课程设计——链式输送机用的一级蜗轮蜗杆减速器

1、机械设计课程设计设计计算说明书一、课程设计任务书题目：设计链式输送机用的一级蜗轮蜗杆减速器工作条件：使用时间为 24000 个小时，连续二班工作制，载荷平稳。原始数据：工作机 F= 7 103 N，速度 0.2 m/s，P=80mm，Z=10。设计方案：1、电动机先通过带轮及皮带进行减速，然后带动蜗杆转动；2、蜗杆与蜗轮配合在减速，达到所需的速度进而带动蜗轮转动；3、蜗轮连接工作机使工作机正常运行。图示如下：- 1 -机械设计课程设计设计计算说明书二、电动机的选择由已知可知：n工作 =60 1000 0.2= 12 r / min10 100p工作 = F V = 7 10 3 0.2 = 1

2、.4W1、电动机类型的选择由于本设备工作稳定，冲击载荷较小，综合以后选择电机为 Y 系列（1）电机所需的功率：选择带传动的工作效率为 0.96，联轴器的效率为 0.99，圆锥滚子轴承的效率为0.98，蜗轮蜗杆工作效率为 0.97，工作机的工作效率为 0.98。p电机 =p工作=1.4= 1.65KW0.96 0.98 0.98 0.97 0.99 0.98总3、确定电动机转速n电机输出 = 960 r / min综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，则选同步转速为 1000r/min ,满载转速为 960r/min ，额定功率为 4KW ，质量 8.4kg。4、确定

3、电动机型号根据以上选用的电动机类型及所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 YB2M1-6三、计算总传动比及分配各级的传动比总传动比i = n电机 = 1000 83.33总n工作12i总 = n电机满载 = 960 = 80n工作12而减速器为一级蜗轮蜗杆减速器 ，所以传动比分配如下：i带传动 = 2.5i蜗轮蜗杆 = 32- 2 -机械设计课程设计设计计算说明书所以n蜗杆 = 384 r / min四、运动参数及动力参数计算1、计算各轴转速nI蜗杆轴 = 384r / minn2蜗轮轴 = 12 r / min2、各处的输入及输出功率电机的工作功率：1.182kw输出功率：P = 1.

4、812 0.96= 1.73kw蜗杆的输入功率：P = 1.812 0.96 0.98 = 1.075kw输出功率：P = 1.705 0.97 = 1.645kw蜗轮的输入功率：P = 1.705 0.97 = 1.635kw输出功率：P = 1.653 0.99 0.98 = 1.604kw工作机的输入功率：P = 1.653 0.98 0.99 = 1.604kw输出功率：P = 1.604 0.98 = 1.572kw3、各处的输入输出扭矩电动机的工作转矩：180.256 N m输出转矩：T = 9.55 1061.734= 172.497N m960蜗杆的输入转矩：T = 9.55

5、1061.705= 42.402N m384输出转矩：T = 42.402 0.97 = 42.83N m蜗轮的输入转矩：T = 9.55 1061.653= 1315.513N m12输出转矩：T = 1315.513 0.98 = 1289.202N m- 3 -机械设计课程设计设计计算说明书工作机输入转矩：T = 9.55 1061.604= 1276.517N m12输出转矩：T = 1289.202 0.98 = 1263.418N m电机传动带的的设计1、计算功率 PC查表得 K A =1.1P C = P K A = 1.647 1.1 = 1.812kw保证不打滑2、选择 V

6、带的型号由于工作较平稳且 PC =1.182 kwn=960r/min 查表选择带为普通 V 带 Z 型3、确定带轮基准直径由皮带查表小带轮直径 d1 =95 mm带速V =n1d1=3.14 960 95= 4.77 m / s6000060000又因为i = 2.5取 = 0.02d 2 = (1 - ) i d1 = (1 - 0.02 ) 2.5 95 = 232.75mm232.75则 实际传动比 i = 2.5026(1 - 0.02 ) 95误差=2.5026 - 2.5 100% = 1.04% 120a360符合要求6、确定皮带的根数查表得 P0 = 0.3kwD P0 =

7、0.02kwk = 0.95kl = 0.96Z =Pc=1.812= 6.2( p0 + DP0()k kl0.3 + 0.020.96 0.95取 Z=6 根7、计算带的出拉力和压轴力F 0P 2.521.8122.52= 500 - 1 + qv= 500 - 1+ 0.07 4.77= 53.24NVZ4.77 60.95 k lF = 2 Z F Sin 161.28 = 2 6 53.24 Sin 161.28 = 630.37N022- 5 -机械设计课程设计设计计算说明书蜗杆涡轮传动的设计计算1、选择蜗杆传动类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI)

8、。选择材料考虑蜗杆传动功率不大，速度较小，故用 45 号钢；希望效率高，耐磨性好些，故涡轮蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555 HRC 。涡轮使用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造由。3、按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，传动中心距 ZEZ2a 3KTP H 确定作用在涡轮上的转矩估计蜗杆传动的效率为= 0.981、确定载荷系数 Kk A = 0.9因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数k= 1.1k v = 1k = 0.9 1.1 1 0.

9、92、确定弹性影响系数Z E1因选用铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故Z E = 155Mpa2。3、确定接触系数Z P先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距的比值d1= 0.35，Z p= 2.85a4、确定许用应力H 根据涡轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从教材 P254 表 11-7 中查得涡轮的基本许用应力 H =180MPa。5、应力循环次数N = 60 j n 2lh = 60 1 12 300 5 16 = 1.728 107- 6 -机械设计课程设计设计计算说明书11K HN8寿命系数= = 0.9661.728则 HN = K HN

10、 = 0.966 180 = 173.88Mpa HN 6、计算中心距11Z E Z P2 3 155 2.8523a KT = 0.9 1315308.3 = 197.01mm2 HN 173.88取中心距 a=197mm7、蜗杆与涡轮的主要参数与几何尺寸d1 = 0.68 a 0.875 = 0.68 197 0.875 = 69.21mmm = 2a - d1 = 2 197 - 69.21 = 10.143232查表取 m=10当 m=10 时， 则d1 = 71mm q=7.1 d 2 = 10 32 = 320mm 8、实际中心距 aa = d 1 + d 2 = 320 - 71

11、 = 195.5mm229、校核圆周速度、d1 /av =mz 2 n2=3.14 10 32 12= 0.20096 m / s 3m / s26000060000相对误差=0.20096 - 0.2 100% = 0.48% 5% 符合要求0.2d1=71= 0.363 与假设相近，可以使用a 195.510、几何参数计算- 7 -机械设计课程设计设计计算说明书Z 1 = 1Z 2 = 32蜗杆分度圆导程角=arctan z1 = arctan 1 = 8.02q 7.1齿顶圆直径d a = d1 + 2 m = 71 + 20 = 91mm轴向齿距px = m = 3.14 10 = 3

12、1.4mm分度圆直径d = qm = 7.1 10 = 71mm齿根圆直径d f = d1 - 2 1.2 m = 71 - 24 = 47mm涡轮分度圆d = mz = 10 32 = 320mm齿顶圆d a = d 2 + 2 m (1 + x ) = 320 + 20 1.375 = 347.5mm蜗轮宽B = d a 0.75 = 68.25mm（变为系数 x=0.375）5、校核齿根弯曲疲劳强度1.53K T 2Y F a 2Y F F =d1 d 2则Z V2 =Z2=32= 32.953(cos8.02)3cos查表得Y Fa 2= 2.56 F = 51.7Mpa 计算得Y =

13、 1 -= 1 -8.02= 0.993120 120106 11061K FN99= = 0.729N7 1.728 10- 8 -机械设计课程设计设计计算说明书F = F K FN = 51.7 0.729 = 37.69Mpa而F=1.53 0.9 1316308.3= 7.928Mpa320 71 10F F 弯曲强度满足要求蜗杆轴的选择选用 45 调质，硬度 217255HBS，11 p 1.7433d c = 160 26.48mm12 n 考虑有键槽，将直径增大，则 d 取 30mm结构为阶梯轴，从左至右依次为30 mm, 40 mm, 30 mm, 40mm蜗杆轴的刚度校核31

14、Y =l(F t 1 + F r1) y248EI蜗杆轴惯性矩I =d14=3.14 714= 1246760.59mm46464vsv20.20096= 1.44 m / s=sinsin 8.02查表可知 v= 2 17tantan 8.02转动效率1 =) = 0.775tan( + v )tan(8.02 + 2 171.705蜗杆转矩T1 = 9.55 10 6= 42.402N m功率P1 = 1.812 0.96 0.98 = 1.705kw- 9 -机械设计课程设计设计计算说明书蜗杆切向力F t1=2T 1=2 42402= 1194.45mmd171法向力F n=2T2=2

15、1316308= 8841Nd2 cos cos320 cos 20 cos8.02径向力F r 1 = F n sin = 8841 sin 20 = 3023N取 l = 0.9l 2 = 0.9 320 = 288mm2883221Y =(1194.45)2+ 3023= 0.006334820610 1246760.59 y = d 2 = 320 = 0.32 1000 1000所以 Y y刚度符合要求散热计算总效率= 0.96 0.98 0.98 0.97 0.99 0.98 = 0.868散热面积S = 9 10 - 5 a1.88= 9 10 -5 195.51.88= 1.8

16、26m21000 P 1-)10001.7050.132箱体工作温度t= t+(= 20 += 28.21710d S15 1.826t1 70符合工作环境要求精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从 GB/T10089-1988 圆柱蜗杆蜗轮精度中选择 7 级精度，侧隙种类为 f，标注 8f GB/T10089-1988,然后由有关手册的要求的公差项目及表面粗糙度。TI = 44.25n mTI出 = 43.808n mT2 = 841.122n m- 10 -机械设计课程设计设计计算说明书输出轴的设计计算 1、按扭矩初算轴径选用 45 调质，硬

17、度 50-55HBS，11 p 3 1.6533d c = 106 48mm12 n 考虑有键槽，将直径增大 7%，则 d 取 55mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配一级蜗杆减速器可将涡轮安排在箱体中间，两队轴承对称分布，涡轮由轴肩定位，涡轮周向用平键连接和定位。同时另一边用套筒固定。轴承用端盖定位固定。（2） 轴 为 阶 梯 轴 ， 经 过 计 算 出 取 各 段 直 径 为55mm, 60mm, 62 mm, 64 mm, 60mm2、作用在蜗轮上的力Fa = 1194.45NFn = 8841NFt = Fn tan 20 = 3218NFr = 3023N水平：支反力

18、F AH = F BH =F t=3218= 1609N22C 点弯矩M CH = F AH 60 = 1069 60 = 96540N mD 点弯矩M DH = F AH 60 = 1069 60 = 96540N m垂直：支反力F ad+ F r 601194.45 45.5 + 3023 60F AV =2= 1964.4N120120F BV = FAV - Fr = 3023 - 1964.4 = 1058.6NC 点弯矩M CV = F AV 60 = 1964.4 60 = 117.864N mD 点弯矩M DV = F AV 60 = 1964.4 60 = 117.864N

19、m- 11 -机械设计课程设计设计计算说明书合成弯矩C 点弯矩 M C = M CH 2 + M CV2 = 96540 2 + 117864 2 = 152.35N m22= 96540 2 + 117864 2 = 152.35N mD 点弯矩 M D = M DV+ M DH则M C = M C 2 + ( T ) 2 = 152354.5 2 + (0.6 1316513 ) 2 = 803.87N mM D = M D 2 + ( T ) 2 = 152354.5 2 + (0.6 1316513 ) 2 = 803.87N mT = 0.6 1316513.8 = 789.307N

20、 m圆周力、径向力及轴向力的方向如上图所示：查表得：B = 640Mpa -1 b= 59MpaC 处当量弯曲应力=M C=803.87= 39.34 Mpa 59Mpa0.1 ( 62 0.95)3CW1D 处当量弯曲应力D=M D=803.87= 37.22 Mpa F s1所以 F a1 = F A + F s2 = 4051NF a 2 = F s2 = 833N对轴承 1Fa1=4051 e所以X = 0.4 Y = 1.5Fr15832则 P1 = f P ( XFr 1 + YFa1 ) = 1.2(0.4 5832 + 1.5 4051) = 10091kw对轴承 2Fa2 =

21、 833 P2所以按P2 计算寿命101016667 Cr 316667 92680Lh3= = 70420.47小时n384 P2 10091Lh 24000小时这对轴承符合要求30212查表得 Cr = 102kw Cor= 130kwY = 1.5X = 0.4e = 0.477可得C re = 2Cr = 2 102 = 174877kw99由于两个轴承对称布置，所以只校核一个即可。由以上可知F ad+ F r 1821194.45 45.5 + 3023 182F AV =2= 1932.2N348348- 14 -机械设计课程设计设计计算说明书F AH = 597.23N所以 F

22、r = F AV 2 + F AH 2 = 1932.2 2 + 597.23 2 = 2022.4N则F s =F r=2022.4= 631.9N2Y3.2F a = F a + F s = 3218 + 631.9 = 3849.9NF a =3849.9 eX = 0.4F r2022.4Y = 1.5所以P = f P ( XFr + YF a ) = 1.2(0.4 2022.4 + 1.5 3849.9) = 7900.57kw101016667 Cr 31666717487则Lh=3= 19627.53小时n127900.57 P2因为Lh 24000 小时所以经过 19627 个小时后更换一对 30212 型轴承八、键连接的选择及校核计算1、电机与蜗杆轴连接采用平键连接轴径d = 30mm 查手册选用 A 型平键，得：b=8mm, h=7mm, L=36mm,即：键 836 GB/T1096-2003校核：可知 l = L - b =36-8=28mmT1=172.49Nm查表可得 p =100-120Mpa由公式 p=2T p 得2Tdlkp =2 172.49= 117.34Mpadlk 3