机械设计课程设计-设计电动卷扬机传动装置.doc

32机械设计课程设计计算说明书PP机械设计课程设计计算说明书设计题目：设计电动卷扬机传动装置08机械专业 2 班设计者 指导老师 2011年 9 月 2 日（同济大学浙江学院）1 目录1. 题目及数据 - 12. 方案确定 - 13. 电动机的选择 - 24. 传动装置的运动和动力参数 - 25. 齿轮设计 - 36. 轴的设计 - 177. 轴校核 - 228. 轴承选择 - 249. 联轴器，键选择 - 2610. 润滑与密封 - 2711. 箱体设计 - 2712. 设计小结 - 2913. 参考文献 - 301.设计题目1.1设计题目 方案1：满载工作占5%，3/4负载工作时占10%，半载工作占5%，循环周期30min，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）11416240 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 采用二级斜齿轮减速器，其传动系统为：电动机传动系统执行机构（如下图） 3 传动系统的确定3.1 选择电动机类型1.功率计算 输出所需要功率：Pw= （3-1）传动效率计算：（3-2）联轴器的效率取0.99闭式齿轮（8级精度）的传动效率取0.97深沟球轴承的效率取0.99开式齿轮的传动效率取0.96卷扬机的效率取0.97电机所需要的功率： 根据所算的功率查课程设计输页应选择电动机型号Y112M-4；额定功率为4KW；满载转速为1440按所给设计参数，选用斜齿圆柱齿轮传动。查表得斜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=65.455。由于是斜齿圆柱齿轮，故传动比可以分配为取减速器传动比为17，又因为 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Y112M-4，转速n=1440r/min,功率P=4KW。，2.各轴转速计算转筒的实际转速为3.各轴功率计算4.各轴输入转矩计算 5 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，选用斜齿圆柱齿轮。2）卷扬机为一般工作机，速度不高，V=16m/min,故选用7级精度（GB10095-88）。3）材料选择由资料1表101选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280HBS，大齿轮选用45钢（调质），硬度为240HBS，二者差为40HBS。4）选小齿轮的齿数为:Z1=20，则大齿轮的齿数为。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）机械设计书图选取区域系数（3）机械设计书图查得 （4）小齿轮转矩 T5=30.951 Nm（5）由表10-7 大齿轮疲劳极限为：550mpa 。（6）计算应力循环次数N1=60n11jLh=601440(28300100.2)=8.294108 N2=8.294108/4.7= 1.715108 （5-2）（7）查资料1图1019得接触疲劳寿命系数为：KHN1=O.90,KHN2=0.944（9）计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1 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）计算齿宽与齿高之比 （4）重合度计算（5）计算载荷系数根据，7级精度，查机械设计书图108（P194）得，动载系数机械设计书表103查得由机械设计书表102查得使用系数为KBAB=1.50（*中等冲击），由机械设计书104查的小齿轮7级精度，非对称布置时：查机械设计书图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 (7) 计算模数m 3.按弯曲疲劳强度校核由式（1-5）得弯曲强度的设计公式： 1）确定公式内的各参数值：计算载荷系数 根据纵向重合度 由机械设计书图10-28（P218）查得螺旋角影响系数计算当量齿数（4）查取齿形系数（P200）表10-5得 （5）查得应力校核系数（6）有机械设计书（P209）图10-20c 查得 图10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 （7）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所以取2.0mm，已可满足弯曲强度。分度圆直径，算出小齿轮齿数： 所以取=20大齿轮齿数：4、几何尺寸计算：1）计算中心距： 调整为118mm2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值变化不多，故参数不必修正。3）所以 4）计算齿轮宽度圆整后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dB1B41dB2B194齿 顶 圆 直 径48231齿 根 圆 直 径44.5226.5中 心 距117.5齿 宽35405.2低速级齿轮传动设计1.选定齿轮精度等级BB材料和齿数1）按给定设计方案，选用斜齿圆柱齿轮。2）卷扬机为一般工作机，速度不高，V=18m/min,故选用7级精度3）材料选择由资料1表101选择小齿轮材料为40Cr(调质），硬度为280HBS，大齿轮选用45钢（调质），硬度为240HBS，二者差为40HBS。4）选小齿轮的齿数为:ZB3B=18，则大齿轮的齿数为，取ZB4B=65。齿数比为,取压力角，螺旋角。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 1)确定公式的各计算值（1）试选载荷系数（2）机械设计书图选取区域系数（3）机械设计书图查得 （4）小齿轮转矩 TB4=149.055 Nm（5）由表10-7机械设计书P201选取尺宽系数（6）表10-21d查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限（7）计算应力循环次数 （8）查机械设计书图1019得接触疲劳寿命系数为： （9）计算接触疲劳许用应力： 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）计算齿宽与齿高之比 （4）重合度计算（5）计算载荷系数根据，7级精度，查机械设计书图108（P194）得，动载系数机械设计书表103查得由机械设计书表102查得使用系数为KBAB=1.50（*中等冲击），由机械设计书104查的小齿轮7级精度，非对称布置时：查机械设计书图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 (7) 计算模数m 3.按弯曲疲劳强度校核由式（1-5）得弯曲强度的设计公式： 1）确定公式内的各参数值：计算载荷系数 根据纵向重合度 由机械设计书图10-28（P218）查得螺旋角影响系数计算当量齿数（4）查取齿形系数（P200）表10-5得 （5）查得应力校核系数（6）有机械设计书（P209）图10-20c 查得 图10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 （7）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所以取3.0mm，已可满足弯曲强度。分度圆直径，算出小齿轮齿数： 所以取=21大齿轮齿数： 取764、几何尺寸计算：1）计算中心距： 2）按圆整后的中心距修正螺旋角因值变化不多，故参数不必修正。3）所以 4）计算齿轮宽度圆整后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DB3B64dB4B230齿 顶 圆 直 径77273齿 根 圆 直 径63.5259.5中 心 距150齿 宽70657.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DB1B243.5轮毂轴长度L79.2倒角尺寸n1.5齿根圆处厚度8腹板最大直径DB0B154.75板孔直径dB0B44.375腹板厚度C22.58.高速级齿轮设计草图如下： 图5-1 齿轮的结构设计计 算 内 容计算结果4、 轴的设计 4.1.高速轴的设计参数及材料 由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理.1）初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用TL3 型联轴器，半联轴器长度L=30mm mm。2）轴的结构设计（1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴右端需要制出一轴肩，故取mm。半联轴器于轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故，。（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承参照。参照工作要求并根据mm，由轴承产品目录中选取标准精度级的深沟球轴承6205，其尺寸为，故，。右端深沟球轴承采用轴肩定位。在手册上查得定位轴肩高度2.5mm，因此，取。4）取齿轮距箱体内壁距离为8.5mm，故可计算出mm。 2.高速轴的结构 3.各轴直径的确定初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.=16mm,=20mm,=25mm,=28mm,=25mm。4.各轴段长度的确定 =36mm，=40mm。=13mm，=150mm，=27mm。5.轴上倒角与圆角为保证7005C轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm根据标准GB6403.4-1986，轴册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为。计 算 内 容计算结果4.2 中间轴的设计参数及材料 由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理. （1）.初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得mm（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承参照。参照工作要求并根据mm，由轴承产品目录中选取标准精度级的深沟球轴承6206，其尺寸为，故，。因轴承需轴肩定位，故。（3）取安装齿轮处的轴段；齿轮右端用轴肩定位。故，并取。为了使左端套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。4.2 （4）取齿轮距箱体内壁距离为11mm，故可计算出mm，4.3 中间轴的结构1. 各轴段直径的确定 初估轴径后,可按轴上零件的安装顺序,从左端开始确定直径.=35mm,=40mm,=45mm,=40mm,=35mm4.各轴段长度的确定 =41mm，=35mm。=10mm，=80mm，=30mm5.轴上倒角与圆角为保证7007C轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm根据标准GB6403.4-1986，轴册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为。4.3 低速轴的设计参数及材料 由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理.1） 初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表14-1，考虑到转矩变化很小，故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用TL7 型联轴器，半联轴器长度L=84mm mm。2）轴的结构设计（1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴右端需要制出一轴肩，故取mm。半联轴器于轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故。（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承参照。参照工作要求并根据mm，由轴承产品目录中选取标准精度级的深沟球轴承6211，其尺寸为，故，。右端深沟球轴承采用轴肩定位。在手册上查得定位轴肩高度5.5mm，因此，取。（3）取安装齿轮处的轴段；齿轮左端用轴肩定位。故，并取。为了使右端套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。（4）轴承端盖的总宽度为32mm，很据轴承端盖装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，故取。（5）取齿轮距箱体内壁距离为13.5mm，故可计算出mm。并设计。3） 低速轴的结构 4）证6205轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1.5mm根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为。计 算 内 容计算结果T6 轴的弯矩和扭矩T轴的扭矩与弯矩图如下：力的单位（N），扭矩（N.M）计 算 内 容计算结果T7. 校核轴的强度1. 按扭转强度条件计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还有受不大的弯矩时，则用降低许用扭转切应力的方法考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可以作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为由上式可得轴的直径式中，查表15-3。应当指出，当轴截面，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。2.按弯扭合成强度条件计算（1）通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因此可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。其计算步骤如下：（2）做出轴的计算简图 （3）校核轴的强度所以轴强度符合要求。计 算 内 容计算结果T8T 、深沟球轴承的选择8.1 选择轴承的类型 选用深沟球轴承从高速到低速分别为6205，6206，62118.2 计算当量动载荷(1)高速轴， ，查手册，当时，(2)中间轴查手册，当时，(3)低速轴，,查手册，当时，计 算 内 容计算结果8.3 计算轴承寿命 (1)高速轴由，因角接触球轴承，取(2)中间轴由，因角接触球轴承，取(3)低速轴由，因角接触球轴承，取计 算 内 容计算结果T9. 联轴器，键连接的选择T9.1 联轴器的选择T T输出轴的最小直径是安装联轴器处的直径，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩,查表14-1.考虑到转矩很小，取1.5。则：按照计算转矩T应小于联轴器额定转矩的条件，查手册，选用TL7弹性套柱销联轴器，其额定转矩为500Nm。半联轴器的孔径d=42mm。半联轴器长度L=84mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度。同理，输入轴的联轴器选用TL3弹性套柱销联轴器,孔径d=18mm。T9.2 键连接的选择及校核高速轴键类型 51.5Mpa中间轴键类型 57.25低速轴键类型 70.125GB/T 1096故此键满足工作要求。计 算 内 容计算结果10 、 润滑与密封10.1 润滑 采用脂润滑 。10.2 密封输入输出轴的外伸端，为防止灰尘、水汽及其它杂质的渗入，防止润滑油外泄，必须在端盖轴孔内安装密封件。考虑到减速器转速较低，可采用毛毡式密封。该密封方法结构简单价格低廉，但与轴表面摩擦较大。11 箱体设计箱体采用灰铸铁（HT1500）制造，采用铸造工艺，箱体由箱座和箱盖组成，箱座做成直壁，减速器箱体尺寸按资料2表4-17，结果如下表：名称符号及运算公式尺寸（单位:mm）箱座壁厚9.225箱盖壁厚B1B8箱盖凸缘厚度bB1B=1.5B1B12箱座凸缘厚度b=1.513.84箱座底凸缘厚度bB2B=2.523.1地脚螺钉直径dBfB18地脚螺钉数目n4轴承旁连接螺栓直径dB1B=0.75 dBfB13.5盖与座连接螺栓直径dB2B9螺栓间距L150轴承端盖螺钉直径dB