課程設(shè)計(jì)-絞車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)計(jì)算說明書題目:絞車傳動(dòng)裝置院系:電氣學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化姓名：?jiǎn)纬蓾嗉?jí)：機(jī)械1304班指導(dǎo)教師：二零一五年十二月目錄前言 一、 擬定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案 二、 電動(dòng)機(jī)的選擇 三、 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 四、 軸的計(jì)算 五、 滾動(dòng)軸承的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算 六、 鍵連接的選擇和計(jì)算 七、 聯(lián)軸器的選擇 八、 減速器附件的選擇 九、 潤(rùn)滑和密封 參考文獻(xiàn) 前言：1、 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖:1——電動(dòng)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(dòng)可逆轉(zhuǎn)，啟動(dòng)載荷為名義載荷的1.25倍。傳動(dòng)比誤差為土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=35r/min,卷筒直徑D=400mm4、 設(shè)計(jì)內(nèi)容：)擬定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案)電動(dòng)機(jī)的選擇)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算4)傳動(dòng)件及軸的設(shè)計(jì)計(jì)算)軸承、鍵的選擇和校核計(jì)算機(jī)及減速器潤(rùn)滑和密封的選擇)減速器的結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計(jì)7)繪制減速器裝配圖、零件圖8)編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書5、 設(shè)計(jì)任務(wù)：)繪制減速器裝配圖一張；)零件工作圖1至3張；)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。6、 設(shè)計(jì)進(jìn)度：第一階段：擬定和討論傳動(dòng)方案；選擇電動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)傳動(dòng)比的分配；計(jì)算各軸的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。第二階段：傳動(dòng)零件及軸的設(shè)計(jì)計(jì)算。第三階段：設(shè)計(jì)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(jì)說明書。、擬定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案：由題目所知傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型變位齒輪減速器。故只要對(duì)本[?XX傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析認(rèn)證。本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：減速器橫向尺寸較小，兩個(gè)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(rùn)滑較容易。二、電動(dòng)機(jī)的選擇：1、 選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)本減速器在常溫下連續(xù)工作，載荷平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)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(dòng)機(jī)，圭寸閉式結(jié)構(gòu)，電壓為380V。2、 確定電動(dòng)機(jī)功率工作機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)輸出功率為：pd=Pw/np=Fv/iooonw w所以p=Fv/iooon?nd wn?n=n?n?n3 ?n?n1 1wI聯(lián)I齒I軸承I卷筒I開齒=0.99x0.97x0.993X0.96x0.95=0.868n=60xlOOOv/nDwv=n?nD/(60x1000)w=35x3.14x400/(60x1000)=0.73m/sTOC\o"1-5"\h\z所以p=Fv/1000nn=12000x0.73/(1000x0.868)d w=10.13kw按推薦的合理傳動(dòng)比范圍，取開式齒輪傳動(dòng)比i=3~5，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：n‘二i‘?n=(3?5)x350r/min二(1050?1750)r/mind d w因載荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)的額定功率P大于Pd即可，符合這一ed d范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min,再根據(jù)計(jì)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(dòng)機(jī)型號(hào)，其技術(shù)參數(shù)的比較情況見下表：方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩/最大轉(zhuǎn)矩/(kw)(r/min)額定轉(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(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及開式齒輪傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比，比較四個(gè)方案可知：選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M-4，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率P=11kw，滿載轉(zhuǎn)速n=1460red m/min,總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)比較緊湊。3、計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及分配各級(jí)傳動(dòng)比。、傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比總傳動(dòng)比為：i=n/n=970/35=27.7總mw、分配各級(jí)傳動(dòng)比根據(jù)文獻(xiàn)2表2.2推薦傳動(dòng)比的范圍，選取開式齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i[=4，則一級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比為：i2=i,/1 2總?=27.7/4=6.9253、 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。0軸 電動(dòng)機(jī)軸：P=P=10.13(kw)0dn=n=970(r/min)0wT=9550P/n=9550X10.13/000970=99.73(N?m)1軸——減速器高速軸：P=P?n=10.13X0.99=10.03101(kw)n=n/i=970(r/min)101T=9550P/n=9550X10.03/111970=98.74(N?m)2軸——減速器低速軸：P=P?n?n=10.03X0.99X21120.97=9.63(kw)n=n/i=242.5(r/min)212T=9550P/n=9550X9.63/242.5=379.3(N?m)3軸一一開式齒輪軸：222P=P?n?n=9.63X0.95X3 2 2 30.99=9.06(kw)n=n/i=60.625(r/min)TOC\o"1-5"\h\z3 2 3T=9550P/n=9550X9.06/3 3 360.625=1426.7(N?m)4軸——卷筒軸：P=P?n?n=9.06X0.96X4 3 1 4 1 30.99=8.61(kw)n=n=60.625(r/min)4 3T=9550P/n=9550X8.61/4 4 460.625=1356.40(N?m)將計(jì)算的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)列于表2中。表2計(jì)算所得運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)參數(shù)\軸名0軸1軸2軸3軸4軸轉(zhuǎn)速(r/min)970970242.60.6260.62555輸入功率(kw)10.110.09.639.068.6133輸入轉(zhuǎn)矩99.798.7379.1426.1356.4(N?m)34370傳動(dòng)比i6.9254效率n0.990.970.990.960.95三、傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算(一)、一級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)1、 選擇齒輪材料及精度等級(jí)小齒輪選用45剛調(diào)質(zhì)，硬度為220?250HBS大齒輪選用45剛正火，硬度為170?210HBS選擇齒輪精度為8級(jí)2、 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度按斜齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)公式可得：m21.17[KTcos20YY/(①Z2[o])]i/3n 1 FS d1F確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：轉(zhuǎn)矩：T=9550P/n=9550X10.13/970=99.73(N?m)00載荷系數(shù)K：根據(jù)查表4-7,取K=1.4齒數(shù)Z]、齒寬系數(shù)和螺旋角P取Z]=20,則Z2=I?Z]=6.925X20=138.5 取圓整Z=1382初選螺旋角P=14°當(dāng)量齒數(shù)Z為：VZ=Z/cos3R=20/cos314=21.89V1V心22Z=Z/cos3B=138 /V2Vcos314=151.04~151查表得齒形系數(shù)=2.75Y=2.16F1 F2查表得應(yīng)力修正系數(shù)=1.58Y=1.84S1 S2選取e=0.8d（4）許用彎曲應(yīng)力[o]F由圖4-23查o ，小齒輪按調(diào)制剛查取，大齒Fliml輪按正火剛查取，得O=210MPao=190MPaFliml Flim2查表得S=1.3FN=60njL=60X1460X1X8X10X300X25%=5.2561 hX108N=N/i=5.256X108/4=1.314X1081查圖4-25得Y=Y=1NT1 NT2由公式[o]=Y?o /S得F1NT1 Flim1F[o]=Y?o /S=210/F1NT1Flim1 F1.3=162MPa[o]=F2YNT2?o /S=190/Flim1 F1.3=146MPa?Y/[o]=2.75X1.58/162=0.0268MPa-1F1 S1 F1?Y/[o]=2.16X1.84/146=0.0272MPa-1F2 S2 F2代入數(shù)據(jù)，解得m21.17na=4(20+138)/(2Xcos14)=325.77mm取a=326mm確定螺旋角為：0=arccosm1(Z]+Z2)/2a=arccos2X(20+138)/326=14°8,2…此值與初選0值相差不大，故不必重新計(jì)算。3、 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度O=3.172E(KT(u+l)/bd2u)i/2W[o]H H確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：(1)分度圓直徑d：d=m?Z/cos0=4X20/cosl4°8,2…=82.5mm1n1d=m?Z/cosB=4X138/cos14°8,2…=571.3mm2 n2(2)齒寬b=e?d=0.8X82.5=66mmd1取b=70mm,b=75mm21齒數(shù)比 u=I=4許用接觸應(yīng)力[O]H由圖4-23查得O=560MPaO=530MPaHlim1 Hlim2查圖4-24得S=1H查得Z=1,Z=1.06NT1 NT2由公式[o]=Z?o/S得：H1NT1 Hlim1H1[O]=Z?O/S=1X560=560MPaH1NT1 Hlim1H1[O]=Z?O/S=1.06XH2 NT2 Hlim2 H2530=561MPa由表4-8查得彈性系數(shù)Z=189.8(MPa)1/2E故o==3.172X189.8H驗(yàn)算齒輪圓周速度Vv=ndn/(60X1000)=3.14X82.5X970/(60X111000)=4.19m/s由文獻(xiàn)1表10.22知選8級(jí)精度是合適的。(二)、開式齒輪的設(shè)計(jì)1、 選擇齒輪材料及精度等級(jí)小齒輪選用45剛調(diào)質(zhì)，硬度為220?250HBS大齒輪選用45剛正火，硬度為170?210HBS選擇齒輪精度為8級(jí)，要求齒面促成的RaW3.2?6.3|Jm2、 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d的值，1確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：轉(zhuǎn)矩：T=9550P/n=9550X9.06/60.625=1426.7(N?m)3 3載荷系數(shù)K根據(jù)查表4-7，取K=1.1齒數(shù)Z1和齒寬系數(shù)e1 d

小齒輪齒數(shù)Z］取為25,則大齒輪齒數(shù)為100.因單級(jí)齒輪傳動(dòng)為對(duì)稱布置，而齒輪齒面又為軟齒面，選取e=1.d許用接觸應(yīng)力[o]H由圖4-22查得o=560MPao=530MPaHliml Hlim2S=1HN=60njL=60X1460X1X8X10X300X25%=5.256Xh108N=N/i=5.256X108/4=1.314X10821由圖N=N/i=5.256X108/4=1.314X10821由圖4-24查得由公式[o]=H1Z=1,Z=1.06NT1 NT2Z?o /S得:NT1 …[?oHlimfH1o]=ZH1 NT1/S=1XHliml H1560=560MPa]=ZH2 NT2Hlim2]=ZH2 NT2Hlim2/S=1.06XH2u+1)/eu+1)/eu[o】2】i/3d H故d276.43[KT11=76.43X[1.1X105X5/(1X4X5602)=58.3mmm=q/Z1=58.3/25=2.33mm由表4-2取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2.5mm3、計(jì)算主要尺寸：d=mZ=2.5X25=62.5mm11d=mZ=2.5X100=250mm22b二①?d=62.5mmd1經(jīng)圓整后取b=65mm ,b=b+5=70mm12a=1/2Xm(Z+Z)=156.25mm124、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：由4-10得出o，如oW[o],則校核合格。TOC\o"1-5"\h\zF F F確定相關(guān)參數(shù)和系數(shù)：齒形系數(shù)由4-10查得齒形系數(shù) Y=2.75Y=2.16F1 F2應(yīng)力修正系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù) Y=1.58Y=1.84S1 S2(3)許用彎曲應(yīng)力[o]F由圖4-23查o ，小齒輪按調(diào)制剛查取，大齒輪按Flim1正火剛查取，得o=210MPao=190MPaFlim1Flim2S=1.3F查圖4-25得Y=Y=1NT1 NT2由式[o]=Y?o /S得F1 NT1Flim1 F[o]=Y?o/S=210/1.3=162MPaF1 NT1Flim1 F[o]=Y?oF2 NT2/S=190/1.3=146MPaFlim1 Fo=2KT/(bm2Z)YY=91MPav[o]=162MPaF1 1 1FS F1O=OYY/(YY)=85MPav[o]=146MPaF2F1F2SZ FlSI F2所以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。5、驗(yàn)算齒輪圓周速度Vv=ndn/(60X1000)=3.14X62.5X970/(60X111000)=3.17m/s應(yīng)改選9級(jí)精度。四、軸的計(jì)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(duì)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O=650MPa,再由表4-23得彎曲應(yīng)力[o]=60MPa。B -1b2、 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑根據(jù)表11-2得C=107?118。又由式d2C(P/n)1/3得d2C(P/n)1/3=(107?118)(8/280)1/3mm=32.7?36.1mm考慮到到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器，會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大3%?5%,取為33.68?37.91mm。有設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑d]=35mm。3、設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖由于設(shè)計(jì)的是單級(jí)減速器，可將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對(duì)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(duì)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①直徑最小，d]=35mm；考慮到要對(duì)安裝在軸端①上的聯(lián)軸器進(jìn)行定位，軸端②上應(yīng)有軸肩，同時(shí)為能很順利地在軸端②上安裝軸承，軸端②必須滿足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸端②的直徑d2=40mm；用相同的方法確定軸端③、④的直徑d=45mm、d=55mm；為了便于拆卸左軸承,4可查出6208型滾動(dòng)軸承的安裝高度為3.5mm，取d=47mm。53） 確定各軸段的長(zhǎng)度齒輪輪轂寬度為60mm，為保證齒輪固定可靠，軸端③的長(zhǎng)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(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5mm,所以軸端④的長(zhǎng)度取為20mm,軸承支點(diǎn)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(cè)取l"=70mm；在軸端①、③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(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5?10mm,鍵槽的寬度按軸端直徑查手冊(cè)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(jì)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(diǎn)反力為F=F=F/2=2059/2=1030NHAHBt2I截面處的彎矩為M=1030X118/2N?mm=60770N?mmHIII截面處的彎矩為M=1030X29N?mm=29870N?mmHI3） 作垂直面內(nèi)的彎矩圖，支點(diǎn)反力為F=F/2-F?d/2l=（763.8/2-405.7X265/2/VAr2 a2118）N=-73.65NF=F-F=763.8+73.65=837.5NVBr2VAIT截面左側(cè)彎矩為M=F?l/2=(-73.65)X118/2=-4345N-mmVI左VAI-I截面右側(cè)彎矩為M=F?1/2=837.5X118/2=49410N?mm右VBII-II截面處的彎矩為M=F?29=837.5X29=24287.5N?mmTOC\o"1-5"\h\zVA作合成彎矩圖M=JM2+M2￥H VI截面：M=J—+M2=60925N?mmI左 VI左 HIM=:' +M2=78320N?mmI右 ■VI右 HIII截面：M=J__+M2=39776N?mmII VII HII求轉(zhuǎn)矩圖T=9.55X106P/n=272900N?mm求當(dāng)量彎矩因減速器單向運(yùn)轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈沖循環(huán)變化，修正系數(shù)a為0.6。I-I截面：M=[M2+(aT)2%]%=181000N?mmel I右II-II截面：M=[M2+(aT)2】％=168502N?mmell II確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度TOC\o"1-5"\h\z截面IT、II-II所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩Mi>M，且el ell軸上還有鍵槽，故截面IT可能為危險(xiǎn)截面。但由于軸徑d>d，故也應(yīng)對(duì)截面II-II進(jìn)行校核。3 2I-I截面：O=M/W=181500/0.1d3=19.9MPaeI el 3II-II截面：O=M/W=168502/0.1d3=26.3MPaell ell 2查表得[O]=60MPa，滿足O<[O]的條件，故設(shè)計(jì)-1b e -1b的軸有足夠強(qiáng)度，并有一定的裕量。修改軸的結(jié)構(gòu)因所設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕量不大，故此軸不必再作修改。繪制軸的零件圖五、滾動(dòng)軸承的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)根據(jù)上面求得的軸在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)支點(diǎn)反力可知：徑向載荷：F=(R2+R2)2=604.67Nra vaHa軸向載荷：F=F=464.72Naaa選擇圓錐滾子軸承36208，寬度為18mm，外徑D=80mm,額定動(dòng)載荷C=26.8KN，額定靜載荷，C0=2O.5KNa 0aF/C=464.72/20500=0.02267aa 0aF/F=464.72/604.67=0.7686aara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(dòng)載荷為：P=XF+YF=0.44X604.67+1.4X464.72=916.66Na ra aa軸承許用壽命：[L]=8X8X300=19200hh軸承壽命：L=10e/60nX(C/P)3=878850h>[L]ha 1 aa h所以滾動(dòng)軸承符合要求。六、鍵連接的選擇和計(jì)算1、 聯(lián)軸器鍵的選擇與校核O=2TX103/kldW[o]p p高速軸直徑D=40mm，半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為84mm,因此選擇鍵的寬度b=12mm,鍵高h(yuǎn)=8mm,鍵長(zhǎng)L=80mm。T=5.89X104N?mmk=0.5X8=4mml=L-b=80-12=68mm查表得[O]=100Mpap代入數(shù)據(jù)，解得O=10.8MPa〈[o]p p故高速軸上的鍵符合要求。2、 高速級(jí)大齒輪鍵的選擇與校核

O=2TX103/kldW[o]p p由于高速軸直徑D=45mm,高速級(jí)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(zhǎng)L=56mm。T=2.085X105N?mmK=0.5X9=4.5mml=L-b=56-14=42mm查表得[O]=100Mpapp故高速級(jí)大齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。代入數(shù)據(jù)，解得O=49MPa〈[op故高速級(jí)大齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。p3、低速級(jí)小齒輪鍵的選擇與校核O=2TX103/kldW[o]p p由于直徑D=45mm,低速級(jí)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(zhǎng)L=80mm。T=2.085X105N?mmK=0.5X9=4.5mml=L-b=80-14=66mm查表得[O]=100Mpapp故低速級(jí)小齒輪的鍵符合強(qiáng)度要求。代入數(shù)據(jù)，解得O=77MPa〈[Op故低速級(jí)小齒輪的鍵符合強(qiáng)度