课程设计---绞车传动装置设计.doc

1、 机械设计基础课程设 计设 计 计 算 说 明 书题 目：绞车传动装置 院 系：电气学院 专 业：机电一体化 姓 名：单成涛 班 级：机械 1304班 指导教师： 二零一五年十二月- 1 -目录前言 一、拟定传动装置的传动方案 二、电动机的选择 三、传动装置运动及动力参数计算 四、轴的计算 五、滚动轴承的选择及设计计算六、键连接的选择和计算 七、联轴器的选择 八、减速器附件的选择 九、润滑和密封 参考文献 - 2 -前言：1、 传动方案简图：1电动机；2联轴器；3斜齿圆柱齿轮减速器；4开式齿轮；5卷筒2、工作情况：间歇工作，载荷平稳，传动可逆转，启动载荷为名义载荷的 1.25 倍。传动比误差为

2、5%。每隔 2min 工作一次，停机5min，工作年限为 10 年，两班制。3、 原始数据：卷筒圆周力 F=12000N，卷筒转速 n=35rmin ，卷筒直径D=400mm- 3 -4、 设计内容：1） 拟定传动装置的传动方案2） 电动机的选择3） 传动装置的运动参数和动力参数的计算4） 传动件及轴的设计计算5） 轴承、键的选择和校核计算机及减速器润滑和密封的选择6） 减速器的结构及附件设计7） 绘制减速器装配图、零件图8） 编写设计计算说明书5、 设计任务：1） 绘制减速器装配图一张；2） 零件工作图 1 至 3 张；3） 设计计算说明书一份。6、 设计进度：第一阶段：拟定和讨论传动方案；

3、选择电动机；传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配；计算各轴的功率、转矩和转速。第二阶段：传动零件及轴的设计计算。第三阶段：设计及绘制减速器装配图。- 4 -第四阶段：零件工作图的绘制。第五阶段：编制设计说明书。一、 拟定传动装置的传动方案：由题目所知传动机构类型变位齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析认证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两个齿轮浸油深度可以大体相同，结构较复杂；轴向尺寸大，中间轴较短，刚度好，中间轴承润滑较容易。二、电动机的选择：1、 选择电动机的型号本减速器在常温下连续工作，载荷平稳，对启动无特殊要求，但工作环境灰尘较多，故选用 Y 型三相笼型感应电动机，封闭

4、式结构，电压为 380V。- 5 -2、 确定电动机功率工作机所需的电动机输出功率为：Pd=Pw Pw=Fv1000 w 所以 Pd= Fv1000 w w= 联 齿 3 轴承 卷筒 开齿=0.990.970.99 30.960.95=0.868nw=601000vD v= nwD（601000）=353.14400（601000）=0.73ms所以 Pd= Fv1000 w=120000.73（10000.868）=10.13kw按推荐的合理传动比范围，取开式齿轮传动比 i=35，故电动机转速的可选范围为：nd=idnw=（35） 350rmin=（10501750 ）rmin因载荷平稳，电

5、动机的额定功率 Ped大于 Pd 即可，符合这一范围的同步转速有750rmin、1000r min 、1500rmin、3000 rmin，再根据计算出的容量，由文献 1 附录 8 附表 8.1 查出有四种适用的电动机型号，其技术参数的比较情况见下表： 方案 电动机型 额定功 电动机满载 启动转矩 最大转矩- 6 -号 率（kw）转速（rmin）额定转矩额定转矩1 Y160M1-211 2930 2.0 2.22 Y160L-6 11 970 2.0 2.03 Y160M-4 11 1460 2.2 2.24 Y180L-8 11 730 2.0 2.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及

6、开式齿轮传动和减速器的传动比，比较四个方案可知：选定电动机型号为Y160M-4，所选电动机的额定功率 Ped=11kw，满载转速nm=1460rmin ，总传动比适中，传动装置结构比较紧凑。3、计算传动装置的总传动比及分配各级传动比。（1） 、传动装置的总传动比总传动比为：i 总 =nmn w=97035=27.7（2） 、分配各级传动比根据文献 2 表 2.2 推荐传动比的范围，选取开式齿轮传动的传动比 i1=4，则一级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比为：i 2=i 总i 1=27.74=6.9253、 计算传动装置的运动参数和动力参数。0 轴电动机轴：P0=Pd=10.13（kw）- 7 -n0

7、=nw=970（rmin）T0=9550 P0n 0=955010.13970=99.73（Nm）1 轴减速器高速轴：P1= P0 1=10.130.99=10.03（kw ）n1=n0i 1=970（rmin）T1=9550 P1n 1=955010.03970=98.74（Nm）2 轴减速器低速轴：P2= P1 1 2=10.030.990.97=9.63（kw）n2= n1i 2=242.5（rmin）T2=9550 P2n 2=95509.63242.5=379.3（Nm）3 轴开式齿轮轴：P3= P2 2 3=9.630.950.99=9.06（kw）n3= n2i 3=60.625

8、（rmin）T3=9550 P3n 3=95509.0660.625=1426.7（Nm）4 轴卷筒轴：- 8 -P4= P3 4 3=9.060.960.99=8.61（kw）n4= n3 =60.625（rmin）T4=9550 P4n 4=95508.6160.625=1356.40（Nm）将计算的运动参数和动力参数列于表 2 中。表 2 计算所得运动参数和动力参数参数轴名 0 轴 1 轴 2 轴 3 轴 4 轴转速（rmin）970 970 242.560.62560.625输入功率（kw）10.1310.039.63 9.06 8.61输入转矩（Nm）99.7398.74379.31

9、426.71356.40传动比 i 6.925 4效率 0.99 0.97 0.99 0.96 0.95三、传动装置运动及动力参数计算（一） 、一级斜齿圆柱齿轮的设计1、 选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用 45 刚调质，硬度为 220250HBS大齿轮选用 45 刚正火，硬度为 170210HBS- 9 -选择齿轮精度为 8 级2、 校核齿根弯曲疲劳强度按斜齿轮传动的设计公式可得：mn1.17KT 1cos2Y FYS（ dZ21 F） 13确定相关参数和系数：（1） 转矩：T1=9550 P0n 0=955010.13970=99.73（Nm）（2） 载荷系数 K：根据查表 4-7，取 K=

10、1.4（3） 齿数 Z1、齿宽系数 d和螺旋角 取 Z1=20，则 Z2=IZ1=6.92520=138.5 取圆整Z2=138初选螺旋角 =14 当量齿数 ZV为： ZV1=ZVcos 3=20cos 314=21.8922ZV2=ZVcos 3=138cos 314=151.04151查表得齿形系数 YF1=2.75 YF2=2.16查表得应力修正系数 - 10 -YS1=1.58 YS2=1.84选取 d=0.8（4） 许用弯曲应力 F由图 4-23 查 Flim1，小齿轮按调制刚查取，大齿轮按正火刚查取，得 Flim1=210 MPa Flim2=190 MPa查表得 S F=1.3N

11、1=60njLh=601460181030025%=5.256108N2= N1i =5.25610 84=1.31410 8查图 4-25 得 Y NT1= YNT2=1由公式 F1= YNT1 Flim1S F得 F1= YNT1 Flim1S F=2101.3=162MPa F2= YNT2 Flim1S F=1901.3=146MPaYF1YS1 F1=2.751.58162=0.0268MPa -1YF2YS2 F2=2.161.84146=0.0272MPa -1代入数据，解得 mn1.17a=4（20+138 ）（ 2cos14）=325.77mm取 a=326mm- 11 -（

12、5） 确定螺旋角为：=arccosm 1（Z 1+ Z2）2a=arccos2（20+138）326=148 2此值与初选 值相差不大，故不必重新计算。3、 校核齿面接触疲劳强度 H=3.172E（KT（u+1）bd 2u） 12 H确定相关参数和系数：（1） 分度圆直径 d：d1= mnZ1cos=420cos14 8 2 =82.5mmd2 = mnZ2cos=4138cos14 8 2 =571.3mm（2）齿宽b= dd1=0.882.5=66mm取 b2=70mm，b 1=75mm（3）齿数比 u=I=4（4）许用接触应力 H由图 4-23 查得 Hlim1=560MPa Hlim2

13、=530MPa查图 4-24 得 S H=1查得 Z NT1=1，Z NT2=1.06由公式 H1= ZNT1 Hlim1S H1得： - 12 - H1= ZNT1 Hlim1S H1=1560=560MPa H2= ZNT2 Hlim2S H2=1.06530=561MPa由表 4-8 查得弹性系数 Z E=189.8（MPa） 12故 H=3.172189.8（6） 验算齿轮圆周速度 Vv=d 1 n1（601000）=3.1482.5970（601000）=4.19ms由文献 1 表 10.22 知选 8 级精度是合适的。（二） 、开式齿轮的设计1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用 4

14、5 刚调质，硬度为 220250HBS大齿轮选用 45 刚正火，硬度为 170210HBS选择齿轮精度为 8 级，要求齿面促成的Ra3.26.3 m2、按齿面接触疲劳强度校核因两齿轮均为钢质齿轮，求出 d1的值，确定相关参数和系数：- 13 -(1) 转矩：T3=9550 P3n 3=95509.0660.625=1426.7（Nm）(2)载荷系数 K，根据查表 4-7，取 K=1.1(3)齿数 Z1 和齿宽系数 d小齿轮齿数 Z1 取为 25，则大齿轮齿数为 100.因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，选取 d=1.（4）许用接触应力 H由图 4-22 查得 Hlim1=560M

15、Pa Hlim2=530MPaSH=1N1=60njLh=601460181030025%=5.256108N2= N1i =5.25610 84=1.31410 8由图 4-24 查得 Z NT1=1，Z NT2=1.06由公式 H1= ZNT1 Hlim1S H1得： H1= ZNT1 Hlim1S H1=1560=560MPa H2= ZNT2 Hlim2S H2=1.06530=562MPa故 d 176.43KT 1（ u+1） du H213=76.431.11055（14560 2）=58.3mm- 14 -m= d1Z 1=58.325=2.33mm由表 4-2 取标准模数 m

16、=2.5mm3、计算主要尺寸：d1= m Z1=2.525=62.5mmd2= m Z2=2.5100=250mmb= dd1=62.5mm经圆整后取 b 2=65mm ，b 1= b2+5=70mma=1/2m（Z 1+ Z2）=156.25mm4、按齿根弯曲疲劳强度校核：由 4-10 得出 F，如 F F，则校核合格。确定相关参数和系数：（1）齿形系数由 4-10 查得齿形系数 Y F1=2.75 YF2=2.16(2) 应力修正系数应力修正系数 Y S1=1.58 YS2=1.84(3) 许用弯曲应力 F由图 4-23 查 Flim1，小齿轮按调制刚查取，大齿轮按正火刚查取，得 Flim

17、1=210 MPa Flim2=190 MPaSF=1.3- 15 -查图 4-25 得 Y NT1= YNT2=1由式 F1= YNT1 Flim1S F得 F1= YNT1 Flim1S F=2101.3=162MPa F2= YNT2 Flim1S F=1901.3=146MPa F1=2KT1(bm 2 Z1)YFYS=91MPa Me ，且轴上还有键槽，故截面 I-I 可能为危险截面。但由于轴径d3d2，故也应对截面-进行校核。I-I 截面： eI= MeIW=1815000.1d 33=19.9MPa-截面： e = Me W=1685020.1d 32=26.3MPa查表得 -1

18、b=60MPa，满足 eLh所以滚动轴承符合要求。六、键连接的选择和计算1、 联轴器键的选择与校核 p=2T103kld p- 21 -高速轴直径 D=40mm，半联轴器的长度为 84mm，因此选择键的宽度 b=12mm，键高 h=8mm，键长 L=80mm。T=5.89104 Nmmk=0.58=4mml=L-b=80-12=68mm查表得 p=100Mpa代入数据，解得 p=10.8MPa p故高速轴上的键符合要求。2、高速级大齿轮键的选择与校核 p=2T103kld p由于高速轴直径 D=45mm，高速级大齿轮的宽度B1=60mm。因此选择键的宽度 b=14mm，键高 h=9mm，键长L

19、=56mm。T=2.085105 NmmK=0.59=4.5mml =L-b=56-14=42mm查表得 p=100Mpa代入数据，解得 p=49MPa p故高速级大齿轮的键符合强度要求。3、低速级小齿轮键的选择与校核 p=2T103kld p- 22 -由于直径 D=45mm，低速级小齿轮的宽度 B1=90mm。因此选择键的宽度 b=14mm，键高 h=9mm，键长 L=80mm。T=2.085105 NmmK=0.59=4.5mml =L-b=80-14=66mm查表得 p=100Mpa代入数据，解得 p=77MPa p故低速级小齿轮的键符合强度要求。4、低速级大齿轮键的选择与校核 p=2

20、T103kld p直径 D=70mm，低速级大齿轮的宽度 B2=85mm。因此选择键的宽度 b=20mm，键高 h=12mm，键长 L=80mm。T=5.89104 NmmK=0.512=6mml =L-b=80-20=60mm查表得 p=100Mpa代入数据，解得 p=47MPa p故低速级大齿轮的键符合强度要求。七、联轴器的选择- 23 -已知高速轴的最小直径 dmm=20.16mm 和选择电动机的轴的直径 d=42mm，转矩 Tr=88.3Nm，在校核高速轴的强度时，选取的联轴器的类型为：HL3 型弹性柱销联轴器，其公称转矩为 630Nm，轴孔直径范围在 3040 之间，故取 d=30m

21、m，半联轴器的长度为 82mm。八、减速器附件的选择1、箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭的工作空间，防止外界灰沙侵入和润滑溢出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。材料为：HT200 。加工方式如下：加工工艺路线：铸造毛坯时效油漆划线粗、精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各紧固孔、油孔等去毛刺清洗检验箱体参数：名称 符号 一级齿轮减速器 计算结果箱座壁厚 - 24 -箱盖壁厚 1箱盖凸缘厚度 b箱座凸缘厚度 b箱座底凸缘厚度 b2地脚螺钉直径 d地脚螺钉数目 n轴承旁连接螺栓直径 d盖与座连接螺栓直径 d连接

22、螺栓 d 的间距2l轴承端盖螺钉的直径 d视孔盖螺钉直径 d定位销直径 d轴承旁凸台半径 R凸台高度 h大齿轮顶园与内机壁距离机座助厚 m轴承端盖外径 D轴承端盖凸缘厚度 e轴承旁连接螺栓距离 s2、 附件：- 25 -包括窥视孔和窥视孔盖、通气器、轴承盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞、起吊装置。九、润滑和密封1、 润滑：齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度 V12ms 时，圆柱齿轮浸入油的深度约为一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离 h3060mm。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的 1312，采用稠度较小的润滑脂。2、 密封：防止外界灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。查表得，高低速轴密封圈为唇型密封圈（FB 型） ，GBT9877.1-1998.