蝸輪蝸桿減速器課程設(shè)計說明書.doc

1、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書題目設(shè)計電動卷揚(yáng)機(jī)傳動裝置編號 W-10傳動系統(tǒng)圖：原始數(shù)據(jù)：鋼繩拉力 F / kN鋼繩速度 v /(m min 1 )卷筒直徑 D / mm178330工作條件：連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作時有輕微振動，小批量生產(chǎn)，單班制工作，使用期限許誤差為 5%8 年，運輸帶速度允要求完成：1. 減速器裝配圖 1 張（ A2）。2. 零件工作圖 2 張（箱體和軸）。3. 設(shè)計說明書 1 份， 6000-8000 字。2010年 12月 1日目錄1電機(jī)選擇12選擇傳動比22.1 總傳動比3機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計2.2減速裝置的傳動比分配 .33各軸的參數(shù) .33.1各軸的轉(zhuǎn)速 .43

2、.2各軸的輸入功率 .43.3各軸的輸出功率 .43.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 .43.5各軸的輸出轉(zhuǎn)矩 .53.6各軸的運動參數(shù)表 .54. 蝸輪蝸桿的選擇 .64.1選擇蝸輪蝸桿的傳動類型 .64.2選擇材料 .64.3按計齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算進(jìn)行設(shè).74.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸.84.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 .94.6驗算效率 .94.7精度等級公差和表面粗糙度的確定.105圓柱齒輪的設(shè)計 .105.1材料選擇 .105.2按齒面接觸強(qiáng)度計算設(shè)計 .115.3計算 .115.4按齒根彎曲強(qiáng)度計算設(shè)計 .135.5取幾何尺寸計算 .146 軸的設(shè)計計算 .146.1蝸桿軸 .146.1.

3、1按扭矩初算軸徑 .146.1.2蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .156.2蝸輪軸 .166.2.1輸出軸的設(shè)計計算 .166.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .176.3蝸桿軸的校核 .18機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計6.3.1求軸上的載荷 .186.3.2精度校核軸的疲勞強(qiáng)度 .206.4蝸輪軸的強(qiáng)度校核 .236.4.1精度校核軸的疲勞強(qiáng)度 .256.4.2精度校核軸的疲勞強(qiáng)度 .257. 滾動軸承的選擇及校核計算 . .297.1蝸桿軸上的軸承的選擇和壽命計算.297.2蝸桿軸上軸承的選擇計算 .318. 鍵連接的選擇及校核計算 .348.1輸入軸與電動機(jī)軸采用平鍵連接.348.2輸出軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接.348.3

4、輸出軸與蝸輪連接用平鍵連接.359聯(lián)軸器的選擇計算 .369.1與電機(jī)輸出軸的配合的聯(lián)軸器.369.2與二級齒輪降速齒輪軸配合的聯(lián)軸器.3710. 潤滑和密封說明 .3810.1潤滑說明 .3810.2密封說明 .3811拆裝和調(diào)整的說明 .3912減速箱體的附件說明 .4013. 設(shè)計小結(jié) .4114參考文獻(xiàn) .42機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計1電機(jī)選擇工作機(jī)所需輸入功率1710008PwFv602.34 kwpw 2.34kw1000w10000.97所需電動機(jī)的輸出功率pdpd3.54kwPdPw3.54 kwa傳遞裝置總效率24a0.6577a12345式中：1 ：蝸桿的傳動效率0.752 ：每對

5、軸承的傳動效率0.983 ：直齒圓柱齒輪的傳動效率0.974 ：聯(lián)軸器的效率0.995 ：卷筒的傳動效率0.96所以na0.75 0.9840.970.9920.65772.34Pd3.5578kw0.6577故選電動機(jī)的額定功率為4kwv 1000608n卷601000 60 7.72 r minD3.14330n卷i蝸 i齒n卷（）（7）7.72n卷 7.72r / min3540(162.12 1544)r min符合這一要求的同步轉(zhuǎn)速有750r/min , 1000r/min , 1500r/min電機(jī)容量的選擇比較：機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表 1.1電動機(jī)的比較方案型號額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)

6、速重量價格/kw/r/min/r/min1Y160M1 -84750720重高2Y132M1 -641000960中中3Y112M-4415001440輕低考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸重量及成本，可見第二種方案較合理，因此選擇型號為： Y132M-6D 的電動機(jī)。12選擇傳動比機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計2.1 總傳動比i an滿960124.35ia 124.35n卷7.722.2 減速裝置的傳動比分配iai蝸i齒124.35i蝸31.0875所以 i蝸31.0875i齒4i齒43各軸的參數(shù)將傳動裝置各軸從高速到低速依次定為I軸II軸III軸IV 軸：0I、機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計I II、 II III、III

7、 V依次為電動機(jī)與 I 軸 I軸與 II軸 II軸與 III軸 III軸與 V 軸的傳動效率則：3.1 各軸的轉(zhuǎn)速nI960r/ minnIIn滿960i 蝸30.8806r / min31.0875nIIInII30.8806r / minnIVnIII32i齒7.72 r / min4.013.2 各軸的輸入功率軸PIPd 0 I3. 55780. 993. 5222輸入功率：kwPI3.5222 kw軸PIIPII II軸PIIIPIIII III3. 52220. 750.9 82. 5888kwPII 2.5888kw2. 58880. 990.9 82. 5117kwPIII2.5

8、117kwPIVPIII III V2. 5117 0. 97 0.9 8軸2. 3876kwPIV 2.3876kw3.3 各軸的輸出功率軸PIPI0 I軸PIIPIIIII軸PIIIPIIIIIII軸PIVPIIIIIIV3. 52220. 983. 4518kw輸出功率：2. 58880. 982. 5370kwPI3.4518kw2. 51170. 982. 4615kwPII2.5370kw2. 38760. 982. 3398kwPIII2.4615kw3.4 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩PdPIV 2.3398kw電動機(jī)Td955095503.5 578n滿35.3 927N m960軸TI9

9、550PI35.0 388NmNI機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計軸TII9550PII800.6 119NmNII軸TIII9550PIII776.7 536NmNIII軸T卷9550PIII2953.5 280NmN卷3.5 各軸的輸出轉(zhuǎn)矩電動機(jī)TNmd35.3 927軸TI9550PI34.3 380N mNI軸TII9550PII784.5 997NmNII軸TIII9550PIII761.2 185NmNIII軸T卷9550PIII2894.4 574NmN卷輸入轉(zhuǎn)矩：TI35.039N mTII800.62N mTIII776.75N mT卷2953.5N m輸出轉(zhuǎn)矩：TI34.338N mTII

10、784.60N mTIII761.22N mT卷2894.5N m3.6 各軸的運動參數(shù)表表 3.1各軸的運動參數(shù)表功率 P(kw)轉(zhuǎn)矩 (N m)轉(zhuǎn)速軸號(r/min傳動 i效率輸入輸出輸入輸出)電機(jī)軸43.557835.39279601機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計1 軸3.52333.457935.0389600.9934.3380831.0872 軸2.58892.2571800.6230.8805784.599760.7350776.7530.88013 軸2.51172.46150.9702761.218564卷軸2.38762.33982953.57.7242894.4570.950634.

11、蝸輪蝸桿的選擇P3. 5233kw,i31.0 875,n960r / min4.1 選擇蝸輪蝸桿的傳動類型根據(jù) GB/T10085 1998選擇 ZI4.2 選擇材料蝸桿選 45 鋼，齒面要求淬火，硬度為45-55HRC.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計蝸輪用 ZCuSn10P1,金屬模制造。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造4.3 按計齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算進(jìn)行設(shè)（1）根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計進(jìn)行計算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計進(jìn)行設(shè)計，再校對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由文獻(xiàn) 1P254 式（ 11-12 ）， 傳動中心距3aKT ( ZeZ)2H由 前面的設(shè)計知作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2，按 Z1 =1,

12、 估取0. 75 ，則：T2 9.95106P29.55 106P1n2n1i1Z1 19.951063.52330.75817200.877Nm96031.0875（2）確定載荷系數(shù) K因工作比較穩(wěn)定， 取載荷分布不均系數(shù) K1.3；由文獻(xiàn) 1P253表 11-5選取使用系數(shù) K A1.15；由于轉(zhuǎn)速不大，工作沖擊不大，可取動載系K v1.05 ；則KK K AK v1.151 1.051.21（3）確定彈性影響系數(shù)Z E因選用的是 45 鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有1Z E160MPa 2（4）確定接觸系數(shù) Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和中心距 a 的比值 d1 a0.

13、35，從文獻(xiàn) 1P253圖 11-18 中可查到 Z2.9（5）確定許用接觸應(yīng)力H根據(jù)選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度45HRC，可從文獻(xiàn) 1P254 表 11-7 中查蝸輪的基本許用應(yīng)力H268MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計N60 jn 2 Lh6019601 8300 8 3.557410731.08758107壽命系數(shù) K HN0.85333.43574107則HK HNH 0.8533268MPa228.6875MPaN 3.3574 107（6）計算中心距 :3a1.21 817.2 103 ( 160 2.9 )2 159.6543mm 228

14、.6875取 a=160mm，由 i=30 ，則從文獻(xiàn) 1P245 表 11-2 中查取，模數(shù) m=8蝸桿分度圓直徑 d180mm。從圖中 11-18 中可查 Z 2.65 ，由于 Z Z ，即以上算法有效。4.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿軸向尺距 Pam = 25.133mm直徑系數(shù) q= d1=10m齒頂圓直徑d a1d12ha* m96mm齒根圓直徑 df 1dh* mc)mm12( a60.8分度圓導(dǎo)程角arctan z15.71q蝸桿軸向齒厚 sa1 m12.5664mm2蝸桿的法向齒厚 snsacos12.5664 cos5.71 12.5040mm（2）蝸輪蝸輪齒

15、數(shù)z231變位系數(shù)x20.5,驗算傳動比 iz23131，z11這時傳動比誤差為：3131.08750.28% ，在誤差允許值內(nèi)。31.0875K HN0.8533H 229MPaa159.6543mm取 a 160mmd180mmPa25.133mmq10d a196mmd f 160.8mmsa12.5664mmsn12.5040mmz231蝸輪分度圓直徑 d 2mz2831248mm機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計喉圓直徑 d a2 d 22ha 2 248 28264mm齒根圓直徑d 2hf 2mmd f 2224821.28228.8咽喉母圓半徑 rg 2a1 da 21600.526428mm24

16、.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度F1.53KT2 YFa 2YFd1 d 2當(dāng)量齒數(shù)z231zv2cos331.4697cos35.763根據(jù)x20.5,zv231.4697從圖 11-9 中可查得齒形系數(shù)YFa 2 =2.55螺旋角系數(shù)： Y 115.710.9592140140許用彎曲應(yīng)力：從文獻(xiàn) 1P256表 11-8 中查得有 ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 F =56MPa壽命系數(shù)K FN91060.67243.5574107F 56 0.6724 37.6544MPa1.531.21817200.8772.550.9592F80248823.3144MPad2248mmd

17、a 2264mmd f 2228.8mmr g 228mmzv231.4697Y0.9592K FN0.6724可以得到：F F因此彎曲強(qiáng)度是滿足的。4.6 驗算效率(0.950.96)tan F 37.7MPaF 23.314MPatan(v )已知5.71 : ；varctan f v ； f v 與相對滑動速度s 有關(guān)。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計d1n14.041m / svs60 1000 cos從文獻(xiàn) 1P264表 11-18 中用差值法查得： fv 0.0239; v 1.326代入式中，得0.77大于原估計值，因此不用重算。4.7 精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力

18、傳動，屬于通用機(jī)械減速器，從 GB/T10089-1988 圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇 8 級精度，側(cè)隙種類為 f ，標(biāo)注為8f GB/T10089-1988。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略。詳細(xì)情況見零件圖。5圓柱齒輪的設(shè)計P=2.5117KW， N30.8806r min ， i=4.05.1 材料選擇（1）小齒輪的材料為40Gr (調(diào)質(zhì) ) ，硬度為 280 HBS , 大齒輪的材料為45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240 HBS , 二者之差為 40 HBS 。（2）精度等級選 8 級精度。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計（3）選小齒輪齒數(shù) Z1 19，大齒輪齒數(shù) Z219 4 76，取

19、 Z2 76。（4）選壓力角為20 。5.2 按齒面接觸強(qiáng)度計算設(shè)計按式（ 10-21 ）試算，即d1t2.32 3 KT1 u 1 (ZE )2duH（1）確定公式中的各參數(shù)試選載荷系數(shù)， Kt1.4。計算小齒輪的傳遞扭矩T19.55 105 P195.5 105 2.5117n130.88067.7676 105 Nm由文獻(xiàn) 1P205表 10-7選齒寬系數(shù) d 1 。1由文獻(xiàn) 1P201表 10-6查的材料的彈性影響系數(shù)ZE 189.8MPa 2 。由文獻(xiàn) 1P209圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim 1600MPa ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim 25

20、50MPa 。由文獻(xiàn) 1P206式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。N160n1 jLn60 30.8806 1 1 8 300 83.3574107N13.3574 1077N 23.3574108.891064由文獻(xiàn) 1P207 圖 10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) K HN 11.02; K HN 2 1.15 。 N28.89 106計算疲勞需用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S1，由文獻(xiàn) 1P205 式（ 10-12 ）得HK HN1lim11.02600MPa612MPa1SHKHN2lim21.15550MPa632.5MPaH 1 612Mpa2S5.3 計算H 2632.5Mp

21、a（2）試算小齒輪的分度圓的直徑d1t , 代入H中較小值機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計d1t3kt T1u 1ZE)22.32(duH31.47.7676105522.32189.814612117.74mm（2）計算圓周速度 vvd1t n117.7430.88066010006010000.1903m / s（3）計算齒寬 bbdd1t1 117.74117.74mm（4）齒寬與齒高之比 bh模數(shù)mntd1t117.74966.1973z119齒高h(yuǎn)2.25mnt13.9440mmb117.74968.4444h 13.9440（5）計算載荷系數(shù)根據(jù) v 3.29m / s ，7 級精度，由文獻(xiàn) 1P

22、194 圖 10-8 查的動載荷系K v1.12 ；d1t117.74mmv0.1903m / sbdd1t117.74直齒輪， K HK F1。由文獻(xiàn) 1P193表 10-2查的使用系數(shù)：K A1由文獻(xiàn) 1P196表 10-4用插值法 6 級精度，小齒輪相對支撐對稱分布K H1.518由 b8.4444 ， K H1.518查文獻(xiàn) 1P198圖 10-13得 K F1.35 ；故載荷系h數(shù)KKAK VKHK H11.01 1 1.5281.5423（6）按實際載荷系數(shù)校正算的分度圓直徑，由文獻(xiàn)1P204式（ 10-10 a ）得d1d1t3K3 1.5423131.7252Kt117.749

23、61.4d1131.7252mm（7）計算摸數(shù) m機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計d1131.72526.9329 mmmn19z1mn 5.9329mm5.4 按齒根彎曲強(qiáng)度計算設(shè)計由文獻(xiàn) 1P201 式（ 10-5 ）得彎曲強(qiáng)度計算設(shè)計3mn2KT21 (YFa YSa )d z1F（1）公式內(nèi)容的各計算值由文獻(xiàn) 1P208 圖 10-20 c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE 1500MPa ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE 2380MPa ；由文獻(xiàn) 1P206 圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN 1 0.95,K FN 2 0.98 計算彎曲疲勞許應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4, 由文獻(xiàn) 1P2

24、05 式（ 10-12 ）得K FN1FE 10.95 500F1S339.2857MPa1.4KFN 2FE 20.98 380F2S266MPa1.4計算載荷系數(shù) KKK A KV K Fa K F1 1.05 1 1.45 1.5225查齒形系數(shù)。由文獻(xiàn) 1P200 表 10-5 查的查取應(yīng)力校正值系數(shù)。由文獻(xiàn) 1P200 表 10-5 查的YFa12.85； YF a22.238 。YSa11.54； YSa21.752 。計算大、小齒輪的YFa YSa 并加以比較。 YFa1YSa12.85 1.5410.01294339.2857YFa 2YSa22.238 1.75220.014

25、74266大齒輪的值大（2）設(shè)計計算機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計31.52257.76761052m1 1920.01474 4.5879對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模m 的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑 （即模數(shù) m 與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)4.5879 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值mn5 ，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑d1131.7252mm來計算應(yīng)有的齒數(shù)，于是由z1d1131.725226.3450取 z127mn5z2iz14 26.3450105.38取 z2106這樣設(shè)計

26、出的齒輪傳動，既滿足了齒面疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。5.5 取幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑m4.5879mn5z127z2106d1z1m275135mmd1135mmd2 z2m 1065 530mm（2）計算中心距d2530mm(z1 z2 )mn(27 106) 5a332.5mma332.5mm22圓整取 a=333mm（3）計算齒輪寬度B2135mmbd d11 135135mm圓整后B2135mm B1140mmB1140mm6 軸的設(shè)計計算6.1 蝸桿軸蝸桿上的功率PI轉(zhuǎn)速 NI和轉(zhuǎn)矩分 T I別如下：PI = 3.5223kw N I =

27、960r/min TI =35.2156Nm6.1.1 按扭矩初算軸徑選用 45 鋼調(diào)值，硬度為 217255HBS機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計根據(jù)文獻(xiàn) P370(152) 式，并查教材表15-3 ，取 A110dA 3p mm 1103 3.5223 16.9675n960考慮到有鍵槽，將直徑增大7%，則： d17(17%) mm18.16mmd20mm因此選 d20mm6.1.2 蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）蝸桿上零件的定位，固定和裝配一級蝸桿減速器可將蝸輪安排在箱體中間，兩隊軸承對成分布，蝸桿由軸肩定位，蝸桿周向用平鍵連接和定位。I 端：軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器處的直徑d1 ，故同時選用聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計算 T

28、caK ATI ，查文獻(xiàn) 1P351 表 14-1 ，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取Ka1.3,則 Tca1.3 35.215645.7803N m按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件和考慮到蝸桿與電動機(jī)連接處電動機(jī)輸出軸的直徑查文獻(xiàn)3P172 表 13-10 選用 HL6 型號彈性套柱銷聯(lián)軸器。表 6.1蝸桿軸聯(lián)軸器參數(shù)型號公稱轉(zhuǎn)距許用轉(zhuǎn)速L 1L軸的直徑( Nm)(r / min)mmmmmmHL 62503800608232因此 I 選擇段dI II32, 長度取L1 II82mm,軸上鍵槽鍵寬和鍵高以及鍵長mm為10870。II 端：因為定位銷鍵高度， 取 h 6mm因此， dII III

29、d1 II2h44mm。軸承端蓋的總長為20mm,根據(jù)拆裝的方便取端蓋外端面于聯(lián)軸器右端面間的距離為L 30mm所以， LII III 30 2050mm段：初選用角接觸球軸承，參考要求因d II III =44，查文獻(xiàn) 3 選用7209AC型號滾子承 dD B 4510019 。即dIII V 45mm, LIII V24mm. L VII VIII=24mm角接觸球軸承一端用油環(huán)定位 （寬度為 6mm），油環(huán)緊靠軸環(huán)端用于軸肩定位。V 段：直徑 d IV V 14528.562mm, 軸環(huán)寬度 b1.4h , 在滿足強(qiáng)度Tca45.7803N mdI II32mm,L1 II82mm,d 44mm,LII III50mmdIV V62mm,機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計下，又要節(jié)省材料取軸肩寬度為L IV V 1 10mm ； d IV V 252mm，LIVV235mm ； L IV V 351045mm 。L IVV45mmd80mmV 段：由前面的設(shè)計知蝸桿的分度圓直徑d 80mm,齒頂圓直徑, 蝸輪的喉圓直徑 da2da 2248da1 96248 。查文獻(xiàn) 1P250 表 11-4材料變形系數(shù) x0.5mm 所以蝸輪齒寬78.8mmb1b1(11 0.06Z2 )m 80.06 31 8 78.8mm綜合考慮要使蝸輪與內(nèi)壁有一定的距離LVVI130 mm故選 LVV