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1、設計題目 J. 礦用回柱絞車傳動裝置設計 1.設計條件 （1）機器功用 煤礦井下回收支柱用的慢速絞車； （2）工作情況 工作平穩(wěn)，間歇工作（工作于間歇時間比為1：2），繩筒轉向定期變換； （3）運動要求 絞車繩筒轉速誤差不超過8%； （4）工作能力 儲備余量10%； （5）使用壽命 10年；每年365天；每天8小時； （6）檢修周期 一年小修，五年大修； （7）生產(chǎn)批量 小批生產(chǎn)； （8）生產(chǎn)廠型 中型機械廠。 2.原始數(shù)據(jù) 題號 鋼繩牽引力（KN） 鋼繩最大速度（m/s） 繩筒直徑（mm） 鋼繩直徑（mm） 最大纏繞層數(shù) J9 56

2、0.20 300 16 6 3.設計任務 （1）設計內(nèi)容 ①電動機選型；②開式齒輪設計；③減速器設計； ④聯(lián)軸器選擇設計；⑤滾筒軸系設計；⑥其他。 （2）設計工作量 ①傳動系統(tǒng)安裝圖1張；②減速器裝配圖1張； ③零件圖兩張（高速軸與低速齒輪）；④設計計算說明書1份。 4.設計要求 J9蝸桿－齒輪減速器 （1） 要求蝸桿減速器設計成：阿基米德蝸桿減速器。 （2） 第一級開式齒輪與蝸桿傳動合并設計成蝸桿—齒輪減速器。 設計計算依據(jù)和過程 計算結果 一、傳動裝置的設計 1. 分析傳動裝置的組成和特點，確定傳動方案 2. 電動機選

3、擇 （1）電動機輸出功率計算 若已知工作機上作用力和線速度時： 若已知工作機上的阻力和轉速時： 本設計中: 已知滾筒上鋼繩的牽引力： 鋼繩的最大線速度： 的計算： 查表9-1得 卷筒： 滾動軸承： （低速）梅花彈性聯(lián)軸器： （高速）撓性聯(lián)軸器： 卷繩輪： 油池內(nèi)油的飛濺和密封摩擦： 8級精度油潤滑的齒輪傳動： 油潤滑的雙頭螺桿： 加工齒的開式齒輪傳動（脂潤滑）： （2）確定電動機型號： 電動機所需額定功率和電動機輸出功率之間有以下關系： 根據(jù)工作情況取 查表16-2得： 綜合選用電動機：Y180L-

4、4 型 額定功率=22KW， 滿載轉速=1470r/min 3.傳動比分配 ① 總傳動比 滾筒最大直徑=D+ mm 式中： －－繩筒直徑； －－鋼繩直徑。 滾筒的轉速 = ②傳動比分配 聯(lián)軸器 蝸輪蝸桿：(ZA閉式) 齒輪傳動比： 外齒輪： 4.傳動裝置運動參數(shù)的計算 減速器傳動裝置各軸從高速至低速依次編號為：I軸、II軸、III軸。 （1） 各軸轉速計算 電動機軸轉速 第I軸轉速 第II軸轉速 第III軸轉速

5、 第IV軸轉速 = （） 卷筒軸轉速 電動機所需額定功率和電動機輸出功率之間有以下關系： 根據(jù)工作情況取 （2）各軸功率的計算 電動機軸功率 第I軸功率 第II軸功率 第III軸功率 第IV軸功率 卷筒軸功率 式中： 卷筒： 滾動軸承： （低速）梅花彈性聯(lián)軸器： （高速）撓性聯(lián)軸器： 卷繩輪： 油池內(nèi)油的飛濺和密封摩擦： 8級精度油潤滑的齒輪

6、傳動： 油潤滑的雙頭螺桿： 加工齒的開式齒輪傳動（脂潤滑）： （3）各軸扭矩的計算 電動機軸扭矩 第I軸扭矩 第II軸扭矩 第III軸扭矩 第IV軸扭矩 卷筒軸扭矩 （4）各軸轉速、功率、扭矩列表 軸號 轉速 輸出功率 輸出 扭矩 傳動比 效率 電機軸 1470 19.87 129.08 I 1470 19.08 123.96 1 0.96 II 91.88 14.

7、28 1484.26 16 0.75 III 30.63 13.03 4062.57 3 0.91 IV 30.63 12.26 3822.49 1 0.94 卷筒軸 9.66 11.30 11171.33 3.17 0.92 二、傳動零件設計計算 1. 減速器蝸桿傳動設計計算 選用ZA閉式，=16 已知： 蝸桿傳遞功率:, 蝸桿轉速：， 蝸輪轉速：； (1) 材料選擇： 設 滑動速度 選擇材料： 蝸桿： 45號鋼表面淬火，表面硬度HRC：45-50 蝸輪： ZCuSn10Pb1（砂模鑄造） （2）

8、許用應力： 蝸輪許用接觸應力 －蝸輪的基本許用接觸應力， 由《機械設計》表7.6查得 應力循環(huán)次數(shù)： 接觸強度的壽命系數(shù) 則蝸輪許用接觸應力 蝸輪的許用彎曲應力： ￣￣蝸輪的基本許用彎曲應力， 由《機械設計》表7.6查得 彎曲強度的疲勞壽命系數(shù) 則蝸輪的許用彎曲應力 (1)齒面接觸疲勞強度設計計算 由《機械設計》式7-8 ： 式中： 蝸桿頭數(shù): 蝸輪齒數(shù): 蝸輪轉矩: 載荷系數(shù): 查《機械設計》表7.8， 使用系數(shù): 動載系數(shù): 齒向載荷分布系數(shù): 則有： 材料彈性系數(shù)： 鑄錫青銅 故

9、 查《機械設計》表7.3得 模數(shù): 蝸桿分度圓直徑: 蝸桿導程角: 蝸輪分度圓直徑: 蝸輪圓周速度: （3）齒根彎曲疲勞強度校核計算 蝸輪齒根彎曲應力 由《機械設計》式7-10 蝸輪齒形系數(shù) 由《機械設計》表7.9 (4) 熱平衡計算 由《機械設計》式7-15可得 蝸桿傳動所需的散熱面積A 傳動效率: 嚙合效率: 當量摩擦角: 由《機械設計》式7-14 滑動速度: 由查《機械設計》表7.10 則 軸承效率: 攪油耗損的效率: 則 散熱系數(shù) 按通風良好，取 油的工作溫度: 周圍空氣溫度: 故

10、 （5）其它主要尺寸計算 由《機械設計》表7.4、表7.5 齒頂高系數(shù) 蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒根圓直徑 蝸桿螺紋部分長度 （圓整） 蝸輪喉圓直徑 （圓整） 蝸輪根圓直徑 （圓整） 蝸輪外圓直徑 （圓整） 蝸輪寬度 （圓整） 2. 直齒圓柱齒輪傳動設計計算 已知：高速齒輪傳遞功率 小齒輪轉速，傳動比 (1) 選擇齒輪材料，確定許用應力 由《機械設計》表6.2選 小齒輪材料：40Cr調(diào)質(zhì)， 大齒輪材料：45鋼正火， 許用接觸應力由《機械設計》式6-6： 接觸疲勞極限由《機械設計》圖6-4 接觸強度壽命系數(shù)，應

11、力循環(huán)次數(shù) 由《機械設計》式6-7 由《機械設計》圖6-5得 接觸強度最小安全系數(shù) 則 許用彎曲應力由《機械設計》式6-12 彎曲疲勞極限由《機械設計》圖6-7 彎曲強度壽命系數(shù)由《機械設計》圖6-8 彎曲強度尺寸系數(shù) 由《機械設計》圖6-9（設模數(shù)） 彎曲強度最小安全系數(shù) (2) 齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 估取圓周速度 由《機械設計》表6.7、表6.8選取 小輪分度圓直徑由《機械設計》式6-5得 齒寬系數(shù)由《機械設計》表6.9 （按齒輪相對軸承為非對稱布置） 小齒輪齒數(shù)由推薦值內(nèi)取 大齒輪齒數(shù)

12、 齒數(shù)比 傳動比誤差 小輪轉矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù)由《機械設計》表6.3 動載系數(shù)由推薦值 齒間載荷分配系數(shù)由推薦值 齒間載荷分布系數(shù)由推薦值 載荷系數(shù)： 材料彈性系數(shù)由《機械設計》表6.4 節(jié)點區(qū)域系數(shù)由《機械設計》圖6-3 重合度系數(shù)由推薦值 故： 齒輪模數(shù) 由《機械設計》表6.6圓整 小輪分度圓直徑 圓周速度 標準中心距 齒寬 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 （3）齒根彎曲疲勞強度校核計算 由《機械設計》式6-10 齒形系數(shù)由《機械設計》表6.5 小輪 大輪 應力修正系數(shù)由《機械設計》表6.5 小輪 大輪

13、 重合度 重合度系數(shù) 故 （4）齒輪其它主要尺寸計算 大輪分度圓直徑 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 3.內(nèi)嚙合齒輪傳動設計計算(滾筒齒輪組) 已知：高速齒輪傳遞功率 小齒輪轉速，傳動比 小輪轉矩 （1）選擇齒輪材料，確定許用應力 由《機械設計》表6.2選 小齒輪材料：40Cr調(diào)質(zhì)， 大齒輪材料：45正火， 許用接觸應力由《機械設計》式6-6 接觸疲勞極限由《機械設計》圖6-4 接觸強度壽命系數(shù)，應力循環(huán)次數(shù) 由《機械設計》式6-7知： 由《機械設計》圖6-5得

14、接觸強度最小安全系數(shù) 則 許用彎曲應力由《機械設計》式6-12 彎曲疲勞極限由《機械設計》圖6-7，雙向傳動乘0.7 彎曲強度壽命系數(shù)由《機械設計》圖6-8 彎曲強度尺寸系數(shù) 由《機械設計》圖6-9（設模數(shù)） 彎曲強度最小安全系數(shù) 則 (2) 齒根彎曲疲勞強度校核計算 齒輪模數(shù)： 載荷系數(shù) 使用系數(shù)由《機械設計》表6.3 動載系數(shù)由推薦值 齒間載荷分配系數(shù)由推薦值 齒間載荷分布系數(shù)由推薦值 載荷系數(shù) 小輪轉矩 齒寬系數(shù)由《機械設計》表6.9 按齒輪相對軸承為非對稱布置 小齒輪齒數(shù)由推薦值中選 大齒輪齒數(shù)（圓整） 齒數(shù)比

15、傳動比誤差 齒形系數(shù)由《機械設計》表6.5 小輪 大輪 應力修正系數(shù)由《機械設計》表6.5 小輪 大輪 重合度 重合度系數(shù) 則齒輪模數(shù) 開式齒輪擴大圓整 小齒輪分度圓直徑 大齒輪分度圓直徑 標準中心距 齒寬 （圓整） 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 由《機械設計》式6-10 則 （3）齒輪其它主要尺寸計算 齒根圓直徑 齒頂圓直徑 第二階段 一、裝配圖設計 二、傳動軸的設計計算 1、電機軸的確定 電機型號Y160L-4

16、 2、輸入端聯(lián)軸器選擇 由《機械設計課程上機與設計》表14-6選用 HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器 轉速n=1470 r/min 轉矩T=129.08 Nm 軸孔長度L=84 mm 3、I軸蝸桿設計 已知：傳遞功率，轉速 傳動比i=16，雙向傳動，10年，350天/年，8小時/天 1）計算作用在蝸桿上的力 轉矩 蝸桿分度圓直徑 蝸桿頭數(shù) 圓周力 軸向力 徑向力 2）初步估算軸的直徑 選取材料 由《機械設計》式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響 由《機械設計》表8.6 取A=115 則 3）I軸蝸桿的結構設計 （1）確定軸的

17、結構方案 右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位；左軸承從軸的左端裝入，并靠軸肩定位。半聯(lián)軸器靠軸肩定位，左右軸承均采用軸承端蓋，半聯(lián)軸器靠軸端擋圈得到軸向固定，半聯(lián)軸器采用普通平鍵得到軸向固定，采用雙列角接觸球軸承和彈性柱銷聯(lián)軸器。 （2）確定各軸段直徑和長度 1段： 根據(jù)圓整（按GB5014-85） 選擇聯(lián)軸器型號為HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器（J型） 比輪轂長度84mm短作為1段長度 2段： 為使半聯(lián)軸器定位，軸肩高度 孔倒角c取2.5 mm（GB6403.4-86） 且符合標準密封內(nèi)經(jīng)（JB/ZQ4606-86） 取端蓋寬度40mm，端蓋外面與半聯(lián)軸器右端面距離30 mm

18、 則 3段： 圓螺母、螺紋。螺紋規(guī)格取圓螺母 ，（寬度），長度取20 mm 4段： 為了便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標準軸承內(nèi)經(jīng)。 由《機械設計課程上機與設計》表13-6 暫選角接觸球軸承，型號為7014C， ，其寬度B=20 mm 軸承潤滑方式選擇： ，選擇脂潤滑 兩軸間環(huán)套寬度，擋油環(huán)寬度 則 5段： 取擋油環(huán)右端定位軸肩高度h=4.5mm，則軸環(huán)直徑 軸肩寬度取15 mm 6段： 由箱體內(nèi)壁不與蝸輪相碰，間隙為 ， 7段： 螺紋長度

19、， 8段： 同6段， 9段： 同5段， 10段： 由《機械設計課程上機與設計》表13-4 選擇軸承型號為：深溝球軸承16014 內(nèi)徑d=70mm，外徑D=110mm，寬B=13 mm ，選擇脂潤滑 擋油環(huán)寬度 則， 11段： 圓螺母，螺紋規(guī)格取 圓螺母，（寬度），長度取20mm 1） 軸的受力分析 4、II軸蝸輪軸的設計 已知：傳遞功率，轉速 傳動比i=16 1）確定軸結構方案如下圖所示 2）初步估算軸直徑 選取材料 由《機械設計》式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響 由《機械設計》表8.6 取A=115 則

20、3）確定各軸段直徑和長度 1段： 根據(jù)圓整（按GB5014-85）取 由《機械設計課程上機與設計》表13-5 暫選角接觸球軸承型號：7013C 內(nèi)徑d=65mm，外徑D=100mm，寬B=18mm ，選擇脂潤滑 擋油環(huán)寬度 則 2段： 蝸輪寬度， 小齒輪寬度，軸套長度 則 3段： 取擋油環(huán)右端定位軸肩高度h=4.5 mm，則軸環(huán)直徑 軸肩寬度取15 mm 4段： 為了一次鏜孔取 由《機械設計課程上機與設計》表13-5 暫選角接觸球軸承型號：7013C 內(nèi)徑d=65mm，外徑D=100 mm，寬B=18 mm ，選擇脂潤滑 擋油環(huán)寬度 則

21、 2） 軸受力分析 5、III軸低速軸設計 已知：傳遞功率，轉速 傳動比i=3 ,轉矩 1）計算作用在齒輪上的力 轉矩 輸出軸大輪分度圓直徑 圓周力 徑向力 2）初步估算軸的直徑 選取材料 由《機械設計》式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響 由《機械設計》表8.6 取A=115 則 3）軸的結構設計 （1）確定軸的結構方案如下圖示 （2）確定各軸段直徑和長度 1段： 查（GB/T5272-1985）選用梅花彈性聯(lián)軸器，型號LMD10 ，JZ型軸孔， 2段： 暫

22、定 3段： 由《機械設計課程上機與設計》表13-3(4) 暫選深溝球軸承型號：6019 內(nèi)徑d=100 mm，外徑D=150 mm，寬B=24 mm ， 擋油環(huán)寬度 則 4段： 由整軸長度推算 ， 5段： 軸承選深溝球軸承型號：6020 內(nèi)徑d=100mm，外徑D=150 mm，寬B=24 mm ， 擋油環(huán)寬度 大齒輪寬b=119 mm 則 3） 軸受力分析 三、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算 1）Ⅰ軸上與聯(lián)軸器相聯(lián)處鍵的校核 公稱直徑，鍵 bhL=12870 單鍵 深度：軸槽深，輪轂槽深 擠壓強度=125MPa 滿足

23、設計要求 2）ⅠⅠ軸上鍵的校核 （1）與蝸輪相聯(lián)處 公稱直徑，鍵 bhL=2012100 單鍵 深度：軸槽深，輪轂槽深 擠壓強度=125 MPa 滿足設計要求 （2）與小齒輪相聯(lián)處 公稱直徑，鍵 bhL=2012100 單鍵 深度：軸槽深，輪轂槽深 擠壓強度=125 MPa 滿足設計要求 3）ⅠⅠⅠ軸上鍵的校核 （1）與聯(lián)軸器相聯(lián)處 公稱直徑，鍵 bhL=2514125 單鍵 深度：軸槽深，輪轂槽深 擠壓強度=125 MPa 滿足設計要求 （2）與大齒輪相聯(lián)處 公稱直徑，鍵 bhL=2816130 單鍵 深度：軸槽深，輪轂槽深 擠壓強度

24、=125 MPa 滿足設計要求 四、軸承的校驗 1.蝸桿處軸承 查《機械設計課程上機與設計》表13-4得： 選用7014C型，參數(shù)： 代號 7014C 70 125 24 72 138 109 70 當指向里端軸承時偏于危險 軸承“1”被壓緊，“2”被放松。 計算軸承所受當量動載荷 軸承工作無沖擊， 工作溫度小于，溫度系數(shù) 預期壽命 2．蝸輪處軸承 選用7213C型軸承參數(shù)： 代號 d D B da

25、Da Cr Cor 7213C 65 120 23 87 118 58.5 55.8 當指向蝸輪端軸承2時偏于危險 計算軸承所受當量動載荷 軸承工作無沖擊， 3．二級傳動處軸承 選用6220型軸承，參數(shù)： 代號 d D B da Da Cr Cor 6220 100 180 34 109 141 71.8 63.2 軸承不受軸向力 由 徑向力 4．滾筒齒輪組處軸承 小齒輪軸與二級齒輪組所用軸承相同，此處不再檢驗

26、 第三階段設計 一、鑄件減速器機體結構外形設計 1、鑄件減速器機體結構尺寸計算表 名稱 符號 減速器及其形式關系 機座壁厚 機蓋壁厚 機座凸緣厚度 機蓋凸緣厚度 機座底凸緣厚度 地腳螺釘直徑 地腳螺釘數(shù)目 n 6個 軸承旁連接螺栓直徑 機蓋與機座連接螺栓直徑 連接螺栓的間距 軸承端蓋螺釘直徑 檢查孔蓋螺釘直徑 定位銷直徑 至外箱壁距離 至凸緣 邊緣距離 軸承凸

27、臺半徑 凸臺高度 外箱壁至軸承座 端面距離 齒輪頂圓（蝸輪外圓）與內(nèi)箱壁距離 齒輪端面（蝸輪輪轂）與內(nèi)箱壁距離 箱蓋肋厚 箱座肋厚 軸承端蓋外徑 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 盡量靠近，和不可干涉 2、減速器附件的選擇，在草圖設計中選擇 包括：軸承蓋，凸臺，窺視孔，視孔蓋，油標，通氣孔，吊孔，螺塞，封油墊，氈圈等。 3、潤滑與密封(潤滑與密封方式的選擇、潤滑劑的選擇) 減速器內(nèi)部的傳動零件和軸承都需要有良好的潤滑，這樣不僅可以減小摩擦損失，提高傳動效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。 本減速器采用蝸桿下置式

28、，所以蝸桿采用浸油潤滑，蝸桿浸油深度h大于等于1個螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承最低滾動中心，減速器滾動軸承采用油脂潤滑。 參考資料目錄 [1] 程志紅,唐大放主編. 機械設計課程上機與設計[M]. 南京：東南大學出版社，2006年10月第1版 [2] 程志紅主編. 機械設計[M]. 南京：東南大學出版社，2006年6月第1版 [3] 王洪欣，馮雪君主編. 機械原理[M]．南京：東南大學出版社，2005年8月第1版 [4

29、] 王洪欣，戴寧主編．機械原理課程上機與設計[M]．南京：東南大學出版社，2005年8月第1版 [5] 李愛軍，陳國平主編. 畫法幾何及機械制圖[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007年1月第1版 [6] 韓正銅,王天煜主編. 幾何精度設計與檢測[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007年8月第1版 = =22KW =970r/min

30、 =9.65r/min =152.33 =16 蝸桿: 45號鋼表面淬火 表面硬度HRC：45-50 蝸輪： ZCuSn10Pb1 （砂模鑄造）

31、 符合估計 公差組8級 合適

32、 與估計值接近 齒根彎曲強度滿足 合適

33、 （齒根彎曲強度滿足） F=14mm G=42.5mm E=110mm （外部軸長） n=1470 r/min T=129.08 Nm L=84 mm

34、 45號鋼調(diào)質(zhì)處理

35、 45號鋼

36、 合格 課程設計小結 課程設計作為機械設計課程的一個綜合性實踐環(huán)節(jié)，是考察我們?nèi)嬲莆栈纠碚撝R的重要環(huán)節(jié)。本次是設計一個

37、二級蝸輪齒輪減速器，減速器是用于電動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置。 從總體傳動方案擬定，電機選型，傳動比計算及分配，各運動參數(shù)計算，到各軸的設計計算以及箱體等附件的設計，每一步都是一個不小的考驗。在說明書編寫過程中，參照書本題例，分析計算，回想起來過程很是艱難。 裝配圖的制圖，采用CAD2008，從基本視圖到標注等，都有很多的收獲，以及如何輸出紙張CAD圖紙。這些都需要進行相關設置，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將導致設計工作無法順利進行。 從三周的課程設計發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，例如：基礎知識掌握不夠牢固，整體概念不夠系統(tǒng)性或不全面，靈活運用知識或自己查找資料的能力還有待完善，還不能完全脫離集體自己設計一個優(yōu)良的方案。 當然，我也收獲了很多。首先，充分認識到了自己的不足，為以后學習樹立了目標。其次，深入了解并實踐了整個設計過程。第三，鍛煉了自己勤奮、堅持的精神毅力。最重要的，培養(yǎng)了實踐的精神，一定程度的掌握了簡單機械的設計方法和步驟。