1、机械设计课程设计计算说明书题 目 设计电动机卷扬机传动装置 专业班级 机械设计制造及其自动化 10级 3班学 号 08102100321 学生姓名 谈华磊 指导教师 焦艳梅 西 安 文 理 学 院2012 年 12 月 31 日西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 目录第 1 章 传动装置的总体设计 11.1 电动机的选择 11.2选择传动比 21.3各轴的参数 2第 2 章 蜗轮蜗杆的选择 52.1选择蜗轮蜗杆的传动类型 52.2选择材料 52.3按齿面接触疲劳强度计算进行设计 52.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 62.5校核齿根弯曲疲劳强度 72.6精度等级公差和表面粗
2、糙度的确定 8第 3 章 圆柱齿轮的设计 93.1材料选择 93.2按齿面接触强度计算设计 93.3按齿根弯曲强度计算设计 .113.4几何尺寸计算 .12第 4 章 轴的设计计算 .134.1按扭矩初算轴径 .134.2蜗杆轴的结构设计 .134.3输出轴的设计计算 .154.4轴的结构设计 .16第 5 章 滚动轴承的选择及校核计算 195.1计算输入轴轴承 .195.2计算输出轴轴承 .19第 6 章 键连接的选择及校核计算 .216.1输入轴与电动机轴采用平键连接 .216.2输出轴与联轴器连接采用平键连接 .216.3输出轴与蜗轮连接用平键连接 .21第 7 章 箱体结构的设计 .2
3、2第 8 章 润滑和密封说明 .238.1润滑说明 .238.2密封说明 .23第 9 章 拆装和调整的说明 .24第 10 章 减速箱体的附件说明 25设计小结 .28参考文献 .30西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 机械设计课程任务书学生姓名 谈华磊 专业班级 10级机械 3班学号08102100321指导老师 焦艳梅 职称 助教 教研室 机械教研室题目 设计电动卷扬机传动装置传动系统图:原始数据：纲绳拉力 kNF/纲绳速度 )min/(1v卷筒直径 mD/14 10 400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,满载启动，工作中
4、有中等振动，两班制工作，小批量生产，绳索允许速率误差5%，设计寿命 10 年。要求完成：1.部件装配图 1 张（A2）2.零件工作图 3 张。3.设计说明书 1 份，6000-8000 字。开始日期 2012 年 12 月 12 日 完成日期 2013 年 1 月 6 日 机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 0第 1 章 传动装置的总体设计1.1 电动机的选择工作机所需输入功率 wpkwFvPw41.297.016/410所需电动机的输出功率 dkad92.3传递装置总效率 12435=0.61式中：刚性联轴器的传动效率 0.9912：蜗杆的传动效率 0.70
5、：每一对轴承的传动效率 0.983：开式齿轮的传动效率 0.974：弹性联轴器的传动效率 0.995所以 =0.99*0.98 *0.70*0.97*0.99*0.98=0.61a4P=2.410.61=3.92kw min96.7014.3601 rDvn 卷 i)52.(9.7201 ria）（卷故选电动机的额定功率为 5kw,依据工作条件选择 YZR132M-2, 额定功率 5kw，转速 875 minrkwp41.2d9.361.0amin/96.7rn卷机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 11.2 选择传动比总传动比 92.107.85卷满nia减速
6、装置的传动比分配 92.10齿蜗 ia初选蜗轮的传动比为 30,则小齿轮传动比 3.664 .1.3 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 ： I0依次为电动机与 I 轴 I 轴与 II 轴 II 轴与 III 轴 III 轴IIVI与 V 轴的传动效率 则：各轴的转速:min875rIin17.2930riI蜗满 i.nIImin96.74.382riIIV齿各轴的输入功率: 轴 kwPIdI 8.39.020 轴 II 62792.1ai3蜗 64.齿imin/875rn1i/29.rin/r6.7n3机械设计课程设计西安文理学院 2010
7、级机械设计制造及其自动化专业 2轴 kwPII 58.29.06.2轴 VIIV 4745 各轴的输出功率:轴 kwPdI 80.39.3 轴 II 612轴 kII 53轴 wPIIV40984.2 各轴的输入转矩:电动机 mNnPTdd 78.4259.3095满轴 NII 轴 mNPTII 86.701.29509轴 NII .4.轴 mNPTI 58.30296.7590卷卷各轴的输出转矩:轴 mNNPTII 50.4187.3950轴 II 26机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 3轴 mNNPTII 78.21.953095轴 I .6.740 卷
8、卷各轴的运动参数表表 3.1各轴的运动参数第 2 章 蜗轮蜗杆的选择kwP8.3 30i min/875r轴号 输入功率 )(kwP输出功率输入转矩(Nm)输出转矩(Nm)转速(r/min)传动i效率电机轴 3.92 42.78 875 1 0.981轴 3.88 3.80 42.35 41.50 87530 0.692轴 2.66 2.61 870.86 853.44 29.171 0.973轴 2.58 2.53 844.67 827.78 29.17卷轴 2.45 2.40 3042.582981.737.963.664 0.95机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其
9、自动化专业 42.1 选择蜗轮蜗杆的传动类型根据 GB/T100851998 选择 ZI2.2 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。2.3 按齿面接触疲劳强度计算进行设计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算进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由式（11-12） ， 传动中心距23)(HZeKTa(1)由前面的设计知作用在蜗轮上的转矩 T2=870.86按 Z =1,估取 70.1(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 11-5 选取使用1K系数 15.A；由于转速不大，工作冲击不大
10、，可取动载系v；则265.1.vAK(3)确定弹性影响系数 EZ因选用的是 45 钢的蜗杆和蜗轮用 ZCuSn10P1 匹配的缘故，有2160MPaZE(4)确定接触系数 Z先假设蜗杆分度圆直径 d1 和中心距 a 的比值 ，从图 11-35.01d18 中可查到 9.2(5)确定许用接触应力 HK=1.265N=1.26 710mnT86.7022160MPaZE9.2Z机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 5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 11-7 中查蜗轮的基本许用应力 MPaH268应力循环次数7
11、2 1026.71.960hLjnN寿命系数587HNK则 MPaa37.260891.0/ (6)计算中心距:ma 81.5)37.26091(4.870265.13 2取 a=160mm,由 i=30，则从表 11-2 中查取 模数 m=8 蜗杆分度圆直径md1从图中 11-18 中可查 ，由于 ，即以上算法有效。6.2ZZ2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆轴向尺距 Pa=25.133 mm直径系数 q= =10md1齿顶圆直径 mhaa962*1齿根圆直径 cdf 8.0)(分度圆导程角 71.5artnqzmPa13.250q机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械
12、设计制造及其自动化专业 6蜗杆轴向齿厚 msa56.12(2)蜗轮 蜗轮齿数 , 变位系数32z.02x验算传动比 i=31/30=1.3 在误差允许值内蜗轮分度圆直径 mzd48312喉圆直径 haa 2562齿根圆直径 ff 82咽喉母圆半径mdarg 3256.0122 2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 FFaFYmdKT2153.当量齿数 47.31.5cos332zv根据 从图 11-9 中可查得齿形系数471,5.022vxY =3.26Fa螺旋角系数 952.0147.01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 F=56MPa寿命系数
13、7546.0126.9FNKMPa2.5“38425mda961f.0Sa5231zmd482f.a562mrg347.312vz=3.262FaY机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 7MPaF 1.328256095.0347153验算效率:)tan()9.(v已知 ； ； 与相对滑动速度 有关。 :71.5vfrcsmds /683.71.5co068os061 从表 11-8 中用差值法查得： snvs /.3.cs1cs10 52.v代入式中，得 748.6大于原估计值。因此不用重算。2.6 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
14、动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988 圆柱蜗杆，蜗轮精度选择 8 级精度，侧隙种类为 f,标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册的要求的公差项目及表面粗糙度。第 3 章 圆柱齿轮的设计P=2.58KW i=3.664 min17.29rn机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 83.1 材料选择 )(调 质 及 表 面 淬 火Gr(1)大、小齿轮的材料均为 40 ，表面硬度为 48)(调 质 及 表 面 淬 火r55HRC(2)精度等级选 8 级精度。(3)选小齿轮齿数 17Z，大齿轮齿数 28.64.3172Z取 623.2
15、按齿面接触强度计算设计确定各计算值按式（10-21）试算，即3211)(uHEtt ZdTK（1）试选 .t计算小齿轮传递的扭矩 T=844.67 mN因大小齿轮均为硬齿面，故宜选用较小的齿宽系数。由表 10-7 选取齿宽系数 8.0d（2）由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 218.9MpZE由图 10-21e 按齿面硬度查得：小齿轮的接触疲劳强度极限 PaH7501lim大齿轮的接触疲劳强度极限 2li（3）由式 10-13 计算应力系数 71 106.71.2960njLN2 3.7（4）由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 2.,.1HNHNK（5）计算接触疲劳许用应力17Z机械设
16、计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 9取失效概率为 1%，安全系数 ，由式 10-12，得1SMPaSKhNH840752.lim119li22计算(1)试算小齿轮的分度圆的直径 代入 中较小值,1tdHmZuTkdHEdtt6.103840.196.38.01492.)( 23211 (2)计算圆周速度 vsmndt /15.1067.29.1 (3)计算齿宽 bt 838.1mhnt72525. 齿宽与齿高之比 04.6.139hb(4)计算载荷系数已知使用系数 50.AK，根据速度 smv158.，8 级精度，由图 10-8 查得动载系数 1v，再由表 10-
17、4 查得 2906.HK，查图10-13 得 2.1F， 由表 10-3 查得 FH，故载荷系数，5.1.0.5HVAK(5)按实际的载荷系数校正算的分度圆直径，有式（10-10 ）得amdtt 76.183.96.1031(7)计算摸数 nmMPaH84089.1K机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 10mzdmn9.617.83.3 按齿根弯曲强度计算设计由式（10-5）得弯曲强度计算设计 321)(FSadnYZKTm(1)公式内容的各计算值1)由图 10-20 查得齿轮的弯曲疲劳强 MPaFE60212)10-18 取弯曲疲劳寿命系数 .,98.01N
18、FNK3)计算弯曲疲劳许应力 取弯曲疲劳安全系数 由式（10-12）得,4.SMPaKFENF2011S57.824)计算载荷系数 89.1250.1FaVA5)查取齿形系数由表 10-5 查得 97.21FaY 7.2Fa5S 341SY8)计算大小齿轮的 并加以比较aF01749.425.971SaFY8832SaF小齿轮的值大(2)设计计算md76.18机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 11mm29.50174.8.017)(cos4698.23 2对比计算结果，取 ，于是有.6.1dz取 1z287304.312i 取 7323.4 几何尺寸计算(1
19、)计算中心距 mmza2796)320()(1 (2)计算大小齿轮的分度圆直径Zd201m4382(3)计算齿轮宽度db96120.1取 B962，第 4 章 轴的设计计算蜗杆上的功率 P 转速 N 和转矩分 T 别如下：IIIP = 3.88kw N =875r/min T =42.35N.mIII6201z732z机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 124.1 按扭矩初算轴径选用 45 钢调质，硬度为 HBS2517根据教材 式，并查教材表 15-3，取 18C)5(370P.0mnpCd考虑到有键槽，将直径增大 7%，则： m67.18%)71(3.因此
20、选 d04.2 蜗杆轴的结构设计（1）蜗杆上零件的定位，固定和装配一级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间，两队轴承对成分布，蜗杆由轴肩定位，蜗杆周向用平键连接和定位。端：轴的最小直径为安装联轴器处的直径 ，故同时选用联轴器的I 1d转矩计算 ，查教材 14-1，考虑到转矩变化很小，故取IAcaTKmNa 463.751.3,3.1则按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件和考虑到蜗杆与电动机连接处电动机输出轴的直径查机械手册表 13-10 选用 HL6 型号弹性柱销联轴器表 4.1联轴器型号 公称转距 )(mN许用转速 in)/(r1L轴的直径（mm）D(mm) )(m3HL630 5000 60
21、 82 30 160 195第一段：根据计算结果和联轴器的选择取 d1=30，L1 由联轴器决定，所以L1=60第二段：取 d2=36，根据拆装的方便，取 L2=40第三段和第九段：d3、d9 和轴承内径配合，取 d3=d9=40，L3、L9 由轴承宽决定，L3=L9=18第四段和第八段：d4、d8 由轴承安装尺寸确定，取 d4=d8=47，L4=L8=10机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 13第五段第七段：d5、d7 略小于蜗杆齿根圆直径，取 d5=d7=56，L5=L7=40第六段：d6 由蜗杆决定，d6=96，取 L6=100校核：图 4.1受力分析图
22、可以看出截面 c 是轴的危险截面 105928035.4211 dTFat Nt 736.7322机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 14NFtr2560an1rNV178.2tH.921mT35.423FN04MV16表 4.2轴上的载荷载荷 H V1NF2N1NF2N支反力N529.5 529.5 1278 1278弯矩 Mn*mm 59304 143306总弯矩 M mNMVH1502扭矩 T=42350nPaPadTca 503.51.0)(132 ，故安全4.3 输出轴的设计计算(1)初步确定轴径的最小直径选用 钢，硬度45HBS2517根具教材公式
23、 式，并查教材表 15-3，取)(309P10AmdnpC2.5417.968.3考虑到键槽，将直径增大 5%，则； md56%12.54机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 15所以，选用 md604.4 轴的结构设计（1）轴上的零件定位，固定和装配蜗轮蜗杆单级减速装置中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右端面用轴端盖定位，轴向采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位，周向定位则采用过度配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，右轴承从右面装入。（2）确定轴的各段直径和长度轴的最小直径为安装联轴器处的直径 ，由输出端
24、开始往里设计。1d查机械设计手册选用 GL型滚子链联轴器。表 4.3联轴器型号 公称转矩 )(mN许用转速（r/min）L1 L 轴孔直径(mm)GL7 630 2500 84 112 60第一段：根据计算结果和联轴器的选择取 d1=60，L1 由联轴器决定，所以L1=84第二段：取 d2=65，根据轴承和端盖尺寸以及拆装的方便，取 L2=85第三段：d3 与蜗轮配合，取 d3=68，因为蜗轮齿宽为 100，所以取 L3=98第四段：d4 由滚子轴承安装尺寸决定，所选轴承为 30213，所以 d4=74，取L4=10第五段：d5 由轴承决定，d5=74，L5=23（3）轴上零件的周向定位蜗轮、
25、半联轴器与轴的定位均采用平键连接。按 由mdVI70教材表 6-1 查毒平键截面 ，键槽用铣刀加工，长为120hb80mm，同时为了保证齿轮与轴配合由良好的对称，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样半联轴器与 2 轴的连接，选用平键分别为为6r7H，半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承的周m016k7H向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。（4）参考教材表 15-2，取轴端倒角为圆角和倒角尺寸 ，个轴肩的452圆角半径为 12（5）求轴上的载荷校核：机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 16图 4.2受力分析图可以看出截面 c 是轴的危险截面 N
26、Fta10592t73tr26an1NH5.95.0a2NFFrV1781机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 17mNT870623 mNFH31705.29MNV681表 4.4轴上的载荷载荷 H V1NF2N1NF2N支反力N529.5 529.5 1278 1278弯矩 Mn*mm31770 76680总弯矩 M mNMVH8302扭矩 T=870860n故 安 全 。,521.0)(132 PaPadTca 第 5 章 滚动轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命：83002 =7200 小时15.05.1 计算输入轴轴承（1）已知 n =875r/
27、min两轴承径向反力：F R1=FR2=1278N根据轴的直径 45mmmNT870623机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 18初选两轴承为圆锥滚子轴承根据教材 P322 表 13-7 得轴承内部轴向力FS=0.68FR 则 FS1=FS2=0.68FR1=869N（2）F S1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端FA1=FS1=869N FA2=FS2=869N（3）求系数 x、yFA1/FR1=869N/1278N=0.678FA2/FR2=869N/1278N=0.678根据教材 P321 表 13-5 得 e=0.68F
28、A1/FR17200h预期寿命足够5.2 计算输出轴轴承（1）已知 n =29.17r/min Fa=0 FR=FAZ=1278N选圆锥滚子轴承 30213 型根据教材 P322 表 13-7 得 FS=0.68FR，则FS1=FS2=0.68FR=0.681278=869N（2）计算轴向载荷 FA1、F A2F S1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1 为压紧端，2 为放松端两轴承轴向载荷：F A1=FA2=FS1=869N（3）求系数 x、yFA1/FR1=869/1278=0.679FA2/FR2=0.679根据教材 P321 表 11-8 得：e=0.68F A1/FR148
29、720h此轴承合格第 6 章 键连接的选择及校核计算6.1 输入轴与电动机轴采用平键连接轴径 d1=30mm，L 1=60mm查手册 P51 选用 A 型平键，得：b=8 h=7 L=50即：键 850GB/T1096-2003 =37.3876Nm T根据教材 P106 式 6-1 得机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 2012.83 Mpa11箱盖、箱座肋厚 m85.08.5轴承端盖外径 2D2+（55.5）3d160/120机械设计课程设计西安文理学院 2010 级机械设计制造及其自动化专业 26设计小结机械设计课程设计主要分为四个阶段。第一阶段，设计计算阶段。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。
