二级圆柱齿轮设计说明书

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。本次设计就是对卷 扬机的减速器的设计。设计任务书 卷扬机传动装置设计 设计图例：1电动机 2 V 带传动 3 二级圆柱齿轮减速器4联轴器 5 卷筒 6 运输带设计要求：1）卷扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料。（2）室外工作，生产批

2、量为 5 台。（ 3）动力源为三相交流 380/220V，电动机单向运转，载荷较平 稳。（ 4）使用期限为 10 年，大修周期为 3 年，双班制工作。 （5）专业机械厂制造，可加工 7、8 级精度的齿轮、蜗杆。表 1 设计基本参数：数据编号10-6绳牵引力 W（KN ）10绳牵引力速度 v（ m/s）0.6目录电 动机的选择 .5传 动比的分配 .7运 动参数计算 8减 速器各级零件的初步选择 10齿轮的初步计算 10轴的设计 13轴承的选择 14键的选择 14各级零件校核 .15齿轮校核 .15轴的校核 .16 TOC o 1-5 h z 轴承的校核 .20键的校核 .22六 . 箱体及减速

3、器附件说明 23七. 参考文献 25八总结 . 26一、电动机的选择按工作要求选用 Y 系列全闭自扇冷式笼型三相异步电动机， 电动机额定电压 380 伏。查机械手册取机械效率：V 带传动效率 1 0.96，滚动轴承效率 2 0.99 ，闭式齿轮传动 效率 3 0.97 ，联轴器效率 4 0.99 ，传动滚筒效率 5 0.96， 代入得：420.96 0.994 0.972 0.99 0.96 0.825工作机所需功率：Fvpww 1000电动机所需功率：Pwpd所需电动机功率为：3Wv 10 103 0.6pdkw 7.27kwd 1000 1000 0.825因载荷较平稳，电动机额定功率 p

4、ed略大于 pd 即可。由Y系列电动机技术数据，选电动机额定功率ped为 7.5kw滚筒轴工作转速：60 1000v60 1000 0.647022.93r /min通常， V 带的传动比范围为 24，二级圆柱齿轮减速器为 840， 则总传动比的范围为 ia 16 160 ，故电动机的转速可选范围为：nd ianw (16 160) 22.93r /min 367 3670r /min 符合这一范围的同步转速有 750，1000，1500， 3000r/min 。 现以这四种方案进行比较， 由第六章相关资料查得的电动机数据 及计算出的总传动比：表 1-1 电动机参数方案电动机型号同步转速 /异

5、步转速传动比 ia1Y132S2-23000/29204.06i2Y132M-41500/14402i3Y160M-61000/9701.35i4Y160L-8750/720i表中，方案 1 的电动机质量小，价格便宜，但总传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故不可取。如考虑 电动机质量和价格，应选 2 方案，但 2 方案的传动比大。 4 方案 的价格较贵。则选 3 方案。即选定电动机型号为 Y160M-6、传动比的分配总传动比：ia nm970 42.30nw22.93分配传动装置各级传动比：取V 带传动比： i01 3齿轮减速器：ia 42.30i01314.10取两级圆柱

6、齿轮减速器高速级的传动比：i12 1.4 i 1.4 14.10 4.44则低速级的传动比i2314.104.443.17、运动和动力参数计算0 轴（电动机轴）P0 Pd 7.27kwn0 nm 970r /minP7.27T0 9550 0 9550 71.58N mn0970轴（高速轴）P1 P0 01 7.27 0.96 6.98kwn0 970i013323.3r /minP 6.98T1 9550 1 9550 206N mn1323.3轴 （中间轴 ）P2 P1 12 P1 2 3 6.98 0.99 0.97 6.70kwn2n1i12323.3 72.7r /min4.44T2

7、 9550 P2 9550 6.70 880N mn272.7P3 P2 23P2 26.70 0.99 0.97 6.43kwn 72.7n3 n2 72.7 22.9r /mini23 3.17T3 9550 P3 9550 6.4 2669N m3n322.9轴（滚筒轴）：P4 P3 34 P3 2 4 6.7 0.99 0.99 6.27kwn3n4 i3422.9122.9r /minT 4 9550 P4 9550 6.27 2615N m n422.9表 3-1 各轴运动和动力参数：轴名功率 p（ k w）转矩 T（ N m）转速 n (r/min )传动比i效率 输入输出输入输

8、出0轴7.2771.5897030.961轴6.986.91206203.9323.34.440.962轴6.706.63880871.272.73.170.963轴6.436.3726692642.322.910.984轴6.276.2126152558.922.9四、减速器各级零件的初步选择1、齿轮的初步计算1）齿轮材料的选择及热处理小齿轮： 40Cr，调质处理。硬度为 205235HB 大齿轮： 45 钢，调质处理。硬度为 195205HB 高速级和低速级大小齿轮均选用硬齿面渐开线直齿轮。由文献 3 图 16.2-17 ，16.2-26 查得H lim1 675MPa , H lim2

9、1500MPaFE1 575MPa , FE2 500MPa查1表 9.15 和3 16-44 可得SH min 1.5SF min 1.7取：K=1.5, a =0.4 ， d =1.1， m=25 ， YFs 4.25可求：许用接触应力： HP 1500 1000MPaHP 1.5许用弯曲应力： FP 1000 588MPaFP 1.7（2）齿轮精度按 GB/T 10095-1988，6级，齿面粗糙度 Ra =0.8 m，齿根喷丸强化， 装配后齿面接触率为 70%。（3）初步计算a、高速齿轮： 取 Z1=23，Z2=iZ 1=103 齿数比：Z2 4.48Z1传动比误差： i4.48 4.

10、444.44100% 0.9% 5% ， 所以允许。所以：a 483（ 1）3KT1a HP2 148mmm 12.6KmTZ11 YFFsP 1.98mmm 1 FP综合分析取 m=3。实际中心距： a m(z1 z2) 189mm2则 a a ，符合条件。所以 a 取 189mm。而： d1 7663 KT1( 2 ) 53.6mmd HP 2取 h* 1, c* 0.25小齿轮齿宽： b1 a a 75.6mm 小齿轮分度圆直径： d1 mz1 69mm 小齿轮齿顶圆直径： da1 d1 2h am 75mm 小齿轮齿根圆直径： df1 d1 2(ha c )m 62mm 大齿轮齿宽：

11、b2 b1 6 69.6mm 大齿轮分度圆直径： d2 mz2 309mm 大齿轮齿顶圆直径： da2 d2 2h a m 315mm 大齿轮齿根圆直径： df2 d2 2(h a c )m 302mm b、低速齿轮：取 Z3=37,Z2=iZ 3=119齿数比： u Z3 3.2Z2传动比误差： i 3.2 3.17 100% 0.95% 5% ，所有允许。 3.17查1表9.15和3 16-44 可得K=1.5 , a =0.4， d =0.8， m=30所以a 483( 1)3 KT2 2205mma HP 23m 12.6KT2 YFs 2.57mmmZ2 FP所以 m 取 3mm。实

12、际中心距 a m(Z3 Z2 ) 234mm2所以 a a， 符合条件。而 d3 7663 KT2( 2 ) 98.7mmd HP2小齿轮齿宽： b3 a a 93.6mm 小齿轮分度圆直径： d3 mz3 111mm 小齿轮齿顶圆直径： da3 d3 2h am 116mm 小齿轮齿根圆直径： df3 d3 2(h a c )m 104mm 大齿轮齿宽： b4 b3 6 87.6mm 大齿轮分度圆直径： d4 mz4 357mm 大齿轮齿顶圆直径： da4 d4 2h am 363mm 大齿轮齿根圆直径： df4 d4 2(h a c )m 350mm表 4-1 齿轮参数Zaddadf高速级

13、小齿轮23189697562大齿轮103309315302低速级小齿轮37234111116104大齿轮1193573633502、轴的计算（1）选材和热处理 材料为 45 钢，采用调质处理。硬度为 217255HBS 查1表 19.1 得对称循环弯曲许用应力 1 =180MPa （2）初步计算轴径 第一根轴： P=6.98kw,n=323.3r/min,T=206N.m 查1表 19.3 得： A=115。根据 1式 19.3 取 0332mmP1 115n1因为 1 轴需要加键，会削弱轴的强度，所以增加dmin至 35mm 。第三根轴： P=6.43kw,n=22.9r/min查1表 19

14、.3 得： A=115。根据 1式 19.3 取 03d3minAP3 115 6.43 75.3mm因为 3 轴需要加键，会削弱轴的强度，所以增加dmin至 80mmd1minA6208， d D B 40 80 18 。6210， d D B 50 90 20 。6217， d D B 85 150 28 。3、轴承的选择 轴承均采用深沟球轴承。 第一根轴上选择的轴承 第二根轴上选择的轴承 第三根轴上选择的轴承4、键的选择键的材料选用 45 钢，采用调质处理。硬度为 217255HBS 第一根轴上选择的号键， b h 10 8,l 工作 46mm 第二根轴上选择的号键， b h 16 10

15、,l 工作 74mm. 由于轴的直径和低速级的小齿轮的齿根圆相差较大， 所以在低速 级的小齿轮处加号键， b h 14 9,l 工作 56mm.同理在二轴上加 IV 号键， b h 14 9,l 工作 47mm. 第三根轴上，由于轴的直径和低速级的大齿轮的齿根圆相差较 大，所以在低速级的大齿轮处加号键， b h 25 14,l工作 55mm. 和联轴器相连处加号键， b h 22 14, l工作 103mm. 五各级零件校核齿轮校核查3图 16.2-15 得节点区域系数 ZH=2.5.查3表 16.2-43 得材料弹性系数 ZE=189.8 N/mm2查3图 16.2-16 得接触强度计算的重

16、合度和螺旋角系数 Z 0.775 查3表 16.2-36 得使用系数 KA 1.01查3 表 16.2-42 得齿间载荷分配系数 KH KF 1.0 a、对高速级小齿轮：分度圆上的圆周力 Ft 2000T1 6000Nd1查3表 16.2-40、41 得齿向载荷分布系 KH KF 1.23 0.181 0.6( b)2( b)2 0.61 10 3b 1.49d1 d1根据3式 16.2-12 得2动载荷系数： Kv 1 ( k1 k2) Z1V ukAFtb100 1 u21.1,(k1 39.1,k2 0.0193)根据3表 16.2-34H ZEZH Z bd1u1KAKV KH KH

17、564M HP 10P00M uaP计算弯曲应力Ft KAKVKF KF YFSY 93MPa FP 588MPa bmn所以该齿轮合格。b、对低速级小齿轮：分度圆上的圆周力： Ft2000T2 16kNd3根据3式 16.2-12得动载荷系数：Kv 1 (k2) Z1V u2kAbFt100 1 u21.2,(k1 39.1,k 2 0.0193)查3表 16.2-40，41 得齿向载荷分布系数b 2 b 2 3KH KF 1.23 0.181 0.6( )2( )2 0.61 10 3b 1.68 d1 d1根据3表 16.2-34FtH ZEZH Z bd1u1KAKV KH KH722

18、.5M HP 10P00MuaP计算弯曲应力Ft KAKVKF KF YFSY 194MPa FP 588MPa bmn所以该齿轮符合条件。2、轴的校核轴的材料为 45 钢，调质处理，硬度为 217255HBS， 1 180MPa轴 1：P1 6.98KW ,n1 323.33r /min, T1 206N.m齿轮圆周力 Ft 2000T 1 6000Nd1齿轮径向力 Fr Ft tan Ft tan 20o 2184 N齿轮轴向力 Fa 0lAB 225 mm， l BC 163mm， lAC 62mm水平面内的支反力163FHA Ft 1582 N225FHB 62 Ft 602 N225

19、垂直面内的支反力163FVA Fr 4347 N225FVB62 Fr 1653N225C 处弯矩M H l AC FHA 2695N mmMV l AC FVA 98084N mmMMH 2 MV2 269514N mm取 0.7 ，考虑到键槽的影响， d 乘以 0.94，有：M 2 ( T)20.1d311.2MPa 1 180MPa ， 合格图 5-1 轴 1 受力图轴 2：Ft12000T1d16000N2000T3Ft2d414900NFr1 Ft1 tanFt1 tan 20o 2184NFr 2 Ft 2 tan Ft 2 tan 20o 5500N且 Ft1和Ft2，Fr1和F

20、r2的方向相反。l AB 224 mm， l Bc 2 164 mm， l AC1 72mm,lc1lc2水平面内的支反力92mm72 Ft2 -152 Ft1 FHA224717NFHB164 Ft2 -60 Ft12249301N垂直面内的支反力Fr1 lBC1Fr2 lBC22955NABFVBFr FVA 321NC 处弯矩M H lAC2 FHA lBC2 FHB 449076N mm MV lAC2 FVA lBC2 FVB 429900N mmM MH 2 MV2 621677N mm取 0.7 ，考虑到键槽的影响， d 乘以 0.94，有：5.47MPa 1 180MPa ，。

21、合格M 2 T 2 0.1d3图 5-2 轴 2 弯矩图轴 3：圆周力 Ft 2000T3 14900Nd4径向力 Fr Ft tan Ft tan 20o 5500N156mml AB229 mm， l BC73mm，l AC水平面内的支反力FHA156 Ft 10000 N229 t73FHBFt 4900N229垂直面内的支反力156FVAFr 2800N22973FVBFr 1700N229图 5-3轴 3 受力图3、轴承的校核 因为所选器械为卷扬机，且为双班制。所以为中等强度工作。 实际工作时间为 280天，且大修周期为 3 年，基本额定寿命 L10由1 式 17.3C 1 P L1

22、0L10 (C)P若轴承工作转速为 n(r/min) ，所以以小时数为单位的基本额定寿 命,，由1 式 17.4 所选轴承均为深沟球轴承，所以 3 。16670 Cn (P)查1表 17.8，取 f p 1。Lh 280 16 3 13440h轴承 I ，6208：由1式 17.7， P1 fp(XFr YFa) 2184NC p3 nLh 13.94KN 16670查2表 6-63， Cr 29.5KN 。所以 C Cr ，轴承 I 合格。轴承 II ， 6210：由1式 17.7， P2 fp(XFr YFa) 58000 N 3 nLhC p3 h 22.5KN 16670查2表 6-6

23、3， Cr 35KN所以 C Cr ，轴承 II 合格。轴承 III ，6217：由1式 17.7， P3 fp(XFr YFa) 5500NnLh14KNp 16670查2表 6-63， Cr 83.2KN 所以 C Cr ，轴承 III 合格。4、键的校核217255HBS。键的材料选用 45 钢，采用调质处理。硬度为 挤压强度条件为 p 4T p (100 200)MPa 。dhlI 号键： b h 10 8,l 工作 46mm4Tp 63.9MPa p (100 200) MPadhl所以 I 号键合格。II 号键： b h 16 10, l工作 74mm.4Tp 24.5MPa p

24、(100 200)MPa dhl所以 II 号键合格。III 号键： b h 14 9,l 工作 56mm.4Tp 101.2MPa p (100 200)MPa dhl所以 III 号键合格。IV 号键： b h 14 9, l工作 47mm.4Tp 118.2MPa p (100 200)MPa dhl所以 IV 号键合格。V 号键 ( 双键)： b h 25 14, l工作 55mm.， 1.5Tp 37.2MPa p (100 200)MPadhl所以 V 号键合格。号键： b h 22 14, l工作 103mm.p 4T 92.5MPa p (100 200)MPadhl所以号键合

25、格。六、箱体及减速器附件说明 箱壳是安装轴系组件和所有附件的基座， 它需具有足够的强 度、刚度和良好的工艺性。箱壳多数用 HT150 或 HT200 灰铸铁铸造而成，易得道美观 的外表，还易于切削。为了保证箱壳有足够的刚度，常在轴承凸 台上下做出刚性加固筋。当轴承采用润滑时， 箱壳内壁应铸出较大的倒角， 箱壳接触 面上应开出油槽， 一边把运转时飞溅在箱盖内表面的油顺列而充 分的引进轴承。 当轴承采用润滑脂润滑时， 有时也在接合面上开 出油槽，以防润滑油从结合面流出箱外。箱体底部应铸出凹入部分， 以减少加工面并使支撑凸缘和地 量好接触。减速器附件：1)视孔和视孔盖箱盖上一般开有视孔， 用来检查啮

26、合， 润滑和齿轮损坏情况， 并用来加注润滑油。 为了防止污物落入和油滴飞出， 视孔须用视 孔盖、垫片和螺钉封死。 视孔和视孔盖的位置和尺寸由查表得到。油标采用油池润滑传动件的减速器， 不论是在加油还是在工作时， 均续观察箱内油面高度，以保证箱内油亮适当，为此，需在箱体 上便于观察和油面较稳定的地方，装上油标油标已标准化。3）油塞在箱体最底部开有放油孔，以排除油污和清洗减速器。放油 孔平时用油塞和封油圈封死。油塞用细牙螺纹，材料为 235 钢。 封油圈可用工业用革、石棉橡胶纸或耐油橡胶制成。4）吊钩、吊耳和吊环螺钉为了便于搬运减速器，常在箱体上铸出吊钩、吊耳或在箱盖 上安装吊环螺钉。 起调整个减速器时， 一般应使用箱体上的吊钩。 对重量不大的中小型减速器， 如箱盖上的吊钩、 吊耳和吊环螺钉 的尺寸根据