1、0机械系统创新设计综合实践设计说明书姓 名： 李时召 班 级： 机电 1104 学 号： 11221098 指导教师： 杜永平 、李德才 日 期： 2014.1.9 1目录0. 设计题目及要求 .31. 传动装置的总体设计 .41.1 传动方案的确定 .41.2 电动机的选择 .51.3 传动比的计算及分配 .71.4 传动装置的运动和动力参数的计算 72.齿轮的设计和计算 .92.1 高速级齿轮传动的设计计算.92.2 中速级齿轮设计计算.112.3 低速级齿轮设计计算 143.轴的设计与计算 .173.1轴的设计.18 3.2 轴的设计计算.193.3 轴的设计计算.203.4轴的设计.2
2、14.轴承的校核.234.1.234.2.235.联轴器的选择.245.1 输入端联轴器. .245.2 输出端联轴器 246.箱体设计与减速器的润滑.256.1 箱体的参数设计256.2 减速器的润滑267. 经济性分析 .268. 设计心得 .279. 参考文献 .2720. 设计题目：卷扬机传动装置设计（一）设计要求（1）卷扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料，具体参数：绳的牵引力为 12kN，绳的速度 0.4m/s，卷筒直径 500mm（2）室内工作，小批量生产。（3）动力源为三相交流电 380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。（4）使用期限为 10 年，大修周期为三年，两班制
3、工作。（5）专业机械厂制造，可加工 7、8 级精度的齿轮、蜗轮。（2）原始技术数据绳牵引力 F ( kN ) 10绳牵引速度 v(m/s) 0.5卷筒直径 D/mm 470（3）应完成的任务（1）完成卷扬机总体方案设计和论证（至少提出两种以上的方案） ，绘制总体设计原理方案图。（2）完成主要传动装置的结构设计，其中减速器的级别至少是二级。（3）完成减速器装配图 1 张（A0 或 A1） ；零件（建议低速轴、大齿轮）工作图 2 张（A3 或 A4） 。（4）进行经济性分析。（5）编写设计计算说明书 1 份。3设计计算 结果1. 传动装置的总体设计1.1 传动方案的确定传动方案的选择主要考虑1）电
4、机与减速器间是用带连接还是联轴器2）减速器是二级还是更高级初步确定以下三种方案：方案一如图：特点：传动稳定，价格便宜。但安全性差，承载性能小。拆装难。方案二：特点：传动比稳定，结构紧凑，承载能力大，但是安装精度高，齿轮工作条件差，磨损严重价格高。方案三：特点：承载能力大，传动比稳定，工作可靠，结构紧凑，拆装方4便，但安装精度高，价格贵，电机与减速器间无过载保护。通过在经济性、方便性、特别是题设条件等方面的考虑最终确定传动方案三优点有：承载能力大，传动比稳定，工作可靠，结构紧凑，拆装方便等优点。缺点：安装精度高，价格贵，电机与减速器间无过载保护等。对于这些缺点，在下面的设计过程中会尽量减少或消除
5、以使设计的减速器更加合理。1.2 电机的选择1.2.1 传动装置的总效率由所选方案有：联轴器 2 个，传动效率 一般为 0.99，取为 0.991轴承 4 对，传动效率 范围为 0.980.99 取轴承效率 0.992传动方案选方案三97.0.3215齿轮啮合对，级精度直齿圆柱齿轮单级传动效率 =0.960.98，取30.97。则计算总效率：859.034211.2.2 工作机所需输入功率电机输入功率为： ，其中wdP10)(FVkW式中：Pd-工作机实际需要的电动机输出功率，KW；Pw-工作机所需输入功率，KW；-电动机至工作机之间传动装置的总效率。所以 5.82108592dP考虑到安全问
6、题，使电动机的额定功率 P （11.3）P ，由查表得edd电动机的额定功率 P 7.5KW 。 1.2.3 确定电动机型号计算滚筒工作转速 ： min/32.0475.60rDVnw由推荐的传动比合理范围，三级级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围：27216。 （由机械设计课程设计手册 表 1-8 得） 。故电机的可选转速为：min/438952.0)1627( rniwd 符合要求的 Y 型电机有 4 种型号 功率（KW)转速（r/min)额定电流（A）重量（kg）Y132s2-2 7.5 2900 15 72Y132M-4 7.5 1440 15.4 79Y132M-6 7.5 970 17
7、 116=0.859=5.82kdPw=20.32wnr/min选 Y132M-427Y160L-8 7.5 720 17.7 140从价格、电机重量体积和齿轮传动的强度问题等综合因素考虑，选择Y132M-4 型电机1.3 传动比的计算及分配1.3.1 传动装置的总传动比要求应为传动装置的总传动比为：=nm/nw=1440/20.32=70.866i式中：n m-电动机满载转速1.3.2 分配各级传动比按照二级传动比计算方法计算三级齿轮传动比：考虑到减速箱内大齿轮浸油深度等因素影响，取分配比系数为 1.3：138.432ii/30.5.21ii1.4 传动装置的运动和动力参数的计算电动机轴 K
8、WPd820.50min/14rnmNT59.38900型电机=1440 dnr/min=70.866i=5.3801i=4.1382i=3.1833iKWP820.5=1440nr/min=38.5940TNm=5.7621P1轴（高速轴）KWP762.510min/4rnNT209.389511轴KWP.321min/6587/rinNT39.19422轴KWP31.523min/684/rinNT3.79533轴KWP102.5324min/rinNT517.23954轴（工作轴）KWP0.52145min/3rnkw=1440r/1nmin=38.2091TNm=5.5332PKw=2
9、67.652n8r/min=197.392T6Nm=5.3133Pkw=64.6833nr/min=784.343T6Nm=5.1024Pkw=20.32r4n/min=2397.54T17Nm=5.00kw5P1mNnPT540.23952. 齿轮的设计和计算2.1 高速级齿轮传动的设计计算(1)许用应力的计算材料:均选用 号钢，均进行调质处理，小齿轮外加表面淬火处理。小45齿轮硬度为表面 45HRC，心部 240HBS。大齿轮硬度为 240HBS。主要失效形式为点蚀，不能立即导致不能继续工作，故 S= =1.HSN1=60 j =60 14401nL9105.6310N2=60 j =60
10、 2682 8故由教材图 10-21 得=1.0 =1.01FNK2FN=1.0 =1.012HH查课本（机械设计，第八版）第 207 页图得： =900Mpa =570Mpa1limH2limH=570Mpa =470MpaFEFE综上有： = =900Mpa = =575.7Mpa1HSKHN1lim2HSKHN2lim = =570Mpa = =470MpaFFEFFE(2)计算 1d初选 =80mm=20.32r5n/min=2349.55T40Nm大小齿轮用45 号调质钢，小齿轮表面淬火N1= 9105.N2= 83.=9001limHMpa =5702liMpa=570M1FEpa
11、 =470M2FEpa =9001HMpa =5752.7Mpa1初定 =22 =1191z2z使用系数 AK由题设工作载荷比较平缓选： =1.0A齿间分配系数 由教材表 10-3 选得: = =1.4HKF动载荷系数 vv= =6.03m/s60DAN由教材图 1-0-8 得： =1.23vK齿向分配系数 由教材表 10-7 选得 =1.0d由教材表 10-4 得： =1.463HK综上可得：K= =2.52HvA由教材表 10-6 选出弹性系数 =189.8EZ则：d1 =53.54mm32)1()(1uKTHEd取 =60mm 则 =323mm12 定 01z172z则：m= =2.73
12、， 圆整取 m=3.01da= =191.5mm 2h=2.25m=6.75mm =5701FMpa =4702FMpa=1.0d=2.52HK=189.8EZ=60mm1d=323mm201z72m=3.0a=191.5mmh=6.75mm1计算齿宽=42.69mm221)5.(HEZudKb再由教材表 10-7 选得： =52mm =47mm1b2（2）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数 K由教材图 10-13 得： =1.30则 K= =2.24 FvA计算齿形系数和应力校正系数由教材表 10-5 得：Y Fa1=2.57 YFa2=2.14Y Sa1=1.60 Y Sa2=1.83校核弯
13、曲应力 F1= Y Fa1Y Sa1=58.66Mpa12zbmKT1F F2= F1 =55.86Mpa12SaF2F所以第一对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。2.2 中速级齿轮设计计算(1)许用应力的计算材料:材料和工艺和第一对齿轮一样。主要失效形式为点蚀，不能立即导致不能继续工作，故 S= =1.HS=52mm 1b=47mm2=2.24FKY Fa1=2.57 YFa2=2.14Y Sa1=1.60 Y Sa2=1.83=58.66M1Fpa =55.86M2Fpa 第一对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。1N1=60 j =60 2681nL81039.6510N2=6
14、0 j =60 652 27故由教材图 10-21 得=1.0 =1.01FNK2FN=1.0 =1.102HH查课本（机械设计，第八版）第 207 页图得： =900Mpa =570Mpa1limH2limH=570Mpa =470MpaFEFE综上有： = =900Mpa = =627Mpa1HSKHN1lim2HSKHN2lim = =570Mpa = =470MpaFFEFFE(2)计算 1d初选 =100mm初定 =47 =1951z2z使用系数 AK由题设工作载荷比较平缓选： =1.0A齿间分配系数 由教材表 10-3 选得: = =1.4HKF动载荷系数 vv= =1.4m/s6
15、0DAN由教材图 1-0-8 得： =1.08vKN1= 81039.N2= 827.=9001limHMpa =5702liHMpa=570M1FEpa =470M2FEpa =9001HMpa =6272Mpa =5701FMpa =4702FMpa1齿向分配系数 K由教材表 10-7 选得 =1.0d由教材表 10-4 得： =1.469H综上可得：K= =2.22HvAK由教材表 10-6 选出弹性系数 =189.8EZ则：d1 =90.39mm32)1()(1uKTHEd取 =91mm 则 =377mm12 定 31z182z m= =2.93， 圆整取 m=3.01da= =234
16、mm 2h=2.25m=6.75mm计算齿宽=89mm221)5.(HEZudKb再由教材表 10-7 选得： =95mm =90mm1b2（3）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数 K由教材图 10-13 得： =1.46=1.0d=2.22HK=189.8EZ=91mm 1d=377mm231z82m=3.0a=234mm h=6.75mm=95mm1b=90mm21则 K= =2.21 FvAK计算齿形系数和应力校正系数由教材表 10-5 得：Y Fa1=2.506 YFa2=2。16Y Sa1=1.625 Y Sa2=1.81校核弯曲应力 F1= Y Fa1Y Sa1=144.61Mpa1
17、2zbmKT1F F2= F1 =138.83Mpa12SaF2F所以第二对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。2.3 低速级齿轮设计计算(1)许用应力的计算材料:考虑到第三对齿轮传递转矩较大，所以选用 42GrMo 作为小齿轮材料进行调质处理和表面热处理，表面硬度为 260HBS，心部为 55HRC。大齿轮与前面一样。主要失效形式为点蚀，不能立即导致不能继续工作，故 S= =1.HSN1=60 j =60 651nL81027.63510N2=60 j =60 202故由教材图 10-21 得=2.21FKY Fa1=2.506 YFa2=2。16 Y Sa1=1.625 Y Sa2=1
18、.81=144.611FMpa =138.832FMpa 第二对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。N1=1=1.0 =1.01FNK2FN=1.12 =1.182HH查课本（机械设计，第八版）第 207 页图得： =900Mpa =700Mpa1limH2limH=675Mpa =600MpaFEFE综上有： = =1008Mpa = =826Mpa1HSKHN1lim2HSKHN2lim = =675Mpa = =600MpaFFEFFE(2)计算 1d初选 =120mm初定 =43 =1351z2z使用系数 AK由题设工作载荷比较平缓选： =1.0A齿间分配系数 由教材表 10-3
19、选得: = =1.4HKF动载荷系数 vv= =1.0m/s60DAN由教材图 1-0-8 得： =1.01vK齿向分配系数 由教材表 10-7 选得 =1.0d由教材表 10-4 得： =1.475HK81027.N2= 7.=1.0 1FNK=1.02=1.1HN2 =1.1HNK8=9001limHMpa =7002liHMpa=675M1FEpa =600M2FEpa =1001H8Mpa 2=826Mpa =6002FMpa1综上可得：K= =2.09HvAK由教材表 10-6 选出弹性系数 =189.8EZ则：d1 =114.5mm32)1()(1uKTHEd取 =120mm 则
20、=38212 定 4z13z m= =2.89， 圆整取 m=3.01da= =251mm 2h=2.25m=6.75mm计算齿宽=98.74mm221)5.(HEZudKb再由教材表 10-7 选得： =105mm =100mm1b2b（3）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数 K由教材图 10-13 得： =1.48则 K= =2.10 FvA计算齿形系数和应力校正系数由教材表 10-5 得：Y Fa1=2.390 YFa2=2.16=1.0d=2.09HK=120mm 1d=382241z32m=3.0a=251mm h=6.75mm=105mm 1b=100mm21Y Sa1=1.68 Y
21、 Sa2=1.81校核弯曲应力 F1= Y Fa1Y Sa1=348.26Mpa12zbmKT1F F2= F1 =339.10Mpa12SaF2F所以第三对齿轮表面接触强度和齿根弯曲强度满足要求。3. 轴的设计与计算3.1 轴的设计3.1.1轴的结构设计选取轴的材料为 45 刚,调质处理。根据教材表 15-3 取 =105，0A得: mnPd67.130min轴上有一个键槽，增加到 17.517.8mm。取 d=20mm。轴承选深沟球 2 系列，型号为 62004通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出高速轴尺寸如图：=2.10FKY Fa1=2.390 YFa2=2.16 Y Sa1=1.6
22、8 Y Sa2=1.81=348.261FMpa =339.102FMpa d=20mm13.1.2轴的强度校核由教材表 15-1 得 =60Mpa1求作用在轴上的作用力：由于选择的是直齿轮和深沟球轴承，所以只有径向力。且已知高速级齿轮的分度圆直径为 d=60mm齿轮作用在轴上的水平力即周向力： NdTFt 31027.齿轮作用在轴上的铅垂力即径向力： tr 146an在垂直面上：左侧： N32 109.)73051783(2tNHF右侧： N21.NHt弯矩 mFMH6水平面上：左侧： N32 1047.)3051783( rNH右侧： N21.NHtF弯矩 mMH62总弯矩： H37.65
23、21如图：=60Mp1a轴承选深沟球 2 系列，型号为62004=60Mp1a 2xNHF3109.1xNH328.=1HMmN5.281进行校核时候，通常只是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度根据式及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为静应力，取 0.3，轴的计算应力。由教材表 15-4 得：W= =1398.13dtb2(3) 57)(122 MpaWTca其中 T 为轴输出扭矩。所以是安全的，但离极限值较近，可以考虑用更好材料3.2 轴的设计计算选取轴的材料为 45 刚,进行调质处理。2zNHF31047.1zNH3.1HMNm98.2M= .W=1398.13Mpac15 1根
24、据教材表 15-3 取 =105，0A得: mnPd81.230min轴上有三个键槽，增加到 32.6934.13mm。取 d=35mm。轴承选深沟球 2 系列，型号为 62007通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出轴尺寸如图：3.3 轴的设计计算选取轴的材料为 45 刚,进行调质处理。根据教材表 15-3 取 =105，0A得: mnPd63.4530min轴上有两个键槽，增加到 50.2052.48mm。取 d=55mm。轴承选圆柱轴承 2 系列，型号为 62011通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出轴尺寸如图：所以是安全的。d=35mm轴承选深沟球 2 系列，型号为6200713.4
25、 轴的设计计算3.4.1 轴的结构设计选取轴的材料为 45 刚,进行调质处理。根据教材表 15-3 取 =105，0A得: mnPd23.630min轴上有三个键槽，增加到 71.6573.87mm。取 d=75mm。轴承选圆柱轴承 2 系列，型号为 N215E通过轴系零件的尺寸查表和合理设计，得出高速轴尺寸如图：3.4.2轴的强度校核由教材表 15-1 得 =60Mpa1求作用在轴上的作用力：由于选择的是直齿轮和深沟球轴承，所以只有径向力。d=55mm轴承选深沟球 2 系列，型号为N211E=60Mp1ad=75mm轴承选圆柱轴承 2 系列，型号为N215E1且已知低速级大齿轮的分度圆直径为
26、 d=382mm齿轮作用在轴上的水平力即周向力： NdTFt 3105.2齿轮作用在轴上的铅垂力即径向力： tr 174an在垂直面上：左侧： N32 108.6)2352961(tNHF右侧： N107.5NHt弯矩 mFMH 69)3(21水平面上：左侧： N32 108.2)352961(tNH右侧： N210.NHtF弯矩 mMH 6.)53(1总弯矩： 如图：H621 2xNHF3108.6Nm 1xNH375.Nm=1HMmN6292zHF3108.Nm 1zNH39.2Nm1进行校核时候，通常只是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度根据式及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力
27、为静应力，取 0.3，轴的计算应力。由教材表 15-4 得：W= =40409dtb2(3) 0)(122 MpaWTca其中 T 为轴输出扭矩。所以是安全的。4. 轴承的校核4.1轴轴承的校核由于选择的轴承是 6204 型轴承，只存在径向力。所以：P= =1050N21zNHxF其中 为轴校核轴轴承在水平和垂直方向的受力。2z由教材可知深沟球轴承的 =3查机械零件表有：C=12800N则有：=20967 hPCnLh601则轴承可用：L= =3.39 年。365297满足三年小修换轴承的要求4.2轴轴承的校核由于选择的轴承是 6015 型轴承，只存在径向力。所以：=1HMmN65.20M=6
28、60NmMpac30 1所以是安全的。P=1050N=31P= =7141N21zNHxF其中 为轴校核轴轴承在水平和垂直方向的受力。2z由教材可知圆柱轴承的 = 30查机械零件表有：C=68000N则有：=70823hPCnLh601则轴承可用：L= =12 年。365297满足三年小修换轴承的要求5.联轴器的选择5.1 输入端联轴器由于三级减速器是由电机与减速器直接通过联轴器连接的，所以要对电机进行过载保护，所以要在输入端选择安全联轴器。根据联轴器的计算公式 查表 14-1（机械设计 第八版） ，取工作情况TKAca系数 =1.5;则有AK=1.538.209=57.31NmTca则选择
29、KR-SC 型钢球半扭矩安全联轴器中的型号为：KR-SC1906H 型联轴器。5.2 输出端联轴器根据联轴器的计算公式 查表 14-1（机械设计 第八版） ，取工作TKAca情况系数 =1.5;则有AKC=12800NL=3.39 年。满足要求P=7141N= 310C=68000NL=12 年满足要求57.31caTNm联轴器选择 KR-SC1=1.52397.52=3659.81NmTKAca选用 LH7 弹性柱销联轴器，其公称转矩为 。630Nm6.箱体设计6.1 减速箱参数箱体是用 HT200 铸造而成，其相关参数如下：箱座壁厚 12箱盖壁厚 1 10箱座凸缘厚度 b18箱盖凸缘厚度
30、1 15箱座底凸缘厚度 2 30底脚螺栓直径 fd24底脚螺栓数目 n6轴承旁联接螺栓直径 1 18箱盖与箱座联接螺栓直径 2d12轴承端盖螺钉直径 3由轴承外径决定定位销直径 12凸台高度 h根据扳手操作方便为准大齿轮顶圆与内壁距离 115齿轮端面与内壁距离 215箱盖、箱座肋厚 m、1 8,10轴承端盖外径 2D与轴承有关轴承端盖凸缘厚度 t 10型钢球半扭矩安全联轴器中的型号为：KR-SC1906H 型联轴器。=3659.8caT1Nm选用 LH7弹性柱销联轴器=30Mpaca1安装螺栓直径 xdM8 M10 M12 M18 M24至外箱壁距离 min1c13 16 18 24 34至凸
31、缘边距离 in211 14 16 22 28螺栓扳手空间与凸缘宽度沉头座直径 min2c10 24 26 36 486.2 减速器的润滑6.2.1 齿轮的润滑采用浸油润滑的润滑方式。因为三级减速箱中大齿轮直径差距较大，所以浸油深度不能过高，以免出现因低速级大齿轮浸油过深而造成过大的油损。但浸油深度也不能过小以防止其他齿轮润滑不到或传动零件在转动时将沉入箱底的污物搅起，所以选次高级大齿轮浸油一个齿高为准，油面到池底 30mm。6.2.2 轴承的润滑通过计算得到的所有轴承的 dn 值小于 ，所以选用油脂润滑（机械4106设计，第八版，表 14-10） 。轴承与内箱采用挡油环隔绝。7.经济性分析一般
32、来说三级减速器的价格相对于其他减速器要贵一些。主要体现在加了第三对齿轮的造价和增加一对齿轮引起的一系列如箱体体积、润滑油增多、各种精度要求提高等额外费用。对于三级齿轮减速器造价问题采取了一下措施:.三级减速器与经典的二级带轮减速器主要在于第三对齿轮价格和一对带轮加带的价格的差别。所以初略计算第三对齿轮价格和一对带轮加带的价格，1进行对比以进行下面措施。齿轮等级精度在满足要求的情况下采用最低级精度等级，都为 8 级精度等级齿轮。.材料方面在满足功能和强度要求方面选择最便宜材料：齿轮和轴除了低速级小齿轮采用 42GrMo 外都用 45 号钢。箱体用灰铸铁铸造。.结构设计方面如箱体尽量避免凸台等架构
33、以增加铸造成本。通过这些措施使得三级齿轮减速器的造价降低很多，可以达到甚至低于某些二级减速器的造价。7.设计心得通过这次减速器的设计，使我学到很多以前东西，以下是我的心得体会：这是一门综合性很强的课程，其中包含了很多门科目有机械设计、理论力学、工程材料、材料成型、机械制造、制图等知识，通过设计过程可以把以前学的知识进行更加深入的理解，同时大大提高个人训练能力。设计一个零件或结构，要先了解其功能原理，然后在使其满足使用功能的基础上进行设计和创新，不能毫无根据漫无目的的瞎想、乱改。结构设计中的所有结构的有无、位置、尺寸都是有根据甚至有标准的，不能看到别人有而有，也不能乱加或随意编写数据。否则可能对整体功能或使用维修等带来影响。通过这门课程，我的二维、三维制图能力大大提高。9.参考资料目录1机械设计（第八版） ，高等教育出版社， 杨可桢 程光蕴 李仲生 主编；普通高等教育“十一五”国家级规划教材2机械设计课程设计手册（第三版） ，高等教育出版社，清华大学 吴忠泽 北京科技大学 罗圣国 主编3机械机械设计综合课程设计 第二版 ，王之乐 王大康 主编5solidworks 2012 机械设计实例精解减速器设计 ，段志坚 李改灵主编1
