机械蜗轮蜗杆设计课程设计书

设计说明书摘要k第第页摘要机械设计课程设计是在完成机械设计课程学习后，一次重要的实践性教学环节。是高等工科院校大多数专业学生第一次全面的课程能力训练，也是对机械设计课程的全面复习和实践。其目的是培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。据具体任务，完成了链式输送机传动用的蜗杆传动减速器设计。设计内容包括传动总体方案的确定，传动系统的设计，重要零件的设计计算，以及箱体的结构设计和一些辅助零件的设计，使自己对机械设计课程内容有了更深刻的认识。初步掌握了机械设计的一般过程，训练了绘图能力以及应用AutoCAD的能力关键词:减速器；蜗杆；机械设计目录摘要1原始数据3选择电动机3计算电动机各参数数据3蜗杆蜗轮的设计5蜗杆的设计8蜗轮轴的设计11轴承的校核15键的验算17润滑的选择18蜗杆传动的热平衡计算19箱体及附件的结构设计19总结22参考文献23原始数据：1、输送链工作拉力F/KN2.82、输送链速度v（m/s）1.33、链轮齿数134、链号28A5、使用期限15年第一章选择电动机1.1电动机功率计算电动机功率1.2电动机转速计算总传动比：查表可知P为44.45mm所以1.3选定电动机型号选用Y132S1-2（转速2900功率5.5kw）第二章计算电动机各参数数据2.1传动比分配单级蜗杆传动传动比为2.2计算各轴的n、P、T2.2.1计算各轴转速2.2.2计算各轴功率2.2.3计算各轴扭矩2.2.4将各轴的运动和动力参数列表总结计算项目电动机轴Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴卷筒轴功率/KW5.55.455.185.02转速/rpm29002900291291扭矩/Nm1811217947169997164746传动比19.9611效率0.980.99表2-1第三章蜗杆蜗轮的设计根据设计要求，蜗杆蜗轮必须满足的条件是使用寿命期限为15年（每年工作300天）单班制工作的蜗杆减速器，已知道输入功率P为5.5KW，蜗杆转速n=2900r/min，寿命3.1选择蜗杆传动类型根据GB/T10085的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）3.2选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜，金属模铸造，为了节省贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3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，再校核齿根弯曲强度，由式：传动中心距也由式：3.3.1确定在蜗轮上的转矩按=2，估取效率，则=169997Nmm3.3.2确定载荷系数因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；由载荷不均匀、有小冲击选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数为则K==1.213.3.3确定弹性影响的系数因选用的是铸锡磷青铜蜗杆和钢蜗杆相配，故=160MP3.3.4确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值，可查得=3.13.3.5确定需用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC。查得涡轮的基本许用应力为=268MPaN=60j寿命系数为0.79则3.3.6计算中心距取中心距a=105mm，因。取模数m=6.3，蜗杆分度圆直径：这时，查得接触系数，因此计算结果可用3.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸3.4.1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：蜗杆分度圆导程角：蜗杆轴向齿距：蜗杆导程：3.4.2蜗轮主要参数蜗轮齿数：，变位系数：验算传动比，这时传动比误差为4%<5%，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：咽喉半径:蜗轮分度圆螺旋角：3.5蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核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则校验结果为。所以蜗轮齿根弯曲疲劳强度是满足要求的。第四章蜗杆的计算4.1蜗杆的详细参数因为蜗杆的结构单一，几何参数为所查资料得，根据经验可知不需对蜗杆的结构及刚度不做特别设计和验算。所以以下只列出了蜗杆的详细参数。传动类型ZI型蜗杆副蜗杆头数Z2模数m6.3导程角螺旋线方向右旋齿形角精度重等级蜗杆8f中心距a180mm配对蜗轮图号轴向齿距累积公差0.045轴向齿距极限偏差0.025蜗轮齿开公差0.040轴向螺旋剖面=Scos=0.4mcos9.866.3表4-14.2蜗轮的设计因为蜗轮用铸锡青铜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，而蜗轮的直径较大，所以对蜗轮的结构设计是必要的。蜗轮的齿圈厚度。在齿圈与轮芯联结处，采用轮箍式。并采用H7/m6配合，并加台肩和螺钉固定，此蜗轮直径较大，。深度为一半左右，装配后将镙钉的头部切掉。4.3蜗轮主要参数如下图：传动类型ZI型蜗杆副蜗轮端在模数6.3蜗杆头数2导程角螺旋方向右旋蜗杆轴向剖面内的齿形角蜗轮齿数48蜗轮变位系数－0.4286中心距180配对蜗轮图号精度等级蜗轮8cGB10089-1988蜗轮齿距累积公差0.125齿距极限偏差0.036蜗轮齿厚表4-24.4蜗杆轴校核4.4.1求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于7210AC角接触轴承，a=26.3,作简支梁的轴的支承跨距。根据轴的简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下图所示图4-1从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的结果列于下载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩=扭矩T表4-34.4.2按弯扭合成应力来校核轴的强度进行校核时，通常只是校核轴上受最大弯矩和扭矩（即危险截面C）的强度。及,并取，轴的抗弯截面系数取W=。轴的计算应力为之前已选定轴的材料为45号钢，调质处理，查得。因此，故此轴的各项要求是安全的。第五章蜗轮轴的设计5.1对蜗轮轴的设计。5.1.1由前面的计算可知轴的主要参数又于是5.1.2求作用在蜗轮上的力已知轴上的蜗轮的分度圆直径为则圆周力N径向力轴向力N5.1.3初步定轴的最小直径初步估算低速轴的最小直径，选用45钢，调质处理。取=110mm，于是得根据工作条件选用YL12型凸缘联轴器，该轴的计算转矩,取,则:查标准GB/T5843-1986可知YL11型联轴器公称转矩许用转速[n]=2900r/min>38r/min选用轴孔直径为60mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L=107mm。所以选用YL11型联轴器能满足要求。5.2轴的结构设计5.2.1拟定轴上的零件的装配方案因为轴上零件只有一个蜗轮，则应将蜗轮放在两轴承的中间，如此轴的受力比较合理。5.2.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1、由轴孔直径知，为了满足半联轴器的轴向定位要求，1—2轴段右端需制出一轴肩，故取；半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1—2段的长度应比略短一些，现取。2、初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用角接触轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的角接触轴承7214AC，其尺寸为，所以可取。由标准GB/T276-1994查得7214AC型轴承的定位轴肩高度4.5mm，因此取安装蜗轮轮处的轴颈处，由计算可取，蜗轮的右端采用轴肩定位。5.2.3轴肩高度h>0.07d，取h=5mm，则取轴环处的直径，轴环宽度b>1.4h，则取，轴肩的右端与左轴承之间采用套筒定位。5.2.4轴承端盖的总宽度为25mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离，故取。5.2.5取齿轮距箱体内壁之距a=16mm，考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，已知滚动轴承宽度T=24mm，因为此轴上只有一个零件，而且并没有其他零件在任何位置对轴的长度造成影响，则蜗轮应位于中心位置，所以，。5.3轴上零件的周向定位蜗轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按蜗轮用A型平键，按,查手册得A型平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为90mm，同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，故选取蜗轮轮毂与轴的配合为H7/n6；半联轴器与轴的联接，用C型平键为，长为，半联轴器与轴的配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，选轴的直径尺寸公差为m6。5.4确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径均为2mm。5.5轴的校核5.5.1求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于7214AC角接触轴承，查得a=35.1mm。因此，作简支梁的轴的支承跨距。根据轴的简图作出轴的弯矩图和扭矩图如下图所示。图5-1从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的结果列于下载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T表5-15.5.2按弯扭合成应力来校核轴的强度进行校核时，通常只是校核轴上受最大弯矩和扭矩（即危险截面C）的强度。取=0.6，轴的抗弯截面系数取=。轴的计算应力为前已选定轴的材料为45号钢，调质处理，查得。因此，故此轴的各项要求是安全的。因为此轴不是特别重要的，所以此轴不需要进行精确校核轴的疲劳强度第六章轴承的校核6.1蜗轮轴轴承的校核查表可知7214AC轴承的=69200N6.1.1求两轴承受到的径向载荷和。将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由力分析可得：2994.74012.9查轴承的有关系数，e=0.68。则轴承的派生力为2036.4=2728.8则轴向当量荷为6.1.2计算轴承寿命因为查出径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1对轴承2,因轴承运转中有轻微冲击载荷，查得，取。则4815.48N因为，所以按轴承1的受力大小验算，由前面的结果得故所选轴承可满足寿命要求。6.2蜗杆轴承的校核查得可知7210AC轴承的=40800N6.2.1求两轴承受到的径向载荷和。将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由力分析可得：848.61830.5查轴承的有关系数，e=0.68。则轴承的派生力为577=1244.73则轴向当量荷为6.2.2计算轴承寿命因为查出径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1对轴承2，因轴承运转中有轻微冲击载荷，查得，取。则2196.6N因为，所以按轴承1的受力大小验算，由前面的结果得故所选轴承可满足寿命要求。第七章键的验算7.1低速轴即蜗轮轴上的键验算由前面轴的设计得出的轴上键的选择为蜗轮周向定位的键为A型平键规格为，L＝90，半联轴器周向定位为C型平键为，L＝90。查得平键的验算公式为键、轴材料为钢，轮毂的材料是铸铁，铸铁的许用压力较小。查得铸铁许用挤压力，取其平均值。A型键的工作长度=90-22=68，键与轮毂槽的接触高度7。由以上公式可得可见，A型平键符合要求。对于半联轴器的C型平键盘，键、轴和半联轴器材料都为钢，查得钢的许作挤压应力，取其平均值。C型键的工作长度，键与轮毂槽的接触高度。由以上公式可得可见，C型平键符合要求，键的标记为：键C（GB/T1096—1979）。7.2高速轴即蜗杆轴上的键验算由前面轴的设计得出的轴上键的选择为蜗轮周向定位的键为A型平键规格为70mm查得平键的验算公式为键、轴材料为钢，轮毂的材料是铸铁，铸铁的许用压力较小。查得铸铁许用挤压力，取其平均值。A型键的工作长度=70-10=60mm，键与轮毂槽的接触高度4mm。由以上公式可得<[]可见，该A型平键符合要求。第八章润滑的选择润滑油的选择和润滑方式由前已计算出蜗杆传动的相对滑动速度，查得润滑方式用脂润滑。第九章蜗杆传动的热平衡计算蜗杆传动由于效低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑稀释，从而增大磨擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量和同时间内的散热量平稳衡，以保证油温稳定地处于规定的范围内。查得以下计算公式：，因为，则必须采取措施，以提高散热能力。这里采用在蜗杆端加装风扇以加速成空气流通。风扇消耗的功率∆，为风扇叶轮的圆周速度，单位为m/s,，其中非为风扇叶轮外径，单位为mm；为风扇叶轮转速，单位为r/min。＝11.304m/sKw查得其中，、——为风冷及自然冷却面积，单位为；——风冷时的表面传热系数；、——分别为油的工作温度及周围空气的温度，单位为。由验算可得，在蜗杆端应加装一风扇来散热。满足要求第十章箱体及附件的结构设计。10.1箱体的大体结构设计名称符号蜗杆减速器尺寸（mm）箱座厚度10箱盖壁厚8.5箱盖凸缘厚度15箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度25地脚螺钉直径18地脚螺钉数目n4轴承旁联结螺栓直径14盖与座联结螺栓直径10轴承端盖螺钉直径8、、至外箱壁距离16、、至凸缘边距离14轴承旁凸台半径16外箱壁至轴承座端面距离44齿轮顶圆（蜗轮外圆）与内箱壁距离15箱座肋厚m8.5表10-110.2通气器的选择查得为的通气器D=22D1=19.6L=23Ll=12a=210.3螺塞的选择查得为的螺塞。，L＝28，,D=25.4，a=410.4油标尺的尺寸