運輸機的蝸桿圓柱齒輪減速器課程設(shè)計

1、機械設(shè)計課程設(shè)計 計算說明書 設(shè)計題目 ： 蝸桿圓柱齒輪減速器 院 系 ： 工學(xué)院專 業(yè) ： 機制班 級 ： 0801 設(shè) 計 者 ： 王恒志 學(xué) 號 ： 2008307202936 指導(dǎo)教師 ： 趙純清 2011 年 1 月 16 日 目 錄一、電動機選擇 42、 傳動零件的設(shè)計 6（一）齒輪的設(shè)計計算 6 1高速級蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計計算 6 2低速級齒輪傳動的設(shè)計計算 10（二）減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸 15（三）軸的設(shè)計計算 16 1 高速軸設(shè)計計算及校核 162中間軸設(shè)計計算及校核 213低速軸設(shè)計計算及校核 28三、其他附件的選擇 32四、密封與潤滑 33五、總 結(jié) 33六、參考

2、文獻 351. 設(shè)計目的：（1）通過課程設(shè)計的實踐，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力，使學(xué)生掌握機械零件，機械傳動裝置或簡單機械的一般設(shè)計方法和步驟。（2）通過課程設(shè)計，使學(xué)生綜合運用機械設(shè)計基礎(chǔ)課程及有關(guān)先修課程的知識，起到鞏固深化，融會貫通及擴展有關(guān)機械設(shè)計方面知識的運用，樹立正確的設(shè)計思想；（3）通過課程設(shè)計，學(xué)習(xí)運用標準，規(guī)范，手冊，圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計的基本技能。2. 設(shè)計方案：設(shè)計運輸機的蝸桿圓柱齒輪減速器；（1） 已知條件：運輸帶工作拉力F=5500N，運輸帶工作速度V=0.40m/s，卷筒直徑D=350mm.（2） 傳動裝置簡圖，如下：（3） 相關(guān)情況

3、說明工作條件：單班制，傳動平穩(wěn)；使用壽命：8年；生產(chǎn)條件：一般機械廠制造，小批量生產(chǎn)力；動力來源：電力，三相交流，電壓380V；輸送帶速度允許誤差： 5%。3. 設(shè)計要求：1） 減速器裝配圖1張；2） 零件圖2張（低速級齒輪，低速級軸）；3） 設(shè)計計算說明書一份。一、電動機的選擇1. 總體傳動方案初步確定傳動系統(tǒng)總體方案蝸桿圓柱齒輪減速器傳動裝置的總效率a0.9920.9830.970.960.800.687；=0.99為彈性聯(lián)軸器的效率，=0.98為滾動軸承的效率，=0.97為齒輪傳動的效率，=0.96為卷筒傳動效率，0.8為蝸輪的效率。2. 電動機的選擇按工作要求和工作條件選用Y系列三相鼠

4、籠型異步電動機，電壓為380v工作機有效功率為： 2.2kw工作機所需工作功率為：3.2kw工作機卷筒軸的轉(zhuǎn)速為：22r/min所以電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：（6090)22=13201980r/min因此選擇Y112M-4電機其主要性能如表1所示，安裝尺寸如表2所示。表1 Y112M-4型電動機的主要性能電動機型號額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速/（r/min）Y112M414402.22.2表2 Y112M-4電動機的安裝尺寸型號極數(shù)ABCDEFGHK ABACADHDLY112M-421901407028608241221222452401902654003.傳動裝置的總傳動比和傳動比分配（1）總傳

5、動比=65.45（2）分配傳動比=(0.030.06)65.45=1.9643.927取=3.194.傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算（1）各軸轉(zhuǎn)速 軸 n=1440r/min 軸 nn/ i170.244 r/min 軸 nn/ i222r/min 卷筒軸 n =n=22（2）各軸輸入功率軸 PP03.20.993.169 kW 軸 PP3.1690.82.54kW軸 PP2.540.980.972.41 kW 卷筒軸 P卷= P=2.410.990.982=2.29 Kw（3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩 =21.22KN軸 T=21.01KN 軸 TTi1=344.564KN 軸 TTi2

6、=1044.861KN卷筒軸 T卷= T=993.449N表3 蝸桿圓柱齒輪傳動裝置的運動和動力參數(shù)軸名功率P/kW轉(zhuǎn)矩T/（KNmm）轉(zhuǎn)速n/（rmin-1） 傳動比效率電機軸3.221.22144010.99軸3.16921.01144020.50.80軸2.54344.56470.2443.20.882軸2.411044.8612210.95卷筒軸2.29993.44922二、傳動零件的設(shè)計1.齒輪的設(shè)計計算（一）高速級蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計計算1.選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T100851988推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）2.齒輪材料，熱處理及精度蝸桿：45鋼淬火，螺旋齒面要求淬火，淬火后硬

7、度為4555HRC蝸輪：鑄錫磷青銅ZCuSn10Pl,金屬模制造，齒芯用灰鑄鐵HT100 3.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度，傳動中心距 (1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T按z=2, 估取效率渦輪=0.8，則=435055.56N（2）確定載荷系數(shù)K取載荷分布不均系數(shù)K =1，選取選用系數(shù)K=1，取動載系數(shù)K=1.05，則K= KKK=1.05（3）確定彈性影響系數(shù)Z=160MPa(4)確定彈性系數(shù)設(shè)蝸桿分度圓直徑d和傳動中心距a的比值d/a=0.395，因此=2.73(5)確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)蝸輪材料為ZCnSn10P

8、l，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268Mpa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60j nL=60170.24419200=8.09210壽命系數(shù)=0.77則，=0.77268=206.361Mpa（6）計算中心距=117.47mm取中心距a125mm,i=20.5,因此，取m=5，蝸桿分度圓直徑d=50mm。這時d/a=0.0.4， 查圖1118可查得接觸系數(shù)=2.70因為, 因此，以上計算結(jié)果可用4.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及尺寸（1） 蝸桿：軸向齒距P=m=3.145=15.7；直徑系數(shù)q=d/m=10；齒頂圓直徑d= d+2m=50+215=60；齒根圓直徑= d2m(h+

9、)=5025(1+0.2)=37.5；分度圓導(dǎo)程角=111836；蝸桿軸向齒厚S=m/2=7.85。(2) 蝸輪：蝸輪齒數(shù)z=41;變位系數(shù)x=-0.5;驗算傳動比i= z/z=41/2=20.5蝸輪分度圓直徑d=mz=541=205蝸輪喉圓直徑 d= d+2h=205+25(10.5)=210蝸桿齒根圓直徑 = d2h=187.5mm蝸輪咽喉母圓半徑 r=ad/2=21.55.校核齒根彎曲疲勞強度蝸輪齒根的彎曲應(yīng)力：式中：蝸輪齒形系數(shù)，可有蝸輪的齒形系數(shù)= 及渦輪的變位系數(shù)從圖11-19查出；蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa.=K,為計入齒根應(yīng)力校正系數(shù)后蝸輪的基本許用應(yīng)力，由表11-8??；

10、=，其中N為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。當量齒數(shù)z= z/(cos)=41/(cos11.31）43.48根據(jù)x=-0.5, z=43.48 ,因此，=2.855螺旋角影響系數(shù)Y=1=111.31/140=0.9192許用彎曲應(yīng)力=由ZCuSn10Pl制造的蝸輪的基本許用應(yīng)力=56Mpa壽命系數(shù)0.615=560.61534.42MPa=28.34MPay ，所以蝸桿可用。7.驗算效率=（0.950.96）tan/tan(+)已知11183611.31；=arctanf用插值法得f=0.00246、=1.403代入得=0.84，大于原估計值，因此不用計算蝸桿速度：選用蝸桿下置蝸桿8.熱平衡計算m取t=20C

11、 從 =8.15-17.45 W/（mC） 取=17.45W/（mC） 由式（8-14） =79.5C 85C 式中： 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，當周圍空氣流通良好時可取較大值； S內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣冷卻的箱體表面面積，m； 油的工作溫度； t周圍空氣的溫度，常溫下取20。9.蝸桿精度7級精度（二）低速級齒輪傳動的設(shè)計計算1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）斜齒圓柱齒輪與直齒輪傳動比較，具有以下特點：嚙合性好，傳動平穩(wěn)，噪聲??；重合度大，使用壽命長；可使機構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊。故選用斜齒圓柱齒輪傳動。（2）運輸機為一般工作機，速度不高，故選用7級精度（GB 100958

12、8）。（3）材料選擇。由表101選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)=24,大齒輪齒數(shù)3.22477，初選螺旋角14。2.按齒面接觸強度設(shè)計按式（1021）試算，即 式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。； 齒面接觸許用疲勞強度。MPa；齒寬系數(shù)；彈性影響系數(shù)，；標準圓柱齒輪傳動的端面重合度；區(qū)域系數(shù)；齒數(shù)比。（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1）試選Kt1.62）由圖1030選取區(qū)域系數(shù)2.4333）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩=21.01N4）由表107選取尺寬系數(shù)15）由圖1026查得0.78，0.87，則1

13、.656）由表106查得材料的彈性影響系數(shù)189.87）由圖1021d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的解除疲勞強度極限。8）由式1013計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)6070.2441192008.092 2.549）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.95；0.9710）計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1，安全系數(shù)S1，由式（1012）得=570MPa =533.5MPa=551.75MPa（2） 計算1）試算小齒輪分度圓直徑，由計算器公式得=86.942）計算圓周速度v=0.32m/s3）計算齒寬b及模數(shù)b86.94=3.515h=2.25=2.253.515mm=7.909b/h=85

14、.94/7.909=10.994） 計算縱向重合度=0.318124tan14=1.9035）計算載荷系數(shù)K已知載荷平穩(wěn)，所以取使用系數(shù)=1根據(jù)v=0.32m/s,7級精度，由表108查得動載系數(shù)=1.01；由表104查得=1.43，由圖1013查得=1.36,由表103查得=1.4。故載荷系數(shù)=11.011.41.43=2.0226）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得=947）計算模數(shù)=3.83.按齒根彎曲強度設(shè)計由式(1017)（1） 確定計算參數(shù)1）計算載荷系數(shù)=11.011.41.36=1.9232） 根據(jù)縱向重合度1.903，從圖1028查得螺旋角影響系數(shù)=0

15、.883） 計算當量齒數(shù)26.2784.294）查取齒型系數(shù)由表105查得=1.596；=1.7745）查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得=1.596；=1.76766）由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500 Mpa,；大齒輪的彎曲疲勞強度極限=380Mpa7）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.94，=0.988）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S1.4，由式（1012）得=328.57MPa=255.149）計算大、小齒輪的并加以比較=0.0126=0.0111大齒輪的數(shù)值大。（2）設(shè)計計算=2.441.214齒輪端面與內(nèi)機壁距離12機蓋肋厚8.5機座肋厚m8.5軸承端蓋

16、外徑97，170，185軸承端蓋凸緣厚度e12，15軸承旁連接螺栓距離s179，197 表5 連接螺栓扳手空間、值和沉頭直徑表 螺栓直徑M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉頭座直徑202426324048603.軸的設(shè)計計算（一）I軸的設(shè)計計算1. 軸I上的功率=3.169kw, 轉(zhuǎn)速=1440r/min,轉(zhuǎn)矩=21.01N，軸II上的轉(zhuǎn)距344.564N2.求作用在蝸桿蝸輪上的力已知蝸桿的分度圓直徑=50，蝸輪分度圓直徑205而3初步確定軸的最小直徑，取=112，于是得計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩，取=1.5N選用LT4彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公

17、稱轉(zhuǎn)矩為63000N。半聯(lián)軸器的孔徑20，故取=20,半聯(lián)軸器長度L52，半聯(lián)軸器與配合的轂孔長度384.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）擬定軸上零件的裝配方案如圖所示的裝配方案（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸段右端需制定一軸肩，軸肩高度h=2.5mm,=25mm；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑=30mm,半聯(lián)軸器與軸配合的孔長度=38mm,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器而不壓在軸的端面上，故段的長度略短一些，現(xiàn)取=36mm2）初步選擇滾動軸承，因軸承同時承受徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，并根據(jù)25mm,選取32306，其尺寸，故

18、30,而=50mm,軸肩高度h=3mm,因此=363）取蝸桿軸軸段直徑,蝸桿齒寬=53,經(jīng)磨削后53+25=78,即1024）軸承端蓋的總寬度為25mm，由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑要求，取端蓋的外端面于半聯(lián)軸器左端面間的距離15mm，故=40mm5）為保證蝸桿與蝸輪嚙合，取=65至此已初步確定軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的周向定位為了保證半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵按直徑查表查得平鍵截面，長為，半聯(lián)軸器與軸的配合為；滾動軸承的配合是由過盈配合來保證的（4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2取軸端倒角145。各軸肩處的圓角半徑取R1。5. 軸

19、的強度計算（1） 求兩軸承受到的徑向載荷和將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系：則，（2） 求兩軸承的計算軸向力和對于圓錐滾子軸承，按表13-7，軸承的派生軸向力,其中，Y是對應(yīng)表13-5中的Y值，其值由軸承手冊查出。手冊上查的32306的基本額定載荷C=81500N, =96500N。e=0.31，Y=1.9。因此可得 =281.7N=127.2N按式（1311）得 =3488.8N =127.2N因為，故X=0.40, Y=1.9;S=1.5故可知其安全截面右端 抗彎截面系數(shù)W=0.1d=0.1*55=16638mm 抗扭截面系數(shù)W=0.2 d=0.2*55=33275

20、mm彎矩M及彎曲應(yīng)力為： M=78013.6Nmm =M/W=4.69Mpa扭矩T及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：T=344564Nmm = T/ W=10.36Mpa過盈配合處的k/，用插值法求出，并取k/=0.8 k/ ，得 k/=3.16 k/=0.8 k/=2.53軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92故得綜合系數(shù)為：K= k/+1/-1=3.25 K= k/+1/-1=2.62因此，軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為： S=/（K+）=6.09 S=/（K+）=15.3 S=（SS）/（S+ S）=5.66S=1.5故該軸在截面右側(cè)的強度也足夠（3） III軸的設(shè)計計算1軸III上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩1044

21、8612求作用在齒輪上的力已知大齒輪的分度圓直徑3053初步確定軸的最小直徑，取=112計算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩，取=1.3N選用HL5型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為2000000N。半聯(lián)軸器的孔徑60，故取=60,半聯(lián)軸器長度L142，半聯(lián)軸器與配合的轂孔長度1074軸的機構(gòu)設(shè)計（1）擬定軸上零件的裝配方案如圖所示的裝配方案（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，-軸段左端需制定一軸肩，軸肩高度h=3mm,d=66mm; 右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑=68mm,半聯(lián)軸器與軸配合的孔長度=107mm,故-段的長度略短一些，現(xiàn)取=104mm2）初步選

22、擇滾動軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，根據(jù)=66,選取7214AC軸承，其尺寸故703）取安裝大齒輪處的軸段直徑=55mm,齒輪的左端與軸承之間采用套筒定位，加擋油環(huán)，為了使套筒可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，其寬度為100，故取=96mm,齒輪的采用軸環(huán)定位，軸環(huán)高度h=6mm,=87mm,=94）軸承端蓋的總寬度為47mm，由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑要求，取端蓋的外端面于半聯(lián)軸器左端面間的距離15mm，故=62mm5）為了保證斜齒的嚙合，取齒輪端面到內(nèi)機壁的距離；考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時應(yīng)

23、距箱體內(nèi)壁一段距離,取=10mm，已知滾動軸承寬度，則=B+=46mm, =B+(10096)=50mm至此已初步確定軸的各段直徑和長度。至此已初步確定軸的各段直徑和長度。6）軸上零件的周向定位為了保證半聯(lián)軸器與軸的連接，按由表查得平鍵截面，長為，半聯(lián)軸器與軸的配合為；按由表查得平鍵截面，長為，同時為了保證齒輪和軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；滾動軸承的配合是由過盈配合來保證的7）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表15-2取軸端倒角245。各軸肩處的圓角半徑取R2。5精確校核軸的疲勞強度1判斷截面左右兩側(cè)為危險截面2、截面右側(cè) 抗彎截面系數(shù)W=0.1d=0.170=34300mm

24、抗扭截面系數(shù)W=0.2 d=0.250=68600 mm 截面右側(cè)的彎矩M為M=510009.7(86-48)/86=225353.13Nmm 截面上的扭矩T=1044861Nmm 截面上的彎曲應(yīng)力=M/W=6.57Mpa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力= T/ W=15.23Mpa軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表15-1得=640Mpa,=275Mpa,=155Mpa截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按表查取，因r/d=2.0/70=0.03,D/d=75/70=1.07,經(jīng)插值后可查得=2.0，=1.32軸的材料的敏性系數(shù)為q=0.82 q=0.85故有效應(yīng)力集中系數(shù)為k=1+ q(-1)=1.

25、82 k=1+ q(-1)=1.272由尺寸系數(shù)=0.68,扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)=0.81軸按磨削加工，可得表面質(zhì)量系數(shù)=0.92軸未經(jīng)表面強化處理，即=1，則得綜合系數(shù)為 K= k/+1/-1=2.76 K= k/+1/-1=1.66 碳鋼的特性系數(shù)=0.10.2，取=0.1 =0.050.1，取=0.05計算安全系數(shù)S值，則得： S=/（K+）=14.42 S=/（K+）=9.79 S=（SS）/（S+ S）=8.1S=1.5故可知其安全截面左端 抗彎截面系數(shù)W=0.1d=0.175=42188mm 抗扭截面系數(shù)W=0.2 d=0.275=84375mm彎矩M及彎曲應(yīng)力為：M=225353.1Nm

26、m =M/W=5.34Mpa扭矩T及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：T=1044861Nmm = T/ W=12.4Mpa過盈配合處的k/，用插值法求出，并取k/=0.8 k/ ，得 k/=3.16 k/=0.8 k/=2.53軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92故得綜合系數(shù)為：K= k/+1/-1=3.25 K= k/+1/-1=2.62因此，軸在截面左側(cè)的安全系數(shù)為： S=/（K+）=15.1 S=/（K+）=7.74 S=（SS）/（S+ S）=6.97S=1.5故該軸在截面左側(cè)的強度也足夠。三、其他附件的選擇1視孔蓋 選用A=140mm的視孔蓋。2通氣器選用簡易通氣器M201.53油面指示器根據(jù)指導(dǎo)書表14.13，選用桿式油標M204油塞 根據(jù)指導(dǎo)書表14.14，選用M201.5型油塞和墊片5起吊裝置 根據(jù)指導(dǎo)書，箱蓋選用吊耳d=16mm6定位銷 根據(jù)指導(dǎo)書表11.30，選用銷GB/T 117-2000 A8357起蓋螺釘選用螺釘M1230四、密封與潤滑1齒輪的潤滑采用浸油潤滑，由于高速級蝸桿浸油深度3050mm，取深h=32mm。根據(jù)指導(dǎo)