机械课程设计涡轮蜗杆减速器.docx
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机械课程设计涡轮蜗杆减速器
机械设计基础课程设计
课程设计计算说明书
学生姓名冉玉祥
学号8031210231
所属学院机械电气化工程学院
专业农业机械化及其自动化专业
班级农机14-2班
指导教师李传峰
日期2012-6-06
一设计题目--------------------------------5
二电动机的选择----------------------------6
三计算传动装置运动和动力参数--------------7
四传动零件的设计计算----------------------9
五轴的设计及校核--------------------------13
六滚动轴承的校核--------------------------20
七键联接的选择和验算----------------------22
八联轴器的选择计算------------------------23
九润滑与密封------------------------------24
十铸铁减速器箱体的主要结构尺寸------------25
十一设计总结------------------------------27
参考文献------------------------------------27
《机械设计》课程设计任务书
一、课程设计的目的和意义
机械设计基础课程设计是相关工科专业第一次较全面的机械设计练习，是机械设计基础课程的最后一个教学环节。
其目的是：
1、培养学生综合运用所学的机械系统课程的知识去解决机械工程问题的能力，并使所学知识得到巩固和发展。
2、学习机械设计的一般方法和简单机械传动装置的设计步骤。
3、进行机械设计基本技能的训练，如计算、绘图和学习使用设计资料、手册、标准和规范。
4、机械设计基础课程设计还为专业课课程设计和毕业设计奠定了基础。
二、课程设计的内容和份量
1、题目拟订
一般选择通用机械的传动装置作为设计的课程，传动装置中包括齿轮减速器、带传动、链传动、蜗杆传动及联轴器等零、部件。
传动装置是一般机械不可缺少的组成部分，其设计内容既包括课程中学过的主要零件，又涉及到机械设计中常遇到的一般问题，能达到课程设计的目的。
（具体题目附在任务书的后面）
2、内容
总体设计、主要零件的设计计算、减速器装配图和零件工作图的绘制及设计计算说明书的编写等。
3、份量
减速器装配图一张（AO或A1图纸），零件工作图二张（齿轮减速器为输入或输出轴、蜗杆减速器为蜗杆轴一张，齿轮或蜗轮一张。
）设计计算说明书一份。
三、课程设计的步骤和进度
课程设计的具体步骤为：
1、设计准备
认真阅读设计任务书，明确设计要求、工作条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸；参观实物和模型，了解设计对象；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。
2、传动装置的总体设计
确定传动装置的传动方案；计算电动机的功率、转速，选择电动机的型号；计算传动装置的运动和动力参数（确定总传动比；分配各级传动比，计算各轴的转速、功率和转矩等）；
3、传动零件的设计计算
减速器以外的传动零件设计计算（带传动、链传动）；减速器内部的传动零件设计计算（如齿轮传动等）。
4、减速器装配草图设计
绘制减速器装配草图，选择联轴器，初定轴径；选择轴承类型并设计轴承组合的结构；定出轴上受力点的位置和轴承支点间的跨距；校核轴及轮毂联接的强度；校核轴承寿命；箱体和附件的结构设计。
5、工作图设计
零件工作图设计；装配工作图设计。
6、整理编写设计计算说明书
整理编写设计计算说明书，总结设计的收获和经验教训。
下面列表各阶段所占总工作量的大致百分比，以及完成的参考时间：
序号
设计内容
占总设计工作量的
百分比％
完成阶段设计的
参考时间
1
2
3
4
5
6
7
传动装置的总体设计
传动零件的设计计算
减速器装配草图设计
装配工作图设计
零件工作图设计
整理编写设计计算说明书
答辩
7
7
40
25
8
8
5
第1--2天
第3天
第4--5天
第6--9天
第10天
第11--13天
第14--15天
四、课程设计的基本要求
1、认真、仔细、整洁。
2、理论联系实际，综合考虑问题，力求设计合理、实用、经济、工艺性好。
3、正确处理继承与创新的关系，正确使用标准和规范。
4、学会正确处理设计计算和结构设计间的关系，要统筹兼顾。
5、所绘图纸要求作图准确、表达清晰、图面整洁，符合机械制图标准；说明书要求计算准确、书写工整，并保证要求的书写格式。
（关于设计计算说明书的编写要求附在任务书后面）
一课程设计题目
设计一用于带式运输机的蜗杆减速器。
运输机连续工作，空载启动，工作有轻微震动，单向运转使用期限15年，每天工作16小时，每年工作300天。
运输带速度允许误差在±5%。
原始数据：
运输带拉力：
F=3500N
运输带速度 v=1.5m/
卷筒直径：
d=400mm
二电动机的选择
2.1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。
2.1选择电动机的容量
估算由电动机至运输带的传动的总效率为
根据实验指导书查得
为联轴器的传动效率初选
为轴承传动的传动效率
为蜗杆的传动效率
为卷筒的传动效率
电动机工作所需的工作效率为：
其中
，因此
2.2确定电动机
由已知可以计算出卷筒的转速为
按《机械设计基础》推荐的合理范围，蜗杆传动选择为闭式（闭式为减速器的结构形式），且选择采用双头传动，同时可以在此表中查得这样的传动机构的传动比是8—40。
故可推算出电动机的转速的可选范围为：
查《机械设计手册》，符合这一范围的同步转速为：
根据容量和转速，由《机械设计手册》查出的电动机型号，因此有以下三种传动比选择方案，如下表：
表1电动机的主要性能
方案
电动机型号
额定功率
同步转速
满载转速
电动机质量
最大转矩
1
Y160M1-2
11
3000
2930
117
2.3
2
Y132S2-2
7.5
3000
2900
70
2.3
3
Y132M-4
7.5
1500
1440
81
2.3
综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比，可见第二种方案比较合适，因此选定电动机的型号是Y132S2-2。
该电动机的主要外型和安装尺寸如下表：
（装配尺寸图参考《机械设计手册》）
表2电动机的外型及尺寸
中心高
外形尺寸
地脚安装尺寸
地脚螺栓孔直径
轴伸尺寸
装键部位尺寸
132
475×345×315
216×140
12
38×80
10×41
2.3确定总的传动比
由选定的电动机满载转速nm和工作机的主轴的转速n，可得传动装置的总的传动
比是：
在15—30范围内可以选用双头闭式传动。
三计算传动装置运动和动力参数
3.1计算各轴的转速
为蜗杆的转速，因为和电动机用联轴器连在一起，其转速等于电动机的转速。
为蜗轮的转速，由于和工作机联在一起，其转速等于工作主轴的转速。
3.2计算各轴的输入功率
为电动机的功率
蜗杆轴的功率
蜗轮轴的功率
工作机主轴的功率
3.3计算各轴的转矩
为电动机轴上的转矩
（1）输入转矩：
蜗杆轴上的转矩
工作机主轴上的转矩
卷筒轴转矩
（2）输出转矩：
蜗杆轴上的转矩
工作机主轴上的转矩
表3各轴动力参数表
轴名
功率P/kw
转矩T/（N•m）
转速n/（r/min）
效率
传动比i
输入
输出
输入
输出
电动机轴
7.29
24.00
2900
0.98
1
蜗杆轴
7.14
7.07
23.51
23.16
2900
0.80
11.3
蜗轮轴
5.66
5.60
323.21
319.78
167.24
0.98
1
卷筒轴
5.49
5.43
313.50
310.07
167.24
四传动零件的设计计算
4.1选择蜗杆类型
根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。
4.2材料选择
考虑到蜗杆传动的功率不大，速度中等，故蜗杆采用45刚；而又希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC；蜗轮选用铸锡青铜（ZCuSn10P1）,砂模铸造；为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰铸铁（HT150）制造。
4.3按齿面接触强度设计
根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行计算，再校核齿根弯曲疲劳强度。
由《机械设计基础》式（12-9）则传动中心距为
（1）确定轮上转矩
由
查表《机械设计基础》12-2，取
由
查表12-8得
，取
，则
（2）确定接触系数
假设蜗杆分度远直径和传动中心距的比值为
=0.4，从《机械设计基础》图12-11中查得
=2.8
（3）确定使用系数
因工作是有轻微振动，冲击不是很大，可选取使用系数
（4）确定综合弹性系数
因为选用的是锡磷青铜（ZCuSn10P1）的蜗轮和45刚蜗杆相配，故
150
（5）确定许用接触应力[
]H
根据蜗轮材料为锡磷青铜（ZCuSn10P1），金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC，可从《机械设计基础》表12-4查得蜗轮的基本许用应力
=220MPa
（6）计算寿命系数
应力循环次数
寿命系数
=
0.8517
（7）计算中心距
=
mm
取
由
可粗算出分度圆直径
及模数
取
查表12-1，可取
由式
，符合条件
则取
，圆整中心距取
则变位系数
导程角
4.4蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸
蜗杆尺寸
分度圆直径：
齿顶高：
齿根高：
轴向齿距：
直径系数
齿顶圆直径：
齿根圆直径：
分度圆导程角：
蜗轮尺寸
蜗轮分度圆直径：
；
齿顶高：
齿根高：
蜗轮喉圆直径：
蜗轮齿根圆直径：
蜗轮咽喉母圆半径：
蜗轮轮缘宽度：
圆柱蜗杆传动的主要几何尺寸如下表：
表4圆柱蜗杆传动的主要几何尺寸
名称
蜗杆（mm）
蜗轮（mm）
分度圆直径
63
214.2
齿顶高
6.3
6.3
齿根高
7.56
7.56
齿顶圆直径（喉圆直径）
75.6
226.8
齿根圆直径
47.88
199.08
蜗杆轴向齿距（蜗轮端面齿距）
19.782
径向间隙
1.26
中心距
138.6
4.5校核齿根弯曲疲劳强度
蜗轮的齿形系数:
=
从《机械设计基础》图11-8中可查得齿形系数
2.55
从表12-4中查得许用接触应力
，从表12-6中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力
=70MPa，所以
，
=
=
<
综上所述，弯曲强度校核满足要求。
4.6验
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