機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書(單級蝸桿減速器)課件

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書前言課程設(shè)計(jì)是考察學(xué)生全面在掌握基本理論知識的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)院的教學(xué)環(huán)節(jié)，在2009年12月14日-2009年12月26日為期兩周的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。本次是設(shè)計(jì)一個蝸輪蝸桿減速器，減速器是用于電動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置。本減速器屬單級蝸桿減速器（電機(jī)聯(lián)軸器減速器聯(lián)軸器鏈輪），本人是在劉悅老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。該課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：任務(wù)設(shè)計(jì)書，參數(shù)選擇，傳動裝置總體設(shè)計(jì)，電動機(jī)的選擇，運(yùn)動參數(shù)計(jì)算，蝸輪蝸桿傳動設(shè)計(jì)，蝸桿、蝸輪的基本尺寸設(shè)計(jì)，蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核，減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減速器其他零件的選擇，減速器的潤滑等和我桿減速器裝配圖A0圖紙一張、蝸桿零件

2、A3圖紙一張。設(shè)計(jì)參數(shù)的確定和方案的選擇通過查詢有關(guān)資料所得。該減速器的設(shè)計(jì)基本上符合生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，限于作者初學(xué)水平，錯誤及不妥之處望老師批評指正。設(shè)計(jì)者：鄒幼芳學(xué)號：0703312072009年12月25日參數(shù)選擇：總傳動比：I=31.06 Z1=1 Z2=31鏈輪齒數(shù)：12 鏈節(jié)距：160mm運(yùn)輸帶有效拉力：F=2000N運(yùn)輸帶速度：V=1m/s使用期限：5工作環(huán)境：三相交流電源 通風(fēng)不良 每日單班制工作 一、 傳動裝置總體設(shè)計(jì)：根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機(jī)聯(lián)軸器減速器聯(lián)軸 圖（2.1）器鏈輪。(如圖2.1所示) 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求可知，該蝸桿的圓周速度V45m/s，所以該蝸

3、桿減速器采用蝸桿下置式見（如圖2.2所示），采用此布置結(jié)構(gòu)，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。蝸輪及蝸輪軸利用平鍵作軸向固定。蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復(fù)合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。 該減速器的結(jié)構(gòu)包括電動機(jī)、蝸輪蝸桿傳動裝置、蝸輪軸、箱體、滾動軸承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標(biāo)準(zhǔn)件等。 圖（2.2）二、 電動機(jī)的選擇：由于該生產(chǎn)單位采用三相交流電源，可考慮采用Y系列三相異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，啟動性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動機(jī)的額定電壓為380V根

4、據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，該減速器鏈輪分度圓直徑：D=618.19mm。運(yùn)輸帶的有效拉力F=2000N，帶速V=1m/s，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)工作，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流電，電壓為380V。1、 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機(jī)，封閉扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為380V，Y系列2、 傳動滾筒所需功率3、 傳動裝置效率：（根據(jù)參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 劉俊龍 何在洲 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 第133-134頁表12-8得各級效率如下）其中：蝸桿傳動效率1=0.70 滾動軸承效率（一對）2=0.98聯(lián)軸器效率3 =0.99 鏈傳動效率cy=0.93鏈輪的分度圓直徑:D= 所以： =12232 =0.7

5、15; 0.982×0.992×0.96 =0.659電動機(jī)所需功率： Pr= Pw/ =3.0/0.659 W 傳動滾筒工作轉(zhuǎn)速： nw60×1000×1 / ×(P/30.9r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 可查得所需的電動機(jī)Y系列三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選擇以下傳動比方案，如下表3-1. 表3-1電動機(jī)型號額定功率Ped kw電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min額定轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y132M2-65.510009602.0綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價(jià)格和減速器的傳動比，可見該方案方案適合，此選定電動機(jī)機(jī)型號為Y13

6、2M2-6其主要性能如下表3-2：表3-2中心高H外形尺寸L×（AC/2AD）×HD底角安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸身尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×G×D132515×（270/2210）×315216×1781238×8010×33×384總傳動比為：= / =960÷30.9=31.06四、運(yùn)動參數(shù)計(jì)算：4.1蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P0 = Pr=3.1kw n0=960r/min T0=9.55 P0 / n0=30.49N .m4.2蝸輪軸的輸入功率、

7、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P1 = P0·01 = 3.1×0.99×0.99×0.7×0.992 =2.08 kw n= =96031.06 = 30.9 r/minT1= 9550 = 9550×（2.0830.9）= 642.8N·m4.3傳動滾筒軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P2 = P1·c·cy=2.08×0.99×0.93=1.92kwn2= = 30.91 = 30.9 r/minT2= 9550 = 9550×（1.9230.9） = 593.4N·m運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算

8、結(jié)果整理于下表4-1： 表4-1類型功率P（kw）轉(zhuǎn)速n（r/min）轉(zhuǎn)矩T（N·m）傳動比i效率蝸桿軸3.196030.49 10.679蝸輪軸2.0830.9642.8 31.06傳動滾筒軸1.9230.9593.4五、蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計(jì)：蝸桿的材料采用45鋼，表面硬度>45HRC，蝸輪材料采用ZCuSn10P1，金屬模鑄造。以下設(shè)計(jì)參數(shù)與公式除特殊說明外均以參考由機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版蝸桿傳動為主要依據(jù)。具體如表31： 表51蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計(jì)表項(xiàng) 目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果中心距的計(jì)算選值在圖13.11的i=31.06的線上，查得=0.5 =0.5 蝸輪轉(zhuǎn)矩使用系數(shù)按要求查表11-5

9、彈性系數(shù)根據(jù)蝸輪副材料查表得壽命系數(shù)接觸系數(shù)按圖11-18線查出接觸疲勞極限由表11-7 =268Mpa=· =206中心距取 傳動基本尺寸蝸桿頭數(shù)Z1=1蝸輪齒數(shù)模數(shù) m=8蝸桿分度圓 直徑或蝸輪分度圓直徑 mm蝸桿導(dǎo)程角查表11-2變位系數(shù)查表11-10x=0.56蝸桿齒頂圓 直徑 表13.5 mm蝸桿齒根圓 直徑 表11-3 mm蝸桿齒寬mm蝸輪齒根圓直徑mm蝸輪齒頂圓直徑（吼圓直徑）mm蝸輪外徑mm蝸輪咽喉母圓半徑蝸桿圓周速度=4 m/s相對滑動速度m/s蝸輪齒寬B B=72mmmm輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力上面已經(jīng)計(jì)算 最大接觸應(yīng)力合格齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由表11-8查出

10、壽命系數(shù)許用彎曲疲勞應(yīng)力 =· =44.37輪齒最大彎曲應(yīng)力合格蝸桿軸擾度驗(yàn)算蝸桿軸慣性矩允許蝸桿擾度蝸桿軸擾度合格溫度計(jì)算傳動嚙合效率軸承效率查表10-1總效率散熱面積估算箱體工作溫度此處取=15w/（m²c）合格潤滑油粘度和潤滑方式潤滑油粘度根據(jù)m/s由表13.7選取潤滑方法由表13.7采用浸油潤滑六、蝸桿、蝸輪的基本尺寸設(shè)計(jì)6.1蝸桿基本尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)電動機(jī)的功率P=5.5kw，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min，電動機(jī)軸徑，軸伸長E=63mm軸上鍵槽為10x5。1、 初步估計(jì)蝸桿軸外伸段的直徑d=（0.810）=30.438mm2、 計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=K×955

11、0×=1.1×9550×5.5/960=60.2N.M由Tc、d根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)可查得選用HL3號彈性柱銷聯(lián)軸器（38×83）。3、 確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm。4、 根據(jù)HL3號彈性柱銷聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm的長度為80mm。5、 由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)可查得普通平鍵GB109690A型鍵10×70，蝸桿軸上的鍵槽寬mm，槽深為mm，聯(lián)軸器上槽深，鍵槽長L=70mm。6、 初步估計(jì)d=64mm。7、 由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)以及蝸桿上軸承、擋油盤，軸承蓋，密封圈等組合設(shè)計(jì)，蝸桿的尺寸如零件圖1（蝸桿零件圖

12、）6.2蝸輪基本尺寸表（由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計(jì)表可計(jì)算得） 表61蝸輪結(jié)構(gòu)及基本尺寸蝸輪采用裝配式結(jié)構(gòu)，用六角頭螺栓聯(lián)接（100mm）,輪芯選用灰鑄鐵 HT200 ，輪緣選用鑄錫青銅ZcuSn10P1+* 單位：mma=bCxB16012812362015282en1033538090º214390306七、蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核參考機(jī)械設(shè)計(jì)第八版第378頁例題 蝸輪軸的材料為45鋼并調(diào)質(zhì)，且蝸輪軸上裝有滾動軸承，蝸輪，軸套，密封圈、鍵，軸的大致結(jié)構(gòu)如圖7.1：圖7.1 蝸輪軸的基本尺寸結(jié)構(gòu)圖7.1 軸的直徑與長度的確定1.初步估算軸的最小直徑（外伸段的直徑）

13、有公式軸的材料為45鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表15-3得=112，于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑D6.為了使所選的軸直徑D6與聯(lián)軸器是孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT =1.3×642800N.mm=835640N.mm按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T5014-2003，選用HL4型彈性注銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000N.mm。聯(lián)軸器的孔徑=50，故D6=50,半聯(lián)軸器的長度L=112mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔的長度=84mm。 所以蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL4彈性柱銷聯(lián)軸器50×112，因此=50

14、m m2.由參考文獻(xiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 第112頁表12-1可查得普通平鍵GB109690A型鍵14×56，普通平鍵GB10962003型鍵16×100，聯(lián)軸器上鍵槽深度，蝸輪軸鍵槽深度，寬度為由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（下冊） 張瑩 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 1997年的第316頁321頁計(jì)算得：如下表：圖中表注計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果L1（由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)121表13-4查得圓錐滾子30211的基本結(jié)構(gòu)）L1=21L2自定L2=60L3根據(jù)蝸輪L3=72L4自定L4=60L5（由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)121表13-4查得圓錐滾子30211的基本結(jié)構(gòu)）L5=21L6自定L6

15、=54L7選用HL4彈性柱銷聯(lián)軸器50×112L7=80D1（由參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)121表13-4查得圓錐滾子30211的基本結(jié)構(gòu)）D1=55D2便于軸承的拆卸D2=100D3根據(jù)蝸輪D3=80D4便于軸承的拆卸D4=70D5自定D5=57D6D6>45.6又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mmD6=507.2軸的校核7.2.1軸的受力分析圖 圖7.1X-Y平面受力分析 圖7.2X-Z平面受力圖： 圖7.3 水平面彎矩 582853.6498408.69797119圖7.4 714000垂直面彎矩 圖7.5 . 283676.5合成彎矩 648221.2 714

16、000 573483.6 圖7.6當(dāng)量彎矩T與aTT=642800Nm mmaT=379252NmNm圖7.77.2.2軸的校核計(jì)算如表5.1軸材料為45鋼， 表7.1計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)矩Nmm圓周力=16070N=16070N徑向力=1689N軸向力=16070×tan 20ºFr =5849N計(jì)算支承反力=6008.8N=16061.2N垂直面反力= 2924.5N水平面X-Y受力圖圖7.2垂直面X-Z受力圖7.3畫軸的彎矩圖水平面X-Y彎矩圖 圖7.4垂直面X-Z彎矩圖 圖7.5合成彎矩圖7.6軸受轉(zhuǎn)矩TT=642800NmmT=642800Nmm許用應(yīng)力值表

17、16.3，查得應(yīng)力校正系數(shù)aa=a=0.59當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量彎矩蝸輪段軸中間截面=6822304.5Nmm軸承段軸中間截面處=808472.7Nmm6822304.5Nmm=808472.7Nmm當(dāng)量彎矩圖圖7.7軸徑校核驗(yàn)算結(jié)果在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)合格軸的結(jié)果設(shè)計(jì)采用階梯狀，階梯之間有圓弧過度，減少應(yīng)力集中，具體尺寸和要求見零件圖2（蝸輪中間軸）。7.3壽命的校核 * 圖7.8 圖7.9 1求兩軸孔受到的徑向載荷和=1689 =5849=58492671.93177.12求兩軸承的軸向力和 =1.5查得30211圓錐滾子軸承的計(jì)算系數(shù) e=0.4, Y=1.5=1.5=1615.93=1.5=

18、1757.43求軸孔當(dāng)量動載荷和查表13-5得X=0.56 Y=1.5 運(yùn)動無沖擊載荷 按左邊軸承的受力大小驗(yàn)算7.4裝蝸輪處軸的鍵槽設(shè)計(jì)及鍵的選擇當(dāng)軸上裝有平鍵時(shí)，鍵的長度應(yīng)略小于零件軸的接觸長度，一般平鍵長度比輪轂長度短510mm，由參考文獻(xiàn)1表2.430圓整，可知該處選擇鍵2.5×110，高h(yuǎn)=14mm，軸上鍵槽深度為，輪轂上鍵槽深度為，軸上鍵槽寬度為輪轂上鍵槽深度為八、減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學(xué)院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計(jì)算得，箱體的結(jié)構(gòu)尺寸如表8.1： 表8.1箱體的結(jié)構(gòu)尺寸減速器箱體采用HT20

19、0鑄造，必須進(jìn)行去應(yīng)力處理。設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì) 算 公 式計(jì)算結(jié)果箱座壁厚度=0.04×160+3=9.4mma為蝸輪蝸桿中心距取=12mm箱蓋壁厚度1=0.85×12=10mm取1=10mm機(jī)座凸緣厚度bb=1.5=1.5×12=18mmb=18mm機(jī)蓋凸緣厚度b1b1=1.51=1.5×10=15mmb1=18mm箱座底凸緣厚度PP=2.5=2.5×12=30mmP=30mm地腳螺釘直徑dØdØ=15mmdØ=15mm地腳沉頭座直徑D0D0=30mmD0=30mm地腳螺釘數(shù)目n取n=4個取n=4底腳凸緣尺寸（扳手空間）

20、L1=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm軸承旁連接螺栓直徑d1d1= 16mmd1=16mm軸承旁連接螺栓通孔直徑d1d1=17.5d1=17.5軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸緣尺寸（扳手空間）C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱連接螺栓直徑d2d2 =12mmd2=12mm上下箱連接螺栓通孔直徑d2d2=13.5mmd2=13.5mm上下箱連接螺栓沉頭座直徑D0=26mmD0=26mm箱緣尺寸（扳手空間）C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n,d3n=4, d3=10mmn=4

21、d3=10mm檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=8mmd4=8mm圓錐定位銷直徑d5d5=9mmd5=9mm減速器中心高HH=310mmH=310mm軸承旁凸臺半徑RR=C2=8mmR1=8mm軸承旁凸臺高度h由低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn)。取50mm軸承端蓋外徑D2D2=軸承孔直徑+(55.5) d3取D2=180mm箱體外壁至軸承座端面距離KK= C1+ C2+(810)=44mmK=54mm軸承旁連接螺栓的距離S以Md1螺栓和Md3螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近一般取S=D2S=100蝸輪軸承座長度（箱體內(nèi)壁至軸承座外端面的距離）L1=K+=56mmL1=56mm蝸輪外圓與箱體內(nèi)壁之間的距

22、離=15mm取=15mm蝸輪端面與箱體內(nèi)壁之間的距離=12mm取=12mm以下尺寸以參考文獻(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 王昆等主編 高等教育出版社 1995年表6-1為依據(jù)蝸桿頂圓與箱座內(nèi)壁的距離=81mm軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離=69mm箱底的厚度14mm軸承蓋凸緣厚度e=1.2 d3=15mm箱蓋高度176mm箱蓋長度（不包括凸臺）534mm蝸桿中心線與箱底的距離156mm箱座的長度（不包括凸臺）423mm裝蝸桿軸部分的長度432mm箱體寬度（不包括凸臺）221mm箱底座寬度423mm蝸桿軸承座孔外伸長度27mm蝸桿軸承座長度66mm蝸桿軸承座內(nèi)端面與箱體內(nèi)壁距離54mm九、減速器其他

23、零件的選擇經(jīng)箱體、蝸桿與蝸輪、蝸輪軸以及標(biāo)準(zhǔn)鍵、軸承、密封圈、擋油盤、聯(lián)軸器、定位銷的組合設(shè)計(jì)，經(jīng)校核確定以下零件： 表9-1鍵 單位：mm安裝位置類型b（h9）h（h11）L9（h14）蝸桿軸與聯(lián)軸器 聯(lián)接處GB1096-2003鍵12×6312863蝸輪與蝸輪軸聯(lián)接處GB1096-90鍵14×11014956蝸輪軸與聯(lián)軸器 聯(lián)接處GB1096-90鍵16×1001610100表9-2 軸承 單位：mm安裝位置軸承型號外 形 尺 寸dDT. daBC Da蝸 桿角接觸球軸承GB292-947009C4575da =5116Da =69蝸輪軸圓錐滾子軸承GB/T297-943021155100T=22.7521C=18 表9-3密封圈（GB9877.1-88） 單位：mm安裝位置類型軸徑d基本外徑D基本寬度蝸桿B55×80×855808蝸輪軸B75×100×107510010表9-4彈簧墊圈（G