设计运输机传动装置蜗杆齿轮减速器课程设计.docx
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设计运输机传动装置蜗杆齿轮减速器课程设计
课程设计说明要求
电动机选择……………………………………………………4
传动零件的设计………………………………………………6
(一)齿轮的设计计算………………………………………………6
1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算………………………………6
2低速级齿轮传动的设计计算……………………………………10
(二)减速器铸造箱体的主要结构尺寸……………………………15
(三)轴的设计计算…………………………………………………16
1高速轴设计计算及校核…………………………………………16
2中间轴设计计算及校核…………………………………………21
3低速轴设计计算及校核…………………………………………28
其他附件的选择…………………………………………………32
密封与润滑……………………………………………………33
总结…………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………35
课程设计任务书
1、设计目的:
(1)通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识,起到巩固深化,融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的运用,树立正确的设计思想;
(2)通过课程设计的实践,培养学生分析和解决工程实际问题的能力,使学生掌握机械零件,机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。
(3)通过课程设计,学习运用标准,规范,手册,图册和查阅有关技术资料等,培养学生机械设计的基本技能。
2、原始数据
设计运输机的蜗杆-圆柱齿轮减速器;
已知条件:
运输带工作拉力F=6500N,运输带工作速度V=0.45m/s,卷筒直径D=350mm.
3、传动方案
传动装置简图,如下:
(图1)
4、工作与技术要求
工作条件:
单班制,连续单向运转,载荷较稳定,室内工作,清洁;
使用寿命:
8年,四年一大修,二年一中修,半年一小修;
生产条件:
一般机械厂制造,小批量生产力;
动力来源:
电力,三相交流,电压380V;
输送带速度允许误差
5%。
5、设计任务
减速器装配图1张;
零件图2张(低速级齿轮,低速级轴);
设计计算说明书一份。
电动机的选择
按工作要求和工作条件选用Y系列三相鼠笼型异步电动机,电压为380v
工作机有效功率为:
=3kw
工作机所需工作功率为:
=4.25kw
工作机卷筒轴的转速为:
=24.5kw
所以电动机转速的可选范围为:
=9(10~40)×(3~6)×24.5=750~6000r/min
因此选择Y132S-4电机其主要性能如表1所示,安装尺寸如表2所示。
表1Y123S-4型电动机的主要性能
电动机型号
额定功率/kw
满载转速/(r/min)
Y132S-4
5.5
1440
2.2
2.2
传动装置的总传动比和传动比分配
总传动比
=59
(2) 分配传动比
=(0.03~0.06)×59=3
=19.7
传动装置运动和动力参数的计算
(1)各轴转速
Ⅰ轴nI=
=1440r/min
Ⅱ轴nII=nI/i1=73r/min
Ⅲ轴nIII=nII/i2=24r/min
卷筒轴nIV=nIII=24
(2)各轴输入功率
Ⅰ轴PI=P0×
=4.25×0.99=4.22kW
Ⅱ轴PII=PI×
=4.22×0.8=3.37kW
Ⅲ轴PIII=PII×
×
=3.37×0.99×0.97=3.24kW
卷筒轴PIV=PIII×
×
=3.24×0.99×0.96=3.08kW
(3)各轴输入转矩
电动机轴输出转矩
=2.82×
N·㎜
Ⅰ轴 TI=
×
=2.8×
N·㎜
Ⅱ轴 TII=TI×i1×
=44.128
N·㎜
Ⅲ轴 TIII=TII×i2×
×
=12.7×
N·㎜
卷筒轴TIV=TIII×
×
=12.08×
N·㎜
表3蜗杆-圆柱齿轮传动装置的运动和动力参数
轴名
功率P/kW
转矩T/(N·mm)
转速n/(r
min-1)
传动比
效率
电机轴
4.25
2.82×104
1440
1
0.99
Ⅰ轴
4.216
2.80×104
1440
19.7
0.80
Ⅱ轴
3.37
44.128×104
73
3
0.96
Ⅲ轴
3.24
12.7×105
24
1
0.95
卷筒轴
3.08
12.08×105
24
传动零件的设计
1.齿轮的设计计算
(一)高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算
1.选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085—1988推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)
2.齿轮材料,热处理及精度
蜗杆:
45钢淬火,螺旋齿面要求淬火,淬火后硬度为45—55HRC
蜗轮:
铸锡磷青铜ZCuSn10Pl,金属模制造,齿芯用灰铸铁HT100
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,传动中心距
(1)确定作用在蜗轮上的转矩T
按z
=2,估取效率
涡轮=0.8,则
=574857N·㎜
(2)确定载荷系数K
取载荷分布不均系数K
=1,选取选用系数K
=1,取动载系数K
=1.05,则
K=K
K
K
=1.05
(3)确定弹性影响系数Z
=160MPa
(4)确定弹性系数
设蜗杆分度圆直径d
和传动中心距a的比值d
/a=0.35,因此
=2.9
(5)确定许用接触应力[
]
根据蜗轮材料为ZCnSn10Pl,金属模制造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,查得蜗轮的基本许用应力[
]΄=268Mpa
应力循环次数N=60jn
L
=60×1×
×19200=8.42×10
寿命系数
=0.7662
则,[
]=
×[
]΄=0.7662×268=205.3Mpa
(6)计算中心距
=145.55mm
取中心距a=160mm,i=19.7,
因此,取m=6.3,蜗杆分度圆直径d
=63mm。
这时d
/a=0.39,查图11—18可查得接触系数
΄=2.72
因为,
΄<
因此,以上计算结果可用
4.蜗杆与蜗轮的主要参数及尺寸
(1)蜗杆:
轴向齿距P
=
m=3.14×6.3=19.792㎜;直径系数q=d
/m=10;齿顶圆直径d
=d
+2
×m=63+2×1×6.3=75.6㎜;齿根圆直径
=d
-2m(h
+
)=63-2×6.3(1+0.2)=47.88㎜;分度圆导程角
=11˚18´36";蜗杆轴向齿厚S
=
m/2=9.896㎜。
(2)蜗轮:
蜗轮齿数z
=41;变位系数x
=-0.1032;
验算传动比i=z
/z
=41/2=20.5,传动比误差(20.5-19.7)/19.7=4.06%,是允许的。
蜗轮分度圆直径d
=mz
=6.3×41=258.3㎜
蜗轮喉圆直径d
=d
+2h
=
=258.3+2×6.3(1-0.1032)=269.6㎜
蜗杆齿根圆直径
=d
-2h
=
=258.3-2×6.3×(1-0.1032+0.2)=241.88㎜
蜗轮咽喉母圆半径r
=a-d
/2=160-269.6/2=25.2㎜
5.校核齿根弯曲疲劳强度
当量齿数z
=z
/(cos
)
=41/(cos11.31˚)³=43.48
根据x
=-0.1032,z
=43.48,因此,
=2.46
螺旋角系数Y
=1-
=1-11.31˚/140˚=0.9192
许用弯曲应力[
]=[
]´·
由ZCuSn10Pl制造的蜗轮的基本许用应力[
]´=56Mpa
寿命系数
=0.611
[
]=56×0.611=34.216MPa
=20MPa
弯曲强度满足。
6.验算效率
=(0.95~0.96)tan
/tan(
+
)
已知
=11˚18´36"=11.31˚;
=arctanf
用插值法得f
=0.00223、
=1.2782
代入得
=0.855,大于原估计值,因此不用计算
蜗杆速度:
因此选用上置蜗杆
7.热平衡计算
取t=20°C
从K=14-17.5取K=17W/(m²·C)
由式(8-14)
=67.57°C〈85°C
(二)低速级齿轮传动的设计计算
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)按图所示的传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)运输机为一般工作机,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。
(3)材料选择。
由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。
(4)选小齿轮齿数
=24,大齿轮齿数
=3×24=72,初选螺旋角
=14˚。
2.按齿面接触强度设计
按式(10—21)试算,即
(1)确定公式内的各计算数值
1)试选Kt=1.6
2)由图10-30选取区域系数
=2.433
3)小齿轮传递的转矩
=44.128N·㎜
4)由表10-7选取尺宽系数
=1
5)由图10-26查得
=0.78,
=0.87,则
=
+
=1.65
6)由表10-6查得材料的弹性影响系数
=189.8Mpa
7)由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
;大齿轮的解除疲劳强度极限
=550MPa。
8)由式10-13计算应力循环次数
=60×73×1×19200=8.4×
=2.8×
9)由图10-19查得接触疲劳寿命系数
=0.98;
=0.97
10)计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得
=588MPa
=533.5MPa
=560.75MPa
(2)计算
1)试算小齿轮分度圆直径
,由计算器公式得
=91.8㎜
2)计算圆周速度
v=
=0.351m/s
3)计算齿宽b及模数
b=91.8㎜
=3.71㎜
h=2.25
=2.25×3.7mm=8.35㎜
b/h=91.8/8.35=10.994
4)计算纵向重合度
=
=0.318×1×24×tan14˚=1.903
5)计算载荷系数K
已知载荷平稳,所以取使用系数
=1
根据v=0.318m/s,7级精度,由表10—8查得动载系数
=1.01;由表10—4查得
=1.429,由图10—13查得
=1.36,由表10—3查得
=1.4。
故载荷系数
=1×1.01×1.4×1.429=2.02
6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10—10a)得
=99.24㎜
7)计算模数
=
=4.01㎜
3.按齿根弯曲强度设计
由式(10—17)
(1)确定计算参数
1)计算载荷系数
=1×1.01×1.4×1.36=1.923
2)根据纵向重合度
=1.903,从图10-28查得螺旋角影响系数
=0.88
3)计算当量齿数
=26.27
=78.82
4)查取齿型系
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