1、中南大学机械设计机械设计基础课程设计机械设计课程设计说明书（机械设计基础）设计题目 电动绞车传动装置的设计学院 专业班级： 学号 ：设计人：指导老师：完成日期：中南大学 1414253671729311412516618719819921102123 242设计计算及说明 结果及依据一、 设计任务书1题目电动绞车传动装置的设计2传动简图3 原始数据：表一 原始数据项目数据运输带曳引力 F （KN）30运输带速度 v(m/s)0.25滚筒直径 D （mm）3504设计目的（1） 培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实
2、际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识；（2） 通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力；（3） 另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助3设计方面的能力。5设计内容（1） 传动装置的总体设计；（2） 传动装置主要零件的设计、润滑选择；（3） 减速器装配图的设计；（4） 零件工作图的设计；（5）设计计算说明书的编写。二 机械传动装置的总体设计1电机的选择1.1 电机类型的选择选择 Y 系列三相异步电动机。
3、1.2 额定功率的确定电动机所需功率为PwPd KWPw：工作机构所需功率；：从电动机到工作机的传动总效率；FvPw 7.5KW1000F：工作机牵引力， 30kN；V：工作机的线速度， 0.25m/s ；=联 3 轴承 闭式齿轮 2 开式齿轮 滚筒3 2=0.992 0.99 0.97 0.95 0.98从课程设计书 p7 表 2-4 查得联轴器、轴承、齿轮、链和滚筒的效率值。则7.5Pd 9.082KW0.826额定功率值 Ped Pd 。Pw = 7.5KW课程设计表 2-4Pd 9.082KW41.3 电动机转速的确定三相异步电动机常用的同步转速有 3000、1500、1000、750
4、r/min 。1.4 标准型号确定已知 Pd=9.082KW，可选择转速 1500 和 1000r/min 两种，考虑选用转速小的。 因此，可选用的电机型号为 Y160L-6，其参数值如下表：表二 电机参数额定功率 满载转速电动机型号 质量（ Kg）（KW）（r/min ）Y160L-6 11 970 147电机额定功率 Pe=11KWPd=9.082KW，故可以选用。2传动装置的总传动比和分配各级传动比课程设计表 20-1电动机型号：Y160L-6970r/min2.1 总传动比已知电机的满载转速nm=970r/min ，皮带轮转速n601000v13.6r / minD总传动比in m71
5、.324i=71.324n2.2 传动比分配5圆柱齿轮的传动比取 36，取圆柱齿轮的传动比i 闭 =4，i闭=4则链的传动比i 开i，4.2334.233i 闭i 开3传动装置的运动学和动力学计算3.1 各轴转速n 0n1 nm 970r / minn2n1242.5r / mini闭n3n257.424r / mini开n4n313.598r / mini开3.2 各轴的功率P0Ped11KWP1P0110.912KWP2P12310.479KWP3P2249.855KWP4P329.757KW3.3 各轴的转矩6T09550P0108.299Nmn0T1T01107.433N mT2T12
6、3i闭412.67 NmT3T224 i开1639.015N mT4T32i 开6852.343Nm三 传动装置主要零件的设计、润滑选择1闭式齿轮传动1.1 齿轮材料的选择因为减速器传递功率不大，所以齿轮采用软齿面。由教材p166机械设计基表 11-1 ，小 齿轮选 用 45MnB 调质 ，齿 面硬度为241286HBS，础教材H lim 1 720MPa, 而且FE1 595MPa ，大齿轮选用45 钢，调质，齿表 11-1面硬度 197286HBS，MPa, FE2MPa 。H lim 25854451.2 齿轮的设计（ 1） 确定许用应力HF，由教材 p171 表 11-5 ，取 S =
7、1.1，S =1.25机械设计基H1H lim 1654.54MPa础教材SH表 11-5H 2H lim 2531.82MPaSHF1FE 1476MPaSFF 2FE 2356MPaSF机械设计基（ 2） 按齿面接触强度设计础教材根据课本 p168 表 11-2 暂时选择 8 级精度，根据 p169 表 11-3 选表 11-2表 11-37择载荷系数 K=1.3，根据 p175 表 11-6选择齿宽系数 d0.8机械设计基，已知础教材小齿轮上的转矩表 11-6T1=108300Nmm根据教材 p171 表 11-4取 Z =188，则机械设计基E础教材2KT1 u 1ZE ZH2表 11
8、-4d13udH2321.3108300411882.50.84531.8270.04mm齿数取 z1 =21，则 z2=21*4=84, 实际传动比 i=4 ，模数md170.04mm3.34mmz121齿宽bd d156.03mm ，取b 260mm，b165mm，按照 p57 表 4-1选择 m=4mm机械设计基础教材d1 z1m84mm, d 2z2m 336mm表 4-1中心距ad1d2210mm ，d184mm2d2336mm（ 3） 验算齿轮弯曲强度根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.87 ，YFa2=2.24 ，根据 p174 图11-9 选择 YSa1=1.
9、56 ，YSa2=1.76 ，则F12KT1YFa1YSa189.69 MPaF1476MPabm 2 z1YFa 2YSa278.98MPa356MPaF 2F1 YFa1YSa1F 2机械设计基础教材图 11-8 图 11-9弯曲疲劳强度足够8（ 4） 齿轮的圆周速度vd1n13.557m / s100060对照 p168 表 11-2 知选用 8 级精度是合适的。1.3 齿轮结构设计 ：齿顶圆直径：齿全高：齿厚：齿根高：齿顶高：齿根圆直径：由于小齿轮，采用实心式圆柱齿轮；大齿轮因为分度圆半径较大采用锻造毛坯的腹板式结构2开式齿轮传动传动2.1 齿轮材料的选择开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿
10、轮小齿轮： 40Cr 表面淬火 硬度 4855HBC，H lim1 1150 1210MPa ， FE 1 700 740MPa 大齿轮： 40Cr 表面淬火 硬度 4855HBC，H lim1 1150 1210MPa ， FE 1 700 740MP2.2 齿轮的设计（ 1）确定许用应力H lim 1H lim 21180MPa, 而且FE1FE 2720MPa ，由教材 p171 表 11-5 ，取 S =1.0 ，S =1.25 ，HFv 3.557m / s机械设计基础教材表 11-2课程设计表 9-2机械设计基础教材表 11-1机械设计基础教材表 11-59H lim 11180M
11、PaH1H 2SHFE 1576MPaF 1F 2SF（ 2）按齿面弯曲强度设计根据课本 p168 表 11-2暂时选择 9 级精度，根据 p169 表 11-3 选机械设计基础教材择载荷系数 K=1.5，根据 p175 表 11-6 选择齿宽系数d 0.8 ，已知表 11-2小齿轮上的转矩表 11-3表 11-6T2=412680N mm=4.223z1 取 32， z2 =135.136，取 z2 =136实际传动比 i=4.24根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.74 ，YFa2=2.21 ，根据 p174 图11-9 选择 YSa1=1.63 ，YSa2=1.81 ，
12、由于： YFa 1YSa17.75* 10 3YFa 2YSa26.95 * 10 3机械设计基F1F 2础教材故：对小齿轮进行弯曲强度计算图 11-8图 11-92KT1YFa 1YSa1mn3=2.65， 取 m=2.75dZ12F 1d1 z1m88mm, d 2z2m 374mm中心距ad1d 2231mm2bd d1 44mm，取b 245mm ，b150mm ，（ 3）验算齿轮接触强度H2KT1 u1H = 1180MpaZEZH985Mpab2 d12u(4)齿轮的圆周速度10vd1 n21.12m / s接触疲劳强100060度足够对照 p168 表 11-2 知 符合 9 级
13、制造精度V=1.12m/s3开式齿轮传动机械设计基础教材3.1齿轮材料的选择表 11-2开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮： 40Cr 表面淬火硬度 4855HBC，H lim1 1150 1210MPa ， FE 1700 740MPa大齿轮： 40Cr 表面淬火硬度 4855HBC，H lim1 1150 1210MPa ， FE 1700 740MP机械设计基础教材表 11-13.2 齿轮的设计（ 1）确定许用应力H lim 1 H lim 2 1180MPa, 而且 FE1 FE 2 720MPa ，由教材 p171 表 11-5 ，取 SH=1.0 ，SF=1.25 ，H lim
14、 11180MPaH1H 2SHFE 1576MPa机械设计基F 1F 2础教材SF（ 2）按齿面弯曲强度设计表 11-5根据课本 p168 表 11-2暂时选择 9 级精度，根据 p169 表 11-3 选择载荷系数 K=1.5，根据 p175 表 11-6 选择齿宽系数d 0.8 ，已知小齿轮上的转矩机械设计基础教材T3=1638950表 11-2N mm表 11-3=4.223表 11-6z1 取 32， z2 =135.136，取 z2 =13611实际传动比 i=4.24根据教材 p173 图 11-8 选择 YFa1=2.74 ，YFa2=2.21 ，根据 p174 图11-9 选
15、择 YSa1=1.63 ，YSa2=1.81 ，由于： YFa 1YSa17.75 * 10 3YFa 2YSa26.95 * 10 3F1F 2故：对小齿轮进行弯曲强度计算机械设计基2KT 2YFa1YSa1础教材mn3=4.207， 取 m=4.5图 11-8dZ12F 1图 11-9d1 z1 m144mm, d2z2m 612mm中心距d1 d 2378mma2bd d1 72mm ，取b 2 75mm，b180mm，（ 3）验算齿轮接触强度HZEZH2KT2 u1H = 1180Mpab2 d12929.4Mpau(4)齿轮的圆周速度vd1 n30.433m / s100060对照
16、p168 表 11-2 知 符合 9 级制造精度4轴的设计4.1 轴的设计计算和校核不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定接触疲劳强度足够V=0.433m/s机械设计基础教材表 11-212出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程：4.2 轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选 选择 45 钢调质。硬度达到 197286H
17、BS（2）初步计算各轴段直径计算 d1， 按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率 P 和扭矩 TP1 10.912KW ， T1 107.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表 142 取 c=112 ）考虑键槽 ： d1.03*25.095=25.847mm考虑与电动机的轴直径不能差太多，选用 TL7 联轴器选择标准直径：2）计算 d23）计算4)计算5)计算6)计算7)各阶梯轴直径列表如下名称机械设计基础教材表 14-1机械设计基础教材表 14213直径 /mm405055607055长度 /mm1046036648264.3 轴的尺寸设计（1）轴的材料和热处理的选择选 选择
18、45 钢调质。硬度达到 197286HBS（2）初步计算各轴段直径计算 d1， 按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率 P 和扭矩 TP1 10.479KW ， T1 412.433N m最小直径计算（查机械设计基础教材表 142 取 c=110 ）考虑键槽 ： d1.03*32.333=33.303mm选择标准直径：2）计算 d2机械设计基础教材表 14-1机械设计基础教材表 1423）计算4)计算5)计算6)计算7)各阶梯轴直径列表如下名称14直径 /mm354045506045长度 /mm52503868828（ 3） 轴的强度校核1）计算齿轮受力（大齿轮采用锻造毛坯的腹板式）圆周力
19、：径向力：是直齿轮，故轴向力： Fa 0N2）按许用应力校核轴的弯曲强度轴的受力简 图 A (L=113mm)求支反力：水平面支反力：垂直面支反力：作弯矩图：水平弯矩：（图 B）垂直弯矩：（图 C）求合成弯矩，做出弯矩图（图 E）作扭矩图：（图 D）C点左C点右作危险截面当量弯矩图（图 E）该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59校核危险截面轴径45 号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材 14 1b 650Mp s 360Mp e 280Mp151 b 60 MPaC 剖面的轴径 故：强度足够轴受力简图校核分析：机械设计基础教材表 14-1轴的强度足够5轴承的选择5.1 滚动轴承的选择与校核因为闭式齿轮选择直齿圆柱齿轮， 考虑承受载荷和只承受径向力，主动轴承和从动轴承均选用深沟球轴承。（1）主动轴承 ：根据轴径值查课程设计教材 145 表 15-3 深沟球轴承各部分尺寸，选择 6211（GB276-89）型深沟球轴承 2 个。各部分尺寸如下表 ：轴承代号尺寸 /mmdDB6211551002116计算轴承寿命：当量动载荷温度系数 ft 1 载荷系数 f p 1.5 对球轴承寿命系数 3要求轴承寿命：（十年两般制工作，按每年工作300 天，每班工作 16课程设计表 15-3个小时）选 择6211
