机械设计课程设计卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器01).doc

机械设计课程设计说明书 设计题目 卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器 广东石油化工学院目 录一、 设计任务51、 设计任务52、 运动简图53、 工作条件54、 原始数据5二、 拟定传动方案5三、 电动机的选择51、 选择电动机的类型52、 选择电动机功率63、 选择电动机转速7四、 总传动比及传动比分配71、 计算总传动比72、 各级传动比分配7五、 传动系统的运动和动力参数计算71、 各轴转速72、 各轴输入功率83、 各轴转矩84、 数据总汇8六、 传动零件的设计计算91、 高速级之露传动设计91.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数91.2按齿面接触强度设计91.3按齿根弯曲疲劳强度计算112、 低速级齿轮传动设计122.1选定齿轮类型、精度等级、材料及计算122.2按齿面接触强度设计122.3按齿根弯曲疲劳强度计算14七、 轴的设计计算151、 中间轴结构尺寸设计151.1选择轴的材料161.2轴的初步估算161.3轴的结构设计162、 高速（输入）轴结构尺寸设计182.1选择轴的材料182.2轴的初步估算182.3轴的结构设计183、 低速（输出）轴结构尺寸设计203.1选择轴的材料203.2轴的初步估算203.3轴的结构设计20八、 滚动轴承的校核计算221、 高速轴滚动轴承是校核计算222、 中间轴滚动轴承的检核计算233、 低速轴滚动轴承的校核计算24九、 平键连接是选用与计算241、 高速轴与联轴器的键连接选用及计算242、 中间轴与齿轮2的键连接选用及计算243、 低速轴与齿轮3的键连接选用及计算254、 低速轴与联轴器的键连接选用及计算25十、 联轴器的选择计算251、 高速轴输入端联轴器的选择262、 低速轴输出端联轴器的选择26十一、 减速器箱体及其附件设计261、 箱体设计282、 箱体主要附件作用及形式282.1通气器282.2窥视孔和视孔盖282.3油标尺油塞282.4油塞292.5定位销292.6启盖螺钉292.7起吊装置29十二、 参考文献30设计内容、计算级说明设计结果一、设计任务1、设计题目卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器2、运动简图3、工作条件单向运转，轻微振动，连续工作，两班制，使用期限5年，卷筒转速容许误差为5%。4、原始数据卷筒圆周力F（N）:4000卷筒直径D（mm）:350卷筒转速 n (r/min) :45二、拟定传动方案 原动机、传动装置和工作机是机器的三个组成部分。传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机，合理拟定转动方案应满足工作机的性能要求，适应工作条件，工作可靠，而且结构简单，尺寸紧凑，成本低，转动效率高，操作维护方便。根据已知条件，该设计采用展开式二级圆柱齿轮减速器。三、电动机的选择1、选择电动机的类型电动机有交流。直流之分，而一般工厂都采用三相交流电，因而选用交流电动机。交流电动机分异步、同步电动机，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，根据卷扬机要求选择应用较广的Y系列自冷式笼型三相异步电动机，电压为380V，其结构简单、起动性能好，工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合，如：运输机、机床、农机、风机、轻功机械等2、选择电动机功率D=350mm=0.35mVw=nD/60=453.140.35/60=0.824m/s已知 Fw=4000N卷筒所需功率Pw=FwVw/1000KW=40000.824/1000=3.296KW 电动机至卷筒之间的总效率：其中分别为联轴器、齿轮、轴承、卷筒的效率。此设计中一共有两个联轴器，两对啮合齿轮，3.5对轴承，一个卷筒。查机械设计计算手册得：弹性联轴器=0.990.995, 取0.998级精度齿轮传动=0.97， 取0.97一对滚动轴承的效率=0.99，取0.99卷筒效率=0.96， 取0.96=0.9920.9720.993.50.96=0.855实际需要的电动机输出功率： Pd= Pw / =3.2960.855=3.85 KW查手册选电动机额定功率：Pe=4 KW3、选择电动机转速查表得两级减速器机构的推荐传比：i=840。电动机转速可选范围： no=in=(840)45=3601880 r/min电动机同步转速符合要求的有：750r/min，100r/min，1500r/min表一：电动机 型号额定功率同步转速满载转速最大转速总传动比Y160M1-847507202.020Y132M1-6410009602.226.67Y112M-4410014402.340从电机价格和减速器造价两个方面考虑，选同步转速1000r/min的电动机。即： 选用Y132M1-6三相异步电动机四、总传动比及传动比分配1、 计算总传动比由表一得Y132M1-6型电动机满载时转速: no=960r/min总传动比i= no/n=96045=21.332、各级传动比分配对于两级展开式圆柱齿轮减速器，一般按齿轮墩浸油高度要求，即按各级大齿轮直径相近的条件分配传动比，常取i1=(1.31.5)i2。（式中i1、i2分别为减速器高速级和低速级的传动比）因为 总传动比 i=21.33所以 i1=5.47 i2=3.90五、传动系统的运动和动力参数计算1、各轴转速电机轴取满载转速电机轴0轴：no=960r/min高速轴轴：n= no=960r/min中间轴轴：n= n/ i1=9605.47=175.50r/min低速轴轴：n=n/ i2=175.53.9=45r/min 卷筒轴轴：n=n=45r/min2、各轴输入功率已知： 电机轴输入功率取额定功率 Pe=4 KW0轴：PO=3.85 KW轴：P= PO=3.850.99=3.81KW轴: P= P=3.810.970.99=3.66KW轴: P=P=3.660.970.99=3.51KW轴: P=P=3.510.99=3.47KW3、 各轴转矩0轴：To=9550PO/ no=95503.85/960=38.30Nm轴：T=9550P/ n=95503.81/960=37.90Nm轴: T=9550P/ n=95503.66/175.50 =199.16Nm轴: T=9550P/ n=95503.51/45=744.90Nm轴: T=9550P/ n=95503.47/45=736.41Nm4、数据汇总参数轴号电动机轴轴轴轴卷筒轴转速r/min9609601764545功率kw3.853.813.663.513.47转矩Nm38.337.9199.16744.9736.41传动比15.253.741效率0.990.960.960.99六、传动零件的设计计算1、高速级齿轮传动设计1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 根据已知条件，选择直齿圆柱齿轮：卷扬机为一般工作机，转速不高，选用8级精度查接卸设计计算手册，选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮选择45钢（调质），硬度为240HBS.两者硬度差为40HBS为使齿轮磨损均匀，小齿轮选择齿数Z1=24则大齿轮齿数为Z2= Z1i1=245.47=131.28取 Z2=132，查机械设计教材取齿宽系数，取标准压力角此为外啮合闭式软齿轮传动，以保证齿轮面接触强度为主1.2按齿面接触强度设计1.2.1查设计手册确定计算公式中各个数值由公式计算试选载荷系数Kt=1.3小齿轮传递转矩T1= T=37900Nmm材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa0.5节点区域系数ZH=2.5由机械设计教材按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa计算应力循环次数：N1=60njLh=609601(283655)=1.68109 N2=1.68109/5.47=3.07108从机械设计教材查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.90; KHN2=0.95计算接触疲劳许用应力取失效率1%，安全系数S=1，得/S=0.9600=540MPa/S=0.95550=522.5MPa1.2.2试算小齿轮分度圆直径中取较小值=48.809mm1.2.3计算圆周速度1.2.4计算齿宽=148.809mm=48.809mm1.2.5计算齿宽与齿高比模数 mt=d1t/ Z1=48.809/24=2.034mm齿高 h=2.25 mt=2.252.034=4.577mm bt/h=48.089/4.577=10.661.2.6计算载荷系数根据V=2.45m/s，8级精度，查得动载系数Kv=1.15直齿轮，查表得=1取使用系数KA=1.25用插值法得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时 =1.452由 bt/h=10.66，=1.452查图得=1.38故 载荷系数：K=1.251.1511.452=2.0871.2.7按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径d1=48.809=57.151mm1.2.8计算模数m m=d1/z1=57.151/24=2.38mm13按齿根弯曲疲劳强度计算1.3.1确定公式各值m 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MPa大齿轮的弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.87 KFN2=0.90计算弯曲疲劳许用应力由S=1.4 得载荷系数K=KAKVK=1.251.1511.40=2.013齿形系数查表得 YFa1=2.65 YFa2=2.419应力校正系数查表得 YSa1=1.58 YSa2=1.812计算大小齿轮的,并比较=2.651.58/310.71=0.01348=2.4191.821/244.29=0.01602很明显大齿轮的数值大1.2.3设计计算由于齿轮模数大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可取弯曲强度算得模数1.62就近圆标准值m=2mm。 Z1=d1/m=57.151/2.00=29 Z2=5.4729=159 这样设计的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度1.3.3几何尺寸计算计算分度圆直径d1=mZ1=229=58mmd2=mZ2=2159=318mm计算齿顶圆、齿根圆直径 ha1=1m=12=2mm hf1=(1+0.25)m=1.252=2.5mm da1=d1+2ha1=58+22=62mm df1=d1-2hf1=58-22.5=53mm计算中心距 a=(d1+d2)/=(58+318)/2=188mm计算齿轮宽度 =158=58mm 取 =55mm =60mm2、低速级齿轮传动设计2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数根据已知条件，选定直齿轮圆柱齿轮：卷扬机为一般工作机，转速不高，选用选用8级精度；查机械设计计算手册，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮选择45钢（调质），硬度为240HBS。两者硬度差为40HBS。为使齿轮磨损均匀，小齿轮选择齿数Z3=24，则大齿轮齿数为Z4=Z1i21=243.9=93.6取 Z4=94木质传动为软齿面的闭式齿轮传动，故接触疲劳强度设计2.2按齿面接触强度设计2.2.1查设计手册确定计算公式中各个数值由公式计算试选载荷系数Kt=1.3小齿轮传递转矩T2= T=199.16Nm材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa0.5查机械设计教材取齿面系数，取标准压力角由机械设计教材按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa计算应力循环次数：N3=60n1jLh=601761(283655)=3.08108N4=3.08108/3.9=0.97108从机械设计教材查图取接触疲劳寿命细数KHN3=0.95；KHN4=0.99计算接触疲劳许用应力去失效率1%，安全系数S=1，得2.2.2试算小齿轮分度圆直径=2.32=79.028mm2.2.3计算圆周速度2.2.4计算齿宽79.028=79.028mm2.2.5计算齿宽与齿高比模数 mt=d3t/Z3=79.028/24=3.29mm齿高 h=2.25mt=2.253.29=7.403mm齿高比 bt/ h=79.028/7.403=10.682.2.6计算载荷系数根据V=0.730m/s，8级精度，查得动载荷系数Kv=1.10直齿轮，查表得取使用系数KA=1.25用插入法得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时由bt/ h=10.68，查得故载荷系数： =1.251.1011.463=2.012.2.7按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 2.2.8计算模数 m= d3/Z3=91.4/24=3.81mm2.3按齿根弯曲疲劳强度计算2.3.1确定公式各值查表得写小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力S=1.4 查得载荷系数齿形系数 查表得应力校正系数 查表得计算大小齿轮的并加以比较 很明显大齿轮的数值大2.3.2设计计算 由于齿轮模数大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可取弯曲强度算得模数3就近圆整为近似值m=2mm。 这样设计的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度。2.3.3几何尺寸计算计算分度直径d3=mZ3=331=93mmd4=mZ4=3121=363mm计算齿顶圆、齿根圆直径 ha3=1m=13=3mm hf3=(1+0.25)m=1.253=3.75mm da3=d3+2ha3=93+23=99mm df3=d3-2hf3=93-23.75=85.5mm计算中心距 计算齿轮宽度 取 B3=105mm B4=100mm七、轴的设计计算1、中间轴结构尺寸设计在两级展开式减速器中，三根轴跨距相差不宜过大，故先进行中间轴的设计，以确定跨距。1.1选择轴的材料 因为中间轴为齿轮轴，应与齿轮3的材料一致，故材料为40Cr，调质，查表得1.2轴的初步估算考虑该处轴径尺寸应当大于高速级轴颈处直径取 1.3轴的结构设计根据轴上零件的定位、装配及轴的工艺性要求，初步确定出中间轴的结构如下：1.3.1各轴段直径的确定初选滚动轴承，代号为6208，轴颈直径齿轮2处轴头直径d4=45mm齿轮2定位轴肩高度h=(0.070.1)d4=0.145=4.5mm该处直径d4=54mm齿轮3的直径：d3=93mm; da3=99mm; df3=85.5mm 查表得轴承安装尺寸 1.3.2各轴段轴向长度的确定查表得轴承的宽度齿轮3宽度轮毂宽59mm,为定位可靠，应小于轮毂宽23mm,取 =57mm取 1.3.3校核轴的强度轴的转矩 齿轮2： 200=456N齿轮3： =4283tan200=1559NAB轴承垂直支撑反力：AB轴承水平面支撑反力： 垂直面弯矩 水平面弯矩 合成弯矩C截面合成弯矩： D截面合成弯矩：计算危险截面是当量弯矩 取折合系数则当量弯矩为 危险截面处的直径 所以原设计强度足够2.高速(输出)轴的结构尺寸设计2.1选择轴的材料 因为输入轴为齿轮轴，应与齿轮1 的材料一致，故材料为40Cr，调质，查表得，2.2轴的初步估算2.3轴的结构设计 考虑与电动机轴半联轴器相匹配的联轴器的孔径标准尺寸的选用，取2.3.1各轴段直径的确定由于轴身直径比强度计算的值要大许多，考虑轴的紧凑性，其他阶梯轴段直径应尽可能以较小值增加，因此轴伸段联轴器用套筒轴向定位，与套筒配合的轴段直径2.3.2各轴段轴向长度的确定初选滚动轴承6207，查表得轴颈直径，齿轮分度圆直径 半联轴器轴向长为60mm,取l1为60mm其中为壁厚；为轴承旁联螺栓扳手位置尺寸，查表得：e为端盖凸缘厚度，l3=轴承宽度17mml5=齿轮1 宽度60mm有中间轴设计知箱体内壁间距离A=195mm,两轴承轴颈间距2.3.3校核轴的强度 轴的转矩齿轮1： AB轴承垂直面支撑反力： AB轴承水平面支反力： 垂直面弯矩 水平弯矩 合成弯矩 计算危险截面的当量弯矩 取折合系数 危险截面处的直径 所以原设计强度足够3、低速（输出）轴的设计3.1选择轴的材料材料选用45#钢，正火处理，查表得3.2轴的初步估算由于安装联轴器处有键，故轴需加大4%5%。则故取该轴的基本轴径3.3轴的结构设计根据轴上零件的定位、装配及轴的工艺性要求，初步确定出中间轴的结构如下：3.3.1各轴段直径的确定初选滚动轴承6213根据油封标准，初选滚动轴承6213，查表得轴颈直径由齿轮尺寸，轴肩高查表得轴承安装尺寸3.3.2各轴段轴向长度的确定 半联轴器轴向长为84mm,取为82mm 轴承宽度23mm 轮毂宽102mm-2mm=100mm 轴承宽度23mm+外伸2mm=25mm3.3.3校核轴的强度轴的转矩 齿轮4： AB轴承垂直面支撑反力： AB轴承水平面支撑反力： 垂直面弯矩 水平面弯矩合成弯矩计算危险截面的当量弯矩取折合系数则当量弯矩为：危险截面处的直径：所以原设计强度足够八、滚动轴承是校核计算1、高速轴滚动轴承的校核计算选用的轴承型号为6207，查表得轴承基本额定寿命 查表得 对球轴承，寿命指数轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷,按轴承B的受力大小计算要求使用寿命故所选轴承合格2、中间轴滚动轴承的校核计算选用的轴承型号为6208，轴承基本额定寿命 查表得对球轴承，寿命指数轴承A的径向载荷轴承B的径向载荷,按计算要求使用寿命故所选轴承合用。3、 低速轴滚动轴承的校核计算选用的轴承型号为6213，轴承基本额定寿命 查表得 对球轴承，寿命指数 轴承A的径向载荷 轴承B的径向载荷 ,按计算 要求使用寿命 故所选轴承合用。九、平键连接的选用与计算1、高速轴与联轴器的键连接选用及计算由前面轴的设计已知本处轴径查表选择：键10850GB/T 1096-2003键的接触长度接触长度查表得许用挤压应力键连接的强度足够。2、中间轴与齿轮2的键连接选用及计算由前面轴的设计已知本处轴径查表选择：键14945GB/T 1096-2003键的接触长度，接触长度查表得许用挤压应力键连接强度足够。3、 低速轴与齿轮3的键连接选用及计算由前面轴的设计已知本处轴径查表选择：键201290GB/T 1096-2003键的接触长度接触长度查表得许用挤压应力 键连接强度足够4、 低速轴与联轴器的键连接选用及计算由前面轴的设计已知本处轴径查表选择：键161070GB/T 1096-2003键的接触长度接触长度查表得许用挤压应力可见连接的挤压强度不够，改用双键，相隔布置。双键的工作长度则 此时键连接强度足够。十、联轴器的选择计算1、高速轴输入端联轴器的选择高速轴的转动较高，选用有缓冲功能的弹性套柱销联轴器。查表得载荷系数K=1.5。则计算转矩电动机查表选用联轴器 合乎上述要求2、 低速轴输出端联轴器的选择低速级的转速较低，传动的力矩大，且减速器轴与卷筒轴之间轴之间轴线较大，选用刚性可移动式的滚子链联轴器。查表得载荷系数K=1.5。则计算转矩输出轴轴径 查表选用联轴器 合乎上述要求十一、加速器箱体及其附件设计1、箱体设计本减速器采用部分式箱体，分别由箱座和箱盖两部分组成。用螺栓；连接起来，组成一个完整箱体。剖分面与减速器内传动件轴心线平面重合。 此方案有利于轴系部件的安装和拆装。剖分接合面必须有一定的宽度，并且要求仔细加工。为了保证箱体刚度。在轴承座处设有加强助。箱体底座要有一定宽度和厚度，以保证安装稳定性和刚度。减速器箱体用HT200制造。铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能，成本低。铸造箱体多用于批量生产。箱体各参数如下表：Fw=4000ND=350mmn=45r/min展开式二级圆柱齿轮减速器Y系列自冷式笼型三相异步电动机Vw=0.824m/sPw=3.296KWPd=3.85 KWPe=4 KWY132M1-6三相异步电动机i=21.33i1=(1.31.5)i2i1=5.47 i2=3.90no=960r/minn=960r/minn=175.50r/minn=45r/minn=45r/minPe=4 KWPO=3.85 KWP=3.81KWP=3.66KWP=3.51KWP=3.47KWTo=38.30NmT=37.90NmT=199.16NmT=744.90NmT=736.41Nm直齿圆柱齿轮8级精度小齿轮40Cr大齿轮45钢Z1=24Z2=132N1=1.68109N2=3.07108d1t=48.809mmV=2.45m/sbt=48.809mmmt=2.034mmh=4.577mmbt/h=10.66K=2.087d1=57.151mmm=2.38mmKFN1=0.87 KFN2=0.90K=2.013m1.62mmZ1=29Z2=159ha1=2mmhf1=2.5mmda1=62mmdf1=53mma=188mmb=58mm小齿轮40Cr大齿轮选择45钢Z3=24Z4=94N3=3.08108N4=0.79108d3t79.028mmV=0.730m/sbt=79.028mmmt=3.29mmh=7.403mmbt/ h=10.68K=2.01d3=91.4mmm=3.81mmK=1.953Z3=31Z4=121d3=93mmd4=363mmha3=3mmhf3=3.75mmda3=99mmdf3=85.5mma=228mmb=93mmB3=105mmB4=100md1=d5=dmin=40mmd4=45mm=57mml3=17mml5=60mmA=195mm=82mm23mm100mm