机械设计课程设计说明书单级蜗杆减速器

1、重庆理工大学机械设计课程设计说明书设计项目：单级蜗杆减速器姓 名：杨 海 龙专 业：材料成型及控制工程指导老师：黄 霞前 言在本学期临近期末的近半个月时间里，学校组织工科学院的学生开展了锻炼学生动手和动脑能力的课程设计。在这段时间里，把学到的理论知识用于实践。课程设计每学期都有，但是这次和我以往做的不一样的地方：单独一个人完成一组设计数据。这就更能让学生的能力得到锻炼。但是在有限的时间里完成对于现阶段的我们来说比较庞大的“工作”来说，虽然能够按时间完成，但是相信设计过程中的不足之处还有多。希望老师能够指正。总的感想与总结有一下几点：1.通过了3周的课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，

2、对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。2.由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准3.在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。最后，衷心感谢老师的指导和同学给予的帮助，才能让我的这次

3、设计顺利按时完成。目 录一 传动装置总体设计4二 电动机的选择4三 运动参数计算6四 蜗轮蜗杆的传动设计7五 蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计13六 蜗轮轴的尺寸设计与校核15七 减速器箱体的结构设计18八 减速器其他零件的选择21九 减速器附件的选择23十 减速器的润滑25参数选择：卷筒直径：D=350mm运输带有效拉力：F=2000N运输带速度：V=0.8m/s工作环境：三相交流电源，三班制工作，单向运转，载荷平稳，空载启动， 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。根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V45m/s，所以该蜗杆

4、减速器采用蜗杆下置式见，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。 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

5、=350mm。运输带的有效拉力F=2000N，带速V=0.8m/s，载荷平稳，常温下连续工作，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Pw=FV/1000=2000*0.8/1000=1.6kw3、 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： =1233c2cy =0.7

6、×0.99×0.983×0.992×0.96 =0.633 电动机所需功率： Pr= Pw/ =1.6/0.633=2.5KW 传动滚筒工作转速： nw60×1000×v / ×35043.7r/min根据容量和转速，根据参考文献机械零件设计课程设计吴宗泽 罗圣国编 高等教育出版社 第155页表12-1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2-1: 表2-1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1Y132S1-25.53

7、00029002.02Y132S-45.5150014402.23Y132M2-65.510009602.04Y160M-85.57507202.0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2-2：表2-2中心高H外形尺寸L×（AC/2AD）×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×D132515×（270/2210）×315216×1781238×8010×3

8、3×38三、运动参数计算：3.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pr=2.5kw n0=960r/minT0=9550 P0 / n0=9550*2.5/960=24.9N .m3.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P0·01 = 2.5×0.99×0.99×0.7×0.992 =1.68 kw n= n0/i1= = 27.4 r/minT1= 9550P1/n1 = 9550×1.68/27.4= 585.55N·m3.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2 = P1·c·cy=

9、1.68×0.99×0.99=1.65kwn2= n1/i12 = = 27.4 r/minT2= 9550*p2/n2= 9550×1.65/27.4= 575.09N·m运动和动力参数计算结果整理于下表3-1： 表3-1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2.596024.9 10.633蜗轮轴1.6827.4585.55 31传动滚筒轴1.6527.4575.09四、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

10、说明外均以参考由机械设计 第八版主编 濮良贵 纪名刚 ，副主编 陈国定 吴立言 高等教育出版社出版 2006年 第11章蜗杆传动为主要依据。 表41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参考文献5第37页（23式）4m/s<Vs<7m/s当量摩擦系数4m/s<Vs<7m/s选值在图11.20的i=35的线上，查得=0.45 =0.45 蜗轮转矩使用系数按要求查表11.5转速系数 见表11-16 ：弹性系数根据蜗轮副材料，见公式11-11寿命系数接触系数由于计算有现成的数据/a=0.45,按图11.18查出涡轮基本许用应力根据涡轮材料和

11、金属硬度，从表11-7中查得接触疲劳最小安全系数其中：为涡轮齿根应力系数，由表11-17查出为涡轮齿根最大应力系数，由公式=中心距传动基本尺寸蜗杆头数 根据要求的传动比和效率选择,配合中心距要求，由表11-2查出Z1=1蜗轮齿数模数根据中心距尺寸，由表11-2查出Z2=31 m=6.3蜗杆分度圆 直径根据中心距尺寸，由表11-2查出蜗轮分度圆直径蜗杆导程角根据中心距尺寸，由表11-2查出变位系数根据中心距尺寸，由表11-2查出x=-0.6587蜗杆齿顶圆 直径 表11.3 mm蜗杆齿根圆 直径 表11.3 mm蜗杆齿宽根据蜗杆头数和变位系数查表11-4得出蜗杆齿宽计算公式mm蜗轮齿根圆直径mm

12、蜗轮齿顶圆直径（喉圆直径）mm蜗轮外径mm蜗轮咽喉母圆半径蜗轮齿宽B=54.81 B=55mmmm蜗杆圆周速度=3.16m/s相对滑动速度m/s当量摩擦系数由表11.18查得轮齿弯曲疲劳强度验算许用接触应力 最大接触应力合格齿根弯曲疲劳强度由表11.6查出弯曲疲劳最小安全系数结合设计需求选择许用弯曲疲劳应力轮齿最大弯曲应力合格蜗杆轴扰度验算蜗杆轴惯性矩允许蜗杆扰度蜗杆轴扰度合格温度计算传动啮合效率搅油效率根据要求自定轴承效率根据要求自定总效率散热面积估算参考课本公式11-23和11-24箱体工作温度此处取=15w/（m²c）合格润滑油粘度和润滑方式润滑油粘度根据m/s由表11-21选

13、取给油方法由表11-21采用油池润滑五、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计5.1蜗杆基本尺寸设计 根据电动机的功率P=5.5kw，满载转速为960r/min，电动机轴径，轴伸长E=80mm轴上键槽为10x5。1、 初步估计蜗杆轴外伸段的直径d=（0.81.0）=30.438mm2、 计算转矩Tc=KT=K×9550×=1.15×9550×5.5/960=62.9N.M由Tc、d根据机械设计课程设计 张培金 蔺联芳 编 上海交通大学出版社第248页表8.2可查得选用HL3号弹性柱销联轴器（38×80）。3、 确定蜗杆轴外伸端直径为38mm。4、 根据HL3

14、号弹性柱销联轴器的结构尺寸确定蜗杆轴外伸端直径为38mm的长度为80mm。5、 由参考文献机械设计课程设计 张培金 蔺联芳 编 上海交通大学出版社的第220页表4.1可查得普通平键GB109690A型键10×63，蜗杆轴上的键槽宽mm，槽深为mm，联轴器上槽深，键槽长L=63mm。6、 初步估计d=60mm。7、 由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189页图7-19，以及蜗杆上轴承、挡油盘，轴承盖，密封圈等组合设计，蜗杆的尺寸如零件图1（蜗杆零件图）5.2蜗轮基本尺寸表（由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

15、社第96页表4-32及第190页图7-20及表51蜗轮蜗杆的传动设计表可计算得） 表51蜗轮结构及基本尺寸蜗轮采用装配式结构，用六角头螺栓联接（100mm）,轮芯选用灰铸铁 HT200 ，轮缘选用铸锡青铜ZcuSn10P1 单位：mma=bCxB98708231310255en1032518990º112202156六、蜗轮轴的尺寸设计与校核蜗轮轴的材料为45钢并调质，且蜗轮轴上装有滚动轴承，蜗轮，轴套，密封圈、键. 6.1 轴的直径与长度的确定1 .计算转矩 Tc=KT=K×9550×=1.15×9550×1.68/30.96=595.94N

16、.M<2000 N.M所以蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器32×60，因此=32m m2.由参考文献 张培金 蔺联芳 编 上海交通大学出版社的第220页表4-1可查得普通平键GB109679A型键12×8，普通平键GB109679A型键14×9，联轴器上键槽深度，蜗轮轴键槽深度，宽度为由参考文献机械设计基础（下册） 张莹 主编 机械工业出版社 1997年的第316页321页计算得.其中各段见零件图的“涡轮轴”。6.2轴的校核6.2.1轴的受力分析图 图6.1X-Y平面受力分析 图6.2X-Z平面受力图： 图6.3 合成弯矩 592368.15 3

17、5700 340587.75 图6.4当量弯矩T与aTT=518217NmmaT=327992.8Nmm图6.56.2.2轴的校核计算如表5.1轴材料为45钢， 表6.1计算项目计算内容计算结果转矩Nmm圆周力=12955.4N=12955.4N径向力=1438.9N轴向力=12955.4×tan 20ºFr =4715.4N计算支承反力=563.4N=972.75N垂直面反力=2357.7N水平面X-Y受力图图6.2垂直面X-Z受力图6.3画轴的弯矩图合成弯矩图7.4轴受转矩TT=518217NmmT=518217Nmm许用应力值表16.3，查得应力校正系数aa=a=0.

18、59当量弯矩图当量弯矩蜗轮段轴中间截面=437814Nmm轴承段轴中间截面处=484690.6Nmm437814Nmm=484690.6Nmm当量弯矩图图7.5轴径校核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）。6.3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2.430圆整，可知该处选择键2.5×65，高h=14mm，轴上键槽深度为，轮毂上键槽深度为，轴上键槽宽度为轮毂上键槽深度为七、减速器箱体的结构设计参照参

19、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7.1： 表7.1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=0.04×125+3=8mma为蜗轮蜗杆中心距取=8mm箱盖壁厚度1=0.85×8=6.8mm取1=6.8mm机座凸缘厚度bb=1.5=1.5×8=12mmb=12mm机盖凸缘厚度b1b1=1.51=1.5×6.8=10.5mmb1=10.5mm机盖凸缘厚度PP=2.5=2.5×8=20mmP=

20、20mm地脚螺钉直径dØdØ=18mm地脚沉头座直径D0D0=36mmD0=36mm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=30mmL1=30mmL2=26mmL2=26mm轴承旁连接螺栓直径d1d1= 13.5mmd1=14mm轴承旁连接螺栓通孔直径d1d1=15.5d1=15.5轴承旁连接螺栓沉头座直径D0D0=30mmD0=30mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间）C1=18mmC1=18mmC2=30mmC2=30mm上下箱连接螺栓直径d2d2 =9mmd2=9mm上下箱连接螺栓通孔直径d2d2=10.5mmd2=10.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径D

21、0=20mmD0=20mm箱缘尺寸（扳手空间）C1=16mmC1=16mmC2=14mmC2=14mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4, d3=7.2mmn=4d3=7.2mm检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圆锥定位销直径d5d5= 0.8 d2=8mmd5=8mm减速器中心高HH=225mmH=225mm轴承旁凸台半径RR=C2=15mmR1=15mm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D2D2=轴承孔直径+(55.5) d3取D2=120mm箱体外壁至轴承座端面距离KK= C1+ C2+(810)=44mmK=54mm轴

22、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=D2S=120蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离）L1=K+=56mmL1=56mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm取=15mm蜗轮端面与箱体内壁之间的距离=12mm取=12mm机盖、机座肋厚m1,mm1=0.851=5.78mm, m=0.85=10mmm1=5.78mm, m=7mm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=43mm轴承端面至箱体内壁的距离=4mm箱底的厚度20mm轴承盖凸缘厚度e=1.2 d3=12

23、mm箱盖高度116mm箱盖长度（不包括凸台）308mm蜗杆中心线与箱底的距离110mm箱座的长度308mm装蜗杆轴部分的长度413mm箱体宽度（不包括凸台）206mm箱底座宽度199mm蜗杆轴承座孔外伸长度10mm蜗杆轴承座长度65mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离5mm八、减速器其他零件的选择经箱体、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8-1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10×5010850蜗轮与蜗轮轴联接处GB1096-90键18

24、15;56181156蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90键20×50201250表8-2圆锥滚动轴承 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDB蜗 杆3509458523209458519蜗轮轴3508408023208408018 表8-3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B40×85×440854蜗轮轴B61×100×1040808表8-4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GB93-87-16164上下箱联接螺栓GB93-87-12123表8-5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129mm12mm9mmQ235 定位销为GB117-86 销8×38 材料为45钢九、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-