700T單級蝸輪蝸桿減速器設計【環(huán)面蝸輪蝸桿減速器】【運輸帶牽引力F=70N 輸送速度V=0.4m-s 滾筒直徑D=350mm】【說明書+CAD】
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畢業(yè)論文(設計)
題 目 單級蝸輪蝸桿減速器設計
系 部 機械工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年級
學生姓名
學 號
指導教師
單級蝸輪蝸桿減速器設計
專業(yè):機械設計制造及其自動化
摘 要
在論文中,首先,對蝸輪蝸桿作了簡單的介紹,接著,闡述了蝸輪蝸桿的設計原理和理論計算。然后按照設計準則和設計理論設計了環(huán)面蝸輪蝸桿減速器。接著對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計代表了蝸輪蝸桿設計的一般過程。對其他的蝸輪蝸桿的設計工作也有一定的價值。
目前,在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計、制造以及應用上,國內與國外先進水平相比仍有較大差距。國內在設計制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在著很大程度上的缺點,正如論文中揭示的那樣,重要的問題如:輪齒的根切;蝸桿毛坯的正確設計;蝸輪蝸桿的校核。
關鍵詞:蝸輪蝸桿減速器, 蝸桿, 滾動軸承
Design of single stage worm reducer
Major: Mechanical Engineering and automation
Abstract
In this paper, firstly, the worm are introduced, then, expounds the design principle and the theoretical calculation of the worm and worm gear. Then in accordance with the design criteria and design theory to the design of toroidal worm reducer. Then the components of the reducer to the size of the calculation and verification. The design represents the general process of worm gear design. On the other worm design work also has a certain value.
At present, the torus worm reducer design, manufacture and application of domestic, compared with foreign advanced level there are still large gaps. There are a lot of defects in the design and manufacture of toroidal worm reducer process, as revealed by the paper, important issues such as: cutting the root of the tooth; Worm rough the correct design; the worm check.
Key words: worm gear reducer, worm, rolling bearing
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1研究的目的和意義 1
1.2 粉碎機的分類及工作原理詳解 1
第2章 塊狀物質振動式粉碎機的工作原理和構造 4
2.1概述 4
2.2 塊狀物質振動式粉碎機的工作原理與結構 4
2.2.1 粉碎機 4
2.2.2 其他塊狀物質振動式粉碎機 5
2.3 齒塊狀物質振動式粉碎機的構造 8
2.3.1破碎裝置 8
2.3.2調整裝置 8
2.3.3彈簧保險裝置 8
2.3.4傳動裝置 9
2.3.5機架 10
第3章 粉碎機主要零部件的設計 10
3.1塊狀物質振動式粉碎機主要執(zhí)行機構參數的計算 10
3.1.1嚙角的確定 10
3.1.2給礦粒度和轉子直徑 11
3.1.3 輥子轉數 12
3.2 輥皮的設計 13
3.2.1塊狀物質振動式粉碎機輥皮的失效形式分析 13
3.2.2輥皮的設計原則 14
3.2.3 輥皮結構設計 15
第4章 粉碎機的傳動方案設計選擇 16
4.1 生產能力 16
4.2 電動機功率 17
4.3 傳動比的確定 17
4.4 V帶的設計 18
4.5 傳動軸的設計與計算 21
4.5.1 輥的受力分析 22
4.5.2 軸的設計 23
4.5.3軸的結構設計 24
4.5.4軸上零件的周向定位 26
4.5.5 軸的校核 26
4.5.6軸的結構圖 29
結束語 30
參考文獻 31
致謝 32
第1章 選定設計方案
根據設計要求并結合以上分析,我們在設計中采用環(huán)面蝸桿減速器。
具體設計方案是:選用的電動機由凸緣聯軸器將電動機軸和準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯接,經過減速器的減速,再有凸緣聯軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯接,將減速器輸出軸的轉速傳給滾筒。
擬采用蝸輪蝸桿減速器,傳動簡圖如圖6.1所示。
圖6.1 傳動裝置簡圖
1—電動機 2、4—聯軸器 3—級蝸輪蝸桿減速器
5—傳動滾筒 6—輸送帶
第2章 電動機的選擇
2.1 初選電動機類型和結構型式
電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產單位一般多采用三相交流電源,因為此,無特殊要求時均應選用三相交流電動機,其中以三相異步交流電動機應用最廣泛。根據 不同防護要求,電動機有開啟式、防護式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結構型式。
Y系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機,由于其結構簡單、工作作可靠、價格低廉、維護方便,因此廣泛應用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上,如金屬切削機床、運輸機、風機、攪拌機等。對于經常起動,制動正反轉的機械,如起重、提升設備,要求電動機具有較小的轉動慣量和較大過載能力,應選用冶金及起重用三相異步電動機Yz型(籠型)或YzR型(繞線型)。
(1)選擇電動機的類型
按工作條件和要求,選用一般用途的Y系列三相異步電動機,封閉式結構,電壓380V。
(2)選擇電動機的功率
電動機所需的功率 = /
式中 —工作機要求的電動機輸出功率,單位為KW;
η—電動機至工作機之間傳動裝置的總效率;
—工作機所需輸入功率,單位為KW;
輸送機所需的功率輸送機所需的功率P=Fv/1000·w
2.2 電動機的功率
一、 電動機的選擇:
由于該生產單位采用三相交流電源,可考慮采用Y系列三相異步電動機。三相異步電動機的結構簡單,工作可靠,價格低廉,維護方便,啟動性能好等優(yōu)點。一般電動機的額定電壓為380V
根據生產設計要求,該減速器卷筒直徑D=350mm。運輸帶的有效拉力F=7000N,帶速V=0.4m/s,載荷平穩(wěn),常溫下連續(xù)工作,工作環(huán)境多塵,電源為三相交流電,電壓為380V。
1、 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機,封閉扇冷式結構,電壓為380V,Y系列
2、 傳動滾筒所需功率
電動機輸出功率: kw
工作機所需的功率: =2.8 kw
所以 kw=4.11kw
因載荷輕微振動,電動機即可,故
3、
4、 傳動裝置效率:(根據參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社 第133-134頁表12-8得各級效率如下)其中:
蝸桿傳動效率η1=0.70
攪油效率η2=0.95
滾動軸承效率(一對)η3=0.98
聯軸器效率ηc=0.99
傳動滾筒效率ηcy=0.96
所以:
η=η1?η2?η33?ηc2?ηcy =0.7×0.99×0.983×0.992×0.96 =0.633
電動機所需功率: Pr= Pw/η =3.0/0.633=4.7KW
傳動滾筒工作轉速: nw=60×1000×v / ×350
=21.8r/min
根據容量和轉速,根據參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社 第339-340頁表附表15-1可查得所需的電動機Y系列三相異步電動機技術數據,查出有四種適用的電動機型號,因此有四種傳動比方案,如表3-1:
表3-1
方案
電動機型號
額定功率
Ped kw
電動機轉速 r/min
額定轉矩
同步轉速
滿載轉速
1
Y132S1-2
5.5
3000
2900
2.0
2
Y132S-4
5.5
1500
1440
2.2
3
Y132M2-6
5.5
1000
960
2.0
4
Y160M-8
5.5
750
720
2.0
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比,可見第3方案比較適合。因此選定電動機機型號為Y132M2-6其主要性能如下表3-2:
表3-2
中心高H
外形尺寸
L×(AC/2+AD)×HD
底角安裝尺寸
A×B
地腳螺栓孔直徑K
軸身尺寸
D×E
裝鍵部位尺寸
F×G×D
132
515×(270/2+210)×315
216×178
12
38×80
10×33×38
四、運動參數計算:
4.1蝸桿軸的輸入功率、轉速與轉矩
P0 = Pr=4.7kw
n0=960r/min
T0=9.55 P0 / n0=4.7×103=46.7N .m
4.2蝸輪軸的輸入功率、轉速與轉矩
P1 = P0·η01 = 4.7×0.99×0.99×0.7×0.992 =3.19 kw
nⅠ= = = 27.4 r/min
T1= 9550 = 9550× = 1111.84N·m
4.3傳動滾筒軸的輸入功率、轉速與轉矩
P2 = P1·ηc·ηcy=3.19×0.99×0.99=3.13kw
n2= = = 21.8 r/min
T2= 9550 = 9550× = 1089.24N·m
運動和動力參數計算結果整理于下表4-1:
表4-1
類型
功率P(kw)
轉速n(r/min)
轉矩T(N·m)
傳動比i
效率η
蝸桿軸
4.7
960
46.75
1
0.679
蝸輪軸
3.19
27.4
1111.84
35
傳動滾筒軸
3.13
27.4
1089.24
五、蝸輪蝸桿的傳動設計:
蝸桿的材料采用45鋼,表面硬度>45HRC,蝸輪材料采用ZCuA110Fe3,砂型鑄造。
以下設計參數與公式除特殊說明外均以參考由《機械設計 第四版》 邱宣懷主編 高等教育出版社出版 1996年 第13章蝸桿傳動為主要依據。
具體如表3—1:
表5—1蝸輪蝸桿的傳動設計表
項 目
計算內容
計算結果
中心距的計算
蝸桿副的相對滑動速度
參考文獻5第37頁(23式)
4m/s51.7>100mm
又因軸上有鍵槽所以D6增大3%,則D6=67mm
計算轉矩
Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×3.19/27.4=1667.76N.M<2000 N.M
所以蝸輪軸與傳動滾筒之間選用HL5彈性柱銷聯軸器65×142,
因此=65m m
2.由參考文獻《機械零件設計課程設計》 毛振揚 陳秀寧 施高義 編 浙江大學出版社的第305頁表10-1可查得普通平鍵GB1096—90A型鍵20×110,普通平鍵GB1096—90A型鍵20×70,聯軸器上鍵槽深度,蝸輪軸鍵槽深度,寬度為由參考文獻《機械設計基礎》(下冊) 張瑩 主編 機械工業(yè)出版社 1997年的第316頁—321頁計算得:如下表:
圖中表注
計算內容
計算結果
L1
(由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構)
L1=25
L2
自定
L2=20
L3
根據蝸輪
L3=128
L4
自定
L4=25
L5
(由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構)
L5=25
L6
自定
L6=40
L7
選用HL5彈性柱銷聯軸器65×142
L7=80
D1
(由參考文獻《機械設計課程設計》 劉俊龍 何在洲 主編 機械工業(yè)出版社第182頁表15-1查得滾動軸承6216的基本結構)
D1=80
D2
便于軸承的拆卸
D2=84
D3
根據蝸輪
D3=100
D4
便于軸承的拆卸
D4=84
D5
自定
D5=72
D6
D6>51.7>100mm
又因軸上有鍵槽所以D6增大3%,則D6=67mm
D6=67
7.2軸的校核
7.2.1軸的受力分析圖
圖7.1
X-Y平面受力分析
圖7.2
X-Z平面受力圖:
圖7.3
水平面彎矩
1102123.7
521607
97 97 119
圖7.4
垂直面彎矩 714000
圖7.5
436150.8
合成彎矩
1184736.3
714000
681175.5
圖7.6
當量彎矩T與aT
T=1111840Nmm
aT=655985.6Nmm
圖7.7
7.2.2軸的校核計算如表5.1
軸材料為45鋼,,,
表7.1
計算項目
計算內容
計算結果
轉矩
Nmm
圓周力
=20707.6N
=24707.6N
徑向力
=2745.3N
軸向力
=24707.6×tan 20o
Fr =8992.8N
計算支承反力
=1136.2N
=19345.5N
垂直面反力
=4496.4N
水平面X-Y受力圖
圖7.2
垂直面X-Z受力
圖7.3
畫軸的彎矩圖
水平面X-Y彎矩圖
圖7.4
垂直面X-Z彎矩圖
圖7.5
合成彎矩
圖7.6
軸受轉矩T
T==1111840Nmm
T=1111840Nmm
許用應力值
表16.3,查得
應力校正系數a
a=
a=0.59
當量彎矩圖
當量彎矩
蝸輪段軸中間截面
=947628.6Nmm
軸承段軸中間截面處
=969381.2Nmm
947628.6Nmm
=969381.2Nmm
當量彎矩圖
圖7.7
軸徑校核
驗算結果在設計范圍之內,設計合格
軸的結果設計采用階梯狀,階梯之間有圓弧過度,減少應力集中,具體尺寸和要求見零件圖2(蝸輪中間軸)。
7.3裝蝸輪處軸的鍵槽設計及鍵的選擇
當軸上裝有平鍵時,鍵的長度應略小于零件軸的接觸長度,一般平鍵長度比輪轂長度短5—10mm,由參考文獻1表2.4—30圓整,可知該處選擇鍵2.5×110,高h=14mm,軸上鍵槽深度為,輪轂上鍵槽深度為,軸上鍵槽寬度為輪轂上鍵槽深度為
八、減速器箱體的結構設計
參照參考文獻〈〈機械設計課程設計》(修訂版) 鄂中凱,王金等主編 東北工學院出版社 1992年第19頁表1.5-1可計算得,箱體的結構尺寸如表8.1:
表8.1箱體的結構尺寸
減速器箱體采用HT200鑄造,必須進行去應力處理。
設計內容
計 算 公 式
計算結果
箱座壁厚度δ
=0.04×225+3=12mm
a為蝸輪蝸桿中心距
取δ=12mm
箱蓋壁厚度δ1
=0.85×12=10mm
取δ1=10mm
機座凸緣厚度b
b=1.5δ=1.5×12=18mm
b=18mm
機蓋凸緣厚度b1
b1=1.5δ1=1.5×10=15mm
b1=18mm
機蓋凸緣厚度P
P=2.5δ=2.5×12=30mm
P=30mm
地腳螺釘直徑d?
d?==20mm
d?=20mm
地腳螺釘直徑d`?
d`?==20mm
d`?==20mm
地腳沉頭座直徑D0
D0==48mm
D0==48mm
地腳螺釘數目n
取n=4個
取n=4
底腳凸緣尺寸(扳手空間)
L1=32mm
L1=32mm
L2=30mm
L2=30mm
軸承旁連接螺栓直徑d1
d1= 16mm
d1=16mm
軸承旁連接螺栓通孔直徑d`1
d`1=17.5
d`1=17.5
軸承旁連接螺栓沉頭座直徑D0
D0=32mm
D0=32mm
剖分面凸緣尺寸(扳手空間)
C1=24mm
C1=24mm
C2=20mm
C2=20mm
上下箱連接螺栓直徑d2
d2 =12mm
d2=12mm
上下箱連接螺栓通孔直徑d`2
d`2=13.5mm
d`2=13.5mm
上下箱連接螺栓沉頭座直徑
D0=26mm
D0=26mm
箱緣尺寸(扳手空間)
C1=20mm
C1=20mm
C2=16mm
C2=16mm
軸承蓋螺釘直徑和數目n,d3
n=4, d3=10mm
n=4
d3=10mm
檢查孔蓋螺釘直徑d4
d4=0.4d=8mm
d4=8mm
圓錐定位銷直徑d5
d5= 0.8 d2=9mm
d5=9mm
減速器中心高H
H=340mm
H=340mm
軸承旁凸臺半徑R
R=C2=16mm
R1=16mm
軸承旁凸臺高度h
由低速級軸承座外徑確定,以便于扳手操作為準。
取50mm
軸承端蓋外徑D2
D2=軸承孔直徑+(5~5.5) d3
取D2=180mm
箱體外壁至軸承座端面距離K
K= C1+ C2+(8~10)=44mm
K=54mm
軸承旁連接螺栓的距離S
以Md1螺栓和Md3螺釘互不干涉為準盡量靠近一般取S=D2
S=180
蝸輪軸承座長度(箱體內壁至軸承座外端面的距離)
L1=K+δ=56mm
L1=56mm
蝸輪外圓與箱體內壁之間的距離
=15mm
取=15mm
蝸輪端面與箱體內壁之間的距離
=12mm
取=12mm
機蓋、機座肋厚m1,m
m1=0.85δ1=8.5mm, m=0.85δ=10mm
m1=8.5mm, m=10mm
以下尺寸以參考文獻《機械設計、機械設計基礎課程設計》 王昆等主編 高等教育出版社 1995年表6-1為依據
蝸桿頂圓與箱座內壁的距離
=40mm
軸承端面至箱體內壁的距離
=4mm
箱底的厚度
20mm
軸承蓋凸緣厚度
e=1.2 d3=12mm
箱蓋高度
220mm
箱蓋長度
(不包括凸臺)
440mm
蝸桿中心線與箱底的距離
115mm
箱座的長度
(不包括凸臺)
444mm
裝蝸桿軸部分的長度
460mm
箱體寬度
(不包括凸臺)
180mm
箱底座寬度
304mm
蝸桿軸承座孔外伸長度
8mm
蝸桿軸承座長度
81mm
蝸桿軸承座內端面與箱體內壁距離
61mm
4.4 軸的校核
4.4.1 蝸桿軸的強度校核
1.繪軸的計算簡圖
在確定軸承支點位置時,應從手冊上查取a值,對于30207型單列圓錐滾子軸承,a=16mm,所以,作為簡支梁的軸的支撐跨距
=(20+43.75+34)+(20+43.75+34)
=97.75+97.75=195.5mm
2.計算作用在軸上的力
=736.67N,
=6179.88N,
3.計算支點反力
水平反力:
垂直反力:
4.計算彎矩,作彎矩圖
水平彎矩:
垂直彎矩:
合成彎矩
5.扭矩圖
由《機械零件課程設計》表6-18 查得折算系數
6.校核軸的強度
由《機械設計》表15-1查得:
,強度足夠。
見圖5-3。
圖5-3 軸的強度
4.4.2 蝸輪軸的強度校核
1.繪軸的計算簡圖
在確定軸承支點位置時,應從手冊上查取a值,對于30212列圓錐滾子軸承,a=22mm,作為簡支梁的軸的支撐
跨距
=(20+43.75+34)+(20+43.75+34)
=97.75+97.75=195.5mm
2.計算作用在軸上的力
=6179.88N,
=736.67N,
3.計算支點反力
水平反力:
垂直反力:
4.計算彎矩,作彎矩圖
水平彎矩:
垂直彎矩:
合成彎矩:
5.扭矩圖
由《機械零件課程設計》表6-18 查得折算系數
6.校核軸的強度
由《機械設計》表15-1查得:
,
,強度足夠。
見圖5-4。
圖5-4軸的強度
4.5 滾動軸承的選擇及校核
4.5.1 蝸桿軸滾動軸承的選擇及校核
1.軸承的徑向載荷的計算
2.派生軸向力的計算
查手冊得,圓錐滾子軸承30207型的
α=14o02,10,,
查表d=35mm時,e=0.37,y=1.6;
故
所以,軸承2受壓
則:
3.求當量動載荷
所以,對于軸承1
x=1 , y=0
對于軸承2
x=0.4 , y=1.6
4.校核軸承的壽命
查手冊得c=51.5KN ε=10/3 n=940r/min
故 此軸承的壽命滿足要求
4.5.2 蝸輪軸上軸承的校核
1.求徑向載荷
2.計算派生軸向力
查手冊得,圓錐滾子軸承30212型的
, y=1.5
故
則:軸承2受壓
所以,
3.求當量動載荷
所以,對于軸承1:x=1 ,y=0
對于軸承2:x=1 ,y=0
4.校核軸承的壽命
查手冊 c=97.8KN ,ε=10/3 ,n=18.8r/min
故 此軸承壽命滿足要求。
4.6 鍵聯接的強度校核
4.6.1 蝸桿軸上安裝聯軸器處的鍵聯接
由《機械零件課程設計》表8-1 選用普通平鍵
8×7mm, 取L=45mm。
由《機械零件課程設計》表8-7 查得,
鍵的工作長度
l=L-b=45-8=37mm,
鍵的工作高度
k==3mm。
由《機械零件課程設計》表8-8 查得,
鍵聯接的許用壓力
,
所以,,所選平鍵合適。
4.6.2 蝸輪軸上裝蝸輪處的鍵聯接
由《機械零件課程設計》表8-1 選用普通平鍵
18×11mm, 取L=45mm
由《機械零件課程設計》表8-7 查得
鍵的工作長度
l=L-b=45—18=27mm
鍵的工作高度
k==5.5mm
由《機械零件課程設計》表8-8 查得鍵聯接的許用壓力
所以,,所選平鍵合適。
4.6.3 蝸輪軸上裝聯軸器處的鍵聯接
由《機械零件課程設計》表8-1 選用普通平鍵
16×10mm, 取L=100mm。
由《機械零件課程設計》表8-7 鍵的工作長度
l=L-b=100—16=84mm
鍵的工作高度
k==5mm
由《機械零件課程設計》表8-8 查得鍵聯接的許用壓力
所以, 所選平鍵合適。
4.8 減速器的潤滑和密封
減速器的傳動零件的軸承都需要喲良好的潤滑,這不僅可以減少磨損損失,提高傳動效率,還可以防止銹蝕,降低噪聲。
1 潤滑油選擇
對于蝸桿傳動的潤滑油類型的選擇無明顯的區(qū)分界限,德國推薦對重負荷淬硬蝸桿和起動頻繁的蝸桿傳動要選用含有極壓添
加劑的潤滑油。
對于蝸桿傳動潤滑油的粘度選擇有三種方法供使用,一種是按滑動速度選取,一種是按中心距及蝸桿轉速選取,還有一種是根據力——速度因子選取。其中根據滑動速度選取的依據如下:
表5-1滑動速度選?。?
滑動速度
1.5
>1.5~3.5
>3.5~10
>10
粘度值
>612
414~506
288~352
198~242
ISO-VG或GB-N級
680
460
320
220
由于蝸桿的滑動速度為2m/s,所以潤滑油的粘度選為4602潤滑方式的選擇
由于所設計減速器采用蝸桿下置式傳動,且轉速不高,故選擇浸油潤滑。蝸桿浸油深度h1≥1個螺牙高,但不高于蝸桿軸軸承的最底滾動體的中心。
潤滑時,傳動件的浸入油中的深度要適當,既要避免攪由損
失過大,又保證充分的潤滑,油池應保持一定的深度和貯油量。如下圖所示:
圖5-5 潤滑方式
參考文獻
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8.《機械設計課程設計》 華中理工大學 王昆 同濟大學 高等教育出版社1986
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12. 《機械制造工藝學習題集》 李益民 主編 黑龍江: 哈兒濱工業(yè)大學出版社 1984,
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環(huán)面蝸輪蝸桿減速器
運輸帶牽引力F=70N 輸送速度V=0.4m-s 滾筒直徑D=350mm
說明書+CAD
700T單級蝸輪蝸桿減速器設計【環(huán)面蝸輪蝸桿減速器】【運輸帶牽引力F=70N
輸送速度V=0.4m-s
蝸輪
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