齿轮一蜗杆慢动卷扬机传动装置设计

设计说明书学生姓名: 专业: 机械设计及其自动化班级: 学号: 课程设计题目: 动卷扬机传动装置设计指导教师: 课程设计开始日期: 2011年1月4日课程设计完成日期: 2011年1月 日前言4机械设计课程设计任务书.5第二章传动装置的总体设计6 2.1电动机的选择6 2.2减速器中各主要参数的确定7 2.3减速器中各轴的运动和动.力参数的设计计算.8 2.4减速器机体结构尺寸. 9第三章 齿轮传动的设计计算,.11 3.1高速齿轮传动的设计计算. .11 3.2减速器蜗轮蜗杆设计.17第四章 轴系零件的设计算.20 4 .1输入轴的设计与计箕二.20 4.2中自阵由的设计与计算. 25 4.3中间轴的设计与计算.27第五章 轴承的校核.28结束语.30参考文献.30前言【摘要】:减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮一蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置;在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机措中应用很广。 我所设计的慢动卷扬机传动装置，是以减数器为主体，外加电动机和滚筒，实现以规定得速度推动物体的功能。性能可靠，结构简单，紧凑，便于制造。 其主要设计思路来自于对推力机工作原理的分解，然后按照相应功能的机构部件进行设计，对比，选定，以及优化组合。综合利用电动机、推头、丝杠、减速器等部件的协调运动，来实现推力机得预设功能。所有部件的设计都经过科学得数据处理并利用Auto Cad软件强大绘图功能和Word的编辑功能，使设计方案图文并茂，栩栩如生。【关键字】:减速器齿轮轴电动机机械设计课程设计任务书慢动卷扬机传动装置设计1.原始数据2.已知条件1)Ix1绳拉力F;2)钢绳速度V;3)滚筒直径D;4)工作情况:二班制，问歇工作，载荷变动小;5)工作环境:室内，灰尘较大，环境最高温度35“C左右;6)使用折旧期1年，3年大修一次;7)制造条件及生产批量:一专门机械厂制造，小批量生产。3.参考传动方案 方案一:齿轮一蜗杆第二章传动装置的总体设计2.1电动机的选择(一)、电动机转速的确定(1)按工作要求和条件，选用三相笼烈异步电动机，封闭式结构,电压38Ov，Y型。(2)选择电动机的容量电动机的所需一作功率为: = 因为传动装置的总效率分别为齿轮传动，轴承，齿轮联轴器，蜗杆传动。因此 (3)确定电动机转速 按表1推荐的传动比合理范围，一级圆柱齿轮减速器传动比，蜗杆传动一级减速器传动比，则总传动比合理范围，故电动机转速的可选范围为: 根据电动机所需功率和转速范围，由有关手册查出有三种适用的电动机型号如下表所示:综合考虑电动机的功率、转速和传动装置的尺寸、减速器的传动比等因素，方案3相对比较合适。(3)所选电动机的结构图如下:2.2减速器中各主要参数的确定(一)、传动装置的总传动比和分配传动比(l)总传动比的确定由选定的电动机满载转速和一作机主动轴转速n，可得传动装置总传动比为(2)分配减速器的各级传动比 式中分别为齿轮和蜗杆的传动比。齿轮蜗杆减速器可取齿轮传动比 取 =2.42.3减速器中各轴的运动和动力参数的设计计算(l)各轴转速轴I： 轴11： 轴111: (2)各轴的输入功率： (3)各轴的输出功率：同理(4)各轴输入转矩:(5)各轴输出转矩：同理2.4减速器机体结构尺寸 名称符号减速器形式及尺寸关系mm蜗杆减速器机座壁厚0.04a+3=8,取=16机盖壁厚蜗杆在下：=0.858,取=10机座凸缘厚b1.5=24机盖凸缘厚1.5=15机座底凸缘厚2.5=25地脚螺钉直接0.036a+12=24地脚螺钉数目n6轴承旁联螺栓直径0.75=18机盖与机座联接螺栓直径(0.5-0.6)=13联接螺栓d2的间距l150-200,取175轴承端盖螺钉直径(0.4-0.5)=10窥视孔盖螺钉直径(0.3-0.4)=8定位销直径d(0.7-0.8)=10dfd1d2至外机壁距离16dfd1d2至凸缘外缘距离14轴承旁凸台半径凸台高度h根据低速级轴承座外径确定外机壁至轴承底座面距离H机盖机座肋厚轴承端盖外径+(5-5.5)=+(55-60.5)轴承端盖凸缘厚度t(1-1.2)=(11-13.2)轴承旁联接螺栓距离s第三章齿轮传动的设计计算3.1、高速齿轮传动的设计计算1选择齿轮类型，精度等级，材料，齿数及螺旋角(1)选用斜圆柱齿轮传动(2)运输机为一般工作机，速度不高，技选用7级精度（GB10095-88）(3)材料选择由课木表10-1选择小齿轮选择材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取，选取螺旋角，初选螺旋角为2按齿面接触强度设计由设计计算公式按公式(10-21)进行计算，即 确定公式内各计算数值（1） 试选（2） 由图10-30选取区域系数（3） 由图10-26查得则（4） 由表10-7选取齿宽系数（5） 由表10-6查得材料得弹性影响系数（6） 由图10-21 d按齿面硬度查得小齿轮1得接触疲劳强度极限,齿轮2的接触疲劳强度极（2）计算（1） 小齿轮分度圆直径(1)由10-1计算应力循环次数(2)由图10-19查得接触疲劳寿命系数(3)计算接触疲劳许用应力取失效概率为10%，取安全系数s =1，由式10-12得 (2)计算圆周速度 (3)计算齿宽b及模数 （4）计算纵向重合度 (5) 计算载荷系数由表10-2查得使用系数根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数;由表10-4查得由图10-13查得直齿轮：所以载荷系数： (6) 按实际得载荷系数校正所算得得分度圆直径 由式10-10a得:(7) 计算模数 3 按齿根弯曲强度设计由式10-17得 1)确定计算参数(1)计算载荷系数 (2) 根据纵向重合度,从图10-28查得螺旋角影响系数 (3) 计算当最齿数: (4) 查取齿形系数由表10-5查得 (5) 查取应力校正系数 由表10-5查得 (6) 由图10-20c查得齿轮1 的弯曲疲劳强度极限，齿轮2弯曲疲劳强度极限 (7) 由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 (8) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式10-12得 （9） 计算大、小齿轮 并加以比较 通过比较大齿轮的 数值大 2) 设计计算 对此计算结果，由齿面的接触疲劳强度计算的法面模数，大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，现取，已可满足齿面接触疲劳强度的设计要求。 取 取（1） 由图10-19查得接触疲劳寿命系数（2） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为10%，取安全系数s =1，由式10-12得 (3) 计算圆周速度 (4) 计算齿宽b及模数 （5）计算纵向重合度 (6) 计算载荷系数由表10-2查得使用系数根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数;由表10-4查得由图10-13查得直齿轮：所以载荷系数： (7) 按实际得载荷系数校正所算得得分度圆直径 由式10-10a得:(8) 计算模数 4、几何尺寸计算 1 计算中心距 将中心距圆整为92mm (2) 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数 等不必再修止。 (3) 计算大，小齿轮的分度圆直径: (4) 计算齿轮宽度 圆整后取,5 设计结果中心距 模数螺旋角齿轮1齿数齿轮2齿数传动比齿轮1分度圆直径 齿轮1的宽度齿轮2分度圆直径齿轮2的宽度92mm2.0mm1426632.453.59mm60mm129.86mm55mm3.2 减速器蜗轮蜗杆设计 1选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851998的推荐，采用渐开线蜗杆(ZT)。2.选择材料 根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋面要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗杆用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由式（11-12），传动中心距 1) 确定作用在蜗轮上的转距2) 确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数，由表11-5选取使用系数,由于转速不高，冲击不大，可取动载荷系数,则： 3) 确定弹影响系数,因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故4) 确定接触系数先假设蜗杆分度同直径和传动中心距a比值，从机械设计图11-18中可得5）确定许用接触应力根据蜗杆材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆旋齿面硬度45HRC，可从表11-7中查得蜗轮的基本需用应力。应力循环次数寿命系数所以 6）计算中心距取中心距a=355mm，因i=31 故从表11-2取模数m=8蜗杆分度圆直径，这时，因为,因此以上计算可用。4. 蜗杆的其它主要参数与几何尺寸计算 1） 蜗杆轴向齿距Pa=3.14*M=3.14*8=25.06mm,直径系数；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,是允许的。 蜗轮的分度圆直径: 蜗轮喉圆直径： 蜗轮齿根圆： 外圆直径： 蜗轮宽度B： ，取B=110mm5，校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 根据，从图11-19中可查得齿形系数 螺旋系数 许用弯曲应力 从表11-8中查得由铸锡磷青铜ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 寿命系数 ；所以弯曲强度是满足的。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、蜗杆精度等级中选7级精度、侧隙种类为f表注为8Fgb/T100然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。第四章 轴系零件的设计计算 轴系零们几包括轴.键联接、滚动轴承和联轴器。完成传动零件的设计计算后，需对它们进行设计计算。 轴是减速器的上要零件之一，轴的结构决定于轴上零件的位置和有关尺寸。设计轴时，要按照工作要求，选择合适的材料，并进行结构设计，然后根据受力状况进行强度和刚度计算。4.1输入轴的设计与计算1. 轴的材料的选择轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳度，故采用碳钢制造尤为广泛。材料选择:45#钢，采用热处理(调质)和表而未强化处理，由机械手册查得，45号钢采用调质处理硬度为217255HB。2. 轴的初步计算已知:输入轴上的输入功率 ; 转速 ； 转矩 轴上齿轮模数 ; 螺旋角 前面已经算出轴上齿轮分度圆直径：； 1 求作用在齿轮上的力 圆周力,径向力，轴向力的方向如图4一2所示。 2 初步确定输入轴的最小直径 公式 中，A由查表15-3得，初步选定为120，代入上式可得： 轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径直径与联轴器的孔径，以及电动机的输出轴相适应，故需先确定联轴器的型号。 联轴器的计算转矩：，由于提升机的工作效率不大，工作转矩变化小，原动机为电动机。查表14-1，考虑到转矩变化很小，故选K=1.3;则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查机械设计一册选用LT6型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为2050N.m。半联轴器的孔径，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) 根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度1、 为使2-3轴段满足半联轴器的配合要求，需制出一轴肩，取2-3段直径。2、 初步选择滚动轴承 因所选用的齿轮为斜齿轮，则轴承同时承受有径向和轴向力的作用，鼓选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据查手册，初步选取0基本游隙组标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其齿寸为 ，故3-4轴的直径，而。3、 在齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为59mm，为了使套筒的端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。4、 轴承端盖的总宽度20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离5、 取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm，蜗轮与圆柱大齿轮之间的距离为c=20mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴位置时，应距箱体内壁一段距离S，取s=80mm。至此，已知初步确定了轴的各段直径和长度。 2) 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册选用平键为，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为，同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是借过度配介来保证的，此处选的直径尺公差为m6。（3）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表15-2,取左轴端倒角为，右轴端倒角，2出处倒圆,其它处倒圆。 4.求轴上的载荷 根据轴的结构图4-5，在确定轴承的支点位置时，应根据手册查取a值。对于32217型的滚动轴承，由手册查得a=34mm。又滚动轴承如图5-3正装，则作为简支梁的轴承跨距，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图4-6: 图4一6输出轴的弯矩图和扭矩图 从轴的机构图以及扭矩图中可以看出，C截而是轴的危险截面。(1) 求轴上轴承的支座反力和，截而C上的1、 求轴承的支反力和 2、 截面C上的 则：总弯矩M为： T=51870N.mm 5. 扭矩合成应力校核轴的强度： 进行校核是，通常只校核轴上所受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据以上所算得的数据，并取a=0.6，轴的计算应力为： 因选择轴材料为45钢，所以由课本表15-1查得,故轴工作安全。 （6)危险截面4校核： 抗弯截面系数：W=0.1=0.1*=14060.8 抗扭截面系数：=0.2=0.2*=28121.6 截面左侧的弯矩M为：M= 截面上的弯矩应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45钢，调质处理。由课本表15-1查得 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及，按课本附表3-2查得。 因为r/d=2.0/52=0.04；D/d=56/52=1.07,经查得：=1.92，=1.31 由课本附图3-1查得轴的材料的敏感系数为： 有效集中系数： 由课本附图3-2查得尺寸系数 由课本附图3-3查得扭转尺寸系数 轴按磨削加工，由课本附图3-4查得表面质量系数 轴未经表面强化，则综合系数值为： 碳钢的特性系数：取 计算安全系数S: S= 故可知道其安全。4.2中间轴的设计与计算1. 轴的材料的选择 轴的材料上要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢;由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐庶性和抗疲劳度，故采用碳钢制造尤为广泛。材料选择:45#钢，采用热处理(调质)和表面末强化处理，由机械手册查得，45号钢采用调质处理硬度为217255HB。 2. 中间轴的初步计算 (1) 初步确定输入轴的受力计算: 已知:输入轴上的输入功率 ; 转速 转矩 轴上蜗杆分度圆直径 求作用在蜗杆上的力 （2）估算轴径选取轴的型号 轴2材料为45钢，经调质处理。按扭转强度计算，初步计算轴径，轴径计算公式查手册可知道，取 ，取(3)轴承选取圆锥滚子轴承30000型，轴承代号32009，尺寸d=45,D=75,T=20,B=193 轴的结构设计(1)轴的方案设计(2)各段直径及长度 轴承处直径： 轴承处长度: 齿轮处的直径: 齿轮孔径大于所通过的轴径) 齿轮处长度: （轴段长度应略小十轮毂长度） 挡油环处： 蜗杆齿处： 轴承与箱体内壁距离： 蜗轮与箱体内壁距离： 4.3中间轴的设计与计算1确定输出轴上的功率，转速和转距。由前面可知，2求作用在轴上的力:已知低速级齿轮的分度圆直径为 ， 3. 初步确定轴的最小直径: 低速轴3材料为45钢，经调质处理。按扭转强度计算，初步计算轴径，取 ,显然此处为轴的最小直径为使得出轴与链轮的孔径相同，故需确定弹性联轴器。孔径，基本尺寸为4轴的结构设计 1） 拟订轴响零件的装配方案图2） 根据轴的轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度3） 4） 选择圆锥辊子轴承型号为（30221） 第五章 轴承的校核5.1 第一对轴承的校核即与轴1装配得轴承)初选单列圆锥滚子轴承，其型号为30209，其尺寸为.轴承得受力情况简图)如下图所示:(1) 计算径向力和轴向力齿轮的径向力 齿轮的轴向力=499N（2）计算轴向派生力 由一直数据查得e=0.37,Y=1.8 由课本表13-7得： （3)计算轴承的轴向载荷 因为+=499+230.8=729.8N，即轴承1压紧，轴承2放松 所以=+=729.8N,=306.9N（4)计算当量载荷 因为 由课本表13-5查得X1=0.52,Y1=1.1 由课本表13-6查得=1 则P1=N 因为 由课本表13-5查得X2=0.9,Y2=0 由课本表13-6查得=1 则： 5)轴承的寿命计算 因为P1P2,由课本13-19公式得： = Ln=3*6*300*15=h 因为LnLn 所以所选轴承符合要求。 结束语 在老师的指导下，经过近两个月的设计，从草稿模拟到数据设计再到绘制CAD，最后开始写设计报告。在这断时间里，我参考了有关的书籍，尤其是课本教材，我了解到了机械行业的发展状况和趋势，拓宽了直径的视野和知识面。本次设计用到了很多以前所学的知识，尤其是机械设计课程。因此在整个设计的过程中，我将三年来所学的知识进行了系统的复习和回顾，进一步巩固了自己的专业知识和专业技能，增强了独立思考能力和理论联系实际的能力。同时，也使我对几点产品的设计过程和方法等内容有了一定的了解，熟悉和深入。更重要的是我发现了很多自己专业上的不足和欠缺。 由于本人的知识水平和能力有限，设计经验的不足，从中存在的错误请老师批评和指正。参考文献 1：机械设计（第八版） 高等教育出版社 主编 记名刚 2：机械设计手册（软件版） 3：机械设计基础（第二版） 高等教育出版社 主编 陈立德 4：机械设计课程设计指导书 高等教育出版社 主编 罗圣国