蝸桿減速器的設計

2022-10-11 06:36:04 字數 5198 閱讀 6217

由設計任務書要求及圖例可知傳動方案採用一級下置式蝸桿減速器,其結構簡單,尺寸緊湊,但效率低,適用於載荷較小,間歇工作場合。蝸桿圓周速度v≤4~5m/s。裝置工作機為帶式運輸機,對減速器由中等衝擊,且工作場合為有塵,減速器要求密封條件好。

1. 選擇電動機型別

因工作機為帶式運輸機,則對電動機無特殊要求,故電動機選用三相非同步交流電動機,採用y系列。

2. 選擇電動機容量

工作機的有效功率為

工作機各傳動部件的傳動效率及總效率:

查參考書2中表9.1得各個傳動件的效率範圍,分別取:

;;;工作機的總效率為:

3. 確定電動機轉速

查參考書1中表9.2得蝸輪傳動比推薦值如下:

理論總傳動比:

所以電動機轉速的可選範圍為

符合這一範圍的同步轉速為750r/min、1000r/min、1500r/min三種。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、質量及**等因素,為使傳動裝置結構緊湊,決定選用同步轉速為1000r/min的電動機。

根據電動機的型別、容量和轉速,由電機手冊選定電動機型號為y112m-6。

4. 電動機外形及尺寸

電動機的主要外形及安裝尺寸如表所示。

1. 傳動比計算

=2. 傳動裝置各軸的運動和動力引數

1) 各軸的轉速

第一軸轉速:

第二軸轉速:

2) 各軸的輸入功率

第一軸功率:

第二軸功率:

捲筒功率:

3) 各軸的輸入轉矩

電動機軸的輸出轉矩:

第一軸轉矩:

第二軸轉矩:

捲筒的轉矩:

將上述計算結果彙總於表1.3,以備查用

其中ⅰ軸指蝸桿軸,ⅱ軸指蝸輪軸。

由於傳動方案為一級蝸桿減速器,則傳動零件為蝸輪蝸桿。

由於蝸桿傳遞的功率為1.84kw,功率不大,速度也不高,蝸桿選用45號鋼製造,淬火處理,齒面硬度達220~300hbw。

蝸桿材料選用45鋼,整體調質,表面淬火,齒面硬度45~50hrc

蝸輪材料,根據

其中n1為蝸桿轉速,t2為蝸輪轉矩

初估蝸桿副的滑動速度vs=3.2m/s,選擇蝸輪的材料為無錫青銅

,又因小批量生產,則用沙模鑄造。

蝸桿傳動的主要失效形式是齒面膠合、齒麵點蝕和齒面磨損,而且失效通常發生在蝸輪輪齒上。因此採用齒面接觸疲勞強度條件計算蝸桿傳動的承載能力,並在選擇許用應力時,要適當考慮膠合和磨損等失效因素的影響。

故採用公式

確定模數m和蝸桿分度圓直徑。

1. 選擇蝸桿頭數及蝸輪齒數

由傳動比i=15.63,查參考書1書表9.2可知蝸桿頭數取2,

確定轉矩

由於轉矩為蝸輪上轉矩,則查上述計算錶可得=256n·m

2. 確定載荷係數k

由於載荷係數k=

由表9.4查得載荷性質為中等衝擊時,取1.15。

假設蝸輪圓周速度< 3m/s,取動載荷係數=1.0。

由於由中等衝擊,則1.1~1.3,取1.2。

所以k==1.38

3. 確定許用接觸應力

由於蝸輪材料為無錫青銅,則蝸輪齒面失效形式主要是膠合,則由表9.6查取=180mpa。

4. 確定材料彈性係數=160

5. 計算模數和分度圓直徑

將以上資料代入公式計算得2306

由參考書1表9.1取m=6.3,蝸桿分度圓直徑d1=63

6. 計算傳動中心距

蝸輪分度圓直徑=m,其中取31,

中心距變位係數

1. 驗算蝸輪速度

蝸桿倒程角

蝸輪圓周速度

蝸桿副滑動速度

與初估蝸桿副的滑動速度相符合。

蝸輪圓周速度

故選擇減速器的型別為蝸桿下置

2. 驗算效率

符合初取的效率值0.77

蝸桿傳動的幾何尺寸如下表所示

由於=47.88 <1.7×35=59.5,則蝸桿製成蝸桿軸,並採用車製蝸桿。如圖所示。

蝸桿軸簡圖

1. 軸的材料選擇

因傳遞功率不大,並對質量及結構尺寸無特殊要求,考慮到經濟性選用常用材料45#鋼,調質處理

2. 初算軸徑

對於轉軸,按扭轉強度初算軸徑,查參考書1表10.2得c=106~118,考慮到軸端的彎矩和轉矩的大小,故取c=110則

考慮到鍵槽的影響,取

3. 結構設計

軸承部件的結構形式:蝸桿減速器的中心距a=130mm,通過查表選擇減速器的機體採用剖分式結構。因傳遞功率小,故軸承的固定方式可採用兩端固定方式。

因此,所設計的軸承部件的結構形式如上圖所示。然後可按轉軸軸上零件的順序,從dmin處開始設計;

a) 聯軸器及軸段1:

dmin就是軸段1的直徑,又考慮到軸段1上安裝聯軸器,因此,軸段1的設計和聯軸器的設計同時進行。

由於聯軸器的一端連線工作機一端連線軸,其轉速比較高,傳遞轉矩比較小。考慮到安裝時不一定能保證同心度,且載荷為中等衝擊,故採用能補償兩軸軸線的相對位移和緩和載荷衝擊的彈性聯軸器。

由參考書2表13.1,選取hl型彈性柱銷聯軸器(gb5014-1985)。

則轉矩由參考書1表13.1取,

由參考書2表13.1查得hl型彈性柱銷聯軸器(gb5014-1985)j1型軸孔長度為60mm,許用轉矩為500n·m許用轉速為250r/min,軸徑可取35、38mm,故取l1=60mm ,d1=35mm;

b) 密封圈與軸段2:

考慮到聯軸器右端的固定和密封圈的標準,由參考書2表14.4,取軸段d2=38mm,密封圈為毛氈油封密封圈fz/t92010-1991中直徑是37mm;

c) 軸段3與軸段6:

考慮到蝸桿減速器有軸向力,軸承型別選用圓錐滾子軸承,軸段3上安裝軸承,要使軸承便於安裝又符合軸承內徑系列,暫取軸承型號為30208,有參考書2表12.4得,其內徑d=40mm,外徑d=80mm,寬度b=18mm,故取d3=d6=40mm,考慮到安裝甩油環和套筒時的位置,取l3=40mm,軸段6無需安裝套筒,故l6=30mm;

d) 蝸輪與軸段4:

軸段4上安裝蝸輪,按照蝸輪的設計,蝸輪的輪轂寬為(1.5~1.9)d,取輪轂寬為80mm,則軸段5的長度略小於蝸輪輪轂寬度,取l5=78mm;

軸段5的設計:為了軸向固定蝸輪並承受一定的軸向力,因此軸肩的高度為5mm,所以d5=54mm考慮到軸承受力的對稱性,軸肩5的長度l5=10mm;

e) 軸段2的長度:

軸段2的長度根據箱體的壁厚、軸承凸台的厚度、軸承端蓋的厚度以及聯軸器型別確定,由於軸承端蓋連線螺栓的長度為25mm,可取l2=60mm

f) 鍵連線:

聯軸器及蝸輪的軸向連線均採用普通平鍵連線,分別為鍵10×50 gb/t1096-1990及鍵14×70 gb/t1096-1990.

4. 軸受力分析

在水平面上

負號表示力的方向於受力簡圖中所設方向相反。

在垂直平面上

軸承ⅰ上的總支承反力

軸承ⅱ上的總支承反力

在水平面上

a-a剖面左側:

a-a剖面右側:

在豎直平面上

合成彎矩

a-a剖面左側:

a-a剖面右側:

5. 校核軸的強度

a-a剖面左側因彎矩大、有轉矩,還有鍵引起的應力集中,故a-a剖面左側為危險截面。

由附表10.1,抗彎剖面模量

抗扭剖面模量

彎曲應力

扭剪應力

對於調質處理的45鋼,由參考書1表10.1查得,,,

由參考書1表10.1注查得材料的等效係數,。

鍵槽引起的應力集中係數,由參考書1表10.4查得

絕對尺寸係數,由參考書1附圖10.1查得

軸磨削加工時的表面質量係數由參考書1附圖10.2查得。

安全係數

查表10.5得許用安全係數,顯然,故a-a剖面安全。

校核鍵連線的強度

6. 聯軸器處鍵連線的擠壓應力

取鍵、軸、聯軸器的材料都為鋼,查表6.1得。顯然,,故強度足夠。

齒輪處鍵連線的擠壓應力

取鍵、軸、齒輪的材料都為鋼,查表6.1得。顯然,,故強度足夠。

7. 校核軸承壽命

計算軸承的軸向力。由參考書1表11.13查得70308軸承內部軸向力計算公式,則軸承ⅰ、ⅱ的內部軸向力分別為

根據軸承手冊查得

cr =63.0kn

圖一:軸承布置及受力

的方向如圖一所示,同向,則

顯然,,因此軸有左移趨勢,但由軸承部件的結構圖分析可知軸承ⅰ將保持平衡,故兩軸承的軸向分力分別為

比餃兩軸承的受力,因,故只需校核軸承ⅰ。

計算當量動載荷。

因為所以

當量動載荷

校核軸承壽命。軸承在以下工作,查參考書1表11.9得。由於載荷有中等衝擊,查參考書1表11.10,得。

軸承的壽命

已知減速器使用4年,2班制工作,則預期壽命

顯然,故軸承壽命很充裕。

8. 蝸輪設計計算

由於齒圈採用鋁青銅,且蝸輪分度圓直徑d=195.3mm,大於100mm。故採用齒圈壓配式。

齒圈與輪芯採用過盈配合h7/u6,並加台階和沿接合面周圍加裝4個螺釘,以增強連線的可靠性。如圖所示。

蝸輪結構尺寸大小如下表所示。

蝸輪簡圖

1. 材料選擇

因傳遞功率不大,並對質量及結構尺寸無特殊要求,故選用常用材料45號鋼,調質處理。

2. 結構設計

1) 初算軸頸

對於轉軸,按扭轉強度初算軸頸,查表10.2得c=106~118,考慮軸端彎矩比轉矩小,故取c=110,則=,考慮鍵槽影響,取=15.26mm。

2) 軸段設計

a) 軸承部件的結構形式設計:

由輸出軸設計可知,機體採用剖分式,且傳動方式為下置式,則蝸桿部分為整體式。因傳遞的功率不大,估計軸不會長,故軸承部件的固定方式可採用兩端固定式。由此,所設計的軸承部件的結構形式如圖所示。

然後,可按軸上零件的安裝順序,從處開始設計。

b) 聯軸器及軸段1設計:

就是軸段1的直徑,又考慮到軸段1上安裝聯軸器,因此,軸段1的設計應與聯軸器的設計同時進行。

為補償聯軸器所連線的兩軸的安裝誤差,隔離震動,選用彈性柱銷聯軸器。查表13.1取=1.

5,則計算轉矩=33.3n·m。又因聯軸器與電動機連線,其軸頸為28mm,由機械設計手冊查得gb 5014——2003中的hl2型符合要求:

公稱轉矩為560n·m,許用轉速為6300r/min,軸孔直徑範圍20~35mm。考慮電動機軸頸,故取聯軸器軸孔直徑28mm,j1型軸孔長度為44mm,a型鍵,選hl2聯軸器 28×44 gb 5014-1985。

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