课程设计涡杆减速器 有CAD装配图

1、机械设计基础课程设计课程设计计算说明书学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 指导教师 日 期 2014-12-20 目 录一 设计题目-4二 电动机的选择-5三 计算传动装置运动和动力参数-6四 传动零件的设计计算-8五 轴的设计-13六 轴承的设计-17七 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸-22八 轴的校核-23九 键链接的选择和验算-27十 联轴器的选择计算-27十一 润滑与密封-28 十二 设计总结-30 参考文献-30机械设计课程设计任务书一、课程设计的目的和意义 机械设计基础课程设计是相关工科专业第一次较全面的机械设计练习，是机械设计基础

2、课程的最后一个教学环节。其目的是： 1、 培养学生综合运用所学的机械系统课程的知识去解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。 2、学习机械设计的一般方法和简单机械传动装置的设计步骤。 3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。4、机械设计基础课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。二、课程设计的内容和份量 1、题目拟订 一般选择通用机械的传动装置作为设计的课程，传动装置中包括齿轮减速器、带传动、链传动、蜗杆传动及联轴器等零、部件。 传动装置是一般机械不可缺少的组成部分，其设计内容既包括课程中学过的主要零件，又涉及到机械设计中常遇到的一

3、般问题，能达到课程设计的目的。（具体题目附在任务书的后面）2、内容 总体设计、主要零件的设计计算、减速器装配图和零件工作图的绘制及设计计算说明书的编写等。 3、份量 减速器装配图一张(AO或A1图纸)，零件工作图二张（齿轮减速器为输入或输出轴、蜗杆减速器为蜗杆轴一张，齿轮或蜗轮一张。）设计计算说明书一份。三、课程设计的步骤和进度 课程设计的具体步骤为：1、设计准备 认真阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸；参观实物和模型，了解设计对象；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。2、传动装置的总体设计确定传动装置的传动方案；计算电动机的功率、转速，选

4、择电动机的型号；计算传动装置的运动和动力参数(确定总传动比；分配各级传动比，计算各轴的转速、功率和转矩等)；3、传动零件的设计计算 减速器以外的传动零件设计计算(带传动、链传动)；减速器内部的传动零件设计计算(如齿轮传动等)。4、减速器装配草图设计 绘制减速器装配草图，选择联轴器，初定轴径；选择轴承类型并设计轴承组合的结构；定出轴上受力点的位置和轴承支点间的跨距；校核轴及轮毂联接的强度；校核轴承寿命；箱体和附件的结构设计。5、工作图设计 零件工作图设计；装配工作图设计。6、整理编写设计计算说明书整理编写设计计算说明书，总结设计的收获和经验教训。下面列表各阶段所占总工作量的大致百分比，以及完成的

5、参考时间：序 号设 计 内 容占总设计工作量的百分比完成阶段设计的参考时间1234567传动装置的总体设计传动零件的设计计算减速器装配草图设计装配工作图设计 零件工作图设计整理编写设计计算说明书答 辩774025885 第1-2天 第3天 第4-5天 第6-9天 第10天第11-13天第14-15天 四、课程设计的基本要求1、认真、仔细、整洁。2、理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理、实用、经济、工艺性好。3、正确处理继承与创新的关系，正确使用标准和规范。4、学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。5、所绘图纸要求作图准确、表达清晰、图面整洁，符合机械制图标准；说明书要求计算准

6、确、书写工整，并保证要求的书写格式。（关于设计计算说明书的编写要求附在任务书后面）一 课程设计题目设计一用于带式运输机的蜗杆减速器。运输机连续工作，空载启动，工作有轻微震动，单向运转使用期限10年，每天工作16小时，每年工作300天。运输带速度允许误差在±5%。×原始数据：运输带拉力：F=3000N运输带速度v=1.5m/s卷筒直径： d=400mm二 电动机的选择2.1选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2.2 选择电动机的容量估算由电动机至运输带的传动的总效率为根据实验指导书查得为联轴器的传动效率初选为轴承传动的传动

7、效率为蜗杆的传动效率为卷筒的传动效率电动机工作所需的工作效率为：其中，因此2.3确定电动机由已知可以计算出卷筒的转速为 取72 按机械设计基础推荐的合理范围，蜗杆传动选择为闭式 （闭式为减速器的结构形式），且选择采用双头传动，同时可以在此表中查得这样的传动机构的传动比是580。故可推算出电动机的转速的可选范围为：查机械设计手册，符合这一范围的同步转速为： , ,根据容量和转速，由机械设计课程设计手册查表12-1 查的电动机型号，因此有以下三种传动比选择方案，如下表：表1 电动机的主要性能方案电动机型号额定功率同步转速满载转速电动机质量最大转矩1Y160M-67.510009601192.02Y

8、132M-47.515001440812.33Y132S2-27.530002900452.3 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比，以及考虑到画箱体时散热面积(选用第2种方案是箱体的散热面积不够)，可见第3种方案比较合适，因此选定电动机的型号是Y132S2-2。该电动机的主要外型和安装尺寸如下表：（装配尺寸图参考机械设计手册）表2 电动机的外型及尺寸中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸132475×280×315216×1401238×8010×332.4 确定总的传动比由选定的电动机满载转速nm 和工作机的

9、主轴的转速 n，可得传动装置的总的传动比是： 在580范围内可以选用双头闭式传动。三 计算传动装置运动和动力参数3.1 计算各轴的转速为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速。为蜗轮的转速，由于和工作机联在一起，其转速等于工作主轴的转速。 3.2 计算各轴的输入功率为电动机的功率 蜗杆轴的功率 蜗轮轴的功率 工作机主轴的功率 3.3 计算各轴的转矩 为电动机轴上的转矩 （1）输入转矩：蜗杆轴上的输入转矩 蜗轮轴上的输入转矩 工作机轴的输入转矩（2）输出转矩：蜗杆轴上的输出转矩 蜗轮轴上的输出转矩 工作机轴的输出转矩表3 各轴动力参数表轴名功率P/kw转矩T/×

10、;1000(Nm)转速n/(r/min)效率传动比i输入输出输入输出电动机轴7.524.629000.981蜗杆轴7.357.2724.2023.9429000.8011.3蜗轮轴5.825.76771764720.981卷筒轴5.645.5974874172四 传动零件的设计计算4.1选择蜗杆类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。4.2材料选择 考虑到蜗杆传动的功率不大，速度中等，故蜗杆采用45刚；而又希望效率高些， 耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC；蜗轮选用铸锡青铜（ZCuSn10P1）,砂模铸造；为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜铸

11、造，而轮芯用灰铸铁（HT150）制造。4.3按齿面接触强度设计 确定作用在蜗轮上的转矩 确定载荷系数 因工作机为带式输送机，所以载荷不均匀系数=1；由表11-5选取使用系数=1；由于转速不高，冲击不大，所以取动载系数=1.05 确定弹性影响系数 由于选用的是铸锡青铜蜗轮与钢蜗杆相配对，所以确定蜗轮齿数 确定许用应力 根据蜗轮的材料为铸锡青铜，砂模铸造，蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为4555HRC。 查表11-7查的许用应力应力循环次数 寿命系数 则 计算值 因，所以从表11-2中取模数,蜗杆分度圆直径4.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸蜗杆尺寸分度圆直径：齿顶高： 齿根高： 轴向齿距： 直径系数 齿

12、顶圆直径： 齿根圆直径： 蜗杆齿宽： 分度圆导程角： 蜗轮尺寸 蜗轮分度圆直径：； 齿顶高：齿根高：蜗轮喉圆直径：蜗轮齿根圆直径：蜗轮咽喉母圆半径：蜗轮轮缘宽度：圆柱蜗杆传动的主要几何尺寸如下表：表4 圆柱蜗杆传动的主要几何尺寸名称蜗杆（mm）蜗轮（mm）分度圆直径50400齿顶高55齿根高66齿顶圆直径 (喉圆直径)60410齿根圆直径38388蜗杆轴向齿距（蜗轮端面齿距）15.7径向间隙1.26中心距225蜗轮最大直径4224.5 校核齿根弯曲疲劳强度 蜗轮的齿形系数:= 从机械设计基础图11-8中可查得齿形系数2.25 螺旋角系数 许用弯曲应力 查表11-8查得铸锡青铜（ZCuSn10P

13、1）制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 寿命系数 = < 综上所述，弯曲强度校核满足要求。4.6 验算效率 已知=11.31° 查表11-8查得 大于原估计值，符合条件，因此不用重算。4.7热平衡计算初定工作油温 室温 箱体表面传热系数 取12 所需散热面积 需要加散热片，查表11-22查得当蜗杆转速为1550转每分时箱体表面的传热系数为38，由于实际蜗杆转速为1440，所以取36。 散热片面积 箱体面积0.327×0.49×2+0.327×0.13×2+0.08×0.49×2+（0.2+0.49）×0.11

14、47;2×2=0.58 摩擦损耗所产生的热流量 散发到空气中的热流量 因为散发到空气的热流量大于摩擦损耗所产生的的热流量，所以热平衡满足要求。 五 轴的设计5.1蜗杆轴的设计 蜗杆轴上的功率、转速和转矩：，1.初步确定轴的最小直径 考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要向蜗轮传递转矩，其传递的功率不大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用的45钢，调质处理。查机械设计基础（表14-1）硬度HBS=217 255HBS，取230。强度极限=640 MPa，=355MPa，=275Mpa由机械设计15-3，先初步校核估算轴的最小直径：取C=110,则，考虑到有键槽，将直径扩

15、大7，则最小轴径2. 蜗杆的结构设计 由于蜗杆轴的最小轴径段要通过联轴器和电动机输出轴相连，因为联轴器是标准件，所以为了选择联轴器方便将蜗杆轴的最小轴径选为和电动机轴径相同都为38mm。蜗杆轴草图 从左向右依次为第一段轴、第二段轴、第三段轴 第一段轴径 第一段轴径会影响后面其它段轴径的设计，电动机的轴径为38mm，并且蜗杆轴上有较大的轴向力，需要的轴承较大。所以将第一段轴轴径取大一点，取到35mm。这样还方便甩油环和联轴器的选择，增大轴径不会对系统有太大的影响，还加强了轴的刚度，使轴更安全。第一段轴与联轴器配合，选用联轴器GY5，查表8-2可得L=82,所以定 第二段轴与轴承配合(轴颈段) 第

16、二段轴与轴承端盖配合，并且与第一段轴之间的轴肩为过渡轴肩，所以取38mm。轴承端盖密封处总厚度为15mm，并且根据装配图轴长取30mm，所以第二段轴长取30mm。 第三段轴 第三段轴与轴承配合，轴承已经计算得出，轴承内径为40mm，所以第三段轴轴径为40mm。 第四段轴轴径 由于第三段轴与第四段轴间的轴肩要定位轴承，为定位轴肩，所以, 轴环宽度一般取20. 第五段轴轴径 由于但是蜗杆齿根圆直径为38mm，而且第四段轴轴径为50mm，所以将蜗杆的螺旋部分与轴做成一个整体，为了在加工蜗轮时能正常退刀，故第四段轴轴径定为38mm。第五段轴长度 第六段轴轴径 因为第六段轴为蜗杆的螺旋部分，且蜗杆齿顶圆

17、直径为60mm，所以 第六段轴为蜗杆的螺旋部分，为了加工方便两边采用斜面过渡，各5mm，故 第七段轴轴径 第七段轴作用与第四段轴作用相同，并且蜗杆螺旋部分刚好也在轴的两支撑点的中心处，所以轴径相同。第七段轴与轴承配合，长度为 第八段轴轴径 第八段轴上与第四段轴作用相同，都是用来定位轴承的，故轴径为。第八段轴为轴环宽度取20mm。 第九段轴轴径 第九段轴与轴承配合，轴承已计算中算出，轴承型号已定出，故轴径为40mm。 第九段轴与溅油盘、轴承配合，轴承端盖外面还要多出来一点，所以 第十段轴 第十段轴与轴承端盖配合，并且与第九段轴之间的轴肩为过渡轴肩，所以取38mm。轴承端盖密封处总厚度为15mm，

18、并且根据装配图轴长取30mm，所以第二段轴长取30mm。 第十一段轴轴径 第十一段轴是用来装散热风扇的，轴径无特殊要求，先初定为20mm，轴长定为60mm。3. 蜗轮轴的结构设计单级减速器中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左边由轴肩定位，右面用套筒定位。轴向固定用平键和过渡配合，两轴承分别以轴肩和套筒定位。 蜗蜗轮轴草图 从左向右依次为第十二段轴、第十一段轴第十八段轴 蜗轮轴最小轴径考虑到有两个键槽，将直径扩大13，则最小轴径 第十二段轴轴径 第十二段轴与轴承配合，轴承在计算中已经算出，所以轴承已选出，轴承内圈已定，故第十段轴径为。第十段轴与轴承配合轴承宽度21mm，由于轴端

19、要倒圆角，所以取25mm。 第十三段轴轴径 取69 第十三段轴与第段十轴之间的轴肩要用来定位轴承，故为定位轴肩。所以，查设计手册表6-7，查得轴承30212的值为69，所以第十一段轴的轴径取为69mm。由于蜗轮在箱体的中间，通过画图可得 第十四段轴的轴径 取82 第段十四轴为轴环，长度定为15mm用于定位蜗轮，所以轴径为了加工方便取82mm。 第十五段轴轴径 第十五段轴与蜗轮配合，涡轮使用的是套筒定位第十五段轴与第十四段轴的轴肩为过渡轴肩，所以。第十三段轴与蜗轮配合，蜗轮通过套筒实现轴向定位，所以该段长度比蜗轮厚度小1到2毫米，取50mm。 第十六段轴轴径 第十六段轴与轴承配合（轴颈段），由于

20、蜗轮轴上选用的两个轴承相同，所以轴径也相同。第十五段轴与套筒、轴承、端盖配合，故 第十七段轴 第十七段轴与轴承端盖配合，并且与第十六段轴之间的轴肩为过渡轴肩，所以。轴承端盖密封处总厚度为15mm，并且根据装配图轴长取30mm，所以第二段轴长取30mm。 第十八段轴轴径 取55 第十八段轴为外伸轴端，轴径最小计算出的所需最小轴径为47.56mm，但由于蜗轮轴上有两个键槽，所以需要将轴径放大到1.13倍，故轴径为 取55mm。第十五段轴与联轴器配合，查表8-2的L为112，故取150mm。六 轴承的设计 由于轴和轴承的设计相互影响。如果先算轴再算轴承，在计算轴承的时候可能会出现轴承内圈直径比轴颈段

21、的轴径大，若是这样轴就需要重新计算；如果计算出的轴承内圈直径比已算好轴颈段的轴径小，这时只需要在同种类型的轴承中选取一个内圈满足轴颈段轴径的轴承即可（应为同一类型轴承内径越大承载能力就越强，同一类型的内径小的轴承都能满足，那么内径大一些的轴承也能满足需求）。所以先跟据蜗轮和蜗杆上的受力情况计算轴承。6.1蜗杆轴轴承的选择及承载能力计算1 蜗杆轴上轴力的计算 由课本249页图11-16可得蜗杆轴上的受力情况为 1轴承的选择由于同时有轴向力和径向力，选用推力球轴承和深沟球轴承组合使用，查机械设计课程设计手册表6-8查得：推力球轴承51408，基本额定动载荷：基本额定静载荷：极限转速（油）： 由于蜗

22、杆螺旋部分正好在轴的两支撑点间的中点处，可计算得 当量动载荷： 112KN 轴承51408合适当量静载荷： 查课本表13-8查得 取2 7.71KN205KN轴承51408合适用深沟球轴承承受径向力，选用的深沟球轴承为6308且已知，基本额定动载荷：基本额定静载荷： 当量动载荷：轴承6308合适 当量静载荷： 查课本表13-8查得 取2轴承6308合适6.2蜗轮轴轴承的选择及承载能力计算2 蜗杆轴上轴力的计算 由课本249页图11-16可得蜗杆轴上的受力情况为 1轴承的选择由于同时有轴向力和径向力，所以选用圆锥滚子轴承30212（在第四次计算中已算出），查机械设计课程设计手册表6-7查得：，基

23、本额定静载荷：基本额定动载荷：极限转速（油）： 由于蜗杆螺旋部分正好在轴的两支撑点间的中点处，可计算得 ，查表16-11得，X=0.4，Y=1.5当量动载荷：102轴承30212合适当量动载荷：查课本表11-5查得 轴承30212合适综上蜗杆轴上的两个轴承都为30212 七 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸名称符号蜗轮蜗杆减速器选用箱座壁厚0.04a+3812箱盖壁厚10箱盖凸缘厚度1.515箱座凸缘厚度1.518箱座底凸缘厚度2.530地脚螺钉直径0.036a+12M20地脚螺钉数目250时，n=44轴承旁联结螺栓直径0.75M15机盖与机座联结螺栓直径(0.5-0.6) M10连接螺栓的间距1

24、60轴承端盖螺钉直径(0.4-0.5) M10窥视孔盖螺钉直径(0.3-0.4) M8定位销直径(0.7-0.8) 至外机壁距离见表4至凸缘边缘距离见表4轴承旁凸台半径20凸台高度根据轴承座外径确定48外箱壁至轴承座端面距离+(5-10)40铸造过渡尺寸见表1-38x=3,y=15r=5蜗轮顶圆与内箱壁距离>1.220蜗轮轮毂端面与内壁距离>20箱座、箱盖肋厚m10.85,m=0.85m1=10m=8轴承端盖外径D+(5-5.5)d3130轴承端盖凸缘厚度(1.2-1.3)12轴承旁联结螺栓距离SD2130 八 轴的校核8.1 蜗杆轴的校核 求作用在蜗杆及蜗轮上的力圆周力轴向力 径

25、向力 其中（1）垂直面的支承反力（2）水平面的支承反力（3）绘垂直面的弯矩图（如图B）（4）绘水平面的弯矩图(如图C)（5）求合成弯矩（如图D）（6）该轴所受扭矩为 （7）求危险截面的当量弯矩从图可得，弯矩，扭矩的最大处截面最危险，其当量弯矩为（其中查表可得）（8）按弯扭合成应力校核轴的强度由机械设计基础14-5式，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查得。因此<，故安全。（9）由于轴的最小直径是按扭转强度很宽裕地确定的，由蜗杆轴受力情况知截面C处应力最大，但其轴径也较大，且应力集中不大，各处应力集中都不大，故蜗杆轴疲劳强度不必校核。8.2 蜗轮轴的校核圆周力，径向力，轴向力

26、与上面相同，（1）垂直面的支承反力（2）水平面的支承反力（3）绘垂直面的弯矩图（如图b）（4）绘水平面的弯矩图(如图c)（5）求合成弯矩（如图d）（6）该轴所受扭矩为 （7）求危险截面的当量弯矩由上可知其当量弯矩为（其中查表可得）（8）按弯扭合成应力校核轴的强度由机械设计基础14-5式，轴的计算应力因此，<，故安全。九 键连接的选择和验算9.1高速轴键联接的选择和强度校核输入轴与联轴器端采用平键连接，根据轴径,查手册选用A型平键，得，即键 GB/T 1096 键 10×8×50，又轴和联轴器材料均为钢，由机械设计基础6-2得，许用应力，取110Mpa，键的工作长度，由

27、6-1得，9.2 低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核根据轴径,查手册选用A型平键，得，即键 GB/T 1096 键 16×10×120，由机械设计基础6-2得，许用应力，取110Mpa，键的工作长度，由6-1得，综上所述，减速器所用的键均符合设计要求。十 联轴器的选择计算10.1与电动机输出轴相连接的联轴器的选择1.计算联轴器的转矩，由机械设计基础17-1得，电动机作原动机的情况下，取，2.型号选择由前面的计算，查手册表8-5，选用凸缘联轴器GY5型，主要参数如下：公称转矩：许用转速：，所以该联轴器符合要求。10.2与减速器输出轴相连接的联轴器的选择1.计算联轴器的转矩由

28、，由机械设计基础17-1得，取，2.型号选择由前面的计算，查手册表8-2，选用凸缘联轴器GY7型，主要参数如下：公称转矩：许用转速：，轴孔长度，所以该联轴器符合要求。十一 润滑与密封11.1 减速器的润滑蜗轮传动部分采用浸油润滑, 查机械设计手册表7-1，润滑油的粘度为。轴承采用脂润滑，查机械设计手册润滑脂的牌号为ZL-2。蜗轮圆周速度v<5m/s所以采用浸油润滑；轴承都采用油润滑。蜗轮轴轴承通过溅油环将油甩在上箱体上，当润滑油在重力作用下沿箱壁往下流时，流入油道对轴承进行润滑。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1 对于蜗杆下置一般为（0.751）个齿高，但油面不应高于蜗杆轴承下方滚动体中心，取浸油深度H1为10mm。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热，取油池深度H23050mm。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、被污染的程度。查手册选择L-CKB 150号工业齿轮润滑油。油量0.35到0.7升每千瓦，油量范围为2.57到5.14升，油多一点散热较好，实际油量。所以油量满足要求。11.2 密封减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接合面和轴承盖、窥视