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减速器
机械设计课程设计说明书
前言
课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。
根据学院的教学环节,在2006年6月12日-2006年6月30日为期三周的机械设计课程设计。
本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器,减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。
本减速器属单级蜗杆减速器(电机——联轴器——减速器——联轴器——带式运输机),本人是在周知进老师指导下独立完成的。
该课程设计内容包括:
任务设计书,参数选择,传动装置总体设计,电动机的选择,运动参数计算,蜗轮蜗杆传动设计,蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计,蜗轮轴的尺寸设计与校核,减速器箱体的结构设计,减速器其他零件的选择,减速器的润滑等和A0图纸一张、A3图纸三张。
设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。
该减速器的设计基本上符合生产设计要求,限于作者初学水平,错误及不妥之处望老师批评指正。
设计者:
殷其中
2006年6月30日
参数选择:
总传动比:
I=35Z1=1Z2=35
卷筒直径:
D=350mm
运输带有效拉力:
F=6000N
运输带速度:
V=0.5m/s
工作环境:
三相交流电源
有粉尘
常温连续工作
一、传动装置总体设计:
根据要求设计单级蜗杆减速器,传动路线为:
电机——连轴器——减速器——连轴器——带式运输机。
(如图2.1所示)根据生产设计要求可知,该蜗杆的圆周速度V≤4——5m/s,所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见(如图2.2所示),采用此布置结构,由于蜗杆在蜗轮的下边,啮合处的冷却和润滑均较好。
蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。
蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承,承受径向载荷和轴向载荷的复合作用,为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘,异物侵入箱内,在轴承盖中装有密封元件。
图2.1
该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。
二、电动机的选择:
由于该生产单位采用三相交流电源,可考虑采用Y系列三相异步电动机。
三相异步电动机的结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,启动性能好等优点。
一般电动机的额定电压为380V
根据生产设计要求,该减速器卷筒直径D=350mm。
运输带的有效拉力F=6000N,带速V=0.5m/s,载荷平稳,常温下连续工作,工作环境多尘,电源为三相交流电,电压为380V。
1、按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭扇冷式结构,电压为380V,Y系列
2、传动滚筒所需功率
3、传动装置效率:
(根据参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第133-134页表12-8得各级效率如下)其中:
蜗杆传动效率η1=0.70
搅油效率η2=0.95
滚动轴承效率(一对)η3=0.98
联轴器效率ηc=0.99
传动滚筒效率ηcy=0.96
所以:
η=η1•η2•η33•ηc2•ηcy=0.7×0.99×0.983×0.992×0.96=0.633
电动机所需功率:
Pr=Pw/η=3.0/0.633=4.7KW
传动滚筒工作转速:
nw=60×1000×v/×350
=27.9r/min
根据容量和转速,根据参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第339-340页表附表15-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据,查出有四种适用的电动机型号,因此有四种传动比方案,如表3-1:
表3-1
方案电动机型号额定功率
Pedkw电动机转速r/min额定转矩
同步转速满载转速
1Y132S1-25.5300029002.0
2Y132S-45.5150014402.2
3Y132M2-65.510009602.0
4Y160M-85.57507202.0
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比,可见第3方案比较适合。
因此选定电动机机型号为Y132M2-6其主要性能如下表3-2:
表3-2
中心高H外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸
A×B地脚螺栓孔直径K轴身尺寸
D×E装键部位尺寸
F×G×D
132515×(270/2+210)×315216×1781238×8010×33×38
四、运动参数计算:
4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩
P0=Pr=4.7kw
n0=960r/min
T0=9.55P0/n0=4.7×103=46.7N.m
4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩
P1=P0•η01=4.7×0.99×0.99×0.7×0.992=3.19kw
nⅠ===27.4r/min
T1=9550=9550×=1111.84N•m
4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩
P2=P1•ηc•ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kw
n2===27.4r/min
T2=9550=9550×=1089.24N•m
运动和动力参数计算结果整理于下表4-1:
表4-1
类型功率P(kw)转速n(r/min)转矩T(N•m)传动比i效率η
蜗杆轴4.796046.7510.679
蜗轮轴3.1927.41111.8435
传动滚筒轴3.1327.41089.24
五、蜗轮蜗杆的传动设计:
蜗杆的材料采用45钢,表面硬度>45HRC,蜗轮材料采用ZCuA110Fe3,砂型铸造。
以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考由《机械设计第四版》邱宣怀主编高等教育出版社出版1996年第13章蜗杆传动为主要依据。
具体如表3—1:
表5—1蜗轮蜗杆的传动设计表
项目计算内容计算结果
中心距的计算
蜗杆副的相对滑动速度
参考文献5第37页(23式)4m/s 当量摩擦 系数4m/s 由表13.6取最大值 选[]值 在图13.11的i=35的线上,查得[]=0.45 []=0.45 蜗轮转矩 使用系数按要求查表12.9 转速系数 弹性系数根据蜗轮副材料查表13.2 寿命系数 接触系数按图13.12I线查出 接触疲劳极限查表13.2 接触疲劳最小安全系数自定 中心距 传动基本尺寸 蜗杆头数 Z1=1 蜗轮齿数模数 m=10 蜗杆分度圆直径 或 蜗轮分度圆 直径 mm 蜗杆导程角 表13.5 变位系数x=(225-220)/10=0.5x=0.5 蜗杆齿顶圆直径表13.5 mm 蜗杆齿根圆直径表13.5 mm 蜗杆齿宽 mm 蜗轮齿根圆直径 mm 蜗轮齿顶圆直径(吼圆直径) mm 蜗轮外径 mm 蜗轮咽喉母圆半径 蜗轮齿宽B=82.5 B=82mm mm 蜗杆圆周速度 =4.52m/s 相对滑动速度 m/s 当量摩擦系数由表13.6查得 轮齿弯曲疲劳强度验算 许用接触应力 最大接触应力 合格 齿根弯曲疲劳强度由表13.2查出 弯曲疲劳最小安全系数自取 许用弯曲疲劳应力 轮齿最大弯曲应力 合格 蜗杆轴扰度验算 蜗杆轴惯性矩 允许蜗杆扰度 蜗杆轴扰度 合格 温度计算 传动啮合效率 搅油效率自定 轴承效率自定 总效率 散热面积估算 箱体工作温度 此处取=15w/(m²c) 合格 润滑油粘度和润滑方式 润滑油粘度根据m/s由表13.7选取 润滑方法由表13.7采用浸油润滑 六、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计 6.1蜗杆基本尺寸设计 根据电动机的功率P=5.5kw,满载转速为960r/min,电动机轴径,轴伸长E=80mm 轴上键槽为10x5。 1、初步估计蜗杆轴外伸段的直径 d=(0.8——10)=30.4——38mm 2、计算转矩 Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×5.5/960=82.1N.M 由Tc、d根据《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第334页表14-13可查得选用HL3号弹性柱销联轴器(38×83)。 3、确定蜗杆轴外伸端直径为38mm。 4、根据HL3号弹性柱销联轴器的结构尺寸确定蜗杆轴外伸端直径为38mm的长度为80mm。 5、由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键10×70,蜗杆轴上的键槽宽mm,槽深为mm,联轴器上槽深,键槽长L=70mm。 6、初步估计d=64mm。 7、由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第189页图7-19,以及蜗杆上轴承、挡油盘,轴承盖,密封圈等组合设计,蜗杆的尺寸如零件图1(蜗杆零件图) 6.2蜗轮基本尺寸表(由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第96页表4-32及第190页图7-20及表5—1蜗轮蜗杆的传动设计表可计算得) 表6—1蜗轮结构及基本尺寸 蜗轮采用装配式结构,用六角头螺栓联接(100mm),轮芯选用灰铸铁HT200,轮缘选用铸锡青铜ZcuSn10P1+*单位: mm a=bCxB 16012812362015282 en 1033538090º214390306 七、蜗轮轴的尺寸设计与校核 蜗轮轴的材料为45钢并调质,且蜗轮轴上装有滚动轴承,蜗轮,轴套,密封圈、键,轴的大致结构如图7.1: 图7.1蜗轮轴的基本尺寸结构图 7.1轴的直径与长度的确定 1.初步估算轴的最小直径(外伸段的直径) 经计算D6>51.7>100mm 又因轴上有键槽所以D6增大3%,则D6=67mm 计算转矩 Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000N.M 所以蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器65×142, 因此=65mm 2.由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键20×110,普通平键GB1096—90A型键20×70,联轴器上键槽深度,蜗轮轴键槽深度,宽度为由参考文献《机械设计基础》(下册)张莹主编机械工业出版社1997年的第316页—321页计算得: 如下表: 图中表注计算内容计算结果 L1(由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构)L1=25 L2自定L2=20 L3根据蜗轮L3=128 L4自定L4=25 L5(由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构)L5=25 L6自定L6=40 L7选用HL5弹性柱销联轴器65×142L7=80 D1(由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构)D1=80 D2便于轴承的拆卸D2=84 D3根据蜗轮D3=100 D4便于轴承的拆卸D4=84 D5自定D5=72 D6D6>51.7>100mm 又因轴上有键槽所以D6增大3%,则D6=67mmD6=67 7.2轴的校核 7.2.1轴的受力分析图 图7.1 X-Y平面受力分析 图7.2 X-Z平面受力图: 图7.3 水平面弯矩 1102123.7 521607 9797119 图7.4 垂直面弯矩714000 图7.5 436150.8 合成弯矩 1184736.3 714000 681175.5 图7.6 当量弯矩T与aT T=1111840Nmm aT=655985.6Nmm 图7.7 7.2.2轴的校核计算如表5.1 轴材料为45钢,,, 表7.1 计算项目计算内容计算结果 转矩 Nmm 圆周力=20707.6N =24707.6N 径向力 =2745.3N 轴向力=24707.6×tan20º Fr=8992.8N 计算支承反力 =1136.2N =19345.5N 垂直面反力 =4496.4N 水平面X-Y受力图图7.2 垂直面X-Z受力图7.3 画轴的弯矩图 水平面X-Y弯矩图图7.4 垂直面X-Z弯矩图图7.5 合成弯矩图7.6 轴受转矩TT==1111840Nmm T=1111840Nmm 许用应力值表16.3,查得 应力校正系数aa= a=0.59 当量弯矩图 当量弯矩蜗轮段轴中间截面 =947628.6Nmm 轴承段轴中间截面处 =969381.2Nmm 947628.6Nmm =969381.2Nmm 当量弯矩图图7.7 轴径校核 验算结果在设计范围之内,设计合格 轴的结果设计采用阶梯状,阶梯之间有圆弧过度,减少应力集中,具体尺寸和要求见零件图2(蜗轮中间轴)。 7.3装蜗轮处轴的键槽设计及键的选择 当轴上装有平键时,键的长度应略小于零件轴的接触长度,一般平键长度比轮毂长度短5—10mm,由参考文献1表2.4—30圆整,可知该处选择键2.5×110,高h=14mm,轴上键槽深度为,轮毂上键槽深度为,轴上键槽宽度为轮毂上键槽深度为 八、减速器箱体的结构设计 参照参考文献〈〈机械设计课程设计》(修订版)鄂中凯,王金等主编东北工学院出版社1992年第19页表1.5-1可计算得,箱体的结构尺寸如表8.1: 表8.1箱体的结构尺寸 减速器箱体采用HT200铸造,必须进行去应力处理。 设计内容计算公式计算结果 箱座壁厚度δ=0.04×225+3=12mm a为蜗轮蜗杆中心距取δ=12mm 箱盖壁厚度δ1=0.85×12=10mm 取δ1=10mm 机座凸缘厚度bb=1.5δ=1.5×12=18mmb=18mm 机盖凸缘厚度b1b1=1.5δ1=1.5×10=15mmb1=18mm 机盖凸缘厚度PP=2.5δ=2.5×12=30mmP=30mm 地脚螺钉直径dØdØ==20mmdØ=20mm 地脚螺钉直径d`Ød`Ø==20mmd`Ø==20mm 地脚沉头座直径D0D0==48mmD0==48mm 地脚螺钉数目n取n=4个取n=4 底脚凸缘尺寸(扳手空间)L1=32mmL1=32mm L2=30mmL2=30mm 轴承旁连接螺栓直径d1d1=16mmd1=16mm 轴承旁连接螺栓通孔直径d`1d`1=17.5d`1=17.5 轴承旁连接螺栓沉头座直径D0D0=32mmD0=32mm 剖分面凸缘尺寸(扳手空间)C1=24mmC1=24mm C2=20mmC2=20mm 上下箱连接螺栓直径d2d2=12mmd2=12mm 上下箱连接螺栓通孔直径d`2d`2=13.5mmd`2=13.5mm 上下箱连接螺栓沉头座直径D0=26mmD0=26mm 箱缘尺寸(扳手空间)C1=20mmC1=20mm C2=16mmC2=16mm 轴承盖螺钉直径和数目n,d3n=4,d3=10mmn=4 d3=10mm 检查孔盖螺钉直径d4d4=0.4d=8mmd4=8mm 圆锥定位销直径d5d5=0.8d2=9mmd5=9mm 减速器中心高HH=340mmH=340mm 轴承旁凸台半径RR=C2=16mmR1=16mm 轴承旁凸台高度h由低速级轴承座外径确定,以便于扳手操作为准。 取50mm 轴承端盖外径D2D2=轴承孔直径+(5~5.5)d3取D2=180mm 箱体外壁至轴承座端面距离KK=C1+C2+(8~10)=44mmK=54mm 轴承旁连接螺栓的距离S以Md1螺栓和Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取S=D2S=180 蜗轮轴承座长度(箱体内壁至轴承座外端面的距离)L1=K+δ=56mmL1=56mm 蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离=15mm 取=15mm 蜗轮端面与箱体内壁之间的距离=12mm 取=12mm 机盖、机座肋厚m1,mm1=0.85δ1=8.5mm,m=0.85δ=10mmm1=8.5mm,m=10mm 以下尺寸以参考文献《机械设计、机械设计基础课程设计》王昆等主编高等教育出版社1995年表6-1为依据 蜗杆顶圆与箱座内壁的距离=40mm 轴承端面至箱体内壁的距离=4mm 箱底的厚度20mm 轴承盖凸缘厚度e=1.2d3=12mm箱盖高度220mm箱盖长度 (不包括凸台)440mm 蜗杆中心线与箱底的距离115mm箱座的长度 (不包括凸台)444mm装蜗杆轴部分的长度460mm 箱体宽度 (不包括凸台)180mm箱底座宽度304mm蜗杆轴承座孔外伸长度8mm 蜗杆轴承座长度81mm蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离61mm 九、减速器其他零件的选择 经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计,经校核确定以下零件: 表9-1键单位: mm 安装位置类型b(h9)h(h11)L9(h14) 蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处GB1096-90 键10×7010870 蜗轮与蜗轮轴联接处GB1096-90 键25×1102514110 蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处GB1096-90 键20×1102012110 表9-2圆锥滚动轴承单位: mm 安装位置轴承型号外形尺寸 dDTBC 蜗杆GB297-84 7312(30312)6013033.53126 蜗轮轴GB/T297-94 302168014028.252622 表9-3密封圈(GB9877.1-88)单位: mm 安装位置类型轴径d基本外径D基本宽度 蜗杆B55×80×855808 蜗轮轴B75×100×107510010 表9-4弹簧垫圈(GB93-87) 安装位置类型内径d宽度(厚度)材料为65Mn,表面氧化的标准弹簧垫圈 轴承旁连接螺栓GB93-87-16164 上下箱联接螺栓GB93-87-12123 表9-5挡油盘 参考文献《机械设计课程设计》(修订版)鄂中凯,王金等主编东北工学院出版社1992年第132页表2.8-7 安装位置外径厚度边缘厚度材料 蜗杆129mm12mm9mmQ235 定位销为GB117-86销8×38材料为45钢 十、减速器附件的选择 以下数据均以参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社的P106-P118 表10-1视孔盖(Q235)单位mm AA1A。 B1BB0d4h 150190170150100125M81.5 表10-2吊耳单位mm 箱盖吊耳dReb 42424220 箱座吊耳BHh b 3619.29..6924 表10-3起重螺栓单位mm dDLSd1 Cd2h M1635622716328422226 表10-4通气器单位mm Dd1d2d3d4Dabs M18×1.5M33×1.583164012722 Chh1D1Rkef 1640825.440622 表10-5轴承盖(HT150)单位mm 安装 位置d3Dd0D0D2ee1mD4D5D6b1d1 蜗杆1013011155180121335.5120125127880 蜗轮轴101401116519012132013013513710100 表10-6油标尺单位mm d1d2d3habcDD1 M1641663512852622 表10-7油塞(工业用革)单位mm dDeLlasd1H M1×1.52619.62312317172 十一、减速器的润滑 减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑,这样不仅可以减小摩擦损失,提高传动效率,还可以防止锈蚀、降低噪声。 本减速器采用蜗杆下置式,所以蜗杆采用浸油润滑,蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高,但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。 蜗轮轴承采用刮板润滑。 蜗杆轴承采用脂润滑,为防止箱内的润滑油进入轴承而使润滑脂稀释而流走,常在轴承内侧加挡油盘。 1、《机械设计课程设计》(修订版)鄂中凯,王金等主编东北工学院出版社1992年 2、《机械设计第四版》邱宣怀主编高等教育出版社出版1996年 3、《机械设计、机械设计基础课程设计》王昆等主编高等教育出版社1995年 4、《机械设计课程设计图册》(第三版)龚桂义主编高等教育出版社1987年 5、《机械设计课程设计指导书》(第二版)龚桂义主编高等教育出版社1989年 6、简明机械设计手册(第二版)唐金松主编上海科学技术出版社2000年 《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社1993年 《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社1989 《机械设计第四版》邱宣怀主编高等教育出版社出版1996年
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