《机械设计基础》课程设计说明书设计电动机卷扬机传动装置.doc

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1、石家庄职业技术学院机械设计基础课程说明书设计题目 设计电动机卷扬机传动装置班 级 机械设计及自动化3班姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2010.12.28目录一、 设计任务书二、 电动机的选择三、 传动装置的运动和动力参数计算四、 传动件设计与计算五、 中间轴的设计与计算六、 低速轴的设计与计算七、 高速轴的设计与计算八、 键的选择以及校核九、 轴承的校核十、 设计总结十一、 个人总结十二、 参考资料计算项目及过程计算结果一、 设计任务书 设计带式运输机传动装置（简图如下）1电动机2联轴器3二级圆柱齿轮减速器4联轴器原始数据：数据编号10钢绳拉力F/kN17钢绳速度v/(m/min)8卷筒

2、直径D/mm3301.工作条件：间歇工作，每班工作不超过15%，每次工作不超过10min，满载启动，工作中有中等震动，两班制工作，钢绳速度允许误差5，设计寿命10年。2.加工条件：生产20台，中等规模机械厂，可加工7-8级齿轮。3.设计工作量：（1）减速器的装配图A0一张（2）零件图A4二张。（3）设计说明书1份（打印）。二、 电动机的选择1. 传动装置总体设计方案本组设计数据：第十数据：钢绳拉力F/N 0.17钢绳速度(m/min) 8 卷筒直径D/mm 330 。（1）.外传动机构为联轴器传动。（2）.减速器为二级同轴式圆柱齿轮减速器。（3）.该方案的优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动

3、准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。减速器横向尺寸较小，两大吃论浸油深度可以大致相同。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动布置的灵活性。原动机部分为Y系列三相交流异步电动机。总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。2.电动机选择电力，三相交流电，电压380/220V;所选用Y系列一般用途的全封闭自冷式三相异步电动机。（1） 电动机容量的选择设计方案的总效率总=1234n联联轴器的传

4、动为0.99（两个联轴器的效率相等）轴承轴承的传动效率为0.99（1.2.3为减速器的三对轴承）总轴承4轴承的传动效率为0.98（卷筒的一对轴承）齿轮两对闭式齿轮的效率为0.97，开式齿轮为0.95总=0.9920.9940.9720.95=0.841电动机的输出功率 工作机所需的功率Pw为Pw=2.7Kw电动机实际输出功率Pd为 Pd=3.21 kw 由表16-1（P173）选择电动机的额定功率为4 kw （2）电动机转速的选择 由V=0.17m/s 求卷筒转速nw 由V=可得nw=9.84 r/m 在该传动方案得知，在该系统中只有减速器存在二级传动比，互级开式齿轮，所以， 在二级圆柱齿轮减

5、速器的传动比范围一般为（840） 开式齿轮的传动比范围一般为（36）所以 综合考虑惦记和传动装置的情况又为降低电动机的自重成本，初步转速为1450r/min的电动机 （3）电动机的型号确定 根据同步转速查表确定电动机型号为，其满载转速电动机型号额定功率/KW满载转速r/min堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩414402.22.2三、计算传动装置的运动和动力参数 1.计算总传动比 有电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可确定传动装置应有的传动比 2.合理分配各级传动比 一直圆柱齿轮传动比范围为37，所以开式齿轮传动比 故取可以算出， 所取传动比在要求范围内就可以 3.各轴转速，输出功率，

6、出入转矩，转速计算 。电动机转速 高转速 中间轴 低速轴 卷筒 电动机额定功率 在表中差的电动机额定功率故 高转速 中间轴 低速轴 卷筒 电动机转轴 高转速 中间轴 低速轴 卷筒 项 目电动机轴高速轴I中间轴II低速轴III卷筒转速（r/min）14401440257.1459.147.72功率（kW）43.963.8033.583.51转矩（Nm）26.5326.26141.24585.024342传动比115.64.357.66四、传动件设计计算 斜齿圆柱齿轮计算 A高速级斜齿圆柱齿轮的计算 1.选择材料热处理方式和公差等级小齿轮选用40Cr，调质热处理，齿面硬度达到250HBS大齿轮选用

7、45钢，调质热处理，齿面硬度达到220HBS因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行计算，其设计公式为： 齿轮传递转矩为 由机械设计基础（）可以查出载荷系数，因工作中有中等冲击，故载荷系数 由机械设计基础（）表7-8查得 由机械设计基础（）表7-7查得材料弹性系数 初选压力角 齿数比 初选齿数 ，则 由机械设计基础（）图7-3查得 许用接触盈利可用以下公式计算 由图7-24查得寿命系数 由表7-5去安全系数 取出算小齿轮的分度圆直径得 确定模数 由机械制造基础（）表7-2取2.确定几何尺寸 中心距 圆整，去 则螺旋角 齿宽 取 取 3.齿根许用疲劳强度条件为 和Z同前 齿宽 由机械设计基

8、础表7-9查得：齿形系数 应力修正系数为 由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 需用弯曲应力 由图7-26查得寿命系数 由表7-5可以查出安全系数 4.计算齿轮的几何尺寸 端面模数 齿根高 齿顶高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 B.低速级斜齿圆柱齿轮的计算 1.选择材料，热处理方式和公差等级 大齿轮选用45钢，正火处理，齿面坚硬度为210HBS 小齿轮选用45钢，调制处理，齿面坚硬度为240HBS 选用8级精度 2.初步计算传动的主要尺寸。因为是软齿面闭式传动，故按齿数面接触疲劳强度计算。其设计公式为 小齿轮传递转矩为 由机械设计基础可以查出载荷系数，因工作中有中等级冲击，故

9、载荷系数 由机械设计基础表7-7查得 由机械设计基础表7-7查得材料弹性系数 初选压力角为 齿数比 初选齿数则 由机械设计基础查得 许用接触应力可用以下公式计算 由表7-24查得寿命系数 由表7-5取安全系数 则小齿轮许用接触应力为 取 初算小齿轮的分度圆直径得 确定模数由机械设计基础表7-2取 2.确定几何尺寸 中心距 取整，则 则螺旋角 齿宽 取 取3.齿根疲劳弯曲强度条件为 同前 齿宽 由机械设计基础表7-9查得齿形系数 应力修正系数 由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲 许用弯曲应力 由图7-25查得寿命系数 由表7-5可以查出安全系数 故： 4.计算齿轮的几何尺寸 端面模数 齿顶

10、高 全齿高 齿顶圆直径 齿根圆直径 开式齿轮的设计1. 选定齿轮类型精度等级，材料及齿数。 按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动 卷扬机一般工作机，速度不高可以选用8级精度 材料选择大齿轮用45钢硬度40-50HRC 小齿轮材料为40Cr 并经调制处理级表面淬火 选择齿数大齿轮选择2. 由资料计算应力循环次数 3.计算弯曲疲劳许用应力 取得取载荷系数 查得齿形系数级应力校正系数 4.计算大小齿轮的并比较 故小齿轮大 5.由资料选取齿宽级数 取 6.分度圆直径 7.齿轮宽度 8.中心距 斜齿圆柱齿轮上作用计算1. 高速轴齿轮传动的作用力 已知条件 高速轴传递的转矩 转速 高速齿轮的螺旋角，小齿轮

11、左旋，大齿轮右旋，小齿轮分度圆直齿直径 齿轮1的作用力齿轮2的作用力从动齿轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等，作用方向相反。2. 低速轴齿轮传动的作用 已知条件 中间轴传递的转矩转速低速齿轮的螺旋角 为使齿轮3的轴向力与齿轮2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮为右旋大齿轮左旋。小齿轮的分度圆直径 齿轮4的作用 从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，作用方向相反。五、中间轴的设计与计算 1.已知条件：中间轴传递的功率 转速 齿轮分度圆直径 齿宽 2.选择轴的材料 因传递的功率不打，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表7-4选用的材料45钢调制3. 初算轴径查表13-1得考虑轴

12、端不受转矩，只受少量的弯矩，故取较小值则 4.结构设计轴的结构构想图。1轴承的选择及轴段5的设计 该段轴上安装轴承，其审计应与轴承的选择同步,考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承，轴段1,5上安装轴承，其直径即应便于轴承安装，又应符合轴承安装，又应符合轴承内径系列，暂时取7206c经过盐酸，轴承7260c不能满足减速器的预期寿命要求，则改变直径系列，取7207c进行设计计算，由表13-4得轴承内径d=35mm 外径D=72mm 宽度B=17mm 定位轴肩直径 外径定位直径 对轴的力作用点与外圈大端面的距离 故 通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则 a.轴段2和轴段4的设计 轴段2上安装齿轮

13、3，轴段4上安装齿轮。为方便齿轮的安装，分别略大于，可初定 b.齿轮2轮毂宽度范围，取其轮毂宽度与齿轮宽度相等 左端采用轴肩定位，右端采用套筒固定，由于齿轮3的直径比较小，采用实心式，取其轮毂宽度采用套筒定位。为是套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段2与轴段4的长度应比相应的齿轮的宽度略短，故取 c.轴段3 该段为中间轴上的两个齿轮提供定位，其轴肩高度范围为其高度为4mm，故 齿轮3左端面与箱体内壁距离与高速轴齿轮右端面距箱体内壁距离均为 齿轮2与齿轮3的距离初定为则箱体内壁之间的距离为 齿轮2 的右端面与箱体内壁距离为 则轴段3的长度为 d.轴段1及轴段5的长度。轴承内端面距离箱体内壁的距离取中间

14、轴上两个齿轮的固定均由当油环完成。则轴段1的长度为 轴段5的程度为 e.轴上力作用点的距离，轴承反作用力的距离点，距离轴承外圈大断面的距离 5.键连接 齿轮与轴承间采用A型普通间连接，查表8-31得 键的型号为和键 6.轴的分析 画轴的受力分析见图（图2） 计算支撑反力 在水平面上 在垂直平面上 轴承的总支撑反力为 画弯矩图 a-a截面 由表2-6查得45钢调制处理抗拉强度极限 表8-32查得轴的许用弯曲应力六、低速轴的设计与计算 1.材料的选择 选用45钢正火处理 2.按扭转强度估算轴径 根据表13-1查得又由表12-2查得考虑到轴的最小直径处要安装联轴器会有键槽存在，故将估算直径加大3%-

15、5%则取，由设计手册查得标准直径 3.设计轴的结构并绘制草图 确定轴上零件的位置和固定方式，要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩或轴环定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定，齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装在齿轮两侧，其轴向用轴肩固定，轴向采用过盈配合固定。 确定各轴段直径 轴段1外伸直径最小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，同时为能很顺利的在轴段2上安装轴承，轴段2必须是轴承内径标准，故取轴段2的直径。同理，轴段3、4的直径 为了便于拆卸左端轴承，查得轴承安装高度为3.5mm

16、则 确定各轴段的长度 齿轮的轮毂宽度为61mm为保证齿轮的固定可靠，轴段2的长度略短于齿轮轮毂宽度取58，为保证齿轮端面与箱体内壁不想碰，齿轮端面与箱体应留有一定的间距取间距为10mm 轴承宽度为18mm故取轴段6为20mm 两轴承键距离为182.2mm 根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的要求，取在轴段1,2上分别加工出键槽，是两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小510mm，键槽的宽度按轴段直径查手册取41mm 选定圆角r=3mm倒角为2mm 4.齿轮传动的作用力 已知条件 低俗轴的转矩 转速 螺旋角 圆周力 其方向与作用点圆周速度方向相反 径向力 轴向力 法向力

17、5.按弯曲强度校核满足强度要求。七、高速轴的设计与计算 1.材料的选择 因为是齿轮轴，材料与齿轮材料相同，40Cr调制处理。 2.按扭转强度估算轴径 根据表13-1查得c=98107 又表13-2查得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽存在，故将直径加大3%5%取为（14.14515.740）mm 由设计手册查得标准直径 3.设计轴的结构。 确定轴上零件的位置和固定方式 要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩或轴环定位，右端用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键连接，轴承对称安装在齿轮两侧，其

18、轴向用轴肩固定，周向用过盈配合固定。 确定各轴段的直径 据外伸端直径考虑到对安装在轴段1上的联轴器定位，则轴段2要有轴肩，同时能够顺利的在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径标准，故取轴段2的直径 用相同的方法确定轴段3、4的直径为了便于拆卸，左端轴承壳差池型号为7206c型滚动轴承安装高度为3.5mm取 4.计算各轴段的长度 轴承采用脂润滑，需要用挡油环阻止箱体内润滑液溅入轴承座，为补偿箱体的铸造误差和安装挡油环，轴承靠近箱体内壁的端面距箱体距箱体内壁取0 挡油环的挡油凸缘内侧面凸出箱体内壁12mm，挡油环轴的宽度初定则，通常一根轴上的两个轴承应取箱体的型号，则，齿轮与轴段4，该段上安装

19、齿轮为方便齿轮的安装应略大于，键的尺寸应定为键槽深度，则该处齿轮上齿根圆与毂空键槽顶部的距离为故取则因为 轴段2和轴段5的设计 该轴段壳取略大于轴承定位厚茧的直径则齿轮右端面距箱体内壁距离为，则轴段5的长度为，轴段3的长度为 轴段1的长度 该轴段的长度除与轴上的零件有关外，还与轴的宽度及轴承端盖等零件有关，轴承座的宽度为由表得知箱座壁厚故取 取轴承旁连接螺栓为M16则则 则可以得出 5.轴的校核 利用公式计算得： 对轴进行校核的： 八、键的选择及校核 1.选择轴键联接类型和尺寸 轴上选用一个普通平键：根据轴的尺寸查机械设计基础课程设计查表10-1初选为 轴用于齿轮轴向定位采用普通平键，根据轴的

20、尺寸齿轮3的键初选为 2.校核键连接的强度 键、轴、轮毂的材料都为45钢，由资料查6-2表得许用挤压应力 取平均值 轴上用于联接齿轮的键工作长度为 键与轮毂键槽的接触高度 可得: 故此键满足工作要求。 键标记为：键c 1256 GB/T 1096-1979 轴上用于联齿轮键的工作长度 键与轮毂键槽的接触高度 可得：故此键满足工作要求。键标记为：c 1463 GB/T 1096-1979轴上用于联齿轮键的工作长度 键与轮毂键槽的接触高度 可得： 故此该键满足工作要求。九、轴承的校核 1.中间轴 计算轴承轴向力由表11-9查7207C轴承得C=30500N Cro=20000N由表9-10查得72

21、07C轴承内部轴向力计算公式： 外部轴向力 则： 则两轴轴向力分别为 故只需校核轴 计算轴承的当量动载荷 查表11-9得e=0.43 因因此X=1，Y=0 则当量动载荷为： 则减速器的预期寿命为 故轴承寿命满足要求。2.低速轴 计算轴承轴向力 由表11-9查7209C轴承得C=38500N 由表9-10查得7209C轴承内部轴向力计算公式，则轴承1.2的内部轴向力分别为： 外部轴向力A=691.61N各轴向力如同所示 则两轴轴向力分别为 计算当量动载荷 由查表11-9的e=0.4 因 故X=1 Y=0 则轴承当量动载荷 轴承在以下工作，查表8-14 得对于减速器查表8-35得载荷系数 则 故满

22、足轴承寿命要求。 3.高速轴承校核 计算轴承的轴向力 由表11-9查7206C轴承得C=23000N 由表9-10查得7206C轴承内部轴向力计算公式，则轴承1,2的内部轴向力分别为： 外部走向力A=203.84N各轴向力如同所示 则两轴的轴向力分别为 计算当量动载荷 由查表11-9 故X=0.04 Y=1.35 则轴承当量动载荷 轴承在以下工作，查表8-34得 查表8-35得载荷系数 则 故收成寿命满足要求。十、设计总结 通过设计，该展开式二级圆柱齿轮减速器具有以下特点及优点：能满足所需的传动比齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了120的总传动比。选用的齿轮满足强度刚度

23、要求对于高速轴由于转速较高且齿轮尺寸较小，则制成齿轮轴，由于系统所受的载荷不大，在设计中齿轮采用了腹板式齿轮不仅能够满足强度及刚度要求，而且节省材料，降低了加工的成本。轴具有足够的强度及刚度由于二级展开式齿轮减速器的齿轮相对轴承位置不对称，当其产生弯扭变形时，载荷在齿宽分布不均匀，因此，对轴的设计要求最高，通过了对轴长时间的精心设计，设计的轴具有较大的刚度，保证传动的稳定性。箱体设计的得体设计减速器的具有较大尺寸的底面积及箱体轮毂，可以增加抗弯扭的惯性，有利于提高箱体的整体刚性。加工工艺性能好设计时考虑到要尽量减少工件与刀具的调整次数，以提高加工的精度和生产率。此外，所设计的减速器还具有形状均

24、匀、美观，使用寿命长等优点，可以完全满足设计的要求。十一、个人总结 由于这是第一次设计，且时间紧迫，所以这次的设计存在许多缺点，比如说对减速器内部结构了解不够，很多问题没有考虑到，导致箱体结构庞大，重量也很大，齿轮的计算不够精确等等缺陷，转眼间课程设计已临近尾声，通过这次设计实践，我对机械设计有了一定了解与认识。认识到设计需要掌握的东西，真的好多，自己需要掌握的东西还很多，本次课程设计填补了以往课堂上，我们只是很公式化的解题，虽然与真正的设计还差的很远，但已对设计有一定的了解，查表、计算、绘图这些对于我们来说真不是很容易，进度慢，返工多导致很多时间被浪费，而没有解决问题。虽然时间并不算长，但却使得我获得了很多课上学不到的知识，初步掌握了设计需要注意的东西，我想通过这次的设计，再有机会设计的时候，一定会比这次更出色，注意到的东西更多。十二、参考资料 1减速器设计实例精解张春宜 郝广平 刘敏 编著机械工业出版社,20092机械基础综合课程设计孔凌嘉 张春林 主编北京理工大学出版社，2004。3机械设计基础陈完成 续永刚 赵晓平 主编兵器工业出版社，2008。4机械设计基础-课程设计李恒燕 姚杰 主编 兵器工业出版社，2008