机械设计课程设计带式运输机上的单级蜗杆减速器设计讲解.docx
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机械设计课程设计带式运输机上的单级蜗杆减速器设计讲解
攀枝花学院本科课程设计(论文)
带式运输机传动装置的蜗杆减速器设计
学生姓名:
学生学号:
院(系):
机电工程学院
年级专业:
200级
指导教师:
_
助理指导教师:
机械课程设计说明书
目录:
机械设计课程设计说明书-错误!
未定义书签。
-
目录:
-2
1设计题目:
-2
2传动简图:
-2
3原始数据-2
4设计工作量要求-2
5传动装置的总体设计-2
5.1拟定传动方案-2
5.2选择电动机-3
5.3确定传动装置的总传动比及其分配-4
5.4计算传动装置的运动及动力参数-错误!
未定义书签。
-
6传动零件的设计计算-错误!
未定义书签。
-
6.1选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数-4
6.2确定许用应力-5
6.3接触强度设计-5
6.4校核蜗轮齿面接触强度-7
6.5蜗轮齿根弯曲强度校核-7
6.6蜗杆刚度校核-8
7轴的设计计算-9
7.1蜗轮轴的设计与计算-9
7.2蜗杆轴的设计与计算-13
8滚筒轴承的选择-17
9蜗杆联轴器选择-17
10润滑剂的选择-18
11箱体的选择-18-
12设计小结-19-
13参考资料-21-
1设计题目
带式运输机传动装置的蜗杆减速器设计
2前言
2.1题目分析
采用联轴器将蜗杆和电动机相连,采用蜗杆下置式,因为蜗杆的具有减速的作用,因此将蜗杆通过联轴器与带轮连接,从而将电动机的转速通过蜗杆减速器传到带轮上,驱动带轮运动,从而传递载荷。
2.2传动简图
2.3原始数据
已知条件:
带拉力F=2300N;带速度V=1.1m/s(转速误差为+5%);滚筒直径D=570mm;设计使用期限8年(每年工作日300天),两班制工作;单向运转,空载起动,运输机工作平稳,大修期为3年;减速器由一般规模厂中小批量生产。
2.4设计工作量要求
要求装配图(0或1号)(1:
1)一张,低速级齿轮与轴,箱体或箱盖(共3张零件图),设计说明书(6000-8000字,word)一份。
传动简图(附后)
2.5拟定传动方案
采用一级蜗轮蜗杆减速器,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,不适合于传递较大功率。
3电动机的选择
计算过程及说明
结果
3.1电动机的类型的选择
电动机的类型根据动力源和工作条件,选用丫系列
一相异步电动机
3.2电动机功率的选择
工作机所需要的有效功率为:
Pw=FV/1000=2300汉1.1/1000=2.53Kw
工作机主轴转速为:
60"000v60^1000汉1.1cr,.
nw———36.87r/min
兀D3.14汉570
工作机主轴上的转矩:
十Pf"95502.53汇9550“厂
T一工一-655.316Nm
n36.87
为了计算电动机所需要的有效功率Pd,先要确定从电动
机到工作机之间的总效率“,设口^2^3^4分别为联轴器,
蜗杆涡轮传动效率,轴承效率,滚筒的效率:
查得:
1=0.992=0.833=0.984=0.95
则传动装置的总效率为:
=;2;4=0.727
1――联轴器,2――蜗杆蜗轮,
3——滚动轴承4——滚筒
所以电动机所需功率为:
Pd二?
w=2.53/0.727=3.48Kw
选取电动机的额定功率为:
4Kw
3.3电动机的选择
选择常用的同步转速为1500r/min和1000r/min两种
方
案
号
电动机型
号
额疋功率
Kw
同步转速r/min
、卄
满载
转速
r/min
1
Y112M-4
4
1500
1440
2
Y132M1-6
4
1000
960
由上表可知传动方案1虽然电动机的价格低,但总传动比大,为了能合理地分配传动比,使传动装置结构紧凑,决定选用方案2,即电动机型号为Y132M1-6。
则选电动机的同步转速为n=1000r/min
电动机额定功率Ped=4kW
电动机满载转速=960r/min
3.4确定传动装置的总传动比及其分配
总传动比i=nm/nw二960=26.0374
36.87
3.5计算传动装置的运动及动力参数各轴转速:
m=nm=960^/jin
匕_ni一960—36.87/.
ii26.0374/min
各轴的输入功率P1=Pd3=3.48汇0.99=3.4452kW
P2=Rxn2汉n3=3.4452汉0.83汉0.98=2.8023kW
电动机的输出转矩:
Td=9550^=34.6187“m
nm
各轴的输入转矩:
T,=9550空=34.2725Nm
ni
T2=9550二=725.8466Nm
n?
4传动零件的设计计算
计算过程及说明
结果
4.1选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数
根据设计要求,减速器使用期限8年(每年工作日
300天),两班制工作,单向运转,空载起动,运输机工作平稳,大修期为3年。
转速误差为+5%,减速器由一般规模厂中小批量生产。
由此,推荐米用渐开线蜗杆
(ZI),考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45号钢;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。
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。
蜗轮蜗杆的传动比:
26.0374:
26
n236.87
4.2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,在校核齿根弯曲强度。
传动中心距由式:
4.2.1确定作用在蜗轮上的转矩T2
按蜗杆头数乙=2计算,则:
涡轮轴的转矩T2为:
T2,550P123=955020578.533007.5Nmm
36.87
n2
4.2.2确定载荷系数K
因运输机工作平稳,故取载荷分布不均匀系数人:
=1;
由于空载起动,固选取使用系数X,=1;由于转速不高,
冲击不大,可取动载荷系数为0=1.1
则:
Kn■:
Xv"1
423确定弹性影响的系数
因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故
Ze=160MP12。
4.2.4确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径di和传动中心距a的比值
dl=0.35,
a
可查得/,?
=2.9
4.2.5确定许用接触应力Lh]
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnIOPI,金属模铸
造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,查得蜗轮的基本许用应
[-;]/=268MPa。
应力循环次数
N=6Ojn2Lh=60汇1江36.87汉2><8><300><8=8.495汇107
寿命系数为:
则:
[;「h]=Khn[-:
]/=O.7653180=137.754MPa
4.2.6计算中心距
“fl602.9f
a-3l.1533OO7.5188.069mm
\1137.754丿
取中心距a=2OOmm,因i=26,固从表中取m=6.3
蜗杆分度圆直径:
d^63mm
这时dja二0.325,查得接触系数Z;=2.87,因为
乙因此计算结果可用。
4.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
4.3.1蜗杆主要参数
齿顶咼:
ha1
=ham=1汽6.3=6.3mm
齿根高:
hf1=
(ha+C)=(1+0.25)汉6.3=7.875mm
全齿高:
h1=
ha1+hf1=6.3+7.875=14.175mm
直径系数:
q=10
分度圆直径:
d1
=mq=6.3江10=63mm
齿顶圆直径:
da1=d1+2ha1=63+2=<6.3=75.6mm
齿根圆直径:
df1
討-2hf1=63-2汉7.875=47.25mm
蜗杆导程:
P2=
39.5mm
蜗杆螺纹部分长度:
丨狂(12+0.1汉49)汉6.3=106.47mm
取1=140mm
蜗杆分度圆导程角:
^=11o18/36//
蜗杆轴向齿距:
P
=^m=3.14沢6.3=19.782mm
432、蜗轮主要参数
蜗轮齿数:
Z2=53,变位系数:
X2—0.1032
验算传动比i=N=色=26.5,这时传动比误差为
Z2
26.5_26=1.9%<5%,在允许的范围内
26
蜗轮齿顶高:
ha2=(h;x)m=(1-0.1032)6.3=5.65mm
mm
蜗轮齿根高:
hf2=(h;c*_x)m=(10.250.1032)6.3=8.525
全齿高:
h2二ha2hf2=5.658.525=14.175mm
分度圆直径:
d2=mz2=6.353=333.9mm
a2
齿顶圆直径:
da2二d22ha2=333.9-25.65=345.2mm
齿根圆直径:
df2=d2-2hf2=333.9-28.525=316.85mm
蜗轮分度圆螺旋角:
-;',=11o18/36//
4.4蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核
查得蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算公式为
式中:
匚F----蜗轮齿根弯曲应力,单位为MP;
YFa2—蜗轮齿形系数;
丫卩----螺旋角影响系数;
亠I为蜗轮的许用弯曲应力,单位为MP;
当量齿数:
z
=53.367
Zv2_3
cos、cos11.31
根据工--0.1032,Zv^56.211,查得齿形系数
YFa2=2.378
螺旋角影响系数:
Y1131
丫^-血亠."192
140:
'
许用弯曲应力
I;--F1=I'-FI•KFN
查ZCuSn10P1制造蜗轮的基本许用弯曲应[二F]/=56MP。
寿命系数k
6
107=0.6104
8.49510
[二f]十fIKfn=560.6104=34.182MPa
1.531.1533007.5
厂F2.3780.9192=14.795
'F63333.96.3
校验结果为6=14.795MPa十F“34.182MPa。
所以
蜗轮齿根弯曲疲劳强度是满足要求的4.5蜗杆工作图
因为蜗杆的结构单一,几何参数为所查资料得,不需对蜗杆的结构及刚度做特别设计和验算。
所以以下只列出了蜗杆的详细参数。
传动类型
ZI型蜗杆副
蜗杆头数
Z
2
模数
m
6.3
导程角
T
11^836"
螺旋线方向
右旋
齿形角
a
20
精度重等级
蜗杆8f
中心距
a
200
配对蜗轮图
号
轴向齿距累
积公差
fpx
0.014
轴向齿距极
限偏差
fpxL
0.024
蜗轮齿开公
差
ffl
0.032
」XL
一1亠
轴向螺
旋剖面
sx1
40.009
9.89』07i
Snl
12.57爲2
ha1
6.3
蜗轮的工作图
因为蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1金属模铸造。
为了节约贵重金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造,而蜗轮的直径较大,所以对蜗轮的结构设计是必要的。
蜗轮的结构如上图所示,齿圈厚度
「•=1.7m=1.76.3=10.71:
••11mm。
在齿圈与轮芯联结处,
采用轮箍式。
并采用H7/m6配合,并加台肩和螺钉固定,此蜗轮直径较大,采用8个螺钉平均分布。
深度为一半左右,装配后将镙钉的头部切掉。
轮幅打均分的六个圆孔,直径为25,其厚度c_0.2552.92=13.23mm,则取c=20mm。
蜗轮轮毂厚度约为d^1.2~1.852.92=63.504~95.256mm,贝卩取
d'=90mm。
蜗轮的大体结构设计已完成,详细的结构尺寸见蜗轮的零件图。
蜗轮主要参数如下图;
传动类型
ZI型蜗杆副
蜗轮端在模
数
m
6.3
导程角
T
11C18'36"
螺旋方向
右旋
蜗杆轴向剖
面内的齿形
角
ot
20
蜗轮齿数
Z2
53
蜗轮变位系
数
-0.1032
中心距
a
200
配对蜗轮图
号
精度等级
蜗轮
8cGB10089-1988
蜗轮齿距累
积公差
Fp
0.125
齿距极限偏
差
fpt
±0.032
蜗轮齿厚
S2
9.65丄16
5轴的设计计算及校核
计算过程及说明
结果
5.1对蜗轮轴的设计
5.1.1由前面的计算可知轴的主要参数
=3.44520.830.98=2.8023KW
T2=9550725.8466Nm
r)2
5.1.2求作用在蜗轮上的力
已知轴上的蜗轮的分度圆直径为d2二333.9mm
贝S圆周力Ft2=玉=2咒725846・6=4347.68N
厂t2d2333.9
径向力Fr2=F"ta“20=575.956N
轴向力Fa2=肚=2*34272・5=1088.015N
Fd163
5.1.3初步定轴的最小直径
初步估算低速轴的最小直径,选用45钢,调质处理。
取"o=110mm,于是得
J!
P2(2.8023
dmin=A。
*“=110违药帚=46.59亦
为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应,故
须同时选取联轴器型号,该轴的计算转矩
Tca-KAT2'
考虑转矩变化很小,故取KA".3,,则:
ca=Ka-2=1.3725846.6=943600.58N.mm查标准GB/T5843-1986可选取YL11型凸缘联轴
器,公称转矩
「"000000-Tea
许用转速[n]=3200r/min>72r/min
选用YL11型联轴器,选用轴孔直径dmin=50mm,dmax=56mm,取最小轴孔直径为50mm,固取d~=50。
该半联轴器长度L°=229mm,半联轴器轴孔长度L=112mm,与轴配合的毂孔长度L1=84mm,选用YL11型联轴器能满足要求。
5.2轴的结构设计
521、拟定轴上的零件的装配方案
因为轴上零件只有一个蜗轮,则应将蜗轮放在两轴承的中间,如此轴的受力比较合理。
522、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
5.2.2.1为了满足半联轴器的轴向定位要求,1—2轴段右端需制出一轴肩,故取d2A=57mm,左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D=60mm。
半联轴器与轴配合的毂孔长度L^84mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1—2段的长度应比L1略短一些,现取L^=82mm。
523、初步选择滚动轴承。
因轴承同时受径向力和轴
向力的作用,故选用圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据d2;=57mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的圆锥滚子轴承,其尺寸为dDB二mmmmmm,所以可取d3/二d^=mm组、标准精度级的圆锥滚子轴承,其尺寸为dDB=mmmmmm,所以可取d3*=di,=mm。
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。
由标准GB/T276-1994
查得型轴承的定位轴肩高度mm,因此
取|7_s=mm。
524、取安装齿轮处的轴段4—5的直径d4^mm;齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的宽度为mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短于轮毂宽度2-3mm,故取14』=mm。
齿轮的右端米用轴肩定位,轴肩高度h>0.07d,取h=mm,则轴环处的直径d5_6=mm。
轴环宽度b_1.4h,取S_6=mm。
525、轴承端盖的总宽度为25mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离1=25mm,故取—=mm。
526、取齿轮距箱体内壁之距a=16mm,考虑到箱体铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段
距s,取s=8mm,已知滚动轴承宽度T=mm,因为此
轴上只有一个零件,而且并没有其他零件在任何位置对轴的长度造成影响,贝y蜗轮应位于中心位置,所以
l3二二mm
5.3、轴上零件的周向定位
蜗轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。
按蜗轮用A型平键,按二mm,查手册得A型平键截面bh=20mm12mm,键槽用键槽铣刀加工,长为mm,
同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性,故选取蜗轮轮毂与轴的配合为H7/n6;半联轴器与轴的联接,用C型平键为bh=mmmm,半联轴器与轴的配合为H7/k6。
滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。
5.4、确定轴上圆角和倒角尺寸
取轴端倒角为245°,各轴肩处的圆角半径均为
2mm。
5.5、校核
5.5.1求轴上的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。
在确定轴承的支点位置时,应从手册中查取a值。
对于型圆锥滚子轴承,查得a=mm。
因此,作为简支梁的轴的支承跨距Ih〔mm=mm。
根据轴的简图作出轴的弯矩图和扭矩图
如下图所示
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C
是轴
的危险截面。
现将计算出的截面C处的结果列于下
表1-2:
载荷水平面H垂直面V
支反
力F
fnhi=fnh2=N
FNV1=N
FNV2=N
弯矩
M
MH=N.m
Mvi=N.m
MV2=N.m
总弯
矩
MY
M2”
卜=N.m
4=N.m
扭矩
T
T=N/m
5.5.2、按弯扭合成应力来校核轴的强度
进行校核时,通常只是校核轴上受最大弯矩和扭矩(即
危险截面C)的强度。
J(Mi2+/t2)吊”
匚一--MPa
W
轴的抗弯截面系数取w5-£^fc0-1d3。
32
前已选定轴的材料为45号钢,调质处理,查得
[j]=MPa。
因此▽caW故此轴的各项要求是安全的。
因为此轴不是特别重要的,所以此轴不需要进行精、确校核轴的疲劳强度。
至此,轴的设计计算已告结束。
6、轴承的验算
计算过程及说明
结果
6.1蜗轮轴承的验算
6.1,1两轴承承受的径向载荷Fn=NF「2=N
将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面,如下图
将轴系部件受到的空间力系分解为水平面,如下图
Fr1V=N
Fr2厂N
Fr1H=F「2H=N
I22
Frir1V+Fr1H=N
/22
Fr2=UFr2V+Fr2H=N
£]5]
查轴承的有关系数,e一°.68丫一°.78。
则轴承的派生力为
匚=Fr1=n
Fd12汇丫N
Fd2=Fr2=N
厂d22辺丫
则轴向当量荷为
Fa1二Fd1二N
Fa^N
6.1,2算轴承寿命
因为Fa1=
Fr1
W黒。
57<
查出径向载荷系数和轴向载荷系数为
H5〕°
对轴承1
X1T;Y1=0
d51°
对轴承2
因轴承运转中有冲击载荷,查得fP5、1.2-1.8取。
X2";丫2=°
fp-1.5
R=fp(XiFri+YFai)=N
P2二fp(X2F「2丫2卩玄2)八
因为RF,所以按轴承2的受力大小验算(由前结
果得Lh-3.84104h
选轴承可满足寿命要求。
6.1,3蜗杆轴承校核
由于蜗杆轴的轴向力太大,于是选用角接触球轴承配,
在此就不对其进行精确校核。
7、键的验算
计算过程及说明
结果
7.1蜗轮轴上的键验算
由前面轴的设计得出的轴上键的选择为蜗轮周向定位
的键为A型平键规格为b汉h=mmxmmxmm,半联轴器周向
疋位为C型平键为bxh=mmxmmXlOO。
查得平键的验算公式为
a些203<[「
Pkid"[p]
键、轴材料为钢,轮毂的材料是铸铁,铸铁的许用
压力较小。
查得铸铁许用挤压力2p]=MPa,取其平均值
Ep]=MPa。
A型键的工作长度l=L-b二-二,键与轮毂槽的
接触高度k=0.5h=。
由以上公式可得
S-^lO^MPa
pkid宀
可见,A型平键不符合要求,于是才用两个键,键的
标记为:
键20X80(GB/T1096—1979)。
对于半联轴器的C型平键盘,键、轴和半联轴器材料
都为钢,查得钢的许作挤压应力Rp]=100~120MPa,取其
平均值[J]-MPa°C型键的工作长度l=L-==mm,键
2
与轮毂槽的接触高度k=0.5h=。
由以上公式可得
33
2T疋102工1050疋10
©-61.7MPa
pkld5.5汉91汉68
可见,C型平键符合要求,键的标记为:
键
C1275
(GB/T1096—1979)。
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- 机械设计 课程设计 运输机 蜗杆 减速器 设计 讲解