内蒙古民族大学机械设计课程设计

1内蒙古民族大学机械设计课程设计题目用于带式运输机传动装置的单级蜗杆减速器学院：机械工程学院专业：机械设计及其自动化班级：11机械*班学号：***********学生：陈和平指导老师：史红岩2014年12月20日2机械课程设计说明书一传动装置的总体规划：.............................................11设计题目:.....................................................22传动简图:.....................................................23原始数据及工作条件............................................24设计工作量....................................................2二传动装置的总体设计...............................................31.1拟定传动方案..............................................32.2选择电动机................................................42.3确定传动装置的总传动比及其分配............................42.4计算传动装置的运动及动力参数..............................5三传动零件的设计计算...............................................63.1选定蜗轮蜗杆类型，精度等级，材料及齿数....................63.2按接触疲劳强度设计........................................63.3蜗轮齿根弯曲强度校核......................................73.4验算效率..................................................83.5校核蜗轮齿面接触疲劳强度..................................93.6蜗杆刚度校核.............................................103.7蜗杆热平衡计算与校核.....................................11四轴的设计计算....................................................114.1蜗轮轴的设计与计算.......................................114.2蜗杆轴的设计与计算.......................................154.3滚筒轴承的选择..........................................16五键的选择及校核..................................................16六箱体的设计及计算................................................17七联轴器的选择....................................................18八减速器的结构与润滑..............................................19参考资料...........................................................20设计小结...........................................................213一传动装置总体规划1设计题目用于带式运输机传动装置的单级蜗杆减速器2传动简图1-电动机2,4-联轴器3-减速器5-滚筒6-输送带3原始数据及工作条件运输带工作拉力F=2kN；运输带工作速度v=1.2m/s（允许运输带速度误差为±5%）；滚筒直径D=315mm；两班制工作，连续单向运转，载荷较平稳；使用期限10年，小批量生产；生产条件是中等规模的机械厂，可加工7—8级精度的蜗杆及涡轮；动力来源是三相交流电(220/380V)。4设计工作量4（1）绘制减速器装配图1张（A0或A1)。（2）绘制减速器零件图1张（1—2张）。（3）编写设计说明书1份。5传动机构的总体设计根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机——联轴器——减速器——联轴器——带式运输机。根据生产设计要求可知，该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见，采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。二、传动装置的总体设计1.1拟定传动方案采用一级蜗轮蜗杆减速器，优点是传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于繁重及恶劣条件下长期工作。缺点是效率低，发热量较大，不适合于传递大功率。2.2选择电动机（1）按工作要求和条件选取Y系列三相异步电动机，封闭式结构。（2）选择电动机的功率电动机所需功率Pd=Pw/ηα5式中Pd-----------电动机输出功率ηα-------电动机至工作机之间传动装置的总效率Pw—————稳定工作下工作机所需功率Pw=Fv/1000=2000×1.2/1000=2.4KW由电动机至工作机之间的总效率：ηα=η12η22η3η4其中1234分别为联轴器，轴承，蜗杆和卷筒的传动效率。查表可知1=0.99（弹性联轴器）2=0.98（滚子轴承）3=0.75（单头蜗杆）4=0.96（卷筒）所以：ηα=0.992×0.982×0.75×0.96=0.68所以电动机输出功率：Pd=Pw/ηα=2.4/0.68KW=3.53KW(3)选择电动机的转速工作机滚筒转速nW=60×1000v/πD=(60×1000×1.2)/(3.14×315)=72.79r/min根据《机械设计课程设计》中查的蜗杆的传动比在一般的动力传动中；i=10-40，电动机的转速的范围因为nd=(1040)×72.79=727.92911.6r/min选取电动机的转速为n=min1000r，查《机械设计手册》，取电动机型号为Y132M1，则所选取电动机部分性能如下:额定功率Pe=4kw满载转速min960rnm2.3计算总传动比和各级传动比的分配6（1）计算总传动比：i=nm/nw=960/72.79≈14（2）各级传动比的分配由于为蜗杆传动，传动比都集中在蜗杆上，其他不分配传动比。2.4计算传动装置的运动和动力参数(1)各轴输入功率：蜗杆轴PⅠ=Pd×1×2=3.53×0.99×0.98=3.42kw蜗轮轴PⅡ=PⅠ×3×1×2=3.42×0.75×0.99×0.98=2.49kw滚筒轴PⅢ=PⅡ×1×2=2.49×0.99×0.98=2.42kw(2)各轴转速蜗杆轴n1=960r/min蜗轮轴n2=960/13.19=72.78r/min滚筒轴n3=n2=72.78r/min(3)各轴的转矩电动机输出转矩dT=9550Pd/nm=9550×3.53/960Nm=49.4Nm蜗杆输入转矩1T=9550PⅠ/n1=9550×3.42/960Nm=34.02Nm蜗轮输入转矩2T=9550PⅡ/n2=9550×2.49/72.78Nm=386.73Nm滚筒输入转矩3T=9550PⅢ/n3=9550×2.42/72.78Nm=317.55Nm将以上算得的运动和动力参数列于表1参数电动机蜗杆蜗轮滚筒转速r/min96096072.7872.787功率P/kw3.533.422.492.42转矩N.m49.434.02386.73317.55传动比i14效率0.990.750.96三蜗轮蜗杆的设计与校核3.1选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数（1）根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆ZI。（2）选择材料蜗杆：根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，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45~55HRC。因而蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，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45号钢制造。（3）蜗轮蜗杆的传动比：i=n1/n2=960/72.79≈14参考《机械设计手册》表,初选数据如下：初选蜗杆头数：21Z蜗轮齿数：Z2=Z1×i≈283.2按接触疲劳强度进行设计设计公式m2d1≧KT2(480/Z2[σH]）2（1）确定蜗轮转矩T2=9.55×106PⅡ/n2=386.73Nm(2)载荷系数K8因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1，有表《机械设计》11-5选取使用系数KA=1.15；取动载系数KV=1.05；则K=KβKAKV=1.15×1×1.05≈1.2（3）确定弹性影响系数ZE查表：ZE=160MPa½（4）许用接触应力由《机械设计》，根据蜗轮材料为ZCuSn10P1，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从表11-7中查得无蜗轮的基本许用应力[σH]′=268MPa应力循环次数N=60jn2Lh=60×1×72.78×10×8×2×365=2.55×108寿命系数KHN=81055.21087HNK=0.889则[σH]=[σH]′×KHN=268×0.889MPa=238MPa（5）计算md1的值md1≥1.2×386.73×223828480mm3=2406.73mm3查《机械设计》表11-2，md1的值接近2500，故取m=6.3mm,d1=63mm,分度圆导程角=''36'1811(6)蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸①蜗轮中心距a=a=(d1+d2)/2=119.7mm蜗轮齿数2Z=28分度圆直径2d=m2Z=6.3×28mm=176.4mm9喉圆直径da2=2d+2ha2=176.4+2×6.3mm=189mm齿根圆直径df2=2d-2fh=176.4-2×6.3×1.2mm=161.28mm蜗轮咽喉母圆半径rg2=a-0.5da2=119.7-0.5×189mm=25.2mm②蜗杆轴向齿距pa=25.13mm直径系数q=d1/m=10齿顶圆直径da1=d1+2*ahm=63+2×1×6.3mm=75.6mm齿根圆直径df1=d1-1fh=d1-2m(*ah+*c)=63-2×6.3×(1+0.2)mm=47.9mm导程角=''36'1811蜗杆轴向齿厚Sa=0.5m=0.5×3.14×6.3mm=9.9mm3.3蜗轮齿根弯曲强度校核(1)22121.53FFaFKTYYddm当量齿数322coszzv=28/(cos11.31。)3=29.29由2x=+0.25，2rZ=29.29，查机械设计手册可得齿形系数2FaY=2.2螺旋角系数Y=1-0140=1-0011.31140=0.9192许用弯曲应力F='FKFN从表11-8查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力'F=56aMP寿命系数9861055.210FNK=1.16410F=FNK'F=1、16×56aMP=65.1MPaF=912.02.2634.17663386732.153.1=22.02MPa弯曲强度是满足的。3.4、验算效率)tan(ta