課程設(shè)計——鏈?zhǔn)捷斔蜋C用的一級蝸輪蝸桿減速器

1、機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書一、課程設(shè)計任務(wù)書題目：設(shè)計鏈?zhǔn)捷斔蜋C用的一級蝸輪蝸桿減速器工作條件：使用時間為 24000 個小時，連續(xù)二班工作制，載荷平穩(wěn)。原始數(shù)據(jù)：工作機 F= 7 103 N，速度 0.2 m/s，P=80mm，Z=10。設(shè)計方案：1、電動機先通過帶輪及皮帶進行減速，然后帶動蝸桿轉(zhuǎn)動；2、蝸桿與蝸輪配合在減速，達到所需的速度進而帶動蝸輪轉(zhuǎn)動；3、蝸輪連接工作機使工作機正常運行。圖示如下：- 1 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書二、電動機的選擇由已知可知：n工作 =60 1000 0.2= 12 r / min10 100p工作 = F V = 7 10 3 0.2 = 1

2、.4W1、電動機類型的選擇由于本設(shè)備工作穩(wěn)定，沖擊載荷較小，綜合以后選擇電機為 Y 系列（1）電機所需的功率：選擇帶傳動的工作效率為 0.96，聯(lián)軸器的效率為 0.99，圓錐滾子軸承的效率為0.98，蝸輪蝸桿工作效率為 0.97，工作機的工作效率為 0.98。p電機 =p工作=1.4= 1.65KW0.96 0.98 0.98 0.97 0.99 0.98總3、確定電動機轉(zhuǎn)速n電機輸出 = 960 r / min綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，則選同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min ,滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min ，額定功率為 4KW ，質(zhì)量 8.4kg。4、確定

3、電動機型號根據(jù)以上選用的電動機類型及所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速，選定電動機型號為 YB2M1-6三、計算總傳動比及分配各級的傳動比總傳動比i = n電機 = 1000 83.33總n工作12i總 = n電機滿載 = 960 = 80n工作12而減速器為一級蝸輪蝸桿減速器 ，所以傳動比分配如下：i帶傳動 = 2.5i蝸輪蝸桿 = 32- 2 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書所以n蝸桿 = 384 r / min四、運動參數(shù)及動力參數(shù)計算1、計算各軸轉(zhuǎn)速nI蝸桿軸 = 384r / minn2蝸輪軸 = 12 r / min2、各處的輸入及輸出功率電機的工作功率：1.182kw輸出功率：P = 1.

4、812 0.96= 1.73kw蝸桿的輸入功率：P = 1.812 0.96 0.98 = 1.075kw輸出功率：P = 1.705 0.97 = 1.645kw蝸輪的輸入功率：P = 1.705 0.97 = 1.635kw輸出功率：P = 1.653 0.99 0.98 = 1.604kw工作機的輸入功率：P = 1.653 0.98 0.99 = 1.604kw輸出功率：P = 1.604 0.98 = 1.572kw3、各處的輸入輸出扭矩電動機的工作轉(zhuǎn)矩：180.256 N m輸出轉(zhuǎn)矩：T = 9.55 1061.734= 172.497N m960蝸桿的輸入轉(zhuǎn)矩：T = 9.55

5、1061.705= 42.402N m384輸出轉(zhuǎn)矩：T = 42.402 0.97 = 42.83N m蝸輪的輸入轉(zhuǎn)矩：T = 9.55 1061.653= 1315.513N m12輸出轉(zhuǎn)矩：T = 1315.513 0.98 = 1289.202N m- 3 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書工作機輸入轉(zhuǎn)矩：T = 9.55 1061.604= 1276.517N m12輸出轉(zhuǎn)矩：T = 1289.202 0.98 = 1263.418N m電機傳動帶的的設(shè)計1、計算功率 PC查表得 K A =1.1P C = P K A = 1.647 1.1 = 1.812kw保證不打滑2、選擇 V

6、帶的型號由于工作較平穩(wěn)且 PC =1.182 kwn=960r/min 查表選擇帶為普通 V 帶 Z 型3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑由皮帶查表小帶輪直徑 d1 =95 mm帶速V =n1d1=3.14 960 95= 4.77 m / s6000060000又因為i = 2.5取 = 0.02d 2 = (1 - ) i d1 = (1 - 0.02 ) 2.5 95 = 232.75mm232.75則 實際傳動比 i = 2.5026(1 - 0.02 ) 95誤差=2.5026 - 2.5 100% = 1.04% 120a360符合要求6、確定皮帶的根數(shù)查表得 P0 = 0.3kwD P0 =

7、0.02kwk = 0.95kl = 0.96Z =Pc=1.812= 6.2( p0 + DP0()k kl0.3 + 0.020.96 0.95取 Z=6 根7、計算帶的出拉力和壓軸力F 0P 2.521.8122.52= 500 - 1 + qv= 500 - 1+ 0.07 4.77= 53.24NVZ4.77 60.95 k lF = 2 Z F Sin 161.28 = 2 6 53.24 Sin 161.28 = 630.37N022- 5 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書蝸桿渦輪傳動的設(shè)計計算1、選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI)

8、。選擇材料考慮蝸桿傳動功率不大，速度較小，故用 45 號鋼；希望效率高，耐磨性好些，故渦輪蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4555 HRC 。渦輪使用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造由。3、按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度，傳動中心距 ZEZ2a 3KTP H 確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩估計蝸桿傳動的效率為= 0.981、確定載荷系數(shù) Kk A = 0.9因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)k= 1.1k v = 1k = 0.9 1.1 1 0.

9、92、確定彈性影響系數(shù)Z E1因選用鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故Z E = 155Mpa2。3、確定接觸系數(shù)Z P先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距的比值d1= 0.35，Z p= 2.85a4、確定許用應(yīng)力H 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可從教材 P254 表 11-7 中查得渦輪的基本許用應(yīng)力 H =180MPa。5、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N = 60 j n 2lh = 60 1 12 300 5 16 = 1.728 107- 6 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書11K HN8壽命系數(shù)= = 0.9661.728則 HN = K HN

10、 = 0.966 180 = 173.88Mpa HN 6、計算中心距11Z E Z P2 3 155 2.8523a KT = 0.9 1315308.3 = 197.01mm2 HN 173.88取中心距 a=197mm7、蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸d1 = 0.68 a 0.875 = 0.68 197 0.875 = 69.21mmm = 2a - d1 = 2 197 - 69.21 = 10.143232查表取 m=10當(dāng) m=10 時， 則d1 = 71mm q=7.1 d 2 = 10 32 = 320mm 8、實際中心距 aa = d 1 + d 2 = 320 - 71

11、 = 195.5mm229、校核圓周速度、d1 /av =mz 2 n2=3.14 10 32 12= 0.20096 m / s 3m / s26000060000相對誤差=0.20096 - 0.2 100% = 0.48% 5% 符合要求0.2d1=71= 0.363 與假設(shè)相近，可以使用a 195.510、幾何參數(shù)計算- 7 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書Z 1 = 1Z 2 = 32蝸桿分度圓導(dǎo)程角=arctan z1 = arctan 1 = 8.02q 7.1齒頂圓直徑d a = d1 + 2 m = 71 + 20 = 91mm軸向齒距px = m = 3.14 10 = 3

12、1.4mm分度圓直徑d = qm = 7.1 10 = 71mm齒根圓直徑d f = d1 - 2 1.2 m = 71 - 24 = 47mm渦輪分度圓d = mz = 10 32 = 320mm齒頂圓d a = d 2 + 2 m (1 + x ) = 320 + 20 1.375 = 347.5mm蝸輪寬B = d a 0.75 = 68.25mm（變?yōu)橄禂?shù) x=0.375）5、校核齒根彎曲疲勞強度1.53K T 2Y F a 2Y F F =d1 d 2則Z V2 =Z2=32= 32.953(cos8.02)3cos查表得Y Fa 2= 2.56 F = 51.7Mpa 計算得Y =

13、 1 -= 1 -8.02= 0.993120 120106 11061K FN99= = 0.729N7 1.728 10- 8 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書F = F K FN = 51.7 0.729 = 37.69Mpa而F=1.53 0.9 1316308.3= 7.928Mpa320 71 10F F 彎曲強度滿足要求蝸桿軸的選擇選用 45 調(diào)質(zhì)，硬度 217255HBS，11 p 1.7433d c = 160 26.48mm12 n 考慮有鍵槽，將直徑增大，則 d 取 30mm結(jié)構(gòu)為階梯軸，從左至右依次為30 mm, 40 mm, 30 mm, 40mm蝸桿軸的剛度校核31

14、Y =l(F t 1 + F r1) y248EI蝸桿軸慣性矩I =d14=3.14 714= 1246760.59mm46464vsv20.20096= 1.44 m / s=sinsin 8.02查表可知 v= 2 17tantan 8.02轉(zhuǎn)動效率1 =) = 0.775tan( + v )tan(8.02 + 2 171.705蝸桿轉(zhuǎn)矩T1 = 9.55 10 6= 42.402N m功率P1 = 1.812 0.96 0.98 = 1.705kw- 9 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書蝸桿切向力F t1=2T 1=2 42402= 1194.45mmd171法向力F n=2T2=2

15、1316308= 8841Nd2 cos cos320 cos 20 cos8.02徑向力F r 1 = F n sin = 8841 sin 20 = 3023N取 l = 0.9l 2 = 0.9 320 = 288mm2883221Y =(1194.45)2+ 3023= 0.006334820610 1246760.59 y = d 2 = 320 = 0.32 1000 1000所以 Y y剛度符合要求散熱計算總效率= 0.96 0.98 0.98 0.97 0.99 0.98 = 0.868散熱面積S = 9 10 - 5 a1.88= 9 10 -5 195.51.88= 1.8

16、26m21000 P 1-)10001.7050.132箱體工作溫度t= t+(= 20 += 28.21710d S15 1.826t1 70符合工作環(huán)境要求精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從 GB/T10089-1988 圓柱蝸桿蝸輪精度中選擇 7 級精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注 8f GB/T10089-1988,然后由有關(guān)手冊的要求的公差項目及表面粗糙度。TI = 44.25n mTI出 = 43.808n mT2 = 841.122n m- 10 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書輸出軸的設(shè)計計算 1、按扭矩初算軸徑選用 45 調(diào)質(zhì)，硬

17、度 50-55HBS，11 p 3 1.6533d c = 106 48mm12 n 考慮有鍵槽，將直徑增大 7%，則 d 取 55mm2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）軸上零件的定位，固定和裝配一級蝸桿減速器可將渦輪安排在箱體中間，兩隊軸承對稱分布，渦輪由軸肩定位，渦輪周向用平鍵連接和定位。同時另一邊用套筒固定。軸承用端蓋定位固定。（2） 軸 為 階 梯 軸 ， 經(jīng) 過 計 算 出 取 各 段 直 徑 為55mm, 60mm, 62 mm, 64 mm, 60mm2、作用在蝸輪上的力Fa = 1194.45NFn = 8841NFt = Fn tan 20 = 3218NFr = 3023N水平：支反力

18、F AH = F BH =F t=3218= 1609N22C 點彎矩M CH = F AH 60 = 1069 60 = 96540N mD 點彎矩M DH = F AH 60 = 1069 60 = 96540N m垂直：支反力F ad+ F r 601194.45 45.5 + 3023 60F AV =2= 1964.4N120120F BV = FAV - Fr = 3023 - 1964.4 = 1058.6NC 點彎矩M CV = F AV 60 = 1964.4 60 = 117.864N mD 點彎矩M DV = F AV 60 = 1964.4 60 = 117.864N

19、m- 11 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書合成彎矩C 點彎矩 M C = M CH 2 + M CV2 = 96540 2 + 117864 2 = 152.35N m22= 96540 2 + 117864 2 = 152.35N mD 點彎矩 M D = M DV+ M DH則M C = M C 2 + ( T ) 2 = 152354.5 2 + (0.6 1316513 ) 2 = 803.87N mM D = M D 2 + ( T ) 2 = 152354.5 2 + (0.6 1316513 ) 2 = 803.87N mT = 0.6 1316513.8 = 789.307N

20、 m圓周力、徑向力及軸向力的方向如上圖所示：查表得：B = 640Mpa -1 b= 59MpaC 處當(dāng)量彎曲應(yīng)力=M C=803.87= 39.34 Mpa 59Mpa0.1 ( 62 0.95)3CW1D 處當(dāng)量彎曲應(yīng)力D=M D=803.87= 37.22 Mpa F s1所以 F a1 = F A + F s2 = 4051NF a 2 = F s2 = 833N對軸承 1Fa1=4051 e所以X = 0.4 Y = 1.5Fr15832則 P1 = f P ( XFr 1 + YFa1 ) = 1.2(0.4 5832 + 1.5 4051) = 10091kw對軸承 2Fa2 =

21、 833 P2所以按P2 計算壽命101016667 Cr 316667 92680Lh3= = 70420.47小時n384 P2 10091Lh 24000小時這對軸承符合要求30212查表得 Cr = 102kw Cor= 130kwY = 1.5X = 0.4e = 0.477可得C re = 2Cr = 2 102 = 174877kw99由于兩個軸承對稱布置，所以只校核一個即可。由以上可知F ad+ F r 1821194.45 45.5 + 3023 182F AV =2= 1932.2N348348- 14 -機械設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計計算說明書F AH = 597.23N所以 F

22、r = F AV 2 + F AH 2 = 1932.2 2 + 597.23 2 = 2022.4N則F s =F r=2022.4= 631.9N2Y3.2F a = F a + F s = 3218 + 631.9 = 3849.9NF a =3849.9 eX = 0.4F r2022.4Y = 1.5所以P = f P ( XFr + YF a ) = 1.2(0.4 2022.4 + 1.5 3849.9) = 7900.57kw101016667 Cr 31666717487則Lh=3= 19627.53小時n127900.57 P2因為Lh 24000 小時所以經(jīng)過 19627 個小時后更換一對 30212 型軸承八、鍵連接的選擇及校核計算1、電機與蝸桿軸連接采用平鍵連接軸徑d = 30mm 查手冊選用 A 型平鍵，得：b=8mm, h=7mm, L=36mm,即：鍵 836 GB/T1096-2003校核：可知 l = L - b =36-8=28mmT1=172.49Nm查表可得 p =100-120Mpa由公式 p=2T p 得2Tdlkp =2 172.49= 117.34Mpadlk 3