机械课程设计涡轮蜗杆减速器.doc

机械设计基础课程设计课程设计计算说明书学生姓名 冉玉祥 学 号 8031210231 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化专业 班 级 农机14-2班 指导教师 李传峰 日 期 2012-6-06 目 录一 设计题目-5二 电动机的选择-6三 计算传动装置运动和动力参数-7四 传动零件的设计计算-9五 轴的设计及校核-13六 滚动轴承的校核-20七 键联接的选择和验算-22八 联轴器的选择计算-23九 润滑与密封-24十 铸铁减速器箱体的主要结构尺寸-25十一 设计总结-27参考文献-27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15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=3500N运输带速度v=1.5m/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。2.1 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2.2 确定电动机由已知可以计算出卷筒的转速为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840。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，由机械设计手册查出的电动机型号，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1Y160M1-211300029301172.32Y132S2-27.530002900702.33Y132M-47.515001440812.3 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比，可见第二种方案比较合适，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13247534531521614012388010412.3 确定总的传动比由选定的电动机满载转速nm 和工作机的主轴的转速 n，可得传动装置的总的传动比是： 在1530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：蜗杆轴上的转矩 工作机主轴上的转矩 卷筒轴转矩（2）输出转矩：蜗杆轴上的转矩 工作机主轴上的转矩 表3 各轴动力参数表轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/(r/min)效率传动比i输入输出输入输出电动机轴7.2924.0029000.981蜗杆轴7.147.0723.5123.1629000.8011.3蜗轮轴5.665.60323.21319.78167.240.981卷筒轴5.495.43313.50310.07167.24四 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，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁（HT150）制造。4.3按齿面接触强度设计根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。由机械设计基础式（12-9）则传动中心距为（1） 确定轮上转矩由,查表机械设计基础12-2，取由查表12-8得，取 ，则（2）确定接触系数假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为=0.4，从机械设计基础图12-11中查得=2.8（3）确定使用系数 因工作是有轻微振动，冲击不是很大，可选取使用系数（4）确定综合弹性系数因为选用的是锡磷青铜（ZCuSn10P1）的蜗轮和45刚蜗杆相配，故150（5）确定许用接触应力H根据蜗轮材料为锡磷青铜（ZCuSn10P1），金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从机械设计基础表12-4查得蜗轮的基本许用应力 =220MPa （6）计算寿命系数应力循环次数寿命系数 =0.8517 （7）计算中心距=mm取,由可粗算出分度圆直径及模数,取查表12-1，可取由式，符合条件则取，圆整中心距取则变位系数导程角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 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 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63214.2齿顶高6.36.3齿根高7.567.56齿顶圆直径 (喉圆直径)75.6226.8齿根圆直径47.88199.08蜗杆轴向齿距（蜗轮端面齿距）19.782径向间隙1.26中心距138.64.5 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2.55从表12-4中查得许用接触应力，从表12-6中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=70MPa，所以，=综上所述，弯曲强度校核满足要求。4.6 验算效率已知=11.3099，为当量摩擦角，与相对滑移速度有关从机械设计基础表12-7中用插值法查得代入上式得大于原估计值，符合条件，因此不用重算。4.7热平衡计算1估算散热面积AA=2验算油的工作温度室温：通常取。散热系数啮合效率；取轴承效率 搅油效率油温未超过限度。五 轴的设计及校核，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 255Mpa，强度极限=650 MPa，=360MPa，=300Mpa由机械设计基础式14-2，先初步校核估算轴的最小直径：取C=110,则，考虑到有键槽，将直径扩大7，则d=17(1+7)=16.05mm2.蜗杆的结构设计单级减速器中，可将齿轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左边由轴肩定位。蜗杆轴草图-段：轴的最小直径为安装联轴器出的直径，同时选用联轴器的转矩计算（表17-1），考虑到转矩变化小，取，则按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查手册8-5得如下表型号公称转矩许用转速轴孔直径（mm）LT66357002452因此， ，查手册4-1，轴上键槽的键宽，键高及键长为10870；-段：查表1-31得，取因此，轴承端盖总长为20mm，根据拆装方便，取端盖与联轴器右端面之间的距离为30mm，所以；-段： 初选用角接触球轴承，查表6-6，选用7209AC型滚子轴承，dDB=458519,即，角接触球轴承一端用油拉定位，宽度5mm，所以；-段：直径，其中，得，取轴肩宽度为：-段：为了节省材料和拆装方便，该段可取，；-段：有前面的计算可得，蜗杆的分度圆直径为63mm，齿顶圆直径为75.6mm，蜗轮的喉圆直径为277.2mm，因此齿宽，综合考虑，应使涡轮与内壁由一定距离，故取；其右端与左端对称分布，尺寸相等。5.2 蜗轮轴的设计蜗轮轴上的功率、转速和转矩：，1.选择轴的材料由于其功率不大，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 255Mpa，强度极限=650 MPa2.初步确定轴的最小直径由机械设计基础式14-2，先初步估算轴的最小直径，取C=110,则，考虑到有键槽，将直径扩大7，则d=35.58(1+7)=38.07mm，此时选取d=40mm.3.蜗轮轴的结构设计单级减速器中，可将齿轮安排在箱体中央，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。蜗轮轴草图-段：轴的最小直径为安装联轴器出的直径，同时选用联轴器的转矩计算（表17-1），取，则按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查手册8-7得如下表型号公称转矩许用转速轴孔直径（mm）轴孔长度（mm）LX8710300040112因此，查手册4-1，轴上键槽的键宽，键高及键长为；-段：查表1-31得，取因此，轴承端盖总长为20mm，根据拆装方便，取端盖与联轴器右端面之间的距离为30mm，所以；-段： 初选用角接触球轴承，查表6-6，选用7216AC型滚子轴承，,即,考虑到轴承右端用套筒定位，取齿轮距箱体壁距离为，考虑到箱体误差在确定滚动轴承时应距离箱体内壁有一定距离S,取S=8mm,所以；-段：安装蜗轮轴段，取轴肩，取则，,取-段：该段为套筒的轴向定位，取；-段：该段为轴承段，所以，。5.3 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。5.4 蜗轮轴的校核圆周力，径向力，轴向力与上面相同，（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。六 滚动轴承的校核根据条件，轴承预计寿命：6.1减速器高速轴滚动轴承的选择及其寿命计算 1轴承的选择采用角接触球轴承，根据轴径，选择其型号为7209AC，主要参数如下：，基本额定静载荷：基本额定动载荷：极限转速： 2.寿命计算蜗杆所受的轴向力为所受径向力约为对于7000C型轴承，轴承的派生轴向力，其中e为判断系数，查表机械设计手册6-6，得角接触球轴承的判断系数为0.47.，查表16-11得，X=0.44，Y=1.19当量动载荷：轴承所受的径向力约为当量动载荷，所以，应用核算轴承的寿命。由机械设计基础16-1式，因该轴承为角接触球轴承，所以取指数，轴承的寿命，满足寿命要求。6.2减速器低速轴的滚动轴承选择及其寿命计算1轴承的选择采用角接触球轴承，根据轴径，选择其型号为7216AC，主要参数如下：，基本额定静载荷：基本额定动载荷：极限转速：2.寿命计算轴向力为所受径向力约为对于7000C型轴承，轴承的派生轴向力，其中e为判断系数，查表机械设计手册6-6，得角接触球轴承的判断系数为0.47.，查表16-11得，X=0.44，Y=1.40当量动载荷：轴承所受的径向力约为当量动载荷，所以，应用核算轴承的寿命。，因此满足寿命要求。6.3 静载荷的计算由16-9式得，角接触球轴承的当量载荷因载荷稳定无冲击，所以取静载荷强度系数为，所以，所以满足强度条件。6.4 极限工作转速以上所述的两轴承，极限转速为，均成立，所以极限工作转速满足工作条件。七 键联接的选择和验算7.1 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 10870，又轴和联轴器材料均为钢，由机械设计基础10-10得，许用应力，取其平均值为110Mpa，键的工作长度，由10-26得，7.2低速轴与联轴器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 181180，又轴和联轴器材料均为钢，由机械设计基础10-10得，许用应力，取其平均值为110Mpa，键的工作长度，由10-26得，7.3 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 251470，由机械设计基础10-10得，许用应力，取其平均值为110Mpa，键的工作长度，由10-26得，综上所述，减速器所用的键均符合设计要求。八 联轴器的选择计算8.1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，选用弹性套柱销联轴器LT6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。8.2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，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8-7，选用弹性套柱销联轴器LX4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。九 润滑与密封9.1 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v1.220蜗轮轮毂端面与内壁距离20箱盖、箱座肋厚m10.85,m=0.85m1=10,m=10轴承端盖外径D+(5-5.5)d3130轴承旁联结螺栓距离SD2125 十一 设计总结 通过我三个多星期以来的不屑努力，我基本上能够按要求完成机械设计课程设计中指定的各项任务，通过这次设计，进一步提高了我的机械设计知识水平，巩固了所学课程；无论是看图能力还是画图能力都得到了较大的提高，使我们对机械有了更深刻的理解和认识，培养了我综合运用所学知识解决工程实践问题的能力。由于实践经验和资料的缺乏，在加上时间的紧迫和对此设计是第一次，所以在设计过程中遇到了许多问题，大部分问题在老师和同学的指导和帮助下得以解决。通过这次的课程设计，让我认识到自己在书本知识上的不扎实，在运用过程中也不灵活，让我了解到自己在学习方面的缺陷，也让我认识到自己的不足，说明我在学习过程中存在着缺点。在设计轴时，在配合和定位的过程中，没有选择正确的方法，使轴的尺寸和直径不是很正确。装配不合适，在画图的过程中也体现了出来；在联轴器的选择和键的选择过程中也出了问题。总之在这次的设计过程中让我认识到了不少，也让我学到了很多东西，收获不少，让我把以前所学的知识又温习了一次，本以为在生活中用不到的知识在这次实习中经常用到，让我了解到知识多学一点是有很大用处的，这次的课程设计让我为后面的毕业设计打下了一定的基础。参考文献【1】机械设计课程设计指导书，高等教育出版社，龚溎义主编，1990年04月第二版；【2】机械设计基础（第五版），高等教育出版社，杨可桢，程光蕴，李仲生主编，2006年5月第5版；【3】机械课程设计手册（第三版），高等教育出版社，吴宗泽，罗圣国主编，2006年5月第3版；【4】机械设计课程设计图册（第三版），高等教育出版社，龚溎义主编，1989年5月第3版【5】互换性与技术测量，机械工业出版社，韩进宏主编，2011年2月第1版；【6】机械制图（第六版），高等教育出版社，大连理工大学工程图学教研室编，2007年7月第6版。目 录第一章项目概要11.1 项目背景11.2 项目建设内容与工期21.3 投资估算和资金筹措31.3.1投资估算31.3.2 资金筹措方案31.4 效益分析41.4.1 经济效益41.4.2 社会效益51.4.3 生态效益5第二章 项目区概况62.1 自然概况62.2 社会经济状况8第三章 项目建设的必要性和可行性103.1 项目区农业发展的制约因素103.2项目建设的必要性103.3 项目建设的可行性13第四章 水资源评价及水利工程设施144.1 项目区水资源概况144.2 水利工程措施14第五章 规划设计185.1 指导思想185.2 选项原则185.3 建设标准185.4 道路建设195.5 建设规模205.6 规划布局20第六章 开发任务与开发原则226.1 开发任务226.2 开发原则22第七章 投资估算与资金筹措247.1投资估算247.2 资金来源构成及筹措方案24第八章 综合效益分析268.1 经济效益268.2 社会效益268.3 生态效益26第九章 组织实施和运行管护289.1 组织机构设置289.2 项目实施管理299.3 运行管理和维护29第十章 环境影响与评价3110.1生态影响分析评价3110.2 环境质量影响分析评价31第十一章 可行性研究结论和建议3311.1 项目可行性研究的总体评价3311.2 主要污染物及治理措施3511.3 问题与建议3629