1、机 械 课 程 设 计1目录前言 2一、设计任务书 3二、传动方案的拟定及说明 5三、电动机的选择 63.1 、选择电动机的类型 63.2 、选择电动机的容量 63.3 、确定电动机的转速 6四、计算传动装置以及动力参数 84.1、传动比的计算与分配 .84.2、传动和动力参数计算 .8五 、蜗轮蜗杆设计计算 105.1 蜗杆蜗轮参数设计计算 .105.2 蜗轮蜗杆弯曲强度校核 .115.3 蜗轮蜗杆尺寸总结 .125.4 蜗杆传动的热平衡计算 .13六、轴的设计计算 .146.1 高速轴(蜗杆轴)的设计计算 .146.2 低速轴的设计计算 .16七、键联接的选择及校核计算 .19八、滚动轴承
2、的选择及计算 .208.1 高速轴上轴承的选择及校核 .208.2 高速轴上轴承的选择及校核 .20九、联轴器的选择 .229.1、电动机与高速轴之间的联轴器 229.2、低速轴与卷筒之间的联轴器 22十、减速器箱体尺寸及结构的确定 .2310.1 箱体尺寸的设计 2310.2 箱体各部件结构的设计 24十一、减速器的润滑 .26十二、参考文献 .27机 械 课 程 设 计2前言课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在 2011 年 6 月 13 日 -2011 年 7 月 3 日为期三周的机械设计课程设计。本次是设计一个一级蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工
3、作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电机联轴器减速器联轴器卷筒） ，在袁逸萍老师指导下独立完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等和装配图 A0 图纸一张、零件图 A4 图纸 2 张（包括蜗杆轴与蜗轮） 。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。机 械 课 程 设 计3一、设计任务书1.设计题目 高架灯
4、提升装置传动装置简图如下图所示：简介：在高速公路、立交桥等地方都需要安装照明灯，这些灯具的尺寸大、图 1-1 传动方案简图安装高度高，在对路灯进行维修时需要专门的提升设备路灯提升装置。该装置一般安装在灯杆内，尺寸受到灯杆直径的限制, 动力通过减速装置传给工作机卷筒，卷筒上装有钢丝绳，卷筒的容绳量与提升的高度相匹配。设计要求：本提升装置用在城市高架路灯的提升。卷筒上钢丝绳直径为11mm，电动机水平放置，且采用正、反转按钮控制方式。工作时，要求安全、可靠，提升装置应保证静载时机械自锁，并有力矩限制器和电磁制动器。设备调整、安装方便，结构紧凑，造价低。(1)数据提升力/N 8000容绳量/m 65安
5、装尺寸/mm 290470电动机功率不大于/kW 2.2(2)工作条件载荷平稳，间歇工作。(3)生产批量及加工条件生产 10 台，无铸钢设备。2.设计任务绘制提升装置的方案原理图及结构图，装置包括原动机、传动装置、工作机（卷筒） ，考虑到安全性，应有保证安全的制动部分。卷筒直径：D=300mm使用期限：工作期限为十年，检修期间隔为三年。传 动 装 置原 动 机 卷 筒机 械 课 程 设 计4图 1-2 高架灯提升装置 机 械 课 程 设 计5二、传动方案的拟定及说明图 2-1 传动方案简图根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机连轴器减速器连轴器卷筒 (如图 2-1 所示) 。根据生产设计
6、要求可知，该蜗杆的圆周速度 V45m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见（如图 2-2 所示） ，采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗杆及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆轴采用角接触轴承,蜗轮轴采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。图 2-2 蜗杆下置式 传 动 装 置原 动 机 卷 筒机 械 课 程 设 计6三、电动机的选择3.1 、选择电动机的类型根据工作要求
7、选用 Y 系列全封闭扇冷式笼型三相异步电动机，电源电压为 380V。三相异步电动机具有结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。3.2 、选择电动机的容量电动机所需工作功率为：wdP取电动机工作效率为： kW1.2工作机所需功率： 0Fv传动装置的总效率为 4321联轴器效率 =0.99，滚动轴承效率（一对） =0.99，闭式蜗轮蜗杆传动12效率 =0.75，传动滚筒效率 4=0.96 为代入得：3 691.0.75.09022 工作机所需功率为：kWpPdw431绳速：smFpV/8.805.1因载荷平稳，电动机额定功率 略大于 即可。由 Y 系列电动机技术数eddP据，选电
8、动机的额定功率 为 2.2kW。edP3.3 、确定电动机的转速滚筒轴工作转速 min/56.106rDvnw一般一级蜗轮蜗杆减速器传动比 为 1080，故电动机的转速可选范围为：i= dn min/03.9256.1in/56.1)40(1 rriw 符合这一范围的同步转速有 750 r/min、1000 r/min，现将这量种方案进机 械 课 程 设 计7行比较。有相关资料查得的电动机数据及计算出的总传动比列于表 1。机 械 课 程 设 计8表 3-1 额定功率为 2.2KW 时电动机选择对总体方案的影响方案 电动机型号 同步转速/满载转速（r/min）电动机质量（kg）价格/元 传动比
9、ai1 Y112M-6 1000/940 45 1233 1.5i2 Y132S-8 750/710 63 966 i表 1 中，方案 2 电动机的质量轻，价格便宜，总传动比大，而方案 2 和方案 1 相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及总传动比，可以看出选用方案 2 较好，即选定电动机型号为 Y132S-8。额定值型号 功率/kW电流/A转速/（r/min）效率%功率因数(cos )堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩外形尺寸（长宽高）/mm质量/kgY112M62.2 5.61 940 80.5 0.74 6 2 2.2 400313265 45Y132S8
10、2.2 5.81 710 80.5 0.71 5.5 2 2 475350315 63机 械 课 程 设 计9四、计算传动装置以及动力参数4.1、传动比的计算与分配总传动比 ：= =61.42减速器的传动比，即一级蜗杆传动比 i：i= =61.424.2、传动和动力参数计算4.1 电动机轴的输入功率、转速与转矩P0= Pd =2.1kW =710r/min0T0=9550 =28.25N .m0n4.2 蜗杆轴的输入功率、转速与转矩= P0 =2.079kw 11= =710r/min10T1=9550 =27.96N .m1n4.3 蜗轮轴的输入功率、转速与转矩= = 1.5437kW2P1
11、32=11.56r/minin2T2= 9550 =1275.29 Nm24.4 传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩机 械 课 程 设 计10P3 = P2 2 1=1.513kW= =11.56 r/min3 2T3= 9550 = 1249.93Nm3n运动和动力参数计算结果整理于下表 3-1：表 4-1 各轴运动和动力参数功率 P/kW 转矩 T（Nm）轴名输入 输出 输入 输出转速n/(r/min)传动比i效率 电动机轴 蜗杆轴蜗轮轴传动滚筒轴2.0791.54371.51302.12.0581.52831.497927.961275.291249.9328.2527.681262.54
12、1237.4371071011.5611.56161.421 0.990.74250.9801机 械 课 程 设 计11五 、蜗轮蜗杆设计计算5.1 蜗杆蜗轮参数设计计算（1）选择材料并确定其许用应力蜗杆用 45 钢，表面淬火，硬度为 4050HRC;蜗轮用铸铝青铜 ZCuAl10Fe3砂模铸造,双侧工作许用接触应力，查表 12-2 得 =230MPaH许用弯曲应力，查表 12-6 得 =63MPaF（2）选择蜗杆头数 Z,并估计传动效率由 i=61.42 查表 12-2，取 Z1=1,则 Z2=i Z1=62;由 Z1=1 查表 12-8，估计 =0.74;（3）确定蜗杆转矩 mNPTn87
13、695.9260（4）确定使用系数 ，综合弹性系数kAzE取 =1.1，取 =160（钢配铝青铜）kAzE（5）确定接触系数 P假定 ,由图 12-11 得 =2.935.01adzP（6）计算中心距 a mTHpEak28.179)/(32（7）确定模数 m,蜗轮齿数 ,蜗杆直径系数 q,蜗杆导程角 ，中心距 az2等参数 由式 12-10 得 md73.68.05.1amz.421现取 , , , 则m518q901Z31062522机 械 课 程 设 计12,mZqma28.1790)(5.02接触强度足够，满足要求。导程角 。 。12.38/arctn/arctn1qz5.2 蜗轮蜗杆
14、弯曲强度校核（1）蜗轮齿形系数由当量齿数 622)1.3/(cos6)/(s3rZV查图 11-8 得， =2.3YFa2(2)蜗轮齿根弯曲应力= Mpa8 =10mm箱盖壁厚度 1 1=0.8510=8.585.01 1=8.5mm箱座凸缘厚度 b b=1.5 b=15mm箱盖凸缘厚度 1 1b1=1.5 1 b1=12.75mm箱座底凸缘厚度 2 5.2m25地脚螺栓直径 0.036a+12 19.2mm地脚螺栓数目 n 取 n=4 个 n=4轴承旁联接螺栓直径 1 0.751= d=14.4mm箱盖与箱座联接螺栓直径 2 fd6.02=11.52mm 2联接螺栓 的间距2 l l=150
15、200mm l=150mm轴承端盖螺栓直径 3 f5.3 9.6mm窥视孔盖螺钉直径 4 fd046.72mm定位销直径 d 28. d=9.216mm 安装螺栓直径 xM8 M10 M12 M16 M20 M24 M30至外箱壁距离 min1c13 16 18 22 26 34 40至凸缘边距离 i211 14 16 20 24 28 34螺栓扳手空间与凸缘宽度沉头座直径 mincD20 24 32 32 40 48 60轴承旁凸台半径 1R21cRmR201凸台高度 h 自定 h=60mm机 械 课 程 设 计25外箱壁至轴承座端面距离： 1 1=1+2+(58)54mm蜗轮外圆与内壁距离
16、 1.1m16蜗轮轮毂与内壁距离 22 =16mm2箱盖箱座肋厚 1,2 mm5.8.0,5.78.011 轴承端盖外径 2+(55.5)32=1.25+10 140mm/180mm轴承端盖凸缘厚度 t t=(11.2)d3 t=9.6mm轴承旁联接螺栓距离 S 2DS140mm 注:表中 a 为中心距。10.2 箱体各部件结构的设计箱体减速器箱体是支承轴系部件，保证传动零件正确啮合，良好润滑和密封的基础零件，应具有足够的强度和刚度。因无铸造设备，箱体采用锻造。为保证减速器支承刚度，箱体轴承座应有足够厚度，并设置加强肋。轴承旁联接螺栓凸台有利于提高轴承座孔的联接刚度，凸台高度由联接螺栓的扳手空
17、间决定。箱座与箱盖联接凸缘要有一定厚度，以保证箱座与箱盖联接刚度，箱体剖分面要加工平整。箱体内的浸油高度为一个齿高,为避免传动零件转动时将沉积在油池底部的污物搅起,造成齿面磨损,大齿轮齿顶距油池底面距离不小于 3050mm,在本次设计中设计其距离为 50mm。轴承盖轴承盖用来密封、轴向固定轴承、支撑轴向载荷和调整轴承间隙。由设计要求选用凸缘式轴承盖，铸钢铸造。轴承密封对有轴穿出的轴承盖轴承盖孔与周之间应有密封件，以防止润滑剂外漏及外界灰尘、水分渗入，保证轴承的正常工作。所选轴承在已知工作条件下均采用油润滑，因转速不高，故选用毡圈油封。观察孔减速器安装完毕以后，为检查箱体内传动零件的啮合与润滑情
18、况和向箱体内加润滑油，须在传动件上方设置观察孔。在允许条件下，观察孔应设计的大些。机 械 课 程 设 计26通气器通气器安装在观察孔盖上。采用带有过滤网的通气器，以避免箱体外灰尘、杂物吸入箱内影响润滑。在本次设计中选用的是 M18 1.5 的通气器。油标（油面指示器）选用 B 型杆式油标，螺纹公称直径是 M20。起吊装置为方便拆卸，箱体一定要有起吊装置。本设计选用在箱盖上加装起盖螺钉，规格为 M12。螺塞和封油圈的设计箱座壁厚为 10mm,故选择外六角螺塞 M271.5；油圈选用纸封油圈。机 械 课 程 设 计27十一、减速器的润滑减速器内部的传动零件和轴承都需要有良好的润滑，这样不仅可以减小
19、摩擦损失，提高传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。本减速器采用蜗杆下置式，所以蜗杆采用浸油润滑，蜗杆浸油深度h大于等于1个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承最低滚动中心。蜗轮轴承采用刮板润滑。蜗杆轴承采用脂润滑，为防止箱内的润滑油进入轴承而使润滑脂稀释而流走，常在轴承内侧加挡油盘。十二、参考文献1.机械设计基础 （第五版） 杨可桢、程光蕴、李仲生主编 高等教育出版社 2006.5机 械 课 程 设 计282. 机械设计综合课程设计 王之栎、王大康主编 机械工业出版社 2007.83 .现代工程工程制图 杨裕根 祝世敏主编 北京邮电大学出版社 2008.44. 机械零件设计手册 李忠生主编 高等教育出版社 1988.65. 机械设计实用手册 吴宗泽编著 化学化工出版社 2005.086.机械设计课程设计指导书 龚桂义编著 高等教育出版社，2006.067. 机械设计课程设计 潘承怡主编 哈尔滨理工大学出版；
