单级蜗杆减速器课程设计

1、机械工程学院机械设计课程设计说明书设 计 题 目：单机蜗轮蜗杆减速器课程设计专业：机械设计制造及其自动化班级： 13 机制姓名：学 号指导教师：王利华 张丹丹2016年7 月3 日、设计任务1. 设计题目设计用于带式输送机传动装置的单级蜗杆减速器。2. 原始数据输送带工作拉力F=2400N输送带速度V=s；卷筒直 径 D=300mm3. 工作条件班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用期限10年，小批量生产；允许输送带速度误差为土 5%;生产条 件是中等规模机械厂，可加工78级精度的蜗杆及蜗 轮，动力来源是三相交流电(220V/380V)。4.传动系统方案的拟订设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机

2、一一联 轴器一一减速器一一联轴器一一带式运输机。优点是K =1Ka =Kv =1K =Z =2z2 =29h =268MPaN 1.46044 108Khn= 0.72H =191.69 MPam=8蜗杆 蜗轮B=64mmVs=S蜗轮轴蜗杆轴蜗杆轴采用30305型圆锥滚子轴承Cr =蜗轮轴采用30313型 圆锥滚子轴承G=152KNCor=188KN联轴器与轴的周向定 位采用双圆头平键连接 联轴器与轴的周向定传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于 繁重及恶劣条件下长期工作。缺点是效率低，发热量 较大，不适合于传递大功率。、设计计算1.选择电机电动机的功率由以知条件可以计算出工作时所需的

3、有效功率 查阅参考文献【2】中表2-2可知联轴器效率 1 =滚动轴承效率2 =双头蜗杆效率3 =卷筒效率4 0.96传动系统总效率n总=1* 12* 23* 34式中：12=23一入一232 * 1 X 0,99=工作时所需电动机功率为电动机转速的选择输送机滚筒轴的工作转速为60*1000v60*1000* 0.8 nw r/mimD3.14*30050.93r min电动机型号的选择选取同步转速为750m/s的电动机，根据工作条 件，查阅参考文献【2】中表16-1可知，应选择的电 动机型号为丫132M其主要性能参数为位采用双圆头平键连 接蜗轮轴上蜗轮与轴的 周向定位采用双圆头 平键连接电动机

4、与蜗杆轴之间 的联轴器型号为LX1 蜗轮轴与卷筒轴之间的 联轴器型号为LX4 蜗杆圆周速度为额定功率Pm 3kW满载转速nm 710%in传动比的分配总传动比inm 71013.9414nw 59.32.计算传动装置的运动和动力参数各轴转速蜗杆轴 n i=710r/mi n齿轮轴 n 2=710/14=mi n卷筒轴 n 3= n 2=min各轴的输入功率蜗杆轴p 1= Pr* 1 2.74* 0.99 3.713KW齿轮轴p 2=P1* 12 2.713*0.78 2.116KW滚筒轴 p3=p2 * 23* 342.116* 0.97* 0.941.929KW各轴的转矩电机输出转矩PTd

5、=9550Pl =9550* 2.74/710N M36.855N Mnm蜗杆输入转矩= 9550旦 9550* 2.713/710N M 36.492N M蜗轮输入转矩T2 =9550 巳 9550* 2.116/50.71N M 398.497N M滚筒输入转矩T3 = 95509550* 1.929/50.71N M 363.28N M将以上算得的运动和动力参数列于表 1表1类型功率P(kw)转速n(r/min )转矩T(n - m电动机轴3710蜗杆轴710蜗轮轴滚筒轴3.蜗轮蜗杆的设计计算选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，米用渐开线蜗杆 0)。选择材料考虑到蜗杆

6、传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆 采用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蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuS n10P1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。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。由式 确定作用在涡轮上的转距由前面可知T2 = m确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K =1;由参考文献【1】表11-5取使用系数KA =由转速不高，冲击不大，可取动载何系数Kv =1,则K=K Ka Kv =确定弹性影响系

7、数ZE1因用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故ZE=160MPa2确定蜗杆齿数z1和蜗轮齿数z2由参考文献【1】表11-1，初选蜗杆头数为Zi =2 蜗轮齿数为z2 = i * z128 ,由于z1与z2之间尽量要互为质数，取Z229 o确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuS n10P1金属模 铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC可从参考文献【1】 中表11-7查得蜗轮的基本许用应力h ' =268MPa应力循环次数假设减速器每天工作16小时，每年按300工作日计， 则寿命为十年时LJ 300*16*10 48000h应力循环次数 N=60j n2 Lh =60 X 1 XX480

8、00 1.46044 108寿命系数则H =KHN107K = 8Khn 1.46 1080.72h =0.72* 268 MPa =191.69 MPa计算m2d1值m2d131.15 398.497 10(2948023)mm191.693416.73mm因乙=2,从参考文献【1】表11-2中取模数m=8蜗11 18'36''杆分度圆直径d180mm，分度圆导程角蜗杆与蜗轮主要几何参数由 1、昉di d2 80 8* 29中心距amm 156mm2 2蜗杆轴向齿距Pa m 3.14* 8 25.13mm直径系数q乞聖10m 8齿顶圆直径 da1 d1 2ham 80

9、 2 1 8 86mm 齿根圆直径df1 d1 hf1 d1 2m(h； c*) 60mm蜗杆齿宽b| 11 0.1z2 m 11 0.1 29 8 25 136.5mm取 b1136.5mm导程角11 18'36''1蜗杆轴向齿厚sa m 0.58mm 12.57mm2蜗轮蜗轮齿数z2 29分度圆直径d2=mZ2=8 29 232mm蜗轮喉圆直径da2 d22 ha 22322 1 8mm 248mm齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径1 1rg2 a da2 156 - 248mm 32mmg 2 2蜗 轮宽度 B 0.75da1 0.75 86mm 64.5mm 取B=64

10、mm校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数Zv2Z；293 30.76cos(cos11.31 )根据Zv2 30.76，从参考文献【1】中可查得齿形系数YFa2 2.43因为11 18'36'' 11.31螺旋角系数Y =1- =1-11.3f =1400140°许用弯曲应力f J Kfn从手册中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯 曲应力f '=56MPa寿命系数Khn0.72F =x 56MPa =40.32 MPa3f 1.53 1.15 398.497 102.43 0.9192MPa10.5048MPa80 232 8故弯曲强度是满足的。验

11、算效率已知11 18'36'', v arctan化;fv与相对滑动速度vs有关dg vs = 0 =ss 60 1000 cos11.310由参考文献【1】表11-18可得fv = ,v 1.15代入式中可得（0.830.84），大于原估计值，因此不用重算。精度等级工杳核表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用 机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度 选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8f GB/T10089-198&然后由有关手册查得要求的公差项 目及表面粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动

12、的热平衡校核公式：其中：蜗杆传递的名义功率P 2.713kW蜗杆传动的总效率0.84 1箱体散热系数(Wjm2 C),d (8.15 17.45) W/m2 C，取 d 13W/m2C箱体散热面积S 1.2 m2周围空气的温度to 20 C润滑油工作温度的许用值一般取60 70 C ,取t 60 C代入上述数据，得t 20 1000 2.713 (1 0.84) C 47.83C t，符合 13 1.2要求。4.轴的设计计算蜗轮轴的设计计算选择轴的材料及热处理选用45钢，调质处理。求作用在蜗轮上的力轴宀+L2T>398.4972 103 M厂c“轴向力Ft2N3435.32Nd2232径

13、向力 Fr Ft 匹仙20Ft 1275.12Ncoscos11.31圆周力初步确定轴的最小直径根据参考文献【1】表15-3，取A 112,由输出的最小轴径显然是安装联轴器处的直径d1，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选 取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tea KaT2，查参考文献【1】14-1，考虑转矩变化很小，故取Ka=，则由参考文献【2】表13-9，选用LX3型弹性柱销联轴 器,联轴器孔径d 40mm，故取，由于键槽的存在， 故将直径增大10% 取d1(1 0.1) 40 44 mm则重新选择联轴器LX4, d1 45mm联轴器与轴配合的长度为84m m,为了保证轴端挡圈

14、只压在联轴器上而不压在轴的端面，故取第一段长度 为 Lj 82mm。装配方案：右端从左到右依次安装甩油环， 滚动轴 承，端盖。左端从右到左依次安装蜗轮、套筒、甩油 环，滚动轴承、端盖和联轴器。图2确定轴的各段直径和长度1 段：由上得 d1 45mm， L1 82mm ；2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩， 则d245 2 3.5 52mm，考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，取L225 25 50mm3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选轴承为圆锥滚子轴承，由于d2 52mm查参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30311。其 尺寸为贝y d3 55mm甩油盘的长

15、度为12mm取齿轮距箱体内壁之间的距离为18mm，则第三段轴的长度为L3 18mm 12mm 31.5mm61.5mm4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴 肩咼度为h 5mm，则d4 d3 2h 65mm，该段与蜗轮接合，蜗轮轮毂L45d41.5 65 97.5mm,为了使套筒能可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度， 故取 L4 95mm。5段：轴肩高度为h (23)R，由轴d4 65mm得R 2mm 故取 h 6mm 则 d5 77mm L5 12mm。6 段.d6 d3 55mm L636 12 48mm。轴的圆角半径R 2mm，轴端倒角为C2。先确定轴的支点位置，查参考文

16、献【2】表12-3得， 对于30311型轴承，a 25mm，则轴的支承跨度为J 13 84mm 82.5mm 166.5mm根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图 3所示图3从轴的结构图和弯矩图中可以看出涡轮中心截面C为轴的危险面。现计算截面 C处的各数值对水平面H对垂直面V总弯矩M1 J142983.598293282"170721.523N mm扭矩为 T T2398.497 N m进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取0.6,轴的计算应力为寸M( T3)2 v'170721.5232 (0.6 398497

17、)2 . _ca 1 3 MPaW0.1 776.44MPa以选疋轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1表15-1查得 j=60MPa，因此ca,故安全。蜗杆轴的设计计算选择轴的材料及热处理选用45钢，调质处理。求作用在蜗杆上的力轴向力 Ft 2T1912.3Ndi径向力 Fr Ft tan338.67Ncos圆周力 Fa Ft tan18246N确定轴的最小直径根据参考文献【1】表15-3，取A0110,由的最小轴径显然是安装联轴器处的直径d1最小轴径显然是安装联轴器处的直径 d1，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca KaT2，查参考文

18、献【1】14-1，考虑转矩变化很小，故取KA=，则由参考文献【2】表13-9，选用LX1型弹性柱销联轴 器,联轴器孔径d 19mm，故取d1 19mm，联轴器与 轴配合的长度为30mm，为了保证轴端挡圈只压在联 轴器上而不压在轴的端面，故取第一段长度为L1 25mm。装配方案：右端从左到右依次安装套杯、滚动轴承， 挡圈，止动垫圈，圆螺母，端盖，左端从右到左依次 安装套杯、滚动轴承、挡圈，套筒，端盖和联轴器。c123 4 53 9 10图4确定轴的各段直径和长度1 段：由上得 di 19mm , Li 25mm ;2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩，轴肩高度为h (2 3)R，由轴d

19、i 19mm，查参考文献【1】表14-2，得R 1mm,故取h 2mm，则d2 21mm考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，端盖与联轴器间的距离为25mm再初选套筒长度为 20mn取 L225 20 45mm3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选轴承为圆锥滚子轴承，由于d2 21mm杳参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30305.其尺寸为d D T 25mm 62mm 18.25mm则d3 25mm，选取该段长度为L3 21mm4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为h 4mm，则d4 d3 2h 33mm，取该段长度为 10mm 1-4 10mm。5段：

20、5段轴的直径与3段轴的直径相同，即d5 d3 25mm 取该段长度为L5 40mm6段：其长度与蜗杆齿宽一致，取 L6136.5mm，d6 80mm。7段：该段轴的直径与5段轴的直径相同，即d7 d5 25mm 取该段长度为L7 40mm8段：该段轴与4段轴一致，d8 33mm9段：该段轴与4段轴一致d9 25mm , Lg 21mm10段：该段安装止动垫圈和圆螺母，取 d10 20mmL10 20mm轴的圆角半径R 2mm，轴端倒角为C2 o先确定轴的支点位置，查参考文献【2】表12-3 得，对于30305型轴承a 13mm，则轴的支承跨度为J °124.25mm 124.25mm

21、根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图5所示Ml按弯扭合成应力校核轴的强度扭矩为T Ti 36.492N m图5从轴的结构图和弯矩图中可以看出截面 C为轴的危险 面。现计算截面C处的各数值对水平面H对垂直面V总弯矩M1'60325.83752 18745.115263171.09N mm进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭 矩的截面的强度 经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力，取 0.6,轴的计算应力为caFn *Q 图6456.15N卜、FrvE0.1803M2（T）2657076572厂（”一364922 1.35MPaW以选定轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1

22、 表15-1查得1=60MPa，因此ca 1 ,故安全。5.轴承的计算计算输入轴轴承初选两轴承为30305型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷 仑=基本额定静载荷Cor 48.0KN，e 0.31，丫 2，受力分析如图6所示Frlrdo由以上计算结果可知卩甘456.15N FrH2则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷 P和F2由参考文献【1】表13-5可知对轴 1： X11 丫 0对轴 2： X20.4Y21.9因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表13-6 得 fd1.21.8，取 fd 1.4 则验算轴的寿命以为PP2所以按轴承2的受力大小验算减速器的设计

23、寿命为Lh,48000hLh Lh'，故所选轴承寿命满足要求。计算输出轴轴承初选两轴承为30311型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷Cr=152KN基本额定静载荷Cor=188KN e 0.35，Y 1.7，受力分析如图7所示FrhlForFT图7由以上计算结果可知则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷P和P2因为Fa1 0.29 eFr1由参考文献【1】表13-5可知对轴 1： X11 Y 0对轴 2： X20.4丫2 1.7因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表13-6 得 fd 1.21.8，取 fd 1.4 则验算轴的寿命以为P P2所以按轴承

24、2的受力大小验算减速器的设计寿命为Lh,48000hLh Lh'，故所选轴承寿命满足要求。6.键连接的选择的计算蜗杆轴键的计算联轴器与轴的周向定位采用双圆头平键连接，按 d1 19mm，由参考文献【1】表6-1查得平键截面b h 6mm 6mm，键槽用键槽铣刀加工，长L 20mm。普通平键连接的强度条件为由上得丨L b 14mm查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许 用压力为 100MPa 120MPa，故取 p 120MPa，满足pp，该键满足要求。蜗轮轴上键的选择蜗轮轴上蜗轮、联轴器与轴的周向定位都采用双圆头平键连接。按d1 45mm，d4 65mm由参考文献【1】表6

25、-1查得平键截面b| h1 14mm 9mm， b2 h2 18mm 11mm键槽用键槽铣刀加工长L1 70mm ； L2 80mm普通平键连接的强度条件为计算得 p1 4000 5419.05MPap 4.5 56 45查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许 用压力为 100MPa 120MPa，故取 p 120MPa，满足pip , p2p该键满足要求。7联轴器的校核蜗杆轴联轴器的校核电动机与蜗杆轴之间的联轴器型号为 LX1,查参考文献【2】表13-9可知，LX1的公称转矩为Tn 250N m，许用转速为n 8500r/min ，而蜗杆轴 的转矩为Ti ，转速为n 710r/m

26、i n联轴器 的计算转矩心人34.2N m则几Tn， n1n故联轴器满足要求。蜗轮轴联轴器的校核蜗轮轴与卷筒轴之间的联轴器型号为 LX4,查参考文献【2】表13-9可知，LX4的公称转矩为Tn 2500N m，许用转速为n 3870r/min ，由以上 计算可知Tea 597.7N m，n2 50.71r/min则Tca Tn， n2 n故联轴器满足要求。8.减速器相体结构设计相体结构形式和材料蜗杆圆周速度为n d11440 3.14 0.045 ，+工60 60v 10m/s，则米用下置式蜗杆减速器。箱体材料为HT150箱体主要结构尺寸由参考文献【2】表5-1，得出表2:名称符 号尺寸关系计

27、算结果机座壁厚+3> 810机盖壁厚10机座凸缘厚度bS15机盖凸缘厚度15机座底凸缘厚度P25地脚螺钉直径+12取M16地脚螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径取M16机盖与机座连接螺 栓直径取M10轴承端盖螺钉直径取M8窥视孔盖螺钉直径取M8轴承端盖外径D2轴承座直径 + (5)da杆：128轮：170定位销直4径d8联接螺栓间距LL=150-200150mm蜗轮外圆与内机壁 距离>S15蜗轮轮毂端面与内 机壁距离12机盖 机座肋厚mi、mmi im1010轴承端盖凸缘厚度e(1) d310外机壁到轴承端面 的距离Lic1+c2+(58)36蜗轮离顶壁距离SSS>>12

28、取15mm表2减速器的附件观察孔及观察孔盖为了方便维修和观察减速箱内部的结构，在箱体 顶端设置了观察孔及孔盖。根据箱体的情况选取材料 为HT2O0其尺寸如表3所示：mm907560705540745表3通气器减速器工作时，箱体温度升高，气体膨胀，压力增 大，对减速器各接缝面的密封很不利，故常在箱盖顶或 检查孔盖上装有通气器根据箱体的情况选取材料为 Q235的通气塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-9可 知，如表4所示：mmdDD1SLlaM20X3022281546表4油塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部最 低位置设有排油孔，通常设置一个排油孔，平时用油塞 及封油圈堵住，根据箱体的情况选取材料为 Q235的油 塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-14可知，如表5 所示：mmdDeslhbRCM20X30242130152411表5起吊装置为了方便、经济，起吊装置采用吊耳，选