慢动卷扬机传动装置设计方案

1 慢动卷扬机传动装置设计方案 计 算 及 说 明 主 要 结 果 1 设计题目 计题目 方案 2：间歇工作，每班工作时间不超过 15，每次工作时间不超过 10载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢速度允许误差 5。小批量生产，设计寿命 10年。传动简图及设计原始参数如表： 数据编号 钢 拉力 F（ 钢 速度 V（ m/s） 滚筒直径 D（ 8 25 12 400 表 1原始数据 2 系统 总体方案的确定 统总体方案 电动机传动系统执行机构，初选三种传动方案，如下： 方案 1二级圆柱齿轮传动 方案 2 蜗轮蜗杆减速器 方案 3 二级圆柱圆锥减速器 统方案总体评价 2 计 算 及 说 明 主 要 结 果 比较上述方案，在方案 2中，此方案为整体布局小，传动不平稳，虽然可以实现较大的传动比，但是传动效率低。方案 1结构简单，且传动平稳，适合要求。方案 3中的方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。 最终方案确定：采用二级圆柱齿轮减速器，其传动系统为：电动机传动系统执行机构 . 3 传动系统的确定 选择电动机类型 卷筒速度计算：m 210001000n V=25*12/60=5 传动效率计算： 传动效率取闭式齿轮（弹性联轴器的效率取电机所需要的功率： 3 计 算 及 说 明 主 要 结 果 根据所算的功率查资料，查的有三种电机可选择： 160160它们各个参数比较如下表： 型号 额定功率（ 满载转速(r/价格 总传动比 440 1100左右 16070 1600左右 16020 1900左右 、方案比较： 方案（一）： 按所给设计参数，选用直齿圆柱齿 轮传动。查表得直齿圆柱齿轮的传动比的取值范围是闭式 35；开式 47。转速为 n=1440r/率 P=动比为 i=于是直齿圆柱齿轮，故若取开式传动比为 7则减速器传动比为 闭式传动比为 根据经验，双级减速器的齿轮传动比最好不要超过 4，以免齿数比太大导致齿轮受破坏程度相差太大。 4 计 算 及 说 明 主 要 结 果 方案（二）： 转速 n=970r/率 P=动比为 i=于是直齿圆柱齿轮，故若取开式传动比为 7则减速器传 动 比 为 则 闭 式 传 动 比 为 不符合要求 方案（三）： 转速为 n=720r/率 P=动比为 i=于是直齿圆柱齿轮，故若取开式传动比为 ，则减速器传动比为 闭式传动比为 符合要求， 故选用方案（三）。 4 传动装置的运动和动力参数 1、 传动比分配 选用电机 速 n=720r/率 P= 直齿圆柱齿轮传动，传动比为： ， 5 计 算 及 说 明 主 要 结 果 ）（）（）（）（额m in/in/in/in/（ m in/ %5%00 )(终上，各轴的参数如下表： 表 4编号 功率（ 转速（ r/转矩（ 1 20 选用方案（三） ）（）（）（）（额m in/ in/ in/ 1m in/ 0 计 算 及 说 明 主 要 结 果 2 3 4 5 齿轮设计 速轴齿轮传动设计 材料和齿数 1）按给定设计方案，选用直齿圆柱齿轮。 2）卷扬机为一般工作机，速度不高， V=12m/选用 8级精度（ 3）材料选择 由资料 1表 10 1 选择小齿轮材料为 40质），硬度为280齿轮选用 45钢（调质），硬度为 240者差为 40 4）选小齿轮的齿数为 :2，z ，取 7。取压力角20 。 由于减速器齿轮传动为闭式传动，可以采用齿面接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。 按设计计算公式计算 213 12 . 3 2 ( )t 1)确定公式的各计算值 （ 1）试选载荷系数1 )( 7 计 算 及 说 明 主 要 结 果 （ 2）齿轮传递的转矩 )(100 7 1 （ 3）由资料 1表 （ 4）由资料 1表 。 （ 5）从资料 1图 10 21（ d)查得，小齿轮疲劳极限为： ， 大齿轮疲劳极限为： 。 （ 6）计算应力循环次数 911 530082(17206060 892 107 8 N （ 7）查资料 1图 10 19得 接触疲劳寿命系数为： （ 8）计算接触疲劳许用应力： l i m 222l i m 111（ 5 2）计算 （ 1）试算小齿轮分度圆直径1d，代入 95 231 （ 2）计算圆周速度 t 1 8 计 算 及 说 明 主 要 结 果 （ 3）计算齿宽 ）（ （ 4）计算齿宽与齿高之比/ 1t z t 齿高： )(4 0 （ 5）计算载荷系数 根据 ， ， 8级精度，查资料 1图 10 8得，载荷系数为 K ，因为是直齿轮，由资料 1表 10 3查得 1 K ， 由资料 1表 10 2 查得使用系数为 *中等冲击） ，由资料 1包 10 4 查的小齿轮 8级精度，非对称布置时： 4 查资料 1图 10 13 故载荷系数为 动 载 荷 系 数 ；使 用 系 数 ；齿 间 载 荷 分 配 系 数 ；齿 向 载 荷 分 配 系 数 。 9 计 算 及 说 明 主 要 结 果 （ 6）按设计的实际载荷系数校正所算的的分度圆直径 311 (7) 计算模数 m 由式（ 1弯曲强度的设计公式： 13 212 ()F a S 11输 入 转 矩 ；载 荷 系 数 ；应 力 校 正 系 数 ；齿 形 系 数 ；许 用 应 力 ；齿 宽 系 数 ；由 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 设 计 计 算 所 得 齿 数 。1）确定公式内的各参数值： 1 由资料 1图 10 500 P a ， 大齿轮的的弯曲疲劳极限为： 2 380 P a2 由资料 1图 10 K， 3 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 41.S ，由资料 1式（ 10： 10 计 算 及 说 明 主 要 结 果 （ 4）计算安全载荷系数： （ 5）计算齿形系数：查资料 1表 10 5得 Y ， （ 6）计算齿形应力校正系数： 查资料 1表 10 5得 1 （ 7）计算大、小齿轮 并加以比较 ： 比较得，大齿轮的 值大。 2） 设计计算： 将 中较大值代入公式得： 3 m （ 5此计算结果，由于按齿面接触疲劳强度计算的模数 11 计 算 及 说 明 主 要 结 果 （ m=于由齿根弯曲强度计算的模数（ m=因为齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅与齿轮直径有关，故可取 弯曲强度设计计算所得的模数，并将模数圆整为标准值 m=接触强度得的 分度圆直径 d ，算出小齿轮齿数： 5 z 4、几何尺寸计算： 1）计算分度圆直径： 2）计算中心距： 862 297752 21 3）计算齿轮宽度： d 757511 取 0,75 12 高速级齿轮传动的几何尺寸如下表所示： 表 5名称 计算公式 数值（单位： 模 数 m 力 角 20 分 度 圆 直 径 5 97 12 计 算 及 说 明 主 要 结 果 齿 顶 圆 直 径 *11 2d h m80 *22 2d d h 根 圆 直 径 *2d hd d h 心 距 12()a m z z186 齿 宽 1b 80 2b 75 速级齿轮传动设计 1、选定齿轮类型、精度等级、材料（与齿轮 1、 2 相同）及齿数；直齿圆柱齿轮， 8 级精度，小齿轮选用 40质），调质后硬度为 280齿轮选用 45（调质），硬度为240选小齿轮齿数为 243 z，大齿轮齿数 4 取 2、按齿面接触强度设计： 由设计公式（ 10进行计算： 23 33 )( 1）确定公式内的各计算数值： 13 计 算 及 说 明 主 要 结 果 1 试选载荷系数 31 .2 齿轮 3的转矩 )( 1 33 3 由资料 1表 104 由资料 1表 10 21 8 9 . 8z M P 5 由资料 1图 10图 10 21c）查得小齿面的接触疲劳强度极限 大齿轮疲劳极限为： 6 计算应力循环次数： 530082(h（ 5 7） 由资料 1图 10 （ 8）计算接触疲劳许用应力： l i m 444l i m 333（ 5 2）计算 （ 1）试算小齿轮分度圆直径1d，代入 14 计 算 及 说 明 主 要 结 果 233 （ 2）计算圆周速度 t 3 （ 3）计算宽 ）（ （ 4）计算齿宽与齿高之比/ 3t z t 齿高： )( 6 6 1 （ 5）计算载荷系数 根据 ， ， 8级精度，查资料 1图 10 8得，载荷系数为 K ，因为是直齿轮，由资料 1表 10 3查得 1 K ， 由资料 1表 10 2 查得使用系数为 *中等冲击） ，由资料 1表 10 4查的小齿轮 8级精度，非对称布置时： 6 1 资料 1图 10 13 故载荷系数为 15 计 算 及 说 明 主 要 结 果 动 载 荷 系 数 ；使 用 系 数 ；齿 间 载 荷 分 配 系 数 ；齿 向 载 荷 分 配 系 数 。（ 6）按设计的实际载荷系数校正所算的的分度圆直径 333 (7) 计算模数 m 由式（ 1弯曲强度的设计公式： 13 212 ()F a S 11输 入 转 矩 ；载 荷 系 数 ；应 力 校 正 系 数 ；齿 形 系 数 ；许 用 应 力 ；齿 宽 系 数 ；由 齿 面 接 触 疲 劳 强 度 设 计 计 算 所 得 齿 数 。1）确定公式内的各参数值： 1 由资料 1图 10 500 P a ， 大齿轮的的弯曲疲劳极限为： 2 380 P a2 由资料 1图 10 K， 16 计 算 及 说 明 主 要 结 果 3 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数 41.S ，由资料 1式（ 10： （ 4）计算安全载荷系数： 5）计算齿形系数：查资料 1表 10 5得 2 3 Y ， （ 6）计算齿形校正系数： 查资料 1表 10 5得 Y， 1）计算大、小齿轮 并加以比较 ： 比较得，大齿轮的 值大。 2）设计计算： 将 中较大值代入公式得： 17 计 算 及 说 明 主 要 结 果 3 m 对此计算结果，由于按齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲强度计算的模数。因为齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅与齿轮直径有关，故可取弯曲强度设计计算所得的模数，并将模数圆整为标准值 m=接触强度算得的分度圆直径 d，算出小齿轮齿数： 8 733 z 4、几何尺寸计算： 1）计算分度圆直径： 2）计算中心距： 60912 43 3）计算齿轮宽度： d 919113 取 0,65 12 取 6,9134 表 5名称 计算公式 数值（单位： 模 数 m 力 角 20 18 计 算 及 说 明 主 要 结 果 分 度 圆 直 径 3d 91 4d 顶 圆 直 径 33 2 98 44 2 根 圆 直 径 33 2 44 心 距 43 宽 3b 96 10534 91 度等级，材料及齿数。 1）按传动设计的方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2） 卷扬机为一般工作机，速度不高，所以选用 8 级精度（ 10095 58） 3）材料选择。由表 105钢：硬度 40 50齿轮的材料为 40 经调质及表面淬火； 4）选择齿数。由于的开式传动，为使齿轮不至于过小，选小齿轮齿数 175 z，大齿轮齿数 z,取1056 z 由于是开式传动，故选用齿根弯曲疲劳强度设计即可。 2、按齿根弯曲强度设计： 弯曲强度的设计公式进行计算 19 计 算 及 说 明 主 要 结 果 3 21 3 t 1)确定公式的各计算值 1 由资料 1图 10 0 065 ，2 由资料 1式 10530082(h3 由资料 1图 10 K4 计算弯曲疲劳许用应力 5 载荷系数： K 取弯曲疲劳系数 S= （ 5 6 查取齿形系数及应力校正系数： 由资料 1表 10 Y 20 计 算 及 说 明 主 要 结 果 7 计算大小齿轮的 加以比较： 0 0 7 5 8 3 大齿轮的数值大。 8 由资料 1表 10d 2） 设计计算 将 中较大值代入公式得： 3 m 算模数将加大 10%得： m=计算分度圆直径： 2551 05 8551766 55 计算齿轮宽度： d 858515 590 65 ， 计算中心 距 052 5 25852 65 6 轴的设计计算 21 计 算 及 说 明 主 要 结 果 初选 选定轴的材料为 40钢。根据中间轴零件的定位 ,装配以及轴的工艺要求，参考低速级齿轮与高速级齿轮传动尺寸，初步确定纣棍件轴的装配草图如下： 1)按切应力估算轴径 有资料 1查得 06，轴段伸出段最小直径为 3 220m i n 查资料 1表 8选深沟球轴承，代号为 6310，看轴承配合的轴径 d1=0齿轮 2处轴头直径为 5齿轮 2定位轴肩高度 5 齿轮 3轴直径尺寸 52） 按轴上零件的轴向尺寸以及零件间相对位置，参考高速级与低速级齿轮传动尺寸表，故 0承宽度 310 B. 齿轮 3的轮毂宽度与齿轮宽度 5端采用轴肩定位，左端采用套筒固定。由于齿轮 3的直径小，采用实心式，取其轮毂宽度与齿宽宽度 6左端用轴肩定位，为使套筒端面能够顶到齿轮端面，轴段 2和 4的长度应比相应齿轮轮毂略短，故取 24轮 2左端面与箱体内部距离与齿轮 3右端面距离箱体内壁距离取 1=16 2=16轮 2与齿轮 3的初定距离为 =1箱体内壁之间距离为 1+ 2+3=16+16+11+75+96=214 该减速器齿轮的周围速度 小于 2m/s，故轴采用脂润滑，需用 22 计 算 及 说 明 主 要 结 果 挡圈挡住油环组织箱体内润滑油溅入轴承座，轴承内端距箱体内壁的距离为 3=10间轴上的两个齿轮的固定均由挡油环完成。 则轴段的长度为 0+ 1+ 3+3=31+10+16+3=60 轴段的长度为 0+ 2+ 3=31+10+16+2=59资料 2表 11齿轮 2键为 轮 3 键为 4,708,5,10,7012222111 可得轴 的指点及受力点间的距离为 初步确定尺寸如附图（ 6 1）轴上力作用点及支点跨距的确定 齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽的中点处，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置。 2）计算轴上的作用力 齿轮 2： 60t 齿轮 3： 23 计 算 及 说 明 主 要 结 果 3）计 算支反力 垂直支反面，绕支点 得， 4)(321333221 同理，0， 1 7)(321121232 校核： 1 8 2 2313 算无误。 同样，由绕 0321333221 由0得； 321121232 校核：02132 计算无误。 4)转矩、弯矩 齿轮 2中点处为 C 处，齿轮 3中点处为 垂直平面内的弯矩 31 32 水平面内弯矩图（图 6c) 879 31 左 5） 24 计 算 及 说 明 主 要 结 果 322 10300 322 104776） 转矩 32 07） 校核轴的强度 齿轮 3处弯矩最大，故点 其抗弯截面系数为 323 2 3 82 )(32 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 取 =轴的计算应力 10477()(232322前已选定轴的材料为 40钢 ，调质处理 查表 15 1 =60此 1此轴合理安全 速轴的设计计算 因为是齿轮轴，材料与齿轮材料相同，为 40 钢 (调质） 有资料 1 查得 05 ， 轴 段 最 小 直 径 为 ： 01 8 6 33 110m i n ， 考虑与电动机半联轴器相匹配的联轴器的孔径标准尺寸的 25 计 算 及 说 明 主 要 结 果 选用，取61 分轴段 轴伸出段 盖以及密封圈处轴段 承安装轴段 d3、轮轴段 肩段 颈段 2)确定各轴段的直径 由于轴伸出段直径比计算值大的多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯直径应尽可能以较小值增加，因此周伸出段联轴器套同轴向定位与套同配合轴段直径 0查资料 4表 8择深沟球轴承 6209，轴直 径d3=5 齿轮 1 轴段直径为 0肩段 0颈段03)确定各轴段的轴向长度 轴伸出段 0盖以及密封圈处轴段 5轮轴段 8肩段 14资料 2 表 20轴承宽度为，齿轮 1左端面与箱体内部距离取 1=10承端面距箱体内壁的距离为 3=1057=45颈段 0查 资料 2 表 11联轴器键尺寸为0mm,5mm,轮键尺寸 4mm,2=50mm,26 计 算 及 说 明 主 要 结 果 齿轮到左右两轴承的距离为1 、 4） 校核 97t 计算支反力 8 1212112111校核 0015)计算弯矩 2 9 7 1 V 2 9 9 9 8 122转矩 : 31 100 7 核轴的强度 27 计 算 及 说 明 主 要 结 果 其抗弯截面系数为 323 2 3 72 )(32 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 取 =轴的计算应力 M P 22 前已选定轴的材料为 40，调质处理 查表 15 1 =60此 1此轴合理安 全。 速轴设计 选用 45钢。 由资料 1 查得 06 ，轴最 小直径：3330m i n 1）划分轴段 外齿轮轴左端轴承安装轴段 伸出段与外齿轮相连接段齿轮轴右端轴肩段 齿轮轴右端轴承安装轴段盖以及密封圈处轴段 承安装轴段 颈段 ，轴肩段 装齿轮轴段 2)确定各轴段的直径 由于轴伸出段直径比计算值大，考虑轴的紧凑性，其他阶梯直径 28 计 算 及 说 明 主 要 结 果 应尽可能以较小值增加，查资料 4表 8齿轮轴左端轴承选择深沟球轴承 6308，外齿轮轴承左 端轴段 5段伸出段与外齿轮相连接段直径为 0外齿轮轴右端轴肩段2端选择深沟球轴承 6310，轴直径 5端盖以及密封圈处轴段 8速箱上轴承选择深沟球轴承 6310 轴承安装轴段直径 0mm,0轴颈直径尺寸 5肩段直径 5安装齿轮轴段 5 3)确定各轴段的轴向长度 查资料 2表 12外齿轮轴左端轴承 82=4=31轮 4右端面与箱体内部距离与齿轮 5左端面距离箱体内壁距离取 1=16 2=16齿轮轴 8齿轮轴 9齿轮轴右端轴肩段03=25伸 出 段 端 盖 以 及 密 封 圈 处 轴 段05=20颈段 27=95承内端面距箱体内壁的距离为 3=109=59资料 2 表 11 键 尺 寸 为,16,708,5,12,7066665555 29 计 算 及 说 明 主 要 结 果 7 轴承校核 速轴轴承校核 1、已知此减速器利用直齿圆柱齿轮设计，轴上无轴 向力，故选用深沟球轴承。 此机器的预期计算寿命为： hL h 7 2 0 0 0153 0 0821 2、校核轴承的寿命： 轴 I 上的轴承轴 I 上的轴承已初选 6208，基本额定负荷, ）（ ； 根据资料 1 表 13插值法得 187.0e ， ， 。 ， 则 1 2 由于轴承运转受中等冲击载荷，按教材表 13 P =则 1P P (1111 )=2530N 2P P (2222 )= 21 所以按轴承 1 的受力大小验算 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 20 30 计 算 及 说 明 主 要 结 果 所以 136126 720002069512530528007206010 故所选轴承满足寿命要求。 间轴上轴承校核 ： 1、已知此减速器利用直齿圆柱齿轮设计，轴上无轴向力，故选用深沟球轴承。 此机器的预期计算寿命为： hL h 7 2 0 0 0153 0 0821 轴 的轴承已初步定为 6308，基本额定负荷 r ）（ n 根据资料 1 表 13插值法得 187.0e ， ， 。 ， 则 13781N , 25330N 则 由于轴承运转受中等冲击载荷，按教材表 13 P =则 1P P (1111 )=载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 31 32 31 计 算 及 说 明 主 要 结 果 2P P (2222 )=7995N 因 21 所以按轴承 1 的受力大小验算 所以 136226 故所选轴承满足寿命要求。 8 键的选择以及校核 1、 选择轴键联接类型和尺寸 轴 I 上选用普通平键 ：根据轴 I 的尺寸查资料 25选 定为 0mm,5mm,轮键尺寸 4mm,2=50mm,轴 于齿轮轴向定位的采用普通平键，根据轴 ， 3初选定为：,16,7010,6,16,5644443333 ，。 轴 用于齿轮 5， 4键为平键根据轴的尺寸 5L , 6L 初选定为,16,709,4,7066665555 2、校核键联接的强度 键、轴、轮毂的材料都是 45钢， 1表 62 计 算 及 说 明 主 要 结 果 力 1 0 0 1 2 0P M P a ，取其平均值 10 。 轴 I 上键工作长度为： 6,35 21 ，键与轮毂键槽的接触高度 1 ，由式（ 6得： ak ak 故此键满足工作要求。 键 1记为：键 458 1096 2记为：键 5018 1096轴 齿轮 3键的工作