中南大学机械课程设计——绞车传动装置

1、中南大学 机械设计基础课程设计 设计计算说明书题 目：绞车传动装置院 系：材料科学与工程学院专 业：姓 名：班 级：学 号：指导教师：郑志莲二零一五年一月目 录第一章 总体方案的确定 3第二章 传动部件设计与计算 6第三章 齿轮的设计与校核 8第四章 轴和联轴器材料选择和主要零件 15第五章 主动轴的设计 17第六章 从动件的设计 20第七章 轴承的校核24第八章 键及联轴器的选择 25第9章 箱体及附件的设计 25第10章 课程小结 28 第十一章 参考文献 29第1章 总体方案的确定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卷筒圆

2、周力F/N25000卷筒转速n(r/min)50卷筒直径D mm400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

3、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:=所以： =其中F为卷筒圆周力的有效功率，由已知条件可以得到为卷筒效率，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：= 式中，、分别为联轴器、减速器齿

4、轮、轴承、开式齿轮、卷筒轴的轴承及卷筒的效率。由表9.4可以查到=0.97、=0.97、=0.99、=0.96 =0.98，=0.96则：= =0.890又已知卷筒卷速n为50r/min,卷筒直径D为400 mm,故电动机所需的工作功率为: =（F×n××D）/（60×1000×1000× ）=29.40kw123.2. 确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为 =50 r/min按推荐的合理传动比范围，取单级齿轮传动比 i=36,则总传动比的范围为=936故电动机转速的可选范围为 = ×=（936）×50r/min =

5、4501800r/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Y200L1-230kw3000r/min2950r/minY200L-430kw1500r/min1470r/minY225M-630kw1000r/min980r/minY250M-830kw750r/min730r/min

6、=0.890=29.40Kw=4501800r/min电动机型号为：Y225M-6=980 r/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 = /=980/50=19.62.1.3分配传动比 i=根据文献2表2.2推荐传动比的范围，选取开式齿轮传动的传动比i1=4.9，则一级斜齿圆柱齿轮减速器的传动比为：i2=i总i1=19.64.9=4.92.2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 = =980r/min 轴 =980/4=245r/min

7、轴（输出轴） =245/4.9=50 r/min 2.2.2各轴的输入功率I轴 =29.400.992=29.16kwII轴 =29.16×0.991×0.97=28.06 kwIII轴（输出轴） =28.06×0.99×0.95=26.42 kw2.2.3各轴的输入转距电动机的输出转距为=9.55×=9.55××29.40/980=286.5N.m I轴 =10.24××0.97=284.16 N.mII轴 =9.933××0.97×3.5=1093.77 N.mIII轴（

8、输出轴）=3.372××0.99×0.96×4.5=5046.22 N.m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/min98098024550功率Kw29.4029.1628.0626.42转矩N·mm1.024×9.933×3.372×1.442×i =19.6=4.9=4=980r/min=2745r/min= 50/min =29.16kw=28.06 kw=26.42 kw=286.5N.m=284.16 N.m=1093.77 N.m=5046.22 N.m第

9、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：由表11.8，选择小齿轮材料45号钢，调质处理，硬度为230HBS，大齿轮材料45钢，调质处理，硬度为210HBS；参考表11.20，可选精度等级为8级.要求齿面粗糙度Ra3.26.3.因=4取=30，= ·=30×4=120取=120实际传动比 U=/=120/30= 4在传动比范围内。3.1.2确定设计准则 由于该减速器为闭式软齿面传动HBS210,所以齿面点蚀为主要失效形式，先按齿面接触疲劳强度进行计算，确定齿轮的你主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲疲劳

10、强度。3.1.3齿面接触疲劳强度设计:计算公式按式11.36 （1） 转矩、载荷系数K、齿宽系数、螺旋角取=1034，软齿面齿轮，对称安装，取=0.8。由表11.10取载荷系数K=1.5，初选螺旋角=10.（2） 弹性系数由表11.11查得=188.0(3) 许用接触应力= 531.82Mpa，=500Mpa。由表11.9查取安全系数=1.1由式11.15可得： =531.82Mpa=500Mpa 将有关数据代入以上公式得: =105.1mm 由表11.3取标准模数=3.5 （6）确定中心距a和螺旋角 圆整中心距后确定的螺旋角 3.2 主要尺寸计算 b=0.8105.1mm=84.48mm 取

11、=90mm； /b=1.3.1.3 3.3按齿根弯曲疲劳强度校核（1） 当量齿数 （2） 齿形系数查表11.12得 , (3) 应力修正系数 查表11.13得 ，（3） 许用弯曲应力由图11.26查得MPa，MPa由表11.9 由图11.27 =1由式11.16 故 齿根弯曲强度校核合格 3.4验算齿轮的圆周速度 由表11.2可知 选8级精度是合适的3.5齿轮几何尺寸计算齿顶圆直径 齿全高 h=(2ha*+c*)m=(2+0.25)x3.5 = 7.9 mm齿厚 S= p/2 = 5.50 mm齿根高 Hf=（ha*+c*）m=4.38 mm齿顶高 Ha=ha*m=3.5齿根圆直径 3.6.开

12、式齿轮传动的设计计算3.6.1选择材料、热处理、齿轮精度等级和齿数：由表11.8，选择小齿轮材料40 Cr，表面淬火，硬度为4855HBS，选择大齿轮材料40 Cr，表面淬火，硬度为4855HBS；参考表11.20，可选精度等级为9级.要求齿面粗糙度Ra3.26.3.因=4.9取=20，= ·=20×4.9=98取=98实际传动比 U=/=98/20= 4.9在传动比范围内。3.6.2确定设计准则 由于该减速器为闭式软齿面传动HBS210,所以齿面点蚀为主要失效形式，先按齿面接触疲劳强度进行计算，确定齿轮的你主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲疲劳强度。3.6

13、.3齿面接触疲劳强度设计:计算公式按式11.36 （2） 转矩、载荷系数K、齿宽系数、螺旋角取=1093.77N.m，软齿面齿轮，对称安装，取=0.8。由表11.10取载荷系数K=1.3，初选螺旋角=15.（3） 弹性系数由表11.11查得=188.0(4) 许用接触应力= 1200Mpa，=1180Mpa。由表11.9查取安全系数=1.1由式11.15可得： =1090.9Mpa=1072.7Mpa 将有关数据代入以上公式得: =103.5mm =507.3 mm 由表11.3取标准模数=5 （6）确定中心距a和螺旋角 圆整后取a=306mm 圆整中心距后确定的螺旋角 3.7 主要尺寸计算

14、b=0.8104mm=83.2mm 取=90mm； /b=1.3.1.3 3.8按齿根弯曲疲劳强度校核（4） 当量齿数 （5） 齿形系数查表11.12得 , (3) 应力修正系数 查表11.13得 ，（6） 许用弯曲应力由图11.26查得MPa，MPa由表11.9 Sf=1.25由式11.16 故 齿根弯曲强度校核合格 3.9验算齿轮的圆周速度 由表11.2可知 选9级精度是合适的3.10齿轮几何尺寸计算齿顶圆直径 齿全高 h=(2ha*+c*)m=11.25 mm齿厚 S= p/2 = 7.85 mm齿根圆直径 =30=120K=1.5=0.8=531.82Mpa=500Mpa=3.5a =

15、 266.5mm= 7.9d1=106.6mmd2=426.5mm=90mm=85mm=126.78Mpa=104.23Mpa=20=98K=1.3=0.8=5a = 305.4mmd1=103.5mmd2=507.3mmb1=90mmb2=85mm=720Mpa=700Mpa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，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

16、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4-1 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,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. 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查表可得取K=1.5, =284.16N.m 2.选择联

17、轴器的型号 查手册可得,选择用TL8型联轴器，其许用转矩=300Nm，轴孔直径为112mm.符合要求。4.1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45钢调质，硬度为220250HBS， 大齿轮选用45钢正火，硬度170210HBS。参考机械设计课本中表6-5可选精度等级为9级，要求表面粗糙度6.3. 。4.2确定设计准则 由于该减速器为闭式软齿面传动HBS350,所以齿面点蚀为主要失效形式，先按齿面接触疲劳强度进行计算，确定齿轮的你主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲疲劳强度。 第5章 主动轴的设计 5.1 选择轴的材料，确定许用应

18、力 由已知条件可知，此减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求。故选45钢并经调质处理，由表16.1查得强度极限 5.2按扭转强度估算轴径 据表16.2得 C =，取C=115又由式16.2得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽的存在，故直径加大，由设计手册取标准值38mm 5.3轴承的初选 由于斜齿轮传动，轴承初选深沟球轴承6311，d=55mm,D=120mm,B=29mm。 5.4设计轴的结构并绘制草图 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。（1） 确定轴上零件位置和固定方式要确定轴的结构形式，必须先确定轴上零件

19、的装配顺序和固定形式。齿轮从轴的左端装入，齿轮的左端用套筒定位，右端用轴肩固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮两侧，其轴向用轴肩和轴承端盖固定，周向采用过盈配合固定。=284.16N.m联轴器符合要求（1） 确定各轴段直径 轴段1直径最小，d1=45mm；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为了能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故轴段2的直径：d2=54mm；用相同的方法确定轴段3、4的直径d3、d4分别为：55mm、60mm；为了便于拆卸左轴承，可查安装高度为3.5mm，取d5=70mm，

20、d6= 55mm。确定各轴段的长度： 齿轮轮毂宽度为44mm，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略微短于齿轮轮毂的宽度，却为42mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应有一段间距，取间距为20mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔内（轴承宽度29mm），并考虑轴承的润滑，取轴端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段4长度为88mm，轴承支点距离mm,根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一段距离的要求，取l=75mm；查阅联轴器相关资料取l=70mm；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约510mm，键槽宽度按轴段直径可查手册得到。

21、 5.5按弯扭合成强度校核轴径小齿轮受力：圆周力 Ft = 5331.3 N轴向力 Fa = 940.1N径向力 Fr = 1970.3N齿轮分度圆直径 d=106.6 N L = L3+L4+L5+L6-29 = 143 mm （1）画出轴的受力图 （2）作垂直面内的弯矩图。支承反力为 （3） 作垂直面里的弯矩图（4） 水平面的支撑反力 2截面处弯矩为 （4）作合成弯矩图 （5）作转矩图 =9.55×=9.55××10.4/970=284158.3N.mm (6)求当量弯矩 因减速器传动可逆，故修正系数=1 171830.4 d = 30.6 mm 因此 此轴强

22、度符合d1=45mmd2=54mmd3=55mmd4=60mmd5=70mmd6=55mmL1=110mmL2=60mmL3=42mmL4=88mmL5=8mmL6=34mm Ft = 5331.3 N Fa = 940.1N Fr = 1970.3Nd=106.6 NL=L3+L4+L5+L6-29=143mm =284158.3N.mm171830.4第6章 从动轴设计 6.1选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件可知，此减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求。故选45钢并经调质处理，由表16.1查得强度极限 6.2按扭转强度估算轴径 据表16.2得 C =，C取115又由式16.2

23、得 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器，会有键槽的存在，故直径加大，由设计手册取标准值60mm 6.3轴承的初选 由于斜齿轮传动，轴承初选深沟球轴承6315，d=75mm,D=160mm,B=37mm。 6.4设计轴的结构并绘制草图 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。（1） 确定轴上零件位置和固定方式要确定轴的结构形式，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定形式。齿轮从轴的右端装入，齿轮的右端用套筒定位，左端用轴肩固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮两侧，其轴向用轴肩和轴承端盖固定，

24、周向采用过盈配合固定。（2） 确定各轴段直径轴段1直径最小，d1=60mm；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为了能很顺利地在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故轴段2的直径：d2=70mm；用相同的方法确定轴段3、4的直径d3、d4分别为：75mm、80mm；为了便于拆卸左轴承，可查轴承的安装高度为10mm，取d5=90mm，d6= d3=75mm。确定各轴段的长度： L1 = 90-2 = 88 mm L2 = 60 mm L3 = 52.5mm L4 = 83 mm L5 = 10.5mm L6 = 42 mm 6.5按弯扭合成强度校核轴径 （

25、1）画出轴的受力图 （2）作水平面内的弯矩图。支点反力为 1截面处弯矩： 1截面处弯矩： （3）作垂直面里的弯矩图 1截面右侧面弯矩为 1截面左侧面弯矩为 5102.5 2截面处弯矩为 2355（4）作合成弯矩图 1截面 89261.0 114681.3 2截面 =41197.4 （5）作转矩图 =9.55×=9.55××9.688/277=3.3×N.mm(6)求当量弯矩 因减速器传动可逆，故修正系数=1 1截面 349359 332561 7）确定危险截面及校核强度 由图可看出，1,2截面所受转矩相同，但弯 ，且轴上还有键槽，故1截面可能为危险截面，

26、但轴径故也应对2截面校核。 21MPa 20MPa 查表得16.3得 ，所以满足条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕度。 d=55.8mmd1=60mmd2=70mmd3=75mmd4=80mmd5=90mmd6=75mmL1 = 88 mmL2 = 60 mmL3 = 52.5mmL4 = 83 mmL5 = 10.5mmL6 = 42 mm 第7章 轴承的校核7.1、轴承类型的选择根据载荷条件、承载转速、调心性能、安装及拆卸要求、经济性等条件。初步选定深沟球轴承6311和6315计算步骤与说明计算结果 （1）6311型校核 查手册得 D=55mm 轴承的预期寿命 查表17.8 动载荷系数

27、 所以 当量动载荷 取 所以所选轴承满足条件 （2）6315型校核 因为从动轴上当量动载荷与主动轴上一样，而且转速低于主动轴，所以6315型定满足要求。 第8章 键及联轴器的选择8.1 键的选择 键应该选择平键A型，查表得：主动轴段1键槽宽b为12mm，键高h为8mm，键长为90mm；主动轴段3键槽宽b为16mm，键高h为10mm，键长为70mm；从动轴段1键槽宽b为16mm，键高h为10mm，键长为63mm；从动轴段3键槽宽b为22mm，键高h为14mm，键长为63mm；8.2 联轴器的选择半联轴器的材料常用45、20Cr钢，也可选用ZG270500铸铁。链齿硬度最好为40HRC45HRC。

28、联轴器应有罩壳，用铝合金铸成。用单排链时，滚子和套筒受力，销轴只起联接作用，结构可靠性好；用双排链时：销轴受剪力，承受冲击能力较差，销轴和外链板之间的过盈配合容易松动。在高速轻载场合，宜选用较小链节距的链条，重量轻，离心力小；在低速重载场合，宜选用较大链节距的链条，以便加大承载面积。链轮齿数一般为1222.为避免过渡链节，宜取偶数。因为轴直径为30mm，查表弹性柱销联轴器可知选用HL3型号。第9章 箱体及附件的设计箱体的基本结构设计箱体是减速器的一个重要零件，它用于支持和固定减速器中的各种零件，并保证传动件的齿合精度，使箱体内有良好的润滑和密封。箱体的形状较为复杂，其重量约占减速器的一半，所以箱体结构对减速器的工作性能