机械设计简易卧式铣床的传动装置的课程设计(蜗杆减速器).doc
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目录
绪论设计任务书………………………………………………………1
第一章传动方案的分析和拟定………………………………………2
1.1采用带传动——蜗杆传动………………………………………………2
1.2采用二级圆锥——圆柱齿轮传动………………………………………2
1.3采用二级蜗杆——圆柱齿轮传动………………………………………3
1.4确定传动方案……………………………………………………………3
第二章传动装置总设计…………………………………………………4
2.1选择电动机类型和结构形式……………………………………………4
2.2选择电动机的容量………………………………………………………4
2.3确定电动机转速…………………………………………………………4
2.4计算传动装置的总传动比和分配各级传动比…………………………5
2.5计算传动装置的运动和动力参数………………………………………5
第三章蜗杆传动的设计计算…………………………………………6
3.1选择蜗杆传动类型………………………………………………………6
3.2选择材料………………………………………………………6
3.3蜗杆传动计算…………………………………………………………6
第四章轴的设计计算…………………………………………………10
4.1蜗杆轴的计算…………………………………………………………104.2涡轮轴的计算…………………………………………………………19
第五章键的选择和计算…………………………………………………28
5.1蜗轮轴上键的选择计算………………………………………………28
5.2蜗杆轴上键的选择计算…………………………………………………28
5.3蜗杆轴的联轴器上键的选择计算…………………………………29
第六章轴承和联轴器的选择和计算…………………………………31
6.1轴承和联轴器的选择…………………………………………………31
6.2轴承的校核计算……………………………………………………31
第七章箱体的设计…………………………………………………33
7.1箱体结构设计……………………………………………………33
7.2减速器附件及其结构设计………………………………………………34
设计心得体会…………………………………………………………37
计算与说明
主要结果
简易卧式铣床的传动装置设计
1.设计题目
设计用于简易卧式铣床的传动装置(如下图)。
(1)设计数据
数据编号
1
丝杠直径/mm
50
丝杠转矩/Nm
500
转速/r/min
20
丝杠直径∅50mm,丝杠转矩T=500N·m,转速n=20r/min,
(2)工作条件
室内工作,动力源为三相交流电动机,电动机双向运转,载荷较平稳,间歇工作。
(3)使用期限
设计寿命为12000h,每年工作300天;检修期间隔为三年。
(4)生产批量及加工条件
中等规模的机械厂,可加工7、8级精度的齿轮、蜗轮。
2.设计任务
1)确定传动方案,完成总体方案论证报告;
2)选择电动机型号;
3)设计减速传动装置。
3.具体作业
1)机构简图一份;
2)减速器装配图一张;
3)零件工作图二张(输出轴及输出轴上的传动零件);
4)设计说明书一份。
第一章传动方案的分析和拟定
对本题目进行分析:
首先,卧式铣床的刀具的行程有工作行程和返回行程,进行往返运动,这就决定着所设计的方案中电机是正反转工作的,在这种情况下,需要将频繁起动电动机正反转的要素考虑到设计方案中。
其次,卧式铣床作为一种加工工具,是用来满足一定的使用要求,需要将其精度考虑到设计方案中。
最后,要满足卧式铣床的功能要求,例如传递功率的大小,转速和运动形式。
此外还要适应工作条件(工作环境、场地、工作制度等),满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、工艺性和经济性合理等要求。
要同时满足这些要求是困难的,在进行传动系统方案设计时应统筹兼顾,保证重点。
根据机器的功能要求以及传动比大小,拟定以下三种传动方案
1.1采用带传动——蜗杆传动
方案一
图1-1
1.2采用二级圆锥——圆柱齿轮传动
方案二
图1-2
1.3采用二级蜗杆——圆柱齿轮传动
方案三
图1-3
1.4确定传动方案
带传动承载能力较小,传动相同转矩时,其结构尺寸要比其他传动形式的结构尺寸大,传动效率中等,传动精度低,但传动平稳,能缓冲吸振。
因此宜布置在高速级。
蜗杆传动可实现较大的传动比,结构紧凑,传动平稳。
头数较少时,效率较低,头数多或环面蜗杆效率高,但加工困难,成本高。
其承载能力较齿轮的低,当与齿轮传动同时应用时,宜布置在高速级,以减少蜗杆尺寸,节省有色金属;另外,由于在高速下,涡轮和蜗杆有较大的齿面相对滑动速度,易于形成动力润滑油膜,有利于提高承载能力和效率,延长寿命。
圆锥齿轮(特别时大直径,大模数的圆锥齿轮)加工困难,所以一般只在需要改变轴的分布方向时采用,并尽量放在高速级和限制传动比,以减小大锥齿轮的直径和模数。
斜齿轮的传动平稳性较直齿轮的好,常用于高速级或要求传动平稳的场合。
本设计是简易卧式铣床的传动装置设计,首先传动精确,不易用带传动;其次,锥齿轮加工困难,且对轴承的要求较高,也不宜采用。
故选择方案一,即采用蜗杆传动。
第二章传动装置总设计
2.1选择电动机类型和结构形式。
电动机类型和结构形式要根据电源、工作条件(温度、环境、空间尺寸等)和载荷特点(性质、大小、启动性能和过载情况)来选择。
根据工作条件和载荷特点应选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步交流电动机,电压380V。
2.2选择电动机的容量.
由机器的工作要求可知:
工作机所需功率Pw应由机器工作转矩和运动参数计算求得,
电动机至工作机之间传动装置的总效率,总效率按下式计算:
其中联轴器的效率;2头蜗杆传动的效率(已包括一对轴承的效率);滚动轴承的传动效率。
把各效率代入上式得
%
则所需电动机的功率
因载荷平稳,电动机额定功率略大于即可。
查《设计手册》表12—1,该电动机的额定功率应选择为1.5kW。
2.3确定电动机转速
丝杠工作转速为,蜗杆传动比范围为。
电动机的转速可选范围为
符合这一范围的同步转速有750,1000,1500,3000.由于750的转速不符合功率要求,可排除。
转速越高,重量约轻,价格越便宜,但减速器的传动比越大,外廓尺寸越大,制造成本越高,结构不紧凑。
所以,选择型号为Y100L-6的电动机,其转速为,异步转速为,重量为33Kg。
2.4计算传动装置的总传动比和分配各级传动比
总传动比
2.5计算传动装置的运动和动力参数
0轴(电动机)
涡杆轴
丝杠
将各轴的参数列入表中
表一
轴名
功率(Kw)
转矩(Nm)
转速
r/min
传动比
效率
输入
输出
输入
输出
电动机
1.41
13.2
940
蜗杆轴
1.4
1.1
177
175
60
15.7
0.78
丝杠
1.06
506
500
20
1
0.99
Pw=1.05kW
Pd=1.41kW
I=47
计算与说明
主要结果
第三章蜗杆传动的设计计算
3.1选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)
3.2选择材料
考虑到蜗杆传动功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45钢,因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45-55HRC。
涡轮用铸锡磷青铜
ZCuSn10P1,金属模铸造。
为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。
3.1.3蜗杆传动设计计算
1.蜗杆副的滑动速度
因为
所以,蜗杆下置
初选[]值
由,查《机械设计手册》表9-8,得
°
查《机械设计手册》图9-6,的[]=0.43,(z=2)
2.中心距计算
由,查《机械设计手册》表9-9,得
使用系数
转速系数
查《机械设计手册》表9-1,得
弹性系数
寿命系数
查《机械设计手册》表9-7,得
接触系数
接触疲劳极限
接触疲劳最小安全系数
中心距
取
3.传动基本尺寸
蜗杆头数
蜗轮齿数
模数
取
蜗杆分度圆直径
取
蜗轮分度圆直径
蜗杆导程角得
蜗轮宽度
1.蜗杆:
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
2.蜗轮:
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
齿宽
4.齿面接触强度验算
许用接触应力
最大接触应力
合格
5.轮齿弯曲疲劳强度验算
轮齿弯曲疲劳极限查《机械设计手册》表9-1,得
弯曲疲劳最小安全系数
许用弯曲疲劳应力
轮齿最大弯曲应力
6.温度计算
传动啮合效率
轴承效率
搅油效率
总效率
散热面积
箱体工作温度
°
(中等通风,取)合格
7.精度等级公差和表面粗糙度的确定
考虑到所设计的蜗杆传动时动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、涡轮精度中选择8级精度,侧隙种类为f,标注为8fGB/T10089-1988。
查《机械设计手册》,得蜗杆齿面粗造度
蜗轮齿面粗造度
8.润滑油粘度和润滑方式
由,查表得粘度
润滑方式为浸油润滑
参数
涡轮
图如下
图3-1
第四章轴的设计
本章中的设计包括轴的尺寸和形状设计,轴的校核以及与轴配合的联轴器、键和轴承的选择。
4.1涡杆轴的计算
4.1.1轴上的功率、转速和转矩
由第二章相关数据得
蜗杆数据为
涡轮数据为
则
4.1.2初步确定轴的最小直径
根据课本表15-3,取,于是有
联轴器的计算转矩,查课本表14-1,取
再结合电动机的轴,查《机械设计手册》,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为。
半联轴器的孔径为,长度为。
4.1.3轴的结构设计
轴的尺寸和结构如图所示
图4-1
1.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
为了使轴的直径与联轴器的孔径相适应,所以取1—2段的轴径;为了满足半联轴器的轴向定位要求,1—2轴段左端需制出一轴肩,故取2—3段的直径为;半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1—2段的长度应比略短一些,现取。
2.初步选择滚动轴承
因轴承同时受有径向力和轴向力作用,故选用单列圆锥滚子轴承。
根据工作要求,并根据,查《课程设计手册》表6—7初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30208,其尺寸为,故取;而
3.滚动轴承采用轴肩进行轴向定位
由表6—7还可以查出:
,所以取
因此:
轴段4—5与轴段5—6成为一个轴段;
轴段9—10与轴段10—11成为一个轴段。
4.计算蜗杆齿宽
由《机械设计》教材表11—4可查得:
当,时,的计算公式为:
和中值较大者。
通过计算分别得:
;
。
所以应选,现取
即
5.初步设计箱体尺寸
由《课程设计手册》表11—1可得箱座壁厚,箱盖壁厚,蜗轮外圆与内箱壁距离;它们分别为:
;
由于圆周速度小于,所以蜗杆在下,于是:
;
,
故取。
根据结构要求,轴承端盖应选用凸缘式轴承盖。
查《课程设计手册》表11—10可得:
螺钉直径,螺钉数为:
4;
根据轴承盖的结构设计,先取
由图可看出,箱体总长度为:
代入数据得:
从而可得:
。
6.由上一步可知,轴承端盖的总宽度为:
。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离
故取
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。
图4-2
确定轴上圆角和倒角尺寸
查《机械设计》教材表15—2,可得各轴间处的圆角半径以及轴端倒角。
(如图4—2)
轴左端倒角为1.6
轴右端倒角为1.0
2、3截面处的圆角为1.2
4、9截面处的圆角为1.6
df1=37.88mm
b2=55mm
t=58
dmin=12.6mm
T=18590N.mm
b1=75mm
计算与说明
主要结果
4.1.4求轴上的载荷
根据上图和有关数据,可求得各支反力和各面的力矩以及合成后的力矩,列表如下
载荷
水平面H
垂直面V
支反力
弯矩M
总弯矩
扭矩
4.1.5按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。
根据上表中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力
因为,,故安全。
4.1.6精确校核轴的疲劳强度
1.判断危险截面。
截面、2、3、只受扭矩作用,虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的,所以截面、2、3、均无需校核。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面4和9处轴肩及过度配合引起的应力集中最严重;从受载情况来看,截面上的应力最大。
截面9的应力集中影响和截面4的相近,但截面9不受扭矩作用,故不必做强度校核。
截面上虽然应力最大,但应力集中不大,而且这里轴的直径最大,故截面也不必校核。
截面6和7显然更不必校核。
因此该轴只需校核截面4左右两侧既可。
2.截面4左侧。
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面4左侧的弯矩为:
3.截面4上的扭矩为:
于是得截面上的弯曲应力为:
截面上的扭转切应力为:
轴的材料为45钢,调质处理。
由《机械设计》教材表15—1可查得。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按教材附表3—2查取。
因,;
经插值后可查得
又由附图3—1可得轴的材料的敏性系数为:
,;
故有效应力集中系数按《机械设计》教材式(附3—4)为
由《机械设计》教材附图3—2得尺寸系数;由附图3—3得扭转尺寸系数。
轴按精车加工,由〈〈机械设计〉〉教材附图3—4得表面质量系数为
轴未经表面强化处理,即,则按教材中式(3—12)及(3—12)可得综合系数值为:
又由〈〈机械设计〉〉教材3—1及3—2得碳钢
于是,计算安全系数值,按教材式(15—6)—(15—8)则得
故知其安全。
4.截面4右侧。
抗弯截面系数为:
抗扭截面系数为:
弯矩及弯曲应力为:
扭矩及扭转切应力为:
由教材表3—2查得,,
又由附图3—1可得轴的材料的敏性系数为:
,
于是,有效应力集中系数与4左侧相同。
即:
,
由《机械设计》教材附图3—2得尺寸系数
由附图3—3得扭转尺寸系数
由附图3—4得表面质量系数为
轴未经表面强化处理,即,则按教材中式(3—12)及(3—12)得综合系数值为:
所以轴在截面4右侧的安全系数为:
故该轴在截面4右侧的强度也是足够的。
4.2涡轮轴的计算
4.2.1轴上的功率、转速和转矩
由第二章相关数据得
大齿轮数据为
则
4.2.2初步确定轴的最小直径
根据课本表15-3,取,于是有
联轴器的计算转矩,查课本表14-1,取
再结合电动机的轴,查《机械设计手册》,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为。
半联轴器的孔径为,长度为,半联轴器与轴配合的毂孔长度。
4.2.3轴的结构设计
拟定轴上零件的装配方案
拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提,它决定着轴的基本形式。
所为装配方案,就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。
该装配方案是:
右端轴承、轴承端盖、半联轴器依次从轴的右端向左安装,左端只装轴承及其端盖。
(轴的结构简图如图4—3所示)
图4-3
4.2.4轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1.为了使轴的直径与联轴器的孔径相适应,所以取1—2段的轴径;为了满足半联轴器的轴向定位要求,1—2轴段左端需制出一轴肩,故取2—3段的直径为;半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1—2段的长度应比略短一些,现取。
2.初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力作用,故选用单列圆锥滚子轴承。
根据工作要求,并根据,查《课程设计手册》表6—7初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30212,其尺寸为
故取;而
滚动轴承采用轴肩进行轴向定位,由表6—7还可以查出:
3.计算蜗轮齿宽。
由公式,可得
因此取
4.为了使蜗轮不发生轴向上的移动,应使轴段4-5的长度略小于蜗轮齿宽。
因此取;
根据结构设计要求,取轴肩。
为使蜗轮两侧面距箱体内壁的距离相等,
由结构设计要求,轴承端盖的总宽度取为:
。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离
故取
至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。
5.确定轴上圆角和倒角尺寸
查《机械设计》教材表15—2,可得各轴间处的圆角半径以及轴端倒角。
(如图4-3)
轴左端倒角为2.0
轴右端倒角为1.6
2、3、4、5、6截面处的圆角都为2.0
4.2.5求轴上的载荷
M=4403.3N.mm