机械设计课程设计蜗杆减速器.doc

.0齐齐哈尔大学普通高等教育 机械设计课程设计 题目题号： 蜗杆圆柱齿轮减速器 学 院： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 2011 年 12 月 25 日机械设计课程设计成绩评阅表题目评分项目分值评价标准评价等级得分A级（系数1.0）C级（系数为0.6）选题合理性题目新颖性20课题符合本专业的培养要求，新颖、有创新基本符合，新颖性一般内容和方案技术先进性20设计内容符合本学科理论与实践发展趋势，科学性强。方案确定合理，技术方法正确有一定的科学性。方案及技术一般文字与图纸质量30设计说明书结构完整，层次清楚，语言流畅。设计图纸质量高，错误较少。设计说明书结构一般，层次较清楚，无重大语法错误。图纸质量一般，有较多错误独立工作及创造性10完全独立工作，有一定创造性独立工作及创造性一般工作态度10遵守纪律，工作认真，勤奋好学。工作态度一般。答辩情况10介绍、发言准确、清晰，回答问题正确，介绍、发言情况一般，回答问题有较多错误。评价总分总体评价注：1、评价等级分为A、B、C、D四级，低于A高于C为B，低于C为D。2、每项得分分值等级系数（等级系数：A为1.0，B为0.8，C为0.6，D为0.4）3、总体评价栏填写“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”之一。摘要减速器是一种封闭在刚性壳体内的独立传动装置。其功能是用来降低转速，增大转矩，把原动机的运动传给工作机。减速器结构紧凑，效率较高，传递运动准确可靠，使用维修方便，可以成批量的生产，因此应用的十分广泛 本课题减速器主要由传动件，轴，轴承和箱体四部分组成，其传动件有采用蜗杆圆柱齿轮传动。箱体采用中等强度的铸铁铸造而成。为方便安装，箱体制成剖分式，剖分面与轴线平行且重合。关键词：蜗杆传动，一级减速器，轴目录一、设计任务书6二、传动方案的拟订及说明6三、选择电动机7四、计算传动装置的运动和动力参数9五、传动件的设计计算105.1 涡轮蜗杆传动的设计：105.1.1选择蜗杆传动类型：105.1.2选择材料：105.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计：105.1.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸125.1.5校核齿根弯曲疲劳强度：135.1.6 验算效率：145.1.7 热平衡校核，初步估计散热面积A145.1.8 精度等级公差和表面粗糙度的确定：145.2圆柱直齿轮设计155.2.1选定齿轮精度等级、材料及齿数155.2.2按齿面接触强度设计155.2.3按齿根弯曲强度设计185.2.4几何尺寸计算20六 轴的设计计算及校核206.1 蜗轮轴的设计206.1.1轴的材料的选择，确定许用应力：206.1.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径：206.1.3 轴承类型及其润滑与密封方式：216.1.5轴、轴承、键的强度校核：236.2 蜗杆轴的设计256.2.1轴的材料的选择，确定许用应力：256.2.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径256.2.3轴承类型及其润滑与密封方式：256.2.4轴的结构设计266.2.5蜗杆、轴承、键的强度校核276.3 齿轮轴的设计296.3.1轴的材料的选择，确定许用应力：296.3.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径296.3.3轴承类型及其润滑与密封方式：296.3.4轴的结构设计296.3.5轴、轴承、键的强度校核：31七、 键等相关标准的选择337.1键的选择337.2联轴器的选择33八、减速器结构与润滑的概要说明348.1 减速器的结构348.2减速箱体的结构348.3轴承端盖的结构尺寸358.4减速器的润滑与密封35九、 设计小结35附录：参考文献36一、设计任务书设计一用于带式运输机上的蜗杆圆柱齿轮减速器，已知带式运输机驱动卷筒的圆周力（牵引力）F=2050N，带速v=0.25m/s，卷筒直径D=225mm，输送机常温下经常满载，空载起动，工作有轻震，不反转。工作寿命10年（设每年工作300天），一班制。原始数据题 号19-A19-B19-C19-D19-E传送带牵引力F(N)21102090215020302050传送带速度V(m/s)0.310.290.350.230.25滚筒直径D(mm)255245275215225本次设计采用19-E组的数据二、传动方案的拟订及说明计算驱动卷筒的转速选用同步转速为1000r/min或1500r/min的电动机作为原动机，因此传动装置总传动比约为50。根据总传动比数值，可拟定以下传动方案：图一三、选择电动机1）电动机类型和结构型式按动力源和工作条件选取Y系列防护式笼形三相交流异步电动机，380V电压2）电动机容量(1)卷筒的输出功率(2)电动机输出功率传动装置的总效率式中：高速级联轴器效率； ：蜗轮蜗杆啮合效率； ：滚动轴承效率； ：闭式齿轮传动效率 ：低速级联轴器效率； 查机械设计课程设计手册有=0.99，=0.82，=0.99，=0.97，=0.99；则故 kw (3)电动机额定功率由机械设计（机械设计基础）课程设计表20-1选取电动机额定功率。3）电动机的转速推算电动机转速可选范围，由机械设计（机械设计基础）课程设计表2-1则电动机转速可选范围为：初选同步转速分别为1000r/min和1500r/min的两种电动机进行比较，如下表：方案电动机型号额定功率（）电动机转速(r/min)总传动比(kg)同步满载1Y90L-41.51500144067.922Y100L-61.5100094044.34两方案均可行,但方案2传动比较小,传动装置结构尺寸较小,因此采用方案2,选定电动机的型号为Y100L-64）电动机的技术数据和外形,安装尺寸由机械设计（机械设计基础）课程设计表20-1、表20-2查得主要数据，并记录备用。四、计算传动装置的运动和动力参数1）传动装置总传动比42）分配各级传动比因为是蜗杆-齿轮减速器，所以本次取蜗杆-圆柱齿轮减速器传动比3）各轴转速（轴号见图一）4）各轴输入功率按电动机所需功率计算各轴输入功率，即5）各轴转矩项目轴1轴2轴3轴4转速(r/min)94047.121.221.2功率(kw)0.6710.5450.5230.513转矩(N*m)6.82110.50235.59231.09传动比119.972.221效率0.990.800.770.76五、传动件的设计计算5.1 涡轮蜗杆传动的设计：5.1.1选择蜗杆传动类型： 根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。5.1.2选择材料： 考虑到该蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求表面淬火，硬度为4555HRC。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。5.1.3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。由公式有：传动中心距 (1) 作用在蜗轮上的转矩：=110.50N.m(2) 确定载荷系数K： 因工作载荷有轻微冲击，查机械设计表11-5可取使用系数=1.15；齿向载荷分布系数=1；由于转速不高，轻微冲击，可取动载系数=1.05；则(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=。(4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，查表11-18有=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，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，可查机械设计表11-7得蜗轮的基本许用应力=268MPa。其中 寿命应力循环次数寿命系数 则 =0.7483*268Mpa=200.54 Mpa(6) 计算中心距 取中心距，因i=19.97，故从表11-2中取模数m=4mm,蜗杆分度圆直径。这时，查图11-18的接触系数=2.75，由于0.07d,故取h=5.25，则=81mm。(4)轴承端盖的总宽度取为20mm。(5)综上可知：各段直径：d1=30mm；d2=75mm；=81mm；=50mm； =30mm。各段长度：轴的总长为：；（6）轴向零件的周向定位：蜗轮，齿轮与轴的周向定位均采用平键链接。按由设计手册查得平键bh =20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为70mm，选齿轮与轴的配合为，按由设计手册查得平键bh=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，故选择蜗轮轮毂与轴端配合为；滚动轴承与轴的同向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（7）确定轴上的圆角和倒角尺寸：参考教材表15-2，取倒角245，各轴肩处的圆角半径为 mm6.1.5轴、轴承、键的强度校核：（1）确定各向应力和反力：蜗轮分度圆直径=164 mm 转矩=Nm蜗轮的切向力为：蜗轮的径向力为：蜗轮的轴向力为：（2）垂直平面上支撑反力： = =182.2 N其中185.5mm为两轴承中心的跨度，48.5mm为蜗轮中心到右边轴承中心的距离。 -182.2N=297.95N（3）水平平面支撑反力： （4）确定弯距： 水平弯矩：=48.5=48.5=17088.01 Nmm 垂直弯矩： 合成弯矩：19237.65N*mm17169.83N*mm（5）按弯矩合成应力校核该轴端强度：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。轴单向旋转扭转切应力为脉动循环变应力。取=0.6 轴端计算应力：小于故是安全的。（6）键的强度校核：选用A型平键联接，根据轴径=75，由GB1095-2003，查键宽b=20mm；键高h=12mm，因为涡轮轮毂的长度为56mm，故取标准键长48mm。l=L-b=56-20=36mm，k=0.5h=0.512=6mm 因为齿轮宽78mm，故取标准键长70mm。 l=L-b=78-20=58mm，k=0.5h=0.512=6mm 查得静荷时的许用挤压应力p=150，p=150，所以挤压强度足够。由普通平键标准查得轴槽深t=7.5mm，毂槽深=4.9mm6.2 蜗杆轴的设计6.2.1轴的材料的选择，确定许用应力：考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选材45钢，淬火处理。=600MPa =55MPa6.2.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径选取轴的材料为45钢，淬火处理。根据设计手册，取A=112，于是得： 联轴器的计算转矩，查表14-1，取=1.5，则 =1.5*=10.23Nm按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查表GB/T 5014-2003 选用HL1弹性柱销联轴器，其公称转矩为160N.m，半联轴器的孔径d= 22mm，即轴向直径取=22mm，半联轴器长度L=52，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=38mm。6.2.3轴承类型及其润滑与密封方式：采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和嵌入式轴承盖，实现轴承系两端单向固定。6.2.4轴的结构设计蜗杆轴简图（1）从轴段=22mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要求，右端需制出一轴肩，故取=28mm；右端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=30mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应比略短一些，现取=36mm。（2）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=28mm,初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32306，其尺寸为，故=18mm；而=25.25mm。轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得32305型轴承的定位轴肩高度为h=3.5mm，因此，取42mm。轴环宽度,取=10mm。（3）5和7处有退刀槽,因d=d-（24）mm，所以选=28mm。（4）取蜗杆齿顶圆直径 =48mm=。（5）轴承端盖总宽度取20mm，根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油的要求，取其外端面与半联轴器左端面间的距离l=30mm 故=20+30=50mm。（6）和为退刀槽那段轴端长度：L7+L8=L4+L5=70mm，所以=40mm。（7）轴段的长度：查手册， ，又， 所以取=90mm。（8）蜗杆总长 L=20+25+25.25+25.25+20+80+90=280.5其中=22mm； =28mm； =35mm； =42mm； =56mm； =96mm； =56mm； =42mm； =35mm。6.2.5蜗杆、轴承、键的强度校核（1）校核32305 查表GB/T297-1994 表12-4 额定动载荷Cr=81.5103 N； 基本静载荷Cor=96.5103 N,e=0.31,Y=1.9,=1.1（2）求两轴承受到的径向载荷和 由前面设计蜗轮时求得的：=182.2N；=297.95N=N；=N（3）求两轴承计算轴向力和 查表GB/T297-1994 12-4 可知，e=0.31 =/(2*1.9)N=104.38N； =/(2*1.9)N=273.39N（教材公式11-8）蜗杆受轴向力-因此=+=6099.701 +1288.637=7388.338N；=1288.637N(4)求当量动载荷和由表13-5 分别计算、，取=1.0,则=(X1+Y1)=1.0 （0.4+1.97388.338）703.2256= N=（1）= N（5）验算轴承寿命因为，所以按轴承的受力大小计算： =20503.418 h 19200h,所以轴承满足寿命要求（c为基本额定静载荷，由设计手册选择）。（6）键的强度校核键选择的是：bh=6mm6mm；L=32mml=L-b=32-6=26mm；k=0.5h=0.56=3mm因此，键的强度足够。6.3 齿轮轴的设计6.3.1轴的材料的选择，确定许用应力：考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递齿轮的转矩。选用45号钢，调质处理 =600MPa =55MPa6.3.2按扭转强度，初步估计轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据设计手册，取A=112，于是得： 联轴器的计算转矩，查表14-1，取=1.5，则 =1.5*=2413.4055Nm按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查表GB/T 5014-2003 选用HL6弹性柱销联轴器，其公称转矩为315N.m，半联轴器的孔径d= 70mm，即轴向直径取=70mm，半联轴器长度L=142，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=107mm。6.3.3轴承类型及其润滑与密封方式：采用单列圆锥滚子轴承，并采用凸缘式轴承通盖和凸缘式轴承端盖，实现轴承系两端单向固定。6.3.4轴的结构设计齿轮轴简图（1）从轴段=70mm开始逐渐选取轴段直径，为了满足半联轴器的轴向定位要求，右端需制出一轴肩，故取=76mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=80mm。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应比略短一些，现取=105mm。（2）初步选择滚动轴承。选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据=76mm,初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32316，其尺寸为，故=80mm；而=61.5mm。（3）轴段直径:取齿轮距箱体内壁之距离a=14mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm。已知齿轮宽度T=145mm，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮和齿轮，轴段应略短于轮毂宽度，故取。取安装齿轮处轴段的直径=85mm，齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d,故取h=5.95，则取=91mm。轴环宽度b1.4h=8.4，取(4)轴承端盖的总宽度取为20mm。根据轴承端盖的拆装及便于对轴承添加润滑油的要求，取其外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm 故=20+30=50mm。（5）右轴承右边靠轴肩定位，由手册上查得32316型轴承的定位轴肩高度=5mm，取，该轴段长度受涡轮轴影响，由涡轮设计部分可知，箱体内壁的距离为270mm，所以取=270-14-145-8.5+8=120.5mm。（6）综上所述，各段直径：d1=70mm；d2=76mm；=80mm；=90mm； =91mm； 。各段长度：轴的总长为：；6.3.5轴、轴承、键的强度校核：（1）确定各向应力和反力：齿轮分度圆直径= mm 转矩= Nm齿轮的切向力为：齿轮的径向力为：齿轮的轴向力为：（2）垂直平面上支撑反力： = =2.76 N其中371.5mm为两轴承中心的跨度，133.25mm为齿轮中心到右边轴承中心的距离。 -2.76N=1.955N（3）水平平面支撑反力： （4）确定弯距： 水平弯矩：=133.25=133.25=601.224Nmm 垂直弯矩： 合成弯矩：704.79N*mN*m（5）按弯矩合成应力校核该轴端强度：进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。轴单向旋转扭转切应力为脉动循环变应力。取=0.6 轴端计算应力：，故是安全的。（6）键的强度校核：选用A型平键联接，根据轴径=85，由GB1095-2003，查键宽b=22mm；键高h=14mm，因为齿轮轮毂的长度为157mm，故取标准键长140mm。l=L-b=140-22=118mm，k=0.5h=0.514=7mm 查得静荷时的许用挤压应力p=150，所以挤压强度足够。由普通平键标准查得轴槽深t=9.0mm，毂槽深=5.4mm七、 键等相关标准的选择本部分含键的选择联轴器的选择，螺栓，螺母，螺钉的选择垫圈，垫片的选择，具体内容如下：7.1键的选择查表10-33机械设计基础课程设计：1、涡轮轴与齿轮相配合的键A型普通平键，b*h*l=20*12*1402、轴与蜗轮相配合的键：A型普通平键，b*h*l=20*12*563、涡杆轴与联轴器相配合的键A型普通平键，b*h*l=6*6*324、齿轮轴与齿轮相配合的键A型普通平键，b*h*l=22*14*1405、齿轮轴与联轴器相配合的键A型普通平键，b*h*l=20*12*1007.2联轴器的选择 根据轴设计中的相关数据，查表GB/T 5014-2003，蜗杆选用HL1弹性柱销联轴器，其公称转矩为160N.m，半联轴器的孔径d= 22mm，即轴向直径取=22mm，半联轴器长度L=52，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=38mm。齿轮轴选用HL6弹性柱销联轴器，其公称转矩为3150N.m，半联轴器的孔径d= 70mm，即轴向直径取=70mm，半联轴器长度L=142，半联轴器与轴配合的毂孔长度为：=107mm。八、减速器结构与润滑的概要说明在以上设计选择的基础上，对该减速器的结构，减速器箱体的结构，轴承端盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。8.1 减速器的结构本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照机械设计实践与创新图2.16简图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆、圆柱齿轮），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊耳用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。8.2减速箱体的结构该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式具体结构详见装配图8.3轴承端盖的结构尺寸详见零件工作图8.4减速器的润滑与密封蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100C）查表5-11机械设计基础课程设计轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2查表5-13机械设计基础课程设计九、 设计小结这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老