机械设计课程设计设计一用于卷扬机卷筒的传动装置.docx
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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=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1"98,8
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:
733
=0.9870.9730.99^0.73
故P。
』J1*7=16kW
□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:
V10=4.5r/min
nw=
nD兀汉700
查表得,可选同步转速为
750r/min的Y系列电动机Y225S-8,其满载转速nw=730r/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_730
nw4.5
(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=73or/min
电动机
2轴n2=ni=^3^=i43r/min
i15.1
选取
Y160L-
3车由n3=n2=1^^=27.5r/min
i25.2
8,同步
n3“
4轴n4W4.5r/min
转速为
2.计算
750
传动装
工作轴nw=n4=4.5r/min
r/min,
置的总
满载转
传动比
(2)各轴输入功率
速
和分配
1轴
n^730r/
各级传
P1=PoE3=16汉0.99=15.84kW
min
动比
2轴
i=162
h=5.1
p2HP]—“2=15.845.98汉0.97=15.06kW
i2=5.2
i3=6.1
3轴卩3=卩2叫—14.31kW
4轴P4=P3小円2=13.6KW
工作轴Pw=P4兀=13.47kW
各轴转
(3)各轴输入转矩
速:
1轴
n,=730r/
P4
人=9550丄=20.7x104Nmn
min
n?
=143
2轴T2=9550旦=100x104Nm
r/min
n2
3.计算
3轴T3=9550空=496.7"04Nm
n3=27.5
n3
传动装
4轴T4=9550^=2945“04Nm
n4
r/min
置的运
nw=4.5
动和动
工作车由Tw=9550^=2858Nm
n
r/min
力参数
1iw
电动机轴输出转矩
T°=9550邑=16.4D04Nm
%
各轴输入功率:
R=15.84kW
P2=15.06kW
P3=14.31kW
P4=13.6kW
Pw=13.47kW
各轴输
入转矩:
4
Ti=20.7104Nm
T2=100104
Nm
T3=496.7104
Nm
4
T^294510
Nm
4
%=285810
Nm
电动机
轴输出
T0=16.410
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
4
Nm
转速
n
(r/m
in)
730
730
145
27.5
4.5
4.5
功率
P
(kW
)
16
15.84
15.06
14.31
13.6
13.47
矩M转B
16.4
勺04
20.7
"04
100
勺04
496.7
4
心04
2945
汉104
2858
心04
传动
比i
1
5.1
5.2
6.1
1
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:
齿轮类
45#,经调质及表面淬火处理,
45#,调
型,精
齿面硬度为40~50HRC,
质
度等HBS:
229~286。
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=107
IZeZh、2ii+12kT|
di即吋)Tyr(mm)
(i)确定公式中各参数:
1)载荷综合系数k取1.5
2)小齿轮传递的转矩
4
T1=20.710Nmm
HBS229
~286
2.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=1898MPa
(表6-7机械设计P149)
5)Zh=2.5
6)[二h]」SHlim,取二Hiim=1200MPa,
SHlim
SHlim=1,贝VL-h]=1200MPa。
(2)计算:
1)计算小齿轮的分度圆
直径:
1.0
‘、a:
/189.8x2.5\25.23+12x1.5x76400di-3()
:
12005.23
=34.95(mm)
2)计算齿轮的圆周速度:
—am」1434.95720“32(m/s)
601000601000
3)计算齿宽b和模数m:
b=d6=1.034.95=34.95(mm)
m』=34.95=1.75
乙20
h=2.25m=2.251.75=3.94(mm)b,4.95=8.87
.2kT1,丫fs
h3.94
m启3亍…;(~^)(mm);dZ12丘f]
(1)参数选择:
1)载荷综合系数k=1.5
2)小齿轮转矩—7.640104Nmm
3)“1.0
4)Zj=20,Z2=105
5)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=5°°MPa(|图
6-31机械设计P153)
=1,[二F
Flim
SFlim
m=1.75
SFlim
["]
4.37
50°
=0.00874,
[:
:
:
]=5°°>0079,
取大值
3.按齿
根弯曲强度设计
(2)计算:
m,2「5764000.00874"71(mm)
V1E202
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=2・5mm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=205.23=104.6取
Z2=106
(1)计算大小齿轮的分度圆直径:
d^i=mZ^i=2.520=50(mm)
d2=mZ2=2.5106=265(mm)
(2)计算中心距:
a=d1P=50+265二恸帥口)
22
(3)计算齿根圆直径和齿顶圆直径:
df1諮-2hf=50-2(1.252.5)=43.75(mm)
df2=d2-2hf=265-2(1.252.5)=258.75(mm)
討2ha=5022.5=55(mm)
da2=d22ha=26522.5=270(mm)
(4)计算齿宽:
b=ddi=1.050=50(mm)
^取bi=55(mm)b^50(mm)
m=2・5m
m
Zb20
Z2=106
d^i=50mm
d2=265mm
a=157.5mm
4.几何
尺寸计
df1=43.75mm
df2二258.75mm
dai=55mmda2=270mm
bi二55mm
b2=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:
229~286.
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=isZ1=3.61汉24=86.6取Z?
=87。
.、LZeZh、2is+12kT2,、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1.5
2)小齿轮传递的转矩
T2=3.8569105Nmm
3)齿宽系数\=i.o(表6-9机械设计P154)
4)弹性系数Ze=189.8MPa
(表6-7机械设计P149)
5)Zh=2.5
6)迥,取Sm=1200MPa,
SHlim
Shlim=1,贝y[6]=1200MPa。
(2)计算:
1)计算小齿轮的分度圆直
径:
21.5385690
1.0
d却(189.87.5)2述迪^
v12003.61
=61.36(mm)
2)计算齿轮的圆周速度:
兀d1n3.14汉61.36X37.67
v=
601000601000
0.442(m/s)
3)计算齿宽b和模数m:
b=dg=1.061.36=61.36(mm)
m」」1.3J2.56
Z,24
h=2.25m=2.252.56=5.76(mm)b®36=10.65
h5.76
I2kT2YFsw、心芦(而)(吶
(1)参数选择:
1)载荷综合系数k=1.5
2)小齿轮转矩
T2=3.8569105Nmm
3)d=1.0
4)乙=24,Z2=87
m=2.56
5)复合齿形系数:
Yfs1=4.18,Yfs2=4.0(图6-30机械设计P151)
匚Flim1=;:
「Flim2=600MPa(|冬|
6-31机械设计P153)
crcl.
SFlim-1,
SFlim
[;「F1]
4.18=0.00697
600
取大
丫Fs24.00.00667
[;「F2]600
3.按齿
根弯曲强度校核
2)计算:
m討^1^385690沢o.oo697=2.41(mm)
\1.0汇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d^61.36(mm)
Z2二Ziis=223.61=79.42
Z2=88
(1)计算大小齿轮的分度圆直径:
d^i=mZ^i=422=88(mm)
d2=mZ2=488=352(mm)
(2)计算中心距:
d1d288352
a--1--220(mm)
22
(3)计算齿根圆直径和齿顶圆直径:
df1—2hf=88-2(1.254)=78(mm)
df2二d2-2hf=352-2(1.254)=342(mm)dai=di2ha=8824=96(mm)
da^d22ha=35224=360(mm)
(4)
m=4mm
Z^22
Z2二88
计算齿宽:
b=阵d1=1.088=88(mm)
^取0=93(mm)b2=88(mm)
d?
=352mm
a=220mm
4.几何
尺寸计
df1=78mmdf2=342mm
da1=96mm
da2=360mm
bl=93mm
b2二88mm
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
40~50HRC
229~286HBS
40~50HRC
229~286HBS
精度等级
8级
8级
中心距
(mm)
157.5
220
模数
(mm)
2.5
4
齿数
20
106
22
88
齿宽
(mm)
55
50
93
88
分度圆直径(mm)
50
265
88
352
齿顶圆直径(mm)
55
280
96
360
齿根圆直径(mm)
43.75
258.75
78
342
齿宽
(mm)
55
50
93
88
全齿高
(mm)
5.625
9
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①=720(r/min),转矩%=76.40(Nm)。
(3)查表12-1得厂600MPa,根据表12-2,取C=110,则
d邑"仞彳576=22(mm)
TnX720
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,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/T
2)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/T276-199
4)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=55mmd6-7=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+s—1=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通平键(C
轴总长:
型)。
d=40mm,^<^12mm8mm,
342mm
L=36mm。
取半联轴器与轴的配合为H7/m6。
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为k6。
联轴器
(4)确定轴上的圆角和倒角
处平键:
12汉8汉36
尺寸:
轴端倒角为2X45:
有圆角处圆角为均为R2。
(二)中间轴
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)中间轴上的功率P2=5.56(kW),转速n2=137.67(r/min),转矩T2=385.69(Nm)
理
(3)查表得^TOOOMPa,根据表12-2,取C=100,则
d©IP2=100T5.56=34.3(mm)\rt\137.67
中间轴的最小直径显然是
轴承处直径,为了使所选的轴
d=343mm
直径与轴承的孔径相适应,故
umin・511111
需同时选取轴承型号。
选取型号为6210
(GB/T276-佃94)深沟球轴承,宽度为20mm。
所以
选轴承:
6210
(GB/T
276-佃9
4)深沟球轴承
di^=d5上=50mm。
(1)拟定轴上零件的装配方案,如下:
(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度:
1)取安装齿轮2处的轴段2-3的直径d2.=55mm,齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的长度为50mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮2,此轴段应略短与轮毂长度,故取12.=48mm。
齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度h>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d4s=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U
h_2=20as(50-48)=201352二40mm
l5£=20as(93-91)=201352=40mm
至此已初步确定了轴的
各段直径和长度。
(3)
轴总长:
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
bh=16mm10mm,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)输出轴上的功率P3=5.37kW,转速n3=38.20r/min,转矩T3=1342.5Nm。
理
(3)查表得%=1000MPa,根据
表12-2,取C=100,则
do:
:
w383A52.0(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:
fZ?
457
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)为了满足半联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=68mmo'^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dD8=70mm125mm24mm,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h>0.07d,故取h=5mm,则直径d“=85mmo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
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