机械设计课程设计蜗杆减速器设计说明书.doc

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目录一、传动方案的拟定…………………………………………2 二、电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算……2 (一) 选择电机……………………………………………2 (二) 计算传动装置的传动比……………………………4 (三) 计算传动装置各轴的运动和动力参数……………4 三、传动零件的设计计算……………………………………5 (一) 蜗轮蜗杆的设计……………………………………5 四、轴及其上零件校核计算…………………………………8 (一) 蜗杆轴的设计………………………………………8 (二) 蜗轮轴的设计………………………………………10 五、润滑与密封………………………………………………16 六、减速器的附件、零件附表及结构尺寸…………………17 七、参考文献…………………………………………………19 一、传动方案的拟定根据任务书要求，采用一级蜗轮蜗杆减速器，传动方案如下图所示：二、电动机的选择和传动装置的运动、动力参数计算 (一) 选择电机 1. 选择电机类型按工作要求和工作条件选择YB系列三相鼠笼型异步电动机，其结构为全封闭式自扇冷式结构，电压为380V。 2. 选择电机的容量工作机的有效功率为从电动机到工作机输送带间的总效率为式中： ---联轴器的传动效率； ---轴承的传动效率； ---蜗杆的传动效率； ---卷筒的传动效率。由文献[1]表9.1可知，，，，，则所以电动机所需的工作功率为 3. 确定电动机的转速工作机卷筒的转速为由于蜗杆的头数越大，效率越低，蜗杆头数不宜过大，故选取蜗杆的头数Z1=2。由文献[1]表9.2选取。所以电动机转速可选的范围为符合这一范围的同步转速为1000r/min和1500r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1000r/min的电动机。根据电动机的类型2的型号为Y112M-6，其主要性能如表1.1所示，电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如表1.2所示。表1.1 Y112M-6型电动机的主要性能电动机型号额定功率/kW 满载转速/(r/min) Y112M-6 2.2 940 2.0 2.0 表1.2 电动机的主要外形和安装尺寸（单位mm）中心高H 外形尺寸 L1×（AC/2+AD）×HD 底脚安装尺寸A×B 底脚螺栓直径K 轴伸尺寸D×E 键连接部分尺寸 F×GD 112 400×（115+90）×265 190×140 12 28×60 8×7 (二) 计算传动装置的传动比 1. 总传动比 (三) 计算传动装置各轴的运动和动力参数 1. 各轴的转速 I轴 Ⅱ轴卷筒轴 2. 各轴的输入功率 Ⅰ轴 Ⅱ轴卷筒轴 3. 各轴的输入转矩电动机的输出转矩Td为 Ⅰ轴 Ⅱ轴卷筒轴将上述计算结果汇总于表1.3，以备查用。表1.3 传动装置的运动和动力参数轴名功率P/kW 转矩T/() 转速n/(r/min) 传动比i 效率电机轴 2.20 2.24×104 940 1 0.99 Ⅰ轴 2.18 2.2×104 940 14.92 0.766 Ⅱ轴 1.67 2.53×105 63 1 0.97 卷筒轴 1.62 2.46×105 63 三、传动零件的设计计算 (一) 蜗轮蜗杆的设计 1. 选择材料及热处理方式由于输入功率不太大，转速也不是很高，蜗杆材料选用45钢，表面淬火，齿面硬度45~50HRC。蜗轮材料，选择蜗轮的材料为铝铁青铜。 2. 选择蜗杆头数和蜗轮齿数由传动比等于14.92，查表，取，则 3. 按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径确定蜗轮上扭矩确定载荷系数载荷轻冲，查表取K为1.2。确定许用接触应力根据初估蜗杆副的滑动速度，其中n1为蜗杆转速，T2为蜗轮转矩，则，查参考文献[2]表7.5，，取。确定模数和蜗杆分度圆直径由文献[2]表7.1，选取。 4. 计算传动中心距蜗轮分度圆直径。中心距。 5. 验算蜗轮圆周速度，相对滑动速度及传动效率所以，与初估值相符，因此材料及许用接触应力选取合适。由，查[2]表7.7，取当量摩擦角，所以传动总效率，与初估值相符。 6. 蜗轮和蜗杆的主要几何尺寸表1.4 计算蜗杆和的蜗轮的主要几何尺寸蜗杆参数蜗轮参数名称符号数值名称符号数值齿顶高 6.3 齿顶高 6.3 齿根高 7.56 齿根高 7．56 全齿高 13.86 全齿高 13.86 分度圆直径 63 分度圆直径 189 齿顶圆直径 75.6 喉圆直径 201.6 齿根圆直径 47.88 齿根圆直径 174.88 蜗杆分度圆导程角蜗轮分度圆螺旋角传动中心距 126 蜗杆齿向齿距 19.79 蜗轮外圆直径 208 蜗杆导程 39.58 蜗轮齿宽 56 蜗杆螺旋部分长度 82 齿根圆弧面半径 39.06 齿顶圆弧面半径 25.2 齿宽角蜗轮轮毂宽 L1 90 7. 热平衡计算所需的散热面积为式中，[t]——许用油温，取； t——周围空气温度，取； ——散热系数，假设通风良好，取； ——传递总效率，已求。则即，至少需要的散热面积。经过设计后，机体的实际散热面积计算如下：下箱体外表面积 , 上箱体外表面积，底座表面积，凸缘表面积，总表面积，所需散热片的面积下箱体每片散热片的面积，上箱体每片散热片的面积上箱体可取散热片16片，下箱体约12片，从而满足散热要求。 8. 选取精度等级和侧隙种类因为是一般传动，且，故取8级精度，侧隙种类代号为C，即传动8C GB/T 10089-1988。 9. 蜗杆和蜗轮的结构设计，绘制蜗轮和蜗杆的零件工作图（略）四、轴的校核计算 (一) 蜗杆轴的设计 1. 轴的材料选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45#钢，调质处理。 2. 初算轴径对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献[2]查表9.4 得C=106~118，考虑到轴端弯矩比转矩小，取C=106，则考虑到键槽的影响，将计算值增大，则 3. 结构设计 1）轴承部件的结构形式蜗杆减速器的中心距，且为了方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。可按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。蜗杆轴的示意图如下： 2）联轴器及轴段1 根据传动装置的工作条件拟选用 LH 型弹性柱销联轴器（GB/T 5014-2003）。所选电机为Y112M-6，电机轴轴径D=28mm，计算转矩，由公式，查表取，，则。有参考文献[1]查表13.1 得，选择LX型弹性柱销联轴器LH2 GB/T 5014-2003。联轴器主动端轴孔直径28mm，Z 型轴孔，A 型键；从动端轴孔直径28mm，Y 型轴孔，A 型键。相应地，取轴段 1直径，轴段1 的长度应比联轴器轴孔长度略段，则轴段1的长度为。联轴器周向连接采用 A型普通平键连接，8×7GB/T 1096 −2003。 3）密封圈与轴段2。在确定轴段2的直径时，应考虑联轴器的固定和密封圈的尺寸,相应的轴段唇形密封圈尺寸确定。 4）轴承与轴段3及轴段7 蜗杆转动时有轴向力，但数值不是很大，暂取轴承型号为 7208C，由参考文献[1]表12.4确定轴承内径、外径及轴肩定位直径，因此，由轴承长度确定。 5）轴段4和轴段6 轴段4和轴段6用于轴向固定挡油板，因此初选轴径。 6）轴段5 轴段5为蜗杆有旋线部分，其顶圆直径为75.6mm，分度圆直径为63mm，齿根圆直径为47.88mm，旋合长度。 7）各轴段长度根据所画草图确定各轴段的长度： (二) 蜗轮轴的设计 1. 选择轴的材料因为传递功率不大，并对质量及结构无特殊要求，故选用常用材料45 钢，调制处理。 2. 初算轴径对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献[2]查表9.4 得C=106~118，考虑到轴端弯矩较大，取C=118，则考虑到键槽的影响，将计算值增大，则 3. 结构设计 1）轴承部件的结构形式为方便轴承部件的装拆，减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。然后，可按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。轴的结构示意图如下： 2）联轴器及轴段1 根据传动装置的工作条件拟选用刚性联轴器（GB/T 5843 -2003）。由参考文献[1]查表13.1 得，选择凸缘联轴器GY6 GB/T 5843-2003，联轴器主动端轴孔直径35mm，Z 型轴孔，A 型键；从动端轴孔直径38mm，J1 型轴孔。取轴段 1直径，轴段1的长度比联轴器轴孔长度略段，则轴段1的长度为。联轴器周向连接采用A型普通平键连接，10×8 GB/T 1096 −2003。 3）密封圈与轴段 2 在确定轴段 2的直径时，应考虑联轴器的固定和密封圈的尺寸，轴段2采用毛毡圈密封，查毛毡圈尺寸确定。 4）轴承与轴段3及轴段 6 蜗杆转动时有轴向力，但不是很大，暂取轴承型号为 7210C，由参考文献[1]表12.4确定轴承内径、外径及轴肩定位直径，因此。轴段3 和轴段6 需要加甩油环，以防润滑脂被油冲刷掉。 5）轴段4和轴环5 轴段4和轴环用于轴向固定甩油环，因此初选轴径。由轮毂宽L1=90mm，可取。轴环5用于固定蜗轮和挡油板，取。轴段4上的蜗轮通过A型平键连接，16×10GB/T 1096 −2003。 6）轴段长度根据所画草图确定各轴段的长度： 4. 轴的受力分析 1）画轴的受力简图受力简图如下，其中L1=120.4mm，L2=L3=63.6mm。 2）计算支反力在水平面上在竖直面上左端轴承的总支承反力右端轴承的总支承反力 3）画弯矩图在水平面上在垂直平面上 a-a 剖面左侧 a-a 剖面右侧合成弯矩 a-a 剖面左侧 a-a 剖面右侧 4）画转矩图 5）当量弯矩图当量弯矩表达式为，对于脉动循环，应力校正系数α取0.6，则a点处。轴的内力图如下： 5. 校核轴的强度 a-a剖面左侧当量弯矩大，取其截面作为危险截面。查[2]，取轴的许用弯曲应力为。，故轴的强度满足要求。 6. 轴承基本额定寿命计算轴承选用7210C，查[1]表12.2知，基本额定动载荷，基本额定静载荷。 1）计算轴承的轴向力。受力分析图如下：由轴向力公式得：轴承1,2的内部轴向力分别为 ,因此轴承1被压紧，轴承2放松，故两轴承轴向力为。比较两轴承的受力，因，故只需校核轴承1的寿命。 2) 计算当量动载荷。因，查[2]表知e=0.42。，故取。载荷轻冲，取载荷系数，则当量动载荷为 3) 校核轴承寿命。轴承在120℃ 以下工作，取温度系数。则轴承1 的寿命为。减速器工作最短工作年限为5年1班，则，由于，故轴承满足寿命要求。 7. 校核键的强度 1）联轴器处联轴器周向连接采用A型普通平键连接，10×8 GB /T 1096−2003，键长50mm。联轴器处键连接的挤压应力，由于键、轴、联轴器材料均为钢，查得许用挤压应力，所以，故强度足够。 2）蜗轮处蜗轮处周向连接采用A型普通平键连接，16×10 GB /T 1096−2003，键长80mm。蜗轮处键连接的挤压应力，由于键、轴、蜗轮轮毂材料均为钢，查表得许用挤压应力为，，故强度足够。五、润滑与密封 1. 蜗轮蜗杆润滑啮合件采用油润滑，采用L-CKE220 蜗轮蜗杆油。装油深度80~ 90mm。 2. 轴承润滑蜗杆轴上的轴承7208C采用油润滑，牌号为L-AN100；蜗轮轴上的轴承7210C采用脂润滑，牌号为ZN-3，润滑脂填充不超过轴承空间的，每半年填充一次。 3. 密封蜗杆轴透盖采用唇形密封圈B 32 45 8 GB/T 1387.1-1992密封，防止油液溅出；涡轮轴透盖采用毛毡圈45 FZ/T 92010-1991密封。六、减速器的附件、零件附表及结构尺寸 1. 窥视孔和窥视孔盖窥视孔设置在减速器机体的上部，可以看到所有传动件啮合的位置，以便检查齿面接触斑点和齿侧间隙，检查齿轮的失效情况和润滑情况。平时窥视孔用盖板盖住，用螺钉紧固。盖板加防渗漏的垫片。窥视孔的大小至少应能伸进手去，以便操作。按照机械设计课程设计的表14.7选择窥视孔的参数如下表（单位mm） A B A1 B1 C C1 C2 R 螺钉尺寸螺钉数目 90 60 120 90 105 70 75 5 M16×15 6 2. 放油孔及放油螺栓在机体底部油池最低位置开设放油孔。平时，放油孔用放油螺栓和防漏垫圈堵严。为了加工方便，放油孔处的机体外壁有加工凸台，经机械加工成为放油螺栓头部的支承面，并加封油垫圈以免漏油，封油垫圈可用石棉橡胶板制成。放油螺塞带有细牙螺纹。放油螺栓的设计按照机械设计课程设计的表14.14选取的螺栓及油圈参数如下表（单位mm）螺纹d D D1 S L h a b D0 H 材料 M12×1.25 22 15 13 24 12 3 2 22 2 皮封油圈-工业皮革螺塞-Q235 3. 油标的设计考虑到减速器的结构简单原则，选用杆式油标，其油标孔直接在减速器箱体上铸出，按照机械设计课程设计的表14.13选取油标的参数如下表(单位mm) d d1 d2 d3 h a b c D D1 M12 4 12 6 28 10 6 4 20 16 4. 通气器在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器，使机体内的热涨气体自由溢出，达到机体内外的气压平衡，可提高密封的性能。由于是清洁环境，因此选用结构简单的通气螺塞。 5. 吊耳为了装拆和搬运，应在机盖上设置吊环螺钉或吊耳，基座上设置吊钩，在机盖上直接铸出吊钩或吊耳。 6. 定位销在连接凸缘上配有两个定位销。定位销可保证机盖的每次装配都使轴承座孔始终保持制造加工时的位置精度。采用圆锥销GB/T 119.1 8 M8×35,在凸缘上不对称放置两个定位销。 7. 启盖螺钉为了便于拆下机盖，在机盖的凸缘上装有1个启盖螺钉。在启盖时。拧动此螺钉可将机盖顶起。启盖螺钉取M10×25，头部大倒角。 8. 标准件列表（见A0图纸标题栏） 9. 机体结构尺寸表名称符号尺寸机座壁厚 8 机盖壁厚 8 机座凸缘厚度 12 机盖凸缘厚度 12 机座底凸缘厚度 20 地脚螺钉直径 M16 地脚螺钉数目 4 轴承旁连接螺栓直径 M12 机盖与机座连接螺栓直径 M8 连接螺栓间距 100 轴承端盖螺钉直径 M8 窥视孔盖螺钉直径 M6 定位销直径 M8 大齿轮顶圆与内机壁距离 10 齿轮端面与内机壁距离 8 蜗杆处轴承端盖外径 122 蜗轮处轴承端盖外径 132 轴承端盖凸缘厚度 10 七、参考文献 [1] 张锋，宋宝玉. 机械设计课程设计.高等教育出版社，2009. [2]宋宝玉.机械设计基础.哈尔滨工业大学出版社.2006.9. [3] 吴宗泽，宋宝玉. 机械设计大作业指导书.高等教育出版社，2006.

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