机械课程设计电动卷扬机传动装置

1、机械设计课程设计题目：设计电动卷扬机传动装置学院专业学号学生姓名机械设计课程设计任务书题目：设计电动卷扬机传动装置传动系统图：原始数据:数据编号钢绳拉力F/KN钢绳速度v/(m/mi n)卷筒直径D/mm2920290工作条件：间歇工作，满载启动，工作中有中等振动， 两班制工作，小批量生产，钢绳速度允许误差 ±%， 设计寿命10年。目录1. 电动机的选择1.1 功率计算1.2 确定电动机转速2. 传动系统的运动和动力参数2.1 计算总传动比2.2 合理分配各级传动比2.3 各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算3. 传动零件的设计计算4. 轴的设计及计算5. 键连接的选择和计算6.

2、滚动轴承的选择和计算7. 联轴器的选择8. 润滑方式、密封形式及润滑油牌号的选择9. 其他技术说明10. 设计小结11. 参考文献计算及说明计算结果一.电动机的选择1功率计算工作机所需要的功率：PwFv9 10003.09kw10001000 0.97Pw=3.09kw电动机输出功率：Pd=巴n由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为2322a123456式中：n 1：联轴器的效率0.99n 2：每对滚动轴承的效率0.99n 3：每对滑动轴承的效率0.98n 4：闭式圆柱齿轮传动的效率0.97n 5：开式圆柱齿轮传动的效率0.95n 6：卷筒的传动效率0.97所以2322a12345

3、60.9$0.970.792a=0.792即Pd=P3.9kwPd=3.9kw1n 0.792故由参考书可选电动机的额定功率为 4kw2.确定电动机转速ndnw一- - 一-丄/r/口v 1000201000由 V“ccC 可得 n21.96r/mnw 21.96r/m1000D3.14 290在该传动方案得知，在该系统中只有减速器存在二级传动比沧、i34,开式齿轮i开，所以，id= i12 i34 i开即 nd= id nw=(i 12 i34 i 开) n在二级圆柱齿轮减速器的传动比范围一般为（840）,开式齿轮的传动比为i开=4,贝U总传动比的id的合理范围为id= i 12 i34 i

4、 开=(840)x 4= 32160因此，电动机转速的可选范围为nd= id nw= (32160) x 21.96= ( 702.723513.6) r/min所选电动机型号符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000r/min、1500 r/min，根据计算出的电动机容量，由附表可查出适 用的电动机型号，相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所 示。电动机的比较id=32160 nd= ( 702.723513.6) r/mi n方案电动机 型号额定 功率/kw同步 转速/r/mi n、卄 +、， 满载 转速/r/min堵转转矩最大转矩重量价 格额定转矩额定转矩1Y160M1-84

5、7507202.02.0重高2Y132M1-6410009602.02.2中中3Y112M-44150014402.22.3轻低综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及成本，课件第3种方案比较合适。因此选择电动机型号为 Y112M-4，即电动机的额定功率Pw=4kw，满载转速nm=1440 r/min。二.传动系统的运动和动力参数1. 计算总传动比由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可确定 nm 1440传动装置应有的传动比i总-65.57nw 21.962. 合理分配各级传动比一般圆柱齿轮传动比范围为，开式齿轮传动比为i开=4，故取i开=4可以算出i1 =65.57(1.31.5)=

6、4.8i24.8(1.31.5)=3.4 ,i开=43.各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算(1)各轴的转速电动机的转速no=1440 r/mi n高转速I中间轴II低速轴IIInI n01440 r / min14404.8300r/minnmnni 23003.488.24r/minv 1000D20 10003.14 29021.96r/ min(2)各轴的输入功率Pw=3.9kw，故 Po=3.9kw咼转速IP1 = P0 n 1 n 2=3.9x 0.99X 0.99= 3.82kw中间轴IIP2= P1 n 2 'n 4=3.82x 0.99X 0.97=3.67kw低速

7、轴IIIP3=P2 n 2 n 4=3.67X 0.99X 0.97=3.52kw卷筒P4 = P3 n 1 2n 3 n 5 n 6上述电动机输出功率=3.52X 0.982X 0.95X 0.97 =3.12 kw式中：n 1:联轴器的效率0.99n 2：每对滚动轴承的效率0.99n 3：每对滑动轴承的效率0.98n 4：闭式圆柱齿轮传动的效率0.97n 5：开式圆柱齿轮传动的效率0.95n 6：卷筒的传动效率0.97(3)各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩Td：Pd3 9Td 9550匸 9550 壬-25.86N mnm1440i1=4.8i2 3.4i开=4n01440 r / mi

8、nni 1440 r / minnH 300r/minniii 88.24r/mir nIV 21.96r/minPo=3.9kwP1=3.82kwP2=3.67kwP3=3.52kwP4=3.12kwTd 25.86NmT1 25.33Nm高转速IT1P19550 二95503.8225.33N mT2116.83Nmn11440中间轴IIT2P2955095503.67116.83N mT3380.96NTn2300低速轴IIIT3P3955095503.52380.96N mT41356.83Nmn388.24卷筒T4P4955095503.121356.83N mn421.96运动和动

9、力参数的计算结果列于下表:参数电动机 轴高速轴I中间轴II低速轴III卷筒转速(r/min45109.9521.96功率 (kw)3.93.823.673.523.12转矩(N m)25.8625.33116.83380.961356.83传动比114.83.44三.传动零件的设计计算I斜齿圆柱齿轮计算A .高速级斜齿圆柱齿轮的计算1. 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1）按运动简图的传动方案，选定斜齿圆柱齿轮传动2）卷扬机为一般工作机，速度不搞，故选用 8级精度（GB100951998）3）材料选择：小齿轮选用40Cr,调质热处理，齿面硬度达到 250HBS大齿轮

10、选用45钢，调质热处理，齿面硬度达到 220HBS 由于减速器齿轮传动为闭式传动，可以采用齿面接触疲劳强度计 算，按弯曲疲劳强度校核。2. 按齿面接触疲劳强度设计cccKtu 1 ZE 2按设计计算公式计算：dt 2.32g3ggd uh1)确定公式的各参数(1) 试选载荷系数Kt=1.5(2) 齿轮传递转矩为Ti 25.33Nm(3) 选齿宽系数d 0.9i(4) 材料弹性系数Ze 189.8MPa2(5) 初选压力角a =20°(6) 齿数比为Ui=4.8(7) 选小齿轮的齿数为：乙=20,则大齿轮的齿数为Z2=20X 4.8=96。(8) 由机械设计基础(P73)图5-24C查

11、得 H lm 1 680Mpah lim 2 560Mpa(9) 计算应力的循环次数N1 60n1jLh 608 10 4147200000K1 N1 4147200000 “ N2864000000i14.8(10) 查得接触疲劳寿命系数 Znt1=1 , Znt2=1.14(11) 许用接触应力可利用以下公式计算 Sh=1.1HlimhMPaSHZnT1 Hlim1 1 680 即H1MPaLS1.1ZnT2 Hlim2 1.1460.H2MPaLSH1.13.计算(1)试计算小齿轮分度圆直径d1t，取H2MPa，得H1MPaH2MPa2 1 237.09nm3.2Ze KT(i 1) 3

12、 3.2 189.8 1.5(4.8 1)h di ,580.364.8(2) 确定模数d1tcosmn Z137.09 cos20201.74mm由机械设计基础P57表5-1取mn=2mm （3）确定中心距中心距a mnf Z2)2cos2(2096)123.44mm2 cos202a2 123d1mnZ12 2042.41mmcoscos19.42d2mn乙2 96203.58mmcoscos19.42取整数，所以取a 123mm,则螺旋角mn (Z1 Z2)2(20 96)ar cosar ad1d2b1b2123mm19.4242.41mm203.58nm46mm38mm齿宽 bd1

13、0.9 42.41 38.169mm取 b2 38mmb1 b2 （5 10）mm取b1 46mm1.6 Kcos 7、,4.齿根许用疲劳强度条件切为F2 » YfYsbm 21（1）K1、T1、m 和 Z 同前（2）齿宽 b b2 38mm（3）由机械设计基础P74图5-26查得齿形系数 Yf1 2.91 Yf2 2.22应力修正系数为Ys1 1.53 Ys2 1.77（4）由机械设计基础P75图5-27中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限Flim1 230MPa 吸 190MPa(5)Y Flim 许用弯曲应力f丄一SF(6)查得寿命系数为Yv1 1，YV2 1.14P73表5-

14、7中可以查出安全系数SF 1.35f1F2170.37MPS160.44MPaF1YSfFliml1.35170.37MPaF2Yv2Flim21.14 190SF1.35160.44MPa1.6KTF1 COS1.6 1.5 25330 COS19.42bmn2 Z122 202.9183.97F1YF2YS2F2F1 YF1YS12.22 1.772.91 1.53F2端面模数mtmncos齿根高hf*(ha齿顶咼hamnmn分度圆直径d1cosmnd2cos齿顶圆直径da1d1da2d2齿根圆直径d f 1d1d f 2d25.计算齿轮的几何尺寸c2ha2hf2hfJ2ha2.121mm

15、cos19.421.25 2 2.5mm2mm2042.41mmcos19.4296203.58mmcos19.4242.4146.41mm203.5842.412207.58mm2.537.41 mm203.582 2.5198.58 mmB .低速级斜齿圆柱齿轮的计算1 选择材料，热处理方式和公差等级mthfhad1d2da1da22.121 mm2.5mm2mm42.41mm203.58mm46.41 mm207.58 mm37.41mm198.58mm小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度达到 240HBS大齿轮选用45钢，正火处理，齿面硬度达到 210HBS选用8级精度2初步计算传动的

16、主要尺寸因为是软齿面闭式传动，故按齿数面接触疲劳强度计算。其设计公式为：di 33.2Ze £计Jhdi(1) 小齿轮传递转矩为T3 380960N mm(2) 选载荷系数Kt=1.5(3) 选齿宽系数d 0.91(4) 材料弹性系数Ze 189.8MPa2(5) 初选压力角a =20°(6) 齿数比为Ui=4.8(7) 选小齿轮的齿数为：Z3=25，则大齿轮的齿数为Z4=25 X 4.8=120。(8)由机械设计基础(P73)图5-24c查得 h lim 1 680Mpah iim 2 560Mpa(9) 许用接触应力可利用以下公式计算 Sh=1.1町Zn HlimShM

17、PaN360n“jLh 608 10 864000000N4N3i28640000003.4254117647(10) 查得接触疲劳寿命系数 Znt3=0.99, Znt4=0.92(11) 许用接触应力可利用以下公式计算Sh=1.1h3612 MPaHlimh MPaShH3ZNt3Hlim190.99 6801.1612MPah4468.36MPh4亦咙 0.9260468.36MPaSh1.1取H42MPa，初算小齿轮的分度圆直径得3.2Ze 2 KT(i 1) 3hdi3.2 189.861221.5上8!)61.42nm4.8(2)确定模数ducosmn Z161.42 cos20252.3mmmn由机械设计基础P57表5-1取mn 2.5mm3.确定几何尺寸中心距 amn(Z3 Z4)2.5(25 120)2cos192.88mm2 cos20取整数，所以取a 193mm,则螺旋角arcosmn(Z3 Z4)arc