燕山大學(xué)渦輪蝸桿式二級齒輪減速器機械設(shè)計課程設(shè)計

1、燕山大學(xué)機械設(shè)計課程設(shè)計說明書題目： 蝸桿-齒輪二級減速器 2目錄一電動機選擇計算11原始數(shù)據(jù)12電動機型號選擇1二總傳動比確定及各級傳動比分配2三運動和動力參數(shù)的計算2四傳動零件的設(shè)計計算31蝸桿蝸輪的選擇計算32斜齒輪傳動選擇計算7五軸的設(shè)計和計算111.初步計算軸徑112軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計123軸的彎扭合成強度計算13六滾動軸承的選擇計算16七鍵連接的選擇18八減速器附件的選擇18九潤滑和密封說明191潤滑說明192密封說明19十拆裝和調(diào)整的說明20十一減速箱體的附加說明20十二設(shè)計小結(jié)20十三參考資料21燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書一電動機選擇計算1原始數(shù)據(jù)運輸鏈牽引力F=2252N運輸鏈工作速度

2、V=0.37m/s滾筒直徑 D=0.36m2電動機型號選擇運輸鏈所需功率，取 取1=0.99（聯(lián)軸器）,2=0.97（齒輪） ,3=0.8（蝸輪）,4=0.98（軸承）則傳動裝置總效率 a=1×2 × 3× 4=0.7電動機功率 Pd=Pw / a=0.87/0.70=1.24kW卷筒輪轉(zhuǎn)速 蝸桿齒輪減速器推薦傳動比為=1560故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍=×n=(1560)×19.6=2941176 r / min 則符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為 1000/min， 綜合考慮選電動機型號為Y100L-6，主要性能如下表：電動機型號額定功率（Kw）同步轉(zhuǎn)速

3、（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）Y100L-61.510009402.02.2二總傳動比確定及各級傳動比分配 總傳動比為 ；齒輪傳動比i2=（0.040.07）=1.923.36，取i2=2.5；則蝸桿傳動比，取 三運動和動力參數(shù)的計算 設(shè)蝸桿為1軸，蝸輪軸為2軸，齒輪軸為3軸,卷筒軸為4軸。1.各軸轉(zhuǎn)速：n1= nm =940 r / minn2=/ i2= 940/20= 47 r / minn3= / i3= 47/2.5=18.8r / min2.各軸輸入功率： P1=Pd×01=1.24×0.99=1.23kW ×=1.23×0.8

4、5;0.98=0.96kW =0.96×0.97×0.98=0.91kW =0.91×0.99×0.98=0.88kW3.各軸輸入轉(zhuǎn)距： Td=9550×Pd/nm=9550×1.24/940=12.6N·m T1=Td×01=12.6×0.99=12.47 N·m T2=T1×i1×12=12.47×20×0.98×0.8=195.5N·m T3=T2×i2×=195.5×2.5×0.97

5、15;0.98=464.6 N·m T4=T3×=464.6×0.98×0.99=450.75 N·m運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理于下表：軸號功率P（Kw）轉(zhuǎn)矩T(N·m)轉(zhuǎn)速n（r/min)傳動比i效率電機軸1.2412.69401.000.99軸1.2312.47940200.784軸0.96195.5472.50.95軸0.91464.618.81.000.97卷筒軸0.88450.7518.8四傳動零件的設(shè)計計算相對滑動速度V=2.8m/s1蝸桿蝸輪的選擇計算(1).選擇蝸桿的傳動類型 根據(jù)GB/T 100851988的推薦,采

6、用漸開線蝸桿(ZI)。(2).選擇材料、精度等級和蝸桿頭數(shù) 材料：蝸桿 :45鋼，調(diào)質(zhì)處理；蝸輪：鑄鋁青銅ZcuAl9Fe4Ni4Mn2，金屬膜鑄造。輪芯用灰鑄鐵HT100制造。精度等級：初選取8級蝸桿頭數(shù)：z1=2（由i=20取） 則z2=iz1=40傳動比誤差為 (3).按齒面接觸疲勞強度進行計算根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則,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。計算公式  查表得：9.47cos=9.26 確定載荷：K=KA·K·KV中等沖擊 KA=1載荷平穩(wěn) K=1預(yù)估v23m/s，取Kv=1.05則K=1.25×1.1&

7、#215;1.05=1.155 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 =1.96×105N·mm 查表得 ZE=155 查表得 b=400MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：則 計算m3qm3q9.26×1.05×1.96×105×()2=595查表取 m3q=640則 m=4，d1=40mm，q=10(4).蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸 中心距mm變位系數(shù)為 蝸桿頭數(shù)z1=2，直徑系數(shù)q=10；齒頂圓直徑 ；分度圓導(dǎo)程角= ；蝸桿軸向齒厚 6.28mm 蝸輪蝸輪齒數(shù) z2=40；蝸輪分度圓直徑 d2=m×z2=4×40=160mm蝸輪齒頂

8、圓直徑 da2=d2+2×ha2=160+2×4=168mm蝸輪齒根圓直徑 df2=d2-2×hf2=160-2×4×（1+0.25）=150mm 確定精度等級 故初選8級精度等級合適。 復(fù)核m3q滑動速度：查表取 嚙合效率取攪油效率為2=0.99，滾動軸承效率為3=0.99則總效率為=1·2·3=0.844則誤差 故無應(yīng)力問題，不必再做修正。(5).校核齒根彎曲疲勞強度 當(dāng)量齒數(shù) zv=z2/cos3=42.5由此，查表可得齒形系數(shù)YF=1.72。 螺旋角系數(shù) Y=1-/140O=0.92 許用彎曲應(yīng)力 彎曲應(yīng)力 滿足彎曲

9、強度。(6).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/T 100891988 圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標注為8f GB/T 100891988。(7).熱平衡核算。其中t0=20，=0.844，P1=1.23Kw，取Kd=15W/（m2·）箱體面積 則工作油溫為 滿足溫度要求。2斜齒輪傳動選擇計算(1).選精度等級、材料及齒數(shù)運輸機一般工作機器，速度不高，故選用8級精度。材料選擇。選擇小齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，大齒輪材料為45鋼（正火）硬度為200HBS。 合適選小齒輪齒數(shù)z1=25，大

10、齒輪齒z2=63 選取螺旋角。初選螺旋角=10o。 齒寬系數(shù) 取(2).按齒面接觸疲勞強度設(shè)計1) 確定小齒輪分度圓直徑 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值a.使用系數(shù) 查表取 KA=1.25b.動載系數(shù) 預(yù)估v=4m/s，則vZ1/100=1m/s 查圖取 KV=1.07c.齒間載荷分配系數(shù)端面重合度 軸向重合度 總重合度 查圖取 d.齒向載荷分布系數(shù) 查圖取 K=1.18 則K=KA·KV·K·K=2.24e.材料的彈性影響系數(shù) 查表得 ZE=189.8f. 齒向區(qū)域系數(shù) 查圖取 ZH=2.46g.重合度系數(shù) h.螺旋角系數(shù) 則 i.接觸疲勞強度極限查圖取 Hlim1=55

11、0MPaHlim2=450MPaj. 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N2=N1/i=2.6×107查表得 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=1.03 KHN2 =1.25k.計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù)SH=1(失效概率為1%)則 故 計算a. 試算小齒輪分度圓直徑d1b.校核圓周速度 c.修正載荷系數(shù) vz1/100=0.05m/s 取KV=1.01，則d.校正分度圓直徑2) 確定主要參數(shù) 計算法向模數(shù) 查表取標準值 mn=4mm 計算中心距 圓整取 a=180mm 修正螺旋角 將帶入上述過程進行計算得mn=3.08mm<4mm故設(shè)計合理，不需再做修正 計算分度圓直徑 計算齒寬 則取b1=74

12、mm，b2=67mm3) 校核齒根彎曲疲勞強度 計算重合度系數(shù) 計算螺旋角系數(shù) 計算當(dāng)量齒數(shù) 查取齒形系數(shù) YFa1=2.6，YFa2=2.26 查取應(yīng)力集中系數(shù) YSa1=1.58，YSa2=1.72 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 F=KFN·Flim/SHa. 彎曲疲勞極限應(yīng)力 Flim1=450MPa，F(xiàn)lim2=390MPab. 查取壽命系數(shù) KFN1=KFN2=1c. 安全系數(shù) SH=1 (取失效概率為1%)則 F1=1×450/1=450MPaF2=1×390/1=390MPa 計算彎曲應(yīng)力故設(shè)計合理。五軸的設(shè)計和計算1.初步計算軸徑軸的材料選用常用的45鋼當(dāng)

13、軸的支撐距離未定時， 無法由強度確定軸徑，要用初步估算的方法，即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d，計算公式為： 考慮到各軸均有彎矩，取C=118，初算各軸頭直徑 考慮到1軸要與電動機聯(lián)接，初算直徑d1必須與電動機軸和聯(lián)軸器空相匹配及d3必須和聯(lián)軸器空相匹配，所以初定d1=22mm，d3=45mm，取d2 =35mm。2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸（蝸桿）的初步設(shè)計如下圖：裝配方案是：左端，甩油環(huán)、軸套、套杯、左端軸承、圓螺母止動墊片、圓螺母、端蓋、密封圈、聯(lián)軸器依次從軸的左端向右安裝；右端，軸套、左端軸承、圓螺母止動墊片、圓螺母依次從軸的右端向左安裝。軸的徑向尺寸：當(dāng)直徑變化處的端面用于固定軸上零件

14、或承受軸向力時，直徑變化值要大些，可?。?8）mm，否則可?。?6）mm。軸的軸向尺寸：軸上安裝傳動零件的軸段長度是由所裝零件的輪轂寬度決定的，而輪轂寬度一般是和軸的直徑有關(guān)，確定了直徑，即可確定輪轂寬度。軸的端面與零件端面應(yīng)留有距離L，以保證零件端面與套筒接觸起到軸向固定作用，一般可取L=（13）mm。軸上的鍵槽在靠近軸的端面處的距離取（13）mm，靠近軸肩處的距離應(yīng)大于等于5mm。軸的初步設(shè)計如下圖：裝配方案是：左端，蝸輪、軸套、擋油板、右端軸承、端蓋依次從軸的左端向右安裝；右端，齒輪、軸套、擋油板、左端軸承、端蓋依次從軸的右端向左安裝。尺寸設(shè)計準則同軸。軸的初步設(shè)計如下圖： 裝配方案：左

15、端，齒輪、軸套、擋油板、左端軸承、端蓋依次從軸的左端向右安裝；右端，擋油板、右端軸承、端蓋、密封圈、聯(lián)軸器依次從軸的右端向左安裝。尺寸設(shè)計準則同軸。3軸的彎扭合成強度計算由軸裝軸承處軸的直徑d=50mm，查機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)手冊得到應(yīng)該使用的軸承型號為30210E，D=90mm，B=20mm，a=20mm（軸承的校核將在后面進行）。 (1)計算大齒輪受力：轉(zhuǎn)矩 T1=464.6N·m 由此畫出大齒輪軸受力圖，見b圖（1） 計算軸承反力（c、e圖） 水平面 垂直面 （2） 畫出水平彎矩Mxy圖(圖d)，垂直面彎矩Mxz圖(圖f)和合成彎矩圖（圖g）。（3） 畫出軸的轉(zhuǎn)矩T圖（圖h），

16、T=99072N·mm（4） 初步分析三個截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中?，F(xiàn)對面將進行安全系數(shù)校核。（5） 軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，b=650MPa，s=360MPa，查表得疲勞極限：-1=0.45b=0.45×650=293MPa，0=0.81b=0.81×650=527MPa-1=0.26b=0.26×650=169MPa0=0.5b=0.5×650=325MPa 由式，得，（6） 求截面的應(yīng)力 （7） 求截面的有效應(yīng)力集中系數(shù) 因在此面處有軸直徑變化，過渡圓角半徑r=2mm，其應(yīng)力集中可由表查得D/d=54/50=1.08，r/d=2/50=0

17、.04。由b=650MPa查得k =1.67，k=1.24。（8） 求表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù)、 查表得=0.92，=0.73、=0.78。（9） 求安全系數(shù) 設(shè)為無限壽命，kN=1則綜合安全系數(shù)為 故軸安全。六滾動軸承的選擇計算由于傳動裝置采用蝸輪-蝸桿斜齒輪傳動，存在一定的軸向力，故選用圓錐滾子軸承?，F(xiàn)計算軸上的一對軸承的壽命。軸承型號為30210E，d=50mm，D=90mm，B=20mm，基本額定動載荷 Cr=72200N，基本額定靜載荷 Cor=55200N，采用脂潤滑nlim=4300r/min。1.計算內(nèi)部軸向力 受力如圖i查表得 S=0.7Fr（=25o，e=0.7）則 S1=N

18、 S2=N1. 計算單個軸承的軸向載荷比較S1+FA與S2的大小S1+FA=475.7+768=1243.7<由圖示結(jié)構(gòu)知，1軸承“壓緊”，2軸承“放松”。則 Fa1=540 Fa2=1308N2. 計算當(dāng)量載荷 P=fP（XFr+YFa） 查表取fP=1.5 查表得X1=1，Y1=0查表得X2=1，Y2=0則 P1=1.5(1×1056)=1584NP2=1.5(1×2903.5)=4355.25N3. 計算壽命 取P1、P2中的較大值帶入壽命計算公式因為是圓錐滾子軸承，取=10/3，則4. 靜載荷驗算 查表得X0=0.5，Y0=0.6，則P01= X0Fr1+Y0

19、Fa1=0.5×10560.6×540=852N因 P01< Fr1，故取 P01= Fr1=1056N<<C。 P02= X0Fr2+Y0Fa2=0.5×2903.50.6×1308=2236.55N<<C5. 極限速度驗算查圖得f11=1，f12=1，tan1=Fa1/Fr1=0.5，tan2= Fa2/Fr2=0.45 查圖得f21=0.95，f22=0.98，則f11f21nlim=1×0.95×4300=4085r/min>nf12f22nlim=1×0.98×4300

20、=4214r/min>n 故選用30210E型圓錐滾子軸承符合要求。七鍵連接的選擇軸鍵槽部分的軸徑為22mm，所以選擇普通平鍵鍵 A6×25 GB/T 1096-79軸左右兩端鍵槽部分的軸徑為40mm，所以選擇普通圓頭平鍵左端 鍵 A12×50 GB/T 1096-79右端 鍵 A1250 GB/T 1096-79軸左端鍵槽部分的軸徑為54mm，所以選擇普通圓頭平鍵鍵 A1656 GB/T 1096-79右端鍵槽部分的軸徑為45mm，所以選擇普通圓頭平鍵鍵 A1454 GB/T 1096-79八減速器附件的選擇1. 窺視孔蓋 窺視孔蓋的規(guī)格為160×120m

21、m。箱體上開窺視孔處設(shè)有凸臺5mm，一邊機械加工支撐蓋板的表面，并用墊片加強密封，蓋板材料為Q235A鋼，用四個M8螺栓緊固。2. 通氣器 減速器運轉(zhuǎn)時，箱體內(nèi)溫度升高，氣壓加大，對密封不利，故在窺視孔蓋上安裝通氣器，是箱體內(nèi)熱膨脹氣體自由逸出，以保證壓力均衡，提高箱體縫隙處的密封性能。考慮到煤場的工作環(huán)境，選用帶金屬濾網(wǎng)的通氣器。3. 啟蓋螺釘 在減速器裝配時于箱體剖分面上涂有水玻璃或密封膠，為了便于開蓋故設(shè)有啟蓋螺釘。其螺紋長度要大于機蓋連接凸緣的厚度，螺桿端部做成圓柱形、大倒角或半圓形，以免破壞螺紋。4. 定位銷 為了保證剖分式箱體的軸承座孔的加工及裝配精度，在箱體連接凸緣的長度方向兩端

22、各安置一個圓錐定位銷，兩銷盡量遠些，以提高定位精度。定位銷的直徑為d=8mm，長度應(yīng)大于箱蓋和箱座連接凸緣的總厚度，以便于裝卸。5. 吊環(huán)和吊鉤 為了便于拆卸和搬運，在箱蓋上裝有環(huán)首螺釘或鑄出吊環(huán)、吊鉤，并在箱座上鑄出吊鉤。6. 油標尺 油標尺應(yīng)放在便于觀測減速器油面及油面穩(wěn)定之處。先確定右面高度，再確定油標尺的高度和角度，應(yīng)使油孔位置在油面以上，以免油溢出。油標尺應(yīng)足夠長，保證在油液中。采用帶有螺紋部分的桿式油標尺。7. 放油螺塞 放油孔的位置應(yīng)在油池的最低處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便于放油。放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的箱座外壁要有凸臺，經(jīng)機械加工成為螺塞頭部的支承面，并

23、加封油圈以加強密封。九潤滑和密封說明1潤滑說明因為是下置式蝸桿減速器，且其傳動的圓周速度v<12m/s，故蝸桿采用浸油潤滑，取浸油深度h=62mm；大、小斜齒圓柱齒輪采用飛濺潤滑；潤滑油使用50號機械潤滑油。大、小斜齒圓柱齒輪采用飛濺潤滑,軸承采用潤滑脂潤滑，因為軸承轉(zhuǎn)速v<1500r/min，所以選擇潤滑脂的填入量為軸承空隙體積的1/2。2密封說明在試運行過程中，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，不允許使用任何墊片。軸伸處密封應(yīng)涂以潤滑脂。十拆裝和調(diào)整的說明在安裝調(diào)整滾動軸承時，必須保證一定的軸向游隙，因為游隙大小將影響軸承的正常工作。當(dāng)軸直徑為3

24、050mm時，可取游隙為。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，側(cè)隙和接觸斑點是由傳動精度確定的，可查手冊。當(dāng)傳動側(cè)隙及接觸斑點不符合精度要求時，可以對齒面進行刮研、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。十一減速箱體的附加說明機座和箱體等零件工作能力的主要指標是剛度，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，未能進行強度和剛度的分析計算，但是可以根據(jù)經(jīng)驗公式大概計算出尺寸，加上一個安全系數(shù)也可以保證箱體的剛度和強度。箱體的大

25、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。十三參考資料1. 許立中，周玉林機械設(shè)計北京：中國標準出版社，20092. 韓曉娟機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)手冊北京：中國標準出版社，20083. 龔溎義，潘沛霖機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊北京：高等教育出版社，20064. 成大先機械設(shè)計手冊北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20075. 邵曉榮，曲恩互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)北京：中國標準出版社，2007=0.87kWa=0.7Pd=1.24kWn=19.6r/min電動機型號Y100L-6nd=1000r/minnm=940r/minia=47.96i2=2.5i1=20n1=940r/ minn2=47r/

26、minn3=18.8r/ minP1=1.23kWP2=0.96kWP3= 0.91kWP4= 0.88kWTd=12.6 N·mT1=12.47 N·m195.5N·m464.6N·m 450.75N·m蝸輪計算公式和有關(guān)數(shù)據(jù)皆引自機械設(shè)計第102頁115頁蝸桿材料用45鋼，蝸輪用鑄鋁青銅ZcuAl9Fe4Ni4Mn2z1=2z2=40KA=1K=1Kv=1.05K=1.155N·mmZE=155b=400MPaN2=6.6×107m3q=640m=4d1=40mmq=10a=100x=0z1=2da1=48mmsa=6.28mmz2=40d2=160mm da2=168mmdf2=150mm zv=42.5YF=1.72Y=0.92蝸輪-蝸桿的設(shè)計合理齒輪計算公式和有關(guān)數(shù)據(jù)皆引自機械設(shè)計第75頁100頁z1=25z2