机械设计课程设计说明书(一级蜗轮蜗杆卷扬机).doc

机械设计课程设计计算说明书题 目 设计电动机卷扬机传动装置 专业班级 机械设计制造及其自动化10级3班学 号 08102100321 学生姓名 谈华磊 指导教师 焦艳梅 西 安 文 理 学 院2012年12月31日目录第1章 传动装置的总体设计11.1 电动机的选择11.2选择传动比21.3各轴的参数2第2章 蜗轮蜗杆的选择52.1选择蜗轮蜗杆的传动类型52.2选择材料52.3按齿面接触疲劳强度计算进行设计52.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸62.5校核齿根弯曲疲劳强度72.6精度等级公差和表面粗糙度的确定8第3章 圆柱齿轮的设计93.1材料选择93.2按齿面接触强度计算设计93.3按齿根弯曲强度计算设计113.4几何尺寸计算12第4章 轴的设计计算134.1按扭矩初算轴径134.2蜗杆轴的结构设计134.3输出轴的设计计算154.4轴的结构设计16第5章 滚动轴承的选择及校核计算195.1计算输入轴轴承195.2计算输出轴轴承19第6章 键连接的选择及校核计算216.1输入轴与电动机轴采用平键连接216.2输出轴与联轴器连接采用平键连接216.3输出轴与蜗轮连接用平键连接21第7章 箱体结构的设计22第8章 润滑和密封说明238.1润滑说明238.2密封说明23第9章 拆装和调整的说明24第10章 减速箱体的附件说明25设计小结28参考文献30西安文理学院2010级机械设计制造及其自动化专业 机械设计课程任务书学生姓名 谈华磊 专业班级10级机械3班学号08102100321指导老师 焦艳梅 职称 助教 教研室 机械教研室题目 设计电动卷扬机传动装置传动系统图:原始数据：纲绳拉力纲绳速度卷筒直径1410400工作条件：间歇工作，每班工作时间不超过15%，每次工作时间不超过10min,满载启动，工作中有中等振动，两班制工作，小批量生产，绳索允许速率误差5%，设计寿命10年。要求完成：1.部件装配图1张（A2）2.零件工作图3张。3.设计说明书1份，6000-8000字。开始日期 2012年12月12日 完成日期 2013年1月6日 西安文理学院2010级机械设计制造及其自动化专业 机械设计课程设计第1章 传动装置的总体设计1.1电动机的选择工作机所需输入功率所需电动机的输出功率传递装置总效率=0.61式中：刚性联轴器的传动效率0.99：蜗杆的传动效率0.70：每一对轴承的传动效率0.98：开式齿轮的传动效率0.97：弹性联轴器的传动效率0.99所以 =0.99*0.98*0.70*0.97*0.99*0.98=0.61P=2.410.61=3.92kw故选电动机的额定功率为5kw,依据工作条件选择YZR132M-2, 额定功率5kw，转速875 1.2选择传动比总传动比 减速装置的传动比分配 初选蜗轮的传动比为30,则小齿轮传动比3.664 .1.3各轴的参数将传动装置各轴从高速到低速依次定为I轴 II轴 III轴 IV轴 ： 依次为电动机与I轴 I轴与II轴 II轴与III轴 III轴与V轴的传动效率 则：各轴的转速: 各轴的输入功率: 轴 轴 轴 轴 各轴的输出功率:轴 轴 轴 轴 各轴的输入转矩:电动机 轴 轴 轴 轴 各轴的输出转矩:轴 轴 轴 轴 各轴的运动参数表表3.1各轴的运动参数轴号输入功率输出功率输入转矩(Nm)输出转矩(Nm)转速(r/min)传动i效率电机轴3.9242.7887510.981轴3.883.8042.3541.50875300.692轴2.662.61870.86853.4429.1710.973轴2.582.53844.67827.7829.173.6640.95卷轴2.452.403042.582981.737.96第2章 蜗轮蜗杆的选择 2.1选择蜗轮蜗杆的传动类型根据GB/T100851998 选择ZI2.2选择材料蜗杆选45钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC.蜗轮用ZCuSn10P1,金属模制造。2.3按齿面接触疲劳强度计算进行设计根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计算进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由式（11-12）， 传动中心距 (1)由前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2=870.86按Z=1,估取(2)确定载荷系数K因工作比较稳定，取载荷分布不均系数；由表11-5选取使用系数；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系；则 (3)确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有(4)确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径d1和中心距a的比值，从图11-18中可查到(5)确定许用接触应力根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度45HRC，可从11-7中查蜗轮的基本许用应力应力循环次数 寿命系数则 (6)计算中心距: 取a=160mm,由 i=30，则从表11-2中查取 模数m=8蜗杆分度圆直径从图中11-18中可查，由于，即以上算法有效。2.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (1)蜗杆轴向尺距Pa=25.133 mm直径系数q= =10齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚(2)蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数验算传动比i=31/30=1.3在误差允许值内蜗轮分度圆直径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径2.5校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据 从图11-9中可查得齿形系数Y=3.26螺旋角系数 许用弯曲应力从表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56MPa寿命系数 验算效率: 已知；与相对滑动速度有关。 从表11-8中用差值法查得： 代入式中，得大于原估计值。因此不用重算。2.6精度等级公差和表面粗糙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/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册的要求的公差项目及表面粗糙度。第3章 圆柱齿轮的设计 P=2.58KW i=3.664 3.1材料选择(1)大、小齿轮的材料均为40，表面硬度为4855HRC(2)精度等级选8级精度。(3)选小齿轮齿数，大齿轮齿数 取3.2按齿面接触强度计算设计确定各计算值按式（10-21）试算，即 （1）试选计算小齿轮传递的扭矩T=844.67因大小齿轮均为硬齿面，故宜选用较小的齿宽系数。由表10-7选取齿宽系数（2）由表10-6查得材料的弹性影响系数由图10-21e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（3）由式10-13计算应力系数（4）由图10-19取接触疲劳寿命系数（5）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数，由式10-12，得计算 (1)试算小齿轮的分度圆的直径代入中较小值(2)计算圆周速度 (3)计算齿宽 齿宽与齿高之比 (4)计算载荷系数 已知使用系数，根据速度，8级精度，由图10-8查得动载系数，再由表10-4查得，查图10-13得， 由表10-3查得，故载荷系数， (5)按实际的载荷系数校正算的分度圆直径，有式（10-10）得(7)计算摸数3.3按齿根弯曲强度计算设计由式（10-5）得弯曲强度计算设计(1)公式内容的各计算值1)由图10-20查得齿轮的弯曲疲劳强2)10-18取弯曲疲劳寿命系数3)计算弯曲疲劳许应力 取弯曲疲劳安全系数由式（10-12）得 4)计算载荷系数 5)查取齿形系数 由表10-5查得 8)计算大小齿轮的并加以比较 小齿轮的值大(2)设计计算 对比计算结果，取，于是有 取 取3.4几何尺寸计算 (1)计算中心距 (2)计算大小齿轮的分度圆直径 (3)计算齿轮宽度 取，第4章 轴的设计计算蜗杆上的功率P 转速N和转矩分T别如下：P= 3.88kw N=875r/min T=42.35N.m4.1按扭矩初算轴径选用45钢调质，硬度为根据教材式，并查教材表15-3，取考虑到有键槽，将直径增大7%，则：因此选4.2蜗杆轴的结构设计（1）蜗杆上零件的定位，固定和装配一级蜗杆减速器可将蜗轮安排在箱体中间，两队轴承对成分布，蜗杆由轴肩定位，蜗杆周向用平键连接和定位。端：轴的最小直径为安装联轴器处的直径，故同时选用联轴器的转矩计算，查教材14-1，考虑到转矩变化很小，故取按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件和考虑到蜗杆与电动机连接处电动机输出轴的直径查机械手册表13-10选用HL6型号弹性柱销联轴器表4.1联轴器型号公称转距许用转速轴的直径（mm）D(mm)630 50006082 30160 195 第一段：根据计算结果和联轴器的选择取d1=30，L1由联轴器决定，所以L1=60第二段：取d2=36，根据拆装的方便，取L2=40第三段和第九段：d3、d9和轴承内径配合，取d3=d9=40，L3、L9由轴承宽决定，L3=L9=18第四段和第八段：d4、d8由轴承安装尺寸确定，取d4=d8=47，L4=L8=10第五段第七段：d5、d7略小于蜗杆齿根圆直径，取d5=d7=56，L5=L7=40第六段：d6由蜗杆决定，d6=96，取L6=100 校核：图4.1受力分析图可以看出截面c是轴的危险截面表4.2轴上的载荷载荷HV支反力N529.5529.512781278弯矩Mn*mm59304143306总弯矩M扭矩T=42350，故安全4.3输出轴的设计计算 (1)初步确定轴径的最小直径选用钢，硬度根具教材公式式，并查教材表15-3，取考虑到键槽，将直径增大5%，则；所以，选用4.4轴的结构设计 （1）轴上的零件定位，固定和装配 蜗轮蜗杆单级减速装置中，可将蜗轮安装在箱体中央，相对两轴承对称分布，蜗轮左面用轴肩定位，右端面用轴端盖定位，轴向采用键和过度配合，两轴承分别以轴承肩和轴端盖定位，周向定位则采用过度配合或过盈配合，轴呈阶梯状，左轴承从左面装入，右轴承从右面装入。 （2）确定轴的各段直径和长度轴的最小直径为安装联轴器处的直径，由输出端开始往里设计。查机械设计手册选用GL型滚子链联轴器。表4.3联轴器型号公称转矩许用转速（r/min）L1L轴孔直径(mm)GL763025008411260第一段：根据计算结果和联轴器的选择取d1=60，L1由联轴器决定，所以L1=84第二段：取d2=65，根据轴承和端盖尺寸以及拆装的方便，取L2=85第三段：d3与蜗轮配合，取d3=68，因为蜗轮齿宽为100，所以取L3=98第四段：d4由滚子轴承安装尺寸决定，所选轴承为30213，所以d4=74，取L4=10第五段：d5由轴承决定，d5=74，L5=23（3）轴上零件的周向定位 蜗轮、半联轴器与轴的定位均采用平键连接。按 由教材表6-1查毒平键截面，键槽用铣刀加工，长为80mm，同时为了保证齿轮与轴配合由良好的对称，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样半联轴器与2轴的连接，选用平键分别为为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承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）参考教材表15-2，取轴端倒角为圆角和倒角尺寸，个轴肩的圆角半径为12（5）求轴上的载荷 校核：图4.2受力分析图可以看出截面c是轴的危险截面表4.4轴上的载荷载荷HV支反力N529.5529.512781278弯矩Mn*mm31770 76680总弯矩M扭矩T=870860第5章 滚动轴承的选择及校核计算 根据条件，轴承预计寿命：83002=7200小时5.1计算输入轴轴承（1）已知n=875r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=1278N根据轴的直径45mm初选两轴承为圆锥滚子轴承根据教材P322表13-7得轴承内部轴向力FS=0.68FR 则FS1=FS2=0.68FR1=869N（2）FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1=FS1=869N FA2=FS2=869N（3）求系数x、yFA1/FR1=869N/1278N=0.678FA2/FR2=869N/1278N=0.678根据教材P321表13-5得e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR27200h预期寿命足够5.2计算输出轴轴承（1）已知n=29.17r/min Fa=0 FR=FAZ=1278N选圆锥滚子轴承30213型根据教材P322表13-7得FS=0.68FR，则FS1=FS2=0.68FR=0.681278=869N（2）计算轴向载荷FA1、FA2FS1+Fa=FS2 Fa=0任意用一端为压紧端，1为压紧端，2为放松端两轴承轴向载荷：FA1=FA2=FS1=869N（3）求系数x、yFA1/FR1=869/1278=0.679FA2/FR2=0.679根据教材P321表11-8得：e=0.68FA1/FR1e x1=1 y1=0FA2/FR248720h此轴承合格第6章 键连接的选择及校核计算6.1输入轴与电动机轴采用平键连接轴径d1=30mm，L1=60mm查手册P51 选用A型平键，得：b=8 h=7 L=50即：键850GB/T1096-2003 =37.3876Nm 根据教材P106式6-1得12.83 Mpap(120Mpa)6.2输出轴与联轴器连接采用平键连接轴径d1=600mm L1=84mm 查手册P51 选A型平键，得：b=18 h=11 L=80.5即：键1811 GB/T1096-2003L=80mm h=11mmp=4T/dhl=4870860/（601180）=65.97Mpap(120Mpa)6.3输出轴与蜗轮连接用平键连接轴径d=68mm L=98mm T=870.86N.m查表4-1 选用A型平键，得：b=20 h=12 L=90 k=7即：键2012GB/T1096-2003b= 20mm h=12mm根据教材P106（6-1）式得p=4T/dhl=4870860/（681290）=47.43Mpa11箱盖、箱座肋厚8.5轴承端盖外径+（55.5）160/120设计小结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。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。第三阶段，减速器装配图CAD制图阶段。第四阶段，说明书编写阶段。在这个课程设计中，它把我以前所学的独立课程（如：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械制造基础、工程材料与成型技术基础、互换性与测量技术、机械设计）有机结合了起来。在这过程中我充分的体会到了，这些学科即使相对独立又是密不可分的。在这个繁琐又复杂的设计中，我体会到了我们专业需要我们严谨的思维、精确的计算、刻苦的精神。1机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融多门专业学科于一体，使我们能把所学的各科的知识融会贯通，更加熟悉机械类知识的实际应用。2这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作