單機(jī)渦輪蝸桿減速器

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置 學(xué) 院：工程機(jī)械 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名：cwgni 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：2011.07.06一.課程設(shè)計(jì)任務(wù)2二.傳動(dòng)方案的分析與擬定3三.電機(jī)的選擇3四.傳動(dòng)裝置參數(shù)的確定5五.傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)6六.蝸輪蝸桿效率及潤滑計(jì)算8七.蝸輪蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸8八.渦輪蝸桿疲勞強(qiáng)度校核10九.蝸桿軸、蝸桿軸及渦輪、蝸桿的參數(shù)111.蝸輪及蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算112.蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算15十.箱體的設(shè)計(jì)18十一.減速器熱平衡計(jì)算19十二.其他部分的設(shè)計(jì)與選擇201.窺視孔蓋202.通氣器203.減速器的潤滑油選擇20十三.參考文獻(xiàn)20一.課程設(shè)計(jì)任務(wù)題目：設(shè)計(jì)用于帶式輸送機(jī)的蝸桿減速器帶式運(yùn)輸機(jī)工作原理圖：已知條件：1) 工作條件：兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，室內(nèi)工作，有灰塵，環(huán)境最高溫度35；2) 使用折舊期；8年；3) 檢修間隔期：四年一次大修，兩年一次中修，半年一次小修；4) 動(dòng)力來源：電力，三相交流電，電壓380/220V；5) 運(yùn)輸帶速度容許誤差：5%；6) 制造條件及生產(chǎn)批量：一般機(jī)械廠制造，小批量生產(chǎn)。原始數(shù)據(jù)：運(yùn)輸帶工作拉力F=2300N；運(yùn)輸帶工作速度V=1.1m/s；滾筒直徑D=300mm。二.傳動(dòng)方案的分析與擬定電動(dòng)機(jī)軸與減速器高速軸連接用的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較高，為了減小啟動(dòng)載荷、緩和沖擊，應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和具有彈性的聯(lián)軸器，故選用彈性柱銷聯(lián)軸器。減速器低速軸與工作機(jī)軸連接用的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較低，不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但傳遞轉(zhuǎn)矩較大，故選用齒式聯(lián)軸器。按本次課設(shè)要求選擇一級(jí)渦輪蝸桿減速器，簡圖如下：1電動(dòng)機(jī)；2一聯(lián)軸器；3蝸桿減速器；4卷筒；5輸送帶三.電機(jī)的選擇 計(jì)算與說明 結(jié)果1.選擇電動(dòng)機(jī)類型 選用Y系列三相異步交流電動(dòng)機(jī)。2.選擇電動(dòng)機(jī)容量 工作機(jī)的有效功率為： 參考文獻(xiàn)2表1-7得各個(gè)傳動(dòng)件的效率范圍，分別取：:； ； ； 工作機(jī)的總效率為： 3.確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 參考文獻(xiàn)2表1-8得蝸輪傳動(dòng)比： 所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為 符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為1000r/min、1500r/min、3000r/min三種。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、質(zhì)量及價(jià)格等因素，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、容量和轉(zhuǎn)速，由電機(jī)手冊選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-4。4. 電動(dòng)機(jī)的外形及尺寸：電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（kw）滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩） 最大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩）質(zhì)量（kg）軸徑(mm)Y112M-4414402.22.34328中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD腳底安裝尺寸AB腳底螺栓直徑K軸伸尺寸DE鍵連接部分尺寸FGD 112400（115+190）265 190140 12286082428選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-4。四.傳動(dòng)裝置參數(shù)的確定 計(jì)算與說明 結(jié)果1.1 總傳動(dòng)比及分配： 由于使用渦輪蝸桿單級(jí)傳動(dòng)故渦輪蝸桿 取i=211.2 各軸轉(zhuǎn)速 第一軸轉(zhuǎn)速： 第二軸轉(zhuǎn)速：1.3 各軸的輸入功率 第一軸功率： 第二軸功率： 卷筒功率：1.4 電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩： 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：第一軸轉(zhuǎn)矩：第二軸轉(zhuǎn)矩：卷筒的轉(zhuǎn)矩：i=21五.傳動(dòng)零件設(shè)計(jì) 計(jì)算與說明 結(jié)果 選擇阿基米德螺線蝸桿（ZA)。1. 蝸輪蝸桿材料及熱處理由于蝸桿傳遞的功率不大，速度也不高，蝸桿選用45號(hào)鋼制造，整體調(diào)質(zhì)，齒面硬度220250HBS。蝸輪材料，根據(jù)其中n1為蝸桿轉(zhuǎn)速，T2為蝸輪轉(zhuǎn)矩。初估蝸桿副的滑動(dòng)速度，選擇蝸輪的材料為鑄錫磷青鋼ZCuSn10P1，又因小批量生產(chǎn)，則用砂型鑄造。2.蝸輪蝸桿傳動(dòng)主要參數(shù)蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式是齒面膠合、齒面點(diǎn)蝕和齒面磨損，而且失效通常發(fā)生在蝸輪輪齒上。因此采用齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算蝸桿傳動(dòng)的承載能力，并在選擇許用應(yīng)力時(shí)，要適當(dāng)考慮膠合和磨損等失效因素的影響。故采用公式1. 確定載荷系數(shù)K由于載荷系數(shù)K=由參考文獻(xiàn)1表11-5查得載荷性質(zhì)為中等沖擊時(shí)，取1.15假設(shè)蝸輪圓周速度< 3m/s，取動(dòng)載荷系數(shù)=1.0載荷較平穩(wěn)，則取1.0所以K=1.152. 確定蝸輪齒數(shù)： 3. 計(jì)算模數(shù)和分度圓直徑將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得 由參考文獻(xiàn)3表8-2取m=6.3，蝸桿分度圓直徑d1=634. 計(jì)算傳動(dòng)中心距蝸輪分度圓直徑=m,其中為42，中心距變位系數(shù) 蝸輪的材料為鑄錫磷青鋼ZCuSn10P1，用砂型鑄造。K=1.15六.蝸輪蝸桿效率及潤滑計(jì)算 計(jì)算與說明 結(jié)果1. 蝸輪蝸桿速度 蝸桿倒程角蝸桿分度圓圓周速度 蝸桿副滑動(dòng)速度由于，所以蝸桿下置。2. 驗(yàn)算效率 當(dāng)量摩擦角 由參考文獻(xiàn)1表11-18通過插值法求的 驗(yàn)算效率 與所選效率相差不大蝸桿下置七.蝸輪蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸 計(jì)算與說明 結(jié)果 中心距： 蝸桿頭數(shù)： 渦輪齒數(shù)： 齒形角： 傳動(dòng)比：i=21 A=165mmi=21蝸桿軸向齒距：蝸桿導(dǎo)程：蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂圓直徑：頂隙： 蝸桿齒根圓直徑：漸開線蝸桿基圓導(dǎo)程角：漸開線蝸桿基圓直徑：蝸桿齒頂高 ：蝸桿齒根高：蝸桿齒高：蝸桿齒寬：蝸輪分度圓直徑：渦輪齒頂圓：渦輪喉圓直徑：渦輪齒根高：渦輪齒根圓直徑：渦輪齒高：渦輪齒根高：渦輪齒根圓直徑：渦輪咽喉母圓半徑：取蝸輪寬度： 蝸輪齒寬：取蝸輪齒寬角：蝸桿軸向齒厚：蝸桿法向齒厚：蝸桿節(jié)圓直徑：蝸桿節(jié)圓直徑：取B=50mm八.渦輪蝸桿疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算與說明 結(jié)果1.校核輪齒接觸疲勞強(qiáng)度 許用接觸應(yīng)力由參考文獻(xiàn)3表8-5查得 彈性影響因數(shù) 由可查機(jī)械設(shè)計(jì)圖11-18 得 最大接觸應(yīng)力： 故接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。2. 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求當(dāng)量齒數(shù)： 根據(jù)，從參考文獻(xiàn)1圖11-19中可差得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù)：由參考文獻(xiàn)1表11-8差得ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù) 故齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。故齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。九.蝸桿軸、蝸桿軸及渦輪、蝸桿的參數(shù)1.蝸輪及蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算與說明 結(jié)果1).軸的材料選擇及附圖 因傳遞功率不大，并對(duì)質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，考慮到經(jīng)濟(jì)選用常用材料45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)1得b=600MPa b1=55MPa。2).按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑軸伸部位安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用齒式聯(lián)軸器，由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩得考慮軸頭有一鍵槽，將軸徑增大5%，即d=36.75*1.05=38.59mm，由參考文獻(xiàn)2表8-3選GICL2聯(lián)軸器。3).軸段各部分及鍵尺寸 軸承部件的結(jié)構(gòu)形式：蝸桿減速器的中心距a=165mm，通過查表選擇減速器的機(jī)體采用剖分式結(jié)構(gòu)。因傳遞功率小，故軸承的固定方式可采用兩端固定方式。因此，所設(shè)計(jì)的軸承部件的結(jié)構(gòu)形式如上圖所示。然后可按轉(zhuǎn)軸軸上零件的順序，從dmin處開始設(shè)計(jì)；(1).軸段1由所選聯(lián)軸器可得d1=40mm,L1=84mm; (2).密封圈與軸段2 考慮到聯(lián)軸器右端的固定和密封圈的標(biāo)準(zhǔn)，由參考文獻(xiàn)2表7-12，取軸段d2=45mm； 軸段2的長度根據(jù)箱體的壁厚、軸承凸臺(tái)的厚度、軸承端蓋的厚度以及聯(lián)軸器類型確定,可取L2=65mm: (3)軸段3與軸段7： 考慮到渦輪蝸桿減速器有軸向力，軸承類型選用圓錐滾子軸承，軸段3上安裝軸承，要使軸承便于安裝又符合軸承內(nèi)徑系列，取軸承型號(hào)為30210，有參考文獻(xiàn)2表6-7得，其內(nèi)徑d=50mm，外徑D=90mm，寬度B=20mm，故取d3=d7=50mm，考慮到安裝套筒時(shí)的位置，取L3=45mm，軸段7安裝軸承，故L7=22mm； (4).蝸輪與軸段4： 軸段4上安裝蝸輪，d4=d3+4=50+4=54.0mm按照蝸輪的設(shè)計(jì)，取輪轂寬為65mm；則取L4=62mm; (5).軸段5 軸肩高度h=(0.070.1)d4=3.785.4mm,取h=5mm，即d5=d4+2h=64.0mm;軸肩寬度,即L5=10.00mm; (6).軸段6 由軸承30210在參考文獻(xiàn)2表6-7得da=57mm,d6=57mm,L6=10mm;(其他各段有關(guān)軸段亦是如此)(7) 軸的總長度聯(lián)軸器d1=40mmL1=84mmd2=45mmL2=65mmd3=d7=50mmL3=45mmL7=22mmd4=54.0mmL4=62mmd5=64.0mmL5=10.00mmd6=57mmL6=10mm L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=84+65+45+62+10+10+22=298mm; (8)鍵連接： 聯(lián)軸器及蝸輪的軸向連接均采用普通平鍵連接，第一段及第四段為鍵12862 GB/T1096-2003及鍵161018GB/T1096-2003.4).渦輪軸的受力及強(qiáng)度校核(1):由于蝸桿的直徑很小，可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體，即做蝸桿軸。蝸桿的轉(zhuǎn)矩,蝸輪的轉(zhuǎn)矩則作用于齒輪上的圓周力：軸向力：徑向力：(2):對(duì)渦輪軸作如圖受力分析，并作出彎扭圖: 則在水平面上： 對(duì)1點(diǎn)取矩得： ;最豎直面內(nèi)： 對(duì)1點(diǎn)取矩得：L=319mm (3) : 軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為;由參考文獻(xiàn)1表15-1得,且有故軸的強(qiáng)度滿足要求。(4) : 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為有參考文獻(xiàn)2得,長度Li(mm)84654562/2=31直徑di(mm)40455054；故扭轉(zhuǎn)剛度符合要求。（5) : 鍵連接的強(qiáng)度條件為鍵與輪轂鍵槽的接觸高度為k,則k=0.5h；由參考文獻(xiàn)1表6-2可得；對(duì)第一段：； L1=62對(duì)第二段：； L2=18故可知渦輪軸鍵連接強(qiáng)度滿足要求。 (6)軸承強(qiáng)度校核軸承型號(hào)為30210。 其內(nèi)徑d=50mm，外徑D=90mm，寬度B=20mm，軸承正裝由參考文獻(xiàn)2表6-7得e=0.42,Y=1.4,C=73.2KN ; ;則得 又由則得 ;則得;則有，則按照1軸校核： >4年故渦輪軸軸承壽命滿足要求。2.蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算與結(jié)果 結(jié)果1).材料選擇及附圖因傳遞功率不大，并對(duì)質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用常用材料45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。2).初算軸頸軸伸部位安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩得考慮軸頭有一鍵槽，將軸徑增大5%，即d=13.141*1.05=13.798mm，由參考文獻(xiàn)2表8-5選LX2型彈性銷聯(lián)軸器。3).軸各段尺寸(1)軸段1 由所選聯(lián)軸器可得d1=25mm,L1=44mm; 由軸段的直徑查參考文獻(xiàn)2表的鍵的尺寸：bhL=8726;(2) 軸段2 確定軸段2的直徑時(shí)，應(yīng)考慮聯(lián)軸器的固定及密封圈的尺寸兩個(gè)方面。由參考文獻(xiàn)2表7-12可得d2=30mm,L2=45;(3) 軸段3、9 考慮到蝸桿減速器有軸向力，軸承類型選用圓錐滾子軸承，軸段3上安裝軸承，要使軸承便于安裝又符合軸承內(nèi)徑系列，取軸承型號(hào)為30207，有參考文獻(xiàn)2表6-7得，其內(nèi)徑d=35mm，外徑D=72mm，寬度B=17mm，故取d3=d9=35mm，考慮到安裝套筒及擋油板時(shí)的位置，取L3=L9=32mm；(4) 軸段4、8軸4、8的兩外端固定套筒,h=(0.070.1)d3=2.453.5mm,取h=2.5mm取d4=d8=40mm;取L4=L8=30mm;(5)軸段6由da1=75.60mm，df1=47.88.則d6=75.60mm考慮螺旋線長度齒寬，取L6=100mm;聯(lián)軸器d1=25mmL1=44mmd2=30mmL2=45md3=d9=35mmL3=L9=32mmd4=d8=40mmL4=L8=30mmd6=75.60mmL6=100mm(6)軸段5、7避免軸段直徑變化過快，故取d5=d7=46mm;L5=L7=43mm;(7)蝸桿軸總長： L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9=44+45+32+30+43+100+43+30+32=399mm。4).鍵的強(qiáng)度校核鍵的連接強(qiáng)度蝸桿軸鍵的連接強(qiáng)度滿足要求。5).軸承受力作出軸承受力圖：水平面上：對(duì)1點(diǎn)取矩可得 豎直面上：對(duì)1點(diǎn)取矩有得 。6)軸承強(qiáng)度校核軸承型號(hào)為30210，其內(nèi)徑d=35mm，外徑D=72mm，寬度B=17mm，軸承反裝由參考文獻(xiàn)2表6-7得e=0.37,Y=1.6,C=54.2KN 則;d5=d7=46mmL5=L7=43mmL=399mm由得由得則有，則按照1軸校核：故蝸桿軸軸承壽命滿足要求。十.箱體的設(shè)計(jì)箱座壁厚箱蓋壁厚箱蓋凸緣厚度箱座凸緣厚度箱座底凸緣厚度地角螺釘直徑地腳螺釘數(shù)目軸承旁連接螺栓直徑蓋與座連接螺栓直徑連接螺栓的間距軸承端蓋螺釘直徑視孔蓋螺釘直徑定位銷直徑到外箱壁的距離至凸緣邊緣距離凸臺(tái)高度外箱壁至軸承座端面距離鑄造過度尺寸蝸輪外圓到內(nèi)箱壁距離1蝸輪輪轂與內(nèi)箱壁距離2箱蓋,箱座肋厚蝸輪軸承端蓋外徑蝸桿軸承端蓋外徑蝸輪軸承旁連接螺栓距離十一.減速器熱平衡計(jì)算P=2.53kw; 通風(fēng)良好故取 減速器保持正常工作溫度所需的散熱面積為實(shí)際散熱面積A=421652+11247+354255+252(153+354)+1531602+1603542 +33(145+110)42+354153 =531091.3mm2=0.53m2則有A>S。故熱平衡。十二.其他部分的設(shè)計(jì)與選擇1.窺視孔蓋由箱體尺寸及參考文獻(xiàn)2表11-4選擇窺視孔的參數(shù)如下 L1 L2 b1 b2孔直徑 孔數(shù) 蓋厚 R 120 105 90 75 7 4 4 52.通氣器由箱體尺寸及參考文獻(xiàn)2查表11-5得dd1d2d3d4Dhabch1RD1skefM181.5M331.58316404012716184025.4226223.減速器的潤滑油選擇 由查參考文獻(xiàn)1表11-21選擇蝸桿傳動(dòng)的潤滑油粘度薦用值V40=350cSt。 十三.參考文獻(xiàn)【1】 濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).八版.北京：高等教育出版社，2006【2】 吳宗澤，羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊.3版.北京：高等教育出版社， 2006【3】 孔慶華主編，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 2003 CopyRightwgni