机械设计卷扬机课程设计.doc

机械设计基础课 程 设 计 说 明 书学 院： 汽车学院专 业： 汽车服务工程班 级： 22060901姓 名： 学 号： 2206090107指导教师： 目 录 一、电动机选择 4二、 传动零件的设计计算 7（一）齿轮的设计计算 7 1高速级蜗轮蜗杆传动的设计计算 2低速级齿轮传动的设计计算 11（二）减速器铸造箱体的主要结构尺寸 15（三）轴的设计计算 16 1高速轴设计计算及校核 162中间轴设计计算 173低速轴设计计算 18三、其他附件的选择 23四、密封与润滑 24五、总结与心得 24六、参考文献 261. 设计目的：（1）通过课程设计使学生综合运用机械设计基础课程及有关先修课程的知识，起到巩固深化，融会贯通及扩展有关机械设计方面知识的运用，树立正确的设计思想；（2）通过课程设计的实践，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，使学生掌握机械零件，机械传动装置或简单机械的一般设计方法和步骤。（3）通过课程设计，学习运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料等，培养学生机械设计的基本技能。2. 设计方案：设计1012型慢动卷扬机传动系统。一、原始数据：序 号项 目单 位1102型1最大牵引力PN500002卷筒直径D4003卷筒宽度B8404卷筒转速nrpm6.355钢丝绳最大速度vm/min9.96开式齿轮传动比i5.2357钢丝绳直径d248定位尺寸A3709工作条件载荷较平稳10使用寿命两班制，8年注：最大牵引力中已考虑过载二运动简图说明慢动卷扬机用于慢速提升重物，在建筑工地和工厂有普遍应用。图示为1011型、1012型慢动卷扬机机构运动简图。其运动传递关系是：电动机1通过联轴器2（带有制动器），普通蜗杆（圆柱）减速机4，以及开式齿轮传动5驱动卷筒6，绕在卷筒上的钢丝绳再通过滑轮和吊钩即可提升或牵引重物。电磁制动器3用于慢动卷扬机停车制动。;. 图（一）一、电动机的选择1.选择电动机类型 按工作要求和工作条件选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电源额定电压为380V。 2.选择电动机容量 初步确定传动系统总体方案如图1所示。蜗杆圆柱齿轮减速器。传动装置的总效率a0.992×0.80×0.992×0.97×0.980.73；上式中=0.99为轴承的效率（一对），=0.80为蜗轮的效率，=0.99为弹性联轴器的效率，=0.97为齿轮的效率，0.98为卷扬机卷筒效率。3. 确定电动机转速工作机所需的功率为Pw=8.25kw卷扬机所需工作功率为：=11.30 kw;卷扬机卷筒的转速为：7.88 r/min所以电动机转速的可选范围为：=（880）5.2356.35=（330.013300.1）r/min上式中是蜗轮蜗杆的传动比，是开式齿轮传动比因载荷平稳，电动机额定功率Ped略大于Pd即可，由Y系列技术数据选电动机的额定功率为18.5kw即Y160L-2型电动机表1YR200L1-4 型电动机的主要性能电动机型号额定功率/kw电流/A（380V）满载转速/（r/min）Y160L-218.535.529303.03.0表2 YR200L1-4电动机的安装尺寸型号HAA/2BCDEKY160L-2372541272541084211019二.传动装置的总传动比和传动比分配（1）总传动比 371.8 （2） 分配传动比 由于，且5.235蜗轮蜗杆的传动比为：71.02（1）各轴转速   轴（蜗杆轴） r/min 轴（涡轮轴） 33.24r/min 轴（卷筒轴） r/min（2）各轴输入功率   轴 P0×18.5×0.9918.315kW   轴 ×18.315×0.814.652kW   轴 ××14.652×0.99×0.9714.070kW 钢丝绳 =××=14.070×0.99×0.98=13.651kW（3）各轴输入转矩 电动机轴输出转矩 =120.60N·M  轴 119.39N·M 轴   4209.58 N·M 轴  21160.39 N·M表3 蜗杆圆柱齿轮传动装置的运动和动力参数轴名功率P/kW转矩T/（ N·M ）转速n/（rmin-1）传动比效率电机轴18.5120.60146510.99轴18.315119.39146544.0700.80轴14.6524209.5833.245.2350.97轴14.07021160.396.35二、传动零件的设计1.选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）2.齿轮材料，热处理及精度蜗杆：45钢淬火，螺旋齿面要求淬火，淬火后硬度为4555HRC蜗轮：铸锡磷青铜ZCuSn10Pl,金属模制造，齿芯用灰铸铁HT100 3.按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，传动中心距 (1) 确定作用在蜗轮上的转矩T按z=1, 估取效率涡轮=0.8，则4209.260 N·M（2）确定载荷系数K取载荷分布不均系数K =1，选取选用系数K=1，取动载系数K=1.05，则K= KK K=1.05（3）确定弹性影响系数Z=150MPa（4)确定弹性系数设蜗杆分度圆直径d和传动中心距a的比值d/a=0.35，因此=2.9(5)确定许用接触应力根据蜗轮材料为ZCnSn10Pl，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，查得蜗轮的基本许用应力=268Mpa 两班制。八年所以L=26280h应力循环次数N=60j nL=60×1××26280=5.2410寿命系数=0.8130则，=×=0.8130×268=217.9Mpa（6）计算中心距=260.19 mm取中心距a280mm,i=44.070因此，取m=10，蜗杆分度圆直径d=90mm。这时d/a=0.32， 查图1211可查得接触系数=3.0因为, > 因此，以上计算结果可用4.蜗杆与蜗轮的主要参数及尺寸（1） 蜗杆：轴向齿距P=m=3.1416×10=31.416；直径系数q=d/m=9；齿顶圆直径d= d+2×m=90+2×1×10=110；齿根圆直径= d2m(h+)=902×10(1+0.2)=66 查简明机械零件设计手册表11-23得分度圆导程角=1231´44"；蜗杆轴向齿厚S=m/2=15.708。(2) 蜗轮：查简明零件机械设计手册表11-24得蜗轮齿数z=48;变位系数x=-0.5;验算传动比i= z/z=48/1=48,传动比误差（4844.070）/44.070=8.91%,是允许的。蜗轮分度圆直径d=mz=10×48=480蜗轮喉圆直径 d= d+2h=480+2×10(10.5)=490蜗轮齿根圆直径 = d2h=4802×10×(10.5+0.2)=466蜗轮咽喉母圆半径 r=a d/2=280490/2=355.校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数z= z/(cos)=48/(cos1231´44"）³49.18根据x=-0.5, z=49.18 ,因此，=2.42许用弯曲应力=´·由ZCuSn10Pl制造的蜗轮的基本许用应力´=56Mpa寿命系数0.667=56×0.66737.352MPa=20MPa.由于<，故弯曲强度满足。6.验算效率=（0.950.96）tan/tan(+)已知1231´44"12.56；=arctan用插值法得=0.018、=1.03代入得=0.8760.885，大于原估计值=0.8，因此不用计算。合格的。蜗杆速度：7.热平衡计算A=0.33()=取t=20°C 由公式 得 从 取=17W/（m²·C） 由式（8-14） C =60.06°C 85°C 名称分度圆直径模数头数/齿数转速(r/min)蜗杆901011465涡轮480104833.24 （二）低速级齿轮传动的设计计算1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）卷扬机机为一般工作机，速度不高，故选用8级精度（GB 1009588）。（3）材料选择。由表101选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数=32,大齿轮齿数5.235×3167.52，=168实际传动比 2.按齿面接触强度设计按式（11-3）试算，即： mm得（1）确定公式内的各计算数值试选K1.3 标准齿轮2.5 弹性系数188.0 选取齿宽系数0.8 由表11-1得小齿轮材料为40Cr(表面淬火) 小齿轮的接触疲劳强度极限；小齿轮轮齿弯曲疲劳极限大齿轮材料为45钢（表面淬火）；大齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮轮齿弯曲疲劳极限小齿轮传递的扭矩：=4209.260 N·M=4209260 N·mm（2）计算1.小齿轮分度圆直径：= 159.35mm2. 计算齿宽b及模数由 得4.98mm 故取5 mm 小齿轮分度圆直径=160mm3.计算圆周速度：0.278 m/sb=0.8160mm=128mm3.按齿根弯曲强度设计由公式mm其中查图11-8、图11-9得 4.81mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=5，已可满足弯曲强度。大齿轮分度圆直径=5840mm中心距a500mm齿轮齿数模数（mm）中心距（mm）直径（mm）齿宽（mm）小齿轮325 160大齿轮16858402减速器铸造箱体的主要结构尺寸按经验公式计算，其结果列于表4：表 4名称代号尺寸计算结果（）机座壁厚004a+3810机盖壁厚0.85810机座凸缘厚度b1.515机盖凸缘厚度1.515机座底凸缘厚度p2.525地脚螺钉直径0.036a+1220地脚螺钉数目n44轴承旁连接螺栓直径0.7516机盖与机座连接螺栓直径(0.50.6)12连接螺栓的间距l150200133轴承端盖螺钉直径查表12窥视孔盖螺钉直径(0.30.4)6定位销直径d(0.70.8)8、至外机壁距离见表3.2、至凸缘距离见表3.2轴承旁凸台半径22凸台高度h47外机壁至轴承座端面距离56内机壁至轴承座端面距离+66大齿轮顶圆(蜗轮外圆)与内机壁距离>1.214齿轮端面与内机壁距离12机盖肋厚8.5机座肋厚m8.5轴承端盖外径97，170，185轴承端盖凸缘厚度e12，15轴承旁连接螺栓距离s179，197 表5 连接螺栓扳手空间、值和沉头直径表 螺栓直径M8M10M12M16M20M24M301316182226344011141620242834沉头座直径202426324048603.轴的设计计算（一）I轴的设计计算1. 轴I上的功率=18.315kw, 转速=1465r/min,转矩=119.39N·M，轴II上的转距4209.58 N·M2.求作用在蜗杆蜗轮上的力已知蜗杆的分度圆直径d=90mm蜗轮分度圆直径480 蜗轮蜗杆的压力角取标准值为而3初步确定轴的最小直径，取=115，于是得26.69计算联轴器的转矩，取=1.9226.841N·M选用JM15膜片联轴器，其许用转矩为 N·M。许用转速 半联轴器的孔径30，故取=30,半联轴器轴孔长度L60（1）拟定轴上零件的装配方案如图所示的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴=30mm 轴段右端需制定一轴肩，轴肩高度h=2.5mm, 35mm左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径=40mm,半联轴器与轴配合的孔长度=60mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器而不压在轴的端面上，故段的长度略短一些，现取=61mm2）初步选择滚动轴承，因轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，并根据35mm,选取32308，其尺寸，故63,轴肩高度h=3mm,因此=463）取蜗杆轴轴段直径,蜗杆齿宽=115,经磨削后115+35=150,即1504）轴承端盖的总宽度为25mm，由减速器及轴承端盖的结构设计而定，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑要求，取端盖的外端面于半联轴器左端面间的距离15mm，故=40mm5）为保证蜗杆与蜗轮啮合，取=75至此已初步确定轴的各段直径和长度。蜗杆轴的总长度524 减速器壳的长度a=420（3）轴上零件的周向定位为了保证半联轴器与轴的连接，选用平键按直径查表查得平键截面，长为，半联轴器与轴的配合为；滚动轴承的配合是由过盈配合来保证的（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2取轴端倒角1×45。各轴肩处的圆角半径取R1。5. 轴的强度计算（1） 求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系：则令两轴承之间的距离为L。则：L。=380mm垂直面的支座反力=413.47 N，=224.93 N水平面的支座反力1326.55 N在支座上产生的反力为：1389.5N1345.5N（2） 求两轴承的计算轴向力和对于圆锥滚子轴承，按表14-37，轴承的派生轴向力,其中，是对应表中，其值由轴承手册查出。手册上查的32308的基本额定载荷C=115KN, =148KN。因此可得：1389.5N1345.5 N则=1389.5N=1389.5+1745.0=3134.5N（3） 验算轴承寿命因为，所以按轴承1的的受力大小验算1.8668h>26280h 故所选选轴承满足寿命要求。首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于32308型圆锥滚子轴承由手册中查得a=23.3mm。因此，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构设计以及弯矩和扭矩图中载荷垂直面V水平面H支反力F1389.5N,=1345.5N1326.55N弯矩M264.005 N 255.3645 N 252.045 N 总弯矩365.000 N 358.800N 扭矩T=119.39N·M6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，卷扬机频繁正反转，扭转切应力按对称循环应变。应取，轴的计算应力为，348.03 N·M已知选用轴的材料为45钢，调质处理，由表14-1查得表14-3查得=60MPa。38.71mm考虑到键槽对轴的消弱，将d值加大百分之五。故d=1.0538.71=40.65mm远小于蜗杆的分度圆直径mm故是很安全的（二） II轴的设计计算1.轴II上的功率，转速 ，转矩4209.58NM轴III上的功率，转速 ，转矩21160.39 NM2.求作用在齿轮上的力蜗轮：小齿轮：已知大齿轮的分度圆直径84050381.88N3.初步确定用45轴的最小直径，取=1154轴的机构设计1）拟定轴上零件的装配方案如图所示的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 （1）初步选择滚动轴承，因轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承，参照工作要求并根据=90mm,选取7318B，其尺寸故 =90,（2）取安装齿轮处的轴段直径=95mm,齿轮的又端与轴承之间采用套筒定位，加挡油环，为了使套筒可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，蜗轮宽度，取其宽度为67，故取=63mm,小齿轮=128。 3）为了保证蜗轮蜗杆的啮合，取蜗轮端面到内机壁的距离；小齿轮到箱体的距离30 蜗轮齿面到箱体的虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离,取=10mm，已知滚动轴承宽度，则=B+(6763)=127 mm, =T+(6763)=97 mm至此已初步确定轴的各段直径和长度。箱体的宽度b=287mm 高度h=540mm（4）轴上零件的周向定位按由表查得平键截面，长为，按由表查得平键截面，长为，同时为了保证齿轮和轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承的配合是由过盈配合来保证的（5）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2取轴端倒角2×45。各轴肩处的圆角半径取R2。（三） III轴的设计计算轴的材料为45钢，调质处理。查表15-1得=640Mpa,=275Mpa,=155Mpa1轴III（卷筒轴）上的功率，转速，转矩21160.39 N·M2求作用在齿轮上的力已知大齿轮的分度圆直径840距离 考3初步确定轴的最小直径，取C=1124轴的机构设计（1）拟定轴上零件的装配方案如图所示的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承，根据=146,选取7030AC轴承，其尺寸故=1502）取安装大齿轮处的轴段直径=155mm,卷筒的左端与轴承之间采用套筒定位，加挡油环，为了使套筒可靠的压紧卷3于卷筒宽度，其宽度为836，故取=836mm,）轴承端盖的总宽度为57mm，轴承端盖的结构设计而定，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑要求，取端盖的外端面于大齿轮左端面间的距离30mm，故=215mm 卷筒轴左端长度87mm至此已初步确定轴的各段直径和长度。卷筒轴总长度+=1138mm4）轴上零件的周向定位为了保证大齿轮与轴的连接，按由表查得平键截面，长为，同时为了保证齿轮和轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承的配合是由过盈配合来保证的5）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2取轴端倒角2×45。各轴肩处的圆角半径取R2。三、其他附件的选择1视孔盖 选用A=140mm的视孔盖。2通气器选用简易通气器M20×1.53油面指示器根据指导书表14.13，选用杆式油标M204油塞筒，此轴段应略短根据指导书表14.14，选用M20×1.5型油塞和垫片5起吊装置 根据指导书，箱盖选用吊耳d=16mm6定位销 根据指导书表11.30，选用销GB/T 117-2000 A8×357起盖螺钉选用螺钉M12×30四、密封与润滑1齿轮的润滑采用浸油润滑，由于高速级蜗杆浸油深度3050mm，取深h=32mm。根据指导书表16-1，选用全损耗系统用油 L-AN22。2滚动轴承的润滑选用脂润滑。根据表16-4 ，选用滚动轴承脂ZGN69-2。密封方法的选取由于凸缘式轴承端盖易于调整轴向游隙，轴的轴承两端采用凸缘式端盖。五、总结与心得在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论基础知识把握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的题目，如：在选择计算标准件的时候可能会出现误差，假如是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够正确；其次：在确定设计方案，选择电动机方面就被“卡住了”，拖了好久，同学在这方面的知识比较缺乏，幸好得到了蒋老师的指点，找到了方法，把题目解决了；再次，在轴的设计方面也比较薄弱，联轴器的选择，轴的受力分析等方面都碰到了困难，在同学的帮助下逐步解决了。这些都暴露出了前期我在这些方面知识的欠缺和经验的不足。对于我来说，收获最大的是方法和能力；那些分析和解决题目的能力。在整个课程设计的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！本次的课程设计，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和理论联系实际，应用生产实际知识解决工程实际题目的能力；在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了很多个人无法解决的题目；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。作为一名专业学生把握一门或几门制图软件同样是必不可少的。用cad制图方便简洁，易修改，速度快，我的设计，大部分尺寸都是在cad上设计出来的有了尺寸就能很好的控制图纸的布局。理论和实践同等重要。理论能指导实践，使你能事半功倍，实践能上升成为理论，为以后的设计打下基础。 从校门走出后,一定要重视实践经验的积累,要多学多问。六、参考文献参考书目【1】 王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.7【2】 于慧力 张春宜 潘承怡主编.机械设计课程设计.北京，科学出版社，2007【3】 杨可桢 程光蕴 李仲生主编. 机械设计基础. 第五版. 北京：高等教育出版社，2006.5【4】 大连理工大学工程图学教研室主编.机械制图. 6版. 北京：高等教育出版社，2003【5】 朱龙根 主编 简明机械零件设计手册 第二版. 北京：机械工业出版社.2005.6【6】 张帆 宋绪丁 主编 互换性与几何测量技术 西安 西安电子科技大学出版社 2007.11【7】 任嘉卉 李建平 王之栎 马纲 编著 机械设计课程设计 北京：北京航空航天大学出版社 2001.1【8】 机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社.，2007