二级卷扬机传动装置设计说明书

1、课程设计报告展开式圆柱齿轮器姓名：学院：物理与机电系别：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化年级：2003学号：03150117指导教师：2006 年 6 月 29 日一.设计题目设计一用于卷扬机传动装置中的两级圆柱齿轮室内常温下长期连续工作。卷筒直径 D=500mm,带的有效拉力 F=10000N,卷筒效率h5 =0.96,带速度v = 0.3m / s ,电源 380V,三相交流.二.传动装置总体设计：器。轻微，单向运转，在1. 组成：传动装置由电机、器、工作机组成。2. 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3. 确定传动方案：考虑到电机转速高，传

2、动功率大，将 V 带设置在高速级。 其传动方案如下：三选择电1.选择电类型：按工作要求和条件，选用三相笼型异步电型。，封闭型结果，电压 380V，Y2.选择电的容量PWP =dh电所需的功率为：KWaFVP =KWW1000FVP =d1000h所以由电KWa到带的传动总功率为h = h ·h 4 ·h 2 ·h ·ha12345h1 带传动效率：0.96h2 每对轴承的传动效率：0.99h3 圆柱齿轮的传动效率：0.96h4 联轴器的传动效率：0.99h5 卷筒的传动效率：0.96则： h = h ·h 4 ·h 2 ·h

3、a12349465´ 0.3FV= 3.8 KW所以pd = 1000h1000 ´ 0.81a3.确定电转速卷筒的工作转速为n = 60´1000V = 60´1000´ 0.PDP´ 500r/min圆柱齿轮查指导书第 7 页表 1：取 V 带传动的传动比i带 = 2 4 ；器传动比i器 = 8 40 ，所以总传动比合理范围为i总 = 16 160 ，故电选范围是：转速的可n电机 = n卷筒 ´i总 = (16 160)´1r/min符合这一范围的同步转速有 750、1000 和 1500r/min。根据容量和

4、转速，由有关手册查出有三种适用的电型号，因此有四种传动比方案如下：综合考虑电和传动装置的、重量和带传动、器的传动比，可见第二方案比较适合。因此选定电型号为 Y132M1-6，其主要参数如下；方案电型号额定功率KW同步转速r/min额定转速r/min重量N总传动比1Y112M-24125.652Y132M1-64100096073083.773Y160M1-84750720118062.83四.确定传动装置的总传动比和分配传动比：= n电机960= 83.77i总n11.46总传动比：总83.77i = (1.3 1.5)i分配传动比：取i= 2.8 ，则i ´ i = 29.92 ，

5、取i = 6.95 ，12121带2.8经计算i2 =4.47注： i带 为带传动比， i1 为高速级传动比， i2 为低速级传动比。五.计算传动装置的运动和动力参数：将传动装置各轴由高速到低速依次定为 1 轴、2 轴、3 轴、4 轴；h01 ， h12 ， h23 ， h34 依次为电机与轴 1，轴 1 与轴 2，轴 2 与轴 3，轴 3 与轴 4之间的传动效率。= nm= 960 = 342.86 r/min1.各轴转速： n1i2.8带= n1= 342.86 = 49.33 r/minn2i6.951= n2= 49.33 = 11.45 r/minn3i4.312n4 = n3 =1

6、1.45 r/minh01 = h12.各轴输入功率： P = P ·h= 3.8´ 0.96 = 3.65 KW1d01h12 = h2 ·h3P = P ·h= 3.65´ 0.98´ 0.97 = 3.47 KW2112h23 = h2 · h3P = P ·h= 3.47 ´ 0.98´ 0.97 = 3.30 KW3223h34 = h2 · h4P = P ·h= 3.30´ 0.98´ 0.99 = 3.2 KW43343.各轴输入转矩： T

7、 = 9550 Pd = 9550 3.80 = 37.80N · mdn960wT1 = Td · i带 ·h01 = 37.80´ 2.8´ 0.96 = 101.61N · mT2 = T1 · i1 ·h12 = 101.61´ 6.95´ 0.98´ 0.97 = 671.30N · mT3 = T2 · i2 ·h23 = 671.30´ 4.31´ 0.98´ 0.97 = 2750.37N · mT4

8、 = T3 ·h34 = 2750´ 0.98´ 0.99 = 2668.41N · m1-3 轴的输出功率、输出转矩分别为各轴的输入功率、输入转矩乘轴承传动效率0.99。运动和动力参数结果如下表：六.设V 计带和带轮：1.设计 V 带确定 V 带型号轴名功率 PKW转钜 TN.m转速 r/min输入输出输入输出电轴3.837.809601 轴3.653.58101.6199.58342.862 轴3.473.40671.30657.8749.333 轴3.303.232750.372695.3611.454 轴3.203.142668.412615.0

9、411.4513-6 得： KA =1.3，则 p = K · P = 1.3´ 3.52 = 4.6查机械设计基础表 p205cAdKW ，又 nm =960r/min, 由图13-15 确定选取 A 型普通 V 带，取 D1 =125 ，D2 = i带´ D1 ´(1-e) = 3´125´0.98 = 367.5 ，取e =0.02，标准化得 D2 =375PD1n1= P´125´ 960 = 6.28 < 25V =60´100060´1000m/s验算带速：确定带的基准长度：

10、0.7(D1 + D2 ) < a0 < 2(D1 + D2 )取a0 =1.2（ D1 + D2 ）=1.2（125+375）=600L = 2a + p (D + D) + D2 - D1= 2011 mm,由表 13-2 选取 Ld =2000o1224ao确定实际中心距 aa = a + Ld - L = 600 + 2000 - 2011 = 595 mmo22¶1验算小带轮¶ = 180 - D2 - D1 ´ 57.3 = 160 > 1201a计算 V 带的根数 Z：由表 13-3 查得 P0 » 1.4 KW，由表 1

11、3-5 查得 K¶ =0.95，由表 13-2 查得 KL =1.03由表 13-4 查得DP0 =0.11KW，则 V 带的根数PC4.4Z = 2.84(Po + DPo )K¶ KL(1.38 + 0.108)0.959 ´1.09因此取 Z=3计算作用在带轮轴上的载荷 Fz由表 13-1 查得 A 型 V 带长度质量 q=0.1Kg/m,所以单根 V 带张紧力F = 500( 2.5 -1) PC + qv2 = 500(2.54.56-1)+ 0.1´ 6.282 = 190.5N00.9593´ 6.28Kzv¶故作用在轴

12、上载荷F = 2zF sin ¶1 = 2´ 3´190.5´sin 163 = 1130.4Nz022七.齿轮的设计：1.高速级大小齿轮的设计1）选择齿轮材料：大小齿轮都选用 45 钢，小齿轮调质处理，硬度 230，大齿轮正火处理，硬度 210。2）确定应力： = sHlim bsKHHLSa.接触应力：H查精密机械设计表 11-7 得sH lim b1 =570 N / mm2 ，sHlimb2 = 550N / mm 。2故应按接触极限应力较低的计算，即只需求出sH 2 。对于调质处理的齿轮， SH =1.1s = 550 N / mm2 = 50

13、0N / mm2H 21.1b.弯曲应力： = sF lim bsKKFFCFLSF由表 11-10 知sF lim b1 =190 N / mm2sF limb2 = 180N / mm2取SF =1.4，所以s = 190 N / mm2 = 136N / mm2F 11.4s = 180 N / mm2 = 129N / mm2F 21.43）根据接触强度设计：9 级精度制造，载荷系数 K=1.2，取齿宽系数j =a 0.5 ，测中心距101600´1.2335a = (6.95 +1) 3´() = 199.3mm20.5´ 6.95500选定 z1 =3

14、0, z = uz = 6.95´ 30 = 20921m = d1 = 1.67mm z1a = m (z + z ) = 239mm122b=jaa = 0.5X 239 =119.5mm4）验算弯曲应力2T1Kb KVs = YFFd 2y m1d由图 8-44 查得,x=0z1 =30， YF 1 =2.60z2 =209， YF 2 =2.14sF 1136= 44.2N / mm2YF1sF 22.60129= 60.3N / mm2YF 22.14sF 1 < sF 2,故应计算大齿轮的弯曲应力，YF1YF 2s= 44.2N / mm2 <s ，弯曲强度足

15、够。F1F 12.低速级大小齿轮的设计：齿轮材料的选择：小齿轮选用 35MnB 调质，硬度 260HBS，大齿轮选用 SiMn 调质，硬度 225HBS。确定应力： = sHlim bsKHHLSa.接触应力：H查表 8-10 得sH lim b1 =700 N / mm2sHlimb2 = 540N / mm2故应按接触极限应力较低的计算，即只需求出sH 2 。对于调质处理的齿轮， SH =1.1s = 540 N / mm2 = 491N / mm2H 21.1弯曲应力：b. = sF lim bsKKFFCFLSF由表 8-11 知sF lim b1 =240 N / mm2sF lim

16、b2 = 180N / mm2取SF =1.3所以s = 240 N / mm2 = 185N / mm2F 11.3s = 180 N / mm2 = 138N / mm2F 21.3根据接触强度设计：T1Kbu +1d1 = Kd 3y s2udH取 K=1.2，齿宽ja= 0.5671300´1.2335d1 = (4.31+1) 3´() = 296.5mm 49120.5´ 4.31取 z1 = 28 , z = uz = 121，故实际传动比 i= 121 = 4.3221282a= 2 X 296.5 = 3.98m =模数Z1 + Z228 +12

17、1a = m (z + z )122=298mmB=jaa = 0.5X 298 = 149 mm验算弯曲应力：取b2 = 149mm, b1 = 154mm2T1Kb KVs = YFFd 2y m1d由图 8-44 查得,x=0YF 1 =2.63YF 2 =2.16sF1 = 63.5N / mm jF1sF 2 = 52.1N / mm j2F 2弯曲强度足够。八器机体结构如下：名称符号计算公式结果机座厚度d = 0.025a + 3 ? 89机盖厚度d1d1 = 0.02a + 3 ? 88机盖凸缘厚度b1b1 = 1.5d112机座凸缘厚度bb = 1.5d14机座底凸缘厚度b2b

18、2 = 2.5d23地脚螺钉直径d fd f = 0.036a + 12M24地脚螺钉数目na > 250500时，n = 66轴承旁联结螺栓直径d1d1 = 0.75d fM12盖与座联结螺栓直径d 2d 2 =（0.50.6） d fM10轴承端盖螺钉直径d 3d 3 =（0.40.5） d f10视螺钉直径d 4d 4 =（0.30.4） d f8销直径dd =（0.70.8） d 28d f ， d1 ， d 2 至外箱壁的距离C1查手册表 112342218d f ，d 2 至凸缘边缘距离C2查手册表 1122816外箱壁至轴承端面距离l1l1 = C1 + C2 +（510）

19、50大齿轮与内箱壁距离D 1D1 >1.2 d15齿轮端面与内箱壁距离D 2D 2 > d10箱盖，箱座肋厚m1 , mm1 换0.85d1, m0.85dm1 = 8m = 9九轴的设计：1高速轴的设计：材料：选用 45 号钢调质处理，查表 10-2 取iT =35 N / mm2 ，C=100各轴段直径的确定：pnd = C 3，p=3.65,则由3.65轴径 d = 38 ，又因为高速轴d ³ 1003= 22.0mm ，因为装小带轮的电1342.86d1 = (0.8 1.2)d，查手册 P886 表 7-7 ，取 第一段轴 径装 配大 带 轮， 且d1 =36,

20、 L1 =60mm,因为大带轮靠轴肩，所以取d2 =40, L2 =58，d3 段装配轴承，取d3 =45，选用 6309 轴承， L3 =28，d 4 段是轴承，取d 4 =50， L4 根据箱体内壁线确定后再确定。d5 段装配齿轮直径：是否做成齿轮轴e = d - d 4 - t < 1.25m12轴承端盖外径D2轴承孔直径+（55.5）d 3120（I轴）125（II 轴）150（III 轴）轴承旁联结螺栓距离SS » D2120（I轴）125（II 轴）150（III 轴）查手册得t1 =3.3，得 e=2.2< 2.5´1.25 = 3.125 ,因此

21、做成齿轮轴.d6 装配轴承所以d6 = d3 =45， L6 = L3 =282.校核该轴和轴承： L1 =75， L2 =215， L3 =100作用在齿轮上的圆周力为：此时齿宽为 30。= 2T1 = 2 ´101.61´1000 = 2709.6NFt30 ´ 2.5d1径向力为 Fr = Fttg¶ = 2709.6´ tg20° = 986.2N作用在轴 1 带轮上的外力：FQ = 1130.4N求垂直面的支承反力：l2 Fr215F=´ 986.2 = 731N1Vl + l75 + 21512= Fr - F1

22、V = 986.2 - 731 = 255.1NF2V求水平面的支承反力：由 F1H (l1 + l2 ) = Ftl2 得l2215F=F =´ 2709.6 = 2008.8 N1Hl + lt75 + 21512= Ft - F1H = 700.8N NF2 H求 F 在支点产生的反力：l3 F = 100 X1130.4 = 389.8NF=1Fl + l75 + 21512= F1F + F = 389.8 +1130.4 = 1520.2NF2 F绘制垂直面弯矩图M= F l = 255.1´ 215´10-3 = 54.8N.mav2v 2M 

23、9;= F l = 731.1´ 75´10-3 = 54.8N.mav1v 1绘制水平面弯矩图M= F l = 2008.8´ 75´10-3 = 150.7N.maH1H 1M '= F l = 700.8´ 215´10-3 =150.7N.maH2H 2绘制 F 力产生的弯矩图M= Fl = 1130.4´100´10-3 = 113.04N2F3M= F l = 389.8´ 75´10-3 = 29.2NmaF1F 1求弯矩图：+ M 2M 2M考虑最不利的情况，把aF 与a

24、vaH直接相加M = M+ M 2 = 29.2 + 54.82 +150.72 = 189.6N.mM 2aaFaVaH= M+M '2 + M '2= 29.2 + 54.82 +150.72 = 189.6N.mM 'aaFaVaH求截面当量弯矩：从图可见，m-m 处截面最，其当量弯矩为：（取折合系数¶ = 0.6 ）M =M 2 + (¶T )2 = 189.62 + (0.6´101.6)2 = 199.2N.mea计算截面处轴的直径226 页表 14-1 得s B= 650MPa ，查因为材料选择45# 调质，查231 页表弯曲

25、应力s -1b = 60MPa ，则：14-3 得199.2 ´103Md ³ 3= 3= 32.1mme0.1s -1b 0.1´ 60因为d5 > d4 = da= 50mm > d ，所以该轴是安全的。3 弯矩及轴的受力分析图如下：轴14 键的设计与校核:根据d1 = 36,T1 = 101.6 ，确定 V 带轮选铸铁 HT200，参考表 10-9,由于d1 = 3638 范围内，故d1 轴段上采用键b ´ h ：10 ´ 8 ,在30采用 A 型普通键:s p =5060 ，键校核.为 L1 =60mm 综合考虑取l =50

26、mm。查155 页表 10-10，4创101.6 1034Tb创h l :10创8 50轾s = 1= 35.3Mpa <所选键为：强度合臌spdlh36创8 (50- 10)格。中间轴的设计：材料：选用 45 号钢调质处理，查表 14-2 取iT =35 N / mm2 ，C=100各轴段直径的确定：pn , p=3.47,则d = C 3由3.47d ³ 1003= 41.3mm ,49.3311-15 取d 1 =40，选用 6309 轴承， L1 =40，d 1 段要装配轴承，查d 2 装配低速级小齿轮，且d 2 > d1 取d2 =45， L2 =128， d

27、3 段主要是高速级大齿轮，取d3 =60， L3 =10， d 4 装配高速级大齿轮，取d4 =45， L4 =82d 5 段要装配轴承，取d5 =40， L5 =43 .校核该轴和轴承： L1 =75， L2 =115， L3 =952T2 ´ 671.3´103Ft 2 =2 = 2569.6N209 ´ 2.5d2作用在 2、3 齿轮上的圆周力：2T2 ´ 671.3´103Ft 3 =2 = 11987.528´ 4d3N径向力： Fr 2 = Ft 2tg¶ = 2569.6´ tg20° =

28、935.3NFr 3 = Ft 3tg¶ = 11987.5´ tg 20° = 4363.1N求垂直面的支反力= Fr 3l3 - Fr 2 · (l2 + l3 ) = 4363.1´ 95 - 935.3´(115 + 95) = 765.2NF1Vl + l + l75 +115 + 95123= Fr 3 + F1V - Fr 2 = 4363.5 + 765.2 - 935.3 = 4193.4NF2V计算垂直弯矩：M= F l = 765.2´ 75´10-3 = 57.4N.maVm1V 1-3=

29、-F1V (l1 + l2 ) + Fr 2l2 = -765.2´(75 +115) + 935.3´115´10= 39.6N.mMaVn求水平面的支承力：= Ft 3l3 + Ft 2 · (l2 + l3 ) = 11987.5´100 + 2569.6 ´ 210 = 6099.5NF1Hl + l + l75 +115 + 95123= Ft 2 + Ft 3 - F1H = 2526.6 +11987.5 - 6099.5 = 8017.6NF2 H计算、绘制水平面弯矩图：M= F l = 6099.5´75&

30、#180;10-3 = 457.5N.maHm1H 1-3= -F2 H (l1 + l2 ) + Ft 3l2 = -8417.6´(75 +115) +11987.5´115´10截面当量弯矩：= 220.8N.mMaHn求从图可见，m-m,n-n 处截面最，其当量弯矩为：（取折合系数¶ = 0.6 ）M =+ (¶T )2 =220.82 + (0.6´ 671.3)2 = 459.3N.mM 2ean2M 2+ (¶T )2 =457.52 + (0.6´ 671.3)2 = 609.5N.mM '

31、=am2e计算截面处轴的直径：459.3´103Md ³ 3= 3= 42.5mme0.1s -1b 0.1´ 60n-n 截面:609.5´103M 'd ³ 3= 3= 44.7mme0.1s -1b 0.1´ 60m-m 截面:由于d2 = d 4 = 50mm > d ，所以该轴是安全的。弯矩及轴的受力分析图如下键的设计与校核已知 d2 = d 4 = 50,T2 = 470.3N.m 参考b ´ h :14´ 9表 10-11 ，由于 d2 > (44 50) 所以取155 页表 10

32、-10 得s b = 100120查取键长为 120.取键长为 80，4T4´ 671.5´103= 100.4Mpa < s b s b =2dhl45´ 9´(80 -14)根据挤压强度条件，键的校核为：4´ 671.3´1034T= 62.6Mpa < s b s b =2dhl45´ 9´ (120 -14)所以所选键为: b ´ h ´ l :14´ 9´80从动轴的设计：b ´ h ´ l :14´ 9´100材

33、料：选用 45 号钢调质处理，查表 10-2 取iT =34 N / mm2 ，C=112确定各轴段直径P33.3d = C · 3= 100 ´ 3= 66.1mm1n11.453考 虑 到 该 轴 段 上 开 有 键 槽 ， 因 此 取d1 = 75mm ， L1 =150。d2 装配轴承，选用 6212 轴承,取d2 =80,查手册第 85 表 7-2，此密封圈标准。符合轴承d3 靠轴,取d3 =85, L3 =45取d4 =90, L4 =90取d5 =110, L5 =13d6 装配轴承, 选用 60114 轴承,取d6 =90, L6 =125d7 向心滚子轴承

34、,去d7 =85, L8 =46校核该轴和轴承: l1 =98, l2 =210, l3 =115作用在齿轮上的圆周力：2T2 ´ 2750.37 ´103=3= 11365.2NFt121´ 4d4= Fttg¶ = 11365.2´ tg 20° = 4136.6N径向力： FrF = 5093.3N求垂直面的支反力：l2 Fr = 210 ´ 4136.6 = 2820.4NF=1Vl + l98 + 21012= Fr - F1V = 4136.6 - 2820.4 = 1316.2NF2V计算垂直弯矩：M= F l

35、 = 1316.2´ 210´10-3 = 276.4N.mav2v 2= F l = 2820.4´98´10-3 = 276.4NM '.mav1v 1求水平面的支承力。l2 Ft = 210 ´11365.2 = 7749NF=1Hl + l98 + 21012= Ft - F1H = 11365.2 - 7749 = 3616.2NF2 H计算、绘制水平面弯矩图。M= F l = 7749´98´10-3 = 759.4N.maH1H 1= F l = 3616.2´ 210´10-3 =

36、 759.4N.mM 'aH2H 2求 F 在支点产生的反力Fl3 = 5093.3´115 = 1901.7NF=1Fl + l98 + 21012= F1F + F = 1901.7 + 5093.3 = 6995NF2 F求 F 力产生的弯矩图。M= Fl = 5093.3´115´10-3 = 585.7N2F3M= F l = 1901.7´98´10-3 = 186.4NmF1F 1F 在 a 处产生的弯矩：M= F l = 1901.4´98´10-3 = 186.4NmmF1F 1求弯矩图。+ M 2

37、M 2M考虑最不利的情况，把mF 与avaH直接相加。M= M+ M 2 = 186.4 +276.42 + 759.42 = 994.5N.mM 2ammFavaH求截面当量弯矩。从图可见，m-m 处截面最，其当量弯矩为：（取折合系数¶ = 0.6 ）M =+ (¶T )2 =994.52 + (0.6´ 2750.37)2 = 1926.7N.mM 2e3am计算截面处轴的直径。226 页表 14-1 得s B= 650MPa ，查因为材料选择45# 调质，查231 页表弯曲应力s -1b = 60MPa ，则：14-3 得1926.7 ´103Md ³ 3= 3= 68.5mme0.1s -1b 0.1´ 60d1 =75>d,所以该轴是安全的。弯矩及轴的受力分析图如下：键的设计与校核：选键为b ´ h : 20´12 查因为 d1=75,查153 页表 10-9155 页表 10-10 得s b = 1001204T4´ 2750.37 ´103= 111.1Mpa < s b s =dl