机械设计专业课程设计设计一用于卷扬机卷筒的传动装置.doc

设计计算阐明书

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目 录

一、 设计任务书····································3
二、 前言··········································4
三、 电动机选取与传动计算························4
四、 传动零件设计计算····························7
五、 轴设计计算和校核···························13
六、 轴承选取和校核 ····························24
七、 键联接选取和校核···························26
八、 联轴器选取和校核···························28
九、 箱体设计···································28
十、 润滑和密封选取·····························30
十一、 传动装置附件和阐明······················31
十二、 设计小结··································33
十三、 参照资料··································34

一、设计任务书

设计一用于卷扬机卷筒传动装置。
原始条件和数据：
卷扬机提高最大重量为Q=10000N，提高线速度为v=0.5m/s，卷筒直径D=250mm,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，有效期限，大修期3年。该机动力来源为三相交流电，在中档规模机械厂小批生产，提高速度容许误差为。

二、前言
由题目知该传动装置载荷平稳，为单班制持续运转，因此选取构造相对比较简朴展开式两级圆柱齿轮减速器，且输入轴和输出轴在两边。

三、电动机选取与传动计算
设计内容
计算及阐明
成果
1.选取电动机类型

2. 计算传动装置总传动比和分派各级传动比

3. 计算传动装置运动和动力参数

（1）选取电动机类型：
该工作场合无特殊规定，普通可采用三相异步电动机，可选用Y系列普通用途全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。

（2） 拟定电动机功率：
工作装置所需功率按公式 计算。
式中，,，工作装置效率取。代入上式得：

电动机输出功率按公式 kW计算。
式中，为电动机轴至卷筒轴传动装置总效率。
按公式计算，查表得，滚动轴承效率，8级精度斜齿轮传动（稀油润滑）效率，联轴器效率，则：

故 kW
查表8-184中Y系列电动机技术数据，选电动机额定功率为18.5kW。

（3） 拟定电动机转速：
卷筒轴作为工作轴，其转速为：
r/min
查表得，可选同步转速为750 r/minY系列电动机Y225S-8，其满载转速r/min。

（1） 传动装置总传动比

（2） 分派传动装置各级传动比

（1） 各轴转速：
1轴 r/min
2轴 r/min
3轴 r/min
4 轴 r/min
工作轴 r/min

（2） 各轴输入功率
1轴 kW
2轴 kW
3轴kW
4轴KW

工作轴 kW

（3） 各轴输入转矩
1轴

2轴
3轴
4轴
工作轴
电动机轴输出转矩

轴承选滚动轴承
输出轴联轴器选滑块联轴器；输入轴联轴器选弹性联轴器
齿轮精度级别：8级

电动机额定功率

电动机选用Y160L-8，同步转速为750 r/min，满载转速r/min

各轴转速：
r/min

r/min

r/min

r/min

各轴输入功率：

各轴输入转矩：

电动机轴输出转矩：

将以上算得运动和动力参数列表如下：
参数
轴名
电动机轴
1轴
2轴
3轴
4轴
工作轴
转速n（r/min）
730
730
145
27.5
4.5
4.5
功率P（kW）
16
15.84
15.06
14.31
13.6
13.47
转矩T()
16.4

20.7

100

496.74

2945

2858

传动比i
1
5.1
5.2
6.1
1

四、 传动零件设计计算

（一）高速级
设计内容
计算及阐明
成果
1.选定齿轮类型，精度级别，材料及齿数

2. 按齿面接触强度设计

3. 按齿根弯曲强度设计

4. 几何尺寸计算

（1） 选齿轮材料均为45#，经调质及表面淬火解决，齿面硬度为40~50HRC，HBS：229~286。

（2） 精度级别选用8级，选用小齿轮齿数,则大齿轮齿数

（1） 拟定公式中各参数：
1） 载荷综合系数k取1.5
2） 小齿轮传递转矩
3） 齿宽系数 （表6-9 机械设计P154）
4） 弹性系数 （表6-7 机械设计P149）
5）
6） ，取，，则。

（2） 计算：
1）计算小齿轮分度圆直径：

2）计算齿轮圆周速度：

3）计算齿宽b和模数m：

（1）参数选取：
1）载荷综合系数k=1.5
2）小齿轮转矩
3）
4）
5） 复合齿形系数：（图6-30 机械设计P151）
（图6-31 机械设计P153）
,
，
，取大值。

（2） 计算：

对比计算成果，由齿面接触强度计算得到模数m不不大于由齿根弯曲强度计算得到m。
取m=2.5mm即可满足弯曲强度，为同步满足接触强度，需按接触疲劳强度计算得到分度圆直径
取
取

（1）计算大小齿轮分度圆直径：

（2）计算中心距：

（3） 计算齿根圆直径和齿顶圆直径：

（4）计算齿宽：

取
齿轮：45#，调质HBS229~286

m=2.5mm

（二）低速级
设计内容
计算及阐明
成果
1.选定齿轮类型，精度级别，材料及齿数

2.按齿面接触强度设计

3. 按齿根弯曲强度校核

4.几何尺寸计算
（1）取大小齿轮材料为45#，经调质及表面淬火解决，表面硬度为HBS：229~286.

（2）采用8级精度，取小齿轮齿数,则 取。

（1） 参数选取：
1）载荷综合系数k取1.5
2) 小齿轮传递转矩
3) 齿宽系数 （表6-9 机械设计P154）
4) 弹性系数 （表6-7 机械设计P149）
5)
6) ，取，，则。

（2）计算：
1）计算小齿轮分度圆直径：

2）计算齿轮圆周速度：

3） 计算齿宽b和模数m：

（1）参数选取：
1）载荷综合系数k=1.5
2）小齿轮转矩
3）
4）
5） 复合齿形系数：（图6-30 机械设计P151）
（图6-31 机械设计P153）
,
，
，取大值。

2）计算：

对比计算成果，由齿面接触强度计算得到模数m不不大于由齿根弯曲强度计算得到m。
取m=4mm即可满足弯曲强度，为同步满足接触强度，需按接触疲劳强度计算得到分度圆直径
取
取

（1）计算大小齿轮分度圆直径：

（2）计算中心距：

（3）计算齿根圆直径和齿顶圆直径：

（4）计算齿宽：

取
齿轮：45#，调质HBS229~286

m=4mm

将重要计算成果列入下表

高 速 级
低 速 级
小齿轮1
大齿轮2
小齿轮3
大齿轮4
材料
材料
45#
45#
热解决
调质及淬火
调质及淬火
硬度
40~50HRC
229~286HBS
40~50HRC
229~286HBS
精度级别
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、 轴设计计算和校核

（一）输入轴
计算内容
计算及阐明
成果
1. 初步拟定轴最小直径

2.轴构造设计
（1）轴材料选取：
选用最惯用45号钢并正火解决。

（2） 输入轴上功率，转速，转矩。

（3）查表12-1得，依照表12-2，取C=110，则

计算所得应是最小轴径（即安装联轴器）处直径。该轴段因有键槽，应加大（3%~7%）并圆整，取。

（1） 拟定轴上零件装配方案，如下：

（2）依照轴向定位规定拟定轴各段直径和长度：
1）电动机型号为Y160L-8，其轴直径42mm。则选用TL6型（GB/T4323-）弹性套柱销联轴器，孔径，取。为了满足联轴器轴向定位规定,1-2轴右端需制出一轴肩，取轴肩高2mm,则2-3段直径。
2）初步选取滚动轴承
因轴承承受径向力而不承受轴向力，故选用深沟球轴承。齿轮两侧对称安装一对6209（GB/T276-1994）深沟球轴承，宽度为19mm。。轴承用轴肩定位，轴肩高度取1.5mm。取挡油环厚度1mm，故，，，。
3）4-5段制成轴齿轮，轮毂宽度为55mm，故取
。
4）轴承端盖总宽度为20mm,依照轴承端盖装拆，及便于对轴承添加润滑脂规定，取端盖外端面与联轴器距离25mm。故。
5）取齿轮距箱体内壁之间距离a=15mm，考虑到箱体锻造误差，在拟定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=5mm，则

中间轴两齿轮间距离取20mm,第2对齿轮积极轮齿宽为77mm，则

恰当调节，取。

（3） 轴上零件周向定位：
半联轴器与轴周向定位采用单圆头普通平键（C型）。d=40mm，，L=36mm。取半联轴器与轴配合为H7/m6。滚动轴承与轴周向定位是借助过渡配合来保证，选轴直径尺寸公差为k6。

（4） 拟定轴上圆角和倒角尺寸：
轴端倒角为，有圆角处圆角为均为R2。

输入轴材料：
45#，正火解决

选联轴器：TL6型（GB/T4323-）弹性套柱销联轴器

选轴承：6209（GB/T276-1994）深沟球轴承

轴总长：342mm

联轴器处平键：

（二）中间轴
设计内容
计算及阐明
成果
1.初步拟定轴最小直径

2.轴构造设计
（1） 轴材料选取：
材料选取40Cr并调质解决。

（2） 中间轴上功率，转速，转矩

（3）查表得，依照表12-2，取C=100，则

中间轴最小直径显然是轴承处直径，为了使所选轴直径与轴承孔径相适应，故需同步选用轴承型号。
选用型号为6210（GB/T276-1994）深沟球轴承，宽度为20mm。因此。

（1） 拟定轴上零件装配方案，如下：

（2）依照轴向定位规定拟定轴各段直径和长度：
1）取安装齿轮2处轴段2-3直径，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂长度为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。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处直径。取。
2）5处为非定位轴肩，则取，由于齿轮3齿宽B=93mm，除去轴向紧固空隙，。
3）拟定两端轴承处轴段长度：
取齿轮距箱体内壁距离a=13mm，考虑到箱体制造误差，在拟定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离s，取s=5mm。则

至此已初步拟定了轴各段直径和长度。

（3） 轴上零件周向定位：
齿轮与轴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
，从动轮处键长L=40mm，积极轮处L=70mm。齿轮轮毂与轴配合为H7/r6。滚动轴承与轴周向定位是借助过渡配合来保证，选轴直径尺寸公差为k6。

（4） 拟定轴上圆角和倒角尺寸
轴端倒角为，有圆角处圆角为均为R2。
材料：
40Cr，调质解决

选轴承：6210（GB/T276-1994）深沟球轴承

轴总长：242mm

从动轮处平键：

积极轮出平键：

（三）输出轴
设计内容
计算及阐明
成果
1. 初步拟定轴最小直径

2.轴构造设计
（1）轴材料选取：
材料选取40Cr并调质解决。

（2） 输出轴上功率，转速，转矩。

（3）查表得，依照表12-2，取C=100，则

输出轴最小直径显然是安装联轴器处轴直径，为了使所选轴直径和联轴器孔径相适应，故需同步选用联轴器型号。查教材得，选用直径d=65mm，L=275mm，滑块联轴器。故。

（1） 拟定轴上零件装配方案，如下：

（2）依照轴向定位规定拟定轴各段直径和长度：
1）为了满足半联轴器轴向定位规定，1-2轴段右端需制出一轴肩，故2-3段直径。取。
2）初步选取滚动轴承：
因轴承重要受到径向力作用，故选用深沟球轴承。选用型号为6214，其尺寸为，故取。
3）取安装齿轮处轴段直径，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轮，此轴段应略短于轮毂宽度，取。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，故取h=5mm，则直径。左端轴承用套筒定位。
4）轴承端盖总宽度为20mm,依照轴承端盖装拆，及便于对轴承添加润滑脂规定，取端盖外端面与联轴器距离25mm。故。
取齿轮距箱体内壁距离a=16mm，考虑到箱体制造误差，在拟定滚动轴承位置时应距箱体内壁一段距离s，取s=5mm。则

由于跟中间轴在同一水平面上有一对齿轮啮合，故取。
至此已初步拟定了轴各段直径和长度。

（3） 轴上零件周向定位：
齿轮与轴周向定位采用圆头普通平键（A型）联接，安装齿轮处直径d=75mm，查表得平键截面
，取键长L=80mm。半联轴器与轴周向定位采用单圆头普通平键（C型）联接，安装半联轴器处直径d=65mm，查表得平键截面
，取键长L=90mm。齿轮轮毂与轴配合为H7/r6，半联轴器与轴配合为H7/m6。滚动轴承与轴周向定位是借助过渡配合来保证，选轴直径尺寸公差为k6。
（4）拟定轴上圆角和倒角尺寸
轴端倒角为，有圆角处圆角为均为R2。
材料：
40Cr，调质解决

选轴承：6214深沟球轴承

轴总长：386mm

齿轮处平键：

联轴器处平键：

（四）轴校核
设计内容
计算及阐明
成果
1. 输入轴校核

2. 中间轴校核

3.输出轴校核
（1）求作用在齿轮上力：
转矩
齿轮分度圆直径
圆周力
径向力

（2） 受力分析：

（3）求轴上载荷：
1）对水平面进行计算：

代入数据得：，

2）对垂直面进行计算：

代入数据得：，

3）合成弯矩：

4）扭矩
可画出弯矩图：

（4） 轴强度校核
进行校核时，普通只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面强度。查表得，。则，计算得

前已选定轴材料为45号钢正火解决，查表得。因而，故安全。

（1） 求作用在齿轮上力：
转矩
圆周力
径向力
齿轮3分度圆直径

（2） 受力分析：

（3） 求轴上载荷：
1）对水平面进行计算：

代入数据得：

2）对垂直面进行计算：

代入数据得：，

3）合成弯矩：

4） 扭矩
可画出弯矩图：

（4） 轴强度校核
进行校核时，普通只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面强度。查表得，，则，计算得
对于截面1：

，安全。
对于截面2：

，安全。

（1）求作用在齿轮上力：
圆周力
径向力

（2） 受力分析：

（3） 求轴上载荷：
1）对水平面进行计算：

代入数据得：，

2）对垂直面进行计算：

代入数据得：，

3）合成弯矩：

4）扭矩
可画出弯矩图：

（4） 轴强度校核：
进行校核时，普通只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面强度。查表得，，则，计算得
，安全。

输入轴校核符合规定

中间轴校核符合规定

输出轴校核符合规定

六、轴承选取和校核
设计内容
计算及阐明
成果
1. 输入轴上轴承校核

2. 中间轴上轴承校核

3.输出轴上轴承校核
6209（GB/T276-1994）深沟球轴承。基本额定动载荷Cr=31.5kN。
1）由前面数据合成支反力：

取，则

2）校核轴承强度：
，按B轴承计算。
由于是单班制，大修期为3年，故寿命应不不大于3年（8760h）。

轴承寿命符合规定。

6210（GB/T276-1994）深沟球轴承。基本额定动载荷Cr=35.0kN。
1）由前面数据合成支反力：

取，则

2）校核轴承强度：
，按B轴承计算。
由于是单班制，大修期为3年，故寿命应不不大于3年（8760h）。

轴承寿命符合规定。

6214（GB/T276-1994）深沟球轴承。基本额定动载荷Cr=60.8kN。
1）由前面数据合成支反力：

取，则

2）校核轴承强度：
，按B轴承计算。
由于是单班制，大修期为3年，故寿命应不不大于3年（8760h）。

轴承寿命符合规定。

输入轴上轴承寿命符合规定

中间轴上轴承寿命符合规定

输出轴上轴承寿命符合规定

七、键联接选取和校核
设计内容
计算及阐明
成果
1. 输入轴上键校核

2. 中间轴上键校核

3.输出轴上键校核
由前面已知，选取单圆头普通平键（C型）
d=40mm，，L=36mm，
强度校核：
键和轴材料为钢，联轴器也是钢，存在轻微冲击，，则

符合规定。

由前面已知：
1）与从动轮相连。选取A型普通平键。
d=55mm，，L=45mm，
强度校核：

符合规定。
2）与积极轮相连。选取A型普通平键。
d=55mm，，L=70mm，
强度校核：

符合规定。

由前面已知：
1）与齿轮相连。选取A型普通平键。
d=75mm，，L=80mm，
强度校核：

符合规定。
2）与联轴器相连。选取单圆头普通平键（C型）。
d=65mm，，L=90mm，
强度校核：

符合规定。

输入轴上键强度符合规定

中间轴上键强度符合规定

输出轴上键强度符合规定

八、联轴器选取和校核
设计内容
计算及阐明
成果
1. 输入轴上联轴器校核

2.输出轴上联轴器校核
TL6型（GB/T4323-）弹性套柱销联轴器
，
取

符合规定。

滑块联轴器，d=65mm，计用转短为N·m，最高转速为250r/min。

n=38.20r/min<250r/min
符合规定。

所选联轴器强度符合规定

所选联轴器强度符合规定

九、箱体设计
设计内容
计算及阐明
成果

1. 箱体构造型式

2. 箱体内腔构造尺寸

3. 箱体重要构造尺寸

4.箱体整体构造尺寸
依照机械设计课程设计P74内容进行箱体设计

选取箱体为灰铸铁HT200制造。
没有特殊规定，为了装拆和调节以便，选用剖分式箱体。结合面通过三根轴中心线。

（1） 依照齿轮和轴尺寸，取箱体内腔长度为670mm，箱体内腔宽度为188mm，箱体内腔高度411mm，上箱盖内腔高度191mm，底座内腔高度220mm。

（2） 中心距：
高速级：157.5mm
低速级：220mm

参照机械设计课程设计P80表4-6
（1） 箱座（体）壁厚：，箱盖壁厚：

（2） 箱座凸缘厚度：
箱盖凸缘厚度：
箱座底凸缘厚度：

（3） 由于，选取地脚螺栓直径及数目：
，取
n=6
轴承旁联接螺栓直径：
箱盖、箱座联接螺栓直径：
由于输入轴、中间轴、输出轴轴承外圈直径分别是85mm，90mm，125mm，选取轴承端盖螺栓直径：
输入轴、中间轴：
输出轴：。
双级减速器，检查孔盖螺栓直径：。

（4） 由螺栓直径M12，取
箱外壁至轴承座端面距离
取。

（5） 轴承座外径
取3个轴承座外径分别为：135mm，140mm，185mm
轴承旁凸台半径：

（6） 箱座筋厚：

（7） 大齿轮顶圆和箱内壁间距离：
齿轮端面与箱体内壁距离：

箱体长度为688mm，箱体宽度为206mm，箱体高度443mm，上箱盖高度200mm，底座高度243mm。

十、润滑和密封选取
设计内容
计算及阐明
成果

1. 齿轮润滑

2. 轴承润滑

3. 减速器密封

4. 箱盖和箱座接合面密封

5.其她密封状况
参照机械设计课程设计P65-P71内容进行润滑和密封选取。

经计算高速级圆周速度为2.077m/s，由于齿轮转速v<12m/s，可选取浸油润滑。
由机械设计课程设计P310，表8－167可查得齿轮传动润滑油粘度荐用值为150 cSt（40度），齿轮润滑油选用工业闭式齿轮油（GB/T5903－1995）（合格品）L－CKC150。

轴承润滑采用脂润滑，在装配时伸入轴承室，其装配室不超过轴承室空间1/3～1/2，后来每年添加1～2次。装置时拆去轴承盖。由P312表8－168选用钠基润滑脂（GB/T492－1989）以适应中档载荷。在轴承与内壁之间设立封油环，以使轴承室与箱体内部隔开，防止油脂漏进箱内及箱内润滑油溅入轴承室而稀释和带走油脂。

选取毡圈式密封，运用矩形截面毛毡圈嵌入梯形槽中所产生对轴压紧作用，获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室密封效果。
密封形式和尺寸依照P314表8-173，依照轴I和轴III尺寸毡圈分别选为：
毡圈35　JB/ZQ4606－1997
毡圈65　JB/ZQ4606－1997

在箱盖和箱座结合面上涂密封胶密封。

检查孔盖板、排油螺塞与箱体结合面间均采用石棉橡胶纸材料封油垫片密封，轴承端盖与箱体之间需加密封垫片。

十一、传动装置附件和阐明
设计内容
计算及阐明
成果
1. 轴承盖设计

2. 油标

3. 排油孔螺塞

4. 检查孔盖板

5. 通气器

6. 起吊装置

7. 起盖螺钉

8. 调节垫片组

9.定位销
所有采用螺钉连接式轴承盖；其中，两个透盖，四个闷盖。材料选用HT150。
（1） 输入轴两端轴承盖尺寸（一透盖，一闷盖）：
依照机械设计课程设计P81表4-7设计尺寸

m值依照构造调节为21mm。

（2） 中间轴两端轴承盖尺寸（闷盖）：

m值依照构造调节为20mm。

（3） 输出轴两端轴承盖尺寸（一透盖，一闷盖）：

m值依照构造调节为18mm。

依照机械设计课程设计P82选取杆式油标，油标上有按最高和最低油面拟定刻度线，观测时拔出杆式油标，由油标上面油痕判断油面高度与否恰当。
尺寸计算参照表4-10，选用M16规格，其长度L＝110mm。

材料采用Q235，封油垫材料用1mm厚石棉橡胶纸。
尺寸选用 [1] 表4-13中M20×1.5。
D1取21mm，H取3mm。

盖板材料为Q235，
盖板和箱盖凸台接合面加装防漏石棉橡胶纸封油垫片。其尺寸依照表4-14拟定：
选A＝150mm，
A1=190mm,A2=170mm
B1=168mm,B=128mm B2=148mm
螺钉直径选用M8×10
h＝10mm
油封垫片为1mm石棉橡胶纸。

参照P83选取材料Q235，通过螺纹联接在检查孔盖板上。选用（a） 型通气器。

（1）在箱盖上直接锻造出吊耳环。
尺寸按照表4-16计算。
吊耳环：d=20mm，R=24mm，e=20mm

（2）在箱座上直接锻造出吊钩：由表4-16
K取34mm，H=27mm，h=12mm
r=6mm，b=20mm

由P88取,注意螺钉杆端部制成直径较细圆柱端或锥端，以免经常拧动时损坏杆端螺纹，材料为35号钢并通过热解决使硬度达HRC28-38。数量为1只。

材料为08F钢抛光。
其尺寸由表4-9和轴承盖尺寸决定。

采用圆锥销定位，材料为35＃，公称直径8mm，长度35mm。