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1、机械设计基础课程说明书设计题目 设计电动机卷扬机传动装置班 级 机械设计及自动化目 录1、设计题目32、系统总体方案的确定32.1、 系统总体方案32.2、 系统方案总体评价43、传动系统的确定44、传动装置的运动和动力参数64.1、 确定传动比分配65、齿轮设计85.1、 高速轴齿轮传动设计85.2、低速级齿轮传动设计165.3、开式齿轮设计216、 轴的设计计算246.1、中间轴的设计计算246.2、高速轴的设计计算326.3、低速轴的设计计算357、 轴承校核377.1、高速轴轴承校核377.2、中间轴上轴承校核387.3、低速轴上轴承校核388、键的选择以及校核399、联轴器选择411
2、0、润滑油及其润滑方式选择4211、箱体设计4312、参考文献4413、附录 设计任务书44计 算 及 说 明主 要 结 果1 设计题目1.1设计题目 方案2：间歇工作，每班工作时间不超过15，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢速度允许误差5。小批量生产，设计寿命10年。传动简图及设计原始参数如表：数据编号钢拉力 F（KN）钢速度 V（m/s）滚筒直径D（mm）41510380 表1-1 原始数据2 系统总体方案的确定2.1系统总体方案 电动机传动系统执行机构，图2.1 二级圆柱齿轮传动3 传动系统的确定3.1 选择电动机类型1.功率计算卷扬机的转速计算：
3、输出所需要功率：Pw=FV=15*10/60=2.5025KW传动效率计算:电机所需要的功率：选用电动机功率为4KW，n=1440r/min4 传动装的运动和动力参数4.1.确定传动比 选用电机，转速n=1440r/min,功率P=4KW。一般情况下直齿开式圆柱齿轮传动比为3-7，这里选定且闭式齿轮传动比通常 这里确定 1.各轴转速电动机转速 高转速 中间轴 低速轴 卷筒 2.各轴功率：电动机额定功率 p=4KW高转速 中间轴 低速轴 卷筒 =3.16KW3.各轴输入转矩计算 卷筒： 终上，各轴的参数如下表： 表4-1轴的参数编号功率（KW）转速（r/min)转矩（N.mm)04144026.
4、53x10313.92144026.00x10323.80257.14141.13x10333.6950.42698.92x10343.168.383601.19x1035 齿轮设计四、传动件设计计算 斜齿圆柱齿轮计算 A高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因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 齿轮传递转矩为 由机械设计基础（）可以查出载荷系数，因工作中有中等冲击，故载荷系数 由机械设计基础（）表7-8查得 由机械设计基础（）表7-7
5、查得材料弹性系数 初选压力角 齿数比 初选齿数 ，则 由机械设计基础（）图7-3查得 许用接触盈利可用以下公式计算 由图7-24查得寿命系数 由表7-5去安全系数 取出算小齿轮的分度圆直径得: 确定模数由机械制造基础（）表7-2取2.确定几何尺寸 中心距 圆整，去 则螺旋角 齿宽mm 取 取 3.齿根许用疲劳强度条件为 和Z同前 齿宽 由机械设计基础表7-9查得：齿形系数 应力修正系数为 由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 需用弯曲应力 由图7-26查得寿命系数 由表7-5可以查出安全系数 =54.51mm 在安全范围内，疲劳强度足够4.计算齿轮的几何尺寸端面模数 齿根高 齿顶高
6、 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 大齿轮选用45钢，正火处理，齿面坚硬度为210HBS 小齿轮选用45钢，调制处理，齿面坚硬度为240HBS 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 小齿轮传递转矩为 由机械设计基础可以查出载荷系数，因工作中有中等级冲击，故载荷系数 由机械设计基础表7-7查得 由机械设计基础表7-7查得材料弹性系数 初选压力角为 齿数比 初选齿数则 由机械设计基础查得 许用接触应力可用以下公式计算 =由表7-24查得寿命系数 表7-5取安全系数
7、则小齿轮许用接触应力为 取 初算小齿轮的分度圆直 确定模数由机械设计基础表7-2取 2.确定几何尺寸 中心距 取整，则 则螺旋角 齿宽 取 取3.齿根疲劳弯曲强度条件为 同前 齿宽 由机械设计基础表7-9查得齿形系数 应力修正系数 由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲 许用弯曲应力 由图7-25查得寿命系数 由表7-5可以查出安全系数 故： 4.计算齿轮的几何尺寸 端面模数 齿顶高 齿根高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 开式齿轮的设计1. 选定齿轮类型精度等级，材料及齿数。 按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动 卷扬机一般工作机，速度不高可以选用8级精度 材料选择大齿轮用45钢硬度40-
8、50HRC 小齿轮材料为40Cr 并经调制处理级表面淬火 选择齿数大齿轮选择2. 由资料计算应力循环次数 3.计算弯曲疲劳许用应力 取得取载荷系数 查得齿形系数级应力校正系数 4.计算大小齿轮的并比较 故小齿轮大 5.由资料选取齿宽级数 取m=7mm 6.分度圆直径 7.齿轮宽度 8.中心距 斜齿圆柱齿轮上作用计算1. 高速轴齿轮传动的作用力 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，小齿轮分度圆直齿直径 齿轮1的作用力齿轮2的作用力从动齿轮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 已知条件 中间轴传递的转矩转速低速齿轮
9、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 齿轮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。五、中间轴的设计与计算 1.已知条件：中间轴传递的功率 转速 齿轮分度圆直径 齿宽 2.选择轴的材料 因传递的功率不打，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表7-4选用的材料45钢调制3. 初算轴径查表13-1得考虑轴端不受转矩，只受少量的弯矩，故取较小值则 取值 4.结构设计轴的结构构想图。1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,考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承，轴段1,
10、5上安装轴承，其直径即应便于轴承安装，又应符合轴承安装，又应符合轴承内径系列，取7207c进行设计计算，由表13-4得轴承内径d=35mm 外径D=72mm 宽度B=17mm 定位轴肩直径 外径定位直径 故 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则 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，分别略大于，可初定 b.齿轮2轮毂宽度范围，取其轮毂宽度小于齿轮宽度相等 左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定，由于齿轮3的直径比较小，采用实心式，取其轮毂宽度采用套筒定位。为是套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段2与轴段4的长度应比相应的齿轮的宽度略短，故取 c.轴段3 该段
11、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.轴上力作用点的距离，轴承反作用力的距离，取轴承上中间的位置 5.键连接 齿轮与轴承间采用A型普通间连接，查表8-31得 键的型号为和键 6.轴的分析 画轴的受力分析见图（图2） 计算支撑反力 在水平面上在垂直平面上 轴承的总支撑反力为画
12、弯矩图 a-a截面 由表2-6查得45钢调制处理抗拉强度极限 表8-32查得轴的许用弯曲应力六、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 根据表13-1查得又由表12-2查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，由设计手册查得标准直径 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平键连接，轴承对称安装在齿轮两侧，其轴向用轴肩
13、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61mm为保证齿轮的固定可靠，轴段4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想碰，齿轮端面与箱体应留有一定的间距取间距为10mm 轴承宽度为21mm,且轴承内断面距内壁12mm,同时齿轮3与4啮合，故取轴段5为51mm 4.齿轮传动的作用力 已知条件 低俗轴的转矩
14、 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： 故满足要求七、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 根据表13-1查得c=98107 又表13-2查得 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14.09-15.69mm 由设计手册查得标准直径 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
15、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 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7206c型滚动轴承安装高度为3.5mm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
16、靠近箱体内壁的端面距箱体距箱体内壁取12mm 挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁12mm 轴承宽度为16mm 齿轮1与箱体内壁为10mm间距轴段3与齿轮联接，齿轮一宽度为54mm,则定出轴段3长度为50mm则可知轴段2长度为4+16+12+10=42mm5.轴的校核 在水平面内： 弯矩： 在垂直面内： 合成 转矩 相当弯矩 修正系数为0.6 对危险截面进行校核 满足条件，符合所需要求九、轴承的校核 1.中间轴 计算轴承轴向力由表11-9查7207C轴承得C=30500N Cro=20000N由表9-10查得7207C轴承内部轴向力计算公式： 外部轴向力 则： 则两轴轴向力分别为 计算轴承的当量
17、动载荷 查表11-9得e=0.43 因因此X=1，Y=0 则当量动载荷为： 则减速器的预期寿命为 故轴承寿命满足要求。2.低速轴 计算轴承轴向力 由表11-9查7209C轴承得C=38500N 由表9-10查得7209C轴承内部轴向力计算公式，则轴承1.2的内部轴向力分别为： 外部轴向力A=691.61N各轴向力如同所示 则两轴轴向力分别为 计算当量动载荷 由查表11-9的e=0.4 因 故X=1 Y=0 则轴承当量动载荷 轴承在以下工作，查表8-14 得对于减速器查表8-35得载荷系数 则 故满足轴承寿命要求。 3.高速轴承校核 计算轴承的轴向力 由表11-9查7206C轴承得C=23000
18、N 由表9-10查得7206C轴承内部轴向力计算公式，则轴承1,2的内部轴向力分别为： 外部走向力A=203.84N各轴向力如同所示 则两轴的轴向力分别为 计算当量动载荷 由查表11-9 故X=0.04 Y=1.35 则轴承当量动载荷 轴承在以下工作，查表8-34得 查表8-35得载荷系数 则 故收成寿命满足要求。7 轴承校核7.1高速轴轴承校核1、已知此减速器利用直齿圆柱齿轮设计，轴上无轴向力，故选用深沟球轴承。此机器的预期计算寿命为：2、校核轴承的寿命：轴I上的轴承轴I上的轴承已初选6307，基本额定负荷；计算当量动载荷P，根据式（13-9a）： （7-1）按照表13-6，取，选两者中较大
19、者，故：校核此轴承的寿命：故，该轴承满足工作要求。7.2中间轴上轴承校核：轴II上的轴承已初步定为6308，基本额定负荷 计算当量动载荷P，根据式（13-9a）： （7-2）按照表13-6，取，选两者中较大者，故：校核此轴承的寿命： 轴承满足工作需求。7.3低速轴上轴承校核：轴III上的轴承已初步定为6309，基本额定负荷 计算当量动载荷P，根据式（13-9a）：按照表13-6，取，选两者中较大者，故：校核此轴承的寿命：故此轴承满足工作要求。8 键的选择以及校核1、选择轴键联接类型和尺寸轴上选用一个普通平键：根据轴I的尺寸查资料4表5-4，初选定为，。轴用于齿轮轴向定位的采用普通平键，根据轴I
20、I的尺寸齿轮3的键初选定为：，。轴上用于齿轮定位的键根据轴的尺寸初选定为，用于轴端联轴器的普通平键为，。2、校核键联接的强度键、轴、轮毂的材料都是45钢，由资料1表6-2查得许用挤压应力，取其平均值。轴上用于连接联轴器的键工作长度为：，键与轮毂键槽的接触高度，由式（6-1）可得：故此键满足工作要求。键标记为：键C GB/T 1096-1979轴上齿轮3键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度，。由式（6-1）可得：故此键满足工作要求。键标记为：键 ，。轴上的齿轮连接键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度，由式（6-1）可得：故该键满足工作需求。键标记为：键： ，。轴上与联轴器相连的键的工作长度，键与
21、轮毂键槽的接触高度为，由式（6-1）可得：故此键满足工作要求。键标记为：键C： ，。9 联轴器选择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：，由资料1表14-1查得工作情况系数，故由公式得计算转矩为：选择型号：根据工作要求及资料4表11-15中选用HL3其公称为满足工作要求。标注为HL3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，故同式（14-3）得计算转矩为：（2）选择型号：根据工作要求由资料4表11-15中，选用HL3其公称转矩为：,故满足工作要求。标注HL3联轴器 10 润滑油及其润滑方式选择此
22、减速器中的齿轮啮合采用油池浸油润滑：根据根据推荐润滑油标准选用中负荷齿轮油（）牌号为：460运动粘度轴承采用脂润滑选用牌号为；。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。11 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，减速器箱体尺寸按资料2表4-17，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df20地脚螺钉数目n6轴承旁连接螺栓直径d1=0.7
23、5 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110齿轮端面到内箱距离210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Hd208箱座高度H225箱座宽度Ba242选择方案1选用方案（二）8级精度材料为40Cr45钢Z1=22Z2=72KA=1.50mmm=4设计合理d1
24、=d4=40mmd2=54mmd3=93mmdf3=85.5mmda3=99mm圆角r=3d1=32mmd2=34mm.d3=d7=35mm，d4=d6=44mmd5=62mm,da5=66mm，,df5=57mmL0=223mmL=55mmA0=106d3=d7=45mmd4=52mmL0=229mmL=57mmL=56mm键C GB/T 1096-1979键 键： 键C： 12 参考文献资料1 濮良贵，纪名刚 主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2001资料2 席伟光，杨光，李波 主编.机械设计课程设计. 北京：高等教育出版社，2003资料3 吴宗泽 主编.机械零件设计手册.机械工业出版
25、社.2003资料4 黄贵义，潘沛霖，陈秀，严国良编 黄贵义 主编.机械设计课程设计图册.机械工业出版社.1989资料5 何玉林，沈荣辉，贺元成 主编.机械制图. 重庆：重庆大学出版社,200013 附录题目1.设计电动卷扬机传动装置原始数据：数据编号12345678910钢拉力F/KN109814151012111213钢速度(v/m/min)18202316131915171614卷筒直径D/mm260290330240210250220240240220工作条件：方案1：满载工作占5，3/4负载工作占10，半载工作占5，循环周期30min；工作中有中等振动，两班制工作，钢速度允许误差5。小
26、批量生产，设计寿命10年。方案2：间歇工作，每班工作时间不超过15，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢速度允许误差5。小批量生产，设计寿命10年。一、 要求：要求每位学生在设计过程中，充分发挥自己的独立工作能力，对每个问题都应进行分析，比较，并提出自己的见解，反对盲从，杜绝抄袭。在设计过程中必须做到：1、 随时复习教科书、听课笔记及习题。2、 及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。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。三、设计内容：1、电动机的选择及运动参数的计算；2、齿轮传动的设计；3、轴
27、的设计；4、滚动轴承的选择及验算；5、键的选择计算及强度校核；6、联轴器的选择；7、润滑油及润滑方式的选择；8、绘制零件的工作图和装配图；1）绘制零件的工作图（用AutoCAD绘制）a) 箱盖或箱座b) 大齿轮的零件图c) 低速轴的零件图 2）减速器的装配图（手工绘制）注：零件的工作图包括：尺寸的标注；公差；精度；技术要求装配图包括：a) 尺寸标注b) 技术特性c) 零件编号d) 编写零件明细表、标题栏。9、编写设计说明书（要求用word编写打印）四、目录：1、设计题目：原始数据及工作条件，传动装置简图；2、设计计算：要有详细的设计步骤及演算过程；3、对设计后的评价；4、参考文件资料。五、参考文献：1、所学相关课程的教材2、机械设计课程设计3、机械设计手册4、电动机手册
