单机涡轮蜗杆减速器说明书(课程设计)

1、课程设计说明书 课程名称：课程设计 设计题目：带式运输机传动装置的设计 学 院：制造科学与工程学院 班 级：机械1106 学 号： 姓 名： 指导老师： 设计时间：2014.01.05一.课程设计任务2二.传动方案的分析与拟定2三.电机的选择3四.传动装置参数的确定5五.传动零件设计7六.蜗轮蜗杆效率及润滑计算9七.蜗轮蜗杆传动几何尺寸9八.涡轮蜗杆疲劳强度校核11九.蜗杆轴、蜗杆轴及涡轮、蜗杆的参数121.蜗轮及蜗轮轴的设计计算122.蜗杆轴的设计计算17十.箱体的设计20十一.减速器热平衡计算21十二.其他部分的设计与选择221.窥视孔盖222.通气器223.减速器的润滑油选择22十三.参

2、考文献22一.课程设计任务题目：设计用于带式运输机的单级蜗杆减速器带式运输机工作原理图：已知条件：1) 工作条件：两班制，连续单向运转，载荷较平稳，室内工作，有灰尘，环境最高温度35；2) 使用折旧期；8年；3) 检修间隔期：四年一次大修，两年一次中修，半年一次小修；4) 动力来源：电力，三相交流电，电压380/220V；5) 运输带速度容许误差：±5%；6) 制造条件及生产批量：一般机械厂制造，小批量生产。原始数据：运输带工作拉力F=2200N；运输带工作速度V=1.1m/s；滚筒直径D=240mm。二.传动方案的分析与拟定（方案f2）电动机轴与减速器高速轴连接用的联轴器，由于轴的

3、转速较高，为了减小启动载荷、缓和冲击，应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，故选用弹性柱销联轴器。减速器低速轴与工作机轴连接用的联轴器，由于轴的转速较低，不必要求具有较小的转动惯量，但传递转矩较大，故选用齿式联轴器。按本次课设要求选择一级涡轮蜗杆减速器，简图如下：1电动机；2一联轴器；3蜗杆减速器；4卷筒；5输送带三.电机的选择 计算与说明 结果1.选择电动机类型 选用Y系列三相异步交流电动机。2.选择电动机容量 卷筒的有效功率为：=2.42kw 式中，查机械设计手册可得 联轴器效率 =0.99 滚动轴承效率=0.98双头蜗杆效率=0.8 卷筒效率 =0.96由电动机至运输带的传动总效率为

4、：=0.72电机的有效效率为：=3.36kw<4kw =2.42kw 3.确定电动机转速 查表得蜗轮传动比： 所以电动机转速的可选范围为87.54 r/min （840）87.54r/min=700.323501.6r/min 符合这一范围的同步转速为1000r/min、1500r/min、3000r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1500r/min的电动机。 根据电动机的类型、容量和转速，由电机手册选定电动机型号为Y112M-4。4. 电动机的外形及尺寸：电动机型号额定功率（kw）满载转速（r/min） 堵转转矩（

5、额定转矩） 最大转矩（额定转矩）质量（kg）轴径(mm)Y112M-4414402.22.34328中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD脚底安装尺寸A×B脚底螺栓直径K轴伸尺寸D×E键连接部分尺寸F×G×D 112400×（115+190）×265 190×140 1228×608×24×28选定电动机型号为Y112M-4。四.传动装置参数的确定 计算与说明 结果1.1 总传动比及分配：=16.45 由于使用涡轮蜗杆单级传动故涡轮蜗杆 取i=17 i=17 1.2 各

6、轴转速 蜗杆轴转速：1440r/min 蜗轮轴转速：87.54r/min1.3 各轴的输入功率 蜗杆轴功率： p1= =3.360.990.98=3.26kw 蜗轮轴功率： =3.260.8=2.61kw 卷筒功率： =2.43kw1.4 电动机轴的输出转矩： =9550 =9550×3.36/1440Nm=22.28Nm蜗杆输入转矩 =22.28×0.99×0.98 Nm =21.64Nm蜗轮输入转矩 =i=21.64×17×0.8Nm=294.30Nm 卷筒输入转矩 =294.30×0.99×0.98 Nm=285.53

7、Nm 类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（N·m）传动比i效率电动机轴3.36144022.28蜗杆轴3.26144021.640.72蜗轮轴2.6187.54294.3017传动滚筒轴2.4387.54285.23将以上算得的运动和动力参数列于下表 1440r/min87.54r/min2.43kw22.28Nm294.30Nm五.传动零件设计 计算与说明 结果 1.蜗轮蜗杆传动主要参数1）选择蜗杆传动类型根据工作条件，采用渐开线蜗杆（ZI）。 （2）选择材料蜗杆：考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；表面淬火至4555HRC。 蜗轮：蜗轮用铸锡磷青

8、铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用45号钢制造。(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。由手册知传动中心距 确定作用在涡轮上的转距 由前面可知=294.30Nm确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数=1;由机械设计手册取使用系数=1.15由转速不高，冲击不大，可取动载荷系数=1.2;K=1.38确定弹性影响系数 因用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=160确定接触系数 假设蜗杆分度圆直径d和传动中心距a的比值d/a =0.32,从而可查得=3.1确定许用接

9、触应力 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,可从手册中查得蜗轮的基本许用应力=268应力循环次数 N=60j=60×1××16000=8.13×寿命系数 = =0.770则 =0.770×268=206.4MPa计算中心距 mm=132.7mm查表取中心距a=160mm,模数m=6.3，蜗杆分度圆直径d1=63mm。这时d1/a=0.39对应的=2.7<3.1，因此以上计算结果可用。确定蜗轮齿数：217=34计算传动中心距蜗轮分度圆直径=m,其中为34，6.334=214.2mm中心

10、距=138.5变位系数 =0.238蜗轮的材料为铸锡磷青钢ZCuSn10P1，用砂型铸造。=0.238六.蜗轮蜗杆效率及润滑计算 计算与说明 结果1. 蜗轮蜗杆速度 蜗杆倒程角蜗杆分度圆圆周速度 蜗杆副滑动速度由于，所以蜗杆下置。2. 验算效率 当量摩擦角 查表并通过插值法求的 验算效率 与所选效率相差不大蜗杆下置七.蜗轮蜗杆传动几何尺寸 计算与说明 结果 中心距： 由前面计算的a=138.5mm,取140mm 蜗杆头数： 涡轮齿数：=34 齿形角： 传动比：i=17 a=140mmi=17蜗杆轴向齿距：=19.79mm蜗杆导程：=39.58mm蜗杆分度圆直径：蜗杆齿顶圆直径：蜗杆齿根圆直径：

11、蜗杆齿高：蜗杆齿宽：=90.72mm蜗轮分度圆直径：=214.2mm蜗轮齿根高：=6.3(1-0.238+0.2)=6.061mm蜗轮齿顶高：=6.3(1+0.238)=7.799mm蜗轮齿高：=(7.799+6.061)mm=13.86mm蜗轮齿根圆直径：=214.2-26.061=202.078mm蜗轮宽度：=56.7mm 蜗轮齿宽：取蜗轮齿宽角：取取B=50mm八.涡轮蜗杆疲劳强度校核 计算与说明 结果1.校核轮齿接触疲劳强度 许用接触应力由参考文献3表8-5查得 弹性影响因数 由可查机械设计图7.7 得 最大接触应力： =166.2MPa<故接触疲劳强度满足要求。接触疲劳强度满足

12、要求2. 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数： =36.12根据0.238，从机械设计图7.8中可差得齿形系数 2.3螺旋角系数：0.90575由机械设计表7.8差得ZCuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力应力循环次数 N=60j=60×1××16000=8.13×寿命系数 = =0.77013.44MPa<故齿根弯曲疲劳强度满足要求。故齿根弯曲疲劳强度满足要求。九.蜗杆轴、蜗杆轴及涡轮、蜗杆的参数1.蜗轮及蜗轮轴的设计计算 计算与说明 结果1).蜗轮轴的材料选择及附图 因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济选用常用材料45#钢，

13、调质处理，查表得b=640MPa ，=60MPa.2).按扭转强度，初步估计蜗轮轴的最小直径初步估计轴的最小直径查表的C取11234.73mm轴伸部位安装联轴器，考虑补偿轴的可能位移，选用齿式联轴器，由转速和转矩得1.15294300=338.445Nm由手册表8-3选GICL2联轴器。公称转矩为1400Nm，半联轴器孔径40mm，半联轴器长度L1=84mm。3).轴段各部分及键尺寸 轴承部件的结构形式：蜗杆减速器的中心距a=140mm，通过查表选择减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。因此，所设计的轴承部件的结构形式如上图所示。然后可按转轴轴上零件的顺

14、序，从dmin处开始设计；(1).轴段1由所选联轴器可得d1=40mm,L1=84mm; (2).密封圈与轴段2 考虑到联轴器右端的固定和密封圈的标准，由手册表7-12，取轴段d2=45mm； 轴段2的长度根据箱体的壁厚、轴承凸台的厚度、轴承端盖的厚度以及联轴器类型确定,可取L2=65mm: (3)轴段3与轴段7： 考虑到涡轮蜗杆减速器有轴向力，轴承类型选用圆锥滚子轴承，轴段3上安装轴承，要使轴承便于安装又符合轴承内径系列，取轴承型号为30210，由手册表6-7得，其内径d=50mm，外径D=90mm，宽度B=20mm，故取d3=d7=50mm，考虑到安装套筒时的位置，取L3=45mm，轴段7

15、安装轴承，故L7=22mm； (4).蜗轮与轴段4： 轴段4上安装蜗轮，d4=d3+4=50+4=54.0mm按照蜗轮的设计，取轮毂宽为65mm；则取L4=62mm; (5).轴段5 轴肩高度h=(0.070.1)d4=3.785.4mm,取h=5mm，即d5=d4+2h=64.0mm;轴肩宽度,即L5=10.00mm; (6).轴段6 由轴承30210在手册表6-7得da=57mm,d6=57mm,L6=10mm;联轴器d1=40mmL1=84mmd2=45mmL2=65mmd3=d7=50mmL3=45mmL7=22mmd4=54.0mmL4=62mmd5=64.0mmL5=10.00mm

16、d6=57mmL6=10mm （7）轴的总长度 L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=84+65+45+62+10+10+22=298mm; (8)键连接： 联轴器及蜗轮的轴向连接均采用普通平键连接，第一段及第四段为键12×8×62 GB/T1096-2003及键16×10×56GB/T1096-2003.4).涡轮轴的受力及强度校核(1):由于蜗杆的直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做蜗杆轴。蜗杆的转矩=21.64Nm,蜗轮的转矩294.30Nm。则作用于齿轮上的圆周力：2747.90N轴向力：686.98N径向力：1020N(2):对涡

17、轮轴作如图受力分析，并作出弯扭图:则在水平面上的支反力：1474.06N,1272.84N最竖直面内的支反力：1184.55N，-164.55N,求出弯矩：，得上图。L=319mm2747.90N1020N1474.06N1272.84N-164.55N,1184.55N，(3) : 轴的弯扭合成强度条件为;查表得,且有=17.28MPa<故轴的强度满足要求。(4) : 轴的扭转刚度条件为有手册得,长度Li(mm)84654562/2=31直径di(mm)40455054；故扭转刚度符合要求。（5) : 键连接的强度条件为键与轮毂键槽的接触高度为k,则k=0.5h；查表可得；对第一段：；

18、 L1=62对第二段：； L2=56故可知涡轮轴键连接强度满足要求。 (6)轴承强度校核轴承型号为30210。 其内径d=50mm，外径D=90mm，宽度B=20mm，轴承正装查表得e=0.42,Y=1.4,C=73.2KN=1891.03N =1283.43N =675.37 N =458.37N;则得 又由则得 ;则得;则有，则按照1轴校核： >4年故涡轮轴轴承寿命满足要求。1891.03N2.蜗杆轴的设计计算 计算与结果 结果1).材料与类型选择及附图因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45号钢，调质处理。渐开线蜗杆。2).初算轴颈轴伸部位安装联轴器，考虑补

19、偿轴的可能位移，选用非金属弹性元件挠性联轴器，由转速和转矩得由前面可知电机周径为28mm由手册表8-5选LX2型弹性销联轴器。3).轴各段尺寸(1)轴段1 由所选联轴器可得d1=25mm,L1=44mm; 由轴段的直径查表得键的尺寸：b×h×L=8×7×26;(2) 轴段2 确定轴段2的直径时，应考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸两个方面。由机械设计表7-12可得d2=30mm,L2=58;(3) 轴段3、9 考虑到蜗杆减速器有轴向力，轴承类型选用圆锥滚子轴承，轴段3上安装轴承，要使轴承便于安装又符合轴承内径系列，取轴承型号为30207，有手册表6-7得，其

20、内径d=35mm，外径D=72mm，宽度B=17mm，故取d3=d9=35mm，取L3=20mm；L9=32mm(4) 轴段4、8轴4、8的两外端固定套筒,h=(0.070.1)d3=2.453.5mm,取h=2.5mm取d4=d8=40mm;取L4=L8=30mm;(5)轴段6由da1=75.60mm，df1=47.25mm.则d6=75.60mm考虑螺旋线长度齿宽，取L6=100mm;联轴器d1=25mmL1=44mmd2=30mmL2=58md3=d9=35mmL3=20mmL9=32mmd4=d8=40mmL4=L8=30mmd6=75.60mmL6=100mm(6)轴段5、7避免轴段

21、直径变化过快，故取d5=d7=46mm;L5=L7=31mm;(7)蜗杆轴总长： L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9=44+58+20+30+31+100+31+30+40=376mm。4).键的强度校核键的连接强度蜗杆轴键的连接强度满足要求。5).轴承受力作出轴承受力图：水平面上：对1点取矩可得 竖直面上：对1点取矩有得 。6)轴承强度校核轴承型号为30210，其内径d=35mm，外径D=72mm，宽度B=17mm，轴承反装由设计手册表6-7得e=0.37,Y=1.6,C=54.2KN 则;d5=d7=46mmL5=L7=31mmL=384mm由得由得则有，则按照1轴校核：故蜗杆轴轴承寿命满足要求。十.箱体的设计箱座壁厚箱盖壁厚箱盖凸缘厚度箱座凸缘厚度箱座底凸缘厚度地角螺