高架灯提升装置的设计

0机械系统创新设计综合实践设计说明书姓 名： 班 级： 学 号： 1指导教师： 日 期： 2目录一设计题目：高架灯提升装置 31.设计要求 32.应完成的任务 3二传动装置的总体设计 31.传动方案的确定 32.电动机的选择 4三传动比选择 5四 传动装置运动、动力参数计算 51.各轴的转速 52.各轴的输入功率 63.各轴的输入转矩 64.各轴的输出功率 65.各轴的输出转矩 6五传动零件设计 61.蜗轮蜗杆的设计选择 62圆柱齿轮的设计选择 9六轴的设计计算 111.高速轴的设计计算 112.中间轴的设计计算 133.低速轴的设计计算 133七轴的校核 141.高速轴的校核 142.中间轴的校核 163.低速轴的校核 18八键的校核 201.高速轴上键的校核 202.中间轴上键的校核 203.低速轴上键的校核 20九轴承的校核 201.高速轴上的轴承的选择和寿命计算 202 中间轴上轴承的选择计算 213.低速轴上轴承的选择计算 22十润滑和密封说明 231.润滑说明 232. 密封说明 23十一.拆装和调整的说明 23十二.减速箱箱体的结构设计 23十三.设计总结 25十四.经济性分析 26十五.参考文献 2645一 设计题目：高架灯提升装置1.设计要求提升装置用于城市高架路灯的升降，电力驱动，电动机水平放置，采用正、反按钮控制升降。提升装置静止时采用机械自锁，并设有力矩限制器和电磁制动器。其卷筒上曳引钢丝绳直径为 11mm，设备工作要求安全、可靠，调整、安装方便，结构紧凑，造价低。工作条件：间歇工作，载荷平稳，半开式。生产批量：10 台原始技术数据：选用参数提升力/N 容绳量/m 安装尺寸/(mmmm)电动机功率不大于/kw10000 80 300x480 3工作条件：间歇工作，载荷平稳，半开式2.应完成的任务1)系统方案设计（必须有三种传动方案的比较）2)总体计算、材料选择等3)完成计算，传动分配是否合理、蜗杆及齿轮设计、三轴设计、三轴分布关系4)计算机绘制装配图，三视图设计，校核计算65)绘制零件图6)编制说明书二传动装置的总体设计1.传动方案的确定（1）方案一：单级蜗轮蜗杆传动（2）方案二：两级齿轮传动（3）方案三：蜗杆齿轮传动方案比较分析：方案一具有自锁功能，结构紧凑，但效率低。方案二对轴的刚度要求高，沿齿宽载荷分布不均匀，无自锁，虽设有电磁制动器，但非机械自锁，舍弃方案二。方案三结构紧凑，但传动效率不高。方案一与方案三相比传动范围大，且将齿轮放在低速端可承受大载荷，故最终选择方案一。2.电动机的选择设计计算 结果根据工作要求选择 Y 系列三相异步电动机。其为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有国际互换性的特点，用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所，使用于电源电压为 380V、无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。也用于某些需要高起动转矩的机器上，如压缩机。提升机功率：,电动机输出功率：,设一般提升机的提升速度为 0.1m/s,=0.9=1.11KW,：圆柱齿轮效率 0.98（7 级精度）17：联轴器效率 0.992：蜗轮蜗杆传动效率 0.423：滚动轴承效率 0.99（三对）4：卷筒的传动效率 0.965所以 故要求载荷平稳，则根据 Y 系列电动机的数据，选择电动机的额定功率为 3KW，设选用的卷筒直径为 120mm，比较如下：考虑电动机的尺寸及传动装置安装尺寸、重量、价格等，选用型号Y100L2-4 电动机。三传动比选择8总传动比：由机械手册得总传动比的实际值与设计值有的误差，则i=（87.23294.427）取四传动装置运动、动力参数计算将传动装置从高速到低速依次分为电机轴（0 轴）、轴 1、轴 2、轴3、轴 4（卷轴）1. 各轴的转速 2. 各轴的输入功率轴 2：轴 3：轴 4：轴 5：3. 各轴的输入转矩轴 1：轴 2：轴 3 :轴 4：轴 5：4. 各轴的输出功率采用型号Y100L2-4 电动机蜗=60齿=1.569轴 1：轴 2：轴 3：轴 4：轴 5:5. 各轴的输出转矩轴 1：轴 2：轴 3 :轴 4：轴 5：五传动零件设计1.蜗轮蜗杆的设计选择蜗杆输入功率：P=2.97kw, i=60, n=1430r/min(1) 选择蜗轮蜗杆的传动类型根据 GB/T10085-19888 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）(2)选择材料考虑到蜗杆传动功率及速度，故蜗杆采用 45 钢，希望提高其效率及具有较好的耐磨性，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度 4555HRC。蜗轮采用铸锡磷青钢，金属模铸造。为节约贵重有色金属，提高经济性，轮芯采用灰铸铁 HT100 铸造。(3)按齿面接触疲劳强度设计根据蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。10传动中心距：1)确定作用在蜗杆上的转矩 T取 Z1=1，估计效率 n=0.42,则：2)确定载荷系数 K因为要求载荷平稳，故载荷分布不均系数，由课本 11-5 选取使用系数，由于转速不高，冲击不大，取动载系数，则：K=3)确定弹性影响系数：因选用的是铸锡磷青钢蜗轮与钢蜗杆匹配，故.4)确定接触系数:假设蜗杆分度圆直径与传动中心距的比值,从课本图 11-8 中查得.5)确定许用接触应力根据蜗轮采用铸锡磷青钢，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于 45HRC，可以从课本表 11-7 中查得蜗杆的基本许用应力=268MPa.假设工作十年，每年工作 360 天，每天 8h,，应力循环次数 N=60j=60，则 寿命系数 则 6)计算中心距：取 a=160mm,i=60.故从课本 11-2 中取模数 m=4mm,=71mm,则,由课本 11-18 中克查得接触系数，(4)蜗轮蜗杆的主要参数及几何尺寸1）蜗杆参数：,q=17.75,分度导程角，.2）蜗轮参数:，11验算传动比：,传动比误差：，在合理误差范围内，所以是可用的。蜗轮分度圆直径： ,变位系数：蜗轮喉圆直径: 蜗轮齿根圆直径：齿轮咽喉母圆半径：=160-0.5=29mm（5）校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数：根据 ，由课本图 11-19 查得齿形系数螺旋角系数：=1- 又 =由表 11-8 得铸锡磷青钢，金属模铸造的蜗轮的基本许用弯曲应力，则 寿命系数 =0.6616 则 0.6616因此弯曲强度满足。（6）验算效率 =（0.950.96）,根据课本表 11-18，由插值法得 f=0.02157,得，代入式中得 =0.7222，大于原估计值，不用重算。（7）精度等级、公差和表面粗超度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T 10089-1988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 7 级精度，侧隙种类为12f，标准为 8FGB/T10089-1988,然后由有关手册查得手册的公差及表面粗糙度，此处略。2圆柱齿轮的设计选择输入功率 P=1.23kw,n=23.83r/min, i=1.56(1) 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1） 按设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2） 齿轮减速机构为一般工作机构，速度不高，故采用 7 级精度（GB/T10095-88）.3） 材料:由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS,二者材料硬度差为 40HBS.4） 选小齿轮齿数大齿轮齿数为=50 取为.（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即： 1） 确定公式内各计算数值试选载荷系数：； 计算小齿轮传递的转矩：； 由表 10-7 取齿宽系数=1； 由表 10-6 查得材料的弹性影响系数=189.8； 由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限； 由式 10-13 计算应力循环次数：设工作 10 年，每年工作 360 天，每天 8h,，=6060Z1=1，13由图 10-19 取接触疲劳寿命系数：； 计算接触疲劳许用应力：取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式得：588.5MPa2)计算 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的一个计算圆周速度：； 计算齿宽：b=； 计算齿宽与齿高之比：模数：齿高 h=2.25因此 ； 计算载荷系数：，7 级精度，由图 10-8 得动载系数，查得直齿轮：，由表 10-2 得使用系数，由表 10-4 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，由，查图 10-13 得因此 ,动载系数 K=， 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径，由式得：=96.2 计算模数：m=2.13mm。(3)按齿根弯曲疲劳强度计算1)确定公式内各计算数值 由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度； 按图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数；14 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳寿命系数 S=1.4，由式得： 计算载荷系数 K：K=1； 查取齿形系数：由 10-5 得查取应力校正系数：由表 10-5 得； 计算大小齿轮的2)设计计算综上所述：由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度所计算的模数，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，可取由弯曲强度算得的模数并圆整成标准值 m=2.5。（3） 几何尺寸计算 m=2.5,1) 分度圆直径：；2) 中心距：a=0.5(3) 齿轮宽度：b=：。六轴的设计计算1.高速轴的设计计算15P=2.97kw,n=1430r/min,T=19.83N.m。(1)初步计算轴的最小直径材料选用 45 号钢（调质）,硬度 217255HBS。根据课本 15-3，取A=105，则：考虑到轴上有键槽，将最小轴径增加 7%，则。为使高速轴直径与联轴器相适应，同时选择联轴器型号。联轴器的计算转矩，根据计算转矩应小于联轴器公称转矩，查手册选用 TL3 型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为 31.50N.m,半联轴器的孔径=16mm，长度为 L=42mm,与轴配合的毂孔长度为 L1=30mm。(2)高速轴的结构设计将蜗杆安排在箱体一侧，蜗杆由轴肩定位，蜗杆周向用平键进行定位。段：与联轴器相连，最小直径为联轴器的孔径，则，长度为L=42mm,则轴上键槽、键宽、键长为：b，半圆键。段：根据机械手册取定位轴肩高度为 h=6mm,则,考虑到轴承端盖长度以及拆装方便，取 L=36mm。段：此段是与轴承配合的轴段，参考工作要求，初选轴径,轴承承受径向力和轴向力，故选用角接触球轴承，初步选择 0 基本游隙组、标准精度级的一对角接触球轴承 7208C：mm，轴承用轴肩进行定位，初选轴的长度 L=42mm。段：初选轴径为轴段长取决于蜗轮喉圆直径、蜗轮喉圆与内壁距离、蜗杆有效长度、壁厚、凸台高、轴承座长度以及箱体内部不发生干涉,取 L=68mm。段：由前面蜗杆的设计计算可知，蜗杆分度圆直径,齿顶圆直径,蜗轮喉圆直径为 268mm ,求得蜗杆的有效长度,综合考虑使蜗轮与内壁16有一定距离，取 L=100mm，轴径为。段：同样也考虑到轴段长取决于蜗轮喉圆直径、蜗轮喉圆与内壁距离、蜗杆有效长度、壁厚、凸台高、轴承座长度以及箱体内部不发生干涉，取=50mm,L=37mm。段: 此段是与轴承配合的轴段，参考工作要求，初选轴径,轴承承受径向力和较小的轴向力，选用深沟球轴承 6008：mm，则 L=15mm。2.中间轴的设计计算P=1.23kw,n=23.83r/min, T=492.93N.m（1）初步计算轴的最小直径材料选用 45 号钢（调质）,硬度 217255HBS。根据课本 15-3，取A=105，则：考虑到键槽，将直径增大 7%，则（2）中间轴的结构设计段：轴受轴向力与径向力，选用深沟球轴承 6211：mm，故轴径为=55mm,考虑到轴承靠近箱体的端面与内壁的距离，则轴段长为L=22+10+=34mm。段：轴段用来装配蜗轮，取,蜗轮宽度 B=0.75,则L=59.25-=57mm，查课本取键的尺寸为：bmm，平键，键槽深度：t=7mm,毂：。 =16517段：用来定位小齿轮，取=70mm,L=30mm。段：用来装配小齿轮，轴肩高 h=取 h=5mm,则,小齿轮齿宽b=130mm,则取 L=128mm，查课本取键的尺寸为 b，平键。键槽深度：t=7mm,毂：。段：轴段与轴承配合，取,选用深沟球轴承 6211：mm，轴段长 L=33mm。3.低速轴的设计计算P=1.20kw,n=15.28 r/min, T=756.44N.m（1）初步计算轴的最小直径材料选用 45 号钢（调质）,硬度 217255HBS。根据课本 15-3，取A=105，则：考虑到键槽，将直径增大 7%，则（2）低速轴的结构设计段：与轴承配合，选择深沟球轴承 6211：mm，则轴径,初选轴段长 L=33mm。段：制成一段光轴以满足箱体装配的要求，初选轴径 L=80mm。段：-间非定位轴肩，令,L=10mm。段：用来装配大齿轮，选大齿轮齿宽 b=125mm.取 L=123mm，选用 b 的平键。L=42mmL=36mmL=42mm18段：L=16mm。段:轴段与轴承配合，选用深沟球轴承 6211：mm，取 L=21mm。段：-间为非定位轴肩，令。段：用来装配联轴器，查表得查手册选用 LX3 型弹性柱销联轴器：型号 额定转矩N.m许用转速r/min轴孔直径mm轴孔长度mmLLX3 1250 4700 40、42、45、4882 60则,L=82mm,选择键的尺寸为：b，半圆键。七轴的校核1.高速轴的校核：蜗杆右旋L=68mmL=100mm=50mmL=37mmL=15mm=55mm19=0.5(42+42)=36=7=0.5(42+100)+68=139=0.5(100+15)+37=94.5求得:L=34mm,L=67mm=70mmL=30mmL=128mmL=33mm20T=受力图、弯矩图如图所示。按弯矩合成应力校核轴的强度，易得 C 截面为危险截面，查表得,则：M=97.74N.m满足强度，高速轴设计合理。2中间轴的校核L=33mmL=80mmL=10mmL=123mmL=16mmL=21mmL=82mm21求得：22T=受力图、弯矩图如图所示。在截面 B 处：在截面 C 处：按弯矩合成应力校核轴的强度，易得 B 截面为危险截面，查表得,则：则 满足强度，中间轴设计合理。3.低速轴的校核满足强度2324求得：25M=受力图、弯矩图如图所示。按弯矩合成应力校核轴的强度，易得 B 截面为危险截面，查表得,则：则 满足强度，低速轴设计合理。八键的校核键的材料均采用 45 钢，查得键的许用挤压应力为1.高速轴上键的校核蜗杆轴上与联轴器配合的键：b，轴径为 d=16mm,T=19.83N.m, :安全。2.中间轴上键的校核（1）装配蜗轮的键：,d=65mm,T=492.93N.m,.安全。（2）装配小齿轮的键：b，d=60mm,T=492.93N.m,:安全。3.低速轴上键的校核(1)装配大齿轮的键：b，d=65mm,T=750N.m,a:满足强度26安全。（2）与联轴器配合的键：b，d=45mm,T=750N.m,a:安全。九轴承的校核1.高速轴上的轴承的选择和寿命计算（1）轴承的选择采用深沟球轴承以及一对角接触球轴承，根据轴直径 d=16mm,选择角接触球轴承 7208C：mm，基本额定静载荷，基本额定动载荷，极限转速 8000r/min.根据主要参数根据轴直径 d=40mm，选择深沟球轴承的型号为6008，主要参数如下：mm，基本额定动载荷，极限转速。（2）寿命计算因蜗杆轴所受的轴向力向左，所以只有最左边的角接触球轴承受轴向力，。该轴承所受的径向力约为，对于 70000C 型轴承，按表 13-7 轴承派生轴向力 ，其中 为表 13-5 中的判断系数，其值由 的大drFe 0aFC小来确定， 查表 13-5 得角接触球轴承判断系数 e=0.0.44,Y=1.14/1.4arFe所以深沟球轴承所受的径向力约为27当量动载荷所以 ，应用 核算轴承的寿命12P1因为是球轴承，所以取指数 3减速器设计寿命所以 hL满足寿命要求。2中间轴上轴承的选择计算（1）轴承的选择选择使用深沟球轴承，根据轴直径 d=55mm，选用深沟球轴承6211：mm.主要参数如下： 基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速 6000r/min （2）寿命计算对于深沟球轴承，按表 1 轴承派生轴向力 ，其中drFe为表 13-5 中的判断系数，其值由 的大小来确定。e 0aC,=5210.08N则 =0.033,插值法得 e=0.23128,因此 即因此 ,X=0.56,Y= 1.89 得 =5192.32N,则用因为是球轴承，所以取指数 3hL满足寿命要求。3.低速轴上轴承的选择计算（1）轴承的选择选择使用深沟球轴承，根据轴直径 d=55mm，选用深沟球轴承6211：mm.主要参数如下： 基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速 6000r/min （2）寿命计算对于深沟球轴承，按表 1 轴承派生轴向力 ，其中drFe满足强度安全29为表 13-5 中的判断系数，其值由 的大小来确定. ,N。e 0aFC=2126.62N,则用因为是球轴承，所以取指数 3因此 满足条件。十润滑和密封说明1.润滑说明因为是蜗杆下置式减速器，且其传动的圆周速度 ，故12/vms蜗杆采用浸油润滑，取浸油深度 h=12mm；润滑油使用 50 号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速 v1.213.4齿轮端面与内机壁的距离 9轴承旁连接螺栓距离S S 150油面高度 齿轮浸入油中至少一个齿高，且不得小于 10mm，这样确58轴承座的外径 2D轴承孔的直径 100 hL满足寿命要求X=0.56,Y= 1.8932定最低油面。考虑油的损耗，中小型减速器至少还有高出510mm 。连接螺栓扳手空间 、和沉头孔直径：螺栓直径 M10 M16 M2016 22 2614 20 24沉头孔直径 24 32 40十三.设计总结早在大一的时候我就看着学长每天也是这么忙的在做课程设计，当时我就很不理解，我们专业有这么忙吗？现在我才知道了，原来我们专业是很有意思，能够让人学到很多知识。转眼间，我就大三了，拿到任务书时我是非常的兴奋，当时心里就想一定要把课程设计做好。机械设计课程设计主要分为四个阶段。第一阶段，设计计算阶段。在这一阶段中在老师的开题的一趟课中，我明白了我们本课程设计要设计什么，那一阶段该干些什么。在设计计算阶段中，我遇到了最大的一个问题就是齿轮的分度圆尺寸设计额不合理。在这问题直接导致了我设计的箱体内部零件发生干涉，我只好重新设计圆柱齿轮，并重新校核轴和其他零件。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。在这一阶段我们主要要根据我们之前的计算实现在图纸上，要确定箱体的大小，以及各个零件该安装在箱体的那个位置上。在老师的帮助下，我也参考了书籍资料，最终历经好几个不眠夜把草图绘制出来了。第三阶段，用 CAD 绘制装配图和零件图。由于前两个阶段我做的比较仔细所以各个零件的尺寸我很快的就绘制了出来，但是由于工程hL满足寿命要求hL33制图的很多相关知识的遗忘，在绘制标准件和减速器附件时不是很顺利，要不停的去看书和查尺寸。但是经过我废寝忘食的绘制，最后这个难关也被我攻克了。第四阶段，减速器设计说明书的书写。在这一阶段中，由于个零件图和装配图，与我最初的设计计算有一些出入，所以很多数据又进行了再计算。但是当我把说明书在 word 中体现出来后，文章的排版是一个很繁琐而又复杂的难题，按照老师的版面要求，最后把说明书排成了老师要