蜗杆减速器课程设计.docx

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蜗杆减速器课程设计

《机械设计课程设计》

计算说明书

学生姓名

学号

专业

班级

指导教师

日期

参数选择：

总传动比：

I=35Z1=1Z2=35

卷筒直径：

D=350mm

运输带有效拉力：

F=6000N

运输带速度：

V=0.5m/s

工作环境：

三相交流电源

有粉尘

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。

（如图2.1所示）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（如图2.2所示），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。

图2.1

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、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=6000N，带速V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，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

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=3.0/0.633=4.7KW

传动滚筒工作转速：

nw＝60×1000×v/×350

＝27.9r/min

根据容量和转速，根据参考文献《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339-340页表附表15-1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3-1:

表3-1

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3-2：

表3-2

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

四、运动参数计算：

4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩

P0=Pr=4.7kw

n0=960r/min

T0=9.55P0/n0=4.7×103=46.7N.m

4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩

P1=P0·η01=4.7×0.99×0.99×0.7×0.992=3.19kw

nⅠ===27.4r/min

T1=9550=9550×=1111.84N·m

4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩

P2=P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kw

n2===27.4r/min

T2=9550=9550×=1089.24N·m

运动和动力参数计算结果整理于下表4-1：

表4-1

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

4.7

960

46.75

1

0.679

蜗轮轴

3.19

27.4

1111.84

35

传动滚筒轴

3.13

27.4

1089.24

五、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。

以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考由《机械设计第四版》邱宣怀主编高等教育出版社出版1996年第13章蜗杆传动为主要依据。

具体如表3—1：

表5—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

由表13.6取最大值

选[]值

在图13.11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12.9

转速系数

弹性系数

根据蜗轮副材料查表13.2

寿命系数

接触系数

按图13.12I线查出

接触疲劳极限

查表13.2

接触疲劳最小安全系数

自定

中心距

传动基本尺寸

蜗杆头数

Z1=1

蜗轮齿数模数

m=10

蜗杆分度圆直径

或

蜗轮分度圆

直径

mm

蜗杆导程角

表13.5

变位系数

x=（225-220）/10=0.5

x=0.5

蜗杆齿顶圆直径

表13.5

mm

蜗杆齿根圆直径

表13.5

mm

蜗杆齿宽

mm

蜗轮齿根圆直径

mm

蜗轮齿顶圆直径（吼圆直径）

mm

蜗轮外径

mm

蜗轮咽喉母圆半径

蜗轮齿宽

B=82.5

B=82mm

mm

蜗杆圆周速度

=4.52m/s

相对滑动速度

m/s

当量摩擦系数

由表13.6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13.2查出

弯曲疲劳最小安全系数

自取

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

自定

轴承效率

自定

总效率

散热面积估算

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13.7选取

润滑方法

由表13.7采用浸油润滑

六、蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计

6.1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——10）=30.4——38mm

2、计算转矩

Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×5.5/960=82.1N.M

由Tc、d根据《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334页表14-13可查得选用HL3号弹性柱销联轴器（38×83）。

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的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键10×70，蜗杆轴上的键槽宽mm，槽深为mm，联轴器上槽深，键槽长L=70mm。

6、初步估计d=64mm。

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）

6.2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6—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

160

128

12

36

20

15

2

82

e

n

10

3

35

380

90º

214

390

306

七、蜗轮轴的尺寸设计与校核

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，轴的大致结构如图7.1：

图7.1蜗轮轴的基本尺寸结构图

7.1轴的直径与长度的确定

1.初步估算轴的最小直径（外伸段的直径）

经计算D6>51.7>100mm

又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mm

计算转矩

Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000N.M

所以蜗轮轴与传动滚筒之间选用HL5弹性柱销联轴器65×142，

因此=65mm

2.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的第305页表10-1可查得普通平键GB1096—90A型键20×110，普通平键GB1096—90A型键20×70，联轴器上键槽深度，蜗轮轴键槽深度，宽度为由参考文献《机械设计基础》（下册）张莹主编机械工业出版社1997年的第316页—321页计算得：

如下表：

图中表注

计算内容

计算结果

L1

（由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构）

L1=25

L2

自定

L2=20

L3

根据蜗轮

L3=128

L4

自定

L4=25

L5

（由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构）

L5=25

L6

自定

L6=40

L7

选用HL5弹性柱销联轴器65×142

L7=80

D1

（由参考文献《机械设计课程设计》刘俊龙何在洲主编机械工业出版社第182页表15-1查得滚动轴承6216的基本结构）

D1=80

D2

便于轴承的拆卸

D2=84

D3

根据蜗轮

D3=100

D4

便于轴承的拆卸

D4=84

D5

自定

D5=72

D6

D6>51.7>100mm

又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mm

D6=67

7.2轴的校核

7.2.1轴的受力分析图