卷扬机传动装置两级斜齿圆柱齿轮减速器设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1页 （共 30 页） 卷扬机传动装置两级斜齿圆柱齿轮减速器设计 摘要： 减速器是机械行业中较为常见而且比较重要的机械传动装置。其种类非常多，各种传动装置的减速器虽各有自已的特点，但是 ,其设计步骤都大致相同。通过对减速器的结构与传动方式的分析，设计出一卷扬机传动装置两级斜齿圆柱齿轮减速器。详细地设计中包括：电动机的选择、传动比的分配、齿轮、轴、轴承、键、联轴器的设计与校核以及一些常用标准附件的选择等，并且绘制了零件图与装配图。 该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括传动件的设计，执行机构的设计及设备零部件等的设计。 关键词： 卷扬机传动装置、 两级斜齿圆柱齿轮减速器、 传动效率、 使用寿命 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2页 （共 30 页） 目 录 绪论 1 第 1章 设计目的 2 2 2 3 第 2章 传动方案分析 4 4 4 5 5 5 6 7 传动装置运动参数和动力参数 8 第 3章 传动零件的设计计算 10 10 10 14 18 18 核 21 22 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3页 （共 30 页） 级轴承的选择及校核 23 24 24 24 24 25 速级轴上用键的选择与校核 25 25 25 25 26 26 第 4章 减速器的润滑、密封及润滑油的选择 27 27 27 27 27 27 27 27 27 27 结论 28 致谢 39 参考文献 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4页 （共 30 页） 绪论 一个国家的经济实力、科技水平、国防实力 和国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。制造业的发展水平标志着国家的发展水平。 机械制造的方式与种类很多。由于减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮转动、蜗杆转动、 齿轮蜗杆转动 所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速转动装置。在少数场合也用作增速的传动装置，这时就称为变速器。在机械行业中是无替代的。其主要内容有如下两点： 1）降速的同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出功率乘以减速比，但要注意不能超出减速器额定扭矩。 2）降速的同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方 ,电机一般都有一个 惯量数值。 一般的减速器有齿轮减速器 (包括斜齿轮减速器、平行轴斜齿轮减速器、行星齿轮减速器、锥齿轮减速器等等 )、蜗轮蜗杆减速器、摆线针轮减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。 齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为：单级、二级、三级和多级减速器；按轴在空间的互相装配方式可分为：立式和卧式减速器；按布置形式可分为：展开式、同轴式和分流式减速器等。 单级圆柱减速器的传动比一般小于 5，使用直齿、斜齿或人字齿齿轮，传递功率可达数万千瓦，效率较高。工艺简单，精度易于保证，一般工厂能制造，应用广泛。轴线可作水平布置、上下布置 或铅垂布置。 二级圆柱减速器的传动比一般为 408i ，使用直齿、斜齿或人字齿齿轮，结构简单，应用广泛。可分为展开式、分流式、同轴式。展开式由于齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度。分流式则齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场合。同轴式减速器长度方向尺寸较小，但轴向尺寸较大，中间轴较长，刚度较差，两级大齿轮直径接近，有利于 浸油润滑。轴线可以 水平布置、上下布置或铅垂布置。 齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便、因而应用极为广 泛。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5页 （共 30 页） 第 1章 设计目的 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。 在通用减速器的制造方面，国内目前生产厂家数目众多，如对各种类型的圆柱 齿轮 、 圆锥 内主要厂家有南京高精齿轮股份有限公司、宁波东力传动设备有限公司、江阴齿轮箱制造有限公司、江苏泰星减速器有限公司 等。 在各类专用传动装置的开发机制造方面，国内近几年 也 取得 了 明显的进展，如重庆齿轮箱有限责任公司生产的 磨机边缘驱动传动装置，其最大功率已达 7000安重型机械研究所开发的水泥行业辊压机悬挂系列行星齿轮箱的输入功率已达 1250但是 现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。由于减速装置在 各部门中使用广泛，因此，人们都十分重视研究这个基础部件。不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面，有所改进的话，都将会促进资源（包括人力、材料和动力）的节省。 国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。以德国为例，该国的制造业一直处于世界前例，但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。 电机工业的良好发展，使电机市场有效需求在相当一个时期趋于稳 定。近年来，我国电力建设正以超常速度发展。减速器国际市场需求量很大，并处于高速增长阶段。随着国际市场的进一步拓宽，减速器机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上将会有重大突破。特别是斜齿轮减速器由于体积小，重量轻，传动效率高，将会节省可观的原料和能源。因此，本减速器是一种节能型的机械传动装置，也是减速器的换代产品。本减速器可广泛应用于机械，冶金、矿山、建筑等领域。特别在需要较大减速比和较大功率的各种传动中有巨大的市场和应用价值。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6页 （共 30 页） 齿轮传动具有承载能力大、传动效率高、允许速度高、结构紧凑、 寿命长等优点，在机械工业传动方案设计时一般应首先选用齿轮传动。但直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线与齿轮轴线平行。因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下，因此直齿轮传动的平稳性较差容易产生冲击和噪声，不适用高速和重载的传动中。而平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的齿廓是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的。斜齿轮齿廓接触线的长度由零逐渐增加，又逐渐缩短，直至脱离接触，载荷也不是突然加上或卸下的，因此斜齿轮传动工作较平稳。根据斜齿圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱状晶齿轮传动好， 故高速级或要求传动平稳的场合，宜采用斜齿圆柱齿轮传动。要使卷扬机在常温下连续两班制，经常正反转、起动和制动，环境有轻度粉尘的环境下工作。最好采用两级斜齿圆柱齿轮传动减速器。 斜齿轮减速机是新颖减速传动装置。采用最优化，模块组合体系，以及先进的设计理念。具有体积小、重量轻、传递转矩大、起动平稳、传动比分级合理等优点，并可根据用户自己的要求进行任意连接和多种安装位置的选择。齿轮制造材料采用优质高强度合金钢，表面经过渗碳硬化处理，承载能力强，经久耐用。 本文设计是：卷扬机两级斜齿圆柱齿轮减速器。这次设计主要针对执 行机构的运动展开，为了达到设计要求，要求传动系统必须具有一定的传动精度，并且各传动元件之间还应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作。因此，本次设计均采用新国标，运用了模块化设计思路，以期能够达到预期的设计目的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7页 （共 30 页） 第 2章 传动方案分析 卷扬机 在常温下连续两班制工作 ，经常正反转起动和制动， 工作 环境有轻度粉尘，结构尺寸无特殊限制， 使用期限 10 年，大修期 3年。该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批量生产，提升速度容许误差为 %5 。 卷扬机提升的最大重量为 0000 ，提升的线速度为 电动机的传动功率 5， 卷筒圆周力 000,卷筒的直径 00 ,卷筒转速 0 。 图 图 减速器内部结构 动装置由电机、减速器、工作机组成。 轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。 虑到电机传动功率大，故 选择展开式两级斜级圆柱齿轮减速器，将卷筒设置在低速级。 其传动方案如 (图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8页 （共 30 页） 1 2、 4 3 5图 运动简图 动机类型和结构型式选择 工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选三相交流异步电动机。最常用的电动机是 Y 系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于起动性能较好，也适用于某些要求较高起动转矩的机械。需要经常起动、制动和反转的机械，要求电动机有 较小转动惯量和较强的过载能力，应选用起重及冶金用的 型）系列或线型）系列异步电动机。 电动机的结构型式，按安装位置不同，有卧式和立式两类；按防护方式不同有开启式、防护式（防滴式）、封闭式及防爆式等。可根据安装需要和防护要求选择电动机结构型式。常用结构型式为卧式封闭型电动机。 按照工作要求和条件选用 Y 系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，电压为 380V。 选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三方面因 素，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件而定。电动机发热与其工作情况有关。对于载荷不变或变化不大，且在常温下长期连买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9页 （共 30 页） 续运转的电动机（课程设计中通常涉及的电动机），只要其所需输出功率不超过其额定功率，工作时就不会过热，可不进行发热计算。这类电动机按下学步骤确定： 工作机所需功率2算，根据题意即可得 1000（ 2 式中 000， 卷扬机的效率取 96.0w，代入上式得 w 电动机的输出功率按下式（ 2算 0（ 2 查文献 【 1】 表表 141 轮的传动效率： 此传动装置总效率按式（ 2算 321（ 2 32543231 a 所以 选取电动机的额定功率，使0)( ，由于该减速器的高速轴与电动机连接，并由 文献 【 1】 表 23。 两级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比 408i ， 所以电动机转速的可选范围是： （ 2 r / m 0 0480)408(60 m 500m 000m 50 、 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10页 （共 30 页） 根据电动机所需功率和转速 查文献 【 3】 表表 2 4种适用的电动机型号， 得如下表（表 3种传动比方案： 表 案 电动机型号 同步转转速 r 额定功率 满载转速 r 额定转矩起动转矩额定转矩最大转矩1 500 3 1420 000 3 960 50 3 710 合考虑电动机和传动装置的转速、转矩 和减速器传动比，可见第 1种方案比较合适，因此选用电动机型号为 三相异步电动机 ， 额定功率为 满载转速420 r ，同步转速 500 r 。 其电动机简图如下（图 主要参数如下表（ 图 心高 H 外形尺寸 )2/( 底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 K 轴伸尺寸 100 320 380 160 140 12 28 60 表 电机的安装尺寸 传动比 由式（ 2： 2 i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11页 （共 30 页） 设 1i 为低速级传动比， 2i 为高速级传动比 ， 取 61i ， i 。 将传动装置各 轴由低速到高速依次定为 1 轴、 2 轴、 3 轴， 231201 依次为电机与轴，轴与轴，轴与轴之间的传动效率，由图可知电机与轴同轴，轴与卷筒同轴。 电动机轴： 420 轴： m 4201 m 轴： m 3 7m 1 4 2 0112 轴： m 0m 7223 卷筒轴： 03 w 电动机轴： 轴： 轴： 轴： 卷筒轴： 电动机轴： 2 5 09 5 5 0 00 轴： 轴： 4321112 轴： 8 卷筒轴： 4 8 7513 运动、动力参数计算结果列于下表（表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12页 （共 30 页） 表 2 运动参数 轴名 功率 P(转矩 T( N m) 转速 r/动机轴 3 420 轴 420 轴 37 轴 0 卷筒 轴 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13页 （共 30 页） 第 3章 传动零件的设计计算 由于齿轮传动是靠轮齿的啮合来传递运动和动力的，因此轮齿失效是齿轮常见的主要失效形式。 考虑到此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用渐开线斜齿轮。 级齿轮的设计与校核 由于小齿轮受载荷次数比大齿轮多，为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。查 文献 【 4】 表 选择小齿轮材料为 45 钢（ 调质），硬度为 17 ；大齿轮材料为 45 钢（正火），硬度为 69 。 级精度； 按斜齿轮传动的设计公式（ 3算，可得 3 2121c o z （ 3 确定有关参数与系数 （ 1）小齿轮的转矩： 1T =94680 （ 2）选项载荷系数 K 由原动机为电动机，工作机为卷筒，有中等冲击载荷齿轮在两轴间不对称布置。查文献 【 4】 表 （ 3）齿数 z 、螺旋角 和齿宽系数d为 保证轮齿在经受相当的磨损后仍不会发生弯曲破坏， z 不宜取太多，取小齿轮齿数 231 z ，则 ： 138236122 初选螺旋角。由于螺旋角如果太小则会失去斜齿轮传动的优点，如果太大则齿轮的轴向力也大，从而增大发轴承及整个传动的结构尺寸，从经济角度不可取，且传动效率也下降。一般在设计时常取 0158 ,取初选螺旋角 014 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14页 （共 30 页） 当量齿数 3： 3（ 3 s 23co s 03311 zz v 1 5 114co 5co s 03322 zz v 由 文献 【 4】 表 得齿形系数 1 Y 由 文献 【 4】 表 得应力修正系数 文献 【 4】 表 取齿宽系数 1d（ 4）许用弯曲应力 F 按 图 ，得 801 ， 402 由 文献 【 4】 表 得 S 应力循环次数为 91 6 58210(11 4 2 06060 hn 8912 弯曲疲劳寿命系数得弯曲疲劳寿命系数1根弯曲疲劳许用应力 按式（ 3算 Y （ 3 M p aM p i M p aM p i 计算大、小齿轮并加以比较，取较大值 M p 0 6 1 11 M p 0 7 2 22 大齿轮的数值大，所以取 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15页 （共 30 页） 其齿根弯曲疲劳强度 按上式（ 3算，得 4c o c o 2 023 2121 由表 标准模数 （ 5） 确定中心距 a 及螺旋角 传动的中心距 a 为 o 13823(o 21 圆整后取 24 。 确定螺旋角为 18141242 )13823(r c c o (a r c c o s 021 a n 此值与初选 值相差不大，故不必重新计算。 3算 11 H （ 3 确定有关系数与参数： （ 1）分度圆直径 d n s s 11 n 31814c o s 1 3 o s 22 （ 2）齿宽 b d 经圆整后取 02 ， 51 （ 3） 齿数比 u 62313812 4）许用接触应力 H 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16页 （共 30 页） 由 文献【 4】图 5001 , 2202 。 由 文献【 4】表 S 。 由 文献【 4】图 Z。 由式（ 3 11z （ 3 M p 3 5 0 i M p 6 2 2 i 由 文献【 4】表 故 M p 5(9 4 6 8 1 、 2H ，齿面接触疲劳强度校核合格。 （ 5） 验算齿轮圆周速度 v 11 由 文献【 4】表 级精度是合适的。 （ 6）几何尺寸计算 分度圆直径 d 11 ) n = 4c o s/5.( 22 ) n = 31 3 8)14c 齿顶高 h 齿顶圆直径 齿根高 7 齿根圆直径 全齿高 h 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17页 （共 30 页） （ 7） 结构设计 小齿轮采用齿轮轴结构，大齿轮采用锻造毛坯的腹板式结构 大齿轮的有关尺寸计算如下： 轴孔直径 2 轮毂直径 取 11 轮毂长度 32 轮缘 厚度 )43(0 6取 60 轮缘内径 7623 7 6222 取 52 腹板厚度 取 1 腹板中心孔直径 4)511 9 8(腹板孔直径 11 9 8(齿轮倒角 取 于小齿轮受载荷次数比大齿轮多，为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。查 文献 【 4】 表 选择小齿轮材料为 调质），硬度为 40 ，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 17 。 级精度； 按斜齿轮传动的设计公式（ 3算，可得 3 2121c o z （ 3 确定有关参数与系数 （ 1）小齿轮的转矩 5292701 （ 2）选项载荷系数 K 由原动机为电动机，工作机为卷筒，有中等冲击载荷齿轮在两轴间不对称布置。查文献 【 4】 表 （ 3）齿数 z 、螺旋角 和齿宽系数d买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18页 （共 30 页） 为 保证轮齿在经受相当的磨损后仍不会发生弯曲破坏， z 不宜取太多，取小齿轮齿数 271 z ，则 初选螺旋角。由于螺旋角如果太小则会失去斜齿轮传动的优点，如果太大则齿轮的轴向力也大，从而增大发轴承及整个传 动的结构尺寸，从经济角度不可取，且传动效率也下降。一般在设计时常取 =815 ,取初选螺旋角 14 当量齿数 3： 3（ 3 s 27co s 03311 zz v 1 1 714c o 7c o s 03322 zz 献 【 4】 表 得齿形系数 1 Y 由 文献 【 4】 表 得应力修正系数 文献 【 4】 表 取齿宽系数 1d（ 4）许用弯曲应力 F 按 图 ，得 M F 740,880 2l i i m 由 文献 【 4】 表 得 S 应力循环次数为 81 658210(12376060 hn 8812 弯曲疲劳寿命系数得弯曲疲劳寿命系数 3算 Y （ 3 M p aM p i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19页 （共 30 页） M p 1 4 i 计算大、小齿轮并加以比较，取较大值 M p aM p 0 6 1 11 M p aM p 0 7 2 22 大齿轮的数值大，所以取 其齿根弯曲疲劳强度按上式（ 2算，得 c o 2121z 4c o 9 2 2 由表 标准模数 （ 5） 确定中心距 a 及螺旋角 传动的中心距 a 为 co 1n o 圆整后取 73 确定螺旋角为 = 18141732 )10727(r c c o (a r c c o s 021 a n此值与初选 值相差不大，故不必重新计算。 3算 11 1 H （ 3 确定有关系数与参数： （ 1）分度圆直径 d n 671814c o s o s 13 n 2 6 61814c o s 1 0 o s 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20页 （共 30 页） （ 2）齿宽 b d 676711 经圆整后取 51 ， 02 （ 3） 齿数比 u 4）许用接触应力 H 由 文献【 4】图 5001 , 2202 。 由 文献【 4】表 S 。 由 文献【 4】图 由式（ 3 11z （ 3 M p 6 2 5 0 i M p 6 2 2 i 由 文献【 4】表 M p 5 2 9 2 7 1 、 2H ，齿面接触疲劳强度校核合格。 （ 5） 验算齿轮圆周速度 v 12 由 文献【 4】表 级精度是合适的。 （ 6）几何尺寸结构设计计算 分度圆直径 d 13 n = 24 n = . 齿顶高买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21页 （共 30 页） 齿顶圆直径 7 6224 齿根高 2 齿根圆直径 全齿高 h 2 （ 7） 结构设计 大齿轮采用 腹板式锻造齿轮机构。小齿轮与轴材料相同采用齿轮轴。 大齿轮的有关尺寸计算如下： 轴孔直径 7 轮毂直径 取 071 轮毂长度 52 轮缘厚度 0=（ 34）0) 取0=8轮缘内径 3826 2 1222 腹板厚度 取 0 腹板中心孔直径 120 =(244+107) =腹板孔直径 120 =(244= 取0d=34齿轮倒角 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于 200而又小于 500故选用腹板式为宜。其他有关尺寸参看大齿轮零件图。 减速器的两根轴中，小齿轮与轴作成整体 为齿轮轴，其外伸端安装联轴器；大齿轮轴的外伸端也安装联轴器。这里只设计大齿轮轴。 轴的设计与校核 根据文献 【 4】表 择 40质处理），硬度为 241286拉弯曲强度极限B =750 屈服极限 S =550 再由 文献 【 4】表 得许用弯曲应力买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 22页 （共 30 页） =70由 文献 【 4】表 0798C ，取 102C 。 根据式（ 3 311 (3d （ 98107） 3 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在， 会削弱轴的强度， 故将估算直径加大 3%5%，所以 d 1+3%5%） =3940 按连轴器取 d =40 根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，将轴设计成阶梯轴，如轴零件图所示。 （ 1）确定轴上零件的位置及轴上零件的固定方式 因为是两级斜圆柱齿轮减速器，故将齿轮布置在箱体内壁低速级传动处，轴承对称地布置在齿轮的两边，轴的外伸端安装联轴器。 齿轮利用轴肩和套筒实现轴向定位和轴向固定，利用平键过盈配合实现周向固定。两端轴承端盖分别利用轴肩、套筒实现轴向定位，利用过盈配合实现周向固定。轴利用两端轴承端盖实现轴向定位。联轴器利 用轴肩、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向固定。 （ 2）确定轴的各段直径 外伸端直径为 40为了使联轴器能轴向定位，在轴的外伸端做一轴肩，甩以通过轴承透盖、右端轴承和套筒的轴段直径取 50 按条件要求选用 30210 型圆锥滚子轴承，故左端轴承处的轴径也是 50为便于齿轮的装配，齿轮处的轴头直径为54轴肩直径为 62轴肩圆角半径均取 1 （ 3）确定轴的各段长度 由轴承标准查得 30210 型轴承宽度是 20因此左端轴颈长度为 20套筒的宽度为 24故取轴头头长度 根据齿轮轮毂宽度 55取齿轮处轴颈长度 53取轴肩长度 考虑到穿过小齿轮传动的长度，该段长度取为 50联轴器处轴头长度取为 87轴的总长取为 329轴的支承跨距为 176（其买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 23页 （共 30 页） 受力图如图 图 轴的受力图 （ 1）绘出轴的受力图 (图 a) 圆周力： 3312 2000d =径向力： co =轴向力： =（ 2）水平平面内的弯