课程设计---卷扬机

1、 课 程 设 计 说 明 书课程设计名称： 机械课程综合设计 题 目： 卷扬机传动装置的设计 学 生 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 指 导 教 师： 日期：2014 年 12 月 30 日设计题目：卷扬机传动装置的设计1. 前言 卷扬机（又叫绞车）是由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主。电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好，能令空钩快速下降。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。2. 设

2、计题目概述 21设计要求2.1.1工作条件 用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，三班制工作，工作平稳。2.1.2使用期限 工作期限为十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小时，检修期间隔为三年2.1.3产批量及加工条件 小批量生产，无铸钢设备。2.1.4 动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳21.5该装置的参考图如下：2.1.6设计数据牵引力F/KN12牵引速度v/(m/s)0.3卷筒直径D/mm4702.2 设计任务1）确定传动方案；2）选择电动机型号；3）设计传动装置；4）选择联轴器；2.3成果要求 1)减速器装配图一张 2）零件工作图二张（大齿轮、输

3、出轴） 3）设计说明书一份3 确定传动方案3.1 传动方案 传动方案一般用机构简图表示。它反映运动和动力传递路线和各部件的组成和连接关系。合理的窗洞方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，转速和运动形式。此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠。结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、经济性合理等要求、要同时满足这些要求是很困难的，因此要通过分析比较多种方案，来选择能保证重点要求的传动方案。（参考机械设计课程设计手册）3.1.3确定传动方案：传动方案的选择主要考虑： 1）在电动机与减速器是用联轴器连接还是用带连接；2）减速器是选择一级还是二级。电动机与减

4、速器是用联轴器连接还是用带连接主要取决是传动装置的总的传动比，若总的传动比大于等于40，则选择带连接，小于40，则选择联轴器。减速器是选择一级还是二级这主要取决于减速器的传动比，若减速器的传动比大于等于8，则选用二级减速器；小于8，则选择一级减速器。传动方案如下图1所示：图14. 确定电机型号4.1 电动机的选择4.1.1 电动机的类型和结构形式 电动机选择Y系列三相交流异步电动机，电动机的结构形式为封闭式。4.1.2 确定电动机的转速 由于电动机同步转速愈高，价格愈贵，所以选取的电动机同步转速不会太低。在一般械中，用的最多的是同步转速为1500或1000的电动机。这里1500的电动机。4.1

5、.3 确定电动机的功率和型号 1.计算工作机所需输入功率 由原始数据表中的数据得 2.计算电动机所需的功率 式中，为传动装置的总效率 式子中分别为传动装置中每对运动副或传动副的效率。 带传动效率 一对轴承效率齿轮传动效率联轴器传动效率 滚筒的效率 总效率 取运输带转速由推荐的传动比合理范围，v带的传动范围一般取24，二级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围840.则总的传动比范围，i=16160故电机的可选转速为：由于电动机同步转速越高，价格越贵，所以选取的电动机同步转速不会太高。在一般机械中，用的最多的是同步转速为1500或1000r/min的电动机。这里选1000r/min的Y132M2-6三相

6、交流异步电动机，满载960r/min，额定功率5.5KW,质量84kg.5.设计传动装置5.1计算总传动比和分配各级传动比5.1.1确定总传动比电动机满载速率，工作机所需转速总传动比为各级传动比的连乘积，即5.1.2分配各级传动比总传动比初选带轮的传动比，减速器传动比取高速级齿轮传动比为低速级齿轮传动比的1.3倍，所以求的高速级传动比=5.2，低速级齿轮传动比=3.695.2计算传动装置的运动参数和动力参数 5.2.1计算各轴的转速 传动装置从电动机到工作机有三个轴，依次为I,II,III轴。 5.2.2计算各轴的输入功率 5.2.3计算各轴的输入转矩 6带传动 6.1.确定计算功率并选择V带

7、的带型 1.确定计算功率 由表查的工作情况系数，故 2.选择V带的带型 根据， 查图选用A型。6.2确定带轮的基准直径并验算带速1.初选小带轮的基准直径。查表，取小带轮的基 。2.验算带速。验算带的速度 因为，故带速合适。3.计算大带轮的基准直径,计算大带轮的基准直径 圆整为mm。6.3确定V带的中心距和基准长度 1.根据: 初定中心距为。 2计算所需基准长度 选带轮基准长度。3.计算实际中心距。 中心距的变化范围为。 6.4验算带轮包角: 6.5计算带的根数 1.计算单根V带的额定功率 由和，查表得 根据，和A型带查表得 查表得，表82得，于是得： 2.计算V带的根数Z，得： 取5根 6.6

8、确定带的初拉力和压轴力由表得A型带单位长度质量，所以得： 应使带的实际初拉力 压轴力最小值，：6.7.校核 6.8带轮的结构设计1.带轮材料的确定大小带轮材料都选用HT2002.带轮结构形式小带轮选用实心式，大带轮选用孔板式（6孔）.7.齿轮传动7.1高速级齿轮传动7.1.1选择精度等级，材料及齿数 1.卷扬机为一般工作机，速度不高，故选用7级精度。 2.材料选择。选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。3.选小齿轮齿数，大齿轮齿数 7.1.2齿轮强度设计 1.按齿面接触强度设计试算，即（1）确定公式内的各

9、计算数值 1）试选载荷系数 2）小齿轮的传递转矩由前面算得 3）由表选取齿宽系数 4）由表查得材料的弹性影响系数。 5）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限； 大齿轮的接触疲劳强度极限。 6）计算应力循环次数 7）取接触疲劳强度寿命系数， 8）计算接触疲劳许用应力：（取安全系数S=1）取1和2中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即=599.5MPa 9）选取区域系数10）计算接触疲劳强度用重合度系数。 （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，有计算公式得 2）计算圆周速度 3）计算齿宽b及模数4）计算载荷系数K查得使用系数根据v=1.17m/s.,7级精度，查得动载系数齿轮的圆周力。查表得齿

10、间载荷分配系数=1.2由表用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数=1.421 5）按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径，得 6）计算模数2.按齿根弯曲疲劳强度设计1) 确定公式中各参数试选计算弯曲疲劳强度用重合度系数。计算由查得齿形系数，由查得应力修正系数，由查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为，由图查得弯曲疲劳寿命系数，取弯曲疲劳安全系数S=1.3得因为大齿轮大于小齿轮，所以取=2）试算模数（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v. 齿宽b 宽高比b/h 2) 计算实际载荷系数 根据v=0.8708m/s,7精度，由图查得动载系数=1

11、.01 由查表得齿间载荷分配系数=1.0 由表用插值法查得=1.418，结合图，得=1.38.则载荷系数为 3） 由式，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.208mm，圆整为m=2.5mm，同时满足接触疲劳强度需按接触疲劳强度算得的分度圆直径计算齿数。 取，则 取7.1.3几何尺寸计算1.计算大小齿轮分度圆直径 2.计算中心距将中心距圆整为=260mm。3.计算齿轮宽度一般小齿轮略宽(510

12、)mm,，故取，2.齿面接触疲劳强度校核已知：3.齿根弯曲疲劳强度校核已知 带入得 4.结构设计及绘制齿轮零件图5.主要涉及结论，齿数，模数mm,压力角中心距mm,齿宽。小齿轮选用40Cr(调质)，大齿轮选用45钢（调质），齿轮按7级精度设计。7.2低速级齿轮传动7.2.1选择精度等级，材料及齿数 1.卷扬机为一般工作机，速度不高，故选用7级精度。 2.材料选择。选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45刚（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 3.选小齿轮齿数，大齿轮齿数7.2.2齿轮强度设计 1.按齿面接触强度设计 试算，即（1）确定公式内的各

13、计算数值 1）试选载荷系数 2）小齿轮的传递转矩由前面算得 3）由表选取齿宽系数 4）由表查得材料的弹性影响系数。 5）由图选取区域系数6）由图计算接触疲劳强度用重合度系数7）按表面接触疲劳计算接触疲劳许用应力由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。由式计算应力循环次数由图取接触疲劳强度寿命系数， 计算接触疲劳许用应力，由式：（取安全系数S=1）取1和2中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即=649MPa 2）试算小齿轮分度圆直径，有计算公式得 （2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备计算圆周速度 计算齿宽b 2）计算载荷系数K由表查得使用系

14、数根据v=0.313m/s.,7级精度，由图查得动载系数齿轮的圆周力。由式查表得齿间载荷分配系数=1.2由表用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数=1.425 5）按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径，由式得 6）计算模数2.按齿根弯曲疲劳强度设计(1)由式1)确定公式中各参数试选由式计算弯曲疲劳强度用重合度系数。由式，可得计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数。 计算由当量齿数，查图查得齿形系数， 由图查得应力修正系数， 由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为，查图查得弯曲疲劳寿命系数， 取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由得因为大齿轮大于小齿轮，所以取=2）试算模

15、数（2）调整齿轮模数1）计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v. 齿宽b 宽高比b/h 3) 计算实际载荷系数 根据v=0.277m/s,7精度，由图查得动载系数=1.01 由查表得齿间载荷分配系数=1.2 由表用插值法查得=1.423，结合，查图，得=1.43则载荷系数为 3） 可得按实际载荷系数算得的齿轮模数由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.95mm，圆整为m=3mm，同时满足接触疲劳强度需按接触疲劳强度算得的分度圆

16、直径计算齿数。 取，则 7.2.3几何尺寸计算1.计算中心距将中心距圆整为2472.按圆整后的中心距修正螺旋角3.计算大小齿轮分度圆直径 4.计算齿轮宽度一般小齿轮略宽(510)mm,，故取， 7.2.4圆整中心距后的强度校核齿轮副的中心距圆整之后，等均产生变化，应重新校核齿轮强度，以明确齿轮的工作能力。1. 齿面接触疲劳强度校核 按前面类似做法，计算各参数将他们带入，得到 满足齿面接触疲劳强度条件2. 齿根弯曲疲劳强度校核 按前述类似做法，先计算各参数，步骤不一一列出， 带入式得 齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮3.结构设计及绘制齿轮零件图4.主要涉及结论

17、，齿数，模数mm,压力角,中心距mm,齿宽。小齿轮选用40Cr(调质)，大齿轮选用45钢（调质），齿轮按7级精度设计。8.轴系部件设计8.1第轴设计8.1.1初算第III轴的最小轴径1.输出轴上的功率，转速，转矩由前面算得：， 2.求作用在齿轮上的力低速级大齿轮的分度圆直径3.初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表，取,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处直径，故需同时选取联轴器的型号。查表考虑到转矩变化小，故取。则联轴器的计算转矩。按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查GB/T50142003，选用HL7弹性柱销联轴器，其公称转矩为.半

18、联轴器的孔径，故取，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。8.1.2第III轴的结构设计1.各段轴直径的确定如下：位置直径（mm）理由65由前面算得半联轴器的孔径73为满足半联轴器轴向定位要求，轴段需制出一个轴肩， ，故取。75根据选取0基本游隙组标准精度级的单列圆锥滚子轴承30315其尺寸为。故。 87左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位由2上差得30315型轴承的定位轴肩高度，因此取。89齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处直径，齿轮处直径见段理由。77取安装齿轮处的轴段直径。75见段理由。2.各轴段长度的确定如下：位置长度（mm）理由105为保证轴承挡圈只压在半联轴器上而不压在

19、轴的端面上，故段长度应比略短些，取。50轴承端盖总长度为20mm，取端盖外端面与半联轴器右端面间距离,故取。40为联轴器长度，故 9712轴环处轴肩高度，轴环宽度，取100已知齿轮轮毂宽度为104mm，为了使套筒可靠地压紧齿轮，次轴段略短于轮毂宽度，故取68取齿轮距箱体内壁距离为，第II轴上大齿轮距第III轴上大齿轮。考虑到箱体铸造误差，在确定滚动轴承时应距箱体内壁一段距离,取。滚动轴承宽度。第II轴上大齿轮轮毂长。则 3.轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由表查得平键截面,建长用键槽铣刀加工，长为56mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂

20、与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的链接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.4.确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表，选轴端倒角为C2,各轴肩处的圆角半径如图15-26所示5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴的支点位置时，应从手册中查取（参看图）。对于30315圆锥滚子轴承，由手册中查得=32mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的界面处的的值如下图：载荷 水平面H 垂直面V支反力F 弯矩M 总

21、弯矩 扭矩T 1725900N.mm6按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度。根据15-5及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力（W为抗弯截面系数，由表，W=0.1，d=77mm）前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表查得，因此，故安全。7精确校核轴的疲劳强度（1）.判断危险截面截面A、II、III、B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A、II、III、B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看

22、，截面IV和V处过盈配合引起的应力集中最严重；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截面IV的相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核，截面C上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核左右两侧即可。（2）、截面VII右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面VII右侧的弯矩 截面VII的扭矩 =3720700截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力 轴的材料为45钢，调制处理。由表查得，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2查取。因，,经差值后可查得又由附图可得轴的材

23、料的敏感系数故有效应力集中系数按式（附3-4）为 由附图得尺寸系数，又由附图得扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则综合系数为 又由得碳钢的特性系数为： ，取 ，取于是，计算安全系数值，则得：故可知其安全。（3）、截面VII左侧抗弯截面系数按表公式计算 抗扭截面系数 截面VII右侧的弯矩 截面VII的扭矩 =3720700截面上的弯曲应力 截面上的扭转应力 过盈配合处的，由附表用插值法求出，并取，于是得 轴按磨削加工，由附图得表面质量系数为故得综合系数为： 于是，计算安全系数值，则得：故该轴在截面IV左侧的强度也是足够的。8.2第（II）轴设计8.2.

24、1初算第（II）轴的最小直径1.第（II）轴上输入功率，转速，转矩由前面算得， 2.分别计算大小齿轮上的力已知第（II）轴上大齿轮分度圆直 小齿轮上分度圆直径为3.初步确定轴的最小直径根据最小直径查2GB/T2971994选取30212。轴承的规格为4. .轴上零件的周向定位 小齿轮与轴的周向定位均采用平键连接,按由C表6-1查得平键截面,建长用键槽铣刀加工，长为56mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，大齿轮与轴的链接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.8.2.2第（II）轴的

25、结构设计1.确定轴的各段直径如表4位置直径（mm）理由50根据轴承的尺 55根据取小齿轮安装处直径。63小齿轮右端用轴肩定位，轴肩高度，取故，则轴环处直径。 55取大齿轮安装处直径。50根据轴承的尺 2.确定轴的各段长度为了使套筒可靠地压紧齿轮，分别使段和段长度略短于齿轮轮毂宽4mm。轴环处轴肩高度，轴环宽度。轴环处长度取其它轴的尺寸，根据第III轴算出的尺寸进行确定。8.3第（I）轴设计8.3.1初算第（I）轴的最小直径1.先按初步确定轴的最小直径。选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据表，取,， 根据最小直径选取30308轴承，尺寸为8.3.2第（I）轴的结构设计根据轴（I）端盖的总宽度及

26、外端盖距带轮的距离，取轴承外壁距带轮表面距离为50mm。即IIIII段长度为50mm。再根据轴（III），（II）数据，及确定的箱体内壁距离和带轮轮毂的长即可将整个轴的结构尺寸确定。8.3.3轴系零部件的选择根据前面轴的设计内容可以确定各个轴上的零部件。现将各轴系零件列表如下：轴承（GB/T2971994）键（GB/T10962003）联轴器（GB/T50141985）轴I30308（带轮）(小齿轮)轴II30315(小齿轮)(大齿轮）轴III30212(联轴器）(大齿轮)HL79.减速器装配图的设计9.1 箱体主要结构尺寸的确定9.1.1铸造箱体的结构形式及主要尺寸减速器为展开式二级圆柱齿轮

27、减速器，主要尺寸如下表：名称符号齿轮减速器箱座壁厚8箱盖壁厚8箱盖凸缘壁厚12箱座凸缘厚度12箱座底凸缘厚度20地角螺栓直径18地角螺栓数目4轴承旁连接螺栓直径14连接螺栓的间距150轴承端盖螺钉直径8视孔盖螺钉直径6定位销直径8至外箱壁距离24/20/16至凸缘边缘距离22/14轴承旁凸台半径18凸台高度低速轴承外径确定外箱壁至轴承座端面距离46铸造过度尺寸x,yx=5 y=25大齿轮顶圆与内箱壁距离10齿轮端面与内箱壁距离>8箱盖箱座肋厚 轴承端盖外径201箱体的总长度L910mm箱体的总宽度D230mm10.润滑 密封及其它10.1润滑1.齿轮的润滑因齿轮的圆周速度<12 m

28、/s，所以才用浸油润滑的润滑方式。高速级齿轮浸入油里约0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm）,1/6齿轮。2.轴承的润滑轴承采用润滑油进行润滑，润滑油直接采用减速器油池内的润滑油通过输油沟进行润滑。10.2密封为保证机盖与机座连接处密封，连接凸缘应有足够的宽度，连接表面应精创其表面粗糙度为Ra=6.3。密封的表面应进过刮研，而且凸缘连接螺柱之间的距离不应过大应均匀分布。轴承端盖选用凸缘式轴承盖易于调整，采用密封圈实现密封。端盖直径见表。密封圈型号根据轴承直径确定。密封圈材料为半粗羊毛毡。10.3其它（1）装配图图纸选用A1的图纸，按1：2的比例画。（2）装配前零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，机内不许有任何杂物存在，内壁图上不被机油侵蚀的涂料两次。（3）齿啮合侧隙用铅丝检验不小于0.6mm，铅丝不得大于最小侧隙的四倍。（4）用涂色法检验斑点，按齿高接触斑点不小于40%，按齿长接触斑点不小于50%，必要时间可用研磨或刮后研磨以便改善接触情况。（5）应调整轴承轴向间隙，F35为0.030.008mm F45为0.060.12mm F750.080.15mm.检查减速器剖封面，各接触面