PM14慢速绞车的设计

摘要文中主要阐述了慢速绞车的发展和对慢速绞车的具体设计以及零部件的选用过程。通过PM14慢速绞车的具体结构和工作时的具体要求，对其进行整体的设计。包括电动机的选择，减速器的选择，卷筒的设计和校核以及主轴的设计和校核以及轴承的选用等等。在这次设计过程中，仅凭我的所学是远远不够的，因此我还查阅了许多相关资料，所以这是对我大学四年来所学知识的一次综合检验。设计的过程就是学习的过程，复习旧知识，学习新知识。在设计过程中，由于本人的时间和知识面有限，所以设计的绞车不可能很全面。文中有错误的地方，请老师指正。关键词 慢速绞车；减速器；卷筒；主轴；轴承AbstractThe paper expounds the development and the specific design of slow winch，and components selection process. PM14 slow winch through the concrete structure and the specific requirements of the work, it for the overall design. Including the choice of motor, the choice of reducer, drum design and verification, and spindle design and verification, and bearing selection, etc. In the design process, I learned alone is not enough, so I have access to a lot of relevant information, and it is a comprehensive test for my knowledge which I learn in the four year of college. Design process is a learning process, review old knowledge and learn new knowledge. In the design process, because of my limited time and knowledge, so the design of the winch could not very comprehensive. In the wrong inevitably，to hope the teachers can corrected. Key words： slow winch reducer reel spindle bearings. II徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IIAbstractIII1绪论1 1.1课题背景1 1.2绞车的分类1 1.3国内外绞车发展情况2 1.3.1国内绞车发展情况 2 1.3.2国外绞车发展情况 2 2 钢丝绳的选择42.1钢丝绳的种类和构造42.2钢丝绳直径的选择43 卷筒的设计53.1卷筒概述 53.1.1卷筒结构53.1.2卷筒的材料53.2卷筒容绳尺寸计算 53.3卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 84电动机的选择 10 4.1选择电动机类型和结构型式 104.2主要参数 10 4.3选择电动机 10 5运动参数的计算12 5.1传动装置的总传动比及各级传动比分配12 5.2计算传动装置的运动参数和动力参数126减速器的设计计算14 6.1减速器的主要型式及其特性14 6.2减速器的分类146.3常见减速器的特点14 6.4减速器的选择146.4.1减速器型式的选择 14 6.4.2选择材料 146.4.3减速器的计算 157 齿轮传动的设计计算 20 7.1轴上齿轮的设计计算20 7.1.1材料选择207.1.2初步计算207.1.3校核计算207.1.4确定传动主要尺寸22 7.2轴上齿轮的设计计算227.2.1材料选择227.2.2初步计算227.2.3校核计算237.2.4确定传动主要尺寸248 轴的设计与计算 25 8.1轴的概述25 8.1.1轴的用途25 8.1.2轴的分类25 8.1.3轴的材料258.2轴的设计258.2.1确定轴的尺寸258.2.2对轴的受力分析268.2.3校核轴径289 轴承的选用 299.1轴承的概述及分类299.2滚动轴承的选择计算299.2.1一轴轴承的选择计算299.2.2二轴轴承的选择计算3110 键联接3410.1键联接的概述 3410.2键联接的分类及应用 3410.3键的选择及验算 3411 联轴器3611.1联轴器的概述及分类 3611.2联轴器的选择 3611.2.1联轴器的选用计算 3611.2.2确定联轴器型号 36 12 制动器3712.1制动器概述 3812.2制动器的分类 3812.3制动器的选用 38结论 39致谢 40参考文献 41附录 42421 绪论1.1课题背景 绞车又称为卷扬机，有0.5吨32吨，分为快速和慢速两种。其中高于20吨的为大吨位绞车。绞车是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备。绞车可以单独使用，也可以作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而被广泛应用。目前，绞车正被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可做现代化电控自动作业线的配套设备。本课题所研究的PM14慢速绞车也是绞车里的一类。慢速绞车又称回柱绞车，是用于煤矿井下回收支柱的设备。由于它的高度较低重量又轻，特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱。同时，慢速绞车也是煤矿井下所使用的一种特制的防爆绞车,它可以缓慢但是稳定的完成复杂的卷扬任务,是当代煤矿必不可少的机械装备。随着机械化采煤程度的提高，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作方面，作为安装、回收牵引各种设备和备件之用。绞车的用途多种多样，所以它们的结构也各种各样，性能特点也是大不相同的。为了更好的研究绞车的结构和性能特点，则需要对绞车的组成和分类进行仔细深入地探讨。1.2绞车的分类绞车多种多样的用途，决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。绞车按照动力分为手动、电动、液压三类。手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器(棘轮和棘爪)，可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物用的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。电动绞车广泛用于工作繁重和所需牵引力较大的场所。单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入轴之间装有制动器。为适应提升、牵引和回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。一般额定载荷低于10T的绞车可以设计成电动绞车。液压绞车主要是额定载荷较大的绞车，一般情况下10T以上到5000T的绞车设计成液压绞车。绞车按照功能可以分为：船用绞车、工程绞车、矿用绞车、电缆绞车等等。按照卷筒形式分为单卷筒和和双卷筒。双卷筒绞车按照卷筒分布形式有分为并列双卷筒和前后双卷筒。按照钢丝绳缠绕方式分为缠绕式轿车和摩擦式轿车。按照防爆性能可分为防爆轿车和非防爆轿车。1.3国内外绞车发展状况1.3.1国内绞车发展状况我国矿用小纹车主要是指调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制、自行设计两个阶段。解放初期使用的矿用小纹车有日本的、苏联的，因此当时生产的矿用小绞车也是测绘仿制日本和苏联的产品。1985年后这些产品相继被陶汰，并对苏联绞车进行了改进，于1964年进入了自行设计阶段。淮南煤机厂曾设计试制了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车。徐州矿山设备制造厂也曾设计制造了摆线和行星齿轮传动纹车，一些厂还设计试制了25kw的调度绞车，徐州淮南锦州矿山机械厂 又相继设计试制了功率为40kw、55kw的调度绞车。回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段，八十年代以前一直使用的是仿制的老产品 八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车，主要针对效率极低的球面蜗轮副、慢速工作和快速回绳等环节进行根本的改进。矿用小绞车标准化方面，1967年制定了调度绞车部标准，1971年制定了回柱绞车部标准。1982年对上述两个标准都进行了修订，其标准方为JB96583，JB140983。我国的矿用小绞车其中的调度绞车多为行星齿轮传动，结构有以下四种基本形式。1.通轴式其主要特点是立轴贯穿其中，使整机刚性强、能保证运转过程中齿轮啮合精度，因而噪音小、寿命长，该种结构零件简单易于制造和维修，成本较低。2.浮动式其特点是由于采用了浮动件，故绞车的传动件受力状况好，因而噪音明显下降寿命较长。3.半埋入式其特点是机的一部分埋入滚筒内部，传动装置设在滚筒内部和端部，结构紧凑体积小、重量轻。但该结构刚性差，运转中齿轮精度很难保证，给进一步提高寿命，降低噪音造成很大困难。且零件技术要求较高，制造难度大。4.全埋入式其特点是电机全部置于滚筒内部，传动部分设在滚筒端部，使得整机结构紧凑、体积小、搬运方便。1.3.2国外绞车发展状况国外矿用小纹车使用很普遍，生产厂家也很多。苏联、日本、美国、瑞典等国都制造矿用小绞车。国外矿用小纹车的种类、规格较多。比如调度绞车牵引力从100kgf到3600kgf，动力有电动的、液力和风动的。工作机构有单简、双简和摩擦式。传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。发展趋势向标准化系列方向发展，向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展；向高效、节能、寿命长、低噪音、一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、 大方方向发展。纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。（1）向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原动机、传动装置、工作滚筒、制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸为一体。（2）向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联、日本在绞车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视。苏联和日本在绞车设计方面为节约电耗，对 电机功率在全面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能（牵引力、牵引速度）等，又能使电机功率得以充分利用。（3）向寿命长、低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合性反应。寿命长，经济效益才能高；噪音低，有利工人身心健康。苏联规定调度绞车使用寿命为5年以上，保修期为2年，规定工作噪音不得超过环保卫生部的规定，并将寿命和噪音值纳入产品标准中去，西德绞车的噪音较低，为提高产品寿命和降低噪音，有的提高齿轮的制造精度，有的采用稀油润滑，从而提高了产品整机性能。（4）向一机多能、通用化方向发展。矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。把调度、运输、辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近，大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破 了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。（5）向大功率方向发展。随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备 其牵引力又显得小些，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于运搬综采及各类机电设备时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。（6）向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑、体积小、重量轻、大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚简和制动操纵部分。整个纹车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。2钢丝绳的选择2.1钢丝绳的种类和构造钢丝绳由许多高强度钢丝编绕而成，可单捻、亦可双捻成形。绳芯常采用天然纤维芯（NF）、合成纤维芯（SF）、金属丝绳芯（IWR）和金属丝股芯（IWS）。纤维芯钢丝绳具有较高的挠性和弹性，缠绕时弯曲应力较小，但不能承受横向压力。金属丝芯钢丝绳强度较高，能承受高温和横向压力，但挠性较差。绞车多层缠绕，更适合选用双捻制金属丝芯钢丝绳。钢丝绳的种类，根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的相互方向可分为：（1） 顺捻钢丝绳 其特点是钢丝绳挠性好，磨损小，使用寿命长，但易松散和扭转。（2） 交捻钢丝绳 钢丝绳钢丝绕成股与股绕成绳的方向相反，它的挠性与使用寿命都较顺捻钢丝绳差，但由于绳与股的扭转趋势相反，克服了扭转和易松散的缺陷，故绞车应优先选用。 钢丝绳的种类，根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为：（1） 点接触钢丝绳 其特点是接触应力高，表面粗糙，钢丝易折断，使用寿命低。但制造工艺简单，价格便宜。（2） 线接触钢丝绳 抗疲劳强度高，其寿命通常高于点接触钢丝绳，承载能力也高。绞车应优先选用线接触钢丝绳。线接触钢丝绳根据绳股断面的结构又可分为三种型式：1） 西鲁式 代号为S。其特点是耐磨性好，但挠性较差。2） 瓦林吞式 代号为W。其特点是断面充填系数高，承载能力大，这种钢丝绳为绞车广泛使用。3） 填充式 代号为Fi。在钢丝绳股中内外层钢丝间形成的沟槽中充填细钢丝，增加了承载能力。2.2钢丝绳直径的选择按GB/T3811-1983计算，计算方法如下：d=C式中 d钢丝绳最小直径（mm） Fmax钢丝绳最大静拉力（N） C选择系数（mm/）选择系数C的选取与机构的工作级别有关，查手册得C=0.095，则d=0.09535.5 mm,取d=36mm。则查手册得钢丝绳近似重量为502kg/100m，钢丝绳最小破断拉力为776kN，最小钢丝破断拉力总和=7761.214=942.1kN。3卷筒的设计3.1卷筒概述3.1.1卷筒结构卷筒结构形式较多，可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。绞车的卷筒大多为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。按照卷筒缠绕层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。绞车主要使用多层缠绕卷筒。按照卷筒内部是否带有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒和分体装配式卷筒。按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式。3.1.2卷筒的材料由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料ZG270-500极限应力、3.2卷筒容绳尺寸计算卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。参见图3-1所示图3-1卷筒示意图a)卷筒节径 卷筒节径 应满足下式： 式（3.1）式中筒绳直径比，由设计手册查得钢丝绳直径（mm），则=540mmb)卷筒容绳宽度Bt卷筒容绳宽度，一般可以由下式确定：Bt3D0式中卷筒直径（mm）则Bt3420取mmc) 卷筒边缘直径卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算: DkDs+4d 式（3.2）式中Ds最外层钢丝绳直径，由下式确定 Ds=D0+(2S-1)d 式（3.3）其中S钢丝绳缠绕层数则mm取mmd)缠绕层数缠绕层数按下式计算 式（3.4）式中为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm）。该值在多层缠绕中根据要求应大于2.5倍的钢丝绳直径。计算得3d=336=108mm则7.8 取S=6e)卷筒容绳量卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时，达到规定的缠绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值。卷筒容绳量按下式计算：第层钢丝绳绳芯直径为 Di=D0+(2Si-1)d 式（3.5）式中的Si第i层，i=1,2,3,S。则 =435mm=465mm=495mm=525mm=555mm=585mm第层钢丝绳长度为 Li=(Bt/d-1)D0+2(Si-1)d10-3 式（3.6）则 =38.361m=44.418m=50.475m=56.532m=62.589=68.646m卷筒容绳量为 L=L1+L2+Li 式（3.7）则L=38.361+44.418+50.475+56.532+62.589+68.646 =321.021m钢丝绳最外圈绳速v外=L6/60=68.646/60=1.14m/s钢丝绳最内圈绳速v内=L1/60=38.361/60=0.64m/s钢丝绳平均绳速v平=（1.14+0.64）/2=0.89m/s3.3卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算a)多层缠绕系数的确定多层缠绕系数的理论计算 式（3.8）式中 钢丝绳的缠绕层数其中钢丝绳的缠绕节距 t=1.01d=36.36mm卷筒壁厚 卷筒直径 mm钢丝绳直径d=36mm钢丝绳纵向弹性模量钢丝绳横向弹性模量卷筒材料的弹性模量钢丝绳的断面积由于AS的值是随缠绕层数而变化的，故根据设计手册，取AS=1.60b)卷筒的厚度设计卷筒厚度为 式（3.9）式中钢丝绳的额定拉力由设计手册查得则43.4，则取=50mmc) 卷筒壁的强度计算 = =123.2经强度计算较合适无需调整。4电动机的选择4.1选择电动机类型和结构型式根据电动机工作电源的不同，电动机有交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护不方便，因此无特殊要求时不宜采用，工业上一般采用交流电动机。电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机，电动机按转子的结构可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。绞车属于非连续制工作机械，且起动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。慢速绞车是用于煤矿井下回收支柱的设备，由于煤矿发生安全事故多，新的煤矿安全标准对绞车也提出了更高的要求，在此，需选择防爆电动机。因其具有高效，节能，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。4.2主要参数 牵引力：140000N 牵引速度：小于0.22ms 卷筒最小直径420mm。绞车的工作环境：常温下长期连续工作，环境有灰尘。电源为三相交流，电压380V。4.3选择电动机设绞车联轴器效率为1=0.995,滚动轴承（一对）的效率为2=0.99，减速器的效率为3=0.82，齿轮传动的效率为4=0.97，卷筒的效率为5=0.98。电动机所需功率为： Pd=Pw/ 式（4.1）工作机所需工作功率为：Pw=Fv/1000=（1400000.2）/1000=28 kw传动装置的总传动效率为：=12345 =0.9950.9920.820.970.98 =0.726所以电动机的功率为：Pd= Pw/=28/0.726=38.57 kw确定电动机的转速：卷筒轴工作转速为n=601000v/D=（6010000.2）/（420）=9.09 r/min因为蜗杆减速器的传动比为1070，齿轮传动的传动比为18，所以nd=(101708)9.09=90.95090.4 r/min综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和传动比。应选择电动机型号为YBJ40-4其主要参数如表表4-1主要参数型号额定功率额定电压额定电流同步转速额定转速效率（）YBJ40-44038080.31500148089续表功率因数重量kg0.877.02.52.5240电动机的主要外形和安装尺寸如图4-1所示：图4-1主要外形和尺寸5运动参数的计算5.1传动装置的总传动比及各级传动比分配5.1.1传动装置的总传动比由前面计算得输送机卷筒的转速n=9.09 r/min总传动比 i总=nd/n=1480/9.09=162.825.1.2分配各级传动比取蜗杆减速器的传动比为25，则齿轮传动的传动比i齿轮=i总/ i减速器=162.82/25=6.51，假设两组齿轮的传动比分别为2和3.255。5.2计算传动装置的运动参数和动力参数O轴-电动机轴：Po=Pd=38.57 kwno=nd=1480 r /minTo=9.55106Po/no=（9.5510638.57）/1480=248881 Nmm1轴-高速轴：P1= Po12=38.570.9950.99=37.99 kwn1=no=1480 r /minT1=9.55106P1/n1=（9.5510637.99）/1480=245138 Nmm2轴-低速轴：P2=P13=37.990.82=31.15 kwn2=n1/i减速器=1480/25=59.2 r/minT2=9.55106P2/n2=（9.5510631.15）/59.2=5025042 Nmm3轴-齿轮轴:P3=P24 =31.150.97=30.22 kwn3=n2/i齿轮=59.2/2=29.6 r/minT3=9.55106P3/n3=（9.5510630.22）/29.6=9750034 Nmm4轴-卷筒轴:P4=P3245= 30.220.990.970.98=28.44 kwn4=n3/i齿轮=29.6/3.255=9.09 r/minT4=9.55106P4/n4=（9.5510628.44）/9.09=29879208 Nmm将计算的运动参数和动力参数列表：表5-1运动参数和动力参数值轴名参数O轴1轴2轴3轴4轴转速r/min1480148059.229.69.09输入功率kw38.5737.9931.1530.2228.44输入转矩Nm2488812451385025042975003429879208传动比i112523.255效率0.9950.990.820.970.986 减速器的设计计算6.1减速器的主要型式及其特性 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，故在现代机器中应用广泛。6.2减速器的分类按照传动结构的特点，可将减速器分为四大类：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速装置。其中圆柱齿轮减速器又可分为渐开线圆柱齿轮减速器和圆弧齿圆柱齿轮减速器。圆锥齿轮减速器可分为渐开线圆锥齿轮减速器、双曲面齿轮减速器和圆弧齿圆锥齿轮减速器。蜗杆减速器可分为圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器。行星齿轮减速装置可分为渐开线行星齿轮减速装置、少齿差行星齿轮减速装置、摆线针轮减速装置和谐波齿轮减速装置等等。6.3 常见减速器的特点1）圆柱齿轮减速器的主要特点是中心距，公称传动比等主要参数均经优化设计，主要零、部件互换性好。体积小、重量轻、精度高、承载能力大、效率高，寿命长，可靠性高、传动平稳、噪音低。2）圆锥齿轮减速器由于圆锥齿轮的精加工比较困难，允许圆周速度又很低，故圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器。 3） 蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。4） 行星齿轮减速装置的特点是传动效率可以很高（单级达到9699），传动比范围广，传动功率可从12W50000W，体积和重量比普通齿轮、蜗杆减速器小得多，结构比较紧凑。但价格略贵，结构比较复杂，制造精度要求较高。6.4 减速器的选择6.4.1减速器型式的选择根据绞车的工作环境及工作要求，并且查阅相关资料可知，圆柱蜗杆减速器在绞车的使用中比较广泛，故选择圆柱蜗杆减速器。6.4.2选择材料根据工作要求，蜗杆用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求调质，硬度为270HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。6.4.3减速器的计算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计算，再较核齿根弯曲疲劳强度。1）初选d1/a值根据蜗杆传动的传动比i=25可查机械设计图13.11得d1/a=0.51，=8（z1=2），1=0.82滑动速度vs=v1/cos=0.2/cos8=0.2，查表13.6得=0.065，=3.672）中心距计算传动中心距 式（6.1）蜗轮转矩 T2=T1i1=9.55106P1i1/n1=9.5510637.99250.82/1480=50250042 Nmm根据动力机的工作特性，查表12.9得使用系数 KA=1.1转速系数 Zn= -1/8= -1/8=0.77 式（6.2）假设减速器的寿命为13000h，寿命系数 = = =1.121.6 式（6.3）根据蜗轮副材料查表得弹性系数 ZE=147,接触疲劳极限=265，接触疲劳最小安全系数=1.3根据d1/a=0.5查图13.12I得到接触系数=2.65故传动中心距 式（6.4）= 301 mm根据标准值取a=315 mm。3）传动基本尺寸蜗杆头数 z1=（7+2.4）/u=（7+2.4）/251.98取z1=2,则蜗轮齿数 z2=i减速器z1=252=50模数 m=（1.41.7）a/z2=（1.41.7）315/50=8.8210.71，取m=10 mm蜗杆分度圆直径d1d1=d1/aa=0.5315=157.5，取标准值d1=160 mm蜗轮分度圆直径d2d2=mz2=1050=500 mm蜗杆导程角tan=z1m/d1=210/160=0.125, =7.13蜗轮变位系数x2x2=-1.5蜗杆齿顶高ha1 ha1=m=10 mm蜗杆齿根高hf1 hf1=1.2m=1.210=12 mm顶隙cc=0.2m=0.210=2 mm蜗杆齿顶圆直径da1da1=d1+2m=160+210=180 mm蜗杆齿根圆直径df1df1=d1-2hf1=160-2.410=136 mm蜗杆轴向齿厚sx sx=0.4m=0.41013 mm蜗杆法向齿厚sn sn=sxcos=13cos8=12.9 mm蜗轮齿顶高ha2 ha2=m（1+x2） =10（1-1.5）=-5 mm蜗轮齿根高hf2 hf2=m（1.2-x2） =10（1.2+1.5）=27 mm蜗轮喉圆直径da2da2=d2+2m（1+x2） =500+210（1-1.5）=490 mm蜗轮齿根圆直径df2df2=d2-2m（1.2-x2） =500-210（1.2+1.5）=446 mm蜗轮顶圆直径de2de2da2+（0.81）m =490+（0.81）10 =498500 mm，取de2=499 mm蜗轮齿宽b2b2=（0.670.7）da1 =（0.670.7）180 =120.6126 mm，取b2=124 mm蜗杆齿宽b1b1（12.5+0.1z2）m =（12.5+0.150）10=175 mm齿廓曲率半径=5m=510=50 mm蜗杆圆周速度v1v1=d1n1/(601000) =1601480/(601000)12.4 m/s相对滑动速度vs vs=v1/cos=12.4/cos812.5 m/s则查表得=0.016，=14）齿面接触疲劳强度验算许用接触应力 =ZnZh=0.771.12176 MPa最大接触应力=ZEZ=1472.65159176 MPa故疲劳强度是满足的。5）齿根弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限 查表13.2得=115 MPa，弯曲疲劳最小安全系数取=1.4许用弯曲疲劳应力 = = =82 MPa 式（6.5）轮齿最大弯曲应力 = = 1782 MPa 式（6.6）故轮齿弯曲疲劳强度是满足的。6）蜗杆轴挠度验算轴惯性矩 I=d14/64=1604/64=3.22107 mm4允许蜗杆挠度 =0.004m=0.00410=0.04 mm蜗杆轴挠度 =Ft2l3=5003=0.029 mm0.04 mm所以挠度满足要求。7）温度计算传动啮合效率 1=tan/tan(+)=tan7.13/tan(7.13+1)=0.88搅油效率自定为 2=0.99，轴承效率自定为 3=0.99则总效率 =123=0.880.990.99=0.86散热面积估算 A=910-5a1.88=910-53151.88=4.478 m2箱体工作温度 t1=+t0=+20=78.4C80C此处取15 W/(m2C),中等通风环境，故温度满足要求。8）润滑油黏度和润滑方法润滑油黏度 根据vs=12.5 m/s由表13.7可知=150 mm2/s润滑方法可采用压力喷油润滑。通过一系列的计算后，最终选择CWS-315型减速器，其安装尺寸如图6-1和表6-1所示。图6-1减速器示意图表6-1主要参数型号尺寸aDD1D2L3L4L5hh1Hd1I1b1t1L1315315605700760430243235501025048k6821451.5447续表d2I2b2t2L2I3d3nkg公称传动比i输入转速n额定输入功率P1额定输出转矩T2120m61653212742017M2447502515005477007齿轮传动的设计计算7.1轴上齿轮的设计计算7.1.1材料选择根据工作要求，小齿轮选用40Cr调质处理，硬度241HB286HB,平均取为260HB,大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取为240HB，齿轮精度8级。7.1.2初步计算转矩T2 由前面计算得出T2=5025402 Nmm，则查机械设计表12.13得齿宽系数=1由图12.17c可知=710 MPa，=580 MPa初步计算的许用接触应力 0.9=0.9710=639 MPa0.9=0.9580=522 MPa查表12.16取Ad=83，则初步计算的小齿轮直径 d3Ad 式（7.1） =83251 mm取d3=255 mm初步齿宽 b=d3=1255=255 mm7.1.3校核计算圆周速度 v3=0.79 m/s根据速度，由表12.6选取9级精度的齿轮。初取小齿轮齿数z3=80，大齿轮齿数z4=i齿轮z3=280=160则模数m=d3/z3=255/80=3.19,由表12.3，取m=3则小齿轮齿数和大齿轮齿数 z3=d3/m=255/3=85z4=i齿轮z3=285=170由表12.9查得使用系数KA=1.25,动载系数Kv=1.1则Ft=39414.9N=193.2N/mm100 N/mm= =1.82= = =0.85由此得齿间载荷分配系数=1.38由表12.11查得 = =1.49则载荷系数K=KAKv =1.251.11.381.49=2.83由表12.12和表12.14查得弹性系数ZE=189.8,接触最小安全系数=1.05，由图12.16查得节点区域系数ZH=2.5应力循环次数NL3=8.52107则NL4= NL3/i=4.26107由图12.18查得ZN3=1.17,ZN4=1.24则许用接触应力=791MPa=685MPa则 = =629MPa计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。7.1.4确定传动主要尺寸小齿轮实际分度圆直径d3=mz3=385=255mm大齿轮分度圆直径d4=mz4=3170=510 mm中心距a=382.5 mm齿宽b3=b4=255mm7.2 轴上齿轮的设计计算7.2.1材料选择根据工作要求，小齿轮选用40Cr调质处理，硬度241HB286HB,平均取为280HB,大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取为260HB。7.2.2初步计算转矩T3 由前面计算得出T3=9750034 Nmm，则查机械设计表12.13得齿宽系数=1由图12.17c可知=820 MPa，=710 MPa初步计算的许用接触应力 0.9=0.9820=738 Mpa0.9=0.9710=639 MPa查表12.16取Ad=82，则初步计算的小齿轮直径 d5Ad =82258.2 mm取d5=260 mm初步齿宽 b=d5=1260=260 mm7.2.3校核计算圆周速度v5=0.40 m/s根据速度，由表12.6选取9级精度的齿轮。初取小齿轮齿数z5=80，大齿轮齿数z6=i齿轮z5=3.25580=260.4，取z6=260则模数m=d5/z5=260/80=3.25,查表取m=3则小齿轮齿数和大齿轮齿数z5=d5/m=260/3=85z6=i齿轮z5=3.25585=276.7，取z6=277由表12.9查得使用系数KA=1.25,动载系数Kv=1.1则Ft=75000.2N=360.6N/mm100 N/mm= =1.83= = =0.85由此得齿间载荷分配系数=1.38由表12.11查得= =1.49则载荷系数K=KAKv =1.251.11.381.49=2.83由表12.12和表12.14查得弹性系数ZE=189.8,接触最小安全系数=1.05，由图12.16查得节点区域系数ZH=2.5应力循环次数NL5=4.26107则NL6= NL5/i=1.42107由图12.18查得ZN5=1.24,ZN6=1.28则许用接触应力=968MPa=866MPa则 = =817MPa计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整7.2.4确定传动主要尺寸故小齿轮分度圆直径d5= mz5=385=255 mm大齿轮分度圆直径d6=mz6=3277=831 mm中心距a=543 mm齿宽b5=b6=255mm8 轴的设计与计算8.1轴的概述8.1.1轴的用途轴是机械设备中的重要零件之一。作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。因此轴的主要功用是支承回转零件并传递运动和动力。8.1.2轴的分类根据轴的承载情况不同，可把轴分成心轴、转轴和传动轴三种。1.心轴 工作时仅承受弯矩作用的轴称为心轴。根据工作情况，心轴还可分为固定心轴和转动心轴。2.转轴 工作时，同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴。3.传动轴 只传递转矩，不受弯矩或承受很小弯矩的轴，称为传动轴。8.1.3轴的材料根据绞车启、制动频