机械设计课程设计单级蜗轮蜗杆减速器.doc
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1、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。在2011年06月27日-2011年07月8日为期两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。本减速器属单级蜗轮蜗杆减速器(电机联轴器减速器联轴器滚筒运输带),本人是在指导老师指导下完成的。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,减速器箱体的结构设计,减速器其他零件的选择,减速器的热平衡,轴承寿命的计算,绘制零件图一张和绘制装配草图及装配图一张(A1)。设计参数的确定
2、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。第一章. 机械设计课程设计任务书专业班级学生姓名学号课题名称单级蜗轮蜗杆传动减速器(带式运输机传动装置)设计起止时间2011年6月27日至2011年7月8日课题类型课程设计课题性质必修一、原始数据已知条件输送带拉力F/kN输送带速度V/(m/s)滚筒直径(mm)数据2.51.5450工作条件:带式运输机的传动装置,工作平稳,单向运转,单班工作,使用期限8年,大修期3年,输送带速度允许误差位5%。其中减速器由一般规模厂中小批量生产。二、设计内容1、 传动方案的分析与选择2、 电
3、动机的选择和运动参数的计算3、 传动件的设计(带轮、齿轮、联轴器等)4、 轴承及其组合部件的设计(要求轴承的寿命计算)5、 轴的设计(要求校核高速轴)6、 绘制装配草图及装配图一张(A1)7、 绘制零件图一张(齿轮或轴任选一,A3)8、 编写设计说明书一份三、设计要求每人单独一组数据,要求独立完成。第二章. 传动方案选择及机构运动简图2.1传动方案的选择该工作机采用的是原动机为Y系列三相笼型异步电动机,三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机,电压380 V,其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便;另外其传动功率大,传动转矩也比较大,噪声小,在室内使用比较环保。因为三相电动机及输送
4、带工作时都有轻微振动,所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用,以减少振动带来的不必要的机械损耗。总而言之,此工作机属于小功率、载荷变化不大的工作机,其各部分零件的标准化程度高,设计与维护及维修成本低;结构较为简单,传动的效率比较高,适应工作条件能力强,可靠性高,能满足设计任务中要求的设计条件及环境。2.2机构运动简图图2-1 机构运动简图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输送带第三章. 电动机的选择和运动参数的计算3.1电动机的选择1. 选择电动机的类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机。2.选择电动机容量(1)工作机各传动部件的传动效率及总效率查
5、机械设计课程设计表2.3各类传动、轴承及联轴器效率的概略值,减速机构使用了一对滚动球轴承,一对联轴器和单线蜗轮蜗杆机构,各机构传动效率如下:; ; 减速机构的总效率(2)选择电动机的功率所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求,则不能保证工作机的正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏;容量过大,则增加成本,并且由于效率和功率因数低而造成电能浪费。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; 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:Pdmax=Fv1000=2500
6、1.510000.768=4.88kW;查机械设计课程设计表2.1,选取电动机的额定功率P=5.5kw。(3)选择电动机的转速1) 传动装置的传动比的确定:查机械设计书中得各级齿轮传动比如下:;理论总传动比:;2) 电动机的转速:卷筒轴的工作转速:=63.66 r/min所以电动机转速的可选范围为:= =(582)63.66=318.35441.5r/min根据上面所算得的原动机的功率与转速范围,符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min和3000 r/min四种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转
7、速为750 r/min的电动机。其主要功能如表3-1:表3-1 Y160M2-8型电动机主要功能电动机型号额定功率kW满载转速/r/min起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y160M2-85.57202.02.2注:电动机轴伸出段直径/mm 42k6; 电动机轴伸出段安装长度/mm 110 电动机中心高度/mm 160 电动机外形尺寸长*宽*高/mm 600*325*3353.2运动及动力参数的计算1各轴转速计算(1)实际总传动比及各级传动比配置:由于是蜗杆传动,传动比都集中在蜗杆上,其他不分配传动比。则总传动比: i=nmnw=72063.66=11.3 (2)各轴转速:蜗杆轴转速:n1=
8、720r/min蜗轮轴转速:n2=63.72r/min2各轴输入功率计算蜗杆轴功率:= *=5.50.990.99=5.39kW蜗杆轴功率:= *=5.390.8=4.31kW卷筒轴功率:= *=4.310.990.99=4.23kW3各轴输入转矩计算电动机轴:T=9550=95505.572072.95Nm蜗杆轴:= Ti71.50Nm蜗轮轴:= i646.36Nm卷筒轴:= i633.50Nm表3-2 各轴动力参数表轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/(r/min)效率传动比i电动机轴5.572.957200.981蜗杆轴5.3971.507200.811.3蜗轮轴4.31646.36
9、63.720.981卷筒轴4.22633.5063.72第四章. 传动零件的设计计算4.1选择蜗杆类型根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。4.2材料选择考虑到蜗杆传动的功率不大,速度中等,故蜗杆采用45刚;而又希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为4555HRC;蜗轮选用铸锡磷青铜(ZCuSn10P1),砂模铸造;为了节约贵重有色金属,仅齿圈用青铜铸造,而轮芯用灰铸铁(HT100)制造。4.3按齿面接触强度设计根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行计算,再校核齿根弯曲疲劳强度。由机械设计式(11-12)则传动中心距为(1)确定轮上转矩
10、按=4,效率为0.8,则 (2)确定载荷系数因工作是有轻微振动,故取载荷分布不均匀系数=1,由机械设计表11-5选取使用系数=1.15,由于转速不是很高,冲击不大,可选取动载荷系数=1.05,则 K=11.151.05=1.21(3)确定弹性影响系数因为选用的是锡磷青铜(ZCuSn10P1)的蜗轮和45刚蜗杆相配,故(4)确定接触系数先假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为=0.35,从机械设计图11-18中查得=2.9(5)确定许用接触应力H根据蜗轮材料为锡磷青铜(ZCuSn10P1),金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从机械设计表11-7查得蜗轮的基本许用应力 =268MPa。应力
11、循环次数N=60=60163.72(88365)=8.93寿命系数 =0.7606 ,则=0.7606268=203.84MPa(6)计算中心距a=取中心距a=225mm,因为=11.3,故从表11-2中选取模数m=8mm,蜗杆分度圆直径d1=80mm,这时d1/a=0.356,与假设相近,从机械设计图11-18中可查得=2.8,因此以上计算结果可用。4.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸蜗杆轴向齿距Pa1=25.1mm;直径系数q=10.00;齿顶圆直径=96mm;齿根圆直径=60mm;分度圆导程角=arctan=arctan=21.80(右旋);轴向齿厚=12.6mm。蜗轮 蜗轮齿数:=47
12、变位系数=-0.375;验算传动比:=11.75,这时传动误差为=3.98%5%是允许的21.80(右旋)蜗轮分度圆直径:;蜗轮喉圆直径:=+=376+2(1-0.375)8=386mm;蜗轮齿根圆直径:=+=376-2(1+0.25+0.375)8=350mm;蜗轮咽喉母圆半径:=a-=225-386=32mm;蜗轮轮缘宽度:b=72mm。4.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数=根据=-0.375,=58.72,从机械设计图11-19中可查得齿形系数2.15螺旋系数=许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 =560.5783=3
13、3.99MPa所以=,弯曲强度校核满足要求。4.6 验算效率已知=21.80,=,与相对滑移速度有关从机械设计表11-18中用插值法查得=0.0272,=1.553代入上式得大于原估计值,因此不用重算。4.7热平衡计算1估算散热面积AA=2验算油的工作温度ti室温:通常取。散热系数=1417.5:取Ks=17.5 W/();啮合效率;轴承效率0.980.99,取轴承效率 2=0.99;搅油效率0.940.99,搅油效率3=0.98;=123=0.880.990.98=0.8553.980油温未超过限度第五章. 轴的设计计算及校核5.1蜗杆轴的设计及校核图5-1 蜗杆轴草图(1)选择轴的材料及热
14、处理考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置,轴主要向蜗轮传递转矩,其传递的功率不大,对其重量和尺寸无特殊要求,故选择常用的45钢,调质处理。查机械设计(表15-1)硬度HBS=217 255Mpa,强度极限=640 Mpa,=355Mpa,=275Mpa,=155Mpa,=60Mpa。(2)求蜗杆轴上的功率、转速和转矩由第3章可知 ,。(3)求作用在蜗杆上的力因已知蜗杆的分度圆直径为80mm,则切向力 轴向力 径向力 (4)初步确定轴的最小直径查机械设计(表15-3)先初步校核估算轴的最小直径,取A。=112(5)轴的结构设计1初选轴承初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向和轴向力的作用,
15、故选用角接触球轴承;参照工作要求并根据=55mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的角接触球轴承。查机械设计课程设计(表5-11)初选型号为7211C,其尺寸为dDB=55mm100mm21mm。2各轴段径向尺寸确定初估轴径后,就可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.该轴轴段I-II为最小端,故该段直径为42mm。III-IV段安装轴承,故该段直径为55mm,为了设计的需要,考虑安装密封装置,设计II-III段的直径为50mm。IV-V段为挡油环提供轴向定位,选直径为64mm,取V-VI段直径为50mm。VI-VII段为蜗杆,直径是蜗杆的分度圆直径为80,-直径和V-VI
16、段一样为50mm。-直径和IV-V一样,选直径为64mm,-段是安装轴承,所以选直径为55mm。3各轴段轴向尺寸确定I-II段安装联轴器,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I-II段的长度可取107mm。II-III段装端盖,长为80 mm。轴段III-IV的长度为30mm。轴段IV-V装长度为10mm。V-VI段的长度为70,查机械设计(表11-4 b1(12.5+0.09z2)m),计算得出VI-VII的长度为140 mm,-长度为60mm,而-段的长度为10mm,-的长度为44mm。4轴上零件的周向定位为了保证良好的对中性,与轴承内圈配合轴径选用H7/m6配合,轴承外
17、圈与套杯采用H7/k6的配合,联轴器与轴采用A型普通平键联接,键的型号为键宽b*键高h 12*8 GB1096-79,键长100mm。5轴上倒角与圆角为保证7211C轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面,根据轴承手册的推荐,取轴环圆角半径为1.5mm。其他轴肩圆角半径均为2mm。根据标准机械设计(表15-2),轴的左右端倒角均为1.6*45。(6)按弯扭合成校核高速轴的强度在确定轴承支点位置时,查机械设计手册得7211C角接触球轴承的a=20.9mm,由查机械设计(图15-23)a=l/3因此,做出简支梁的轴的跨距为312mm。切向力 轴向力 径向力 绘出轴的计算简图 5-2(a)图 绘制垂直面弯矩
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