机械设计课程设计单级蜗轮蜗杆减速器说明书

一级蜗杆传动设计机械基础课程设计1课程设计报告课程设计报告课程名称机械基础设计题目一级蜗杆传动设计系别机电工程系专业班级机电设备二班学生姓名司海强学号0208110230指导老师隋冬杰设计时间2012年12月河南质量工程职业学院一级蜗杆传动设计机械基础课程设计2河南质量工程职业学院机械基础课程设计任务书班级机电设备二班学生姓名司海强指导教师隋冬杰课程设计题目一级蜗杆传动设计主要设计内容（1）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。（2）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。主要技术指标和设计要求（1）电动机的额定功率P55KW。额定（2）电机转速的可选范围为（582）NDINW6366318354415R/MIN（3）工作条件单向运转，连续工作，空载起动，载荷平稳，三班制工作，减速器使用寿命不低于10年，输送带速度允许误差位5主要参考资料及文献1张晓坤隋晓朋AUTOCAD中文版实用教程北京北京经济日报出版社，200892徐锦康机械设计北京高等教育出版社,200833唐金松简明机械设计手册（第二版）上海上海科学技术出版社，200054黄祖德机械设计北京北京理工大学出版社，200795岳优兰，马文锁机械设计基础开封河南大学出版社，20095一级蜗杆传动设计机械基础课程设计3目录一传动方案的拟定3二电动机的选择和传动装置的运动和动力学计算5三传动装置的设计8四轴及轴上零件的校核计算121蜗杆轴及其轴上零件的校核计算122涡轮轴及其轴上零件的校核计算15五轴承等相关标准件的选择17六密封方式的选择20七参考资料23一级蜗杆传动设计机械基础课程设计4第二章传动方案选择及机构运动简图21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380V，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。22机构运动简图电动机联轴器蜗杆减速器联轴器滚筒输送带一级蜗杆传动设计机械基础课程设计5第三章电动机的选择和运动参数的计算31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机械设计课程设计表23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；90一对滚动球轴承950联轴器80四线涡轮蜗杆减速机构的总效率76822轴承单线蜗轮蜗杆联轴器总（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PDPW/总式中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；总PW工作机所需输入功率，单位为KW；一级蜗杆传动设计机械基础课程设计6输送机所需的功率PDMAXFV100025001510000768488KW总查机械设计课程设计表21，选取电动机的额定功率P55KW。额定（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825蜗杆I理论总传动比825蜗杆总I2电动机的转速卷筒轴的工作转速6366R/MINNWDV106所以电动机转速的可选范围为（582）6366318354415R/MINDIW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750R/MIN、1000R/MIN、1500R/MIN和3000R/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，决定选用同步转速为750R/MIN的电动机。其主要功能如表31表31Y160M28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Y160M28557202022注电动机轴伸出段直径/MM42K6电动机轴伸出段安装长度/MM110电动机中心高度/MM160电动机外形尺寸长宽高/MM60032533532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IINMNW7206366113一级蜗杆传动设计机械基础课程设计7（2）各轴转速蜗杆轴转速N1720R/MIN蜗轮轴转速N26372R/MIN2各轴输入功率计算蜗杆轴功率55099099539KWP蜗杆D联轴器滚动球轴承蜗杆轴功率53908431KW蜗轮蜗杆四线涡轮蜗杆卷筒轴功率431099099423KW滚筒蜗轮联轴器滚动球轴承3各轴输入转矩计算电动机轴T95509550557207295NMDMDNP蜗杆轴TI7150NM蜗杆D联轴器滚动球轴承蜗轮轴I64636NM蜗轮蜗杆单线涡轮蜗杆卷筒轴I63350NM卷筒蜗轮联轴器滚动球轴承表32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5572957200981蜗杆轴539715072008113蜗轮轴431646366372卷筒轴4226335063720981一级蜗杆传动设计机械基础课程设计8第三章传动零件的设计计算31选择蜗杆类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。32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。33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（1112）则传动中心距为322HEZKTA（1）确定轮上转矩按4，效率为08，则1ZM64591059226NNPT（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K表115选取使用系数115，由于转速不是很高，冲击不大，可选取动载荷AK系数105，则K1115105121VKV（3）确定弹性影响系数EZ因为选用的是锡磷青铜（ZCUSN10P1）的蜗轮和45刚蜗杆相配，故EZMPA160（4）确定接触系数Z一级蜗杆传动设计机械基础课程设计9先假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为035，从机械设计AD1图1118中查得29Z（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，基本许用应力268MPA。应力循环次数N606016372（88365）893HLJN2710寿命系数07606，则HNK870930760626820384MPA（6）计算中心距A322HEZKTM3981584203916459132取中心距A225MM，因为113，故从表112中选取模数M81IMM，蜗杆分度圆直径D180MM，这时D1/A0356，与假设相近，得28，因此以上计算结果可用。,Z34蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸蜗杆轴向齿距PA1251MM；直径系数Q1000；齿顶圆直径96MM；齿根圆1AD直径60MM；分度圆导程角ARCTANARCTAN2180（右旋）；轴向1FDQZ104齿厚126MM。2S蜗轮蜗轮齿数47；变位系数0375；验算传动比1175，这2Z2X1I2Z一级蜗杆传动设计机械基础课程设计10时传动误差为3985是允许的31752180（右旋）蜗轮分度圆直径；MZD376482蜗轮喉圆直径3762（10375）8386MM；2AAH蜗轮齿根圆直径3762（10250375）8350MM；F2F蜗轮咽喉母圆半径A22538632MM；2GR21AD蜗轮轮缘宽度B72MM。35校核齿根弯曲疲劳强度FFAFYMDKTCOS53122当量齿数VZ725801S4332根据0375，5872，得齿形系数2152XV2FAY螺旋系数Y84310241许用弯曲应力F/FNK从表118中查得由ZCUSN10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力56MPA/F寿命系数6071398107696FN56057833399MPAF/K所以YMDTFAN2153MPA029843152837604915,弯曲强度校核满足要求。F36验算效率一级蜗杆传动设计机械基础课程设计11TAN9051V已知2180，与相对滑移速度有关VVFRCSVSMNDVS239850167OS106得00272，1553代入上式得VFV大于原估计值，因此不用重算。80TAN96051V37热平衡计算1估算散热面积AA275175136402303MA2验算油的工作温度TI室温通常取。0T2散热系数14175取KS175W/；SK啮合效率；891轴承效率098099，取轴承效率2099；搅油效率094099，搅油效率3098；1230880990980855398020364157980100TAKPTSI油温未超过限度一级蜗杆传动设计机械基础课程设计12第四章轴的设计计算及校核41蜗杆轴的设计及校核图51蜗杆轴草图（1）选择轴的材料及热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。硬度HBS217255MPA，强度极限640BMPA，355MPA，275MPA，155MPA，60MPA。S111（2）求蜗杆轴上的功率、转速和转矩由第3章可知，。KWP39517201NMNT4105（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NDTFT5178057241轴向力TA36621径向力NFTR150AN1（4）初步确定轴的最小直径先初步校核估算轴的最小直径，取A。112MNPAD902173513MIN（5）轴的结构设计一级蜗杆传动设计机械基础课程设计131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，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1D组、标准精度级的角接触球轴承。查机械设计课程设计（表511）初选型号为7211C，其尺寸为DDB55MM100MM21MM。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III为最小端,故该段直径为42MM。IIIIV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IIIII段的直径为50MM。IVV段为挡油环提供轴向定位，选直径为64MM，取VVI段直径为50MM。VIVII段为蜗杆，直径是蜗杆的分度圆直径为80，直径和VVI段一样为50MM。直径和IVV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III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III段的长度可取107MM。IIIII段装端盖，长为80MM。轴段IIIIV的长度为30MM。轴段IVV装长度为10MM。VVI段的长度为70，（125009Z2）M），计算得出VIVII的长度为140MM，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H128GB109679,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15MM。其他轴肩圆角半径均为2MM。轴的左右端倒角均为1645。（6）按弯扭合成校核高速轴的强度一级蜗杆传动设计机械基础课程设计14在确定轴承支点位置时，得7211C角接触球轴承的A209MM，AL/3因此，做出简支梁的轴的跨距为312MM。切向力NDTFT5178057241轴向力TA36621径向力NFTR150AN1绘出轴的计算简图52A图绘制垂直面弯矩图52B图轴承支反力N61025346125087462L11LFDFRARAVN025RAVRB计算弯矩截面C右侧弯矩MFMLRBVCV62381706251截面C左侧弯矩NLRAVCV2187041）（绘制水平面弯矩图52C图轴承支反力FTRAH189034/1758MNTB6截面C左侧弯矩MNFMLRAH2149703481901）（截面C右侧弯矩LHR2971B,绘制合成弯矩图52D图一级蜗杆传动设计机械基础课程设计1504152496382CHVCMMN81绘制转矩图52E图NM571T绘制当量弯矩图52F图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取06，截面C处的当量弯矩为9028571608422TMCEMN校核危险截面C的强度，安全。MPADEE80190334PAB61图52高速轴的弯矩和转矩A轴的结构B受力简图C水平面的受力和弯矩图D垂直面的受力和弯矩图E合成弯矩图F转矩图G计算弯矩图42蜗轮轴的设计1蜗轮轴的设计一级蜗杆传动设计机械基础课程设计1653蜗轮轴草图（2）求作用在蜗轮上的力已知蜗轮的分度圆直径为847376MM，所以得2D2ZMT2TFDT，。N1734670625NFAT51782NRR61502（3）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45刚，调质处理。，取A。112，于是得。MNPAD6453123MIN（4）轴的结构设计1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径该轴轴段III为最小端,装轴承，故该段直径为55MM。为了设计的需要，考虑轴的轴向定位，设计IIIII段的直径为64MM。IIIIV段为齿轮的轴向定位提供轴肩，取设计直径为116MM。IVV段安装蜗轮，故该段直径为90MM，齿轮左端用套筒定位。VVI段装套筒和轴承，直径和III段一样为55MM。段安装轴承端盖，采用毡油封，所用直径为50MM。安装联轴器，故该段直径为48MM。2各轴段长度的确定III段长为轴承的宽度为22MM。IIIII段长度为为20MM,IIIIV段为轴间的长度为10MM。IVV装蜗轮，长为140MM。轴段VVI的长度为35MM。轴段装轴承端盖，长度为60MM。齿轮宽加齿轮间隙为75MM。段的长度为小齿轮的轮毂的长度为107MM。3轴上零件的周向定位为了保证良好的对中性，蜗轮与轴选用A型普通平键联接，键的型号为一级蜗杆传动设计机械基础课程设计172514GB109679,键槽用键槽铣刀加工，键长为125MM；同时为了保证蜗轮与轴配合有良好的对中性，所以选择蜗轮与轮毂的配合为；联轴器与轴采用67RHA型普通平键联接，键的型号为键宽B键高H149GB109679，键长为100MM；轴与轴承内圈配合轴径选用H7/M6的配合。4轴上零件的周向定位为保证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，取轴肩圆角半径为15MM。其他轴肩圆角半径分别由具体轴径而定。根据标准轴的左端倒角均为245，右端倒角均为1645。第五章轴承等相关标准件的选择51轴承的选择（1）减速器轴承选取高速轴选用7211C；低速轴选用7211C。表71减速器各轴所用轴承代号及尺寸外形尺寸（MM）安装尺寸（MM）型号内径D外径D宽度BDAMINDBMAXRAMAX轴承7211C5510021916415（2）高速级轴承寿命验算1）预期寿命要求使用寿命L8年365天8小时23360小时2）寿命计算高速轴使用7211C型角接触球轴承，528KN，405KN，轴颈31TFPFRCR0D55MM，转速N1720R/MIN一级蜗杆传动设计机械基础课程设计18径向载荷FR90540N，轴向载荷FA343417。确定E的值查表1612得E046。08541730RACF由于B端轴承相对于A端轴承受载较大，所以要对B段进行校核，查机械设计表135得，ERA79340951FX044,Y123。由机械设计式138A得PFP（XFRYFA）1（04490540123343417）462241N即将轴承在受径向载荷和轴向载荷时的寿命转化为只承受纯径向载荷时的寿命，根据机械设计式135，有LH3450867H46215870PCN601）（）（求得的值远大于预期寿命，所以这个减速器的高速轴正常使H用，工作8年不需要更换换轴承。52联轴器的选择（1）输入轴联轴器的选择查机械设计（表153）初估轴的最小直径，取A。112，。MNPAD902173513MIN输入轴通过联轴器与电动机相连的，所以轴的最小直径显然是安装联轴器，为了使所选的轴直径D与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查机械设计表141，考虑到转矩变化很小，1TKACA故取13，则AK9295MNTCA441102950573按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计课程设计（表一级蜗杆传动设计机械基础课程设计1968），选用HL3（JB4284GB501485）弹性柱销联轴器，其公称转矩为630NM，半联轴器的孔径D42MM，孔长度L112MM，半联轴器与轴配合的毂孔长度L184MM。（2）输出轴联轴器的确定同理，查机械设计（表153）初估轴的最小直径，取A。112，于是得。MNPAD6453123MIN输出轴通过联轴器与电动机相连的，所以轴的最小直径显然是安装联轴器，为了使所选的轴直径D与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，考虑到转矩变化很小，故取13，则1TKACAAK90490MNTACA45210290463按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用HL4（JB4284GB501485）弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250NM，半联轴器的孔径D48MM，孔长度L112MM，半联轴器与轴配合的毂孔长度L184MM。53螺栓，螺母，螺钉的选择考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因素的影响选用螺栓GB/T57802000M820数量为3个；GB/T57802000M1260数量为20个；GB/T57802000M1460数量为4个；GB/T57802000M18140数量为4个。螺母GB/T412000M14数量为4个；GB/T412000M18数量为4个。螺钉M302JB/ZQ445086数量为1个54销，垫圈垫片的选择选用销GB11786，B830,数量为1个；选用垫圈GB9387,数量为1个；选用石棉橡密封圈2个；选用08F调整垫片4个。75键的选择和强度校核（1）高速轴键联接的选择和强度校核一级蜗杆传动设计机械基础课程设计20高速轴采用蜗杆轴结构，因此无需采用键联接。（2）低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核选用普通平键（A型）按低速轴装蜗轮处的轴径D90MM，以及轮毂长140MM，查机械设计L表61，选用键2514GB109679，键长125MM。强度校核键材料选用45钢，查表知，键的工作长度MPAP120MM，MM，按公式的挤压应力1025BLL74HK，小于，故键的联接的AKLDTP520973643PP强度是足够的。同理可以证明联轴器处装键也满足强度要求盖的结构尺寸，减速器的润滑与密封，减速器的附件作一简要的阐述。本课题所设计的减速器，其基本结构设计是在参照装配图的基础上完成的，61密封减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等处。（1）轴伸出处的密封作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。（2）轴承内侧的密封该密封处选用挡油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。（3）箱盖与箱座接合面的密封的接合面上涂上密封胶。一级蜗杆传动设计机械基础课程设计2172附件的设计（1）窥视孔盖和窥视孔为了检查传动件的啮合、润滑、接触斑点、齿侧间隙及向箱内注油等，在箱盖顶部设置便于观察传动件啮合的位置并且有足够大的窥视孔，箱体上窥视孔处应凸出一块，以便加工出与孔盖的接触面。（2）排油孔、放油油塞、通气器、油标为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座底部设有排油孔，并在其附近做出一小凹坑，以便攻丝及油污的汇集和排放，平时排油孔用油塞及封油垫封住。本设计中采用螺塞M101。为了检查减速器内的油面高度，应在箱体便于观察、油面较稳定的部位设置油标。（3）吊耳和吊钩为了拆卸及搬运减速器，应在箱盖上铸出吊耳环，并在箱座上铸出吊钩，吊钩和吊耳的尺寸可以根据具体情况加以修改。一级蜗杆传动设计机械基础课程设计22第八章设计小结通过两个星期的努力，终于完成了单级蜗杆减速器的设计，我觉得自己受益非浅。机械设计课程设计是机械设计课程的一个重要环节，它可以让我们进一步巩固和加深学生所学的理论知识，通过设计把机械设计及其他有关先修课程（