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機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)
題目：用于帶式運(yùn)輸機(jī)的減速器-V帶蝸桿減速器
【F=1160N V=1.7 D=485】
姓 名：
班 級(jí)：
指導(dǎo)教師：
成 績：
目 錄
1、 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 -----------------------------------（1）
2、 傳動(dòng)方案的擬定與分析--------------------------------------（2）
3電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比----------------------------------------（2）
3.1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇------------------------------------（2）
3.2、電動(dòng)機(jī)功率選擇--------------------------------------（2）
3.3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速--------------------------------------（3）
3.4、總傳動(dòng)比--------------------------------------------（4）
4、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算 ---------------------------------------（5）
4.1、蝸桿蝸輪的轉(zhuǎn)速--------------------------------------（5）
4.2、功率------------------------------------------------（5）
4.3、 轉(zhuǎn)矩-----------------------------------------------（5）
5、 V帶傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算------------------------------------------（6）
6、 蝸輪蝸桿傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算------------------------------------------（6）
5.1、選擇蝸桿傳動(dòng)類型------------------------------------（6）
5.2、選擇材料--------------------------------------------（6）
5.3、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)--------------------------（6）
5.4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸----------------------（7）
5.5、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度--------------------------------（8）
5.6、驗(yàn)算效率------------------------------------------（9）
5.7、精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定----------------------（9）
5.8.熱平衡核算------------------------------------0------（9）
6、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核---------------------------------------（10）
6.1、連軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算-----------------------------------（10）
6.2、輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算-----------------------------------（10）
6.3、輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ----------------------------------（13）
7、軸承的校核 ----------------------------------------------（15）
7.1、計(jì)算輸入軸軸承 ------------------------------------（15）
7.2、計(jì)算輸出軸軸承 ------------------------------------（18）
8、聯(lián)軸器及鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇-------------------------------（19）
8.1、連軸器與電機(jī)連接采用平鍵連接-----------------------（19）
8.2、輸入軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接---------------------（19）
8.3、輸出軸與聯(lián)軸器連接用平鍵連接-----------------------（20）
8.4、輸出軸與渦輪連接用平鍵連接-------------------------（20）
9、減速器結(jié)構(gòu)與潤滑的概要說明-------------------------------（20）
9.1、箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料-------------------------------（20）
9.2、鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系-------------------------（20）
9.3、齒輪的潤滑-----------------------------------------（21）
9.4、滾動(dòng)軸承的潤滑-------------------------------------（21）
9.5、密封-----------------------------------------------（22）
9.6、注意事項(xiàng)-------------------------------------------（22）
10、設(shè)計(jì)小結(jié)------------------------------------------------（23）
11、參考資料------------------------------------------------（23）
前 言
國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點(diǎn)。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。
國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動(dòng)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體積和重量問題，也未解決好。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。
本設(shè)計(jì)是蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)展開。為了達(dá)到要求的運(yùn)動(dòng)精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動(dòng)系統(tǒng)具有一定的傳動(dòng)精度并且各傳動(dòng)元件之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動(dòng)作。該設(shè)計(jì)均采用新國標(biāo)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及設(shè)備零
件等的設(shè)計(jì)。
一、原始數(shù)據(jù)
已知條件
已知條件
已知條件
已知條件
已知條件
已知條件
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)
工作條件：
單班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),空載啟動(dòng),室使用期限10年運(yùn)輸帶速度允許誤差為±5%。
二、基本要求
1、完成裝配圖一張、零件圖3張
2、編寫設(shè)計(jì)說明書一份（按畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式打?。?
傳動(dòng)方案的擬定與分析
電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比
電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比
四動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算
傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
驗(yàn)算效率
熱平衡核算
軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算
計(jì)算輸出軸軸承
鍵及聯(lián)軸器連接的選擇及校核計(jì)算
速器結(jié)構(gòu)與潤滑的概要說明
2、 傳動(dòng)方案的擬定與分析
圖一
由于本課程設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案已給：要求設(shè)計(jì)單級(jí)蝸桿下置式減速器。它與蝸桿上置式減速器相比具有攪油損失小，潤滑條件好等優(yōu)點(diǎn)，適用于傳動(dòng)速度≤4-5 m/s,這正符合本課題的要求。
三、電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比
3.1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇
按工作要求和條件，選擇全封閉自散冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓380Ｖ，型號(hào)選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.2、電動(dòng)機(jī)功率選擇
（1）電動(dòng)機(jī)輸出功率：
電動(dòng)機(jī)所需工作功率按設(shè)計(jì)指導(dǎo)書式（1）為
由設(shè)計(jì)指導(dǎo)書公式（2）
因此
估算由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)的總效率為
為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表1初選
為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率
為軸承的傳動(dòng)效率出選（滾筒軸承不計(jì)算在內(nèi)）
為卷筒的傳動(dòng)效率出選（包括軸承一對(duì)）
為V帶的傳動(dòng)效率出選
工作機(jī)所需的功率：
3.3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中得各級(jí)齒輪傳動(dòng)比如下：;
V帶傳動(dòng)比，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，其中在減速器當(dāng)作V帶傳動(dòng)比：i=2-4
理論總傳動(dòng)比：;
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的范圍
因?yàn)?
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第3版第167頁的表12-1可知
,, ,
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案，如下表：
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)質(zhì)量
傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比
1
Y-100L2-4
3
1500
1420
38
21.20
2
Y132S-6
3
1000
960
63
14.33
3
Y132M-8
3
750
710
79
10.60
4
Y100L-2
3
3000
2880
33
42.998
如無特殊需要，不選用低于750rpm的電動(dòng)機(jī)配合計(jì)算出的容量，由表查出有兩種適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，其技術(shù)參數(shù)比較情況見表1：
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，以及考慮蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比標(biāo)準(zhǔn)系列，選擇轉(zhuǎn)速為1440的電機(jī)由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有以下1種傳動(dòng)比選擇方案，如下表：
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)質(zhì)量
傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比
1
Y100L-2
3
3000
2880
33
42.998
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量和減速器的傳動(dòng)比，可知方案1比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y100L-2,所選電動(dòng)機(jī)的額定功率P = 3kw，滿載轉(zhuǎn)速n= 2880r/min 。
表2 圖二
3.4、總傳動(dòng)比
計(jì)算總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的分配
（1） 計(jì)算總傳動(dòng)比：
(2)各級(jí)傳動(dòng)比的分配
總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比的乘積，即
由上式得
式中分別為V帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比。
初選減速器的傳動(dòng)比i為20，則V帶傳動(dòng)
根據(jù)表11-1，選擇蝸桿頭數(shù)Z1=2,那么Z2則在29-61之間取值。
四、動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算
4.1、蝸桿蝸輪的轉(zhuǎn)速：
為蝸桿的轉(zhuǎn)速
為V帶的轉(zhuǎn)速
為蝸桿的轉(zhuǎn)速
為蝸輪的轉(zhuǎn)速
4.2、功率：
= * *=2.87×0.99×0.96=2.73kW
蝸輪軸功率：
= **=2.73×0.99×0.8=2.16kW
卷筒軸功率：
= **=2.16×0.99×0.96=2.05kW
4.3、 轉(zhuǎn)矩：
蝸桿軸：= Nm
蝸輪軸：=Nm
卷筒軸：=Nm
表3-2 各軸動(dòng)力參數(shù)表
軸名
功率P/kw
轉(zhuǎn)矩T/(N?m)
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
電動(dòng)機(jī)軸
2.87
2880
蝸桿軸
2.73
19.46
1339.53
蝸輪軸
2.16
307.97
66.98
帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸入功率P=3kW,轉(zhuǎn)速n1=2880r/min,i=2.15
1.1 計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pd
表4 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，1班工作制（8小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4，
取KA＝1.1。即
1.2 選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297圖13－11選取。
根據(jù)算出的Pd＝3.3kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝2880r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1= 95mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3. V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=200mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s
300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
1.7 確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
計(jì)算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝113.04N，上面已得到=164.57o，z=2，則
對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
?
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對(duì)稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖7 -6a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時(shí))，如圖7-6b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時(shí))，如圖7 -6c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時(shí))，如圖7-6d。
（a） （b） （c） （d）
圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
五、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1、選擇蝸桿傳動(dòng)類型
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI) 。
5.2、選擇材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度只是中等,故蝸桿采用45鋼;因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
5.3、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由教材【1】P254式(11—12),傳動(dòng)中心距
(1) 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩
(2) = Nm
(2)確定載荷系數(shù)K
因工作載荷有輕微沖擊,故由教材【1】P253取載荷分布不均系數(shù)=1;由教材P253表11—5選取使用系數(shù)由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù);則由教材P252
(3)確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故=160。
(4)確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值=0.35從教材P253圖11—18中可查得=2.9。
(5)確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造, 蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC,可從從教材【1】P254表11—7查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268。由教材【1】P254應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60=60170.064（1810365）=1.23
其中,(為蝸輪轉(zhuǎn)速)
j為蝸輪每轉(zhuǎn)一周每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1
1班制，每班按照8小時(shí)計(jì)算，壽命10年。
壽命系數(shù)
則
(6)計(jì)算中心距
(6)取中心距a=125mm,因i=20,故從教材【1】P245表11—2中取模數(shù)m=5mm, 蝸輪分度圓直徑=50mm這時(shí)=0.315從教材【1】P253圖11—18中可查得接觸系數(shù)=2.9因?yàn)?,因此以上計(jì)算結(jié)果可用。
5.4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
(1) 蝸桿
軸向尺距mm;直徑系數(shù);
齒頂圓直徑;
齒根圓直徑;
蝸桿齒寬B1>=(9.5+0.09)m+25=112mm
蝸桿軸向齒厚mm；分度圓導(dǎo)程角;
(3) 蝸輪
蝸輪齒數(shù)z1=2，由于查表沒有 z2=40,所以取 z2=41;
變位系數(shù)mm;
演算傳動(dòng)比mm,這時(shí)傳動(dòng)誤差比為, 是允許的。
蝸輪分度圓直徑mm
蝸輪喉圓直徑=（41+2X1）X5=215mm
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。由參考文獻(xiàn)【1】P270圖蝸輪采用齒圈式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺(tái)肩和螺釘固定，螺釘選6個(gè)
5.5、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)從教材【1】P255圖11—19中可查得齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
從教材P25知許用彎曲應(yīng)力
從教材【1】P256表11—8查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56
由教材P255壽命系數(shù)
<56Mpa可見彎曲強(qiáng)度是滿足的。
5.6、驗(yàn)算效率
已知=;;與相對(duì)滑動(dòng)速度有關(guān)。
從教材P【1】264表11—18中用插值法查得=0.0264, 代入式中得=0.884,大于原估計(jì)值,因此不用重算。
5.7、精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng),屬于通用機(jī)械減速器,從GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇7級(jí)精度,則隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089—1988。然后由參考文獻(xiàn)【3】P187查得蝸桿的齒厚公差為 =71μm, 蝸輪的齒厚公差為 =130μm;蝸桿的齒面和頂圓的表面粗糙度均為1.6μm, 蝸輪的齒面和頂圓的表面粗糙度為1.6μm和3.2μm。
5.8.熱平衡核算
初步估計(jì)散熱面積：
取(周圍空氣的溫度)為。
軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
6.1、連軸器的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、輸入軸按扭矩初算軸徑
選用45調(diào)質(zhì)，硬度217~255HBS
根據(jù)教材【1】P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=115
考慮有鍵槽，將直徑增大5%，則d=14.58X（1+5%）mm=15.31mm
標(biāo)準(zhǔn)孔徑d=30mm，即軸伸直徑為30mm，高速軸為了隔離振動(dòng)與沖擊,選用有彈性柱銷連軸器，一邊連38mm一邊連30mm的只有LX3彈性柱銷連軸器滿足要求。
輸出軸按扭矩初算軸徑
選用45#調(diào)質(zhì)鋼，硬度（217~255HBS）
根據(jù)教材【1】P370頁式（15-2），表（15-3）取A0=115
軸伸安裝聯(lián)軸器，考慮補(bǔ)償軸的可能位移，選用無彈性元件的聯(lián)軸器，由轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩得
Tc=KT=1.5×9.550××3.136/80=561.4N?m
低速軸選用無彈性擾性聯(lián)軸器JB/ZQ4384--1997，標(biāo)準(zhǔn)孔徑d=45mm，許用應(yīng)力為800許用轉(zhuǎn)速250。參考【3】P154
表5：
型號(hào)
公稱轉(zhuǎn)矩Tn
允許轉(zhuǎn)速[n]
軸孔直徑d
Y型長度
LX3
1250N.m
4750
30mm和38
82mm
無彈性撓性
800N.m
250
45mm
90mm
2、載荷計(jì)算
公稱轉(zhuǎn)矩T1=35.36，T2=374.36。由書中表14-1查得=1.5，
輸入軸1.5*35.36=53.04N.m<1250N.m滿足要求；
輸出軸1.5*374.36=561.54N.m<800N.m滿足要求。
6.2、輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
（1）軸上零件的定位，固定和裝配
單級(jí)減速器中可將蝸桿蝸齒部分安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱布置，兩軸承分別以軸肩和軸承蓋定位。
（2）確定軸各段直徑和長度
1段：直徑d1=30mm 長度取L1=80mm（連聯(lián)軸器）
2段：由教材P364知h=（0.07~0.1）d得：h=0.08 d1=0. 08×30=2.4mm
直徑d2=d1+2h=30+2×2.4=35mm,長度取L2=50 mm
3段：初選用30208型單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為40mm，a寬度為16.9mm，T寬度為19.75mm取18mm加上沖壓擋油環(huán)薄壁2mm；故III段長：L3=20mm
4段：由教材P364得：h=0.08 *d3=0.08×40=4mm
d4=d3+2h=40+2×4=48mm長度取L4=80mm
5段：直徑d5=76mm 長度L5=120mm>B1（由于蝸桿齒頂圓直徑75.6mm，則做成齒輪軸)
6段：直徑d6= d=48mm 長度L6=80mm
7段：直徑d7=d3=40mm 長度L7=L3=20mm
圖三
初選用30208型單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為40mm，寬度為18mm。
由上述軸各段長度可算得軸支承跨距L=L4+L6+L5+2(t-a)+2*（擋油環(huán)壁2mm）=289.70mm=290mm。為提高剛度，盡量縮小支承跨距L=（0.9--1.1）da1=（272.2--332.6）mm,則290mm滿足要求。
（3）按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算
①求小齒輪分度圓直徑：已知d1=0.063m d2=302.4mm=0.3024m
②求轉(zhuǎn)矩：已知T2=374.28N·m T1=35.0N·m
③求圓周力：Ft
根據(jù)教材P252（10-3）式得：
==2T1/d1=2*35/0.063=1111.11N
==2T2/d2=2*374.28/0.3024N=2475.4N
④求徑向力Fr
根據(jù)教材【1】P252（10-3）式得：
Fr=·tanα=2475.4×tan200=901N
⑤因?yàn)樵撦S兩軸承對(duì)稱，所以：LA=LB=145mm
1、繪制軸的受力簡圖
2、繪制垂直面彎矩圖
軸承支反力：
由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為：
MC2=FrhL=555.6×145×=80.5N·m
3、繪制水平面彎矩圖
截面C在水平面上彎矩為：
MC1=d*Ft/2=1111.1*63*/2=35N·m
4、繪制合彎矩圖
MC=(MC12+MC22)1/2=(35280.52)1/2=87.8N·m
5、繪制扭矩圖
轉(zhuǎn)矩：T= TI=35.0N·m
校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
圖四
∵由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6,
前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。
∴該軸強(qiáng)度足夠。
6.3、輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
（1）軸上的零件定位，固定和裝配
單級(jí)減速器中,可以將蝸輪安排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，蝸輪左面用軸肩定位，右面用套筒軸向定位，周向定位采用鍵和過渡配合，兩軸承分別以軸承肩和套筒定位，周向定位則用過渡配合或過盈配合，軸呈階梯狀，左軸承從左面裝入，蝸輪套筒， 右軸承從右面裝入。
（2）確定軸的各段直徑和長度
1、段：直徑d1=45mm
2、段：由教材P364得：h=0.07 d1=0.08×45=3.6mm
直徑d2=d1+2h=45+2×3.6=52mm,該直徑處安裝密封氈圈，查參考文獻(xiàn)[3]知標(biāo)準(zhǔn)直徑可選55mm或50mm，但應(yīng)大于52mm取d2=55mm。
2、 段：直徑d3=60mm ，由GB/T297-1994初選用30212型單列圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為60mm，T為23.75mm，B=22mm。
4、段：由參考文獻(xiàn)[2]圖35知：d4=d3+2=60+2=62mm，
5、段:起定位作用，h=0.08 d4=0.08×62=5mm直徑d5=d4+2*5=72mm
6、段：d6=60
圖五
1、從前面所選取聯(lián)軸器知長度取L1=90mm
2、經(jīng)過初步估算取軸承端蓋的總寬度為26mm，軸長度取L2=50 mm
3、由B=22mm，軸承 離箱體內(nèi)壁10mm，蝸輪輪轂端面與內(nèi)機(jī)壁距離12mm，再加上與蝸輪輪轂端面間隙2mm，得L3=46mm(安裝套筒定位）
4、由輪轂的寬度L=90mm則此段長度要比L小2mm， 取L4=88mm
5、輪轂離箱體內(nèi)壁12mm，不能干擾擋油環(huán)的安裝需小于12mm，取L5=8mm
6、由于輪是對(duì)稱裝置的，即在箱體中心，經(jīng)過計(jì)算L6=36mm
由上述軸各段長度及正裝T=23.75mm，a=22.4可由L=（L4+2）+L5+（套筒長）+2(T-a)算得軸支承受力跨距L=136.7mm取138計(jì)算。
（3）按彎扭復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算
①求分度圓直徑：已知d2=302.4mm
②求轉(zhuǎn)矩：已知T2= TII=374.28N·m
③求圓周力Ft：根據(jù)教材P198（10-3）式得
=2T2/d2=2475.4N =1111.1N
④求徑向力Fr：根據(jù)教材P198（10-3）式得
Fr=·tanα=2475.4×tan200=901N
⑤∵兩軸承對(duì)稱則LA=LB=69mm
圖六
1、求支反力FAY、FBY、FAZ、FBZ
2、由兩邊對(duì)稱，截面C的彎矩也對(duì)稱，截面C在垂直面彎矩為
MC2=FrhL=1237.7×69×=85.4N·m
3、截面C在水平面彎矩為
MC1=d*Ft/2=2475.4*302.4*/2=374.3N·m
4、計(jì)算合成彎矩
MC=（MC12+MC22）1/2=（85.42+374.32）1/2=384N·m
5、校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度由式（15-5）
∵由教材P373式（15-5）經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力,取α=1,
前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材【1】P362表15-1查得,因此<,故安全。
∴此軸強(qiáng)度足夠
七、滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：
1班制，每班按照8小時(shí)計(jì)算，壽命10年。
=1810300=29200小時(shí)。
7.1、計(jì)算輸入軸軸承
初選兩軸承30208型單列圓錐滾子軸承查參考文獻(xiàn)【3】可知蝸桿承
軸Ⅰ30208兩個(gè)，蝸輪軸承30213兩個(gè)，(GB/T297-1994)
表6：
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
計(jì)算系數(shù)
基本額定/kN
d
D
T
a
受力點(diǎn)
e
Y
動(dòng)載荷Cr
靜載荷Cor
30208
40
80
19.75
16.9
0.37
1.6
63.0
74.0
30212
60
110
23.75
22.4
0.4
1.5
103
130
圖七
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知:
N
（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于30208型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.37,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=284N
(3)求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)?
46720h故所選軸承滿足壽命要求。
7.2、計(jì)算輸出軸軸承
圖八
初選兩軸承為30212型圓錐滾子軸承查圓錐滾子軸承手冊(cè)可知其基本額定動(dòng)載荷=103KN基本額定靜載荷=130KN
(1)求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面圖(2)和水平面圖(3)兩個(gè)平面力系。其中圖(3)中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指定軸線;圖(1)中的亦通過另加彎矩而平移到作用于軸線上。由力分析知: N
（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力
對(duì)于30213型軸承,按教材P322表13-7,其中,e為教材P321表13-5中的判斷系數(shù)e=0.4,因此估算
按教材P322式(13-11a)
=415N
(3) 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
46720h故所選軸承滿足壽命要求
8、 鍵及聯(lián)軸器連接的選擇及校核計(jì)算
8.1、連軸器與電機(jī)連接采用平鍵連接
查表P174的Y132M軸徑d1=38mm，E=80mm取L電機(jī)=50mm
查參考文獻(xiàn)[5]P140選用A型平鍵，得：b=10 h=8 L=50
即：鍵A10×50 GB/T1096-2003
T額=20000N·m
根據(jù)教材P106式6-1得
σp=2T2/dhl=2×20000/（10×8×50）=10Mpa<[σp](110Mpa)
8.2、輸入軸與聯(lián)軸器連接采用平鍵連接
軸徑d2=30mm L1=80mm T=35.0N·m
查手冊(cè)選A型平鍵，得：b=8 h=7 L=70 軸槽深t=4.4mm，輪轂槽深=3.3mm
即：鍵A8×70 GB/T1096-2003
σp=2T/dhl=2×35000/（30×7×70）=4.76Mpa<[σp](110Mpa)
8.3、輸出軸與聯(lián)軸器連接用平鍵連接
軸徑d3=45mm L2=90mm T=374.28N.m
查手冊(cè)P51 選用A型平鍵，得：b=14 h=9 L=80 軸槽深t=5.5mm，輪轂槽深=3.8mm
即：鍵A18×80GB/T1096-2003
根據(jù)教材P106（6-1）式得
σp=2T/dhl=2×374280/（45×9×80）=23.1Mpa<[σp] (110Mpa)
8.4輸出軸與渦輪連接用平鍵連接
軸徑d4=62mm L2=88mm T=374.28N.m
查手冊(cè)P51 選用A型平鍵，得：b=18 h=11 L=80 軸槽深t=7mm，輪轂槽深=4.4mm
根據(jù)教材P106（6-1）式得
σp=2T/dhl=2×374280/（62×11×80）=13.7Mpa<[σp] (110Mpa)
表7：
名稱
鍵寬b
鍵高h(yuǎn)
鍵長L
軸槽深t
轂槽深
連電機(jī)軸
10
8
50
5
3.3
輸入軸
8
7
70
4.4
3.3
輸出軸
14
9
80
5.5
3.8
輪處
18
11
80
7
4.4
9、 減速器結(jié)構(gòu)與潤滑的概要說明
9.1、箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料
采用下置剖分式蝸桿減速器（由于V=1m/s4m/s）
鑄造箱體，材料HT150。
9.2、鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系（參考文獻(xiàn)【3】P26）
表8：
名 稱
符 號(hào)
尺 寸 關(guān) 系
計(jì) 算 結(jié) 果
機(jī)座壁厚
0.04a+3≥8
10
機(jī)蓋壁厚
0.85δ≥8
10
機(jī)座凸緣厚度
b
1.5δ
15
機(jī)蓋凸緣厚度
15
機(jī)座底凸緣厚度
p
2.5δ
25
地腳螺釘直徑
0.036a+12
17.76取 M20
地腳螺釘數(shù)目
n
4
4
軸承旁連接螺栓直徑
16 M16
機(jī)蓋與機(jī)座連接螺栓直徑
12 M12
軸承端蓋螺釘直徑
10 M10
窺視孔蓋螺釘直徑
8 M8
Df，d1，d2至外壁距離
C1
見表
26,22,16
df，d1,d2至凸邊緣距離
C2
見表
24,20,14
軸承端蓋外徑
D2
軸承座直徑+（5--5.5）
桿：134
輪：174
定位銷直徑
d
8
聯(lián)接螺栓間距
L
L=150--200
150mm
蝸輪外圓與內(nèi)機(jī)壁距離
＞1.2δ
15
蝸輪輪轂端面與內(nèi)機(jī)壁距離
≥δ
12
機(jī)蓋
機(jī)座肋厚
、m
≈0.85
≈0.85
8.5
8.5
軸承端蓋凸緣厚度
e
（1~1.2）
12
外機(jī)壁到軸承端面的距離
L1
c1+c2+(5--8)
48
蝸輪離頂壁距離S
S
S>2m+
>15.6取18mm
9.3、齒輪的潤滑
因齒輪的圓周速度<12 m/s，所以采用浸油潤滑的潤滑方式。高速齒輪浸入油面高度約0.7個(gè)齒高，但不小于10mm，低速級(jí)齒輪浸入油面高度約為1個(gè)齒高（不小于10mm），1/6齒輪。
9.4、滾動(dòng)軸承的潤滑
因潤滑油中的傳動(dòng)零件（齒輪）的圓周速度V≥1.5～2m/s所以采用飛濺潤滑，在軸承內(nèi)側(cè)加一個(gè)擋油環(huán)，寬為+—L5=14mm
9.5、密封
軸承蓋上均裝墊片，參考文獻(xiàn)[3]P165知：輸入軸處d1=34mm，D=47mm；輸出軸d1=54mm，D=71mm。透蓋上裝密封圈。
9.6、注意事項(xiàng)
（1）裝配前，所有的零件用煤油清洗，箱體內(nèi)壁涂上兩層不被機(jī)油浸蝕的涂料；
（2）齒輪嚙合則隙用鉛絲檢驗(yàn)，高速級(jí)則隙應(yīng)不小于0.211mm，低速級(jí)則隙也不應(yīng)小于0.211mm；
（3）齒輪的齒則間隙最小= 0.09mm，齒面接觸斑點(diǎn)高度>45%，長度>60%；
（4）30212和30208型單列圓錐滾子軸承的軸向游隙均為0.10～0.15mm；用潤滑油潤滑；
（5）減速器裝置內(nèi)裝CKC150工業(yè)用油至規(guī)定的油面高度范圍；
（6）減速器外表面涂灰色油漆；
（7）按減速器的實(shí)驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。
（8）最低浸油一個(gè)齒高，最高浸油面比最低浸油面高出10mm
電動(dòng)機(jī)型號(hào)： Y100L-2
設(shè)計(jì)小結(jié)
經(jīng)過幾周的課程設(shè)計(jì)，我終于完成了自己的設(shè)計(jì)，還是感覺學(xué)到了很多的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，這些都是在平時(shí)的理論課中不能學(xué)到的。還將過去所學(xué)的一些機(jī)械方面的知識(shí)系統(tǒng)化，使自己在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用能力得到了很大的加強(qiáng)。
除了知識(shí)外，也體會(huì)到作為設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)肅、認(rèn)真，并且要有極好的耐心來對(duì)待每一個(gè)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。在設(shè)計(jì)過程中，我們會(huì)碰到好多問題，這些都是平時(shí)上理論課中不會(huì)碰到，或是碰到了也因?yàn)椴挥枚蝗ド罹康膯栴}，但是在設(shè)計(jì)中，這些就成了必須解決的問題，如果不問老師或是和同學(xué)討論，把它搞清楚，在設(shè)計(jì)中就會(huì)出錯(cuò)，甚至整個(gè)方案都必須全部重新開始。比如軸上各段直徑的確定，以及各個(gè)尺寸的確定