机械设计课程设计【一级蜗杆减速器的设计】.doc

目录一、选择电机2二、计算传动装置的总传动比i3三、计算传动装置各轴的的运动和动力参数3四、涡轮蜗杆的设计及参数计算4五、蜗杆轴的设计，输入轴联轴器的及蜗杆轴承的选择6六、蜗杆轴的校核7七、涡轮轴承寿命校核9八、涡轮轴的设计，输出轴联轴器的及蜗杆轴承的选择9九、涡轮轴的校核11十、涡轮轴承校核13十一、键的设计及校核13十二、涡轮的结构设计14十三、机体外壳的设计15十四、热平衡计算15十五、减速器的附件16十六、减速器的结构以及润滑、密封的简要介绍17参考文献17一级蜗杆减速器一、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：； 则从电动机到工作机输送带间的总效率为：所以电动机所需的工作功率为：3. 确定电动机的转速按表9.1推荐的传动比合理范围，一级涡轮减速器的传动比=1040，工作机卷筒的转速为：；所以电动机的转速可选范围为：符合这一范围的同步转速为750r/min、1000r/min、1500r/min三种。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，由电机手册选定电动机型号为Y112M-6。其主要性能如表1，主要外形及安装尺寸如图1及表2表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-62.29402.0表2 12Y112M-6型电动机主要外形及安装尺寸型号HABCDEF×GDGKbb1b2hAABBHAL1Y112M-61121901407028608×724122451901152655018015400二、计算传动装置的总传动比i三、计算传动装置各轴的的运动和动力参数1. 各轴转速1轴 2. 各轴的输入功率1轴 2轴 卷筒轴 3. 各轴的输入转矩为电动机的输入转矩为 1轴的输入转矩 2轴的输入转矩 卷筒轴的输入转矩 将上述计算结果汇入表3，以备查用（1轴是输入轴，2轴式输出轴）表3 带式传动装置的运动和动力参数轴名功率P(kW)转矩T(r/min)转速n（r/min）电机轴1.7259401轴1.6919402轴1.29252.28卷筒轴1.24152.28四、涡轮蜗杆的设计及参数计算1.传动参数确定传动比，而应不小于26，所以取，取实际传动比，涡轮转速2.涡轮蜗杆材料选择及强度计算由于蜗杆传递的功率不大，速度也不高，蜗杆选用45号钢制造，表面淬火处理，齿面硬度达4550HRW。根据公式其中为蜗杆转速，为蜗轮转矩，初估蜗杆副的滑动速度VS=3.04m/s，,取VS=4.5m/s。.选择蜗轮的材料为无锡青铜。按接触疲劳强度设计，根据公式：，其中为涡轮齿数，T为涡轮转矩，为材料许用应力，K为系数。根据减速器的工作环境及载荷情况，取。根据VS=4.5m/s，查表得=170MPa。，查表取m=6.3mm，蜗杆分度圆直径=63mm。3.计算相对传动速度及传动效率蜗杆导程角 涡轮圆周速度 ，通过查表选用精度等级为9级，因为该传动平稳，选用测隙种类为c，即传动9cGB/T10089-1988。蜗杆副的滑动速度 蜗杆圆周速度 ，通过查表选用精度等级为8级，因为该传动平稳，选用测隙种类为c，即传动8cGB/T10089-1988。选择减速器的类型为蜗杆下置。查表取得当量摩擦角，则蜗杆涡轮的传动效率为：，符合初取的效率值。4.涡轮蜗杆基本尺寸确定涡轮分度圆直径 中心距 变位系数 蜗杆传动其他的几何尺寸如表4所示表4名称符号公式数据（单位：mm）齿顶高ha6.3齿根高hf7.56全齿高h13.86分度圆直径d63齿根圆直径df47.88齿顶圆直径da75.6蜗杆分度圆上导程角节圆直径d'63.2传动中心距a'145蜗杆轴向齿距pa119.792蜗杆螺旋线导程ps39.584蜗杆螺旋部分长度L100蜗杆外圆直径de2250五、蜗杆轴的设计，输入轴联轴器的及蜗杆轴承的选择1. 选择蜗杆轴的材料 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，调制处理。2.初算蜗杆轴的最小轴径已知蜗杆轴的输入功率为1.691kW,转速为940r/min，查表知C值在106118之间，取C=112,所以输入轴的最小轴径为,由于轴上有一个键槽，故取3.选择输出轴的联轴器为实现缓冲吸振，输入轴选择LX型弹性柱销联轴器。蜗杆轴的名义转矩为,由于蜗杆减速器的载荷较平稳，取工作情况系数K=1.5。蜗杆轴的计算转矩查表知Y112M-6型电动机轴的直径D=28mm,轴长E=60mm。结合输入轴的最小轴径，蜗杆轴的转矩及电动机轴的尺寸选择LX2型弹性柱销联轴器。查表得，许用转速n=6300r/min，许用转矩T=560Nm，轴孔直径d=36mm，选择轴孔的长度为62mm。4.涡轮轴径向尺寸的确定及轴承的选择涡轮轴结构如图1所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9图1从联轴器所在的轴段1开始,轴段1的直径与联轴器的内径相等，=28mm。轴段2起定位作用，轴肩高，又考虑到密封圈的标准，故取轴段2的直径。轴段3与轴段9安装轴承。考虑蜗杆轴承受较大的轴向力，故选择圆锥滚子轴承，考虑到轴承的标准、轴承的安装及蜗杆的轴的安装，咱取轴承型号为30208。查表的，轴承内径为40mm，故取轴段3与轴段9的直径。轴段4与轴段8，为轴承提供轴向定位，轴肩高，故取。轴段5与轴段7，为了加工方便，取。5.涡轮轴的轴向尺寸及键的确定轴段1的长度略短于联轴器孔的长度，取。轴段2的长度取。查表得30208轴承的内径宽B=18mm,考虑到挡油板，取轴段3的长度；又考虑到倒角，取轴段9的长度。轴段4与轴段8，考虑到对称性，取他们长度一样，又为轴承提供可靠轴向定位，取。轴段4与轴段7，蜗杆到轴承的距离要合适，又考虑到对称性，取。轴段6前面已经确定，。总长为367mm。A六、蜗杆轴的校核蜗杆轴的受力如图2所示图2蜗杆轴受受力轴向力 径向力 圆周力 在竖直面上， 在水平面上，画弯矩图水平面上A-A剖面处，竖直面上A-A剖面左侧，A-A剖面右侧，合成弯矩A-A剖面右侧，A-A剖面左侧，蜗杆左端与轴的连接处，弯矩图如图2。对于单向传动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数A-A剖面左侧，因弯矩大，有转矩，需校核，其当量弯矩为蜗杆左端与轴的连接处，轴径较小，又有转矩，其当量弯矩为对于45钢，查表得，由公式故蜗杆轴的强度满足。七、涡轮轴承寿命校核对于30208轴承，查表得Y=1.6，e=0.37，。轴承、径向力分别为 内部轴向力分别为N=225.1N N=87.5N图3其受力图如图3所示由于，因此轴承有向左移动的趋势，所以 ，所以只需校核轴承。 查表得X=0.4，Y=1.6，载荷平稳，查表取。当量动载荷为轴承在下工作，查得。轴承寿命 已知减速器使用6年，两班制工作，预期寿命为 显然，故蜗杆轴承寿命很充裕。八、涡轮轴的设计，输出轴联轴器的及蜗杆轴承的选择1.选择涡轮轴的材料因传递功率不大，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，调制处理。2.初算涡轮轴的最小轴径已知涡轮轴的输入功率为1.272kW,转速为52.22r/min，查表知C值在106118之间，取C=112,所以输入轴的最小轴径为,由于轴上有1个键槽，故取3.选择输出轴的联轴器联轴器的一端与工作机相连接，转速较低，转矩较大。考虑安装时不一定能保证同心度，采用有良好补偿位移偏差性能的金属化快联轴器。涡轮轴的名义转矩为,由于蜗杆减速器的载荷较平稳，取工作情况系数K=1.5。蜗杆轴的计算转矩。结合输出轴的最小轴径和涡轮轴的转矩查表选择，许用转速n=6300r/min，许用转矩T=560Nm，轴孔直径d=36mm，选择轴孔的长度为70mm的金属化快联轴器。4. 涡轮轴径向尺寸的确定及轴承的选择蜗杆轴结构如图4所示图4从联轴器所在的轴段1开始,轴段1的直径与联轴器的内径相等，=36mm。轴段2起定位作用，轴肩高，又考虑到密封圈的标准，故取轴段2的直径。轴段3与轴段6安装轴承。考虑蜗杆轴承受较大的轴向力，故选择圆锥滚子轴承，考虑到轴承的标准、轴承的安装及涡轮轴的安装，咱取轴承型号为30210。查表的，轴承内径为50mm，故取轴段3与轴段9的直径。轴段4为轴承提供轴向定位，轴肩高，故取。轴段5 为涡轮提供轴向定位，轴肩高，故取。5. 涡轮轴的轴向尺寸及键的确定轴段1的长度略短于联轴器孔的长度，取。轴段2的长度取。查表得30208轴承的内径宽B=20mm,考虑到要安装按照挡油板及套筒，取轴段3的长度；考虑到倒角以及安装挡油板，取轴段6的长度。涡轮轮毂宽，取l=80mm，为保证涡轮取得可靠轴向定位，轴段长度要略短于涡轮轮毂长度，取。轴段5为涡轮提供轴向定位，为保证对称性，取。总长为290mm。九、涡轮轴的校核C涡轮蜗受力如图5所示C图5蜗杆轴受受力轴向力 径向力 圆周力 在竖直面上， 负号表示实际方向与假设方向相反。在水平面上，画弯矩图（见图5）水平面上C-C剖面处，竖直面上C-C剖面左侧，C-C剖面右侧，合成弯矩C-C剖面右侧，C-C剖面左侧，弯矩图如图3。C-C剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故只需校核C-C剖面左侧。由教材查得，抗弯截面模量为 式中：d CC截面轴的直径；b键槽宽度；t键槽深度。同理，可得抗扭截面模量为弯曲应力：扭剪应力：对于调制处理的45钢，查表得材料的等效系数键槽引起的应力集中系数，查表得。绝对尺寸系数，查表得。轴磨削加工时表面质量系数，查表得。安全系数计算如下： 查表得，许用安全系数S=1.31.5，显然S>S，故C-C剖面安全。十、涡轮轴承校核对于30210轴承，查表得Y=11.4，e=0.42，。轴承、径向力分别为 内部轴向力分别为 图6其受力图如图6所示由于，因此轴承有向左移动的趋势，所以 ，所以只需校核轴承。 查表得X=0.4，Y=1.4，载荷平稳，查表取。当量动载荷为轴承寿命 已知减速器使用6年，两班制工作，预期寿命为显然，故蜗杆轴承寿命很充裕。十一、键的设计及校核根据涡轮轴段1的轴径，查表得输入轴的键的尺寸，键宽，键高,根据轴段1的长度及键的长度标准系列，取键长。同理，取尺寸，键宽，键高,键长；涡轮处键的尺寸，键宽，键高，键长。取键、轴和联轴器的材料都为钢，查表得。键的挤压应力为 式中：d键连接处的轴径；T传递的转矩；h键的高度；l键的计算长度，l=L-b。对于输入轴，所以输入轴出间的强度满足。同理，输出轴处键的挤压应力，涡轮处键的挤压应力，即输出轴以及涡轮的键的强度都满足。十二、涡轮的结构设计由于涡轮的的直径大于100mm，比较大，为了节省贵重的金属，采用齿圈压配式，即将青铜齿圈与钢轮芯装配起来，组成涡轮。其结构尺寸如表5所示。表5名称符号公式数据（单位：mm）齿顶高ha6.4齿根高hf7.46全齿高h13.86分度圆直径226.8齿根圆直径211.88齿顶圆直径239.6涡轮外径248涡轮分度圆上螺旋角涡轮孔径d（与安装轴径相等）58轮毂直径100涡轮轮毂宽l80蜗轮齿宽b257齿根圆弧半径R139.06齿顶圆弧半径R225.2齿宽角1034556”紧定螺钉直径8涡轮轮芯外径186紧定螺钉数目为6个，采用均布式，螺纹中心线向齿圈偏2mm。各处倒角为。十三、机体外壳的设计表6 机体结构尺寸表名称符号公式数据（单位：mm）基座壁厚0.04a+310机盖壁厚10基座凸缘厚度b15机盖凸缘厚度15机盖底凸缘厚度25地脚螺钉数目0.036a+1220轴承旁链接螺钉直径16机盖与基座链接螺栓直径(50.6)12链接螺栓的间距l150200165轴承端盖螺钉直径(0.40.5)10窥视孔盖螺钉直径(0.30.4)8定位销直径d(0.70.8)10肋板厚m0.859轴承旁端盖外径涡轮处130；蜗杆处140轴承旁连接螺栓距离s外机壁到轴承端面距离内机壁到轴承端面距离表7连接螺栓扳手空间值及沉头座直径螺栓直径M8M10M12M16M20螺栓至机体外壁距离1316182226螺栓至凸缘距离1112162024沉头座直径2024263240十四、热平衡计算取许用油温，周围空气温度通风条件良好，散热系数，传动效率为。则所需散热面积为机体外表面面积约为所需散热面积 每片散热片的面积所需散热片的数目 取n=8，两边各四片散热片。十五、减速器的附件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，因此窥视孔盖的大小应该能伸入手的大小，如果太大，结构会显得不合理而且加工费用会比较贵，综合上述因素，按照机械设计课程设计的表14.7选择窥视孔的参数如表8（单位mm）表8ABA1B1CC1C2R螺钉尺寸螺钉数目11090140120125801055M8×1542.通气器的设计根据减速器的工作环境，选择带过滤网的防尘式通气器，根据机体的大小按照机械设计课程设计的表14.9选择的通气器参数如表9（单位mm）表9dd1d2d3d4Dhabch1RD1skefM24M48×1.512522555215820178541.6368223.放油孔及放油螺栓的设计放油螺栓的设计按照机械设计课程设计的表14.14选取的螺栓及油圈参数如表10（单位mm）表10螺纹dDD1SLhabD0H材料M12×1.25221513241232222皮封油圈-工业皮革螺塞-Q2354.油标的设计考虑到减速器的结构简单原则，选用杆式油标，其油标孔直接在减速器箱体上铸出，按照机械设计课程设计的表14.13选取油标的参数如表11(单位mm)表11dd1d2d3habcDD1M1641663512852622为了安装和搬运，在机盖上设置吊环，在基座上设置吊钩。安装时为了上下盖的对准，设置定位销，两个定位销尽量远些，安置在集体纵向两侧的连接凸缘上，并采用非对称布置，以加强定位效果。为了方便拆下机盖，在机盖的凸缘上装有起盖螺钉。在起盖时，拧动螺钉即可将机盖顶起。螺钉上的螺纹长度大于机盖凸缘厚度。螺栓、螺母、螺钉、垫圈、垫片、密封圈等有标准中查取。十六、减速器的结构以及润滑、密封的简要介绍箱体为剖分式结构，由I箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放汕螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速气用地脚螺栓固定在机架或地基上。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。箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂漆或水玻璃。观察孔和油孔等处接合面的密封用石棉胶橡纸，垫片进行密封。轴承孔的密封、闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部，轴段外伸端透着间的间隙采用毡圈油封。轴承靠近机体内壁处用挡圈油环密封以防止润滑油进入轴承的内部。参考文献1王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学版社，2010.72宋宝玉，王瑜，张峰主编.机械设计基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学版社，2010.13 刘品，李哲编.机械精度设计与检测基础。哈尔滨：哈尔滨工业大学出，2009