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根本理論知識的重要環節。根據學院的教學環節，在2009年12月14日-2009年12月26日為期兩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——鏈輪〕，本人是在劉悅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、蝸輪的根本尺寸設計，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，減速器的潤滑等和我桿減速器裝配圖A0圖紙一張、蝸桿零件A3圖紙一張。設計參數確實定和方案的選擇通過查詢有關資料所得。該減速器的設計根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。設計者：鄒幼芳學號：070331207200參數選擇：總傳動比：I=31.06Z1=1Z2=31鏈輪齒數：12鏈節距：160mm運輸帶有效拉力：F=2000N運輸帶速度：V=1m/s使用期限：5工作環境：三相交流電源通風不良每日單班制工作傳動裝置總體設計：根據要求設計單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機——聯軸器——減速器——聯軸圖〔2.1〕器——鏈輪。(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，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。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。圖〔2.2〕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。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，該減速器鏈輪分度圓直徑：D=618.19mm。運輸帶的有效拉力F=2000N，帶速V=1m/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。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系列傳動滾筒所需功率傳動裝置效率：〔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滾動軸承效率〔一對〕η2=0.98聯軸器效率η3=0.99鏈傳動效率ηcy=0.93鏈輪的分度圓直徑:D=所以：η=η1?η22?η32=0.7×0.982×0.992×0.96=0.659電動機所需功率：Pr=Pw/η=3.0/0.659W傳動滾筒工作轉速：nw＝60×1000×1/×(P/30.9r/min根據容量和轉速，根據參考文獻《機械設計課程設計》可查得所需的電動機Y系列三相異步電動機技術數據，選擇以下傳動比方案，如下表3-1.表3-1電動機型號額定功率Pedkw電動機轉速r/min額定轉矩同步轉速滿載轉速Y132M2-65.510009602.0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，可見該方案方案適合，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×D132515×〔270/2＋210〕×315216×1781238×8010×33×384總傳動比為：=/=960÷30.9=31.06四、運動參數計算：4.1蝸桿軸的輸入功率、轉速與轉矩P0=Pr=3.1kwn0=960r/minT0=9.55P0/n0=30.49N.m4.2蝸輪軸的輸入功率、轉速與轉矩P1=P0·η01=3.1×0.99×0.99×0.7×0.992=2.08kwnⅠ==960∕31.06=30.9r/minT1=9550=9550×〔2.08∕30.9〕=642.8N·m4.3傳動滾筒軸的輸入功率、轉速與轉矩P2=P1·ηc·ηcy=2.08×0.99×0.93=1.92kwn2==30.9∕1=30.9r/minT2=9550=9550×〔1.92∕30.9〕=593.4N·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3.196030.4910.679蝸輪軸2.0830.9642.831.06傳動滾筒軸1.9230.9593.4五、蝸輪蝸桿的傳動設計：蝸桿的材料采用45鋼，外表硬度>45HRC，蝸輪材料采用ZCuSn10P1，金屬模鑄造。以下設計參數與公式除特殊說明外均以參考由《機械設計第八版》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選[]值在圖13.11的i=31.06的線上，查得[]=0.5[]=0.5蝸輪轉矩使用系數按要求查表11-5彈性系數根據蝸輪副材料查表得壽命系數接觸系數按圖11-18線查出接觸疲勞極限由表11-7[]＇=268Mpa[]=·[]＇=206中心距取傳動根本尺寸蝸桿頭數Z1=1蝸輪齒數模數 m=8蝸桿分度圓直徑或蝸輪分度圓直徑mm蝸桿導程角查表11-2變位系數查表11-10x=0.56蝸桿齒頂圓直徑表13.5mm蝸桿齒根圓直徑表11-3mm蝸桿齒寬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桿圓周速度=4m/s相對滑動速度m/s蝸輪齒寬BB=72mmmm輪齒彎曲疲勞強度驗算許用接觸應力上面已經計算最大接觸應力合格齒根彎曲疲勞強度由表11-8查出壽命系數許用彎曲疲勞應力[]=·[]＇=44.37輪齒最大彎曲應力合格蝸桿軸擾度驗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軸承效率查表10-1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、蝸輪的根本尺寸設計6.1蝸桿根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=63mm軸上鍵槽為10x5。初步估計蝸桿軸外伸段的直徑d=〔0.8——10〕=30.4——38mm計算轉矩Tc=KT=K×9550×=1.1×9550×5.5/960=60.2N.M由Tc、d根據《機械設計課程設計》可查得選用HL3號彈性柱銷聯軸器〔38×83〕。確定蝸桿軸外伸端直徑為38mm。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。由參考文獻《機械設計課程設計可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵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。初步估計d=64mm。由參考文獻《機械設計課程設計》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蝸輪根本尺寸表〔由參考文獻《機械設計課程設計》蝸輪蝸桿的傳動設計表可計算得〕表6—1蝸輪結構及根本尺寸蝸輪采用裝配式結構，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：mma=bCxB16012812362015282en1033538090o214390306七、蝸輪軸的尺寸設計與校核參考《機械設計第八版》第378頁例題》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蝸輪軸的根本尺寸結構圖7.1軸的直徑與長度確實定1.初步估算軸的最小直徑〔外伸段的直徑〕有公式軸的材料為45鋼，由機械設計第八版表15-3得=112，于是得輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處的直徑D6.為了使所選的軸直徑D6與聯軸器是孔徑相適應，故需同時選取聯軸器型號。聯軸器的計算轉矩Tc=KT=1.3×642800N.mm=835640N.mm按照計算轉矩Tc小于聯軸器公稱轉矩的條件，查標準GB/T5014-2003，選用HL4型彈性注銷聯軸器，其公稱轉矩為1250000N.mm。聯軸器的孔徑=50，故D6=50,半聯軸器的長度L=112mm，半聯軸器與軸配合的轂孔的長度=84mm。所以蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL4彈性柱銷聯軸器50×112，因此=50mm2.由參考文獻《機械零件設計課程設計》第112頁表12-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵14×56，普通平鍵GB1096—2003型鍵16×100，聯軸器上鍵槽深度，蝸輪軸鍵槽深度，寬度為由參考文獻《機械設計根底》〔下冊〕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》121表13-4查得圓錐滾子30211的根本結構〕L1=21L2自定L2=60L3根據蝸輪L3=72L4自定L4=60L5〔由參考文獻《機械設計課程設計》121表13-4查得圓錐滾子30211的根本結構〕L5=21L6自定L6=54L7選用HL4彈性柱銷聯軸器50×112L7=80D1〔由參考文獻《機械設計課程設計》121表13-4查得圓錐滾子30211的根本結構〕D1=55D2便于軸承的拆卸D2=100D3根據蝸輪D3=80D4便于軸承的拆卸D4=70D5自定D5=57D6D6>45.6又因軸上有鍵槽所以D6增大3%，那么D6=67mmD6=507.2軸的校核軸的受力分析圖圖7.1X-Y平面受力分析圖7.2X-Z平面受力圖：圖7.3水平面彎矩582853.6498408.69797119圖7.4714000垂直面彎矩圖7.5…………….283676.5合成彎矩648221.2714000573483.6圖7.6當量彎矩T與aTT=642800NmmmaT=379252NmNm圖7.7軸的校核計算如表5.1軸材料為45鋼，，，表7.1計算工程計算內容計算結果轉矩Nmm圓周力=16070N=16070N徑向力=1689N軸向力=16070×tan20oFr=5849N計算支承反力=6008.8N=16061.2N垂直面反力=2924.5N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彎矩圖圖7.5合成彎矩 圖7.6軸受轉矩TT==642800NmmT=642800Nmm許用應力值表16.3，查得應力校正系數aa=a=0.59當量彎矩圖當量彎矩蝸輪段軸中間截面=6822304.5Nmm軸承段軸中間截面處=808472.7Nmm6822304.5Nmm=808472.7Nmm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壽命的校核*圖7.8圖7.91求兩軸孔受到的徑向載荷和=1689=5849=－＝5849－2671.9＝3177.1＝＝2求兩軸承的軸向力和=1.5查得30211圓錐滾子軸承的計算系數e=0.4,Y=1.5=1.5=1615.93=1.5=1757.43求軸孔當量動載荷和查表13-5得X=0.56Y=1.5運動無沖擊載荷∴∵＞∴按左邊軸承的受力大小驗算7.4裝蝸輪處軸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。設計內容計算公式計算結果箱座壁厚度δ=0.04×160+3=9.4mma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bb=1.5δ=1.5×12=18mmb=18mm機蓋凸緣厚度b1b1=1.5δ1=1.5×10=15mmb1=18mm箱座底凸緣厚度PP=2.5δ=2.5×12=30mmP=30mm地腳螺釘直徑d?d?==15d?=15地腳沉頭座直徑D0D0==30D0==30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=32mmL1=32mmL2=30mmL2=30mm軸承旁連接螺栓直徑d1d1=16mmd1=16mm軸承旁連接螺栓通孔直徑d`1d`1=17.5d`1=17.5軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0D0=32mmD0=32mm剖分面凸緣尺寸〔扳手空間〕C1=24mmC1=24mmC2=20mmC2=20mm上下箱連接螺栓直徑d2d2=12mmd2=12mm上下箱連接螺栓通孔直徑d`2d`2=13.5mmd`2=13.5mm上下箱連接螺栓沉頭座直徑D0=26mmD0=26mm箱緣尺寸〔扳手空間〕C1=20mmC1=20mmC2=16mmC2=16mm軸承蓋螺釘直徑和數目n,d3n=4,d3=10mmn=4d3=10mm檢查孔蓋螺釘直徑d4d4=8mmd4=8mm圓錐定位銷直徑d5d5=9mmd5=9mm減速器中心高HH=3H=3軸承旁凸臺半徑RR=C2=8R1=8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軸承端蓋外徑D2D2=軸承孔直徑+(5~5.5)d3取D2=180mm箱體外壁至軸承座端面距離KK=C1+C2+(8~10)=44mmK=54mm軸承旁連接螺栓的距離S以Md1螺栓和Md3螺釘互不干預為準盡量靠近一般取S=D2S=100蝸輪軸承座長度〔箱體內壁至軸承座外端面的距離〕L1=K+δ=56mmL1=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以下尺寸以參考文獻《機械設計、機械設計根底課程設計》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=81mm軸承端面至箱體內壁的距離=69mm箱底的厚度14軸承蓋凸緣厚度e=1.2d3=15箱蓋高度176箱蓋長度〔不包括凸臺〕534蝸桿中心線與箱底的距離15箱座的長度〔不包括凸臺〕423裝蝸桿軸局部的長度432箱體寬度〔不包括凸臺〕221箱底座寬度423蝸桿軸承座孔外伸長度27蝸桿軸承座長度66蝸桿軸承座內端面與箱體內壁距離54九、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〕蝸桿軸與聯軸器聯接處GB1096-2003鍵12×6312863蝸輪與蝸輪軸聯接處GB1096-90鍵14×11014956蝸輪軸與聯軸器聯接處GB1096-90鍵16×1001610100表9-2軸承單位：mm安裝位置軸承型號外形尺寸dDT.daBCDa蝸桿角接觸球軸承GB292-947009C4575da=5116Da=69蝸輪軸圓錐滾子軸承GB/T297-943021155100T=22.7521C=18表9-3密封圈〔GB9877.1-88〕單位：mm安裝位置類型軸徑d根本外徑D根本寬度蝸桿B55×80×855808蝸輪軸B75×100×107510010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，外表氧化的標準彈簧墊圈軸承旁連接螺栓GB93-87-16164上下箱聯接螺栓GB93-87-12123表9-5擋油盤參考文獻《機械設計課程設計》第129頁表14-9安裝位置外徑厚度邊緣厚度材料蝸桿9612mm9mmQ235定位銷為GB117-2000銷6×