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机械设计课程设计说明书前言课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在2006年6月12日-2006年6月30日为期三周的机械设计课程设计。本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电机联轴器减速器联轴器带式运输机），本人是在周知进老师指导下独立完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等和A0图纸一张、A3图纸三张。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。总传动比：I=35 Z1=1 Z2=35卷筒直径：D=350mm运输带有效拉力：F=6000N运输带速度：V=0.5m/s工作环境：三相交流电源 有粉尘 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。(如图2.1所示) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V45m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见（如图2.2所示），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。 图2.1 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=350mm。运输带的有效拉力F=6000N，带速V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，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3、 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 =0.70.990.9830.9920.96 =0.633 电动机所需功率： Pr= Pw/ =3.0/0.633=4.7KW 传动滚筒工作转速： nw601000v / 35027.9r/min根据容量和转速，根据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339-340页表附表15-1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3-1: 表3-1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1Y132S1-25.5300029002.02Y132S-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3-2：表3-2中心高H外形尺寸L（AC/2AD）HD底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴身尺寸DE装键部位尺寸FGD132515（270/2210）315216178123880103338四、运动参数计算：4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pr=4.7kw n0=960r/minT0=9.55 P0 / n0=4.7103=46.7N .m4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P001 = 4.70.990.990.70.992 =3.19 kw n= = = 27.4 r/minT1= 9550 = 9550 = 1111.84Nm4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2 = P1ccy=3.190.990.99=3.13kwn2= = = 27.4 r/minT2= 9550 = 9550 = 1089.24Nm运动和动力参数计算结果整理于下表4-1： 表4-1类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（Nm）传动比i效率蜗杆轴4.796046.75 10.679蜗轮轴3.1927.41111.84 35传动滚筒轴3.1327.41089.24五、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说明外均以参考由机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996年 第13章蜗杆传动为主要依据。具体如表31： 表51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/sVs7m/s当量摩擦系数4m/sVs51.7100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mm计算转矩 Tc=KT=K9550=1.595503.19/27.4=1667.76N.M51.7100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mmD6=677.2轴的校核7.2.1轴的受力分析图 图7.1X-Y平面受力分析 图7.2X-Z平面受力图： 图7.3 水平面弯矩 1102123.75216079797119图7.4垂直面弯矩 714000 图7.5 436150.8合成弯矩 1184736.3 714000 681175.5 图7.6当量弯矩T与aTT=1111840NmmaT=655985.6Nmm图7.77.2.2轴的校核计算如表5.1轴材料为45钢， 表7.1计算项目计算内容计算结果转矩Nmm圆周力=20707.6N=24707.6N径向力=2745.3N轴向力=24707.6tan 20Fr =8992.8N计算支承反力=1136.2N=19345.5N垂直面反力=4496.4N水平面X-Y受力图图7.2垂直面X-Z受力图7.3画轴的弯矩图水平面X-Y弯矩图 图7.4垂直面X-Z弯矩图 图7.5合成弯矩图7.6轴受转矩TT=1111840NmmT=1111840Nmm许用应力值表16.3，查得应力校正系数aa=a=0.59当量弯矩图当量弯矩蜗轮段轴中间截面=947628.6Nmm轴承段轴中间截面处=969381.2Nmm947628.6Nmm=969381.2Nmm当量弯矩图图7.7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）。7.3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2.5110，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八、减速器箱体的结构设计参照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19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1： 表8.1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=0.04225+3=12mma为蜗轮蜗杆中心距取=12mm箱盖壁厚度1=0.8512=10mm取1=10mm机座凸缘厚度bb=1.5=1.512=18mmb=18mm机盖凸缘厚度b1b1=1.51=1.510=15mmb1=18mm机盖凸缘厚度PP=2.5=2.512=30mmP=30mm地脚螺钉直径dd=20mmd=20mm地脚螺钉直径dd=20mmd=20mm地脚沉头座直径D0D0=48mmD0=48mm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=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm轴承旁连接螺栓直径d1d1= 16mmd1=16mm轴承旁连接螺栓通孔直径d1d1=17.5d1=17.5轴承旁连接螺栓沉头座直径D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间）C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱连接螺栓直径d2d2 =12mmd2=12mm上下箱连接螺栓通孔直径d2d2=13.5mmd2=13.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径D0=26mmD0=26mm箱缘尺寸（扳手空间）C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4, d3=10mmn=4d3=10mm检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圆锥定位销直径d5d5= 0.8 d2=9mmd5=9mm减速器中心高HH=340mmH=340mm轴承旁凸台半径RR=C2=16mmR1=16mm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=180mm箱体外壁至轴承座端面距离KK= C1+ C2+(810)=44mmK=54mm轴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=180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=8.5mm, m=0.85=10mmm1=8.5mm, m=10mm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=40mm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=12mm箱盖高度220mm箱盖长度（不包括凸台）440mm蜗杆中心线与箱底的距离115mm箱座的长度（不包括凸台）444mm装蜗杆轴部分的长度460mm箱体宽度（不包括凸台）180mm箱底座宽度304mm蜗杆轴承座孔外伸长度8mm蜗杆轴承座长度81mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离61mm九、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9-1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107010870蜗轮与蜗轮轴联接处GB1096-90键251102514110蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90键201102012110表9-2圆锥滚动轴承 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDTBC蜗 杆GB297-847312（30312）6013033.53126蜗轮轴GB/T297-94302168014028.252622 表9-3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B5580855808蜗轮轴B75100107510010表9-4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9-5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838 材料为45钢十、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-P118表10-1视孔盖（Q235） 单位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M 81.5表10-2吊耳 单位mm箱盖吊耳dR eb42424220箱座吊耳BHhb3619.29.6924表10-3起重螺栓 单位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226表10-4通气器 单位mmDd1d2d3d 4DabsM181.5M331.583164012722Chh1D1Rkef1640825.440622表10-5轴承盖（HT150） 单位mm安 装位 置d3Dd 0D0D2ee1mD4D5D6b1d1蜗杆1013011155180121335.5120125127880蜗轮轴101401116519012132013013513710100表10-6油标尺 单位mmd1d2d3habcDD1M1641663512852622表10-7油塞（工业用革） 单位mmdDeLlasd1HM11.52619.62312317172十一、减速器的润滑减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。本减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。蜗轮轴承采用刮板润滑。蜗杆轴承采用脂润滑，为防止箱内的润滑油进入轴承而使润滑脂稀释而流走，常在轴承内侧加挡油盘。1、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2、机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996年3、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4、机械设计课程设计图册（第三版） 龚桂义主编 高等教育出版社 1987年5、机械设计课程设计指导书（第二版） 龚桂义主编 高等教育出版社 1989年6、简明机械设计手册（第二版） 唐金松主编 上海科学技术出版社 2000年机械设计课程设计 刘俊龙 何在洲 主编 机械工业出版社 1993年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1989机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996年
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