机械设计课程设计蜗轮蜗杆传动.doc

目 录第一章 总论- 2 -一、机械设计课程设计的内容- 2 -二、设计任务- 2 -三、设计要求- 3 -第二章 机械传动装置总体设计- 3 -一、电动机的选择- 4 -二、传动比及其分配- 4 -三、校核转速- 5 -四、传动装置各参数的计算- 5 -第三章 传动零件蜗杆蜗轮传动的设计计算- 5 -一、蜗轮蜗杆材料及类型选择- 6 -二、设计计算- 6 -第四章 轴的结构设计及计算- 10 -一、安装蜗轮的轴设计计算- 10 -二、蜗杆轴设计计算- 15 -第五章 滚动轴承计算- 17 -一、安装蜗轮的轴的轴承计算- 18 -二、蜗杆轴轴承的校核- 18 -第六章 键的选择计算- 19 -第七章 联轴器- 20 -第八章 润滑及密封说明- 20 -第九章 拆装和调整的说明- 20 -第十章 减速箱体的附件说明- 20 -课程设计小结- 21 -参考文献- 22 -第一章 总论一、机械设计课程设计的内容 机械设计课程设计包括以下内容：1.传动方案的分析与选择；2.电动机的选择与运动参数的计算；3.传动件设计；4.轴的设计；5.轴承及其组合部件设计；6.键和联轴器的选择及其校核；7.箱体，润滑机器和附件设计；8.装配图的设计及绘制；9.零件图的设计及绘制；10.编写设计说明书。二、设计任务1、设计题目设计用于带速传输机的传动装置。2、工作原理及已知条件工作原理:工作传动装置如下图所示：1-电动机 2、4-联轴器 3-一级蜗轮蜗杆减速器 5-传动滚筒 6-输送带3、设计数据：运输带工作拉力F=3200N运输带工作速度v=0.85m/s卷筒直径D=410mm工作条件：运输机使用期5年、两班制工作、单向运转、工作平稳、运输带速度允许误差5%、减速器由一般规模厂中小批量生产。4、传动装置方案：蜗轮蜗杆传动三、设计要求1、设计说明书 1份【70009000字,按标准格式书写（电子版）】2、减速器装配图草图 1张【A1图，手工绘图,坐标纸】3、减速器装配图 1张【A1图，电脑绘图】4、任一轴零件图 1张【A3图，手工绘图】5、任一齿轮零件图 1张【A3图，手工绘图】第二章 机械传动装置总体设计机械传动装置总体设计的主要任务是分析研究和拟定传动方案、电动机的选择、传动比的分配及计算、传动装置的运动参数及动力参数计算，为后续的传动设计和装配图绘制提供依据。一、电动机的选择根据工作机的负荷、特性和工作环境，选择电动机的类型、结构形式和转速，计算电动机功率，最后确定电动机型号。1、选择电动机的类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机。2、选择电动机容量（1）工作机各传动部件的传动效率及总效率其中弹性联轴器的传动效率=0.99；单线蜗杆与蜗轮的传动效率=0.75；运输机驱动轴一对滚动轴承的效率 =0.99；凸缘联轴器的传动效率=0.99所以减速机构的总效率=0.990.750.9920.99=0.7203（2）选择电动机的功率所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，则不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载、发热大而过早损坏；容量过大，则增加成本，并且由于效率和功率因数低而造成电能浪费。带式运输机所需的功率:Pw=Fv1000 w=32000.8510001=2.72kW（其中w为工作机传动效率且w =1）；初步估计电动机额定功率P：所需电机输出的功率Pd= Pw / =2.72/0.72=3.78kW；查机械设计课程设计表2.1，选取Y112M-4电动机,主要参数如下：额定功率P=4kw满载转速nm=1440 r/min电机轴伸出端直径：28mm伸出端安装长度：60mm二、传动比及其分配1、查机械设计书中得各级齿轮传动比如下：；理论总传动比：；运输机驱动滚筒转速nw=39.62r/min；根据初选电机转速nm=1440 r/min，计算总传动比i=nm/nw=1440/39.62=36.35。由工作原理图可知该传动装置为蜗轮蜗杆单级传动，即总传动比就等于蜗轮蜗杆传动比。2、查机械设计表11-1，取蜗杆头数z1=1,蜗轮齿数z2=36，则实际总传动比i=36。三、校核转速滚筒的实际转速nw= nm/i =1440/36=40。转速误差nw= =0.97%5%，符合要求。四、传动装置各参数的计算1、各轴功率计算蜗杆输入功率：P1=P=40.99=3.96kW蜗轮输出功率：P2= P1= P=2.97kW滚筒轴的传递功率：P3= P2=2.970.990.99=2.91kW2、各轴转速计算由于蜗杆是通过联轴器与电机伸出轴连接在一起，故蜗杆转速等于电机转速即n1=nm=1440 r/min；涡轮轴的转速n2=n1/i=1440/36=40 r/min;滚筒轴转速n3=n2=40 r/min。3、各轴转矩计算蜗杆传递的转矩T1=9550P1/n1=26.26 Nm蜗轮轴传递的转矩T2=9550P2/n2=709.09 Nm滚筒轴传递的转矩T3=9550P3/n3=694.76 Nm第三章 传动零件蜗杆蜗轮传动的设计计算传动装置中传动零件的参数、尺寸和结构，对其他零部、件的设计起决定性的作用，因此，应首先设计计算传动零件。当减速器有传动件时，应先设计减速器外的传动零件。一、蜗轮蜗杆材料及类型选择1、选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，选用渐开线蜗杆(ZI)。2、选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大，速度中等，故蜗杆采用45刚；而又希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC；蜗轮选用铸锡磷青铜（ZCuSn10P1）,砂模铸造；为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁（HT100）制造。二、设计计算1、按齿面接触强度设计根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。由机械设计根据式子：m2dKT2（1）确定载荷系数 因工作是有轻微振动，故取载荷分布不均匀系数=1，由机械设计表11-5选取使用系数=1，由于转速不是很高，冲击不大，可选取动载荷系数=1.1，则 K=11.0511.1（2）确定弹性影响系数因为选用的是锡磷青铜（ZCuSn10P1）的蜗轮和45刚蜗杆相配，故（3）确定许用接触应力H根据蜗轮材料为锡磷青铜（ZCuSn10P1），金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从机械设计表11-7查得蜗轮的基本许用应力 =268 MPa。应力循环次数N=60=60140（165365）=7.008，寿命系数 =0.784 ，则=0.784268=210.1 MPa（4）计算m2d由于z2=36，T2=709.09 Nm=709.09103 Nmm，故m2dKT2=1.1709.09103=3144.33 mm3因z1=1，故从机械设计表11-2中查取模数m=6.3 mm,蜗杆分度圆直径d1=112mm。 2、蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸(1)中心距 a= =169.4(2)蜗杆：轴向齿距Pa=m=3.146.3=19.78 mm；直径系数q=17.78；齿顶圆直径=d1+2ha1=d1+2ha*m=112+216.3=124.6 mm；齿根圆直径=d1-2hf1=d1-2(ha*m+c)=112-2（16.3+1.6）=47.88mm；分度圆导程角=arctan=3.22（右旋）；轴向齿厚sa=m=9.89 mm。(3)蜗轮：蜗轮齿数：=36；变位系数=0；螺旋角：30.96（右旋）蜗轮分度圆直径：=226.8 mm；蜗轮喉圆直径：=+=239.4 mm；蜗轮齿根圆直径：=+=211 mm；蜗轮咽喉母圆半径：=a-=169.4-239.4=49.7 mm；蜗轮轮缘宽度：B=(0.670.7)=(83.4887.22)mm,取B=85 mm。3、校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数=36.173根据=0，=36.173，从机械设计图11-17中可查得齿形系数2.44螺旋系数=0.977许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56 MPa寿命系数 =560.624=34.92 MPa所以=56 MPa即,弯曲强度校核满足要求。4、验算效率已知=3.22，=，与相对滑移速度有关， m/s从机械设计表11-18中用插值法查得=0.0175，=1代入上式得(0.72390.732)大于原估计值0.7203，因此不用重算,且进一步验证了电机选择的合理性。5、精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所涉及的蜗杆传动是动力传动，属于机械减速器。从GB/10089-1988中，蜗轮圆周速度=n2d2/60=0.47 m/se =0.29292000 h因此选用该轴承没问题。二、蜗杆轴轴承的校核设计轴时，两端均初选轴承30307，e=0.31，Y=1.9径向力： FrA=3327 N FrB=3327 N派生力： FdB=875.53 N FdA=875.53 N轴向力：FaA=FdB+Fa1=7110.5 N FaB=FdB=875.53 N当量载荷：由于=0.37e，所以X=0.4，Y=1.9由于为一般载荷，则fp=1.2，故当量载荷为：PA=fp(XFrA+YFaA)=17808.9 N而Cr=75.2 kN，故轴承寿命 Lp=1405.6103 h292000 h因此选用该轴承也没问题。第六章 键的选择计算对于键连接，首先选择键的类型，决定键和键槽的剖面尺寸，然后校核键连接的强度。在设计轴时已初选轴承为滚子轴承，现只需计算校核。1、输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径d1=28mm，l1=58，可选用A型平键，由机械设计表6-1得：bhL=8744，即：键744GB/T1096-2003。键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力p=100120MPa，取其平均值110MPa。键的工作长度：l=L-b=44-8=32mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=3.5mm，则p=15.63 MPap所以此键强度符合设计要求2、输出轴与联轴器连接采用平键连接根据轴径d1=50mm，l1=82，可选用A型平键，得：bhL=14970即：键970GB/T1096-2003。键、轴和联轴器的材料都是钢，键的工作长度：l=L-b=70-14=56mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=4.5，则：p=96.25 MPap 所以此键强度符合设计要求。3、输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径d4=65，l4=81，可选用A型平键，得：bhL=181160，即：键1160GB/T1096-2003，键、轴和联轴器的材料都是钢，键的工作长度：l=L-b=60-18=42mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=5.5，则：p=94.45 MPap所以此键强度符合设计要求。第七章 联轴器常用的联轴器已经标准化或规范化，在机械设计中，主要是根据使用条件及所传递扭矩大小来选择其类型和尺寸。在轴的设计当中，已经选择了联轴器，输出轴选用HL4型弹性联轴器，d=50mm，l=80mm；输入轴上的联轴器选用YL5型凸缘联轴器，d=28mm，l=62mm。第八章 润滑及密封说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆采用浸油润滑，取浸油深度h=12mm；润滑油使用50号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速v1500r /min，所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。第九章 拆装和调整的说明在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。也可调整蜗轮轴垫片，使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面。第十章 减速箱体的附件说明箱体是减速器的重要组成部件，用以支持和固定轴系零件，保证转动件的润滑，实现与外界的密封。机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。课程设计小结随着大四的脚步声响起，课程设计也将接近尾声，在戴老师的精心指导下经过几周的努力奋战，终于完成。做课程设计前，觉得所学理论知识很单调乏味，感觉都懂了又好像都不懂，通过这次课程设计，才意识到那些理论知识是真的没有完全搞懂。课程设计是机械设计及相关课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前的一个必不可少的过程。这次课程设计，我深深地感受到千里之行始于足下，今天认真的做好课程设计，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下了坚实的基础。这三周真的很累，但我收获了很多，也让我发现了自己的不足之处。这三周的课程设计进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料的查阅，对自己进行了一个全面的机械设计基本技能的训练。 在这个过程中，是在老师的讲解下让我对整个设计过程以及绘图过程有了很好的了解，对我后面的整体的设计和绘图的进行有了很大的帮助，在此真诚的感谢戴老师！参考文献1机械设计（第八版）濮良贵、陈国定、吴立言主编，高等教育出版社2机械设计课程设计（修订版）周元康、林昌华、张海兵主编，重庆大学出版社3机械原理（第七版）孙恒、陈作模、葛文杰主编，高等教育出版社4 工程制图 霍光青、刘洁主编,中国林业出版社 5 材料力学 刘鸿文主编，高等教育出版社6 互换性与技术测量基础 胡凤兰主编，高等教育出版社