机械设计课设设计涡轮蜗杆传动设计.doc

1、目 录1 电动机的选择和传动装置的运动、动力计算3 1.1选择电动机 3 1.1.1选择电动机的类 3 1.1.2选择电动机的容量 3 1.1.3确定电动机转速 3 1.2计算传动装置的传动比i 4 1.3计算传动装置各轴的运动和动力参数 4 1.3.1各轴的转速 4 1.3.2各轴的输入功率 4 1.3.3各轴的输入转矩 52 传动件设计 5 2.1选择材料、热处理方式 5 2.2选择蜗杆头数和涡轮齿数 6 2.3按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径 6 2.4计算传动中心距a6 2.5验算涡轮圆周速度、相对滑移速度及传动效率 6 2.6计算蜗杆与蜗轮的主要尺寸 7 2.7热平衡计算

2、 8 2.8选取精度等级和侧隙种类 9 2.9蜗杆和蜗轮的结构设计，绘制蜗杆和蜗轮的零件工作图 9 3 确定减速器机体的结构方案并计算结构尺寸94 蜗杆轴、轴承及键连接的校核计算 11 4.1设计带式运输机中蜗杆轴轴系部件11 4.1.1选择轴的材料12 4.1.2初算轴径，确定轴径12 4.1.3结构设计12 4.1.4轴的受力分析14 4.1.5校核轴的强度16 4.1.6校核键连接的强度18 4.1.7校核轴承寿命184.2设计带式运输机中蜗轮轴轴系部件 19 4.2.1选择轴的材料 20 4.2.2初算轴径，确定轴径 20 4.2.3结构设计 20 4.2.4轴的受力分析 22 4.2

3、.5校核轴的强度 23 4.2.6校核键连接的强度 25 4.2.7校核轴承寿命 265 减速器的润滑与密封276 减速器的附件及其说明27 6.1窥视孔和窥视孔盖27 6.2放油孔及放油螺塞28 6.3油面指示器28 6.4通气器29 6.5吊耳30 6.6定位销30 6.7起盖螺钉301 电动机的选择和传动装置的运动、动力计算 1.1选择电动机 1.1.1选择电动机的类型 按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V。 1.1.2选择电动机的容量 工作机的有效效率为 从电动机到工作机输出带间的总效率为式中，、分别为弹性柱销联轴器、十字滑块联轴器、轴承、

4、蜗杆传动和卷筒的传动效率。由参考文献2表9.1取=0.992，=0.98，=0.98，=0.78，=0.96，则所以电动机所需的工作功率为 1.1.3确定电动机转速按参考文献2表9.2推荐的传动比合理范围，一级蜗杆减速器传动比i=1040，而工作机卷筒轴的转速为所以电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750r/min、10000r/min、1500r/min三种。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，决定选用同步转速为1500r/min的电动机。根据电动机类型、容量和转速，查表14.1选定电动机型号为Y100L1-4。其主要性能如下表：电动机型号额定功率/kW满载转速/(

5、r/min)Y100L1-42.214202.22.2电动机的主要安装尺寸和外形尺寸如下表：mm型号HABCDEF*GDGKbb1b2hAABBHAL1Y100L1-41001601406328608*724122051801052454017614380表11.2计算传动装置的总传动比i 总传动比及蜗杆传动比i为1.3计算传动装置各轴的运动和动力参数1.3.1各轴的转速轴 轴 卷筒轴 1.3.2各轴的输入功率轴 轴 卷筒轴 1.3.3各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩为 所以：轴 轴 卷筒轴 将上述计算结果汇总于下表，以备查用。轴名功率P/kW转矩T/(N.mm)转速n(r/min)传动比i效

6、率电机轴2.191420123.1310.9930.780.96轴2.171420轴1.6961.4卷筒轴1.6261.4表22 传动件设计2.1选择材料、热处理方式 考虑到蜗杆传动传递功率不大，速度也不太高，蜗杆选用45号刚制造，调制处理，齿面硬度为220250HBW；初估蜗杆副的滑移速度为则蜗杆轮缘选用铝铁青铜ZCuAl10Fe，又因批量生产，采用金属模铸造。2.2选择蜗杆头数和涡轮齿数由表7.2，按i=2，则圆整取。2.3按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径（1） 作用于涡轮上得扭矩（2）确定许用接触应力由参考文献1表7.6查取基本许用接触应力。（3）确定弹性系数。（4）确定模数

7、m和蜗杆分度圆直径。由参考文献1表7.1，按，选取。2.4计算传动中心距a涡轮分度圆直径所以。2.5验算涡轮圆周速度、相对滑移速度及传动效率显然，与原假设相符，取合适。由，得所以显然，与原假设相符，选用ZCuAl10Fe3作为蜗轮轮缘材料合适。由，查参考文献1表7.7，插值得到当量摩擦角，所以与原来初选值0.78相符。2.6计算蜗杆与蜗轮的主要尺寸名称符号计算公式蜗杆蜗轮齿顶高ha齿根高hf全齿高h分度圆直径d齿顶圆直径da齿根圆直径df蜗杆分度圆上导程角蜗轮分度圆柱上螺旋角2节圆直径d传动中心距a蜗杆轴向齿距Pa1蜗杆螺旋线导程Ps蜗杆螺旋部分长度L,取100mm蜗轮外圆直径de2蜗轮齿宽b

8、2齿根圆弧面半径R1齿顶圆弧面半径R2齿宽角表32.7热平衡计算 所需散热面积取油温,周围空气温度，设备通风良好，取散热系数、传动效率，则若箱体散热面积不足此值，则需要加散热片、装置风扇或采取其他散热冷却方式。2.8选取精度等级和侧隙种类因为这是一般动力传动，且，故蜗轮取8级精度，侧隙种类代号为C，即传动8C GB/T10089-1988。3 确定减速器机体的结构方案并计算结构尺寸减速器机体做成剖分式，凸缘式端盖。结构尺寸计算见下表。铸件减速器机体结构尺寸计算表名称符号尺寸关系尺寸值机座厚度10机盖壁厚110机座凸缘厚度b15机盖凸缘厚度b115机座底凸缘厚度p25地脚螺钉直径df16地脚螺钉

9、数目n4轴承旁连接螺栓直径d112机盖与机座连接螺栓直d210连接螺栓d2的间距l轴承端盖螺钉直径d38窥视孔端盖螺钉直径d46定位销直径d12df、d1、d2至外机壁距离（见表5）c1df22d118d216d1、d2至凸缘边缘距离c2d116d214轴承旁凸台半径R116凸台高度h外机壁至轴承座端面距离l140内机壁至轴承座端面距离l250蜗轮外圆与内机壁距离115涡轮轮毂端面与内机壁距离215机盖、机座肋厚m1、m轴承端盖外径D2110轴承端盖凸缘厚度e10轴承旁连接螺栓距离s表4螺钉直径螺栓直径M8M10M12M16M20M24M30C1min13161822263440C2min11

10、141620242834沉头座直径20242632404860表54 蜗杆轴、轴承及键连接的校核计算 4.1设计带式运输机中蜗杆轴轴系部件已知轴输入端功率P=2.17kW，转矩T=14625Nmm，转速n=1420r/min， 蜗杆分度圆直径d=50mm，圆周力，轴向力径向力，则作用在轴上的法向力，载荷平稳，单向转动，工作环境室内清洁，2班工作制，使用5年，大批量生产。 4.1.1选择轴的材料 因为传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢，调制处理。 4.1.2初算轴径，确定轴径（1）按扭矩强度初定该轴的最小直径该段轴上有一键槽，将计算值加大5%，应为13.1mm。（2） 选择

11、联轴器。根据传动装置的工作条件拟选用LH型弹性柱销联轴器（GB/T 5014-1985）。计传动转矩为式中：-联轴器所传递的名义转矩，及为电动机输出转矩。 K工作情况系数，查参考文献1表12.1得：工作机为带式运输机时K=1.251.5。取1.5。根据，查表参考文献113.1LH1型联轴器就能满足传递转矩的要求（）。但其轴孔直径范围，满足不了电动机的轴径要求，故最后选LH2型联轴器（）。其轴孔直径d=(2035)mm，可满足电动机的轴径要求。取联轴器孔直径25mm，J型孔轴，A型键。相应的，轴段1的直径d1=25mm，轴段1的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短，故取。4.1.3结构设计 （1）确

12、定轴的轴向固定方式因为两支点跨距为227.4mm2m/s,采用蜗杆传动时飞溅出来的润滑油来润滑轴承是最简单的，故选用浸油润滑。环境清洁，选用橡胶圈密封， （3）轴的结构设计 本题中有7个轴段的阶梯轴，轴的直径确定，以为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的拆装和位置固定、与标准件孔径配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐一确定各段轴径的长度。根据以上要求，确定各轴段的直径为：=25mm，=30mm，=35mm，=40mm，=35mm，=38mm，=35mm，=40mm，=35mm。根据轴承类型和轴径，经过后续校核选滚动轴承型号为30207，其基本尺寸查参考文献2表12.4为：d=35mm，D

13、=72mm，B=17mm。采用凸缘式端盖，其凸缘厚度e=10mm。为了避免联轴器轮毂端面与轴承盖连接螺栓头干涉，并便于轴承盖上螺栓的拆装，联轴器轮毂端面与轴承盖之间应该有足够的间距K，取K=20mm。在确定带轮、齿轮、机体、轴承、轴承盖的相互位置和尺寸后，即可从轴段6开始，确定各轴段的长度。设轴承座厚度L=48mm。 轴段1的长度=36mm轴段2的长度轴段3的长度=37mm轴段4的长度轴段5的长度轴段6的长度等于蜗杆螺旋部分长度=100mm轴段7的长度轴段8的长度轴段9的长度=38mm分别取带轮和齿轮的轮毂长度中点为力的作用点，可得跨距 (4) 键连接设计联轴器与轴的连接均采用A型普通平键连接

14、，查参考文献2表11.27为键。完成的结构设计草图如下图所示。图1 4.1.4轴的受力分析 （1）画轴的受力简图（2）计算支承反力 在垂直面上0S，故a-a截面安全。b-b剖面：b-b应力集中系数，查参考文献1表9.10得。安全系数计算如下： 查参考文献1表9.13得许用安全系数S=1.3-1.5，显然SS，故a-a截面安全。 4.1.6校核键连接的强度 联轴器连接处的挤压应力为式中：d-键连接处的轴径，25mm； T-传递的转矩，14625Nmm； h键的高度，6mm； L键连接的计算长度，。 键、轴及联轴器的材料都为钢，查参考文献1表4.1得显然，故强度足够。 4.1.7校核轴承寿命查参考

15、文献2表12.1得30207轴承的。（1） 计算轴承的轴向力轴承1、2内部轴向力分别为FS2与A同向，显然，Fs2+FaFs1，因此轴有向左移动的趋势，故两周的轴向力分别为比较两轴承的受力，因，故只需校核轴承1。FaFs2Fs1Fr1Fr2图3（2） 计算当量动载荷查参考文献1表10.13得X=0.4，Y=1.1。当量动载荷为(3) 校核轴承寿命 轴承在以下工作，查参考文献1表10.10得。载荷平稳，查参考文献1表10.11得.5。轴承1的寿命为已知该传动装置使用3年，三班工作制，则预期寿命为显然，故轴承1寿命符合设计要求。4.2设计带式运输机中蜗轮轴轴系部件已知轴输入端功率P=1.69kW，

16、转矩T=263863Nmm，转速n=61.4r/min， 蜗杆分度圆直径d=230mm，轴向力，圆周力径向力，则作用在轴上的法向力，载荷平稳，单向转动，工作环境室内清洁，2班工作制，使用5年，大批量生产。 4.2.1选择轴的材料 因为传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢，调制处理。 4.2.2初算轴径，确定轴径（1）按扭矩强度初定该轴的最小直径该段轴上有一键槽，将计算值加大5%，应为34.9mm。(2)选择联轴器。根据传动装置的工作条件拟选用金属滑块联轴器联轴器（JB/ZQ 4384-1997）。计传动转矩为式中：-联轴器所传递的名义转矩。 K工作情况系数，查查参考文献1表

17、12.1得：工作机为带式运输机时K=1.251.5。取1.5。选联轴器（）。其轴孔直径d=40mm,相应的，轴段1的直径d2=40mm，轴段1的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短，故取。 4.2.3结构设计 (1) 确定轴的轴向固定方式因为两支点跨距较小，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定方式采用两端固定方式。 （2）选择滚动轴承的类型，并确定其润滑与密封方式因为轴受较大的轴向力，故选用圆锥滚子轴承支承。减速器蜗杆下置，飞溅的润滑油不足以润滑轴承，故采用脂润滑。因为该减速器的工作环境清洁，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毛毡圈密封，并在轴上安装挡油板。 （3）轴的结构设计 本题中有

18、6个轴段的阶梯轴，轴的直径确定，以为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的拆装和位置固定、与标准件孔径配合、轴的表面结构及加工精度等要求，逐一确定各段轴径的长度。根据以上要求，确定各轴段的直径为：=40mm，=45mm，=50mm，=55mm，=65mm，=50mm。根据轴承类型和轴径，经过后续校核选滚动轴承型号为30210，其基本尺寸查参考文献2表12.4为：d=50mm，D=90mm，B=20mm，a=20。因为轴承采用脂润滑，轴上安装挡油板，所以轴承内端面与内壁有一定的距离。采用凸缘式端盖，其凸缘厚度e=10mm。为了避免联轴器轮毂端面与轴承盖连接螺栓头干涉，并便于轴承盖上螺栓的拆装，

19、联轴器轮毂端面与轴承盖之间应该有足够的间距K，取K=20mm。在确定带轮、齿轮、机体、轴承、轴承盖的相互位置和尺寸后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。 轴段1的长度=54mm轴段2的长度轴段3的长度=H+B+2=15+10+20+2=47mm轴段4的长度要比相配的蜗轮轮毂略短，取轴段5的长度轴段6的长度=H+B-L5=15+10+20-14=31mm分别取带轮和齿轮的轮毂长度中点为力的作用点，可得跨距 （4）键连接设计联轴器及蜗轮与轴的连接均采用A型普通平键连接，查参考文献2表11.27分别为键，。完成的结构设计草图如下图所示。图4 4.2.4轴的受力分析 （1）画轴的受力简图 （2）计算

20、支承反力 在垂直面上S，故a-a截面安全。 4.2.6校核键连接的强度 联轴器键连接处的挤压应力为式中：d-键连接处的轴径，40mm； T-传递的转矩，263863Nmm； h键的高度，8mm； L键连接的计算长度，。 键、轴及联轴器的材料都为钢，查参考文献1表4.1得显然，故强度足够。同理，可得蜗轮处键连接的挤压应力为 4.2.7校核轴承寿命查参考文献2表12.1得30207轴承的。（3） 计算轴承的轴向力轴承1、2内部轴向力分别为FS2与A同向，显然，Fs1+FaFs2，因此轴有向右移动的趋势，故两周的轴向力分别为比较两轴承的受力，因，故只需校核轴承2。Fs2FaFs1Fr1Fr2图6（4

21、） 计算当量动载荷查参考文献1表10.13得X=0.4，Y=1.1。当量动载荷为(4) 校核轴承寿命 轴承在以下工作，查参考文献1表10.10得。载荷平稳，查参考文献1表10.11得.5。轴承1的寿命为已知该传动装置使用5年，2班工作制，则预期寿命为显然，故轴承寿命很充裕。5 减速器的润滑与密封 本减速器采用蜗杆下置式，蜗杆为浸油润滑，最低油面为滚动体中心，蜗杆轴上安装溅油盘。润滑油为涡轮润滑油（SH 0094-1991）L-CKE320。最低油面距油池底距离81mm。 蜗杆轴承采用浸油润滑，唇形圈密封。 涡轮轴承采用脂润滑，润滑脂为通用锂基润滑脂（GB/T 7324-1994），毛毡圈密封。

22、6 减速器的附件及其说明 6.1窥视孔和窥视孔盖 为了检查传动件的啮合情况，并向机体内注入润滑油，在机体上设置窥视孔。其结构尺寸如下表。 图7 6.2放油孔及放油螺塞 更换润滑油时，要讲油排出，因此要在机体油池底部最低位置开设放油孔，放油孔螺纹小径与机体内底面取平。平时，放油孔用螺塞和防漏垫圈堵严。241223图8 6.3油面指示器 本减速器选用游标尺作为油面指示器用来显示油面高度，以保证油池中油量正常。图9 6.4通气器 减速器运转时，由于摩擦生热使机体温度升高，若机体密封，机体内压增大，导致润滑油从缝隙及密封处向外渗漏，使密封失效。所以在机盖顶部窥视孔盖上安装通气器。由于环境清洁，选用结构简单的通气螺塞。2219.616 图10 6.5吊耳 吊耳直接在机体上铸出。 6.6定位销 为保证轴承座孔的加工和装配精度，在机体和机盖用螺栓连接后，在镗孔之前，在连接凸缘上装配两个定位销。用圆锥销做定位销，非对称布置。 6.7起盖螺钉 为提高密封性能，机盖与机座连接的凸缘结合面涂密封胶，因此，连接较紧，不易分开。为了便于拆下机盖，在凸缘上设置一个起盖螺钉。起盖时，拧动此螺钉将机盖顶起。参考文献：1宋宝玉、王黎钦.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.2宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，2006.30