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長春理工大學光電信息學院學生畢業(yè)設計（論文）登記表 分院 機電工程分院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 0951336 學生姓名 楊守剛 指導教師 仲叢華 設計（論文）起止日期 2012.2.28 - 2013.6.17 教研室主任 陳玲 題目名稱（包括主要技術參數(shù)）及要求： 本文主要闡述螺旋輸送機傳動裝置部分環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計。是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數(shù)學和物理公式為基礎的。在本設計中，首先對蝸輪蝸桿做了簡單的介紹，然后闡述了蝸輪蝸桿的設計原理和理論計算，最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，并對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計體現(xiàn)了環(huán)面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參考價值。 論文開題報告（設計方案論證） 應包括以下幾方面的內容： 1、本課題研究的意義；2、調研（社會調查）情況總結；3、查閱文獻資料情況（列出主要文獻清單）；4、擬采取的研究路線；5、進度安排。 1. 本課題研究的意義： 本文主要闡述螺旋輸送機傳動裝置部分環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計。是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數(shù)學和物理公式為基礎的。在本設計中，首先對蝸輪蝸桿做了簡單的介紹，然后闡述了蝸輪蝸桿的設計原理和理論計算，最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，并對減速器的部件組成進行了尺寸計算和校核。該設計體現(xiàn)了環(huán)面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參考價值。 2. 調研情況總結： 為了更好的完成本設計，我們參觀了長春精誠機械制造廠，并在網(wǎng)上查閱了大量有關資料，對螺旋傳動機機的功能、原理及結構有了直觀的了解，對順利完成本設計起到了至關重要的作用。 3. 參考文獻： [1] 機械設計書冊編寫組主編 機械設計手冊 [M] 北京 化學工業(yè)出版社 1981年 [2] 蘇翼林主編 材料力學(第二冊 上冊) [M] 北京 高等教育出版社 1987年 [3] 華中工學院編寫組 機械傳動及壓力機 [M] 北京 人民教育出版社 1999年 [4] 濮良貴,紀名剛主編 機械設計 第七版 [M] 北京 高等教育出版社 2001年 [5] 申永勝主編 機械原理教程 第二版 [M] 北京 清華大學出版社 2005年 [6] 王先逵 機械制造工藝學 [M] 北京：機械工業(yè)出版社 1995 [7] 關慧貞，馮辛安 機械制造裝備設計 第3版 [M] 北京：機械工業(yè)出版社 2009 [8] 周開勤， 機械零件手冊 第5版 [M] 北京：高等教育出版社 [9] Rapid design system for main frame of hydraulic press based on general modular design[M]. Heavy Machinery. 2006,02 [10] Numerical simulation on hydro-piercing[M]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals. 2006,01 4.擬采取的研究路線： 指導老師下達任務→充分理解本課題要解決的問題→查閱文件和素材（圖書館、上網(wǎng)）→翻譯英文資料（吉林省圖書館，長春市圖書館，達新校區(qū)圖書館）→到長春精誠機械參觀→撰寫論文（吉林省圖書館，長春市圖書館，達新校區(qū)圖書館）→CAD繪圖→指導教師審查→修改、完善、定稿→準備答辯。 5．進度安排： 3月 1日—3月 15日 查閱文件，書籍材料。 3月 16日—3月 18日 翻譯英文材料。 3月 19日—4月 21日 寫課題論文，寫初稿。 4月 22日—5月 10日 完善論文，定稿。 5月 11日—6月 7日 繪制設計草圖、打印。 6月 8日—6月15日 整理，熟悉文件。 指導教師審閱意見： 2011年 2 月 28 日 記事: 指導教師審閱意見： 2011年 6 月 10 日 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 編號 本科生畢業(yè)設計 輸送機傳動裝置 The design of screw conveyor drives 學 生 姓 名 專 業(yè) 機械設計制造機器自動化 學 號 指 導 教 師 分 院 機電工程分院 2013 年 6 月 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 摘 要 輸送機是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(xù)輸送機，是現(xiàn) 代化生產和物流運輸不可缺少的重要機械設備之一。它的廣泛應用對于提高勞動生產 率，實現(xiàn)物料輸送過程的機械化和自動化，都具有重要的現(xiàn)實意義。 本次設計主要以螺旋輸送機為例。本文查閱了許多國內外文獻，詳盡地了解國內 外關于螺旋輸送機優(yōu)化的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。文中對螺旋輸送機進行了較全面論述， 闡明了螺旋輸送機的工作原理。根據(jù)設計準則和設計理論，通過蝸輪蝸桿的設計計算 及校驗，各軸的結構設計，軸承的選擇及其他部件的設計，最終完成了環(huán)面蝸輪蝸桿 減速器設計。該設計體現(xiàn)了傳動裝置設計的一般過程，也可適用于其他類型輸送機傳 動裝置的設計。具有代表性，對其他類似設計有參考價值和借鑒意義。 關鍵詞：螺旋輸送機，傳動裝置，蝸輪蝸桿減速器 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 Abstract The conveyor is a handling machine in a certain line on the continuously transported material, also named continuous conveyors. The conveyor is the necessary device of modern manufacturing and material fluid transportation. In order to reduce people's heavy physical work, to raise working productivity, to achieve material-conveying automation and mechanization, it possesses very important practical significance. it has already widely used in many country departments. Conveyors are used extensively in industry for conveying and elevating bulk materials over relatively short distances. They are very effective conveying devices for relatively free flowing bulk solids. The design is for screw conveyor as example. This paper access to a number of domestic and foreign literatures, understanding of the status and developments at home and abroad on the screw conveyor detailed. Paper is a more comprehensive discussion of the screw conveyor and clarifies the working principle of the screw conveyor. According to the design criteria and design theory, though the design calculation and verification of the worm, the structural design of the shaft, bearing selection and design of the other components, complete the torus worm gear reducer design finally. The design reflects the general process, also has applicable to other types of conveyor gear design. It has representative and the reference value and reference to other similar design. Key words: Screw conveyor, Gearing, Worm gear reducer 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 I 目 錄 緒 論 ...................................................................1 第一章 設計方案的選定 ...................................................6 第二章 電動機的選擇與計算 ................................................7 2.1 初選電動機類型和結構型式 ...........................................7 2.2 電動機基本參數(shù) .....................................................7 2.2.1 確定傳送機所需的功率 wP.........................................7 2.2.2 確定傳動總效率 總?...............................................8 2.2.3 電動機的輸出功率 ................................................8 2.2.4 選擇電動機及主要參數(shù) ............................................8 第三章 傳動裝置的傳動比及運動參數(shù)計算 ..................................10 3.1 傳動裝置的傳動比 ..................................................10 3.2 傳動裝置運動參數(shù)的計算 ............................................10 3.2.1 各軸功率計算 ...................................................10 3.2.2 各軸轉速的計算 .................................................10 3.2.3 各軸輸入扭矩的計算 .............................................10 第四章 減速器部件的設計計算 ............................................11 4.1 蝸輪蝸桿傳動設計計算及校核 ........................................11 4.1.1 選擇蝸桿、蝸輪材料 .............................................11 4.1.2 確定蝸桿頭數(shù) Z1及蝸輪齒數(shù) Z2....................................11 4.1.3 驗算滾筒的速度 .................................................11 4.1.4 確定蝸桿蝸輪中心距 a 及傳動幾何參數(shù)設計 ........................12 4.1.5 蝸輪蝸桿校核計算 ..............................................14 4.2 軸的設計及校核 ....................................................15 4.2.1 各軸的結構設計 .................................................15 4.2.2 各軸的強度校核 .................................................19 4.3 軸承的選擇及校核 ..................................................23 4.3.1 蝸桿軸軸承的選擇及壽命校核 .....................................23 4.3.2 蝸輪軸軸承的壽命校核 ...........................................25 4.4 鍵的選擇及強度校核 .................................................26 4.4.1 蝸桿軸上安裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接 ...................................26 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 II 4.4.2 蝸桿軸上裝蝸輪處的鍵聯(lián)接 .......................................26 4.4.3 蝸輪軸上裝聯(lián)軸器處的鍵聯(lián)接 .....................................26 4.5 減速器的其他部件設計 ...............................................27 4.5.1 窺視孔和視孔蓋 .................................................27 4.5.2 通氣器 .........................................................28 4.5.3 定位銷 .........................................................28 4.5.4 起蓋螺釘 .......................................................28 4.5.5 起吊裝置 .......................................................29 4.5.6 放油孔及螺塞 ...................................................29 4.6 箱體結構設計及其他技術說明 .........................................30 4.6.1 箱體結構設計 ...................................................30 4.6.2 減速器其他技術說明 .............................................30 結 論 ...................................................................32 致 謝 ...................................................................33 參考文獻 ................................................................34 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 1 緒 論 輸送機是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械，又稱連續(xù)輸送機。輸送 機可進行水平、傾斜 和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。 輸送機輸送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應用十 分廣泛。具有方向易變，可靈活改變輸送方向，最大時可達到 180 度；伸縮自如，一 個單元最長與最短狀態(tài)之比可達到 3 倍；可靈活改變輸送方向，最大時可以大于等于 180 度。 輸送機械按運作方式可以分為：1：皮帶式輸送機 2：螺旋輸送機 3：斗式提升機 4：滾筒輸送機 5：計量輸送機 6：板鏈輸送機 7：網(wǎng)帶輸送機。 螺旋輸送機廣泛應用于廣泛用于礦山，冶金，建材，化工，電力，食品加工等工 業(yè)領域，在煤礦，金屬礦，鋼鐵企業(yè)，港口，水泥廠等地，具有一定代表性，因此本 文的主要研究對象為螺旋輸送機。 螺旋輸送機俗稱絞龍，是屬于不具有撓性牽引構件的輸送機械, 其作用原理是: 由帶有螺旋片的轉動軸在封閉的料槽內旋轉,使裝入料槽的物料由于本身重力及其對 料槽的摩擦力的作用,而不和螺旋一起旋轉,只沿料槽向前運移。適用于顆?；蚍蹱钗?料的水平輸送，傾斜輸送，垂直輸送等形式。輸送距離根據(jù)畸形不同而不同，一般從 2 米到 70 米。輸送物料的同時可完成混合、摻合和冷卻等作業(yè),其優(yōu)點是結構簡單、 緊湊、工作可靠、維修簡單,成本低廉,可在線路任一點裝載,也可許多點卸載, 是現(xiàn) 代化生產和物流運輸不可缺少的重要機械設備之一。它的結構特點是螺旋輸送機旋轉 軸上焊有螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實體面型、帶式面型、葉片面 型等型式。螺旋輸送機的螺旋軸在物料運動方向的終端有止推軸承以隨物料給螺旋的 軸向反力，在機長較長時，應加中間吊掛軸承。 主要是用來運送大宗散貨物料，如 煤、礦石、糧食、砂、化肥等，在水泥工業(yè)部門，螺旋輸送機主要用來輸送水泥生產 所需要的原料，同時還伴隨進行一些工藝處理，如攪拌、混合等，在煙草機械行業(yè)中 螺旋輸送機也被廣泛應用于輸送煙梗、煙末。螺旋輸送機對于減輕繁重的體力勞動， 提高勞動生產率，實現(xiàn)物料輸送過程的機械化和自動化，都具有重要的現(xiàn)實意義。由 于傳動裝置是螺旋傳送機的重要組成部分，本文將針對了螺旋輸送機傳動裝置部分減 速器的工作原理、作用和特點以及發(fā)展趨勢進行介紹。 本文設計的螺旋輸送機主要由五部分構成，如圖 1-1 所示。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 2 1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪蝸桿減速器 4 聯(lián)軸器 5 滾筒 圖 1 螺旋輸送機的構成 從圖中可以看出，對螺旋輸送機的設計而言，傳動裝置的設計是重點和難點之一。 因此本次設計將根據(jù)要求和傳動原理設計出螺旋傳送機的傳動裝置。傳動裝置的主要 組成部分是減速器，首先需要了解減速器的相關知識。 （1）減速器的發(fā)展現(xiàn)狀 減速器是一種動力傳遞機構, 使用它的目的是降低轉速, 增加轉矩。它的種類繁 多, 型號各異 , 不同種類有不同的用途。重型機械用減速器涉及的產品包括了各類齒 輪減速器、行星齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器及擺線針輪減速器, 也包括了各種專用 傳動裝置, 如增、減速裝置、調速或變速裝置、以及包括柔性傳動裝置在內的各類復 合傳動裝置等。每一種類型的減速器依據(jù)其結構特征或加工工藝不同, 又可分為許多 類別, 如齒輪減速器可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器及圓錐-圓柱齒輪減速 器等。 20 世紀 70－80 年代，世界上減速器技術有了很大的發(fā)展，且與新技術革命的發(fā) 展緊密結合。通用減速器的發(fā)展趨勢如下： 1）高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高 4 倍以 上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。 2）積木式組合設計?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換 性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產和降低成本。 3）型式多樣化，變型設計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心 軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式， 擴大使用范圍。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 3 自 20 世紀 60 年代以來，中國先后制訂了 JB1130－70《圓柱齒輪減速器》等一批 通用減速器的標淮，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產廠。經 過 40 多年的發(fā)展, 減速機行業(yè)已初步形成了科研、開發(fā)、設計、制造、服務等比較 完整的制造業(yè)體系, 在我國裝備制造業(yè)中占有一定的地位和份額。自改革開放以來, 通過引進先進的加工設備, 新技術消化吸收, 自主設計開發(fā)和技術攻關、技術改造等, 使減速機行業(yè)得到飛速發(fā)展, 從而使產品的技術水平、制造水平和生產能力得到極大 的提高。為國家重點工程和國民經濟的發(fā)展做出了一定貢獻, 部分產品替代了進口, 滿足了市場的需要。并且在圓弧齒輪減速機、漸開線少齒差擺環(huán)減速機、星輪減速機 等傳動領域, 產品開發(fā)、技術創(chuàng)新、制造水平和自主知識產權等方面我國處于國際領 先地位, 擁有一定的競爭優(yōu)勢。其產品廣泛使用在冶金、有色、煤炭、建材、船舶、 水利、電力、工程機械及石化等各行業(yè)和領域。但是依然存在很多問題，如產品制造 質量參差不齊，整體可靠性有待提高；基礎技術研究不足，制約行業(yè)技術水平提升等 問題。 (2) 減速器的工作原理 減速器一般用于低轉速大扭矩的傳動設備，把電動機、內燃機或其它高速運轉的 動力通過減速器的輸入軸上的齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的， 普通的減速器也會有幾對相同原理齒輪達到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比， 就是傳動比 (3) 減速器的分類 減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，兩者的設計、制造和使用 特點各不相同。20 世紀 70－80 年代，世界上減速器技術有了很大的發(fā)展，且與新技 術革命的發(fā)展緊密結合。 其主要類型：齒輪減速器；蝸桿減速器；齒輪 —蝸桿減速 器；行星齒輪減速器。 一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪 減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機 械無級變速機等等。 1）圓柱齒輪減速器 單級、二級、二級以上二級。布置形式：展開式、分流式、同軸式。 2）圓錐齒輪減速器 用于輸入軸和輸出軸位置成相交的場合。 3）蝸桿減速器 主要用于傳動比 i>10 的場合，傳動比較大時結構緊湊。其缺點是效率低。廣泛 應用阿基米德蝸桿減速器。蝸輪蝸桿減速器的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有 較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積 較大，傳動效率不高，精度不高。 4）齒輪 —蝸桿減速器 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 4 若齒輪傳動在高速級，則結構緊湊；若蝸桿傳動在高速級，則效率較高。 5）行星齒輪減速器 傳動效率高，傳動比范圍廣，傳動功率 12W~50000KW，體積和重量小。行星減速 器其優(yōu)點是結構比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可 以做的很大。但價格略貴。 減速器: 簡言之，一般機器的功率在設計并制造出來后， 其額定功率就不在改變，這時，速度越大，則扭矩（或扭力）越??；速度越小，則扭 力越大。 (3) 齒輪減速器的特點 齒輪傳動是機械傳動中重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達 近十萬千瓦，圓周速率可達 200m/s。齒輪傳動的特點主要有： 1) 效率高，在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率最高。如一級圓柱齒輪傳動 的效率可達 99℅。 2）結構緊湊，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般比較小。 3）工作可靠，壽命長，設計制造正確合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作可 靠，壽命可長達一，二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。 4) 傳動比穩(wěn)定,傳動比穩(wěn)定是對傳動性能的基本要求，齒輪傳動能廣泛應用，也 是因為具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格昂貴，且不宜用 于傳動距離過大的場合。 (4)蝸桿減速器的特點 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構，兩軸交錯的夾角 可為任意值，常用的為 90 度，這種傳動由于具有下述特點，故應用頗為廣泛。 1) 當使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉一周，蝸輪只轉過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大 的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比 I=5-80;在分度機構或手動機構中，傳動比可 達 300；若只傳遞運動，傳動比可達 1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結構 很緊湊。 2) 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙 合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3) 當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。 4) 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工 作條件不夠良好時，會產生較嚴重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡 化。因此磨損較大，效率低；當蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為 0.4 左右。同時由 于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成耐磨 性良好的滑動摩擦劑。 根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿 傳動、錐蝸桿傳動。 蝸桿分度曲面是圓環(huán)內表面的一部分，蝸桿軸線平面內理論齒廓為直線的蝸桿傳 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 5 動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，俗稱“球面蝸輪傳動” 。它始于 1921 年的美國造船業(yè)，其 代表產品是美國 CONE DRIVE，50 年代起在我國得到推廣應用。與普通圓柱蝸桿傳動 相比，這種蝸桿同時包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導法 曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普通蝸桿的 1.5～3 倍（小值適應于小中 心矩，大值適應于大中心矩） 。在傳遞同樣功率時，中心矩可縮小 20%-40%。由于性能 優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使 用。美國生產產品系列中心矩為 15～1320㎜；速比為 5～343000；最高傳動效率可達 97%。我國經過 40 年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產品種也十分可觀，最大中心 矩可達到 1200㎜；最少齒數(shù)比為 5；蝸桿頭數(shù)達 6；最高傳動效率可達 94%。這種蝸 桿傳動分為“原始型”和“修整型”兩種。 “原始型”直廓環(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形 成為：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內的直線，在繞成形圓的圓心作等角速 的旋轉運動的同時，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉運動，這條直線 在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線是直線刀 刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡產生的，難以實現(xiàn)磨削， 這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的 主要缺點。 由以上分析可以看出，雖然普通齒輪減速器具有效率高，工作可靠，壽命長，傳 動比穩(wěn)定等優(yōu)點，但是不具備設計條件中重點要求的自鎖性，所以不能選用；而準平 行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器，它具有普通環(huán)面蝸桿減速器所不具備的很多優(yōu)點。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 6 第一章 設計方案的選定 本設計原始資料如下： (1) 設計題目：螺旋輸送機傳動裝置 (2) 原始數(shù)據(jù)：電動機輸出轉速：n=940r/min 電動機額定功率：P0=1.5km (3) 工作條件：使用年限 10 年，單班制工作 (4) 制造條件：減速器由一般廠中小批量生產 1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪蝸桿減速器 4 聯(lián)軸器 5 滾筒 圖 1-1 螺旋輸送機的構成 根據(jù)以上設計要求并結合以上分析，我們在設計中采用準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減 速器。具體設計方案是：選用的電動機輸出轉速是 940r/min，由凸緣聯(lián)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(lián)接，經過減速器的減速，電動機輸出 的轉速降為 18.8r/min，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器 輸出軸的轉速傳給滾筒，滾筒轉動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉，由鋼絲繩提起具有 一定質量的燈具。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 7 第二章 電動機的選擇與計算 2.1 初選電動機類型和結構型式 電動機是專門工廠批量生產的標準部件，設計時要根據(jù)工作機的工作特性、電源 種類(交流或直流)、工作條件(環(huán)境溫度、空間位置等)、載荷大小和性質(變化性質、 過載情況等)、起動性能和起動、制動、正反轉的頻繁程度等條件來選擇電動機的類 型、結構、容量(功率)和轉速，并在產品目錄中選出其具體型號和尺寸。 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(jù)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)。 電動機的容量(功率)選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經濟性都有影響。 容量選得過小，不能保證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選 得過大，則電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經常不滿載運行， 其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電 動機運行時的發(fā)熱條件來決定。 由以上的選擇經驗和要求，我選用：三相交流電 Y 系列籠型三相異步交流電動機。 2.2 電動機基本參數(shù) 2.2.1 確定傳送機所需的功率 wP 由滾筒圓周力 和滾筒速度 v,得F （2-1） '10wFv? 其中 (N);Gmg? M---提升重量,m=450kg; N; 4509.81F? 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 8 90.15/6vms? 帶入數(shù)據(jù)得 = kW'wP410.5.61?? kW '.220.869 2.2.2 確定傳動總效率 總? 傳動裝置的效率由以下的要求： (1) 軸承效率均指一對軸承而言。 (2) 同類型的幾對運動副或傳動副都要考慮其效率，不要漏掉。 (3) 蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù) z1有關，應先初選頭數(shù)后，然后估計效率。 此外，蝸桿傳動的效率中已包括了蝸桿軸上一對軸承的效率，因此在總效率的計 算中蝸桿軸上軸承效率不再計入。 各傳動機構和軸承的效率為： 法蘭效率: 10.98?? 設計中，電動機與減速器相連的法蘭，相當于一個凸緣聯(lián)軸器 一級環(huán)面蝸桿傳動效率: 7.02? 一對滾動軸承傳動效率: 398 凸緣聯(lián)軸器效率: .4? ---從電動機至工作機主動軸之間的總效率故傳動裝置總效率;? ＝ (2-2)4231?總 20.987.0.98.64?? 2.2.3 電動機的輸出功率 考慮傳動裝置的功率損耗，電動機輸出功率 ＝ (2-3)dPw? 則， ＝ ＝dPw?0.826751.34? 2.2.4 選擇電動機及主要參數(shù) 根據(jù)計算的功率可選定電動機額定功率，取同步轉速 1000 ，6 級minr 由《簡明機械設計手冊》 [1] P68 選用 Y100L－6 三相異步電動機，其主要參數(shù)如 下： 電動機額定功率： =1.5kw； 0P 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 9 電動機滿載轉速： =940 nmir 電 流 ： I=5.6A 電動機外形和安裝尺寸為： D=28mm E=60mm H=100mm A=160mm B=140mm C=63mm K=12mm AB=205mm AD=180mm AC=105mm HD=245mm AA=40mm BB=176mm 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 10 第三章 傳動裝置的傳動比及運動參數(shù)計算 3.1 傳動裝置的傳動比 根據(jù)題目參數(shù)要求，初確定總傳動比為 50。 3.2 傳動裝置運動參數(shù)的計算 3.2.1 各軸功率計算 ＝ = KW (3-1)1P0?.5981.47?? = KW (3-2)2? 23??20.9 3.2.2 各軸轉速的計算 n ＝9401min/r n ＝ n ＝940/50=18.8 (3-3)2滾 筒 inr 3.2.3 各軸輸入扭矩的計算 (3-4)1T1P.479501.93n0???mN? (3-5)22.2.8 各軸功率，轉速，扭矩列表如下： 表 3-1-3 參數(shù)列表 軸 名 功率 kw 轉速 minr扭矩 mN? 蝸桿軸 1.47 940 14.93 蝸輪軸 0.97 18.8 492.74 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 11 第四章 減速器部件的設計計算 4.1 蝸輪蝸桿傳動設計計算及校核 4.1.1 選擇蝸桿、蝸輪材料 （1）選擇蝸桿傳動的類型 采用準平行環(huán)面蝸桿傳動. （2）選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應力 考慮蝸桿傳動中，傳遞的功率不大，速度只是中等，根據(jù)《機械零件課程設計》 [2]表 4－2，蝸桿選用 40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蝸桿螺旋齒面要求：調質 HB265-285.蝸輪選用鑄錫磷青銅 ZQSn10-1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅 齒圈用錫磷青銅制造，輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造 由《機械零件課程設計》 [2 P95]表 4－3 查得蝸輪材料的許用接觸應力 [ ] =190H?2/Nm 由《機械零件課程設計》 [2] P95 表 4－5 查得蝸輪材料的許用彎曲應力 [ ]=44F2/ 4.1.2 確定蝸桿頭數(shù) Z1及蝸輪齒數(shù) Z2 由《機械零件課程設計》 [2] P95 表 4－6，選取 Z ＝1 則 Z ＝Z ·i＝1×50＝50,故取 Z ＝50 21 2 4.1.3 驗算滾筒的速度 實際傳動比 i＝50/1 工作機滾筒轉速 n ＝940/50=18.8滾 筒 minr 鋼絲繩的提升速度 =V?3.14D3.148.00??Ⅱ ＝ =8.93m/s 速度誤差 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 12 ％＝ ％＝0.78％<5%V?－ 8.93－ 經驗算，數(shù)據(jù)合適。 4.1.4 確定蝸桿蝸輪中心距 a 及傳動幾何參數(shù)設計 （1）確定蝸桿的計算功率 c1P (4-1)ACK?FMP（ ） 式中 K ---使用場合系數(shù)，每天工作一小時,輕度振動A 由《機械工程手冊》 [3]查得：K ＝0.7；A K --制造精度系數(shù)，取 7 級精度，F(xiàn) 查得：K ＝0.9； K --材料配對系數(shù)，齒面滑動速度<10MP 由《機械工程手冊》 [3]查得：K ＝0.85。MP 代入數(shù)據(jù)得 ＝ KW1AC?FMP（ ） .470.1.3598?? 以等于或略大于蝸桿計算功率 所對應的中心距作為合理的選取值根據(jù)《機械1 工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2-5－22a，選取蝸桿的中心距： a＝100mm。 （2）傳動幾何參數(shù)設計 由于準平行二次包絡環(huán)面蝸桿為新型的蝸桿,它的優(yōu)點是:接觸面大,值穩(wěn)定且 一定,則潤滑好,接觸面大應直接根據(jù)“原始型”傳動蝸桿設計參數(shù)。? 中心距：由《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）標準選取 a=100mm 齒數(shù)比：u＝ ＝5021z 蝸輪齒數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）,選取 250z? 蝸桿頭數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）,選取 1 蝸桿齒頂圓直徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2.5－1 選取 =45mm1ad 蝸輪輪緣寬度：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3]P32 第二版）表 2.5－16,選取 b =28mm2 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 13 蝸輪齒距角： ＝?23607.z??? 蝸桿包容蝸輪齒數(shù)：K＝ =5 1 蝸輪齒寬包角之半： ＝0.5 （K－0.45）=w??16.38? 蝸桿齒寬：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2.5－16,選取 =53mm1b 蝸桿螺紋部分長度：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2.5－16，選取 =59mmL 蝸桿齒頂圓弧半徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2.5－16，選取 R =82mm1a 成形圓半徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3] P32（第二版）表 2.5－16,選取 =65mmbd 蝸桿齒頂圓最大直徑：《機械工程手冊/傳動設計卷》 [3]P32（第二版）表 2.5－16,選取 =53.8mm1ed 蝸輪端面模數(shù)：m ＝ = mmt*21ahzd?53.846? 徑向間隙： =0.5104mm0.6tCm? 齒頂高：h =0.75 m =2.233mmat 齒根高：h = h + C=2.7434mmf 全齒高：h= h + h =4.9764mmaf 蝸桿分度圓直徑： ＝（ 0.624＋ ）a ＝40.534mm1d2.0i875. 蝸輪分度圓直徑： ＝2a－ ＝159.466mm21 蝸輪齒根圓直徑：d ＝ －2 h =153.9792mmf f 蝸桿齒根圓直徑：d ＝ －2 h =35.05，1fdf 判斷：因為 =28.12mm,滿足要求 0.8751fa? 蝸輪喉圓直徑：d ＝ ＋2 h =163.932mma 蝸輪齒根圓弧半徑： =82.475mm110.5ffRd?? 蝸桿螺紋包角之半： = =rctn.eLa????????29.5rctan731? 蝸輪喉母圓半徑： = = =25.88mm2g???os.2060.273.?? 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 14 蝸輪外緣直徑：由作圖可得 =164.95mm2ed 蝸桿分度圓導程角： ＝ =m?1arctn()u21arct()4.50d?? 蝸桿平均導程角： ＝w24.09Kd?? 分度圓壓力角： =2sin()barc??? 蝸桿外徑處肩帶寬度： 取 3mm3.189tm?? 蝸桿螺紋兩端連接處直徑： =35mmfDT 蝸輪分度圓齒厚： 20.5SP?? 3149.60.14dz?? 數(shù)據(jù)帶入公式得 5.508mm2S 齒側隙： 0.28nj? 蝸桿分度圓齒厚： =4.298412SPj? 蝸桿分度圓法向齒厚： =4.2851cosnmr? 蝸輪分度圓法向齒厚： =5.492 蝸輪齒冠圓弧半徑： =19.27750.5afRd? 蝸桿測量齒頂高： =2.20351122cosarinSh???????? 蝸桿測量齒頂高： =2.1852.ad 4.1.5 蝸輪蝸桿校核計算 環(huán)面蝸桿傳動承載能力主要受蝸桿齒面膠合和蝸輪齒根剪切強度的限制。因而若 許用傳動功率確定中心距，則然后校核蝸輪齒根剪切強度。由于軸承變形增加了蝸桿 軸向位移，使蝸輪承受的載荷集中在 2－3 個齒上。而且，由于蝸輪輪齒的變形，造 成卸載，引起載荷沿齒高方向分布不均，使合力作用點向齒根方向偏移.因而，蝸輪 斷齒主要由于齒根剪切強度不足造成的。校核： (4-2)??'cfpFzAk???? 其中 ---作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷;cF ---蝸輪包容齒數(shù)；'Z 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 15 ---蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數(shù);fA ---蝸輪齒根受剪面積。pk 公式中各參數(shù)的計算 (1) 的計算cF = (4-3)cF??22tan(')mr?? 式中 ---作用在蝸輪輪齒上的圓周力， ； 2 2Td ---蝸桿喉部螺旋升角 4.5°；mr ---當量齒厚；'? 滑動速度 = =2.01m/s；190cossmdnvr?40.598cos?? 根據(jù)滑動速度 查機械設計手冊 3－3－9 得s '25'??? 將數(shù)據(jù)帶入公式得 = N326.180(4.8)cFtan????36.710? (2)計算得 = 5'z (3)蝸輪齒根受剪面積 (4-4)2cosffmbASr 式中 ---蝸輪齒根圓齒厚,2fS ；202costan()xfmfPrh???? ---蝸輪端面周節(jié), ;1.xP? ---蝸輪理論半包角, ;0a4? ---蝸輪分度圓齒厚所對中心角。2?7.236??? 數(shù)據(jù)帶入公式得 =7.03mm210.cos4.5.4tan(23.6)fS????? 由上可得 287.3197.5cs.fAm??620654MPa?? 對于錫青銅齒圈 取 ，查手冊取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強度 =225MPa,???0.b? b? 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 16 ，則 1.5～3.5 >3.5～10 >10 粘度值 240>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。如圖 4-5 所示： 圖 4-11 潤滑方式 4.6.2.2 減速器的安裝 (1)減速器輸入軸直接與原動機連接時，根據(jù)設計要求推薦采用凸緣聯(lián)軸器；減速器 輸出軸與工作機聯(lián)接時，根據(jù)設計要求推薦采用凸緣聯(lián)軸器，聯(lián)軸器不得用錘擊裝列 軸上 [15]． (2)減速器應牢固地安裝在穩(wěn)定的水平基礎上，油槽的油應能排除，且冷卻空氣循環(huán) 流暢。 (3)減速器、原動機和工作機之間必須仔細對中，其誤差不得大于所用聯(lián)軸器的許用 補償量． (4)減速器安裝好后用手轉動必須靈活，無卡死現(xiàn)象．蝸桿和蝸輪軸承的軸向間隙應 符合技術要求規(guī)定． (5)安裝好的減速器在正式使用前，應進行空轉，部分額定載荷間歇運轉 1～3h 后可 正式運轉，運轉應平穩(wěn)、無沖擊、無異常振動和噪聲及漏油等現(xiàn)象。 4.6.2.3 減速器的使用 (1) 減速器潤滑油的更換 1) 減速器(或新更換的蝸輪副)第一次使用時，當運轉 150-300h 后須更換潤滑油， 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 33 在以后的使用中應定期檢查油的質量．對于混入雜質或變質的油須及時更換。一般情 況下，對于長期連續(xù)工作的減速器，每 500-1000h 必須換油一次．對于每天工作時間 不超過 8h 的減速器，每 1200-3000h 換油一次。 2) 減速器應加入與原來牌號相同的油．不得與不同牌號的油相互混用．牌號相 同而粘度不同的油允許混合使用。 3) 在換油過程中，蝸輪應使用與運轉時相同牌號的油清洗(用煤油損害密封件， 并影響潤滑油的性能） 。 4) 工作中，當發(fā)現(xiàn)油溫超過 80 度或油池溫度超過 100 度及產生不正常的噪聲等 現(xiàn)象時，應停止使用，檢查原因．如圍齒面膠合等原因所致，必須排除故障，更換潤 滑油后，方可繼續(xù)運轉。 4.6.3.4 減速器的檢修和維護 (1) 減速器檢修 減速器應定期檢修．如發(fā)現(xiàn)擦傷、膠合及顯著磨損，必須采用有效措施制止或予 以排除．備件必須按標準制造，更新的備件必須經過跑合和負荷試驗后才能正式使用。 (2) 減速器維護 用戶應有合理的使用維護規(guī)章制度，對減速器的運轉情況和檢驗中發(fā)現(xiàn)的問題應 作認真記錄。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 34 結 論 本文首先介紹了輸送機的主要工作原理，分類，用途及主要結構特點。由于輸送 機的種類繁多，在本次設計中選擇有代表性的螺旋輸送機為設計對象。螺旋輸送機是 由電動機、聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿減速器以及滾筒等五部分構成的。本次設計主要針對其 傳動裝置部分進行設計即蝸輪蝸桿減速器，主要內容包括減速器的工作原理，減速器 的分類及作用，齒輪減速器的特點，蝸桿減速器的特點以及減速器的發(fā)展趨勢。接著 根據(jù)設計原始材料選定了合適的設計方案，采用平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器。根據(jù)題 目給出參數(shù)和實際工作情況，選擇了三相交流電 Y 系列籠型三相異步交流電動機。根 據(jù)確定的減速器所需的功率和傳動裝置效率以及電動機的技術數(shù)據(jù)。其次確定傳動裝 置的傳動比及運動參數(shù)進行了計算，主要包括各軸功率、轉矩以及輸入扭矩的計算。 接著進行了蝸桿傳動設計計算，確定蝸桿頭數(shù)及蝸輪齒數(shù)，驗算滾筒的速度，確定蝸 桿蝸輪中心距和蝸桿傳動幾何參數(shù)設計。再次對環(huán)面蝸輪蝸桿進行了校核計算，蝸桿 軸、蝸輪軸的結構設計以及蝸桿軸、蝸輪軸的強度校核，并對各軸的滾動軸承進行了 選擇和校核，以及各軸上鍵聯(lián)接的選擇與校核。接著，本文對箱體的結構尺寸進行了 設計。本文還介紹了減速器的潤滑以及減速器的其他部件，減速器的附件包括窺視孔 和視孔蓋，通氣器，定位銷，起蓋螺釘，起吊裝置，放油孔及螺塞。本文還簡單介紹 了減速器的安裝、使用、檢修和維護。 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。自改革開放以來, 通過引進先進的加工設備, 新技術消化吸收, 自 主設計開發(fā)和技術攻關、技術改造等, 使減速機行業(yè)得到飛速發(fā)展, 從而使產品的技 術水平、制造水平和生產能力得到極大的提高。為國家重點工程和國民經濟的發(fā)展做 出了一定貢獻, 部分產品替代了進口,滿足了市場的需要。并且在圓弧齒輪減速機、 漸開線少齒差擺環(huán)減速機、星輪減速機等傳動領域, 產品開發(fā)、技術創(chuàng)新、制造水平 和自主知識產權等方面我國處于國際領先地位, 擁有一定的競爭優(yōu)勢。其產品廣泛使 用在冶金、有色、煤炭、建材、船舶、水利、電力、工程機械及石化等各行業(yè)和領域。 但是依然存在很多問題，如產品制造質量參差不齊，整體可靠性有待提高；基礎技術 研究不足，制約行業(yè)技術水平提升等問題。因此，螺旋輸送機的設計優(yōu)化依然是有價 值的研究題目，如何能夠降低成本的同時增加可靠性和使用壽命依然是亟待解決的問 題。 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 35 致 謝 本文是在導師仲叢華老師的悉心指導下完成的。在整個論文工作中，仲叢華老師都給 予了全面、認真的指導，在論文工作即將完成之際，向關心、教育我的導師表示衷心 的感謝!半年來的耳濡目染，導師高尚的品格、淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和勤奮 求 實的工作作風給本人留下了深刻的印象，使本人受到了深刻的教育和啟迪，并將成為 本人終生受益的寶貴財富。 在論文工作中，得到了其他各位老師的指導和熱情幫助，在此表示衷心的感謝。 另外，我要感謝機械學院的各位領導和老師給予的鼓勵和幫助。感謝我們班級的 同學們在生活和學習上的熱情幫助;也要感謝同寢室的各位室友在生活方面的熱心幫助。 最后，我還要感謝我的家人和親朋好友，在生活上、學習上給我無微不至的關懷， 是他們給予我積極的動力去克服各種困難和艱辛。 謝謝大家! 長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 36 參考文獻 [1] 吳相憲,王正為,黃玉堂.《簡明機械設計手冊》[S]中國礦業(yè)大學版社 2001. 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