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1、机械设计课程设计目录一 . 设计任务书1二 . 传动方案的拟定2三 . 电动机的选择和传动装置的运动和动力学计算3四 . 传动装置的设计4五 . 轴及轴上零件的校核计算5 1 蜗杆轴及其轴上零件的校核计算6 2 涡轮轴及其轴上零件的校核计算7六 . 啮合条件及轴承的润滑方法、润滑机的选择8七 . 密封方式的选择9八 . 减速器的附件及其说明10九 . 参考资料222.传动装置的总体设计2.1分析确定传动方案因为三相电动机及输送带工作时都有轻微振动，所以采用弹性联轴器能缓冲各吸振作用，以减少振动带来的不必要的机械损耗。总而言之，此工作机属于小功率、载荷变化不大的工作机，其各部分零件的标准化程度高
2、，设计与维护及维修成本低；结构较为简单，传动的效率比较高，适应工作条件能力强，可靠性高，能满足设计任务中要求的设计条件及环境 机构运动示意图1 电动机 2、4联轴器 3一级蜗轮蜗杆减速器 5传动滚筒 6输送带2.2电动机的选择1. 选择电动机的类型按工作要求和工作条件选择Y系列三相鼠笼型异步电动机，其结构为全封闭式自扇冷式结构，电压为380V。2. 选择电动机容量1）电动机所需的工作功率为Pd工作机要求的电动机输出功率，单位为KW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位为KW；2）工作机所需输入功率3）从电动机到工作机输送带间的总效率为、分别为联轴器、滚动轴承、蜗杆传
3、动及卷筒传动的的效率，则参考文献【2】表9.1，则所以电动机所需的工作功率为4） 确定电动机的转速由于蜗杆的头数越大，效率越低，先选择蜗杆的头数Z1=1，所算出的传动比不在推荐范围内。故选则蜗杆的头数Z1=2所以电动机转速可选的范围为符合这一范围的同步转速为750r/min、1000r/min和1500r/min。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。根据电动机的类型、容量和转速，由参考文献【2】表14.1选定电动机型号为Y112M-6。其主要性能如下表：型号额定功率Ped/kW 满 载 时最大转矩/额定转矩质量/
4、kg转速nw/r/min电流/A（380V）效率/%功率因数Y112M-62.29405.680.50.742.0452.3计算传动装置的总传动比并分配传动比总传动比2.4计算传动装置各轴的运动和动力参数1. 各轴的转速蜗杆轴转速： n1=nm=940r/min蜗轮轴转速： 2. 各轴输入功率计算蜗杆轴功率： 蜗轮轴功率： 卷筒轴功率： 3. 各轴的输入转矩电动机的输出转矩Td： 所以：蜗杆轴： 蜗轮轴： 卷筒轴： 将上述计算结果汇总于表中，以备查用轴名功率P/kW转矩T/(Nmm)转速n(r/min)传动比i效率电机轴1.97120026.5794010.991轴1.93219826.319
5、4010.982轴1.5452.811055317.740.8卷筒轴1.4992.731055310.963.传动零件的设计计算1. 涡轮蜗杆的材料选择蜗杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度4550HRC蜗轮材料，根据其中n1为蜗杆转速，T2为蜗轮转矩初估蜗杆副的滑动速度vs=3.2m/s，选择蜗轮的材料为无锡青铜2. 按疲劳强度设计，根据公式参考文献【1】则有由参考文献【1】表7.1，按取m=6.3，蜗杆分度圆直径d1=63mm，1）蜗杆倒程角2）蜗轮圆周速度3）蜗杆副滑动速度4）蜗轮圆周速度故选择减速器的类型为蜗杆下置5）查参考文献【1】由参考文献【1】表7.8知符合初取的效率值
6、3. 涡轮蜗杆的尺寸计算1）蜗轮分度圆直径2）中心距3）变位系数其他尺寸总汇于表名称符号 计算公式和数据（单位mm）蜗杆数据蜗轮数据齿顶高ha6.39.55齿根高hf7.564.31全齿高h13.8613.86分度圆直径d63220.5齿根圆直径df47.88211.88齿顶圆直径da75.6239.6蜗杆分度圆上倒程角113036蜗轮分度圆上螺旋角2节圆直径d69.5220.5传动中心距a145蜗杆轴向齿距pa119.79蜗杆螺旋线倒程ps39.58蜗杆螺旋部分长度L110蜗轮外圆直径de2250蜗轮齿宽b255齿根圆弧半径R139.06齿顶圆弧半径R225.2齿宽角486544. 热平衡计
7、算1）估算散热面积AA=2）验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数=1417.5：取Ks=17.5 W/()；啮合效率；轴承效率0.980.99，取轴承效率 2=0.99；搅油效率0.940.99，搅油效率3=0.98；=123=0.880.990.98=0.85故油温未超过限度，不需要加散热片散热5. 选择蜗杆和涡轮的精度等级 蜗轮的圆周速度通过查表选用精度等级为9级，应为该传动平稳，选用的侧隙种类为c，即传动9cGB/T10089-1988.蜗杆的圆周速度通过查表选用精度等级为8级，应为该传动平稳，选用的侧隙种类为c，即传动8cGB/T10089-1988.4.轴以及轴上零件的设计4.
8、1蜗轮轴的设计计算1. 轴的材料选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45#钢，调质处理2. 初算轴径对于转轴，按扭转强度初算轴径，查参考文献【1】表9.4得C=106118，考虑到轴端的弯矩和转矩的大小，故取C=110则考虑到键槽的影响，取3. 结构设计1）轴承部件的结构形式：蜗杆减速器的中心距a=145，通过查表选择减速器的机体采用剖分式结构。因传递功率小，故轴承的固定方式可采用两端固定方式。因此，所设计的轴承部件的结构形式如上图所示。然后可按转轴轴上零件的顺序，从dmin处开始设计。2）联轴器及轴段1的设计：dmin就是轴段1的直径，又考虑到轴段1上安
9、装联轴器，因此，轴段1的设计和联轴器的设计同时进行。由于联轴器的一端连接工作机一端连接轴，其转速比较低，传递转矩比较大。考虑到安装时不一定能保证同心度，采用有良好的补偿位移偏差性能的刚性可移式联轴器。选用金属滑块联轴器。则转矩由参考文献【3】查得联轴器的轴孔长度为70mm，许用转矩为500N*m许用转速为250r/min，轴径范围为3640mm，考虑到轴段3连接的是轴承，故取L1=70mm ，d1=40mm。3） 密封圈与轴段2的设计：考虑到联轴器右端的固定和密封圈的标准，取轴段d2=48mm，密封圈为毛毡油封密封圈FZ/T92010-1991中直径是50的。4）轴段3与轴段6：考虑到蜗杆减速
10、器有轴向力，轴承类型选用圆锥滚子轴承，轴段3上安装轴承，要使轴承便于安装又符合轴承内径系列，暂取轴承型号为30210，查轴承手册，其内径d=50mm，外径D=90mm，宽度B=20mm，故取d3=d6=50mm，考虑到安装挡油板时的侧隙，L3=50mm，轴段6除了安装轴承外还有有加工倒角，故L6=34mm。5）蜗轮与轴段4：轴段4上安装蜗轮，为了方便安装蜗轮d4应该略大于d3，取d4=52mm，按照蜗轮的设计，蜗轮的轮毂宽为（1.51.9）d5，取轮毂宽为78mm，则轴段5的长度略小于蜗轮轮毂宽度，取L5=75mm6） 轴肩5的设计：轴段6上安装与轴段3成对的挡油板，考虑到轴承受力的对称性轴肩
11、5的长度L5=11mm。7）轴段2的长度：轴段2的长度根据箱体的壁厚、轴承凸台的厚度、轴承端盖的厚度以及联轴器类型确定:L2=50mm8）键连接：联轴器及蜗轮的轴向连接均采用普通平键连接，分别为键128GB/T1096-1990及键1610GB/T1096-1990.4. 轴受力分析 1）蜗轮轴受力：2）计算支撑反力在水平面上负号表示力的方向于受力简图中所设方向相反。在垂直平面上轴承上的总支承反力轴承上的总支承反力3） 画弯矩图在水平面上 A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：在竖直平面上合成弯矩A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：4） 画转矩图5. 校核轴的强度A-A剖面左侧因弯矩大、有转矩，还有键引
12、起的应力集中，故A-A剖面左侧为危险截面。抗弯剖面模量为抗扭剖面模量弯曲应力 扭剪应力对于调质处理的45钢，由参考文献【1】表10.1查得，由参考文献【1】表10.1注查得材料的等效系数，。键槽引起的应力集中系数，由参考文献【1】附表10.4查得绝对尺寸系数，由参考文献【1】附图10.1查得轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献【1】附图10.1和附表10.2查得。安全系数计算如下：查参考文献【1】表10.5得许用安全系数，显然，故A-A剖面安全。对于单向转动的转轴，通常用转矩按脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为已知轴的材料为45钢，调制处理，查得。显然，故轴的A-A剖面左侧的强度满足要求
13、。6. 校核键连接的强度（1）联轴器处键连接的挤压应力取键、轴、联轴器的材料都为钢，机械设计教材上表得。显然，故强度足够。（2）齿轮处键连接的挤压应力取键、轴、齿轮的材料都为钢，查表6.1得。显然，故强度足够。7. 校核轴承寿命由参考文献【2】表12.4知，轴承30210的。(1) 计算轴承的轴向力。轴承、的内部轴向力分别为的方向如图一所示，同向，则显然，,因此轴有左移趋势，但由轴承部件的结构图分析可知轴承I将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为图一：轴承布置及受力比饺两轴承的受力，因，故只需校核轴承。（2） 计算当量动载荷。由，查表得因为所以当量动载荷（3） 校核轴承寿命。轴承在以下工作，查
14、参考文献【1】表11.9得。平稳，查表11.10，得。轴承I的寿命为已知减速器使用5年，三班制工作，则预期寿命显然，故轴承寿命很充裕。4.2蜗杆轴的设计计算1. 选择轴材料因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45#钢，调质处理2. 估算轴的基本直径对于转轴，按扭转强度初算轴径，查参考文献【1】表9.4得C=106118，考虑到轴端的弯矩和转矩的大小，故取C=110则考虑到键槽的影响，取根据传动装置的工作条件，拟选用LX型弹性柱销联轴器（GB/T 50142003）。根据，LX1型联轴器就能满足传递转矩的要求。但Y112M-6电机轴径28mm，故选用LX2型联轴
15、器，减速器高速轴轴伸处的直径=20mm。3轴的结构设计（1）初定各段轴径的确定位置轴径/mm说明联轴器处20按传递转矩估算的基本直径以及联轴器的内径取油封处30满足联轴器的轴向定位，并满足封油标准轴承处50轴承为圆锥滚子轴承，初定轴承型号30205，故该段轴径为25，两端相同轴肩60涡杆处63（分度圆）轴承处66与轴段三相符（2）确定各轴段长度轴的各段长度在草图绘制过程中逐段确定，结果如下：50mm（联轴器LX2处）、50mm（油封处）21mm（轴承处）、8mm（轴肩）、30mm、110mm、30mm（涡杆轴）、10mm（轴肩）、52mm（轴承处）：（3）传动零件的轴向固定联轴器处采用普通平键
16、由该段轴径选用键GB 1096-2003。（4）其他尺寸。为方便加工，并参照30205型轴承的安装尺寸，逐段过度4. 轴受力分析 1）蜗杆轴受力：2）计算支撑反力在水平面上负号表示力的方向于受力简图中所设方向相反。在垂直平面上轴承上的总支承反力轴承上的总支承反力5） 画弯矩图在水平面上 A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：在竖直平面上合成弯矩A-A剖面左侧：A-A剖面右侧：6） 画转矩图5. 校核轴的强度A-A剖面左侧因弯矩大、有转矩，还有键引起的应力集中，故A-A剖面左侧为危险截面。抗弯剖面模量为抗扭剖面模量弯曲应力 扭剪应力对于调质处理的45钢，由参考文献【1】表10.1查得，由表10.1注查
17、得材料的等效系数，。键槽引起的应力集中系数，由参考文献【1】附表10.4查得绝对尺寸系数，由参考文献【1】附图10.1查得轴磨削加工时的表面质量系数由参考文献【1】附图10.1和人附表10.2查得。安全系数计算如下：查参考文献【1】表10.5得许用安全系数，显然，故A-A剖面安全。对于单向转动的转轴，通常用转矩按脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为已知轴的材料为45钢，调制处理，查得。显然，故轴的A-A剖面左侧的强度满足要求。6. 校核键连接的强度联轴器处键连接的挤压应力取键、轴、联轴器的材料都为钢，机械设计教材上表得。显然，故强度足够。7. 校核轴承寿命由参考文献【2】表12.4知，轴承
18、30210的。(2) 计算轴承的轴向力。轴承、的内部轴向力分别为的方向如图一所示，同向，则显然，,因此轴有左移趋势，但由轴承部件的结构图分析可知轴承I将使轴保持平衡，故两轴承的轴向力分别为图一：轴承布置及受力比饺两轴承的受力，因，故只需校核轴承。（4） 计算当量动载荷。由，查表得因为所以当量动载荷（5） 校核轴承寿命。轴承在以下工作，查表11.9得。平稳，查表11.10，得。轴承I的寿命为已知减速器使用5年，三班制工作，则预期寿命，故轴承寿命满足要求。5.箱体的设计参考机械设计手册V5m/s，采用下置剖分式蜗杆减速器箱体的材料及制造方法：选用铸铁HT100，砂型铸造。根据传动中心距a可以确定铸
19、铁蜗杆减速器机体的结构尺寸计算表如下：名称符号计算公式数据（单位mm）机座壁厚10机盖壁厚9机座凸缘厚度15机盖凸缘厚度12机座底凸缘厚度25地脚螺钉直径16地脚螺钉数目4轴承旁连接螺栓直径12机盖与机座螺栓直径10连接螺栓d2的间距150200轴承端盖螺钉直径8窥视孔盖螺钉直径6定位销直径10df、d1、d2至外机壁距离见表4.2df、d2至凸缘距离轴承旁凸台半径外机壁至轴承座端面距离48内机壁至轴承座端面距离58蜗轮外圆与内机壁距离15蜗轮轮毂与内机壁距离12机盖、机座肋厚轴承端盖外径 轴承端盖凸缘厚度10 表4.2连接螺栓扳手空间c1，c2值和沉头座直径表螺栓直径M8M10M12M16M
20、20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径202426324048606.减速器的附件设计1. 窥视孔和窥视孔盖的设计窥视孔的作用是方便人手伸入机箱内手动调节蜗轮的轮齿啮合，因此窥视孔盖的大小应该能伸入手的大小，如果太大，结构会显得不合理而且加工费用会比较贵，综合上述因素，按照机械设计课程设计的表14.7选择窥视孔的参数如下表（单位mm）ABA1B1CC1C2R螺钉尺寸螺钉数目11090140120125801055M62042. 通气器的设计根据减速器的工作环境，选择带过滤网的防尘式通气器，根据机体的大小按照参考文献【4】图号16号选择的通气器参数如下
21、表（单位mm）dd1d2d3d4Dhabch1RD1kefM15M311.543.51640341161221.536264223. 放油孔及放油螺栓的设计放油螺栓的设计按照参考文献图号17号选取的螺栓及油圈参数如下表（单位mm）螺纹dDD1SLhbeH材料M201.53030213110232.72皮封油圈-工业皮革螺塞-Q2354. 油标的设计考虑到减速器的结构简单原则，选用杆式油标，其油标孔直接在减速器箱体上铸出，按照参考文献【4】图号16号选取油标的参数如下表(单位mm)dd1d2d3habcDD1M206208421510632265. 高速轴输入端的联轴器设计为了减小启动转矩，联轴
22、器应具有较小的转动惯量和良好的减震性能，因此选用弹性联轴器，联轴器一端连接电动机，一端连接蜗杆轴，故选d1=28，d2=20，联轴器的型号为LX26.低速轴输出端的联轴器设计由于联轴器的一端连接工作机一端连接轴，其转速比较低，传递转矩比较大。考虑到安装时不一定能保证同心度，采用有良好的补偿位移偏差性能的刚性可移式联轴器。选用金属滑块联轴器。则转矩由参考文献【3】查得联轴器许用转矩为500N*m许用转速为250r/min，轴径范围为3640mm，联轴器一端连接蜗轮轴，一端连接卷筒轴，故选d1=40，联轴器型号为LX27.螺栓，螺母，螺钉的选择考虑到减速器的工作条件，后续箱体附件的结构，以及其他因
23、素的影响选用：螺栓GB/T5780-2000 M8*28 数量为24个；GB/T 5780-2000 M12*117 数量为4个；GB/T 5780-2000 M10*45 数量为4个；GB/T 5780-2000 M6*19 数量为4个。螺母GB/T 41-2000 M10 数量为4个；GB/T 41-2000 M12 数量为4个。8.销，起盖螺钉、垫圈垫片的选择选用销GB117-86，,数量为2个；选用起盖螺钉，数量为1个；选用弹簧垫圈GB/T93 10，数量为4个,GB/T93 12，数量为4个；选用石棉橡胶密封圈2个；选用08F调整垫片 4个。9.吊耳和吊钩为了拆卸及搬运减速器，应在箱
24、盖上铸出吊耳环，并在箱座上铸出吊钩，吊钩和吊耳的尺寸可以根据具体情况加以修改。6.减速器的润滑 减速器中蜗轮和轴承都需要良好的润滑，起主要目的是减少摩擦磨损和提高传动效率，并起冷却和散热的作用。另外，润滑油还可以防止零件锈蚀和降低减速器的噪声和振动等。浸油润滑不但起到润滑的作用，同时有助箱体散热。为了避免浸油的搅动功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度H1 对于蜗杆下置一般为（0.75 1）个齿高，但油面不应高于蜗杆轴承下方滚动体中心，取浸油深度H1为10mm。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热，取油池深度H230
25、50mm。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、被污染的程度。查手册选择L-CKB 150号工业齿轮润滑油。本设计选取润滑油温度时的蜗轮蜗杆油，蜗轮采用浸油润滑，浸油深度约为12个螺牙高，但油面不应高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心蜗轮圆周速度v5m/s所以采用浸油润滑；轴承采用脂润滑。查参考文献【3】，润滑油的粘度为118cSt（100C）。润滑脂的牌号为ZL-2。7.减速器的密封减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承内侧、箱体接合面和轴承盖、窥视孔和放油的接合面等。（1）轴伸出处的密封作用是使滚动轴承与箱外隔绝，防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。由脂润滑选用毡圈密封，毡圈密封结构简单、价格便宜、安装方便、但对轴颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。（2）轴承内侧的密封该密封处选用挡油环密封，其作用用于脂润滑的轴承，防止过多的油进入轴承内，破坏脂的润滑效果。（3）箱盖与箱座接合面的密封的接合面上涂上密封胶。10.参考文献【1】宋宝玉，王黎钦，机械设计，高等教育出版社，2010；【2】宋宝玉，吴宗泽，机械设计课程设计指导书，高等教育出版社，2010【3】朱龙根，机械设计手册，机械工业出版社；【4】宋宝玉，简明机械设计课程设计图册，高等教育出版社，2010；【5】宋宝玉，机械设计，哈尔滨工业大学出版社，2003。
