卷扬机传动装置设计

学生机械设计课程设计（论文）题 目： 卷扬机传动装置设计 学生姓名： 学 号： 所在院系： 机电学院 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 指导老师： 职称： 2010年1月7日教务处制目录一 课程设计的目的二 课程设计的内容和要求三 课程设计工作进度计划四 设计过程1.传动装置总体设计方案 32.电动机的选择 33.确定传动装置的总传动比和分配传动比 54.计算传动装置的运动和动力参数 65.齿轮的设计 76.蜗杆的设计 107.滚动轴承和传动轴的设计 148.联轴器设计 249.键的设计 2510.箱体结构的设计 2611.润滑密封设计 27五 设计小结六 主要参考资料1.传动装置总体设计方案2、电动机的选择2.1电动机的类型2.2电动机的容量2.3.确定电动机的转速3、确定传动装置的总传动比和分配传动比3.1.总传动比3.2.分配传动装置传动比4. 计算传动装置的运动和动力参数4.1 各轴转速4.2 各轴输入功率4.3 各轴输入转矩运动和动力参数计算结果表5、齿轮的设计5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数5.2按齿面接触强度设计5.3.按齿根弯曲强度设计5.4几何尺寸计算6、蜗杆的设计6.1.选择蜗杆传动类型6.2.选择材料6.3按齿面接触疲劳强度进行设计6.4.蜗杆涡轮的主要参数与几何尺寸6.5.校核齿根弯曲疲劳强度6.6.验算效率7.滚动轴承和传动轴的设计7.1蜗杆轴的设计7.2涡轮轴的设计7.3小齿轮轴的设计7.4大齿轮轴的设计8.联轴器的设计8.1电动机外伸轴与蜗杆轴之间8.2涡轮轴与小齿轮轴之间9.键的设计9.1蜗杆轴、联轴器以及电动机连接处9.2蜗轮轴、联轴器以及小齿轮轴连接处9.3蜗轮与蜗轮轴连接处9.4小齿轮与小齿轮轴连接处9.5大齿轮与大齿轮轴连接处9.6卷筒与大齿轮连接处10箱体结构的设计 11.润滑密封设计一、课程设计的目的本课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，自学，查资料，独立实践的机会。将本学期课本上的理论知识和实际有机的结合起来，锻炼学生实际分析问题和解决问题的能力，提高学生综合运用所学知识的能力，装配图、零件图的设计绘图能力。二、课程设计的内容和要求传动装置简图：1)、己知条件(1)机器功用 用于建筑工地提升物料。(2)工作情况 电动机双向运转，断续工作，有轻微振动，室外工作。(3)运转要求 钢绳运动速度误差不超过5。(4)使用寿命 12年，每年300天，每天工作8小时。(5)检修周期 一年小修，三年大修。(6)生产厂型 专业机械制造厂，可加工7、8级精度齿轮、蜗轮。(7)生产批量 单件小批量生产。2)设计原始数据见下表设计题目号12345678钢丝绳速度v(m/s)0.30.40.30.40.50.60.40.6钢丝绳工作拉力F/KN1212101010101088卷筒直径D/mm4705004204304705004304703)要求： (1)完成传动装置的设计计算。(2)完成各类零件的设计、选择计算。(3)认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。(4)按预定计划循序完成任务。(5)按学校规定格式书写说明书，交电子和纸质文档。三、课程设计工作进度计划(1)准备阶段（1天）(2)设计计算阶段（3天）(3)减速器的装配图一张（4天）(4)绘零件图三张（3天）(5)编写设计说明书（3天）(6)答辩或考察阶段。(1天)四、设计过程1.传动装置总体设计方案本组设计数据：第7数据：卷扬机钢丝绳工作拉力，钢丝绳速度，卷筒直径。1）外传动机构为齿轮传动2）减速器为一级双头蜗杆减速器。3) 方案简图如上图4）该方案的优缺点：该工作机有轻微振动，价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分一级双头蜗杆减速，为应用最广泛的一种。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。2.电动机的选择2.1.电动机的类型按工作条件和要求，选择YR系列饶线转子三相异步电动机。2.2.电动机的容量电动机所需工作效率按式由式 因此由电动机至卷筒轴的传动效率为式中：、分别为联轴器、蜗杆传动、轴承、齿轮传动和卷筒的传动效率。取、（滚子轴承）、（齿轮精度为8级、不包括轴承效率）、。所以：2.3 确定电动机的转速卷筒轴工作转速为圆柱齿轮传动一级开式的传动比为。双头蜗杆传动的传动比为。则总传动比合理范围为。故电动机转速可选范围为。符合这一范围的同步转速有：、。根据容量和转速，由机械设计手册16-68选Y180L-6型号电动机，满载转速，电动机轴伸直径，长。3、确定传动装置的总传动比和分配传动比3.1 总传动比：3.2 分配传动装置传动比：由式式中：、分别为蜗杆传动和齿轮传动的传动比。初步取，则。4、计算传动装置的运动和动力参数4.1 各轴转速轴 轴 轴 卷筒轴 4.2 各轴输入功率轴 轴 轴 卷筒轴 各轴输出功率分别为输入功率乘轴承效率。4.3 各轴输入转矩 电动机轴输出转矩 轴 轴 轴 卷筒轴 各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘各轴的输入转矩乘轴承效率。运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率转矩转速传动比效率输入输出输入输出电动机轴8.078.7697010.99轴7.927.7677.9776.41970180.78轴6.216.081111.571089.3453.8910.97轴6.095.971089.451067.6653.8940.95卷筒轴5.725.613381.273313.6416.335、齿轮的设计（此处参考文献：机械设计 高等教育出版社 第八版）已知条件：输入功率，小齿轮转速，齿数比，工作寿命，有轻微振动。5.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.选用斜齿圆柱齿轮传动2.材料及热处理：由教材表10-1选择小齿轮材料为（调质），硬度为，大齿轮材料为钢（调质），硬度为，二者材料硬度差为。3.卷扬机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（）4.选小齿轮齿数，大齿轮齿数5.初选螺旋角5.2按齿面接触强度设计1. 确定公式内的各计算数值1）.试选载荷系数。2）.由教材图10-30选取区域系数。3）.由图10-26查得、，则 。4）.计算小齿轮传递的转矩5）.由表10-6查得材料的弹性影响系数6）.由图10-21d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。7）.由计算应力循环次数。8）.由图10-19取接触疲劳寿命系数、。9）.计算接触疲劳需用应力。取失效概率为，安全系数，由式得2. 计算1）.试算小齿轮分度圆直径 2）.计算圆周速度v3）.计算齿宽及模数。4）.计算纵向重合度5）.计算载荷系数已知使用系数，根据、8级精度，由图10-8查得动载系数，由表10-4利用插值法查得8级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，由、查图10-13得，查表10-3得。故动载系数6）.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由得7）.计算模数。5.3.按齿根弯曲强度设计由式1. 确定计算参数1）.由图10-20c查得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）.由图10-18取弯曲疲劳寿命系数、。3）.计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,由得4）.计算载荷系数。5）.根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数。6）.计算当量齿数7）.查取齿形系数由表10-5查得、。8）.查取应力校正系数由表10-5查得、。9）.计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大。2.计算 对比计算结果，由齿面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，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 取，则。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。5.4.几何尺寸计算1计算中心距将中心距圆整为。2.按圆整后中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、等不必修正。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.结构设计见零件图：齿轮。6、蜗杆的设计（此处参考文献：机械设计 高等教育出版社 第八版）已知条件：输入功率，转速，传动比，寿命。6.1.选择蜗杆传动类型根据的推荐，采用圆柱蜗杆传动渐开线蜗杆（ZI蜗杆）。6.2.选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆选用钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为。涡轮用铸锡磷青铜，金属模制造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁制造。6.3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。由下式传动中心距1.确定作用在蜗轮上的转矩按，估取效率，则2.确定载荷系数因工作有轻微振动，故取载荷分布不均系数；由表11-5选取使用系数，由于转速不高，取动载系数;则3.确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜和钢蜗杆想配，故4.确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图11-18中可查得。5.确定许用接触应力根据涡轮材料为铸锡磷青铜，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度，可从表11-7中查得涡轮的基本许用应力。应力循环次数寿命系数则6.计算中心距取中心距。因，从表11-2中去模数。这时，从图11-18中可查得接触系数,因为，因此以上计算结果可用。6.4.蜗杆涡轮的主要参数与几何尺寸1.蜗杆轴向齿距；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.涡轮涡轮齿数；变位系数验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。涡轮分度圆直径涡轮喉圆直径涡轮齿根圆直径涡轮咽喉母圆半径6.5.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。螺旋角系数许用弯曲应力从表11-8中查得由制造的涡轮的基本许用弯曲应力。寿命系数弯曲强度时满足的。6.6.验算效率已知；从表11-18利用插值法查得，代入式中得。大于原估算值，不用重算。7.滚动轴承和传动轴的设计7.1.蜗杆轴的设计7.1.1轴上的功率转速转矩。7.1.2求作用在蜗杆上的力蜗杆分度圆而7.1.3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据机械原理表15-3，取，于是得但根据电动机外伸轴有，取。取，查标准或手册，选用LT7型弹性套柱销联轴器。半联轴器孔径，长度。7.1.4根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。滚动轴承初步选择0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30211，其尺寸为。 1234567D48525560966055L11080237010470237.1.5求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩当量弯矩扭矩T7.1.6.按弯扭合成应力校核轴的强度安全。7.1.7.滚动轴承的校核轴承的预计寿命1.已知，两轴承的径向反力2.轴承寿命计算，圆锥滚子轴承，取，则 故满足预期寿命。7.2.蜗轮轴的设计7.2.1轴上的功率转速转矩。7.2.2求作用在蜗轮上的力蜗轮分度圆而7.2.3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据机械原理表15-3，取，于是得取，查标准或手册，选用LT6型弹性套柱销联轴器。半联轴器孔径，长度。7.2.4根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。滚动轴承初步选择0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32016，其尺寸为。 123456D80120100807245L291012849401107.2.5求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩当量弯矩扭矩T7.2.6.按弯扭合成应力校核轴的强度安全。7.2.7.滚动轴承的校核轴承的预计寿命1.已知，两轴承的径向反力2.轴承寿命计算，圆锥滚子轴承，取，则 故满足预期寿命。7.3.小齿轮轴的设计7.3.1轴上的功率转速转矩。7.3.2求作用在小齿轮轴上的力小齿轮分度圆而7.3.3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据机械原理表15-3，取，于是得取，查标准或手册，选用LT6型弹性套柱销联轴器。半联轴器孔径，长度。符合涡轮轴端联轴器。7.3.4根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。滚动轴承初步选择0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32016，其尺寸为。 1234567D55706560555045L23101001023401107.3.5求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩当量弯矩扭矩T7.3.6.按弯扭合成应力校核轴的强度安全。7.3.7.滚动轴承的校核轴承的预计寿命1.已知，两轴承的径向反力2.轴承寿命计算，圆锥滚子轴承，取，则 故满足预期寿命。7.4.大齿轮轴的设计7.4.1轴上的功率转速转矩。7.4.2求作用在大齿轮轴上的力大齿轮分度圆而7.4.3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理。根据机械原理表15-3，取，于是得取7.4.4根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。滚动轴承初步选择0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承32016，其尺寸为。 1234567D66727580808575L14040251010510257.4.5求轴上的载荷载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩当量弯矩扭矩T7.4.6.按弯扭合成应力校核轴的强度安全。7.4.7.滚动轴承的校核轴承的预计寿命1.已知，两轴承的径向反力2.轴承寿命计算，圆锥滚子轴承，取，则 故满足预期寿命。8.联轴器的设计（此处参考文献：机械设计手册表5-2-29）8.1.电动机外伸轴与蜗杆轴之间蜗杆轴外伸段直径转矩选用LT7型弹性套柱销联轴器。8.2.涡轮轴与小齿轮轴之间涡轮轴最小直径转矩选用LT6型弹性套柱销联轴器。9.键的设计（此处参考文献：机械制图）9.1.蜗杆轴、联轴器以及电动机连接处普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。 9.2.蜗轮轴、联轴器以及小齿轮轴连接处普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。 9.3.蜗轮与蜗轮轴连接处普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。 9.4.小齿轮与小齿轮轴连接处普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。 9.5.大齿轮与大齿轮轴连接处 普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。 9.6卷筒与大齿轮轴连接处普通平键A型键。蜗杆轴上的键槽宽，槽深，联轴器上槽深，键槽宽。10.箱体结构的设计减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量，大端盖分机体采用配合.1.机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2.考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H大于40mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为3.机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为8mm，圆角半径为R=5。机体外型简单，拔模方便.4.对附件设计 A.视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B.油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C.油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D.通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E.位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.F.吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚11箱盖壁厚10箱盖凸缘厚度17箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度28地脚螺钉直径M20地脚螺钉数目查手册4轴承旁联接螺栓直径M16机盖与机座联接螺栓直径=（0.50.6）M12轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M10视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M8定位销直径=（0.70.8）9，至外机壁距离查机械设计课程设计指导书表4.226，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表424外机壁至轴承座端面距离60大齿轮顶圆与内机壁距离1.214齿轮端面与内机壁距离12机盖、机座肋厚、910轴承端盖外径5511. 润滑密封设计对于蜗杆涡轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度。油的深度为H+，H=30 =34。所以H+=30+34=64其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。 从密封性来讲为了保证机盖与机座连接处密封，凸缘应有足够的宽度，连接表面应精刨，密封的表面要经过刮研。而且，凸缘连接螺柱之间的距离不宜太大，并均匀布置，保证部分面处的密封性。轴承端盖采用嵌入式端盖，易于加工和安装。五、设计小结这次关于卷扬机上的蜗杆-齿轮减速器的课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。通过两个星期的设计实践，使我对机械设计有了更多的了解和认识.为我们以后的工作打下了坚实的基础.1机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、互换性与技术测量、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体，使我们能把所学的各科的知识融会贯通，更加熟悉机械类知识的实际应用。2这次的课程设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。3在这次的课程设计过程中,综合运用先修课程中所学的有关知识与技能,结合各个教学实践环节进行机械课程的设计,一方面,逐步提高了我们的理论水平、构思能力、工程洞察力和判断力,特别是提高了分析问题和解决问题的能力,为我们以后对专业产品和设备的设计打下了宽广而坚实的基础。4本次设计得到了指导老师的细心帮助和支持。衷心的感谢老师的指导和帮助.5设计中还存在不少错误和缺点，需要继续努力学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。六、主要参考资料机械设计 高等教育出版社 主编 濮良贵 纪名刚机械原理 高等教育出版社 主编 孙桓 陈作模 葛文杰工程制图 高等教育出版社 主编 王兰美材料力学 高等教育出版社 主编 单祖辉互换性与技术测量基础 机械工业出版社 主编 王伯平金属工艺学 高等教育出版社 主编 邓文英机械设计课程设计图册 高等教育出版社 主编 龚桂义机械设计课程设计指导书高等教育出版社 主编 龚桂义机械设计手册 机械工业出版社 主编 王文斌机械传动设计手册 煤炭工业出版社 主编 江耕华 胡来瑢选定电动机型号Y180L-6强度足够29 / 29文档可自由编辑打印