机械设计课程设计-电动卷扬机传动装置设计F=13KN,V=12mmin,D=480.doc

课程：机械设计 课题：6-9 机械设计课程设计题目： 电动卷扬机传动装置设计 全套图纸加扣 3012250582班 级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 目录一. 电动机的选择31.1选择电动机的总类、类型和结构形式31.2传动比的分配及传动装置的运动和动力参数4二. 蜗轮蜗杆的设计计算52.1蜗杆蜗轮参数选择计算52.2蜗轮蜗杆弯曲疲劳强度校核7三. 直齿圆柱齿轮设计计算83.1齿轮材料精度等级齿数选择83.2按齿面接触疲劳强度设计83.3 按齿根弯曲疲劳强度设计103.4几何尺寸计算11四. 轴的设计计算124.1蜗轮轴的设计计算124.2 蜗杆轴的强度设计计算164.2.1蜗杆的设计164.2.3确定蜗杆上的作用力174.2.4蜗杆结构设计174.2.5求蜗杆上的载荷184.2.6按弯扭合成应力校核蜗杆的强度194.3 小齿轮轴的设计计算204.3.1选用轴的材料及许用应力204.3.2按轴的扭转强度确定轴的最小直径204.3.3确定轴的各段直径和长度204.3.4按弯扭合成应力校核轴的强度21五. 滚动轴承的选择计算和校核225.1 蜗杆轴承的选择计算及校核225.1.1作用在轴上的载荷225.1.2计算轴承当量载荷235.1.3计算轴承寿命235.2 蜗轮轴上轴承校核计算245.2.1作用在轴承上的载荷245.2.4计算寿命24六. 键的联接强度计算256.1电机轴上键的连接强度计算256.2蜗杆轴上键的连接强度计算256.3 蜗轮轴与蜗轮连接键的强度计算256.4蜗轮轴与联轴器相联键的强度计算266.5 小齿轮与联轴器相联的键的强度计算26七. 箱体的设计计算26八. 减速器及轴承的润滑和密封278.1 减速器的润滑278.2减速器的密封278.3 视孔盖及通气塞的选择278.4 轴承的润滑28九. 热平衡校核28十.参 考 书 目28 电动卷扬机传动装置设计题目6工作条件间歇工作，每班工作时间不超过15%，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作时有中等振动，设计寿命为10年，小批量生产，两班制工作，钢绳速度允许误差为5% 。原始数据数据编号12345678910钢绳拉力F /(kN)10121415161820111317钢绳速度v/(m/min)12121010108812128卷筒直径D/(mm)450460400380390310320440480330一. 电动机的选择1.1选择电动机的总类、类型和结构形式1.1.1选择电动机系列按工作要求选择和条件选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。1.1.2电动机容量的确定如上图所示，电动机所需要的功率是 式（1.1-1）式中 电动机所需要功率， 工作功率， 传动总效率。其中，工作机所需要的工作功率： 传动的总效率 式（1.1-2）式中： 联轴器效率0.99 双头蜗轮啮合效率0.80，开式齿轮啮合效率0.94，深沟球轴承效率0.99卷筒效率0.96圆锥滚子轴承0.98则传动装置的总效率由式（1.1-2）得 所以电动机的功率由式（1.1-1得） 1.1.3选择电动机的转速 计算滚筒的转速： 由电动机的额定功率，查课程设计书，根据电动机工作制为,每一工作周期为10min,所以取额定功率为4.0kw。选取型号：YZR160M1-6电动机，转速n=944 r/min.1.1.4计算总传动比并分配各级传动比总的传动比： 各级传动比：取 蜗轮传动比，齿轮传动比 ；1.2传动比的分配及传动装置的运动和动力参数 1.2.1 各轴的转速1.2.2 各轴功率1.2.3 各轴的转距运动和动力参数计算结果整理如下: 表1.1轴号功率KW转速（r/min）转矩Nm电动机轴494440.47轴13.9694440.07轴23.0447.2615.73轴32.7747.2562.73轴42.557.963070.47二. 蜗轮蜗杆的设计计算2.1蜗杆蜗轮参数选择计算2.1.1蜗轮蜗杆材料 查表：取蜗杆头数，传动比，蜗杆材料为45钢高频淬火，蜗轮材料为铝青铜。2.1.2根据齿面接触疲劳强度计算蜗轮蜗杆根据公式： 式（2.1-1）式中：啮合齿面上的法向载荷，N； 接触线总长，； 载荷系数； 材料弹性影响系数，；查表得； 式（2.1-2）式中： 蜗轮上转矩，；接触系数，；根据式2.1-2 中心距取160；因为；取；取蜗杆；此时，查表得出故可用；变位系数为；导程角；传动误差为；2.1.3蜗轮参数蜗轮分度圆直径：；蜗轮喉圆直径：，；蜗轮齿根圆直径：，；节圆直径：；蜗轮宽度：，取；2.1.4蜗杆参数蜗杆直径：；蜗杆节圆直径：；蜗杆齿顶圆直径：；蜗杆齿根圆直径：；蜗杆齿宽：，取110；蜗杆轴向齿距：；2.2蜗轮蜗杆弯曲疲劳强度校核根据公式： 式（2.2-1）式中：蜗轮齿形系数；螺旋角影响系数；查表得：； 式（2.2-2）查表：铝青铜金属模铸造，；公式：；根据公式（2.2-2） ；根据公式（2.2-1） 弯曲强度满足要求；式中：三. 直齿圆柱齿轮设计计算3.1齿轮材料精度等级齿数选择 由于是开式齿轮，故选用7级精度；3.1.2材料选择小齿轮选用40Gr，调质，硬度为229269HBW；大齿轮选用45，调质，硬度为217255HBW；由于，故选小齿轮齿数，大齿轮齿数；3.2按齿面接触疲劳强度设计3.2.1设计计算由设计计算公式： 式（3.2-1）式中： K载荷系数，K=1.2；齿宽系数，取；材料弹性影响系数，取； 式（3.2-2）3.2.2计算循环次数接触疲劳寿命系数： 查表：小齿轮接触疲劳强度极限大齿轮接触疲劳强度极限由公式（3.2-2）： 将，中较小的带入式（3.2-1）： 其中，查表得；取3.2.3计算齿宽与齿高之比模数 齿高 3.2.4计算载荷系数根据，7级精度等级，查表的动载荷系数为直齿轮，；查表得使用系数；查表，用插值法查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置是，；故载荷系数为3.2.5按实际载荷系数校正所算得分度圆直径3.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 式（3.3-1）3.3.1确定式中的各计算参数查表的小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；齿宽系数；取安全系数；弯曲疲劳许用应力为： 载荷系数K取1.2；查取齿形系数： ，；查取应力校正系数：，；3.3.2计算大小齿轮的并加以比较；小齿轮的数值较大；3.3.3设计计算根据式（3.3-1）： ；故齿轮模数；3.4几何尺寸计算取；四. 轴的设计计算4.1蜗轮轴的设计计算材料选用45钢调质，4.1.1按扭转强度计算轴的最小直径根据公式： 式（4.1-1）式中：轴的传递功率，； 轴的转速，； 取；输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，为了与联轴器的孔相适应，故选取联轴器型号；联轴器转矩，查表，转矩变化小，故；则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用TL9型弹性联轴器，公称转矩为1000000；半联轴器的孔径；半联轴器的长度；半联轴器与轴配合的孔长；4.1.2确定轴的各段直径和长度为了满足联轴器，故-A需要一轴肩，故；半联轴器与轴配合，长，故；初步选择轴承，因承受径向力，较小的轴向力，故可选用圆锥滚子轴承，因，故选用30212型圆锥滚子轴承；故，取；安装蜗轮处，蜗轮定位轴环段直径；轴承定位轴环段直径；由于安装联轴器，故，由于安装轴承和套筒，故；由于要小于蜗轮，安装蜗轮轴；蜗轮定位轴环，取；抵紧轴承，取；见图4.1-1； 图4.1-14.1.3按弯扭合成应力校核轴的强度蜗轮受水平力蜗轮受垂直力；式中；绘制弯矩扭矩图4.1-2： 图4.1-2 载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（C截面）；扭转应力为脉动循环应力，取根据公式： 式（4.1-2）式中： 由式4.1-2得：此轴材料为45钢调质，查表得；故安全；4.1.4判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度影响来看，截面V和应力最集中。从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面V的应力集中的影响和相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也比较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力不集中而且这里轴比较大，故C截面也不必校核。故只需校核截面左右两侧即可。4.1.5精确校核截面左侧抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面左侧弯矩：截面左侧扭矩：截面左侧弯曲应力：截面左侧扭矩应力：材料为45钢调质，查表得： ；截面上轴肩形成的理论应力集中系数；因；查表取由图可得材料的敏感系数为： 故有效应力集中系数按式为： 查表得：尺寸系数；扭转尺寸系数；轴按磨削加工，查表得表面质量系数为： 轴表面未经强化处理，即；综合系数为： 碳钢的特性系数： ；取；取计算安全系数值，则得： 故可知其安全。4.1.6精确校核截面右侧抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 截面右弯矩：截面右侧扭矩：截面右侧弯曲应力：截面右扭矩应力：过盈配合处，用插值法查表求出，并取；于是得： 轴按磨削加工，边面质量系数为：故得综合系数为： 所以轴在截面的安全系数为：故该轴在截面右侧强度也是足够的。4.2 蜗杆轴的强度设计计算4.2.1蜗杆的设计蜗杆的工作条件如下表：输入功率P13.54Kw转速n1960r/min由资料1-370p表15-3取A0=120，由公式： 为蜗杆的最小直径，由装配关系可知，最小处的直径为装联轴器的直径。 查资料1-351p表14-1得则 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，机械设计手册（GB/T5014-2003）,选用TL6型弹性联轴器，轴孔长度为。4.2.3确定蜗杆上的作用力蜗杆受力情况如下表：切向力1095N轴向力4047N径向力1472N由上表可知，蜗杆受的轴向力较大，故与蜗杆配合的轴承选择圆锥滚子轴承，由于此处轴径为，选择轴承型号为30210， 4.2.4蜗杆结构设计 拟定设计方案，如4.2-1图所示： 图4.2-1根据定位要求确定个轴段轴径和长度：为了满足联轴器要求，段轴径由联轴器确定为，而用于联轴器轴向定位的轴肩高度为7mm，故2段轴径为，3段是装轴承段，根据载荷去圆锥滚子轴承，型号为30210，故，根据圆锥滚子轴承的轴向定位要求，取4段轴径为。根据联轴器的要求，取，根据安装联轴器的方便，故。由轴承确定。由蜗杆齿宽确定，综合考虑蜗杆与蜗轮的装配关系，即蜗杆旋齿部分处于减速器中间，取。与联轴器配合的键选择类型为半圆键，标记为87454.2.5求蜗杆上的载荷首先根据结构简图作出轴的计算简图： 图4.2-2简支梁支承跨度： L=273mm根据蜗杆所受载荷作出其受力图和弯矩图如下： 图4.2-3支反力F 弯矩M总弯矩扭矩T4.2.6按弯扭合成应力校核蜗杆的强度进行校核时，只需对危险截面进行校核，（即截面C），根据上表中的数据和公式： 由于蜗杆的材料前面已选择为45钢，表面高频淬火，4.3 小齿轮轴的设计计算4.3.1选用轴的材料及许用应力材料选用45钢，；4.3.2按轴的扭转强度确定轴的最小直径根据公式： 式（4.3-1）式中：轴传递的功率， 轴的转速， 取轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，为了与联轴器的孔相适应，故选取联轴器型号；联轴器转矩，查表，转矩变化小，故；则： 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查手册，选用LU10型Y型轮胎联轴器，共称转矩为800000；半联轴器的孔径；半联轴器的长度；半联轴器与轴配合的孔长；4.3.3确定轴的各段直径和长度为了满足联轴器，故-A需要一轴肩，故；半联轴器与轴配合，长，故；初步选择轴承，因承受径向力，有很小的轴向力，故选用深沟球轴承，因，故选用6012型深够球轴承；故，由于安装轴承，故；安装蜗轮处，轴环处直径；由于安装联轴器，故，由于安装轴承和套筒，故；安装蜗轮故；抵紧蜗轮故；由于抵紧轴承故；见图4.3-1： 图4.3-14.3.4按弯扭合成应力校核轴的强度蜗轮受水平力蜗轮受垂直力；式中；绘制弯矩扭矩图4.3-2： 图4.3-2载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（C截面）；扭转应力为脉动循环应力，取根据公式： 式（4.3-2）式中： 此轴材料为45钢调质，查表得；故安全；五. 滚动轴承的选择计算和校核5.1 蜗杆轴承的选择计算及校核选用轴承型号为30308，查手册得，5.1.1作用在轴上的载荷图5.1-1轴所受轴向载荷：轴所受径向载荷：两轴承受到的径向载荷两轴承所受的轴向力对于圆锥滚子轴承，派生力；查手册得 ；，；按公式： 故取；5.1.2计算轴承当量载荷因轴承运转中有中等冲击载荷，按表查得，取；计算当量载荷：5.1.3计算轴承寿命因为，所以按轴承2计算；由以上计算可知所选轴承符合要求。5.2 蜗轮轴上轴承校核计算选用轴承型号6012，查手册得，5.2.1作用在轴承上的载荷轴承受径向载荷：轴承受轴向载荷：求相对轴承载荷对应的值和值相对轴承载荷为： 轴承最小；故取；5.2.3计算当量载荷 根据公式：5.2.4计算寿命 所选轴承满足寿命要求。六. 键的联接强度计算6.1电机轴上键的连接强度计算型号： 材料为铸铁， 电机输出轴：扭矩：根据公式： 式（6.1-1）故安全。6.2蜗杆轴上键的连接强度计算型号：材料为铸铁，轴：扭矩：根据公式6.1-1： 故安全。6.3 蜗轮轴与蜗轮连接键的强度计算型号：材料为45钢，轴径：扭矩：根据公式6.1-1： 故安全。6.4蜗轮轴与联轴器相联键的强度计算型号：材料为45钢，轴径：扭矩：根据公式6.1-1： 故安全。6.5 小齿轮与联轴