机械设计课程设计说明书(单级蜗杆减速器)

设计任务书班级学号姓名一、设计题目：蜗轮减速器设计带式运输机的传动装置，如图1所示。工作条件：带式输送机在常温下连续工作，单向运转；空载启动，工作载荷有轻微冲击；输送带工作速度V的允许误差为±5％；二班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命为8年，大修为2~3年，中批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。图1带式输送机传动系统简图1—电动机；2一联轴器；3—蜗杆减速器；4—卷筒；5—输送带二、原始数据：带的圆周力F(N)传送带速度V(m/s)滚筒直径D（mm）5502300选定设计方案工作条件：带式输送机在常温下连续工作，单向运转；空载启动，工作载荷有轻微冲击；输送带工作速度V的允许误差为±5％；二班制（每班工作8h），要求减速器设计寿命为8年，大修为2~3年，中批量生产；三相交流电源的电压为380/220V。已知：运输机带的圆周力：550N带速：2m/s滚筒直径：300mm选定传动方案为：蜗杆减速器1.传动装置简图。图1-1带式输送机的传动装置简图2.传动方案简图如下：图1-2带式输送机传动系统简图1—电动机；2一联轴器；3—蜗杆减速器；4—卷筒；5—输送带电动机的选择初选电动机类型和结构型式根据动力源和工作条件，并参照第12章选用一般用途的Y系列三相交流异步电动机，卧式封闭结构，电源的电压为380V。电动机的容量确定减速器所需的功率根据已知条件，工作机所需要的有效功率为1000FvPW=1.110002500kW确定传动装置效率查表第十章中表10-2得：联轴器效率1=0.99蜗杆传动效率2=0.70一对滚动轴承效率3=0.98输送机滚筒效率4=0.96估算传动系统总效率为4321=0.99×0.70×0.98×0.96=0.6517工作时，电动机所需的功率为WdPP=7.16517.01.1kW由表19-1可知，满足Pe≥Pd条件的Y系列三相交流异步电动机额定功率Pe应取为2.2kW。电动机的转速根据已知条件，可得输送机滚筒的工作转速wn为4.12730014.326000060000Dvnr/min查表2-2得：蜗杆减速器的传动比i=10～40，则总传动比的合理范围'i=10～40，故电动机的转速可选范围为：wmnin'（10～40）×127.4r/min=1228～4912r/min符合这一转速范围的同步转速有：1500r/min3000r/min由表19-1可知，对应于额定功率Pe为2.2kW的电动机型号分别为Y100L1-4型和Y90L-2型。现将Y100L1-4型和Y90L-2型电动机有关技术数据及相应算得的总传动比列于表2-1中。表2-1方案的比较方案号电动机型号额定功率（kW）同步转速（r/min）满载转速（r/min）总传动比i外伸轴径D（mm）轴外伸长度E（mm）ⅠY100L1-42.21500144011.702450ⅡY90L-22.23000287023.372860通过对上述两种方案比较可以看出：方案Ⅱ电动机转速较高，但总传动比大，传动装置尺寸较大，成本提高。一般来说，如无特殊要求，常选用同步转速为1500r/min，故选方案I较为合理。电动机的技术数据图2-1电动机外形尺寸表2-2级数ABCDEFGHKABACADHDBBL416014063286082410012205205180245170380传动装置的传动比及动力参数计算传动装置运动参数的计算由式（3-5）可知，传动系统的总传动比4.114.1271440nnima由传动系统方案（见图1-2）知：12i1；34i1；又ai12i34i23i，所以23i=11.4传动系统各级传动比分别为12i1；23i=11.4；34i1传动系统的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩计算如下：1轴（电动机轴）：mnn1=1440r/min1201PP1.7×0.99=1.683kW1440683.195509550111nPT10.66N·m2轴（蜗杆轴）：114401212inn1440r/min2312PP1.683×0.99×0.75=1.47kW144047.195509550222nPT9.75N·m3轴（蜗轮轴）：7.1114402323inn123r/min3423PP1.47×0.99×0.99=1.44kW12344.195509550333nPT112.80N·m4轴（单级蜗杆传动低速轴、即输送机滚筒轴）：11234534inn123r/min4534PP1.44×0.99×0.96=1.37kW12337.195509550444nPT106.8N·m将上述计算结果列于表2-2中，以供查用。传动零件的设计轴号电动机单级蜗杆减速器工作机1轴2轴3轴4轴转速n（r/min）14401440123123功率P（kW）1.6831.471.441.37转矩T（N·m）10.669.75112.80106.8传动比i111.41设计计算及说明结果蜗杆的设计选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI).选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45钢;因希望效率要高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45-55HRC.蜗轮用铸锡磷青铜110PSZCnu,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造.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,再校核齿根弯曲疲劳强度.由参考文献1中式(11-12)计算传动中心矩:232)][(HEZZKTa根据书中表11-1，取41Z蜗轮上的转矩mNT80.1122确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数1K；由参考文献1中表11-5选取使用系数15.1AK；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数05.1VK；则：21.105.1115.1VAKKKK确定弹性影响系数EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故21160aEMPZ。确定接触系数Z41ZmNT80.1122先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值为0.35，从图参考文献1图11-18中可查得9.2Z。确定许用接触应力][H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜110PSZCnu，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可以从文献1表11-7中查得蜗轮的基本许用应力aHMP268][。应力循环次数82104.316365812316060hLjnN寿命系数61.0104.310887HNK则][H=HNK·][H=0.61×268=163.48aMP计算中心距mma55.104)48.1639.2160(11724021.123取a=125mm，因i=11.4，故从文献1中表11-2中取模数m=5mm，蜗杆的分度圆直径d1=50mm。这时d1/a为0.4，从文献1中图11-18中可查得接触系数75.2Z，因为ZZ，因此以上结果可用。蜗杆的主要参数与几何尺寸轴向齿距mmmPa7.15514.3直径系数mmq10分度圆直径d1=50mm齿顶圆直径mmhddaa60512502111齿根圆直径mmhddff38)52.051(2502111分度圆导程角361811蜗杆轴向齿厚mmmSa85.7514.32121蜗杆尺宽1b=91K=1.2121160aEMPZ9.2ZaHMP268][N=3.4×10861.0HNK][H=163.48M=5d1=50mm蜗轮的设计蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗轮的齿数Z2=41；变位系数X2=-0.5；验算传动比25.1044112ZZi这时传动比误差为%4.12124.04.114.1125.10，是允许的。蜗轮分度圆直径mmmZd20541522蜗轮喉圆直径mmhddaa210)5.01(522052222蜗轮齿根圆直径mmhddff193)52.051(22052222蜗轮咽喉母圆半径mmdarag20210211252122蜗轮尺宽B=40校核齿根弯曲疲劳强度][53.12212FFaFYYmddKT当量齿数48.4331.11cos41cos332ZZV根据X2=-0.5，ZV2=43.48，从参考文献1中图11-19中可以查得齿形系数YFa2=2.87。螺旋角系数9192.014031.1111401Y75.2ZmmPa7.15q=10mmda1=60mmdf1=38mm361811mmSa85.7b1=91i=10.25d2=205mm许用弯曲应力FNFFK][][从文献1表11-8中查得由110PSZCnu制造的蜗轮的基本许用应力aFMP56][。寿命系数487.0105.610986FNKaFMP272.27487.056][aFMP17.119192.087.252055011724021.153.1弯曲强度是满足的。验算效率)tan(tan)96.0~95.0(v已知31.11；vvfarctan；vf与相对滑动速度VS有关。smndvs/845.331.11cos100060144050cos10006011从参考文献1表11-18中用插入值法查得0236.0vf，31.1v；代入式中求得87.0，大于原估计值，因此不用重算。热平衡计算散热面积A2881588150.78786125109109maA。。取传热系数Cmwaw2/15，取Ct20，从而可以计算出箱体工作温度tda2=210mmdf2=193mmrg2=20mmB=40ZV=43.489192.0YaFMP56][CtAaPtw94.36200.7878615)87.01(54.11000)87.01(10001因为CCt8094.36，所以符合要求。精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择7级精度，侧隙种类为c，标注为7cGB/T10089-1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，详见图纸。计算中心距1250205127.522ddamm减速器轴的设计蜗杆轴的设计由于蜗杆的直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做蜗杆轴。蜗杆的转矩mNT75.91。蜗轮的转矩2T112.8N·m则作用于齿轮上的圆周力：NdTFFat4.4085010210221121轴向力：NdTFFta8.1143205117240222221径向力：NaFFFtrr31.41620tan8.1143tan221初步确定轴的最小直径先按参考文献1式15-2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126A，于是得mmnPAd887.12144054.11263311min输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径12d。为了使所选487.0FNKaFMP272.27][aFMP17.11smvs/845.387.020.78786mAt≈36.94℃的轴的直径12d与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩1TKTAca，查文献1表14-1，考虑到转矩变化很小，故取5.1AK，则：mmNTKTAca153