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1、精品 料推荐机械设计课程设计题目：设计电动卷扬机传动装置学院专业学号学生姓名1精品 料推荐机械设计课程设计任务书题目：设计电动卷扬机传动装置传动系统图：原始数据：数据编号钢 绳 拉 力 钢 绳 速 度 卷 筒 直 径F/KNv/(m/min)D/mm2920290工作条件： 间歇工作，满载启动，工作中有中等振动，两班制工作，小批量生产，钢绳速度允许误差 5%，设计寿命 10 年。2精品 料推荐目录1.电动机的选择1.1 功率计算1.2 确定电动机转速2.传动系统的运动和动力参数2.1 计算总传动比2.2 合理分配各级传动比2.3 各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算3.传动零件的设计计算4.
2、轴的设计及计算5.键连接的选择和计算6.滚动轴承的选择和计算7.联轴器的选择8.润滑方式、密封形式及润滑油牌号的选择9.其他技术说明10.设计小结11.参考文献3精品 料推荐计算及说明计算结果一电动机的选择1.功率计算工作机所需要的功率：Fv9 10003.09kwPw10000.971000w =3.09kwP电动机输出功率： Pd= Pwa由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为a2324261235式中： 1：联轴器的效率0.99 2：每对滚动轴承的效率 0.99 3：每对滑动轴承的效率 0.98 4：闭式圆柱齿轮传动的效率 0.97 5：开式圆柱齿轮传动的效率 0.95 6：卷
3、筒的传动效率 0.97所以a23242612350.9920.97=0.7920.792aPw3.09d即P3.9kwP =3.9kwd=a0.792故由参考书可选电动机的额定功率为4kw2.确定电动机转速dn由 vwv 1000201000nw 21.96r/m可得 nw3.1421.96r/m1000D290在该传动方案得知，在该系统中只有减速器存在二级传动比i 12、i 34， 开式齿轮 i 开 ，所以， id= i1 2i 34i 开即 nd= idnw=(i 12 i34 i 开) nw在二级圆柱齿轮减速器的传动比范围一般为（840），开式齿轮的传动比为 i 开=4，则总传动比的 i
4、 d 的合理范围为i d=321604精品 料推荐id= i 12 i 34 i 开 =（840） 4= 32160nd= ( 702.72因此，电动机转速的可选范围为nd= id nw= (32160) 21.96= ( 702.723513.6) r/min3513.6) r/min所选电动机型号符合这一范围的同步转速有 750 r/min 、 1000 r/min 、1500 r/min ，根据计算出的电动机容量，由附表可查出适用的电动机型号，相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示。电动机的比较方电动机额定同步满载堵转转矩最大转矩案型号功率转速转速额定转矩额定转矩/kw/r/min/
5、r/min重价量格1Y16047507202.02.0重高M1-82Y132410009602.02.2中中M1-63Y112M4150014402.22.3轻低-4综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及成本，课件第 3 种方案比较合适。因此选择电动机型号为 Y112M-4 ，即电动机的额定功率 Pw=4kw，满载转速 nm=1440 r/min。二 .传动系统的运动和动力参数1.计算总传动比由电动机的满载转速nm 和工作机主动轴转速nw，可确定nm1440传动装置应有的传动比 i总 =65.57nw21.962.合理分配各级传动比一般圆柱齿轮传动比范围为，开式齿轮传动比为i 开 =4，故取i
6、 开 =4 可以算出 i1=65.57（1.3 1.5）=4.8i 1=4.845精品 料推荐i 24.8i 开 =4=3.4 ，（）1.3 1.53.各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算（ 1）各轴的转速电动机的转速n0=1440 r/min高转速 InI n01440 r / min中间轴 IInI1440300r/minnII4.8i1低速轴 IIInII30088.24r/minnIII3.4i 2卷筒v 1000201000nIV3.1421.96r/ minD290（ 2）各轴的输入功率上述电动机输出功率Pw=3.9kw，故 P0=3.9kw高转速 IP1=P0 1 2=3.90
7、.990.99= 3.82kw中间轴 IIP2= P124=3.820.990.97=3.67kw低速轴 IIIP3=P2 2 4=3.670.99 0.97=3.52kw卷筒P4 =P3 1 32 5 6=3.520.9820.950.97=3.12 kw式中： 1：联轴器的效率0.99 2：每对滚动轴承的效率 0.99 3：每对滑动轴承的效率 0.98 4：闭式圆柱齿轮传动的效率 0.97 5：开式圆柱齿轮传动的效率 0.95 6：卷筒的传动效率 0.97(3) 各轴的输入转矩电动机轴的输出转矩 Td：TdPd95503.925.86Nm9550 mn1440高转速 IT 19550P19
8、5503.8225.33Nm11440n中间轴 IIT9550P295503.672n2300i 23.4i 开=4n01440 r / minn I1440 r / minnII300r/minnIII88.24r/minnIV21.96r/minP0=3.9kwP1=3.82kwP2=3.67kwP3=3.52kwP4=3.12kwTd25.86NmT125.33NmT2 116.83Nm T3 380.96NmT41356.83Nm6精品 料推荐低速轴 IIIP33.52T955095503n388.24卷筒T 49550P43.121356.83Nm4955021.96n运动和动力参数
9、的计算结果列于下表：参数电动机高速轴 I中间轴 II低速轴 III卷筒轴转速14401440336.45109.9521.96（r/min ）功率3.93.823.673.523.12（kw）转矩25.8625.33116.83380.961356.83（N m）传动比114.83.44三 .传动零件的设计计算I 斜齿圆柱齿轮计算A 高速级斜齿圆柱齿轮的计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1）按运动简图的传动方案，选定斜齿圆柱齿轮传动2）卷扬机为一般工作机，速度不搞，故选用8 级精度（ GB10095 1998）3）材料选择：小齿轮选用 40Cr，调质热处理，齿面硬度达到250HBS大齿
10、轮选用 45 钢，调质热处理，齿面硬度达到220HBS由于减速器齿轮传动为闭式传动，可以采用齿面接触疲劳强度计算，按弯曲疲劳强度校核。2.按齿面接触疲劳强度设计2KtT 1 u1ZE按设计计算公式计算：dt2.32 31）确定公式的各参数（ 1）试选载荷系数K t=1.5duH7精品 料推荐（ 2）齿轮传递转矩为 T1 25.33Nm（ 3）选齿宽系数 d 0.91（ 4）材料弹性系数ZE189.8MPa 2（ 5）初选压力角 =20（ 6）齿数比为 ui =4.8（ 7）选小齿轮的齿数为： Z1=20，则大齿轮的齿数为Z2=204.8=96。（ 8）由机械设计基础（P73）图 5-24c 查
11、得H lim 1680MpaH lim 2560Mpa（ 9）计算应力的循环次数N160n1 jL h 608 10 4147200000N 2N 14147200000864000000i14.8（ 10）查得接触疲劳寿命系数 ZNT1 =1， ZNT2=1.14（ 11）许用接触应力可利用以下公式计算 SH =1.1HHlimMPaSHH1NT1Hlim11 680MPa即Z1.1SHH 2ZNT2Hlim21.14 60MPaH1.1S3.计算（ 1）试计算小齿轮分度圆直径d1t ,取 H 2 MPa ，得3.2Z21)3.2 189.82(4.8 1)KT(i1.5d1tE37.09m
12、m33 H di580.364.8（ 2）确定模数d 1t cos37.09cos201.74mmmnZ120H 1MPaH 2 MPaa 123mm 19.428精品 料推荐由机械设计基础 P57 表 5-1 取 mn=2mm （ 3）确定中心距中心距amn (Z 1Z 2 )2(2096)123.44 mm2cos2cos20取整数，所以取 a123mm，则螺旋角mn (Z122(20 96)ar cosZ )2aar212319.42mn Z1220d142.41mmcoscos19.42mn Z2296203.58mmd 2cos19.42cos齿宽 bd10.942.4138.169
13、mm取 b238mmb1b2(5 10)mm取 146mmb4.齿根许用疲劳强度条件切为F1.6KT1 cosYF YSbmn 221（1）K 1、T1、 m 和 Z 同前（2）齿宽bb238mm（3）由机械设计基础P74 图 5-26 查得齿形系数 YF 12.91YF 2 2.22应力修正系数为 YS11.53YS21.77（4）由机械设计基础P75 图 5-27 中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim1230MPaFlim2190MPaYvFlim（5）许用弯曲应力FSF（6）查得寿命系数为 Yv11 ， Yv 21.14（7）由 P73 表 5-7 中可以查出安全系数SF 1.3
14、5d142.41mmd2203.58mmb146mmb238mmF1170.37MPaF2 160.44MPa9精品 料推荐Yv1Flim11230F1170.37MPaSF1.35Yv2Flim21.14 190F2160.44MPaSF1.351.6 KT cos1.61.525330cos19.4283.97 F1F12 Z1222.91bmn20YF 2YS22.221.77 F2F2F12.911.53YF 1YS15.计算齿轮的几何尺寸端面模数mtmn2cos2.121mmcos19.42齿根高hf(ha*c* )mn 1.25mn1.25 2 2.5mm齿顶高hamn2mm分度圆
15、直径d1mnZ122042.41mmcoscos19.42d2mnZ2296203.58mmcoscos19.42齿顶圆直径da1d12ha42.41 2 2 46.41mmda 2d22ha203.582 2207.58mm齿根圆直径d f 1d12h f42.41 2 2.5 37.41mmd f 2d22h f203.58 22.5198.58 mmB 低速级斜齿圆柱齿轮的计算1选择材料，热处理方式和公差等级小齿轮选用 45 钢，调质处理，齿面硬度达到 240HBS 大齿轮选用 45 钢，正火处理，齿面硬度达到 210HBS选用 8 级精度2初步计算传动的主要尺寸因为是软齿面闭式传动，
16、故按齿数面接触疲劳强度计算。其设mt2.121mmh f2.5 mmha2mmd142.41mmd2203.58 mmd a146.41mmd a 2207.58 mmd f 137.41mmd f 2198.58mm10精品 料推荐3.2ZE2KT (计1)3计公式为： d1d i H （ 1）小齿轮传递转矩为 T 3 380960Nmm（ 2）选载荷系数 K t=1.5（ 3）选齿宽系数 d0.91（ ）材料弹性系数 ZE189.8MPa 24（ 5）初选压力角 =20（ 6）齿数比为 ui =4.8（ 7）选小齿轮的齿数为： Z3=25，则大齿轮的齿数为Z4=254.8=120。（ 8）
17、由机械设计基础（P73）图 5-24c 查得H lim 1680MpaH lim 2560Mpa（ 9）许用接触应力可利用以下公式计算SH =1.1H Z NHlimMPaSHN360nIIjL h608 10 864000000H 3612 MPaH 4468.36MPaN3864000000N 4254117647i23.4（ 10）查得接触疲劳寿命系数 ZNT3 =0.99， ZNT4 =0.92（ 11）许用接触应力可利用以下公式计算 SH =1.1HHlimMPaSHZNT3Hlim10.99 680mn2.5mm即H3612MPaSH1.1H 4ZNT4Hlim20.92 60a1
18、93mmSH1.1468.36MPa取 H 42MPa，初算小齿轮的分度圆直径得38.3111精品 料推荐E21)21.5(4.8 1)d1t3.2ZKT(i3.2 189.8d379.65mm3361.42mm H di6124.8（ 2）确定模数d 4382.33mmd 1tcos61.42cos 202.3mmmnZ125b472mm由机械设计基础 P57 表 5-1 取 mn2.5mm3确定几何尺寸b380mmmn (Z 3Z 4)2.5(25120)中心距a2cos2192.88mmcos 20取整数，所以取 a 193mm，则螺旋角ar cosmn (Z 3 Z 4)2.5(251
19、20)38.312aar cos2312mn Z 32.52579.65mmd 3cos38.31cosmn Z 42.5120382.33mmd 4cos38.31cos齿宽 bd30.9 79.65 71.685mm取 b472mmb3b4(5 10) mm 取 b380mm5齿根许用疲劳强度条件切为1.6KT cosF2YF YSbm21F3 168.67MPan（1）K 、T、 mn 和 Z 同前149.93MPa（2）齿宽 bb4 72mmF4（3）由机械设计基础P74 图 5-26 查得齿形系数 YF 32.73YF 42.14应力修正系数为 YS31.5675 YS 41.83（
20、4）由机械设计基础 P75 图 5-27 中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim3230MPaFlim2220MPamt3.19 mm12精品 料推荐YvFlimha =2.5 mm（5）许用弯曲应力 FSFh6.25mm（ ）查得寿命系数为 Y0.99 Y0.92d a 384.65mm6v3v3（7）由 P73 表 5-7 中可以查出安全系数S1.35da 4387.33mmFF3Yv3Flim30.99 230168.67MPad f 372.15mmSF1.35d f 4374.83 mmYv 40.92 220F4Flim4149.93MPaSF1.351.6 KT cos1.
21、61.5 116830cos38.312.7383.69F32 Z32.52F3bmn25Y Y2.141.83F 4S476.59 F4F4F383.692.731.5675YF 3YS36计算齿轮的几何尺寸端面模数mtmn2.53.19mmcoscos38.31齿顶高haha mn 12.5=2.5mm全齿高hha h f2.53.756.25 mm齿顶圆直径da 3d32ha79.6522.584.65mmda 4d42h4382.3322.5387.33mm齿根圆直径d f 3d32h f79.6523.7572.15 mmF5 157.2MPad f 4d42h f382.3323.
22、75374.83 mmII开式齿轮的设计F6 196MPa1选定齿轮类型精度等级、材料及齿数（1）按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动（2）卷扬机一般为工作机，速度不高可以选用8 级精度（3）材料选择大齿轮用 45 钢硬度 40-50HRC，小齿轮材料为40Cr，并经调制处理级表面淬火，选择齿数Z5=20，大齿轮选择5Z 4=20 4=802由资料计算应力循环次数13精品 料推荐N560nIVjL h 608 10 52704000N 6N 552704000i开413176000Yv50.97Yv 60.983计算弯曲疲劳许用应力取 SF =1.6由机械设计基础 P75 图 5-27 中可以
23、查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim5260MPaFlim6320MPaYFlim50.97 260所以 F5v5157.2MPaSF1.6F6YFlim60.98 320196MPav6S1.6F取载荷系数 K=1.5查得齿形系数和应力修正系数YF 52.8YF 62.22YS51.55YS61.774计算大小齿轮的YFYS 并比较F YF5 YS5= 2.8 2.22 =0.0395 5 157.2YF6 YS6= 1.55 1.77 =0.01399 6 196YF5 YS5YF6 YS6 5 6 故小齿轮大5由资料选取齿宽系数d0.4m321.53809600.01399取 m 5mm0.42024.646分度圆直径d5 Z5 m205100mmm5mmd5100mmd6400mmb540mmb6160mma250mm