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1、-机械设计课程设计报告-蜗杆-齿轮二级减速器-第 46 页燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 蜗杆-齿轮二级减速器 学 院： 机械工程学院 年级专业： 13级机制班 学 号： 0000000000 学生姓名： 000000000 指导教师： 0000000000 目录1 项目设计目标与技术要求62传动系统方案制定与分析63 传动方案的技术设计与分析73.1 电动机选择与确定73.1.1 电动机类型和结构形式选择73.1.2 电动机容量确定83.1.3 电动机转速选择83.2传动装置总传动比确定及分配93.2.1 传动装置总传动比确定93.2.2 各级传动比分配93.2.
2、3运动和动力参数计算104 关键零部件的设计与计算114.1 设计原则制定114.1.1 蜗杆蜗轮传动114.1.2 斜齿轮传动124.2齿轮传动设计方案124.2.1软齿面和硬齿面选择124.2.2校核原则134.2.3直齿轮和斜齿轮的选择134.3 蜗杆传动设计计算134.3.1 蜗杆传动参数设计134.3.2 蜗杆齿轮传动强度校核154.4斜齿轮齿轮传动设计计算174.4.1 斜齿轮传动参数设计174.4.2 斜齿轮传动强度校核204.5 轴的初算214.6 键的选择及键联接的强度计算244.6.1 键联接方案选择244.6.2 键联接的强度计算244.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式25
3、5 传动系统结构设计与总成265.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范265.1.1装配图整体布局265.1.2 轴系结构设计与方案分析275.2零件图设计335.3 主要零部件的校核与验算345.3.1 轴系结构强度校核(选择低速轴进行校核)345.3.2 滚动轴承的寿命计算386主要附件与配件的选择406.1联轴器选择416.2 润滑与密封的选择416.2.1 润滑方案对比及确定。与环境要求关系416.2.2 密封方案对比及确定。与环境保护要求关系426.3 通气器436.4 油标446.5起重吊耳446.6油塞456.7窥视孔和窥视孔盖457 零部件精度与公差的制定467.
4、1 精度设计制定原则467.2 减速器主要结构、配合要求477.3 减速器主要技术要求487.3.1 减速器的装配与调整487.3.2 减速器的保养497.3.3 减速器的故障诊断及维修498 项目经济性分析与安全性分析518.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性518.2 减速器总重量估算及加工成本初算528.3安全性分析528.4 经济性与安全性综合分析539 设计小结5310 参考文献54 摘要带式运输机传动装置广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、建材、码头、家电、粮食等各行各业。它是由电动机，传动装置和传送带三部分构成。传动装置作为其中最重要的部分，实现了电动机与传送带之间动力和运动状
5、态的改变。报告首先阐述了设计要求，进行传动方案的比较与选择。然后给出电动机选择依据与减速器总传动比，各级传动比分配原则；进行传动装置中的蜗杆和齿轮按齿面接触疲劳强度设计，齿根弯曲疲劳强度校核。同时蜗杆还进行了热平衡的校核。其次按许用切应力初估轴的最小直径再用安全系数法校核低速级输出轴的强度，同时选择与之配合的轴承和键并校核相应的强度。其次对传动系统结构设计与总成，主要附件与配件的选择和零部件精度与公差的制定，最后对项目经济性与安全性进行分析。关键词： 设计 强度校核 精度与公差 经济性 安全性 1 项目设计目标与技术要求任务描述：要求设计带式输送机的传动装置，装置如图所示，原动机为电动机，传动
6、装置为二级减速器，工作机为卷筒，各部件用联轴器联接并安装在机架上。技术要求：工作载荷F/N卷筒直径D/m运转速度V/(m/s)使用地点生产批量载荷性质使用年限 2166 0.350.39室内大批平稳八年一班2传动系统方案制定与分析合理的传动方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足上述要求往往比较困难，因此要根据实际使用要求选择比较合理的方案。常见减速器主要由渐开线圆柱齿轮、圆锥齿轮、圆柱蜗杆组成。二级减速器的类型有展开式圆柱斜齿轮减速器、圆锥圆柱斜齿轮减速器、斜齿轮蜗杆减速器和蜗杆斜齿轮减速器。斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好
7、，常用在高速级或要求传动平稳的场合。二级展开式圆柱斜齿轮减速器：传动比一般为840，结构简单，应用广泛。展开式的高速级常用斜齿，由于齿轮相对于轴承不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均匀，要求轴有较大刚度，用于载荷比较平稳的场合。圆锥圆柱斜齿轮减速器：圆锥齿轮加工困难，安装精度和运转精度相对较低，并且小圆锥齿轮外伸布置，受力条件差，因此不能承受大载荷。一般锥齿轮布置在高速级，传动比24。斜齿轮蜗杆减速器与蜗杆斜齿轮减速器：蜗杆传动平稳，但效率较低，适用于中小功率的间歇传动场合。当与齿轮传动同时使用时若要求减速器结构紧凑，可布置在低速级，即斜齿轮蜗杆减速器，若要求提高承载能力和传动效率可布置在高速级
8、，即蜗杆斜齿轮减速器。传动比一般为1560，最大到480。由于使用地点在室内，安装工作空间相对比较有限，该装置的传动功率也较小，使用年限为八年一班，同时考虑一些意外状况出现。最终选取蜗杆斜齿轮减速器。3 传动方案的技术设计与分析3.1 电动机选择与确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择如无特殊需要，一般选取Y系列的三相交流异步电动机，它是我国80年代的更新换代产品，具有高效、节能、噪声小、振动小、运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无特殊要求的各种机械设备，如机床、运输机等。对于频繁启动、制动和换向的机械，宜选用允许有较大振动和冲击，转动惯量小，过载能力大的YZ和YZR
9、系列起重用三相异步电动机。由带式输送机的工作条件为室内平稳载荷，使用年限为八年一班选择Y系列电动机。Y系列常用的有IP23和IP44三相异步电动机。IP44电机为封闭自扇冷式鼠笼型，效率高、节能，堵转转矩高、噪声低、振动小、运动安全可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部，相比于IP23系列其实用性更加广泛，故最终选取IP44系列电动机。3.1.2 电动机容量确定电动机的容量主要根据运行时的发热条件来决定。根据任务书所给的工作条件为室内平稳载荷单班制，且传递的功率较小，故只需电动机的额定功率稍大于电机的实际输出功率即可。 1.计算输送机所需输入功率:Pw=Fv1000w=21660.391
10、0000.96=0.88 KW效率取1=0.99（联轴器）,2=0.97（斜齿轮） ,3=0.8（蜗轮）,4=0.99（轴承） 则传动装置总效率 a=12 3 4=0.73 2.电动机输出功率 Pd=Pw / a=0.88/0.73=1.21KW故选取额定功率为1.5KW的电动机。3.1.3 电动机转速选择卷筒转速： n=601000vD=6010000.39350=21.3r/min蜗杆齿轮减速器推荐传动比为ia=1560故电动机转速可选范围：nd=ian=(1560)21.3=319.51278 r / min,同时考虑成本因素，同步转速越大电机相对便宜，因此选取同步转速稍大于计算范围的1
11、500r/min,查表选Y系列IP44三相异步电动机，电动机型号为Y90L-4，主要性能如下表：电机型号额定功率/KW转速r/min效率/%功率因数cos最大转矩/额定转矩 Y90L-41.51400 790.79 2.33.2传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定根据总传动比定义，由上述可知电动机满载转速为1400r/min,卷筒转速为21.3r/min,故可求得传动装置的总传动比为： ia=nmn=140021.3=65.73；3.2.2 各级传动比分配3.2.2.1分配方案1各级传动比都应在常用的合理范围内，以符合各种传动形式的工作特点，并使结构比较紧凑。 2尽量使传
12、动装置外廓尺寸或重量较小。3在两级或多级齿轮减速器中尽量使各级大齿轮浸油深度合理（低速级大齿轮浸油稍深，高速级大齿轮能浸到油）。 4使各级传动尺寸协调，结构匀称合理便于安装。3.2.2.2 各级传动比确定根据指导手册推荐：第二级斜齿轮传动比i2=0.06ia=3.94，则第一级蜗杆传动比i1=iai2=65.733.94=16.68;3.2.3运动和动力参数计算 设蜗杆为1轴，蜗轮轴为2轴，齿轮轴为3轴,卷筒轴为4轴。1.各轴转速：n1= nm =1400r / minn2=/i1=1400/16.68= 83.93 r / minn3=/i2 = 83.93/3.94=21.30r / mi
13、n2.各轴输入功率：P1=Pd01=1.210.99=1.20kWP2=P1=1.200.990.8=0.95kWP3=P223=0.950.970.99=0.91kWP4=P334=0.910.990.99=0.89kW3.各轴输入转距：Td=9550Pd/nm=95501.21/1400=8.25NmT1=Td01=8.250.99=8.17 Nm T2=T1i112=8.1716.680.990.8=107.93Nm T3=T2i2=107.933.940.970.99=408.36 Nm T4=T3=408.360.990.99=400.23 Nm4.运动和动力参数计算结果整理于下表：
14、轴号功率P/Kw转矩T/Nm转速n/r/min传动比i效率电机轴1.218.2514001.000.99轴1.208.17140016.680.79轴0.95107.9383.933.940.96轴0.91408.3621.301.000.98卷筒轴0.89400.2321.304 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定4.1.1 蜗杆蜗轮传动 蜗杆传动相对滑动速度较大，发热明显，温度较高，磨损也比较严 重，选择材料时应当考虑这些因素。选择蜗杆的传动类型 根据GB/T 100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。选择材料、精度等级、制造工艺 材料：蜗杆：蜗杆传递功率不大，速度中等，故
15、蜗杆用45钢，调质处理；蜗轮：为了保证足够的强度和抗胶合的能力，蜗轮轮缘选用铸造锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造。轮芯用灰铸铁HT200制造。精度等级：初选取9级。4.1.2 斜齿轮传动运输机一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。材料选择。选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，大齿轮材料 为45钢（正火）硬度为190HBS，HBS=50所以合适由于减速器是大批量生产，大斜齿轮选择模锻工艺制造，小斜齿轮做成齿轮轴，与轴一起加工。4.2齿轮传动设计方案4.2.1软齿面和硬齿面选择 软齿面齿轮（硬度350HBS）这类齿轮多经调质或正火处理后切齿， 切齿精度一般为8级，精切可达7级。
16、常用钢号如45、40Cr、38SiMnMo、35CrMo。因齿面硬度不高，故限制了承载能力，但易制造、成本低。常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。 硬齿面齿轮（硬度350HBS）一般为切齿后经热处理再磨齿，这类齿轮由于齿面硬度高，故承载能力也高，适用于要求尺寸小和重量轻的场合。在我们的方案中我们对承载能力、尺寸和重量无严格要求，所以在这里我们选择软齿面齿轮。注：在实际生产中，一般多选用硬齿面。4.2.2校核原则闭式软齿面齿轮多以疲劳点蚀失效为主，先按齿面接触疲劳强度设计，再根据齿根弯曲疲劳强度校核。闭式硬齿面齿轮多以轮齿折断失效为主，按齿根弯曲强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。开式齿轮传动主要
17、以轮齿磨损失效为主，也是按齿根弯曲疲劳强度设计。4.2.3直齿轮和斜齿轮的选择斜齿轮传动的平稳性较直齿圆柱齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合。因此选择这里我们选择斜齿轮。4.3 蜗杆传动设计计算4.3.1 蜗杆传动参数设计1.蜗杆头数：z1=2（由i1=16.68取）， 则z2=i1z1=16.682=33.36，取整为z2 =34；2.传动比误差为 =17-16.6816.68100%=1.92%5%。应按齿面接触疲劳强度进行计算3.根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行设计,再校核齿根弯曲疲劳强度。计算公式 4.查表得：9.47cos=9.26；确定载荷系数：K=K
18、AKKV输送机工作冲击较小，取 KA=1；载荷平稳，取 K=1；预估v23m/s，取 Kv=1；则载荷系数 K=111=1；作用在蜗轮上的转距T2 =1.08105 Nmm；查表得弹性系数 ZE=155 b=220MPa；应力循环次数N2=60n2t2=6083.9388=9.67107；5.计算许用接触应力=0.9b8107N2=0.922081079.67107=149.10MPa6.计算m3q：m3q9.2611.08105(15534149.10)2=934.336；经查表取 m3q=1000，则 m=5mm，d1=40mm，q=8；7.传动中心距：a=12d1+d2=1240+170
19、=105mm；蜗杆导程角=arctanz1q=14.04；8.计算蜗轮圆周速度:，故选取9级精度；相对滑动速度 ；9.啮合效率计算:因为=2.02m/s，查表由插入法计算，设=x,则。所以=1.35。搅油效率2取为0.99，滚动轴承效率3取为0.99/对。总效率 =123=0.830.990.992=0.88；10.复核m3q：4.3.2 蜗杆齿轮传动强度校核a、校核蜗轮齿根抗弯疲劳强度 1.蜗轮齿根抗弯校核公式K、T2、m、和d1、d2同前，当量齿数 Zv=Z2/cos3=37.24；2.查机械设计课本图表，由插入法的=1.815；螺旋角系数 3.许用弯曲应力计算公式 其中 ,又因为N2=9
20、.671074.将数据代入许用弯曲应力计算公式得 5.齿根弯曲应力所以蜗轮齿根满足弯曲疲劳强度。b、热平衡核算减速器润滑油工作油温室内最高温度t0=25，=0.81，P1=1.04Kw，考虑到减速器用于室内，通风环境假定良好，取Kd=15W/（m2）箱体散热面积 则工作油温为t=25+10001.21-0.88150.75=37.81，取=1，则5）螺旋角系数 6）接触疲劳强度极限查机械设计课本取 Hlim3=590MPa查图6-27（b）取 Hlim4=470MPa7）计算应力循环次数 N3=60n3jLh=6083.93130088=9.67107 N4=N3I2=9.671073.92=
21、2.47107查机械设计课本图得, 允许有非扩散性点蚀的接触疲劳寿命系数 KHN3=1.13， KHN4 =1.228）计算接触疲劳许用应力取安全系数S=1(失效概率为1%)取 。9)试算小齿轮分度圆直径d3确定传动尺寸1）校核圆周速度2）修正载荷系数 查机械设计课本图6-11b得 3）校正分度圆直径4）确定模数计算法向模数 mn=d3z1cos=58.01cos1625=2.231mm取标准值 2.5mm.5）计算中心距 圆整取 a=160mm。6）按圆整后的中心距修正螺旋角 =arccosmn(z3+z4)2a=arccos2.51232160=16336 值改变不大，故不必对相关参数进行
22、修正7）确定传动尺寸同理，可得=254.950mm.8)计算齿宽 圆整取=53mm，=58mm.4.4.2 斜齿轮传动强度校核齿根弯曲疲劳强度校核公式:1）计算重合度系数2）计算螺旋角系数3)计算当量齿数 同理=110.43。4) 查取齿形系数查机械设计课本图得 YFa3=2.54，YFa4=2.125）查取应力集中系数 查机械设计课本图得 YSa3=1.62，YSa4=1.836）查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数查机械设计课本图得Flim3=450MPa，Flim4=390MPa查机械设计课本图得寿命系数 KFN3=KFN4=17）计算弯曲疲劳许用应力 F=KFNFlim/S取安全系数 S=1
23、 (取失效概率为1%) 则 8）计算弯曲应力 S2=830.30N由图示结构知，2轴承“压紧”，1轴承“放松”。则 Fa2=S1+FA=2709.25N，Fa1=S1=1787.04N计算当量载荷 P=fP（XFr+YFa） 查表取fP=1.2查表得X1=0.41，Y1=0.87;查表得X2=0.41，Y2=0.87则 P1=1.2(0.412552.920.871787.04)=3121.71 N P2=1.2(0.411186.150.872709.25)=3412.04 N计算寿命 取P1、P2中的较大值带入寿命计算公式因为是球轴承，取=3，则 静载荷验算 查表得X0=0.5，Y0=0.38，则P01= X0Fr1+Y0Fa1=0.52552.920.381787.04=1955.54NCP02= X0Fr2+Y0Fa2=0.51186.150.382709.25=1622.59N