机械毕业设计38湖南文理学院绞车传动装置设计

机械设计课程设计 08 方吉陵 1 湖南文理学院 课程 设计 (论文 ) 课 题 名 称 设计绞车传动装置 学 生 姓 名 方吉陵 学 号 08 系、年级专业 机械 工程学院 2006 模具 本科 指 导 教 师 张再富 2008 年 9 月 23 日 目 录 机械设计课程设计 08 方吉陵 2 第一章 总体方案的确定 1 第二章 传动部件设计与计算 4 第三章 齿轮的设计与校核 6 第四章 轴和联轴器材料选择和主要零件 11 第五章 轴的结构设计和强度计算及校核 13 第 六 章 轴承及键 的类型选择与校核 19 第 七 章 箱体及附件的设计 21 第八章 润滑和密封的设计 23 第 九 章 设计总结 26 第 十 章 参考文献 27 第 1 章 总体方案的确定 机械设计课程设计 08 方吉陵 3 计算步骤与 说明 结果 1.1 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 注 :总传动比误差为 +5%,转动可逆转，间歇工作，载荷平稳；起动载荷为名义载荷的 1.25 倍。 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 1.2、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。 1.2.1 选择电动机类型和结构形式 卷筒圆周力 F/N 7500 卷筒转速 n(r/min) 55 卷筒直径 D mm 400 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 机械设计课程设计 08 方吉陵 4 按工作要求和条件查表 14.1 和表 14.2，选取一般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。 1.2.2 选择电动机的容量 电动机容量选择是否合适 ,对电动机的正常工作和经济性多有影响 .容量小于工作要求 ,会使电动机因超载而损坏 ,不能保证工作机正常工作 ;而容量选得过大 ,则电动机的体积大、价格高 ,性能又不能充分利用 , ,并 且由于效率和功率因数低而造成浪费 1.2.3. 1、 电动机所需的工作功率 : wp=wFv1000 所以： dp=wFv1000其中 F 为卷筒圆周力的有效功率，由已知条件可以得到w为卷筒效率， 为电动机至输出轴传动装置的总效率 ，包括轴承，圆柱齿轮传动及联轴器，电动机至工作机之间传动装置的总效率为： w = 1 22 3 4 5 式中， 1 、 2 、3、 4 、5、6分别为联轴器、减速器齿轮、轴承、开式齿轮、卷筒轴的轴承的传动效率。由表 2.3 可以查到 1 =0.97、 2 =0.97、3=0.99、 4 =0.96 5=0.98 则： w= 1 22 3 4 5 6 =0.83 又已知卷筒卷速 n 为 55r/min,卷筒直径 D 为 400 mm,故电动机所需的工作功率为 : dp=wFv1000=（ F n D） /（ 60 1000 1000 w） =10.4kw 1 2 3.2. 确定电动机的转速 w =0.83 dp=10.4Kw 机械设计课程设计 08 方吉陵 5 卷筒轴的工作转速为 wn =55 r/min 按推荐的合理传动比范围，减速器传动比2i=37，开式齿轮传动比2i=3 6 则总传动比的范围为 i =942 故电动机转速的可选范围为 dn = i wn =（ 942） 55r/min dn =495 2310r/min 符合这一范围的同步转速有 750r/min、 1000r/min、 1500r/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 1000r/min 的电动机。 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 Y180L-6 15kw 1000r/min 970r/min dn =495 2310r/min 电动机型号为： Y180L-6 mn=970r/min 第 2 章 传动部件设计与计算 2.1.计算总传动比并分配各级传动比 机械设计课程设计 08 方吉陵 6 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。 2.1.2 总的传动比 i = mn/wn=970/55=17.64 2.1.3 分配传动比 i=1i 2i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1i:开式齿轮的传动比2i: ,因此可以分配1i=5，2i=3.52。 2.2 计 算传动装置及各轴的运动和动力参数 2.2.1 各轴的转速 I 轴 1n= mn=970r/min 轴 2n=11ni =9705 =192r/min 轴（输出轴） 3n=22ni = 1923.52 =55 r/min 2.2.2 各轴的输入功率 I 轴 1p=dp 1=10.4 0.97=10.09kw II 轴 2P=1p 2 3=10.09 0.97 0.99=9.69 kw III 轴（输出轴） 3p=2p 3 4=9.69 0.99 0.96=9.21 kw 2.2.3 各轴的输入转距 电动机 的输出转距dT为 dT=9.55dmpn =9.55 610 10.4970 =1.024 510 N.mm I 轴 IT=dT 1=10.24 410 0.97=9.933 410 N.mm II 轴 IIT=IT 2 1i=9.933 410 0.97 5=4.8335 510 N.mm III 轴（输出轴）IIIT=IIT 3 4 2i=4.8335 510 0.99 0.96 3.52=1.617 610 N.mm 最后将所计算的结果填入下表： 各轴参数表 i =17.64 1i=5 2i=3.52。 1n=970r/min 2n=192r/min 3n=55 r/min 1p=10.09kw 2P=9.69 kw 3p=9.21 kw dT=1.024 510 N.mm IT=9.933 410 N.mm IIT=4.8335510 N.mm IIIT=1.617机械设计课程设计 08 方吉陵 7 参 数 轴 名 电动机轴 轴 轴 轴 转 速 r/min 970 970 192 55 功率 Kw 10.4 10.09 9.69 9.21 转矩 N mm 1.024510 9.933 410 4.834 510 1.617 610 2.3 轴的初步计算 ： 轴选用 45 钢，调质处理 .C 值查表得 118 106,可选 C=100.由轴的设计公式得： 6 133 3119 . 5 5 1 0 1 0 . 0 91 0 0 2 1 . 8 30 . 2 9 7 0 / m i nTPP K wd C m m m mn n r 6 233 3229 . 5 5 1 0 9 . 6 91 0 0 3 6 . 9 60 . 2 1 9 2 / m i nTpP K Wd C m mn n r 6 333 3339 . 5 5 1 0 9 . 2 11 0 0 5 5 . 1 20 . 2 5 5 / m i nTpP K Wd C m mn n r 由于上式求出的直径，只宜作为承受转距作用的轴段的最小直径。当轴上开有键槽时， 应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱。当直径 d 100 mm 时，单键应增大 5% 7%，双键应增大 10% 15%。所以： 1d的最小直径为 21.83mm 增大后取 30mm 2d的最小直径为 36.96mm 增大后取 40mm 3d的最小直径为 55.12mm 增大后取 60mm 610 N.mm 1d取 30mm 2d取 40mm 3d取 60mm 第三章 齿轮的设计与校核 3.1.减速齿轮传动的设计计算 硬度为 241 机械设计课程设计 08 方吉陵 8 3.1.1 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 40Gr 钢，调质处理，硬度为 241286HBS， B =686Mpa，s=490 Mpa； 大齿轮材料 ZG35CrMo 铸钢，调质处理，硬度为 207 269HBS， B =686Mpa，s=539Mpa；参考机械设计课本中表 6-5 可选精度等级为 8 级 . 因1i=5 取1z=20， 2z = 1i 1z=5 20=100 取 2z =100 实际传动比 U= 2z /1z=100/20= 5 在传动比范围内。 3.1.2 齿面接触疲劳强度设计 : 计算公式按式 6-18 1d 213 2 1 ()EHd HZ Z Z ZKT u u 取1T=1.024 510 由图 6-21，软齿面齿轮，对称安装，d=0.8 1.4 取d=1.1。由表 6-7 得使用系数 Ak =1.25。由图 6-19a 试取动载系数VK=1.15。由图 6-8，按齿轮在两轴承中间对称布置，取K=1.06。由表 6-8，按齿面未硬化，斜齿轮， 8 级精度， Ak TF /b1F所以轴承一为压紧端，1aF=2F+aF=1039.14+818.9=1858N ；而轴承 2 为放松端2aF=2F=1039N。 4. 由表 11-9 查得 e=0.68 5. 11arFF = 18581528.15 =1.20.68 22arFF =0.68=e. 6.由表 11-9 可得 0 . 4 1 , 0 . 8 7 , 1 , 01 1 2 2X Y X Y 故当量动载荷为： 1 1 1 1 1rap X F Y F=0.41 1528.15+0.87 1858=2243N， 2 2 2 2 2rap X F Y F=1 1039+0 419.152=1039N。 计算所需的 径向基本额定动载荷 rC7. 由轴的结构要求两端选择同样尺寸的轴承，又12PP故应以轴承 1 的径向当量动载荷1P为计算依据。应常温下工作，查表 11-6 得tf=1，受中等冲击载荷，查表 11-7 得df=1.5 所以 1 / 3 1 / 311 666 0 1 . 2 2 2 4 3 6 0 9 7 0 ( ) ( 2 0 0 0 0 ) 2 8 3 1 3 . 61 0 1 1 0drhfp nC L Nft hL为轴承的使用时间 8 2 5 0 1 0 2 0 0 0 0hL (小时 ) 8. 查表 11-5 得 7208AC 轴承的径向基本额定动载荷rC=35200N. 35.2rC KN orC=24.5KN 1F=1039.14N， 2F=1039.14N， 2F+aF1Fe=0.68 0 .4 1, 0 .8 7 ,11XY 1, 022XY 1P=2243N, 2P=1039N 1rC28313.6N 因为1rC1.2 10mm 齿轮端面与内壁距离 2 8mm 箱盖、箱座肋厚 1m 、m 110 . 8 5 ; 0 . 8 5mm16.8m m 8 轴承端盖外径 2D 35.55 dD ）（； D -轴承外径 (凸缘式轴承盖尺寸见表 11-11 轴承端盖凸缘厚度 e (11.2) 3d 轴承旁联接螺栓距离 S 以 1Md 和3Md互不干涉为准，一般取 2DS 上面表格中的数据均在机械手册中查得。 第 8章 润滑和密封的设计 机械设计课程设计 08 方吉陵 25 8.1、润滑 齿轮采用浸油润滑，轴承采用飞溅润滑 . 齿轮圆周速度 v 5m/s 所以齿轮采用浸油润滑，轴承采用飞溅润滑 ;浸油润滑不但起到润滑作用，同时有 助箱体散热。为了避免浸油润滑的搅油功耗太大及保证齿轮啮合区的充分润滑，传动件浸入油中的深度不宜太深或太浅，设计的减速器的合适浸油深度1H应不小于 (30 50)mm,对于圆柱齿轮一般为 1 2 个齿高，但不应小于 10 ，这个油面位置为最低油面 .考虑使用中油不断蒸发损耗 ,还应给出一个最高油面 .对于中小型减速器 ,其最高油面比最低油面高出 30 50mm.此外还应保证传动件浸油深度最多不超过齿轮半径的 1143,以免油损失过大 .对于采用浸油润滑的多级传动 ,当低速级大齿轮浸油深度超过 13,的分度圆时 ,这时可减少低速级大齿轮浸油深度 ,而高速级采用溅油装置润滑 .箱内保持一定的深度和存油量。油池太浅易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨损，也不易散热。取齿顶圆到池底面的距离为 60mm。箱座内壁高度dH，箱盖高 H 可以从设计图上得出。换油时间为半年，主要取决于油中杂质多少及被氧化、污染的程度。 查 手册选择 SH0357-192中的 50号工业闭式齿轮油润滑。 注：设计时所查的表出自机械设计基础课程设计指导书 8.2、密封 减速器需要密封的部位很多，有轴伸出处、轴承室内侧、箱体接合面和轴承盖，窥视孔和放油孔的接合面等处。 8.2.1 轴伸出处的密封 起作用是使滚动轴承与箱外隔绝 ,防止润滑油漏出以及箱体外杂质、水及灰尘等侵入轴承室，避免轴承急剧磨损和腐蚀。选用毡圈式密封，毡圈密封是填料密封的一种 .在端盖上开出梯形槽 ,将矩形截面和毛毡圈放置在槽中以与旋转轴密全接触 .毡圈式密封结构简单、价廉、安装方便、但因轴 颈接触的磨损较严重，因而工耗大，毡圈寿命短。因此轴的表面最好经抛光加工 .如果轴的硬度高 ,表面粗糙度值小 ,就使用优异细毛毡 . 8.2.2 轴承内侧的密封 该密封处选用挡油环密封，其作用用于油润滑轴承，防止过多的油、杂质进入轴承机械设计课程设计 08 方吉陵 26 室以内以及啮合处的热油冲入轴承内。挡油环与轴承座孔之间应留有不大的间隙，以便让一定量的油能溅入轴承室进行润滑。 8.2.3 盖与箱座接合面密封在接合面上涂上密封胶。 8.3 公差的设计 对于联轴器的公差配合 76Hh，轴承轴的公差配合选用 77Hh，键的公差配合选用77Hf 。 8.4 附件的设计 8.4.1 窥视孔盖和窥视孔 为了检查传动件的啮合、润滑、接触班点、齿侧间隙及向箱内注油等，在箱盖顶部设置便于观察传动件啮合区的位置并且有足够大的窥视孔，其大小至少应能伸进手去 ,以便操作 .平时孔用盖板盖住 ,箱体上窥视孔处应有 凸台高 35 mm，以便进行刨削加工 .盖板下应加防渗漏的垫片 .盖板用有机玻璃制造 .本设计中取1 2 1 27 , 1 4 0 , 1 2 5 , 1 2 0 , 1 0 5 , 6 ,d m m l m m l m m b m m b m m 孔 数 个 盖 厚 4,R=5mm，孔盖用 68MM: 的螺钉紧固。 8.4.2 排油孔、放油油塞、通气器、油标 为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱座最底部设有排油孔，放油孔的螺纹小径应与机体外壁取平 ,为便于加工 ,放油孔的机体外壁应有加工凸台，经机加工后成为放油螺塞头部的支承面，并加封油垫圈以免漏油 ,材料为石棉橡胶 .放油螺塞带有细牙螺纹 ,本设计中取螺塞 14 1.5M 4 4 5 0 8 6JB Z Q ,油圈 22 14 70 62ZB 。 为沟通箱内外的气流，应在箱盖顶部或窥视空板上安装通气器，可以使箱内的热胀气体自由的溢出 ,达到机体内外气压平衡 .本设计中用网式通气器 .数据查手册可得 . 为了检查减速器内的油面高度，应在箱体便于观察、油面较稳定的部位设置油标。本次设计采用杆式油标 M12。油标尺倾斜插入油面 ,与水平面夹角不得小于 45o . 8.4.3 吊耳和吊钩 为拆卸及搬运减速器，应在箱盖上铸出吊耳环，并在箱座上铸出吊钩，吊 钩和吊耳的尺寸可以根据具体情况加以修改。 8.4.4 定位销 机械设计课程设计 08 方吉陵 27 为了保证轴承座孔的加工和装配精度 ,在机盖和机座用螺栓连接后 ,在镗孔之前 ,在连接凸缘上配装两个定位销 ,其公称直径可取 20 .7 0 .8dd ,定位销常安置在机体纵向两侧连接凸缘上 ,并呈非对称布置 ,以保证定位效果 .并圆整为标准值。定位销的总长度应稍大于机盖和机座连接凸缘和总厚度 ,本设计中取 GB/T 8 30. 8.4.5 启盖螺钉 为了提高密封性能 ,机盖和机座连接的凸缘的 结合面上常常涂有水玻璃或密封胶 ,因此 ,连接较紧 ,不易分开 .于是在面盖凸缘上常有 12 个启盖螺钉 .螺钉上的螺纹长度应大于机盖凸缘的厚度 .螺杆端部要做成圆柱形 ,或大倒角 ,或半圆形 ,以免启盖时顶坏螺纹 .其大小规格可与机盖和机座连接螺栓取同一规格 . 第 9 章 设计总结 机械设计课程设计 08 方吉陵 28 经过近两个星期的努力，课程设计终于完成了。通过这次课程设计又学到了很多东西，巩固和复习了很多知识，对机械这个专业有了更深的了解和认识，明白了许多设计中应当注意 的问题，为顺利完成毕业设计打下基础。 由于时间紧迫，