矿用回柱绞车传动装置设计-课程设计

1、机械设计课程设计计算说明书题目: 矿用回柱绞车传动装置设计姓名： 学院： 专业： 学号： 班级： 指导老师： 目 录一、机械设计课程设计任务书3（1）原始技术数据4（2）设计要求4（3）总体布置简图5二、机械装置的总体方案设计5（1）电动机选择6（2）分配传动比7（3）运动和动力参数计算8三、主要零部件的设计计算10（1）直齿轮传动设计计算10（2）蜗杆传动设计计算15（3）内啮合齿轮传动设计计算20四、传动轴设计计算26（1）电机轴的确定26（2）输入端联轴器祖选择26（3）高速轴设计计算26（4）蜗杆轴设计计算29（5）蜗轮轴设计计算33五、键连接及轴承设计计算36（1）键连接的选择及校核

2、36（2）轴承的校验37（3）联轴器的选择41五、减速器箱体及附件的设计选择（1）箱体结构尺寸42（2）减速器附件选择43六、参考文献45设计题目 F. 矿用回柱绞车传动装置设计1.设计条件（1）机器功用 煤矿井下回收支柱用的慢速绞车；（2）工作情况 工作平稳，间歇工作（工作于间歇时间比为1：2），绳筒转向定期变换；（3）运动要求 绞车绳筒转速误差不超过8%；（4）工作能力 储备余量10%；（5）使用寿命 10年；每年350天；每天8小时；（6）检修周期 一年小修，五年大修；（7）生产批量 小批生产；（8）生产厂型 中型机械厂。2.原始数据 题号钢绳牵引力（KN）钢绳最大速度（m/s）绳筒直径

3、（mm）钢绳直径（mm）最大缠绕层数F3450.202501563.设计任务 （1）设计内容 电动机选型；闭式式齿轮设计；减速器设计；联轴器选型设计；滚筒轴系设计；其他。（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1份。4.设计要求（1）要求蜗杆减速器设计成：阿基米德蜗杆减速器；圆弧齿轮柱蜗杆减速器；设计者自定的型式（2）第一级齿轮与蜗杆传动合并设计成闭式齿轮蜗杆减速器。设计计算依据和过程计算结果第一阶段一、总体设计1. 分析传动装置的组成和特点，确定传动方案2. 电动机选择（1）电动机输出功率计算若已知工作机上作用力和线速度时：若已知工作机上的阻力和转

4、速时： 本设计中:已知滚筒上钢绳的牵引力：钢绳的最大线速度：的计算：查表9-1得卷筒：滚动轴承：（低速）梅花弹性联轴器：（高速）挠性联轴器：卷绳轮：油池内油的飞溅和密封摩擦：8级精度油润滑的齿轮传动：油润滑的双头蜗杆：加工齿的开式齿轮传动（脂润滑）：（2）确定电动机型号：电动机所需额定功率和电动机输出功率之间有以下关系：根据工作情况取查表16-2得：综合选用电动机：Y180L-4 型额定功率=22KW，满载转速=1470r/min3.传动比分配（1）总传动比 滚筒最大直径=D+ mm式中： 绳筒直径；钢绳直径。滚筒的转速=（2）传动比分配联轴器： 外啮合齿轮传动比：蜗轮蜗杆：(ZA闭式)联轴器

5、： 内啮合齿轮：4.传动装置运动参数的计算 减速器传动装置各轴从高速至低速依次编号为：I轴、II轴、III 轴、IV轴。（1） 各轴转速计算电动机轴转速 第I轴转速 第II轴转速 第III轴转速 第IV轴转速 卷筒轴转速 （2）各轴功率的计算电动机轴功率 第I轴功率 第II轴功率 第III轴功率 第IV轴功率 卷筒轴功率 （3）各轴扭矩的计算电动机轴扭矩第I轴扭矩 第II轴扭矩 第III轴扭矩 第IV轴扭矩 卷筒轴扭矩 （4）各轴转速、功率、扭矩、传动比、效率列表轴号转速输出功率输出扭矩传动比效率电机轴147018.53120.38I147017.80115.6410.96II73515.76

6、204.7720.89III36.7512.543258.69200.80IV36.7511.803066.3910.94卷筒轴9.1910.8711295.814.000.92二、传动零件设计计算1. 直齿圆柱齿轮传动设计计算已知：高速齿轮传递功率小齿轮转速，传动比(1) 选择齿轮材料，确定许用应力由机械设计表10-1选小齿轮材料：40Cr调质，大齿轮材料：45钢正火，许用接触应力由机械设计式10-12：接触疲劳极限由机械设计图10-21得接触强度寿命系数，应力循环次数由机械设计式10-13由机械设计图10-19得，接触强度最小安全系数则许用弯曲应力由机械设计式10-12弯曲疲劳极限由机械设

7、计图10-20弯曲强度最小安全系数由机械设计图10-18得，(2) 齿面接触疲劳强度设计计算小轮分度圆直径由机械设计式10-9得齿宽系数由机械设计表10-7（按齿轮相对轴承为非对称布置）小齿轮齿数由推荐值内取大齿轮齿数齿数比传动比误差小轮转矩载荷系数使用系数由机械设计表10-2取动载系数由机械设计图10-8取齿间载荷分配系数由机械设计表10-3取齿间载荷分布系数由机械设计表10-4取载荷系数：材料弹性系数由机械设计表10-6取节点区域系数 故：齿轮模数由机械原理圆整 2.5圆周速度（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由机械设计式10-5a 齿形系数由机械设计表10-5小轮大轮应力修正系数由机械设计表

8、10-5小轮大轮故满足校核要求(4)齿轮其它主要尺寸计算小轮分度圆直径大轮分度圆直径齿根圆直径 齿顶圆直径 标准中心距齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽2. 减速器蜗杆传动设计计算 已知：选用ZA闭式，蜗杆传递功率:,蜗杆转速：，蜗轮转速：；(1) 材料选择：蜗杆：45号钢表面淬火，表面硬度：45-55HRC蜗轮：ZCuSn10P1（金属模铸造） 为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造（2）许用应力： 蜗轮许用接触应力蜗轮的基本许用接触应力，由机械设计表11-7查得 应力循环次数： 接触强度的寿命系数则蜗轮许用接触应力蜗轮的许用弯曲应力：蜗轮的基本许用弯曲应力，由机械设计

9、表11-8查得弯曲强度的疲劳寿命系数则蜗轮的许用弯曲应力(3)齿面接触疲劳强度设计计算 由机械设计式11-10 ：式中：蜗杆头数:蜗轮齿数:蜗轮转矩:载荷系数:取使用系数:动载系数:齿向载荷分布系数:则有：材料弹性系数：铸锡青铜查机械设计表11-2得模数:蜗杆分度圆直径:蜗杆导程角:蜗轮分度圆直径:蜗轮圆周速度:（4）齿根弯曲疲劳强度校核计算蜗轮齿根弯曲应力由机械设计式11-11得蜗轮齿形系数蜗轮的当量齿数蜗杆变位系数查机械设计图11-19 螺旋角影响系数 满足齿根弯曲疲劳强度要求 (5) 热平衡计算由机械设计式11-22可得蜗杆传动保持正常工作温度所需散热面积为传动效率:啮合效率:由机械设计

10、式11-20滑动速度:由查机械设计表11-18当量摩擦角则由于轴承摩擦及搅油时溅油耗损不大，故取 则大于原估计值0.80，所以不需重算散热系数按通风良好，取油的工作温度:周围空气温度:（6）其它主要尺寸计算 齿顶高系数蜗杆：蜗杆齿顶圆直径：蜗杆齿根圆直径蜗杆螺纹部分长度变位系数蜗轮：蜗轮喉圆直径蜗轮根圆直径蜗轮顶圆直径取蜗轮宽度 3.内啮合齿轮传动设计计算(滚筒齿轮组)已知：高速齿轮传递功率小齿轮转速，传动比小轮转矩（1）选择齿轮材料，确定许用应力由机械设计表10-1选小齿轮材料：40Cr调质， 大齿轮材料：45钢正火， 许用接触应力由机械设计式10-12接触疲劳极限由机械设计图10-21得接

11、触强度寿命系数，应力循环次数由机械设计式10-13知：由机械设计图10-19得，接触强度最小安全系数则许用弯曲应力由机械设计式10-12弯曲疲劳极限由机械设计图10-20弯曲强度最小安全系数由机械设计图10-18得，则(2) 齿根弯曲疲劳强度校核计算齿轮模数：载荷系数使用系数由机械设计表10-2取动载系数由机械设计图10-8取齿间载荷分配系数由机械设计表10-3取齿间载荷分布系数由机械设计表10-4取载荷系数：小轮转矩齿宽系数由机械设计表10-7（按齿轮相对轴承为非对称布置）小齿轮齿数由推荐值中取大齿轮齿数（圆整为72）齿数比传动比误差齿形系数由机械设计表10-5小轮大轮应力修正系数由机械设计

12、表10-5小轮大轮计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大则齿轮模数开式齿轮扩大圆整取 （3）齿面接触疲劳强度校核计算由机械设计式10-8节点区域系数 材料弹性系数由机械设计表10-6取（1） 齿轮其它主要尺寸计算小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径齿根圆直径 齿顶圆直径标准中心距齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽第二阶段一、装配图设计二、传动轴的设计计算1、电机轴的确定电机型号Y180L-4,按照此型号选取相应轴。2、输入端联轴器选择已知电机轴输出扭矩为120.38Nm，转速为1470r/min由机械设计课程上机与设计表14-6选用HL3型弹性柱销联轴器转速n=1470 r/min转矩T=120.38 Nm

13、轴孔长度L=82 mm,直径d=40mm3、 高速轴设计已知：传递功率，转速转矩： 轴上齿轮分度圆直径使用寿命：10年，350天/年，8小时/天1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据机械设计基础查表15-3知选取A0=126，于是得考虑到轴上有一个键槽，按轴径增大7%考虑故2、作用在齿轮上的力3、轴的结构设计1）轴上零件的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段、V-VI段轴安装轴承6012。2）为使轴承便于安装与拆卸，取I-II段轴长为15mm、V-VI段轴长为15mm，轴径为60mm。3）为便于轴承拆卸与定位取II-III、IV-V段轴长为1

14、1mm，轴径为64mm。4）III-IV段已知。5）VI-VII段取轴径54mm，轴长50mm。6）VII-VIII段与联轴器相连，由联轴器型号可取轴长70mm，轴径40mm。4、求轴上载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 5、按弯扭合成应力校核轴的强度结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面A是轴 的危险截面。所以只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计基础查得。因此，故安全。4、 蜗杆轴设计已知：传递功率，转速转矩： 轴上齿轮分度圆直径使用寿命：10年，350天/年，8小时/天

15、1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据机械设计基础查表15-3选取A0=126，于是得考虑到轴上有一个键槽，按轴径增大7%考虑故2、蜗轮作用在蜗杆上的力3、轴的结构设计1）轴上零件的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段轴用于安装齿轮，轴径60mm。轴长105mm。2）II-III段用于安装套筒并压住轴承，轴径72mm，轴长60mm。3）III-IV段用于安装轴承，轴径80mm。轴长19mm，轴承型号为61916。4）IV-V段轴承定位，轴径90mm。轴长10mm。5）V-VI段用于轴的加长，轴径80mm。轴长115mm。6）VI-VII段轴已

16、知。7）VII-VIII段用于轴的加长，轴径80mm，轴长85mm。8）VIII-IX段用于轴承定位，轴径90mm，轴长10mm。9）IX-X段用于安装轴承，轴径80mm，轴长53mm，轴承型号为一对30216轴承。10）X-XI段用于安装圆螺母，螺纹内径68.4mm，轴长37mm。4、求轴上载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 5、按弯扭合成应力校核轴的强度结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面A是轴 的危险截面。所以只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计基础查得。因此，故安

17、全。6、精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面 截面A上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径较大，故不必校核。截面应力集中，且左侧轴直径较小。故对截面左侧进行较核即可。（2）截面左侧截面左侧的弯矩M为截面左侧的扭矩为 截面上的弯曲应力 截面上的转切应力为轴的材料为45钢，调质处理。由机械设计基础查表得，由机械设计基础查表，经插值后查得，截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数，又由机械设计基础查得轴的材料敏感系数为，故有效应力集中系数为由机械设计基础查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，轴采用磨削加工，查表得表面质量系数为，轴表面未经强化处理，即，按机械设计基础计算式得综合系数值为又由机械设

18、计基础所学内容得碳钢的特性系数，于是，计算轴的疲劳安全系数为故轴的选用安全。5、蜗轮轴设计已知：传递功率， 转速转矩： 使用寿命：10年，350天/年，8小时/天1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据机械设计基础查表15-3选取A0=126，于是得考虑到轴上有一个键槽，按轴径增大7%考虑故2、作用在齿轮上的力3、轴的结构设计1）轴上零件的装配方案2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）I-II段、IV-V段轴安装轴承30224，内径120mm。2）为使轴承便于安装与拆卸，取I-II段轴长为43mm、IV-V段轴长为54mm，轴径均为120mm。3）为便于轴承拆卸与

19、定位取II-III段轴长为9mm，轴径为140mm。4）III-IV段用于安装蜗轮，取轴径128mm，轴长177.5mm。5）V-VI段取轴径110mm，轴长80mm。6）VI-VII段与联轴器相连，由联轴器型号可取轴长160mm，轴径100mm。4、求轴上载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 5、按弯扭合成应力校核轴的强度结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面A是轴 的危险截面。所以只校核截面A的强度。由于轴受的载荷脉动循环变应力，所以取。轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计基础查得。因此，故安全。三、键联接的选择及校核计算1）I

20、轴上与联轴器相联处键的校核公称直径，键 b×h×L=12×8×63 单键深度：轴槽深，轮毂槽深挤压强度=125MPa满足设计要求2）II轴上键的校核公称直径，键 b×h×L=18×11×100 单键深度：轴槽深，轮毂槽深挤压强度=125 MPa满足设计要求3）III轴上键的校核（1）与齿轮相联处公称直径，键 b×h×L=32×18×140 单键深度：轴槽深，轮毂槽深挤压强度=125 MPa满足设计要求（2）与联轴器相联处公称直径，键 b×h×L=28

21、15;16×140 单键深度：轴槽深，轮毂槽深挤压强度=125 MPa满足设计要求四、轴承的校验1、轴（高速轴）轴承6012轴承1所受径向力由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为查表可得Cr=31.5KN轴承寿命满足要求 2、蜗杆处轴承左边轴承：6216 轴承所受径向力为由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为查表可得Cr=71.5KN轴承寿命满足要求右边轴承30316：当指向里端轴承时偏于危险 轴承“1”被压紧，“2”被放松。计算轴承所受当量动载荷由于为一般载荷，所以载荷系数为工作温度小于，温度系数查表可得Cr=278KN轴承寿命满足要求3蜗轮处轴承 轴承型号为30224

22、 当指向里端轴承时偏于危险 轴承“1”被压紧，“2”被放松。计算轴承所受当量动载荷由于为一般载荷，所以载荷系数为工作温度小于，温度系数查表可得Cr=338KN轴承寿命满足要求五、联轴器的选择(1)由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为1.3，计算转矩查得HL7弹性柱销联轴器的许用转矩为，许用的最大转速为2240r/min，轴径选用100mm，此时合用。第三阶段设计一、减速器箱体及附件的设计选择（一）箱体结构尺寸目的分析过程结论下箱座壁厚15mm上箱座壁厚115mm箱座上的肋厚M20mm地脚螺栓直径ddbM16地脚螺栓通孔直径ddb13.5mm 地脚螺栓沉头座直径D024mm地脚

23、螺栓数目N4上下箱连接螺栓直径上下箱连接螺栓通孔直径D2M10D211mm上下箱连接螺栓沉头座直径D024mm轴承盖螺钉直径检查孔盖连接螺栓直径D3M8D4M6圆锥定位销直径D58mm减速器中心高H195mm轴承旁凸台高度h55mm轴承旁凸台半径r16mm箱体外壁至轴承座端面的距离K42mm轴承座孔长度50mm大齿轮顶圆与箱体内壁的距离11.95mm齿轮端面与箱体内壁的距离10mm（一）减速器附件的选择1 ,、通气器齿轮箱高速运转时内部气体受热膨胀，为保证箱体内外所受压力平衡，减小箱体所受负荷，设通气器及时将箱内高压气体排出。由机械设计手册选用通气器尺寸M18×1.52 、窥视孔和视

24、孔盖 为便于观察齿轮啮合情况及注入润滑油，在箱体顶部设有窥视孔。为了防止润滑油飞出及密封作用，在窥视孔上加设视孔盖。由机械设计手册取A=150mm 3 、油标尺油塞 为方便的检查油面高度，保证传动件的润滑，将油面指示器设在低速级齿轮处油面较稳定的部位。 由机械设计手册选用油标尺尺寸M164、油塞为了排出油污，在减速器箱座最低部设置放油孔，并用油塞和封油垫将其住。由<2P79表9-16> 选用油塞尺寸 M16×1.55、定位销 保证拆装箱盖时，箱盖箱座安装配合准确，且保持轴承孔的制造精度，在箱盖与箱座的联接凸缘上配两个定位销。由<2P142表14-3> GB117-86 A5×356 、启盖螺钉 在箱体剖分