机械设计课程设计-电动卷扬机传动装置F=12KN,V=15,D=220N.doc

2全套图纸加扣 3012250582电动卷扬机传动装置目 录1、设计题目2、系统总体方案的确定2.1、 系统总体方案3、传动系统的确定4、传动装置的运动和动力参数4.1、 确定传动比分配5、齿轮设计 5.1、 高速轴齿轮传动设计 5.2、低速级齿轮传动设计5.3、开式齿轮设计6、 轴的设计计算6.1、中间轴的设计计算6.2、高速轴的设计计算6.3 低速轴的设计计算.6.4 中间轴的校核.7、 轴承校核 7.1、中间轴上轴承校核 8、键的选择以及校核9、润滑油及其润滑方式选择210、箱体设计11、参考文献计 算 及 说 明主 要 结 果1 设计题目1.1设计题目 方案2：间歇工作，每班工作时间不超过15，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢速度允许误差5。小批量生产，设计寿命10年。传动简图及设计原始参数如表：数据编号钢拉力 F（KN）钢速度 V（m/s）滚筒直径D（mm）81215220 表1-1 原始数据2 系统总体方案的确定2.1系统总体方案 电动机传动系统执行机构，选定传动方案，如下： 图2.1 二级圆柱齿轮传动 2 此方案的的优点：结构简单，且传动平稳，适合要求 。3 传动系统的确定3.1 选择电动机类型1.功率计算电动机的速度计算：输出所需要功率：Pw=FV=12*15/60=3KW （3-1）传动效率计算： 电机所需要的功率：根据所算的功率查机械设计课本2表9-39和表9-40，查的有三种电机可选择：Y132S-4，Y132M2-6和Y132M2-8。将它们各个参数比较如下表 型号满载转速(r/min)额定功（KW）轴伸出段直径(mm)启动（额定）转矩最大额定转矩 Y132S-41440 5.5 38 2.2 2.2 Y132M2-6 960 5.5 38 2.0 2.02、方案比较：由上面图表显示，Y132S-4价格更便宜，满足所需工作要求，优先选用。方案（一）：按所给设计参数，选用直齿圆柱齿轮传动。查表得直齿圆柱齿轮的传动比的取值范围是35。转速为n=1440r/min,传动比为i=66.35。由于是直齿圆柱齿轮，故传动比可以平均分配 根据经验，双级减速器的齿轮传动比最好不要超过4，以免齿数比太大导致齿轮受破坏程度相差太大。方案（二）：转速n=960r/min,功率P=5.5KW。，满足要求。故选用方案（二）。4 传动装置的运动和动力参数4.1.确定传动比分配1、选用电机Y132M2-4，转速n=960r/min,功率P=5.5KW。因是直齿圆柱齿轮传动，传动比可以平均分配为：，2.各轴转速计算转筒的实际转速为，传动分配合适。3.各轴输入转矩计算终上，各轴的参数如下表： 表4-1轴的参数编号功率（KW）转速（r/min)转矩（N.mm)15.3496053.122x10325.07271.19178.540x10334.8276.61600.848x10344.6776.61582.149x1035421.641765.25x1035 齿轮设计5.1高速轴齿轮传动设计1.选定齿轮精度等级材料和齿数1）按给定设计方案，选用直齿圆柱齿轮。2）卷扬机为一般工作机，速度不高，V=15m/min,故选用8级精度（GB10095-88）。3）材料选择由机械设计课本1表101选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为250HBS，大齿轮选用45钢（调质），硬度为220HBS，二者差为30HBS。4）选小齿轮的齿数为:Z1=22，则大齿轮的齿数为，取Z2=78。齿数比为,取压力角。由于减速器齿轮传动为闭式传动，可以采用齿面接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。2.按齿面接触疲劳强度设计按设计计算公式计算 （5-1）1)确定公式的各计算值（1）试选载荷系数（2）齿轮传递的转矩（3）由机械设计课本1表10-7选取齿系数（4）由机械设计课本1表10-6查得材料的弹性影响系数。（5）从机械设计课本1图1021（d)查得，小齿轮疲劳极限为：， 大齿轮疲劳极限为： 。（6）计算应力循环次数 （5-2）（7）查机械设计课本1图1019得接触疲劳寿命系数为：，（8）计算接触疲劳许用应力： （5-4） 2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值： （2）计算圆周速度 （3）计算齿数 （5-5）（4）计算齿宽与齿高之比模数： （5-6）齿高： （5-7）（5）计算载荷系数根据，8级精度，查机械设计课本1图108得，载荷系数为，因为是直齿轮，假设，有机械设计课本1表103查得，由机械设计课本1表102查得使用系数为KA=1.50（中等冲击），由机械设计课本1包104查的小齿轮7级精度，非对称布置时：由查机械设计课本1图1013得，故载荷系数为 （6）按设计的实际载荷系数校正所算的的分度圆直径 （5-8） (7) 计算模数m （5-9）3.按弯曲疲劳强度校核由式（1-5）得弯曲强度的设计公式： （5-10）1）确定公式内的各参数值：由机械设计课本1图10-20d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为： ， 大齿轮的的弯曲疲劳极限为：由机械设计课本1图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数，由机械设计课本1式（10-12）得： （4）计算安全载荷系数：（5）计算齿形系数：查机械设计课本1表105得（6）计算齿形校正系数： 查机械设计课本1表105得 （7）计算大、小齿轮并加以比较 ： （5-12）比较得，大齿轮的数值大。2）设计计算：将中较大值代入公式得： （5-13）对此计算结果，由于按齿面接触疲劳强度计算的模数（m=2.767）大于由齿根弯曲强度计算的模数（m=1.81)。因为齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅与齿轮直径有关，故可取弯曲强度设计计算所得的模数，并将模数圆整为标准值m=2。按接触强度得的分度圆直径，算出小齿轮齿数： 大齿轮齿数：4、几何尺寸计算：1）计算分度圆直径： （5-14）2）计算中心距： （5-14）3）计算齿轮宽度：5、验算：故尺寸计算合适。高速级齿轮传动的几何尺寸如下表所示：表5-1高速级齿轮传动的几何尺寸名称计算公式数值（单位：mm)模 数m2压 力 角分 度 圆 直 径d162d2214齿 顶 圆 直 径66218齿 根 圆 直 径57209中 心 距138齿 宽32577.齿轮结构设计由于小齿轮（齿轮1）直径较小，故采用齿轮轴设计，大齿轮（齿轮2）的结构尺寸和后续设计出的轴孔直径计算如下表： 表5-2齿轮结构设计名称结构尺寸设计数值（单位：mm)轮毂处直径D1轮毂轴长度L倒角尺寸n齿根圆处厚度腹板最大直径D0板孔直径d0腹板厚度C8.高速级齿轮设计草图如下： 图5-1 齿轮的结构设计5.2低速级齿轮传动设计1、选定齿轮类型、精度等级、材料（与齿轮1、2相同）及齿数；直齿圆柱齿轮，8级精度，小齿轮选用40Cr(调质），调质后硬度为250HBS，大齿轮选用45（调质），硬度为220HBS.选小齿轮齿数为，大齿轮齿数 由此可取2、按齿面接触强度设计： 由设计公式（10-9a）进行计算： （5-15）1）确定公式内的各计算数值：试选载荷系数轴的转矩由机械设计课本1表10-7选取齿轮宽系数由机械设计课本1表10-6查得材料弹性影响系数为由机械设计课本1图10-21d）和图1021c）查得齿面的接触疲劳强度极限 计算应力循环次数： （5-16）（7）由机械设计课本1图10-19查得接触疲劳寿命系数, （8）计算接触疲劳许用应力： （5-17） 2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值：（2）计算圆周速度（3）计算宽（4）计算齿宽与齿高之比模数：齿高：（5）计算载荷系数根据，8级精度，查机械设计课本1图108得，载荷系数为，因为是直齿轮，假设，有机械设计课本1表103查得，由机械设计课本1表102查得使用系数为KA=1.50（中等冲击），由机械设计课本1表104查的小齿轮8级精度，非对称布置时：由查机械设计课本1图1013得，故载荷系数为 （6）按设计的实际载荷系数校正所算的的分度圆直径 （5-18） (7) 计算模数m3.按弯曲疲劳强度校核由式（1-5）得弯曲强度的设计公式： （5-19）1）确定公式内的各参数值：由机械设计课本1图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限为： ， 大齿轮的的弯曲疲劳极限为： 由机械设计课本1图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ， 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数，由机械设计课本1式（10-12）得：（4）计算安全载荷系数：（5）算齿形系数：查机械设计课本1表105得（6）计算齿形校正系数： 查机械设计课本1表105得 ， 1）计算大、小齿轮并加以比较 ： 比较得，大齿轮的数值大。2）设计计算：将中较大值代入公式得： 对此计算结果，由于按齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲强度计算的模数。因为齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅与齿轮直径有关，故可取弯曲强度设计计算所得的模数，并将模数圆整为标准值m=3。按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数： 大齿轮齿数：4、几何尺寸计算：1）计算分度圆直径： 2）计算中心距：3）计算齿轮宽度：5、验算：故设计的尺寸合理。5.3开式齿轮设计1.选定齿轮类型、精度等级，材料及齿数。1）按传动设计的方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）卷扬机为一般工作机，速度不高，所以选用8级精度（GB/T1009558）3）材料选择。由表10-1选择选得大齿轮用45钢：硬度4050HRC、小齿轮的材料为40Cr，并经调质及表面淬火；4）选择齿数。由于的开式传动，为使齿轮不至于过小，选小齿轮齿数，大齿轮齿数由于是开式传动，故选用齿根弯曲疲劳强度设计即可。 2、按齿根弯曲强度设计：弯曲强度的设计公式进行计算（5-20）1)确定公式的各计算值由机械设计课本1图10-20e查得齿轮的弯曲疲劳强度极限： 由机械设计课本1式10-13计算应力循环次数由机械设计课本1图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳系数S=1.4，由式（10-12）得 （5-21）载荷系数：查取齿形系数及应力校正系数：由机械设计课本1表10-5查得 ， ，计算大小齿轮的并加以比较：小齿轮的数值大。由机械设计课本1表10-7选取齿宽系数：2）设计计算.由于是开式传动，计算模数将加大10%得：就近圆整得m=43.尺寸计算计算分度圆直径： （5-22）计算齿轮宽度：计算中心距 （5-24）4、验算： 5、工作机速度验算：故设计合理。6 轴的设计计算6.1.中间轴的设计计算根据中间轴零件的定位,装配以及轴的工艺要求，参考低速级齿轮与高速级齿轮传动尺寸，初步确定纣棍件轴的装配草图如下： 图6-1中间轴的装配草图 1.轴主要尺寸设计轴的初步最小直径确定：(1) 因为轴上有两个键槽所以增大15%所以又因为最小直径和轴承连接又因为轴承为标准件查手册207得到(2)(3) 段是轴肩其轴向定位作用取(4) 各轴长度由与箱体连接关系，及轴承齿轮安装决定6.2高速轴的设计计算1.轴的材料选择；因为是齿轮轴，材料与齿轮材料相同，为40Cr(调质）2.按切应力估算轴径有机械设计课本1查得A0=112，轴段伸出段直径为：，（1）初步选用（2）轴2段为密封毡圈相接处因为毡圈为标准件所以取（3）轴3，5段为轴承相连接段，查手册选取30206型号 轴承（4）轴段4起轴承定位作用其轴段应大于5段所以取（5）各段长度在草绘时根据齿轮和轴承及箱体来确定如下 （6）安全系数校核轴（对一般减速器的转轴仅仅使用弯曲应力法校核强度即可，而不必进行安全系数法校核）6.3低速轴设计1.轴的材料选择；选用45钢。2.按切应力估算轴径由机械设计课本1查得A0=106，轴段伸出段直径为：3.初步尺寸设计1）划分轴段轴伸出段d1，端盖以及密封圈处轴段d2，轴承安装轴段d3、d6，轴颈段d4、，安装齿轮轴段d5。(2） 因为轴上有两个键槽所以增大15%所以所以取(3） 轴2段为与密封毡圈和轴承相连接处，由于毡圈为标准件其轴颈大于1段查手册取经查手册选取30212型号轴承(4） 轴上3.5段为齿轮连接段，所以取(5） 因为第6段位轴承连接件所以与第二段相等取(6） 第4段为轴肩取其为由机械设计课本4查得各过渡圆角以及配合见零件图。6）安全系数校核轴（对一般减速器的转轴仅仅使用弯曲应力法校核强度即可，而不必进行安全系数法校核）6.4中间轴的校核对中心轴进行强度校核，由于所用轴承为圆锥滚子轴承，所以其受力位置不在其中心查手册得30207 02尺寸系列a=15.33mm所以受力分析如图：大齿轮和小齿轮分别为：O可得水平力和弯矩图竖直方向受力与弯矩图 精确校核中间轴的疲劳强度 由受力分析及应力集中的影响，可知低速及小齿轮与轴肩初截面为危险截面，对其左侧分析 抗弯曲截面系数 抗扭截面系数： 弯矩： 扭矩：T=178N/m 弯曲应力： 扭转切应力： 轴为45钢，调质处理 由表15-1可得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表格3-2查取得 因为 由插值法得由图3-1可得轴材料的敏性系数为 所以有效应力集中系数按式3-4来算可得： 由图3-2得到尺寸系数由图3-3得扭转系数 轴按磨削加工。由3-1及3-2得碳钢的特性系数为，计算安全系数Sca值，按式15-6和15-8 得 所以此轴校核安全 7 轴承校核7.1中间轴上轴承校核：轴II上的轴承已初步定30207，02系列，查手册的8 键的选择以及校核1、选择轴键联接类型和尺寸轴上选用一个普通平键：根据高速轴的尺寸查机械设计课本4表5-4，初选定为，。中间轴用于齿轮轴向定位的采用普通平键，根据尺寸齿轮2的键初选定为：，。中间轴轴上用于齿轮定位的键根据齿轮3的尺寸初选定为，（4） 低速轴上与齿轮相连接的键初选为（5） 低速轴上伸出轴上的键初选2、校核键联接的强度键、轴、轮毂的材料都是45钢，由机械设计课本1表6-2查得许用挤压应力，取其平均值。中间轴有两处安放键，选用类型分别为：（1） A型键 16x100GB 1096-79 b=10mm h=8mm ,键槽深t=5mm,键槽长度，d=40mm按挤压强度校核：所以此键校核安全（2） A型键 16x100GB 1096-79 b=12mm,h=8mm,L=65mm,键槽深t=5mm键的工作长度，d=40mm按挤压强度校核，所以此键校核安全（3） A 型键 16x100GB 1096-79 b=18mm h=10mm L=64mm键槽深：t=5mm ,键的工作长度，d=60mm,按挤压强度校核：，所以此键校核安全。 9润滑油及其润滑方式选择此减速器中的齿轮啮合采用油池浸油润滑：根据根据推荐润滑油标准选用中负荷齿轮油（）牌号为：460运动粘度轴承采用脂润滑选用牌号为；。箱体内为了防止稀油进入轴顾内将脂稀释；采用挡油盘进行