机械设计课程设计

机械设计课程设计计算说明书11第一部分绪论本课程设计主要进行的是一级普通圆柱蜗杆传动减速器的设计计算，在设计计算中运用到了《机械设计基础》、《机械制图》、《工程力学》、《公差与互换性》等多门课程知识，是高等工科院校大多数专业学生一次较全面的设计能力训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养，就我个人而言，在以下方面获益匪浅：一、培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其它相关课程的基础理论并结合实际进行分析和解决工程问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械方面的知识；二、通过制订设计方案，合理选择传动机构和零件类型，正确计算零件工作能力、确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、机械传动装置或简单机械的设计过程和方法；三、进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图标、标准和规范等）以及使用经验数据。进行经验估算和处理数据的能力。该减速器的设计基本符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。机械设计课程设计计算说明书22第二部分课题题目及主要技术参数说明2.1课题题目一级普通圆柱蜗杆传动减速器（用于带式输送机传动系统中的减速器）2.2主要技术参数说明根据设计要求减速器的主要参数为：运输带工作拉力2.5KN、运输带工作速度1.1m/s、运输带滚筒直径390mm，运输带绕过滚筒的损失通过效率计算，取效率η=0.97。2.3传动系统工作条件带式输送机连续单向运转，载荷较平稳，工作中有轻微振动，单班制工作，每班工作8小时，空载启动，运输带速度允许速度误差为±5%，工作期限为十年，每年工作300天；检修期间隔为三年。在中小型机械厂小批量生产。2.4传动方案的选择图2-1带式输送机传动系统方案简图第三部分减速器结构选择及相关性能参数计算3.1减速器结构根据课程要求为一级普通圆柱蜗杆传动减速器；因工作速度V＝1.1m/s4～5m/s,故采用下置式，图2为其结构图：图3-1一级普通圆柱蜗杆传动减速器结构机械设计课程设计计算说明书333.2电动机的选择1.选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2.选择电动机容量1)工作机各传动部件的传动效率及总效率查《机械设计课程设计指导书》表1常见机械传动的主要性能、轴承及联轴器效率的概略值，各机构传动效率如下：滚动轴承=0.98～0.995(每对);弹性联轴器=0.99～0.995;单线蜗轮蜗杆=0.70～0.75；滚筒＝0.97减速机构的总效率总=3滚动轴承×2弹性联轴器×单线蜗轮蜗杆×滚筒=0.626～0.709≈0.680；2)选择电动机的功率为保证使用性能要求、满足经济性,所选电动机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。电动机所需功率：dP=wP/总;式中dP－工作要求的电动机输出功率，单位为KW;总－电动机至工作机之间传动装置的总效率；wP－工作机所需工作功率，单位为KW;输送机所需功率maxdP=Fv/(1000η总)=2500×1.1/(1000×0.626)=4.39kw；查《简明机械设计手册》表19－5，选取电动机的额定功率额定P＝5.5KW。3.选择电动机的转速1)传动装置的传动比的确定查《机械设计》书中得各级齿轮传动比如下：蜗杆i=5～80;理论总传动比:总i=蜗杆i=5～80;2)电动机的转速卷筒轴的工作速度总=0.680额定P＝5.5KW滚筒n=53.90r/min机械设计课程设计计算说明书44滚筒n=60×1000V/(π×D)=60×1000×1.1/(π×390)=53.90r/mim；故电动机的可选范围为电动机n=i总×n滚筒=(5～80)×53.90=269.5～4312r/min；符合这一范围的同步转速有750、1000、1500和3000r/min。根据容量和转速,查《简明机械设计手册》表19－5有以下四种传动比方案:方案电动机型号额定功率KW电动机转速(满载时)r.min-1电动机重量KG满载时效率%额定转矩1Y132S1-25.529006485.52.32Y132S-45.514406885.52.33Y132M2-65.59608485.32.24Y160M2-85.572011985.02.0综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比、满载时效率等，可见第1方案比较适合，则选n=3000r/min。4.确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为Y132S1-2。其主要性能：额定功率5.5KW；满载转速2900r/min；额定转矩2.3。3.3传动比的分配总传动比总i=电动机n/滚筒n=2900/53.90=53.80;3.4动力参数计算1.计算各轴转速0n=电动机n=2900r/min;1n=0n=2900r/min;2n=1n/总i=2900/53.80=53.80r/min;电动机n=269.5～4312r/min~电动机型号Y132S1-2总i=53.80;0n=2900r/min1n=2900r/min2n=53.80r/min3n=53.80r/min机械设计课程设计计算说明书553n=2n/i=53.80/1=53.80r/min;2.计算各轴功率0P=电机P=4.22kw;1P=0P×弹性联轴器=4.19kw;2P=1P×滚动轴承×单线蜗轮蜗杆=3.03kw;3P=2P×弹性联轴器×滚动轴承=2.98kw;(取弹性联轴器=0.993；滚动轴承=0.99；单线蜗轮蜗杆=0.72；）3.计算各轴扭矩0T=9.55×1030P/0n=138.97N.m;1T=9.55×1031P/1n=137.98N.m;2T=9.55×1032P/2n=578.50N.m;3T=9.55×1033P/3n=568.95N.m;第四部分传动零件的设计计算4.1传动零件材料的选择1.选择蜗杆传动类型根据GB/T10085—1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。2.选择材料考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆采用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。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,而轮芯用灰铸铁HT100制造。4.2蜗杆几何尺寸的设计计算1.按齿面接触疲劳强度进行计算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《机械设计》式(11—12)知,传动中心距322)(HPEKTa1）确定作用在蜗杆上的转矩2T按1Z=1，估取效率=0.72,则2T=9.55×106×2P/2n=578500N.mm;2）确定载荷系数K0P=4.22kw1P=4.19kw2P=3.03kw3P=2.98kw0T=138.97N.m;1T=137.98N.m;2T=578.50N.m;3T=568.95N.m;2T=578500N.mm机械设计课程设计计算说明书66因工作载荷有轻微冲击,故由《机械设计》P253取载荷分布不均系数=1;由《机械设计》表11—5选取使用系数1.0A由于转速不高,冲击不大,可取动载系数05.1v;则由《机械设计》P252得：1.011.051.05v3）确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故=160MPa1/2。4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径1d和传动中心距a的比值1d/a=0.35,从《机械设计》图11—18中可查得=2.9。5）确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,从《机械设计》表11—7查得蜗轮的基本许用应力=268a。由《机械设计》P254应力循环次数:N=hLn2j=60×1×50.02×360×8=8643456;寿命系数HNK=0.7213;则=HNK×=191MPa;6）计算中心距322)(HPEKTa=168.923mm;取中心距a=180mm,因i=57.98,故从《机械设计》表11—2中取模数m=6.3mm,蜗轮分度圆直径1d=63mm；这时1d/a=0.35，从《机械设计》图11—18中可查得接触系数=2.9因为=,因此以上计算结果可用。2.蜗杆的主要参数与几何尺寸轴向尺距3.146.319.792ammm;直径系数10q;齿顶圆直径11263216.375.6aaddhmmm;齿根圆直径11247.25faddhmcmm;分度圆导程角54838;蜗杆轴向齿厚3.146.39.89622amSmm。3.校核齿根弯曲疲劳强度FFaFYYmddKT221253.1K=1.05=160MPa1/2=2.9HNK=0.7213=191MPaa=168.923mm3.146.319.792am19.792mm10q175.6admm75.6mm147.25fdmm548383.146.39.89622amS9.896mm248.24v机械设计课程设计计算说明书77当量齿数2vZ=2Z/3cos=48.24；根据220.4286,48.24vX，从《机械设计》图11—19中可查得齿形系数22.717FaY；螺旋角系数5.71110.9592140140Y；从《机械设计》P255知许用弯曲应力F=HNK×F从《机械设计》P256表11—8查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力F=56MPa。由教材P255寿命系数669910100.67733475460FNKN=0.693；F=56×0.69=338.808MPa;F=1.53×1.05×578500/(63×302.4×6.3)×2.717×0.9592=20.18MPa可见弯曲强度是满足的。4.验算效率v～　tantan96.095.0已知=5.71;vvfarctan;vf与相对滑动速度sV有关。116329209.68/601000cos601000cos5.71sdnVms9.68m/s；从《机械设计》表11—18中用插值法查得vf=0.01632,'5388v代入式中得=0.824,大于原估计值,因此不用重算。5.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9级精度,侧隙种类为f,标注为8fGB/T10089—1988。然后由参考文献[5]P187查得蜗杆的齿厚公差为1s=71μm,蜗轮的齿厚公差为2s=130μm;蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6μm,蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6μm和3.2μm。6.热平衡核算初步估计散热面积：1.751.751800.330.330.92100100aS取at(周围空气的温度)为20c。22.717FaY669910100.67733475460FNKN=0.69F=338.808MPaF=20.18MPa968/sVms1s=71μm;2s=130μm;S=0.92;at=20c;机械设计课程设计计算说明书88d=(8.15～17.45))./(2cmwo，取17)./(2cmwo0t=at+Spd/)1(1000=68.8CO85CO;所以S=0.92合格。4.3蜗轮几何尺寸的设计计算1.蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗轮齿数48;变位系数4286.02