機(jī)械課程設(shè)計(jì)-用于卷向筒傳動裝置的蝸桿減速器

1、機(jī)電及自動化學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：用于卷向筒傳動裝置的蝸桿減速器 專 業(yè)： 車輛工程 年 級： 2008級 學(xué) 號： 0# 姓 名： # 指導(dǎo)老師： 楊永柏 2011 年 1 月 18日一、D1設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)題目：用于卷向筒傳動裝置的蝸桿減速器2、傳動示意圖：3、原始數(shù)據(jù)：鋼繩拉力鋼繩速度卷筒直徑400045275工作條件：兩班制工作，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間不超過0.5小時(shí)，載荷平穩(wěn)，室外工作（鋼繩與卷筒及支撐間、包括卷筒軸承的摩擦力的影響已在F中考慮）5%使用期限：十年，大修期三年生產(chǎn)批量：20臺生產(chǎn)條件：中等規(guī)模機(jī)械廠，可加工78級精度齒輪及蝸輪動力來源：電力、三相交流，電壓3

2、80/220伏鋼繩速度誤差：5%目錄1電機(jī)選擇12選擇傳動比22.1總傳動比22.2減速裝置的傳動比分配23各軸的參數(shù)23.1各軸的轉(zhuǎn)速23.2各軸的輸入功率23.3各軸的輸出功率33.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩33.5各軸的輸出轉(zhuǎn)矩33.6各軸的運(yùn)動參數(shù)表34.蝸輪蝸桿的選擇44.1選擇蝸輪蝸桿的傳動類型44.2選擇材料44.3按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行設(shè)44.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸54.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度64.6驗(yàn)算效率74.7精度等級公差和表面粗糙度的確定75圓柱齒輪的設(shè)計(jì)85.1材料選擇85.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)85.3計(jì)算95.4按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)105.5取幾何尺寸計(jì)

3、算116 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算126.1蝸桿軸126.1.1按扭矩初算軸徑126.1.2蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)126.2蝸輪軸136.2.1輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算146.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)146.3蝸桿軸的校核156.3.1求軸上的載荷156.3.2精度校核軸的疲勞強(qiáng)度176.4蝸輪軸的強(qiáng)度校核206.4.2精度校核軸的疲勞強(qiáng)度227.滾動軸承的選擇及校核計(jì)算2671蝸桿軸上的軸承的選擇和壽命計(jì)算267.2蝸桿軸上軸承的選擇計(jì)算278.鍵連接的選擇及校核計(jì)算318.1輸入軸與電動機(jī)軸采用平鍵連接318.2輸出軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接318.3輸出軸與蝸輪連接用平鍵連接329聯(lián)軸器的選擇計(jì)算339.1與電機(jī)輸出軸的

4、配合的聯(lián)軸器339.2與二級齒輪降速齒輪軸配合的聯(lián)軸器3410.潤滑和密封說明3510.1潤滑說明3510.2密封說明3511拆裝和調(diào)整的說明3612減速箱體的附件說明3713.設(shè)計(jì)小結(jié)3814參考文獻(xiàn)391電機(jī)選擇工作機(jī)所需輸入功率所需電動機(jī)的輸出功率 傳遞裝置總效率式中：彈性聯(lián)軸器的傳動效率0.99：每對軸承的傳動效率0.98：蝸桿的傳動效率0.85：開式齒輪的傳動效率0.94所以 故選電動機(jī)的額定功率為3.95kw 蝸桿的傳動范圍1040開式齒輪的傳動范圍37符合這一要求的同步轉(zhuǎn)速有3000r/min電機(jī)容量的選擇比較：表1.1 電動機(jī)的比較方案型號額定功率/kw同步轉(zhuǎn)速/r/min滿載

5、轉(zhuǎn)速/r/min重量價(jià)格1Y112M-243000292045高2Y132S1-25.53000292064中3Y132S2-27.53000292070高考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸 重量及成本，可見第二種方案較合理，因此選擇型號為： Y132S1-2的電動機(jī)。2選擇傳動比2.1總傳動比 2.2減速裝置的傳動比分配 所以 3各軸的參數(shù)將傳動裝置各軸從高速到低速依次定為I軸 （蝸桿）II軸 （蝸輪）III軸（滾筒軸） 則：3.1各軸的轉(zhuǎn)速 3.2各軸的輸入功率 軸 軸 軸 3.3各軸的輸出功率 軸 軸 軸 3.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩軸 軸 軸 3.5各軸的輸出轉(zhuǎn)矩電動機(jī) 軸 軸 軸 3.6各軸的運(yùn)動參

6、數(shù)表表3.1 各軸的運(yùn)動參數(shù)表軸號功率轉(zhuǎn)矩(Nm)轉(zhuǎn)速(r/min)傳動i效率輸入輸出輸入輸出電機(jī)軸5.53.9512.92292010.991軸3.913.8312.7912.53292015.502軸3.263.19165.26161.71188.390.8333.63軸3.002.94547.49 536.5452.330.92124.蝸輪蝸桿的選擇 4.1選擇蝸輪蝸桿的傳動類型根據(jù)GB/T100851998 選擇 漸開線蝸桿ZI4.2選擇材料 考慮到蝸桿的傳動功率不大，速度中等，蝸桿選45鋼，因希望效率高些，耐磨性好些齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用ZCuSn10P1,金屬

7、模制造。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造4.3按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行設(shè)（1）根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由式（11-12）， 傳動中心距由 前面的設(shè)計(jì)知作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩， 按Z=2,估取，則：（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷比較穩(wěn)定，取載荷分布不均系數(shù)；由表11-5選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不大，工作沖擊不大，可取動載系；則（3）確定彈性影響系數(shù)因選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有（4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和中心距的比值，從圖11-18中可查到（5）確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)選用

8、的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度45HRC，可從11-7中查蝸輪的基本許用應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)因?yàn)镹 所以N取壽命系數(shù)則 （6）計(jì)算中心距: 取a=125mm，由，則從表11-2中查取，模數(shù)m=6.3蝸桿分度圓直徑從圖中11-18中可查，由于，即以上算法可用。4.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿頭數(shù) =2軸向尺距 = 19.782mm直徑系數(shù)q= =10齒頂圓直徑 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚蝸桿的法向齒厚（2）蝸輪 蝸輪齒數(shù), 變位系數(shù) 驗(yàn)算傳動比，這時(shí)傳動比誤差為：，在誤差允許值內(nèi)。蝸輪分度圓直徑喉圓直徑齒根圓直徑咽喉母圓半徑B圓整取604.5

9、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù) 從圖11-19中可查得齒形系數(shù)Y=3.00螺旋角系數(shù)：許用彎曲應(yīng)力：從表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56MPa壽命系數(shù) 可以得到：S=1.5故該軸在截面右側(cè)強(qiáng)度也是足夠的。本設(shè)計(jì)因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此軸的設(shè)計(jì)即告結(jié)束。7.滾動軸承的選擇及校核計(jì)算根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：。71蝸桿軸上的軸承的選擇和壽命計(jì)算（1）軸承的選擇采用角接觸球軸承，根據(jù)軸直徑d=45mm，選擇角接觸球軸承的型號為7209C，主要參數(shù)如下：基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉(zhuǎn)速（2）壽命計(jì)算因蝸桿軸所受的軸向力向

10、左，所以只有最左邊的角接觸球軸承受軸向力該軸承所受的徑向力約為對于70000型軸承，按表13-7軸承派生軸向力，其中為表13-5中的判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，查表13-5得角接觸球軸承判斷系數(shù) 所以當(dāng)量動載荷深溝球軸承所受的徑向力約為當(dāng)量動載荷所以，應(yīng)用核算軸承的壽命因?yàn)槭乔蜉S承，所以取指數(shù)軸承計(jì)算壽命減速器設(shè)計(jì)壽命所以滿足壽命要求。7.2蝸桿軸上軸承的選擇計(jì)算（1）軸承的選擇選擇使用深溝球軸承，根據(jù)軸直徑d=65mm，選用角接觸球軸承的型號為7213C。主要參數(shù)如下： 基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉(zhuǎn)速 （2）壽命計(jì)算對于70000C型軸承，按表13-7軸承派生軸向力，其中為表13-5

11、中的判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知，故先初取，因此可估算：按式（13-11）得由表13-5進(jìn)行插值計(jì)算，得，。再計(jì)算： 兩次計(jì)算的值相差不大，因此可以確定，。（3）軸承當(dāng)量動載荷、因?yàn)?由表13-5分別進(jìn)行查表或插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為對軸承1 對軸承2 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13-6，取。則：軸承計(jì)算壽命 減速器設(shè)計(jì)壽命 所以滿足壽命要求。（3）靜載荷計(jì)算查機(jī)械零件手冊可知，角接觸球軸承當(dāng)量靜載荷因載荷穩(wěn)定，無沖擊，所以取靜強(qiáng)度安全系數(shù)所以滿足強(qiáng)度條件（4）極限工作轉(zhuǎn)速計(jì)算以上所選各軸承的極限轉(zhuǎn)速都成立，所以他們的極限工作轉(zhuǎn)速一定滿足要求。8.鍵連接

12、的選擇及校核計(jì)算8.1輸入軸與電動機(jī)軸采用平鍵連接根據(jù)軸徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書P123可選用A型平鍵，得：，。即：鍵870GB/T1096-2003鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查的許用應(yīng)力 ，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯(lián)軸器接觸高度。由式（6-1）得： 所以此鍵強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。8.2輸出軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接根據(jù)軸徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書P123可選用A型平鍵，得：，。即：鍵2070GB/T1096-2003鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查的許用應(yīng)力 ，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯(lián)軸器接觸高度。由式（6-1）得： 所以此鍵強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。8.3輸出軸與蝸輪連

13、接用平鍵連接根據(jù)軸徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)書P123可選用A型平鍵，得：，。即：鍵1670GB/T1096-2003鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查的許用應(yīng)力 ，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯(lián)軸器接觸高度。由式（6-1）得： 所以此鍵強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。9聯(lián)軸器的選擇計(jì)算9.1與電機(jī)輸出軸的配合的聯(lián)軸器（1）計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)距查表14-1得小轉(zhuǎn)距、電動機(jī)作原動機(jī)情況下取（2）型號選擇根據(jù)前面的計(jì)算，電機(jī)輸出軸，選擇彈性聯(lián)軸器TL6型。主要參數(shù)如下：公稱扭距（滿足要求）許用轉(zhuǎn)速 ，因此此聯(lián)軸器符合要求。軸孔直徑軸孔長度9.2與二級齒輪降速齒輪軸配合的聯(lián)軸器（1）計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)距查表1

14、4-1得小轉(zhuǎn)距、電動機(jī)作原動機(jī)情況下取（2）型號選擇根據(jù)前面的計(jì)算，蝸輪輸出軸，選擇彈性銷柱聯(lián)軸器HL4型。主要參數(shù)如下：公稱扭距 許用轉(zhuǎn)速 ，因此此聯(lián)軸器符合要求。軸孔直徑軸孔長度10.潤滑和密封說明10.1潤滑說明因?yàn)槭窍轮檬轿仐U減速器，且其傳動的圓周速度，故蝸桿采用浸油潤滑，取浸油深度h=12mm；潤滑油使用50號機(jī)械潤滑油。軸承采用潤滑脂潤滑，因?yàn)檩S承轉(zhuǎn)速v1500r /min，所以選擇潤滑脂的填入量為軸承空隙體積的1/2。10.2密封說明在試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所有聯(lián)接面及軸伸密封處都不允許漏油。剖分面允許涂以密封膠或水玻璃，不允許使用任何碘片。軸伸處密封應(yīng)涂上潤滑脂。11拆裝和調(diào)整的說明在

15、安裝調(diào)整滾動軸承時(shí)，必須保證一定的軸向游隙，因?yàn)橛蜗洞笮⒂绊戄S承的正常工作。在安裝齒輪或蝸桿蝸輪后，必須保證需要的側(cè)隙及齒面接觸斑點(diǎn)，側(cè)隙和接觸斑點(diǎn)是由傳動精度確定的，可查手冊。當(dāng)傳動側(cè)隙及接觸斑點(diǎn)不符合精度要求時(shí)，可以對齒面進(jìn)行刮研、跑合或調(diào)整傳動件的嚙合位置。也可調(diào)整蝸輪軸墊片，使蝸桿軸心線通過蝸輪中間平面。12減速箱體的附件說明機(jī)座和箱體等零件工作能力的主要指標(biāo)是剛度，箱體的一些結(jié)構(gòu)尺寸，如壁厚、凸緣寬度、肋板厚度等，對機(jī)座和箱體的工作能力、材料消耗、質(zhì)量和成本，均有重大影響。但是由于其形狀的不規(guī)則和應(yīng)力分布的復(fù)雜性，未能進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的分析計(jì)算，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式大概計(jì)算出尺寸，加

16、上一個(gè)安全系數(shù)也可以保證箱體的剛度和強(qiáng)度。箱體的大小是根據(jù)內(nèi)部傳動件的尺寸大小及考慮散熱、潤滑等因素后確定的。13.設(shè)計(jì)小結(jié) 早在大一的時(shí)候我就看著學(xué)長每天也是這么忙的在做課程設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)我就很不理解，我們專業(yè)有這么忙嗎？現(xiàn)在我才知道了，原來我們專業(yè)是很有意思，能夠讓人學(xué)到很多知識。轉(zhuǎn)眼間，我就大三了，拿到任務(wù)書時(shí)我是非常的興奮，當(dāng)時(shí)心里就想一定要把課程設(shè)計(jì)做好。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)階段。第一階段，設(shè)計(jì)計(jì)算階段。在這一階段中在老師的開題講座中，我明白了我們本課程設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)什么，那一階段該干些什么。在設(shè)計(jì)計(jì)算階段中，我遇到了最大的一個(gè)問題就是蝸輪的傳動比分配不合理。在這問題直接導(dǎo)致了我重新

17、分配傳動比，再次對減速器的各個(gè)零件的設(shè)計(jì)及選用。第二階段，減速器裝配圖草圖繪制階段。在這一階段我們主要要根據(jù)我們之前的計(jì)算實(shí)現(xiàn)在圖紙上，要確定箱體的大小，以及各個(gè)零件該安裝在箱體的那個(gè)位置上。在老師的幫助下，我也參考了書籍資料，最終毫不費(fèi)力的把草圖繪制出來了。第三階段，用CAD繪制裝配圖和零件圖。由于前兩個(gè)階段我做的比較仔細(xì)所以各個(gè)零件的尺寸我很快的就繪制了出來，但是由于工程制圖的很多相關(guān)知識的遺忘，在繪制標(biāo)準(zhǔn)件和減速器附件時(shí)不是很順利，要不停的去看書和查尺寸。但是經(jīng)過我廢寢忘食的繪制，最后這個(gè)難關(guān)也被我攻克了。第四階段，減速器設(shè)計(jì)說明書的書寫。在這一階段中，由于個(gè)零件圖和裝配圖，與我最初的設(shè)

18、計(jì)計(jì)算有一些出入，所以很多數(shù)據(jù)又進(jìn)行了再計(jì)算。但是當(dāng)我把說明書在word中體現(xiàn)出來后，文章的排版是一個(gè)很繁瑣而又復(fù)雜的難題，按照老師的版面要求，最后把說明書排成了老師要求的版式。在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，它把我以前所學(xué)的獨(dú)立課程（如：機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械制造基礎(chǔ)、工程材料與成型技術(shù)基礎(chǔ)、互換性與測量技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)）有機(jī)結(jié)合了起來。在這過程中我充分的體會到了，這些學(xué)科即使相對獨(dú)立又是密不可分的。通過這次設(shè)計(jì)把我以前落下的和忘了的知識都補(bǔ)了回來。雖然在設(shè)計(jì)的工程中我有抱怨，但是我的內(nèi)心還是想必須要把這個(gè)課程設(shè)計(jì)要做好。所以我每天從早八點(diǎn)到晚上十一點(diǎn)，不是太累的時(shí)候，我還做到凌晨的三四點(diǎn)。在這個(gè)繁瑣又復(fù)雜的設(shè)計(jì)中，我體會到了我們專業(yè)需要我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S、精確的計(jì)算、刻苦的精神。在此設(shè)計(jì)的過程中，又把我高三的奮斗精神激發(fā)了出來。這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了以前沒有學(xué)到的知識，體會到了我們專業(yè)的偉大，展望出了我們就業(yè)前景的美好