电动卷扬机传动装置的设计.doc

课程设计设计题目6：设计电动卷扬机传动装置 学生姓名： 黄奕玮 学 号：11023132专 业： 机械电子工程 班 级： 11机械电子1班 指 导 教 师： 范君艳 程志青 电动卷扬机传动装置的设计机械设计课程设计的计算及说明备注任务书 要求设计一个电动卷扬机传动装置。设计要求如下。设计要求一.数据要求 钢 拉力: F= 18KN. 钢 速度: v=8m/min. 卷筒直径: D=310mm. 工作条件要求间歇工作,每班工作时间不超过15%,每次工作时间不超过10 min.满载启动,工作中有中等震动,两班制工作,小批量生产,钢 速度允许误差5%.设计寿命年 机械设计课程设计的计算及说明 备注一. 总体设计1.1传动方案的选择本电动卷扬机传动装置由电动机，蜗杆减速器，一级开式齿轮传动装置，卷筒组成其中，蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，适合本系统的间歇工作的场合由于蜗杆传动布置在高速级，可采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，这样可以提高承载能力和传动效率而开式齿轮传动的工作环境较差，润滑条件不好，磨损严重，寿命较短，布置在低速级1.2.选择电动机因为直流电动机需要直流电，价格较贵，维护不便，所以选用交流电动机这里我们选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压，型.2.1选择电动机的容量：电动机所需的功率，按公式为：其中，是工作机所需的工作功率，是工作机的工作阻力，v是工作机的卷筒的线速度，m/s算得则机械设计课程设计的计算及说明结果其中，是电动机至卷筒的总效率是滚子轴承的效率，（每对.）这里取.有四对是斜齿轮传动的效率，一级开式（一对.4.6）这里取.有一对是蜗杆传动的效率，一级减速器这里取0.73有一对，是单头是联轴器的效率，这里取.有对算得0.63 1.2.1确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为：r/min按推荐的传动比合理范围，取传动比：蜗轮减速器传动比i=1040齿轮传动单级传动比常用值，开式i=因为开式齿轮的主动轮比从动轮的直径小，所以，总传动比的合理范围为所以电动机的转速的可选范围为：符合这一范围的转速有：3000r/min, 1500r/min, 1000r/min, 750r/min.根据容量和转速，查出如下几种合适的电动机型号，见表1：因为卷扬机的工作环境，灰尘多，土扬水溅所以选用系列（）封闭式笼型三相异步电动机机械设计课程设计的计算及说明结果Pd=3.92KW结果表1型号功率转速5.5kwr/min5.5 kwr/min5.5 kwr/min5.5 kwr/min其中，型电动最合适本卷扬机的需要，所以选择该型电动机。1.2.1确定传动装置的总传动比和分配传动比：（）传动装置的总传动比为：其中，是电动机满载转速n是工作机主动轴的转速（）确定各级的传动比为：因为总传动比是各级传动比的乘积，为：由题意知，本系统的传动比分为减速器的传动比和齿轮的传动比设减速器的传动比为，齿轮的传动比为则动比为1.3计算传动装置的运动和动力参数1.3.1各轴转速轴首先初步确定蜗轮减速器的传动比为=40，则开式齿轮的传结果4.5机械设计课程设计的计算及说明轴轴(卷筒轴)轴13.2各轴的输入功率轴轴轴轴1.3.3.各轴的输出功率轴轴轴1.3.4各轴的输入转矩因为电动机的输出转矩为：各轴的输入转矩为：轴轴 轴 机械设计课程设计计算及说明结果4轴 （卷筒轴）1.3.5各轴的输出转矩 1轴 2轴 3轴 结果输出转矩 2.2减速器内传动零件的设计（蜗杆减速器）1）蜗杆传动，用45纲，故蜗杆齿面要求淬火，硬度为4555HRC,涡轮用褚锡磷青铜ZCuSn10P1 金属膜制造。为节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。 2.2.1齿面接触疲劳强度设计 1） T2=9550*P/n 确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故可取载荷分布不均系数为,由表11-15选取使用系数Ka=1.15,由于转速不高，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05K= 确定涡轮齿数Z2 Z1=涡轮 单头 确定许用接触应力【 】根据涡轮材料为ZCuSn10P1,金属模构造，蜗杆螺旋，齿面硬度45HRC,从表11-7中查得【】=268Pa应力循环次数 N=60*1*1440/40*10*300*2*8*15%=1.8*107 算得Khn=0.929 【】=*268=248.972 m*m*d1=1.21*551.910*0.003593=1551.37 是蜗杆齿的齿形系数。查表。机械设计课程设计计算及说明T2=K=1.21=40N=1.8*107a=200mmm=8mmd1=80mm根据表11-10，我们初步确定蜗轮和蜗杆之间的中心距为a=191.5mm。 ，m为6.3，为63mm，转换成5.43度，。 2）蜗杆 轴向齿距 直径系数q=d1/m=63/6.3=10 齿顶圆直径=d1+2ha*m=63+2*6.3=75.6mm 齿根圆直径 df1=d1-2(ha*m+c)=47.2 分度圆导程角=5.43度3）涡轮涡轮分度圆直径d2=m*Z2=8*40=252涡轮喉圆直径 da2=d2+2ha2=252+2*=264.6涡轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=264.6-2*1.2*8=236.88涡轮咽喉母圆半径 Rg2=a-1/2*da2=191.5-0.5*264.6=59.2涡轮齿顶高 4)校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数Zv=Z2/cos所以可以从11-17中可查得齿形系数YFa2=2.44螺旋角系数 许用弯曲应力 =0.725=56*0.725=40.6MPa=验算效率： =5.43，=arctan fv fv与相对滑动速度Vs=有关m/s从表11-8用插值法查得fv=0.0206 =1.11度 蜗杆轴校核 1）轴的扭转强度条件是 期中是扭转切应力 T 是轴所受扭转 d= 因为材料45刚取112于是 1轴上的转矩为。 2)因为轴上会开键槽 dTca许用转速【n】=3200r/min n轴孔的d=40mm56mm,所以是合用的，于是选取孔径为45mm的KL7型联轴器，所以初步确定轴1的最小直径为45mm,长度为48mm，所以半联轴器与轴配合的长度为L=843)轴的结构设计1）装配方案的拟定1轴上从左到右依次装配的零件为联轴器，端盖1，滚动轴承，端盖2。1轴为了满足轴向定位要求，要制出一轴肩h=0.07d=0.08*45=3.6m所以2-3段的直径取为49mm，右端用轴端挡圈，2-3宽度取为55mm，半联轴器的与轴配合的长度为84mm。为了保证挡圈只压在半联轴器上，1-2段的长度应有所减小，取82mm。 q=10=75.6mmdf1=47.2=5.43结果Zv=40.15=0.961=0.725=MPa=D=16.17mm 3）.初步选择滚动轴承 轴承同时受轴向力和径向力，选用圆锥滚子轴承。代号为32310。d=50mm,D=110mm.T=42.25mm,B=40mm.安装尺寸。所以轴3-4的直径为50mm，长度=42.25+10+.75=61mm,所以一部分长度为40mm。另一部分装一个挡油盘。轴4-5的直径为60mm。长12mm。轴56段是过渡段，轴67段蜗杆齿，而蜗杆齿的宽为132.2m。轴7-8段又是过渡段。而89段长12mm，直径为60mm。轴9-10段按轴承的安装尺寸确定直径为42.25mm，同样装一个档油盘。 为了使蜗杆轴受力均匀，从蜗杆齿中心到轴承支点的距离设计为相等，先使从蜗杆齿中心到轴肩3和左边的轴端的距离相等。为了防止各零件干扰，初步确定距离为191.5mm。这样，两个支点间的距离只有不到350mm。距离不是很大，可以采用双支点单向固定的方法固定轴承。 轴承端盖的总宽度设计为25mm 。（由减速器及轴承端盖的结构设计而定。）根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面和联轴器的端面的距离30mm。所以轴2-3段的长度为55mm。 4）.轴上零件的周向定位 半联轴器的周向固定用平键连接。查表得，当d大于44mm，小于50mm时，b=14mm,h=9mm.。键槽用键槽铣刀加工，长取为80mm。联轴器和轴的配合为。轴承和轴的配合为。溅油盘也是键来固定。 5）确定轴上圆角和倒角尺寸 根据表得，轴端倒角为2，轴肩处的圆角半径详情见图。2.3.2求蜗杆轴载荷 根据结构图作出轴的计算简图 1） 因为已算出蜗杆的分度圆直径为69.4mm。轴1的输入转矩为。轴2的输入转矩为。分度圆直径为319.8mm。 所以 三个力的方向如图所示。机械设计课程设计计算及说明=26.8N=5034N=1635.6N 从手册中，我们可以查出并确定轴承的支点的位置。查出32310圆锥滚子轴承的a=28mm。所以作为简支梁的轴的跨距为 但由于要满足装配要求，轴肩3到轴右端的距离应比327mm稍小，所以简支梁的轴的跨距取为325mm。 根据轴的计算简图，我们可以作出轴的弯矩图和扭矩图。 从图中，我们可以看出截面C是轴的危险截面。现在计算危险截面处的 由图中，可以先求出支反力 所以，总弯矩为扭矩为 2）按弯扭合成应力校核轴的强度 通常我们只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面C的强度。 公式为 其中，是轴的计算应力。单位MP a。 M是轴所受的弯矩，单位。 T是轴所受的扭矩，单位。 W是轴的抗弯截面系数，近似的看成圆轴，计算公式。 是对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，因为是45钢，调质处理，取为60MPa。机械设计课程设计计算及说明结果 取0.6，d取50mm，则该值小于=70MPa，所以是安全的。3）精确校核轴的疲劳强度 从上面的计算，我们可以看出蜗杆轴上的应力远远小于许用应力，我们不需要再进一步的精确校核轴的疲劳强度。而且通常蜗杆轴都不用校核。（需要进行这一步的一般是蜗轮轴。）4.2.5求蜗杆上的载荷首先根据结构简图作出轴的计算简图：图4.2-2简支梁支承跨度： L=273mm根据蜗杆所受载荷作出其受力图和弯矩图如下：图4.2-32.2.6按弯扭合成应力校核蜗杆的强度进行校核时，只需对危险截面进行校核，（即截面C），根据上表中的数据和公式： 由于蜗杆的材料前面已选择为45钢，表面高频淬火， 4）绘制轴的工作图蜗杆受力情况如下表：切向力826.8N轴向力5131n径向力1667.22.2.4蜗杆结构设计 拟定设计方案，如4.2-1图所示：2.2 轴的强度设计计算2.2.1轴的设计 期中是扭转切应力 T 是轴所受扭转 d= 因为材料45刚取112于是 2)因为轴上会开键槽 d=100,所以轴径要增大5%7%，取中间值6%所以初步定53 要使所选轴径d1-2与联轴器的孔径相适应，联轴器的计算转矩Yca=Ka*T3, 查表14-1,考虑转矩变化较大,故取=2.3则 Tca=2.3*820.99=1888277Nm因为轴2上的转矩较大，但转速低，所以选用轮胎式联轴器。因为是非金属弹性元件。，所以选用UL13型滑块联轴器。公称转矩，瞬时最大转矩为，6300，许用转速。适用于启动频繁，正反转多变，冲击，震动较大的轴系传动，可在粉尘，水分工况的环境下工作。可见，是适合本系统的。 轴孔的。所以是合用的。我们初步选取孔径为70mm的UL13型联轴器，所以初步确定轴2的最小直径为70mm。孔的长度为107mm。（J型）。所以半联轴器的与轴配合的长度为107mm。1）装配方案的拟订 1轴上从左到右依次装配的零件为联轴器，端盖1，滚子轴承1，套筒，蜗轮，滚子轴承2，端盖2。 如图所示。2）.根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度因为要满足半联轴器的轴向定位要求，轴的1-2段左端要制出一轴肩。取h=0.1d=，所以2-3段的直径取为77mm。右端用轴端挡圈定位，取80mm。半联轴器的与轴配合的长度为107mm。为了保证挡圈只压在半联轴器上，1-2段的长度应有所减小，取105mm。.初步选择滚动轴承 轴承同时受轴向力和径向力，选用圆锥滚子轴承。代号为323216.d=80mm,D=140mm.T=35.25mm,B=33mm.安装尺寸。所以轴3-4的直径为80mm，所长度分为两部分，一部分和轴承相配，为29-2=27mm。另一部分和套筒相配。轴4-5段和蜗轮相配，因为相配的长度和蜗轮的宽度一样 ，所以为72mm。但轴应该要短一些，4-5段的长度取为55mm。直径设计为86mm。.轴56段长度设计为12mm, 直径为。而轴6-7段按轴承的安装尺寸确定为长度40.25mm。直径为80mm。 为了使蜗轮轴受力均匀，从蜗轮中心到轴承支点的距离设计为相等，先使从蜗轮中心到轴肩3和左边的轴端的距离相等。为了防止各零件干扰，初步确定距离为130mm。这样，两个支点间的距离只有不到260mm。距离不是很大，也可以采用双支点单向固定的方法固定轴承。 轴承端盖的总宽度设计为20mm 。（由减速器及轴承端盖的结构设计而定。）根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面和联轴器的端面的距离30mm。所以轴2-3段的长度为50mm。 5）确定轴上圆角和倒角尺寸 根据表得，轴端倒角为2，轴肩处的圆角半径详情见图。2.3.2求轴上的载荷 根据结构图作出轴的计算简图 机械设计课程设计计算及说明结果2）.根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度因为要满足半联轴器的轴向定位要求，轴的1-2段左端要制出一轴肩。取h=0.1d=，所以2-3段的直径取为77mm。右端用轴端挡圈定位，取80mm。半联轴器的与轴配合的长度为107mm。为了保证挡圈只压在半联轴器上，1-2段的长度应有所减小，取105mm。3）.初步选择滚动轴承 轴承同时受轴向力和径向力，选用圆锥滚子轴承。代号为32016。d=80mm,D=125mm.T=29mm,B=29mm.安装尺寸。所以轴3-4的直径为80mm，长度分为两部分，一部分和轴承相配，为29-2=27mm。另一部分和套筒相配。轴4-5段和蜗轮相配，因为相配的长度和蜗轮的宽度一样 ，所以为56.7mm。但轴应该要短一些，4-5段的长度取为55mm。直径设计为86mm。.轴56段长度设计为12mm, 直径为。轴6-7段是一个过渡轴，直径为87mm。而轴78段按轴承的安装尺寸确定为长度27mm。直径为80mm。 为了使蜗轮轴受力均匀，从蜗轮中心到轴承支点的距离设计为相等，先使从蜗轮中心到轴肩3和左边的轴端的距离相等。为了防止各零件干扰，初步确定距离为130mm。这样，两个支点间的距离只有不到260mm。距离不是很大，也可以采用双支点单向固定的方法固定轴承。 轴承端盖的总宽度设计为20mm 。（由减速器及轴承端盖的结构设计而定。）根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖外端面和联轴器的端面的距离30mm。所以轴2-3段的长度为50mm。 4）.轴上零件的周向定位 半联轴器的周向固定用平键连接。查表得，当d大于65mm，小于75mm时，b=20mm,h=12mm.。键槽用键槽铣刀加工，长取为90mm。联轴器和轴的配合为。轴承和轴的配合为。蜗轮和轴的配合为。半联轴器的周向固定用平键连接。查表得，当d大于85mm，小于95mm时，b=25mm,h=14mm.。键槽用键槽铣刀加工，长取为40mm。联轴器和轴的配合为。 5）确定轴上圆角和倒角尺寸 根据表得，轴端倒角为2，轴肩处的圆角半径详情见图。 机械设计课程