机械设计课程设计说明书单级蜗杆减速器.docx

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机械设计课程设计说明书单级蜗杆减速器

同济大学

机械设计课程设计说明书

设计项目：

单级蜗杆减速器

学号：

姓名：

专业：

材料成型及控制工程

指导老师：

在本学期临近期末的近半个月时间里，学校组织工科学院的学生开展了锻炼学生动手和动脑能力的课程设计。

在这段时间里，把学到的理论知识用于实践。

课程设计每学期都有，但是这次和我以往做的不一样的地方：

单独一个人完成一组设计数据。

这就更能让学生的能力得到锻炼。

但是在有限的时间里完成对于现阶段的我们来说比较庞大的“工作”来说，虽然能够按时间完成，但是相信设计过程中的不足之处还有多。

希望老师能够指正。

总的感想和总结有一下几点：

1

算标准件是可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准

3.在设计的过程中，培养了我综合使用机械设计课程及其他课程的理论知识和使用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受使用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

最后，衷心感谢老师的指导和同学给予的帮助，才能让我的这次设计顺利按时完成。

一．传动装置总体设计………………………………………………………………………4

二．电动机的选择……………………………………………………………………………4

参数选择：

卷筒直径：

D=350mm

运输带有效拉力：

F=2000N

运输带速度：

V=0.8m/s

工作环境：

三相交流电源，三班制工作，单向运转，载荷平稳，空载启动，

常温连续工作

一、传动装置总体设计：

根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：

电机——连轴器——减速器——连轴器——带式运输机。

根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V≤4——5m/s，所以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、检查孔和定位销等附件、以及其他标准件等。

二、电动机的选择：

由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。

三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。

一般电动机的额定电压为380V

根据生产设计要求，该减速器卷筒直径D=350mm。

运输带的有效拉力F=2000N，带速V=0.8m/s，载荷平稳，常温下连续工作，电源为三相交流电，电压为380V。

1、按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列

2、传动滚筒所需功率

Pw=FV/1000=2000*0.8/1000=1.6kw

3、传动装置效率：

（根据参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第133-134页表12-8得各级效率如下）其中：

蜗杆传动效率η1=0.70

搅油效率η2=0.95

滚动轴承效率（一对）η3=0.98

联轴器效率ηc=0.99

传动滚筒效率ηcy=0.96

所以：

η=η1•η2•η33•ηc2•ηcy=0.7×0.99×0.983×0.992×0.96=0.633

电动机所需功率：

Pr=Pw/η=1.6/0.633=2.5KW

传动滚筒工作转速：

nw＝60×1000×v/×350＝43.7r/min

根据容量和转速，根据参考文献《机械零件设计课程设计》吴宗泽罗圣国编高等教育出版社第155页表12-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表2-1:

表2-1

方案

电动机型号

额定功率

Pedkw

电动机转速r/min

额定转矩

同步转速

满载转速

1

Y132S1-2

5.5

3000

2900

2.0

2

Y132S-4

5.5

1500

1440

2.2

3

Y132M2-6

5.5

1000

960

2.0

4

Y160M-8

5.5

750

720

2.0

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见第3方案比较适合。

因此选定电动机机型号为Y132M2-6其主要性能如下表2-2：

表2-2

中心高H

外形尺寸

L×（AC/2＋AD）×HD

底角安装尺寸

A×B

地脚螺栓孔直径K

轴身尺寸

D×E

装键部位尺寸

F×G×D

132

515×（270/2＋210）×315

216×178

12

38×80

10×33×38

三、运动参数计算：

3.1蜗杆轴的输入功率、转速和转矩

P0=Pr=2.5kw

n0=960r/min

T0=9550P0/n0=9550*2.5/960=24.9N.m

3.2蜗轮轴的输入功率、转速和转矩

P1=P0·η01=2.5×0.99×0.99×0.7×0.992=1.68kw

nⅠ=n0/i1==27.4r/min

T1=9550P1/n1=9550×1.68/27.4=585.55N·m

3.3传动滚筒轴的输入功率、转速和转矩

P2=P1·ηc·ηcy=1.68×0.99×0.99=1.65kw

n2=n1/i12==27.4r/min

T2=9550*p2/n2=9550×1.65/27.4=575.09N·m

运动和动力参数计算结果整理于下表3-1：

表3-1

类型

功率P（kw）

转速n（r/min）

转矩T（N·m）

传动比i

效率η

蜗杆轴

2.5

960

24.9

1

0.633

蜗轮轴

1.68

27.4

585.55

31

传动滚筒轴

1.65

27.4

575.09

四、蜗轮蜗杆的传动设计：

蜗杆的材料采用45钢，表面硬度>45HRC，蜗轮材料采用ZCuA110Fe3,砂型铸造。

以下设计参数和公式除特殊说明外均以参考由《机械设计第八版》主编濮良贵纪名刚，副主编陈国定吴立言高等教育出版社出版2006年第11章蜗杆传动为主要依据。

表4—1蜗轮蜗杆的传动设计表

项目

计算内容

计算结果

中心距的计算

蜗杆副的相对滑动速度

参考文献5第37页（23式）

4m/s

当量摩擦

系数

4m/s

选[]值

在图11.20的i=35的线上，查得[]=0.45

[]=0.45

蜗轮转矩

使用系数

按要求查表11.5

转速系数

见表11-16：

弹性系数

根据蜗轮副材料，见公式11-11

寿命系数

接触系数

由于计算有现成的数据[/a]=0.45,按图11.18查出

涡轮基本许用应力

根据涡轮材料和金属硬度，从表11-7中查得

接触疲劳最小安全系数

其中：

为涡轮齿根应力系数，由表11-17查出

为涡轮齿根最大应力系数，由公式=

中心距

传动基本尺寸

蜗杆头数

根据要求的传动比和效率选择,配合中心距要求，由表11-2查出

Z1=1

蜗轮齿数模数

根据中心距尺寸，由表11-2查出

Z2=31

m=6.3

蜗杆分度圆直径

根据中心距尺寸，由表11-2查出

蜗轮分度圆

直径

蜗杆导程角

根据中心距尺寸，由表11-2查出

变位系数

根据中心距尺寸，由表11-2查出

x=-0.6587

蜗杆齿顶圆直径

表11.3

mm

蜗杆齿根圆直径

表11.3

mm

蜗杆齿宽

根据蜗杆头数和变位系数查表11-4得出蜗杆齿宽计算公式

mm

蜗轮齿根圆直径

mm

蜗轮齿顶圆直径（喉圆直径）

mm

蜗轮外径

mm

蜗轮咽喉母圆半径

蜗轮齿宽

B=54.81

B=55mm

mm

蜗杆圆周速度

=3.16m/s

相对滑动速度

m/s

当量摩擦系数

由表11.18查得

轮齿弯曲疲劳强度验算

许用接触应力

最大接触应力

合格

齿根弯曲疲劳强度

由表11.6查出

弯曲疲劳最小安全系数

结合设计需求选择

许用弯曲疲劳应力

轮齿最大弯曲应力

合格

蜗杆轴扰度验算

蜗杆轴惯性矩

允许蜗杆扰度

蜗杆轴扰度

合格

温度计算

传动啮合效率

搅油效率

根据要求自定

轴承效率

根据要求自定

总效率

散热面积估算

参考课本公式11-23和11-24

箱体工作温度

此处取=15w/（m²c）

合格

润滑油粘度和润滑方式

润滑油粘度

根据m/s由表11-21选取

给油方法

由表11-21采用油池润滑

五、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计

5.1蜗杆基本尺寸设计

根据电动机的功率P=5.5kw，满载转速为960r/min，电动机轴径，轴伸长E=80mm

轴上键槽为10x5。

1、初步估计蜗杆轴外伸段的直径

d=（0.8——1.0）=30.4——38mm

2、计算转矩

Tc=KT=K×9550×=1.15×9550×5.5/960=62.9N.M

由Tc、d根据《机械设计课程设计》张培金蔺联芳编上海交通大学出版社第248页表8.2可查得选用HL3号弹性柱销联轴器（38×80）。

3、确定蜗杆轴外伸端直径为38mm。

4、根据HL3号弹性柱销联轴器的结构尺寸确定蜗杆轴外伸端直径为38mm的长度为80mm。

5、由参考文献《机械设计课程设计》张培金蔺联芳编上海交通大学出版社的第220页表4.1可查得普通平键GB1096—90A型键10×63，蜗杆轴上的键槽宽mm，槽深为mm，联轴器上槽深，键槽长L=63mm。

6、初步估计d=60mm。

7、由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第189页图7-19，以及蜗杆上轴承、挡油盘，轴承盖，密封圈等组合设计，蜗杆的尺寸如零件图1（蜗杆零件图）

5.2蜗轮基本尺寸表（由参考文献《机械零件设计课程设计》毛振扬陈秀宁施高义编浙江大学出版社第96页表4-32及第190页图7-20及表5—1蜗轮蜗杆的传动设计表可计算得）

表5—1蜗轮结构及基本尺寸

蜗轮采用装配式结构，用六角头螺栓联接（100mm）,轮芯选用灰铸铁HT200，轮缘选用铸锡青铜ZcuSn10P1单位：

mm

a=b

C

x

B

98

70

8

23

13

10

2

55

e

n

10

3

25

189

90º

112

202

156

六、蜗轮轴的尺寸设计和校核

蜗轮轴的材料为45钢并调质，且蜗轮轴上装有滚动轴承，蜗轮，轴套，密封圈、键.

6.1轴的直径和长度的确定

1.计算转矩

Tc=KT=K×9550×=1.15×9550×1.68/30.96=595.94N.M<2000N.M

所以蜗轮轴和传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器32×60，