单级蜗杆减速器课程设计

1、机械工程学院机械设计课程设计说明书设计题目:单机蜗轮蜗杆减速器课程设计专业：机械设计制造及其自动化班级：13机制姓名：学号指导教师：王利华张丹丹2016年7 月3 日K =1Ka1. 设计题目设计用于带式输送机传动装置的单级蜗杆减速器。KV =1zi =22. 原始数据Z2=29输送带工作拉力F=2400N输送带速度V=s；卷筒直径 D=300mm3.工作条件H =268MPa班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用期限10年，小批量生产；允许输送带速度误差为± 5%;生产条 件是中等规模机械厂，可加工78级精度的蜗杆及蜗 轮，动力来源是三相交流电(220V/380V)。N 1.4604

2、4 108Khn= 0.72H =191.69 MPa4.传动系统方案的拟订m=8蜗杆蜗轮B=64mmVs=S蜗轮轴蜗杆轴蜗杆轴米用30305型圆锥滚子轴承Cr =蜗轮轴采用30313型圆锥滚子轴承Cr=152KNCor=188KN联轴器与轴的周向定 位采用双圆头平键连接 联轴器与轴的周向定设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机一一联 轴器一一减速器一一联轴器一一带式运输机。优点是传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于 繁重及恶劣条件下长期工作。缺点是效率低，发热量 较大，不适合于传递大功率。、设计计算1.选择电机电动机的功率由以知条件可以计算出工作时所需的有效功率 查阅参考文献【2】中

3、表2-2可知位采用双圆头平键连 接蜗轮轴上蜗轮与轴的 周向定位采用双圆头 平键连接电动机与蜗杆轴之间 的联轴器型号为LX1 蜗轮轴与卷筒轴之间的 联轴器型号为LX4 蜗杆圆周速度为联轴器效率 滚动轴承效率2卷筒效率40.96传动系统总效率n 总=1122334 =双头蜗杆效率式中:12 一 22321 X 0,99=工作时所需电动机功率为电动机转速的选择输送机滚筒轴的工作转速为50.93r60*1000v60*1000* 0.8 nw r/mimD3.14* 300电动机型号的选择根据工作条选取同步转速为750m/s的电动机，件，查阅参考文献【2】中表16-1可知，应选择的电 动机型号为丫13

4、2M其主要性能参数为额定功率Pm3kW满载转速nm7%传动比的分配总传动比22 Z1013.9414nw 59.32.计算传动装置的运动和动力参数各轴转速蜗杆轴 n齿轮轴 ni=710r/min2=710/14=min卷筒轴 n3= n2=min各轴的输入功率蜗杆轴1= Pr*2.74* 0.993.713KW齿轮轴2=P1* 122.713*0.782.116KW滚筒轴P 3=P223342.116* 0.97*0.941.929KW各轴的转矩电机输出转矩PTd=9550三=9550*2.74/710N M 36.855N Mm蜗杆输入转矩= 9550旦 9550* 2.713/710N M

5、 n136.492N M蜗轮输入转矩T2 =9550巳 9550* 2.116/50.71N M n2398.497N M滚筒输入转矩T3 = 9550p39550* 1.929/50.71N Mn3363.28N M类型功率P(kw)转速n(r/min )转矩T(N- m电动机轴3710蜗杆轴710蜗轮轴滚筒轴将以上算得的运动和动力参数列于表 1表1由式K =1;由参考文献【1】表11-5取使用系数Ka =由转速不高，冲击不大，可取动载荷系数Kv =1，则3. 蜗轮蜗杆的设计计算选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速

6、度只是中等，故蜗杆 采用45钢;因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋 齿面要求淬火,硬度为4555HRC蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuS n10P1金属模铸造。为了节约贵重的有色金属 , 仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。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。 确定作用在涡轮上的转距由前面可知T2= m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K=K KA Kv =确定弹性影响系数Ze1因用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故 ZE=160MPa2确定蜗杆齿数Zi和蜗轮齿数Z 由参考文献【1】表11-1，初选

7、蜗杆头数为Z-1 =2蜗轮齿数为z2 = i * z1 28 ,由于z与z2之间尽量要互为质数，取Z229。确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuS n10 P1金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC可从参考文献【1】中表11-7查得蜗轮的基本许用应力H =268MPa应力循环次数假设减速器每天工作16小时，每年按300工作日计, 则寿命为十年时Lh 300*16*10 4800Ch应力循环次数 N=60j n2 Lh =60 X 1 XX48000 1.46044 108寿命系数KhnT 岛O.72H =KHNH =0.72* 268 MPa =191.69 MPa计算m2d1值2

8、3m d11.15 398.497 10（480一）2mm33416.7329 191.69mm3因乙=2,从参考文献【1】表11-2中取模数m=8蜗杆分度圆直径d1 80mm ,分度圆导程角11 18'36''蜗杆与蜗轮主要几何参数中心距a d1d2808*29mm 156mm22蜗杆轴向齿距Pam3.14* 825.13mm直径系数q色80 10m8齿顶圆直径da1d12ham 80 2 18 86mm齿根圆直径df1 d1hf1 d2m(hac*) 60mm蜗杆齿宽b111 0.1z2 m110.1 298 25136.5mm取 b,136.5mm导程角11 18

9、'36''蜗杆轴向齿厚Sa1 m0.58mm12.57mm2蜗轮蜗轮齿数Z229分度圆直径d2=mZ2=8 29232mm蜗轮喉圆直径2 1 8mm 248mmda2 d22 ha 2232齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径1rg2 a 2da2 156-248mm232mm蜗轮宽度B 0.75dai 0.7586mm 64.5mm 取B=64mm校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数Zv2ZZ2933COS (COS11.31 )30.76根据Zv230.76，从参考文献【1】中可查得齿形系数Y Fa22.43因为 11 18'36''11.31螺旋角系数=1-

10、 =1-1114001400许用弯曲应力f f，Kfn从手册中查得由ZCuS n10 P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力F =56MPa寿命系数Khn0.72F =x 56MPa =40.32 MPa1.53 1.15 398.497 103F80 232 82.43 0.9192M Pa10.5048M Pa故弯曲强度是满足的。验算效率已知 1118'36''arctan fv ； fv与相对滑动速度Vs有关4小1Vs= 60 1000 cos11.310=S由参考文献【1】表11-18可得fv = .V 1.15代入式中可得（0.830.84），大于原估计值，因此不用

11、重算。精度等级工查核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 选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8f GB/T10089-198&然后由有关手册查得要求的公差项 目及表面粗糙度，此处从略。详细情况见零件图。蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动的热平衡校核公式:其中:蜗杆传递的名义功率P 2.713kW蜗杆传动的总效率0.841箱体散热系数（W/m2C),d (8.1517.45)W/m2 C，取 d 13W/m2C箱体散热面积S 1.2 m2周围空气的温度to 20 C润滑油工作温度的许用值一般取60 70 C ,

12、取t 60 C代入上述数据，得t 20 1000 2.713 0 O.84) r 47.83C t，符合13 1.2要求。4.轴的设计计算蜗轮轴的设计计算选择轴的材料及热处理选用45钢，调质处理。求作用在蜗轮上的力轴向力Ft纽 398-497 2 103 nd22323435.32N径向力FrF tanFtcostan 20cos11.31Ft1275.12N圆周力初步确定轴的最小直径根据参考文献【1】表15-3，取Ao112,由输出的最小轴径显然是安装联轴器处的直径d1，为了考虑转矩变化很小，故取ka=,则则重新选择联轴器LX4, d1 45mm2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩

13、,装和拆卸的方便，取L225 25 50mm使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选 取联轴器型号。联轴器的计算转矩TeaKaT2，查参考文献【1】14-1 ,由参考文献【2】表13-9，选用LX3型弹性柱销联轴 器,联轴器孔径d 40mm，故取，由于键槽的存在，故将直径增大10% 取g (1 0.1) 40 44 mm联轴器与轴配合的长度为84mm，为了保证轴端挡圈 只压在联轴器上而不压在轴的端面，故取第一段长度 为 L1 82mm。装配方案：右端从左到右依次安装甩油环， 滚动轴 承，端盖。左端从右到左依次安装蜗轮、套筒、甩油 环，滚动轴承、端盖和联轴器。图2确定轴的各段直径和长度1

14、段：由上得 g 45mm, L1 82mm ；则d245 2 3.5 52mm ,考虑到轴承端盖的长度和安3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故 选轴承为圆锥滚子轴承，由于d2 52mm查参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30311。其 尺寸为 贝y d3 55mm甩油盘的长度为12mm取齿轮距箱体内壁之间的距离 为18mm，则第三段轴的长度为L3 18mm 12mm 31.5mm61.5mm4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为h 5mm，则d4 d3 2h 65mm，该段与蜗轮接合，蜗轮轮毂L4 1.5d4 1.5 65 97.5mm,为了使套筒能可靠地压

15、紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度,故取L4 95mm5段：轴肩高度为h （23）R，由轴d4 65mm得R 2mm,故取 h 6mm，则 d577mm L5 12mm， 。6 段: d6 d3 55mm L63612 48mm0轴的圆角半径R 2mm，轴端倒角为C2先确定轴的支点位置，查参考文献【2】表12-3 得,对于30311型轴承，a 25mm，则轴的支承跨度为l2 l3 84mm 82.5mm 166.5mm根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图 3所示图3从轴的结构图和弯矩图中可以看出涡轮中心截面C为轴的危险面。现计算截面 C处的各数值对水平面H对垂直面V总弯矩M1 J14298

16、35982932822 仃0721.523N mm扭矩为T T2398.497N m进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭 矩的截面的强度 经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取 0.6,轴的计算应力为caJm12 ( T3)2W6.44 MPa辰兀0三孟MPa0.1 773以选定轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1】表15-1查得1= 60MPa，因此ca 1，故安全。选择轴的材料及热处理选用45钢，调质处理。轴向力 Ft 2T1912.3N径向力Frd1匚tancos338.67N圆周力FaFt tan18246N根据参考文献【1】表15-3，取A110,由的最小轴径显然是安装

17、联轴器处的直径d1最小轴径显然是安装联轴器处的直径d1，为了使所选考虑转矩变化很小，故取 Ka=,则蜗杆轴的设计计算求作用在蜗杆上的力确定轴的最小直径的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴 器型号。联轴器的计算转矩Tea KaT2，查参考文献【1】14-1 ,由参考文献【2】表13-9，选用LX1型弹性柱销联轴 器,联轴器孔径d 19mm，故取d1 19mm，联轴器与轴配合的长度为30mm，为了保证轴端挡圈只压在联 轴器上而不压在轴的端面，故取第一段长度为L1 25mm。装配方案：右端从左到右依次安装套杯、滚动轴承, 挡圈，止动垫圈，圆螺母，端盖，左端从右到左依次 安装套杯、滚动轴承、

18、挡圈，套筒，端盖和联轴器。c图4确定轴的各段直径和长度1 段：由上得 di 19mm , Li 25mm ;2段：为满足联轴器要求，两段轴之间要有定位轴肩,轴肩高度为h （23）R，由轴d1 19mm，查参考文献【1】表14-2，得R 1mm,故取h 2mm，贝Ud2 21mm考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便，端盖与联轴器间的距离为25mm再初选套筒长度为 20mn取 L225 20 45mm3段：由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故 选轴承为圆锥滚子轴承，由于d2 21mm杳参考文献【2】表12-3，所选轴承型号为30305.其尺寸为d D T 25mm 62mm 18.25mm则

19、d3 25mm，选取该段长度为L3 21mm4段：查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为h 4mm，则d4 d3 2h 33mm，取该段长度为 10mm L4 10mm5段：5段轴的直径与3段轴的直径相同，即 d5 d3 25mm 取该段长度为L5 40mmd6 80mm。7段：该段轴的直径与5段轴的直径相同，即dy d5 25mm 取该段长度为L? 40mm6段：其长度与蜗杆齿宽一致，取 L6136.5mm，8段：该段轴与4段轴一致，dg 33mm9段：该段轴与4段轴一致dg 25mm , Lg 21mm10段：该段安装止动垫圈和圆螺母，取 d10 20mmLi0 20mm轴的

20、圆角半径R 2mm，轴端倒角为C2先确定轴的支点位置，查参考文献【2】表12-3 得，对于30305型轴承a 13mm，则轴的支承跨度为l2 l3124.25mm 124.25mm根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图5所示H面。现计算截面C处的各数值对水平面H对垂直面V总弯矩M1 J60325.837H 18745.11$63171.09N mm扭矩为 T Ti 36.492N m按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭 矩的截面的强度 经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取 0.6,轴的计算应力为ca寸M 2 ( T)2 J6570765721 (0.6

21、 364922 , 3 l35lvlPa W0.1803以选定轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献【1】 表15-1查得1= 60MPa，因此ca 1 ,故安全。5轴承的计算计算输入轴轴承初选两轴承为30305型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷 0=基本额定静载荷 Cor 48.0KN，e 0.31，Y 2，受力分析如图6所示F-rhlOFn<Frh2O rd?A"卜、rrvE由以上计算结果可知FrH1 456.15N FrH2 456.15N则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷 P和F2由参考文献【1】表13-5可知对轴 1： X11 Y 0对轴

22、 2： X20.4Y21.9因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表13-6 得 fd1.21.8，取 fd1.4 则验算轴的寿命以为P P2所以按轴承2的受力大小验算减速器的设计寿命为Lh,48000hLh Lh'，故所选轴承寿命满足要求。计算输出轴轴承初选两轴承为30311型圆锥滚子轴承，查参考文献【2】表12-3，可知其基本额定动载荷Cr=152KN基本额定静载荷Cor=188KN e 0.35，Y 1.7，受力分析如图7所示rhlFor.ri1Cl13FJl7由以上计算结果可知则派生轴向力为再求轴承的当量动载荷P和P2因为 F10.29 e由参考文献【1】表13-5可知对

23、轴1： X1对轴2： X20.4丫21.7因轴承运转过程中有中等冲击，由参考文献【1】表FcP以为P P2所以按轴承2的受力大小验算减速器的设计寿命为Lh,48000hLh Lh'，故所选轴承寿命满足要求。d119mm，由参考文献【1】表6-1查得平键截面h 6mm 6mm，键槽用键槽铣刀加工，长20mm。满足P P，该键满足要求。13-6 得 fd 1.21.8，取 fd 1.4 则 验算轴的寿命6键连接的选择的计算蜗杆轴键的计算联轴器与轴的周向定位采用双圆头平键连接，按L普通平键连接的强度条件为由上得丨L b 14mm查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许用压力为 10

24、0MPa 120MPa，故取 p 120MPa，蜗轮轴上键的选择蜗轮轴上蜗轮、联轴器与轴的周向定位都采用双 圆头平键连接。按d1 45mm，d4 65mm由参考文献【1】表6-1查得平键截面b1 h1 14mm 9mm， b2 h2 18mm 11mm键槽用键槽铣刀加工长L, 70mm ； L? 80mm普通平键连接的强度条件为计算得 p1 4000 5419.05MPap 4.5 56 45查参考文献【1】表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许 用压力为 100MPa 120MPa，故取 p 120MPa，满足p1 P , p2 p该键满足要求。7联轴器的校核蜗杆轴联轴器的校核电动机与蜗杆轴之间

25、的联轴器型号为 LX1,查参 考文献【2】表13-9可知，LX1的公称转矩为Tn 250N m，许用转速为n 8500r/min ，而蜗杆轴的转矩为Ti 22.8N.m，转速为n 710r/mi n联轴器的计算转矩Tca KaE 34.2N m则 TeaTn ,nin故联轴器满足要求。蜗轮轴联轴器的校核蜗轮轴与卷筒轴之间的联轴器型号为LX4,查参考文献【2】表13-9可知，LX4的公称转矩为Tn 2500N m，许用转速为n 3870r/min ，由以上计算可知Tea 597.7N m，rb 50.71r/min则Tca Tn， n2 n故联轴器满足要求。8.减速器箱体结构设计箱体结构形式和材

26、料蜗杆圆周速度为n d11440 3.14 0.045, +工v 1 1.672m/s，由于60 60v 10m/s，则采用下置式蜗杆减速器。箱体材料为HT150箱体主要结构尺寸名符尺寸关计算结称号系果由参考文献【2】表5-1，得出表2：机座壁厚+3> 810机盖壁厚10机座凸缘厚度bS15机盖凸缘厚度15机座底凸缘厚度P25地脚螺钉直径+12取M16地脚螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径取M16机盖与机座连接螺 栓直径取M10轴承端盖螺钉直径取M8窥视孔盖螺钉直径取M8轴承端盖外径D2轴承座直径 + (5)da杆：128轮：170定位销直4径d8联接螺栓间距LL=150-200150mm

27、蜗轮外圆与内机壁 距离>S15蜗轮轮毂端面与内 机壁距离12机盖 机座肋厚mi、mmi e1m1010轴承端盖凸缘厚度e(1) d310外机壁到轴承端面 的距离Lic1+c2+(58)36蜗轮离顶壁距离SSS>>12取15mm表2907560705540745mm表3mm减速器的附件 观察孔及观察孔盖为了方便维修和观察减速箱内部的结构，在箱体 顶端设置了观察孔及孔盖。根据箱体的情况选取材料 为HT20Q其尺寸如表3所示：通气器减速器工作时，箱体温度升高，气体膨胀，压力增 大，对减速器各接缝面的密封很不利，故常在箱盖顶或 检查孔盖上装有通气器根据箱体的情况选取材料为 Q235的通气塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-9可 知，如表4所示：dDD1SLlaM20X3022281546表4油塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部最 低位置设有排油孔，通常设置一个排油孔，平时用油塞 及封油圈堵住，根据箱体的情况选取材料为 Q235的油 塞，其尺寸根据参考文献【2】表14-14可知，如表5 所示：dDeslhbRCM20X30242130152411mm表5起吊装置为了方便、经济，起吊装置采用吊耳，选取材料