一级单级蜗轮蜗杆减速器设计.docx
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一级单级蜗轮蜗杆减速器设计
一级蜗轮蜗杆减速器设计
1引言
蜗轮蜗杆减速器的计算机辅助机械设计,计算机辅助设计及辅助制造(CAD/CAM)技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术,通过本课题的研究,将进一步深入地对这一技术进行深入地了解和学习。
本文主要介绍一级蜗轮蜗杆减速器的设计过程及其相关零、部件的CAD图形。
计算机辅助设计(CAD),计算机辅助设计及辅助制造(CAD/CAM)技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术,能清楚、形象的表达减速器的外形特点。
2设计方案的拟订
2.1箱体
(1)蜗轮蜗杆箱体内壁线的确定;
(2)轴承孔尺寸的确定;
(3)箱体的结构设计;
a.箱体壁厚及其结构尺寸的确定b.轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸的确定
c.确定箱盖顶部外表面轮廓d.外表面轮廓确定箱座高度和油面
e.输油沟的结构确定f.箱盖、箱座凸缘及连接螺栓的布置
2.2轴系部件
(1)蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计
a.轴的径向尺寸的确定b.轴的轴向尺寸的确定
(2)轴系零件强度校核
a.轴的强度校核b.滚动轴承寿命的校核计算
2.3减速器附件
a.窥视孔和视孔盖b.通气器c.轴承盖d.定位销
e.油面指示装置f.油塞g.起盖螺钉h.起吊装置
3减速器的总体设计
3.1传动装置的总体设计
3.1.1拟订传动方案
本传动装置用于带式运输机,工作参数:
运输带工作拉力F=5KN,工作速度=1.6m/s,滚筒直径D=500mm,传动效率η=0.96,(包括滚筒与轴承的效率损失)两班制,连续单向运转,载荷较平稳;使用寿命8年。
环境最高温度80℃。
本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器,传动简图如下图所示。
传动装置简图
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
3.1.2电动机的选择
(1)选择电动机的类型
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,封闭式结构,电压380V。
(2)选择电动机的功率
电动机所需的功率Pd=Pw/
式中Pd—工作机要求的电动机输出功率,单位为KW;
η—电动机至工作机之间传动装置的总效率;
Pw—工作机所需输入功率,单位为KW;
输送机所需的功率P=Fv/1000=5000×1.6/1000×0.79=10.12kW
电动机所需的功率P=P/
=联轴蜗轴联=0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.79
P=10.12/0.96=10.54kW
查表,选取电动机的额定功率P=11kw。
(3)选择电动机的转速
传动滚筒转速nw==61.2r/min由表推荐的传动比的合理范围,取蜗轮蜗杆减速器的传动比=10~40,故电动机转速的可选范围为:
n=n=(10~40)×61.2=612~2448r/min
符合这范围的电动机同步转速有750、1000、1500、3000r/min四种,现以同步转速1000r/min和1500r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。
查《机械工程及自动化简明设计手册》上册(表2-3)
n=i蜗×nw=20×61.2=1224r/min
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况,选取比较合适的方案,现选用型号为Y160M—4,其主要安装尺寸如下:
中心高:
H=160mm
外型尺寸:
L×(AC×AD)×HD=600×(325+255)×385mm
轴伸尺寸:
D=42mm,E=110mm
装键部分尺寸:
F×G×D=12×37×42mm
底脚安装尺寸:
A×B=254×210mm
地脚螺栓孔直径:
K=15mm
3.1.3确定传动装置的传动比及其分配
减速器总传动比及其分配:
减速器总传动比i=nm/nw=1460/61.2=23.9
本课题是一级蜗轮蜗杆减速器,它的传动比i=10-40之间,选i=24
传动比查《机械工程及自动化简明设计手册》上册(表2-5)
式中i—传动装置总传动比
nw—工作机的转速,单位r/min
nm—电动机的满载转速,单位r/min
3.1.4计算传动装置的运动和动力参数
(1)各轴的输入功率
轴ⅠP=P联承=10.54×0.99×0.99=10.33kW
轴ⅡP=P蜗承联=10.33×0.99×0.99×0.8=8.1kW
(2)各轴的转速
电动机:
nm=1460r/min
轴Ⅰ:
n=nm=1460r/min
轴Ⅱ:
n==1460/23.9=61.08r/min
(3)各轴的输入转矩
电动机轴:
T=9550=9550×10.54/1460≈68.94Nm
轴Ⅰ:
T=T×i×联×承≈1621.63Nm
轴Ⅱ:
T=T×i×联×承×蜗≈30515.7Nm
上述计算结果汇总表
输入功率(kW)
转速n(r/min)
输入转矩(Nm)
传动比
效率
电动机轴
10.54
1460
68.94
1
0.99
轴Ⅰ
10.33
1460
1621.63
24
0.82
轴Ⅱ
8.1
61.08
30515.7
3.2传动零件的设计计算
3.2.1蜗轮蜗杆传动设计
一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度
蜗杆材料选用45钢,整体调质,表面淬火,齿面硬度45~50HRC。
蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1,金属模铸造,滚铣后加载跑合,8级精度,标准保证侧隙c。
二.计算步骤
1.按接触疲劳强度设计
设计公式≥mm
(1)选z1,z2:
查表7.2取z1=2,
z2=z1×n1/n2=2×1460/61.2=48z2在30~64之间,故合乎要求。
初估=0.82
(2)蜗轮转矩T2:
T2=T1×i×=9.55×106×10.33×24×0.82/1460=1329768.146Nm
(3)载荷系数K:
因载荷平稳,查表7.8取K=1.1
(4)材料系数ZE
查表7.9,ZE=155
(5)许用接触应力[0H]
查表7.10,[0H]=220Mpa
N=60×n2×at=60×61.2×1×12000=4.4064×10
ZN===0.8030786651
[H]=ZN[0H]=0.830786651×220=182.77Mpa
(6)md1:
md1≥=1.1×1329768.164×=4822.718mm
(7)初选m,d1的值:
查表7.1取m=8,d1=80
md1=5120〉4906
(8)导程角
tan==0.2
=arctan0.2=11.3°
(9)滑动速度Vs
Vs===6.23m/s
(10)啮合效率
由Vs=6.23m/s查表得ν=1°16′
1==0.2/0.223=0.896
(11)传动效率
取轴承效率2=0.99,搅油效率3=0.98
=1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87
T2=T1×i×=9.55×10×10.33×24×0.87/1460=1410451.553Nm
(12)检验md1的值
md1≥==0.8×1410451.853×=5115<5120
原选参数满足齿面接触疲劳强度要求
1.确定传动的主要尺寸
m=8mm,d1=80mm,z1=2,z2=48
(1)中心距a
a==232mm
(2)蜗杆尺寸
分度圆直径d1d1=80mm
齿顶圆直径da1da1=d1+2ha1=(80+2×8)=96mm
齿根圆直径df1df1=d1﹣2hf=(80﹣2×1.2×8)=60.8mm
导程角tan=11.30993247°右旋
轴向齿距Px1=πm=3.14×8=25.12mm
齿轮部分长度b1b1≥m(11+0.06×z2)=8×(11+0.06×48)=111.04mm
取b1=120mm
(2)蜗轮尺寸
分度圆直径d2d2=m×z2=8×48=384mm
齿顶高ha2=ha*×m=8×1=8mm
齿根高hf2=(ha*+c*)×m=(1+0.2)×8=9.6mm
齿顶圆直径da2da2=d2+2ha2=384+16=400mm
齿根圆直径df2df2=d2﹣2m(ha*+c*)=384﹣19.2=364.8mm
导程角tan=11.30993247°右旋
轴向齿距Px2=Px1=πm=3.14×8=25.12mm
蜗轮齿宽b2b2=0.75da1=0.75×96=72mm
齿宽角sinα=b2/d1=72/80=0.9
蜗轮咽喉母圆半径rg2=(a—da2)/2=232﹣200=32mm
(1)热平衡计算
①估算散热面积A
A=
②验算油的工作温度ti
室温:
通常取。
散热系数:
Ks=17.5W/(㎡·℃)。
73.32℃<80℃
油温未超过限度
(1)润滑方式
根据Vs=6.23m/s,查表7.14,采用浸油润滑,油的运动粘度V40℃=220×10㎡/s
(2)蜗杆、蜗轮轴的结构设计(单位:
mm)
①蜗轮轴的设计
最小直径估算
dmin≥c×
c查《机械设计》表11.3得c=120dmin≥=120×=61.5
根据《机械设计》表11.5,选dmin=63
d1=dmin+2a=71a≥(0.07~0.1)dmin=4.41≈4.5
d2=d1+(1~5)mm=71+4=75
d3=d2+(1~5)mm=75+5=80
d4=d3+2a=80+2×6=92a≥(0.07~0.1)d3=5.6≈6
h由《机械设计》表11.4查得h=5.5
b=1.4h=1.5×5.5=7.7≈8
d5=d4﹣2h=92﹣2×5.5=81
d6=d2=75
l1=112+2=114
②蜗杆轴的设计
最小直径估算
dmin≥c×=120×=23取dmin=24
d1=dmin+2a=24+2×2=28a=(0.07~0.1)dmin
d2=d1+(1~5)=28+4=32
d3=d2+2a=32+2×2.5=37取38a=(0.07~0.1)d2
d4=d3﹣2h=38﹣2×3.5=31取30
h查《机械设计》表11.4
蜗杆和轴做成一体,即蜗杆轴。
蜗轮采用轮箍式,青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合,并加台肩和螺钉固定,螺钉选6个
几何尺寸计算结果列于下表:
名称
代号
计算公式
结果
蜗杆
中心距
=
a=232
传动比
i=24
蜗杆分度圆
柱的导程角
蜗杆轴向压力角
标准值
齿数
z1=2
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
=60.8
蜗杆螺纹部分长度
名称
代号
计算公式
结果
蜗轮
中心距
=
a=232
传动比
i=24
蜗轮端面
压力角
标准值
蜗轮分度圆柱螺旋角
º
齿数
=
=48
分度圆直径
齿顶圆直径
=400
齿根圆直径
蜗轮最大
外圆直径
3.3轴的设计
3.3.1蜗轮轴的设计
(1)选择轴的材料
选取45钢,调质,硬度HBS=230,强度极限=600Mpa,由表查得其许用弯曲应力=55Mpa查《机械设计基础》(表10-1、10-3)
(2)初步估算轴的最小直径
取C=120,得dmin≥=120×=6
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