带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计

一、设计任务

    设计题目：用于胶带输送机的传动装置的一级蜗杆减速器传动装置。

    传动装置如图所示：

1—滚筒               5—联轴器    

  2—链                 6—电动机

  3—减速器             7—滑动轴承

  4—滚动轴承

    电动机通过联轴器与蜗杆减速器相连，经蜗轮轴与链轮联接，再由链传动驱动滚筒上的胶带工作，工作滚筒的圆周力F=2100N，带速V=0.6m/s，滚筒直径D=320mm，滚筒长度L=450mm，工作年限为8年，工作班制为2班制，工作环境清洁，载荷平稳，小批生产。

二、电动机的选择

1、选择电动机的类型

    按已知条件选用Y系列全封闭自扇式笼型三相异步电动机。

2、选择电动机容量

    电动机所需功率为      Pd=Pw/

    工作机所需工作功率为：Pw=FV/1000=（1600×0.45）/1000=0.72（KW）

    传动装置的总传动效率为：

    按表1-2确定各部分效率为：弹性联轴器=0.992滚动轴承传动效率（一对）=0.99，开式链传动=0.92，蜗杆=0.8，卷筒传动效率=0.96

代入得：              =0.992×0.992×0.92×0.8×0.96=0.687

电动机所需功率        Pd=Pw/=10.72/0.687≈1.048（KW）

因载荷平稳，电动机额定功率Pde应略大于Pd即可，由表14-1选得Y系列电动机额定功率Pde为2.2KW

3、确定电动机转速

    输送机卷筒的转速为    nw=（60×1000V）/D

=（60×1000×0..45）/（3.14×250）

=38.22r/mi

    链传动比常用范围i1=2～3.5，蜗杆传动i2=5～80

    故电动机转速的范围为：nd=（2×5～3.5×80）×38.22

=382.2～10701.6r/min

    选用同步转速1500r/min，从其重量、价格以及传动比等考虑，选用Y90L1-4

三、运动参数的计算

（一）传动装置的总传动比及各级传动比分配

1、传动装置的总传动比

    由前面计算得输送机卷筒的转速nw=38.22r/min

    总传动比               i总=nm/nw=1400/38.22=36.63

2、分配各级传动比

    取蜗杆减速器的传动比为15，则链传动的传动比

i12=i总/15=36.63/15=2.442

（二）计算传动装置的运动参数和动力参数

O轴-电动机轴：

 Po=Pd=1.048（KW）

    No=nm=1400r/min

    To=9550Po/no=（9550×1.048）/1400=7.367N·m

1轴-高速轴：  

 P1= Po= 1.408×0.992×0.99=1.029KW

n1=no=1400r/min

T1=9550P1/n1=9550×1.029/1400=7.02N·m

2轴-低速轴   

 P2=P1=1..029×0.8=0.82KW

    n2=n1/i12=1400/15=93.33r/min

    T2=9550P2/n2=9550×0.82/93.33=83.9N·m

3轴-滚筒轴   

 P3=P2= 0.82×0.92×0.96×0.99=0.71KW

    n3=n2/i01=38.22r/min

    T3=9550P3/n3=9550×0.71/38.22=177.4N·m

    将计算的运动参数和动力参数列表：

轴名                参    数	0轴		1轴		2轴		3轴
r/min	1400		1400		93.33		38.22
输入功率KW	1.048		1.029		0.82		0.71
输入转矩N·m	7.367		7.02		83.9		177.4
传动比i	15				2.442
效率	0.992	0.99		0.8		0.96		0.92

   可选用三相异步电动机型号Y90L1-4，

四、传动零件的设计计算

（一）链传动设计

1、选择链轮齿数z1，z2

    假定链速v=0.6～3m/s，选取小链轮齿数z1=21；

    从动链轮齿数z2=iz1=2.442×21=51

2、计算功率Pca

    由表查得工作情况系数KA=1，

    故Pca=KAP=1×1.048=1.048KW       

3、确定链条链节数Lp

    初定中心距ao=30p，则链节数为

Lp=2a/p+（z+z）/2+p/a[(z-z)/2]=2×30p/p+(21+51)/2+p/40p[(51-21)/2]2   节=96.3节，取Lp=97节

4、确定链条的节距p

    按小链轮转速估计，链工作在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。查得小链齿数系数Kz=（z1/19）1.08=（21/19）=1.11；KL=（Lp/100）0.26=（1.02）=1.005；选取单排链，查得多排链系数Kp=1.0，故得所需传递的功率为

Po=Pca/KZKLKp=1.048/（1.11×1.005×1）=0.939KW

    根据小链轮转速n1=94.67r/min及功率Po=0.72KW，选链号为6B单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。

    再由表查得链节距p=9.525mm。

5、确定链长L及中心距a

L=LpP/1000=97×9.525/1000=0.924m

a=p/4[（Lp-z1/2-z2/2）+]

=(9.525/4)×[（97-39）+

=279.77mm

中心距减小量

△a=(0.002～0.004)a=(0.002～0.004)×279.77mm

   =0.560～1.120mm

实际中心距

a′=a-△a==279.77mm-(0.560～1.120)mm=156.67～313.34mm

取a′=320mm

6、验算链速

v=n1Zp/（60×1000）=93.33×21×9.525/（60×1000）=0.31m/s

7、验算小链轮毂孔dk

    查得小链轮毂孔许用最大直径dmax=47mm，大于电动机轴径D=38mm，故合适。

8、作用在轴上的压轴力

    Fp=KFpFe

    有效圆周力    Fe=1000P/v=1000×1.048/0.31=3380N

    按水平布置取压轴力系数KFp=1.15，故

    Fp=1.15×3380=3887N

（二）蜗轮蜗杆的计算

1、选择蜗杆传动类型

    根据GB/T10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。

2、选择材料

    蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

3、按齿面接触疲劳强度进行设计

    根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行计算，再较核齿根弯曲疲劳强度。

传动中心距    a≥

1）确定作用在蜗轮上的转矩T2

    按z1=2，估取效率=0.8，则

    T2=9.55×106P2/n2=9.55×106×1.048×0.8/93.33N·mm=85789N·mm

2）确定载荷系数K

    因工作载荷稍有波动，故取载荷分布不均系数K=1.15；选取使用系数KA=1；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.05；则

K=KA·K·KV=1.15×1×1.05=1.21

3）确定弹性影响系数ZE

    因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，

故ZE=160MPa1/2。

4）确定接触系数Z

    先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.35，查得Z=2.9

5）确定许用接触应力[H]

    蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度≥45HRC，可查得蜗轮的基本许用应力[H]1=268MPa

应力循环次数  

            N=60jn2Lh=60×1×93.33×38400=2.15×108

寿命系数    KHN==0.6815

则          [H]=KHN·[H]1=0.6815×268MPa=183MPa

6）计算中心距

a≥mm=87.4mm

取中心距a=100mm，因i=15，故取模数m=5mm，蜗杆分度圆直径d1=45mm。

这时d1/a=0.45，查得接触系数Z′=2.7，因为Z′，因此以上计算结果可用。

4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

1）蜗杆

    轴向齿距Pa=15.708mm；直径系数q=9；齿顶圆直径da1=55mm；齿根圆直径df1=32.5mm；分度圆导程角=12.52880；蜗杆轴向齿厚sa=7.8540mm。

2）蜗轮

蜗轮齿数z2=31；变位系数x2=0；

验算传动比i=z2/z1=31/2=15.5，这时传动比误差为（15.5-15）/15=3.3%，是允许的。

蜗轮分度圆直径   d2=mz2=5×31mm=155mm

蜗轮喉圆直径     da2=d2+2ha2=（155+2×5）mm=165mm

蜗轮齿根圆直径   df2=d2-2hf2=155-2×6.25=142.5mm

蜗轮咽喉母圆半径 rg2=a-0.5da2=100-0.5×165=17.5

5、较核齿根弯曲疲劳强度

=（1.53KT2/d1d2m）YFa2Y≤[]

当量齿数  zv2=z2/cos3=31/（cos12.52880）3=33.33

根据x2=0，zv2=33.33，可查得齿形系数YFa=2.52。

螺旋角系数  =1-/140O=1-12.5288O/140O=0.9105

许用弯曲应力   []=[]·KFN

查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[]′=56MPa

寿命系数 

  KFN==0.551

[]=56×0.551MPa=30.856Mpa

 =[1.53×1.05×85789/（45×155×5）]×2.52×0.9105MPa=104.4MPa

弯曲强度是满足的。

6、精度等级公差和表面粗糙度的确定

考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089—1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为c，标注为8c  GB/T10089—1988。