機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 設(shè)計計算說明書題 目：絞車傳動裝置 院 系：電氣學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)電一體化 姓 名：保華亮 班 級：機(jī)電1020班 指導(dǎo)教師：馬志誠 二零一一年十二月目錄前言 一、擬定傳動裝置的傳動方案 二、電動機(jī)的選擇 三、傳動裝置運動及動力參數(shù)計算 四、軸的計算 五、滾動軸承的選擇及設(shè)計計算六、鍵連接的選擇和計算 七、聯(lián)軸器的選擇 八、減速器附件的選擇 九、潤滑和密封 參考文獻(xiàn) 前言：1、 傳動方案簡圖：1電動機(jī)；2聯(lián)軸器；3斜齒圓柱齒輪減速器；4開式齒輪；5卷筒2、工作情況：間歇工作，載荷平穩(wěn)，傳動可逆轉(zhuǎn)，啟動載荷為名義載荷的1.25倍。傳動比誤差為5%。每隔2min工作一次，停機(jī)5min，工作年限為10年，兩班制。3、 原始數(shù)據(jù)：卷筒圓周力F=12000N，卷筒轉(zhuǎn)速n=35rmin，卷筒直徑D=400mm4、 設(shè)計內(nèi)容：1） 擬定傳動裝置的傳動方案2） 電動機(jī)的選擇3） 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算4） 傳動件及軸的設(shè)計計算5） 軸承、鍵的選擇和校核計算機(jī)及減速器潤滑和密封的選擇6） 減速器的結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計7） 繪制減速器裝配圖、零件圖8） 編寫設(shè)計計算說明書5、 設(shè)計任務(wù)：1） 繪制減速器裝配圖一張；2） 零件工作圖1至3張；3） 設(shè)計計算說明書一份。6、 設(shè)計進(jìn)度：第一階段：擬定和討論傳動方案；選擇電動機(jī)；傳動裝置總傳動比的確定及各級傳動比的分配；計算各軸的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。第二階段：傳動零件及軸的設(shè)計計算。第三階段：設(shè)計及繪制減速器裝配圖。第四階段：零件工作圖的繪制。第五階段：編制設(shè)計說明書。一、 擬定傳動裝置的傳動方案：由題目所知傳動機(jī)構(gòu)類型變位齒輪減速器。故只要對本傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析認(rèn)證。本傳動機(jī)構(gòu)的特點是：減速器橫向尺寸較小，兩個齒輪浸油深度可以大體相同，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；軸向尺寸大，中間軸較短，剛度好，中間軸承潤滑較容易。二、電動機(jī)的選擇：1、 選擇電動機(jī)的型號本減速器在常溫下連續(xù)工作，載荷平穩(wěn)，對啟動無特殊要求，但工作環(huán)境灰塵較多，故選用Y型三相籠型感應(yīng)電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為380V。2、 確定電動機(jī)功率工作機(jī)所需的電動機(jī)輸出功率為：Pd=Pw Pw=Fv1000w 所以Pd= Fv1000ww=聯(lián)齒3軸承卷筒開齒 =0.990.970.9930.960.95=0.868nw=601000vD v= nwD（601000） =353.14400（601000）=0.73ms所以Pd= Fv1000w=120000.73（10000.868）=10.13kw按推薦的合理傳動比范圍，取開式齒輪傳動比i=35，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：nd=idnw=（35）350rmin=（10501750）rmin因載荷平穩(wěn)，電動機(jī)的額定功率Ped大于Pd即可，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750rmin、1000rmin、1500rmin、3000rmin，再根據(jù)計算出的容量，由文獻(xiàn)1附錄8附表8.1查出有四種適用的電動機(jī)型號，其技術(shù)參數(shù)的比較情況見下表： 方案電動機(jī)型號額定功率（kw）電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速（rmin）啟動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩1Y160M1-21129302.02.22Y160L-6119702.02.03Y160M-41114602.22.24Y180L-8117302.02.0綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量以及開式齒輪傳動和減速器的傳動比，比較四個方案可知：選定電動機(jī)型號為Y160M-4，所選電動機(jī)的額定功率Ped=11kw，滿載轉(zhuǎn)速nm=1460rmin，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)比較緊湊。 3、計算傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比。（1）、傳動裝置的總傳動比總傳動比為：i總=nmnw=97035=27.7（2）、分配各級傳動比根據(jù)文獻(xiàn)2表2.2推薦傳動比的范圍，選取開式齒輪傳動的傳動比i1=4，則一級斜齒圓柱齒輪減速器的傳動比為：i2=i總i1=27.74=6.9253、 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)。0軸電動機(jī)軸：P0=Pd=10.13（kw） n0=nw=970（rmin） T0=9550 P0n0=955010.13970=99.73（Nm）1軸減速器高速軸： P1= P01=10.130.99=10.03（kw） n1=n0i1=970（rmin） T1=9550 P1n1=955010.03970=98.74（Nm）2軸減速器低速軸： P2= P112=10.030.990.97=9.63（kw） n2= n1i2=242.5（rmin） T2=9550 P2n2=95509.63242.5=379.3（Nm）3軸開式齒輪軸： P3= P223=9.630.950.99=9.06（kw） n3= n2i3=60.625（rmin） T3=9550 P3n3=95509.0660.625=1426.7（Nm）4軸卷筒軸： P4= P343=9.060.960.99=8.61（kw） n4= n3 =60.625（rmin） T4=9550 P4n4=95508.6160.625=1356.40（Nm）將計算的運動參數(shù)和動力參數(shù)列于表2中。 表2 計算所得運動參數(shù)和動力參數(shù)參數(shù)軸名0軸1軸2軸3軸4軸轉(zhuǎn)速（rmin）970970242.560.62560.625輸入功率（kw）10.1310.039.639.068.61輸入轉(zhuǎn)矩（Nm）99.7398.74379.31426.71356.40傳動比i6.9254效率0.990.970.990.960.95三、傳動裝置運動及動力參數(shù)計算（一）、一級斜齒圓柱齒輪的設(shè)計1、 選擇齒輪材料及精度等級小齒輪選用45剛調(diào)質(zhì)，硬度為220250HBS大齒輪選用45剛正火，硬度為170210HBS選擇齒輪精度為8級2、 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 按斜齒輪傳動的設(shè)計公式可得：mn1.17KT1cos2YFYS（dZ21F）13確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：（1） 轉(zhuǎn)矩：T1=9550 P0n0=955010.13970=99.73（Nm）（2） 載荷系數(shù)K：根據(jù)查表4-7，取K=1.4（3） 齒數(shù)Z1、齒寬系數(shù)d和螺旋角取Z1=20，則Z2=IZ1=6.92520=138.5 取圓整Z2=138初選螺旋角 =14當(dāng)量齒數(shù)ZV為： ZV1=ZVcos3=20cos314=21.8922 ZV2=ZVcos3=138cos314=151.04151查表得齒形系數(shù) YF1=2.75 YF2=2.16查表得應(yīng)力修正系數(shù) YS1=1.58 YS2=1.84選取d=0.8（4） 許用彎曲應(yīng)力F由圖4-23查Flim1，小齒輪按調(diào)制剛查取，大齒輪按正火剛查取，得Flim1=210 MPa Flim2=190 MPa查表得 SF=1.3 N1=60njLh=601460181030025%=5.256108 N2= N1i =5.2561084=1.314108查圖4-25得 YNT1= YNT2=1由公式F1= YNT1Flim1SF得 F1= YNT1Flim1SF=2101.3=162MPa F2= YNT2Flim1SF=1901.3=146MPaYF1YS1F1=2.751.58162=0.0268MPa-1YF2YS2F2=2.161.84146=0.0272MPa-1代入數(shù)據(jù)，解得mn1.17a=4（20+138）（2cos14）=325.77mm取a=326mm（5） 確定螺旋角為：=arccosm1（Z1+ Z2）2a=arccos2（20+138）326=1482此值與初選值相差不大，故不必重新計算。3、 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 H=3.172E（KT（u+1）bd2u）12H確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：（1） 分度圓直徑d：d1= mnZ1cos=420cos1482=82.5mmd2 = mnZ2cos=4138cos1482=571.3mm （2）齒寬b=dd1=0.882.5=66mm取b2=70mm，b1=75mm（3）齒數(shù)比 u=I=4（4）許用接觸應(yīng)力H 由圖4-23查得 Hlim1=560MPa Hlim2=530MPa 查圖4-24得 SH=1 查得 ZNT1=1，ZNT2=1.06 由公式H1= ZNT1Hlim1SH1得： H1= ZNT1Hlim1SH1=1560=560MPa H2= ZNT2Hlim2SH2=1.06530=561MPa 由表4-8查得彈性系數(shù) ZE=189.8（MPa）12 故 H=3.172189.8（6） 驗算齒輪圓周速度V v=d1 n1（601000）=3.1482.5970（601000）=4.19ms由文獻(xiàn)1表10.22知選8級精度是合適的。（二）、開式齒輪的設(shè)計1、選擇齒輪材料及精度等級小齒輪選用45剛調(diào)質(zhì)，硬度為220250HBS大齒輪選用45剛正火，硬度為170210HBS選擇齒輪精度為8級，要求齒面促成的Ra3.26.3m2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 因兩齒輪均為鋼質(zhì)齒輪，求出d1的值， 確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：(1) 轉(zhuǎn)矩： T3=9550 P3n3=95509.0660.625=1426.7（Nm）(2)載荷系數(shù)K，根據(jù)查表4-7，取K=1.1(3)齒數(shù)Z1和齒寬系數(shù)d 小齒輪齒數(shù)Z1取為25，則大齒輪齒數(shù)為100. 因單級齒輪傳動為對稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，選取d=1.（4）許用接觸應(yīng)力H 由圖4-22查得 Hlim1=560MPa Hlim2=530MPa SH=1N1=60njLh=601460181030025%=5.256108N2= N1i =5.2561084=1.314108 由圖4-24查得 ZNT1=1，ZNT2=1.06 由公式H1= ZNT1Hlim1SH1得： H1= ZNT1Hlim1SH1=1560=560MPa H2= ZNT2Hlim2SH2=1.06530=562MPa 故 d176.43KT1（ u+1）duH213 =76.431.11055（145602）=58.3mm m= d1Z1=58.325=2.33mm由表4-2取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.5mm3、計算主要尺寸： d1= m Z1=2.525=62.5mm d2= m Z2=2.5100=250mm b=dd1=62.5mm 經(jīng)圓整后取 b2=65mm ，b1= b2+5=70mm a=1/2m（Z1+ Z2）=156.25mm 4、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：由4-10得出F，如FF，則校核合格。確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)： （1）齒形系數(shù)由4-10查得齒形系數(shù) YF1=2.75 YF2=2.16 (2) 應(yīng)力修正系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù) YS1=1.58 YS2=1.84 (3) 許用彎曲應(yīng)力F由圖4-23查Flim1，小齒輪按調(diào)制剛查取，大齒輪按正火剛查取，得Flim1=210 MPa Flim2=190 MPa SF=1.3查圖4-25得 YNT1= YNT2=1由式F1= YNT1Flim1SF得 F1= YNT1Flim1SF=2101.3=162MPaF2= YNT2Flim1SF=1901.3=146MPaF1=2KT1(bm2 Z1)YFYS=91MPa<F1=162MPaF2=F1YF2YS2（YF1YS1）=85 MPa<F2=146MPa所以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。 5、驗算齒輪圓周速度V v=d1 n1（601000）=3.1462.5970（601000）=3.17ms 應(yīng)改選9級精度。4、 軸的計算1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由已知條件知減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。由表4-22查得強(qiáng)度極限B=650MPa，再由表4-23得彎曲應(yīng)力-1b=60MPa。 2、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑根據(jù)表11-2得C=107118。又由式dC(Pn)13得 dC(Pn)13=(107118)(8280)13mm=32.736.1mm 考慮到到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會有鍵槽存在，故將估算直徑加大3% 5%，取為33.6837.91mm。有設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=35mm。 3、設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 由于設(shè)計的是單級減速器，可將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外端安裝半聯(lián)軸器。 1）確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩定位，右端用套筒定位。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 2）確定各軸段的直徑 軸端直徑最小，d1=35mm；考慮到要對安裝在軸端上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸端上應(yīng)有軸肩，同時為能很順利地在軸端上安裝軸承，軸端必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸端的直徑d2=40mm；用相同的方法確定軸端、的直徑d3=45mm、d4=55mm；為了便于拆卸左軸承，可查出6208型滾動軸承的安裝高度為3.5mm，取d5=47mm。 3）確定各軸段的長度 齒輪輪轂寬度為60mm，為保證齒輪固定可靠，軸端的長度應(yīng)略短于齒輪輪轂寬度，取為58mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的間距，取該間距為15mm；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中，并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm，所以軸端的長度取為20mm，軸承支點距離l=118mm；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一定距離的要求，取l=75mm；查閱有關(guān)的聯(lián)軸器手冊取l"=70mm；在軸端、上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約510mm，鍵槽的寬度按軸端直徑查手冊得到。 4）選定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如圓角、倒角、退刀槽等的尺寸。 按設(shè)計結(jié)果畫出軸的結(jié)構(gòu)草圖。 4、按彎矩合成強(qiáng)度校核軸徑 1）畫出軸的受力圖。 2）作水平面內(nèi)的彎矩圖。支點反力為 FHA=FHB=Ft22=20592=1030N I-I截面處的彎矩為 MHI=10301182Nmm=60770Nmm -截面處的彎矩為 MH=103029Nmm=29870Nmm 3）作垂直面內(nèi)的彎矩圖，支點反力為 FVA=Fr22-Fa2d2l=（763.82-405.72652118）73.65N FVB=Fr2- FVA=763.8+73.65=837.5N I-I截面左側(cè)彎矩為 MVI左=FVAl2=（-73.65）1182=-4345Nmm I-I截面右側(cè)彎矩為 MVI右=FVBl2=837.51182=49410Nmm -截面處的彎矩為 MV=FVA29=837.529=24287.5Nmm 4）作合成彎矩圖 M= I-I截面： MI左= = 60925 Nmm MI右= =78320 Nmm-截面：M= =39776 Nmm5）求轉(zhuǎn)矩圖 T=9.55106Pn=272900 Nmm6）求當(dāng)量彎矩 因減速器單向運轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈沖循環(huán)變化，修正系數(shù)為0.6。 I-I截面： MeI= M2I右+（T）2=181000 Nmm-截面： Me= M2+（T）2=168502 Nmm 7）確定危險截面及校核強(qiáng)度 截面I-I、-所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩MeI> Me，且軸上還有鍵槽，故截面I-I可能為危險截面。但由于軸徑d3>d2，故也應(yīng)對截面-進(jìn)行校核。 I-I截面： eI= MeIW=1815000.1d33=19.9MPa-截面： e= MeW=1685020.1d32=26.3MPa 查表得-1b=60MPa，滿足e<-1b的條件，故設(shè)計的軸有足夠強(qiáng)度，并有一定的裕量。 （5）修改軸的結(jié)構(gòu) 因所設(shè)計軸的強(qiáng)度裕量不大，故此軸不必再作修改。 （6）繪制軸的零件圖五、滾動軸承的選擇及設(shè)計計算滾動軸承的設(shè)計根據(jù)上面求得的軸在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)支點反力可知：徑向載荷：Fra=（R2va+ R2Ha）2=604.67N軸向載荷：Faa=Fa=464.72N選擇圓錐滾子軸承36208，寬度為18mm，外徑D=80mm，額定動載荷Ca=26.8KN，額定靜載荷，C0a=20.5KNFaaC0a=464.7220500=0.02267FaaFra =464.72604.67=0.7686查表得徑向載荷系數(shù)X=0.44，軸向載荷系數(shù)Y=1.4，所以當(dāng)量動載荷為：Pa=X Fra+Y Faa=0.44604.67+1.4464.72=916.66N軸承許用壽命：Lh=88300=19200h軸承壽命：Lha=10660n1（CaPa）3=878850h >Lh所以滾動軸承符合要求。六、鍵連接的選擇和計算1、 聯(lián)軸器鍵的選擇與校核 p=2T103kldp高速軸直徑D=40mm，半聯(lián)軸器的長度為84mm，因此選擇鍵的寬度b=12mm，鍵高h(yuǎn)=8mm，鍵長L=80mm。 T=5.89104 Nmm k=0.58=4mm l=L-b=80-12=68mm查表得p=100Mpa 代入數(shù)據(jù)，解得p=10.8MPa<p故高速軸上的鍵符合要求。2、高速級大齒輪鍵的選擇與校核 p=2T103kldp由于高速軸直徑D=45mm，高速級大齒輪的寬度B1=60mm。因此選擇鍵的寬度b=14mm，鍵高h(yuǎn)=9mm，鍵長L=56mm。 T=2.085105 Nmm K=0.59=4.5mm l =L-b=56-14=42mm查表得p=100Mpa 代入數(shù)據(jù)，解得p=49MPa<p故高速級大齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。3、低速級小齒輪鍵的選擇與校核 p=2T103kldp 由于直徑D=45mm，低速級小齒輪的寬度B1=90mm。因此選擇鍵的寬度b=14mm，鍵高h(yuǎn)=9mm，鍵長L=80mm。 T=2.085105 Nmm K=0.59=4.5mm l =L-b=80-14=66mm查表得p=100Mpa 代入數(shù)據(jù)，解得p=77MPa<p故低速級小齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。4、低速級大齒輪鍵的選擇與校核 p=2T103kldp直徑D=70mm，低速級大齒輪的寬度B2=85mm。因此選擇鍵的寬度b=20mm，鍵高h(yuǎn)=12mm，鍵長L=80mm。 T=5.89104 Nmm K=0.512=6mm l =L-b=80-20=60mm查表得p=100Mpa 代入數(shù)據(jù)，解得p=47MPa<p故低速級大齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。七、聯(lián)軸器的選擇已知高速軸的最小直徑dmm=20.16mm和選擇電動機(jī)的軸的直徑d=42mm，轉(zhuǎn)矩Tr=88.3Nm，在校核高速軸的強(qiáng)度時，選取的聯(lián)軸器的類型為：HL3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為630Nm，軸孔直徑范圍在3040之間，故取d=30mm，半聯(lián)軸器的長度為82mm。八、減速器附件的選擇1、箱體：用來支持旋轉(zhuǎn)軸和軸上零件，并為軸上傳動零件提供封閉的工作空間，防止外界灰沙侵入和潤滑溢出，并起油箱作用，保證傳動零件嚙合過程良好的潤滑。 材料為：HT200。加工方式如下：加工工藝路線：鑄造毛坯時效油漆劃線粗、精加工基準(zhǔn)面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各緊固孔、油孔等去毛刺清洗檢驗箱體參數(shù)：名稱符號一級齒輪減速器計算結(jié)果箱座壁厚箱蓋壁厚箱蓋凸緣厚度b箱座凸緣厚度b箱座底凸緣厚度b地腳螺釘直徑d地腳螺釘數(shù)目n軸承旁連接螺栓直徑d蓋與座連接螺栓直徑d連接螺栓d的間距l(xiāng)軸承端蓋螺釘?shù)闹睆絛視孔蓋螺釘直徑d定位銷直徑d軸承旁凸臺半徑R凸臺高度h大齒輪頂園與內(nèi)機(jī)壁距離機(jī)座助厚m軸承端蓋外徑D軸承端蓋凸緣厚度e軸承旁連接螺栓距離s2、 附件：包括窺視孔和窺視孔蓋、通氣器、軸承蓋、定位銷、啟箱螺釘、油標(biāo)、放油孔及放油螺塞、起吊裝置。九、潤滑和密封1、 潤滑：齒輪采用浸油潤滑。當(dāng)齒輪圓周速度V12ms時，圓柱齒輪浸入油的深度約為一個齒高，三分之一齒輪半徑，大齒輪的齒頂?shù)接偷酌娴木嚯xh3060mm。軸承潤滑采用潤滑脂，潤滑脂的加入量為軸承空隙體積的1312，采用稠度較小的潤滑脂。2、 密封：防止外界灰塵、水分等侵入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦?。查表得，高低速軸密封圈為唇型密封圈（FB型），GBT9877.1-1998.- 25 - / 26文檔可自由編輯打印