机械设计优秀课程设计蜗轮蜗杆传动.doc

目 录第一章 总论- 2 -一、机械设计课程设计内容- 2 -二、设计任务- 2 -三、设计要求- 3 -第二章 机械传动装置总体设计- 3 -一、电动机选择- 4 -二、传动比及其分配- 4 -三、校核转速- 5 -四、传动装置各参数计算- 5 -第三章 传动零件蜗杆蜗轮传动设计计算- 5 -一、蜗轮蜗杆材料及类型选择- 6 -二、设计计算- 6 -第四章 轴结构设计及计算- 10 -一、安装蜗轮轴设计计算- 10 -二、蜗杆轴设计计算- 15 -第五章 滚动轴承计算- 17 -一、安装蜗轮轴轴承计算- 18 -二、蜗杆轴轴承校核- 18 -第六章 键选择计算- 19 -第七章 联轴器- 20 -第八章 润滑及密封说明- 20 -第九章 拆装和调整说明- 20 -第十章 减速箱体附件说明- 20 -课程设计小结- 21 -参考文件- 22 -第一章 总论一、机械设计课程设计内容 机械设计课程设计包含以下内容：1.传动方案分析和选择；2.电动机选择和运动参数计算；3.传动件设计；4.轴设计；5.轴承及其组合部件设计；6.键和联轴器选择及其校核；7.箱体，润滑机器和附件设计；8.装配图设计及绘制；9.零件图设计及绘制；10.编写设计说明书。二、设计任务1、设计题目设计用于带速传输机传动装置。2、工作原理及已知条件工作原理:工作传动装置以下图所表示：1-电动机 2、4-联轴器 3-一级蜗轮蜗杆减速器 5-传动滚筒 6-输送带3、设计数据：运输带工作拉力F=3200N运输带工作速度v=0.85m/s卷筒直径D=410mm工作条件：运输机使用期5年、两班制工作、单向运转、工作平稳、运输带速度许可误差5%、减速器由通常规模厂中小批量生产。4、传动装置方案：蜗轮蜗杆传动三、设计要求1、设计说明书 1份【70009000字,按标准格式书写（电子版）】2、减速器装配图草图 1张【A1图，手工绘图,坐标纸】3、减速器装配图 1张【A1图，电脑绘图】4、任一轴零件图 1张【A3图，手工绘图】5、任一齿轮零件图 1张【A3图，手工绘图】第二章 机械传动装置总体设计机械传动装置总体设计关键任务是分析研究和确定传动方案、电动机选择、传动比分配及计算、传动装置运动参数及动力参数计算，为后续传动设计和装配图绘制提供依据。一、电动机选择依据工作机负荷、特征和工作环境，选择电动机类型、结构形式和转速，计算电动机功率，最终确定电动机型号。1、选择电动机类型按工作要求和条件选择Y系列通常见途全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机。2、选择电动机容量（1）工作机各传动部件传动效率及总效率其中弹性联轴器传动效率=0.99；单线蜗杆和蜗轮传动效率=0.75；运输机驱动轴一对滚动轴承效率 =0.99；凸缘联轴器传动效率=0.99所以减速机构总效率=0.990.750.9920.99=0.7203（2）选择电动机功率所选电动机额定功率应该等于或稍大于工作要求功率。容量小于工作要求，则不能确保工作机正常工作，或使电动机长久过载、发烧大而过早损坏；容量过大，则增加成本，而且因为效率和功率因数低而造成电能浪费。带式运输机所需功率:Pw=Fv1000 w=32000.8510001=2.72kW（其中w为工作机传动效率且w =1）；初步估量电动机额定功率P：所需电机输出功率Pd= Pw / =2.72/0.72=3.78kW；查机械设计课程设计表2.1，选择Y112M-4电动机,关键参数以下：额定功率P=4kw满载转速nm=1440 r/min电机轴伸出端直径：28mm伸出端安装长度：60mm二、传动比及其分配1、查机械设计书中得各级齿轮传动比以下：；理论总传动比：；运输机驱动滚筒转速nw=39.62r/min；依据初选电机转速nm=1440 r/min，计算总传动比i=nm/nw=1440/39.62=36.35。由工作原理图可知该传动装置为蜗轮蜗杆单级传动，即总传动比就等于蜗轮蜗杆传动比。2、查机械设计表11-1，取蜗杆头数z1=1,蜗轮齿数z2=36，则实际总传动比i=36。三、校核转速滚筒实际转速nw= nm/i =1440/36=40。转速误差nw= =0.97%5%，符合要求。四、传动装置各参数计算1、各轴功率计算蜗杆输入功率：P1=P=40.99=3.96kW蜗轮输出功率：P2= P1= P=2.97kW滚筒轴传输功率：P3= P2=2.970.990.99=2.91kW2、各轴转速计算因为蜗杆是经过联轴器和电机伸出轴连接在一起，故蜗杆转速等于电机转速即n1=nm=1440 r/min；涡轮轴转速n2=n1/i=1440/36=40 r/min;滚筒轴转速n3=n2=40 r/min。3、各轴转矩计算蜗杆传输转矩T1=9550P1/n1=26.26 Nm蜗轮轴传输转矩T2=9550P2/n2=709.09 Nm滚筒轴传输转矩T3=9550P3/n3=694.76 Nm第三章 传动零件蜗杆蜗轮传动设计计算传动装置中传动零件参数、尺寸和结构，对其它零部、件设计起决定性作用，所以，应首先设计计算传动零件。当减速器有传动件时，应先设计减速器外传动零件。一、蜗轮蜗杆材料及类型选择1、选择蜗杆传动类型依据GB/T10085-1988推荐，选择渐开线蜗杆(ZI)。2、选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度中等，故蜗杆采取45刚；而又期望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC；蜗轮选择铸锡磷青铜（ZCuSn10P1）,砂模铸造；为了节省珍贵有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁（HT100）制造。二、设计计算1、按齿面接触强度设计依据闭式蜗杆蜗轮设计准则，先按齿面接触疲惫强度进行计算，再校核齿根弯曲疲惫强度。由机械设计依据式子：m2dKT2（1）确定载荷系数 因工作是有轻微振动，故取载荷分布不均匀系数=1，由机械设计表11-5选择使用系数=1，因为转速不是很高，冲击不大，可选择动载荷系数=1.1，则 K=11.0511.1（2）确定弹性影响系数因为选择是锡磷青铜（ZCuSn10P1）蜗轮和45刚蜗杆相配，故（3）确定许用接触应力H依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，可从机械设计表11-7查得蜗轮基础许用应力 =268 MPa。应力循环次数N=60=60140（165365）=7.008，寿命系数 =0.784 ，则=0.784268=210.1 MPa（4）计算m2d因为z2=36，T2=709.09 Nm=709.09103 Nmm，故m2dKT2=1.1709.09103=3144.33 mm3因z1=1，故从机械设计表11-2中查取模数m=6.3 mm,蜗杆分度圆直径d1=112mm。 2、蜗杆和蜗轮关键参数和几何尺寸(1)中心距 a= =169.4(2)蜗杆：轴向齿距Pa=m=3.146.3=19.78 mm；直径系数q=17.78；齿顶圆直径=d1+2ha1=d1+2ha*m=112+216.3=124.6 mm；齿根圆直径=d1-2hf1=d1-2(ha*m+c)=112-2（16.3+1.6）=47.88mm；分度圆导程角=arctan=3.22（右旋）；轴向齿厚sa=m=9.89 mm。(3)蜗轮：蜗轮齿数：=36；变位系数=0；螺旋角：30.96（右旋）蜗轮分度圆直径：=226.8 mm；蜗轮喉圆直径：=+=239.4 mm；蜗轮齿根圆直径：=+=211 mm；蜗轮咽喉母圆半径：=a-=169.4-239.4=49.7 mm；蜗轮轮缘宽度：B=(0.670.7)=(83.4887.22)mm,取B=85 mm。3、校核齿根弯曲疲惫强度当量齿数=36.173依据=0，=36.173，从机械设计图11-17中可查得齿形系数2.44螺旋系数=0.977许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造蜗轮基础许用弯曲应力=56 MPa寿命系数 =560.624=34.92 MPa所以=56 MPa即,弯曲强度校核满足要求。4、验算效率已知=3.22，=，和相对滑移速度相关， m/s从机械设计表11-18中用插值法查得=0.0175，=1代入上式得(0.72390.732)大于原估量值0.7203，所以不用重算,且深入验证了电机选择合理性。5、精度等级公差和表面粗糙度确实定考虑到所包含蜗杆传动是动力传动，属于机械减速器。从GB/10089-1988中，蜗轮圆周速度=n2d2/60=0.47 m/se =0.2929 h所以选择该轴承没问题。二、蜗杆轴轴承校核设计轴时，两端均初选轴承30307，e=0.31，Y=1.9径向力： FrA=3327 N FrB=3327 N派生力： FdB=875.53 N FdA=875.53 N轴向力：FaA=FdB+Fa1=7110.5 N FaB=FdB=875.53 N当量载荷：因为=0.37e，所以X=0.4，Y=1.9因为为通常载荷，则fp=1.2，故当量载荷为：PA=fp(XFrA+YFaA)=17808.9 N而Cr=75.2 kN，故轴承寿命 Lp=1405.6103 h29 h所以选择该轴承也没问题。第六章 键选择计算对于键连接，首先选择键类型，决定键和键槽剖面尺寸，然后校核键连接强度。在设计轴时已初选轴承为滚子轴承，现只需计算校核。1、输入轴和电动机轴采取平键连接依据轴径d1=28mm，l1=58，可选择A型平键，由机械设计表6-1得：bhL=8744，即：键744GB/T1096-。键、轴和联轴器材料全部是钢，由表6-2查许用应力p=100120MPa，取其平均值110MPa。键工作长度：l=L-b=44-8=32mm，键和联轴器接触高度k=0.5h=3.5mm，则p=15.63 MPap所以此键强度符合设计要求2、输出轴和联轴器连接采取平键连接依据轴径d1=50mm，l1=82，可选择A型平键，得：bhL=14970即：键970GB/T1096-。键、轴和联轴器材料全部是钢，键工作长度：l=L-b=70-14=56mm，键和联轴器接触高度k=0.5h=4.5，则：p=96.25 MPap 所以此键强度符合设计要求。3、输出轴和蜗轮连接用平键连接依据轴径d4=65，l4=81，可选择A型平键，得：bhL=181160，即：键1160GB/T1096-，键、轴和联轴器材料全部是钢，键工作长度：l=L-b=60-18=42mm，键和联轴器接触高度k=0.5h=5.5，则：p=94.45 MPap所以此键强度符合设计要求。第七章 联轴器常见联轴器已经标准化或规范化，在机械设计中，关键是依据使用条件及所传输扭矩大小来选择其类型和尺寸。在轴设计当中，已经选择了联轴器，输出轴选择HL4型弹性联轴器，d=50mm，l=80mm；输入轴上联轴器选择YL5型凸缘联轴器，d=28mm，l=62mm。第八章 润滑及密封说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动圆周速度，故蜗杆采取浸油润滑，取浸油深度h=12mm；润滑油使用50号机械润滑油。轴承采取润滑脂润滑，因为轴承转速v1500r /min，所以选择润滑脂填入量为轴承空隙体积1/2。在试运转过程中，全部联接面及轴伸密封处全部不许可漏油。剖分面许可涂以密封胶或水玻璃，不许可使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。第九章 拆装和调整说明在安装调整滚动轴承时，必需确保一定轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必需确保需要侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，能够对齿面进行刮研、跑合或调整传动件啮合位置。也可调整蜗轮轴垫片，使蜗杆轴心线经过蜗轮中间平面。第十章 减速箱体附件说明箱体是减速器关键组成部件，用以支持和固定轴系零件，确保转动件润滑，实现和外界密封。机座和箱体等零件工作能力关键指标是刚度，箱体部分结构尺寸，如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体工作能力、材料消耗、质量和成本，全部有重大影响。不过因为其形状不规则和应力分布复杂性，未能进行强度和刚度分析计算，不过能够依据经验公式大约计算出尺寸，加上一个安全系数也能够确保箱体刚度和强度。箱体大小是依据内部传动件尺寸大小及考虑散热、润滑等原因后确定。课程设计小结伴随大四脚步声响起，课程设计也将靠近尾声，在戴老师精心指导下经过几周努力奋战，最终完成。做课程设计前，认为所学理论知识很单调乏味，感觉全部懂了又仿佛全部不懂，经过这次课程设计，才意识到那些理论知识是真没有完全搞懂。课程设计是机械设计及相关课程知识综合应用实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少过程。这次课程设计，我深深地感受到千里之行始于足下，今天认真做好课程设计，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下了坚实基础。这三周真很累，但我收获了很多，也让我发觉了自己不足之处。这三周课程设计深入巩固、加深和拓宽所学知识；经过设计实践，树立了正确设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握了机械设计通常规律，也培养了分析和处理问题能力；经过设计计算、绘图和对利用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料查阅，对自己进行了一个全方面机械设计基础技能训练。 在这个过程中，是在老师讲解下让我对整个设计过程和绘图过程有了很好了解，对我后面整体设计和绘图进行有了很大帮助，在此真诚感谢戴老师！参考文件1机械设计（第八版）濮良贵、陈国定、吴立言主编，高等教育出版社2机械设计课程设计（修订版）周元康、林昌华、张海兵主编，重庆大学出版社3机械原理（第七版）孙恒、陈作模、葛文杰主编，高等教育出版社4 工程制图 霍光青、刘洁主编,中国林业出版社 5 材料力学 刘鸿文主编，高等教育出版社6 交换性和技术测量基础 胡凤兰主编，高等教育出版社