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机械设计课程设计减速机蜗杆齿轮说明书

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2020年4月19日
文档仅供参考

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目:带式输送机传动装置
学 院 :机械工程学院
专 业 :机械设计制造及其自动化
年 级 :11级
班 级 :11级扎钢设备及工艺3班
设 计 者:程鹏
指导教师:邱雪松
年 1 月 10 日

目录

一、 设计任务书······································(3)

二、 传动方案的拟定··································(4)

三、 电动机的选择及传动装置的参数计算················(4)

四、 传动零件的设计计算······························(8)

五、 轴的设计与计算 ································(18)

六、 轴承的设计及计算 ··························· (29)

七、 键的选择·······································(32)

八、 联轴器的选择···································(33)

九、 润滑与密封的选择·······························(33)

十、 减速器的附件及说明·····························(34)

十一、 其它技术说明·································(35)

十二、 设计小结·····································(36)

十三、参考资料······································(37)
一、设计任务书

1、设计题目:带式输送机传动装置。

2、传动装置简图:
3、原始数据及要求:
; ;

3、 其它条件:
使用地点:煤厂; 生产批量:中批;
载荷性质:中等冲击; 使用年限:五年一班;

5、工作计划及工作量:
(1)传动方案及总体设计计算 2天
(2)装配草图 8天
(3)装配图抄正 5天
(4)零件图 2天
(5)编写说明书 2天
(6)答辩 1天

二、传动方案的拟定

蜗杆传动

蜗杆传动能够实现较大的传动比,传动平稳,噪声较小,结构紧凑,适用于中小功率的场合。

采用锡青铜为涡轮材料的蜗杆传动,由于允许齿面有较高的相对滑动速度,蜗杆传动在高速级时传动效率较高,可将蜗杆传动布置在高速级,以利于形成润滑油膜,可提高承载能力和传动效率。因此,将蜗杆传动布置在第一级。

齿轮传动

齿轮传动的平稳性较好,传动的速度和功率范围很大,效率高(一对齿轮可达),对中心距的敏感性小,维修和装配简单,应用非常广泛,常在高速级或传动平稳的场合。因此,将齿轮传动布置在第二级。

带传动

传动平稳,噪音小,能缓冲吸震,结构简单,轴间距大,成本低,外廓尺寸大,由于传动比不稳定,应布置在低速级防止打滑。

三,电动机的选择及参数计算

电动机类型和结构形式的选择

电动机是标准部件,因为使用地点为煤厂,载荷性质为中等冲击,因此选择Y系列(IP44)封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。

电动机容量的选择

工作所需要的功率为:

其中:,
因此:

电动机的输出功率为:

为电动机至滚筒轴的传动总效率,查指导手册88页表12-10,其中,联轴的传动效率,蜗杆的传动效率为 ,齿轮的传动效率,滚动轴承的传动效率,则:

电动机所需要的功率为:

因载荷性质为中等冲击,电动机额定功率需大于,查<机械设计课程设计指导手册>119页表14-4和120页续表14-4,选取电动机额定功率为。

电动机转速的选择

滚筒轴工作转速:

蜗杆传动比范围:

因此电动机实际转速的推荐值为:

符合这一范围的同步转速有和综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和价格等因素,为使传动装置机构紧凑,选用同步转速的电动机。

综上,所选电动机为:型号Y90L-6,满载转速,额定功率。

总传动比的确定及分配

总传动比为

分配传动比

齿轮传动比的常见值为:

取,则

计算传动装置的运动和动力参数

各轴的转速:

电动机 ;

轴1 ;
轴2 ;
轴3 ;
卷筒轴

各轴的输入功率:

电动机 ;
轴1 ;
轴2 ;
轴3 ;
卷筒轴 ;

各轴的输入转矩:

电机轴 ;
轴1
轴2 ;
轴3 ;
滚筒轴 ;

整理列表:

运动和动力参数计算结果整理于下表:

运动和动力参数表

轴
功率P/kW
转矩T/N•m
转速n/rpm
电机轴
0.99
10.39
910
1
0.98
10.29
910
2
0.67
144.41
50.84
3
0.64
315.74
22.10
卷筒轴
0.62
306.33
22.10

四,传动件的设计计算

蜗轮蜗杆的选择计算

1、选择蜗杆的传动类型

根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。

2、 选择材料

蜗杆传动传递的功率不大,速度中等,故蜗杆用45钢,表面硬度>45HRC,蜗轮用铸锡青铜ZCuSn10P1,砂模铸造。轮芯用灰铸铁HT100制造。

3、 头数

选取蜗杆头数;则蜗轮齿数,取,

(符合要求)

4、 按齿面接触疲劳强度进行计算

根据闭式蜗杆的传动设计准则,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。
确定许用接触应力

根据蜗杆材料为铸锡青铜ZCuSn10P1,砂型铸造模,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC,

可从<机械设计>104页表7-2中查得,,,
应力循环次数:
则:

2、 确定
(1)由上面数据可知

(2)确荷系数

因受中等冲击,<机械设计>109页查表7-6取;由于中等冲击,故取载荷分布不均匀系数;假设蜗杆圆周速度,由于转速不高,冲击不大,因此可取,则:

(3)确定弹性影响系数

由<机械设计>110页表7-7,因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故;
(4)由,查<机械设计>110页式(7-9)下附表:,

根据,查<机械设计>106页表7-4得:时,
蜗杆导程角:
3、 确定传动尺寸
（1）
取

(2)

(3)校核

4、 弯曲疲劳强度校核

4、 许用弯曲应力

查<机械设计>104页表7-2取

(2)弯曲应力计算
当量齿数:

齿形系数:查<机械设计>110页表7-8,取

螺旋角系数:

弯曲应力:

5、热平衡计算
啮合效率:

搅油效率取为0.99,滚动轴承效率取0.99/对。
总效率:

其中,取,
传热系数,取

因此热平衡符合要求。

齿轮传动选择计算

1、 选精度等级、材料及齿数

(1)选精度等级

运输机为一般工作机,速度不高,故选择8级精度。

（2） 材料选择

由<机械设计>77页表6-3,选择小齿轮材料为45钢(调质),硬度240HBS,大齿轮材料为45钢(正火),硬度为190HBS,二者材料硬度差为50HBS。

（3） 选取齿轮齿数

选小齿轮齿数;大齿轮齿数;圆整取
实际齿数比:
传动比误差为:

（4） 选取螺旋角

初选螺旋角,齿宽系数(查<机械设计>94页表6-7,轴承相对齿轮不对称布置。)

(5) 按齿面接触强度设计

初定小齿轮分度圆直径

2、 确定载荷系数

: 查<机械设计>82页表6-4,选取使用系数;
:估计圆周速度,,由<机械设计>82页图6-11b)得:;

:端面重合度:

纵向重合度:

总重合度:

由<机械设计>84页图6-13,查得齿间载荷分配系数;
:由<机械设计>85页图6-17且,得;
因此:

3、

:由<机械设计>87页图6-19查得,节点区域系数;
: 由<机械设计>87页表6-5查得,弹性系数;
:因为,取,重合度系数;
:螺旋角系数;
(3)计算接触疲劳许用应力

应力循环次数:

由<机械设计>95页图6-25查得寿命系数:,

由<机械设计>95页图6-27c)查得接触疲劳极限应力:

,

取安全系数:
因此:,
,
取
综上:将以上相关数据带入设计公式得:

(4)校核并计算圆周速度

（5） 修正载荷系数
,查<机械设计>82页表6-11b)得动载荷系数:;

(6)校正试算的分度圆直径

3、 确定参数尺寸
4、 计算法向模数

圆整成标准值,取

(2)计算中心距
,圆整取
(3)按圆整后中心距修正螺旋角

修正后,
计算分度圆直径:
(6) 齿厚:,
取,
为保证小齿轮比大齿轮宽,因此

4、校核齿根弯曲疲劳强度

（1） 计算当量齿数

查<机械设计>89页图6-21得:齿形系数
查<机械设计>89页图6-22得:应力修正系数
（2） 重合度系数:
（3） 螺旋角系数:
因为,按计算,

（4） 查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数

由<机械设计>96页图6-28c)查得:,由图6-28b)查得:;
由<机械设计>95页图6-26按
分别查得:,安全系数,
则弯曲疲劳许用应力为:,

(5) 计算弯曲应力:

因此弯曲疲劳强度符合设计要求。
五、 轴的设计和计算
1、初步计算轴径

轴的材料选用常见的45钢。

当轴的支撑距离未定时,无法用刚度确定轴径,要用初步估算的方法,即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定周径,计算公式为:

查<机械设计>143页表10-2,取,

1、2、3轴的轴径计算结果为:

(1)轴1(蜗杆)的初步设计如下图:
装配方案是:套筒、套杯、角接触轴承、角接触轴承、止动垫圈、圆螺母、透盖、密封圈、联轴器安装在左端,右端安装套筒、深沟球轴承、止动垫圈、圆螺母。

轴的径向尺寸:当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时,直径变化值要大些,固定轴肩可取,否则非固定轴肩可取。
轴的轴向尺寸:轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的,而轮毂宽度一般是和轴的直径有关,确定了直径,即可确定轮毂宽度。轴的端面与零件端面应留有距离L,以保证零件端面与套筒接触时起到轴向固定作用,一般可取。轴上的键槽应靠近轴的端面处。
轴1各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表
轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
18
42
2
25
32
3
27
13
4
23
2
5
30
48.88
6
38
10
7
72
127
8
38
10
9
30
31.88
10
23
2
11
27
13

(2)轴2的初步设计如下图:
装配方案:左端安装蜗轮、挡油板和角接触轴承,右端安装斜齿轮、挡油板、角接触轴承。
轴2各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表
轴2各轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
30
40.19
2
32
55.6
3
40
30.7
4
32
83
5
30
39

（3） 轴3的初步设计如下图:
装配方案:左端安装挡油板、深沟球轴承、端盖、密封圈和联轴器,右端安装大齿轮、挡油板和深沟球轴承。
轴3各轴段的径向尺寸和轴向尺寸表

轴段
径向尺寸
轴向尺寸
1
36
60
2
42
45
3
45
33
4
53
98.99
5
47
78
6
45
44.5

2、 三个轴的弯扭合成强度计算

因为,因此只需要校核3轴的强度即可。求作用在齿轮上的力,轴上的弯矩和扭矩,并作图。

（1） 计算齿轮上的作用力

转矩: ;

圆周力:;

径向力:;

轴向力:;

(2)计算轴承支反力
水平面:
;
垂直面:;

画出水平弯矩图,垂直弯矩图和合成弯矩图

R1´´=780N
R2´´=1734N
Ft=2514N
R2´´=1861N
Fa=779N
Fr=957N
①轴受力图R2´=479N
R1´=478N

②水平受力图
Fr=957N

R1´=779N
R1´=479N
R1´=478N

③水平面弯矩图
77436
34967

最大弯矩:

弯矩图突变值:

集中力偶处弯矩:

④竖直面受力图
R2´´=1734N
R1´´=780N
Ft=2514N

⑤竖直面弯矩图
126582
最大弯矩:

148423
⑥合成弯矩图
133516

弯矩:

⑦转矩图
1186286
315740

转矩:

⑧应力修正系数
由轴的材料为45钢调质,查<设计手册>查得: ,
用插值法查<机械设计>143页表10-3得: , ;
则当量转矩为:

⑨当量弯矩图
238184
229192

⑩校核轴径:

则当量转矩为:

,

最大当量转矩:

集中力偶作用处当量弯矩:

危险剖面处弯矩:

危险剖面处当量弯矩:

校核轴径:

5、 判断轴的危险截面,分析知大齿轮轴肩处有较大的应力和应力集中,对此截面进行安全系数校核。

①轴的材料选用45钢调质,由<机械设计>查得:
;
由<机械设计>147页表10-5所列公式可求得:

;

;

;

;

②由式,得:

,;

③求危险截面的应力和弯矩

弯矩: ;
, ;
;
;

④求截面的有效应力集中系数

因为在此截面处有轴直径的变化,过渡圆角半径为,

,其应力集中系数可 由<机械设计>154页表10-9查得:

⑤求表面状态系数及尺寸系数
由<机械设计>156页表10-13查得: ;
由<机械设计>156页表10-14查得: ;
⑥求安全系数(设为无限寿命,)

;

综合安全系数:

;

因此,轴的强度满足要求。

Y90L-6

转速

功率

转矩

45钢

ZCuSn10P1

HT100

六、 轴承的设计及计算

校核3轴轴承7209C,查手册138页续表16-2,基本额定 动载荷,基本额定静载荷。
润滑脂。

1、寿命计算

(1)计算内部轴向力

由<机械设计>165页表11-4知,7209C轴承

Fr2
Fr1
S2
Fa
S1

则:
,
,

,
,
因为
轴承2被压紧,轴承1被放松,故:

(2) 计算当量动载荷

由<机械设计>169页查表11-7,根据载荷性质为中等冲击、电动机作动力,选取,
由<机械设计>168页查表11-6,

,得:;

,得:;

由:
;
;
(3)计算寿命
取中较大的值带入寿命计算公式,

5、 静载校核

查<机械设计>172表11-10,;

因为,故取:,

因为,故取:;
6、 极限转速校核

由<机械设计>163页图11-4查得:;
;
由<机械设计>163页图11-5查得:;

因此:,
,

综上,轴承的各项指标均合格,选用7209C型轴承符合要求。

七、 键的选择

普通平键具有靠侧面传递转矩、对中良好、结构简单、装拆方便的特点,因此,减速器的键选用普通平键。

1、 输入轴与联轴器联接采用平键联接
选择C型平键连接。根据轴径,查手册得,选用GB1096-79系列的键,键高。

2、 轴2与蜗轮、小齿轮联接采用平键联接

蜗轮选择A型平键连接。根据轴径,与蜗轮配合的轴长度,查手册得,选用GB1096-79系列的键,键高。
小齿轮选择A型平键连接。根据轴径,与小齿轮配合的轴长度,查手册得,选用GB1096-79系列的键,键高。

3、 轴3与大齿轮、联轴器联接采用平键联接

与大齿轮联接:选择A型平键连接。根据轴径,查手册得,选用GB1096-97系列的键,键高。

与联轴器联接:选择C型平键连接。根据轴径,查手册得,选用GB1096-97系列的键,键高。

八、联轴器的选择

减速器的载荷性质为微振,因此选择刚性联轴器。

轴1的联轴器选择轴孔直径,轴孔长度的联轴器。

轴3的联轴器选择轴孔直径,轴孔长度的联轴器。

九、润滑与密封的选择

1、润滑说明
因为是下置式蜗杆减速器,且其传动的圆周速度,故蜗杆应采用浸油润滑。大、小斜齿轮采用飞溅润滑,润滑油选用50号机械润滑油。

蜗杆两端轴承采用浸油润滑。中间轴和低速轴轴承采用润滑脂润滑,因为轴承转速,因此选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的。

2、密封说明

在试运转过程中,所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃,不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。

十、减速器的附件及说明
1、窥视孔盖

为了检查传动件啮合情况、润滑状态以及向箱内注油,在减速箱盖顶部开窥视孔,以便于检查传动件啮合情况、润滑状态接触斑点及齿侧间隙等。窥视孔应设在能看到传动零件啮合区的位置,而且足够大小,以便手能伸入操作。减速器内的润滑油也由窥视孔注入,为了减少油的杂质,可在窥视孔装一过滤网。平时将检查孔盖板盖上并用螺钉予以固定,盖板与箱盖土台接合面间加装防渗漏的纸质封油垫片。

4、 放油螺塞

放油孔的位置设置在油池的最低处,并安装在减速器不与其它部位零件靠近的一侧,以便于放油。螺塞材料采用Q235A。

5、 油标

油标尺常放置在便于观测减速器油面稳定处,对于多级传动油标安置在低速级传动件附近。长期连续工作的减速器,在杆式油标的外面长装有油标尺套,能够减轻油的搅动干扰,以便在不停车的情况下随时检测油面。

6、 通气器

减速器在运转时,箱体内温度升高,气压增大,对减速器密封极为不利。为沟通箱体内外的气流,是箱体内的气压不会因减速器运转时的温升而增大,从而造成减速器密封处渗漏,在箱盖顶部或检查孔盖板上安装通气器,通气器设有金属滤网,可减少停车后灰尘随空气吸入机体。

7、 起盖螺钉

箱盖、箱座装配时在剖分面上涂密封胶给拆卸箱盖带来不便,为此常在箱盖的联接凸缘上加工出螺孔,拆卸时,拧动装在其中的拧盖螺钉便方便地顶起箱盖。起盖螺钉材料为Q235A,螺杆顶部做成半圆形,以免顶坏螺纹。

8、 定位销

为保证剖分式箱体的轴承座孔的加工及装配精度,在箱体的联接凸缘的长度方向两端各安置一个圆锥定位销,并尽量设置在不对称位置。定位销为圆公称直径(小端直径)可取,为箱座、箱盖凸缘连接螺栓的直径;取长度应稍大于箱体联接凸缘的总厚度,以利于装卸。

9、 起吊装置

吊耳、吊钩,用来拆卸和吊运箱盖,也可用来吊用轻型减速器。

10、 轴承盖

轴承盖结构采用螺钉联接式,材料为碳钢。

11、 轴承套杯

轴承套杯可用作固定轴承的轴向位置,同一轴线上两端轴承外径不相等时使用座孔可一次镗出,调整轴承的轴向位置。

12、 调整垫片组

调整垫片组的作用是调整轴承的轴向位置,垫片组的材料为08F。

十一、其它技术说明
（4） 拆装和调整的说明

(1)在安装调整滚动轴承时,必须保证一定的轴向侧隙,因为游隙的大小将影响轴承的正常工作。当轴颈为30~50mm时,可取端盖与轴承间游隙为4~7mm。

（2） 在安装齿轮和蜗轮蜗杆后,必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点,侧隙和齿面接触斑点是由传动精度确定的,可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时,能够对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的位置。

（5） 减速器箱体的附件说明

机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度,箱体的一些结构尺寸,如壁厚、凸缘宽度、筋板厚度等,对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本,均有重大影响。可是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性,未进行强度和刚度的分析计算,可是能够根据经验公式大概计算出尺寸,加上一个安全系数也能够保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件尺寸的大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。
十二、设计小结
为期近一个月的<机械设计>课程设计最终告一段落,可是学无止境,课程设计只是机械设计原理及实践的一个开端,下面就设计过程及心得做一个简略的概述。
一、 设计过程回顾。
此次设计过程从 12月21日开始,到 1月17号结束,为期28天,大致上分为以下几个个阶段:

阶段

时间

内容

第一阶段

.12.21
1.设计题目的构思;
2.传动装置的总体设计;
3.数据计算

第二阶段

.12.22- .1.5
手绘草图

第三阶段

.1.6- .1.12
正式图(计算机 二维)

第四阶段

.1.13- .1.14
零件图绘制

第五阶段

.1.15
编写说明书

第六阶段
.1.15
制造ppt
第七阶段
.1.16- .1.17
答辩

经过本次课设,我们对机械设计有了更深一步的了解和认识。虽然为期四周的课设已经结束了,可是,课设带给我们的收益却并不会到此止步。这是我们第一次如此深入的去了解机械设计,自己技术、绘图,四周的时间带给我们的不是冗长、无聊的空虚度日,而是努力的去完善自己、充实自己。从最开始的无从下手到自己慢慢摸索前行再到最后的逐渐熟络,我们真正的感觉到自己在这短短的四周时间当中有所收获。无论是老师的指导、抑或是同同学之间的热烈的讨论都让我了解到自身的各种不足,这并没有让我觉得有丝毫的不快,相反,却让我非常的开心,让我有机会能发现自己的不足,并努力的弥补。这四周的课设让我收获颇多,但也让我更加深刻的体会到了自己的不足,在今后的学习生活当中我会更加的努力去完善自己!

十三、参考资料

参考资料:
(1)许立忠,周玉林主编<机械设计>北京,中国标准出版社,
(2)韩晓娟主编<机械设计课程设计指导手册>北京,中国标准出版 社,
(3)龚溎义主编<机械设计课程设计图册>北京,高等教育出版社,
(4)邵晓荣,张艳主编<互换性与测量技术基础>北京,中国标准出 版社,

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