单级蜗轮蜗杆减速器设计说明书配图汇总培训课件Word文档下载推荐.docx
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1、电动机的选择计算
(1)选择电动机
1.1电动机功率的确定
1)工作机各传动部件的传动效率及总效率:
查《机械设计课程设计指导书》表9.2可知蜗杆传动的传动比为:
i蜗杆10~40;
又根据《机械设计基础》表4-2可知蜗杆头数为Z12,由表4-4可知蜗杆
传动的总效率为:
蜗杆
0.75~0.82
查《机械设计课程设计指导书》表9.1可知各传动部件的效率分别为:
联轴器
0.99~0.995;
卷筒0.94~0.97
工作机的总效率为:
2
065~074
总联轴器蜗轮蜗杆
轴承卷筒
2)电动机的功率:
Fv23001.5
Pw
3.45kw
10001000
所以电动机所需工作效率为:
总min
1.2确定电动机转速
1)传动装置的传动比的确定:
查《机械设计课程设计指导书》书中表9.2得各级齿轮传动比如下:
i蜗杆10~40
理论总传动比:
i总i蜗杆10~40
2)电动机的转速:
卷筒轴的工作转速:
601000v6010001.5十c’-
n滚筒57.3r/min
D500
所以电动机转速的可选范围为:
ndn滚筒.i总(10~40)57.3573~2292r/min
根据上面所算得的原动机的功率与转速范围,符合这一范围的同步转速有
750r/min、1000r/min和1500r/min三种。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转速为1000r/min的电动机。
其主要功能表如下:
表1.电动机功能表
电动机型号
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
Y132M2-6
5.5
960
2.0
、传动装置运动及动力参数计算
1、各轴的转速计算
(1)实际总传动比及各级传动比的他配:
由于是蜗杆传动,传动比都集中在蜗杆上,其他不分配传动比。
则总传动比i
16.75
nw57.3
所以取417
(2)各轴的转速:
第一轴转速:
n1nm960r/min
第二轴转速:
n2且96056.5r/min
n总17
总、
第三轴功率:
P3Pd23
P2
轴承
4.20.970.994.03kW
(4)各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩:
6Pd
6
5.3
4
Td
9.5510d
9.5510
5.27
10N
mm
nm
第一轴转矩:
T1
9.55106旦
9.55106
9.55
106
5.25
5.22104Nmm
n1
第二轴功率:
P2Pd12P
蜗杆5.250.84.2kW
6425
9551067.1105Nmm
56.5
9551064036.81105Nmm
将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表:
表2.各轴的运动及动力参数
轴名
功率
P/kW
转速
n/(r/min)
传动比
i
效率
T/N
电机轴
104
960r/min
1
第一轴
5.22
0.99
第二轴
4.2
7.1
105
56.5r/min
17
0.80
卷筒轴
4.03
6.81
0.95
2、蜗轮蜗杆的设计及其参数计算
(1)传动参数
蜗杆输入功率P=5.3kW蜗杆转速n1960r/min,蜗轮转速n256.5r/min,
理论传动比i=16.75,实际传动比i=17,蜗杆头数乙2,蜗轮齿数为
Z2iZ117234,蜗轮转速n2匹96056.5r/min
i17
(2)蜗轮蜗杆材料及强度计算
45钢经表面淬火,齿面硬度>45HRC,
减速器的为闭式传动,蜗杆选用材料蜗轮缘选用材料ZCuSn10Pb1砂型铸造。
H=180MPa.
蜗轮材料的许用接触应力,由《机械设计基础》表4-5可知,
T29.55106〜9.551065.250.87.1105Nmm
n256.5
载荷系数:
载荷平稳,蜗轮转速不高,取K=1.1.
4804mm
模数及蜗杆分度圆直径由《机械设计基础》表4-1取标准值,分别为:
模数m=8mm
蜗杆分度圆直径d180mm
(3)
计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角
蜗杆分度圆的圆周速度
相对活动速度
601000
80960m/s4.02m/s
验算啮合效率
传动总效率
0.9610.960.810.78(在表4-4所列范围内)。
(4)确定主要几何尺寸蜗轮分度圆直径:
ad1
d280
272
a
(5)热平衡计算
环境温度
取t0
20oC
工作温度
取t
70oC
传热系数
取kt
13W/
需要的散热面积
中心距
176mm
20、
mC
A1000P1kttt。
10005.310.78口2仃如?
137020
表3.蜗杆传动的主要尺寸
(4)计算蜗杆传动主要尺寸
蜗杆分度圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗杆导程角蜗杆齿宽蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮外圆直径蜗轮咽喉母圆半径蜗轮螺旋角
da1
d12had1
2m80
28
96
df1
d12hf1d1
2.4m80
2.4
8
60.8mm
mz-i82
o
tan
0.2mm
所以
11.31
d180mm
d180
bi
11.5
0.08z2
m
0.08
348
113.76mm
d2
m乙
834
da2
2ham
Z2
342
288
df2
2hfm
252.8mm
de2
1.5m272
1.58
284
rg2
ada217628832mm
22
11.31°
,与蜗杆螺旋线方向相同
宽b20.7da10.79667.2mm
、中轴的设计计算及校核a
(1)输出轴的设计
d1d2d1mz2
80834
176mm
1)选择轴的材料及热处理
考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置,轴主要传递蜗轮的转
矩,其传递的功率不大,对其重量和尺寸无特殊要求,故选择常用的45钢,调质处理。
2)初算轴的最小直径
已知轴的输入功率为5.25kW,转速为960r/min.
根据《机械设计基础》表7-4可知,C值在106~118间。
所以输出轴的最小直径:
D,C3P11835.2520.8mm
n960
但是,由于轴上有1个键槽,计入键槽的影响:
D1min20.813%21.4mm
已知输出轴的输入功率为4.2kW,转速为56.5r/min,贝U
输出轴的最小直径:
D2C3P11834.249.6mm
n.56.5
由于轴上由2个键槽,故
D2min49.617%53.1mm
已知卷筒轴的输入功率为4.03kW,转速为56.5r/min,贝U
卷筒轴的最小直径为
P403
DC31183•48.9mm
YnV56.5
3)联轴器的选择
•载荷计算:
已知蜗杆轴名义转矩为5.22104Nmm
由于蜗杆减速器的载荷较平稳,按转矩变化小考虑,取工作情况系数k=1.3<
蜗杆轴计算转矩:
TdkT11.35.221046.8104Nmm
已知蜗轮轴名义转矩为7.1105Nmm;
卷筒轴计算转矩为6.82105Nmm
所以蜗轮轴计算转矩:
Tc2kT21.37.11059.23105Nmm
•卷筒轴计算转矩:
Tc3kT31.36.821058.87105Nmm
选择联轴器的型号:
查《机械设计课程设计指导书》表14.2可知,电动机轴的直径D38mm,轴长E80mm;
蜗杆轴直径d21.4mm。
查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知,蜗杆轴的输入端选用LH3型弹性柱销联轴器。
联轴器标记
LH3联轴器3882GB/T5014
Ji3060
公称转矩
Tn630Nm
许用转速
n5000r/min
查《机械设计课程设计指导书》表13.1可知,蜗轮轴的输出端选用LH4型弹性柱销联轴器。
LH4联轴器55112GB/T5014
J15084
Tn1250Nm
n4000r/min
4)轴承的选择及校核•初选输入轴的轴承型号:
据已知工作条件和输入轴的轴颈,由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型
号为圆锥滚子轴承30208(一对),其尺寸:
D=80mm,d=40mm,B=18mm
据已知工作条件和输出轴的轴颈,由《机械设计基础》附表8-5初选轴承型
号为圆锥滚子轴承30214(一对),其尺寸:
D=125mm,d=70mm,B=24mm
基本额定动载荷C=63000N
计算系数e=0.37
轴向载荷系数丫=1.6
•计算蜗杆轴的受力:
蜗杆轴的切向力Ft,轴向力Fx和径向力Fr
蜗杆轴:
蜗轮轴:
Ft2
2T125.22104
~d~80
1305N
Fx2
2T2
5
27.110
5221N
Fx1
Fr2Ft2tan5221tan20°
1900NFM
•计算轴承内部轴向力轴承的内部轴向力:
Fr11900
s2
Fs1-r1594N
2Y21.6
•计算轴承的轴向载荷
轴承2的轴向载荷
由已知得,Fs1与Fx1方向相同,其和为
Fs1Fx15941900N2494NFs2
(轴承2为“压紧”端),所以
Fa2Fs1Fx!
2494N
轴承1的轴向载荷
Fa1Fs1594N(轴承1为“放松”端)
•计算当量动载荷
轴承1的载荷系数
根据旦1昱40.313e,由表8-8可知X11,Y0FM1900
轴承2的载荷系数
根据旦124941.313e由表8-8可知X20.4,丫21.6
Fr21900
轴承1的当量动载荷
FP1X1Fr1YFA1Fr11900N
轴承2的当量动载荷
4512.4N
FP2X2Fr2Y2FA20.413051.62494
所以轴承的当量动载荷取FP1、FP2中较大者,所以
•计算轴承实际寿命
温度系数
载荷系数
寿命指数
轴承实际寿命
轴承预期寿命
Fp4512.4N
由《机械设计基础》表
滚子轴承
10
3
Lh
60n
ftC
fpFp
60960
29448h
Lh0
8-6可知ft1.0
8-7可知fp1.5
63000
~3
h
1.54512.4
236016h11520h
由于LhLh0
,故所选择的圆锥滚子轴承(型号30208)满足要求。
(2)轴的结构设计
1)蜗杆轴的径向尺寸的确定
从图纸上联轴段d130mm开始逐渐选取轴段直径,d2起固定作用,定位轴
肩高度a0.07~0.1d11~2mm,故d2d12a3020.07d1136.2mm。
该直径处安装密圭寸毡圈,标准直径,应取d238mm;
d3与轴承的内径相配合,
为便与轴承的安装,取d340mm,选定轴承型号为30208,与蜗轮相配合,
取蜗杆的齿根圆直径d4df160.8mm,按标准直径系列,取d463mm;
d6与轴承的内径配合,与d3相同,故取d6d340mm;
d5起定位作用,定位轴肩高
度a0.07~0.1d61~2mm故d5d62a4020.07d6146.2mm,取
d548mm。
2)蜗杆轴的轴向尺寸的确定
联轴段取L160mm;
轴肩段取L214mm;
与轴承配合的轴段长度,查轴
承宽度为18mm;
左轴承到蜗杆齿宽L350mm;
蜗杆齿宽L4b111.50.08Z2m即L411.50.08348113.76mm,取L4120mm;
蜗杆齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取L5L350mm;
与右轴承配合的轴段长度,查轴承宽度为18mm轴的总长为320mm
3)蜗轮轴的轴上零件的定位、固定和装配
单级减速器中,可将蜗轮安排在箱体中央,相对两轴承对称分布,蜗轮左面由轴肩定位,右面用套筒轴固定,轴向固定靠平键和过渡配合。
两轴承分别一轴肩和套筒定位,轴向则采用过渡配合或过盈配合固定。
联轴器以轴肩轴向定位,右面用轴端挡圈轴向固定,键联接作轴向固定。
轴做成阶梯形,左轴承从左面装入,蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次从右面装到轴上。
4)蜗轮轴的径向尺寸的确定
从左轴承段与轴承的内径相配合,为便与轴承的安装取d170mm,选定轴
承型号为30214开始逐渐选取轴段直径,d2起固定作用,定位轴肩高度
a0.07~0.1d11~2mm,该直径处安装密封毡圈,标准直径,应取d275mm;
d3与蜗轮孔径相配合,取蜗轮的内径d370mm,按标准直径系列,取d370mm;
d5与轴承的内径配合,与d3相同,故取d5d365mm;
联轴段d655mm;
起定位作用,定位轴肩高度故取d560mm;
5)蜗轮轴的轴向尺寸的确定
左面与轴承配合的轴段长度L,,查轴承宽度为L!
24mm;
左轴承到蜗轮齿宽间的套筒取L233mm;
蜗轮齿宽L367.2mm,故取L370mm;
蜗轮齿宽右面到右轴承间的轴环与左面相同取L433mm;
与右轴承配合的轴段长度,查轴承宽度为24mm右轴肩段L514mm,联轴段L684mm,故轴的总长为280mm
6)蜗轮的强度校核
已知蜗轮的切向力
Ft2Fx15221N
蜗轮的径向力
Fr2Fri1900N
蜗轮轴向力
求水平面支反力:
水平面弯矩:
垂直面支反力,由
在铅垂方向上,由
垂直面弯矩
根据合成弯矩
C截面左侧弯矩
C截面右侧弯矩
Fx21305N
F5221
FahFbh丿2610.5N
MchFahL32610.580208840Nmm
Ma0,即
d
Fr2L2Fx2二FBVL
F丄Fx2d
FbvL2
0,得
1900801350匹
F0,即FbvFr2Fav0,得
160
2059N
转矩T
FavFbvFr220591900159N
MCVFavL21598012720Nmm
McvFbvL1205980164720Nmm
M,Mh2Mv2得
2088402127202209227Nmm
MCJMCHMCV
.20884021647202265895Nmm
d272
TFt2d5221710056Nmm
当量弯矩
Me
由当量弯矩图和轴的结构图可知,C和D处都有可能是危险截面,应分别计算其当量弯矩,此处可将轴的钮切应力视为脉动循环,取a0.6,则
C截面左侧当量弯矩
Mce-MeaT
20922720.67100562150333Nmm
C截面右侧当量弯矩
MCeMc265895Nmm
所以C截面处当量弯矩在以上两数值中取较大者,即Mce265895Nmm
D截面弯矩
MdhFahL32610.545117473Nmm
MDV
FAVL3159
457155Nmm
D截面合成弯矩
MD
"
JMDHMDV
1174732
71552
117691Nmm
D截面当量弯矩
MDe
Md2aT2
.11769127100562
719653Nmm
求危险截面处轴的计算直径
60MPa
许用应力,轴的材料用45钢,由《机械设计基础》表7-1可知,
C截面直径计算
D截面直径计算
49.3mm
3719653
-0.160
1W
经与结构设计图比较,C截面和D截面的计算直径分别小于其结构设计确定的直径,故轴的强度足够。
4、键连接设计计算
(1)蜗杆联接键的相关参数如下表:
表4.蜗杆联接键的选择和参数
选择普通平键,圆头。
由《机械设计课程
键的选择和
设计指导书》表11.27查得d=30mm寸。
应选用
参数
键A840GB/T1096
5.2210Nmm
键长
L140mm
接触长度
liLib408
l1'
32mm
查《机械设计基础》表2-12键连接钢的许
许用挤压应
用挤压应力为P120MPa
P31.07MPa
力
P校核
4T45.22104
P
P'
31.07MPa
dhl30732
故满足要求
(2)蜗轮键的选择与校核的参数如下表:
表5.蜗轮键的选择及参数
设计指导书》表11.27查得d=55时。
应选用键
A16112GB/T1096
6.8110Nmm
L1112mm
l1L1b11216
l196mm
力P校核
4T47.110
dhl1121096
26.4MPa
P26.4MPa
P故满足要
求
(3)蜗轮轴键的选择与校核参数如下表:
表6.蜗轮轴键的选择及参数
10Nmm
L184mm
l1L1b8416
68mm
p校核
37.29MPa
4T47.1105"
cc—c
p'
37.29MPa
dhl1121068
三、箱体的设计计算
1、箱体的构形式和材料
采用下置剖分式蜗杆减速器(由于V=5m/s)
铸造
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