机械设计综合课程设计一级蜗轮蜗杆减速器.docx
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机械设计综合课程设计一级蜗轮蜗杆减速器
机械课程设计
设计说明书
课程名称：
机械设计原理课程设计
系别：
机械系
姓名：
丁戈
学号：
指导教师：
王鸿翔
一、《设计原理与方法》课程综合训练任务书
1.设计题目
带式输送机传动装置。
第3题，第6组
2.工作条件及设计要求
带式传送机工作装置如下图所示，主要完成由传送带运送机器零、部件的工作。
该机室内工作，单向运转，工作有轻微振动，两班制。
要求使用期限十年，大修期三年。
输送带速度允许误差±5％。
在中小型机械厂批量生产。
3.原始数据
传动带工作拉力F=4100N，运输带工作速度V=1m/s，滚筒直径D=500mm。
2、传动方案的拟定与分析
用一级蜗轮蜗杆减速器和一级链传动达到减速要求，传动方案图已经给出：
三、电动机的选择
1、电动机类型的选择
选择Y系列三相异步电动机。
2、电动机功率选择
（1）传动装置的总效率：
=0.99×0.99×0.8×0.96×0.97=0.73
（蜗轮蜗杆减速器效率包括减速器中的轴承）
（2）电机所需的功率：
电动机输出功率：
kw
工作机所需的功率：
=
所以
kw=5.6kw
因载荷轻微振动，电动机
即可，但5.6kw与5.5kw较为接近，效率又为保守估计，实际效率应该稍高于假设效率，故
可先取5.5kw。
3、确定电动机转速
计算滚筒工作转速
符合这一范围的同步转速有1000、1500、和3000r/min。
一般全取转速在1000r/min到1500r/min之间故可选用方案2，电机转速为1440r/min。
方案
电动机
型号
额定
动率/kw
（r/min）
1
Y132S1-2
5.5
3000/2890
2
Y132S1-4
5.5
1500/1440
3
Y132M2-6
5.5
1000/960
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Y132S1-4。
其主要性能：
额定功率5.5KW；满载转速1440r/min；三角形接法；额定电流11.6A；质量68kg。
4、计算总传动比及分配各级的传动比
1、总传动比
2、分配各级传动比
由课本可查得：
蜗轮蜗杆传动比一般在
之间。
链传动比一般在
。
故可试取蜗杆传动比
，链传动比
。
确定蜗轮蜗杆减速器的具体参数后，传动比会略有改动，此处仅为初设计，并非已定设计。
五、传动零件的设计计算
<一>蜗杆蜗轮设计计算
1、蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988，拟采用阿基米德蜗杆（ZA）
2、选择蜗轮蜗杆材料
蜗杆用45钢，考虑到要求使用年限为十年，效率需高一些，耐磨性好一些，蜗杆螺旋面进行表面淬火45~55HRC。
查表得蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，为节省贵重金属，仅齿圈用青铜制成，轮芯用HT150制造。
3、确定蜗杆头数
由课本表10-2，传动比20时，可取
。
4、按齿面接触疲劳强度设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，按齿面接触疲劳强度进行设计，设计公式为
（1）、确定蜗杆上的转矩
按
，根据课本表10-8，估取
，则
T2=9.55×106P2/n2
=9.55×106×5.6×0.8×20/1440KN·m=594.2KN·m
（2）、确定载荷系数
由题工作时轻微振动，故查课本表9-11，选用系数
=1.10。
（3）、许用接触应力
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,由课本表10-4知涡轮的基本许用接触应力
=220Mpa。
应力循环次数：
=60×1440/20×1×16×300×10=
（双班制时间
=2×8×300×10）
寿命系数：
=0.687
按
，由课本图10-10查得
=6.1m/s。
采用油浴润滑，再由课本图10-11查得滑动速度影响系数
=0.88，则许用接触应力
=0.88×0.687×220MPa=133MPa
（4）、计算中心距ɑ
因为选用的是锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故
=160
；假设蜗杆分度圆直径
与中心距的比值为
/a=0.35,从课本图10-9可查得
。
=
=199.6mm
（5）、校核
和
取中心距ɑ=200mm，因为i=20，则从课本表10-1中选取模数m=8，蜗杆分度圆直径
=80mm，分度圆导程角
=11°18´36´´。
这时
/a=0.4，从课本图10-9可以查得
=2.74≤
，符合要求。
计算滑动速度
=
=
=6.13m/s
由图查得
=0.88，修正的
=133MPa，复算中心距ɑ=199.6mm≤200mm。
因此计算结果可用。
5、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
（1）、蜗杆：
轴向齿距
=25.133mm
直径系数
=10
齿顶圆直径
96mm
齿根圆直径
60.8mm
分度圆导程角γ=11°18´36"
蜗杆轴向齿厚
12.57mm
（2）、蜗轮：
由课本表10-1查得蜗轮系数
=41，变为系数
=-0.5；
验算传动比：
i=
=
=20.5
蜗轮分度圆直径
=328mm
蜗轮喉圆直径
336mm
蜗轮齿根圆直径
300.8mm
蜗轮咽喉母圆半径
=32mm
6、热平衡核算
（1）、总效率
1>当量摩擦角根据滑动速度
=6.13m/s等，由课本表10-6得
-
≈
2>总效率取
=0.95，则
=0.95×
=0.858
蜗轮蜗杆实际效率
大于原预算
=0.8，所以不用重新计算。
而实际总效率
=0.99×0.99×0.858×0.96×0.97=0.783
复算需要的电机输出功率
kw=5.24kw
于是，预选Y型电机Y132S1-4的额定功率5.5kw≥5.24kw，该电机可用。
（2）、工作油温
1）箱体散热面积估计S=9×
=9×
=1.906
2）工作油温取
=20℃，
=15
=
=
=47℃
符合要求。
<二>滚子链设计计算
所以
（此为传动比终设计）
（1）、链轮齿数
因为传动比
，由课本表12-8知，
链齿轮小链轮可选
=30大链轮
=54
实际总传动比
传送带速度误差e=
≤5%
所以该滚子链传动比符合要求。
（2）、链条节数
初定中心距
。
=
=122.4
取链接数为偶数，故选取
=124。
（3）、链条节距
工况为有轻微震动，由课本表12-6取工作情况系数
由课本图12-14取齿数系数
，采用带排链，由课本表12-7，
故
当
时，由课本图12-13查得，16A链条能传递需要的功率，其节距p=15.875。
（4）、实际中心距
=1037mm
（5）、选择润滑方式
按16A链，V=0.89m/s，由课本图12-17查得应采用滴油润滑（2区）。
（6）、作用在轴上的压力
如前所述
，取
F=1000×P/V=1000×5.24×0.858/0.89N=5052N≈5050N
（7）、滚子链齿轮主要参数
查得可直接选用RS80规格的滚子链齿轮。
考虑到承重与稳定性选用有轮毂的B型链齿轮。
参数如下：
齿数
节圆外径（DP）mm
外径（OD）mm
齿底径mm
轴径（D）
mm
轮毂（DH）
mm
长（L）
mm
概略重量Kg
30
243
257
227.12
26-75
97
50
7.23
54
436.84
451
420.96
30-80
117
55
19.8
六、动力学参数计算
1、计算各轴转速
2、计算各轴的功率
3、计算各轴扭矩
=9.55×
/
=9.55×
×5.2/1440N·mm=34486N·mm
=9.55×
/
=9.55×
×4.45/70.24N·mm=605033N·mm
=9.55×
/
=9.55×
×4.1/39.02N·mm=1003460N·mm
轴名
功率p/kw
转矩T/N.m
转速n（r/min）
传动比i
效率
电动机轴0
5.24
34.486
1440
蜗杆轴1
5.2
34.486
1440
1
0.99
蜗轮轴2
4.45
605.03
70.24
20.5
0.858
滚筒轴3
3.13
1003.5
39.02
36.9
0.73
7、轴的设计计算
<一>蜗轮轴的设计
1、选择轴的材料
考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩。
选用45号钢，经调质处理，硬度为217-255HBS。
由课本表19-1查得对称循环许用应力[
]=180MPa。
2、初步估计轴径
取β=0，并由课本表19-3选系数A=110，得
d≥
轴伸部位有键并安装链齿轮，一方面消弱了轴的强度，另一方面增加了轴的径向载荷，故增加轴径至55mm。
3、轴的结构设计
（1）、拟定轴上零件布置方案
根据轴上轴承、蜗轮、端盖、链齿轮的装配方向、顺序和相互关系，轴的直径选择方案如图所示。
（2）、轴上零件定位及轴的主要尺寸的确定
1）轴端链齿轮选用和定位
链条选择A16单排滚子链，链齿轮选择RS80,链轮轴孔长L=50mm。
取轴端长为48mm。
按轴径选择用普通平键b×h=16mm×10mm，键长45mm（GB/T1095-1990）。
挡圈取D=65mm,厚度H=6mm，紧固轴端挡圈螺栓为M8×25mm（GB/T892-1986）。
2）轴承及蜗轮的定位及轴段主要尺寸
轴受中等载荷，有轴向力，选取32213滚动轴承。
其尺寸为d×D×B=65mm×120mm×32.75mm，与其配合的轴段的轴径为65mm，查手册配合为m。
左端轴承也选用32213，由于要加挡油环，长度无法确定。
如图轴径逐步加大，安装蜗轮处直径取70mm，查手册配合为H7/r6,配合轴段长应比蜗轮宽度小一些，取108mm。
蜗轮处键根据轴径查手册选b×h=20mm×12mm，键长100mm。
轴肩定位，轴肩直径取80mm，宽度取10mm。
3）轴结构的工艺性
取轴端倒角为2×45°，按规定确定轴肩的圆角半径，键槽位于同一轴线上。
4、按弯扭合成校核轴的强度
（1）、画轴空间受力简图如下，将轴上作用力分解为垂直面受力图和水平面受力图。
取集中力作用于蜗轮、链轮和轴承宽度的中点。
（2）、轴上受力分析
蜗轮圆周力
蜗轮轴向力
蜗轮径向力
轴头所受力由链轮设计时求得
F=6560N
（3）、计算作用于轴上的支反力
水平面内的支反力
对A点取矩
由力平衡
求得
垂直面内的支反力
（4）、计算轴的弯矩，并画弯矩图
计算A、B中点蜗轮处的弯矩
计算B处弯矩
分别画出垂直面和水平面的弯矩图；求合成弯矩并画出其弯矩图
（5）、画扭矩图
（6）、校核轴的强度
危险截面多为承受最大弯矩和扭矩的截面，通常只需要该截面进行校核。
必要时也对其他截面进行校核。
由于转矩不变，故选取α≈0
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