機械設計課程設計說明書(單級蝸桿減速器設計)【D=350,F=6000,V=0.5】

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1、機械設計課程設計說明書 前言 課程設計是考察學生全面在掌握基本理論知識的重要環節。根據學院的教學環節，在2006年6月12日-2006年6月30日為期三周的機械設計課程設計。本次是設計一個蝸輪蝸桿減速器，減速器是用于電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。本減速器屬單級蝸桿減速器（電機——聯軸器——減速器——聯軸器——帶式運輸機），本人是在周知進老師指導下獨立完成的。該課程設計內容包括：任務設計書，參數選擇，傳動裝置總體設計，電動機的選擇，運動參數計算，蝸輪蝸桿傳動設計，蝸桿、蝸輪的基本尺寸設計，蝸輪軸的尺寸設計與校核，減速器箱體的結構設計，減速器其他零件的選擇，減速器的潤滑等和A0圖

2、紙一張、A3圖紙三張。設計參數的確定和方案的選擇通過查詢有關資料所得。 該減速器的設計基本上符合生產設計要求，限于作者初學水平，錯誤及不妥之處望老師批評指正。 總傳動比：I=35 Z1=1 Z2=35 卷筒直徑：D=350mm 運輸帶有效拉力：F=6000N 運輸帶速度：V=0.5m/s 工作環境：三相交流電源 有粉塵 常溫連續工作 一、 傳動裝置總體設計： 根據要求設計單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機——連軸器——減速器——連軸器——帶式運輸機。(如圖2.1所示) 根據生產設計要求可知，該蝸桿的圓周速度V≤4——5m/s

3、，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式見（如圖2.2所示），采用此布置結構，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。蝸輪及蝸輪軸利用平鍵作軸向固定。蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復合作用，為防止軸外伸段箱內潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內，在軸承蓋中裝有密封元件。 圖2.1 該減速器的結構包括電動機、蝸輪蝸桿傳動裝置、蝸輪軸、箱體、滾動軸承、檢查孔與定位銷等附件、以及其他標準件等。 二、 電動機的選擇： 由于該生產單位采用三相交流電源，可考慮采用Y系列三相異步電動機。

4、三相異步電動機的結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優點。一般電動機的額定電壓為380V 根據生產設計要求，該減速器卷筒直徑D=350mm。運輸帶的有效拉力F=6000N，帶速V=0.5m/s，載荷平穩，常溫下連續工作，工作環境多塵，電源為三相交流電，電壓為380V。 1、 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機，封閉扇冷式結構，電壓為380V，Y系列 2、 傳動滾筒所需功率 3、 傳動裝置效率：（根據參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業出版社 第133-134頁表12-8得各級效率如下）其中： 蝸桿傳動效率η1=0.70

5、 攪油效率η2=0.95 滾動軸承效率（一對）η3=0.98 聯軸器效率ηc=0.99 傳動滾筒效率ηcy=0.96 所以： η=η1?η2?η33?ηc2?ηcy =0.7×0.99×0.983×0.992×0.96 =0.633 電動機所需功率： Pr= Pw/η =3.0/0.633=4.7KW 傳動滾筒工作轉速： nw＝60×1000×v / ×350 ＝27.9r/min 根據容

6、量和轉速，根據參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社 第339-340頁表附表15-1可查得所需的電動機Y系列三相異步電動機技術數據，查出有四種適用的電動機型號，因此有四種傳動比方案，如表3-1: 表3-1 方案 電動機型號 額定功率 Ped kw 電動機轉速 r/min 額定轉矩 同步轉速 滿載轉速 1 Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.0 2 Y132S-4 5.5 1500 1440 2.2 3 Y132M2-6 5.5 1000 960

7、 2.0 4 Y160M-8 5.5 750 720 2.0 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，可見第3方案比較適合。因此選定電動機機型號為Y132M2-6其主要性能如下表3-2： 表3-2 中心高H 外形尺寸 L×（AC/2＋AD）×HD 底角安裝尺寸 A×B 地腳螺栓孔直徑K 軸身尺寸 D×E 裝鍵部位尺寸 F×G×D 132 515×（270/2＋210）×315 216×178 12 38×80 10×33×38 四、運動參數計算： 4.1蝸桿軸的輸入功率、轉速與轉矩 P0 = Pr=4.7kw

8、 n0=960r/min T0=9.55 P0 / n0=4.7×103=46.7N .m 4.2蝸輪軸的輸入功率、轉速與轉矩 P1 = P0·η01 = 4.7×0.99×0.99×0.7×0.992 =3.19 kw nⅠ= = = 27.4 r/min T1= 9550 = 9550× = 1111.84N·m 4.3傳動滾筒軸的輸入功率、轉速與轉矩 P2 = P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kw n2= = = 27.4 r/min T2= 9550 = 9550× = 1089.24N·

9、m 運動和動力參數計算結果整理于下表4-1： 表4-1 類型 功率P（kw） 轉速n（r/min） 轉矩T（N·m） 傳動比i 效率η 蝸桿軸 4.7 960 46.75 1 0.679 蝸輪軸 3.19 27.4 1111.84 35 傳動滾筒軸 3.13 27.4 1089.24 五、蝸輪蝸桿的傳動設計： 蝸桿的材料采用45鋼，表面硬度>45HRC，蝸輪材料采用ZCuA110Fe3,砂型鑄造。 以下設計參數與公式除特殊說明外均以參考由《機械設計

10、 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 第13章蝸桿傳動為主要依據。 具體如表3—1： 表5—1蝸輪蝸桿的傳動設計表 項 目 計算內容 計算結果 中心距的計算 蝸桿副的相對滑動速度 參考文獻5第37頁（23式） 4m/s

11、性系數 根據蝸輪副材料查表13.2 壽命系數 接觸系數 按圖13.12I線查出 接觸疲勞極限 查表13.2 接觸疲勞最小安全系數 自定 中心距 傳動基本尺寸 蝸桿頭數 Z1=1 蝸輪齒數模數 m=10 蝸桿分度圓 直徑 或 蝸輪分度圓 直徑 mm 蝸桿導程角 表13.5 變位系數 x=（225-220）/10=0.5 x=0.5 蝸桿齒頂圓 直徑 表13.5 mm 蝸桿齒根圓 直徑 表13.5 mm 蝸

12、桿齒寬 mm 蝸輪齒根圓直徑 mm 蝸輪齒頂圓直徑（吼圓直徑） mm 蝸輪外徑 mm 蝸輪咽喉母圓半徑 蝸輪齒寬 B=82.5 B=82mm mm 蝸桿圓周速度 =4.52 m/s 相對滑動速度 m/s 當量摩擦系數 由表13.6查得 輪齒彎曲疲勞強度驗算 許用接觸應力 最大接觸應力 合格 齒根彎曲疲勞強度 由表13.2查出 彎曲疲勞最小安全系數 自取 許用彎曲疲勞應力 輪齒最大彎曲應力 合格 蝸桿軸擾度驗

13、算 蝸桿軸慣性矩 允許蝸桿擾度 蝸桿軸擾度 合格 溫度計算 傳動嚙合效率 攪油效率 自定 軸承效率 自定 總效率 散熱面積估算 箱體工作溫度 此處取=15w/（m2c） 合格 潤滑油粘度和潤滑方式 潤滑油粘度 根據m/s由表13.7選取 潤滑方法 由表13.7采用浸油潤滑 六、蝸桿、蝸輪的基本尺寸設計 6.1蝸桿基本尺寸設計 根據電動機的功率P=5.5kw，滿載轉速為960r/min，電動機軸徑，軸伸長E=80mm 軸上鍵槽為10x5。 1、 初步估計蝸桿軸外伸段的直

14、徑 d=（0.8——10）=30.4——38mm 2、 計算轉矩 Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×5.5/960=82.1N.M 由Tc、d根據《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社第334頁表14-13可查得選用HL3號彈性柱銷聯軸器（38×83）。 3、 確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm。 4、 根據HL3號彈性柱銷聯軸器的結構尺寸確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm的長度為80mm。 5、 由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵

15、10×70，蝸桿軸上的鍵槽寬mm，槽深為mm，聯軸器上槽深，鍵槽長L=70mm。 6、 初步估計d=64mm。 7、 由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社第189頁圖7-19，以及蝸桿上軸承、擋油盤，軸承蓋，密封圈等組合設計，蝸桿的尺寸如零件圖1（蝸桿零件圖） 6.2蝸輪基本尺寸表（由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社第96頁表4-32及第190頁圖7-20及表5—1蝸輪蝸桿的傳動設計表可計算得） 表6—1蝸輪結構及基本尺寸 蝸輪采用裝配式結

16、構，用六角頭螺栓聯接（100mm）,輪芯選用灰鑄鐵 HT200 ，輪緣選用鑄錫青銅ZcuSn10P1+* 單位：mm a=b C x B 160 128 12 36 20 15 2 82 e n 10 3 35 380 90o 214 390 306 七、蝸輪軸的尺寸設計與校核 蝸輪軸的材料為45鋼并調質，且蝸輪軸上裝有滾動軸承，蝸輪，軸套，密封圈、鍵，軸的大致結構如圖7.1： 圖7.1 蝸輪軸的基本尺寸結構圖 7.1 軸的直徑與長度的確定 1.初步估算軸的最小直徑（外伸段的直

17、徑） 經計算D6>51.7>100mm 又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mm 計算轉矩 Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000 N.M 所以蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL5彈性柱銷聯軸器65×142， 因此=65m m 2.由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵20×110，普通平鍵GB1096—90A型鍵20×70，聯軸器上鍵槽深度，蝸輪軸鍵槽深度，寬度為由參考文獻《機械設計基礎》（下冊）

18、 張瑩 主編 機械工業出版社 1997年的第316頁—321頁計算得：如下表： 圖中表注 計算內容 計算結果 L1 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） L1=25 L2 自定 L2=20 L3 根據蝸輪 L3=128 L4 自定 L4=25 L5 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） L5=25 L6 自定 L6=40 L7 選用HL5彈性柱銷聯軸器65×142

19、 L7=80 D1 （由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構） D1=80 D2 便于軸承的拆卸 D2=84 D3 根據蝸輪 D3=100 D4 便于軸承的拆卸 D4=84 D5 自定 D5=72 D6 D6>51.7>100mm 又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，則D6=67mm D6=67 7.2軸的校核 7.2.1軸的受力分析圖

20、 圖7.1 X-Y平面受力分析 圖7.2 X-Z平面受力圖： 圖7.3 水平面彎矩 1102123.7 521607 97 97 119 圖7.4 垂直面彎矩 714000

21、 圖7.5 436150.8 合成彎矩 1184736.3 714000 681175.5 圖7.6 當量彎矩T與aT T=1111840Nmm aT=655985.6

22、Nmm 圖7.7 7.2.2軸的校核計算如表5.1 軸材料為45鋼，，， 表7.1 計算項目 計算內容 計算結果 轉矩 Nmm 圓周力 =20707.6N =24707.6N 徑向力 =2745.3N 軸向力 =24707.6×tan 20o Fr =8992.8N 計算支承反力 =1136.2N =19345.5N 垂直面反力 =4496.4N 水平面X-Y受力圖 圖7.2 垂直面X-Z受力 圖7.3 畫軸的彎矩圖 水平面X-Y彎矩圖 圖7.4 垂直面X-Z彎

23、矩圖 圖7.5 合成彎矩 圖7.6 軸受轉矩T T==1111840Nmm T=1111840Nmm 許用應力值 表16.3，查得 應力校正系數a a= a=0.59 當量彎矩圖 當量彎矩 蝸輪段軸中間截面 =947628.6Nmm 軸承段軸中間截面處 =969381.2Nmm 947628.6Nmm =969381.2Nmm 當量彎矩圖 圖7.7 軸徑校核 驗算結果在設計范圍之內，設計合格 軸的結果設計采用階梯狀，階梯之間有圓弧過度，減少應力集中，具體尺寸和要求見零件圖2（蝸輪中間軸）。 7.3裝蝸輪處軸

24、的鍵槽設計及鍵的選擇 當軸上裝有平鍵時，鍵的長度應略小于零件軸的接觸長度，一般平鍵長度比輪轂長度短5—10mm，由參考文獻1表2.4—30圓整，可知該處選擇鍵2.5×110，高h=14mm，軸上鍵槽深度為，輪轂上鍵槽深度為，軸上鍵槽寬度為輪轂上鍵槽深度為 八、減速器箱體的結構設計 參照參考文獻〈〈機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計算得，箱體的結構尺寸如表8.1： 表8.1箱體的結構尺寸 減速器箱體采用HT200鑄造，必須進行去應力處理。 設計內容 計

25、 算 公 式 計算結果 箱座壁厚度δ =0.04×225+3=12mm a為蝸輪蝸桿中心距 取δ=12mm 箱蓋壁厚度δ1 =0.85×12=10mm 取δ1=10mm 機座凸緣厚度b b=1.5δ=1.5×12=18mm b=18mm 機蓋凸緣厚度b1 b1=1.5δ1=1.5×10=15mm b1=18mm 機蓋凸緣厚度P P=2.5δ=2.5×12=30mm P=30mm 地腳螺釘直徑d? d?==20mm d?=20mm 地腳螺釘直徑d`? d`?==20mm d`?==20mm 地腳沉頭座直徑D0 D0==48mm D0

26、==48mm 地腳螺釘數目n 取n=4個 取n=4 底腳凸緣尺寸（扳手空間） L1=32mm L1=32mm L2=30mm L2=30mm 軸承旁連接螺栓直徑d1 d1= 16mm d1=16mm 軸承旁連接螺栓通孔直徑d`1 d`1=17.5 d`1=17.5 軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0 D0=32mm D0=32mm 剖分面凸緣尺寸（扳手空間） C1=24mm C1=24mm C2=20mm C2=20mm 上下箱連接螺栓直徑d2 d2 =12mm d2=12mm 上下箱連接螺栓通孔直徑d`2 d`2=13.5mm d`2=13.

27、5mm 上下箱連接螺栓沉頭座直徑 D0=26mm D0=26mm 箱緣尺寸（扳手空間） C1=20mm C1=20mm C2=16mm C2=16mm 軸承蓋螺釘直徑和數目n,d3 n=4, d3=10mm n=4 d3=10mm 檢查孔蓋螺釘直徑d4 d4=0.4d=8mm d4=8mm 圓錐定位銷直徑d5 d5= 0.8 d2=9mm d5=9mm 減速器中心高H H=340mm H=340mm 軸承旁凸臺半徑R R=C2=16mm R1=16mm 軸承旁凸臺高度h 由低速級軸承座外徑確定，以便于扳手操作為準。 取50mm 軸承端蓋外

28、徑D2 D2=軸承孔直徑+(5~5.5) d3 取D2=180mm 箱體外壁至軸承座端面距離K K= C1+ C2+(8~10)=44mm K=54mm 軸承旁連接螺栓的距離S 以Md1螺栓和Md3螺釘互不干涉為準盡量靠近一般取S=D2 S=180 蝸輪軸承座長度（箱體內壁至軸承座外端面的距離） L1=K+δ=56mm L1=56mm 蝸輪外圓與箱體內壁之間的距離 =15mm 取=15mm 蝸輪端面與箱體內壁之間的距離 =12mm 取=12mm 機蓋、機座肋厚m1,m m1=0.85δ1=8.5mm, m=0.85δ=10mm m1=8.5mm, m=1

29、0mm 以下尺寸以參考文獻《機械設計、機械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社 1995年表6-1為依據 蝸桿頂圓與箱座內壁的距離 =40mm 軸承端面至箱體內壁的距離 =4mm 箱底的厚度 20mm 軸承蓋凸緣厚度 e=1.2 d3=12mm 箱蓋高度 220mm 箱蓋長度 （不包括凸臺） 440mm 蝸桿中心線與箱底的距離 115mm 箱座的長度 （不包括凸臺） 444mm 裝蝸桿軸部分的長度 460mm 箱體寬度 （不包括凸臺） 180mm 箱底座寬度 304mm 蝸桿軸承座孔外伸長度 8mm 蝸桿軸承

30、座長度 81mm 蝸桿軸承座內端面與箱體內壁距離 61mm 九、減速器其他零件的選擇 經箱體、蝸桿與蝸輪、蝸輪軸以及標準鍵、軸承、密封圈、擋油盤、聯軸器、定位銷的組合設計，經校核確定以下零件： 表9-1鍵 單位：mm 安裝位置 類型 b（h9） h（h11） L9（h14） 蝸桿軸、聯軸器以及電動機聯接處 GB1096-90 鍵10×70 10 8 70 蝸輪與蝸輪軸聯接處 GB1096-90 鍵25×110 25 14 110

31、 蝸輪軸、聯軸器及傳動滾筒聯接處 GB1096-90 鍵20×110 20 12 110 表9-2圓錐滾動軸承 單位：mm 安裝位置 軸承型號 外 形 尺 寸 d D T B C 蝸 桿 GB297-84 7312（30312） 60 130 33.5 31 26 蝸輪軸 GB/T297-94 30216 80 140 28.25 26 22 表9-3密封圈（GB9877.1-88）

32、 單位：mm 安裝位置 類型 軸徑d 基本外徑D 基本寬度 蝸桿 B55×80×8 55 80 8 蝸輪軸 B75×100×10 75 100 10 表9-4彈簧墊圈（GB93-87） 安裝位置 類型 內徑d 寬度（厚度） 材料為65Mn，表面氧化的標準彈簧墊圈 軸承旁連接螺栓 GB93-87-16 16 4 上下箱聯接螺栓 GB93-87-12 12 3 表9-5擋油盤 參考文獻《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年第132頁表2.8-7 安裝位置 外徑 厚

33、度 邊緣厚度 材料 蝸桿 129mm 12mm 9mm Q235 定位銷為GB117-86 銷8×38 材料為45鋼 十、減速器附件的選擇 以下數據均以參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的P106-P118 表10-1視孔蓋（Q235） 單位mm A A1 A。 B1 B B0 d4 h 150 190 170 150 100 125 M 8 1.5 表10-2吊耳

34、 單位mm 箱蓋吊耳 d R e b 42 42 42 20 箱座吊耳 B H h b 36 19.2 9..6 9 24 表10-3起重螺栓 單位mm d D L S d1 C d2 h M16 35 62 27 16 32 8 4 2 2 22 6 表10-4通氣器 單位mm D d1 d2 d3 d 4

35、 D a b s M18×1.5 M33×1.5 8 3 16 40 12 7 22 C h h1 D1 R k e f 16 40 8 25.4 40 6 2 2 表10-5軸承蓋（HT150） 單位mm 安 裝 位 置 d3 D d 0 D0 D2 e e1 m D4 D5 D6 b1 d1 蝸桿 10 130 11 155 180 12 13 35.5 120 125 127 8 80 蝸輪軸 10 140

36、11 165 190 12 13 20 130 135 137 10 100 表10-6油標尺 單位mm d1 d2 d3 h a b c D D1 M16 4 16 6 35 12 8 5 26 22 表10-7油塞（工業用革） 單位mm d D e L l a s d1 H M1×1.5 26 19.6 23 12 3 17 17 2

37、十一、減速器的潤滑 減速器內部的傳動零件和軸承都需要有良好的潤滑，這樣不僅可以減小摩擦損失，提高傳動效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。 本減速器采用蝸桿下置式，所以蝸桿采用浸油潤滑，蝸桿浸油深度h大于等于1個螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承最低滾動中心。 蝸輪軸承采用刮板潤滑。 蝸桿軸承采用脂潤滑，為防止箱內的潤滑油進入軸承而使潤滑脂稀釋而流走，常在軸承內側加擋油盤。 1、《機械設計課程設計》（修訂版） 鄂中凱，王金等主編 東北工學院出版社 1992年 2、《機械設計 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 3、《機械設計、機

38、械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社 1995年 4、《機械設計課程設計圖冊》（第三版） 龔桂義主編 高等教育出版社 1987年 5、《機械設計課程設計指導書》（第二版） 龔桂義主編 高等教育出版社 1989年 6、簡明機械設計手冊（第二版） 唐金松主編 上?？茖W技術出版社 2000年 《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業出版社 1993年 《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社1989 《機械設計 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年