《机械设计》课程设计-蜗杆减速器设计.doc

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1、机械设计课程设计说明书目 录第一章 机械设计课程设计任务41.1设计题目41.2 设计任务41.3 具体作业4第二章 蜗杆减速器的数据选定52.1数据选择52.2方案拟订5第三章 电动机的选择63.1选择电动机类型63.2选择电动机的容量63.3确定电动机的转速6第四章 各轴的运动及动力参数计算84.1 传动比的确定84.2 各轴的动力参数计算8第五章 蜗轮蜗杆传动设计计算105.1选择蜗杆传动类型105.2选择材料105.3按齿面接触疲劳强度进行设计105.4 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸115.5校核弯曲疲劳强度135.6 验算效率14第六章 蜗杆轴的设计及尺寸计算156.1轴的受力分析15

2、第七章 蜗轮轴的设计及尺寸计算1871轴的分析及其确定:1872按弯扭合成应力校核轴的强度207.3精确校核轴的疲劳强度217.4键的校核237.5滚动轴承的确定与校核23第八章 键的选择与校核258.1高速轴上键的选择与校核258.2中间轴的键的选择与校核258.3轴低速键的选择与校核26第九章 滚动轴承和联轴器的选择279.1高速轴上滚动轴承的选择279.2中间轴上滚动轴承的选择279.3低速轴上滚动轴承及联轴器的选择28第十章 减速箱体结构设计2910.1 箱体的尺寸计算2910.2减速器附件及其结构设计3010.3箱体爆炸图33心得体会34参考文献35第一章 机械设计课程设计任务1.1

3、设计题目蜗杆减数器设计 （1）设计背景用于带式运输机的减速器。传动装置简图如右图所示。带式运输机数据见数据表格1.1-1。（2）工作条件 两班制工作，单向、连续运转，工作中有轻微振动。运输带速度允许速度误差为5%。（3）使用期限工作期限为十年，检修期间隔为三年。 （4）生产批量及加工条件小批量生产。1.2 设计任务（1）确定传动方案,完成总体方案论证报告；（2）选择电动机型号；（3）设计减速传动装置。1.3 具体作业（1）减速器装配图一张；（2）零件工作图二张（大齿轮、输出轴）；（3）设计说明书一份。表1-1运输带工作拉力F/N220023002400250023002400250023002

4、4002500运输带工作速度v/(m/s)1.01.01.01.11.11.11.11.21.21.2运输带滚筒直径D/mm380390400400410420390400410420第二章 蜗杆减速器的数据选定2.1数据选择如表2-1 表2-1运输带的工作拉力F/N运输带的工作速度V/（m/s）运输带的滚筒直径D/mm25001.14002.2方案拟订机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成，如图2-1所示，原动机为电动机，传动装置为减速器，工作机为卷筒1电动机；2联轴器；3蜗杆减速器；4滚筒； 5带式运输机；第三章 电动机的选择3.1选择电动机类型因设计的减速器，没有特殊要求，所以可以

5、选用型三相异步电动机，电动机结构采取封闭式结构，工作电压为380。3.2选择电动机的容量工作机所需电动机功率 工作机所需功率 传动装置的总效率 查表2-4，确定各部分的效率如下：联轴器 （两个） 蜗轮蜗杆传动（双头） 滚动轴承（三对） 传动滚筒 传动装置的总效率 =0.708工作机需要的功率 工作机所需电动机功率 因工作中有轻微振动，故电动机额定效率应稍大于，由机械设计课程设计表6-163Y系列三相异步电动机技术数据，选择电动机额定功率为4 KW。3.3确定电动机的转速滚筒轴工作转速 通常蜗轮蜗杆传动比常用范围为 =10：40 电动机的转速的可选范围为 符合这一范围的同步转速有 750r/mi

6、n、1000r/min、1500r/min。现以同步转速1500，1000，及750r/min三种方案进行比较。由机械设计课程设计表6-163Y系列三相异步电动机技术数据及计算出总传动比列于表3-1表3-1电动机的方案方案电动机型号额定功率/kw同步转速/满载转速/（r/min）电动机质量/kg价格/元1Y112M-44.01500/1440499182Y132M1-64.01000/9607514333Y160M1-84.0750/7201051999表3.3-1中，方案1电动机重量最轻，价格便宜，但传动比大，传动装置外轮廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故不选用；而2与3比较，综合考虑电动

7、机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，可以看出，如为使传动装置结构紧凑，选3方案好；如考虑重量和价格。则选取2方案好。现选用2方案，即选定电动机型号为Y132M1-6。第四章 各轴的运动及动力参数计算4.1 传动比的确定总传动比 蜗轮蜗杆传动比 4.2 各轴的动力参数计算 电动机轴的输出转矩 0轴（电动机轴）： 1轴（蜗杆轴） 2轴（蜗轮轴） 3轴（滚筒轴） 1-3轴的输出功率或输出转矩分别为各轴的输入功率或输入转矩乘轴承效率0.99。 运动和动力参数的计算结果如表格4.1-1。表 4-1各轴运动和动力参数轴名功率P/k/W转矩T/Nm转速n/（r/m）传动比i效率输入输出输入输出电动机

8、轴3.88438.64960118.2810.990.7840.971轴3.8453.80738.2537.979602轴3.01452.98548.14542.6652.52滚筒轴2.9252.896531.87526.5552.50第五章 蜗轮蜗杆传动设计计算设计条件为传动比i=18.28，蜗杆输入功率P=3.884kw,蜗杆转速n=960r/min5.1选择蜗杆传动类型 根据GB/T 100851988的推荐，采用阿基米德蜗杆（ZA） 5.2选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大，速度是较低，故蜗杆用45钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸铝铁

9、青铜（ZCuAl10Fe3），金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿面用青铜制造，而轮芯用铸铁HT100铸造。5.3按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计 再校核齿根弯曲疲强度，传动中心矩 1）确定作用在蜗轮上的转矩按，估取效率=0.8，则 2）确定载荷系数K因工作载荷较平稳，故取载荷分布不均系数由主教材表11-5选取使用系；由于转速中等，冲击不大，可取动载荷系数 则: 3）确定弹性系数 因为选用的是铸造锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=160。 4）确定接触系数 先假设蜗杆的分度圆直径于传动比的比值，从主教材图11-18中可查=3.1。 5）确定许用

10、接触应力根据蜗轮的材料为铸铝铁青铜（ZCuAl10Fe3），金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度为45HRC,查主教材表11-7得蜗杆基本许用应力。要求的减速器的寿命：h应力循环次数 寿命系数 则 ： 6）计算中心距 取中心距a=200mm 由机械设计手册表11-2中选取：蜗杆模数： mm 蜗杆分度圆直径： mm这时,从机械设计图11-18中可查得接触系数,因为,因此以上计算结果可用。5.4 蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸蜗轮蜗杆主要参数与几何尺寸计算结果如表5-1表5-1名称代号计算关系式及结果中心距蜗杆头数蜗轮齿数齿形角模数传动比齿数比蜗轮变位系数蜗杆直径系数蜗杆轴向齿矩蜗杆导程蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶

11、圆直径蜗杆齿根圆直径顶隙蜗杆齿顶高 蜗杆齿根高蜗杆齿高蜗杆导程角蜗杆齿宽蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮齿顶高蜗轮齿根高蜗轮齿高蜗轮咽喉母圆半径蜗轮齿宽蜗轮齿宽角蜗杆轴向齿厚蜗杆法向齿厚蜗轮齿厚按蜗杆节圆处轴向齿槽宽确定蜗杆节圆直径蜗轮节圆直径5.5校核弯曲疲劳强度蜗轮当量系数 根据 =43.48；则可由图11-19查得蜗轮齿形系数 螺旋角系数 从表11-8中可查得由铸铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 所以 所以弯曲强度是满足的。5.6 验算效率已知与相对滑动速度有关。从表11-8中用插值法查得=0.023，=1.1687；代入式中得，大于原估计

12、值，因此不用重算。第六章 蜗杆轴的设计及尺寸计算6.1轴的受力分析1.求作用在蜗杆上的力各力的大小可按下列各式计算：2.初步确定轴的最小直径先按式15-3初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A0=120 ,于是得3.轴的结构设计： 图6-1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。1）1-2轴段用于连接大带轮，通过螺钉固定的轴端挡圈与轴肩紧固。为了满足大带轮的轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，我取2-3段的直径，左端用轴端挡圈定位。2）.求轴上的载荷 首先根据轴的结构图6-1做出轴的计算简图，如下图6-2所示意:其中 M=214.43Nm 图6-2由

13、已知可根据下列式算出各力和力矩 ：水平面力和力矩： 竖直平面内的力和力矩 总弯矩按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（15-5）及上表中的数值，并取 前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的因此，5轴上键槽的确定根据结构可选用A型平键联接。根据直径D=50 mm，确定键和尺寸为。键轴和轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力取平均值，键的工作长度。键与轮毂键槽的接触高度 由式6-1可得： 所以此键强度足够。第七章 蜗轮轴的设计及尺寸计算蜗轮轴的支撑跨距一般由箱体宽度确定,也可先按下式初步确定：式中蜗杆顶圆直

14、径100mm。=112.75mm 71轴的分析及其确定: 1）.由表图-3可得输出轴上的功率P=1.249kw，转速n=8r/min，T=1940.78Nm。2）.求作用在蜗轮轴上的力各力的大小可按下列各式计算：3）.初步确定轴的最小直径先按式15-3初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A0=112 ,于是得mm4）.轴的结构设计：根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。轴的受力简图如下： 图7-1已知水平面力和力矩： 竖直平面内的力和力矩 总弯矩1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，EF轴段左端需制出一轴肩，故取DE段的直径70mm，左端用轴端挡圈定位。按

15、轴端直径取挡圈直径。2）轴承的类型我选用圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据配合的直径D=75mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30215，其尺寸为。选用一对反装的轴承。3)取安装蜗轮处的轴段d=70mm，蜗轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知蜗轮轮毂宽度为：112，为了使套筒断面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。4)齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，取，则轴环处的直径，轴环宽度，取。蜗轮，半联轴器与轴的轴向定位均采用平键联接，按=80由手册查的平键截面键槽用键槽铣刀加工，长为，同样半联轴器与轴的连接，选用平键为。72按弯扭合成应力校核轴的强度

16、进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（15-5）及上表中的数值，并取 前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的因此，7.3精确校核轴的疲劳强度1)截面只受扭矩作用，虽然键槽，轴肩及过度配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽欲确定的，所以截面均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面B和C处过盈配合引起的应力集中最严重；由第三章附录可知键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因此该轴只需校核界面C左右两侧即可。2）截面C左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面C左侧的弯矩M为 截面C上的弯矩T为 截

17、面上的弯曲应力 截面上的扭矩切应力 轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因。，经插值后可查得=1.5，=1.30又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数按（附3-4）为： 由附图3-2知尺寸系数，由附图3-3得扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为:轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为，轴未经表面强化处理即按式3-12及3-12a得综合系数为故的综合系数为： 又由3-1及3-2得碳钢的特性系数： 于是计算安全系数值，按式15-7 及15-8则得 故可知其安全。3)截面C右侧抗弯截面系数 抗

18、扭截面系数 弯矩M及弯曲应力 扭矩T及扭转切应力 过盈配合处的值，由附表3-8用插入法求得，并取，于是，轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为:故得综合系数为： 于是计算安全系数值，按式15-6 及15-8 故该轴的截面C右侧的强度也是足够的，因此轴无过大的瞬间过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。7.4键的校核1）蜗轮轴上的校核平键截面，键的工作长度，键轴和轮毂的材料都是钢。由表6-2查得许用挤压应力，取其平均值键与轮毂键槽的接触高度，由式6-1可得： 可见联接的挤压强度合适7.5滚动轴承的确定与校核工作期限为十年，每年工作365天；检修期间隔为三年，轴承所需的寿命。前面已算

19、得轴承上所承受的径向力，轴向力。轴承的工作转速为，轴的直径为75，初选圆锥滚子轴承30211，由手册表知基本额定动载荷基本额定静载荷。 根据主教材知，派生的轴向力的计算公式：又查手册表知径向当量载荷计算公式 由主教材表13-6知载荷系数，取 ，由主教材表13-4知温度系数，（轴承工作温度）；对于滚子轴承。所以轴承的基本额定动载荷为： 30211型轴承能满足工作要求。 验算该轴承寿命，根据式第八章 键的选择与校核8.1高速轴上键的选择与校核一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。故选择A型普通平键；，。查主教材表6-1， 由初选键1为键宽，键高，键长；由初选键2键宽，键高，键长。当

20、键的长度大于2.25d时，其多出的长度实际上可以认为并不承受载荷，故一般采用的键长不宜超过（1.6-1.8）d。故对键1，其键长应不大于（48-54）mm；对键2，其键长应不大于（73.6-82.8）mm。而这两个键均能满足要求。查表62（教材），键的材料为45钢，许用挤压应力取为。由公式 校验，其中键的接触高度 。键的工作长度 。传递的转矩， 代入得：；。则键的挤压强度满足要求，8.2中间轴的键的选择与校核选择A型普通平键，；，。 查教材表61，初选键1为键宽，键高，键长；选键2为键宽，键高，键长。当键的长度大于2.25d时，其多出的长度实际上可以认为并不承受载荷，故一般采用的键长不宜超过（

21、1.6-1.8）d。故对键1，其键长应不大于（96-108）mm；对键2，其键长应不大于（102.4-115.2）mm。而这两个键均能满足要求。查表62（教材），键的材料为45钢，许用挤压应力取为。由公式 校验，其中键的接触高度；。 键的工作长度；。传递的转矩，代入校核，代入得：； 。则键的挤压强度满足要求，8.3轴低速键的选择与校核选择A型普通平键，； ，。查教材表61，初选键1为键宽，键高，键长；初选键2为键宽，键高，键长。当键的长度大于2.25d时，其多出的长度实际上可以认为并不承受载荷，故一般采用的键长不宜超过（1.6-1.8）d。故对键1，其键长应不大于（153.6-172.8）mm

22、；对键2，其键长应不大于（128-144）mm。而这两个键均能满足要求。查表62（教材），键的材料为45钢，许用挤压应力取为。由公式 校验，其中键的接触高度；。；。键的工作长度；。传递的转矩，代入校核，得：； 。第九章 滚动轴承和联轴器的选择9.1高速轴上滚动轴承的选择（1）滚动轴承的选择按承载较大的滚动轴承选择型号。因支撑跨距不大故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承预期寿命。由前计算，轴承承受径向力；轴承的工作转速；查手册，由表6-1，根据电动机的输出轴直径以及高速轴直径，初选轴承6208。相关尺寸：。（2）验证轴承寿命是否合格：因，所以X=1由公式，其中；代入数据验算

23、得 ；所以，该轴承能满足要求。9.2中间轴上滚动轴承的选择（1）、滚动轴承的选择 按承载较大的滚动轴承选择型号。因支撑跨距不大故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承轴承预期寿命。由前计算，轴承承受径向力；轴承的工作转速；轴承选择方法同上，由已知条件查手册，由表6-1，初选轴承6211。 相关尺寸：；（2）、验证轴承寿命是否合格因，所以X=1由公式，其中；代入数据验算得；所以，该轴承能满足要求。9.3低速轴上滚动轴承及联轴器的选择（1）滚动轴承的选择按承载较大的滚动轴承选择型号。因支撑跨距不大故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承轴承预期寿命。由前计算，轴承承受径向力

24、；轴承的工作转速；轴承选择方法同上，由已知条件查手册，由表6-1，初选轴承6218相关尺寸：；（2）验证轴承寿命是否合格因，所以X=1。由公式，其中；代入数据验算得：；所以，该轴承能满足要求。（3）联轴器的选择由于此轴传递的扭矩很大，且结构不复杂，为保证减速器正常工作，选用凸缘联轴器。取，则，轴的转速，查手册表8-7，选HL7联轴器，其公称转矩为，许用转速，故适用。标记：HL7联轴器。第十章 减速箱体结构设计 10.1 箱体的尺寸计算箱体的尺寸汇总于表8-1 表8-1名称符号蜗杆减速器的尺寸关系及结果箱座壁厚=11mm箱盖壁厚箱座凸缘厚度箱盖凸缘厚度箱座底凸缘厚度地脚螺栓直径地脚螺栓数目轴承旁

25、联接螺栓直径箱盖箱座联接螺栓直径联接螺栓的间距轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径定位销直径 螺栓扳手空间与凸缘宽度安装螺栓直径M8M10M12M20至外箱壁距离13161826至凸缘边距离11141624沉头座直径20242640轴承旁凸台半径凸台高度外箱壁至轴承座端面距离蜗轮外圆与内壁距离蜗轮轮毂端面与内壁距离箱盖、箱座肋厚 轴承端盖外径轴承端盖凸缘厚度轴承旁螺栓距离箱体装配图如下图所示：图11-1： 10.2减速器附件及其结构设计（1窥视孔及窥视孔盖取窥视孔盖上的螺纹紧固件的直径为M6，即，取A=120mm。，取；，；，取（2通气器 直径，则相应系数为：，。 （3轴承端盖 a、蜗杆上的轴承端

26、盖，选用凸缘式轴承盖。 图11-2由前面的计算知，轴承外径D=120mm。螺栓直径选为M10，所以 , 取 ， 取 ， 取m=21mmb、蜗杆上的轴承端盖，选用凸缘式轴承盖。 由前面的计算知，轴承外径D=100mm。螺栓直径选为M8，所以 , 取 ， 取 ， 取m=21mm (4)油标 如右图杆式油标，螺纹直径选为M16，则相应系数为：8-5第 31 页 共 34 页 机械设计课程设计计算说明书 图11-3（5放油孔及放油螺塞，则相应的其他参数第 34 页 共 34 页放油螺塞的直径取为：，10.3箱体爆炸图 1）箱体爆炸图如下图所示：图11-4 心得体会通过两周的课程设计，感触很深，又一次深

27、刻体会到看起来容易做起来难的道理，也才发现仅局限于书本的知识是远远不够的，现代的人才是全面的人才，仅仅局限于课本的知识以远不能满足社会的发展，所以很高兴学院能为我们开设许多旨在培养我们动手能力和实际运用能力的课程，看似短的三周时间却很艰辛，在这期间，我受益非浅，自己查找书籍资料的能力有所增强，独立思考的能力也得到了提高。在本次的课程设计中，我学到了很多东西，学会了综合运用所学各方面的知识，如机械设计、机械原理、工程材料、机械制造基础、材料力学、理论力学、互换性、数学、Auto CAD、Solid edge等科目来设计蜗轮蜗杆传动。在这次的设计实习中，我学会了如何把自己所有的知识学以致用，综合考

28、虑各方面的因素，如造价，体积，材料，质量，安装，工艺等。通过这次的实习，让我对问题有了整体把握，最重要的是使我掌握了设计的基本步骤和设计的逻辑思维。经过本次课程设计，我对这门课和机构有了深刻的了解，而且让我对学习再次产生了浓厚的兴趣。在设计中，我对各种机械构件都有了更进一步的认识和了解。加深了对齿轮、轴承、联轴器、键等机构的了解，现在在具体的设计和运用中，对这些机构的进行了深入的研究和学习，学到了不少新的知识。对于蜗杆涡轮传动，在具体地运用中，更是感触尤深。花费了很大的时间和精力后，我的机械设计课程设计终于完成了，感觉收获颇丰。课程设计不像其它作业，它是很烦琐的一个任务，十分考验我的耐心和细心

29、！通过这次设计，我的独立思考设计和解决问题能力有所提高，同时也增强了对于克服困难的决心和信心。这次设计使我学会很多新知识，增长了见识，增加了经验。 当然，第一次做一项完整的设计，在设计过程中遇到了很多困难与问题。因此我们也学会了如何去查出问题并解决问题，在设计中，通过查阅大量的相关书籍，我们对各种机械零件都有了更进一步的认识和了解，但在老师的指导和帮助下我终于完成了这次课程设计，在此对所有帮助过我的老师和同学表示由衷的感谢！ 参考文献1 吴宗泽，罗圣国主编机械设计课程设计手册北京：高等教育出版社，19922 濮良贵，纪名刚主编机械设计第七版 北京：高等教育出版社，19963 周开勤主编机械零件

30、手册第四版 北京：高等教育出版社，19944 章日晋等主编 机械零件的结构设计北京：机械工业出版社，19875 减速器实用技术手册编委会编减速器实用技术手册北京：机械工业出版社，19926 齿轮手册编委会齿轮手册北京：机械工业出版社，19907 机械工业部洛阳轴承研究所编全国滚动轴承产品样本，19958 廖念钊，古莹庵，莫雨松，李硕根，杨兴骏编互换性与技术测量第四版中国计量出版社，20019 余梦生，吴宗泽主编机械零部件手册造型设计指南北京：机械工业出版社，199610 王之栋、王大康主编 机械设计综合课程设计 北京：机械工业出版社，2003.611 徐灏主编机械设计手册北京：机械工业出版社，1991