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1、机械设计课程设计计算说明书设计题目慢动卷扬机传动装置设计全套CAD图纸，QQ153893706机电工程学院机械设计制造及其自动化专业A08机械（1）班设计者指导教师2011年1月10日一、设计任务书3二、传动装置的总体设计4（一）传动方案拟定4（二）电动机的选择4（三）传动装置的总传动比的计算和分配6三、传动零件的设计计算8（一）V型带及带轮的设计计算8（二）高速级斜齿轮副的设计计算10（三）低速级直齿轮的设计计算14四、轴系零件的设计计算18（一）、输入轴的设计计算18(二)、中间轴的设计计算23（三）、输出轴的设计计算27（四）滚动轴承的校核311、高速轴上轴承的寿命计算312、中间轴上轴
2、承的寿命计算333、低速轴上轴承的寿命计算35（五）联轴器和键联接的选用说明和计算36五、减速器的润滑设计38六、箱体、机架及附件的设计39（一）、减速器箱体的结构设计39（二）、减速器箱体的附件设计40一、设计任务书、原始数据钢绳拉力F（kN）28钢绳速度V（m/min）20滚筒直径D（mm）300、已知条件1） 钢绳拉力F；2）钢绳速度V；3）滚筒直径D；4）工作情况： 单班制，间歇工作，经常正反转，启动和制动，载荷变动小；5）工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35C左右，三相交流电；6）使用折旧期10年，3年大修一次；7）制造条件及生产批量：专门机械厂制造，小批量生产。8）提升速度允
3、许误差5% 。、参考传动方案 二、传动装置的总体设计（一）传动方案拟定1、由参考方案可知电动机经联轴器将动力直接传到高速轴上，然后通过二级圆柱齿轮减速器减速。考虑到二级圆柱齿轮减速器的传动比不宜过大，否则会导致减速器尺寸很大。因此在参考方案的基础上添加一个带传动。2、将带传动布置于高速级 带传动的承载能力小，传递相同转矩时结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能缓冲减震，因此宜布置在高速轴。3、高速级齿轮选用斜齿圆柱齿轮斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高速轴和要求传动平稳的场合。4、低速级选用直齿圆柱齿轮考虑到功率较大，低速级受到转矩很大，所以采用直齿圆柱齿轮以减小轴向压力。综上所述，
4、本方案具有一定的合理性及可行性（二）电动机的选择1、选择电动机类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2、选择电动机的容量电动机工作功率为kW, kW因此 kW由电动机至运输带的传动效率为式中：、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器、卷筒的传动效率。取，。则 所以3、确定电动机转速卷筒工作转速为按指导书上表1推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比，二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，故电动机的转速范围为符合这一范围的同步转速有750 、1000 和1500 。根据容量和转速，由有关手册查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案如表：方案
5、电动机型号额定功率kW电动机转速 r/min传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动比减速器1Y160M2-21530002930138.083.539.452Y160L-4151500146068.80322.933Y180L-615100097045.712.816.334Y200L-81575073034.432.513.76综合考虑电动机和传动装置的重量、噪声和带传动、减速器的传动比，可见方案1比较适合，因此选定电动机型号为Y180L-6，其主要性能见下表：型号额定功率kW满载时Y180L-615转速r/min电流(380V时)A效率%功率因数97031.489.50.816.
6、51.82.04、 电动机主要外形和安装尺寸列于下表 中心高H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸16015（三）传动装置的总传动比的计算和分配1、总传动比2、分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取 （实际的传动比要在设计V带传动时，由所选大、小带轮的标准直径之比计算），则减速器传动比为：3、分配减速器的各级传动比展开式布置。考虑润滑条件,为使两级大齿轮直径相近,可由指导书图12展开式曲线查得，则。（四）传动装置的运动和动力参数计算1、各轴转速轴 轴 轴 2、各轴输入功率轴 轴 轴 卷筒轴 3、各轴输出功率轴 轴 轴 卷筒轴
7、4、各轴输入转矩电动机轴输出转矩 轴 轴 轴 卷筒轴 5、各轴输出转矩轴 轴 轴 卷筒轴 运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率PkW转矩T转速nr/min传动比i输入输出输入输出电动机轴11.97117.859702.84.803.401轴11.3711.14313.48307.21346.43轴10.8110.591430.371401.7672.17轴10.2810.074623.014530.5521.22卷筒轴9.979.774485.254395.5521.22三、传动零件的设计计算（一）V型带及带轮的设计计算1、确定计算功率由书本表8-7查得工作情况系数1.2，故2、选择V带
8、的带型根据,由书本图8-11选用B型带。3、确定带轮的基准直径、实际传动比并验算带速V1）初选小带轮的基准直径。由书本表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径。2)验算带速V 因为5m/sV30m/s,故带速合适。3）计算大带轮的基准直径，圆整为。4、确定V带的中心距和基准长度1）由得，初定中心距。2) 计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度。3）计算实际中心距 中心距的变化范围为。5、验算小带轮上的包角6、计算带的根数Z1）由，查表8-4a得。根据和B型带，查表8-4b得。查表8-5得，表8-2得,于是2）计算V带的根数Z，取6根。7、计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单
9、位长度质量,所以应使带的实际初拉力。8、计算压轴力9、带传动主要参数汇总表带型LdmmZdd1mmdd2mmammF0NFPNB28006180500850313.63694（二）高速级斜齿轮副的设计计算1、选精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理由表10-1选得大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火，齿面硬度为48至55HRC；（2）精度等级选用7级,选取小齿轮比为，则大齿轮,取，螺旋角2、按齿面接触强度设计由设计公式进行试算，即 （1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩由前面计算可知， 3）由表10-7取。4）由表10-6查得材料的弹性影响系数。5）由图10-
10、21e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限6）由式计算应力循环次数7）由图10-19查得接触疲劳寿命系数，。8）计算接触疲劳许用应力(失效概率1%,安全系数S=1)9）许用接触应力。10）由图10-30选取区域系数。11）1由图10-26查得，则。（2）计算1）试计算小齿轮的分度圆直径，由计算公式得2）计算齿轮的圆周速度3）计算齿宽b及模数4）计算纵向重合度5）计算载荷系数已知使用系数，根据，8级精度，由图10-8查得动载荷系数由表10-3查得,从表10-4中的硬齿面栏查得小齿轮相对轴承非对称布置、6级精度、,考虑到齿轮为7级精度，取。另由图10-13查得=1.25,故载荷系数6）按实际的载荷
11、系数校正所得的分度圆直径 7）计算模数3、按齿根弯曲强度设计由式（1）确定公式内的各计算数值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）由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限4）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 5）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 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经比较得小齿轮的数值大。（2) 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数相差不大，取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按
12、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，取。4、几何尺寸计算（1）计算中心距将中心距圆整后取。（2）按圆整后的中心距修整螺旋角因值改变不大，所以参数、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 取齿宽 ：=50mm, =55mm（三）低速级直齿轮的设计计算1、精度等级、材料及齿数（1）材料及热处理由表10-1选得大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火，齿面硬度为48至55HRC；（2）精度等级选用7级,选取小齿轮比为，则大齿轮,取。2、按齿面接触强度设计由设计公式进行试算，即 （1）确定公式内的各计算 数值1）试选载荷系数。2）计算小齿轮传递的转矩由
13、前面计算可知，3）取。4）由表10-6查得材料的弹性影响系数。5）由图由图10-21e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限6）由式计算应力循环次数7）由图10-19查得接触疲劳寿命系数，。8）计算接触疲劳许用应力(失效概率1%,安全系数S=1)（2）计算1）试计算小齿轮的分度圆直径，代入中较小的值。2）计算齿轮的圆周速度3）计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比5）计算载荷系数已知使用系数，根据，7级精度，由图10-8查得动载荷系数直齿轮从表10-4中的硬齿面栏查得小齿轮相对轴承非对称布置、6级精度、,考虑到齿轮为7级精度，取。另由图10-13查得=1.28,故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所得的
14、分度圆直径 7）计算模数3、按齿根弯曲强度设计由式（1）确定公式内的各计算数值1）计算载荷系数 2）由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 3)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 4)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 5)查取齿形系数由表10-5查得 6)查取应力校正系数由表10-5查得 7)计算大小齿轮的并加以比较经比较得小齿轮的数值大。(2) 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，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，取。4、几何尺寸计算(1
15、)计算大小齿轮的分度圆直径 (2)计算中心距(3)计算齿轮宽度 取齿宽 ：=90mm, =95mm高、低速级齿轮参数名称高速级低速级中心距a(mm)172242.5法面摸数(mm)35螺旋角（）无齿顶高系数11顶隙系数0.250.25压力角齿数19229275分度圆直径（mm）58.88110(mm)285.12375齿宽（mm）55 95（mm）50 90齿轮等级精度77材料及热处理大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火，齿面硬度为48至55HRC大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火，齿面硬度为48至55HRC高速级大齿轮参数高速级大齿轮C291.12266.87256.12180.064
16、61046515四、轴系零件的设计计算（一）、输入轴的设计计算1、输入轴上的功率、转速、转矩及带传动的轴压 2、求作用在齿轮1上的力因已知齿轮分度圆直径3、初步确定轴的最小直径先按式（152）初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为40Cr，调质处理。根据表153，取，于是得：高速轴的最小直径显然是装带轮处的直径，即大带轮的轴孔直径，因为带轮上有键槽，故将最小直径增加7%，又因为装小带轮的电动机轴径d=48mm, 因此高速轴装大带轮处的直径，故取。4、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下所示（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。1）根据计算的最小直径取轴的直径=42mm。为了满
17、足带轮得轴向定位要求，1-2轴右端需制出一轴肩，故2-3段得直径。由带轮宽度确定。2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求，并根据,由轴承产品目录中初步选取单列圆锥滚子轴承，其型号为30310，其尺寸为,查得a=23.0mm.故，而左边轴承采用套筒定位，右端滚动轴承采用轴肩进行定位。由手册查得30310型轴承的定位高度h=5mm，因此取。3）取安装齿轮处的轴段4-5的直径，根据齿轮的轮毂宽度，取。取。4）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆，及便于对轴承添加润滑脂的要求。取端盖的外端面与带轮右端面间的距离，L=30故取。5）取齿轮
18、距箱体内壁之间的距离,考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取是。已知滚动轴承宽度T=29.25mm，则。中间轴两齿轮间的距离取20mm，第二对齿轮的主动轮齿宽为95mm, 则致此已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按，由教材表61查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为70mm ，齿轮轮毂与轴的配合配合采用。带轮与轴的配合采用。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。将各轴段直径长度列于下表：42485058.88506050995053.25551102429.25（4）确定
19、轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2，取左轴端与2处倒角为，2，3处圆角R=1.6mm,其余圆角R=2mm。（5）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图,从上已经知道,对于圆锥滚子轴承30310,由手册中可查得a=23.0mm,作为简支梁的轴的支承跨距 。对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图。如下：对水平面进行计算：对垂直面进行计算： 求总的弯矩，即合成弯矩：将计算结果列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩M扭矩T（6）按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6则：前以选
20、定轴的材料为40Cr钢，调质处理，查表的70Mpa,因此均小于，故安全。(二)、中间轴的设计计算1、中间轴上的功率、转速及转矩2、求作用在齿轮上的力因已知齿轮分度圆直径3、初步确定轴的最小直径先按式（152）初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为40Cr，调质处理。根据表153，取，于是得：中间轴的最小直径显然是轴承处直径（图4）。为了使所选的轴直径与轴承的孔径相适应，故需同时选取轴承型号。选取型号为30312单列圆锥滚子轴承，0基本游隙组、标准精度级，其尺寸为。查得a=26.6mm,所以。4、轴的结构设计（1)拟定轴上零件的装配方案如下图（2）根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度1） 取安
21、装圆锥齿轮处的轴段23的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的长度为50mm，为了使套筒端面可靠地压紧大齿轮，此轴段应略短于轮毂长度，故取=48mm。齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。取。2） 5处为非定位轴肩，则取，由于小直齿轮的齿宽，所以除去轴向紧固空隙，。3）确定两端轴承处的轴段长度取齿轮距箱体内壁之距离。考虑到箱体的制造误差，在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离S，取S值为8mm。已知轴承宽度T=33.5mm ，则（3） 轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接，按截面，查表查得平键截面，键长为46mm；按截面，查表查得平键截面，键长为
22、80mm。齿轮轮毂与轴的配合配合采用。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.606575656059.548209359.5(4)确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，其余各处取圆角为R=2mm。(5)求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图,从上已经知道,对于圆锥滚子轴承30211,由手册中可查得a=21mm,作为简支梁的轴的支承跨距 。对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图。如下图：对水平面进行计算： 对垂直面进行计算： 求总的弯矩，即合成弯矩：将各计算结果列于下表：载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩M扭矩T6）按弯曲合成应力校核轴
23、的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6则：前以选定轴的材料为40Cr，调质处理，查表的70Mpa,因此0.07d,故取h=8mm，则取直径。左端轴承用套筒定位。4）轴承端盖的总宽度为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的右端面间的距离，,故取，取齿轮距箱体内壁之距离。考虑到箱体的制造误差，在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离S，取S值为8mm。已知轴承宽度T=32mm ，则由于跟中间轴在同一水平面上右一对齿轮啮合，故取致此已初步确定了轴的各段直径和长
24、度。(3) 轴上零件的周向定位联轴器、齿轮与轴的周向定位采用平键连接，按截面，查表查得平键截面，键长为88mm；按截面，查表查得平键截面，键长为75mm，齿轮轮毂与轴的配合配合采用。半联轴器与轴的配合采用。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.85929511610095985056758858(4) 确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为，3处圆角半径R=1.5mm，其余圆角半径R=2.5mm。(5)求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图,作为简支梁的轴的支承跨距 。对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图。如下图：对水平面进行计算： 对垂直
25、面进行计算： 求总的弯矩，即合成弯矩：扭矩载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩M扭矩T(6）按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6则：前以选定轴的材料为40Cr，调质处理，查表的70Mpa,因此1.215齿轮端面与内机壁距离115机盖筋厚m1m10.85 8机座筋厚mm0.858轴承端盖外径D2轴承孔直径+（55.5）d3输入160中间190输出220轴承端盖凸缘厚度tt=（11.2）d310轴承旁联接螺栓距离SSD2输入160中间220输出240（二）、减速器箱体的附件设计1
26、)通气器通气器用于通气，能使热膨胀气体及时排出，保证箱体内、外气压平衡一致，以避免由于运转时箱内油温升高，内压增大，而引起减速器润滑油沿箱体接合面、轴伸及其他缝隙渗漏出来。因为此减速器工作环境灰尘较大，应选用网式通气器dd1d2d3d4Dhabch1RD1SkefM36M642208308070281328321205315010222)油塞为了排除油污，更换减速器箱体内的油污，在箱体底部油池的最低处设置有排油孔。排油孔设置在箱体底部油池的最低处，箱体内底面常做成11.5外斜面，在排油孔附近做成凹坑，以便能将污油放尽。排油孔平时用放油螺塞堵住。放油螺栓和密封圈的结构尺寸（JB10001977）
27、dd1DeSLhbb1C基本尺寸极限偏差M242213431.2270-0.283216441.53)油杯同轴式二级减速器中间支座上的轴承采用脂润滑，而润滑脂只能做间歇供应润滑脂，螺旋式油杯中装满油脂后，旋动上盖即可将润滑脂挤入轴承中。螺旋式油杯的结构尺寸（GB/T 1154-1989）最小容量/dHhh1d1DLmaxS基本尺寸极限偏差200M201.51527421663028224)地脚螺栓将机座固定在地基上，专门用地脚螺栓，它的直径已确定为M24地脚螺栓的结构尺寸（GB/T 799-1988）螺纹规格dbDhM2460301396107.55005)油标油标用来指示箱内油面高度，它应设置在便于及油面稳定之处，如低速级传动零件附近。而在这里选用杆式油标。杆式油标的结构尺寸dd1d2d3habcDD1M20620842151063226参考书目及文献1 纪名刚、濮良贵主编，机械设计，高等教育出版社，20042 罗圣国、
