机械设计专业课程设计蜗杆.doc
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1、机械设计课程设计计算阐明书设计题目 链式运送机传动装置专业班级 设计者 指引教师 目 录一 设计任务书 3二 传动方案拟定 4三 电动机选取及传动装置运动和动力参数计算.6四 传动零件设计计算 11 1. 蜗杆及蜗轮设计计算 11 2. 开式齿轮设计计算 15五 蜗轮轴设计计算及校核 20六 轴承及键设计计算及校核 28七 箱体设计计算 33八 减速器构造与附件及润滑和密封概要阐明 35九 设计小结 38十 参照文献 39计算及阐明成果一设计任务书(1)设计题目:链式运送机传动装置设计链式运送机动装置,如图所示。工作条件为:链式输送机在常温下工作,负荷基本平稳,输送链工作速度V容许误差为5;两
2、班持续工作制(每班工作8h),规定减速器设计寿命为5年,每年280个工作日。 (2)原始数据运送机牵引力F(KN)鼓轮圆周速度(容许误差%5)V(m/s)鼓轮直径D(mm)0.950.31350二. 传动方案拟定(1)传动简图(2)传动方案分析机器普通是由原动机、传动装置和工作机三某些构成。传动装置在原动机与工作机之间传递运动和动力、变换其运动形式以满足工作装置需要,是机器重要构成某些。传动装置与否合理将直接影响机器工作性能、重量和成本。合理传动方案除满足工作装置功能外,还规定构造简朴、制造以便、成本低廉、传动效率高和使用维护以便。本设计中原动机为电动机,工作机为链轮输送机。本传动方案采用了三
3、级传动,第一级传动为单级蜗轮蜗杆减速器,第二级传动为开式齿轮传动,第三极为链轮传动。蜗轮蜗杆传动可以实现较大传动比,构造尺寸紧凑,传动平稳,但效率较低,应布置在高速级;开式齿轮传动工作环境较差,润滑条件不好,磨损较严重,应布置在低速级;链传动运动不均匀,有冲击,不适于高速传动,故布置在传动低速级。减速器箱体采用水平剖分式构造,用HT100灰铸铁锻造而成。该工作机采用是原动机为Y系列三相笼型异步电动机,电压380 V,其构造简朴、工作可靠、价格低廉、维护以便,此外其传动功率大,传动转矩也比较大,噪声小,在室内使用比较环保。由于三相电动机及输送带工作时均有轻微振动,因此采用弹性联轴器能缓冲各吸振作
4、用,以减少振动带来不必要机械损耗。 综上所述,此工作机属于小功率、载荷变化不大工作机,其各某些零件原则化限度高,设计与维护及维修成本低;构造较为简朴,传动效率比较高,适应工作条件能力强,可靠性高,能满足设计任务中规定设计条件及环境。三. 电动机选取及传动装置运动和动力参数计算3.1电动机选取 1. 选取电动机类型和构造形式按工作规定和条件,选用Y系列鼠笼式三相异步电动机,电压380V。 2. 选取电动机容量(1)工作机各传动部件传动效率及总效率查机械设计课程设计指引书各类传动、轴承及联轴器效率概略值,减速机构使用了四对滚动轴承,两对联轴器、一对开式齿轮、蜗轮蜗杆机构和链传动,各机构传动效率如下
5、: ; 因而减速机构总效率 (2)选取电动机功率所选电动机额定功率应当等于或稍不不大于工作规定功率。容量不大于工作规定,就不能保证工作机正常工作,或使电动机长期过载而过早损坏;容量过大则电动机价格高,能力又不能充分运用,由于经常不满载运营,效率和功率因数都较低,增长电能消耗,导致很大挥霍。电动机所需工作功率 :式中 Pd工作机规定电动机输出功率,单位为kW; 电动机至工作机之间传动装置总效率; Pw工作机所需输入功率,单位为kW;工作机所需功率:=9500.3110000.667=0.441kW(3)选取电动机转速1) 传动装置传动比拟定: 查机械设计书中得各级传动例如下:;理论总传动比:;2
6、) 电动机转速:卷筒轴工作转速:=6010000.31/(350) = 16.92r/min因此电动机转速可选范畴为:= .=(30280)16.92=507.64732r/min依照上面所算得原动机功率与转速范畴,符合这一范畴同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min和3000 r/min四种。综合考虑电动机和传动装置尺寸、质量及价格等因素,为使传动装置构造紧凑,决定选用同步转速为1500 r/min电动机。其重要功能如表: Y112M-4型电动机重要功能型号额定功率 kW满载转速 r/min起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩重量N参照比价Y801-40.5513
7、902.42.3171.033.2传动装置运动及动力参数计算 1.各轴转速计算(1)总传动比及各级传动比配备: 总传动比: =nm=139016.92=82.15;由式 取 ; (2)各轴转速: 1轴转速: = 13901 = 1390r/min 2轴转速:= 1390 r/min 3轴转速: =139031.08= 44.69r/min 4轴转速: =44.692.64 = 16.93r/min 5轴转速:=16.93 r/min 2.各轴输入功率计算1轴功率:= =0.441kW2轴功率:= =0.4410.990.9875=0.431kW3轴功率:= =0.4310.98750.785=
8、0.334kW4轴功率:= =0.3340.98750.95=0.313kW5轴功率:= =0.3130.98750.99=0.306kW3. 各轴输出功率计算 =0.4410.9875=0.435kW = 0.4310.9875=0.426kW =0.3340.9875=0.330kW =0.3130.9875=0.309kW =0.3060.9875=0.302kW 4.各轴输入转矩计算(1)电动机轴输入转矩T=9550=95500.4411390=3.030Nm (2) 15轴输入转矩1轴:T= T=3.030Nm2轴:T= 9550=3.029Nm3轴:T= 9550=92.08Nm4
9、轴:T= 9550= 71.36Nm5轴:=9550=176.67Nm 5.各轴输出转矩计算1轴:T= T=3.030Nm2轴:T= 9550=2.99Nm3轴:T= 9550=91.03Nm4轴:T= 9550= 70.52Nm5轴:=9550=174.30Nm表3-2 各轴动力参数表轴名功率P/kw转矩T/(Nm)转速n/(r/min)效率传动比i输入输出输入输出1轴0.4353.0313900.9912轴0.4310.4263.0292.9913900.7631.083轴0.3340.33092.0891.0344.690.9514轴0.3130.30971.3670.5216.935轴
10、0.3060.302176.67174.3016.930.964四. 传动零件设计计算一蜗杆及蜗轮设计计算4.1选取蜗杆类型依照GB/T10085-1988推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。4.2材料选取考虑到蜗杆传动功率不大,速度中档,故蜗杆采用45刚;而又但愿效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面规定淬火,硬度为4555HRC;蜗轮选用铸锡磷青铜(ZCuSn10P1),砂模锻造;为了节约贵重有色金属,仅齿圈用青铜锻造,而轮芯用灰铸铁(HT200)制造。4.3按齿面接触强度设计依照闭式蜗杆蜗轮设计准则,先按齿面接触疲劳强度进行计算,再校核齿根弯曲疲劳强度。由机械设计式(11-12)则传动中心距为(
11、1)拟定作用在蜗轮上转矩T 由前面计算得 T=79167.22 Nmm 估取效率=0.78(2)拟定载荷系数 因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均匀系数=1,由机械设计表11-5选用使用系数=1.1,由于转速不是很高,冲击不大,可选用动载荷系数=1.05,则 K=11.11.05=1.155(3)拟定弹性影响系数由于选用是锡磷青铜(ZCuSn10P1)蜗轮和45刚蜗杆相配,故(4)拟定接触系数先假设蜗杆分度远直径和传动中心距比值为=0.35,从机械设计图11-18中查得=2.9(5)拟定许用接触应力H依照蜗轮材料为锡磷青铜(ZCuSn10P1),金属模锻造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可从机械设
12、计表11-7查得蜗轮基本许用应力 =268MPa。应力循环次数N=60=6011390(825280)/31.08=6.009寿命系数 =0.7992 ,则 =0.7992268=214.18MPa(6)计算中心距a= 取中心距a=170mm,由于=31.8,故从表11-2中选用模数m=8mm,蜗杆分度圆直径d1=80mm,这时d1/a=0.5,与假设相近,从机械设计图11-18中可查得=2.7,因而以上计算成果可用。4.4蜗杆与蜗轮重要参数及几何尺寸 (1)蜗杆轴向齿距Pa1=25.133mm;直径系数q=10;齿顶圆直径=80mm;齿根圆直径=60.8mm;分度圆导程角=arctan=5.
13、71(右旋);轴向齿厚=12.57mm。螺旋长度b=104mm (2)蜗轮蜗轮齿数:=31;变位系数=-0.5;验算传动比:=31,这时传动误差为=0.28% ,是容许(右旋)蜗轮分度圆直径:;蜗轮喉圆直径:=+=264mm;蜗轮齿根圆直径:=-=228.8mm蜗轮咽喉母圆半径:=a-=125-215=28mm;蜗轮轮缘宽度:b=72mm。4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数=依照=-0.5,=31.47,从机械设计图11-19中可查得齿形系数2.55螺旋系数=许用弯曲应力 =从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造蜗轮基本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 =560.6724=37.654
14、4MPa因此=,弯曲强度校核满足规定。4.6 验算效率 已知=5.71,=,与相对滑移速度关于从机械设计表11-18中用插值法查得=0.017,=59代入上式得,不不大于原预计值,因而不用重算。4.7热平衡计算1验算油工作温度室温:普通取。散热系数=8.1517.45:取Ks=17 W/();效率;80油温未超过限度二 开式齿轮设计计算 1.选定齿轮类型、精度级别、材料及齿数(1) 依照设计传动方案,选用开式直齿圆柱齿轮传动。(2) 运送机为普通工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB 10095-88)。(3) 材料选取:由机械设计表10-1选取小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280 H
15、BS,大齿轮材料为45钢(调质),硬度为240 HBS,两者材料硬度差为40 HBS。 (4)选小齿轮齿数为 ,大齿轮齿数为 取2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式(10-9a)进行试算,即 (1) 拟定公式内各计算数值 1)试选载荷系数 2)小齿轮传递转矩 3)由表10-7选用齿宽系数 4)由表10-6查得材料弹性影响系数 5)由图10-21d按齿面硬度差得小齿轮接触疲劳强度极限;大齿轮接触疲劳强度极限6) 由式10-13计算应力循环次数 7) 由图10-19取接触疲劳寿命系数8) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得 (2) 计算1) 试算小齿轮
16、分度圆直径,代入中较小值。2) 计算圆周速度v 3) 计算齿宽b 4) 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5) 计算载荷系数。依照v=1.036m/s,7级精度,由图10-8查得动载系数;直齿轮,由表10-2查得使用系数由表10-4用插值法查得7级精度,小齿轮悬臂布置时由 查图10-13得;故载荷系数 6) 按实际载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a)得 7) 计算模数m 2. 按齿根弯曲强度设计 由式(10-5)得弯曲强度设计公式为 (1) 拟定公式内各计算数值 1)由图10-20c查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 MPa;大齿轮弯曲疲劳强度极限 MPa; 2)由图10-18获得弯曲疲劳寿
17、命悉数 ,; 3)计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得 4)计算载荷系数K。 5) 查取齿形系数。 由表10-5查得 =2.85; =2.19 6)查取应力校正系数。 由表10-5查得 =1.54; =1.785 7)计算大、小齿轮 并加以比较。 故大齿轮数值大。(2) 设计计算 又将m增大10% 得:m=3.23,圆整后为m=4 对此计算成果,由齿面接触疲劳强度计算模数m不不大于由齿根弯曲疲劳强度计算模数,由于齿轮模数m大小重要取决与弯曲强度所决定承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数乘积)关于,可取由弯曲强度算得模数3.23
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