 394Nm 2 校核轴的强度 由轴的扭距 弯距图可知 齿轮轴的轮齿处存在危险截面 因此在该处计算应力 22 4 ca 抗弯截面系数 3 3 35 50 0 10 11 25 10 321000 d Wd 截面上的弯曲应力 5 678807 mm 54 24 1 25 10 MN MPa W 截面上的扭转切应力 5 4245 15 7 22 1 25 10 T TT MPa WW 轴的弯扭强度条件为 1 ca 查表 15 1 得 MPa 1 60 所以 22 1 54 244 0 59 15 7 57 3 ca MPa 符合弯扭强度条件 六 键连接的选择及校核计算 联轴器处的键连接的挤压应力为 3 1 1 1 44 369 19 10 45 8 73 56 19 125 150 P P T d hl MPaMPa 大齿轮处键的挤压应力为 3 2 2 2 44 369 19 10 52 10 66 43 03 125 150 P P T d hl MPaMPa 强度足够 七 滚动轴承的选择及计算 计算轴承的轴向力 由手册 16 2 查 7210C 轴承得 C 42800N Co 32000N 由 机械设计 表 11 4 查得轴承内部轴向力公式 e 0 4 轴承 1 2 内部轴向力分别为 S1 0 4Fy1 0 4 5058 5N 2023 4N S2 0 4Fy2 0 4 10109 4043 6N 得出 S1 S2 两轴承轴向力分别为 Fa1 S1 2023 4N Fa2 S2 4043 6N 1 计算当量动载荷 a12023 4 0 4 15058 5 F e Fy 0 a12023 4 0 063 32000 F C X 1 Y 0 所以 11 5058 5 ya PXFYFN 1 a24043 6 0 4 210109 F Pe Fy 0 a24043 6 0 126 32000 F C 所以 222 10109 ya PXFYFN 2 校核轴承寿命 应用核算轴承的寿命 12 PP 2 P 因为是球轴承 所以取指数 3 轴承计算寿命 3 663 101042 8 10 62004 6060 20 410109 h C Lh nP 减速器设计寿命 4 8 300 81 92 10Lh 所以 h LL 满足寿命要求 八 联轴器的选择八 联轴器的选择 1 计算联轴器的计算转距 caA TK T 查表 13 1 得小转距 电动机作原动机情况下取1 5 A K 1 5 394591 ca TN m 2 型号选择 根据计算转距选择挠性联轴器 HL3 Y 型 额定转矩 满足要求 630 n TN m 额定转速 满足要求 5000 minnr 轴孔直径 d 45mm 轴孔长度 L 82mm 九 润滑与密封的选择九 润滑与密封的选择 1 润滑说明 因为是下置式蜗杆减速器 且其传动的圆周速度 12 vm s 故蜗杆采用浸油润滑 取浸油深度 h 12mm 大 小斜齿圆柱齿轮采用飞溅润滑 润滑油使用 50 号机械润滑油 轴承采用润滑脂润滑 因为轴承转速 v 1500r min 所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的 1 2 2 密封说明 在试运转过程中 所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油 剖分面允许涂以密封胶或水玻璃 不允许使用任何碘片 轴伸处 密封应涂上润滑脂 十 其他技术说明十 其他技术说明 1 拆装和调整的说明 在安装调整滚动轴承时 必须保证一定的轴向游隙 因为游隙大小 将影响轴承的正常工作 当轴直径为 30 50mm 时 可取游隙为 40 70mm 在安装齿轮或蜗杆蜗轮后 必须保证需要的侧隙及齿面接触 斑点 侧隙和接触斑点是由传动精度确定的 可查手册 当传动侧隙及 接触斑点不符合精度要求时 可以对齿面进行刮研 跑合或调整传动件