机械设计绞车传动

1、机械设计基础课程设计专 业： 机电一体化专业班 级： 71381班设 计： 邓皓洁学 号： 201307081014指 导 教师： 常玮日 期： 2014.12.26目 录第1章 总体方案的确定1.1 任务分析、传动方案拟订1.2电动机的选择1.2.1选择电动机类型和结构形式1.2.2选择电动机的容量1.2.3.1电动机所需的工作功率123.2. 确定电动机的转速第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2.1.2 总的传动比2.1.3分配传动比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2.2.2各轴的输入功率2.2.3各轴的输入转距2.3轴的初步计算第3

2、章 齿轮的设计与校核3.1.减速齿轮传动的设计计算3.1.1选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数3.1.2齿面接触疲劳强度设计3.1.3按齿根弯曲疲劳强度校核3.2. 开式齿轮设计3.2 .1 选择材料.热处理,齿轮精度等级和齿数.第4章 轴和联轴器材料选择和主要零件4.1选择轴的材料，确定许用应力4.2联轴器的选择与校核4.2.1联轴器的选择4.2.2联轴器的校核第1章 总体方案的确定计算及说明结果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卷筒圆周力F/N10000卷筒转速n(r/min)45卷筒直径D mm500工作间隙每隔2分钟工作一次，停机5分

3、钟工作年限10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按工作要求和条件查表（设计指导书）P148附表8.6，选取YZR/YZ系列三相异步电动机。其具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用于短时或断续周期运行、频繁起动和制动、有时过载荷及有显著的振动与冲击的设备。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

4、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 =由电动机至工作机之间的总效率（包括工作机效率）为 =，式中，分别为联轴器、轴承、齿轮传动、开式齿轮、卷筒轴承和卷筒的效率。查（机械设计指导书）P6表2.3取=0.97、=0.97、=0.99、=0.96 =0.98，=0.96，则 =0.83又已知卷筒转速为45r/min,卷筒直径为500mm，所以电动机工作效率为=14.2KW123.2. 确定电动机的转速卷筒转速为45r/min,减速器传动

5、比为35，开式齿轮传动比为35，总传动比范围i=925.故电动机转速的可选范围为= ×=（925）×45r/min =4051125r/min符合这一范围的同步转速有750r/min、1000r/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750r/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YZR180L-813KW750r/min700r/min工作条件：每一工作周期为7min，即相当于等效启动60/

6、7次/h。电动机的基准负载持续率FC为29%FC=工作时间/一个工作周期。电动机的额定工作制为S3（断续周期工作制）。查取效率图后附。=0.83=14.5KW=4051125r/min电动机型号YZR180L-8 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 = /=700/45=15.562.1.3分配传动比 i=根据分配传动比的原则，机械设计课程设计手册可查得，减速器的传动比:35开式齿轮的传动比:,因此可以分配=4，=3.89。2.2计算传动装置及各轴的运动和动力参数

7、2.2.1各轴的转速I轴 = =700r/min 轴 =700/4=175r/min轴（输出轴） =175/3.89=45 r/min 2.2.2各轴的输入功率I轴 =14.50.97=14.065KWII轴 =14.065×0.97×0.99=13.507 KWIII轴（输出轴） =13.507×0.99×0.96=12.837 KW2.2.3各轴的输入转距电动机的输出转距为=9.55×=9.55××14.5/700=1.9×N.mm I轴 =19.8××0.97=19.2×N.mm

8、II轴 =19.2××0.97×4=7.45×N.mmIII轴（输出轴）=7.45××0.99×0.96×3.89=2.754×N.mm最后将所计算的结果填入下表：各轴参数表参 数轴 名电动机轴轴 轴轴转 速r/min70070017545功率Kw14.514.06513.50712.837转矩N·mm1.9×1.92×7.45×2.75×2.3轴的初步计算： 轴选用45钢，调质处理.C值查表得118106,可选C=100.由轴的设计公式得：由于上式求出的

9、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d100 mm时，单键应增大5%7%，双键应增大10%15%。所以：的最小直径为27.19mm 增大后取31mm的最小直径为42.58mm 增大后取49mm的最小直径为65.83mm 增大后取76mm第三章 齿轮的设计与校核3.1.减速齿轮传动的设计计算3.1.1选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数：由（机械设计指导书）P89附表2.8查，小齿轮材料选择40Cr合金钢，调质处理，硬度为207HBW，=980Mpa，=785 Mpa；大齿轮材料选用20CrMnTi合金钢，调质处理，硬度为21

10、7HBW， =1080Mpa，=835Mpa；参考（机械设计指导书）可选精度等级为8级.因=5取=20，= ·=5×20=100取=100实际传动比 U=/=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 取=1.92×，软齿面齿轮，对称安装，=0.81.4取=1.1。使用系数=1.25。试取动载系数=1.15。按齿轮在两轴承中间对称布置，取=1.06。 按齿面未硬化，斜齿轮，8级精度，/b<100N/mm =1.2。所以K=1.25×1.15×1.06×1.2=1.8285初步确定节点区域系数=2.

11、5，重合系数=0.87，确定弹性系数 =189.8 初步确定螺旋角=，则=0.97, = =0.98齿面接触许用应力 查取齿轮材料接触疲劳极限应力= 700Mpa，=660Mpa。查取安全系数=1.2。=583.3Mpa=550Mpa 将有关数据代入以上公式得: =65.4mm b=1.1×65.4mm=71.94mm 取小齿轮宽度=75mm，大齿轮宽度=70mm；=3.271mm，mn=m×cos=3.16取mn=3.2mm，m=强度足够.mt =3.27=m齿轮节圆直径d1= mz1 = 3.27×20=65.4mm，d2= mz2 = 3.27×1

12、00=327mm 按计算结果校核前面的假设是否正确齿轮节圆速度v=/60000=3.14×65.4×970/60000=3.32m/s v/100=3.32×20/100=0.66m/s，得=1.05，=2.15 = 2×100400/65.4=3070.34N/b=1.25×2048/5546.6<100原假设合理, =1.2。由机械设=5453.92Mp<583.33 Mp齿轮齿轮疲劳接触强度安全。3.1.3按齿根弯曲疲劳强度校核计算公式 = 小齿轮复合齿形系数=4.3，大齿轮复合齿形系数=3.86=1.69由公式： 得=0.6

13、93;则0.794弯曲疲劳许用应力 = 齿轮材料弯曲疲劳极限应力=290Mpa，=270Mpa。=1.25 曲 疲劳强度安全系数 比 比较，和的大小得到<,所以应该按大齿轮校核齿轮弯曲疲劳强度= =138.9Mpa<=216Mpa,弯曲疲劳强度足够。 3.2. 开式齿轮设计 开式齿轮常用于低速级,采用直齿将由齿根弯曲强度计算所得的模数增大10%-20%.在此要用耐磨材料. 已知 n2=175r/min,n3=45r/min,i=15.56, =19.2×N.mm3. 3.2.1 . 选择材料.热处理,齿轮精度等级和齿数. 查附表2.8得，选择小齿轮材料20Mn2合金钢，调

14、质处理,硬度187HBW, 8级精度=785MPa,=590MPa；大齿轮材料为40Cr合金钢调质处理硬度207HBW， 8级精度，=980MPa,=785MPa。因=3.89取=20，= ·=3.89×20=77.8实际传动比 U=/=100/20= 5在传动比范围内。按齿根弯曲强度设计: 小齿轮齿形系数=4.32，大齿轮齿形系数=3.8;由=1.69由公式： 得=0.694，= 齿轮材料弯曲疲劳极限应力=280Mpa，=260Mpa。弯曲疲劳强度安全系数比较，和的大小得到,所以应该按小齿轮校核齿轮弯曲疲劳强度硬面齿轮,悬臂安装,取齿宽系数.使用系数 动载系数,按齿轮在两

15、轴承中,悬臂布置,取,按齿面硬化,直齿轮,8级精度, 将模数圆整为标准值取m=6几何尺寸计算：=m=6×20mm=120mm,=m=6×77.8mm=466.8mm,a =()=(20+77.8)mm=293.4mm,b=0.6×120=72mm,取=72mm, =(510)=(6268）mm取=65mm.第4章 轴和联轴器材料选择和主要零件4.1选择轴的材料，确定许用应力选45钢，正火处理。根据许用切应力强度极限估计轴的最小直径，在前面设计选择联轴器的时候进行过初步计算。轴的初步计算知：的最小直径为27.19mm 增大后取31mm的最小直径为42.58mm 增大

16、后取49mm的最小直径为65.83mm 增大后取76mm由齿轮的初步设计可以看出，对小齿轮采用齿轮轴，对大齿轮采用腹板式。根据条件轴需要有如下基本的零件: 联轴器一个,轴承端盖两个，调整环一个，轴承一对，齿轮一个。根据条件轴需要有如下基本的零件:轴承端盖两个，调整环一个，轴承一对，齿轮一个。对输出轴轴需要如下基本的零件:轴承端盖两个，调整环一个，轴承一对，齿轮一个.对与四个轴相关的零件可列表如下: 表 与轴相联接的零件零件轴轴承轴承端盖调整环或套筒齿轮联轴器轴一对两个一个一个一个轴一对两个套筒两个两个无轴一对两个套筒两个一个无4.2联轴器的选择与校核4.2.1联轴器的选择 按工作情况,转速高低

17、,转矩大小及两轴对中情况选定联轴的类型.连接电动机和减速器的联轴器,为了减小起动转矩,应有较小的转动惯量和良好的减震性能.但在本设计中传递的转矩较小,所以也可选择刚性联轴器.可选择GT30对中榫凸缘联轴器. 4.2.2联轴器的校核 1.联轴器的计算转矩 选择工作情况系数K取K=1.7, 2.选择联轴器的型号,用GT30凸圆型联轴器，其许用转矩=500Nm，轴孔直径为30mm.符合要求。参 考 文 献1.机械设计基础 陈立德 罗卫平 主编 高等教育出版社 2013年7月第一版2. 机械设计基础课程设计指导书 第四版 陈立德主编 高等教育出版社 2013年7月第4版i=15.56=4，=3.89=700r/min=175r/min=45r