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1、机械设计课程设计题目：设计电动卷扬机传动装置学 院 专 业 学 号 学生姓名 机械设计课程设计任务书题目：设计电动卷扬机传动装置传动系统图：原始数据：数据编号钢绳拉力F/KN钢绳速度v/(m/min)卷筒直径D/mm2920290工作条件：间歇工作，满载启动，工作中有中等振动，两班制工作，小批量生产，钢绳速度允许误差5%，设计寿命10年。目录1.电动机的选择1.1 功率计算1.2 确定电动机转速2.传动系统的运动和动力参数2.1 计算总传动比2.2 合理分配各级传动比2.3 各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算3.传动零件的设计计算4.轴的设计及计算5.键连接的选择和计算6.滚动轴承的选择和
2、计算7.联轴器的选择8.润滑方式、密封形式及润滑油牌号的选择9.其他技术说明10.设计小结11.参考文献计算及说明计算结果一电动机的选择1.功率计算工作机所需要的功率：电动机输出功率：由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 式中：1：联轴器的效率0.99 2：每对滚动轴承的效率0.99 3：每对滑动轴承的效率0.98 4：闭式圆柱齿轮传动的效率0.97 5：开式圆柱齿轮传动的效率0.95 6：卷筒的传动效率0.97所以 即 故由参考书可选电动机的额定功率为4kw2.确定电动机转速 由可得 在该传动方案得知，在该系统中只有减速器存在二级传动比i12、i34，开式齿轮i开，所以，id=
3、i12i34i开 即nd= idnw=(i12i34i开) nw在二级圆柱齿轮减速器的传动比范围一般为（840），开式齿轮的传动比为i开=4，则总传动比的id的合理范围为 id= i12i34i开=（840）4= 32160因此，电动机转速的可选范围为nd= idnw= (32160) 21.96= ( 702.723513.6) r/min所选电动机型号符合这一范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min、1500 r/min，根据计算出的电动机容量，由附表可查出适用的电动机型号，相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示。电动机的比较方案电动机型号额定功率/kw同步转速/r/m
4、in满载转速/r/min重量价格1Y160M1-847507202.02.0重高2Y132M1-6410009602.02.2中中3Y112M-44150014402.22.3轻低 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及成本，课件第3种方案比较合适。因此选择电动机型号为Y112M-4，即电动机的额定功率Pw=4kw，满载转速nm=1440 r/min。二.传动系统的运动和动力参数1.计算总传动比 由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可确定传动装置应有的传动比2.合理分配各级传动比 一般圆柱齿轮传动比范围为，开式齿轮传动比为i开=4，故取i开=4可以算出， i开=43.各轴转速、输出功
5、率、出入转矩、转速计算（1）各轴的转速 电动机的转速 n0=1440 r/min 高转速I 中间轴II 低速轴III 卷筒 （2）各轴的输入功率 上述电动机输出功率Pw=3.9kw，故P0=3.9kw 高转速I P1=P012=3.90.990.99= 3.82kw中间轴II P2= P124=3.820.990.97=3.67kw 低速轴III P3=P224=3.670.990.97=3.52kw 卷筒 P4=P313256=3.520.9820.950.97 =3.12 kw式中：1：联轴器的效率0.99 2：每对滚动轴承的效率0.99 3：每对滑动轴承的效率0.98 4：闭式圆柱齿轮传
6、动的效率0.97 5：开式圆柱齿轮传动的效率0.95 6：卷筒的传动效率0.97 (3) 各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩Td： 高转速I 中间轴II 低速轴III 卷筒 运动和动力参数的计算结果列于下表：参数电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III卷筒转速（r/min）14401440336.45109.9521.96功率（kw）3.93.823.673.523.12转矩（Nm）25.8625.33116.83380.961356.83传动比114.83.44三.传动零件的设计计算I 斜齿圆柱齿轮计算A高速级斜齿圆柱齿轮的计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1）按运动简图的传动方案，选
7、定斜齿圆柱齿轮传动2）卷扬机为一般工作机，速度不搞，故选用8级精度（GB100951998）3）材料选择：小齿轮选用40Cr，调质热处理，齿面硬度达到250HBS 大齿轮选用45钢，调质热处理，齿面硬度达到220HBS由于减速器齿轮传动为闭式传动，可以采用齿面接触疲劳强度计算，按弯曲疲劳强度校核。2.按齿面接触疲劳强度设计 按设计计算公式计算：1）确定公式的各参数（1）试选载荷系数Kt=1.5（2）齿轮传递转矩为（3）选齿宽系数（4）材料弹性系数（5）初选压力角=20（6）齿数比为ui=4.8（7）选小齿轮的齿数为：Z1=20，则大齿轮的齿数为Z2=204.8=96。（8）由机械设计基础（P7
8、3）图5-24c查得 （9）计算应力的循环次数 （10）查得接触疲劳寿命系数ZNT1=1，ZNT2=1.14（11）许用接触应力可利用以下公式计算SH=1.1 即 3.计算（1）试计算小齿轮分度圆直径d1t ,取，得 （2）确定模数由机械设计基础P57表5-1取mn=2mm（3）确定中心距 中心距 取整数，所以取，则螺旋角 齿宽 取 取4.齿根许用疲劳强度条件切为 （1）K1、T1、m和Z同前 （2）齿宽 （3）由机械设计基础P74图5-26查得 齿形系数 应力修正系数为 （4）由机械设计基础P75图5-27中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 （5）许用弯曲应力 （6）查得寿命系数为，（7）
9、由P73表5-7中可以查出安全系数 5.计算齿轮的几何尺寸 端面模数 齿根高 齿顶高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 B低速级斜齿圆柱齿轮的计算1选择材料，热处理方式和公差等级小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度达到240HBS 大齿轮选用45钢，正火处理，齿面硬度达到210HBS 选用8级精度2初步计算传动的主要尺寸 因为是软齿面闭式传动，故按齿数面接触疲劳强度计算。其设计公式为： （1）小齿轮传递转矩为 （2）选载荷系数Kt=1.5（3）选齿宽系数（4）材料弹性系数（5）初选压力角=20（6）齿数比为ui=4.8（7）选小齿轮的齿数为：Z3=25，则大齿轮的齿数为Z4=254.8=12
10、0。（8）由机械设计基础（P73）图5-24c查得 （9）许用接触应力可利用以下公式计算SH=1.1 （10）查得接触疲劳寿命系数ZNT3=0.99，ZNT4=0.92（11）许用接触应力可利用以下公式计算SH=1.1 即 取，初算小齿轮的分度圆直径得 （2）确定模数由机械设计基础P57表5-1取3确定几何尺寸 中心距 取整数，所以取，则螺旋角 齿宽 取 取5齿根许用疲劳强度条件切为 （1）K、T、mn和Z同前 （2）齿宽 （3）由机械设计基础P74图5-26查得 齿形系数 应力修正系数为 （4）由机械设计基础P75图5-27中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 （5）许用弯曲应力 （6）查得
11、寿命系数为（7）由P73表5-7中可以查出安全系数 6计算齿轮的几何尺寸 端面模数 齿顶高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 II 开式齿轮的设计1选定齿轮类型精度等级、材料及齿数 （1）按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动 （2）卷扬机一般为工作机，速度不高可以选用8级精度 （3）材料选择大齿轮用45钢硬度40-50HRC，小齿轮材料为40Cr，并经调制处理级表面淬火，选择齿数Z5=20，大齿轮选择Z54=204=802由资料计算应力循环次数 3计算弯曲疲劳许用应力 取由机械设计基础P75图5-27中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 所以 取载荷系数K=1.5查得齿形系数和应力修正系数 4计
12、算大小齿轮的并比较故小齿轮大5由资料选取齿宽系数 取6分度圆直径7齿轮宽度 8中心距 III 斜齿圆柱齿轮上作用计算1高速轴齿轮传动的作用力 1）已知条件，高速轴传递的转矩，转速，高速齿轮的螺旋角，小齿轮左旋，大齿轮右旋，小齿轮分度圆直径。 2）齿轮1的作用力圆周力为径向力为轴向力为法向力为3）齿轮2 的作用从动齿轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等，作用方向相反。2低速轴齿轮传动的作用力1）已知条件，中间轴传递的转矩，转速，低速齿轮的螺旋角，为使齿轮3的轴向力与齿轮2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮为右旋，大齿轮左旋，小齿轮的分度圆直径。 2）圆周力为径向力为轴向力为法向力为3）齿
13、轮4 的作用从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，作用方向相反。四轴的设计与计算（一）中间轴的设计与计算 1已知条件：中间轴传递的功率P2=3.67kw，转速，齿轮分度圆直径 ，齿宽 2选择轴的材料 因传递的功率不大，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故选用45钢调质 3初算轴径 查机械设计基础表15-2得A0=103126，考虑轴端不受转矩，只受少量弯矩，故取较小值A0=112，则 4结构设计 1）轴的结构图 2）轴承的选择及轴段5的设计 该段轴上安装轴承，其审计应与轴承的选择同步，考虑齿轮有轴向力的存在，故选用角接触球轴承，轴段1、5上安装轴承，其直径即应便于轴承安装，又应符合轴承安
14、装，又应符合轴承内径系列，查机械设计基础课程设计P112续表G-1参照工作要求，并根据由轴承产品目录中取标准精度级的深沟球轴承6206，得轴承内径，外径，宽度，定位轴肩直径，外径定位直径，对轴的力作用点与轴承外圈大端面的距离 ，故通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，故。 3）a轴段2 和轴段4 的设计 轴段2上安装齿轮3，轴段4上安装齿轮。为方便齿轮的安装和分别略大于和，可初定 b齿轮2轮毂宽度范围取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，左端采用轴肩定位，有段采用套筒固定，由于齿轮3的直径比较小，采用实心式，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等，采用套筒定位，为的是套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段2与轴段4的长度应比
15、相应的齿轮的宽度略短，故取 。 c轴段3 该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为其高度为4mm，故 齿轮3左端面与箱体内壁距离与高速轴齿轮右端面距箱体内壁距离均为，齿轮2与齿轮3的距离初定为，则箱体内壁之间的距离为 齿轮2 的右端面与箱体内壁距离为则轴段3的长度为 d轴段1及轴段5的长度：轴承内端面距离箱体内壁的距离取，中间轴上两个齿轮的固定均由当油环完成。则轴段1的长度为轴段5的长度为 e轴上力作用点与轴承外圈大端面的距离，可得轴的支点及受力点的距离为 5键连接 齿轮与轴承间采用A型普通间连接，查表得键的型号为和键6轴的分析 画轴的受力分析见图 计算支撑反力 在水平面上 在垂直平
16、面上 轴承的总支撑反力为 弯矩 a- a截面 由表15-1查得45钢调制处理抗拉强度极限，表15-3查得轴的许用弯曲应力（二）低速轴的设计与计算 1材料的选择：选用45钢正火处理 2按扭转强度估算轴径 查机械设计基础表15-2得A0=103126 又由15-2算得考虑到轴的最小直径处要安装联轴器会有键槽存在，故将估算直径加大3%-5%则取，故查得标准直径。 3.设计轴的结构并绘制草图 确定轴上零件的位置和固定方式，要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩或轴环定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用
17、平键连接，轴承对称安装在齿轮两侧，其轴向用轴肩固定，轴向采用过盈配合固定。 确定各轴段直径 轴段1外伸直径最小，考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能很顺利的在轴段2上安装轴承，轴段2必须是轴承内径标准，故取轴段2的直径。同理，轴段3、4的直径 为了便于拆卸左端轴承，查得轴承安装高度为3.5mm 则确定各轴段的长度 齿轮的轮毂宽度为，为保证齿轮的固定可靠，轴段2的长度略短于齿轮轮毂宽度取58，为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体应留有一定的间距取间距为，轴承宽度为,故取轴段6为，两轴承键距离为，根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的要求，取在轴段1、
18、2上分别加工出键槽，是两键槽处于轴的同一圆柱母线，键槽长度比相应的轮毂宽度小，键槽的宽度按轴段直径取，且轴承内断面距内壁,同时齿轮3与4啮合，故取轴段5为 。选定圆角，倒角为。 4齿轮传动的作用力 已知条件，低速轴的转矩，转速，螺旋角 圆周力 其方向与作用点圆周速度方向相反 径向力 轴向力 法向力 5.按弯曲强度校核满足强度要求。 在水平面上 在垂直面上 ， 弯矩: 合成： ：转矩 相当弯矩 修正系数， 校核轴： 故满足要求低速轴受力分析（三）高速轴的设计与计算 1材料的选择 因为是齿轮轴，材料与齿轮材料相同，40Cr调制处理。 2按扭转强度估算轴径 查机械设计基础表15-2得A0=97112
19、 又由15-2算得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故 将直径加大3%5%取为（13.83216.275）mm，由机械设计基础课程设计查得标准直径 3设计轴的结构确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩或轴环定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的轴向固定采用平键连接，轴承对称安装在齿轮两侧，其轴向用轴肩固定，周向用过盈配合固定。 确定各轴段的直径 查机械设计基础课程设计P112续表G-1参照工作要求，根据，由轴承产品目录中取标准精度级的深沟球轴承6207，得轴承内
20、径，外径，宽度，定位轴肩直径，外径定位直径。据外伸端直径考虑到对安装在轴段1上的联轴器定位，则轴段2要有轴肩，同时能够顺利的在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径标准，故取轴段2的直径，用相同的方法确定轴段3、4的直径。为了便于拆卸，左端轴承壳差池型号为6207型滚动轴承安装高度为，取。 4.计算各轴段的长度 轴承采用脂润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑液溅入轴承座，为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体距箱体内壁取挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁挡油环轴的宽度初定则，通常一根轴上的两个轴承应取相同的型号，则，齿轮1与箱体内壁为间距。齿轮与轴段4：该段上安装齿轮为方
21、便齿轮的安装，应略大于，键的尺寸应定为，键槽深度，则该处齿轮上齿根圆与毂空键槽顶部的距离为 故取，。轴段3和轴段5的设计：该轴段壳取略大于轴承定位厚茧的直径，则，齿轮右端面距箱体内壁距离为，则轴段5的长度为， 轴段3的长度为 轴段1的长度：该轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴的宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座的宽度为，由表得知箱座壁厚故取取轴承旁连接螺栓为M16，则，则，则可以得出 5轴的校核 计算支撑反力:在水平面上 利用公式计算得 在垂直面上 轴承的总支撑反力为 弯矩 对轴进行校核的：满足条件，符合所需要求高速轴受力分析五键的选择及计 1选择轴键联接类型和尺寸 轴I（高速轴）上选用一个
22、普通平键：根据轴I的尺寸查机械设计基础查表11-1初选为 轴（中间轴）用于齿轮轴向定位采用普通平键，根据轴的尺寸齿轮3的键初选为 ；齿轮2的键初选为 。 2校核键连接的强度 键、轴、轮毂的材料都为45钢，由机械设计基础查表11-2得许用挤压应力 取平均值 轴上用于联接齿轮的键工作长度为 键与轮毂键槽的接触高度 可得： 故此键满足工作要求。键标记为：键轴上用于联齿轮键的工作长度 键与轮毂键槽的接触高度可得：故此键满足工作要求。键标记为：键轴上用于联齿轮键的工作长度键与轮毂键槽的接触高度可得：故此键满足工作要求。键标记为：键六滚动轴承的选择和计算1选择轴承的类型 由上述可知轴承的类型从高速到低速分
23、别为6207，6206和6208。2计算 高速轴 由机械设计基础课程设计P112续表G-1查6207轴承得 轴向力：径向力： 由此查机械设计基础表13-4得到，所以得出 则轴承当量动载荷： 轴承在以下工作，查表13-5得载荷系数，查表13-6得，则 故满足寿命要求中间轴 由机械设计基础课程设计P112续表G-1查6206轴承得 轴向力： 由此查机械设计基础表13-4得到，所以得出 则轴承当量动载荷： 轴承在以下工作，查表13-5得载荷系数，查表13-6得，则故满足寿命要求低速轴 由机械设计基础课程设计P112续表G-1查6208轴承得 轴向力：径向力： 由此查机械设计基础表13-4得到，所以得
24、出 则轴承当量动载荷： 轴承在以下工作，查表13-5得载荷系数，查表13-6得，则故满足寿命要求七联轴器的选择1类型的选择： 因为工作中有中等振动，故选用弹性柱销联轴器。2载荷计算 1）轴上所需的联轴器（1）公称转矩：，由机械设计基础表14-3查得工作情况系数，故由公式工作情况系数，公称转矩计算得转矩为：选择型号：根据工作要求及机械设计基础课程设计表C-4中选用LT4其公称为满足工作要求。标注为LT4联轴器2）轴上所需的联轴器：（1）公称转矩：由资料1表14-1查得，故同前计算得转矩为：选择型号：根据工作要求及机械设计基础课程设计表C-4中选用LT8其公称为满足工作要求。标注为LT8联轴器八润
25、滑方式、密封形式及润滑油牌号的选择此减速器中的齿轮啮合采用油池浸油润滑，根据推荐润滑油标准选用中负荷齿轮油（）代号为：L-CKC460，运动粘度轴承采用润滑脂，选用通用锂基润滑脂（）代号。箱体内为了防止稀油进入轴顾内将脂稀释；采用挡油盘进行密封；透盖处为了防止润滑脂流出零交叉检测器，故采用毡圈进行密封。 九其他技术说明箱体设计箱体采用灰铸铁（HT1500）制造，采用铸造工艺，箱体由箱座和箱盖组成，箱座做成直壁，减速器箱体尺寸结果如下表：名称符号及运算公式尺寸（单位:mm）箱座壁厚8箱盖壁厚18箱盖凸缘厚度b1=1.5112箱座凸缘厚度b=1.512箱座底凸缘厚度b2=2.520地脚螺钉直径df
26、20地脚螺钉数目n6轴承旁连接螺栓直径d1=0.75 df15盖与座连接螺栓直径d212螺栓间距L150轴承端盖螺钉直径d310检查孔螺钉直径d48定位销直径d10df,d1,d2到外箱距离C122df,d1,d2到凸缘距离C220凸台高度h45轴承旁凸台半径 R120外箱壁到轴承座端面距离L155齿顶圆到内箱距离10齿轮端面到内箱距离10箱盖厚肋m16.8箱座厚肋m8.5轴承端盖外圆D2高速轴端盖102中间轴120低速轴105轴承旁连接螺栓距离S高速轴端盖85中间轴98低速轴95箱座深度208箱座高度H225箱座宽度242十设计小结通过设计，该展开式二级圆柱齿轮减速器具有以下特点：能满足所需
27、的传动比 齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了120的总传动比。 选用的齿轮满足强度刚度要求 对于高速轴由于转速较高且齿轮尺寸较小，所以可以制成齿轮轴，由于系统所受的载荷不大，在设计中采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。 轴具有足够的强度及刚度由于二级展开式齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，要求设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。箱体设计的得体减速器具有较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。加工工艺性能好 设计的减速器具有形状均匀、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。十一参考文献 1机械设计基础 师素娟 林菁 杨晓兰 主编 2机械设计基础课程设计 杨晓兰 主编Pw=3.09kwid=32160nd= ( 702.723513.6) r/mini开=4 P0=3.9kwP1=3.82kwP2=3.67kwP3=3.52kwP4=3.12kw设计合理此键满足工作要求35
