机械设计课程设计-设计电动卷扬机传动装置.doc

目 录一 课 程 设 计 任 务 书。 二 设计步骤 1传动装置总体设计方案。 2电动机的选择。 3确定传动装置的总体传动比和分配传动比。 4计算传动装置的运动和动力参数。 5齿轮的设计。 6轴承、联轴器和键的选择及其参数设计。 7箱体的结构设计。 8润滑油的选择及密封设计。 9制动器的选择。三 画减速器装配图及零件图设计。四 技术参数和相关说明。 1技术参数。 2相关说明。 3安全操作。 4操作注意事项。 5维护与修理说明。五 参考文献 。机械设计（课程设计任务书）一题目：设计电动卷扬机传动装置二传动系统图三原始数据及工作条件四要求1）按第 3 组数据进行设计2）设计工作量： 设计说明书 1 份 减速器装配图（a0） 1 张 零件图（a1） 2 张下达任务书日期: 2009 年 9 月 15 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1 培养学生综合运用“机械设计”课程及其它先修课程理论知识和生产实际知识解决工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学的理论和知识得以巩固和提高。2 学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序。培养独立设计能力，为后续课程学习和实际工作打基础。3. 进行实际设计工作基本技能的训练，包括训练计算、绘图能力和运用设计资料（如标准、规范等）2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：原始数据、技术参数、条件和设计要求见单列内容。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：内容为以齿轮减速器为主题的机械传动装置设计。主要完成传动装置的总体设计、传动件及支承件的设计计算、减速器装配图（a0一张）及零件图设计（a1两张）、设计计算说明书的编写等设计任务。总体要求为：1. 设计过程、步骤正确，设计思路清晰。2. 理论计算结果正确，结构设计合理。3. 设计中贯彻三化（标准化、系列化、通用化）。4. 设计说明书书写格式规范，内容完整。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：【1】 机械设计，孙 桓主编，高等教育出版社，2001年。 【2】 机械设计课程设计，陆 玉主编，机械工业出版社，2000年。5设计成果形式及要求：1 装配图 a0 一张 2 零件图 a1 两张 3 设计计算说明书6工作计划及进度：09年11 月9 日下达设计任务书，学生熟悉设计任务，对设计任务进行分析，查阅相关参考资料； 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日 11月19 日 12月15 日 成绩考核。卷扬机工作装置设计作者： 日期：2009-10-25 绞车，用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机，可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。 本次设计旨在以单卷筒定轴直齿轮传动调度绞车为依托，采用新的设计方法三维实体设计来完成产品的设计。三维实体设计（实体造型）是近年来发展起来的一种先进的设计方法，与传统设计方法相比较有许多优越性。长期以来，传统的设计方法由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，而是遵循着一种工作量大、设计周期长的方式进行设计：三维构思-平面图形-三维产品，不仅使原本直观的立体抽象化了，而且耗费了大量的精力和时间。因为在这样一个抽象思维和想象的环境中，既不符合由形象思维到抽象思维的认知规律，又不利于培养空间想象能力和创新设计能力。而三维实体设计（实体造型）弥补了传统设计法的这种缺陷，在二维和三维空间中架起一座桥梁，让我们在三维空间中直接认知和感知三维实体，更加充分地发展和提高了设计师的空间想象能力及创新能力，为先进产品的开发提供了广阔而优越的设计平台。本设计是应用以参数化为基础的cad/cae/cam集成软件pro/engineer进行三维实体造型，来完成产品的零件、部件设计和整机的装配。其最大的优点在于大大减少了设计师的工作量，从而加速了机械设计的过程。另外，还可以对产品进行优化，使其结构更加合理，性能更加良好。二 设计步骤1传动装置总体设计方案绞车有手动、内燃机和电动机驱动几类。手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器（棘轮和棘爪），可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。内燃机驱动的绞车，在卷筒与内燃机之间装有离合器。当离合器和卷筒轴上的制动器松开后，卷筒上的绳索处于无载状态 ，此时绳索一端可从卷筒上自由地拽出，以缩短再次提拉物件时的挂绳时间。内燃机须在无载情况下启动，离合器能将卷筒与内燃机脱开，待启动正常后再使离合器接合而驱动卷筒。内燃机驱动的绞车常用于户外需要经常移动的作业，或缺乏电源的场所。电动调度绞车广泛用于工作繁重和需牵引力较大的场所。根据工作环境的不同，可选用防爆型或非防爆型电动机为动力源。单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入之间装有制动器。为适应提升、牵引 、回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。根据传动形式的不同，绞车可分为苏式多级内齿行星齿轮传动调度绞车、摆线针轮传动调度绞车、蜗轮-蜗杆传动回柱绞车和少差齿回柱和调度绞车等。对于单滚筒行星齿轮传动调度绞车，其具有成本低，效率较高，重量轻，结构简单，易于维修和保养等优点。本次设计的绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采区运输巷及掘进头等场合调度矿车，或用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作。根据实际工作要求，采用两级圆柱分流式齿轮传动，传动简图见：课程设计任务书(原始数据及工作条件和设计要求由任务书给定)2电动机的选择一、类型的选择该绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采取运输巷及掘进头等场合调度矿车，矿井中含有沼气与煤尘等爆炸性气体，相对湿度在97%以内，周围介质温度不超过35，须选用yb系列防爆电机。当用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作，要求环境湿度在80%以下，周围介质温度不超过40，且空气中不得含有沼气等爆炸性及具有腐蚀作用的气体，可选用非防爆电机。二、容量选择 电机计算功率： ，其中起重量f=8kn,绳速v=23m/min=23000mm/min(按满载时算)。由电动机到滚筒的传动总效率为：总=12345678910其中123 45678910 分别为联轴器、轴承、齿轮传动和滚筒的传动效率，由1.5=0.99（联轴器），2.3.4 =0.99（稀油润滑，均按球轴承计算）,6.7 =0.97（脂油润滑，均按滑动轴承计算）8.9.10=0.97（8级精度的一般齿轮传动，脂润滑）,总=12345678910=0.99+0.99+0.99+0.99+0.97+0.97+0.97+0.97+0.97+0.97=0.8 pw=f拉/1000=8000/1000=8p电=1.3dd= pw/总*1.3=8/0.8*1.3=13选额定功率 p额=15kw( 间隙两班工作制)。三、确定电动机转速由3表推荐的传动比合理范围，且由简图知其经过两对内圆柱齿轮减速传动，再经一对外圆柱齿轮传动（在满载时，制动器a放松，b制动）,故总传动比的合理范围是：i=（46）(46) (08)=16288滚筒轴的工作转速为（滚筒直径为330mm）：n=v/2r=2300/(2*3.14*165)=22.196 r/min则电动机转速的可选范围是：n =(16288) 22.196=355.1366392.448r/min由容量和电机转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和价格等，根据7选定电动机为yb系列,方案比较见表-1：表-1型号额定功率(kw)额定转速(r/min)效率 (%)重量 (kg)堵转矩最大额定转矩yb160m2-215293088.21492.02.3 yb160l-415146088.51662.22.3yb180l-61597089.52152.22.3经比较，选电动机型号为yb160l-4，其主要外形和安装尺寸见表-2：表-2参数aabbcehnphdadacl尺寸2543302541081103502753255302403256953确定传动装置的总体传动比和分配传动比一、计算总传动比电动机满载转速 n电=1460r/min,滚筒轴工作转速n2=22.196总传动比：i总= n1/ n2=1460/22.196=65.778二、分配传动装置的传动比 i总=i1i2i3其中i1、i2 、i3 分别为两对内齿轮、一对外齿轮的传动比。两对内齿轮初步取i1,2=4,则行星一对外齿轮的传动比为：i3 =4.111125 4计算传动装置的运动和动力参数一、轴转速计算轴： n1 =n电/ i1=1460/4=365r/min轴： n2 =n1/ i2=365/4=91.25r/min 轴：n3 =n2/ i3=91.25/4.111125=22.196r/min二、功率计算(一)各轴输入功率电机输入功率p电=15i 轴： p1 =p电 *1 =15*0.99=14.85轴： p2 = p1-1*8 =14.70*.97=14.26轴： p3 = p2-2*9 =14.11*0.97=13.69四轴： p4 = p3-3*5 =13.56*0.99=13.42五轴： p5 = p4-4*10=13.02*0.97=12.63滚筒： p6= 12.25(二)各轴输出功率轴： p1-1 = p1*2=14.85*0.99=14.70轴： p2-2 = p2*3=14.26*0.99=14.12轴： p3-3 = p3*4=13.69*0.99=13.56四轴： p4-4 = p4*6=13.42*0.97=13.02五轴： p5-5 = p5*7=12.63*0.97=12.25滚筒： p= p6*11=12.25*0.99=12.12三、转矩计算（一）各轴输入转矩电机输出转矩：t电= 2.2 n.m 轴: t1 = t电1= 2.2*0.99=2.18 轴： t2= t 1-1i18 =2.16*4*0.97=8.37 轴: t3= t 2-2i29 =8.28*4*0.97=32.14四 轴: t 4= t 3-35=31.81*0.99=31.50五 轴: t5= t 4-4i310=30.55*4.11*0.97=121.83滚筒：t6= t5-5= 118.18 (二)各轴输出转矩 轴: t 1-1= t12=2.18*0.99=2.16 轴： t2-2= t23=8.37*0.99=8.28 轴: t3-3= t34=32.136*0.99=31.81 轴: t 4-4= t46=31.50*0.97=30.55 轴: t5-5= t57=121.83*0.97=118.18滚筒 t6-6= t611=118.18*0.99=117.00运动和动力参数计算结果见表-3。表-3轴号功率(kw)转矩(n/m)转速(r/min)传动比i效率 输入 转矩输出 转矩输入 功率输出 功率电动机152.2146088.2%轴1460 42.182.1614.8514.70轴3658.378.2814.2614.12轴91.2532.1331.8213.6913.56轴91.254.1131.5030.5513.4213.02轴22.196121.83118.1812.6312.25滚筒118.18117.0012.2512.135齿轮的设计一、配齿及其校核1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。1） 按运动简图的传动方案，选定高级选用斜齿圆柱齿轮传动。2） 卷扬机为一般工作机，速度不高，故选用8级精度（gb100951998）3） 材料选择，1选择小齿轮的材料为20crmnti（渗碳后淬火），齿面硬度为5862hrc，大齿轮的材料为40cr(调质后表面淬火)，齿面硬度为4855hrc；4） 初选小齿轮齿数z1=20,初算大齿轮的齿数z2=4*20=80，初选螺旋角为2按齿面接触强度设计由设计公式试运算，即 （1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数kt=1.252）计算小齿轮转矩3）由【】表10-7选齿宽系数=0.84）由【】表10-6查的材料的弹性影响系数ze=189.85）由【】图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限h1lim=80mpa;大齿轮的接触疲劳硬度极限h2lim=700 mpa6）由【】式10-13计算应力的循环次数n1=60 n1jlh=60*1460*1*(8*2*0.15*10*360)=756864000n2= n1/ i1=756864000/4=1892160007）由【】图10-19接触疲劳寿命系数khn1=1 khn1=1.18）计算接触疲劳许应力取失效效率1%，安全系数s=1,由【】式（10-12）得（2）计算1）试计算小齿轮分度圆直径d1t,代入h中较小的数值 第三节 主要传动轴的设计一、行星齿轮传动之中心齿轮轴的设计（一）受力分析轴传递转矩： n?m=3.35 n?mm齿轮分度圆直径：d=72mm齿轮上的圆周力： 齿轮上的径向力： （有三个行星轮，径向力分布如图） 取载荷不均匀系数 ，（二）轴的结构设计1.按扭转强度估算轴的直径轴受转矩作用，应满足 dc 轴的材料同齿轮，为20crmnti,b=1100n/m;s=850n/m(14p113表6-2)查1p314表16.2，选许用扭转切应力 =4052 n/m，系数c=10698d（10698） =34.231.6 mm轴上有单个键槽，d 应增加3%，取d=34 mm取轴长l=100 mm。2.轴的弯矩计算把两滚动轴承简化为铰支，各尺寸如图轴只在垂直面受力，在水平面内不受力，作轴在垂直面的受力图及弯矩图。轴承a、b的支反力为 对a点取矩，m =0, , （应力校正系数 ,扭转切应力按脉动循环变化，见p1315表16.3）从左端 从右端 b点弯矩 c点弯矩 （三）按弯矩校核轴的强度：1.应根据 来选择危险截面，由计算图可以看出，b截面危险。故对b截面进行校核：b截面的抗弯截面系数w=0.1 满足强度要求。2.疲劳强度安全系数校核应根据 和应力集中情况选择危险截面，可知b截面为危险截面，校核b截面。抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩 扭矩 弯曲应力 ， （ 按对称循环变化）扭转应力 （ 按脉动循环变化）查1p329附录表1，插值得有效应力集中系数 ， 查1p331附录表5，有表面状态系数 查1p331附录表6，得尺寸系数 ， 取寿命系数 查1p41表3.2 等效系数 安全系数 查1p316，选s=1.50，ss，安全。 =3.35 n?mmd=72mm=9806n=3569n =0.533=0.233=1071n b=1100n/ms=850n/m =4052 n/mc=10698d=34 mml=100 mm=2039n=-968n=5.03 n?mm=2.12 n?mmn?mmn?mmn?mmn?mmw=3.93 s=1.50二、行星齿轮轴的设计采用双臂分开式行星架，行星轮轴固定于臂中，属固定心轴，验算弯曲强度，结构取等直径轴，d=30mm，l=75mm。最大弯矩 危险剖面抗弯截面系数 ，材料选45钢， ，按脉动循环处理， ，安全。第四节 主要轴承的选择一、行星齿轮轴之轴承的选择1.作用于轴承上的径向载荷r=2646n作用于轴承上的当量动载荷 ，式中冲击载荷系数 =1.5（中等冲击），x和y为径向系数与轴向系数，由 0知x=1，y=02.取轴承预期寿命：按五年计算3.行星轮轴承的相对转速： 4.选深沟球轴承，计算额定动载荷 =11087n选6306轴承，cr=16630n，满足要求。 =1.5x=1y=0c=11087ncr=16630n二、中心齿轮轴之轴承的选择1.该轴承受有连轴齿轮3和小内齿轮4传动产生的径向力，以及中心轮与行星轮传动产生的径向力，即2.作用在轴承上的当量动载荷（其中 =1.5，x=1，y=0，理由同上） 3.预期寿命： 4.轴承转速： 5.计算额定动载荷，选深沟球轴承 = n选6312轴承，cr= n ,满足要求。p=11925nc= ncr= n第五节 主要键联接的选择一、行星齿轮架与滚筒间键联接的选择采用普通圆头平键，取 ，l=60mm为非标准件，采用双键。1.校核强度属于静联接，按挤压强度校核，由1p125（7.1）式可知校核公式为 式中：键联接所传递的转矩 键的工作长度 键的高度 ，配合直径 由1p126表7.1得许用挤压应力 （静联接，铸铁，冲击载荷），强度满足要求。2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差查4p51，按一般联接对待，键与轴28n9/h9，键与毂28js9/h9。键槽表面粗糙度：工作表面，一般联接，取3.2键槽的对称度公差：一般联接，按7级精度决定对称度公差。3.键槽的工作图 l=60mm二、中心轮a与内齿轮4的键联接的选择采用普通圆头平键，查4p51表4-1，由d=34mm，可知键的剖面尺寸为 ，参照轴长度l=100mm，取键长l=80mm（符合4 p51表4-1长度系列）键的标记为：键 1.校核强度属于静联接，校核挤压强度 其中：键联接所传递的转矩 键的工作长度 键的高度 ，配合直径 由1p126表7.1得许用挤压应力 （静联接，钢，冲击载荷），强度满足要求。2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差查4p51，按一般联接对待，键与轴10n9/h9，键与毂10js9/h9。键槽表面粗糙度：工作表面，一般联接，取3.2，非工作表面取6.3（均为ra值）。键槽的对称度公差：一般联接，按7级精度决定对称度公差。3.键槽的工作图 l=80mm第六节 制动带的设计根据结构需要，采用凸缘式带制动。计算圆周力f 计算带的绕入端张力 和绕出端张力 式中：t制动转矩（ ）摩擦系数，由16表29.13-48取 =0.45制动轮包角，取 d制动带直径，d=0.69m带宽b的确定 带宽b按许用单位压力p(其取值参考资料16，本计算取p=0.3n/ )决定，其取值应比轮宽b小510mm ,取b=75mm确定带厚 由1629-383表29.13-33，选 =6m=0.45d=0.69mb=75mm=6mm第四章 本产品的技术参数和相关说明第一节 技术参数表起重量kn 10 电动机 型号 yb160l-4绳速m/min 最小 26 功率kw 15 最大 62 转速r/min 1460 平均 44 电压v 380/660减速比 44.5 整机质量kg 530容绳量m 400 绳径mm 12.5 地脚孔直径mm 25卷筒直径mm 250 外形尺寸（长宽高）mm 1100766727卷筒宽度mm 310 第二节 相关说明一、装配说明、1.对于各轴承和定位零件，要将其装到规定的位置上；各轴承推荐热装（在柴油中加热，温度在120-140之间）。装前在结合面上涂以适量的机油，在各轴承内填入2/3容积的黄油，滚筒体内的小齿轮中，以及行星传动的大内齿轮中填入黄油（机体内的黄油均采用钙基润滑脂）。2.行星传动的大内齿轮与滚筒之间应保证有0.5-1.5毫米的间隙，通过加工表面来保证；电机与滚筒端面之间的间隙为2毫米，可调整安装与其间的垫片来实现。3.电机和轴承支架中心高应保持一致，偏差不可大于0.1毫米。4.滚筒上的各固定螺钉和油堵，不得高出滚筒外表面。螺钉和地脚螺栓等紧固装置必须可靠。5.刹车带要平稳地与刹车毂接触；刹车带的松紧程度可由铰链螺栓来调整，要保证刹车把及杠杆系统动作灵活可靠。二、安全操作说明1.起重负荷不得超过1000公斤，而且不可运送人员。本绞车操作人员必须了解本绞车的性能，熟悉操作方法，才能单独操作。2.防爆电器设备的检查和维修应符合有关安全生产试行规程；非防爆电器设备也应符合有关电器设备的安全操作规程。3.工作前的注意事项：（1）检查钢丝绳接头是否牢固，绳卡和轴承支架及电机地脚的连接螺栓固紧完好，车安装是否牢靠。（2）检查绞车部件制动性能是否良好，使用是否灵活，刹车把之顶丝、销轴的紧固，如果有折曲损伤或松动现象，应及时更换与紧固。（3）电器部分不得有漏电现象，电动机和开关盒应接地良好。（4）检查钢丝绳，不允许有结节、扭绕现象，如果在一个节距内断丝超过10%时，应以予更换。（5）清理行车轨道，并检查钢丝绳经过处有无障碍物，以防工作过程中发生事故。（6）开始工作前应盘转滚筒一圈，然后刹紧滚筒，松开大内齿轮刹车带，启动电机试运行。4.操作注意事项：（1）开动滚筒时，须将滚筒上的刹车带完全松开，而将大内齿轮上的刹车带刹紧。（2）在绞车作业过程中，如要使绞车暂时停止运转，应将大内齿轮上的刹车带松开，而将滚筒上的刹车带刹紧；如果要微程调度负载物的位置时，只需交替提上或下压左、右刹车把，使滚筒时转时停即可。（3）如停车时间较长，应将电动机关闭；此时如果钢丝绳处于拉紧状态，为防止其坠滑，必须将滚筒上的刹车带牢牢刹紧，工作人员不得离开绞车。（4）当下放重物滚筒反转时，应松开大内齿轮上的刹车带并放松滚筒上的刹车带，滚筒在重物自重的驱动下正常反转；下放的速度可以借助刹车带对滚筒的半制动加以控制调整。若电机为可逆型，在下放重物时，应先刹住滚筒，松开大内齿轮，使电机进入反转状态，然后松开滚筒上的刹车带紧刹大内齿轮上的刹车带，滚筒将在电机驱动下反转。（5）滚筒在起动或停止时，速度须逐渐增加或减少，不允许作急剧的开车、停车，以防损坏传动部分。（6）在电动机开动时，严禁两个刹车装置同时刹车，以防电机烧毁和主机内部受损，或其他意外事故。（7）操作过程中，如果发现声响不正常，制动不灵，绞车的滚筒、刹车带及轴承等温度剧烈上升等异常情况时，必须停车检查，及时排除。（8）钢丝绳在滚筒上要排列整齐，工作时不可全部放完，在滚筒上至少要保留三圈。 （9）预定任务完成后，应使刹车带置于松刹状态