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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计

2021-10-31    作者:未知    来源:网络文摘

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:

带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图1

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,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/带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图2

    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:带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图3

    按表1-2确定各部分效率为:弹性联轴器带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图4=0.992滚动轴承传动效率(一对)带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图5=0.99,开式链传动带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图6=0.92,蜗杆带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图7=0.8,卷筒传动效率带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图8=0.96

代入得:              带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图9=0.992×0.992×0.92×0.8×0.96=0.687

电动机所需功率        Pd=Pw/带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图10=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)/带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图11D

=(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

    取蜗杆减速器的枚比为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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图12带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图13= 1.408×0.992×0.99=1.029带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图14KW

n1=no=1400r/min

T1=9550P1/n1=9550×1.029/1400=7.02N·m

2轴-低速轴   

 P2=P1带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图15=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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图16带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图17带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图18= 0.82×0.92×0.96×0.99=0.71KW

    n3=n2/i01=38.22r/min

    T3=9550P3/n3=955000.71/38.22=177.4N·m

    将计算的运动参数和动力参数列表:

带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图19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

效率带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图20

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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图21=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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图22+z带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图23)/2+p/a带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图24[(z带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图25-z带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图26)/2带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图27]带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图28=2×30p/p+(21+51)/2+p/40p[(51-21)/2带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图29]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 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)带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图30=1.11;KL=(Lp/100)0.26=(1.02)带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图31=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i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)+带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图32]

=(9.525/4)×[(97-39)+带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图33

=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=n1Z带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图34p/(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n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, 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≥带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图35

1)确定作用在蜗轮上的转矩T2

    按z1=2,估取效率带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图36=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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图37=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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图38·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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图39

    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带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图40=2.9

5)确定许用接触应力[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图41H]

    蜗轮材料为铸锡磷 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[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图42H]1=268MPa

应力循环次数  

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

寿命系数    KHN=带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图43=0.6815

则          [带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图44H]=KHN·[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图45H]1=0.6815&268MPa=183MPa

6)计算中心距

a≥带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图46mm=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′带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图47=2.7,因为Z′带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图48,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;分度圆导程角带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图51=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

带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图52=(1.53KT2/d1d2m)YFa2Y带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图53≤[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图54]

当量齿数  zv2=z2/cos3带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图55=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  带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图56=1-带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图57/140O=1-12.5288O/140O=0.9105

许用弯曲应力   [带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图58]=[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图59]带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图60带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图61·KFN

查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图62]′=56MPa

寿命系数 

  KFN=带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图63=0.551

[带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图64]=56×0.551MPa=30.856Mpa

带式传动装置中的单级蜗杆减速机设计 图65=[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。

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