1、机械设计课程设计设计一用于卷扬机卷筒的传动装置机械设计课程设计-设计一用于 卷扬机卷筒的传动装置机械设计课程设计设计计算说明书学院： 机 械 系专业： 学号： 姓名： 一、 设计任务书 3. 、八 一、 刖言 4三、 电动机的选择与传动计算 4四、 传动零件的设计计算 7五、 轴的设计计算和校核 13六、 轴承的选择和校核 24七、 键联接的选择和校核 26八、 联轴器的选择和校核 28九、 箱体的设计 28十、润滑和密封的选择 30十二、 设计小结 33十三、 参考资料 34一、设计任务书设计一用于卷扬机卷筒的传动装置。原始条件和数据：卷扬机提升的最大重量为Q=10000N提升的线速度为v=
2、0.5m/s，卷筒的直径 D=250mmi钢丝绳直径 D=11mm卷筒长度L=400mm卷扬机单班制室内工作，经常正反转、起动和制动，使用期限 10年，大修期3年。该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批生产， 提升速度容许误差为- 5%。二、前言由题目知该传动装置载荷平稳，为单班制连续运转，所以选择结构相对比较简单的展开式两级圆柱齿轮减速器， 且输入轴和输出轴 在两边。三、电动机的选择与传动计算设计内计算及说明结果容1.选择电动机类型(1)选择电动机类型： 该工作场合无特殊要求， 通常可采用三相异步电动机， 可选用Y系列一般用途的全 封闭自扇冷鼠笼型三相异步 电动机。(2)确定电动机功
3、率:工作装置所需功率 Pw按公式卩” =Fooo计算式中， F = 70000N , v = 10m/s，作装置的效率取w=0.95。代入上式得：电动机的输出功率 p0按公式P。二巳kW计算式中，为电动机轴至卷筒 轴的传动装置总效率。按公式=33计算，查 表得，滚动轴承效率198，8轴承选级精度斜齿轮传动（稀油润 滑）效率=0.97，联轴器效率 3=0.99，则：7 3 3=0.987 0.973 0.990.73故 P。J1*7 =16 kW 0.73查表8-184中Y系列电动 机技术数据，选电动机的额定 功率Pm为18.5kW。（3）确定电动机转速： 卷筒轴作为工作轴, 转速为：V 10
4、=4.5 r/minnw =nD 兀汉700查表得，可选同步转速为750 r/min的Y系列电动机 Y225S-8，其满载转速 nw =730 r/min。滚动轴 承输出轴 联轴器 选滑块 联轴器； 输入轴 联轴器 选弹性 联轴器 齿轮精 度等级：8级Po =16kW 电动机 额定功率參Pm =18.5kW（1）传动装置总传动比nm _ 730nw 4.5(2)分配传动装置各级传动 比i1 : i2: i3 =5.1:5.2: 6.1(1)各轴转速：1 轴 ni=nw=73o r/min电动机2 轴 n2=ni=3=i43 r/mini1 5.1选 取Y160L-3 车由 n3=n2=1=27
5、.5 r/mini2 5.28，同步n3 “4 轴 n4W4.5r/min转速为2.计算750传动装工作轴 nw=n4=4.5 r/minr/min，置的总满载转传动比(2)各轴输入功率速和分配1 轴n 730 r/各级传P1 = Po E 3 = 16 汉 0.99 = 15 .84 kWmin动比2 轴i =162h = 5.1p2 HP “2 =15.845.98汉0.97=15.06 kWi2 =5.2i3 = 6.13轴卩3 =卩2叫14.31 kW4 轴 P4 =P3 小円2 =13.6 KW工作轴 Pw = P4 兀=13.47 kW各轴转(3)各轴输入转矩速：1轴n, = 73
6、0 r/P 4人=9550丄= 20.7x104N m nminn? = 1432 轴 T2 =9550旦=100x104 N mr/minn23.计算3 轴 T3 =9550空=496.704N mn3=27.5n3传动装4 轴 T4 = 9550=2945 “04N mn4r/min置的运n w = 4.5动和动工作车由 Tw = 9550 = 2858 N mnr/min力参数1 iw电动机轴输出转矩T =9550邑=16.4D04N m%各轴输 入功率：R =15.84kWP2 = 15.06kWP3 = 14.31kWP4 = 13.6kWPw =13.47 kW各轴输入转矩：4Ti
7、 =20.7 104N mT2=100 104N mT3 =496.7 104N m4T 2945 10N m4% =2858 10N m电动机轴输出T0 =16.4 10转矩：将以上算得的运动和动力参数列表如下 ：参数 轴名器1轴2轴3轴4轴工作轴4N m转速n(r/min)73073014527.54.54.5功率P(kW)1615.8415.0614.3113.613.47矩M 转B16.4勺0420.704100勺04496.74心042945汉1042858心04传动比i15.15.26.11四、传动零件的设计计算（一）高速级设计内容计算及说明结果1.选定（1）选齿轮的材料均为齿轮：
8、齿轮类45#，经调质及表面淬火处理，45#，调型，精齿面硬度为4050HRC，质度 等 HBS: 229286。级，材料及齿（2）精度等级选用8级，选 数 取小齿轮齿数Zi =21，则大齿轮 齿数 Z2 =1 乙=5.23x21 =107I Ze Zh、2 ii +1 2kT|di 即吋）T yr（mm）（i）确定公式中各参数：1） 载荷综合系数k取1.52） 小齿轮传递的转矩4T1 = 20.7 10 N mmHBS2292862.按齿面接触 强度设 计3） 齿宽系数d o （表6-9机械设计P154）4） 弹性系数Ze =1898 MPa（表6-7机械设计P149）5） Zh =2.56）
9、 二hSHlim，取二Hiim =1200MPa，SH limSHlim =1，贝V L-h =1200MPa。（2）计算:1）计算小齿轮的分度圆直径:1.0 、a：/189.8x2.52 5.23 + 1 2x1.5x76400 di -3 ( ): 1200 5.23= 34.95( mm)2）计算齿轮的圆周速度: am14 34.95 720 “32(m/s)60 1000 60 10003）计算齿宽b和模数m:b = d 6 =1.0 34.95 = 34.95( mm)m=34.95 =1.75乙 20h=2.25m=2.25 1.75 =3.94(mm) b，4.95=8.87.2
10、kT1 ，丫fsh 3.94m 启3 亍；()(mm) ；d Z12 丘f(1)参数选择：1)载荷综合系数k=1.52)小齿轮转矩 7.640 104N mm3)“1.04)Zj =20, Z2 =1055）复合齿形系数： 丫尸引=4.37*2 =3.95 （图6-30机械设 计 P151）二 Fliml = ；丁 Flim2 = 5MPa （ |图6-31机械设计P153）=1 ,二FFlimSFlimm = 1.75SF lim4.3750= 0.00874 ,：=50079，取大值3.按齿根弯曲 强度设 计(2)计算:m，25 76400 0.00874 71（ mm）V 1E202对比
11、计算结果，由齿面接触 强度计算得到的模数m大于 由齿根弯曲强度计算得到的m。取m=25mm即可满足弯 曲强度，为同时满足接触强 度，需按接触疲劳强度计算得 到分度圆直径d1 =34.95(mm)Z2 詔 if =20 5.23 = 104.6 取Z2 =106(1)计算大小齿轮的分度圆 直径：di =m Zi =2.5 20 =50(mm)d2 = m Z2 = 2.5 106 =265(mm)(2)计算中心距：a = d1 P = 50 +265 二恸帥口)2 2(3)计算齿根圆直径和齿顶 圆直径：df1 諮-2hf =50 -2 (1.25 2.5) =43.75(mm)df2 =d2 -
12、2hf =265 -2 (1.25 2.5) =258.75(mm)討 2ha =50 2 2.5 =55(mm)da2 =d2 2ha =265 2 2.5 = 270(mm)(4)计算齿宽：b = d di = 1.0 50 = 50(mm)取 bi =55(mm) b 50(mm)m=2 5mmZb 20Z2 =106di = 50mmd2 = 265mma = 157.5mm4.几何尺寸计d f1 = 43.75mmd f2 二 258.75mmdai = 55mm da2 = 270mmbi 二 55mmb2 = 50mm（二）低速级设计内容计算及说明结果1.选定（1）取大小齿轮材料
13、为45#,齿轮：齿轮类经调质及表面淬火处理，表面45#，调型，精硬度为 HBS: 229286.质度等HBS229级，材（2）采用8级精度，取小齿286料及齿轮齿数乙=24 ,则数Z2 =is Z1 =3.61 汉 24 =86.6 取 Z? =87。.、LZe Zh、2 is +1 2kT2 ,、 d1即冲）is （吶（1） 参数选择：2.按齿面接触 强度设 计1） 载荷综合系数k取1.52） 小齿轮传递的转矩T2 =3.8569 105N mm3） 齿宽系数=i.o （表6-9 机械设计P154）4） 弹性系数 Ze =189.8 MPa（表6-7机械设计P149）5） Zh =2.56）
14、 迥，取 Sm=1200MPa,SH limShlim =1，贝y 6 =1200MPa。（2） 计算：1）计算小齿轮的分度圆直径：2 1.5 3856901.0d 却(189.87.5)2 述迪v 1200 3.61= 61.36(mm)2)计算齿轮的圆周速度：兀 d1 n 3.14汉61.36X37.67v =60 1000 60 10000.442( m/s)3)计算齿宽b和模数m:b = d g =1.0 61.36 =61.36（ mm）m1.3J2.56Z, 24h=2.25m=2.25 2.56 =5.76（mm） b36 =10.65h 5.76I 2kT2 YFs w 、 心
15、芦（而）（吶（1）参数选择：1）载荷综合系数k=1.52 ） 小齿轮转矩T2 =3.8569 105N mm3） d =1.04） 乙=24, Z2 =87m = 2.565） 复合齿形系数： Yfs1 =4.18,Yfs2 =4.0 （图 6-30 机械设 计 P151）匚 Flim1 =；：Flim2 =600 MPa （ |冬|6-31机械设计P153）crcl.SFlim -1 ,SFlim；F14.18 =0.00697600取大丫Fs2 4.0 0.00667；F2 6003.按齿根弯曲 强度校 核2)计算:m 討1385690 沢 o.oo697 =2.41(mm) 1.0 汇
16、24对比计算结果，由齿面接触 强度计算得到的模数m大于 由齿根弯曲强度计算得到的 m。取m=4mm即可满足弯 曲强度，为同时满足接触强 度，需按接触疲劳强度计算得 到分度圆直径d61.36(mm)Z2 二 Zi is =22 3.61 =79.42Z2 =88(1)计算大小齿轮的分度圆 直径：di = m Zi = 4 22 =88(mm)d2 = m Z2 = 4 88 = 352(mm)(2)计算中心距：d1 d2 88 352a-1 - -220(mm)2 2(3)计算齿根圆直径和齿顶 圆直径：df1 2hf =88 -2 (1.25 4)=78(mm)df2 二d2 -2hf =352
17、 -2 (1.25 4)=342(mm) dai =di 2ha =88 2 4 =96(mm)dad2 2ha =352 2 4 = 360(mm)(4)m=4mmZ22Z2 二 88计算齿宽：b =阵 d1 =1.0 88 =88(mm)取 0 = 93(mm) b2 = 88(mm)d? = 352mma = 220mm4.几何尺寸计d f1 = 78mm d f2 = 342mmda1 = 96mmda2 = 360mmbl = 93mmb2 二 88mm将主要计算结果列入下表高速 级低速级小齿轮1大齿轮2小齿轮3大齿轮4材材料45#45#料热处理调质及淬火调质及淬火硬度4050HRC
18、229286HBS4050HRC229286HBS精度等级8级8级中心距(mm)157.5220模数(mm)2.54齿数201062288齿宽(mm)55509388分度圆直 径( mm)5026588352齿顶圆直 径( mm)5528096360齿根圆直 径( mm)43.75258.7578342齿宽(mm)55509388全齿高(mm)5.6259五、轴的设计计算和校核（一）输入轴计算内容计算及说明结果1.初步（1）轴的材料选择：输入轴确定轴选取最常用的45号钢材料：的最小并正火处理。45#，正直径（2） 输入轴上的功率 R =5.76（kW），转速 =720（r/min），转 矩 =
19、76.40（N m）。（3） 查表 12-1 得厂600MPa， 根据表12-2，取C=110，则d 邑仞彳576 =22（mm）Tn X 720计算所得应是最小轴径 （即安装联轴器）处的直径。 该轴段因有键槽，应加大 （3%7%）并圆整，取d =24（mm）。火处理(1)拟定轴上零件的装配方 dmin=24mm案， 如 下：2.轴的结构设 计(2)根据轴向定位的要求确 定轴的各段直径和长度：1 )电动机型号为 Y160L-8，其轴的直径42mm。 则 选 用 TL6 型(GB/T4323-2002 )弹性套柱销联轴器，孔径d2=40mm，取h_2=55mm。为了满足联轴器轴向 选联轴定位要求
20、，1-2轴右端需制出 一轴肩，取轴肩高2mm,则2-3 段直径 d2； =44mm。器：TL6(GB/T2)初步选择滚动轴承 4323-20因轴承承受径向力而不 02)弹性承受轴向力，故选用深沟球轴套柱销联轴器选轴承：6209(GB/T 276-1994)深沟 球轴承承。齿轮两侧对称安装一对 6209 ( GB/T276-佃94)深沟 球轴承，宽度为佃mm。 d3_4仇9 = 45mm。轴承用轴肩定 位，轴肩高度取 1.5mm。取 挡油环厚度1mm，故J厂20mm， d4_5 =48mm， d7_8=48mm， 17- 20mm。3)4-5段制成轴齿轮，轮 毂宽度为55mm，故取丨5一6 =5
21、5mm d6-7 =48mm。4)轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装拆， 及便于对轴承添加润滑脂的 要求，取端盖的外端面与联轴 器的距离25mm。故=45mm。5)取齿轮距箱体内壁之 间的距离a=15mm，考虑到箱 体的铸造误差，在确定滚动轴 承位置时，应距箱体内壁一段 距离s，取s=5mm，则丨6-7 = a+ s1=15 + 5-1 = 14mm中间轴两齿轮间的距离取20mm,第2对齿轮的主动 轮齿宽为77mm，则14-5 =100+ a+ s-1=100+15+5 -1 = 119mm适当调整，取l3=133mm。（3）轴上零件周向定位： 半联轴器与轴的周向定 位采用单圆头普
22、通平键（C轴总长：型）。d=40mm， 0.07d，故取 h=5mm， 则轴段3-4处的直径d3=65mm。 取 =23mm。2） 5处为非定位轴肩， 则取d4 s=55mm，由于齿轮3的齿宽 B=93mm,除去轴向紧 固空隙，门=91mm。3)确定两端轴承处的轴 段长度：取齿轮距箱体内壁的距离a=13mm，考虑到箱体的制 造误差，在确定滚动轴承位置 时应距箱体内壁一段距离s, 取 s=5mm。贝Uh_2 = 20 a s (50-48) = 20 13 5 2 二 40 mml5 =20 a s (93-91) = 20 13 5 2 = 40mm至此已初步确定了轴的各段直径和长度。(3)轴
23、总长:242mm轴上零件的周向定位：齿轮与轴的周向定位均采用圆头普通平键(A型)联接。安装齿轮处直径d=55mm,故查表得平键截面b h =16mm 10mm，从动轮处键长L=40mm , 主动轮处L=70mm。齿轮轮毂与轴的配合为H7/r6。滚动轴承与轴的周向定位是借助过渡配合来 保证的，选轴的直径尺寸公差从动轮为k6。处平键：（4）确定轴上圆角和倒角尺 寸16汇10汉40主动轮 出平键： 16X0x70轴端倒角为2X45:有圆角 处圆角为均为R2。（三）输出轴设计内容计算及说明结果1.初步（1）轴的材料选择：材料：确定轴材料选择40Cr并调质处40Cr ，的最小理。调质处直径（2）输出轴上
24、的功率 P3=5.37kW，转速 n3 = 38.20r/min，转 矩T3 =1342.5N m。理（3）查表得=1000MPa，根据表 12-2,取 C=100,则d o ： w 383A 52.0(mm)dmin = 52mm输出轴的最小直径显然是 安装联轴器处轴的直径，为了 使所选的轴的直径仁和联轴 器的孔径相适应，故需同时选 取联轴器型号。查教材得，选 取直径 d=65mm，L=275mm， Li =125mm的滑块联轴器。故= 65mm。（1）拟定轴上的零件的装配 方案，如下：f Z ? 4 5 72.轴的结构设 计（2）根据轴向定位的要求确 定轴的各段直径和长度：1）为了满足半联
25、轴器的 轴向定位要求，1-2轴段右端需制出一轴肩，故2-3段直径 d2J =68mm o 取=95mm。2） 初步选择滚动轴承：因轴承主要受到径向力 的作用，故选用深沟球轴承。 选用型号为6214,其尺寸为 d D 8 = 70mm 125mm 24mm ， 故取 d3/二 d6 二=70mm。3） 取安装齿轮处的轴段 的直径d5J3=75mm，齿轮右端与 右轴承之间采用套筒定位，已 知齿轮轮毂宽度为88mm,为 了使套筒端面可靠地压紧齿选轴承：6214 深沟球轴 承轮，此轴段应略短于轮毂宽 度，取l5_6=86mm。齿轮左端米用 轴肩定位，轴肩高度h0.07d, 故取h=5mm，则直径d“ =85mm o 左端轴承用套筒定位。4） 轴承端盖的总宽度为 20mm,根据轴承端盖的装
