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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目：卷扬机传动装置的设计4系370404班设计者：戴广文指导老师: 高志慧目录一、设计任务书- 3 -二、总体方案设计- 4 -2.传动方案拟定- 4 -2.电动机的选择- 5 -2.传动系统的运动和动力参数- 6 -三、传动零件的设计计算- 8 -3.1齿轮设计- 8 -3.1.1高速级齿轮设计- 8 -3.1.2低速级齿轮设计- 13 -3.2轴的设计和校核计算- 18 -3.2.1高速轴的设计- 18 -3.2.2中间轴的设计- 19 -3.2.3低速轴的设计- 20 -3.2.4各轴的载荷分布图- 22 -3.3键联接设计计算- 25 -3.3.1高速轴
2、上的键- 25 -3.3.3中间轴上的键- 25 -3.3.3低速轴上的键- 26 -3.4滚动轴承的选择及寿命计算- 26 -3.4.1高速轴轴承- 26 -3.4.2中间轴轴承- 28 -3.4.3低速轴轴承- 29 -四、减速器箱体及附件的设计- 30 -4.1润滑和密封形式- 30 -4.1.1齿轮润滑- 30 -4.1.2滚动轴承的润滑- 30 -4.1.3密封形式的选择- 30 -4.2箱体设计- 30 -4.3技术要求- 31 -五、参考资料- 32 -一、设计任务书1 设计题目 设计一卷扬机的传动装置。传动装置简图如下图所示。（1）卷扬机数据卷扬机绳牵引力F(N)、绳牵引速度v
3、(m/s)及卷筒直径D(mm)见附表。（2）工作条件用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，三班制工作，工作平稳。（3） 使用期限工作期限为十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小时，检修期间隔为三年。（4） 产批量及加工条件 小批量生产，无铸钢设备。2 设计任务1）确定传动方案；2）选择电动机型号；3）设计传动装置；4）选择联轴器。3 具体作业1）减速器装配图一张；2）零件工作图二张（大齿轮，输出轴）；3）设计说明书一份。4 数据表牵引力F/N121087牵引速度v/(m/s)0.3，0.40.3，0.4，0.5，0.6卷筒直径D/mm470，500420，430，450，470，
4、500430，450，500440，460，480二、总体方案设计2.传动方案拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机，传动装置和工作机两部分：一，原动机的选择：设计要求动力源为三相交流电380/220v，所以原动机选用电动机。二，传动装置的选择：减速器；传动比不是很高，也无传动方向的变化，但是轴所受到的弯扭矩较大，所以初步决定采用二级斜齿轮减速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。图示：为电动机，及为联轴器，为减速器，为高速级齿轮传动，为低速级齿轮传动，为卷扬机滚筒。3，工作机工作机应该采用往复移动机构。可选择的有
5、：连杆机构，凸轮机构，齿轮齿条机构，螺旋机构，楔快压榨机构，行星齿轮简谐运动机构。本设计是要将旋转运动转换为往复运动，且无须考虑是否等速，是否有急回特性。所以连杆机构，凸轮机构，齿轮齿条机构均可，但凸轮机构和齿轮齿条机构加工复杂，成本都较高，所以还是连杆机构更合适一些。在连杆机构中，可以选择的又有对心曲柄滑快机构，正切机构和多杆机构。根据本设计的要求，工作机应该带动上卷扬机，且结构应该尽量简单，所以选择对心曲柄滑块机构。2.电动机的选择1，类型和结构形式的选择：按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。2，电动机效率计算结构传动效率联轴器0.99闭式
6、齿轮0.97滚动轴承0.99滑块：0.923，传动机功率计算绳牵引力：=10kN；电动机功率：因载荷平稳，电动机额定功率略大于，即=7.5kW。滚筒轴工作转速通常，二级圆柱斜齿轮减速器传动比常用范围是840，对心曲柄滑块机构为25，故电动机转速的可选范围是5，确定电机在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本，选择堵转转矩和最大转矩较大的Y122M4型电机。 结论：电动机型号定为Y100L24，其技术数据如下表：同步转速r/min满载转速r/min额定功率kW150014404.02.02.02.传动系统的运动和动力参数1，计算总传动比： 2，分配减速器的各级传动
7、比：对心曲柄滑块机构的传动比取，则减速器的传动比为取两级的圆柱齿轮减速器高速级的传动比为则低速级的传动比为3，计算传动装置的运动和动力参数电机轴：高速轴： 中间轴： 低速轴： 滚筒轴： 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率P / kW转矩T /N·m转速n r/min传动比i效率输入输出输入输出电机轴7.4949.71440高速轴7.427.3549.248.7144010.99中间轴7.127.05271268250.85.7420.96低速轴6.846.771067105661.24.1010.96滚筒轴6.316.251969194930.620.92三、传动零
8、件的设计计算3.1齿轮设计3.1.1高速级齿轮设计【一】 选择材料和精度等级小齿轮用40Cr，调质处理。HB=241286，平均取260MPa；大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240MPa。精度等级选8级。【二】初步估算小齿轮直径采用闭式软齿面传动，初取，。初取【三】确定基本参数校核圆周速度和精度等级查表27-1，取8级精度合理。初取齿数为， 取；确定模数mm，查表27-4，取mm；确定螺旋角为，与估算值接近；小齿轮直径为；大齿轮直径为；初步齿宽为；校核传动比误差；因齿数未做圆整，传动比不变。【四】校核齿面接触疲劳强度主要计算公式：齿面接触应力许用接触应力；相关参数
9、的计算取值如下：参数计算过程计算结果原动机平稳、工作机轻微冲击。1.50查相关图表。1.21.437估算1.74已知参数49.2非对称支撑，软齿面.2已知数据3.5无变位2.43弹性系数，查相关图表。0.790.975由材料决定MPa忽略该因素的影响忽略该因素的影响较高可靠度1.3由上述参数首先得到许用接触应力：则有故接触疲劳强度合适，齿轮尺寸无需调整。【五】确定传动主要尺寸中心距：圆整取端面模数：小齿轮直径：大齿轮直径：齿宽：小齿轮当量齿数：大齿轮当量齿数：【六】齿根弯曲疲劳强度验算主要计算公式：齿根弯曲应力许用弯曲应力相关参数的计算取值如下：参数计算过程计算结果同上1.501.21.437
10、1.743936N60mm已知数据2.5查图27-20，可得2.46查图27-20，可得2.18查图27-21，可得1.68查图27-21，可得1.810.68查相关图表。0.87由材料完全决定忽略影响较大安全系数由上述参数首先得到许用弯曲应力：则有合格【七】静强度校核因传动无严重过载，故不作静强度校核。【八】整理设计参数设计参数如下：第一级小齿第一级大齿材料40Cr45钢直径/(mm)50.469289.531法面模数2.52.5螺旋角齿根圆直径/(mm)46.469285.531齿顶圆直径/(mm)55.469294.531齿宽/(mm)6660齿数191093.1.2低速级齿轮设计【二】
11、 选择材料和精度等级小齿轮用40Cr，调质处理。HB=350420，平均取380MPa；大齿轮用45钢，调质处理，硬度为330HB400HB，平均取360MPa。精度等级选8级。【二】初步估算小齿轮直径采用闭式软齿面传动，初取，。初取【三】确定基本参数校核圆周速度和精度等级查表27-1，取8级精度合理。初取齿数为， 取；确定模数mm，查表27-4，取mm；确定螺旋角为，与估算值接近；小齿轮直径为；大齿轮直径为；初步齿宽为；校核传动比误差；因齿数未做圆整，传动比不变。【四】校核齿面接触疲劳强度主要计算公式：齿面接触应力许用接触应力；相关参数的计算取值如下：参数计算过程计算结果原动机平稳、工作机轻
12、微冲击。1.50查相关图表。1.21.448估算1.595已知参数271非对称支撑，软齿面.2已知数据3.5无变位2.43弹性系数，查相关图表。0.810.986由材料决定MPa忽略该因素的影响忽略该因素的影响较高可靠度1.3由上述参数首先得到许用接触应力：则有故接触疲劳强度合适，齿轮尺寸无需调整。【五】确定传动主要尺寸中心距：圆整取，则，符合同轴减速器的要求。端面模数：小齿轮直径：大齿轮直径：齿宽：小齿轮当量齿数：大齿轮当量齿数：【六】齿根弯曲疲劳强度验算主要计算公式：齿根弯曲应力许用弯曲应力相关参数的计算取值如下：参数计算过程计算结果同上1.501.21.4481.5958338N78mm
13、已知数据2.75查图27-20，可得2.53查图27-20，可得2.06查图27-21，可得1.58查图27-21，可得1.870.72查相关图表。0.87由材料完全决定忽略影响较大安全系数由上述参数首先得到许用弯曲应力：则有合格【七】静强度校核因传动无严重过载，故不作静强度校核。【八】整理设计参数设计参数如下：第二级小齿第二级大齿材料40Cr45钢直径/(mm)66.838273.164法面模数2.752.75螺旋角齿根圆直径/(mm)67.938274.264齿顶圆直径/(mm)72.338278.664齿宽/(mm)8478齿数23943.2轴的设计和校核计算3.2.1高速轴的设计计算项
14、目计算内容计算结果1）受力分析材料的选择为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，材料系数C=110估算轴径所受转矩已知数据齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力水平面反力垂直面反力合成弯矩图图示应力校正系数当量弯矩图图示1） 较核危险截面判断危险截面由当量弯矩图得知最大弯矩发生在小齿轮处。校核小齿轮处轴的强度最大当量弯矩校核校核结果合格3.2.2中间轴的设计计算项目计算内容计算结果1）受力分析材料的选择为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，材料系数C=110估算轴径所受转矩已知数据齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力水平面反力垂直面反力合成弯矩图图示应力校正系数当量弯矩图图示1）
15、较核危险截面判断危险截面根据上述计算，有两处截面需要关注：1， 大齿轮处 2， 小齿轮处 只需校核大齿轮截面最大当量弯矩校核校核结果合格3.2.3低速轴的设计计算项目计算内容计算结果1）受力分析材料的选择为齿轮轴，材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，材料系数C=110估算轴径所受转矩已知数据齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力水平面反力垂直面反力合成弯矩图图示应力校正系数当量弯矩图图示1） 较核危险截面判断危险截面由当量弯矩图得知最大弯矩发生在大齿轮处。校核大齿轮处轴的强度最大当量弯矩校核校核结果合格3.2.4各轴的载荷分布图高速轴弯矩图转矩图中间轴弯矩图转矩图低速轴弯矩图转矩图3.3键联接设
16、计计算3.3.1高速轴上的键确定平键的类型和尺寸选用普通平键（圆头）连接，b=6mm，h=6mm，L=36mm；键的标记为： 键 GBT1096校核键的强度转矩键接触长度轴径许用强度30mm20mm120MPa根据公式：得：故强度满足设计要求3.3.3中间轴上的键确定平键的类型和尺寸选用普通平键（圆头）连接，b=14mm，h=9mm，=40mm，=63mm；键的标记为： 键 GBT1096 ， 键 GBT1096校核键的强度转矩键接触长度轴径许用强度26mm49mm48mm120MPa根据公式：得：故强度满足设计要求3.3.3低速轴上的键确定平键的类型和尺寸选用普通平键（圆头）连接， =20m
17、m，=16mm，=12mm，=10mm， =40mm，=50mm，；键的标记为：键 GBT1096 ， 键 GBT1096校核键的强度转矩键接触长度轴径许用强度20mm34mm70mm55mm140MPa根据公式：得：键的强度不符合设计要求由此，可采用双键的方式进行补救修改后，得：符合设计要求。3.4滚动轴承的选择及寿命计算 之前根据轴径已经初步确定了轴承的型号，只是宽度系数没有确定，在这里通过校核验算初估的轴承是否满足寿命要求。3.4.1高速轴轴承初估轴承型号：7006AC油润滑轴承极限转速轴上内部轴向力：轴承轴向载荷：当量动载荷（冲击载荷系数=1.3）：查表，得计算使用寿命（角接触球轴承）
18、：另选轴承7306AC，查表，知油润滑轴承极限转速故高速轴使用轴承7306AC满足要求。3.4.2中间轴轴承初估轴承型号：30209油润滑轴承极限转速轴上内部轴向力：轴承轴向载荷：当量动载荷（冲击载荷系数=1.3）：查表，得计算使用寿命（角接触球轴承）：故中间轴使用轴承30209满足要求。3.4.3低速轴轴承初估轴承型号：30209油润滑轴承极限转速轴上内部轴向力：轴承轴向载荷：当量动载荷（冲击载荷系数=1.3）：查表，得计算使用寿命（角接触球轴承）：故低速轴使用轴承30213满足要求。四、减速器箱体及附件的设计4.1润滑和密封形式4.1.1齿轮润滑在减速器中，采用浸油润滑，由表6-75，选用
19、全损耗用油，用于齿轮传动的润滑。浸油深度一般要求为中间轴大齿轮一个齿高，但不高于低速轴齿轮分度圆半径的1/3。4.1.2滚动轴承的润滑因为润滑脂承受的负荷能力较大、粘附性较好、不易流失，齿轮靠机体油的飞溅润滑。I，II，III轴的速度因子，查机械设计手册可选用钠基润滑剂2号 因为该减速器属于一般减速器，查机械手册可选用中负载工业齿轮油N200号润滑，轴承选用ZGN2润滑脂4.1.3密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫
20、圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间V <3m/s，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。4.2箱体设计名称符号减速器型式及尺寸 箱座壁厚考虑铸造工艺，壁厚取箱盖壁厚考虑铸造工艺，壁厚取箱座凸缘厚度 箱盖凸缘厚度机座底凸缘厚度 取地脚螺钉直径 取地脚螺钉数目取窥视孔盖螺钉直径 取定位销直径取大齿轮顶圆与内机壁距离1> 取1=齿轮轮毂端面与内机壁距离2> 取2=轴承端盖螺栓直径 轴承端盖外径 取 轴承端盖凸
21、缘厚度 取 4.3技术要求减速器装配前，必须按图纸检验各个部分零件，然后需用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，内壁涂刷抗机油浸蚀的涂料两次。在装配过程中轴承装配要保证装配游隙。轴承部位油脂的填入量要小于其所在轴承腔空间的2/3。减速器的润滑剂在跑合后要立即更换，其次应该定期检查，半年更换一次。润滑轴承的润滑脂应定期添加。在机盖机体间，装配是涂密封胶或水玻璃，其他密封件应选用耐油材料。对箱盖与底座结合面禁用垫片，必要时可涂酒精漆片或水玻璃。箱盖与底座装配好后，在拧紧螺栓前应用0.05mm塞尺检查其密封性。在运转中不许结合面处有漏油渗油现象。减速器装配完毕后要进行空载试验和整机性能试验。空载实验：在额定转速下正反转各12小时，要求运转平稳、声响均匀、各联接件密封处不得有漏油现象。负载实验：在额定转速及额定载荷下，实验至油温不再升高为止。通常，油池温生不得超过35度，轴温升不得超过40度。搬动减速器应用底座上的钓钩起吊。箱盖上的吊环仅可用与起吊箱盖。机器出厂前，箱体外表面要涂防护漆，外伸轴应涂脂后包装。运输外包装后，要注明放置要求。五、参考资料1 机械设计基础（上、下册），吴瑞祥、王之栎等，北京航空航天大学出版社，2005；2 机械设计综合课程设计，王之栎、王大康，机械工业出版社，2007；- 32 - / 32文档可自由编辑打印