课程设计---绞车传动装置设计

机械设计基础课程设计设计计算说明书题目：绞车传动装置院系：电气学院专业：机电一体化姓名：保华亮班级：机电1020班指导教师：马志诚二零一一年十二月-1-目录前言…………………………………………………………一、拟定传动装置的传动方案………………………………二、电动机的选择……………………………………………三、传动装置运动及动力参数计算…………………………四、轴的计算…………………………………………………五、滚动轴承的选择及设计计算……………………………六、键连接的选择和计算…………………………………七、联轴器的选择…………………………………………八、减速器附件的选择……………………………………九、润滑和密封……………………………………………参考文献…………………………………………………-2-前言：1、传动方案简图：1——电动机；2——联轴器；3——斜齿圆柱齿轮减速器；4——开式齿轮；5——卷筒2、工作情况：间歇工作，载荷平稳，传动可逆转，启动载荷为名义载荷的1.25倍。传动比误差为±5%。每隔2min工作一次，停机5min，工作年限为10年，两班制。3、原始数据：卷筒圆周力F=12000N，卷筒转速n=35r／min，卷筒直径D=400mm-3-4、设计内容：1）拟定传动装置的传动方案2）电动机的选择3）传动装置的运动参数和动力参数的计算4）传动件及轴的设计计算5）轴承、键的选择和校核计算机及减速器润滑和密封的选择6）减速器的结构及附件设计7）绘制减速器装配图、零件图8）编写设计计算说明书5、设计任务：1）绘制减速器装配图一张；2）零件工作图1至3张；3）设计计算说明书一份。6、设计进度：第一阶段：拟定和讨论传动方案；选择电动机；传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配；计算各轴的功率、转矩和转速。第二阶段：传动零件及轴的设计计算。第三阶段：设计及绘制减速器装配图。-4-第四阶段：零件工作图的绘制。第五阶段：编制设计说明书。一、拟定传动装置的传动方案：由题目所知传动机构类型变位齿轮减速器。故只要对本传动机构进行分析认证。本传动机构的特点是：减速器横向尺寸较小，两个齿轮浸油深度可以大体相同，结构较复杂；轴向尺寸大，中间轴较短，刚度好，中间轴承润滑较容易。二、电动机的选择：1、选择电动机的型号本减速器在常温下连续工作，载荷平稳，对启动无特殊要求，但工作环境灰尘较多，故选用Y型三相笼型感应电动机，封闭式结构，电压为380V。-5-2、确定电动机功率工作机所需的电动机输出功率为：Pd=Pw∕ηPw=Fv∕1000ηw所以Pd=Fv∕1000η·ηwη·ηw=η联·η齿·η3轴承·η卷筒·η开齿=0.99х0.97х0.993х0.96х0.95=0.868nw=60х1000v∕πDv=nw·πD∕（60х1000）=35х3.14х400∕（60х1000）=0.73m∕s所以Pd=Fv∕1000ηηw=12000х0.73∕（1000х0.868）=10.13kw按推荐的合理传动比范围，取开式齿轮传动比i=3~5，故电动机转速的可选范围为：n´d=i´d·nw=（3~5）х350r∕min=（1050~1750）r∕min因载荷平稳，电动机的额定功率Ped大于Pd即可，符合这一范围的同步转速有750r∕min、1000r∕min、1500r∕min、3000r∕min，再根据计算出的容量，由文献1附录8附表8.1查出有四种适用的电动机型号，其技术参数的比较情况见下表：方案电动机型号额定功率电动机满载转速启动转矩╱最大转矩╱-6-（kw）（r∕min）额定转矩额定转矩1Y160M1-21129302.02.22Y160L-6119702.02.03Y160M-41114602.22.24Y180L-8117302.02.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及开式齿轮传动和减速器的传动比，比较四个方案可知：选定电动机型号为Y160M-4，所选电动机的额定功率Ped=11kw，满载转速nm=1460r∕min，总传动比适中，传动装置结构比较紧凑。3、计算传动装置的总传动比及分配各级传动比。（1）、传动装置的总传动比总传动比为：i总=nm╱nw=970╱35=27.7（2）、分配各级传动比根据文献2表2.2推荐传动比的范围，选取开式齿轮传动的传动比i1=4，则一级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比为：i2=i总╱i1=27.7╱4=6.9253、计算传动装置的运动参数和动力参数。0轴——电动机轴：P0=Pd=10.13（kw）n0=nw=970（r╱min）-7-T0=9550P0╱n0=9550×10.13╱970=99.73（N·m）1轴——减速器高速轴：P1=P0·η1=10.13×0.99=10.03（kw）n1=n0╱i1=970（r╱min）T1=9550P1╱n1=9550×10.03╱970=98.74（N·m）2轴——减速器低速轴：P2=P1·η1·η2=10.03×0.99×0.97=9.63（kw）n2=n1╱i2=242.5（r╱min）T2=9550P2╱n2=9550×9.63╱242.5=379.3（N·m）3轴——开式齿轮轴：P3=P2·η2·η3=9.63×0.95×0.99=9.06（kw）n3=n2╱i3=60.625（r╱min）T3=9550P3╱n3=9550×9.06╱60.625=1426.7（N·m）4轴——卷筒轴：P4=P3·η4·η3=9.06×0.96×-8-0.99=8.61（kw）n4=n3=60.625（r╱min）T4=9550P4╱n4=9550×8.61╱60.625=1356.40（N·m）将计算的运动参数和动力参数列于表2中。表2计算所得运动参数和动力参数参数\轴名0轴1轴2轴3轴4轴转速（r╱min）970970242.560.62560.625输入功率（kw）10.1310.039.639.068.61输入转矩（N·m）99.7398.74379.31426.71356.40传动比i6.9254效率η0.990.970.990.960.95三、传动装置运动及动力参数计算（一）、一级斜齿圆柱齿轮的设计1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45刚调质，硬度为220~250HBS大齿轮选用45刚正火，硬度为170~210HBS选择齿轮精度为8级-9-2、校核齿根弯曲疲劳强度按斜齿轮传动的设计公式可得：mn≥1.17[KT1cos2βYFYS╱（ΦdZ21[σF]）]1╱3确定相关参数和系数：（1）转矩：T1=9550P0╱n0=9550×10.13╱970=99.73（N·m）（2）载荷系数K：根据查表4-7，取K=1.4（3）齿数Z1、齿宽系数Φd和螺旋角β取Z1=20，则Z2=I·Z1=6.925×20=138.5取圆整Z2=138初选螺旋角β=14º当量齿数ZV为：ZV1=ZV╱cos3β=20╱cos314=21.89≈22ZV2=ZV╱cos3β=138╱cos314=151.04≈151查表得齿形系数YF1=2.75YF2=2.16查表得应力修正系数YS1=1.58YS2=1.84-10-选取Φd=0.8（4）许用弯曲应力[σF]由图4-23查σFlim1，小齿轮按调制刚查取，大齿轮按正火刚查取，得σFlim1=210MPaσFlim2=190MPa查表得SF=1.3N1=60njLh=60×1460×1×8×10×300×25%=5.256×108N2=N1╱i=5.256×108╱4=1.314×108查图4-25得YNT1=YNT2=1由公式[σF]1=YNT1·σFlim1╱SF得[σF]1=YNT1·σFlim1╱SF=210╱1.3=162MPa[σF]2=YNT2·σFlim1╱SF=190╱1.3=146MPaYF1·YS1╱[σF]1=2.75×1.58╱162=0.0268MPa-1YF2·YS2╱[σF]2=2.16×1.84╱146=0.0272MPa-1代入数据，解得mn≥1.17a=4（20+138）╱（2×cos14）=325.77mm取a=326mm（5）确定螺旋角为：β=arccosm1（Z1+Z2）╱2a=arccos2×（20+138）╱-11-326=14º8ˊ2ˊˊ此值与初选β值相差不大，故不必重新计算。3、校核齿面接触疲劳强度σH=3.172E（KT（u+1）╱bd2u）1╱2≤[σH]确定相关参数和系数：（1）分度圆直径d：d1=mn·Z1╱cosβ=4×20╱cos14º8ˊ2ˊˊ=82.5mmd2=mn·Z2╱cosβ=4×138╱cos14º8ˊ2ˊˊ=571.3mm（2）齿宽b=Φd·d1=0.8×82.5=66mm取b2=70mm，b1=75mm（3）齿数比u=I=4（4）许用接触应力[σH]由图4-23查得σHlim1=560MPaσHlim2=530MPa查图4-24得SH=1查得ZNT1=1，ZNT2=1.06由公式[σH]1=ZNT1·σHlim1╱SH1得：[σH]1=ZNT1·σHlim1╱SH1=1×560=560MPa[σH]2=ZNT2·σHlim2╱SH2=1.06×530=561MPa-12-由表4-8查得弹性系数ZE=189.8（MPa）1╱2故σH==3.172×189.8（6）验算齿轮圆周速度Vv=πd1n1╱（60×1000）=3.14×82.5×970╱（60×1000）=4.19m╱s由文献1表10.22知选8级精度是合适的。（二）、开式齿轮的设计1、选择齿轮材料及精度等级小齿轮选用45刚调质，硬度为220~250HBS大齿轮选用45刚正火，硬度为170~210HBS选择齿轮精度为8级，要求齿面促成的Ra≤3.2~6.3μm2、按齿面接触疲劳强度校核因两齿轮均为钢质齿轮，求出d1的值，确定相关参数和系数：(1)转矩：T3=9550P3╱n3=9550×9.06╱60.625=1426.7（N·m）(2)载荷系数K，根据查表4-7，取K=1.1(3)齿数Z1和齿宽系数Φd-13-小齿轮齿数Z1取为25，则大齿轮齿数为100.因单级齿轮传动为对称布置，而齿轮齿面又为软齿面，选取Φd=1.（4）许用接触应力[σH]由图4-22查得σHlim1=560MPaσHlim2=530MPaSH=1N1=60njLh=60×1460×1×8×10×300×25%=5.256×108N2=N1╱i=5.256×108╱4=1.314×108由图4-24查得ZNT1=1，ZNT2=1.06由公式[σH]1=ZNT1·σHlim1╱SH1得：[σH]1=ZNT1·σHlim1╱SH1=1×560=560MPa[σH]2=ZNT2·σHlim2╱SH2=1.06×530=562MPa故d1≥76.43[KT1（u+1）╱Φdu[σH]2]1╱3=76.43×[1.1×105×5╱（1×4×5602）=58.3mmm=d1╱Z1=58.3╱25=2.33mm由表4-2取标准模数m=2.5mm3、计算主要尺寸：d1=mZ1=2.5×25=62.5mm-14-d2=mZ2=2.5×100=250mmb=Φd·d1=62.5mm经圆整后取b2=65mm，b1=b2+5=70mma=1/2×m（Z1+Z2）=156.25mm4、按齿根弯曲疲劳强度校核：由4-10得出σF，如σF≤[σF]，则校核合格。确定相关参数和系数：（1）齿形系数由4-10查得齿形系数YF1=2.75YF2=2.16(2)应力修正系数应力修正系数YS1=1.58YS2=1.84(3)许用弯曲应力[σF]由图4-23查σFlim1，小齿轮按调制刚查取，大齿轮按正火刚查取，得σFlim1=210MPaσFlim2=190MPaSF=1.3查图4-25得YNT1=YNT2=1由式[σF]1=YNT1·σFlim1╱SF得[σF]1=YNT1·σFlim1╱SF=210╱1.3=162MPa[σF]2=YNT2·σFlim1╱SF