蝸輪蝸桿減速器課程設(shè)計(jì)說明書

1、唐 山 學(xué) 院機(jī)械設(shè)計(jì)課 程 設(shè) 計(jì)題 目 帶式運(yùn)輸機(jī)的一級(jí)蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì) 系 (部) 機(jī)電工程系 班 級(jí) 13材料成型及控制工程 姓 名 李進(jìn)婷 學(xué) 號(hào) 4130111158 指導(dǎo)教師 張向紅 2015年 12 月 22 日至2016年 1 月 17 日 共 3 周2016年 1 月 09 日202016年 01 月 09 日課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定表出勤情況出勤天數(shù) 缺勤天數(shù)成績評(píng)定出勤情況及設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)（20分）課設(shè)答辯（20分）設(shè)計(jì)成果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評(píng)定 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄1 概述41.1課程設(shè)計(jì)的目的41.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和任務(wù)41.3設(shè)計(jì)步驟

2、42 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案52.1擬定傳動(dòng)方案52.2選擇電動(dòng)機(jī)52.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型52.2.2確定傳動(dòng)裝置的效率52.2.3選擇電動(dòng)機(jī)的容量52.2.4確定電動(dòng)機(jī)參數(shù)52.4計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)62.4.1電動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)62.4.2蝸桿的參數(shù)62.4.3蝸輪軸的參數(shù)62.4.4滾筒軸的參數(shù)63 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和軸系零部件的設(shè)計(jì)83.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)83.1.183.1.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)83.1.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸83.1.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度93.1.5驗(yàn)算效率93.1.6熱平衡計(jì)算93.2軸系的設(shè)計(jì)93.2.1蝸桿軸93.2.2蝸輪軸103

3、.2.3蝸輪軸軸承的壽命計(jì)算133.2.4蝸輪軸鍵的強(qiáng)度校核133.3 蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)144 減速器的結(jié)構(gòu)與潤滑154.1箱體154.2 減速器的附件154.2.1 通氣器的設(shè)計(jì)154.2.2 吊環(huán)螺釘154.2.3 啟蓋螺釘164.2.4 定位銷164.2.5 油標(biāo)164.2.7 窺視孔164.3端蓋的結(jié)構(gòu)174.4 潤滑與密封174.4.1 齒輪的潤滑174.4.2 軸承的潤滑17 4.4.3 密封裝置17 1 概述1.1課程設(shè)計(jì)的目的 1)以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與擬定為結(jié)合點(diǎn)，把機(jī)械原理課程中分散于各章的理論和方法融會(huì)貫通起來，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)； 2)通過擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方

4、案的訓(xùn)練，使學(xué)生初步具有機(jī)構(gòu)選型與組合和確定運(yùn)動(dòng)方案的能力； 3)使學(xué)生在了解機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變換與傳遞及力傳遞的過程中，對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析與設(shè)計(jì)有一個(gè)較完整的概念； 4)進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和技術(shù)資料的能力； 5)通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達(dá)、歸納、總結(jié)和獨(dú)立思考與分析的能力1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和任務(wù) 一級(jí)蝸桿減速器，拉力F=5300N，速度v=1.55m/s，直徑D=410mm，每天工作小時(shí)數(shù)：16小時(shí)，工作年限（壽命）：10年，每年工作天數(shù)：250天，配備有三相交流電源，電壓380/220V。1.3設(shè)計(jì)步驟 1.傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案 2.電動(dòng)機(jī)的選擇 3.確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和

5、分配傳動(dòng)比 4.計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 5.減速器內(nèi)部傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 6.傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 7.滾動(dòng)軸承校核 8.鍵聯(lián)接設(shè)計(jì) 9.聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 10.潤滑密封設(shè)計(jì) 11.箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案2.1擬定傳動(dòng)方案 傳動(dòng)方案已給定，減速器為一級(jí)渦輪蝸桿減速器器。該方案的優(yōu)缺點(diǎn)：一級(jí)渦輪蝸桿減速器機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；熱交換性能好、散熱快；安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修；運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小、經(jīng)久耐用；使用性強(qiáng)、安全可靠性大；2.2選擇電動(dòng)機(jī) 2.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型 按工作要求和工況條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，電壓為380V，Y型。 2.2.2確定傳動(dòng)裝置的效

6、率 查表得：一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率：1=0.99 閉式蝸桿的效率：2=0.98 聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：=3=0.85 傳動(dòng)滾筒效率：4=0.96 故傳動(dòng)裝置的總效率：=13×2×3²×4=0.73 2.2.3選擇電動(dòng)機(jī)的容量 工作機(jī)所需功率為：Pw=Fv/1000=7.95Kw 2.2.4確定電動(dòng)機(jī)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)所需額定功率:Pd=Pw/=10.89Kw，工作轉(zhuǎn)速:nw=60×1000v/D=69.87 r/min經(jīng)查表按推薦的合理傳動(dòng)比范圍，一級(jí)蝸桿減速器傳動(dòng)比范圍為：10-40因此理論傳動(dòng)比范圍為：10-40?？蛇x擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為nd=i×

7、;nw=(10-40)×69.87=6992795r/min。方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（kW）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）1Y180L-61110009702Y200L-8117507303Y160L-41115001460進(jìn)行綜合考慮價(jià)格、重量、傳動(dòng)比等因素，選定電機(jī)型號(hào)為：Y160L-4的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率Ped=11kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=1460r/min，同步轉(zhuǎn)速為nt=1500r/min。2.3確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比（1）總傳動(dòng)比的計(jì)算由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速nm和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速nw，可以計(jì)算出傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為：ia=nm/nw=20.9取

8、ia=21。（2）分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比：減速器傳動(dòng)比為：2.4計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)2.4.1電動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)功率：轉(zhuǎn)速：扭矩：2.4.2蝸桿的參數(shù)功率：轉(zhuǎn)速：扭矩：2.4.3蝸輪軸的參數(shù)功率：轉(zhuǎn)速：扭矩：2.4.4滾筒軸的參數(shù)功率：轉(zhuǎn)速：扭矩：軸名功率P/kw轉(zhuǎn)矩T/N.m轉(zhuǎn)速n/（r/min）傳動(dòng)比i效率輸入P輸出P輸入輸出電動(dòng)機(jī)軸10.8971.21460蝸桿軸10.7810.6770.4969.78146010.98蝸輪軸8.538.451172.361160.6369.5210.792滾筒軸8.037.951103.071092.0469.510.94運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于

9、下表:3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和軸系零部件的設(shè)計(jì) 3.1蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1.1(1)選擇蝸桿傳動(dòng)類型：根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） (2)選擇材料 考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度未4555HRC。渦輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用45鋼制造。3.1.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)（1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2：（2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)載荷系數(shù)K=1；由表11-5選取使用系數(shù)KA

10、=1；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)Kv=1.05；則（3）確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160MPa。 (4)確定渦輪齒數(shù)z2 (5)確定許用接觸應(yīng)力H 根據(jù)渦輪材料為渦輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，可從表11-7中查得渦輪的基本許用應(yīng)力H'=268MPa。單向運(yùn)轉(zhuǎn)：j=1。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：。故壽命系數(shù)為：則( 6)計(jì)算m2d值 ， 因z1=2，故從表11-2中取模數(shù)m=8mm，蝸桿分度圓直徑d1=80mm。3.1.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 (1)中心距：（2）蝸桿 軸向齒距pa=2

11、5.133mm；直徑系數(shù)q=10；齒頂圓直徑da1=96mm；齒根圓直徑df1=60.8mm；分度圓導(dǎo)程角=11°18'36"；蝸桿軸向齒厚sa=12.57mm（3）蝸輪分度圓直徑：齒根圓直徑：喉圓直徑：咽喉母圓半徑：3.1.4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù):。根據(jù)zv2=42.83，從圖11-17中可查得齒形系數(shù)YFa2=2.43。螺旋角系數(shù)：基本許用彎曲應(yīng)力： 壽命系數(shù)：許用彎曲應(yīng)力：故彎曲強(qiáng)度滿足。3.1.5驗(yàn)算效率 , , ,則。代入得：大于原計(jì)算值，不用重算。3.1.6熱平衡計(jì)算 取油溫t=70，周圍空氣溫度t0=20，產(chǎn)生的熱流量：；從箱體外壁散發(fā)到周圍

12、的空氣中的熱流量：；則散熱面積為：3.2軸系的設(shè)計(jì) 3.2.1蝸桿軸 （1）已經(jīng)確定的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)速n=1460r/min；功率P=10.78kW；軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=70.49Nmm （2）軸的材料選擇并確定許用彎曲應(yīng)力由表選用45，調(diào)質(zhì)處理硬度為217255HBS，許彎曲應(yīng)力為=60MPa （3）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度概略計(jì)算軸的最小直徑 由于蝸桿受到的彎矩較大而受到的扭矩較小，故取A0=112。由于最小軸段截面上要開1個(gè)鍵槽，故將軸徑增大5%；查表可知標(biāo)準(zhǔn)軸孔直徑為30mm故取dmin=30mm；且選用凸緣聯(lián)軸器YL7。 （4）軸的結(jié)構(gòu)分析：為方便安裝和調(diào)整渦輪軸。采用沿渦輪軸線的水平面剖分箱體

13、結(jié)構(gòu)，蝸桿軸不長，故軸承采用兩端固定方式?？砂摧S上零件的安裝順序。 （5）確定各軸段的直徑和長度。第1段：d1=30mm，L1=80mm第2段：d2=36mm（軸肩），L2=68mm第3段：d3=40mm（與軸承內(nèi)徑配合），L3=60mm第4段：d4=50mm（軸肩），L4=55mm第5段：d5=95mm（蝸桿段），L5=140mm第6段：d6=50mm（軸肩），L6=55mm第7段：d7=31mm（與軸承內(nèi)徑配合），L7=40mm3.2.2蝸輪軸（1）已經(jīng)確定的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)速n2=69.5r/min；功率P2=8.53kW；軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=1172.36Nmm。（2）軸的材料選擇并確

14、定許用彎曲應(yīng)力由表選用45，調(diào)質(zhì)處理硬度為217255HBS，許彎曲應(yīng)力為=60MPa（3）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度概略計(jì)算軸的最小直徑取A0=112。由于最小軸段截面上要開1個(gè)鍵槽，故將軸徑增大5%；查表可知標(biāo)準(zhǔn)軸孔直徑為70mm故取dmin=70mm；且選用凸緣聯(lián)軸器YL13。 （4） 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制軸的結(jié)構(gòu)草圖（5）軸的各段長度 第1段：d1=70mm，L1=140mm 第2段：d2=80mm（軸肩），L2=55mm 第3段：d3=85mm（與軸承內(nèi)徑配合），L3=62mm 第4段：d4=100mm（蝸桿段），L4=118mm 第5段：d5=112mm（軸肩），L5=10mm 第6段：d6=85m

15、m（與軸承內(nèi)徑配合），L6=50mm（6） 蝸輪軸的受力分析 如圖所示為蝸桿受力圖以及水平平面和垂直平面受力圖：（見下頁）（7）第一段軸中點(diǎn)到軸承中點(diǎn)距離La=125mm，軸承中點(diǎn)到蝸桿中點(diǎn)距離Lb=93.22mm，蝸桿中點(diǎn)到軸承中點(diǎn)距離Lc=93.22mm。 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的，計(jì)算時(shí)通常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)。作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。(圖中RAH位FNH1;RBH為FNH2; RAV為FNV1;RBV為FNV2)蝸輪上各力：；;；（8）校核軸的強(qiáng)度 由彎矩圖可知，蝸桿受力點(diǎn)截面右側(cè)為危險(xiǎn)截面取；查表15-1查得，故安

16、全。3.2.3蝸輪軸軸承的壽命計(jì)算;則 查閱相關(guān)手冊，得軸承的判斷系數(shù)為e=0.68。 當(dāng)Fa/Fr>e，P=fd(0.4×Fr+Y×Fa)；X=0.41，Y=0.87;由表13-6選載荷系數(shù)fd=1.2；P=3089.47N軸承基本額定動(dòng)載荷Cr=59.2kN，軸承選用7017AC,采用正裝。要求壽命為Lh=12000h。此軸承壽命：故符合。 3.2.4蝸輪軸鍵的強(qiáng)度校核 鍵的強(qiáng)度符合。 3.3 蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 減速器的結(jié)構(gòu)與潤滑 4.1箱體 箱體是減速器中所有零件的基座，是支承和固定軸系部件、保證傳動(dòng)零件正確相對(duì)位置并承受作用在減速器上載荷的重要零件。箱體一般還

17、兼作潤滑油的油箱。機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸，主要根據(jù)地腳螺栓的尺寸，再通過地板固定，而地腳螺尺寸又要根據(jù)兩齒輪的中心距a來確定。設(shè)計(jì)減速器的具體結(jié)構(gòu)尺寸如下表:箱座壁厚=0.04a+38mm箱蓋壁厚1=0.859.6mm箱蓋凸緣厚度,取b1=18mm；箱座凸緣厚度，取b=18mm；箱座底凸緣厚度，取b2=30mm；地腳螺栓的直徑，取df=20mm；地腳螺栓的數(shù)目n=4軸承旁連接螺栓直徑，取d1=12mm；蓋與座連接螺栓直徑，取d2=10mm；軸承端蓋螺釘直徑，取d3=10mm；視孔蓋螺釘直徑，取d3=6mm；定位銷直徑C1=16mm，c2=14mm，Dc=24mm，軸承旁凸臺(tái)半徑：R1=14mm，h=49

18、mm，l1=46mm，。軸承端蓋外徑，t=9mm，S=179mm。4.2 減速器的附件 4.2.1 通氣器的設(shè)計(jì) 由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡。 4.2.2 吊環(huán)螺釘 用來起吊此裝置 4.2.3 啟蓋螺釘 卸時(shí)往往因膠結(jié)緊密難于開蓋，旋動(dòng)啟箱螺釘可將箱蓋頂起。 4.2.4 定位銷 采用銷GB/T117-2000，對(duì)由箱蓋和箱座通過聯(lián)接而組成的剖分式箱體，為保證其各部分在加工及裝配時(shí)能夠保持精確位置，特別是為保證箱體軸承座孔的加工精度及安裝精度。 4.2.5 油標(biāo) 用來指示箱內(nèi)油面的高度，油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低，以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出。4.2.6 放油孔及螺塞 為排放減速器箱