塔式起重机行走部减速装置设计

1、机械设计课程设计塔式起重机行走部减速装置设计机械工程及自动化09-8班姓名 学号 一、 设计任务书1.1、 设计条件1.2、 设计任务二、 机械传动装置的设计计算2.1、确定传动方案2.2、电动机的选择2.3、传动装置总传动比的分配及其计算2.4、计算传动装置的运动和动力参数三、 传动零件的设计计算3.1、高速级圆柱齿轮设计3.2、低速级圆柱齿轮设计3.3、开式齿轮设计四、 轴系零件的设计计算4.1、轴的设计计算4.2、轴承使用寿命计算4.3、键的校核五、 减速器的设计计算5.1、箱体结构尺寸的设计5.2、齿轮与轴承的润滑六、 参考资料目录七、 设计总结1设计任务书1.1、设计条件1) 机器功

2、用塔式起重机有较大的工作空间，用于高层建筑施工和安装工程起吊物料用，起重机可在专用钢轨上水平行走；2) 工作情况减速装置可以正反转，载荷平稳，环境温度不超过40；3) 运动要求运动速度误差不超过5%4) 使用寿命忙闲程度中等，工作类型中等，传动零件工作总时数小时。滚动轴承寿命4 000小时；5) 检修周期500小时小修；2000小时大修；6) 生产批量单件小批量生产；7) 生产厂型中型机械制造厂8) 原始数据题号运行阻力（kN）运行速度(m/s)车轮直径（mm）启动系数（）H51.80.53801.21.2、设计任务1) 设计内容 电动机的选型； 减速器的设计； 开式齿轮传动设计； 传动轴设计

3、； 联轴器选型设计； 车轮及其轴系计算。2) 设计工作量 传动系统安装图1张； 减速器装配图1张； 零件图2张； 设计计算说明书一份。1.3、设计要求1) 要求减速器齿轮设计成 直齿轮； 斜齿轮； 直齿、斜齿由设计者自定。2) 要求减速器中齿轮设计成 变位齿轮； 标准齿轮； 变位与否由设计者自定。图1-1 塔式起重机行走部示意图1- 电动机；2-减速器；3-传动轴；4-齿轮传动；5-车轮；6-轨道计 算结 果2机械传动装置的设计计算2.1、 确定传动方案从电动机到工作机构的传动系统由展开式圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动组成。2.2、 电动机的选择已知工作机的阻力F和速度v，则工作机功率式中： 则

4、 传动装置总效率查表9-1得：弹性联轴器的效率 滚动轴承的效率 闭式圆柱齿轮效率0.97(精度等级8级) 开式圆柱齿轮效率0.95（加工齿，脂润滑）则 电动机输出功率 式中：是考虑起动惯性，电动机功率增大的倍数， 查表16-2得：Y系列1400 r/min 电动机的具体牌号为：Y90L 4型，额定功率1.5，满载转速1400 r/min。2.3、总传动比的分配及其计算车轮转速式中:车轮直径D=380mm则 总传动比 式中：是减速器第一级的传动比，是减速器第二级的传动比，是开式齿轮的传动比 初选，则 减速器为二级圆柱齿轮减速器，故，取则 2.4、 计算传动装置的运动和动力参数从减速器高速轴开始各

5、轴命名为轴、轴、轴，开式齿轮轴为轴，车轮轴为V轴。a) 各轴转速计算b) 各轴功率计算c) 各轴转矩计算将数据汇总列表如下表 电动机各轴转速、功率及扭矩计算数据列表轴号转 速n(r/min)输出功率P（kW）输出扭矩T(Nm)传动比i效率电机轴14001.49.5510.9814001.379.354.260.96328.641.3238.363.280.96100.21.27121.0410.98100.20.6259.0940.94车轮轴25.050.58221.123传动零件的设计计算3.1、 高速级齿轮传动设计a) 选择齿轮材料，确定许用应力由机械设计课本表6.2选 小齿轮 40Cr

6、调质 大齿轮 45 正火许用接触应力接触疲劳强度 查课本图6-4接触强度寿命系数 应力循环次数N查课本图6-5得， 接触强度的最小安全系数则 许用弯曲应力弯曲疲劳极限，查课本图6-7。弯曲强度寿命系数，查课本图6-8弯曲强度尺寸系数，查课本图6-9（设模数小于5mm）弯曲强度最小安全系数则 b) 齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度，参考课本表6.7、表6.8选取小齿轮分度圆直径齿宽系数 查课本表6.9，按齿轮相对于轴承为非对称布置小齿轮齿数 在推荐值2040中选取 大齿轮齿数 圆整取 齿数比 传动比误差 小齿轮转矩 载荷系数 使用系数 查课本表6.3动载系数 由推荐值

7、1.021.2齿间载荷分配系数 由推荐值1.01.4齿向载荷分配系数 由推荐值1.01.2载荷系数 材料弹性系数 查课本表6.4节点区域系数 查课本图6-3（b=12，）重合度系数 由推荐值0.750.88螺旋角系数 由故 法面模数 取标准 中心距圆整分度圆螺旋角 分度圆直径 圆周速度 齿宽b 圆整 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 c) 齿根弯曲疲劳强度校核计算 当量齿数 齿形系数 查课本表6.5 小齿轮 大齿轮 应力修正系数 查课本表6.5 小齿轮 大齿轮 不变位时，端面啮合角 端面模数 重合度 重合度系数螺旋角系数由推荐值0.850.92故 d) 齿轮其他主要尺寸计算大齿轮分度圆直径 齿根圆直径

8、齿顶圆直径 1. 低速级齿轮传动设计a) 选择齿轮材料，确定许用应力由课本表6.2选 小齿轮 40Cr 调质 大齿轮 45 正火许用接触应力接触疲劳强度 查课本图6-4接触强度寿命系数 应力循环次数N查课本图6-5得，接触强度的最小安全系数则 许用弯曲应力弯曲疲劳极限，查课本图6-7。弯曲强度寿命系数，查课本图6-8弯曲强度尺寸系数，查课本图6-9（设模数小于5mm）弯曲强度最小安全系数则 e) 齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度，参考课本表6.7、表6.8选取小齿轮分度圆直径齿宽系数 查课本表6.9，按齿轮相对于轴承为非对称布置小齿轮齿数 在推荐值2040中选取 大

9、齿轮齿数 圆整取 齿数比 传动比误差 小齿轮转矩 载荷系数 使用系数 查课本表6.3动载系数 由推荐值1.051.4齿间载荷分配系数 由推荐值1.01.2齿向载荷分配系数 由推荐值1.01.2载荷系数 材料弹性系数 查课本表6.4节点区域系数 查课本图6-3（b=0，）重合度系数 由推荐值0.850.92故 齿轮模数 取标准中心距 圆整 分度圆直径 圆周速度 齿宽b 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 f) 齿根弯曲疲劳强度校核计算 齿形系数 查课本表6.5 小齿轮 大齿轮 应力修正系数 查课本表6.5 小齿轮 大齿轮 重合度 重合度系数故 g) 齿轮其他主要尺寸计算大齿轮分度圆直径 齿根圆直径 齿顶圆直

10、径 2. 开式齿轮传动设计计算1. 选择材料，确定精度等级由课本表6.2选 小齿轮材料 QT600-2 正火 大齿轮材料 QT500-5 正火参考课本表6.7、表6.8选取许用弯曲应力 由课本式612，弯曲疲劳强度极限 查课本图67。弯曲强度寿命系数 查图68弯曲强度尺寸系数 查图69弯曲强度最小安全系数 则 2. 按齿根弯曲强度设计尺寸齿宽系数 查表6.9，按齿轮相对轴承为悬臂布置初选模数m=4小齿轮转矩 小轮齿数 在推荐值1725中选大轮齿数 圆整取传动比误差 重合度 重合度系数载荷系数K 使用系数 查课本表6.3动载系数 由推荐值1.051.4齿间载荷分配系数 由推荐值1.01.2齿向载

11、荷分布系数 由推荐值1.01.2载荷系数K 齿形系数 查课本表6.5 小轮 大轮应力修正系数 查课本表6.5 小轮 大轮计算大小，将大小齿轮其中的大值带入设计公式则 将模数增大10%-20%考虑磨损的影响，取标准值3. 齿轮只要尺寸计算小轮分度圆直径 大轮分度圆直径 中心距 根圆直径 顶圆直径 齿宽 综上 ，得三组齿轮的相关几何参数高速级齿轮参数第二级齿轮参数开式齿轮参数22.5449.1467.576208.86222.530412914538044.1461.2566203.86216.2529453.1472.584212.86227.53124459283954234. 轴系零件的设计

12、计算传动零件设计计算完成后，就可算出作用于轴上载荷的大小，但由于轴支承位置未定，这些载荷相对于轴支承的作用位置也就无法确定，这样，轴的支支反力无法求出，轴弯矩图无法确定。为此，首先要估算出轴的跨度和确定轴上载荷的作用位置。4.1、 轴的设计计算4.1.1、 高速轴的设计a) 联轴器选择，电机轴直径：则 选择b) 初步估算轴的直径选取40Cr钢作为轴的材料，调质处理由式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响查课本表8.6 取外伸轴A=106 c) 轴的结构设计1) 确定轴的结构方案 如下图示2）确定各轴段直径和长度 1段 根据圆整，并由、和电动机转轴选择联轴器型号HL2联轴器，比毂孔

13、长度短作为1段长度。,2段 为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角c取（GB6403.3-86）,且符合标准密封圈内径。则,3段 为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T297-94，暂选角接触承型号为7007，,其宽度，轴承润滑方式选择：，选择脂润滑。轴承距箱体内壁距离，则。4段 由于本轴属于齿轮轴，同时为使挡油环定位，取该段直径为，长度为 5段 ，d) 确定轴承支撑位置及齿轮作用查7007轴承，其支点尺寸，因此轴的支点到齿轮载荷作用点的距离。e) 轴所受的力及受力分析：转矩 圆周力 径向力 =142轴向力 f) 绘制轴的弯矩图和扭矩图 求轴承反力H水平面 V垂直面 求齿宽中点处弯矩H

14、水平面 V垂直面 合成弯矩 扭矩 g) 按弯矩合成强度校核轴的强度当量弯矩，取折合系数，则齿宽中点处当量弯矩轴的材料为40Cr钢，调质处理。由课本表查得则 轴的计算应力为故满足强度要求。4.1.2、 低速级轴(轴II)的设计计算a) 计算作用在齿轮上的力转矩圆周力 径向力 b) 初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理由式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响查表8.6 取A=112 c) 轴的结构设计 1）确定轴的结构方案 如下图所示2）确定各轴段直径和长度 1段 根据轴承内径的标准，暂选角接触球轴承7005C（按）。，其宽度B=12mm。轴承润滑方式选择：，选择脂润滑

15、，轴承与箱体内壁距离。2段 ，轴长度 3段 该段轴其定位作用：，4段 5段 该轴段直径 ，(3）确定轴承级齿轮作用力位置查7005C轴承，其支点尺寸，因此轴的支点到齿轮载荷作用点的距离。d) 绘制轴的弯矩图和扭矩图 求轴承反力H水平面 V垂直面 求齿宽中点处弯矩H水平面 V垂直面 合成弯矩 扭矩 e) 按弯矩合成强度校核轴的强度当量弯矩，取折合系数，则齿宽中点处当量弯矩轴的材料为45钢，调质处理。由课本表查得则 轴的计算应力为故满足强度要求。 4.1.3、 输出轴（轴III）的设计计算a）计算作用在齿轮上的力转矩 圆周力 径向力 b）初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理 计算轴的

16、最小直径并加大3%以考虑键槽的影响查课本表8.6 取A=112则 c）轴的结构设计 1）确定轴的结构方案 2）确定各轴段直径和长度 1段 根据圆整，并选择联轴器型号联轴器，比长度短米作为1段长度。2段 为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角c取（GB6403.3-86）,且符合标准密封圈内径。取端盖宽度15，端盖外端面与半联轴器右端面35则，3段 根据轴承内径的标准，站暂选深沟球轴承6010，其宽度。轴承润滑方式选择：，选择脂润滑，轴承距箱体内壁距离，则。4段 该轴段装齿轮，直径， 5段 该段轴环定位齿轮，轴长度， 6段 该轴段由结构确定，直径，7段 该轴段装轴承，直径，8段 该轴段直径， 9段

17、该轴段直径，d）绘制轴的弯矩图和扭矩图 由力平衡有： 受力如图： d）按弯扭合成强度校核轴的强度轴的材料为45号钢，调质处理。由课本表8.2查得，由课本表8.9查得材料许用应力；由式8-4得轴的计算应力为所以，此处满足强度要求，安全。4.2、 轴承的使用寿命计算4.2.1、轴I上的轴承的选择和寿命计算查表选择角接触球轴承7007C,该轴承参数如下d=35mm,D=62mm,B=14mm, ,采用脂润滑,极限转速为8500r/min。 求轴承支反力r水平支反力垂直支反力合成支反力 计算轴承所受当量动载荷派生轴向力 轴承所受的轴向载荷 因 轴承受中等载荷冲击，取载荷系数计算判断系数e 查课本表10

18、-6，用插值法求得 插值法得 插值法得 则 当量载荷 因，故应按计算，由课本表10.3 取温度系数则 4.2.2、 轴II上的轴承选择和寿命计算查表选择角接触球轴承7005C,该轴承参数如下d=25mm,D=47mm,B=12mm, ,采用脂润滑,极限转速为12000r/min。 求轴承支反力水平支反力垂直支反力合成支反力 计算轴承所受当量动载荷派生轴向力 轴承所受的轴向载荷 因 轴承受中等载荷冲击，取载荷系数计算判断系数e 查课本表10-6，用插值法求得 插值法得 插值法得 则 当量载荷 因，故应按计算，由课本表10.3 取温度系数则 4.2.3、 轴III上轴承的选择和寿命计算 轴III上

19、的轴承只受径向力的作用，故当量动载荷轴承受中等载荷冲击，取载荷系数合成支反力 则 4.3、键的选择和强度校验选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键。 I轴与联轴器相连的键，由轴径选择键挤压强度条件为 其中 由课本表3.2查得 则满足强度要求。 II轴与轮毂相连的键，由轴径选择I键和II键挤压强度条件为 其中 由表3.2查得 则 满足强度要求。则 满足强度要求。 III轴与联轴器相连的键，由轴径选择I、III键和轴与轮毂相连的键，由轴径选择II键挤压强度条件为 其中 由表3.2查得 则 满足强度要求。则 满足强度要求。n=25.1 r/min=9.35 Nm=

20、38.36 Nm =121.04Nm=59.09 Nm =221.12 Nm公差组8级合适=122251公差组8级合适与估值接近公差组8级1.57 5、 减速器的设计5.1、箱体的设计计算减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮挂合质量，大端盖分机体采用配合.1. 机体有足够的刚度在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为40mm。为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.33. 机体

21、结构有良好的工艺性.铸件壁厚为8，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便.4. 对附件设计A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M8紧固B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D

22、 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.E 启盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹.F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.G 吊钩：在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体.减速器机体结构尺寸如下：名称符号计算公式结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘厚度12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M18地脚螺钉数目查手册6轴承旁联接螺栓直径M14机盖与机座联接螺栓直径=

23、（0.50.6）M10轴承端盖螺钉直径=（0.40.5）M10M12视孔盖螺钉直径=（0.30.4）M8定位销直径=（0.70.8）M8，至外机壁距离查机械课程设计指导书表4242016，至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书表42214外机壁至轴承座端面距离=+（812）49大齿轮顶圆与内机壁距离1.212齿轮端面与内机壁距离10机盖，机座肋厚9 7轴承端盖外径+（55.5）112（1轴）97（2轴）130（3轴）轴承旁联结螺栓距离120（1轴）127（2轴）142（3轴）5.2、减速器的润滑与密封该二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封, 凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为 ,密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。6、 参考文献1.程志红主编。机械设计。南京：东南大学出版社