卷扬机机械设计

1、目 录第一章、机械设计课程设计任务书2第二章、电动机的选择4第三章、分配传动比6第四章、齿轮设计9 (一) 高速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算8（二）低速级直齿园柱齿轮传动的设计计算12（三）开式齿轮17第五章、减速器轴设计、滚动轴承选择、 键连接和联轴器选择18 5.1、轴的设计18 5.2、滚动轴承的选择及计算25 5.3、键连接的选择及校核计算28第六章、附件设计 29第七章、设计小结 31第八章、参考资料 33 第一章 机械设计课程设计任务书题目：卷扬机的传动装置的展开式二级圆柱齿轮减速器1.1、图1-1传动装置简图如下所示。（1）卷扬机数据卷扬机绳牵引力F(N)、绳牵引速度v(m/s)

2、及卷筒直径D(mm)见附表。（2）工作条件用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，三班制工作，工作平稳。（3） 使用期限工作期限为十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小时，检修期间隔为三年。（4） 产批量及加工条件 小批量生产，无铸钢设备。1.2、设计任务1）确定传动方案；2）选择电动机型号；3）设计传动装置；4）选择联轴器。1.3、具体作业1）减速器装配图一张；2）零件工作图二张（大齿轮，输出轴）；3）设计说明书一份。1.4、数据表1-1数据编号12345牵引力F/N12121087牵引速度v/(m/s)0.30.40.50.50.6卷筒直径D/mm500470450430460

3、第二章 电动机的选择2.1、选择电动机类型按照工作要求选用Y系列全封闭式笼型三相异步电动机，电压380V。2.2、选择电动机容量计算各轴运动及动力参数时，将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定为O轴（电动机轴），1轴，2轴，相邻两轴间的传动比表示为,，相邻两轴间的传动效率为，各轴的输入功率为，P1，P2，P3, ，各轴的转速为,各轴的输入转矩为，。电动机的输出功率、转速的转矩分别为，传动装置中各轴的输入功率、转速和转矩分别为电动机所需工作效率为 （Pw为工作机所需功率（kw）,为传动装置各部分效率连乘积）。工作机所需效率为 传动装置的总效率为 确定各部分效率：V带传动效率， 滚动轴承效率

4、（一对），闭式齿轮传动效率 ,，联轴器效率 , 传动滚筒效率,代入得： 所需电动机功率为 因载荷平稳，电动机额定动率略大于即可。查表得Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为。2.3、确定电动机转速滚筒轴工作速度 二级圆住齿轮减速器为，则总传动比范围为。故电动机转速可选范围为。符合这一范围的同步转速有750、1000、1500和3000。现以同步转速1500和1000二种方案进行比较。对应额定功率为7.5的电动机型号分别为Y132M4和Y160M6型。表2-1两电动机有关技术参数及总传动比方 案电动机型号额定功率/同步转速/满载转速/电动机质量/传动比/Y132M47.51500/14008

5、153.99Y160M67.51000/97011936.37由比较得知：方案、电动机重量轻，转速高，但其传动比太大，传动装置外廓尺寸太大，制造成本高，结构不紧凑，故不可取。 方案、电动机转速适中，传动比较小，易实现。故选方案，即选定电动机型号Y160M6。Y160M6型三相异步电动机的额定动率7.5，满载转速1000，电动机中心高为160，中机座，级数为6。轴伸出部分用于装联轴器，轴段直径和长度分别为D=42，E=110。第三章 分配传动比3.1、总传动比：3.2、分配传动装置各级传动比由传动系统方案可知开式圆柱齿轮传动的传动比由计算得两级圆柱齿轮减速器的总传动比为为了便于两级圆柱齿轮减速器

6、采用浸油润滑，当两级齿轮的配对材料相同，齿面硬度，齿面宽系数相等时，考虑齿面接触强度接近相等条件。取高速级传动比取低速级传动比传动系统的各部分传动比分别为 。3.3、 动系统的运动和动力参数计算传动系统各轴的转速、功率和转矩的计算如下：O轴（电动机轴） 1轴（减速器高速轴）2轴（减速器中间轴） 3轴4轴3.4、图3-1由计算所得的传动装置简图如下 轴号功率转矩转速()传动比传动效率 电动机 0轴 4.94 49.14 960 - - 1轴 4.76 142.06 320 3 0.96 2轴 4.57 639.37 68.264.688 0.96 3轴 4.39 2020 20.75 3.29

7、0.96 4轴 4.30 1979 20.75 1 0.96第四章 齿轮设计（一） 高速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算4.11、选精度等级、材料及齿数 1）材料及热处理 按方案选用直齿圆柱齿轮传动 2）卷扬机为一般工作机器，速度不高。故选用7级精度（GB/1009588）。 3）材料选择：参考资料得小齿轮选用45钢，调质。大齿轮选用45钢，正火 。 4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。 5）选取螺旋角：初选螺旋角。4.12、按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）进行计算，即1) 确定公式内各计算数值（1） 试选载荷系数。（2） 计算小齿轮传动的转矩（3） 由表107选取齿宽系数。（4） 由表

8、106查得材料的弹性影响系数。（5） 由图1021d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。（6） 由式计算应力循环次数（7）由表1019查得接触疲劳寿命系数：。（8）计算接触疲劳许用应力 取失效概率1%，安全系数，由式得4.13、计算（1） 试计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b（4）计算齿轮与齿高之比模数 齿高 （5）计算载荷系数根据，7级精度，查图108得动载荷系数：直齿轮，假设。由表103查得由表102查得使用系数，由表104查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，将数据代入得由，查图1013得：故载荷系数（6）按实

9、际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式得（7）计算模数4.14、按齿根弯曲强度设计 由式（105）得弯曲强度公式为 1） 确定公式内的各计算数值（1） 由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳极限：大齿轮的弯曲疲劳强度极限（2）由图1018查得弯曲疲劳寿命系数：（3）计算弯曲疲劳强度许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式得 （4）计算载荷系数 （5）查取齿型系数 由表105可查得。（6）查取应力校正系数 由表105可查得。（7）计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。2） 设计计算对比计算结果，由齿面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。由于齿根模数m的大小主要取决于弯曲强度所决

10、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（即模数与齿数的乘积）有关。可取由弯曲强度算得的模数1.79并就近圆整为标准，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 ，取。 大齿轮齿数 ，取4.15、几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 计算中心距（二）低速级直齿园柱齿轮传动的设计计算4.21、（1）低级选用直齿园柱齿轮传动（2）卷扬机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。（3）材料选择：小齿轮选用45钢，调质,大齿轮选用45钢，正火。（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取。4.22、按齿面接触强度计算（设计）由设计计算公式（109a）进行计算，得1）确定公

11、式内各计算数据（1） 试选载荷系数。（2） 计算小齿轮传动的转矩 （3） 由表107选取齿面系数。（4） 由表106查得材料的弹性影响系数（5） 由图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限（6） 由式1013计算应力循环次数 （7） 由图1019查得接触疲劳寿命系数（8） 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数，由式得2）计算（1） 试计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b （4）计算齿宽与齿高之比 模数： 齿高： （5）计算载荷系数根据，7级精度，由图108查得动载荷系数，直齿轮，假设，由表103查得由表102查得使用系数由表104查

12、得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时由，查图1013得。故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径。由式得（7）计算模数4.23、按齿个根弯曲强度的设计由式（105）得弯曲强度的计算公式1） 确定公式中的各计算数值（1）由图1020c小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。（2）查得弯曲疲劳寿命系数。（3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由式D得 （4）计算载荷系数k（5）查取齿型系数由表105可查得，（6）查取应力校正系数 由表105可查得，（7）计算大小齿轮的，并加以比较大齿轮的数值大。2） 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲

13、疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数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，仅取决于齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。可取由弯曲强度算得的模数，并就近圆整为标准值。按接触强度算得分度圆的直径，算出小齿轮齿数，取大齿轮的齿数：，取。4.24、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：取。4.25、验算（合适）4.26、设计计算结果齿数： 分度圆直径：齿顶圆直径： 齿根圆直径：齿宽：（三）开式齿轮4.31、齿轮精度等级：7级。4.32、材料及热处理：小齿轮 45钢，调质 大齿轮 45钢，正火第五章、减速器轴的设计，滚动轴承的选择，键

14、的连接和联轴器的选择实现了卷扬机传动系统运动及动力参数的计算和减速器两级齿轮传动的设计计算后，接下来可进行减速器轴的设计，滚动轴承的选择，键的联接和联轴器的选择。5.1、 轴的设计1）绘制轴的布置简图5-1和初定跨距：简图5-1轴的布置如图（）所示：考虑相邻齿轮沿轴向不发生干涉，计算尺寸。考虑齿轮与箱体内壁沿轴向不发生干涉，计算尺寸。为保证滚动轴承放入箱体轴承座孔内，计入尺寸。初取轴承宽度分别为。3根轴的支承跨距分别为：2）高速轴的设计（1）求输出轴上功率，转速和转矩取每级齿轮的传动效率为，则 （2）初步确定轴的最小直径选公式初步估计轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理根据表153取，

15、于是得 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴是直径（如图所示），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，查表141，考虑到转矩变化很小，故取，则按照计算转矩应小于联轴器工程直径的条件，查标准GB/T50141985或手册，选用型弹性柱销联轴器，其工程转矩为，半联轴器的孔径mm.故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。（3）轴的结构设计1拟订轴上零件的装配方案，先选用图1522a所示的装配方案：2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。A、为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端制出一轴肩，故取段的直径， ；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取

16、挡圈直径，半联轴器与轴配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面处，故段的长度应比略短一些，现取。B、初步选择滚动轴承,因为轴承同时受到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,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组.标准精度的单列圆锥滚子轴承30313,其尺寸.故;而。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由于手册上查得30313型轴承的定位轴肩高度,因此,取。C、取按装齿轮处的轴段-的直径;齿轮的左端和左轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,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.齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处

17、的直径.轴环宽度,取。D、轴承端盖的总宽度为（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油脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离（参看图1521），故取。E、取齿轮距箱体内壁之间距离，两圆柱齿轮之间的距离（参看图1521）。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁一定距离，取，（参看图1521），已知滚动轴承宽度，大锥齿轮轮毂齿则：至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。3轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的轴向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面（GB/T10961979），键槽用键槽铣刀加工，长为（标准键长见GB/T10961

18、979），同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的轴向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见具体图形标注。（4） 求轴上的载荷(力、扭矩、弯矩)首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，在确定轴承支点的位置时，应以手册中查取a值，对于30313圆锥滚子轴承，由手册中查得。由此，作为简支梁的轴的支承跨距。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图（如上图）。从轴上的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面具体

19、数据表5-1：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T1高速轴（1轴）的载荷，图5-2：图5-2： 图5-22中间轴（2轴）的载荷计算，图5-3：图5-33低速轴（3）的校荷，图5-4： 图5-4（5）按弯矩合成应力校荷轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据上表及公式得，并取，轴的计算应力根据材料为45钢，调质处理，查表151得。因此，故安全。5.2、滚动轴承的选择及计算I轴：轴承受到的径向载荷1）径向力2）派生力，3）轴向力由于，所以轴向力为，4）当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5）寿命的校核II轴：轴承3

20、0307的校核1）径向力2）派生力，3）轴向力由于，所以轴向力为，4）当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5）轴承寿命的校核III轴：轴承32214的校核1）径向力2）派生力，3）轴向力由于，所以轴向力为，4）当量载荷由于，所以，。由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为5）轴承寿命的校核5.3、表5-2：键连接的选择及校核计算代号直径（mm）工作长度（mm）工作高度（mm）转矩（Nm）极限应力（MPa）高速轴（单头）25353.539.826.0（单头）4068439.87.32中间轴（单头）4058419141.2低速轴（单头）75606925.268.5

21、（单头）601075.5925.252.4由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全。第六章 整体设计6.1、箱体减速器箱体是支承轴系部件，保证传动零件正确啮合，良好润滑和密封的基础零件，应具有足够的强度和刚度。箱体结构复杂，多用灰铸铁铸造。首先，为保证减速器支承刚度，箱体轴承座应有足够厚度，并设置加强肋。轴承旁联接螺栓凸台有利于提高轴承座孔的联接刚度，凸台高度由联接螺栓的扳手空间决定。箱座与箱盖联接凸缘要有一定厚度，以保证箱座与箱盖联接刚度，箱体剖分面要加工平整。箱体内的浸油高度为圆锥齿轮（0.51）个齿宽高，为保证润滑及散热，减速器内应有足够的油量，但不能超过锥齿齿宽

22、中点分度圆半径的1/3。6.2、轴承盖轴承盖用来密封、轴向固定轴承、支撑轴向载荷和调整轴承间隙。由设计要求选用凸缘式轴承盖，铸钢铸造。6.3、轴承密封对有轴穿出的轴承盖轴承盖孔与周之间应有密封件，以防止润滑剂外漏及外界灰尘、水分渗入，保证轴承的正常工作。所选轴承再已知工作条件下均采用脂润滑，故选用J形油封，为更好的固定油封在油封外加一密封盖。6.4、观察孔减速器安装完毕以后，为检查箱体内传动零件的啮合与润滑情况和向箱体内加入润滑油，须在传动件上方设置观察孔。在允许条件下，观察孔应设计的大些。6.5、通气器通气器安装在观察孔盖上。采用带有过滤网的通气器，以避免箱体外灰尘、杂物吸入箱内影响润滑。6

23、.6、油标（油面指示器）选用压配式圆形油标，油位线为油标的中心线。6.7、起吊装置 为方便拆卸，箱体一定要有起吊装置。本设计在机盖上设计有吊机盖，吊起整机时用机座上的吊钩，且选用在箱体表面直接铸造的方法。6.8、螺塞和封油圈的设计箱体壁厚为10mm,故选择外六角螺塞。第七章 设计小结通过三周的时间，终于完成了本次课程设计，时间很紧，同时感触也很深刻。又一次深刻体会到看起来容易做起来难的道理。也对从书本所学的知识加以、巩固。并发现本专业有着如此深刻的意义。也才发现仅局限于书本的知识是远远不够的，现代的人才是全面的人才，仅仅局限于课本的知识以远不能满足社会的发展，所以很高兴学院能为我们开设许多旨在

24、培养我们动手能力和实际运用能力的课程，看似短的三周时间却很艰辛，在这期间，我受益非浅，自己查找书籍资料的能力有所增强，独立思考的能力也得到了提高，尤其对计算机辅助设计（CAD）,三维设计（soliage）的强大功能有了更深刻地了解，虽然在大一的时候我们也学习了计算机辅助设计（CAD）的部分知识,但与实践还相差很远，不能灵活运用，熟练掌握，在频频使用后，相信已我们每一个人打下了牢固的基础，通过使用CAD大大方便了设计。同时，增加了我对机械这个行业的兴趣，发现我们所学的种种理论，种种技术可以融入到社会和生活的每一个角落。第一次做一项完整的设计，在设计过程中遇到了很多困难与问题。因此我们也学会了如何去查出问题并解决问题，在设计中，通过查阅大量的相关书籍，我们对各种机械零件都有了更进一步的认识和了解。通过这次课程设计，我们进行了深入的研究和学习，学到了不少新的知识。课程设计不象其它课程，它是很具体的一项课程，所以收获也不仅是一些新的知识。 经过一定时间的努力，我们最终完成了这次机械设计课程设计的设计任务，从电动机型号选择，减速器设计到联轴器的选择，减