机械设计课程设计计算说明书--- 螺旋输送机传动装置.doc

机械设计课程设计计算说明书题 目 螺旋输送机传动装置 指导教师 院 系 班 级 姓 名 完成时间 目录l 一、机械传动装置的总体设计.l 1.1.1螺旋输送机传动装置简图l 1.1.2，原始数据l 1.1.3，工作条件与技术要求l 1.2.4，设计任务量l 二、电动机的选择. l 三、计算总传动比及分配各级的传动比l 3.1 计算总传动比l 3.2 分配传动装置各级传动比l 四、计算各轴的功率，转数及转矩l 4.1 已知条件l 4.2 电动机轴的功率，转速及转矩l 4.3 轴的功率，转速及转矩l 4.4 轴的功率，转速及转矩l 4.5 轴的功率，转速及转矩l 五、齿轮的设计计算 l 5.1齿轮传动设计准则l 5.2 直齿1、2齿轮的设计l 5.3 直齿3、4齿轮的设计l 六、轴的设计计算l 6.1轴的尺寸设计及滚动轴承的选择l 6.2轴的强度校核l 七、键联接的选择及计算 l 八、联轴器的选择.l 九、减速器箱体的计.l 十、润滑及密封设计l 十一、减速器的维护和保养计算及部分说明 备注一、机械传动装置的总体设计1.1.1螺旋输送机传动装置简图图1.1螺旋输送机传动装置简图1.1.2，原始数据螺旋轴上的功率 P = 2.0 kW螺旋筒轴上的转速 n= 35 r/min1.1.3，工作条件与技术要求 输送机转速允许误差为5%；工作情况：三班制，单向连续运转，载荷较平稳；工作年限：10年；工作环境：室外，灰尘较大，环境最高温度40；动力来源：电力，三相交流，电压380V；检修间隔期：三年一大修，两年一中修，半年一小修；制造条件及生产批量：一般机械厂制造，单价生产。1.2.4，设计任务量减速器装配图一张（A0或A1）;零件工作图2张 二、电动机的选择 电动机是标准部件，设计时要根据工作机的工作特性，工作环境和工作载荷等条件选择。选择电动机的内容包括：电动机类型、结构形式、容量和转速、确定电动机具体型号。(1) 选择电动机的类型和结构形式 生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求(如在较大范围内平稳地调速，经常起动和反转等)，通常都采用三相交流异步电动机。我国已制订统一标准的Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。由于Y系列电动机还具有较好的起动性能，因此也适用于某些对起动转矩有较高要求的机械(如压缩机等)。在经常起动，制动和反转的场合，要求电动机转动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相异步电动机。 三相交流异步电动机根据其额定功率(指连续运转下电机发热不超过许可温升的最大功率，其数值标在电动机铭牌上)和满载转速(指负荷相当于额定功率时的电动机转速，当负荷减小时，电机实际转速略有升高，但不会超过同步转速磁场转速)的不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构又制成若干种安装形式。各型号电动机的技术数据(如额定功率、满载转速、堵转转矩与额定转矩之比、最大转矩与额定转矩之比等)、外形及安装尺寸可查阅产品目录或有关机械设计手册。 按已知的工作要求和条件，选用三相异步电动机。(2) 选择电动机的功率 根据已知条件，工作机所需的电动机输出功率为2KW查机械设计课程设计手册表1-7得： 弹性联轴器的传动效率0.93 滚动轴承的传动效率=0.97 涡轮蜗杆的传动效率=0.81电动机至运输带之间总效率 = =0.6738（3） 确定电动机转速 按照工作机转速要求和传动机构的合理传动比范围，可以推算出电动机转速的可选范围，即 r/min式中：工作机轴的转速 为总传动比 n电动机可选转速范围(3) 确定电动机 初选为同步转速为1500/min的电动机又根据机械设计课程设计表12-1，选择电动机型号为Y100L2-4,其额定功率为3kw，满载转数为1430r/min 即 三、计算总的传送比及分配各级的传动比3.1 计算总传动比总传动比 3.2 分配传动装置各级传动比 初步分配为 四、计算各轴的功率，转数及转矩4.1 已知条件 4.2 各轴转速 （r/min）电动机轴 轴： r/min 轴： r/min 轴 、工作轴： r/min4.3各轴功率 （kw） 电动机轴 ： 轴： 轴： 轴 ： 工作轴：4.4各轴的转矩 （N.mm） 电动机轴 ： 轴： 轴： 轴 ： 工作轴：现把减速器各轴有用数据集中如下： 轴参数转速（r/min）功率（kw）转矩（N.mm）电动机轴14302.968219.8226轴14302.850419.0359轴71.52.2396299.1354轴35.00012.0203551.2517工作轴35.00012.0001545.7400 五、传动零件的设计计算5.1选择蜗杆传动的类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI).5.2 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4555HRC。涡轮用铸锡青铜ZCuSn10P1，金属模铸铁H7100制造。5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式涡轮传动的设计准则，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。传动中心距 （1） 确定作用在蜗轮上的转矩 查前面设计表格知 N*M（2） 确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故载荷分布不均匀系数；选取使用系数；由于转速不高，冲击不打，可取动载荷系数；则 （3） 确定弹性影响系数 因选用的是铸锡青铜蜗轮和蜗杆相配，故（4）确定接触系数 先假设蜗杆分度圆至今和传动中心距比值， 由机械设计图11-18中可查得=2.9。（5） 确定许用接触应力 根据蜗杆材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可得到蜗轮的基本许用应力的值=268MPa 应力循环次数： 寿命系数： (6) 计算中心距 = 138.7494 故 取中心距a=160，因i=20.5，故从机械设计表11-2中取模数m=6.3mm，蜗杆分度圆直径。这时，从而可查得接触系数,因为,因此以上计算结果可用。 （7）传动比验证：（20.5-20）/20 =2.5%5% 成立。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸 （1）蜗杆轴向齿距： 直径系数： 齿顶园直径： 齿根园直径： 又 所以 轴向齿厚： 轴向齿距： 径向间隙： （2）蜗轮分度圆直径： 齿数： 喉圆直径： 齿顶高： 齿根高： 齿根圆直径： 端面齿距： 变化系数：5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据，得： 齿形系数： 螺纹角系数：许用弯曲应力 可查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力，寿命系数： 由上述计算可得： 弯曲强度满足。5.6 效率验算蜗杆传动的总效率为式中：啮合摩擦损耗 轴承摩擦损耗 零件搅油时的损耗由于轴承摩擦以及搅油损耗两项功率损耗不大，一般取，此处取0.95.则总效率：=0.8940*0.95=0.85总效率值大于原估计值，符合效率传动要求，不用重算。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆是动力传动，属于通用机械减速器，可以从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，涡轮精度中选择8级精度，侧隙种类f，标注为8f. GB/T10089-1988。然后由相关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度。5.8 确定中心距中心距 mm 符合验算。 取中心距 a=160.65 mm 六、联轴器的选择与校核6.1 电动机与减速器输入轴之间联轴器的选择与校核 6.1.1类型选择 由于输送机载荷稳定，对缓冲要求要高，且为了装拆方便并能微量补偿两轴线偏移和缓冲吸振能力，选用弹性柱销联轴器。 6.1.2 载荷计算 公称转矩 N.m 查机械设计表可得工况系数K=1.5，故计算转矩为 N*M 6.1.3 型号选择 从GB/T 5014-2003中查得LX1型弹性柱销联轴器的许用扭矩，许用最大转矩为，轴径为，故合用。6.2减速器输出轴与卷筒轴之间联轴器的选择与校核 6.2.1 类型选择 由于轴的速度低，载荷平稳，对缓冲要求不高，但要求能微量补偿两轴线偏移，故选用弹性柱销联轴器。 6.2.2 载荷计算 公称转矩 N*M 工况系数K=1.5，故计算转矩为 N.m。 6.2.3 型号选择 从GB/T 5014-2003中查得LX3型弹性柱销联轴器的许用扭矩，许用最大转速，轴径为，故合用。 七、滚动轴承类型的选择选择轴承主要是根据轴承所受载荷的大小，方向和性质以及转速的高低来确定。由于此次设计中的输送装置工作平稳，受载荷较大，并且轴承向载荷，但转速又不是很高，故可选用圆锥滚子轴承。7.1减速器输入轴处得圆锥滚子轴承的型号由于安装轴承处轴端直径查机械设计手册表6-7可选定：轴承型号D(mm)T(mm)B(mm)C(mm)a(mm)323056225.25242015.9则轴承端盖外径 ，取90mm。7.2 减速器输出轴处得圆锥滚子轴承的型号由于安装此轴承的轴端直径 d=40mm.查机械设计手册表6-7可选定轴承型号D(mm)T(mm)B(mm)C(mm)a(mm)302164019.25181616.9则轴承端盖外径 ，取62mm。 八、轴的设计6.1 蜗杆及轴的设计蜗杆齿宽：mm由于蜗杆模数m=111016mm，故齿宽需增加25mm，即 mm6.1.1 确定轴的最小直径 （1） 按扭矩法确定最小直径 因为该轴直径小于100mm且轴上有一键槽，故将设计值应增大6%，即 mm。 （2）计算扭矩 式中：联轴器所传递的名义扭矩； K-工作情况系数。由前面的设计计算可知： 所以： 选择的LX1型联轴器， 。 因为， 故满足轴径要求。 （3）最后确定电动机轴伸处直径 。6.1.2 凸台高度 由公式：， 取。 则 6.1.3 蜗杆及轴的部分尺寸如下 6.2 涡轮轴的设计 6.2.1 确定轴的最小直径 （1）安扭矩法确定最小直径 （2）由于前面设计原理，该轴直径小于100mm，且轴上有两键槽 故将设计值应增大12%，即 （3）计算扭矩 式中：涡轮轴上转矩 K工作情况系数。 由前面设计可知：=299.1354N.m K=1.5 所以 =448.1354 N.m6.2.2 涡轮宽度B 由公式 得 6.2.3 凸台高度 由 故 取 h=3mm 则 6.2.4 蜗轮轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 通过对比分析，选用如下装配方案。（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 由前面设计中选用LX3型弹性柱销联轴器其孔径d=38.8mm,故 取。前面蜗轮轴最小直径已经设计出。为了保证办联轴器左端的定位，故_段得长度应比略短一些，现取。 根据前面所选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求由轴承基本游隙组、标准精度等级等信息，可确定段长度为40mm，轴径为52mm。由所选轴承端盖和前后段轴的轴径和轴长选取长度为50mm，轴径为46mm。取安装蜗轮处即段长度为54mm，轴径为58mm(由所选用的蜗轮尺寸确定）。段与段对称。轴承端盖得总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖拆卸方便的要求，故取段长度为70mm，轴径为46mm。确定轴上圆角和倒角尺寸查机械设计表15-2，取轴段倒角为2*45，各凸台处的圆角半径为R2或R3。9、 轴的校核计算9.1 轴的强校核 (1)求垂直直面内支反力（图1）所以所以NN（2） 求水平内支反力（图2） (上端受拉）（3） 绘制水平面内弯矩图（图3）(下端受拉）(下端受拉）（4） 绘水平面内弯矩图（图4）（5） 求合成弯矩（6） 求轴传递的扭矩（图5）（7） 求危险截面的当量弯矩由图和计算可知，a截面处最危险，其当量弯矩为因为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，带入上式得：（8） 计算危险截面处轴的直径轴的材料选用的是45钢，调质处理，可查得，进一步查得许用弯曲应力，则考虑到键槽对轴的削弱，应将d值加大4%，故由前面的设计可知，故轴设计合理。9.2 轴的强度校核（1）求垂直直面内支反力（图1）负号表示与图示方向相反。（2）求水平内支反力（图2） (上端受拉）（3）绘制垂直面内弯矩图（图3）(下端受拉）(上端受拉）（4）绘水平面内弯矩图（图4）（5）求合成弯矩（6）求轴传递的扭矩（图5）（7）求危险截面的当量弯矩由图和计算可知，a截面处最危险，其当量弯矩为因为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，带入上式得：（8）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用的是45钢，调质处理，可查得，进一步查得许用弯曲应力，则考虑到键槽对轴的削弱，应将d值加大4%，故由前面的设计可知，故轴设计合理。 十、键的选择和校核10.1 键的选择 一般有定心精度要求都选用键联接，且一般选用圆头普通平键。 (1)轴上的键的旋转 由于开键槽处轴的直径d=30mm,查机械设计表6-1可得键的截面尺寸为：，由轴段长度并参考键的长度系列，取键长L=25mm。（2） 轴上键的选择 由上面的选择原则可得键的截面尺寸为：， 取键长L=70mm.（3） 蜗轮联接的键的选择 同样可得键的截面尺寸为：， 键长L=50mm.10.2 键的校核平键连接传递扭矩时，其主要失效形式是工作面被压溃，因此通常只按工作面上的挤压应力进行轻度校核计算，其强度条件为式中：T-传递的扭矩； K-键与毂键槽的接触高度，; l-键的工作长度，对于圆头手键; d-轴的直径； -键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力。本设计中可根据材料和工况查得 （1） 轴键的校核 由于 所以, 轴上满足强度要求。（2） 轴键的校核 由于 所以, 轴上满足强度要求。（3） 蜗轮轴键的校核 由于 所以, 蜗轮轴上满足强度要求。 十一、减速器箱体的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构,为了保证蜗轮配合质量，大端盖分机体采用配合.1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于5m/s，故采用油池润滑，同时为了避免搅油使沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出。D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度. 箱体主要结构尺寸名称符号减速器形式及尺寸关系/mm一级涡轮蜗杆减速器 箱座壁厚10 箱盖壁厚10 箱盖凸缘厚度10 箱座凸缘厚度10 箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M16地脚螺钉数目4 轴承旁联接螺栓直径M16 与座联接螺栓直径M12 轴承端盖螺钉直径M5 检查孔盖螺钉直径M6定位销直径6 箱盖、箱座肋厚10箱座深度140箱座高度160 十二、润滑密封设计12.1 密封方式的选择 密封是保证轴承正常运行的重要的结构措施，减速器对密封的技术要求为：在试运转过程中所有联轴面及轴伸密封处都不允许漏油。 橡胶唇形密封圈效果好得到广泛应用，在本设计中也用橡胶唇形密封圈，不仅结构简单，对润滑脂油润滑也能可靠工作，它为接触式密封，要求轴表面粗糙度数值不能太大。 在本设计中将采用该方式润滑密封，但要注意轴向定位，同时应注意按图纸所示方向安装。12.2 润滑方式的选择 （1） 蜗杆传动的润滑 蜗杆传动的润滑是个值得注意的问题。如果润滑不良，传动效率将显著降低，并会使轮齿早期发生胶合或磨损。 由于蜗杆传动时齿面间的滑移速度和设计准则可知，当在时，蜗杆传动用油池浸油润滑，因此将蜗杆置于蜗轮之上，形成上直式传动，由蜗轮带油润滑。（2） 滚动轴承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热，减小接触应力，吸收振动，防止锈蚀等作用。 轴承常用的润滑方式有润滑油和脂油润滑两类，选用哪一类润滑方式，与轴承的速度有关，一般用滚动轴承内径d与轴承转速n的乘积来表示。并根据dn值选择润滑方式。 轴滚动轴承的dn= 十一、减速器的维护与保养对螺旋传动装置实行定期维护保养的目的是。减少机器的故障，延长机器使用寿命；缩短机器的停机时间；提高工作效率，降低作业成本。齿轮的维护（1）使用齿轮传动时，在启动、加载、卸载及换档的过程中应力求平稳，避免产生冲击载荷，以防引起断齿等故障。（2）经常检查润滑系统的状况（如润滑油的油面高度等