单级蜗杆减速器课程设计.docx
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单级蜗杆减速器课程设计
机械工程学院
机械设计课程设计说明书
设计题目:
单机蜗轮蜗杆减速器课程设计
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
13机制
姓名:
学号
指导教师:
王利华张丹丹
2016年7月3日
一、设计任务
1.设计题目
设计用于带式输送机传动装置的单级蜗杆减速器。
2.原始数据
输送带工作拉力F=2400N;输送带速度V=0.8m/s;卷筒直径D=300mm。
3.工作条件
班制,连续单向运转,载荷较平稳;使用期限10年,小批量生产;允许输送带速度误差为±5%;生产条件是中等规模机械厂,可加工7~8级精度的蜗杆及蜗轮,动力来源是三相交流电(220V/380V)。
4.传动系统方案的拟订
如图1所示
设计单级蜗杆减速器,传动路线为:
电机——联轴器——减速器——联轴器——带式运输机。
优点是传动比较大,结构紧凑,传动平稳,噪音小,适合于繁重及恶劣条件下长期工作。
缺点是效率低,发热量较大,不适合于传递大功率。
二、设计计算
1.选择电机
1.1电动机的功率
由以知条件可以计算出工作时所需的有效功率
查阅参考文献【2】中表2-2可知
联轴器效率=0.99
滚动轴承效率=0.98
双头蜗杆效率=0.8
卷筒效率
传动系统总效率==0.70
式中:
==0.98×0.8=0.78
0.98×0,99=0.97
工作时所需电动机功率为
1.2电动机转速的选择
输送机滚筒轴的工作转速为
1.3电动机型号的选择
选取同步转速为750m/s的电动机,根据工作条件,查阅参考文献【2】中表16-1可知,应选择的电动机型号为Y132M,其主要性能参数为
额定功率
满载转速
1.4传动比的分配
总传动比
2.计算传动装置的运动和动力参数
2.1各轴转速
蜗杆轴n1=710r/min
齿轮轴n2=710/14=50.71r/min
卷筒轴n3=n2=50.71r/min
2.2各轴的输入功率
蜗杆轴p1=
齿轮轴p2=p1
滚筒轴p3=p2
2.3各轴的转矩
电机输出转矩=9550=
蜗杆输入转矩=
蜗轮输入转矩=
滚筒输入转矩=
将以上算得的运动和动力参数列于表1
表1
类型
功率P(kw)
转速n(r/min)
转矩T(N·m)
传动比i
效率η
电动机轴
3
710
36.855
蜗杆轴
3.713
710
36.492
0.70
蜗轮轴
2.116
50.71
398.497
20
滚筒轴
1.929
50.71
363.28
3.蜗轮蜗杆的设计计算
3.1选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085—1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。
3.2选择材料
考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45~55HRC。
蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。
为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。
3.3按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则,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
确定作用在涡轮上的转距
由前面可知=398.497N·m
确定载荷系数K
因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均系数=1;
由参考文献【1】表11-5取使用系数=1.15
由转速不高,冲击不大,可取动载荷系数=1,则K==1.15
确定弹性影响系数
因用铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160
确定蜗杆齿数和蜗轮齿数
由参考文献【1】表11-1,初选蜗杆头数为=2
蜗轮齿数为=,由于与之间尽量要互为质数,取。
3.4确定许用接触应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,可从参考文献【1】中表11-7查得蜗轮的基本许用应力=268
应力循环次数
假设减速器每天工作16小时,每年按300工作日计,则寿命为十年时
应力循环次数N=60j=60×1×50.71×48000
寿命系数=
则===
3.5计算值
因=2,从参考文献【1】表11-2中取模数m=8,蜗杆分度圆直径,分度圆导程角
蜗杆与蜗轮主要几何参数
中心距
蜗杆
轴向齿距mm
直径系数
齿顶圆直径
齿根圆直径
蜗杆齿宽
取
导程角
蜗杆轴向齿厚
蜗轮
蜗轮齿数
分度圆直径=m=
蜗轮喉圆直径
齿根圆直径
蜗轮咽喉母圆半径
蜗轮宽度取B=64mm
3.7校核齿根弯曲疲劳强度
当量齿数
根据,从参考文献【1】中可查得齿形系数
因为
螺旋角系数=1-=1-=0.9192
许用弯曲应力
从手册中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56
寿命系数
=0.72×56=
故弯曲强度是满足的。
3.8验算效率
已知,;与相对滑动速度有关
==3.03m/s
由参考文献【1】表11-18可得=0.027,
代入式中可得,大于原估计值,因此不用重算。
3.9精度等级工查核表面粗糙度的确定
考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T10089-1988圆柱蜗杆,蜗轮精度选择8级精度,侧隙种类为f,标注为8fGB/T10089-1988。
然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度,此处从略。
详细情况见零件图。
3.10蜗杆传动的热平衡计算
蜗杆传动的热平衡校核公式:
其中:
蜗杆传递的名义功率
蜗杆传动的总效率1
箱体散热系数,,取
箱体散热面积
周围空气的温度
润滑油工作温度的许用值一般取,取
代入上述数据,得
,符合要求。
4.轴的设计计算
4.1蜗轮轴的设计计算
4.1.1选择轴的材料及热处理
选用45钢,调质处理。
4.1.2求作用在蜗轮上的力
轴向力
径向力
圆周力
4.1.3初步确定轴的最小直径
根据参考文献【1】表15-3,取,由
输出的最小轴径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩,查参考文献【1】14-1,考虑转矩变化很小,故取=1.5,则
由参考文献【2】表13-9,选用LX3型弹性柱销联轴器,联轴器孔径,故取,由于键槽的存在,故将直径增大10%,取
则重新选择联轴器LX4,
联轴器与轴配合的长度为,为了保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面,故取第一段长度为。
装配方案:
右端从左到右依次安装甩油环,滚动轴承,端盖。
左端从右到左依次安装蜗轮、套筒、甩油环,滚动轴承、端盖和联轴器。
图2
确定轴的各段直径和长度
1段:
由上得,;
2段:
为满足联轴器要求,两段轴之间要有定位轴肩,则,考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便,取
3段:
由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用,故选轴承为圆锥滚子轴承,由于,
查参考文献【2】表12-3,所选轴承型号为30311。
其尺寸为
则
甩油盘的长度为12mm,取齿轮距箱体内壁之间的距离为,则第三段轴的长度为
4段:
查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为,则,该段与蜗轮接合,蜗轮轮毂,为了使套筒能可靠地压紧齿轮,此轴端应略短于轮毂宽度,故取。
5段:
轴肩高度为,由轴得,故取,则,。
6段:
,。
轴的圆角半径,轴端倒角为。
先确定轴的支点位置,查参考文献【2】表12-3得,对于30311型轴承,,则轴的支承跨度为根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,如图3所示
图3
从轴的结构图和弯矩图中可以看出涡轮中心截面C为轴的危险面。
现计算截面C处的各数值
对水平面H
对垂直面V
总弯矩
扭矩为
进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度,经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取,轴的计算应力为
以选定轴的材料为45钢,调质处理。
由参考文献【1】表15-1查得[]=,因此,故安全。
4.2蜗杆轴的设计计算
4.2.1选择轴的材料及热处理
选用45钢,调质处理。
4.2.2求作用在蜗杆上的力
轴向力
径向力
圆周力
4.2.3确定轴的最小直径
根据参考文献【1】表15-3,取,由的最小轴径显然是安装联轴器处的直径
最小轴径显然是安装联轴器处的直径,为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩,查参考文献【1】14-1,考虑转矩变化很小,故取=1.5,则
由参考文献【2】表13-9,选用LX1型弹性柱销联轴器,联轴器孔径,故取,联轴器与轴配合的长度为,为了保证轴端挡圈只压在联轴器上而不压在轴的端面,故取第一段长度为。
装配方案:
右端从左到右依次安装套杯、滚动轴承,挡圈,止动垫圈,圆螺母,端盖,左端从右到左依次安装套杯、滚动轴承、挡圈,套筒,端盖和联轴器。
图4
确定轴的各段直径和长度
1段:
由上得,;
2段:
为满足联轴器要求,两段轴之间要有定位轴肩,轴肩高度为,由轴,查参考文献【1】表14-2,得,故取,则,考虑到轴承端盖的长度和安装和拆卸的方便,端盖与联轴器间的距离为25mm,再初选套筒长度为20mm取
3段:
由于轴承同时受到径向力和轴向力的作用,故选轴承为圆锥滚子轴承,由于,查参考文献【2】表12-3,所选轴承型号为30305.其尺寸为
则,选取该段长度为
4段:
查参考文献【2】表12-3知该型轴承的定位轴肩高度为,则,取该段长度为10mm,。
5段:
5段轴的直径与3段轴的直径相同,即,取该段长度为
6段:
其长度与蜗杆齿宽一致,取,。
7段:
该段轴的直径与5段轴的直径相同,即,取该段长度为
8段:
该段轴与4段轴一致,
9段:
该段轴与4段轴一致,
10段:
该段安装止动垫圈和圆螺母,取
轴的圆角半径,轴端倒角为。
先确定轴的支点位置,查参考文献【2】表12-3得,对于30305型轴承,则轴的支承跨度为根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图,如图5所示
图5
从轴的结构图和弯矩图中可以看出截面C为轴的危险面。
现计算截面C处的各数值
对水平面H
对垂直面V
总弯矩
扭矩为
按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度,经判断轴所受扭转切应力为脉动循环应力,取,轴的计算应力为
以选定轴的材料为45钢,调质处理。
由参考文献【1】表15-1查得[]=,因此,故安全。
5.轴承的计算
5.1计算输入轴轴承
初选两轴承为30305型圆锥滚子轴承,查参考文献【2】表12-3,可知其基本额定动载荷=46.8KN基本额定静载荷,,,受力分析如图6所示
图6
由以上计算结果可知
则派生轴向力为
再求轴承的当量动载荷和
由参考文献【1】表13-5可知
对轴1:
对轴2:
因轴承运转过程中有中等冲击,由参考文献【1】表13-6得,取则
验算轴的寿命
以为所以按轴承2的受力大小验算
减速器的设计寿命为
,故所选轴承寿命满足要求。
5.2计算输出轴轴承
初选两轴承为30311型圆锥滚子轴承,查参考文献【2】表12-3,可知其基本额定动载荷=152KN基本额定静载荷=188KN,,,受力分析如图7所示
图7
由以上计算结果可知
则派生轴向力为
再求轴承的当量动载荷和
因为
由参考文献【1】表13-5可知
对轴1:
对轴2:
因轴承运转过程中有中等冲击,
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