毕业设计（论文）-轮胎式起重机起升机构传动装置设计.doc

毕 业 设 计 轮胎式起重机起升机构传动装置设计 姓 名 班 级 专 业 时 间 指导老师 目 录摘要4Abstract41 前言51.1设计目的51.2传动方案51.3减速器的设计52 起重机传动装置的选择62.1起升机构方案62.2已知条件62.3 选用传动方案63 电动机的选择与运动参数计算73.1电动机的选择73.2计算传动比及分配各级传动比84 传动零件的计算94.1高速级齿轮传动94.1.1选择齿轮材料及精度等级94.1.2按齿面接触疲劳强度设计94.1.3按齿根弯曲强度设计114.1.4几何尺寸计算134.2低速级齿轮传动134.2.1选择齿轮材料及精度等级134.2.2按齿面接触疲劳强度设计144.2.3按齿根弯曲强度设计154.2.4几何尺寸计算175 轴的设计用较核175.1 高速轴的计算175.1.1 初步确定轴的最小直径175.1.2轴的结构设计185.2中间轴的计算195.2.1初步确定轴的最小直径195.2.2轴的结构设计195.3低速轴的计算205.3.1初步确定轴的最小值径205.3.2轴的结构设计216 键的选择与校核226.1 高速轴上键的选择226.1.1 高速轴与半联轴器链接的选择226.1.2 高速轴与齿轮1链接的选择236.2中间轴上键的选择236.2.1齿轮2与轴链接键的选择236.2.2齿轮3与轴链接键的选择236.3 低速轴上键的选择246.3.1低速轴与联轴器链接键的选择246.3.2 低速轴与齿轮4链接的选择247 联轴器的选择与校核247.1 高速轴上联轴器的选择247.2 低速轴上联轴器的选择258 减速箱的润滑方式和密封种类的选择258.1 润滑方式的选择258.2 润滑油的选择268.3 密封方式的选择26设计总结26致 谢27参考文献27摘要起重机在港口的重要大型机械装备在港口货场得到广泛使用。起重机的起升机构由驱动装置、制动装置、传动装置、卷绕系统等组成。轮胎式起重机起升机构传动装置设计，可以对学生创新思维，综合素质与工程实践能力培养效果进行全面的校验，使学生受到设计，生产，管理等第一线所必需的岗位能力训练。是学生从学校走向作岗位的重要过渡环节。关键词：轮胎式起重机；传动装置；机构设计AbstractCrane in the port of large machinery and equipment is widely used in port yard. Crane hoisting mechanism is made up of drive, brake device, transmission device and winding system, etc.Wheeled crane hoisting mechanism transmission device design, can creative thinking of students, comprehensive quality and engineering practice ability training effect thorough check, so that the students from design, production, management and so on the first line of necessary ability of post training. Is one of the important transition of students from the school to make post link.Keywords: Wheeled crane ；Gearing ；Mechanism design1 前言1.1设计目的本次课程设计的任务是起重机传动装置的设计，其中最主要是减速器部分的设计。本课程的设计学生须熟悉课本知识，理论与实际相结合。提高了学生的计算与分析能力，同时也培养学生的创新能力。1.2传动方案我们都知道我国的减速器的种类是比较多的，其中以齿轮传动和蜗杆传动为主，存在的问题也是比较明显的，如：体积大、质量大，或者是传动比大而机械效率低等。本次我们课程设计的所研究的是减速器的设计。减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。1.3减速器的设计减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来减低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。原动机和工作机之间用来提高转速的独立的闭式传动装置称为增速器。减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星减速器；按照传统的级数可分为单级和多级减速器；按照传统的布置形式又可分为展开式，分流式和同轴式减速器。我们设计齿轮减速器的目的在于使高速运转的零件降低其远转速度，它与国内外已有的齿轮减速器相比较，有如下特点：（1）传动比范围大。（2）传递功率范围大：并可与电动机连成一体制造。（3）结构简单、体积小、重量轻。比现有的齿轮减速器减少1/3 左右。（4）机械效率高，啮合效率达到95%，整体效率在85%以上，且减速器的效率将不随传动比的增大而降低，这是别的许多减速器所不及的。（5）本减速器的输入轴和输出轴式在同一直线上。我们这次设计的减速器装置及其功能良好且安全、可靠、经济，耐用。减速器应用非常广泛，对我们生活中的作用显著。2 起重机传动装置的选择2.1起升机构方案图1起升机构方案1电动机 2联轴器 3减速器 4制动器 5联轴器6卷筒支承 7钢丝绳 8吊钩 9卷筒2.2已知条件 项目单位性能参数要求起重量t5起升高度m12.000起升速度m/min7.8运行速度m/min75工作级别A5供电电源三相交流380V 50Hz环境温度30-40工作环境室外作业2.3 选用传动方案A 方案：采用二级圆柱齿轮减速器，使用于繁重及恶劣条件下长期工作，使用维护方但结构尺寸较大使用寿命长，润滑方便维护性好。B 方案：蜗杆减速器，结构紧凑，但传动效率低，长期使用时就不经济，使用寿命短成本也高。C 方案：一级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动，成本低但使用寿命短，维护费用高。由上述可得应选用A 方案。3 电动机的选择与运动参数计算3.1电动机的选择1. 工作机所需要的功率: 2. 传动装置的总效率： 为卷筒的效率,取0.96； 为滚动轴承的效率，取0.98； 为弹性联轴器的效率，取0.993； 为闭式齿轮（7级精度）的传动效率，取0.98；3. 电机所需的功率： 由，可选取电动机功率4. 确定电动机转速： 对于卷筒，这里选择黎巴斯式卷筒；由于批量生产，故采用铸造结构；材料取Q235，选取卷筒直径D=220mm。计算滚筒工作转速：取二级圆柱斜齿轮减速器传动比范围，故电动机转速的可选范围为： 5. 确定电动机型号电动机型号额定功率（Kw)满载转速（r/min)额定转矩(Nm)Y180L-8117302.0 3.2计算传动比及分配各级传动比 1. 总传动比为: 2.分配各级传动比 分别是高速级和低速级的传动比，取： 3.3运动参数计算1.计算各轴转速 A轴： B轴： C轴： D轴：2.计算各轴的功率 A轴： B轴：C轴： D轴：3.计算各轴扭矩 A轴：B轴： C轴： D轴：4 传动零件的计算 4.1高速级齿轮传动 4.1.1选择齿轮材料及精度等级 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮。考虑工作机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。两支承相对于小齿轮做不对称布置。小齿轮选用40钢（调质），齿面硬度为280HBS；大齿轮选用45钢（调质），齿面硬度240HBS。选小齿轮数，则大齿轮数。选取螺旋角：初选螺旋角4.1.2按齿面接触疲劳强度设计 1. 确定公式内的各计算数值（1） 试选；（2） 选取区域系数；（3） 查得；（4） 选取齿宽系数；（5） 计算小齿轮传递的转矩 （6）查表得材料的弹性影响系数；（7）计算应力循环次数 （8）按齿面硬度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；（9）计算接触疲劳许用应力 取接触疲劳寿命系数；取失效概率为1%，安全系数S=1，可得： 所以许用接触应力为： 2.计算（1）试算小齿轮分度圆直径： （2） 计算圆周速度： （3）计算齿宽及模数： （4） 计算纵向重合度： （5）计算载荷系数K 查表得使用系数；根据v=2.15m/s，7级精度，查图得动载系数；查表得齿间载荷分配系数；用插值法查表得齿向载荷分布系数，再查图可得。故载荷系数： （6） 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径： （7）计算模数： 4.1.3按齿根弯曲强度设计 1.确定计算参数（1）计算载荷系数： （2） 根据纵向重合度，查图得螺旋角影响系数；（3） 计算当量齿数： （4）查取齿形系数：查表得（5）查取应力校正系数：（6）查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（7）查图取弯曲疲劳寿命系数（8）计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，可得： （9） 计算大、小齿轮的并加以比较： 得大齿轮的数值大；（10）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取，以可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按解除疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数。于是由： 取，则。4.1.4几何尺寸计算1.计算中心距 将中心距圆整为222mm。2. 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数、等不必修正。 3.计算大、小齿轮分度圆直径 4.计算齿轮宽度 圆整后取。4.2低速级齿轮传动4.2.1选择齿轮材料及精度等级考虑减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面直齿轮。考虑工作机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）。两支承相对于小齿轮做不对称布置。 小齿轮选用40（调质），齿面硬度为280HBS。大齿轮选用45钢（调质），齿面硬度240HBS；选小齿轮数，则大齿轮齿数；4.2.2按齿面接触疲劳强度设计 1.确定公式内的各计算数值（1）试选；（2）选取齿宽系数；（3）计算小齿轮传递的转矩 （4）查表得材料的弹性影响系数；（5）计算应力循环次数 （6）按齿面硬度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）计算接触疲劳许用应力取接触疲劳寿命系数；取失效概率为1%，安全系数S=1，可得： 2.计算（1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值： （2）计算圆周速度： （3）计算齿宽及模数： （4）计算载荷系数K查表得使用系数；根据v=0.17m/s，7级精度，查图得动载系数；查表得齿间载荷分配系数；用插值法查表得齿向载荷分布系数，再查图可得。故载荷系数： （5）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径： （6）计算模数： 4.2.3按齿根弯曲强度设计 1.确定计算参数（1）计算载荷系数： （2）查图得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；（3）查图取弯曲疲劳寿命系数（4）计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，可得： （5）查取齿形系数：查表得（6）查取应力校正系数：（7）计算大、小齿轮的并加以比较： 得大齿轮的数值大；（8）设计计算 对比计算结果，由齿轮接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关，可取。按接触强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由： 取，则，取。4.2.4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 圆整后取。5 轴的设计用较核5.1 高速轴的计算5.1.1 初步确定轴的最小直径因为轴的受力大，对材料的强度和硬度比较高，又齿轮与轴是一体的，可选取轴的材料为40钢，调质处理。查表，取，于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径（图3），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，考虑到转矩变化较小，故可查表得，则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查，选用TL5型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为，许用转速为 。 半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔的长度5.1.2轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案如图2所示： 图2 轴上零件的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（如图2所示）1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，故取段的直径；而段套筒的长度为60mm，所以 。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，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中选取30206型轴承，其尺寸为，故；而段的长度应该稍小于轴承的长度，因此。轴承端盖的长度为36mm，。左、右端滚动轴承均采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30206型轴承的定位轴肩高度，因此，取，。 3)齿轮的直径为56mm，即齿轮轮轂宽为56mm,则取；至此，以初步确定了轴的各段直径和长度。（3） 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。按查表得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为60mm。同时为了保证联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为R2。 5.2中间轴的计算5.2.1初步确定轴的最小直径 5.2.2轴的结构设计 1.拟定轴上零件的装配方案如图3所示：图3 中间轴装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 （1）初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。 为了所选轴的直径与轴承相配合，由轴承产品目录中初步选取7211C型轴承。其尺寸为，故。（2）根据需要，轴段右端需制出一轴肩，故取段的直径；而段套筒的长度为20mm，所以 。取安装齿轮3的左端与左轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为150mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度取h=10mm，故轴环处的直径。轴环宽度b，取。（3）取安装齿轮2处的轴段-处的直径，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为100mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。至此，以初步确定了轴的各段直径和长度。 （4）轴上零件的轴向定位 齿轮1和2均采用平键连接。按d查表得平键截面和，键槽用键槽铣刀加工，长分别为100mm，70mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮1、2轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的轴向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（5）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为R2。5.3低速轴的计算 5.3.1初步确定轴的最小值径 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的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。 联轴器的计算转矩考虑转矩变化很小，故取=1.3，则： 按照计算转矩，应小于联轴器公称转矩的条件选用HL8型弹性柱销联轴器，其公称转矩为10000000，半联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔的长度。5.3.2轴的结构设计1.拟定轴上零件的装配方案如图4所示 图4低速轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，故取段的直径；而段套筒的长度为80mm，所以。2）初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中选取轴承6323，其尺寸为，右端套筒长度为30mm，。3）取安装齿轮4处的轴段-处的直径，齿轮轮毂的宽度为300mm，为了使套筒端面可靠地要紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h=10mm，取，轴环宽度b，取，。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。3.轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。按可查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工，长度为80mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器语轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来实现的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。4.确定轴上圆角和倒角尺寸 查表可知，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径r=2。6 键的选择与校核6.1 高速轴上键的选择6.1.1 高速轴与半联轴器链接的选择1）由与此轴与半联轴器链接，故选用圆头普通平键(A)。根据d=25mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=36mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=30mm，键与轮毂键槽的接触高度=3.5mm，可得 (合适)键的标记：键6636 GB/T10962003.6.1.2 高速轴与齿轮1链接的选择1）由与此轴与齿轮1链接，故选用圆头普通平键(A)。根据d=66mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=36mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=30mm，键与轮毂键槽的接触高度=3mm，可得 (合适)键的标记：键6636 GB/T109620036.2中间轴上键的选择6.2.1齿轮2与轴链接键的选择1) 由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A)。根据d=50mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=10mm，高度h=8mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=36mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=24mm，键与轮毂键槽的接触高度=4mm，可得=54.38(合适)键的标记为：键10836 GB/T10962003.6.2.2齿轮3与轴链接键的选择1) 由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键(A)。根据d=45mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=10mm，高度h=8mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=36mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=24mm，键与轮毂键槽的接触高度=4mm，可得=60.43(合适)键的标记为：键10836 GB/T10962003.6.3 低速轴上键的选择6.3.1低速轴与联轴器链接键的选择1）由与此轴与半联轴器链接，故选用圆头普通平键(A)。根据d=18mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=40mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=34mm，键与轮毂键槽的接触高度=3mm，可得=600.13(合适)键的标记：键6640 GB/T10962003.6.3.2 低速轴与齿轮4链接的选择1）由与此轴与齿轮1链接，故选用圆头普通平键(A)。根据d=66mm，由手册查得键的截面积为：宽度b=6mm，高度h=6mm，由半联轴器的宽度并参考键的长度系列，取键的长度L=36mm。2) 键，轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得需用挤压力为=100120MPa。键的工作长度=30mm，键与轮毂键槽的接触高度=3mm，可得=185.49(合适)键的标记：键6640 GB/T109620037 联轴器的选择与校核7.1 高速轴上联轴器的选择1) 类型选择为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器。2) 载荷计算由机械设计表14-1查得Ka=2.3 Nm3) 型号的选择从GB/T 50142003中查得TL5型弹性套柱销联轴器的需用转矩为2500Nm，许用最大转速为3870r/min，轴颈为4063mm之间，故合用。7.2 低速轴上联轴器的选择1) 类型选择为了隔离振动和冲击，选用弹性套柱销联轴器。2) 载荷计算由机械设计表14-1查得Ka=2.3Nm3) 型号的选择从GB/T 50142003中查得HL8型弹性柱销联轴器的需用转矩为2500Nm，许用最大转速为3870r/min，轴颈为4063mm之间，故合用。8 减速箱的润滑方式和密封种类的选择8.1 润滑方式的选择在减速器中，良好的润滑可以减少相对运动表面间的摩擦磨损和发热，还可起到冷却散热防锈冲洗金属磨粒和降低噪声的作用，从而保证减速器的正常工作及寿命。齿轮圆周速度：高速齿轮： 低速齿轮： 1.95m/s 中间轴齿轮： 2.17m/s 、1.95m/s当齿轮的圆周速率小于12m/s时，通常采用浸油润滑，浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为80mm。再加上齿轮到箱底的距离3050mm，所以油深120mm。8.2 润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-CKC90110润滑油。8.3 密封方式的选择输入轴和输出轴的外伸处，为防止润滑脂外漏及外界的灰尘等造成轴承的磨损或腐蚀，要求设置密封装置。因用脂润滑，所以采用毛毡圈油封，即在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环形，放置在梯形槽中以与轴密合接触；或在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡密封效果，它的结构简单，所以用毡圈油封。 设计总结 在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。 作为一名机械设计制造及自动化大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计