机械设计课程设计蜗杆斜齿圆柱齿轮二级减速器.pdf

机械设计课程设计蜗杆斜齿圆柱齿轮二级减速器.pdf

《机械设计课程设计蜗杆斜齿圆柱齿轮二级减速器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计课程设计蜗杆斜齿圆柱齿轮二级减速器.pdf（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

机械设计基础课程设计说明书第1页共23页一、设计任务书1、设计题目：

加热炉装料机设计2、设计背景：

a、题目简述题目简述：

该机器用于向加热炉内运送燃料。

装料机由电机驱动，通过传动装置使装料机推杆做往复运动，将物料送入加热炉内。

b、使用状况使用状况：

室内工作，需要5台；动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳，转速误差4%；使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时；检修期为三年大修。

c、生产状况生产状况：

中等规模机械厂，可加工7、8级精度齿轮、蜗轮。

3、设计参数：

推杆行程200mm；电机所需功率3.4kW；推杆工作周期2.7s。

4、设计任务：

a、设计总体传动方案，画总体机构简图，完成总体方案论证报告。

b、设计主要传动装置，完成主要传动装置的装配图（A0）。

c、设计主要零件，完成两张零件工作图（A3）。

d、编写设计说明书。

二、传动方案的拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成减速器和工作机两部分：

1、减速器采用蜗轮-齿轮二级减速器，以实现在满足较大传动比的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。

蜗杆传动布置在高速级，有利于啮合处油膜的形成，齿轮传动布置在低速级，可适当降低制造精度，降低成本。

图2.1轴2轴1减速器传动简图：

轴32、工作机采用如下图所示六杆机构。

机构工作原理：

原动件1由减速器输出轴3驱动旋转，同时带动杆2，杆2通过铰接处牵动杆3从而带动杆4，进而推动滑块完成往复运动。

且六杆机构的急回特性可以使滑块以较高的效率完成送料任务。

机械设计基础课程设计说明书第2页共23页图2.2三、电动机的选择1、类型和结构形式的选择：

按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步卧式电动机，封闭结构。

2、已知电动机所需功率KWPd4.3=。

推杆工作周期T=2.7s3、确定电动机转速工作机转速min/22.227.2min/60min/60rssTsnW=；齿轮传动比范围41=齿i；蜗杆传动比范围4010=蜗i电动机转速范围min/3552200rniinWd=蜗齿在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本，选择堵转转矩和最大转矩较大的Y11-2M-4型电机。

结论：

结论：

电动机型号定为Y11-2M-4，其技术数据如下表：

同步转速同步转速r/minr/minr/minr/min满载转速满载转速r/minr/minr/minr/min额定功率额定功率kWkWkWkW155015501550155014404.0四、传动系统的运动和动力参数1、计算总传动比：

8.64min/22.22min/1440=rrnniWMa2、分配减速器的各级传动比：

机械设计基础课程设计说明书第3页共23页在蜗杆传动比范围内取201=i，故齿轮传动比24.3/12=iiia，符合齿轮传动比的推荐值范围（）88.394.106.003.02=aii3、计算传动装置的运动和动力参数aaaa、计算各轴转速计算各轴转速电机轴：

min/1440rnM=1轴：

min/14401rnnM=2轴：

min/7220min/1440112rrinn=3轴：

min/22.2224.3min/72223rrinn=bbbb、计算各轴输入功率计算各轴输入功率3轴：

kWP4.33=2轴：

kWkWPP5.398.0/99.0/4.3/32=齿承1轴：

kWkWPP42.48.0/99.0/5.3/21=蜗承dP=联/1P=4.42/0.99=4.465KWcccc、计算各轴输入转矩计算各轴输入转矩电动机输出转矩mNnPTMdd=61.291440465.4955095501轴：

mNmNTTd=31.2999.061.291联2轴：

mNmNiTT=27.464208.099.031.29112蜗承3轴：

mNmNiTT=4.145964.298.099.027.464223齿承将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：

轴名功率P/kW转矩T/Nm转速nr/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.429.61144010.991轴4.4229.311440200.7922轴3.5464.27723.240.97机械设计基础课程设计说明书第4页共23页3轴3.41459.422.22五、传动零件的设计计算1、齿轮设计斜齿轮啮合好，且可以抵销一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。

计算步骤如下：

计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果（1111）初步计算）初步计算转矩转矩1T725.31055.91055.96161=nPTmNT=27.4641齿宽系数齿宽系数d由表9.3-11查取9.0=d9.0=d接触疲劳极限接触疲劳极限limH由图9.3-22bMPaMPaHlH5807102lim1lim=初步计算需用接触初步计算需用接触应力应力HPMPaMPaHlHPHHP5809.09.07109.09.02lim21lim!

=MPaMPaHPHP5226392!

=dA值值由表B1，估计13取756=dA，756=dA动载荷系数动载荷系数K4.1=K4.1=K初步计算小齿轮直初步计算小齿轮直径径1d44.11424.3124.35229.027.4644.17561323211=+=+uuKTAdHPdd取mmd1161=初步齿宽初步齿宽bmmdbd4.1041169.01=mmb106=（2222）校核计算）校核计算圆周速度圆周速度1000607211610006011=ndvsmv/437.0=精度等级精度等级由表9.3-1选择8级精度=齿数齿数z、模数模数m和螺旋角和螺旋角取281=z72.902824.312=izz机械设计基础课程设计说明书第5页共23页一般1z与2z应取为互质数取281=z，932=z（）%47.224.3/24.332.332.328/93=，i传动比误差为2.47%142857.428/116/11=zdmt28.38593142857.422=zmdtmmmt142857.4=2d=385.28mm由表9.3-4取4=nmmmmn4=142857.44arccosarccos=tnmm09.15=使用系数使用系数由表9.3-6原动机均匀平稳，工作机有中等冲击5.1=AK动载系数动载系数由图9.3-60.1=VK齿间载荷齿间载荷分配系数分配系数先求116/4642702/211=dTFtNFt66.8004=27.11311666.80045.1=bFKtAmmNbFKtA/100由表9.3-7，非硬齿面斜齿轮，精度等级8级2.1=HK齿向载荷齿向载荷分布系数分布系数1061061.011610616.017.11032321+=+=bCdbBAKH37.1=HK区域系数区域系数由图.3-17查出28.2=HZ28.2=HZ弹性系数弹性系数由表9.3-11查出MPaZE8.189=MPaZE8.189=重合度系重合度系数数由表9.3-5=09.15cos20tanarctancostanarctannt7.29505.4211666.20cos116arccos2cosarccosarccos111111=+=+=atabathdddd66.20=t7.291=at机械设计基础课程设计说明书第6页共23页89.23505.42883.38229.26cos883.382arccos2cosarccosarccos222222=+=+=atabathdddd由于无变位，端面啮合角tt=+=tattatzztantantantan212211409.15sin106sin=nmb837.111=Z89.232=at66.20=t837.1=1197.2=738.0=Z螺旋角系螺旋角系数数cos=Z98.0=Z许用接触许用接触应力应力由表9.3-14取最小安全系数limHS总工作时间1630010=ht05.1lim=HShth48000=应力循环次数hLtnN1160=（单向运转取1=）24.31015.4912=iNNLL911015.4=LN921028.1=LN接触寿命系数NTZ由图9.3-23查出89.01=NZ92.02=NZ齿面工作硬化系数17001302.1221=HBZZWW135.121=WWZZ接触强度尺寸系数XZ由表9.3-15安调质钢查0.121=XXZZ润滑油膜影响系数取为1212121=VVRRLLZZZZZZlimlimHXWRVLNTHHPSZZZZZZ=2221/80.576/05.683mmNmmNHPHP=机械设计基础课程设计说明书第7页共23页验算验算21/98.2951mmNuubdFKKKKZZZZtHHVAEHH=+=21,minHPHPH合格（3333）确定主要传动尺寸）确定主要传动尺寸中心距中心距（）92.2452/11=+=ida取整250=a螺旋角螺旋角2502）9328（4cos2）（cos1211+=+=aZZmn53.14=切向模数切向模数53.14cos/4cos/=ntmm132.4=tm分度圆直分度圆直径径cos/zmdn=mmdmmd29.3847.11521=齿宽齿宽1169.01=dbdmmbmmb34610521=取（4444）齿根弯曲疲劳强度验算）齿根弯曲疲劳强度验算齿形系数齿形系数FaY53.10253.14cos/93cos/87.3053.14cos/28cos/33223311=zzzzVV由图9.3-19,查得FaY19.255.221=FaFaYY应力修正应力修正系数系数SaY由图9.3-20查得80.163.121=SaSaYY螺旋角系螺旋角系数数Y由图9.3-21查取75.0=Y齿向载荷齿向载荷分布系数分布系数FK（）78.11425.2/106/=hb由图9.3-9查取38.1=FK许用弯曲许用弯曲应力应力FP试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限limF由表9.3-14查最小安全系数minFS由图9.3-26确定尺寸系数XY22lim21lim/250/270mmNmmNFF=25.1min=FS机械设计基础课程设计说明书第8页共23页由图9.3-25确定弯曲寿命系数NTY另外取112212121=RrelTRrelTVrelTVrelTSTSTYYYYYYlimlimFXRrelTVrelTNTSTFFPSYYYYY=0.121=XXYY90.089.021=NTNTYY2221/360/48.384mmNmmNFPFP=验算验算YYYYmbFKKKKSaFantFFVAF1=222121/08.69/84.72FPFFPFmmNmmN=合格（55）小）小结：

齿轮结：

齿轮主要传动主要传动尺寸列表尺寸列表模数模数（）nmm4.0mm压力角压力角（）n20螺旋角螺旋角53.14分度圆直径分度圆直径dmmd7.1151=mmd29.3842=齿顶高齿顶高ah0.41=mhhaa4.0齿根高齿根高fh0.425.1=mhhff5.0齿顶间隙齿顶间隙C0.425.025.0=mC1.0齿根圆直径齿根圆直径fd0.527.115211=ffhddmmdf7.1051=机械设计基础课程设计说明书第9页共23页0.5229.384222=ffhddmmdf29.3741=中中心心距距a（）2121dda+=250齿齿宽宽b7.1159.012=dbbd（）mmbb1051+=mmb1061=mmb1162=齿顶圆直径齿顶圆直径ad0.427.115211+=+=aahdd0.4229.384222+=+=aahddmmda7.1231=mmda29.3922=2、蜗轮蜗杆设计蜗杆采用45钢，调质处理，表面硬度大于45HRC，蜗轮采用ZcuSn10P1沙型铸造，计算步骤如下：

计算项目计算项目计计算算内内容容计计算算结结果果（1111）按齿面接触强度设计）按齿面接触强度设计齿数齿数由表9.4-4取1z,12izz=40,221=zz载荷系数载荷系数由于载荷平稳1.1=K传动效率传动效率由表9.4-8估取8.01=蜗轮转矩蜗轮转矩mNT=27.4642蜗轮材料许蜗轮材料许用接触应力用接触应力由表9.4-102/200mmNHP=滑动速度影滑动速度影响系数响系数由图9.4-7初估滑动速度smvS/5.3=，浸油润滑，由图9.4-9可查出92.0=VSZ应力循环次应力循环次数数）1（601取单向运转hLtinN=710736.20=LN寿命系数寿命系数由图9.4-10查出68.0=NZ蜗轮许用接蜗轮许用接触应力触应力NVSHPHPZZ=2/12.125mmNHP=模数模数直径系数直径系数分度圆直径分度圆直径由14.3736150002222=KTzdmHP查表9.4-3确定基本传动尺寸mmdqm8000.1081=蜗轮分度圆蜗轮分度圆直径直径mmmZd32040822=mmd3202=机械设计基础课程设计说明书第10页共23页计算项目计算项目计计算算内内容容计计算算结结果果蜗杆导程角蜗杆导程角00.1021arctgqZarctg=31.11=蜗轮齿宽蜗轮齿宽（）（）mmqmb16.611105.08215.022=+=+mmb622=蜗杆圆周速蜗杆圆周速度度10006014408014.3100060111=ndVsmV/03.61=相对滑动速相对滑动速度度31.11cos03.6cos1=VVssmVs/15.6=当量摩擦角当量摩擦角由表9.4-7*16.1101=V16.1=V当量摩擦系当量摩擦系数数16.1tgtgVV=020.0=V（2222）按齿面接触疲劳强度校核验算）按齿面接触疲劳强度校核验算弹性系数弹性系数由表9.4-12155=EZ使用系数使用系数原动机为电动机，工作平稳，由表9.4-131=AK动载荷系数动载荷系数smndV/3100060222=05.1=VK载荷分布系载荷分布系数数载荷平稳1=K接触应力接触应力MPaKKKddTZVAEH93.115105.113208027.46494000155940022212=HPH合格（3333）按轮齿弯曲疲劳强度校核验算）按轮齿弯曲疲劳强度校核验算材料许用弯材料许用弯曲应力曲应力一侧受载，由表9.4-10查出2/51mmNFP=寿命系数寿命系数由图9.4-10查出55.0=NY许用弯曲应许用弯曲应力力NFPFPY=2/05.28mmNFP=蜗轮当量蜗轮当量齿数：

齿数：

42.4231.11cos40cos3322=ZZV42.422=VZ蜗轮的齿形蜗轮的齿形系数系数蜗轮无变位,变位系数X=0，由图9.3-1947.2=FSY导程角系数导程角系数91.012031.1111201=Y91.0=Y机械设计基础课程设计说明书第11页共23页计算项目计算项目计计算算内内容容计计算算结结果果蜗轮弯曲应力蜗轮弯曲应力22212/05.28/56.391.047.2832080105.1127.464666666mmNmmNYYmddKKKTFPFSVAF=合格（4444）按蜗杆轴挠度校核验算）按蜗杆轴挠度校核验算圆周力圆周力801031.29223111=dTFtNFt75.7321=径向力径向力203201027.464223221tgtgdTFXr=NFr12.10561=蜗杆两支撑蜗杆两支撑间距离间距离3209.09.02=dLmmL288=危险截面惯危险截面惯性矩性矩（）（）6485.28014.3645.26314.364444=mdIf461064.0mmI=许用最大挠许用最大挠度度80001.0001.01=dyPmmyP08.0=蜗杆轴挠度蜗杆轴挠度mmLEIFFyrt0048.02881064.0101.24812.105675.7324836322321211=+=+=Pyy1合格（5555）蜗杆传动热平衡计算）蜗杆传动热平衡计算啮合效率啮合效率（）（）16.131.1131.111+=+=tgtgtgtgV905.01=搅油率搅油率自定98.02=轴承率轴承率自定99.03=总效率总效率99.098.0905.0321=878.0=导热率导热率中等通风环境（）CmWK=2/15工作环境温工作环境温度度一般情况Ct202=传动中心距传动中心距（）（）320805.05.021+=+=ddamma200=散热面积散热面积73.173.110020033.010033.0=aA2095.1mA=润滑油工作润滑油工作温度温度（）（）CtKAPt8.5220095.115878.0144201211=+=+=Ct951合格机械设计基础课程设计说明书第12页共23页3、蜗杆轴的设计计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果材料的选择材料的选择材料选择45号钢，调质处理MPaB650=材料系数材料系数查表16.2有C=112估算轴径估算轴径mmnPCd3.16144042.411233=mmd30min=取蜗杆受转矩蜗杆受转矩mNT=31.291圆周力圆周力NdTFt75.732801031.29223121=NFt75.7321=径向力径向力203201027.464223221tgtgdTFXr=NFr12.10561=轴向力轴向力3201027.464223221=dTFaNFa29021=蜗杆受力图蜗杆受力图见图5.3（c）垂直面反力垂直面反力15615329024012.10561561561534015611+=+=arAVFFF15615329024012.10561531561534015311+=+=arBVFFFNFAV85.908=NFBV52.157=水平面反力水平面反力15615375.7321561561531561+=+=tAHFF15615375.7321531561531531+=+=tBHFFNFAH93.369=NFBH82.362=垂直面受力图垂直面受力图见图5.3（d）水平面受力图水平面受力图见图5.3（f）垂直面弯矩图垂直面弯矩图见图5.3（e）水平面弯矩图水平面弯矩图见图5.3（g）合成弯矩图合成弯矩图见图5.3（h）22HVMMM+=转矩图转矩图见图5.3（i）mmNTT=293101应力校正系数应力校正系数用插入法由表16.3中求得，MPaMPabb215,6011=+28.02156011=+bb28.0=当量弯矩图当量弯矩图见图5.3（j）22）（TMM+=机械设计基础课程设计说明书第13页共23页计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果校核轴径校核轴径311.0bMd=最大弯矩处mmd3.29601.015034031=11fdd合格图5.34、高速轴的设计计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果材料的选择材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，MPaB800=材料系数材料系数查表16.2有C=106估算轴径估算轴径mmnPCd69.38725.310633=mmd40min=取所受转矩所受转矩mNT=27.4642齿轮圆周力齿轮圆周力NdTFt80267.1151027.464223122=NFt80262=齿轮径向力齿轮径向力53.14cos208026cos22tgtgFFntr=NFr30182=齿轮轴向力齿轮轴向力53.14802622tgtgFFta=NFa20812=蜗轮圆周力蜗轮圆周力NFFat290212=NFt29022=蜗轮径向力蜗轮径向力NFFrr12.105612=NFr12.10562=蜗轮轴向力蜗轮轴向力NFFta75.73212=NFa75.7322=轴受力图轴受力图见图5.4（b）垂直面反力垂直面反力621368662）62136（222+=MFFFtrAz6213686）13686（86222+=MFFFtrBzNFAz3.2901=NFBz8.6180=水平面反力水平面反力621368662）62136（222+=MFFFrtAyNFAy7.2293=机械设计基础课程设计说明书第14页共23页计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果6213686）13686（86222+=MFFFrtByNFBy27.3626=垂直面受力图垂直面受力图见图5.4（d）水平面受力图水平面受力图见图5.4（f）垂直面弯矩图垂直面弯矩图见图5.4（e）水平面弯矩图水平面弯矩图见图5.4（g）合成弯矩图合成弯矩图见图5.4（h）22HVMMM+=转矩图转矩图见图5.4（i）mmNTT=4642701应力校正系数应力校正系数用插入法由表16.3中求得，MPaMPabb270,7511=+28.02707511=+bb28.0=当量弯矩图当量弯矩图见图5.3（j）22）（TMM+=校核轴径校核轴径311.0bMd=最大弯矩处mmd52.39751.046292132=设计时弹键的削弱mmdd8.4003.122=mmdd5222=合格图5.4机械设计基础课程设计说明书第15页共23页5、低速轴的设计计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果材料的选择材料的选择考虑到相互摩擦作用，材料选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理，MPaB650=材料系数材料系数查表16.2有C=112估算轴径估算轴径mmnPCd9.5922.224.311233=mmd60min=取所受转矩所受转矩mNT=4.14593齿轮圆周力齿轮圆周力NFFtt802623=NFt80263=齿轮径向力齿轮径向力NFFrr301823=NFr30183=齿轮轴向力齿轮轴向力NFFaa208123=NFa20813=轴受力图轴受力图见图5.5（b）垂直面反力垂直面反力82194823+=tAzFF821941943+=tBzFFNFAz5.2384=NFBz5.5641=水平面反力水平面反力821948233+=MFFrAyNFAy3.2344=NFBy7.673=机械设计基础课程设计说明书第16页共23页计算项目计算项目计算内容计算内容计算结果计算结果8219419433+=MFFtBy垂直面受力图垂直面受力图见图5.5（c）水平面受力图水平面受力图见图5.5（e）垂直面弯矩图垂直面弯矩图见图5.5（d）水平面弯矩图水平面弯矩图见图5.5（f）合成弯矩图合成弯矩图见图5.5（g）22HVMMM+=转矩图转矩图见图5.5（h）mmNTT=14594003应力校正系数应力校正系数用插入法由表16.3中求得，MPaMPabb215,6011=+28.02156011=+bb28.0=当量弯矩图当量弯矩图见图5.3（j）22）（TMM+=校核轴径校核轴径311.0bMd=最大弯矩处mmd33.54601.096201933=设计时弹键的削弱mmdd88.5103.133=mmdd6833=合格图5.5六、滚动轴承的选择和计算1、蜗杆轴承的选择蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案，固定端采用两个角接触球轴承，以承受蜗杆轴向力，按轴径初选72