设计绞车传动装置机械设计课程设计说明书.doc

山西师范大学工程学院SHANXISHIFANDAXUE GONGCHENGXUEYUAN课程设计说明书 KE CHENG SHE JI SHUO MING SHU 课程名称 机械设计基础 课程设计 课题名称 设计绞车传动装置 专业班级 机电系 1001班 姓 名 景玉杰 学 号 1030060108 指导教师 黄秋艳 同 组 者 赵志燕、刘伟峰、孟涛、 付振国、李宏波 2012年5月28日目 录第一章 简介 3第二章 减速箱原始数据及传动方案选择 3第三章 电动机的选择 4第四章 减速齿轮的设计与校核 6第五章 主动轴的设计 10第六章 从动轴的设计 13第七章 轴承的校核 16第八章 键及联轴器的选择 17第九章 箱体及附件的设计 17第十章 参考文献 19 第1章 简介【摘要】减速器是一种密封在刚性壳体内的齿轮运动、圆柱齿轮传动所组成的独立部件，常在动力机与工作机之间的传动装置，本次设计的是绞车传动装置用的单级圆柱减速器。运用AtuoCAD进行传动的二位平面设计，完成圆柱齿轮减速器的平面零件图与装配图的绘制，通过设计，理顺正确的思想，培养综合应用机械设计课程和其他先修课程的理论与生产实际来分析和解决机械设计问题的能力及学习机械设计的一般方法步骤，掌握机械设计的一般规律，进行机械设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范，进行计算机辅助设计和绘图的训练。【关键词】圆柱齿轮 齿轮传动 减速器第2章 减速箱原始数据及传动方案选择2.1 任务分析、传动方案拟订任务书中给出的是绞车卷筒,具体参数如下表1 工作参数表1卷筒圆周力F/N8500卷筒转速n(r/min)40卷筒直径D mm350工作间隙每隔2分钟工作一次，停机5分钟工作年限10批量大批绞车传动简图如下：1电动机；2联轴器； 3圆柱斜齿轮减速器；4开式齿轮；5卷筒注： 间歇工作，载荷平稳，转动可逆转；起动载荷为名义载荷的1.25倍。总传动比误差为±5%。 第3章 电动机的选择计算3.1、电动机的选择选择电动机的内容包括：电动机类型、结构形式、容量和转速，要确定电动机具体型号。按工作要求和条件，一般选用用途的全封闭自扇冷鼠笼型y系列三相异步电动机。具有高效节能、起动转矩大、性能好、噪声低、振动小、可靠性能好、功率等级安装尺寸符合IEC标准及使用维护方便等优点。适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体的场合，以及要求有较好的启动性能的机械。3.2 确定电动机功率：工作机所需的电动机输出功率为由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 =，式中，分别为联轴器、齿轮传动的轴承、齿轮传动、开式齿轮、卷筒轴承和卷筒的效率。取=0.98，=0.99，=0.97，=0.92，=0.98，=0.96，则 =0.81所以：3.3确定电动机转速按推荐的合理传动范围，取单级齿轮传动比 i=35,总比范围 传动 故电动范围机转速可选 符合这一范围的同步转速有 750r/min 1000r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/min再根据计算出的容量，考虑到起动载荷为名义载荷的1.25倍，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及价格等因素,为使传动比装置结构比较好,决定选用同步转速为750r/min的电动机。 =0.81 =12.36Kw =450 1250r/min 由机械设计课程设计指导书选定电动机的主要性能如下表电动机型号额定功率同步转速满载转速Y200L815kw750r/min720r/min34分配各级传动比电动机确定后，根据电动机的满载转速和工作装置的转速就可以计算传动装置的总传动比。 i = /=720/50=14.4根据分配传动比的原则，机械设计课程设计手册可查得，单级减速器的传动比:35，因此可以分配=3.5，=4.1。 3.5计算传动装置及各轴的运动和动力参数3.5.1各轴的转速I轴 = =720r/min 轴 =720/3.5=205.7 r/min 轴（输出轴） =205.7/4.1=50.2r/min 3.5.2各轴的输入功率 I轴 =12.36*0.98=12.1kwII轴 =12.1*0.99*0.97=11.6kwIII轴（输出轴） =11.6*0.99*0.92=10.6kw 3.5.3各轴的输入转矩电动机的输出转距为 =9.55×=9.55××12.36/720=1.64×N.mm I轴 =1.64××0.98=1.61×N.mm 电动机型号 Y200L8 =720r/mini =14.4 =3.5 =4.1。 =720 r/min =205.7r/min =50.2r/min =12.1kw =11.6kw =10.6kw =1.64× N.mm =1.61× N.mm II轴 =1.61××0.97×0.99×3.5=5.34× N.mmIII轴（输出轴）=5.34××0.99×0.92×4.1=2.02×N.mm 最后将所计算的结果填入下表： 各轴参数表参 数轴 名电动机轴轴 轴轴转 速r/min720720205.750.2功率Kw12.3612.111.610.6转矩N·mm1.64×1.61×5.34×2.02× 第4章 减速齿轮的设计与校核4.1选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数： 由机械设计书表6-3、表6-6，选择小齿轮材料45钢调质，硬度为220250HBS，大齿轮选用45钢正火，硬度170210HBS。参考机械设计课本中表6-5可选精度等级为9级，要求表面粗糙度6.3. 。4.2确定设计准则 由于该减速器为闭式软齿面传动HBS350,所以齿面点蚀为主要失效形式，先按齿面接触疲劳强度进行计算，确定齿轮的你主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲疲劳强度。4.3齿面接触疲劳强度设计:计算公式按式11-36 (1)转矩=1.64×N.mm (2)载荷系数K 查表11.10，取K=1.1 （3）齿数，螺旋角，齿宽系数因=5取=30，= ·=3.5×30=105 =5.34× N.mm =2.02× N.mm=30=1054.3齿面接触疲劳强度设计:计算公式按式11-36 (1)转矩=1.64×N.mm (2)载荷系数K 查表11.10，取K=1.1 （3）齿数，螺旋角，齿宽系数因=5取=30，= ·=3.5×30=105实际传动比 U=/=105/30= 3.5在传动比范围内。初选螺旋角=15因单级圆柱齿轮为对称布置，而齿轮表面又为软齿面，由表11.19选取=1 （4）弹性系数 由表11.11查得 =189.8 （5）许用接触应力 由图11.25查得 = 550Mpa，=520Mpa。 由表11.9查取安全系数=1 查图11.28得=1.07，=1.12由式11.15可得： =588.5Mpa=582.4Mpa K=1.1=588.5Mpa=582.4Mpa 将有关数据代入以上公式得: =68.80mm 由表11.3取标准模数 （6）确定中心距a和螺旋角 圆整后取a=151mm 圆整中心距后确定的螺旋角 此值与初选值相差不大，不必重新计算4.4主要尺寸计算 b=167.11mm=67.11mm 取=67mm； 4.5按齿根弯曲疲劳强度校核（1） 当量齿数 （2） 齿形系数 =75mm =70mm =67.11mm =234.89mm查表11.12得 , (3) 应力修正系数查表11.13得 ，(4)许用弯曲应力由图11.26查得MPa，MPa由表11.9 由图11.27 =1由式11.16 故 齿根弯曲强度校核合格 4.6验算齿轮的圆周速度 由表11.21可知 选9级精度是合适的 4.7齿轮几何尺寸计算 小齿轮：mm =113.26Mpa =107.2Mpa 齿根圆只键槽底部的距离所以主动轴采用实体式齿轮结构大齿轮： 由于 所以采用腹板式结构第5章 主动轴的设计 5.1 选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件可知，此减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求。故选45钢并经调质处理，由表16.1查得强度极限，再由表16.3得许用弯曲因应力5.2按扭转强度估算轴径 据表16.2得 C =，又由式16.2得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽的存在，故直径加大，取为28.5031.41mm,由设计手册取标准值30mm5.3轴承的初选 由于斜齿轮传动，轴承初选向心角接触球轴承7207AC，d=35mm,D=72mm,B=17mm。5.4设计轴的结构并绘制草图 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。（1） 确定轴上零件位置和固定方式要确定轴的结构形式，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定形式。齿轮从轴的左端装入，齿轮的左端用套筒定位，右端 d=30mm用轴肩固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮两侧，其轴向用轴肩和轴承端盖固定，周向采用过盈配合固定。（2） 确定各轴段直径轴段1直径最小，d1=30mm；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为了能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故轴段2的直径：d2=35mm；用相同的方法确定轴段3、4的直径d3、d4分别为：40mm、50mm；为了便于拆卸左轴承，可查7207AC型向心角接触球轴承的安装高度为3.5mm，取d5=42mm，d6= d2=35mm。 确定各轴段的长度： 齿轮轮毂宽度为80mm，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略微短于齿轮轮毂的宽度，却为78mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应有一段间距，取改间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔内（轴承宽度17mm），并考虑轴承的润滑，取轴端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段4长度为20mm，轴承支点距离mm,根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一段距离的要求，取l=75mm；查阅联轴器相关资料取l=70mm；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约510mm，键槽宽度按轴段直径可查手册得到。 5.5按弯扭合成强度校核轴径 （1）假设作水平面内的弯矩图。支点反力为 1截面处弯矩： d1=30mm d2=35mm d3=47mm d4=35mm mm 75mm 70mm 2截面弯矩： （2）作垂直面里的弯矩图 1截面右侧面弯矩为： 1截面左侧面弯矩为： 2截面处弯矩为 ：（3）作合成弯矩图 1截面： 2截面： （4）作转矩图 =9.55×=9.55××12.36/720=1.64×N.mm（5）求当量弯矩 因减速器传动可逆，故修正系数=1 1截面： （6）确定危险截面及校核强度 由上可看出，1,2截面所受转矩相同，但弯 ， 且轴上还有键槽，故1截面可能为危险截面，但轴径。 故也应对2截面校核。 查表得16.3得 ，所以满足条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕度。 第6章 从动轴设计 6.1选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件可知，此减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求。故选45钢并经调质处理，由表16.1查得强度极限，再由表16.3得许用弯曲因应力6.2按扭转强度估算轴径 据表16.2得 C =，又由式16.2得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽的存在，故直径加大，取为42.247.6mm,由设计手册 取标准值45mm6.3轴承的初选 由于斜齿轮传动，轴承初选向心角接触轴承7210AC， d=50mm,D=90mm,B=20mm。6.4设计轴的结构并绘制草图 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。（1） 确定轴上零件位置和固定方式 要确定轴的结构形式，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定形式。齿轮从轴的右端装入，齿轮的右端用套筒定位，左端用轴肩固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮两侧，其轴向用轴肩和轴承端盖固定，周向采用过盈配合固定。 d=45mm （2）确定各轴段直径 轴段1直径最小，d1=45mm；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为了能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故轴段2的直径：d2=50mm；用相同的方法确定轴段3、4的直径d3、d4分别为：55mm、65mm；为了便于拆卸左轴承，可查7210AC型向心角接触球轴承的安装高度为3.5mm，取d5=57mm，d6= d2=50mm。 （3）确定各轴段的长度： 齿轮轮毂宽度为70mm，为保证齿轮固定可靠，轴段3 的长度应略微短于齿轮轮毂的宽度，却为68mm；为保证齿 轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应有一段间距，取改间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔内（轴承宽度20mm），并考虑轴承的润滑，取轴端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段4长度为20mm，轴承支点距离mm,根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一段距离的要求，取l=75mm；查阅联轴器相关资料取l=75mm；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约510mm，键槽宽度按轴段直径可查手册得到。6.5按弯扭合成强度校核轴径 （1）假设作水平面内的弯矩图。支点反力为 1截面处弯矩：2截面处弯矩： （2）作垂直面里的弯矩图 d1=45mm d2=50mm d3=55mm d4=65mm d5=57mm mm 75mm 75mm 1截面右侧面弯矩为 1截面左侧面弯矩为 2截面处弯矩为 （3）作合成弯矩图： 1截面 2截面 （4）作转矩图 =9.55×=9.55××11.6/205.7=5.4×N.mm （5）求当量弯矩 因减速器传动可逆，故修正系数=1 1截面： （6）确定危险截面及校核强度 由图可看出，1,2截面所受转矩相同，但弯 ， 且轴上还有键槽，故1截面可能为危险截面，但轴径 故也应对2截面校核。 查表得16.3得 ，所以满足条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕度。 第7章 轴承的校核7.1、轴承类型的选择根据载荷条件、承载转速、调心性能、安装及拆卸要求、经济性等条件。初步选定角接触球轴承中的7207AC和7210AC型。计算步骤与说明（1）7207AC型校核 查手册得： 轴承的预期寿命 查表17.8 动载荷系数 所以 当量动载荷： 取 所以所选轴承满足条件（2）7210AC型校核 因为从动轴上当量动载荷与主动轴上一样，而且转速低于主动轴，所以7210AC型定满足要求。 计算结果 第8章 键及联轴器的选择8.1 键的选择 键应该选择平键A型，查表得：主动轴段1键槽宽b为8mm，键高h为8mm，键长l为60mm；主动轴段3键槽宽b为12mm，键高h为8mm，键长l为70mm；从动轴段1键槽宽b为14mm，键高h为9mm，键长l为65mm；从动轴段3键槽宽b为16mm，键高h为10mm，键长l为60mm；8.2 联轴器的选择半联轴器的材料常用45、20Cr钢，也可选用ZG270500铸铁。链齿硬度最好为40HRC45HRC。联轴器应有罩壳，用铝合金铸成。用单排链时，滚子和套筒受力，销轴只起联接作用，结构可靠性好；用双排链时：销轴受剪力，承受冲击能力较差，销轴和外链板之间的过盈配合容易松动。在高速轻载场合，宜选用较小链节距的链条，重量轻，离心力小；在低速重载场合，宜选用较大链节距的链条，以便加大承载面积。链轮齿数一般为1222.为避免过渡链节，宜取偶数。因为轴直径为30mm，查表弹性柱销联轴器可知选用HL3型号。第9章 箱体及附件的设计箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的齿合精度，使箱体内有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、重量及成本等有很大的影响。箱体结构与受力均较复杂，目前尚无成熟的计算方法。所以，箱体各部分尺寸一般按经验设计公式在减速器装配草图的设计和绘制过程中确定。箱体的材料及制造方法：选用灰铸铁HT 350，砂型铸造。箱体的尺寸:表7-1 箱体参数表名称符号一级齿轮减速器计算结果箱座壁厚87mm箱盖壁厚8mm箱盖凸缘厚度12mm箱座凸缘厚度13.05mm箱座底凸缘厚度21.75mm地脚螺钉直径18mm地脚螺钉数目4轴承旁联接螺栓直径14mm盖与座联接螺栓直径10mm联接螺栓的间距148mm，158.2mm轴承端盖螺钉直径（）8mm视孔盖螺钉直径6mm定位销直径8mm轴承旁凸台半径16mm凸台高度根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准42mm大齿轮顶圆与内机壁距离>1.210mm机座肋厚m=0.85轴承端盖外径；-轴承外径(凸缘式轴承盖尺寸见表11-11130mm轴承端盖凸缘厚度(11.2)8mm轴承旁联接螺栓距离以和互不干涉为准，一般取135mm 上面表格中的数据均在机械手册中查得。第10章 参考文献参考资料：1陈立德主编.机械设计基础 第2版，高等教育出版社2. 陈立德主编.机械设计基础课程设计 第2版 ，高等教育出版社