機械課程設(shè)計-蝸桿齒輪減速器

1、機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書 設(shè)計題目 蝸桿齒輪減速器學(xué)院 專業(yè)班級 設(shè)計者 學(xué)號 指導(dǎo)教師 日期 年 月 日 目錄一. 課程設(shè)計書3二. 設(shè)計要求4三. 設(shè)計步驟41.傳動裝置總體設(shè)計方案:52.電動機的選擇53.確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比64.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)75.傳動零件的設(shè)計計算85.1.高速級蝸輪蝸桿的設(shè)計計算85.2低速級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計計算116.軸的設(shè)計與計算166.1蝸桿軸的計算166.2中間軸的計算166.3低速級軸的計算176.3.1初估軸徑176.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計176.3.3強度校核207.鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算227.1鍵的選擇227.2低速軸

2、鍵連接的強度計算238.滾動軸承的選擇和計算238.1滾動軸承的選擇238.2低速軸上滾動軸承基本額定壽命計算239.潤滑和密封的選擇2510.聯(lián)軸器的選擇2511.減速器聯(lián)接件尺寸2612.減速器附件的設(shè)計與選擇2613.設(shè)計小結(jié)28一. 課程設(shè)計書一 原始數(shù)據(jù)F=1835 N D=0.33 m V=0.38 m/s二 其他條件使用地點：室外生產(chǎn)批量：小批載荷性質(zhì)：微振使用年限：四年二班計算說明結(jié)果設(shè)計課題:設(shè)計一用于帶式運輸機上的蝸輪齒輪二級減速器, 運輸機連續(xù)單向運轉(zhuǎn),載荷性質(zhì)是微震,使用地點是室外,減速器小批量生產(chǎn),使用年限是四年兩班.空載起動,卷筒效率為0.96(包括其支承軸承效率的

3、損失),運輸容許速度誤差為5%,車間有三相交流,電壓380/220V表一:二. 設(shè)計要求1.減速器裝配圖一張(A1)。2.CAD繪制軸、齒輪零件圖各一張(A3)。3.設(shè)計說明書一份。三. 設(shè)計步驟1. 傳動裝置總體設(shè)計方案2. 電動機的選擇3. 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比4. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)5. 設(shè)計V帶和帶輪6. 齒輪的設(shè)計7. 滾動軸承和傳動軸的設(shè)計8. 鍵聯(lián)接設(shè)計9. 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計10. 潤滑密封設(shè)計11. 聯(lián)軸器設(shè)計1.傳動裝置總體設(shè)計方案:1. 組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。2. 特點：齒輪相對于軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的

4、剛度。3. 確定傳動方案：考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，將V帶設(shè)置在高速級。2.電動機的選擇1)選擇電動機的類型 按工作要求和工作條件,選用Y系列三相籠型異步電動機,全封閉冷式結(jié)構(gòu)2)確定電動機的容量電動機所需工作功率為： PP/pw=FV1000w=18350.w=0.726kw式中w為卷筒的效率,取0.96傳動裝置的總效率0.9920.970.9840.80.70；為聯(lián)軸器的效率, 2為齒輪傳動的效率(8級)，為軸承的效率(滾動軸承)，為蝸輪蝸桿的效率(雙頭)，所以PP/=1.037kw3)選擇電動機轉(zhuǎn)速卷筒工作轉(zhuǎn)速為n=22.0r/min按照推薦的傳動比合理范圍,蝸桿圓柱齒輪減速器則總傳

5、動比合理范圍為ia1560,故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為:n= ian=(1560)22.0=3301320r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min,1000 r/min.綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素,決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的電動機,型號為Y90L-6其主要性能如表所示電動機參數(shù)表1.1電動機型號額定功率Pkw電動機轉(zhuǎn)速電動機重量N起動轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y90L-61.110009102502.02.23.確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比（1） 總傳動比由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速n和工作機主動軸轉(zhuǎn)速n，可得傳動裝置總傳動比為n/

6、n910/22.041.36（2） 分配傳動裝置傳動比1. 式中分別為蝸輪蝸桿傳動和齒輪傳動的傳動比。=(0.040.07)=1.652.89522.5，則16.544.計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)（1）各軸轉(zhuǎn)速910r/min910/16.5455.02r/min/55.02/2.5=22.0r/min=22.0 r/min（2）各軸輸入功率1.0370.991.027kW41.0270.80.980.805kW20.8050.980.970.765kW=0.7650.990.980.743kW（3） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩=9550 =95501.037/910=10.88 Nm所

7、以: =10.880.99=10.77 Nm=10.7716.540.980.8=139.66 Nm=139.662.50.980.97=331.90Nm運動和動力參數(shù)1.2軸號功率P/kw轉(zhuǎn)矩T/nm轉(zhuǎn)速n/r/min傳動比i效率電機軸1.30710.889101.000.99軸1.02710.7791016.540.78軸0.805139.6655.022.500.95軸0.765331.90221.000.97卷筒軸0.743322.00225.傳動零件的設(shè)計計算5.1.高速級蝸輪蝸桿的設(shè)計計算材料的選擇蝸桿采用45鋼，表面硬度45HRC，蝸桿頭數(shù)Z1=2。蝸輪材料采用ZCuSn10P1

8、，砂模鑄造，我輪齒數(shù)Z2=i1Z1=33a接觸疲勞強度計算1) 許用接觸應(yīng)力H由表可知應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2=60n2t2=60910/16.519200=6.35107H=0.9b8107N2=0.9.35107=157 MPa2) 計算m3q 渦輪轉(zhuǎn)矩T2T2=T1i1=1.4105 NmmZ1=2,假設(shè)1=0.8 載荷系數(shù)K=KAKVK=1.21.11=1.32V23m/s Kv=1.1m3q=9.47coskT2(ZEZ2H)2=9.261.321.4105(155/33157)=1531.56查得接近的m3q=1575初步計算 m=5mm d1=63mm q=12.6003) 傳動基本尺寸

9、 蝸輪分度圓直徑d2=mZ2=533=165mm傳動中心距 a=0.5(d1+d2)=144 取整a=115mm變?yōu)橄禂?shù) X=(a-a)/m=0.2蝸桿導(dǎo)程角 =tan-1Z1q=9.024) 定精度等級蝸輪圓周速度 v2=d2n2601000=0.48m/s滑動速度vs=v2sin=3.06m/s 選取精度9級精度b.彎曲疲勞強度校核1)計算疲勞強度F=0.25s+0.08b9106N21.25=41.46MPa2)彎曲應(yīng)力計算當(dāng)量齒數(shù)Zv=Z2cos3r齒形系數(shù)，由表查得YF=1.96螺旋角系數(shù)Y=1-140彎曲應(yīng)力F2=1.64KT2d1d2mYFY=8.64MPa因為FF 所以蝸輪安全

10、3)效率計算嚙合效率5=tantan(+v)由表查得v=1.55攪油效率6取0.99，滾動軸承效率4取0.98/對總效率：=5642復(fù)核m3q m3q=9.47cosrKT2(ZEZ2H)2c.熱平衡計算箱體面積：A=0.33(a100)1.75工作油溫：t=1000(1-)PIKdA+t0因為t1取=1Z=1=0.785)螺旋角系數(shù) Z=cos=0.985彈性影響系數(shù) ZE=189.8Mpa6)查得接觸疲勞極限應(yīng)力Hlim3=590Mpa; Hlim4=470Mpa7)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N3=60n3jLhN4=N3/u8)查得壽命系數(shù)KHN3=1.19 KHN4=1.25 (允許有點蝕)9）

11、計算接觸疲勞壽命許用應(yīng)力取是小概率為1%，安全系數(shù)S=1,由=KNlims 得H3=KHN3Hlim3=702.1Mpa H4=KHN4Hlim4=587.5Mpa取H=587.5Mpa10)由d332KT3du1u(ZEZHZZH)2 計算得d311）計算圓周速度v3=n3d3601000=0.2048m/s12)修正載荷系數(shù) 按V3Z3100=0.057 查得動載系數(shù)KV=1.013)校正試算的分度圓直徑d3=d33KVKV14)計算法向模數(shù)mn=d3cos2cos=2.9316 圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，取mn=3mm15)計算中心距a2=(Z3+Z4)2cos=151.500 圓整取a2=155m

12、m16)按圓整后的中心距修正螺旋角=cos-1（Z3+Z4）mn2a2修正=1.88-3.21Z1+1Z2cos=1.62修正ZH=2.38 均與原數(shù)值相差不大17)按圓整后的中心距修正螺旋角=cos-1(z1+z2)mn2a=18.4918)計算分度圓直徑d3=z1mncos=88.57mmd4=z2mncos=221.44mm19)計算齒輪寬度b=dd3=70.86mm 圓整取b3=77mm b4=71mmb.校核齒根彎曲疲勞強度F1=2kT1bd1mnYFa1YSa1YYF1F2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1F21)重合度系數(shù)Y=0.25+0.75=0.712)螺旋角系數(shù) Y=1

13、-120=0.843)計算當(dāng)量齒數(shù) zv1=z1cos3=32.83zv1=z2cos3=82.074)查取齒形系數(shù) YFa1=2.65 YFa2=1.725)查取應(yīng)力修正系數(shù) YSa1=1.58 YSa2=1.726)查取彎曲疲勞極限應(yīng)力及壽命系數(shù)Flim1=450MPa Flim2=390MPa按N1=6.34107 , N2=2.51107分別查得KFN1=KFN2=17)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1安全系數(shù)S=1 得F1=KFN1Flim1=450MPaF2=KFN2Flim2=390MPa8)計算彎曲應(yīng)力F1=116.3MPa45HRC240HBS200HBS齒數(shù)233287

14、0模數(shù)53變位系數(shù)0.206.軸的設(shè)計與計算6.1蝸桿軸的計算軸的材料選用45鋼，取C=112，前述PI=1.027kw nI=910r/min初估軸徑： 由dc3Pn 得dIc3PInI=11.66又由于軸與聯(lián)軸器聯(lián)接，有一個鍵槽，軸徑應(yīng)增大3%，軸端最細(xì)直徑dImin=11.661+3%=12.01mm考慮到聯(lián)軸器及蝸桿便于安裝到箱體中，取dImin=30mm6.2中間軸的計算軸的材料選用45鋼，取C=118,前述PII=0.805kw nII=55.02r/min初估軸徑： dIIc3PIInII=27.40取dIImin=35mm6.3低速級軸的計算6.3.1初估軸徑軸的材料選用45鋼

15、，取C=112，前述PIII=0.765kw nIII=22.0r/min由dIIIc3PIIInIII=36.56mm又由于軸與聯(lián)軸器聯(lián)接，有一個鍵槽，軸徑應(yīng)增大3%，軸端最細(xì)直徑dIIImin=36.61+3%=37.65mm取dIIImin=38mm6.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計1）軸端A的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸段A上安裝聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)取A的軸徑dA=38mm,長度LA=82mm2）軸端B的結(jié)構(gòu)設(shè)計聯(lián)軸器用軸肩定位，dB-dA=38mm,取軸段B的軸徑dB=42mm;采用脂潤滑，用唇形密封圈密封，取軸段B的長度LB=49mm3)軸端C的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸端C上安裝滾動軸承和擋油板，并且軸段C軸肩為非定位軸肩，d

16、C-dB=13mm ,考慮滾動軸承標(biāo)準(zhǔn)，取軸段C軸徑dC=45mm長度LC=44mm 。4）軸段F的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸段F和軸段C安裝相同軸承，取dF=45mm，LF=46mm5)軸段E的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸段E上安裝大齒輪，且軸肩為非定位軸肩，dE-dF=13mm并且為了便于齒輪安裝取dE=48mm,齒輪輪轂長度l=71mm,為保證擋油板能頂?shù)烬X輪左端面，軸段E長度應(yīng)比輪轂長度小13mm,取LE=69mm 。I截面6)軸段D的設(shè)計a)b)XY平面c) XY面彎矩(c)79843NmmXZ面30403NmmFt4R2R1NmmXZ面彎矩(d)Nmm合成彎矩(e)Nmm扭矩圖(f)34550Nmm軸段D左端軸肩固

17、定大齒輪，則dD-dE=38mm,取軸段D的軸徑dD=53mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)確定軸段D的長度LD=117mm。軸的結(jié)構(gòu)如圖（a)6.3.3強度校核軸的跨度和齒輪在軸上的位置及軸的受力如圖（a）(b)1)齒輪受力：螺旋角=182924 直徑d4=221.44mm圓周力Ft4=3154N 徑向力Fr4=1211N軸向力Fa4=1055N2)計算軸承反力XY面 R1=Fa4d42+Fr4+65.5R2=Fr4-R1XZ面 R1=Ft4+65.5R2=Ft465.5191+65.53)計算軸的彎矩XY平面 I截面MIY左=R165.5MIY右=R165.5-Fa4d42XZ平面 I截面 MIZ=R165.

18、54）合成彎矩I斷面 MI左=MIY左2+MIZ2MI右=MIY右2+MIZ2畫出XY面彎矩圖，XZ面彎矩圖和合成彎矩圖，如圖(c)(d)(e)5)軸的轉(zhuǎn)矩TIII=Nmm,畫出軸的轉(zhuǎn)矩圖，如圖（f）6)由彎矩合成圖和扭矩圖可以判斷出截面I（齒輪齒寬中面）即為危險截面，有較大的應(yīng)力。7）由于軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)，b=650Mpas=360Mpa疲勞極限：-1=0.45b=293Mpa0=0.81b=527Mpa-1=0.26b=169Mpa0=0.50b=325Mpa材料對循環(huán)載荷的敏感系數(shù)=2-1-00=0.11=2-1-00=0.048）危險截面I的應(yīng)力彎矩MI=Nmm=a=MIW=.

19、1483=16.1Mpam=0=TIIIWT=.2483=15.0Mpaa=m=2=7.5Mpa9)求截面I的有效應(yīng)力集中系數(shù)因在此截面處有A型鍵槽，由b=650Mpa查得K=1.825K=1.62510)求表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù)查得=0.92 =0.84=0.7811）求安全系數(shù)（設(shè)為無限壽命，KN=1)得S=KN-1Ka+mS=KN-1Ka+m得綜合安全系數(shù)S=SSS2+S2結(jié)論：根據(jù)校核，截面I足夠安全7.鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算7.1鍵的選擇1）蝸桿軸與聯(lián)軸器間采用A型普通平鍵聯(lián)接，其型號為鍵8X63GB/1096-20032)中間軸與蝸輪間采用A型普通平鍵聯(lián)接，其型號為鍵10X56

20、GB/1096-2003。中間軸與小齒輪間采用A型普通平鍵聯(lián)接，型號取10X63GB/1096-2003。3）低速軸與大齒輪間采用A型普通平鍵，型號為14X56 GB/1096-2003。低速軸與聯(lián)軸器間采用A型普通平鍵聯(lián)接，型號為10X70 GB/1096-2003。7.2低速軸鍵連接的強度計算1)齒輪處鍵聯(lián)接的強度計算鍵的接觸長度l=l1-b1=70-10=60mm,查得鍵聯(lián)接的許用應(yīng)力P=100Mpa齒輪處鍵聯(lián)接的擠壓應(yīng)力：F1=4TIIIdIIIhl=72.79SII由圖示結(jié)構(gòu)可知，I軸承“放松”，II軸承“壓緊”。所以 FaI=SIFaII=SI+Fa43）計算當(dāng)量動載荷根據(jù)載荷性質(zhì)

21、查得載荷系數(shù)fP=1.5FaIFrI=0.4=e ,查得 XI=1 YI=0FaIIFrII=2.5e 再由iFaIIc0=0.075 查得 XII=0.44YII=1.24由p=fp(XFr+YFa)得pI=fp(XIFrI+YIFaI)pII=fp(XIIFrII+YIIFaII)4）計算壽命LN0=10660nII(Cp)，將pI、pII較大值帶入公式，=3要求工作時間Lh=430028=19200hLN0故軸承壽命足夠。5）靜載荷演算：查得 X0=0.5 Y0=0.46由 p0I=X0FrI+Y0FaI=1855.6FrI,故取p0I=FrIp0II=X0FrII+Y0FaII=139

22、3.4因p0IC0p0IIC0故靜強度足夠。9.潤滑和密封的選擇1）中間軸和低速軸上軸承采用通用鋰基潤滑脂，油池中裝入L-AN46潤滑油以供蝸桿蝸輪和齒輪嚙合潤滑。2）蝸桿軸和低速軸上用軸承透蓋處采用密封唇向外的有骨架橡膠密封圈，以防止室外灰塵進入加速器。10.聯(lián)軸器的選擇根據(jù)軸徑以及軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，蝸桿軸上聯(lián)軸器選用HL2彈性柱銷聯(lián)軸器，低速軸上選用HL3彈性柱銷聯(lián)軸器。11.減速器聯(lián)接件尺寸 表1減速器連接件尺寸名稱符號尺寸地腳螺栓直徑dfM16數(shù)目n6軸承旁螺栓直徑d1M12間距s136.76,150.74箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑d2M10間距s150mm軸承蓋螺栓直徑d3M10數(shù)量n22窺

23、視孔蓋螺栓直徑dfM8定位銷直徑d8 表2扳手空間尺寸C1 C2值 螺栓直徑M8M10M12M16C1min13161822C2min1114162012.減速器附件的設(shè)計與選擇1）窺視孔及窺視孔蓋窺視孔尺寸為100mmX97mm,位置在大齒輪與小齒輪嚙合的上方；窺視孔蓋尺寸為140mmX137mm。2）油面指示裝置選用油標(biāo)尺M123）通氣器由于工作環(huán)境為室外，故選用帶有紗網(wǎng)的通氣器M27x1.54）放油孔及放油螺塞設(shè)置一個放油孔。螺塞選用M16x1.5。5）起吊裝置箱蓋與箱座采用起重耳鉤。6）啟蓋螺栓取螺栓M10X32 GB/T 5780-20007）定位銷取定位銷A8X40（兩個）GB/T 117-200013.設(shè)計小結(jié)通過這次課程設(shè)計，讓我感觸最深的就是,只有經(jīng)過實踐才能真正的成長,才能有深刻的認(rèn)識.這次繁忙的課程設(shè)計,既讓我鞏固了課本上的知識,比如機械設(shè)計,機械原理,互換性等我們學(xué)過的課程,而且還拓展了我的知識面,讓我了解到機械知識也不全是枯燥無味的,并對機械知識產(chǎn)生了濃烈的性趣.通過查閱各種相關(guān)的資料,學(xué)到了不少課本上了解不到的知識.而且也鍛煉了我的自學(xué)能力和信息檢索的能力.雖然剛剛接到任務(wù)書的時候很迷茫,無從下手.但是在老師的悉心教導(dǎo)和我們的不斷努力,終于一步步走上了正軌.先是數(shù)據(jù)的設(shè)計和計算.要求我們對數(shù)據(jù)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度.第二個階