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1、机械设计课程设计计算说明书题 目 设计电动卷扬机传动装置 专业班级 过程装备与控制工程 09-1班学 号 09024100125 学生姓名 林 育 德 指导教师 周瑞强 广 东 石 油 化 工 学 院2011年12月 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：钢绳拉力钢绳速度卷筒直径208320工作条件：间歇工作，每班工作时间不超过15%，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作有中等振动，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。开始日期 2011 年 12 月 19 日 完成日期 2012年 1 月 1 日 2011年 12 月 19
2、日目录1电机选择12选择传动比32.1总传动比32.2减速装置的传动比分配33各轴的参数43.1各轴的转速43.2各轴的输入功率43.3各轴的输出功率43.4各轴的输入转矩43.5各轴的输出转矩53.6各轴的运动参数表64.蜗轮蜗杆的选择74.1选择蜗轮蜗杆的传动类型74.2选择材料74.3按计齿面接触疲劳强度计算进行设74.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸84.5校核齿根弯曲疲劳强度94.6验算效率94.7精度等级公差和表面粗糙度的确定105圆柱齿轮的设计115.1材料选择115.2按齿面接触强度计算设计115.3计算125.4按齿根弯曲强度计算设计135.5取几何尺寸计算146 轴的设计计
3、算156.1蜗杆轴156.1.1按扭矩初算轴径156.1.2蜗杆的结构设计156.2蜗轮轴166.2.1输出轴的设计计算166.2.2轴的结构设计176.3蜗杆轴的校核186.3.1求轴上的载荷186.3.2精度校核轴的疲劳强度216.4蜗轮轴的强度校核236.4.2精度校核轴的疲劳强度267.滚动轴承的选择及校核计算3071蜗杆轴上的轴承的选择和寿命计算307.2蜗杆轴上轴承的选择计算318.键连接的选择及校核计算358.1输入轴与电动机轴采用平键连接358.2输出轴与联轴器连接采用平键连接358.3输出轴与蜗轮连接用平键连接359联轴器的选择计算379.1与电机输出轴的配合的联轴器379.
4、2与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器3710.润滑和密封说明3910.1润滑说明3910.2密封说明3911拆装和调整的说明4012减速箱体的附件说明4113.设计小结4214参考文献431电动机选择工作机所需输入功率Pw =Fv/ 1000w =(2010008/60) /10000.97=2.59kw所需电动机的输出功率PdPd=Pw/a传递装置总效率a=1243425式中：蜗杆的传动效率0.75：每对轴承的传动效率0.98：直齿圆柱齿轮的传动效率0.97：联轴器的效率0.99：卷筒的传动效率0.97所以 a=0.750.9840.970.9920.97=0.64Pd=Pw/a=2.59/0
5、.64=4.00kw故电动机电源选4 kw电动机转速为：n电n卷=v/D=8/(3.140.32)=7.96 /minn电=ia n卷 =（10 80）(22.5) 7.96=159.21592 r/min 符合这一要求的同步转速有750r/min , 1000r/min , 1500r/min电机容量的选择比较：表1.1 电动机的比较方案型号额定功率/kw同步转速/r/min满载转速/r/min重量价格1Y160M-84750720重高2Y132M1-641000960中中3Y112M-4415001440轻低考虑电动机和传动装置的尺寸 重量及成本，可见第二种方案较合理，因此选择型号为：Y1
6、32M-6D的电动机。2选择传动比2.1总传动比 ia=n满/n卷 =960/7.96=120.602.2减速装置的传动比分配 ia=i蜗i齿=120.60所以i蜗=30.15 i齿=4 3各轴的参数将传动装置各轴从高速到低速依次定为I轴 II轴 III轴 IV轴 ：、 、 、 、 依次为电动机与I轴 I轴与II轴 II轴与III轴 III轴与V轴的传动效率 则：3.1各轴的转速 nII=n满/i蜗=960/30.15=31.84r/minnIV=nIII/i齿=31.84/4=7.96r/min3.2各轴的输入功率 轴 PI=Pdo-I=4.00 0.99=3.96kw轴 PII=PII-I
7、I=3.96 0.750.98=2.91kw 轴 PIII=PIIII-III=2.910.99 0.98=2.82kw轴 PIV=PIIIIII-V=2.82 0.97 0.98=2.68kw 3.3各轴的输出功率 轴 PI=Pdo-I=3.88kw轴 PII=PII-II=2.85kw轴 PIII=PIIII-III=2.76kw轴 PIV=PIIIIII-V=2.62kw3.4各轴的输入转矩电动机 Td=9550Pd/n满=9550 4.00/960=39.79Nm 轴 TI=9550PI/NI=9550 3.88/960=38.59 Nm轴 TII=9550PII/NII=9550 2
8、.85/31.84=854.82 Nm 轴 TIII=9550PIII/NIII=9550 2.76/31.84= 827.82Nm 轴 T卷=9550PIII/N卷=9550 2.62/7.96=3143.34 Nm3.5各轴的输出转矩电动机 Td=9550Pd/n满=38.99Nm 轴 TI=9550PI/NI=37.81 Nm轴 TII=9550PII/NII=837.72 Nm 轴 TIII=9550PIII/NIII=811.26 Nm 轴 T卷=9550PIII/N卷=3080.47 Nm3.6各轴的运动参数表表3.1 各轴的运动参数表轴号功率转矩(Nm)转速(r/min)传动i效
9、率输入输出输入输出电机轴439.7938.9996010.981轴3.963.8838.5937.8196030.152轴2.912.85854.82837.7231.840.73413轴2.822.76827.82811.2631.840.9683.91卷轴2.682.623143.343080.477.960.9494.蜗轮蜗杆的选择P=3.96kw, i=48.24 , n=960r/min 4.1选择蜗轮蜗杆的传动类型根据GB/T100851998 选择ZI4.2选择材料蜗杆选45钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC.蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。为了节约材料齿圈选青铜，而
10、轮芯用灰铸铁HT100制造4.3按计齿面接触疲劳强度计算进行设（1）根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由式（5.14）， 传动中心距由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2， 按Z=1,估取，则：T2=9.55106P2/n2=9.55106P1/(n1/i1) =9.551063.880.75/(960/30.15) =872795.39Nm（2）确定载荷系数K因工作比较稳定，取载荷分布不均系数 ；由表5-6选取使用系数；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系；则（3）确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘
11、故，有（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径 和中心距的比值，从图5.12中可查到（5）确定许用接触应力根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度45HRC，可从5-7中查蜗轮的基本许用应力应力循环次数 N=60jn2Lh=601.3025107 寿命系数 则 （6）计算中心距: 取a=200mm，由 i=30，则从表5-2中查取，模数m=8蜗杆分度圆直径d1=80mm从图中11-18中可查，即以上算法有效。4.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向尺距 = 25.12mm直径系数q= =10齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 arctan(1/10)=蜗
12、杆轴向齿厚Sa=0.5m=12.56mm蜗杆的法向齿厚（2）蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数X2=0.500 验算传动比这时传动比误差为： ，在误差允许值内。蜗轮分度圆直径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径4.5校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据 从图11-9中可查得齿形系数Y=2.55螺旋角系数：许用弯曲应力：从表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 可以得到：S=1.5故该轴在截面右侧强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称，故可略去静强度校核。至此轴的设计即告结束。7.滚动轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命：。71蜗杆轴上的
13、轴承的选择和寿命计算（1）轴承的选择采用角接触球轴承，根据轴直径d=45mm，选择角接触球轴承的型号为7209C，主要参数如下：基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速（2）寿命计算因蜗杆轴所受的轴向力向左，所以只有最左边的角接触球轴承受轴向力该轴承所受的径向力约为对于70000型轴承，按表13-7轴承派生轴向力，其中为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，查表13-5得角接触球轴承判断系数 所以当量动载荷深沟球轴承所受的径向力约为当量动载荷所以，应用核算轴承的寿命因为是球轴承，所以取指数轴承计算寿命减速器设计寿命所以满足寿命要求。7.2蜗杆轴上轴承的选择计算（1）轴承的选择选择使用深沟球轴
14、承，根据轴直径d=65mm，选用角接触球轴承的型号为7213C。主要参数如下： 基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速 （2）寿命计算对于70000C型轴承，按表13-7轴承派生轴向力，其中为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现轴承轴向力未知，故先初取，因此可估算：按式（13-11）得由表13-5进行插值计算，得，。再计算： 两次计算的值相差不大，因此可以确定，。（3）轴承当量动载荷、因为 由表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取。则：轴承计算寿命 减速器设计寿命 所以满足寿命要求。（3）静载荷计
15、算查机械零件手册可知，角接触球轴承当量静载荷因载荷稳定，无冲击，所以取静强度安全系数所以满足强度条件（4）极限工作转速计算以上所选各轴承的极限转速都成立，所以他们的极限工作转速一定满足要求。8.键连接的选择及校核计算8.1输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键870GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键强度符合设计要求。8.2输出轴与联轴器连接采用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键
16、2070GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键强度符合设计要求。8.3输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键1670GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键强度符合设计要求。9联轴器的选择计算9.1与电机输出轴的配合的联轴器（1）计算联轴器的计算转距查表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取（2）型号选择根据前
17、面的计算，电机输出轴，选择弹性联轴器TL6型。主要参数如下：公称扭距（满足要求）许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度9.2与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器（1）计算联轴器的计算转距查表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取（2）型号选择根据前面的计算，蜗轮输出轴，选择弹性销柱联轴器HL4型。主要参数如下：公称扭距 许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度10.润滑和密封说明10.1润滑说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆采用浸油润滑，取浸油深度h=12mm；润滑油使用50号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速v1500r /min，所以选择润
18、滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。10.2密封说明在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。11拆装和调整的说明在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。也可调整蜗轮轴垫片，使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面。12减速箱体的附件说明机座和箱体等零件工作能力的主要指标是刚度，箱体的一些结构尺寸，
19、如壁厚、凸缘宽度、肋板厚度等，对机座和箱体的工作能力、材料消耗、质量和成本，均有重大影响。但是由于其形状的不规则和应力分布的复杂性，未能进行强度和刚度的分析计算，但是可以根据经验公式大概计算出尺寸，加上一个安全系数也可以保证箱体的刚度和强度。箱体的大小是根据内部传动件的尺寸大小及考虑散热、润滑等因素后确定的。13.设计小结 早在大一的时候我就看着学长每天也是这么忙的在做课程设计，当时我就很不理解，我们专业有这么忙吗？现在我才知道了，原来我们专业是很有意思，能够让人学到很多知识。转眼间，我就大三了，拿到任务书时我是非常的兴奋，当时心里就想一定要把课程设计做好。机械设计课程设计主要分为四个阶段。第
20、一阶段，设计计算阶段。在这一阶段中在老师的开题讲座中，我明白了我们本课程设计要设计什么，那一阶段该干些什么。在设计计算阶段中，我遇到了最大的一个问题就是蜗轮的传动比分配不合理。在这问题直接导致了我重新分配传动比，再次对减速器的各个零件的设计及选用。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。在这一阶段我们主要要根据我们之前的计算实现在图纸上，要确定箱体的大小，以及各个零件该安装在箱体的那个位置上。在老师的帮助下，我也参考了书籍资料，最终毫不费力的把草图绘制出来了。第三阶段，用CAD绘制装配图和零件图。由于前两个阶段我做的比较仔细所以各个零件的尺寸我很快的就绘制了出来，但是由于工程制图的很多相关知识的遗
21、忘，在绘制标准件和减速器附件时不是很顺利，要不停的去看书和查尺寸。但是经过我废寝忘食的绘制，最后这个难关也被我攻克了。第四阶段，减速器设计说明书的书写。在这一阶段中，由于个零件图和装配图，与我最初的设计计算有一些出入，所以很多数据又进行了再计算。但是当我把说明书在word中体现出来后，文章的排版是一个很繁琐而又复杂的难题，按照老师的版面要求，最后把说明书排成了老师要求的版式。在这个课程设计中，它把我以前所学的独立课程（如：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械制造基础、工程材料与成型技术基础、互换性与测量技术、机械设计）有机结合了起来。在这过程中我充分的体会到了，这些学科即使相对独立又是
22、密不可分的。通过这次设计把我以前落下的和忘了的知识都补了回来。虽然在设计的工程中我有抱怨，但是我的内心还是想必须要把这个课程设计要做好。所以我每天从早八点到晚上十一点，不是太累的时候，我还做到凌晨的三四点。在这个繁琐又复杂的设计中，我体会到了我们专业需要我们严谨的思维、精确的计算、刻苦的精神。在此设计的过程中，又把我高三的奋斗精神激发了出来。这次课程设计我学到了以前没有学到的知识，体会到了我们专业的伟大，展望出了我们就业前景的美好。设计是一项艰巨的任务，设计是要反复思考、反复修改，设计是要以坚实的知识基础为前提的，设计机械的最终目的是要用于实际生产的，所以任何一个环节都马虎不得，机械设计课程设计让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识。经过多次修改，设计的结果还是存在很多问题的，但是体验了机械设计的过程，学会了机械设计的方法，能为以后学习或从事机械设计提供一定的基础。14参考文献1 濮良贵、纪名刚机械设计（第八版）北京：高等教育出版社，200652 陆玉机械设计课程设计（第4版）北京：机械工业出版社，2006123 张龙机械设计课程设计手册（第一版）北京：国防工业出版社，20065Pw=2.59kwPd=3.99kwa=0.64n卷=7.96r/minia=120.60i蜗=30.15i齿=4