机构二级传动设计

1、项目：二级传动设计系部：机电工程系班级：11级机电4班学号：20110103159姓名：黄建军指导老师：刘光浩目录 一 设计卷扬机传动装置3二 设计传动装置中带传动8三 设计减速箱的齿轮10四 轴的结构设计15五 计算轴承的寿命23六 附图24机构设计任务2一、 设计卷扬机传动装置。由已知条件可得：(1)、确定工作机需要的功率Pw和卷扬机的转速Nw P=FV1000nw=4.2kwn=601000VD=24.92rmin(2)、初定电动机的类型和转速初估系统的总效率为0.80.9，需要电动机的功率为P=P/n=4.675025kw 根据PP,则可以选用的电动机有Y-132M2-6、Y-132S

2、-4、Y132S1-2，以这三种方案做一个比较表，综合考虑传动装置的传动比、重量、价格三方面的因素，拟选用电动机的型号为：方案电动机型号额定功率/kw满载转速总传动比1Y-132M2-65.5 kw960r/min38.462Y-132S-45.5 kw1440r/min57.783Y132S1-25.5 kw2900r/min116.37(3)功能分析总传动比i=n/n=38.46根据总传动比的大小，可采取二级减速传动。每一级传动又有很多种传动方案：各种传动的方案子功能局部方案摩擦传动闭式啮合传动123456第一级传动V带传动直齿传动斜齿传动人字齿传动锥齿传动蜗杆传动第二级传动直齿传动斜齿传

3、动人字齿传动链传动从可行方案中初选四个较佳的方案，传动示意图如附件1所示：方案一：A1+B2方案二：A3+B4方案三：A4+B5方案四：A5+B3由四种传动方案的简图可知，完成同一个任务的机器，改变减速传动装置，其设计方案可有多种形式，若改变机器的工作原理，则设计方案还会更多。分析上述四种传动方案。方案四：传动效率高，结构紧凑，使用寿命长。当要求大启动力矩时，制造成本较高。方案三：能满足传动比要求，但要求大启动力矩时，链传动的抗冲击性能差，噪音大，链磨损快寿命短，不易采用。方案二：传动效率高，使用寿命长，但要求大启动力矩时，启动冲击大，使用维护较方便。方案一：采用V带传动与齿轮传动的组合，即可

4、满足传动比要求，同时由于带传动具有良好的缓冲，吸振性能，可适当启动转矩工况要求，结构简单，成本低，使用维护方便。缺点是传动尺寸较大，V带使用寿命较短。综合分析比较，选用方案一。（4）确定输入功率P和额定功率功率P如传动方案一图所示，为串连方式组合，根据查表可得。取滚动轴承效n=0.99，V带传动效率n=0.96，一对齿轮啮合传动效率n=0.97，联轴器效率n=0.99，传动系统的效率为：n=( n)(n)(n) (n)=0.960.970.990.99=0.868传动系统的效率为0.868，在估计值的范围内，所以电动机型号仍可选用Y-132M2-6，额定功率Ped=5.5kw，转速：P=P/n

5、=4.2kw/0.868=4.84kwPd作为传动系统动力计算的依据。（5）传动比的分配。经分析，取带传动比i=3，两级齿轮传动的传动比i=13。两级闭式齿轮啮合，为保证两级传动的大齿轮和合理的侵油深度，高速传动比i与低速级传动比i的关系为i1.3i,则：i= =4.1i= i/i=3.2(6)各轴的运动和动力参数 根据公式的各轴的转速：小带轮轴 n=n=960r/min轴的转速 n=n/i=320r/min轴的转速 n= n/ii=960/(34.1)=78r/min轴的转速 n=n/i= n/ iii=960/(34.13.2)=24r/min 根据公式的各轴的输入功率： 小带轮的输入功率

6、 P= P=4.84kw 轴的输入功率 P= Pn=4.65kw 轴的输入功率 P= Pn=4.46kw 轴的输入功率 P=Pn=4.28kw 卷筒轴的输入功率 P筒=Pn=4.19kw 根据公式的各轴的转矩： 小带轮轴的转矩： T=9550 P/ n=44.57N.m 轴的转矩： T=9550P/n=138.77N.m 轴的转矩： T=9550P/n=546.06N.m 轴的转矩： T=9550P/n=1703.08N.m 卷筒机的转矩： T=9550P/n=1605.7N.m 计算结果见下表 一般允许设计值与设计要求有3%5%的误差。 方案一传动系统各轴的运动和动力参数计算结果 电动机轴轴

7、轴轴转速n/r*min-19603207824输入功率P/kw5.54.654.464.28输入转矩T/kw44.57138.77546.061703.08传动比i34.13.2效率n0.960.960.96二、 设计传动装置中带传动。由上计算可得：电动机额定功率P=5.5kw，电动机转速n=960r/min，从动轮转速n=320r/min，每天工作16个小时。步骤计算及说明结果(1)计算功率(2)选择带型(3)确定带轮基准直径(4)验算带速(5)计算带长查表104取K=1.3P= KP=1.35.5kw=7.15kw根据P=7.15kw和n=960r/min由表10-3选取A型带由表确定d=

8、112mm,d=id(1-)=(960/320)112(1-0.02)=321mm,查表取标准值355mmV=d/(601000)=3.14112960/(601000)5.6m/s初定中心距0.7（112+355）a2(112+355),取a=500mm,带的基准长度L=2 a +/2(d+d)+(d-d)/4a=1762mm查表10-3选取相近的L=1800mm计算及说明K=1.3P=7.15kwA型d=112mm d=355mmV=5.6m/s因为5m/sV25m/s,符合。a=500mmL=1800mm结果步骤(6)确定中心距(7)验算包角（8）确定带的根数z(9)单根V带的初拉力（1

9、0）作用在轴上的力a= a+( L-L)/2=500+(1800-1762)/2=519mm,a=a-0.015L=519-0.0151800=492mma=a+0.03L=519-0.031800=465mma=180-57.3(d-d)/a=180-57.3(355-112)/519=153120根据d和n查表得片P=1.15kw,i1时，单根V带的额定功率增量根据带型及i查表的P=0.11kw查表的K=0.93,查表的K=1.01有z=P/(P+P)KK=7.15/(1.60+0.11)10.896.06F=500 P/zv(2.5/K-1)+qV184NF=2Z Fsin(a/2) a

10、 =519mma=153,符合。P=1.15kwP=0.11kw取z=6F=184N三、 设计减速箱的齿轮（1）、已知轴的传动率P=4.65kw,小齿轮转速n=320r/min,传动比i=4.5,两班制工作。步骤计算及说明结果(1)选择齿轮材料和精度等级(2)按齿面接触强度设计1) 载荷系数K2) 小齿轮转矩T3) 齿轮Z和齿宽系数4) 许用接触力【】步骤小齿轮选用45钢调制，硬度为217255HBS；大齿轮选用45钢正火，硬度为169217HBS.因为是普通减速器，由表可知选用9级精度。两齿轮均为调质齿轮，由公式可得d值，先确定有关参数与系数：查表取K=1.1T=9.5510(P/n)=1.

11、4410N.mm小齿轮齿数22，则大齿轮齿数为99，轴的齿轮传动为不对称布置，由表取齿宽系数 =1由图可得=560MPa, =530MPa.由表查的安全系数S=1.按使用寿命10年，双向运转，计算应力循环次数N、NN=60njL=603201(105240)=3.9910N= N/i=3.1010/4.5=8.710计算及说明小齿轮选用45钢调质，硬度217255HBS,大齿轮选用45钢正火K=1.1T=1.410N.mmz=22,z=99=1=560MPa=530MPa结果4）许用接触应力【】5) 分度圆直径(3)几何尺寸计算(4)按齿根弯曲疲劳强度校核1)许用弯曲应力步骤查图的Z=1.1，

12、Z=1.25，由公式有=Z/S=616MPa=Z/S=662.5MPa由公式的d76.43=59.6mmm= d/z=59.6/22=2.9查表，取标准模数m=3mmd=mz=322=66mmd=mz=399=297mmb=d=166=66mm,经圆整，取b=70mm,则b= b+5=75mma=m(z+z)/2=181.5mm根据公式，因为,则校验合格由图查的，=440MPa,=410MPa,由表查的S=1.3，由图查的Y=Y=1计算及说明=616MPa=663MPam=3mmd=66mmd=297mmb=70mmb=75mma=181.5mmY=Y=1结果2)齿形系数及应力修正系数4）齿轮

13、圆周速度=Y/S=338MPa=Y/S=315MPa由表查的，Y=2.75,Y=2.18Y=1.58,Y=1.80,由公式的=(2K T/bmz)/ YY=100MPa=616MPa=(Y Y/ Y Y)=90MPa=663MPa可见弯曲疲劳强度足够。V=dn/601000=1.11m/s可知选9级精度合适。=338MPa=315MPa=100MPa=90MPaV=1.11m/s（2）、已知轴的传动功率P=4.46kw,小齿轮的转速n=78r/min,传动比i=3,两班制工作。步骤计算及说明结果(1)选择齿轮材料和精度等级(2)按齿面接触强度设计6) 载荷系数K7) 小齿轮转矩T8) 齿轮Z和

14、齿宽系数9) 许用接触力【】步骤小齿轮选用45钢调制，硬度为217255HBS；大齿轮选用45钢正火，硬度为169217HBS.因为是普通减速器，由表可知选用9级精度。两齿轮均为调质齿轮，由公式可得d值，先确定有关参数与系数：查表取K=1.1T=9.5510(P/n)=5.510N.mm小齿轮齿数22，则大齿轮齿数为66，轴的齿轮传动为不对称布置，由表取齿宽系数 =1由图可得=560MPa, =530MPa.由表查的安全系数S=1.按使用寿命10年，双向运转，计算应力循环次数N、NN=60njL=60781(105240)=9.7310N= N/i=9.7310/3=3.2410计算及说明小齿

15、轮选用45钢调质，硬度217255HBS,大齿轮选用45钢正火K=1.1T=5.510N.mmz=22,z=66=1=560MPa=530MPa结果4）许用接触应力【】10) 分度圆直径(3)几何尺寸计算(4)按齿根弯曲疲劳强度校核1)许用弯曲应力步骤查图的Z=1.13，Z=1.25，由公式有=Z/S=633MPa=Z/S=663MPa由公式的d76.43=97.8mmm= d/z=97.8/22=4.45查表，取标准模数m=4.5mmd=mz=4.522=99mmd=mz=4.566=297mmb=d=199=99mm,经圆整，取b=100mm,则b= b+5=105mma=m(z+z)/2

16、=198mm根据公式，因为,则校验合格由图查的，=440MPa,=410MPa,由表查的S=1.3，由图查的Y=Y=1计算及说明=633MPa=663MPam=4.5mmd=99mmd=297mmb=100mmb=105mma=198mmY=Y=1结果2)齿形系数及应力修正系数4）齿轮圆周速度=Y/S=338MPa=Y/S=315MPa由表查的，Y=2.75,Y=2.28Y=1.58,Y=1.75,由公式的=(2K T/bmz)/ YY=117.8MPa=633MPa=(Y Y/ Y Y)=108MPa=663MPa可见弯曲疲劳强度足够。V=dn/601000=0.4m/s可知选9级精度合适。

17、=338MPa=315MPa=117.8MPa=108MPaV=0.4m/s四 轴的结构设计： 1、已知电动机额定功率P=5.5kw,轴的从动轮转速n=24r/min,齿轮分度圆直径d=297mm,n啮合角a=20,轮毂长为100mm,要求减速器能经常正反转，设计减速器低速轴的结构尺寸。（1） 选择轴的材料及热处理方法，并确定许用应力。 选用45号钢，正火处理。查表的抗拉强度=600MPa,查表的许用弯曲应力=55MPa.(2)按纯剪切强度估算最小直径。 d=C若取齿轮传动的效率（包括带传动效率，轴承效率在内）n=0.78；低速轴P=Pn=4.28kw;查表取C=115，按上式计算的： dC)

18、=115=64考虑轴外伸端和联轴器用一个键连接，故将轴径放大5%，即取d=65mm,由于轴头连接外围为联轴器，为了使所选的轴的直径与连接器的径相适应，故同时选择联轴器。（3） 轴的结构设计 1）确定轴上零件的布置和固定方式，为了满足轴上零件的轴向固定，将该轴设计成阶梯轴。按扭矩M=T=9550(P/n)=1703N.m,查设计手册选用TL10型弹性套柱销联轴器，半联轴器的孔径为65mm,长142mm.半联轴器与轴头配合部分的长度为107mm，要满足半联轴器的轴向固定要求，在外伸轴头左端需制出一轴肩。由于是二级齿轮减速器，因此将齿轮布置在箱体的左侧，轴承不对称地布置在两侧。齿轮以轴环和套筒实现轴

19、向固定，以平健连接和优先选用的过盈配合实现周向固定，以过渡配合实现周向固定。联轴器以轴肩、平键连接实现轴向固定和周向固定，轴的结构草图如附件2所示。2）确定轴的各段直径，外伸端直径65mm,定位轴肩高度h一般取h=(0.070.1)d,d为轴的直径，以此确定联轴器定位轴肩高Hmin=3.5mm,通过轴承端盖的轴身直径d=72mm,非定位轴肩的高度没有严格的规定，一般取12mm.因此这里选用6215型轴承，轴颈直径为75mm;轴承的定位轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高度，查国家标准GB/T276，轴肩高Hmin=4.5mm,所以轴肩和套筒外径取为84mm,圆角r=1mm;取齿轮轴头直径为80m

20、m,定位轴环高度h=5mm,于是轴环直径为85mm;其余圆角均为r=1.5mm。3）确定各轴段长度。轮毂长为100mm，为保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件配合的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm,因此取轴头长度为98mm,轴承不对称地布置于齿轮两侧，查手册的轴承宽度为25mm,轴承长度与轴承宽度相等为25mm。齿轮端面至箱体内壁的距离各取20mm,以便容纳轴环和轴套；若轴承端面至箱体内壁的距离为2mm,这样就可以定跨距为273mm.按箱体结构需要，轴身伸出端的长度为46mm,为安装联轴器预留空间位置。本联轴器与轴头配合部分的长度为46mm,为安装联轴器预留空间位置。半联轴器与轴头配合部分

21、的长度为107mm,但为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，而不是压在轴的端面上，轴头长度应比半联轴器的配合长度短，取98mm为联轴器的轴头长度。（4） 轴的强度校核轴的强度校核计算步骤计算及说明结果1绘制轴的空间受力图2从动齿轮上的外力偶局3从动轮上周向力径向力4计算H平面内的弯矩步骤参见附表T=9.5510(P/n)=1703N.m故作用在轴上的扭矩为M= T=1703NmF=2T/d=21703/0.297=11468NF=Ftan20=114682.23=25574NF= F/cos20=11468/0.94=12200NM=Fd/2=(1207280)/2=488000NR= (M2+F

22、b)/L=21233NR=( Fa+ M)/L=9703N绘制H平面的弯矩图。由图（C）中看出最大弯矩发生在C面所在截面上，其值为：M=ab F/L=1492121N.m绘制V平面内的弯矩图，由图e中可看出V平面的最大弯矩也发生在计算及说明参见图纸T=1703N.mM=1703N.mF=11468NF=25574NF=12200NM=488000NR=21233NR=9703NM=1492121N.m结果5 计算V平面内的弯矩6计算合成弯矩7绘制扭矩图8计算当量弯矩9强度校核C所在截面上，但弯矩值有突变，其值为M= (Ma+ Fab)/L=1643169N.mM=( Fab+ Mb)/L=18

23、29074N.m绘制合成弯矩图如图f所示，由于在H平面和V平面内的弯矩图均在C所在截面上达到最大，所以将C截面左右两侧的弯矩进行合成得到M=( M)+( M)=2.1910M=( M)+( M)=2.3410绘制扭矩图如图g所示绘制当量弯矩图h所示。绘制当量弯矩图的方法与绘制合成弯矩图的方法相似，由绘制的当量弯矩图可知，危险截面处于点C,因此，必须对C截面进行验算。由于要求减速器能正反转，因而可认为转矩是对称循环变化的转矩，所以a=1，由此得到：M=( M)+(a M)=2.1910由公式：= M/W= M/0.1d=43M=1643169N.mM=1829074N.mMc=2.1910Mc=

24、2.3410M=2.1910=432、已知电动机额定功率P=5.5kw,轴的从动轮转速n=78r/min,齿轮分度圆直径d=297mm,n啮合角a=20,齿轮一的轮毂长为70mm,齿轮二的轮毂长为105mm,要求减速器能经常正反转，设计减速器低速轴的结构尺寸。（2） 选择轴的材料及热处理方法，并确定许用应力。 选用45号钢，正火处理。查表的抗拉强度=600MPa,查表的许用弯曲应力=55MPa.(2)按纯剪切强度估算最小直径。 d=C若取齿轮传动的效率（包括带传动效率，轴承效率在内）n=0.81低速轴P=Pn=4.46kw;查表取C=115，按上式计算的： dC)=115=44mm将轴径放大5

25、%，即取d=45mm。（3）轴的结构设计 1）确定轴上零件的布置和固定方式，为了满足轴上零件的轴向固定，将该轴设计成阶梯轴。轴的结构草图如附图2所示。2）确定轴的各段直径。这里选用6209型轴承，轴颈直径为45mm;轴承的定位轴肩的高度必须低于轴承内圈端面的高度，查国家标准GB/T276，轴肩高Hmin=4.5mm,所以轴肩和套筒外径取为52mm,圆角r=1mm;取齿轮一的轴头直径为50mm,定位轴环高度h=5mm,于是轴环直径为60mm;齿轮二的轴头直径为50mm,其余圆角均为r=1.5mm。3）确定各轴段长度。齿轮一的轮毂长为70mm，齿轮二的轮毂长为105mm,为保证轴向定位可靠，与齿轮

26、的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm,因此取齿轮一的轴头长度为68mm,齿轮二的轴头长度为103mm,轴承不对称地布置于齿轮两侧，查手册的轴承宽度为19mm,轴承长度与轴承宽度相等为19mm。齿轮端面至左箱体内壁的距离取20mm,以便容纳轴环和轴套；若轴承端面至箱体内壁的距离为2mm,这样就可以定跨距为273mm. (4)轴的强度校核 同上，经计算，强度足够！ 3、已知电动机额定功率P=5.5kw,轴的从动轮转速n=320r/min,齿轮分度圆直径d=66mm,啮合角a=20,轮毂长为75mm,要求减速器能经常正反转，设计减速器低速轴的结构尺寸。 (1)选择轴的材料及热处理方法，并确定许用应力

27、。 选用45号钢，正火处理。查表的抗拉强度=600MPa,查表的许用弯曲应力=55MPa.(2)按纯剪切强度估算最小直径。 d=C若取齿轮传动的效率（包括带传动效率，轴承效率在内）n=0.84低速轴P1=Pn=4.65kw;查表取C=115，按上式计算的： dC)=115=28考虑轴外伸端和带轮用一个键连接，故将轴径放大5%，即取d=30mm, (3)轴的结构设计 1）确定轴上零件的布置和固定方式，为了满足轴上零件的轴向固定，将该轴设计成阶梯轴。由于是二级齿轮减速器，因此将齿轮布置在箱体的右侧，轴承不对称地布置在两侧。齿轮以轴环和套筒实现轴向固定，以平健连接和优先选用的过盈配合实现周向固定，以过渡配合实现周向固定。带轮以轴肩、平键连接实现轴向固定和周向固定，轴的结构草图如附图3所示。2）确定轴的各段直径，外伸端直径30mm,定位轴肩高度h一般取h=(0.070.1)d,d为轴的直