设计一带式运输机上用的蜗杆减速器.docx

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
机械设计课程设计说明书

题目： 蜗杆减速器（Ⅲ-16）

学 院： 工学院
姓 名：
学 号：
专 业： 机械设计制造及其自动化
年 级： 机制1202
指导教师：

二0一四 年 12 月

目录
1 设计题目：设计一带式运输机上用的蜗杆减速器 3
1.1 带式运输机的传动示意图如图 3
1.2 工作情况： 3
1.3 设计数据 3
2 传动装置总体设计 4
2.1 拟定传动方案 4
2.2 电动机的选择 4
3 蜗轮蜗杆的设计及其参数计算 7
3.1 传动参数 7
3.2 蜗轮蜗杆材料及强度计算 7
3.3 蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸 9
3.4 验算传动效率 10
4 轴的初步设计计算 10
4.1 输出轴的设计 10
5 联轴器的选择 11
5.1 载荷计算 11
5.2 选择联轴器的型号 12
6 轴承的选择及校核 13
6.1 初选输入轴的轴承型号 13
6.2 计算蜗杆轴的受力 13
6.3 计算当量动载荷 14
6.4 验算轴承寿命 15
7 轴的结构设计及校核 16
7.1 蜗杆轴结构设计 16
7.2 蜗轮轴的结构设计与校核 16
8 键连接设计计算箱体的设计计算 20
8.1 输入轴与联轴器连接采用平键连接 20
8.2 输出轴与涡轮连接用平键连接 20
9 箱体的构设计和材料 20
9.1 箱体主要结构尺寸和关系 20
10 设计小结 21
11 参考文献 22

1 设计题目：设计一带式运输机上用的蜗杆减速器
1.1 带式运输机的传动示意图如图

1.2 工作情况：
已知条件：
运输机连续工作，单向运转，载荷平稳、空载起动。运输带速度允许误差为 ５％，减速器小批量生产，使用期限１０年，三班制工作。
1.3 设计数据
按老师要求选序号Ⅲ-16号，原始数据如下：
运输带拉力F(KN)
卷筒直径D(mm)
带速V(m/s)
4
320
0.8.

2 传动装置总体设计
2.1 拟定传动方案
根据设计要求采用一个单级蜗杆减速器传动装置传动，如下图所示：

2.2 电动机的选择
1. 选择电动机
1) 选择电动机类型和结构形式。
按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。
2) 选择电动机的容量。
工作机所需功率：
kw
电动机所需功率:

为传动装置总效率为：

查表并根据工作条件取较合理值：

kw
选取电动机的额定功率，使

查表得

3) 确定电动机的转速
卷筒轴的工作转速：

查《机械设计课程设计指导书》：

理论总传动比：

所以电动机转速的可选范围为：

在设计中常选用同步转速为1500r/min 或 1000r/min 的电动机，在此处我们选用1000r/min。
根据选定电动机的类型、结构、容量和转速，查《机械设计课程设计》第二篇第十二章确定电动机为：Y136M2-4
其满载转速
2. 确定传动装置总传动比
1) 传动装置总传动比：
由于是蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。
则总传动比:

所以取
3. 传动装置的运动和动力参数计算
1) 各轴的转速：
第一轴转速：
第二轴转速：
第三轴转速与第二轴转速相等
2) 各轴的输入功率
第一轴功率：
第二轴功率：
第三轴功率：
3) 各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩：
第一轴转矩：
第二轴转矩：
第三轴转矩：
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：
轴 名
功 率
P/kW
转矩
转速n/(r/min)
传动比

效 率

电机轴
4.512
44.885
960
1
1
第一轴
4.467
44.4373
960
1
0.99
第二轴
3.5
696.35
48
20
0.78
第三轴（卷筒轴）

3.3957

675.6

48

1

0.97
3 蜗轮蜗杆的设计及其参数计算
3.1 传动参数
蜗杆输入功率P=4.512kW，蜗杆转速，理论传动比i=20.12，实际传动比i=20，蜗杆头数，蜗轮齿数为，蜗轮转速
3.2 蜗轮蜗杆材料及强度计算
1. 选择蜗杆传动类型：
根据传动类型选择的原则，此处我们选择阿基米德圆柱蜗杆（ZA蜗杆）
2. 选择材料：
减速器的为闭式传动，蜗杆选用材料45钢经表面淬火，齿面硬度 >45 HRC,蜗轮轮缘选用材料铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈采用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。
3. 按齿面接触疲劳强度进行设计：
根据闭式蜗杆传动设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式

1) 蜗轮轴转矩：
2) 载荷系数K：因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数;;由《机械设计》第十一章表11-5选取使用系数;由于蜗轮转速V<3m/s,载荷冲击不大，可取动载荷系数.；则

3) 确定弹性影响系数
因选用的是锡磷青铜ZCuSn10Pb1蜗轮和钢蜗杆相配合，故
确定许用接触应力
根据蜗轮材料为锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，从《机械设计》第十一章，表11-7中查得蜗轮的基本许用应力。
应力循环次数
寿命系数 =0.668
则 []=
4) 计算值

由，故从表11-2中取模数,故蜗杆分度圆直径

3.3 蜗轮与蜗杆的主要参数与几何尺寸
中心距：

1. 蜗杆
轴向齿距；
直径系数;
齿顶圆直径；
齿根圆直径;
分度圆导程角=；
蜗杆轴向齿厚=12.5664mm
变位系数
蜗杆尺宽
2. 蜗轮
蜗轮分度圆直径
蜗轮喉圆直径
蜗轮齿根圆直径
蜗轮咽喉圆半径
蜗轮尺宽
3.4 验算传动效率
蜗杆导程角

蜗杆分度圆的圆周速度

滑动速度

查《机械设计》当量摩擦角
验算啮合效率
（与估取值相近）。
传动总效率
，大于原估值，因此不用重算。
4 轴的初步设计计算
4.1 输出轴的设计
1. 选择轴的材料及热处理
考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，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。
2. 初算轴的最小直径
1) 计算输入轴的最小直径
已知轴的输入功率为4.467 KW，转速为960 r/min，查《机械设计》表15-3 值在103~126间。此处我们取。
输入轴的最小直径：

但是，由于轴上要开1个键槽，计入键槽的影响：

2) 计算输出轴的最小直径
已知输出轴的输入功率为3.5kW，转速为48r/min，则
输出轴的最小直径：

由于轴上要开2个键槽，故

5 联轴器的选择
5.1 载荷计算
由于蜗杆减速器的载荷较平稳，按转矩变化小考虑，查表14-1取工作情况系数k=1.3。
1) 已知蜗杆轴名义转矩为；
蜗杆轴计算转矩：

2) 已知蜗轮轴名义转矩为;
蜗轮轴计算转矩：

3) 卷筒轴计算转矩为所以蜗轮轴；
卷筒轴计算转矩：

5.2 选择联轴器的型号
查《机械设计课程设计指导书》354页下表可知，电动机轴的直径，轴长；蜗杆轴直径。
1) 查《机械设计课程设计》294页表17-9可知，蜗杆轴与电机轴之间选用LT6型弹性套柱销联轴器。
联轴器标记
LT6联轴器GB/T4323-2002
许用转矩

许用转速

2) 查《机械设计课程设计》294页表17-9可知，蜗轮轴与卷筒轴之间选用LT10型弹性套柱销联轴器。
联轴器标记
LT10联轴器GB/T4323-2002

许用转矩

许用转速

6 轴承的选择及校核
6.1 初选输入轴的轴承型号
1) 输入轴：
据已知工作条件和输入轴的轴颈，由《机械设计课程设计》313页表18-4初选轴承型号为圆锥滚子轴承30208（一对），
其尺寸：D=80mm,d=40mm,B=18mm，
基本额定动载荷 ，
计算系数 e=0.37，
轴向载荷系数 Y=1.6。
2) 输出轴：
据已知工作条件和输出轴的轴颈，由《机械设计课程设计》314页表18-4初选轴承型号为圆锥滚子轴承30214（一对），
其尺寸：D=125mm,d=70mm,B=24mm。
基本额定动载荷 ，
计算系数 e=0.42，
轴向载荷系数 Y=1.4。
6.2 计算蜗杆轴的受力
1. 蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力
1) 蜗杆轴：

蜗杆轴的切向力，轴向力和径向力
2) 蜗轮轴：

2. 计算蜗杆轴承的派生轴向力

轴承的内部轴向力：

3. 计算两轴承的轴向力
1) 轴承2的轴向载荷
由已知得，与方向相同，其和为

（轴承2为“压紧”端），所以

2) 轴承1的轴向载荷
（轴承1为“放松”端）
6.3 计算当量动载荷
1) 轴承1的载荷系数
根据，由《机械设计》317页表13-5可知
2) 轴承2的载荷系数
根据由表13-5可知
3) 轴承1的当量动载荷

4) 轴承2的当量动载荷

所以轴承的当量动载荷取、中较大者，所以

6.4 验算轴承寿命
温度系数 由《机械设计》316页表13-4可知
载荷系数 由《机械设计》318页表13-6可知
寿命指数 滚子轴承
轴承实际寿命

轴承预期寿命

结论 由于 轴承30208满足要求

7 轴的结构设计及校核
7.1 蜗杆轴结构设计
1. 蜗杆轴的径向尺寸的确定
从联轴段开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，故 。该直径处安装密封毡圈，标准直径，应取；与30208轴承的内径相配合，因此 ，起定位作用，定位轴肩高度 故取；与蜗轮相配合，取蜗杆的齿顶圆直径；起定位作用与相同故==47；与轴承的内径配合，与相同，故取；
2. 蜗杆轴的轴向尺寸的确定
联轴段取；轴肩段取；与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为18mm取；左轴承轴肩宽度；蜗杆齿宽取；右轴承轴肩宽度；与右轴承配合的轴段长度；轴的总长为559mm。
7.2 蜗轮轴的结构设计与校核
1. 蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配
单级减速器中，可将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴固定，轴向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别一轴肩和套筒定位，轴向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位，右面用轴端挡圈轴向固定，键联接作轴向固定。轴做成阶梯形，左轴承从左面装入，蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。
蜗轮轴的径向尺寸的确定
从左轴承段与轴承的内径相配合，为便与轴承的安装取，选定轴承型号为30214开始逐渐选取轴段直径，起固定作用，定位轴肩高度，此处取；为轴肩定位蜗轮此处取100mm;与蜗轮孔径相配合，取蜗轮的内径; 与轴承的内径配合，与相同，故取； 起定位作用，定位轴肩高度故取。与联轴器内径相配合。
2. 蜗轮轴的轴向尺寸的确定
左面与轴承配合的轴段长度，查轴承宽度为,取 ；左轴承的定位轴肩长度取 ；蜗轮右轴肩长度取；蜗轮齿宽，尺宽取70mm,取；套筒取长度取50mm，故取；联轴段;右轴承轴肩取；故轴的总长为425mm。
3. 蜗轮轴的强度校核
a) 弯矩图如下：

已知蜗轮的切向力

蜗轮的径向力

蜗轮轴向力

2) 求水平面支反力：

水平面弯矩：

3) 垂直面支反力，由,即
，得

在铅垂方向上，由，即,得

垂直面弯矩

4) 根据合成弯矩
得
C截面左侧弯矩

C截面右侧弯矩

5) 转矩T

6) 按弯扭合成应力校核轴的强度
由以上计算可知C截面为危险截面，此处可将轴的钮切应力视为脉动循环，取

前已选定材料为45号钢，调制处理，由《机械设计》表15-1查得因此， ，故安全。
8 键连接设计计算箱体的设计计算
8.1 输入轴与联轴器连接采用平键连接
轴径d1=32mm L1=80mm T= 44.4373N·m
查《机械课程设计指导书》 选A型平键，得：b=10 h=8 L=40
即：键A10×35 GB/T1096-1979
工作长度 l=L-b=40-10=30mm

8.2 输出轴与涡轮连接用平键连接
轴径d2=80mm L2=60mm T2=696.35 N.m
查《机械课程设计指导书》选用A型平键，得：b=22 h=14 L=65
即：键A22×65GB/T1096-1979
工作长度l=L-b=65-22=43mm

轴径d3=63mm L3=142mm T3=696.35 N.m
查《机械课程设计指导书》选用A型平键，得：b=18 h=11 L=90
即：键A18×90GB/T1096-1979
工作长度l=L-b=90-18=72mm

9 箱体的构设计和材料
采用下置式蜗杆减速器，铸造箱体，材料HT150。
9.1 箱体主要结构尺寸和关系

名称
减速器型式及尺寸关系
箱座壁厚δ
δ=11mm
箱盖壁厚δ1
δ1=10mm
箱盖凸缘厚度b
b=57mm
箱座凸缘厚度b1
b1=40mm
箱盖和箱座联接螺栓
直径

D1=10mm n=12
轴承端盖螺钉直径
轴承30208 轴承30214
d2=10mm d3=12mm
n=4 n=6
检查孔盖螺钉直径
d4=6mm
轴承端盖外径
蜗杆轴：D1=130mm 蜗轮轴：D2=180
蜗轮外圆与箱
内壁间距离

30mm
蜗轮轮毂端面
与箱内壁距离

55mm
蜗轮外圆与箱
内壁间距离
40mm

10 设计小结
通过这次课程设计我感觉受益匪浅。机械设计课程设计是机械设计课程的一个重要环节，它可以让我们进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过课程设计把机械设计及其他有关先修课程（如机械制图、理论力学、材料力学等）中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，使理论知识和生产实践密切的结合起来。而且，本次设计是我们学生首次进行完整综合的机械设计，它让我们树立了正确的设计思想，培养了我们对机械工程设计的独立工作能力；让我们具有了初步的机构选型与组合和确定传动方案的能力；为我们今后的设计工作打了良好的基础。
通过本次课程设计，还提高了我们的制图能力；同时对减速器的结构和设计步骤有了一个大概的了解，对之前所学的专业知识作了一个很好的总结。
11 参考文献
【1】濮良贵 陈国定 吴立言. 机械设计(第九版)【M】. 高等教育出版社
【2】王旭 王积森. 机械设计课程设计（第2版）【M】. 机械工业出版社
【3】郑文纬 吴克坚. 机械原理（第七版）【M】. 高等教育出版社
【4】吴彦红 林双《画法几何及机械制图》【M】.华中科技大学出版社

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