渦輪減速器機械設(shè)計說明書

《機械設(shè)計課程設(shè)計》說明書PAGEPAGE16青島理工大學(xué)琴島學(xué)院課程設(shè)計說明書課題名稱：帶式輸送機傳動裝置設(shè)計學(xué)院：機電工程系專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化095班學(xué)號：2009020學(xué)生：指導(dǎo)老師：青島理工大學(xué)琴島學(xué)院教務(wù)處2011年12月4日《機械設(shè)計課程設(shè)計》評閱書題目帶式輸送機傳動裝置設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號20090201指導(dǎo)教師評語及成績指導(dǎo)教師簽名：年月日答辯評語及成績答辯教師簽名：年月日教研室意見總成績：室主任簽名：年月日摘要在本學(xué)期臨近期末的近半個月時間里，學(xué)校組織機械設(shè)計專業(yè)的學(xué)生開展了鍛煉學(xué)生動手和動腦能力的課程設(shè)計。在這段時間里，把學(xué)到的理論知識用于實踐。機械設(shè)計綜合課程設(shè)計是重要的綜合性和實踐性的教學(xué)環(huán)節(jié)，在機械工程學(xué)科中占有重要地位，它是理論應(yīng)用于實際的重要實踐環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計培養(yǎng)了我們機械設(shè)計中的總體設(shè)計能力，將機械設(shè)計系列課程設(shè)計中所學(xué)的有關(guān)機構(gòu)原理方案設(shè)計、運動和動力學(xué)分析、機械零部件設(shè)計理論、方法、結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計等內(nèi)容有機地結(jié)合進行綜合設(shè)計實踐訓(xùn)練，使課程設(shè)計與機械設(shè)計實際的聯(lián)系更為緊密。此外，它還培養(yǎng)了我們機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計的能力，增強了機械構(gòu)思設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計。本課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)是蝸桿減速器的設(shè)計。減速器是一種將由電動機輸出的高轉(zhuǎn)速降至要求的轉(zhuǎn)速比較典型的機械裝置，應(yīng)用非常廣泛。本課程設(shè)計高度采用現(xiàn)代化的設(shè)計手段，使用AutoCAD環(huán)境下運行的計算機輔助設(shè)計平臺，進行傳動設(shè)計、蝸輪蝸桿傳動設(shè)計、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承的選擇、軸承端蓋設(shè)計、軸系零件緊固件設(shè)計、減速器基本附件以及基本連接件的設(shè)計等，使得設(shè)計高度地自動化，將現(xiàn)代計算機技術(shù)與我們傳統(tǒng)的機械設(shè)計理論及實際相聯(lián)系，提高了設(shè)計效率。在本學(xué)期臨近期末的近半個月時間里，學(xué)校組織機械設(shè)計專業(yè)的學(xué)生開展了鍛煉學(xué)生動手和動腦能力的課程設(shè)計。在這段時間里，把學(xué)到的理論知識用于實踐。借此機會，對本次課程設(shè)計的各位指導(dǎo)老師以及參與校對、幫助的同學(xué)表示衷心的感謝。目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I1設(shè)計任務(wù) 11.1設(shè)計要求 11.2設(shè)計原始數(shù)據(jù) 11.3設(shè)計任務(wù) 12傳動系統(tǒng)方案的擬定 22.1方案簡圖和簡要說明 22.2電動機選擇 22.3傳動比分配 32.4傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)的計算 33傳動零件的設(shè)計計算 53.1傳動軸的主要參數(shù)和幾何參數(shù)計算 53.2軸的設(shè)計計算（初估軸頸、結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核） 73.3蝸輪的設(shè)計計算 103.4軸承的選擇和計算 103.5潤滑和密封形式的選擇 114箱體及附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇 134.1箱體設(shè)計 134.2減速器附件 14總結(jié) 15參考文獻 161設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計要求（1）設(shè)計用于帶式運輸機的傳動裝置。（2）工作條件：帶式輸送機連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷變化不大，空載啟動，傳送帶誤差±5%，室內(nèi)工作，有粉塵。使用期限為10年，工作為二班制（8h），大修期3年，在中小型機械廠小批量生產(chǎn)。1.2設(shè)計原始數(shù)據(jù)運輸機工作軸轉(zhuǎn)矩：T=950N·m運輸帶工作速度：V=1.35m/s運輸機滾筒直徑：D=390mm1.3設(shè)計任務(wù)（1）擬定傳動方案；（2）選擇電動機型號；（3）傳動裝置的總傳動比及其分配；（4）設(shè)計減速器；其中包括渦輪蝸桿的傳動設(shè)計、渦輪軸的設(shè)計等。（5）選擇聯(lián)軸器、軸承、及一些附件。（6）對箱體的結(jié)構(gòu)，各部分尺寸、附件的位置進行設(shè)計。（7）聯(lián)系實際整體改進。具體作業(yè):（1）渦輪蝸桿減速器裝配圖一張；（2）零件圖兩張（一張渦輪，一張蝸桿）；（3）設(shè)計說明書一份，報告一份。2傳動系統(tǒng)方案的擬定2.1方案簡圖和簡要說明用于帶式運輸機的蝸輪蝸桿減速器。傳動裝置簡圖：圖2-12.2電動機選擇滾筒轉(zhuǎn)速nw=60×1000×1.35/(3.14×390)=66.11r/min電動機所需工作功率（kW）為工作機所需功率（kW）為=FV/1000=6.57kw傳動裝置的總效率為按《機械設(shè)計/機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2-4確定各部分效率為:滾動軸承效率，共兩個?；瑒虞S承效率η2=0.96，聯(lián)軸器效率，蝸輪蝸桿效率，代入得η=0.73所需電動機功率為=/η=9KW表2-1電動機轉(zhuǎn)速和傳動比對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)速總傳動比3000r/min44.31500r/min22.69因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于即可。由《機械設(shè)計/機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表20-1，Y系列(IP44)三相電動機電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為11kW,型號為Y160M-4電動機。卷筒軸工作轉(zhuǎn)速為66.11r/min通常，蝸輪蝸桿減速器總傳動比的范圍為，故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為故此處選\同步轉(zhuǎn)速為1460r/min.2.3傳動比分配2.4傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)的計算2.4.10軸（電動機軸）：2.4.21軸（蝸桿軸）：2.4.32軸（蝸輪軸）：3傳動零件的設(shè)計計算3.1傳動軸的主要參數(shù)和幾何參數(shù)計算3.1.1蝸桿軸傳動設(shè)計蝸桿傳動功率不大，速度中等，故蝸桿用45鋼，效率高，耐磨性好，蝸桿螺旋齒面要淬火，硬度為45~55HRC，蝸輪用鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。由前面運動及動力參數(shù)的計算結(jié)果知蝸桿軸傳動的最大傳遞功率為10.78kW，蝸桿軸最高轉(zhuǎn)速為1460r/min、最大扭矩為T=70.51N.m。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）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)計準則，先按齒面解除疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距(1)（2）確定載荷系數(shù)K工作穩(wěn)定，故載荷分布不均勻系數(shù)機械設(shè)計課本上表11-5取使用系數(shù)由于轉(zhuǎn)速不高，故（3）確定彈性影響系數(shù)因選用鑄錫磷青銅蝸輪與45鋼蝸桿相配故（4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)圖11-18中得=2.9（4）確定許用接觸應(yīng)力[] 蝸輪材料鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿硬度大于45HRC可從表11-7中查的蝸輪的基本許用應(yīng)力[]=268MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)壽命系數(shù)則[]=184.29MPa(5)計算中心距取中心距a=225mm因i=22.08從11-2取模數(shù)m=8mm蝸桿分度圓直徑這時從圖11-18中得因此可用蝸輪與蝸桿的主要參數(shù)蝸桿按軸向齒距直徑系數(shù)齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓導(dǎo)程角軸向齒厚蝸輪蝸輪齒數(shù)變位系數(shù)驗算傳動比符合條件，故可用。蝸輪分度圓蝸輪喉圓蝸輪齒根圓直徑蝸輪咽喉母圓半徑校核齒根彎曲疲勞強度當(dāng)量齒數(shù)從圖11-19螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力表11-8得鑄錫磷青銅蝸輪壽命系數(shù)驗算效率η得大于原估計值0.8不用重算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，蝸輪精度中選擇了8級精度，側(cè)隙種類為f,標注為8fGB/T10089—1988。3.2軸的設(shè)計計算（初估軸頸、結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核）3.2.1蝸桿軸的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求該軸設(shè)計成階梯軸,共分9段,由前面已知蝸桿軸的功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩故不用計算初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)處理,取材料系數(shù)=112,所以,有該軸的最小軸徑為:輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩因為轉(zhuǎn)矩變化很小，故取則：按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查GB/T5014—2003，選用YL6型凸緣聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為100N.m，半聯(lián)軸器的孔徑，故取半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案該軸的裝配方案已在前面畫出。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑；左端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長度應(yīng)略短一些，取。初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30311，其尺寸為，故而右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得30311型軸承的定位軸肩高度因此取因為這兩段為一軸環(huán)故蝸桿的長度為其中故圓整取L=120mm；軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外斷面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取由前面已知蝸桿的齒根圓的直徑是60.8mm，故取蝸桿的剛度計算得--蝸桿兩端支承間的跨距，mm，視具體結(jié)構(gòu)要求而定，初步計算時可取=0.9故取至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。軸上零件的周向定位半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為C2，個軸肩處的倒角為2mm。蝸輪軸的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計1.軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計根據(jù)結(jié)構(gòu)及使用要求該軸設(shè)計成階梯軸且為齒輪軸,共分7段,其中第IV段為蝸輪,選取軸的材料為45鋼，熱處理調(diào)質(zhì)處理,取材料系數(shù)所以,有該軸的最小軸徑為:輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩因為轉(zhuǎn)矩變化很小，故取則：按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查GB/T5014—2003，選用HL5型彈性柱銷聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為2000N.m，半聯(lián)軸器的孔徑，故取半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案該軸的裝配方案已在前面畫出。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度=1\*Arabic1．為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑；左端用軸端擋圈定位。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長度應(yīng)略短一些，取。2.初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承30314，其尺寸為，故而。右端滾動軸承的左端需用軸肩定位，軸肩高度為6mm，故，又因為兩滾動軸承需關(guān)于蝸輪中心對稱，故取3．滾動軸承右端采用套筒定位，故需要一個軸肩，故取與蝸輪配合的軸的直徑為75mm，蝸輪的長度故蝸輪右端許用軸肩定位，故需加一軸環(huán)，取軸肩高度h=6mm,則軸環(huán)處的直徑，軸環(huán)寬度，取4.軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外斷面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取5.與滾動軸承配合的軸上由軸承和定位套筒，故該段軸的長度至此，蝸輪軸的各段直徑和長度。6.軸上零件的周向定位蝸輪和半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接，按由表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm，同時為了保證蝸輪與軸配合有良好的對中性，故選擇蝸輪輪轂與軸的配合為，同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為18mmX11mmX90mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸為m6。7.取軸端倒角為3.3蝸輪的設(shè)計計算蝸輪采用裝配式（六角螺釘聯(lián)接）如圖3-3，由前面設(shè)計的軸可知蝸輪的d=75mm,故圖3-3蝸輪3.4軸承的選擇和計算3.3.1軸承的選擇1、由軸的設(shè)計總體思想可知，本設(shè)計中均采用圓錐滾子軸承30000字型號；2、根據(jù)校對結(jié)果，蝸桿軸與蝸輪軸選用中窄系列，蝸輪軸由于所受力很大，各軸承選用中力求經(jīng)濟、合理；3、由于向心推力球軸承受力后將產(chǎn)生一派生力，為使各軸上齒輪傳動平穩(wěn)，盡量減小齒輪處軸的彎曲變形，故結(jié)構(gòu)設(shè)計中均采用面對面安裝方式。圖3-6蝸輪軸上軸承（工作壽命為十年，48000h）計算步驟和結(jié)果如下：故該滾動軸承符合要求，可用。用上述方法計算得蝸輪的軸承也符合要求。3.5潤滑和密封形式的選擇3.5.1、潤滑方式的確定減速器內(nèi)的傳動零件和軸承都需要有良好潤滑，這部僅可以減小摩擦損失、提高傳動效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。由于所設(shè)計的減速器的單級蝸輪蝸桿減速器，兩個軸的的轉(zhuǎn)速均不高。減速器的蝸輪采用浸油潤滑,由于蝸輪、蝸桿(Z1,Z2)的尺寸不同，因而浸油深度就不一樣。為了使蝸輪蝸桿均潤滑良好,并考慮到V1很小，約0.5，故采用下置式裝配，蝸桿浸油深度可多一些,h≈～分度圓半徑(從齒頂圓向上算起)，取h=,取h=20mm,這樣Z2也有>10mm的浸油深度,但不高于蝸桿軸軸承最低滾動體中心，潤滑油能帶到嚙合面上,潤滑可靠。3.5.2、軸承潤滑由于浸油零件（Z1，Z2）的圓周速度小，濺油功用不大，且Ⅰ軸速度較高（1460），發(fā)熱也較大，為了減少各軸承之間的磨擦，減少磨損和發(fā)熱量，考慮到3年一換，一般不需拆卸，故采用油脂潤滑軸承。3.5.3、潤滑劑的選擇蝸輪蝸桿的潤滑：由于軸承的潤滑是油脂潤滑，對蝸桿蝸輪：選用齒輪油SYB1103-625冬用HL―20E1002.7～3.2夏用HL―30E1004.0～4.5②對軸承:選用鈉基潤滑脂(GB492―65)3.5.4、油的密封及防止脂的稀釋密封：為了使減速器的分箱面不漏油，應(yīng)在裝配減速器時在分箱上涂密封膠。（接合處加工的光潔度取▽5）凸緣式軸承端蓋的凸緣，檢查孔蓋板以及油塞，油標等處需裝紙封油墊（或皮封油圈），以確保密封性，對于邊蓋，也應(yīng)選用氈封油圈密封。4箱體及附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇4.1箱體設(shè)計4.1.1、箱體（箱蓋）的分析箱體是減速器中較為復(fù)雜的一個零件，設(shè)計時應(yīng)力求各零件之間配置恰當(dāng)，并且滿足強度，剛度，壽命，工藝、經(jīng)濟性等要求，以期得到工作性能良好，便于制造，重量輕，成本低廉的機器。4.1.2、箱體（蓋）的材料由于本課題所設(shè)計的減速器為普通型，故常用HT200灰鑄鐵制造。這是因為鑄造的減速箱剛性好,易得到美觀的外形,易切削,適應(yīng)于成批生產(chǎn)。為制造方便,箱體設(shè)計成直壁形式（見箱體圖）4.1.3、箱體的設(shè)計計算箱體的結(jié)構(gòu)尺寸見下表：符號·名稱計算與說明結(jié)果箱座壁厚 箱蓋壁厚箱體加強筋厚箱蓋加強筋厚b箱體分箱面凸緣厚箱蓋分箱面凸緣厚平凸緣底厚地腳螺栓=20.1mm軸承螺栓0.75=15.075mm聯(lián)接分箱螺栓（0.5～0.7）=11.055mm軸承蓋螺釘㎜㎜檢查孔螺釘7.035mmn地腳螺栓數(shù)4.2減速器附件4.2.1窺視孔和視孔蓋為了便于檢查向內(nèi)零件的嚙合情況以及將潤滑油注入箱體，在減速器箱體的箱蓋頂端設(shè)有窺視孔。為防止?jié)櫥惋w濺出來和污物進入箱體，在窺視孔上加視孔蓋。4.2.2通氣器減速器工作時箱體溫度升高，氣體膨脹，箱內(nèi)氣壓增大。為避免由此引起的密封部件密封性下冷縮氣體降造成潤滑油外泄，在視孔蓋上設(shè)有通氣器，是箱內(nèi)熱脹冷縮氣體自由通過，保持箱內(nèi)壓力正常，密封性良好。4.2.3油面指示器用于檢測箱內(nèi)油面高度，以保證傳動件的潤滑。一般設(shè)置在箱體上便于觀察。右面較穩(wěn)定的位置。4.2.4定位銷為了保證每次裝拆箱蓋時，仍保持軸承座孔的安裝精度，需在箱蓋與箱座的鏈接凸緣上配裝定位銷。4.2.5起蓋螺釘為了保證減速器的密封性，常在箱體剖分接合面上涂有水玻璃或密封膠。便于拆卸。在凸緣處設(shè)有1-2個起蓋螺釘，便于拆卸。4.2.6起吊裝置為搬運和拆卸箱蓋在箱蓋上裝有吊環(huán)螺釘活鑄出吊耳，為搬運減速器在箱座兩端連接凸緣處鑄出吊鉤。4.2.7放油孔及螺塞為了排除油污，在減速器箱底最低端設(shè)有放油孔?？偨Y(jié)課程設(shè)計結(jié)束了，本課程設(shè)計的任務(wù)是單級蝸輪蝸桿減速器。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，同學(xué)們之間展開了持久的討論。我也在心里醞釀著設(shè)計總體方案與各步在體步驟，針對一些具體問題查閱了大量資料，復(fù)習(xí)一些專業(yè)書籍，整理了課堂筆記，然后開始設(shè)計。1、設(shè)計中出現(xiàn)的問題：蝸輪設(shè)計中出現(xiàn)的問題：齒蝸輪蝸桿設(shè)計中首先遇到的是齒數(shù)和模數(shù)的決定。開始參照例題及作業(yè)，確定齒數(shù)為41，求得模數(shù)為8，并且中心距不是整數(shù)。后來，通過與同學(xué)們的互相討論，并得到了老師的耐心指導(dǎo)。為使工作機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，應(yīng)盡量把模數(shù)取小，齒數(shù)增大，這樣也便于加工，且運動過程中噪聲、振動均小。為此，還是將中心距湊成整數(shù)（改變壓力角的大?。?。2、軸的設(shè)計過程中，開始是按順序先設(shè)計Ⅰ軸，但是在設(shè)計中Ⅰ軸的軸向尺寸定不下來，這是因為第Ⅰ軸的尺寸與Ⅱ軸和Ⅲ軸的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，故應(yīng)先把第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計排列在一張紙上，