机械设计课程设计蜗轮蜗杆传动
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机械设计课程设计蜗轮蜗杆减速器的设计一、选择电机1)选择电动机类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相异步电动机。
2)选择电动机的容量工作机的有效功率为从电动机到工作机输送带间的总效率为=式中各按【1】第87页表9.1取η-联轴器传动效率:0.991η-每对轴承传动效率:0.982η-涡轮蜗杆的传动效率:0.803η-卷筒的传动效率:0.964所以电动机所需工作功率3)确定电机转速工作机卷筒的转速为所以电动机转速的可选围是:符合这一围的转速有:750、1000、1500三种。
综合考虑电动机和传动装置尺寸、质量、价格等因素,为使传动机构结构紧凑,决定选用同步转速为1000。
根据电动机的类型、容量、转速,电机产品目录选定电动机型号Y112M-6,其主要性能如下表1:表1 Y112M-6型电动机的主要性能型号额定功率满载时质量/kg转速/(电流/A(380V)效率/%功率因数Y112M-6 2.2 940 5.6 80.5 0.74 2.0 452 确定传动装置的总传动比和分配传动比:总传动比:3 计算传动装置各轴的运动和动力参数:1)各轴转速:Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴2)各轴输入功率:Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴3)各轴输入转矩:电机轴的输出转矩Ⅰ轴Ⅱ轴卷筒轴运动和动力参数结果如下表:轴名功率P/kW转矩T/)转速n/传动比i效率/电机轴 2.07 940 115.610.990.80.971轴 2.06 9402轴 1.65 62卷筒轴 1.60 62二、涡轮蜗杆的设计1、选择材料及热处理方式。
考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度也不高,蜗杆选用45号刚制造,调至处理,表面硬度220250HBW;涡轮轮缘选用铸锡磷青铜,金属模铸造。
2、选择蜗杆头数和涡轮齿数i=15.16 =2 =i=215.16303、按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径1)确定涡轮上的转矩,取,则2)确定载荷系数K=根据工作条件确定系数=1.15 =1.0 =1.1K==1.15 1.0 1.1=1.2653)确定许用接触应力由表查取基本许用接触应力=200MPa应力循环次数 N=故寿命系数4)确定材料弹性系数5)确定模数m和蜗杆分度圆直径查表取m=6.3mm,=80mm4、计算传动中心距a。
第3章带式输送机传动装置的设计设计过程设计结果3.1设计任务书输送带工作速度;输送带工作拉力;滚筒直径;滚筒效率(包括滚筒与轴承的效率损失);工作情况两班制,连续单向运转,载荷较平稳;使用折旧期8年;工作环境室内,灰尘较大,环境最高温度35℃;动力来源电力,三相交流电压;检修间隔期四年一次大修两年一次中修半年一次小修;制造条件及生产批量一半机械厂制造,小批量生产。
图1.1总体方案简图3.2原动机选择3.2.1选择电动机按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷式笼形三相异步电机,电压380V由传动方案可以估算出系统的传动效率联轴器效率滚动轴承传动效率蜗杆传动效率传动滚筒效率设计过程设计结果则电机输入功率为根据已知条件及计算结果选择Y160L-4型号的电机,其各项参数如下额定功率11kw额定电压220 ~380v满载转速1460r/min3.2.2计算传动比和传动比分配总传动比3.2.3传动装置的运动和动力参数的计算1.各轴转速:2.各轴功率:3.各轴扭矩:额定功率11kw额定电压220 ~380v满载转速1460r/min设计过程设计结果3.4传动零件的设计计算3.4.1 按齿面接触疲劳强度进行设计选用渐开线ZI蜗杆8级精度材料:蜗轮ZC U S n10PL(调质)硬度为280HBS蜗杆45#钢(调质)硬度为240HBS,硬度相差40HBS蜗杆输入功率为10.22kW,蜗杆转速1460r/min,传动比i=24.56,小批量生产传动不反向,工作载荷稳定。
确定作用在涡轮上的转矩确定载荷系数因工作载荷较稳定故取载荷分布不均悉数=1使用系数动载系数确定弹性影响系数因选用青铜蜗轮与刚蜗杆相配,故=160先假设分度圆直径和传动中心距a的比值可查得确定许用应力要求寿命两班制8年应力循环系数寿命系数设计内容设计结果计算按中心距取中心距a=225mm m=8 =80 i=24.56所以因此以上结果可用3.4.2 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1)蜗杆的主要参数与几何尺寸轴向齿距直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚2)蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗轮齿数变位系数a=225mm m=8i=24.56蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径设计内容设计结果蜗轮咽喉母圆半径校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数齿形系数螺旋角系数许用弯曲应力[ZC U S n10PL制造的蜗轮的基本许用弯曲应力为[寿命系数弯曲强度满足3.4.3验算效率查表大于原估计值,故不用重算设计内容设计结果3.4.4热平衡计算蜗杆的传递功率P=8.176kw取则正常工作所需面积箱体面积为需增设散热片,散热片尺寸如图,共36片图3.2散热片尺寸图散热片所增加面积为S′=1.63则总散热面积为符合散热要求3.5轴的计算3.5.1蜗轮轴的设计计算S′=1.63初步确定轴的最小直径联轴器计算转矩选用TLL1P93联轴器。
机械设计课程设计蜗轮一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解蜗轮的结构、工作原理和基本设计方法,掌握蜗轮的绘制和分析能力,培养学生对机械设计的兴趣和创新能力。
1.知识目标:使学生了解蜗轮的基本结构、分类、材料、热处理和安装等方面的知识。
2.技能目标:培养学生运用力学原理分析蜗轮受力情况,能运用相关软件绘制蜗轮三维模型,并对其进行运动学和动力学分析的能力。
3.情感态度价值观目标:培养学生热爱工程技术,勇于实践,善于合作,追求创新的精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括蜗轮的结构与分类、蜗轮的材料与热处理、蜗轮的安装、蜗轮的设计方法等。
1.蜗轮的结构与分类:介绍蜗轮的基本结构,包括蜗轮本体、蜗杆、轴承等,以及蜗轮的分类,包括圆柱蜗轮、圆锥蜗轮、球面蜗轮等。
2.蜗轮的材料与热处理:介绍蜗轮的材料选择,包括铸铁、钢、铝等,以及蜗轮的热处理工艺,包括退火、淬火、回火等。
3.蜗轮的安装:介绍蜗轮的安装方法,包括螺纹连接、焊接、法兰连接等,以及安装注意事项。
4.蜗轮的设计方法:介绍蜗轮的设计方法,包括力学分析、参数选择、几何参数计算等。
三、教学方法本节课采用讲授法、案例分析法和实验法相结合的教学方法。
1.讲授法:通过讲解蜗轮的基本概念、结构、分类、材料、热处理和安装等方面的知识,使学生掌握蜗轮的基本理论。
2.案例分析法:分析典型的蜗轮设计案例,使学生了解蜗轮设计的方法和步骤,提高学生的实际操作能力。
3.实验法:安排实验室实践环节,使学生在实际操作中掌握蜗轮的结构、工作原理和设计方法。
四、教学资源本节课的教学资源包括教材、多媒体资料、实验设备和网络资源。
1.教材:选用国内知名出版社出版的《机械设计》教材,作为学生学习的主要参考资料。
2.多媒体资料:制作精美的PPT课件,图文并茂地展示蜗轮的结构、工作原理和设计方法。
3.实验设备:安排实验室实践环节,使学生在实际操作中掌握蜗轮的结构、工作原理和设计方法。
4.网络资源:利用互联网查找相关资料,了解蜗轮的最新研究动态和发展趋势。
机械设计课程设计蜗轮蜗杆传动目录第一章总论........................................... - 2 -一、机械设计课程设计的内容....... - 2 -二、设计任务................................... - 3 -三、设计要求................................... - 4 - 第二章机械传动装置总体设计........... - 4 -一、电动机的选择........................... - 4 -二、传动比及其分配....................... - 5 -三、校核转速................................... - 5 -四、传动装置各参数的计算........... - 5 - 第三章传动零件—蜗杆蜗轮传动的设计计算........................................................... - 6 -一、蜗轮蜗杆材料及类型选择....... - 6 -二、设计计算................................... - 6 - 第四章轴的结构设计及计算............. - 10 -一、安装蜗轮的轴设计计算......... - 11 -二、蜗杆轴设计计算..................... - 15 - 第五章滚动轴承计算......................... - 17 -一、安装蜗轮的轴的轴承计算..... - 18 -二、蜗杆轴轴承的校核................. - 18 -第六章键的选择计算......................... - 19 - 第七章联轴器..................................... - 20 - 第八章润滑及密封说明..................... - 20 - 第九章拆装和调整的说明................. - 20 - 第十章减速箱体的附件说明............. - 21 - 课程设计小结......................................... - 22 - 参考文献................................................. - 23 -第一章总论一、机械设计课程设计的内容机械设计课程设计包括以下内容:1.传动方案的分析与选择;2.电动机的选择与运动参数的计算;3.传动件设计;4.轴的设计;5.轴承及其组合部件设计;6.键和联轴器的选择及其校核;7.箱体,润滑机器和附件设计;8.装配图的设计及绘制;9.零件图的设计及绘制;10.编写设计说明书。
蜗轮蜗杆典型例题1. 如图所示,蜗杆主动,主动轮扭矩m N T .201=,模数mm m 4=,21=Z ,mm d 501=, 蜗轮齿数,502=Z 传动的啮合效率75.0=η。
试确定:(1)蜗轮的转向;(2)蜗轮蜗杆所受各力的大小和方向。
2. 如图所示为蜗杆传动和圆锥齿轮传动的组合。
已知输出轴上的圆锥齿轮4Z 的转向4n :(1)欲使中间轴上的轴向力能部分抵消,试确定蜗杆传动的螺旋线方向和蜗杆的转向;(2)在图上标出各轮轴向力的方向。
3. 判断图中各蜗杆、蜗轮的转向和螺旋线方向(按构件1主动)画出各蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。
4. 已知两蜗杆均为右旋,轴Ⅰ为输入轴,转向如图所示。
试分析:(1)各蜗杆、蜗轮的螺旋线方向;(2)Ⅲ转向; (3) 蜗杆3和蜗轮2的受力方向。
5. 指出图中未注明的蜗轮的转向和螺旋线方向,并画出蜗杆、蜗轮所受三个力的方向。
6. 手动绞车采用圆柱蜗轮传动。
已知:mm m 8=,11=Z ,mm d 801=,402=Z ,卷筒直径mm D 200=。
问:(1)欲使重物W 上升1m ,蜗杆应转多少转? (2)蜗杆与蜗轮间的当量摩擦系数18.0='f ,该机构能否自锁? (3) 若重物W=5KN ,手摇时施加的力F=100N ,手柄转臂的长度l 应为多少?(题6图)7. 如图所示一开式蜗杆传动起重机构,蜗杆与蜗轮之间当量摩擦系数f=0.16(不计轴承摩擦损失),起重时,作用于手柄之力F=200N 。
求:(1)蜗杆分度圆导程角γ,此机构是否自锁?(2)起重、落重时蜗杆的转向(各用一图表示);(3)起重、落重时蜗杆的受力方向(用三个分力表示);(4)起重时的最大起重量及蜗杆所受的力(用三个分力表示),重物的重量为W;(5)落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力(用三个分力表示)。
(6)重物停在空中时蜗杆所受的力为W;(5)落重时所需手柄推力及蜗杆所受的力(用三个分力表示)。
(6)重物停在空中时蜗杆所受的力。
目录第一章总论......................................................... - 2 -一、机械设计课程设计的容......................................... - 2 -二、设计任务..................................................... - 2 -三、设计要求..................................................... - 3 - 第二章机械传动装置总体设计......................................... - 3 -一、电动机的选择................................................. - 4 -二、传动比及其分配............................................... - 4 -三、校核转速..................................................... - 5 -四、传动装置各参数的计算......................................... - 5 - 第三章传动零件—蜗杆蜗轮传动的设计计算............................. - 5 -一、蜗轮蜗杆材料及类型选择....................................... - 6 -二、设计计算..................................................... - 6 - 第四章轴的结构设计及计算.......................................... - 10 -一、安装蜗轮的轴设计计算........................................ - 10 -二、蜗杆轴设计计算.............................................. - 15 - 第五章滚动轴承计算................................................ - 17 -一、安装蜗轮的轴的轴承计算...................................... - 18 -二、蜗杆轴轴承的校核............................................ - 18 - 第六章键的选择计算................................................ - 19 - 第七章联轴器...................................................... - 20 - 第八章润滑及密封说明.............................................. - 20 - 第九章拆装和调整的说明............................................ - 20 - 第十章减速箱体的附件说明.......................................... - 20 - 课程设计小结........................................................ - 21 - 参考文献............................................................ - 22 -第一章总论一、机械设计课程设计的容机械设计课程设计包括以下容:1.传动方案的分析与选择;2.电动机的选择与运动参数的计算;3.传动件设计;4.轴的设计;5.轴承及其组合部件设计;6.键和联轴器的选择及其校核;7.箱体,润滑机器和附件设计;8.装配图的设计及绘制;9.零件图的设计及绘制;10.编写设计说明书。
二、设计任务1、设计题目设计用于带速传输机的传动装置。
2、工作原理及已知条件工作原理:工作传动装置如下图所示: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3、设计数据:运输带工作拉力F=3200N运输带工作速度v=0.85m/s卷筒直径D=410mm工作条件:运输机使用期5年、两班制工作、单向运转、工作平稳、运输带速度允许误差±5%、减速器由一般规模厂中小批量生产。
4、传动装置方案:蜗轮蜗杆传动三、设计要求1、设计说明书 1份【7000~9000字,按标准格式书写(电子版)】2、减速器装配图草图 1【A1图,手工绘图,坐标纸】3、减速器装配图 1【A1图,电脑绘图】4、任一轴零件图 1【A3图,手工绘图】5、任一齿轮零件图 1【A3图,手工绘图】第二章机械传动装置总体设计机械传动装置总体设计的主要任务是分析研究和拟定传动方案、电动机的选择、传动比的分配及计算、传动装置的运动参数及动力参数计算,为后续的传动设计和装配图绘制提供依据。
一、电动机的选择根据工作机的负荷、特性和工作环境,选择电动机的类型、结构形式和转速,计算电动机功率,最后确定电动机型号。
1、选择电动机的类型按工作要求和条件选取Y系列一般用途全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机。
2、选择电动机容量(1)工作机各传动部件的传动效率及总效率其中弹性联轴器的传动效率η1=0.99;单线蜗杆与蜗轮的传动效率η2=0.75;运输机驱动轴一对滚动轴承的效率η3=0.99;凸缘联轴器的传动效率η4=0.99所以减速机构的总效率ηηηηη42321⨯⨯⨯==0.99×0.75×0.992×0.99=0.7203 (2)选择电动机的功率所选电动机的额定功率应该等于或稍大于工作要求的功率。
容量小于工作要求,则不能保证工作机的正常工作,或使电动机长期过载、发热大而过早损坏;容量过大,则增加成本,并且由于效率和功率因数低而造成电能浪费。
①带式运输机所需的功率:P w =F ·v /1000 ηw =3200×0.85/1000×1=2.72kW (其中ηw 为工作机传动效率且ηw =1);②初步估计电动机额定功率P :所需电机输出的功率P d = P w / η=2.72/0.72=3.78kW ;③查《机械设计课程设计》表2.1,选取Y112M-4电动机,主要参数如下: 额定功率P=4kw满载转速n m =1440 r/min 电机轴伸出端直径:28mm 伸出端安装长度:60mm二、传动比及其分配1、查《机械设计》书中得各级齿轮传动比如下:82~5=蜗杆i ;理论总传动比:82~5==蜗杆总i i ;运输机驱动滚筒转速n w =D v π100060⨯=41085.0100060⨯⨯⨯π=39.62r/min ;根据初选电机转速n m =1440 r/min ,计算总传动比i'=n m /n w =1440/39.62=36.35。
由工作原理图可知该传动装置为蜗轮蜗杆单级传动,即总传动比就等于蜗轮蜗杆传动比。
2、查《机械设计》表11-1,取蜗杆头数z 1=1,蜗轮齿数z 2=36,则实际总传动比i=12z z =36。
三、校核转速滚筒的实际转速n w '= n m /i =1440/36=40。
转速误差Δn w = ww w n 'n -n =39.6240-39.62=0.97%<5%,符合要求。
四、传动装置各参数的计算1、各轴功率计算蜗杆输入功率:P1=Pη1=4×0.99=3.96kW蜗轮输出功率:P2= P1η2= Pη1η2=2.97kW滚筒轴的传递功率:P3= P2η1η3=2.97×0.99×0.99=2.91kW2、各轴转速计算由于蜗杆是通过联轴器与电机伸出轴连接在一起,故蜗杆转速等于电机转速即n1=nm=1440 r/min;涡轮轴的转速n2=n1/i=1440/36=40 r/min;滚筒轴转速n3=n2=40 r/min。
3、各轴转矩计算蜗杆传递的转矩T1=9550×P1/n1=26.26 N·m蜗轮轴传递的转矩T2=9550×P2/n2=709.09 N·m滚筒轴传递的转矩T3=9550×P3/n3=694.76 N·m第三章传动零件—蜗杆蜗轮传动的设计计算传动装置中传动零件的参数、尺寸和结构,对其他零部、件的设计起决定性的作用,因此,应首先设计计算传动零件。
当减速器有传动件时,应先设计减速器外的传动零件。
一、蜗轮蜗杆材料及类型选择1、选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐,选用渐开线蜗杆(ZI)。
2、选择材料考虑到蜗杆传动的功率不大,速度中等,故蜗杆采用45刚;而又希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为45~55HRC;蜗轮选用铸锡磷青铜(ZCuSn10P1),砂模铸造;为了节约贵重有色金属,仅齿圈用青铜铸造,而轮芯用灰铸铁(HT100)制造。
二、设计计算1、按齿面接触强度设计根据闭式蜗杆蜗轮的设计准则,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》根据式子:m 2d ≥KT 222)][480(Hz σ (1)确定载荷系数因工作是有轻微振动,故取载荷分布不均匀系数βK =1,由《机械设计》表11-5选取使用系数A K =1,由于转速不是很高,冲击不大,可选取动载荷系数V K =1.1,则 K=βK A K V K =1×1.05×1≈1.1(2)确定弹性影响系数E Z因为选用的是锡磷青铜(ZCuSn10P1)的蜗轮和45刚蜗杆相配,故E Z =MPa 160(3)确定许用接触应力[σ]H根据蜗轮材料为锡磷青铜(ZCuSn10P1),金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC ,可从《机械设计》表11-7查得蜗轮的基本许用应力[]'H σ =268 MPa 。
应力循环次数N=60h L jn 2=60×1×40×(16×5×365)=7.008×710,寿命系数HN K ==⨯87710008.7100.784 ,则[]H σ=HN K []‘H σ=0.784⨯268=210.1 MPa (4)计算m 2d由于z 2=36,T 2=709.09 N ·m=709.09×103 N ·mm ,故 m 2d ≥KT 222)][480(H z σ=1.1×709.09×103×2)21036480(⨯=3144.33 mm 3因z 1=1,故从《机械设计》表11-2中查取模数m=6.3 mm,蜗杆分度圆直径d 1=112mm 。