哈工大机械设计课程设计蜗杆减速器设计说明书

目录TOC\o"1-3"\h\u一、选择电机2二、计算传动装置的传动比3三、计算传动装置各轴的运动参数与动力参数3四、传动零件的设计计算4五、热平衡计算7六、机体的结构尺寸7七、蜗轮与蜗轮轴的设计计算8八、蜗杆轴的设计15九、减速器的润滑及密封条件的选择16十、减速器的附件设计17一、选择电机1、选择电机类型按工作要求和工作条件选择YB系列三相鼠笼型异步电动机，其结构为全封闭式自扇冷式结构，电压为380V。2.选择电机的容量工作机的有效功率为:从电动机到工作机输送带间的总效率为;式中：联轴器的传动效率；轴承的传动效率；蜗轮的传动效率；卷筒的传动效率。由表9.1可知，，，，，那么，所以电动机所需的工作功率为2、确定电动机的转速工作机卷筒的转速为由于蜗轮的齿数为28—80，应选那么蜗杆的头数Z1=2。所以电动机转速可选的范围为符合这一范围的同步转速为500r/min，1000r/min和1500r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。根据电动机的类型、容量和转速，由机械设计手册选定电动机的型号为Y112M-6，其主要性能如表1.1所示，电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如表1.2所示。表1.1 Y112M-6型电动机的主要性能电动机型号额定功率/kW满载转速/(r/min)Y112M-62.29402.02.0表1.2电动机的主要外形和安装尺寸〔单位mm〕中心高H外形尺寸L1×〔AC/2+AD〕×HD底脚安装尺寸A×B底脚螺栓直径K轴伸尺寸D×E键连接局部尺寸F×GD112400×〔115+90〕×265190×1401228×608×7二、计算传动装置的传动比总传动比计算传动装置各轴的运动参数与动力参数1、各轴的转速Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴2、各轴的输入功率Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴3、各轴的输入转矩电动机的输出转矩Td为所以：Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴将上述计算结果汇总于表1.3，以备查用。表1.3传动装置的运动和动力参数轴名功率P/kW转矩T/()转速n/(r/min)电机轴1.9742.01×104940Ⅰ轴1.9541.99×104940Ⅱ轴1.4512.78×10550卷筒轴1.4222.72×10550四、传动零件的设计计算1．蜗轮蜗杆的材料选择由于输入功率不太大，转速也不是很高，蜗杆材料选用45钢，整体调质，外表淬火，齿面硬度220~250HBW。对于蜗轮材料，初估蜗杆副的滑动速度vs<6m/s，应选择蜗轮的材料为铝青铜。按疲劳强度设计模数根据公式式中：z2——蜗轮的齿数；T——蜗轮的转矩；zE——为弹性系数；d1——蜗杆分度圆直径；——材料金恩许用接触应力；K——载荷系数。根据减速器的工作环境及载荷情况，参考文献[1]表7.4查的使用系数KA=1.0；假设蜗轮圆周速度v2<3m/s,那么动载系数Kv=1.0；因为工作平稳，故取齿向载荷分布系数Kβ=1.0，所以K=KAKβKv=1.0×1.0×1.0=1.0由于蜗轮的齿数在28~80之间，且考虑到减速器的尺寸，选取蜗杆头数z1=2，那么蜗轮齿数z2=z1×i=2×18.8=37.6，取为38，故此时，，即传动比符合要求。查表得弹性模量ZE=；材料根本许用接触应力。带入公式中得查参考文献[1]表7.1，选取模数m=5mm，蜗杆分度圆d1=63mm。验算蜗轮圆周速度v2，相对滑动速度vs及传动效率显然v2<3m/s,与原假设相符，即K取值适宜。由，得°，所以显然vs<6m/s，与原假设相符，取Kv值合理。由vs=3.13m/s，查参考文献[1]表7.7，利用插值法得当量摩擦角=2°35’，所以与原来初值取值相符。计算蜗轮蜗杆的主要几何尺寸中心距，取，那么变位系数。其他尺寸总汇于表1.4表1.4名称符号计算公式和数据〔单位mm〕蜗干数据蜗轮数据齿顶高ha58.5齿根高hf62.5全齿高h1111分度圆直径63190齿顶圆直径73207齿根圆直径51185蜗杆分度圆导程角9.02°蜗轮分度圆螺旋角9.02°节圆直径70190传动中心距130蜗杆轴向齿距15.7蜗杆螺旋线倒程ps31.4蜗杆螺旋局部长度74，取90蜗轮外圆直径210蜗轮齿宽b250齿根圆弧半径R137.5齿顶圆弧半径R226.5齿宽角sin(θ/2)b2/(da1-0.5m)90.34°热平衡计算所需散热面积该设计的减速器工作环境是清洁，取油温t=80℃，周围空气温度t0=20℃，通风条件良好，取散热系数，传动效率为=0.78.那么机体外外表的面积机体外表凸缘面积与理论散热面积相比即箱体与凸缘面积满足散热需求。六、机体的结构尺寸蜗轮的圆周速度v2=0.497m/s，由参考文献[2]可知，选用精度等级为9级，该传动平稳，选用的侧隙种类为c，即传动9cGB/T10089—1988。蜗杆的圆周速度v1=3.1m/s,查表选用精度等级为8级，该传动平稳，选用的侧隙种类为c，即传动8cGB/T10089-1988.根据传动中心距a可以确定铸铁蜗杆减速器机体的结构尺寸计算表如下：名称符号计算公式数据〔单位mm〕机座壁厚10机盖壁厚10机座凸缘厚度15机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度25地脚螺钉直径16地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径12机盖与机座螺栓直径10连接螺栓d2的间距150~200轴承端盖螺钉直径8窥视孔盖螺钉直径6定位销直径8df、d1、d2至外机壁距离见表5.15df、d2至凸缘距离见表5.15轴承旁凸台半径外机壁至轴承座端面距离45内机壁至轴承座端面距离55蜗轮外圆与内机壁距离15蜗轮轮毂与内机壁距离15轴承端盖凸缘厚度10表1.5连接螺栓扳手空间c1，c2值和沉头座直径表螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径20242632404860七、蜗轮与蜗轮轴的设计计算轴的材料选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45#钢，调质处理。初算轴径及联轴器确实定2.1、蜗轮轴最小轴颈与联轴器确实定对于蜗轮轴故蜗轮轴最小轴颈dmin=1.0333.8=34.8m。蜗轮轴计算转矩为由计算转矩与电动机轴尺寸，选择联轴器的型号为GY6。3、蜗轮轴结构设计轴承部件的结构形式：蜗杆减速器的中心距a=130，通过查表选择减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。因此，所设计的轴承部件的结构形式如图1所示。然后可按转轴轴上零件的顺序，从dmin处开始设计。联轴器及轴段1的设计：dmin就是轴段1的直径，又考虑到轴段1上安装联轴器，因此，轴段1的设计和联轴器的设计同时进行。由于联轴器的一端连接工作机一端连接轴，其转速比拟低，传递转矩比拟大。采用凸缘刚性联轴器。联轴器所在轴段比联轴器长度短1~2mm，故取L1=80mm，d1=38mm。密封圈与轴段2的设计：考虑到联轴器右端的固定和密封圈的标准，取轴段d2=48mm，轴段2的长度根据箱体的壁厚、轴承凸台的厚度、轴承端盖的厚度以及联轴器类型确定:L2=52mm，密封圈为毛毡油封密封圈FZ/T92023-1991中直径是内圈直径为47mm,外圈直径为60mm的。轴段3与轴段6：考虑到蜗杆减速器有轴向力，轴承类型选用圆锥滚子轴承，轴段3上安装轴承，要使轴承便于安装又符合轴承内径系列，暂取轴承型号为30210，由参考文献[2]表12.4知，其内径d=50mm，外径D=90mm，宽度B=20mm，故取d3=d6=50mm，考虑到安装挡油板时的长度与套筒的长度，L3=45mm，轴段6除了安装轴承外还有有加工倒角，故L6=35mm。蜗轮与轴段4：轴段4上安装蜗轮，为了方便安装蜗轮d4应该略大于d3，取d4=56mm，按照蜗轮的设计，蜗轮的轮毂宽为〔1.5~1.9〕d5，取轮毂宽为90mm，那么轴段5的长度略小于蜗轮轮毂宽度，取L5=88mm〔6〕轴肩5的设计：轴段6上安装与轴段3成对的甩油环，考虑到轴承受力的对称性轴肩5的长度L5=7mm〔7〕键连接：联轴器及蜗轮的轴向连接均采用普通平键连接，分别为键10×70GB/T1096-1990及键16×70GB/T1096-1990.图一4、蜗轮轴的受力分析轴向力：向心力：切向力：受力图如图二所示图二在水平面上在垂直平面上故轴承Ⅰ上的总支承反力轴承Ⅱ上的总支承反力故在水平面上，A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：在竖直平面上：由于L2与L3十分接近，故将竖直面上的MAV1与MAV2相等。故合成弯矩，A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：5校核蜗轮轴的强度A-A剖面左侧因弯矩大、有转矩，还有键引起的应力集中，故A-A剖面右侧为危险截面。由附表10.1，抗弯剖面模量抗扭剖面模量弯曲应力扭剪应力对于调质处理的45钢，查得，，，查得材料的等效系数，。键槽引起的应力集中系数，查得绝对尺寸系数，查得。轴磨削加工时的外表质量系数查得。故平安系数查得许用平安系数，显然，故A-A剖面平安。6、校核键连接的强度联轴器处键连接的挤压应力式中：d——键连接处直径；T2——传递的转矩；h——键的高度；l——键连接的计算长度。取键、轴、联轴器的材料都为钢，查机械设计手册得，显然，，故强度足够。齿轮处键连接的挤压应力取键、轴、齿轮的材料都为钢，得。显然，，故强度足够。7、校核蜗轮轴轴承寿命由参考文献[2]表12.4查的圆锥滚子轴承30210计算系数Y=1.4，e=0.42，那么圆锥滚子轴承30210内部轴向力为图三的方向如下图，与A同向，那么显然，，因此轴有右移趋势，但由轴承部件的结构图分析可知轴承Ⅰ将保持平衡，故两轴承的轴向分力分别为比饺两轴承的受力，故只需校核轴承Ⅱ。因为所以X=0.4,Y=1.4。那么轴承Ⅱ的计算当量动载荷当轴承在以下工作，查参考文献[1]表10.10得。由减速器的工作情况，查表10.11得载荷系数。故轴承的寿命减速器使用4年，二班制工作，那么预期寿命显然远大于，故轴承寿命很充裕。蜗轮设计计算蜗轮的分度圆直径d=190mm，为了节约比拟贵重的青铜材料，故蜗轮的结构采用装配式，按照机械设计课程设计图号11设计蜗轮结构，其数据如下表所示符号计算公式数据(单位mm)d390l90a10b10R137.5R226.5d2190da2200d46l125e3d5158n3蜗杆轴的设计材料的选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45#钢，调质处理。最小轴颈与联轴器确实定对于转轴，按扭转强度初算轴径，查参考文献[1]表9.4得C=106~118，考虑到轴端的弯矩和转矩的大小，故取C=110，那么对于蜗杆轴该段轴上有一键槽，将计算值加大3%，及dmin=14.46mm。为了减小启动转矩，联轴器应具有较小的转动惯量和良好的减震性能，因此选用弹性联轴器，联轴器一端连接电动机，一端连接蜗杆轴。蜗杆轴计算转矩为式中：T——联轴器传动的名义转矩；K——工作情况系数，查参考文献[1]得：工作机为带式运输机时K=1.25~1.5，该设计取K=1.5。由计算转矩与电动机轴尺寸，选择联轴器的型号为LH2。结构设计〔1〕轴承部件的结构形式：蜗杆减速器的中心距a=130，通过查表选择减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。因此，所设计的轴承部件的结构形式如图3所示。然后可按转轴轴上零件的顺序，从dmin处开始设计。〔2〕联轴器及轴段1的设计：dmin就是轴段1的直径，又考虑到轴段1上安装联轴器，因此，轴段1的设计和联轴器的设计同时进行。由于联轴器的一端连接电动机机一端连接轴，其转速比拟高，传递转矩比拟小。采用弹性联轴器。联轴器所在轴段比联轴器长度短1~2mm，故取L1=60mm，d1=28mm。〔3〕密封圈与轴段2的设计：考虑到联轴器右端的固定和密封圈的标准，取轴段d2=38mm，轴段2的长度根据箱体的壁厚、轴承凸台的厚度、轴承端盖的厚度以及联轴器类型确定:L2=53mm，密封圈为唇形密封圈GB/T13871.11—2007中直径是内圈直径为38mm,外圈直径为58mm标准。〔4〕轴段3与轴段6：考虑到蜗杆减速器有轴向力，轴承类型选用圆锥滚子轴承，轴段3上安装轴承，要使轴承便于安装又符合轴承内径系列，暂取轴承型号为30209，由参考文献[2]表12.4知，其内径d=45mm，外径D=85mm，宽度B=19mm，故取d3=d6=45mm，考虑到安装挡油板时的长度，L3=29mm，轴段6除了安装轴承外还有有加工倒角，故L6=32mm。〔5〕轴肩5、7的设计：轴段3上安装与轴段6成对的挡油板，考虑到轴承受力的对称性轴肩5、6的长度L5=5mm，d5=d6=60mm。〔6〕轴段4：由于车制蜗杆，需要两端留出退刀槽，两端都为35mm，直径d4=51mm。螺旋长度为90mm，考虑到倒角，取L4=172mm键连接：联轴器采用普通平键连接，为键8×53GB/T1096-1990图三九、减速器的润滑及密封条件的选择1、蜗轮蜗杆润滑啮合条件采用油润滑，采用L-CKE220蜗轮蜗杆油，状油深度60~70mm。轴承润滑轴承采用脂润滑，填充量不超过轴承空间的1/3，每隔半年更换润滑脂。3、蜗轮蜗杆的密封蜗杆轴承透盖采用唇型密封圈密封，防止油液溅出；蜗轮轴承透盖采用毛毡密封。十、减速器的附件设计1、窥视孔和窥视孔盖得设计窥视孔的作用是方便人手伸入机箱内手动调节蜗轮的轮齿啮合，因此窥视孔盖的