运输机中蜗杆减速器研发设计

1、、课程设计任务书题目：设计某带式传输机中的蜗杆减速器II工作条件：工作时不逆转，载荷有轻微冲击；工作年限为10年，二班制已知条件：滚筒圆周力F=4400N带速V=0.75m/s ;滚筒直径D=450mm一、传动方案的拟定与分析由于本课程设计传动方案已给：要求设计单级蜗杆下置式减速 器。它与蜗杆上置式减速器相比具有搅油损失小，润滑条件好等优 点，适用于传动V<4-5 m/s,这正符合本课题的要求。三、电动机的选择1、电动机类型的选择按工作要求和条件，选择全封闭自散冷式笼型三相异步电动机， 电压380V，型号选择丫系列三相异步电动机。2、电动机功率选择1) 传动装置的总效率：口总="

2、;联轴器宀轴承汉"蜗杆宀滚筒23=0.992 x 0.993 x 0.72 X0.96 = 0.6572) 电机所需的功率：cFV23001.2,P电机一一4.38KW10001 总 10007.6573、确定电动机转速计算滚筒工作转速：林60 勺 000V60 1000 心.2 厂 -n 滚筒一63.69r/m in兀D兀X360按机械设计教材推荐的传动比合理范围，取一级蜗杆减速器 传动比范围1减速器=5L80，贝U总传动比合理范围为1总=580。故电 动机转速的可选范围为：业动机=1总汉n滚筒=(580)汽63.69 = 318.455095.2/口1门。符合这一 范围的同步转速

3、有 750、1000、1500和3000r/min。根据容量和转速，由有关手册查出有四种适用的电动机型号， 因此有四种传动比方案，综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、 价格和带传动、减速器的传动比，可见第4方案比较适合，则选n=3000r/min。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选 定电动机型号为丫132S1-2。其主要性能：额定功率 5.5KW满载转 速2920r/min ;额定转矩2.2。总=0.657n滚筒=63.69r /min搐机=4.38KWn电动机=860 10320 r / min电动机型号：Y132S1-2四、计算总传动比及分配各级的传动

4、比1、总传动比in电动机2920i 总=45.85n滚筒63.691总=45.85=2920r / min n = 2920r / min n = 63.69r / min n 63.69r / minP0=4.38KWP=4.336KWPi=3.09KWPiii=3.03KWn。=n电动机二292（五mi动力学参数计算n、计算各9轴转firn"X 2920n63.69r/mini减峑亠458工2、计算各轴的功率n 63.69 _ _ .PO=P 电机=431KW 63.69r/minPi=Pox n 联=4.336KWPn=Pi x n 轴承 x n 蜗杆=3.09KWPm=Pn

5、x n 轴承 x n 联=3.03KW3、计算各轴扭矩To=9.55 x 1O6Po/ n o=9.55 x 106X 4.38/2920=14.325 N-mTi=9.55 x 106Pi /n i =9.55 x 106x 4.3362/2920=14.1818 N-mT” =9.55 x 106Piii /n n =9.55 x 106x 3.09/63.69=463.33 N -mTm=9.55 x 106Piii /n n =9.55 x 106x 3.03/63.69=454.33 N-mT0=14.325N mTi=14.1818N mTii=463.33N mTiii=454.

6、33N m六、传动零件的设计计算蜗杆传动的设计计算1、选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，米用渐开线蜗杆(ZI)。2、选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆采用45钢;因 希望效率咼些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45 55HRC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。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。由教材P254式(11 12),传动中心距VKl2(玩丿(1) 确定作用在蜗杆上的转矩

7、T2按乙=1,估取效率 H =0.72, 则=9.55 汉 106 H =9.55 心06 汉=468667N.mmn h63.69(2) 确定载荷系数K因工作载何有轻微冲击,故由教材P253取载何分布不均系数Kp=1;由教材P253表11 5选取使用系数K a =1.0由于转速不高, 冲击不大,可取动载系数农严1.05；则由教材P252K與v=1.01 汉 1.051.05(3) 确定弹性影响系数Ze1因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故Ze=160MP a2 o(4) 确定接触系数Zp先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值虫=0.35从教a材P253图11 18中可查得Z p=2

8、.9 o(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45HRC可从从教材P254表11 7查得蜗轮的基本许用 应力kH)=268hIPa o由教材P254应力循环次数、=60jnzLh =60 1 63.69 365 24 10 33475460寿命系数久HN = 81070.6448,334754640则 I =久 HN * L H = 06448268 =173二口8计算中心距K=1.212=152.405mm."60 汇2.9a _3 1.05 468667VI 173 丿(6)取中心距a=180mm因i=45.85,故从教

9、材P245表11 2中取 模数m=6.3mm,蜗轮分度圆直径a=63mn这时d1 =0.35从教材P253 ,a图1118中可查得接触系数/?=2.9因为» =,因此以上计算结 果可用。蜗轮喉圆直径dad2 2ha2=315mmg1.53KT2YFa2YF 当量齿数己 二2d1d2m2cos348=48.24j 3根据X2 0.4286厶2 4824从教材P255图11 19中可查得19.792cd,75.Chmdf1 =47.2mm4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距 玖 *m=3.14 6.3= 19.792mm直径系数q=10; 齿顶圆直径 da1 二 2低口

10、=63 2 1 6.3 = 75.6mm;齿根圆直径 df1 =d12 ham c = 47.25mm;分度圆导程角 =54838 ;蜗杆轴向齿厚 c 兀 m 3.14 汉 6.3Sa9.896 mm2 2(2) 蜗轮蜗轮齿数48;变位系数工2工0.4286mm;演算传动比i / =48 =48 mm,这时传动误差比为z1148一4585 =4 7%,是允许的。45.85蜗轮分度圆直径d2 =m?2 =6.3 4302.4mm蜗轮齿根圆直径df2勺2 -2hf2 =281.25mm1 1蜗轮咽喉母圆半径 rg2 二 a - 1 da2 =180 -325 = 22.5 mmg 2 25、校核齿

11、根弯曲疲劳强度齿形系数YFa2 =2.717斗h螺旋角系数 Y =11 _5.71 =0.9592P 140140”从教材P255知许用弯曲应力】Kfn从教材P256表118查得由ZCuSn10P制造的蜗轮的基本许用 弯曲应力tF 1 =56 MPa。由教材 P255寿命系数 Kfn =9：10 =9：10=0.677V N V 334754601-56 0.677 = 37.912MPa1.53 乂 1.05 乂468667_“ 一仆 wr m 朴卄；F =2.717 0.9592 =16.349MPa 可见弯曲63 302.4 6.3强度是满足的。&验算效率tan二 0.950.9

12、6 tan ("%)已知=5.71;二arctanfv； fv与相对滑动速度 V有关。、，d1 nj兀汉 632920 小“ ,乂 = =t 9.68m / s60 1000cos60 1000 cos5.71从教材 P264表11 18中用插值法查得fv =0.01632,v =53 88'代入式中得 =0.824,大于原估计值,因此不用重算。7、精度等级公差和表面粗糙度的确定d2 二 302.4da2 二 315df2 =281.25rg2 二 22.5v2 =48.24宗2 =2.717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/T10089-198

13、8圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择9级精度，侧隙种类为 f,标注为8f GB/T10089 1988。然后由参考文献 P187查得蜗杆 的齿厚公差为-s1 =71卩m,蜗轮的齿厚公差为 飞2 =130卩m;蜗杆的 齿面和顶圆的表面粗糙度均为 1.6卩m,蜗轮的齿面和顶圆的表面8.热平衡核算:d初(步估计散热面积(m沔詐取孟/(m2 屯(油的工周围空气的温度沁°:dS1.751.750.33 1800.92c) 100cc 丄 1000 江 4.3366 X (1 0.824) =20 17 0.92】 = 37.912MPa*O=68.8c : 85 c粗糙度为1.6卩m和3.2卩.S=0.

14、92合格。Vs = 9 68m / s七、轴的设计计算输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255HBS根据教材P370 (15-2 )式，并查表15-3，取A0=115 d> 115 (5.9/1500) 1/3 mm=18.1mm考虑有键槽，将直径增大 5%贝U: d=18.1 x (1+5%)mm=19.1mm选 d=30mm2、轴的结构设计(1) 轴上零件的定位，固定和装配ta= 20 ct = 68.8 cS = 0.92单级减速器中可将蜗杆蜗齿部分安排在箱体中央，相对两轴承 对称布置，两轴承分别以轴肩和轴承盖定位。(2) 确定轴各段直径和长度I段：直径d1

15、=30mm 长度取L1=60mmII 段：由教材 P364得：h=0.08 d 1=0. 08 x 30=2.4mm直径 d2=d+2h=30+2x 2.4=35mm长度取 L2=50 mmIII 段：直径 da= 40mm初选用7008C型角接触球轴承，其内径为 40mm宽度为15mm 并且采用套筒定位；故III段长：La=40mm由教材 P364得：h=0.08 d 3=0.08 x 50=4mmd4=da+2h=40+2x 4=50mn长度取 L4=90mmV段：直径 d5=80mm长度 Ls=120mm切段：直径d6= d4=50mm长度L6=90mm%段：直径 d7=cb=40mm长

16、度 L7=La=40mm初选用7008C型角接触球轴承，其内径为 40mm宽度为15mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=490mm(3) 按弯矩复合强度计算 求小齿轮分度圆直径：已知 d1=80mm=0.08m 求转矩：已知 T2=91.7N m Ti=54.8N m 求圆周力：Ft根据教材 P198 (10-3)式得：Ft1 =2Ti/d i=2X54.8/80X 103 =1370NFt2=2T7d 2=590N 求径向力Fr根据教材P198 (10-3 )式得：Fr= Ft2 tan a =590x tan20°=214.7N 因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=182

17、.5mm绘制轴的受力简图绘制垂直面弯矩图轴承支反力：Fay=FbY=F1/2=107.35Nd=30mmFaz=Fbz= Ft1 /2=685N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为:Mb=FAyL/2=19.6N m绘制水平面弯矩图HId1=30mmd2=35mmd3=40mmd4=50mmd5=80mmd6=50mmd7=40mmi 4图7-1截面C在水平面上弯矩为：MC2=FazL/2=685 x 182.5 x 10=125N- m绘制合弯矩图MC=(MC2+M22) 1/2=(19.6 2+125) 1/2=126.5N m绘制扭矩图转矩：T= Ti=54.8N m校

18、核危险截面C的强度由教材 P373式(15-5) ；ca二一c< It J经判断轴W所受扭转切应力为脉动循环应力，取a =0.6,Fay=107.35NFaz=685NMc1=19.6N m抗2J(126X5OO 2 +(0.6X20000$W-3=30®?a前已选定轴的材料为45钢，调质处理,由教材P362表 15-1查得I - 60/'a ,因此二ca v J J,故安全。该轴强度足够。输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45#调质钢，硬度(217255HB$根据教材P370页式(15-2 ),表(15-3 )取A0=115 d> A0(P2/ n2)1/3

19、=115(5.31/553) 1/3=24.4mm取 d=58mm2、轴的结构设计(1) 轴上的零件定位，固定和装配单级减速器中，可以将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称 分布，蜗轮左面用轴肩定位，右面用套筒轴向定位，周向定位采用 键和过渡配合，两轴承分别以轴承肩和套筒定位，周向定位则用过 渡配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，蜗轮套筒， 右轴承和链轮依次从右面装入。(2) 确定轴的各段直径和长度I段：直径d1=58mm 长度取L1=80mmII 段：由教材 P364得：h=0.08 d 1=0.09 x 58=5.22mm 直径 d2=d1+2h=58+2x 5.22 66mm长度

20、取 L2=50 mmIII 段：直径 da=70mm由GB/T297-1994初选用7014C型圆锥滚子轴承，其内径为70mm 宽度为 20mm 故 III 段长：L3=40mmW段：直径d4=82mm由教材 P364得：h=0.08 d 3=0.08 x 82=6.56mm d4=cb+2h=70+2X 6.682=82mm长度取 L4=110mmV段：直径 d5=d3=70mm Ls=40mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距L=150mm(3)按弯扭复合强度计算 求分度圆直径：已知d2=82mm 求转矩：已知 T2= Tii =91.7N m 求圆周力Ft :根据教材P198 (10-3)

21、式得Ft 2 =2T7d 2=590 N 求径向力Fr :根据教材P198 (10-3)式得Fr= Ft2 tan a =3586.4 x tan20°=1370N 两轴承对称LA=LB=75mm求支反力 Fay、Fby、Faz、FbzFay=FbY=F"2=107.35NFax=Fbx= Ft2 /2=295N由两边对称，截面C的弯矩也对称，截面C在垂直面弯矩为MC1=FaYL/2=107.35 x 75x 10J3=8N- m截面C在水平面弯矩为MC2=FaX_/2=295 x 75x 10°=22.125N m计算合成弯矩Ml= (MC12+MC22) 1/

22、2= (82+22.1252) 1/2=23.54N mCfca =30.®P ad=58mmd1=58mmd2=66mmd3=70mm d4=110mmd5=70mmFt2 =590 NFr=1370NFay=107.35NFax=295NJf1FF.,1 1 IMt：1 .丿11If图7-2Mci=8N mMc2=22.125N mMc=23.54N m也5 加54*"917002 =o刑 p a二 ca =1.07：、'a校核危险截面C的强度由式（15-5）2由教材 P373式（15-5） ；ca #-c''W所受扭转切应力为对称循环变应力，取

23、a =1,ca -3前已选定轴的材料为45钢0调质处理，由教材P362表15-1查得 L4心60二2 a ,因此匚ca V J J,故安全。此轴强度足够八、链及链轮的选择1、选择链轮齿数取小链轮尺数6=19,由前面计算知i链=1.75则大链轮齿数2 = i 1 = 1.75 19 =382、确定计算功率由教材P178表96查得久上=1.1,由教材P179图913查得=1.52,单排链,则由教材P178式(9-15)得计算功率为m ca =久 a 久 z m =1.11.525.7 = 9.5 kw3、选择链条型号和齿距根据 mca =9.5kw 及 n2 =553r/min 查教材 P176

24、图 9-11,可选20A-1。查教材P167表9-1得链条节距为 P=25.4 mm4、计算链节数和中心距初选中心距 a0 = (30 50)P = (30 50) 25.4 =7621270mm 取2玄=卩000烏!由教材+P180 式96相应链节数为查得p0 p 2. 2二a0磐节数节3此9¥200 土108鬻=4.7 查教材卩1809-7得到中心距计算系数£=0.24925,则由教材P180式917 得链传动的最大中心距。a|2L|&22 108 - 19 381006.6mm甬定润滑方式n ZP-0.24925 25.45、计算链速v,确n1z1 p553

25、19 25.4, , /由教材 P172式 9 1 v4.4 m/s60 勺 000601000由v=4.4m/s和链号20A-1查教材P181图9-14可知采用油池润?c9.5kw&计算压轴力Fp1000P1000 5.7有效圆周力为Fp1300 Nv4.4链轮水平布置时的压轴力Kfp 1.15，则压轴力为a° = 1000mmFp KFPFe =1.15 1300 T495N。九、滚动轴承的选择及校核计算根据根据条件，轴承预计寿命：16X 365X10=58400小时1、计算输入轴轴承初选两轴承为角接触球轴承7308C型查轴承手册可知其基本额 定动载荷G=46.2KN基本

26、额定静载荷C°r=30.5KN。(1)求两轴承受到的径向载荷Fri和Fr2a : 1006.6mm将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的Ft为通过另加转矩而平移到指定轴由力分析线；图(1)中的Fa亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。FrivplFr 161.5 Faa1a2Fr2V350350二 Fre -Fr1V = 215.33-56 = 159.33N215.33 175-591® 4°=56nFr1HFt1 二 1371.125 =685.56N22 |Fr1&1v 亠&伯.56 亠685

27、.56687.8NFr2 = i Fr2V 亠 iFr2H =159.331 亠685.56= 703.83N(2)求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2对于7008C型轴承,按教材P322表13-7 FeFr,其中,e为教材P321表13-5中的判断系数,其值由Fa的大小来确定，但现轴承轴Cor向力Fa未知,故先取e=0.4,因此估算"Fd1 =0.4Fr1 =275.12NFd2 = 0.4Fr2 = 281.53N按教材P322式(13-11a)Fa1 =FaeFd2 =591.61 281.53 = 873.14NFa2 =Fd281.53N873.143251.50330.5

28、10= 0.0286-0.0092由教材P321表13-5进行插值计算,得e =0.225 e2 =0.2。再计FP : 1300 NFp ： 1495NFd1 =eFr1 =0.225汉 687.8 =154.76 NFd2 =e2Fr0.2 703.83 = 140.77NFai = Fa +Fd2 =591.61+77.5 = 669NFa2 =Fd2 =140.77N邑=_=0.025C02西舫刃二 0.006C0r30.5 灯 03由两次计算相差不大，所以则有e ! =0.225, e2=0.2, Fai=669N,Fa2=140.77N。(3) 求轴承当量动载荷R和F2因为 Fa1

29、 =68258 =1.25 2Fa2 1r40.77687082 e0.2 eFr2703.83由教材P321表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数 和轴向载荷系数为对轴承 1X1 =0.44, 丫产1.18对轴承 2 X2=1,Y2=0因轴承运转中有轻微冲击,按教材P321表13-6, fP=1.01.2,取fp=1.1。则由教材P320式(13-8a)R =fp(X1Fr1 +YFa1 )= 1.1 汉(0.44X687.8 +1.18X862.58 ) = 1452.5NP2 = fp(X2Fr2+Y2Fa2)= 774.2N(4) 验算轴承寿命因为>?2,所以按轴承1的受

30、力大小验算由教材P319式(13-5)Lh-10 ICr I - 10f46200 _552910>58400 h 故所选60n 1片丿60770 11452.5丿轴承满足寿命要求。2、计算输出轴轴承初选两轴承为7314B型圆锥滚子轴承查圆锥滚子轴承手册可知 其基本额定动载荷 G-115KN基本额定静载荷C°r=87.2KN。(1)求两轴承受到的径向载荷FM和Fr2将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面图(2)和水平面图(3)两个平面力系。其中图(3)中的Ft为通过另加转矩而平移到指定轴 线;图(1)中的Fa亦通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析知：F1V = 56 NFr

31、2/ =159.33NF2V =159.33NFr1H =685.56Na2da2Fr 1V 2170214.7 85 _1370 4°=223N170Fr2V 二 Fr 亠 Fr1V = 437.76NFri =687.8N巳=703.83NFt2.=295N22Fr1V 亠Fr1H369.8N: 2 2Fr2 = i Fr2V j 亠 iFr2H558.1N(2)求两轴承的计算轴向力Fa1和Fa2和轴承当量动载荷R和P2Fa11593.243 =0.0183C0r822320a2 = 223.240.015387.2 10C0r由教材P321表13-5进行插值计算,得e, = 0

32、.385色=0.28。再计Fdi= eFr1 =0.385x369.8=142.37 NFd1 =275.12NFd2 =281.53NFd2yFr2 =0.28 558.1 =156.27NFai二 Fa Fd2 =156.27 1370 = 1526.7NFa1 =873.14 NFa2Fa1二 Fd2 =223.24N=15267 十 0.018Fa2 =281.53NC02 82232= 877=0.015CT两次计算相差不大，所以则有e 1 =0.385,Fd1 =154.76 NFd2 =140.77NFa1 =669NFa2 =140.77Ne2 =0.28, Fa1=1526.

33、7N, Fa2=223.24N。(3)求轴承当量动载荷R和F2由教材F321表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数 和轴向载荷系数为对轴承1X1=1, =0对轴承2X2=1T2=0因轴承运转中有轻微冲击，按教材F321表13-6, fP=1.01.2,取fp =1.1。则由教材F320式(13-8a)司=0 XF1 ¥Fa1 =1.1 369.8 = 406.78N m2 f X2Fr2 %Fa2 =-613.91N(4) 验算轴承寿命因为?1?2,所以按轴承1的受力大小验算由教材F319式(13-5)10106115000Q1.98X10 h . 58400 h 故所 60

34、x553 (613.91 丿选轴承满足寿命要求X1=0.44.1 = 1.18X2 =1 2=0耳=1452.5NP2 =774.2N十、键连接的选择及校核计算1、连轴器与电机连接米用平键连接轴径 di=38mm L 电机=50mm查参考文献 P119选用A型平键，得：b=10 h=8 L=50 即：键 A10X 50 GB/T1096-2003l=L 电机-b=50-8=42mm T 2=20000N m根据教材P106式6-1得(T p=4T2/dhl=4 X 20000/10 X 8X 42=23.8Mpa< c p(110Mpa)2、输入轴与联轴器连接采用平键连接轴径 d2=30

35、mm L=60mm T=54.8N - m查手册P51选A型平键，得：b=10 h=8 L=50 即：键 A10X 50 GB/T1096-2003l=L 1-b=60-10=50mm h=8mmc p=4T/dhl=4 X 54800/30 X 8X 50=18.3Mpa< c p(110Mpa)3、输出轴与涡轮连接用平键连接轴径 da=58mm L2查手册P51选用A型平键，得：b=18 h=11 L=70即：键 A18X 70GB/T1096-2003l=L 2-b=80-18=62mm h=11mm根据教材P106 (6-1 )式得c p=4T/dhl=4 X 91700/58 X 11 X 62=9.8Mpa<