电动卷扬机传动装置.doc

机械设计课程设计计算说明书题 目 电动卷扬机传动装置 专业班级 10机械（3）班 学 号 08102100338 学生姓名 王爱 指导教师 何斌锋 西安文理学院2012年 12 月 30 日机械设计课程设计任务书学生姓名 王爱 专业班级 10机械（3）班 学 号 08102100338 指导教师 何斌锋 职 称 助教 教研室 机械教研室 题目 设计电动卷扬机传动装置 传动系统图：题目4原始数据：绳索拉力绳索速度卷筒直径1416240工作条件：间歇工作，每班工作时间不超过15%，每次工作时间不超过10min,满载启动，工作有中等振动，两班制工作，小批量生产，绳索速度允许误差，设计寿命10年。要求完成：1.部件装配图1张（A2）2.零件工作图3张。3.设计说明书1份，6000-8000字。开始日期 2012年12月6日 完成日期 2012年12月30日 2012年 12 月 30 日目 录第1章 传动装置总体分析11.1 原始数据11.2方案分析1第2章 电动机的选择及传动比的分配22.1电动机的选择22.1.1 传动装置的总效率22.1.2工作机所需的输入功率22.1.3确定电动机转速22.1.4确定电动机型号32.2计算总传动比及分配各级的传动比32.2.1总传动比32.2.2分配各级传动比32.3传动装置的运动和动力参数计算32.3.1各轴转速的计算32.3.2各轴输入输出功率的计算42.3.3各轴的输入输出转矩的计算4第3章 齿轮的设计63.1高速级齿轮传动的计算设计63.1.1选定高速级轮类型、精度等级、材料及齿数63.1.2按齿面接触疲劳强度设计63.1.3、按齿根弯曲疲劳强度设计83.1.4几何尺寸计算103.2 低速级齿轮传动设计103.2.1选定低速级轮类型、精度等级、材料及齿数103.2.2按齿面接触疲劳强度设计113.2.3、按齿根弯曲疲劳强度设计133.2.4几何尺寸计算143.3外部开式齿轮传动的计算设计153.3.1选定开式轮类型、精度等级、材料及齿数153.3.2按齿面接触疲劳强度设计153.3.3、按齿根弯曲疲劳强度设计173.3.4几何计算18第4 章 轴的设计204.1 输出轴的设计204.1.1 求轴上的功率，转速，转矩204.1.2 求作用在齿轮上的力204.1.3初步确定轴的最小直径204.1.4轴的结构设计204.1.5轴的各段轴尺寸214.1.6 轴上零件的周向定位214.2 主动轴的设计214.2.1 求主动轴上的功率，转速，转矩214.2.2 求作用在齿轮上的力224.2.3 初步确定轴的最小直径224.2.4轴的结构设计224.3 中间轴的设计234.3.1 求中间轴上的功率，转速，转矩234.3.2 求作用在齿轮上的力234.3.3初步确定轴的最小直径244.3.4轴的结构设计24第5章 箱体的设计及其附件的选择265.1 箱体的设计265.2润滑方式的选择275.2.1高速级齿轮的圆周线速度275.2.2滚动轴承的润滑275.2.3齿轮的润滑275.2.4密封方式选取：275.3 减速器附件的选择27第6章 校核296.1 键的强度校核296.2轴的校核29设计小结34参考资料35第1章 传动装置总体分析1.1 原始数据（1）绳索工作拉力 ；（2）绳索工作速度 ；（3）卷筒直径 ；（4）卷筒工作效率 =0.97；（5）工作寿命 10年两班制；（6）工作条件 间歇工作，满载启动，中等冲击。（7）传动系统图 图1-1 1.2方案分析本设计中原动机为电动机，工作机为齿轮传动。传动方案采用了两级传动，第一级传动为齿轮传动，第二级传动为二级斜齿圆柱齿轮减速器。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是展开式两级斜齿轮传动。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。第2章 电动机的选择及传动比的分配2.1电动机的选择2.1.1 传动装置的总效率其中=0.97为工作机传动效率。为了计算电动机所需功率,需确定传动装置总效率。 ,设各效率分别为：、1（弹性连轴器）、2（角接触球轴承）、 （减速器齿轮）、（滚子轴承）、5 （开式齿轮传动效率）查表得 则 ： 2.1.2工作机所需的输入功率工作机所需要的输入功率为：； 电动机所需输出功率为： 。2.1.3确定电动机转速查表2-1,表2-2得,所以,电动机的转速为,2.1.4确定电动机型号 根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机。使电动机的额定功率P （11.3）P ，由查表19-1,得电动机的额定功率P5KW，电机型号有三种，现将三种方案列表如下表1-1 三种电动机的数据比较方案电动机型号额定功率（kw）同步转速（r min-1）满载（）价格YZR132 M2-65900875中YZR160 M1-64944890便宜YZ132M2-65.515001440贵由上表的性价比和整体传动比综合考虑，可知方案更好，装置结构紧凑，因此选用方案 I。2.2计算总传动比及分配各级的传动比2.2.1总传动比 2.2.2分配各级传动比 假定减速器的传动比11则=/=11.78=3.91 =3.012.3传动装置的运动和动力参数计算2.3.1各轴转速的计算 2.3.2各轴输入输出功率的计算=4.69kw2.3.3各轴的输入输出转矩的计算 将各轴的运动和动力参数列于表2。表1-2 各轴的运动和动力参数轴名功率 p/kw转矩 T/NM转速(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴轴轴轴轴4.644.464.284.193.874.694.604.424.244.073.7150.70190.37550.27539.30 1775.8051.2050.20188.47544.77528.511740.28875875223.7974.3574.3521.2310.993.910.963.010.9610.963.50.94 第3章 齿轮的设计3.1高速级齿轮传动的计算设计3.1.1选定高速级轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度。（3）材料选择 选则小齿轮材料为40Cr钢，调质处理，平均硬度为280HBS。大齿轮材料为45钢，正火，硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数， 则：。（5）初选螺旋角。3.1.2按齿面接触疲劳强度设计 （1)确定公式内的各项数值试选载荷系数 查图10-30选取区域系数查表10-6选取材料的弹性系数（大小齿轮均采用锻造）为。由图10-26查得； ，； 小齿轮传递的转矩表10-7选取齿宽系数。查图10-21d，按齿面硬度查取齿轮的接触疲劳强度极限小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮接触疲劳强度极限。由式10-13计算应力循环次数查图10-19得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1， (2)计算计算小齿轮分度圆直径 计算圆周速度v= 计算齿宽b及模数 =齿高 b/h=10.95计算纵向重合度计算载荷系数K查表10-2得：使用系数.5；根据、7级精度，查图10-8得动载系数；查表10-3得； 查表10-4调质小齿轮支承非对称布置、7级精度利用插值法计算得查表10-13根据、得： 故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的小齿轮分度圆直径： 计算模数3.1.3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）确定计算参数计算载荷系数根据纵向重合度1.903，查图10-28得螺旋角影响系数计算当量齿数，查取齿数系数及应力校正系数 表10-5得：， 查图10-20C按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 查图10-18得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大（2）按大齿轮计算；=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，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径=52.90mm来计算应有的齿数。于是有，取 3.1.4几何尺寸计算（1）中心距计算 将中心距圆整为131mm，a=131。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因为螺旋角变化不大，所以无需修正。（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 ，（4）计算齿轮宽度圆整后取3.2 低速级齿轮传动设计3.2.1选定低速级轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）输送机为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度。（3）材料选择 选则小齿轮材料为40Cr钢，调质处理，平均硬度为260HBS。大齿轮材料为45钢，正火，硬度为220HBS，二者硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数， 则：。（5）初选螺旋角。3.2.2按齿面接触疲劳强度设计 （1)确定公式内的各项数值试选载荷系数 查图10-30选取区域系数查表10-6选取材料的弹性系数（大小齿轮均采用锻造）为。由图10-26查得； ； 小齿轮传递的转矩表10-7选取齿宽系数。查图10-21d，按齿面硬度查取齿轮的接触疲劳强度极限小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮接触疲劳强度极限。由式10-13计算应力循环次数查图10-19得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力 ，安全系数为S=1， (2)计算计算小齿轮分度圆直径 计算圆周速度v= 计算齿宽b及模数 =齿高计算纵向重合度计算载荷系数K查表10-2得：使用系数.5；根据、7级精度，查图10-8得动载系数；查表10-3得； 查表10-4调质小齿轮支承非对称布置、7级精度利用插值法计算得查表10-13根据、得： 故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的小齿轮分度圆直径： 计算模数3.2.3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）确定计算参数计算载荷系数根据纵向重合度1.982，查图10-28得螺旋角影响系数计算当数，查取齿数系数及应力校正系数 表10-5得：， 查图10-20C按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 查图10-18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 计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大（2）按大齿轮计算；=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，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径=77.1mm来计算应有的齿数。于是有，取 3.2.4几何尺寸计算（1）中心距计算 将中心距圆整为165mm，a=165。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角因为螺旋角变化不大，所以无需修正。（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度圆整后取 ，3.3外部开式齿轮传动的计算设计3.3.1选定开式轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。（2）输送机为一般工作机械，速度不高，故选用7级精度。（3）材料选择 选则小齿轮材料为40Cr，调质处理后表面淬火，心部平均硬度280HBS，齿面平均硬度为50HRC。大齿轮材料为45钢，调质后表面淬火，心部平均硬度为240HBS，齿面硬度为40HRC。（4）选小齿轮齿数， 则： 。3.3.2按齿面接触疲劳强度设计 （1)确定公式内的各项数值试选载荷系数 查表10-6选取材料的弹性系数（大小齿轮均采用锻造）为小齿轮传递的转矩表10-7选取齿宽系数。查图10-21c，按齿面硬度查取齿轮的接触疲劳强度极限小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮接触疲劳强度极限。由式10-13计算应力循环次数查图10-19得接触疲劳寿命系数计算接触疲劳许用应力，安全系数为S=1， (2)计算计算小齿轮分度圆直径计算圆周速度v= 计算齿宽b及模数 =齿高 算纵向重合度计算载荷系数K查表10-2得：使用系数.5；根据、7级精度，查图10-8得动载系数；查表10-3得； 查表10-4调质小齿轮支承非对称布置、7级精度利用插值法计算得查表10-13根据、得： 故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的小齿轮分度圆直径： 计算模数3.3.3、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）确定计算参数计算载荷系数查取齿数系数及应力校正系数 表10-5得：， 查图10-20d按齿面硬度查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 查图10-18得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 计算大小齿轮的并加以比较小齿轮的数值大（2）按大齿轮计算；=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，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关。故可取由弯曲强度算得的模数并就近圆整为标准值，而按接触强度算得的分度圆直径=69.33mm来计算应有的齿数。于是有，取 3.3.4几何计算（3）计算大、小齿轮的分度圆直径 （4）计算齿轮宽度圆整后取 ，将计算所得齿轮的参数列表如下：表3-1：高速级低速级大小大小2.02.5z106273296i4.252.82d218.4955.65247.3482.81222.4959.65252.3487.45213.4950.65244.21579.325a137165B60558883 （齿顶圆直径齿根圆直径，）第4 章 轴的设计4.1 输出轴的设计4.1.1 求轴上的功率，转速，转矩P=4.28W =74.35/min =550.27Nm4.1.2 求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为 =247.34而 F= F=F4.1.3初步确定轴的最小直径按式15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得。 根据联轴器的计算公式，查表14-1，取;则有，选用型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径。4.1.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 （2）初步选用角接触球轴承根据工作条件选用角接触球轴承。7211AC。其尺寸为。4.1.5轴的各段轴尺寸 4.1.6 轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。根据由表14-24查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，；同样，齿轮与轴的联接，选用平键为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的。4.2 主动轴的设计 4.2.1 求主动轴上的功率，转速，转矩P=4.64KW =875r/min =50.70Nm4.2.2 求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为 =55.65而 F= F=F4.2.3 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得根据联轴器的计算公式，查表14-1，取;则有，选型弹性柱销联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径4.2.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案、（2） 初步选角接触球轴承（3） 根据工作条件选用角接触球轴承。7208AC。其尺寸为选取各段轴尺寸如下： 4.3 中间轴的设计4.3.1 求中间轴上的功率，转速，转矩P=4.46KW =223.79/min =190.37Nm4.3.2 求作用在齿轮上的力（1）已知高速级大齿轮的分度圆直径为 =218.49而 F= F=F（2）已知低速级小齿轮的分度圆直径为 =82.45而 F= F=F4.3.3初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45刚,调质处理，取，于是得4.3.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案（2）初步选择角接触球轴承根据工作条件选用角接触球轴承。7208AC。其尺寸为选取各段轴尺寸如下： 4.1.6 轴上零件的周向定位齿轮与轴的轴向定位均采用平键连接。根据由表14-24查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，滚动轴承与轴周向采用过渡配定位。第5章 箱体的设计及其附件的选择5.1 箱体的设计箱座壁厚： ，取箱盖壁厚：，取。箱座、箱盖、凸缘的厚度：b=b1=,取b=b1=12箱底座凸缘的厚度：b2=2.5，b2=20mm箱座、箱盖的肋厚：取m=6.8mm地脚螺钉的直径： 取df= 20mm；数目：n=4轴承旁联接螺栓的直径：，d1=13.455；箱盖、箱座联接螺栓的直径：，取d2=10 mm，间距l=150200mm轴承盖螺钉的直径：，取d3=10mm；窥视孔盖板螺钉的直径：，d4=8mm;定位销直径：d=8mm轴承旁凸台的半径：至箱外壁的距离： 至凸缘边缘的距离：。 外箱壁到轴承座端面的距离：=46mm。齿轮顶圆与内箱壁距离：，取：=10mm。齿轮端面与内箱壁距离：，取：=10mm。轴承盖外径：（其中，D为轴承外径，为轴承盖螺钉的直径）。 高速轴：中间轴：低速轴： 5.2润滑方式的选择5.2.1高速级齿轮的圆周线速度v=所以，轴承采用油润滑。5.2.2滚动轴承的润滑采用脂润滑，并在靠近箱体内壁处加封油板。5.2.3齿轮的润滑因齿轮的圆周速度12 m/s，所以采用浸油润滑的润滑方式。高速齿轮浸入油里约为0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm），1/6齿轮。5.2.4密封方式选取：选用凸缘式端盖，易于调整轴承间隙，采用端盖安装毡圈油封实现密封。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承外径决定。5.3 减速器附件的选择5.3.1通气器：由于在外界使用，有粉尘，选用通气室采用M205.3.2油面指示器：选用油标尺，规格M125.3.3起吊装置：采用箱盖吊耳螺钉5.3.4放油螺塞装置：选用外六角细牙螺塞及垫片M161.55.3.5窥视孔及视孔盖：选用板结构的视孔盖5.3.5键的选择：选普A型通平键，铸铁键，所有齿轮与轴的联接中可采用此平键。第6章 校核6.1 键的强度校核键，L=70mm连接强度计算，根据式查表得，因为，故键槽的强度足够。其它键的验算方法同上，经过计算可知它们均满足强度要6.2轴的校核 6.2.1中间轴的校核 （1）在水平面上左侧右侧弯矩 （2）在垂直面上左侧右侧弯矩（3）总弯矩 M （4） 画出剪力图、弯矩图： 3 4 图7-1 轴的剪力弯矩图根据以上计算，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力，因选定45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。6.2.2输入轴的校核（1）在水平面上左侧右侧弯矩 （2）在垂直面上左侧右侧弯矩（3）总弯矩 M （4）画出剪力图、弯矩图 3图7-2 轴的剪力弯矩图根据以上计算，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力，因选定45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。6.2.3输出轴的校核（1）在水平面上左侧右侧弯矩 （2）在垂直面上左侧右侧弯矩（3）总弯矩 M （4）画出剪力图、弯矩图 3 图7-3轴的剪力弯矩图=0.97YZR132M2-6型电动机 设计小结机械设计课程设计主要分为四个阶段。第一阶段，设计计算阶段。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。第三阶段，减速器装配图CAD制图阶段。第四阶段，说明书编写阶段。在这个课程设计中，它把我以前所学的独立课程（如：机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械制造基础、工程材料与成型技术基础、互换性与测量技术、机械设计）有机结合了起来。在这过程中我充分的体会到了，这些学科即使相对独立又是密不可分的。在这个繁琐又复杂的设计中，我体会到了我们专业需要我们严谨的思维、精确的计算、刻苦的精神。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，它融多门专业学科于一体，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。设计是一项艰巨的任务，设计是要反复思考、反复修改，设计是要以坚实的知识基础为前提的，设计机械的最终目的是要用于实际生产的，所以任何一个环节都马虎不得，机械设计课程设计让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识。经过多次修改，设计的结果还是存在很多问题的，但是体验了机械设计的过程，学会了机械设计的方法，能为以后学习或从事机械设计提供一定的基础。这次关于卷扬机减速器的课程设计，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。通过一个月的设计实践，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。参考资料1机械设计，高等教育出版社，濮良贵，纪名刚主编，2006年5月第八版； 2简明机械零件设计实用手册，机械工业出版社，胡家秀主编，2006年第1版；3机械设计课程设计，机械工业出版社，陆玉主编，2008年6月第四版；4 机械设计课程设计手册，国防工业出版社，张龙主编2006年5月第一版。