機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書(shū)

機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)前言課程設(shè)計(jì)是考察學(xué)生全面在掌握根本理論知識(shí)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)院的教學(xué)環(huán)節(jié)，在2008年6月23日-2008年7月11日為期三周的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。本次是設(shè)計(jì)一個(gè)蝸輪蝸桿減速器，減速器是用于電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置。本減速器屬單級(jí)蝸桿減速器〔電機(jī)——聯(lián)軸器——減速器——聯(lián)軸器——該減速器的設(shè)計(jì)根本上符合生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，限于作者初學(xué)水平，錯(cuò)誤及不妥之處望老師批評(píng)指正。設(shè)計(jì)者：200課程設(shè)計(jì)題目一、設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置條件：輸送帶工作拉力F=4KN;輸送帶工作速度v=2.0M/S;滾筒直徑D=450MM；滾筒效率η4=0.96〔包括滾筒與軸承的效率損失〕；工作情況兩班制，連續(xù)單向轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)；使用折舊期8年；工作環(huán)境室內(nèi)，灰塵較大，環(huán)境最高溫度35攝氏度；動(dòng)力來(lái)源電力，三相交流，電壓380/220V；檢修間隔期四年一次大修，兩年一次中修。一年一次小修；制造條件及生產(chǎn)批量一般機(jī)械廠，小批量生產(chǎn)。傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)：根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級(jí)蝸桿減速器，傳動(dòng)路線為：電機(jī)——連軸器——減速器——連軸器——帶式運(yùn)輸機(jī)。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求可知，該蝸桿的圓周速度V≥5m/s，所以該蝸桿減速器采用蝸桿上置式，蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復(fù)合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤(rùn)滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。該減速器的結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置、蝸輪軸、箱體、滾動(dòng)軸承、檢查孔與定位銷(xiāo)等附件、以及其他標(biāo)準(zhǔn)件等。電動(dòng)機(jī)的選擇：由于該生產(chǎn)單位采用三相交流電源，可考慮采用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380V按工作要求及工作條件選用三相異步電動(dòng)機(jī)，封閉扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為380V，Y系列傳動(dòng)滾筒所需功率傳動(dòng)裝置效率：〔根據(jù)參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》王連明宋寶玉主編哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社〕其中：聯(lián)軸器效率η1=0.99〔彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器〕滾動(dòng)軸承效率〔一對(duì)〕η2=0.98蝸桿傳動(dòng)效率η3=0.80傳動(dòng)滾筒效率η4=0.96所以：η=η12?η2?η3?η4=0.992×0.98×0.80×0.96=0.74電動(dòng)機(jī)所需功率：Pr=Pw/η=8.0/0.74=10.8KW傳動(dòng)滾筒工作轉(zhuǎn)速：nw＝60×1000×v/×450＝85r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)參考文獻(xiàn)〔《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》張龍編國(guó)防工業(yè)出版社〕可查得所需的電動(dòng)機(jī)Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，如表3-1:表3-1電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率Ped/kw滿載時(shí)額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量KG轉(zhuǎn)速r/min電流A功率因數(shù)效率％Y160M-411145922.40.86882.0160電動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)為Y160M-4其主要性能如下表3-2：表3-2中心高H外形尺寸L×〔AC/2＋AD〕×HD底角安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸身尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×GD132540×〔380/2＋290〕×405210×1081548×11014×9四、運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算：4.1蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P0=Pr=4.7kwn0=960r/minT0=9.55P0/n0=4.7×103=46.7N.m4.2蝸輪軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P1=P0·η01=4.7×0.99×0.99×0.7×0.992=3.19kwnⅠ===27.4r/minT1=9550=9550×=1111.84N·m4.3傳動(dòng)滾筒軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩P2=P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kwn2===27.4r/minT2=9550=9550×=1089.24N·m運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表4-1：表4-1類(lèi)型功率P〔kw〕轉(zhuǎn)速n〔r/min〕轉(zhuǎn)矩T〔N·m〕傳動(dòng)比i效率η蝸桿軸4.796046.7510.679蝸輪軸3.1927.41111.8435傳動(dòng)滾筒軸3.1327.41089.24五、蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)：蝸桿的材料采用45鋼，外表硬度>45HRC，蝸輪材料采用ZCuA110Fe3,砂型鑄造。以下設(shè)計(jì)參數(shù)與公式除特殊說(shuō)明外均以參考由《機(jī)械設(shè)計(jì)第四版》邱宣懷主編高等教育出版社出版1996年第13章蝸桿傳動(dòng)為主要依據(jù)。具體如表3—1：表5—1蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)表項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果中心距的計(jì)算蝸桿副的相對(duì)滑動(dòng)速度參考文獻(xiàn)5第37頁(yè)〔23式〕4m/s<Vs<7m/s當(dāng)量摩擦系數(shù)4m/s<Vs<7m/s由表13.6取最大值選[]值在圖13.11的i=35的線上，查得[]=0.45[]=0.45蝸輪轉(zhuǎn)矩使用系數(shù)按要求查表12.9轉(zhuǎn)速系數(shù)彈性系數(shù)根據(jù)蝸輪副材料查表13.2壽命系數(shù)接觸系數(shù)按圖13.12I線查出接觸疲勞極限查表13.2接觸疲勞最小平安系數(shù)自定中心距傳動(dòng)根本尺寸蝸桿頭數(shù)Z1=1蝸輪齒數(shù)模數(shù) m=10蝸桿分度圓直徑或蝸輪分度圓直徑mm蝸桿導(dǎo)程角表13.5變位系數(shù)x=〔225-220〕/10=0.5x=0.5蝸桿齒頂圓直徑表13.5mm蝸桿齒根圓直徑表13.5mm蝸桿齒寬mm蝸輪齒根圓直徑mm蝸輪齒頂圓直徑〔吼圓直徑〕mm蝸輪外徑mm蝸輪咽喉母圓半徑蝸輪齒寬B=82.5B=82mmmm蝸桿圓周速度=4.52m/s相對(duì)滑動(dòng)速度m/s當(dāng)量摩擦系數(shù)由表13.6查得輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力最大接觸應(yīng)力合格齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由表13.2查出彎曲疲勞最小平安系數(shù)自取許用彎曲疲勞應(yīng)力輪齒最大彎曲應(yīng)力合格蝸桿軸擾度驗(yàn)算蝸桿軸慣性矩允許蝸桿擾度蝸桿軸擾度合格溫度計(jì)算傳動(dòng)嚙合效率攪油效率自定軸承效率自定總效率散熱面積估算箱體工作溫度此處取=15w/〔m2c〕合格潤(rùn)滑油粘度和潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑油粘度根據(jù)m/s由表13.7選取潤(rùn)滑方法由表13.7采用浸油潤(rùn)滑六、蝸桿、蝸輪的根本尺寸設(shè)計(jì)6.1蝸桿根本尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率P=5.5kw，滿載轉(zhuǎn)速為960r/min，電動(dòng)機(jī)軸徑，軸伸長(zhǎng)E=80mm軸上鍵槽為10x5。初步估計(jì)蝸桿軸外伸段的直徑d=〔0.8——10〕=30.4——38mm計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×由Tc、d根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社第334頁(yè)表14-13可查得選用HL3號(hào)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器〔38×83〕。確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm。根據(jù)HL3號(hào)彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)尺寸確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm的長(zhǎng)度為80mm。由參考文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社的第305頁(yè)表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵10×70，蝸桿軸上的鍵槽寬mm，槽深為mm，聯(lián)軸器上槽深，鍵槽長(zhǎng)L=70mm。初步估計(jì)d=64mm。由參考文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社第189頁(yè)圖7-19，以及蝸桿上軸承、擋油盤(pán)，軸承蓋，密封圈等組合設(shè)計(jì)，蝸桿的尺寸如零件圖1〔蝸桿零件圖〕6.2蝸輪根本尺寸表〔由參考文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社第96頁(yè)表4-32及第190頁(yè)圖7-20及表5—1蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)表可計(jì)算得〕表6—1蝸輪結(jié)構(gòu)及根本尺寸蝸輪采用裝配式結(jié)構(gòu)，用六角頭螺栓聯(lián)接〔100mm〕,輪芯選用灰鑄鐵HT200，輪緣選用鑄錫青銅ZcuSn10P1+*單位：mma=bCxB16012812362015282en1033538090o214390306七、蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)與校核蝸輪軸的材料為45鋼并調(diào)質(zhì)，且蝸輪軸上裝有滾動(dòng)軸承，蝸輪，軸套，密封圈、鍵，軸的大致結(jié)構(gòu)如圖7.1：圖7.1蝸輪軸的根本尺寸結(jié)構(gòu)圖7.1軸的直徑與長(zhǎng)度確實(shí)定1.初步估算軸的最小直徑〔外伸段的直徑〕經(jīng)計(jì)算D6>51.7>100mm又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，那么D6=67mm計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000N.M所以蝸輪軸與傳動(dòng)滾筒之間選用HL5彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器65×142，因此=65mm2.由參考文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社的第305頁(yè)表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵20×110，普通平鍵GB1096—90A型鍵20×70，聯(lián)軸器上鍵槽深度，蝸輪軸鍵槽深度，寬度為由參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)根底》〔下冊(cè)〕張瑩主編機(jī)械工業(yè)出版社1997年的第316頁(yè)—321頁(yè)計(jì)算得：如下表：圖中表注計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果L1〔由參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》劉俊龍何在洲主編機(jī)械工業(yè)出版社第182頁(yè)表15-1查得滾動(dòng)軸承6216的根本結(jié)構(gòu)〕L1=25L2自定L2=20L3根據(jù)蝸輪L3=128L4自定L4=25L5〔由參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》劉俊龍何在洲主編機(jī)械工業(yè)出版社第182頁(yè)表15-1查得滾動(dòng)軸承6216的根本結(jié)構(gòu)〕L5=25L6自定L6=40L7選用HL5彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器65×142L7=80D1〔由參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》劉俊龍何在洲主編機(jī)械工業(yè)出版社第182頁(yè)表15-1查得滾動(dòng)軸承6216的根本結(jié)構(gòu)〕D1=80D2便于軸承的拆卸D2=84D3根據(jù)蝸輪D3=100D4便于軸承的拆卸D4=84D5自定D5=72D6D6>51.7>100mm又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，那么D6=67mmD6=677.2軸的校核軸的受力分析圖圖7.1X-Y平面受力分析圖7.2X-Z平面受力圖：圖7.3水平面彎矩1102123.75216079797119圖7.4垂直面彎矩714000圖7.5436150.8合成彎矩1184736.3714000681175.5圖7.6當(dāng)量彎矩T與aTT=1111840NmmaT=655985.6Nmm圖7.7軸的校核計(jì)算如表5.1軸材料為45鋼，，，表7.1計(jì)算工程計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)矩Nmm圓周力=20707.6N=24707.6N徑向力=2745.3N軸向力=24707.6×tan20oFr=8992.8N計(jì)算支承反力=1136.2N=19345.5N垂直面反力=4496.4N水平面X-Y受力圖圖7.2垂直面X-Z受力圖7.3畫(huà)軸的彎矩圖水平面X-Y彎矩圖圖7.4垂直面X-Z彎矩圖圖7.5合成彎矩 圖7.6軸受轉(zhuǎn)矩TT==1111840NmmT=1111840Nmm許用應(yīng)力值表16.3，查得應(yīng)力校正系數(shù)aa=a=0.59當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量彎矩蝸輪段軸中間截面=947628.6Nmm軸承段軸中間截面處=969381.2Nmm947628.6Nmm=969381.2Nmm當(dāng)量彎矩圖圖7.7軸徑校核驗(yàn)算結(jié)果在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)合格軸的結(jié)果設(shè)計(jì)采用階梯狀，階梯之間有圓弧過(guò)度，減少應(yīng)力集中，具體尺寸和要求見(jiàn)零件圖2〔蝸輪中間軸〕。7.3裝蝸輪處軸的鍵槽設(shè)計(jì)及鍵的選擇當(dāng)軸上裝有平鍵時(shí)，鍵的長(zhǎng)度應(yīng)略小于零件軸的接觸長(zhǎng)度，一般平鍵長(zhǎng)度比輪轂長(zhǎng)度短5—10mm，由參考文獻(xiàn)1表2.4—30圓整，可知該處選擇鍵2.5×110，高h(yuǎn)=14mm，軸上鍵槽深度為，輪轂上鍵槽深度為，軸上鍵槽寬度為輪轂上鍵槽深度為八、減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照參考文獻(xiàn)〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》〔修訂版〕鄂中凱，王金等主編東北工學(xué)院出版社1992年第19頁(yè)表1.5-1可計(jì)算得，箱體的結(jié)構(gòu)尺寸如表8.1：表8.1箱體的結(jié)構(gòu)尺寸減速器箱體采用HT200鑄造，必須進(jìn)行去應(yīng)力處理。設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果箱座壁厚度δ=0.04×225+3=12mma為蝸輪蝸桿中心距取δ=12mm箱蓋壁厚度δ1=0.85×12=10mm取δ1=10mm機(jī)座凸緣厚度bb=1.5δ=1.5×12=18mmb=18mm機(jī)蓋凸緣厚度b1b1=1.5δ1=1.5×10=15mmb1=18mm機(jī)蓋凸緣厚度PP=2.5δ=2.5×12=30mmP=30mm地腳螺釘直徑d?d?==20mmd?=20mm地腳螺釘直徑d`?d`?==20mmd`?==20mm地腳沉頭座直徑D0D0==48mmD0==48mm地腳螺釘數(shù)目n取n=4個(gè)取n=4底腳凸緣尺寸〔扳手空間〕L1=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm軸承旁連接螺栓直徑d1d1=16mmd1=16mm軸承旁連接螺栓通孔直徑d`1d`1=17.5d`1=17.5軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸緣尺寸〔扳手空間〕C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱連接螺栓直徑d2d2=12mmd2=12mm上下箱連接螺栓通孔直徑d`2d`2=13.5mmd`2=13.5mm上下箱連接螺栓沉頭座直徑D0=26mmD0=26mm箱緣尺寸〔扳手空間〕C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm軸承蓋螺釘直徑和數(shù)目n,d3n=4,d3=10mmn=4d3=10mm檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=0.4d=8mmd4=8mm圓錐定位銷(xiāo)直徑d5d5=0.8d2=9mmd5=9mm減速器中心高HH=340mmH=340mm軸承旁凸臺(tái)半徑RR=C2=16mmR1=16mm軸承旁凸臺(tái)高度h由低速級(jí)軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準(zhǔn)。取50mm軸承端蓋外徑D2D2=軸承孔直徑+(5~5.5)d3取D2=180mm箱體外壁至軸承座端面距離KK=C1+C2+(8~10)=44mmK=54mm軸承旁連接螺栓的距離S以Md1螺栓和Md3螺釘互不干預(yù)為準(zhǔn)盡量靠近一般取S=D2S=180蝸輪軸承座長(zhǎng)度〔箱體內(nèi)壁至軸承座外端面的距離〕L1=K+δ=56mmL1=56mm蝸輪外圓與箱體內(nèi)壁之間的距離=15mm取=15mm蝸輪端面與箱體內(nèi)壁之間的距離=12mm取=12mm機(jī)蓋、機(jī)座肋厚m1,mm1=0.85δ1=8.5mm,m=0.85δ=10mmm1=8.5mm,m=10mm以下尺寸以參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)根底課程設(shè)計(jì)》王昆等主編高等教育出版社1995年表6-1為依據(jù)蝸桿頂圓與箱座內(nèi)壁的距離=40mm軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離=4mm箱底的厚度20mm軸承蓋凸緣厚度e=1.2d3=12mm箱蓋高度220mm箱蓋長(zhǎng)度〔不包括凸臺(tái)〕440mm蝸桿中心線與箱底的距離115mm箱座的長(zhǎng)度〔不包括凸臺(tái)〕444mm裝蝸桿軸局部的長(zhǎng)度460mm箱體寬度〔不包括凸臺(tái)〕180mm箱底座寬度304mm蝸桿軸承座孔外伸長(zhǎng)度8mm蝸桿軸承座長(zhǎng)度81mm蝸桿軸承座內(nèi)端面與箱體內(nèi)壁距離61mm九、減速器其他零件的選擇經(jīng)箱體、蝸桿與蝸輪、蝸輪軸以及標(biāo)準(zhǔn)鍵、軸承、密封圈、擋油盤(pán)、聯(lián)軸器、定位銷(xiāo)的組合設(shè)計(jì)，經(jīng)校核確定以下零件：表9-1鍵 單位：mm安裝位置類(lèi)型b〔h9〕h〔h11〕L9〔h14〕蝸桿軸、聯(lián)軸器以及電動(dòng)機(jī)聯(lián)接處GB1096-90鍵10×7010870蝸輪與蝸輪軸聯(lián)接處GB1096-90鍵25×1102514110蝸輪軸、聯(lián)軸器及傳動(dòng)滾筒聯(lián)接處GB1096-90鍵20×1102012110表9-2圓錐滾動(dòng)軸承單位：mm安裝位置軸承型號(hào)外形尺寸dDTBC蝸桿GB297-847312〔30312〕6013033.53126蝸輪軸GB/T297-94302168014028.252622表9-3密封圈〔GB9877.1-88〕單位：mm安裝位置類(lèi)型軸徑d根本外徑D根本寬度蝸桿B55×80×855808蝸輪軸B75×100×107510010表9-4彈簧墊圈〔GB93-87〕安裝位置類(lèi)型內(nèi)徑d寬度〔厚度〕材料為65Mn，外表氧化的標(biāo)準(zhǔn)彈簧墊圈軸承旁連接螺栓GB93-87-16164上下箱聯(lián)接螺栓GB93-87-12123表9-5擋油盤(pán)參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》〔修訂版〕鄂中凱，王金等主編東北工學(xué)院出版社1992年第132頁(yè)表2.8-7安裝位置外徑厚度邊緣厚度材料蝸桿129mm12mm9mmQ235定位銷(xiāo)為GB117-86銷(xiāo)8×38材料為45鋼十、減速器附件的選擇以下數(shù)據(jù)均以參考文獻(xiàn)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》毛振揚(yáng)陳秀寧施高義編浙江大學(xué)出版社的P106-P118表10-1視孔蓋〔Q235〕單位mmAA1A。B1BB0d4h150190170150100125M81.5表10-2吊耳單位mm箱蓋吊耳dReb42424220箱座吊耳BHhb3619.29..6924表10-3起重螺栓單位mmdDLSd1Cd2hM1635622716328422226表10-4通氣器單位mmDd1d2d3d4DabsM18×1.5M33×1.583164012722Chh1D1Rkef1640825.440622表10-5軸承蓋〔HT150〕單位mm安裝位置d