带式输送机用一级蜗杆减速器

1、河北工程大学科信学院课程设计1.设计题目带式输送机用一级蜗杆减速器1.1工作原理、传动方案、工作条件及已知数据工作原理：带式输送机是由输送带完成运送机器零、部件的工作。其传动示意图参见图1-1。图1-1 带式输送机工作装置传动示意图传动方案：工作条件：（1）机器功用 由输送带传送机器的零、部件；（2）工作情况 单向运输，载荷较平稳，室内工作，有粉尘，环境温度不超过35°C；（3）运动要求 输送带运动速度误差不超过5%；滚筒传动效率为0.96；（4）使用寿命 8年，每年350天，每天16小时；（5）动力来源 电力拖动，三相交流，电压380/220V；（6）检修周期 半年小修，二年中修，

2、四年大修；（7）生产规模 中型机械厂，小批量生产。已知数据：已知条件输送带工作拉力F/kN输送带速度卷筒直径参数2.91.54502电动机的选择2.1选择电动机2.1.1选择电动机的类型按工作要求和工作条件选取Y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。2.1.1.1选择电动机容量工作机所需的功率：由电动机至工作机之间的总效率：其中 分别为联轴器、轴承、蜗杆和卷筒的传动效率。查表可知=0.99（滑块联轴器）=0.98（滚子轴承）=0.73（单头蜗杆） =0.96（卷筒） 所以：所以电动机输出功率： 2.1.1.2确定电动机转速根据已知条件计算出工作机滚筒的工作转速为:电动机转速可选范围：

3、2.1.1.3确定电动机型号查表可得：方案号电动机型号额定功率同步转速满载转速总传动比极数1Y132S2-27.5kw3000 r/min2900 r/min46.9522Y132M-47.5kw1500 r/min1440 r/min22.6143Y160M-67.5kw1000 r/min970 r/min15.236经合考虑，选定方案3。因为同步转速较高，电动机价格比较便宜，而且方案3的传动比不是很大，尺寸也不是很大，结构还比较紧凑。2.1.2 计算总传动比和各级传动比的分配2.1.2.1 计算总传动比：2.1.2.2 各级传动比的分配 2.1.2.3 由于为蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆

4、上，其他不分配传动比。3. 计算传动装置的运动和动力参数3.1蜗杆蜗轮的转速：蜗杆转速和电动机的额定转速相同蜗轮转速：滚筒的转速和蜗轮的转速相同3.2功率蜗杆的功率：p1=6.9×0.99=6.83kw蜗轮的功率：p2=6.9×0.73×0.98=4.94kw滚筒的功率：p3=4.94×0.98×0.99=4.79kw3.3 转矩将所计算的结果列表： 参数电动机蜗杆蜗轮滚筒转速(r/min)97097063.6963.69功率(P/kw)6.96.834.944.79转矩(N·m)67.9367.25892.88848.59传动比i1

5、5.23效率0.990.730.964.选择蜗轮蜗杆的传动类型根据 GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆ZI。4.1选择材料考虑到蜗杆的传动功率不大，速度只是中等，故选择45钢，蜗杆螺旋部分要求淬火，硬度为4555HRC，蜗轮用铸锡磷青ZCuSn10P1，金属模铸造，为了节约贵重金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。4.2按齿面接触强度进行设计(1)传动中心矩计算公式如下：(2)确定作用在蜗轮上的转矩 =892.88N·m(3)确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布系数KA=1.1(4)确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=16

6、0(5)确定接触系数先假设蜗杆分度圆d1和传动中心矩a的比值从图11-18可查得=2.9(6)确定接触疲劳极限根据蜗轮材料为ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，可从表11-7中查得无蜗轮的基本许用应力=268MPa(7)计算许用接触应力（8）计算中心距 取中心矩a=200mm这时, =2.7由图11-18查得，因为<， 因此以上计算结果可用。4.3 蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸确定蜗杆的头数 取=2 则，蜗轮齿数=×15.23=30.46,取=31确定模数：1、 蜗杆主要参数齿顶高： 齿根高： 全齿高： 分度圆直径： 齿顶直径： 齿根圆直径： 蜗杆分度圆导程

7、角: 蜗杆轴向齿距：蜗杆导程: 蜗杆螺纹部分长度：取=150mm2、蜗轮主要参数蜗轮齿数：=31，变位系数：验算传动比，这时传动比误差为在允许范围内。蜗轮齿顶高： 蜗轮齿根高：全齿高： 分度圆直径： 齿顶圆直径：齿根圆直径：实际中心距: 咽喉半径: 蜗轮分度圆螺旋角：蜗轮宽度： 蜗杆圆周速度： 相对滑动速度： 当量摩擦系数： 查机械设计书: 4.4 校核轮齿接触疲劳强度1、最大接触应力 满足要求。2、齿根弯曲疲劳强度轮齿最大弯曲应力，由经验可知对闭式蜗杆传动通常只作蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核计算。查得蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算公式为 式中：-蜗轮齿根弯曲应力，单位为MP； -蜗轮齿形系数； -螺

8、旋角影响系数；-蜗轮的许用弯曲应力，单位为Mp；当量齿数 根据 ，查得齿形系数。 螺旋角影响系数 许用弯曲应力 查ZCuSn10P1制造蜗轮的基本许用弯曲应力。寿命系数=0.7 则 校验结果为 。所以蜗轮齿根弯曲疲劳强度是满足要求的。传动啮合效率：搅油效率：根据机械设计书自定为轴承效率：根据机械设计书自定为 总效率： 大于原估计值，因此不用重算。温度计算：散热总面积估算：箱体工作温度： 此处取=15w/（m·c）,中等通风环境5.轴的设计计算及校核5.1轴的材料的选择，确定许用应力考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选取轴的材料为45钢，调质处理。查机

9、械设计书表得 取，于是得轴的最小直径为，与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号计算转矩=,查机械设计书表，选取=1.5，则有=KT=1.5×9.550××4.79/63.69=1077.36Nm考虑轴头有一键槽，将轴径增大5%，即d=48.54×1.05=50.1mm，因轴头安装联轴器，根据联轴器内孔直径取最小直径为d=55mm选联轴器：查表GB /T5843-2003选GY7凸缘联轴器，标准孔径d=55mm轴孔长度 ，J型孔，A型键。5.2蜗轮轴的结构设计根据确定各轴段直径的确定原则，由右端至左端，从最小直径开始，轴段1 为轴的最小直径，已确定

10、,其长度略小于毂孔宽度，取。轴段2考虑联轴器定位及密封圈的尺寸，按照标准轴肩高度,查机械设计手册选毡圈60, JB/ZQ 46061997.所以。轴段3轴段7安装轴承，为了便于安装拆卸应取,且与轴承内径标准系列相符，考虑蜗轮有轴向力存在，故选取角接触球轴承现暂选轴承7013C，查机械设计手册轴承内径d=65mm,外径D=100mm,宽度B=18mm慢慢，内圈定位轴肩直径da=72mm,外圈定位直径Da=93mm,轴上定位端面圆角半径最大为ra=1mm,对轴的力作用点与外圈大端面的距离a3=20.1mm,故d3=65mm,轴承采用脂润油,故L3=64mm.L7=36mm一般同一根轴上选用同一型号

11、的轴承。所以d7=d3=65mm.轴段5和6为轴环,起蜗轮的定位和固定作用，则d5=82mm，d6=77mm。为了保证蜗轮端面与箱体内壁不相碰及轴承拆装方便，蜗轮端面与箱体内壁间应有一定间隙,L5=12mm，L6=82mm。轴段4安装蜗轮，此直径采用标准系列值，d4应略小于d5故取d4=70mm,其长度应比轮毂略短，故取L4=76mm.为保证轴承含在箱体轴承孔中，并考虑轴承的润滑，取轴承端面与箱体内壁的距离为2mm。为了保证联轴器不与轴承盖相碰， 取L2=50mm。因此，定出轴的跨距为（一般情况下，支点按照轴承宽度中点处计算）。蜗轮轴的总长度为。（涡轮轴简图见附录）5.2.3 轴的校核计算按弯

12、扭组合进行强度校核（轴的受力简图及弯扭矩图见附录）（1）绘制轴的受力图蜗轮的分度圆直径：d=248mm 转矩：T=892.88N·m蜗轮的切向力：=2T/d=2×892.88/0.248=7200.65N蜗轮的径向力：=×tan=7200.65×tan20°=2620.82N蜗轮轴向力=×tan=7200.65×tan11.3°=1438.84N（2）求水平面H内的支反力及弯矩由于蜗轮相对支撑点对称布置，故两端支承反力相等。 C截面处的弯矩:（3）求垂直平面V内的支反力及弯矩支反力由得 截面C左侧的弯矩: 截面C右

13、侧的弯矩: 求合成弯矩截面C左侧的合成弯矩:截面C右侧的合成弯矩: 计算转矩: 求当量弯矩:因为单向传动，转矩为脉动循环变化，故折算系数=0.6,危险截面C处的当量弯矩为:计算截面C处的直径，校验强度因此处有一键槽，故将轴径增大5%，即：而结构设计中，此处直径已初定为55mm，故强度足够5.3蜗杆轴的设计5.3.1轴的材料的选择，确定许用应力考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。选取轴的材料为45钢，淬火处理。按扭转强度，初步估计轴的最小直径 5.3.2确定各轴段直径查表GB/T 5843-2003 选用GY3联轴器，标准孔径d=25mm，即轴伸直径为25mm联轴

14、器轴孔长度为：38mm轴的结构设计：从轴段d1=25mm开始逐渐选取轴段直径，d2起固定作用，定位轴肩高度可在（0.070.1）d范围内，故d2=25+（0.070.1）d1 =26.6827.4mm，该直径处安装密封毡圈，取标准直径。应取d2=28mm；d3与轴承的内径相配合，且d3> d2,又应要承受径向力和轴向力，为便与轴承的安装，故选定圆锥滚子轴承，轴承型号为30306。取d3=30mm。 d4起定位作用，由h=（0.070.1）×d3=（0.070.1）×30=2.13.0mm，取h=3mm，d4=d3+h=30+6=36mm，即d4=36mm。d6=d4=

15、36mm;d7段装轴承，取d7=d3=30mmd5段取蜗杆齿顶圆直径d5=96mm5.3.3确定各轴段长度L1取联轴器轴孔长度38mmL2安装端盖取L2=35mmL3安装轴承，取轴承宽度L3=B=13mmL4和L6为了让蜗杆与涡轮正确啮合，取L4=L6=89mmL7也安装轴承和端盖L7=25mmL5为蜗杆轴向齿宽取L5=69mm定出轴的跨度为;L=L4+L6+L5+L3/2+L7/2 =266mm蜗杆的总长度为：L总=L+35+38+19 =358mm5.3.4蜗杆轴的强度校核按弯扭组合进行强度校核（轴的受力简图及弯扭矩图和蜗轮轴相似，故不再作图）（1）绘制轴的受力图（2）求水平面H内的支反力

16、及弯矩 Ft1=Fa2=1438.84N Fr1=Fr2=2620.82NFa1=Ft2=7200.65N由于蜗杆相对支撑点对称布置，故两端支承反力相等。 C截面处的弯矩：（3）求垂直平面V内的支反力及弯矩支反力由得 截面C左侧的弯矩：截面C右侧的弯矩：求合成弯矩截面C左侧的合成弯矩：截面C右侧的合成弯矩：计算转矩：求当量弯矩因为单向传动，转矩为脉动循环变化，故折算系数=0.6,危险截面C处的当量弯矩为:计算截面C处的直径，校验强度因此处有一键槽，故将轴径增大5%，即：，故强度足够。 蜗杆轴的结构示意图如下图所示：6.轴承的校核6.1 校核7013C 查表GB/T297-1994 额定动载荷C

17、r=40.4×103 N 基本静载荷Cor=35.5×103 N（1）求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2由前面设计蜗轮时求得的：Fr1v=499.43NFr2v=2121.39NFr1H=3600.33NFr2H=3600.33N（2）求两轴承计算轴向力Fa1和Fa2查表GB/T297-1994 可知e=0.4附加轴向力：轴向力FA=1438.84N轴承2端被压紧，故求当量动载荷P1和P2查表GB/T297-1994，取X=1,Y=0查表GB/T297-1994，取X=0.44,Y=1.23计算P1、P2，由于载荷平稳取fp=1,则 验算轴承寿命因为P1<P2，所以

18、2危险，故校核2即可： 所以轴承满足寿命要求。6.2校核30306查表GB/T297-1994 额定动载荷Cr=59×103 N基本静载荷Cor=63×103 N（1）求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2由前面设计蜗轮时求得的：Fr1v=227.61N Fr2v=2393.21 N Fr1H=719.42NFr2H=719.42N（2）求两轴承计算轴向力Fa1和Fa2 e=0.31附加轴向力:轴向力FA=7200.65N 轴承2端被压紧，故 求当量动载荷P1和P2查表GB/T297-1994，取X=1,Y=0查表GB/T297-1994，取X=0.4,Y=1.9计算P1、P

19、2，由于载荷平稳取fp=1,则验算轴承寿命因为P1<P2，所以按轴承的受力大的计算不满足设计要求，所以改用一对30306。经计算，满足寿命要求。7键的选择和校核7.1蜗轮与联轴器相配合的键的选择查 GB1095-2003：A型普通平键根据轴的最小直径d=55mm,选择键b*h=16mm×10mmL=70mm(比轮毂宽小些)l=L-b=70-16=54mmk=0.5×h=0.5×10=5mm 不合格，因此改选双键，相隔180°布置，双键的工作长度：l=1.5×54=81mm.由式合适。7.2蜗杆与联轴器相配合的键的选择查 GB1095-20

20、03：A型普通平键根据轴的最小直径d=25mm,选择键b*h=8mm×7mmL=30mml=L-b=30-8=22mmk=0.5×h=0.5×7=3.5mm 合格。8箱体的设计计算8.1箱体的结构形式和材料箱体采用铸造工艺，材料选用HT200。因其属于中型铸件，铸件最小壁厚810mm，取=10mm8.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系如下表： 名称减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =10mm 箱盖壁厚1 1=0.8=9.6mm 取1=10mm箱座凸缘厚度b1箱盖凸缘厚度b箱座底凸缘厚度b2 b1=1.5×1=15mmb=1.5×=15mm b2=2.5&

21、#215;=2.5×10=25mm地脚螺钉直径及数目 df=0.036a+12=21mm 取df=25mm n=6轴承旁联接螺栓直径d1=0.75df=18.75mm 取d1=20mm盖与座联接螺栓直径 d2=（0.50.6）df 取d2=16mm联接螺栓d2间的间距l=150200mm轴承端盖螺栓直径 d3=（0.40.5）df 取d3=12mm 检查孔盖螺栓直径 d4=（0.30.4）df 取d4=8mmDf，d1，d2至外壁距离 df，d2至凸缘边缘距离 C1=26、20、16 C2=24、14轴承端盖外径 D2=140mm 轴承旁联接螺栓距离 S=140mm轴承旁凸台半径 R

22、1=16mm轴承旁凸台高度轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱盖、箱座筋厚 m1=9mm m2=9mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 1=16mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 2=30mm9键等相关标准的选择本部分含键的选择，联轴器的选择，螺栓、螺母、螺钉的选择，垫圈、垫片的选择，具体内容如下：键的选择：查 GB1095-2003 蜗轮轴与半联轴器相配合的键：A型普通双键，b×h=20mm×12mmGB1095-2003 半联轴器与蜗杆轴的连接：b×h=8mm×7mm联轴器的选择：根据轴设计中的相关数据，查GB4323-1997，选用YL13 凸缘联轴器。螺栓、螺

23、母、螺钉的选择：考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用螺栓GB5782-86，M10×35，数量为3个 M12×100， 数量为6个螺母GB6170-86 M10 数量为2个 M12， 数量为6个螺钉GB5782-86 M10×16 数量为2个 M12×25， 数量为24个 M8×16 数量为12个 销、垫圈垫片的选择：选用销GB117-86，B8×30，数量为2个选用垫圈GB93-87数量为8个选用止动垫片1个选用石棉橡胶垫片2个选用08F调整垫片4个有关其他的标准件、常用件和专用件，详见后续装配图！10

24、.减速器结构与润滑、密封方式的概要说明减速器的结构：本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照后附装配图的基础上完成的，该项减速器主要由传动零件（蜗轮蜗杆），轴和轴承，联结零件（键，销，螺栓，螺母等）。箱体和附属部件以及润滑和密封装置等组成。箱体为剖分式结构，由箱体和箱盖组成，其剖分面通过蜗轮传动的轴线；箱盖和箱座用螺栓联成一体；采用圆锥销用于精确定位以确保和箱座在加工轴承孔和装配时的相互位置；起盖螺钉便于揭开箱盖；箱盖顶部开有窥视孔用于检查齿轮啮合情况及润滑情况用于加住润滑油，窥视孔平时被封住；通气器用来及时排放因发热膨胀的空气，以放高气压冲破隙缝的密封而致使漏油；副标尺用于检查箱内油面的

25、高低；为了排除油液和清洗减速器内腔，在箱体底部设有放油螺塞；吊环螺栓用来提升箱体，而整台减速气的提升得使用与箱座铸成一体的吊钩；减速器用地脚螺栓固定在机架或地基上。减速箱体的结构：该减速器箱体采用铸造的剖分式结构形式，具体结构详见装配图。轴承端盖的结构尺寸，详见零件工作图。减速器的润滑：由于V=4.06 m/s<<12 m/s，应用喷油润滑，考虑成本及需要，选用润滑油润滑。轴承部分采用润滑脂润滑。蜗轮润滑采用N32号涡轮蜗杆油（SH0094-91）最低最高油面距1020mm，油量为1.5L。轴承润滑选用 ZL-3型润滑脂 (GB 7324-1987）油量为轴承间隙的1/31/2。减

26、速器的密封：箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂漆或水玻璃。观察孔和油孔等处接合面的密封用石棉胶橡纸，垫片进行密封。轴承孔的密封、闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部，轴段外伸端透着间的间隙采用毡圈油封。轴承靠近机体内壁处用挡圈油环密封以防止润滑油进入轴承的内部。减速器附件简要说明：该减速器的附件含窥视孔、窥视孔盖、排油孔、油盖、通气空、油标、吊环螺钉、吊耳、吊钩和起盖螺钉，其结构及装配详见装配图。参考文献1、机械设计第八版 濮良贵 纪名刚 主编 -高等教育出版社2、机械设计课程设计 宋宝玉 主编 -高等教育出版社3、机械设计课程设计 殷玉枫 主编 -机械工业出版社4、机械设计课程设计 孙 岩 主编 -北京理工大学出版社5、机械设计课程设计王昆，