一級(jí)蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)

1、題目：設(shè)計(jì)某帶式傳輸機(jī)中的蝸桿減速器工作條件：工作時(shí)不逆轉(zhuǎn)，載荷有輕微沖擊；工作年限為10年，二班制。已知條件：滾筒圓周力F=4400N；帶速V=m/s；滾筒直徑D=450mm。二、傳動(dòng)方案的擬定與分析由于本課程設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案已給：要求設(shè)計(jì)單級(jí)蝸桿下置式減速器。它與蝸桿上置式減速器相比具有攪油損失小，潤(rùn)滑條件好等優(yōu)點(diǎn)，適用于傳動(dòng)V4-5 m/s,這正符合本課題的要求。三、電動(dòng)機(jī)的選擇1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇按工作要求和條件，選擇全封閉自散冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380，型號(hào)選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。2、電動(dòng)機(jī)功率選擇1）傳動(dòng)裝置的總效率：2）電機(jī)所需的功率：3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速：按

2、機(jī)械設(shè)計(jì)教材推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取一級(jí)蝸桿減速器傳動(dòng)比范圍，則總傳動(dòng)比合理范圍為I總=580。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為： 。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500和3000r/min。根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由有關(guān)手冊(cè)查出有四種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有四種傳動(dòng)比方案，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，可見(jiàn)第4方案比較適合，則選n=3000r/min。4、確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)根據(jù)以上選用的電動(dòng)機(jī)類型，所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S1-2。其主要性能：額定功率5.5KW；滿載轉(zhuǎn)速2920r/min；額定轉(zhuǎn)矩2.2。四、計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)的傳

3、動(dòng)比1、總傳動(dòng)比五、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速2、計(jì)算各軸的功率P0=P電機(jī)=KWP=P0×聯(lián)=KWP=P×軸承×蝸桿=KWP=P×軸承×聯(lián)=KW3、計(jì)算各軸扭矩T0×106P0/n0×106×/2920=N·mT×106PII/n×106×/2920=N·mT×106PIII/n×106×/=N·mT×106PIII/n×106×/=N·m六、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算Ø 蝸桿傳

4、動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、選擇蝸桿傳動(dòng)類型根據(jù)GB/T100851988的推薦,采用漸開(kāi)線蝸桿(ZI) 。2、選擇材料考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度只是中等,故蝸桿采用45鋼;因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由教材P254式(1112),傳動(dòng)中心距(1)確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩按，估取效率,則=468667(2)確定載荷系數(shù)K因工作載荷有

5、輕微沖擊,故由教材P253取載荷分布不均系數(shù)=1;由教材P253表115選取使用系數(shù)由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù);則由教材P252(3)確定彈性影響系數(shù)因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故=160。(4)確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值=0.35從教材P253圖1118中可查得=。(5)確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造, 蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,可從從教材P254表117查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268。由教材P254應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則(6)計(jì)算中心距(6)取中心距a=180mm,因,故從教材P245表112中取

6、模數(shù)m=mm, 蝸輪分度圓直徑=63mm這時(shí)從教材P253圖1118中可查得接觸系數(shù)=因?yàn)?,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸(1) 蝸桿軸向尺距mm;直徑系數(shù);齒頂圓直徑;齒根圓直徑;分度圓導(dǎo)程角;蝸桿軸向齒厚mm。(2) 蝸輪蝸輪齒數(shù)48;變位系數(shù)mm;演算傳動(dòng)比mm,這時(shí)傳動(dòng)誤差比為,是允許的。蝸輪分度圓直徑mm蝸輪喉圓直徑=315mm蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑mm5、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù)根據(jù)從教材P255圖1119中可查得齒形系數(shù)螺旋角系數(shù)從教材P255知許用彎曲應(yīng)力從教材P256表118查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56。由

7、教材P255壽命系數(shù)可見(jiàn)彎曲強(qiáng)度是滿足的。6、驗(yàn)算效率已知=;與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。從教材P264表1118中用插值法查得=,代入式中得=,大于原估計(jì)值,因此不用重算。7、精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng),屬于通用機(jī)械減速器,從GB/T100891988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇9級(jí)精度,側(cè)隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T100891988。然后由參考文獻(xiàn)5P187查得蝸桿的齒厚公差為 =71m, 蝸輪的齒厚公差為 =130m;蝸桿的齒面和頂圓的表面粗糙度m。初步估計(jì)散熱面積：取(周圍空氣的溫度)為。七、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算Ø 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用

8、45調(diào)質(zhì)，硬度217255HBS根據(jù)教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=115d115 (/1500)1/3mm=mm考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則：d=×(1+5%)mm=mm選d=30mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸上零件的定位，固定和裝配單級(jí)減速器中可將蝸桿蝸齒部分安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱布置，兩軸承分別以軸肩和軸承蓋定位。（2）確定軸各段直徑和長(zhǎng)度I段：直徑d1=30mm 長(zhǎng)度取L1=60mmII段：由教材P364得： d1=0. 08×30=mm直徑d2=d1+2h=30+2×2.4=35mm,長(zhǎng)度取L2=50mmIII段：直徑d3=

9、40mm初選用7008C型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為40mm，寬度為15mm，并且采用套筒定位；故III段長(zhǎng)：L3=40mm由教材P364得：h=0.08 d3=×50=4mmd4=d3+2h=40+2×4=50mm長(zhǎng)度取L4=90mm段：直徑d5=80mm 長(zhǎng)度L5=120mm段：直徑d6= d4=50mm 長(zhǎng)度L6=90mm段：直徑d7=d3=40mm 長(zhǎng)度L7=L3=40mm初選用7008C型角接觸球軸承，其內(nèi)徑為40mm，寬度為15mm。由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=490mm（3）按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求小齒輪分度圓直徑：已知d1=80mm求轉(zhuǎn)矩：已知T2=N

10、83;m、T1·m求圓周力：Ft根據(jù)教材P198（10-3）式得：=2T1/d1=/80X=1370N=2T2/d2=590N求徑向力Fr根據(jù)教材P198（10-3）式得：Fr=·tan=590×tan200=N因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱，所以：LA=LB=mmn 繪制軸的受力簡(jiǎn)圖n 繪制垂直面彎矩圖軸承支反力：FAY=FBY=Fr1/2=NFAZ=FBZ=/2=685N由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為：MC1=FAyL/2=N·mn 繪制水平面彎矩圖圖7-1截面C在水平面上彎矩為：MC2=FAZL/2=685××=12

11、5N·mn 繪制合彎矩圖MC=(MC12+MC22)1/2=(2+1252)1/2=N·mn 繪制扭矩圖轉(zhuǎn)矩：T= TI=N·mn 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力,取=0.6,前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。該軸強(qiáng)度足夠。Ø 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算1、按扭矩初算軸徑選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217255HBS）根據(jù)教材P370頁(yè)式（15-2），表（15-3）取A0=115dA0(P2/n2)1/3=115(/553)1/3=mm取d=58mm2、軸的結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計(jì)（1）軸上的零件定位，固定和裝配 單級(jí)減速器中,可以將蝸輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，蝸輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過(guò)渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過(guò)渡配合或過(guò)盈配合，軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，蝸輪套筒，右軸承和鏈輪依次從右面裝入。（2）確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度I段：直徑d1=58mm 長(zhǎng)度取L1=80mmII段：由教材P364得：h=0.08 d19×58=mm直徑d2=d1+2h=58+2×66mm,長(zhǎng)度取L2=50 mmIII段：直徑d3=70mm由GB/T297-1994初選用7014C型圓錐滾子軸承，其內(nèi)

13、徑為70mm，寬度為20mm。故III段長(zhǎng)：L3=40mm段：直徑d4=82mm由教材P364得：h=0.08 d3×82=mmd4=d3+2h=70+2×=82mm長(zhǎng)度取L4=110mm段：直徑d5=d3=70mm L5=40mm由上述軸各段長(zhǎng)度可算得軸支承跨距L=150mm（3）按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求分度圓直徑：已知d2=82mm求轉(zhuǎn)矩：已知T2= TII=N·m求圓周力Ft：根據(jù)教材P198（10-3）式得=2T2/d2=590 N求徑向力Fr：根據(jù)教材P198（10-3）式得Fr=·tan=×tan200=1370N兩軸承對(duì)稱LA=LB=

14、75mmn 求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZFAY=FBY=Fr/2=NFAX=FBX=/2=295Nn 由兩邊對(duì)稱，截面C的彎矩也對(duì)稱，截面C在垂直面彎矩為MC1=FAYL/2=×75×=8N·mn 截面C在水平面彎矩為MC2=FAXL/2=295×75×=N·mn 計(jì)算合成彎矩MC=（MC12+MC22）1/2=（82+2）1/2=N·m圖7-2n 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（15-5）由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,取=1,前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15

15、-1查得,因此<,故安全。此軸強(qiáng)度足夠八、鏈及鏈輪的選擇1、選擇鏈輪齒數(shù)取小鏈輪尺數(shù)=19,由前面計(jì)算知?jiǎng)t大鏈輪齒數(shù)2、確定計(jì)算功率由教材P178表96查得,由教材P179圖913查得,單排鏈,則由教材P178式(9-15)得計(jì)算功率為3、選擇鏈條型號(hào)和齒距根據(jù)及查教材P176圖9-11,可選20A-1。查教材P167表9-1得鏈條節(jié)距為P= mm。4、計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距取1000mm由教材P180式916相應(yīng)鏈節(jié)數(shù)為查得取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)=104節(jié),此時(shí)查教材P180表9-7得到中心距計(jì)算系數(shù)=0.24925,則由教材P180式917得鏈傳動(dòng)的最大中心距。5、計(jì)算鏈速v,確定潤(rùn)滑方式

16、由教材P172式91m/s由v=m/s和鏈號(hào)20A-1查教材P181圖9-14可知采用油池潤(rùn)滑6、計(jì)算壓軸力有效圓周力為鏈輪水平布置時(shí)的壓軸力，則壓軸力為。九、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：16×365×10=58400小時(shí)。1、計(jì)算輸入軸軸承初選兩軸承為角接觸球軸承7308C型查軸承手冊(cè)可知其基本額定動(dòng)載荷=KN基本額定靜載荷=KN。(1)求兩軸承受到的徑向載荷和將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過(guò)另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知:（2）求

17、兩軸承的計(jì)算軸向力對(duì)于7008C型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù),其值由的大小來(lái)確定,但現(xiàn)軸承軸向力未知,故先取e=0.4,因此估算按教材P322式(13-11a)由教材P321表13-5進(jìn)行插值計(jì)算,得。再計(jì)算由兩次計(jì)算相差不大，所以則有e=0.225, e=0.2,=669N,=N。(3)求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和因?yàn)橛山滩腜321表13-5分別進(jìn)行查表或插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為對(duì)軸承1 =,=對(duì)軸承2 =1,=0因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,按教材P321表13-6,取。則由教材P320式(13-8a)(4)驗(yàn)算軸承壽命因?yàn)?所以按軸承1的受

18、力大小驗(yàn)算由教材P319式(13-5)h故所選軸承滿足壽命要求。2、計(jì)算輸出軸軸承初選兩軸承為7314B型圓錐滾子軸承查圓錐滾子軸承手冊(cè)可知其基本額定動(dòng)載荷=115KN基本額定靜載荷=KN。(1)求兩軸承受到的徑向載荷和將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過(guò)另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知:（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力和軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和由教材P321表13-5進(jìn)行插值計(jì)算,得。再計(jì)算由兩次計(jì)算相差不大，所以則有e=0.385, e=0.28,=1526.7N,=223.24N。(3)求軸

19、承當(dāng)量動(dòng)載荷和由教材P321表13-5分別進(jìn)行查表或插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為對(duì)軸承1 =1,=0對(duì)軸承2 =1=0因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊,按教材P321表13-6,取。則由教材P320式(13-8a)(4)驗(yàn)算軸承壽命因?yàn)?所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算由教材P319式(13-5)h故所選軸承滿足壽命要求十、鍵連接的選擇及校核計(jì)算1、連軸器與電機(jī)連接采用平鍵連接軸徑d1=38mm，L電機(jī)=50mm查參考文獻(xiàn)5P119選用A型平鍵，得：b=10 h=8 L=50即：鍵A10×50GB/T1096-2003l=L電機(jī)-b=50-8=42mmT2=20000N·m 根據(jù)

20、教材P106式6-1得p=4T2/dhl=4×20000/10×8×42=Mpa<p(110Mpa)2、輸入軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接軸徑d2=30mm L1=60mm T=N·m查手冊(cè)P51 選A型平鍵，得：b=10 h=8 L=50即：鍵A10×50 GB/T1096-2003l=L1-b=60-10=50mm h=8mmp=4T/dhl=4×54800/30×8×50=Mpa<p(110Mpa)3、輸出軸與渦輪連接用平鍵連接軸徑d3=58mm L2=80mm T=N.m查手冊(cè)P51 選用A型平鍵，

21、得：b=18 h=11 L=70即：鍵A18×70GB/T1096-2003l=L2-b=80-18=62mm h=11mm根據(jù)教材P106（6-1）式得p=4T/dhl=4×91700/58×11×62=Mpa<p (110Mpa)十一、聯(lián)軸器的選擇及校核計(jì)算聯(lián)軸器選擇的步驟：Ø 連軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算1、類型選擇為了隔離振動(dòng)與沖擊,選用彈性套柱銷連軸器。2、載荷計(jì)算公稱轉(zhuǎn)矩T=N·m3、型號(hào)選擇從GB43232002中查得LX3型彈性套柱銷連軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為1250N·m,許用最大轉(zhuǎn)速為5700r/min,軸徑為3048

22、 mm之間,故合用。十二、減速器的潤(rùn)滑與密封1、齒輪的潤(rùn)滑因齒輪的圓周速度<12 m/s，所以采用浸油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方式。高速齒輪浸入油面高度約0.7個(gè)齒高，但不小于10mm，低速級(jí)齒輪浸入油面高度約為1個(gè)齒高（不小于10mm），1/6齒輪。2、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑因潤(rùn)滑油中的傳動(dòng)零件（齒輪）的圓周速度V1.52m/s所以采用飛濺潤(rùn)滑。3、密封軸承蓋上均裝墊片，透蓋上裝密封圈。十三、箱體及附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、減速器結(jié)構(gòu)減速器由箱體、軸系部件、附件組成，其具體結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)裝配圖及零件圖。2、注意事項(xiàng)（1）裝配前，所有的零件用煤油清洗，箱體內(nèi)壁涂上兩層不被機(jī)油浸蝕的涂料；（2）齒輪嚙合側(cè)隙用鉛絲檢驗(yàn)，高速

23、級(jí)側(cè)隙應(yīng)不小于，；（3），齒面接觸斑點(diǎn)高度>45%，長(zhǎng)度>60%；（4）角接觸球軸承7008C、7014；用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑；（5）箱蓋與接觸面之間禁止用任何墊片，允許涂密封膠和水玻璃，各密封處不允許漏油；（6）減速器裝置內(nèi)裝CKC150工業(yè)用油至規(guī)定的油面高度范圍；（7）減速器外表面涂灰色油漆；（8）按減速器的實(shí)驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Y132S1-2P0KWPI=KWPII=KWPIII=KWT0=N·mTI=N·mTII=N·mTIII=N·m=d=30mmd1=30mmd2=35mmd3=40mmd4=50mmd5=80mmd6=50m

24、md7=40mmFAY=NFAZ=685NMC1=N·md=58mmd1=58mmd2=66mmd3=70mmd4=110mmd5=70mm=590 NFr=1370NFAY=NFAX=295NMC1=8N·mMC2=N·mMC=N·m1000mm=0=1=0=0鍵A10×50 GB/T1096-2003p=Mpa鍵A10×50GB/T1096-2003p=Mpa鍵A18×70GB/T1096-2003p=Mpa設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過(guò)幾周的課程設(shè)計(jì)，我終于完成了自己的設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，感覺(jué)學(xué)到了很多的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，這些都是在平時(shí)的理論課中不能學(xué)到的。還將過(guò)去所學(xué)的一些機(jī)械方面的知識(shí)系統(tǒng)化，使自己在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用能力得到了很大的加強(qiáng)。除了知識(shí)外，也體會(huì)到作為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)肅、認(rèn)真，并且要有極好的耐心來(lái)對(duì)待每一個(gè)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中