机械设计(单级蜗轮蜗杆减速器)

机械设计单级蜗轮蜗杆减速器设计题目： 单级蜗轮蜗杆减速器所在学院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 设计时间： 前 言机械设计基础是一门培养我们学生具有设计一般机械能力的课程，课程设计则是培养设计能力的重要环节。通过课程设计，培养我们综合运用课程各章程所学知识，将各种零件组成整体。课程设计是我们大学生第一次进行比较完整的设计实践，为毕业设计和将来工作打下良好的基础。起初感觉设计对我们这些刚刚入门的人来说就是按照条条款款依葫芦画瓢的过程，认为只要按照步骤一定可以完成设计任务，其实不然。设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。经过这次课程设计总的感想与总结有以下几点：1、通过了2周的课程设计使我从各个方面能力都得到了提升，经过这次设计，培养了我正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力。2、由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如在确定型号时公差的忽略，使得设计存在比较大的误差；在查表时数据的不确定或版本的不同，结果会有所差异。 3、在进行机械设计基础课程设计的过程中，可以对我进行基础技能训练，如计算、绘图、查阅设计资料和手册、熟悉标准和规范、编写技术文件等。 4、在设计的过程中，培养了我们综合应用机械设计基础课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们合作的精神，大家共同探讨了许多个人无法解决的问题。我也懂得了不懂的时候要查资料，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。 二一年 月 日目录1、机械设计课程任务书 12、运动学和动力学的计算 23、传动件的设计计算 44、蜗杆副上作用力的计算 85、减速器箱体的主要结构尺寸 96、蜗杆轴的设计计算 117 、键连接的设计158、轴、滚动轴承及键连接校核计算 159、低速轴的设计与计算 1810 、键连接的设计 2211、润滑油的选择2212、附件设计2313、减速器附件的选择2414、参考文献261设计任务 设计某船舶锚传动系统中的蜗杆减速器及相关传动。1.1传动系统参考方案（见下图） 锚链输送机由电动机驱动。电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3，再通过联轴器4，将动力传至输送锚机滚筒5，带动锚链6工作。1.2原始数据 设锚链最大有效拉力为F(N)，锚链工作速度为v(m/s),锚链滚筒直径为d(mm)，其具体数据如下：F=2500N； v=0.7m/s； d=300mm1.3工作条件 锚传动减速器在常温下连续工作、单向运动；空载起动，工作时有中等冲击；锚链工作速度v的允许误差为+5%；单班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命8年，大修期为3年，小批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。1.4每个学生拟完成以下内容（1）减速器装配图1张（A1号或A0号图纸）；（2）零件工作图2-3张（如齿轮、轴或蜗杆等）；（3）设计计算说明书1份（约60008000字）。2、运动学和动力学的计算2.1电动机的选择1、按工作要求和条件选用Y系列三相异步电动机。2、传动滚筒所需功率Pw =Fv/(1000W)=25000.7/（10000.96）=1.82KW锚链工作速度v的允许误差为+5%，所以传动功率的范围为Pw =PW +0.05 Pw=（1.7291.911）KW3、传动装置效率：（根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 第7页表2-3得各级效率的概略值如下）其中：双头蜗杆传动效率 蜗=0.78 滚动轴承效率（每对） 轴=0.99联轴器效率 联=0.99 传动滚筒效率 W=0.96所以： =轴3联2W 蜗 =0.9930.9920.960.78 =0.712电动机所需功率： Pd= Pw/ =1.82/0.712=2.453KW 滚筒工作转速： nw601000v/(D)=6010000.7/(300)=44.59r/min由参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生 主编 高等教育出版社 第192页表12-2可知蜗杆头数为2的传动比i的范围为1427，电动机转速的可选范围为：nd=inw(1427)44.59=（624.261203.95）r/min根据计算出的电动机容量和转速，由参考文献机械设计课程设计手册 吴宗泽 罗圣国 主编 高等教育出版社第167-168页表12-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示： 方案电动机型号额定功率Ped kw电动机转速 r/min总传动比同步转速满载转速1Y132M-8375071015.922Y132S-63100096021.533Y100L2-431500143032.07综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可见第2方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132S-6其主要性能如下表: 单位：mm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FGD1324753453152161401238801033382.2传动装置的运动和动力参数计算计算及说明计算结果1）各轴的转速n0=960 r/minn1=n0=960 r/minn2= n1/i=960/21.53=44.59 r/minnw=n2=44.59 r/min2)各轴的输入功率 P1 =Pd联=2.4530.99=2.428KWP2 =P1轴蜗=2.4280.990.78=1.875KWPW =P2轴联=1.8750.990.99=1.838KW3） 各轴的输入转矩 T0 =9550Pd/n0=95502.453 /960=24.400NmT1 =9550P1/n1=95502.428 /960=24.157NmT2 =9550P2 /n2=95501.875/44.59=401.618NmTW=9550PW/nW=95501.838 /44.59=393.623Nmn0=960 r/minn1=960 r/minn2=44.59r/minnw=44.59r/minP1 =2.428KWP2 =1.875KWPW =1.838KWT0 =24.400NmT1 =24.157NmT2=401.618NmTW =393.623Nm2.3运动和动力参数的计算结果列于下表参数电动机轴轴轴滚筒轴转速n（r/min）输入功率P/KW输入转矩T(Nm)9602.43524.4009602.42824.15744.591.875401.61844.591.838393.623传动比21.533、传动件的设计计算3.1蜗杆副的设计计算3.1.1选择材料蜗杆：45钢，表面淬火45-55HRC；蜗轮：10-3铝青铜ZCuAl10Fe3，金属模铸造，假设相对滑动速度vs6m/s3.1.2确定许用应力根据参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生 主编 高等教育出版社第197-198页表12-5和表12-6许用接触应力 H=120MPa许用弯曲应力 F=90MPa3.1.3参数的选择蜗杆头数 Z1=2蜗轮齿数 Z2=iZ1=21.532=43.06 则Z2取44使用系数 KA=1.1综合弹性系数 ZE=160接触系数Z 取d1/a=0.4 由图12-11得，ZP=2.8见参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第196页和197页图12-113.1.4确定中心距a取整：a=185mm查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第191页表12-1可得若取m=8,d1=80mm 则d2=mZ2=448=352mm则中心距a为3.1.4验算蜗轮圆周速度v2、相对滑动速度vs、及传动总效率1）蜗轮圆周速度v22）导程角 由3）相对滑动速度vs 与初选值相符，选用材料合适4）传动总效率 查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第200页表12-7及公式（12-13）可知当量摩擦角 原估计效率0.712与总效率相差较大，需要重新验算3.1.5复核 所以原设计合理3.1.6验算蜗轮抗弯强度蜗轮齿根抗弯强度验算公式为其中当量齿数 查询参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社 第173页图11-8可得所以强度足够3.2计算蜗杆传动等其他几何尺寸3.2.1蜗杆相关几何尺寸计算及其说明计算结果分度圆直径 齿顶高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆螺旋部分长度(因为当m41.03+41.03（0.030.05）=42.2643.08mm,故取dmin=43mm9.2结构设计9.2.1轴段的设计 1）因为该段轴上安装联轴器，故此段设计与联轴器同步设计。为了补偿误差，故采用弹性联轴器，根据参考文献机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社第291页表17-1可得工作情况系数KA为2.3所以联轴器取型号为GB/T 5014-2003中的LX3型联轴器符合要求，其公称转矩为1250Nm,许用转速为4750r/min（钢），轴孔直径范围为4048mm，毂孔直径取48mm，轴孔长度取84mm，J型轴孔，A型键，联轴器主动端代号为LX3 3860 GB/T 5014-2003。则相应的轴段直径为d1=48mm，轴段长度略小于轮毂直径，故取L1=82mm2）轴段的直径 轴肩高度为故，轴段的直径为 该处选用密封毡圈油封，使用的毡圈类型为 55 JB/ZQ4606-1997,则d2=55mm3)轴段及轴段的设计 因为轴段及轴段上安装轴承，考虑其受力情况，所以选用圆锥滚子轴承，轴段上安装轴承，现取轴承为30212，根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 第113页得其详细参数为 轴承内径d=60mm，外径D=110mm,宽B=22mm，T=23.75，内圈定位轴肩直径da=69mm，外圈定位轴肩直径Da=96101mm，a21m，故取d3=60mm。轴承采用脂润滑，需要设计挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体内壁距离取3=10mm。故d3=d6=60mm，4)轴段的设计轴段上安装蜗轮，为方便蜗轮的安装，d4应该略大于d3，可定d4=65mm,蜗轮轮毂的宽度范围为（1.21.8）d4=78117mm,取其轮毂宽度H=80mm，其右端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段长度应该比轮毂略短，故取L4=78mm5)轴段的长度设计取蜗轮轮毂到内壁距离2=15mm，则L3=B+3+2+H-L4=（22+10+15+80-78）=49mm6）轴段的长度设计 因为轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴承座宽度及轴承端盖等零件的尺寸有关。轴承端盖连接螺栓直径为M8，取螺栓GB/T5782 M835,故轴承端盖厚e=1.2d端螺=1.28mm=9.6mm，取e=10mm。调整垫片厚度t=2mm，联轴器轮毂端面与端盖外端面的距离K1=15mm。轴承座外伸凸台高t=5mm，轴承座厚度为L=+c1+c2+(58)=6770mm。则：取L=68mmL2=K1+e+t+L-3-B=15+10+2+68-10-22=63 mm7)轴段的设计 该轴段为蜗轮提供定位，定位轴肩的高度为h=(0.070.1)d4=3.855.5mm取h=5mm,则d5=75mm,取轴段的长度L5=10mm9)轴段的长度设计保证挡油环、轴承相对蜗轮中心线对称，则L6=L3-L5-2mm=(49-10-2)=37mm10)轴上力作用点间距轴的支点及受力点间的距离为 11）低速轴的设计尺寸 单位：mm48825563604965787510604910 、键连接的设计联轴器与轴段间采用A型普通平键连接，根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 第106页得，键的类型为GB/T 1096 键 12832和键161011、润滑油的选择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。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。蜗杆轴承采用全损耗系统用油L-AN150润滑油润滑。蜗轮轴承采用ZL-1锂基润滑脂润滑。12、附件设计经箱体、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： 键的类型： 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GB/T 1096 键 10810832蜗轮与蜗轮轴联接处GB/T 1096 键 12812832蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB/T 1096键1610161032圆锥滚动轴承 ： 单位：mm安装位置轴承型号外 形 尺 寸dDTBC蜗 杆GB/T297-1994（30214）7012526.252421蜗轮轴GB/T297-94302126011023.752219密封圈（JB/ZQ 4606-1986）： 单位：mm安装位置类型轴径d基本外径D基本宽度蜗杆B6574865748蜗轮轴B5574855748弹簧垫圈（GB93-87）： 单位：mm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挡油环： 单位：mm安装位置外径厚度边缘厚度材料蜗杆129129Q235定位销为GB117-86 销838 材料为45钢13、减速器附件的选择以下数据均根据参考文献机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社 45-51页得视孔盖（Q235）： 单位mmAA1A2B1BB2d4hR150190170410380394M 628起吊装置： 单位mm箱盖吊耳dR eb24242424箱座吊耳BHhb4233.626.910.524起重螺栓 : 单位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226通气器: 单位mmdd1d2d3d 4DabSM181.5M331.583164012722chh1D1RKef1640825.440622轴承盖（HT150） 单位mm安 装位 置d3Dd0D0D2ee1mD4D5D6b1d1蜗杆1013011155180121335.5120125127880蜗轮轴101401116519012132013013513710100油标尺 单位mmdd1d2d3habcDD1M1641663512852622油塞（工业用革）: 单位mmdDeLlasd1HM11.52619.62312317172参考文献：1、机械设计基础课程设计杨晓兰 主编 唐一科 贾北平主审 华中科技大学出版社2、机械设计基础（第五版）杨可桢 程光蕴 李仲生主编 高等教育出版社3、机械设计常用公式速查手册张继东 编 机械工业出版社4、机械设计课程设计手册吴宗泽 罗圣国 主编 高等教育出版社5、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