电动卷扬机的减速装置.doc

09届机械设计制造及自动化目 录 第一章 本设计的设计思路及设计要求1第二章 减速器的总体设计22.1 拟订传动方案22.2 电动机的选择22.3 确定传动装置的传动比及其分配32.4计算传动装置的运动和动力参数3第三章 传动零件的设计计算53.1 蜗轮蜗杆传动设计53.2 确定传动的主要尺寸6第四章 轴的设计计算104.1蜗轮轴的设计计算104.2 蜗杆轴的设计计算13第五章 轴承的选择和计算145.1低速轴轴承的选择和计算145.2蜗轮轴轴承的选择和计算145.3减速器铸造箱体的结构尺寸15第六章 键联接选择和计算176.1 高速轴键联接的选择和强度校176.2 低速轴与蜗轮联接用键的选择和17第七章 联轴器选择及计算187.1 高速轴输入端的联轴器187.2低速轴输出端的联轴器18第八章 减速器的润滑19第九章 减速器的密封20 第十章 箱体的加工工艺21结论及致谢23参考文献24 附图124附图224附图 325附图 425英文摘要26电动卷扬机的减速装置 摘要 当前，蜗杆传动广泛使用于机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中。主要用于传递交错轴之间的回转运动。其主要优点是结构紧凑,工作平稳,无燥声,冲击振动小以及能获得很大的传动比。因此，本次设计选择蜗轮蜗杆减速器作为卷扬机的减速装置。 本文在设计过程中充分考虑了产品的合理性、效率性以及经济性，使设计出的产品在使用范围内达到高质量、高效率。与此同时，机器的稳定性也是很重要的一个因素。因此，本设计在处理此问题上，做到尽量使机器零件结合紧凑，均匀分布其承受载荷，加强润滑效果，减少相互摩擦力。另外，本人把实用经济型机器的概念作为设计的出发点，选取合适的材料，减少机器零件的使用，降低生产成本，也是本文设计考虑的重点。特别是对轴、轴承的选择设计上本文作老详细的解释。在机器大致外形设计完毕的同时，本文还提供了箱体的加工工艺以及整套机器的实图。最后，本人还会应用CAD软件，绘制实图，以呈现完整的机器外形及具体的尺寸参数。本人也会结合实际情况对设计思路中的不足处加以修改及校正。关键词 电动机 蜗杆 蜗轮 轴 轴承第一章 本设计的设计思路及设计要求本设计先根据题目的参数要求，选择合适的电动机，确定其功率，转速，型号等，从而算出各部件的传动比，再而确定轴系零件，蜗杆，蜗轮的尺寸及具体参数，再根据蜗杆轴的径向，轴向尺寸确定相关配套的轴承，联轴器。然后根据蜗杆轴，轴承，联轴器的尺寸确定轴承座的相关的尺寸以及装置的主要尺寸。最后对减速器的外观，密封，润滑等做相关的符合实际情况的设计。在此，本次设计的基本思路以及减速器的整体构造就基本形成。本人也会结合实际情况对设计思路中的不足处加以修改及校正。在本次的蜗杆减速器设计中,机械零件的设计是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容，因此，对设计过程中一些细节问题及注意事项列出几点要求，如下：1对于零件设计的要求及步骤。设计零件的步骤包括：选择零件的类型；确定零件上的载荷；零件失效分析；选择零件的材料；本要求可以通过承载能力计算来初步确定零件的重要尺寸然后根据实际情况分析零部件的结构合理性,最终确定其尺寸大小。2.机器在预定工作期限内必须具有一定的可靠性。提高机器可靠度的关键是提高其组成零部件的可靠度。因此在选择零部件的时候，要大力采用可靠度较高的零件。3.此外，从机器设计的角度考虑，确定适当的可靠性水平，力求结构简单，减少零件数目，节省成本价,因此选择材料时尽可能选用标准件及可靠零件，确保零件可靠的情况下同时达到经济性的节约。4. 在设计机器的组件和部件时,根据算出的数据,为保证安全,选取较大的安全系数.待所有的工作完成后,根据尺寸和蜗杆减速器的具体形状画出装配图以及各组成部分的零件图.第二章 减速器的总体设计2.1 拟订传动方案本传动装置用于电动机卷扬机，工作参数：运输带工作拉力F=16KN，工作速度v=10m/min-1，卷筒直径D=390mm，传动效率=0.96，（包括卷筒与轴承的效率损失）两班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用寿命10年。环境最高温度80。本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图2.1所示。图2.1 传动装置简图1电动机 2、4联轴器 3级蜗轮蜗杆减速器 5传动滚筒 6输送带2.2 电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率 = / （2-1）式中 工作机要求的电动机输出功率，单位为KW； 电动机至工作机之间传动装置的总效率； 工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率=FV/1000=16101000/10000.9660=2.7 Kw电动机所需的功率= （2-2）= =0.990.990.80.990.990.76=2.70.76=3.5 kW查表，选取电动机的额定功率=4kw。（3）选择电动机的转速传动滚筒转速=601000v/D =48.9 r/min由表推荐的传动比的合理范围，取蜗轮蜗杆减速器的传动比=1040，故电动机转速的可选范围为：= n=（1040）48.9=4891956r/min符合这范围的电动机同步转速有1000、1500、两种，现以同步转速1000 r/min和1500 r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。查机械工程及自动化简明设计手册上册（表2-3）n=2748.9=1320 r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y112M4，其主要安装尺寸如下：中心高：H=112mm外型尺寸：L（ACAD）HD=400（230+190）265 mm轴伸尺寸：D=28 mm，E=60 mm装键部分尺寸：FGD=82428 mm底脚安装尺寸：AB=190140 mm地脚螺栓孔直径：K=12 mm23 确定传动装置的传动比及其分配减速器总传动比及其分配：减速器总传动比i=144048.9=29本课题是一级蜗轮蜗杆减速器，它的传动比i=1040之间，选i=29传动比查机械工程及自动化简明设计手册上册（表2-5）式中i传动装置总传动比工作机的转速，单位r/min电动机的满载转速，单位r/min2.4 计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率轴P= P=40.990.99=3.9kW轴P= P=3.90.990.990.8=3.0kW（2）各轴的转速电动机： =1440 r/min轴：n= =1440 r/min轴：n=144029=49r/min （2-3）（3）各轴的输入转矩电动机轴：=9550=95504144026Nm轴：T= i597Nm轴：T= Ti13574Nm上述计算结果汇见表2-1表2-1传动装置运动和动力参数输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比效率电动机轴414402610.97轴3.91440597290.76轴3.04913574第三章 传动零件的设计计算 3.1 蜗轮蜗杆传动设计一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度 蜗杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度4550HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。二.计算步骤1.按接触疲劳强度设计(以下参考机械设计P127页例题)设计公式mm （3-1） （1）选z1，z2： 查表7.2取z1=2，z2= z1I=58z2在3064之间，故合乎要求。初估=0.88（2）蜗轮转矩T2： =i=9.551063.5/1440290.88=592229.8Nm （3-2）（3）载荷系数K： 因载荷平稳，查表7.8取K=1.1（4）材料系数ZE 查表7.9， =155（5）许用接触应力H查表7.10，H=220 MPa N=60n2at=6035.9112000=25848000=0.88 （3-3）H=ZN0H=0.88220=195.36Mpa（6）md1：md1 =1.1592229.8=1498.34119mm（7）初选m，d1的值：查表7.1取m=8， =80 md1=51201498（8）导程角 tan= =0.2 （3-4）=arctan0.2=15.1（9）滑动速度= =3m/s （3-5）（10）啮合效率由=3m/s查表得=2=0.2/0.2458=0.88 （3-6）（11）传动效率取轴承效率 =0.99 ，搅油效率=0.98=0.880.990.98=0.85=i=9.5539/1440290.85=572171 Nm（12）检验md1的值md1=1.1572171(3.25155/195.3658)2=1258.75120原选参数满足齿面接触疲劳强度要求3.2 确定传动的主要尺寸m=8mm，=80mm，z1=2，z2=58（1） 中心距aa=272mm （3-7）根据标准 选a=315mm（2） 蜗杆尺寸分度圆直径 =80mm齿顶圆直径 =+2=(80+28)=96mm （3-8）齿根圆直径 =2=(8028)=70mm （3-9）导程角 tan=15.1 右旋轴向齿距 =m=3.148=25.12mm （3-10）齿轮部分长度 m(11+0.06z2)=8(11+0.0658)=115.84mm （3-11）取=115mm（3） 蜗轮尺寸分度圆直径 =mz2=858=464mm （3-12）齿顶高 =m=81=8mm （3-13）齿根高 = (+)m=(1+0.2)8=9.6mm （3-14）齿顶圆直径 =+2=464+16=480mm （3-15）齿根圆直径 =2m(+)=4642x8x1.2=444.8mm （3-16）导程角 tan=15.1 右旋轴向齿距 =m=3.148=25.12mm （3-17）蜗轮齿宽 =0.75=0.7596=54mm （3-18）齿宽角 sin(/2)= /=5480=0.67 （3-19）蜗轮咽喉母圆半径 =(a)2=32.5mm （3-20）（4） 热平衡计算估算散热面积A A= （3-21）验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数：=16 W/()。77.9780 （3-32）油温未超过限度（5） 润滑方式 根据=3m/s，查表13.7，采用浸油润滑，油的运动粘度V40=320/s 上述几何尺寸计算结果见表3-2 表3-2 传动部件的结构尺寸 （mm）名 称代号计算公式结 果蜗杆中 心 距=a=315传 动 比i=29蜗杆分度圆柱的导程角蜗杆轴向压力角标准值齿 数 Z1=2分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径=70蜗杆螺纹部分长度 （mm）名 称代号计算公式结 果蜗轮中 心 距=a=315传 动 比i=29蜗轮端面压力角标准值蜗轮分度圆柱螺旋角齿 数=58分度圆直径齿顶圆直径=480齿根圆直径第四章 轴的设计4.1 蜗轮轴的设计（1）选择轴的材料选取45钢，调质，硬度HBS=230，强度极限=600 Mpa，由表查得其许用弯曲应力=55Mpa 查机械设计基础（表10-1、10-3）（2）初步估算轴的最小直径取C=120，得=120x =53.2mm查机械设计表11.5，选=55（3）轴的结构设计 轴上零件的定位、固定和装配 单级减速器中，可将蜗轮安排在箱体中央，相对两轴承对称分布，左面轴承由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位，右面用轴端挡圈轴向固定，平键联接作周向固定。轴做成阶梯形，左轴承 从左面装入，蜗轮、套筒、右轴承和联轴器依次右面装到轴上。 确定轴各段直径和长度段d1=55mm L1=114mm段d2=62mm L2等于轴承座的长度=120mm段选30213型圆锥滚子轴承，其内径为65mm，宽度为24.75mm。故段直径d2=65mm。L3=25mm段考虑蜗轮端面和箱体内壁、轴承端盖与箱体内壁应有一定距离，长度根据具体情况而定，直径为70mm L4=125mm段 直径为72mm 宽度为10mm段是安装轴承处尺寸和段相同d6=d3=65mm L6=25mm。段安装套杯固定轴承 根据轴承内径等于65mm 减轴肩高度=3mm取段d7=62mm（4）按弯扭合成应力校核轴的强度 绘出轴的计算简图 (a)图 绘制垂直面弯矩图 (b)图N （4-1）N （4-2） （4-3） 轴承支反力：N（4-4）N （4-5）计算弯矩：截面C右侧弯矩 （4-6）截面C左侧弯矩 （4-7） 绘制水平面弯矩图 (c)图 轴承支反力： （4-8）截面C处的弯矩 （4-9） 绘制合成弯矩图 (d)图 （4-10） （4-11） 绘制转矩图 (e)图 Nm （4-12） 绘制当量弯矩图 (f)图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取0.6，截面C处的当量弯矩为 （4-13） 校核危险截面C的强度，安全（4-14）。 图3.2 低速轴的弯矩和转矩(a)轴的结构与装配 (b)受力简图 (c)水平面的受力和弯矩图(d)垂直面的受力和弯矩图 (e)合成弯矩图 (f)转矩图 (g)计算弯矩图轴的结构见图3.3所示图3.3 蜗轮轴的结构图4.2 蜗杆轴的设计（1）选择轴的材料选取45钢，调质处理，硬度HBS=230，强度极限=650 Mpa，屈服极限=360 Mpa，弯曲疲劳极限=300 Mpa，剪切疲劳极限=155 Mpa，对称循环变应力时的许用应力=60 Mpa。(2) 初步估算轴的最小直径最小直径估算dmin= 120=29.8 （4-15）（3）轴的结构设计按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=30mm，初选轴承型号为30210圆锥滚子轴承（GB/T29794），采用蜗杆轴结构，其中，齿根圆直径mm，分度圆直径mm，齿顶圆直径mm，长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相类似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构见图3.4所示： 图3.4 蜗杆轴的结构草图第五章 轴承的选择和计算5.1 低速轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，初步选用30214（GB/T29794）圆锥滚子轴承（1）计算轴承载荷图3.5 低速轴轴承的受力简图 轴承的径向载荷 轴承A： （5-1）轴承B： （5-2） 轴承的轴向载荷轴承的派生轴向力 （5-3）查表得：30214轴承153832所以，=29.2N=37.6N无外部轴向力。因为，轴承A被“压紧”，所以，两轴承的轴向力为 计算当量动载荷由表查得圆锥滚子轴承30214的取载荷系数，轴承A：e取X=1，Y=0，则轴承B：e取X=1，Y=0，则 计算轴承寿命因为，轴承B受载大，所以按轴承B计算寿命，查得30214轴承基本额定载荷，轴承工作温度小于，取温度系数，则轴承寿命，若按8年的使用寿命计算，两班制工作，轴承的预期寿命为，,所以所选轴承合适。5.2 蜗杆轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，选用30210圆锥滚子轴承（GB/T29794），经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。具体的校核过程略。5.3 减速器铸造箱体的主要结构尺寸（单位：mm）(1) 箱座（体）壁厚：=8，取=18，其中=315；(2) 箱盖壁厚：=0.858，取=15；(3) 箱座、箱盖、箱座底的凸缘厚度：，；(4) 地脚螺栓直径及数目：根据=315，得，地脚螺钉数目为4个；(5) 轴承旁联结螺栓直径：(6) 箱盖、箱座联结螺栓直径：=1216.4，取=16；(7) 表5.1轴承端盖螺钉直径：蜗杆轴蜗轮轴轴承座孔（外圈）直径120100轴承端盖螺钉直径1010螺 钉 数 目66(8) 检查孔盖螺钉直径：本减速器为一级传动减速器，所以取=10；(9) 表5.2螺栓相关尺寸：30=16锪孔直径614833至箱外壁的距离403422至凸缘边缘的距离352820(10) 轴承旁联结螺栓的距离：以螺栓和螺钉互不干涉为准尽量靠近，一般取；(11) 轴承旁凸台半径：28，根据而得；(12) 轴承旁凸台高度：根据低速轴轴承外径和扳手空间的要求，由结构确定；(13) 箱外壁至轴承座端面的距离：，取=68；(14) 箱盖、箱座的肋厚：0.85，取=13，0.85，取=16；(15) 蜗轮与箱内壁之间的距离：，取=18；(16) 铸造斜度、过渡斜度、铸造外圆角、内圆角：铸造斜度=1：10，过渡斜度=1：20，铸造外圆角=5，铸造内圆角=3。第六章 键联接的选择和强度校核6.1 高速轴键联接择和强度校核的选高速轴采用蜗杆轴结构，因此无需采用键联接。6.2 低速轴与蜗轮联接用键的选择和强度校核(1) 选用普通平键（A型）按低速轴装蜗轮处的轴径d=72mm，以及轮毂长 =126mm，查表，选用键2080 GB109679。(2) 强度校核键材料选用45钢，查表知，键的工作长度mm，k=h/2=12/2=6 mm，按公式的挤压应力 （6-1）小于，故键的联接的强度是足够的。第七章 联轴器的选择和计算7.1 高速轴输入端的联轴器计算转矩，查表取，有，查表选用GIGL2型弹性套柱销联轴器，材料为35钢，许用转矩，许用转速r/min，标记：GIGL2联轴器40112 GB432384。选键，装联轴器处的轴径为62mm，选用键18X11 GB109679，对键的强度进行校核，键同样采用45钢，键的工作长度mm，k=h/2=8/2=4 mm，按公式的挤压应力，合格。所以高速级选用的联轴器为GIGL2联轴器40112 GB432384，所用的联结键为1811 GB109679。7.2 低速轴输出端的联轴器根据低速轴的结构尺寸以及转矩，选用联轴器TL9联轴器55112GB432384，所用的联结键为1690 GB109679，经过校核计算，选用的键是符合联结的强度要求的，具体的计算过程与上面相同，所以省略。第八章 减速器的润滑减速器中蜗轮和轴承都需要良好的润滑，起主要目的是减少摩擦磨损和提高传动效率，并起冷却和散热的作用。另外，润滑油还可以防止零件锈蚀和降低减速器的噪声和振动等。本设计选取润滑油温度时的蜗轮蜗杆油，蜗轮采用浸油润滑，浸油深度约为h11个螺牙高，但油面不应高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心。 第九章 减速器的密封 由于本次设计的蜗杆减速器的箱体采用的是上下箱体结合组装的形式，因此采用的密封手段是通用型O型橡胶密封，这样在一方面保证箱体拆合的方便的同时也有利的保证了减速器在工作期间油剂飞溅的现象第十章 箱体加工工艺过程蜗轮蜗杆减速器的箱盖和箱体，它们的工艺过程比较复杂，先是箱盖和箱体分别单独进行某些工序，然后合在一起加工，最后又分开加工。箱盖单独先进行的工序有：（1） 箱盖铸造（2） 回火、清沙、去毛刺、打底漆、毛坯检验（3） 刨视孔顶面（4） 刨剖分面（5） 磨剖分面（6） 钻、攻起盖螺钉 图9-1 箱盖图9-2 底座完成前述单独工序后，即可进行下列工序：（1） 箱盖、箱体对准合拢，夹紧；钻、铰定位销孔，敲入圆锥销（2） 钻箱盖和箱体的联接螺栓孔，刮鱼眼坑（3） 分开箱壳，清除剖分面毛刺、清理切屑（4） 合拢箱壳，敲入定位销，拧紧联接螺栓（5） 铣两端面（6） 粗镗各轴轴承座孔（7） 精镗各轴轴承座孔（8） 钻、攻两端面螺孔（9） 拆开箱壳（10） 装上油塞，箱体地脚螺栓孔划线（11） 钻地脚螺栓孔、刮鱼眼坑（12） 箱盖上固定视孔盖的螺钉孔划线（13） 钻、攻固定视孔盖的螺钉孔（14） 去除箱盖、箱体接合面毛刺，清除铁屑（15） 内表面涂红漆结论及致谢通过对蜗杆减速器结构的设计,使我把以前所学的机械设计和金属工艺以及CAD制图的知识进行了综合运用，也相当于进行了一次全面的训练。整个过程感受颇深。首先，通过本次毕业设计，使我对以前学过的专业知识进行了一次全面复习。以前所学的各专业基础课虽说已经顺利通过，但真正把所学用到实际当中，这是第一次。这使我对所学专业知识有了更深的理解，我想这也有助于我把本科段所剩课程顺利通过。其次，这次毕业设计是我又一次以一个工程技术人员的角色去完成一项任务。通过对数据的整理，方案的拟定，以及资料的查阅，培养了我理论联系实际，解决生产实际问题的能力。在老师们的耐心指导下，我对综合作业进行了不断修改，培养了自己的耐心和细心。这次毕业设计的完成仅仅是一次对所学知识的综合训练，在今后的学习和工作中肯定也会遇到很多更难的设计任务，相信有了这次的基本训练，以后更难的设计任务也会顺利完成。到此为期三个月的毕业设计为我的大学生活即将划上圆满的句号，在我的人生中留下了美好的回忆。在此，我衷心地感谢我身边的良师益友对我的教导和帮助。本次毕业设计是在钱利霞老师悉心指导和关心下完成的，掩卷回首，从论文的选题、设计直至最后成文，每个环节都凝聚着老师的倾心指导和亲切关怀，自从接收课题以来，钱老师就为我把握课题的主方向，并且在每一处细节都给予详细具体的指导，使我的设计思想从无到有直至完善成型，顺利的完成了这次的毕业设计，同时让我领悟到了学习的艰苦与成功的喜悦。最后，还要感谢在毕业设计中一起学习和研究的合作伙伴，给予精神和技术上的鼎立支持。限于本人水平和时间仓促，设计中的缺点和不足之处在所难免，恳请各位老师和朋友不吝指正。参 考 文 献【1】 叶伟昌. 机械工程及自动化简明手册（上册）. 北京：机械工业出版社，2001【2】 徐锦康. 机械设计. 北京：机械工业出版社，2001【3】 成大先. 机械设计手册（第四版 第4卷）. 北京：化学工业出版社，2002 【4】 葛常清. 机械制图（第二版）. 北京：中国建材工业出版社，2000【5】 陆玉. 何在洲 .机械设计课程设计第三版.机械工业出版社,2000.5【6】 董玉平. 机械设计基础.机械工业出版社，2001【7】 曾正明. 机械工程材料手册. 北京：机械工业出版社，2003【8】 周昌治. 杨忠鉴，赵之渊，陈广凌. 机械制造工艺学. 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In this paper, the design process takes full account of the rationality of products, efficiency and economy, making the design