《机械设计基础》课程设计船舶与海洋工程2013级1班第3组组长:xxx 组员:xxx xxx xxx二〇一五年六月二十七日《机械设计基础》课程设计说明书设计题目: 单级蜗轮蜗杆减速器学院:航运与船舶工程学院专业班级: 船舶与海洋工程专业一班学生姓名: xxx指导老师: xxx设计时间: 2015-6-27重庆交通大学航运与船舶工程学院2013级船舶与海洋工程《机械设计基础》课程设计任务书1、设计任务设计某船舶锚传动系统中的蜗杆减速器及相关传动。
2、传动系统参考方案(见下图)锚链输送机由电动机驱动。
电动机1通过联轴器2将动力传入单级蜗杆减速器3,再通过联轴器4,将动力传至输送锚机滚筒5,带动锚链6工作。
锚链输送机传动系统简图1——电动机;2——联轴器;3——单级蜗杆减速器;4——联轴器;5——锚机滚筒;6——锚链3、原始数据设锚链最大有效拉力为F(N)=3000 N,锚链工作速度为v=0、6 m/s,锚链滚筒直径为d=280 mm。
4、工作条件锚传动减速器在常温下连续工作、单向运动;空载起动,工作时有中等冲击;锚链工作速度v的允许误差为5%;单班制(每班工作8h),要求减速器设计寿命8年,大修期为3年,小批量生产;三相交流电源的电压为380/220V。
5、每个学生拟完成以下内容(1)减速器装配图1张(A1号或A0号图纸)。
(2)零件工作图2~3张(如齿轮、轴或蜗杆等)。
(3)设计计算说明书1份(约6000~8000字)。
目录1、运动学与动力学的计算 02、传动件的设计计算 (4)3、蜗杆副上作用力的计算 (7)4、减速器箱体的主要结构尺寸 (8)5、蜗杆轴的设计计算 (9)6 、键连接的设计 (13)7、轴及键连接校核计算 (13)8、滚动轴承的寿命校核 (17)9、低速轴的设计与计算 (17)10、键连接的设计 (20)11、润滑油的选择 (21)12、附件设计 (21)13、减速器附件的选择 (22)参考文献: (23)1、运动学与动力学的计算速速Y132S-6 3 1000 960 23、44Y100L2-4 3 1500 1430 34、92 Y132M-8 3 750 710 17、39综合考虑电动机与传动装置的尺寸、质量以及涡轮传动的传动比,选择Y132S-6型电动机较为合适,即电动机的额定功率edp=4kW,满载转速m n=960r/min 总传动比适中,传动装置较紧凑。
Y132S-6型电动机的主要尺寸与安装尺寸见下表:中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底角安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴身尺寸D×E装键部位尺寸F×G×D132 475×345×315216×1401238×8010×33×382、传动件的设计计算2、1蜗杆副的设计计算 2、1、1选择材料蜗杆:45钢,表面淬火45-55HRC;蜗轮:10-3铝青铜ZCuAl10Fe3,砂模铸造,假设相对滑动速度vs<6m/s2、1、2确定许用应力根据参考文献《机械设计基础(第六版)》杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明 主编 高等教育出版社第201-202页表12-5与表12-6 许用接触应力 [σH]=200MPa 许用弯曲应力 [σF]=80MPa 2、1、3参数的选择 蜗杆头数 Z1=2蜗轮齿数 Z2=i •Z1=23、44×2=46、88 则Z2取47 使用系数 KA=1、3 综合弹性系数 ZE=150接触系数Z ρ 取d1/a=0、4 由图12-11得,ZP=2、8 见参考文献《机械设计基础(第六版)》杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明 主编 高等教育出版社第201页图12-11 2、1、4确定中心距amm Z Z T K a H P E A 144)2008.2150(5245973.1)][(32322=⨯⨯⨯=≥σ 取整:a=145mm5314568.068.0875.0875.01=⨯=≈a d04.547531452221=-⨯=-=z d a m 查询参考文献《机械设计基础(第六版)》杨可桢 程光蕴 李仲生传动比 23、44钱瑞明 主编 高等教育出版社第195页表12-1可得 若取m=6、3,d1=63mm 则31247.2500mm d m = d2=mZ2=6、3X4、7=296、1mm 则中心距a 为mm d d a 55.178)1.29661(21)(2121=+=+=2、1、4验算蜗轮圆周速度v2、相对滑动速度vs 、及传动总效率η 1)蜗轮圆周速度v2s m n d v /635.010006096.401.29614.3100060222=⨯⨯⨯=⨯=π2)导程角 由︒==⇒=31.11arctan tan 1111d mzd mz γγ 3)相对滑动速度vs s m s m n d v s /6/23.331.11cos 1000609606314.3cos 10006011<=︒⨯⨯⨯=⨯=γπ与初选值相符,选用材料合适 4)传动总效率η查询参考文献《机械设计基础(第六版)》杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明 主编 高等教育出版社第204页表12-7及公式(12-13)可知当量摩擦角 ︒=6.1'ρ85.0~82.0)6.131.11tan(31.11tan )97.0~95.0()tan(tan )97.0~95.0('=︒+︒︒=+=ργγη 原估计效率0、75与总效率相差较大,需要重新验算。
2、1、5验算蜗轮抗弯强度蜗轮齿根抗弯强度验算公式为F F A F a Y m d d T K ][cos 53.12212σγσ≤=其中当量齿数85.4931.11cos 47cos 332=︒==γZ Z V 查询参考文献《机械设计基础(第六版)》杨可桢 程光蕴 李仲生 钱瑞明 主编 高等教育出版社 第177页图11-8可得4.22=a F YMPa MPa F F 80][73.74.231.11cos 3.61.296634476603.153.1=<=⨯︒⨯⨯⨯⨯⨯=σσ所以强度足够2、2计算蜗杆传动等其她几何尺寸 2、2、1蜗杆相关几何尺寸计算及其说明计算结果 分度圆直径 mm mq d 631== 齿顶高 mm m h a 3.61== 全齿高 mm c h m m h h a a 2.143.625.13.61)(1=⨯+⨯=++=***齿顶圆直径 mm q m d a 6.75)210(3.6)2(1=+⨯=+= 齿根圆直径 mm q m d f 88.47)4.210(3.6)4.2(1=-⨯=-= 蜗杆螺旋部分长度066.873.6)4706.011()06.011(21=⨯⨯+=+≥m z b(因为当m<10时,b1加长15~25mm,故取b1=110mm;参见参考文献《机械设计常用公式速查手册》张继东 编 机械工业出版社 第103页)蜗杆轴向齿距 mm m P a 78.193.614.31=⨯==π d1=63mm ha1=6、3mm h1=14、20mmda1=75、60mm df1=47、88mm b1=110mm Pa1=19、78mm2、2、2蜗轮相关几何尺寸 计算及其说明计算结果 分度圆直径 mm d 1.2962=齿顶圆直径 mm z m d a 7.308)247(3.6)2(22=+⨯=+= 齿根圆直径mm z m d f 98.280)4.247(3.6)4.2(22=-⨯=-=d2=296、10mm da2=308、70mm df2=280、98mm外圆直径 mm m d d a e 2.3185.122=+≤ 蜗轮齿宽 mm q m b 09.48)15.0(22=++= 轮缘宽度 mm d B a 70.5675.01=≤ de2=318、20mm b2=48、09mm 取B=56、70mm2、2、3热平衡计算取油温t=65℃,空气温度t=20℃,通风良好,t α取15W/(m 2·℃),传动效率η为0、75; 由公式 ][)1(10001t AP t t ∆≤-=∆αη 得:2111.1)1(1000m tP A t =∆-=αη 其中1p =3kw t ∆=45℃3、蜗杆副上作用力的计算3、1、1已知条件 1)高速轴传递的转矩 T1=24870N ·mm 转速 n1=960r/min 分度圆直径 d1=63mm 2)低速轴传递的转矩 T2=447660N ·mm 转速 n2=40、96r/min 分度圆直径 d2=296、1mm 3、1、2蜗杆上的作用力 1)圆周力 N d T F t 238.775632442022111=⨯==其方向与力作用点圆周速度方向相反 2)轴向力 N d T F a 71.30231.29644766022221=⨯==其方向与蜗轮的转动方向相反3)径向力 N F F n a r 54.110020tan 71.3023tan 11=︒⨯==α 其中αn=20°其方向力由力的作用点指向轮1的转动中心 3、1、3蜗轮上的作用力蜗轮上的轴向力、圆周力、径向力分别与蜗杆上相应的圆周力、轴向力、径向力大小相等,方向相反,即蜗轮上的作用力为: Fa2=Ft1;Ft2=Fa1;Fr2=Fr14、减速器箱体的主要结构尺寸根据参考文献《机械设计课程设计手册》 贾北平 韩贤武 主编 华中科技出版社 第18-20页表4-1与表4-3得单位: mm 名称 符号 尺寸关系 尺寸大小 箱座壁厚 δ 0、04α+3≥8 10 箱盖壁厚 δ1 δ1=0、085δ≥89 箱盖凸缘厚度 b1 1、5δ1 13 箱座凸缘厚度 b 1、5δ 16 箱座底凸缘厚度 b2 2、5δ 26 地角螺钉直径 df 0、036α+12M20 地角螺钉数目 n 4 4 轴承旁连接螺栓直径 d1 0、75 df M16 盖与座连接螺栓直径 d2 (0、5~0、6) dfM10 连接螺栓Md2的间距 l 150~200 170 轴承端盖螺钉直径 d3 (0、4~0、5) df M10 视孔盖螺钉直径 d4 (0、3~0、64) df M8 定位销直径 d (0、7~0、8) d2M8 Mdf 、Md1、Md 至外箱壁距离C1见表4-326,22,16Mdf、Md1、Md至凸缘边缘距离C2见表4-3 24,20,14轴承旁凸台半径R1 C2 14 凸台高度h 根据低速轴轴承座外径确定外箱壁至轴承座端面距离l1 C1+C2+(5~10) 55~60 箱盖、箱座肋骨m1、m2 m1≈0、85δ1、m2≈0、85δ7、4、8、7 轴承端盖外径D2 D+(5~5、5),D-轴承外径(125) 125 轴承旁螺栓距离s s≈D2 125 减速器零件的位置尺寸单位:mm代号名称荐用值/mm代号名称荐用值/mmΔ1 齿顶圆至箱体内壁距离15 Δ7 箱底至箱底内壁的距离20 Δ2 齿轮端面至箱体内壁距离10 H 减速器中心高Δ3 轴承端面至箱体内壁距离轴承用脂润滑时轴承用油润滑时4L1 箱体内壁至轴承座孔外端面的距离Δ4 旋转零件间的轴向距离12 L2 箱体内壁轴向间距Δ5 齿轮顶圆至周彪面的距离13 L3 轴承座孔外端面间距Δ6 大齿轮顶圆至箱体底面内壁间距35 e 轴承端盖凸缘厚度125、蜗杆轴的设计计算5、1、1已知条件1)参数传递的功率 P1=2、455KW,转速n1=960r/min,转矩T1=24、42N•m,分度圆直径63mm,df1=47、88宽度b1=110mm2)材料的选择因传递的功率不大,并对重量及结构尺寸无特殊要求,所以选用常用的45号钢,考虑到蜗轮、蜗杆有相对滑动,因此蜗杆表面采用淬火处理。