带式运输机上的单级蜗杆减速器设计.docx

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带式运输机上的单级蜗杆减速器设计

机械课程设计说明书

1设计题目:

-2-

2传动简图:

-2-

3原始数据-2-

4设计工作量要求-2-

5传动装置的总体设计-2-

5.1拟定传动方案-2-

5.2选择电动机-3-

5.3确定传动装置的总传动比及其分配-4-

6.1选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数-4-

6.2确定许用应力-5-

6.3接触强度设计-5-

6.4校核蜗轮齿面接触强度-7-

6.5蜗轮齿根弯曲强度校核-7-

6.6蜗杆刚度校核...........................................-8-

7轴的设计计算-9-

7.1蜗轮轴的设计与计算-9-

7.2蜗杆轴的设计与计算-13-

8滚筒轴承的选择-17-

9蜗杆联轴器选择-17-

10润滑剂的选择-18-

11箱体的选择-18-

12设计小结-19-

13参考资料-21-

1设计题目

带式运输机上的单级蜗杆减速器

2传动简图

图1

3原始数据

已知条件：

运输带工作拉力F=3.2kN；运输带工作速度v=0.8m/s（允许运输带速度误差为±5%）；滚筒直径D=335mm；两班制，连续单向运转，载荷较平稳。

环境最高温度350C；小批量生产。

4设计工作量要求

每个同学独立完成减速器装配图1张，零件工作图1张（从动轴），设计说明书1份。

5传动装置的总体设计

5.1拟定传动方案

采用一级蜗轮蜗杆减速器，优点是传动比较大，结构紧凑，传动平稳，噪音小，适合于繁重及恶劣条件下长期工作。

缺点是效率低，发热量较大，不适合于传递大功率。

5.2选择电动机

计算和说明

结果

稳定运转下工件机主轴所需功率：

工作机主轴转速为：

工作机主轴上的转矩：

如传动简图所示，初选联轴器为弹性柱销联轴器和凸缘联轴器，滚动轴承为滚子轴承，闭式传动。

弹性柱销联轴器：

双滚子轴承：

凸缘联轴器（刚性）：

滚筒及运输带效率：

闭式蜗轮蜗杆的传动效率：

（双头闭式）

所以，电动机至工件机主轴之间的总效率为：

η=0.9925*0.95*0.83*0.98*0.98*0.98*0.98*1

=0.722

所以电动机所需功率为：

选取电动机的转速为n=，查《机械设计手册》，取电动机型号为Y132M1-6，则所选取电动机部分性能如下：

额定功率

满载转速

表1

5.3确定传动装置的总传动比及其分配

总传动比

5.4计算传动装置的运动及动力参数

各轴转速：

各轴的输入功率：

电动机的输出转矩：

各轴的输入转矩：

同理

6传动零件的设计计算

6.1选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数

A）如图1所示，选用普通ZA圆柱蜗杆传动，有利于保障传动的平稳性；

B）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8cGB10089-88；

C）材料选择。

蜗杆用35CrMo表面淬火，硬度45—50HRC，表面粗糙度Ra<1.6µm，涡轮轮缘选用ZCuSn10P1金属膜铸造。

D）蜗轮蜗杆的传动比：

参考《机械设计手册》表35.5-5，初选数据如下：

初选蜗杆头数：

蜗轮齿数：

6.2确定许用应力

其中查《机械设计手册》表35.5-14，有

查《机械设计手册》图35.5-2，有

再查《机械设计手册》图35.5-3，采用油浸润滑，得滑动速度影响系数。

假定该设备使用寿命为4年，每年工作300天，每班工作8小时，两班制，JC=40%，工作环境温度为350C，则可求得

齿轮应力循环次数

查《机械设计手册》图35.5-4得

则许用应力

6.3接触强度设计

查《机械设计基础》确定

涡轮轴的转矩为：

代入接触强度设计公式，可得

查《机械设计手册》表35.5-4，接近于的是，相应。

查《机械设计手册》表35.5-6，按

计算可得

蜗轮分度圆直径

导程角

实际传动比

蜗轮轴实际转速

蜗轮实际圆周速度

滑移速度

查《机械设计手册》表35.5-3，得

传动效率

其中，量摩擦角

油损

轴承效率

则

6.4校核蜗轮齿面接触强度

查《机械设计手册》表35.5-10，齿面接触强度验算公式

查表35.5-11,有

查表3.5-12使用系数

载荷分布系数

载荷系数

涡轮传递的实际转矩

当时，查图35-5-3，得,

则

将上述数据代入齿面接触强度验算公式

6.5蜗轮齿根弯曲强度校核

查《机械设计手册》表35-5-10，得验算公式

按

由已确定的查《机械设计手册》图35-5-18，得

经校核，可以确定，查《机械设计手册》表35-5-7，有：

齿形角，，。

6.6蜗杆刚度校核

6.6.1蜗杆受力校核

蜗杆受力校核公式：

其中，圆周力

径向力

代入上述数据，得

，符合安全要求。

6.6.2蜗杆热平衡校核

蜗杆传动的热平衡校核公式：

其中，蜗杆传递的名义功率

蜗杆传动的总效率

箱体散热系数，，取

箱体散热面积

周围空气的温度

润滑油工作温度的许用值一般取,取

代入上述数据，得

，符合要求。

7轴的设计计算

7.1蜗轮轴的设计与计算

7.1.1列出轴上的功率，转速，转矩

7.1.2求作用在蜗轮上的力

圆周力

径向力

轴向力

7.1.3初步确定轴的最小直径

选取轴为45钢经调质处理，取A=110，则

力学数据如下：

直径d与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。

由于转矩变化较小，取1.5。

联轴器计算转矩

根据GB/T5843-1986，选用YL11型凸缘联轴器，其公称转矩为，

轴孔长度，，轴孔直径，故取。

7.1.4拟定轴上的零件装配方案

图3

根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

A）为满足联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，所以取，因轴承也要安装在系轴段上，选取轴承为角接触滚子轴承型号为（GBT297-19947212C）轴承尺寸，。

所以。

取安装蜗轮处直径为，轴套直径为。

B）确定轴各段的长度。

因为联轴器中，所以轴段的长度为；取轴段的长度为；根据轴承型号可得轴段（取蜗轮端面距箱体内壁的间距为15mm，轴承端面距箱体内壁的间距为5mm）；由安装蜗轮处轴承直径可得轮毂宽度为78mm，所以轴段的长度为；轮毂左侧轴段长度为，

C）综上所述轴的总长度为

支承跨度为

7.1.5校核轴的强度

图4

A）绘制轴的计算简图，如图4（a）。

B）绘制水平面内弯矩，如图4（b）。

两支承端的约束反力为

截面C处的弯矩为

C）绘制垂直面内弯矩图，如图4（c）

两支承端的约束反力为

截面C左侧的弯矩为

D）绘制合成弯矩图，如图4（d）。

截面C左侧的合成弯矩为

截面C右侧的合成弯矩为

E）绘制扭矩图，如图4（e）。

蜗轮与联轴器之间的扭矩为

F）绘制当量弯矩图，如图4（f）。

因为轴为单向转动，所以扭矩为脉动循环，折合系数，危险截面C处的弯矩为

G）计算危险截面C处满足强度要求的轴径

由公式

可得

由于C处有键槽，故将轴径加大5%，即。

而结构设计简图中，该处的轴径为，故强度足够。

H）绘制轴的工作图（见图纸）。

7.2蜗杆轴的设计与计算

图5

7.2.1蜗杆轴的部分计算数据

所设计蜗杆头数为2，，，，

其中为蜗杆轴向压力角，为轴向参数，为端面参数。

可得

7.2.2拟定轴上的零件装配方案

根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

A）为满足联轴器的轴向定位要求，轴段左端需制出一轴肩，所以取，因轴承也要安装在系轴段上，选取轴承为角接触滚子轴承型号为（GBT297-19947212C）轴承尺寸，所以。

蜗杆的分度圆所以取轴段的直径为，蜗杆的齿顶圆直径为

B）确定轴各段的长度。

因为联轴器中，所以轴段的长度为；取轴段的长度为；根据轴承型号可得轴段（取蜗轮端面距箱体内壁的间距为15mm，轴承端面距箱体内壁的间距为5mm）；由安装蜗轮处轴承直径可得轮毂宽度为110mm，所以轴段的长度为；轮毂左侧轴段长度为,轴承连接处长度。

C）综上所述轴的总长度为

支承跨度为

7.2.3校核轴的强度

A）绘制轴的计算简图，如图6（a）。

B）绘制水平面内弯矩，如图6（b）。

两支承端的约束反力为

截面C处的弯矩为

C）绘制垂直面内弯矩图,如图6（c）。

两支承端的约束反力为

图6

截面C左侧的弯矩为

D）绘制合成弯矩图，如图6（d）。

截面C左侧的合成弯矩为

截面C右侧的合成弯矩为

E）绘制扭矩图，如图6（e）。

蜗杆与联轴器之间的扭矩为

F）绘制当量弯矩图，如图6（f）。

因为轴为单向转动，所以扭矩为脉动循环，折合系数，危险截面C处的弯矩为

G）计算危险截面C处满足强度要求的轴径由公式

可得

由于C处有键槽，故将轴径加大5%，即。

而结构设计简图中，该处的轴径为，故强度足够。

H）绘制轴的工作图（见图纸）。

8滚筒轴承的选择

由于滚筒处的轴承主要承受径向载荷，因此采用深沟球轴承，结构简单，使用方便。

因此选用60000GB/T276—1994型轴承。

9蜗杆联轴器的选择

由于转矩变化不大，故选用弹性套柱销联轴器。

取，则

转矩为

根据GB/T4323—1984，TL4,确定额定公称转矩。

应选用的联轴器尺寸为：

。

主动端为Z型轴孔，C型键槽，。

从动端为J型轴孔，B型键槽，。

10润滑剂的选择

查《机械设计（第二版）》（曹士鑫主编高等教育出版社1996），

对于要求精度不高的设备，采用普通齿轮油润滑。

速度因子

上式中——蜗轮传递的名义转矩（）；

——蜗杆的转速（）

——蜗杆传动的中心距（）

选取蜗轮蜗杆油（SH—T0094—1991）为：

L—CKE320轻载荷蜗轮蜗杆油，粘度等级（GB/T14906—1994）320，运动粘度。

11箱体的选择

名称

代号

尺寸

备注

底座壁厚

箱盖壁厚

底座上部凸缘厚度

箱盖凸缘厚度

底座下部凸缘厚度

轴承座连接螺栓凸缘厚度

吊环螺钉座凸缘高度

底座加强肋厚度

箱底加强肋厚度

地脚螺栓直径

地脚螺栓数目

轴承座连接螺栓直径

底座与箱盖连接螺栓直径

轴承盖固定螺钉直径

视孔盖固定螺钉直径

吊环螺钉直径

轴承盖螺钉分布圆直径

轴承座凸缘端面直径

螺栓孔凸缘的配置尺寸

地脚螺栓孔凸缘的配置尺寸

铸造壁相交部分的尺寸

箱体内壁与齿顶圆的距离

箱体内壁与齿轮端面的距离底座深度

底座高度

箱盖高度

联接螺栓的间距