卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

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1、成績: 《機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)》 項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)制2011—07班 學(xué)生姓名： XXX 學(xué) 號(hào): XXXXXXXXX 指導(dǎo)教師： XXX 目錄 第一章、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 第二章、電動(dòng)機(jī)的選擇 4 第三章、分配傳動(dòng)比 6 第四章、齒輪設(shè)計(jì) 9 4.1高速級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 8 4.2低速級(jí)直齒園柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 第 五 章 、 軸 的 設(shè) 計(jì) 、 滾 動(dòng) 軸 承 選 擇 、 鍵 連 接 和 聯(lián) 軸 器 選 擇 18 5.1軸的設(shè)計(jì) 18 5.2、 滾動(dòng)軸承的選

2、擇及計(jì)算 25 5.3、 鍵連接的選擇及校核計(jì)算 28 第六章、附件設(shè)計(jì) 29 第七章、設(shè)計(jì)小結(jié) 31 第八章、參考資料 33 第一章 《機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)》任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)題目：電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 1.機(jī)器的功能要求： 起升機(jī)構(gòu)是使重物作升降運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它是 任何起重機(jī)必不可少和最主要最基本的機(jī)構(gòu)。此次設(shè)計(jì)的電動(dòng) 5噸卷 揚(yáng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、連軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升 滑輪組、釣鉤等組成，其各方面的機(jī)構(gòu)分布可以參考如下圖所示。 減速器高速軸，經(jīng)減速器減速后由低速軸帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)， 使鋼絲繩在 卷筒上繞進(jìn)或放出，從而使重物起升或

3、下降。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依 靠制動(dòng)器將高速軸的制動(dòng)輪剎住，使懸吊的重物停止在空中。 根據(jù)需要起升機(jī)構(gòu)上還可裝設(shè)各種輔助裝置，如起重量限制器、起 升高度限位器、速度限制器和鋼絲繩作多層卷繞時(shí)，使鋼絲繩順序排 列在卷筒上的排繩裝置等。 2. 機(jī)器工作條件：間隙工作，每班工作時(shí)間不超過 15%，每次 工作時(shí)間不超過10min,滿載啟動(dòng)，工作中有中等振動(dòng)，兩班制工作， 鋼繩的速度允許誤差士 5%。小批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)壽命為10年。 3. 工作裝置功能參數(shù)：剛繩的拉力F= 10KN，速度V=0.8m/s, 卷筒的直徑D=260mm。 、設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 設(shè)計(jì)工作內(nèi)容 《機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)

4、》 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容由理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算、 圖樣技 術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)文件編制三部分組成。 （1）理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算 a）總體方案設(shè)計(jì)：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有手動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)幾類。①手 動(dòng)的手柄回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上裝有停止器（棘輪和棘爪） ，可使重物保 持在需要的位置。 裝配或提升重物的手動(dòng)還應(yīng)設(shè)置安全手柄和制動(dòng)器。 手動(dòng)一般用在起重量小、 設(shè)施條件較差或無電源的地方。 ②內(nèi)燃機(jī)驅(qū) 動(dòng)的在卷筒與內(nèi)燃機(jī)之間裝有離合器。 當(dāng)離合器和卷筒軸上的制動(dòng)器 松開后，卷筒上的繩索處于無載狀態(tài) ，此時(shí)繩索一端可從卷筒上自 由地拽出，以縮短再次提拉物件時(shí)的掛繩時(shí)間。 內(nèi)燃機(jī)須在無載情況 下啟動(dòng)，離合器能將卷筒與內(nèi)燃機(jī)脫開， 待啟

5、動(dòng)正常后再使離合器接 合而驅(qū)動(dòng)卷筒。 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)常用于戶外需要經(jīng)常移動(dòng)的作業(yè)， 或缺乏電源的場所。 ③電動(dòng)調(diào)度廣泛用于工作繁重和需牽引力較大的 場所。根據(jù)工作環(huán)境的不同， 可選用防爆型或非防爆型電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力 源。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)卷筒， 電動(dòng)機(jī)與減速器輸入之間裝有制動(dòng)器。 為適應(yīng)提升、牽引 、回轉(zhuǎn)等作業(yè)的需要，還有雙卷筒和多卷筒裝置 的起升機(jī)構(gòu)。 根據(jù)傳動(dòng)形式的不同， 卷揚(yáng)機(jī)可分為蘇式多級(jí)內(nèi)齒行星齒輪傳動(dòng) 調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)、擺線針輪傳動(dòng)調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)、蝸輪 - 蝸桿傳動(dòng)回柱卷揚(yáng)機(jī) 和少差齒回柱和調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)等。 對于單滾筒行星齒輪傳動(dòng)調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)， 其具有成本低，效率較高，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，易于維

6、修和保養(yǎng)等優(yōu) 點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)的卷揚(yáng)機(jī)用于建筑工地的地面調(diào)度和搬運(yùn)工作。 根據(jù)實(shí) - 4 - 際工作要求，采用兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。 b）設(shè)計(jì)參數(shù)的確定：電動(dòng)機(jī)類型的選擇：該裝置用于礦山地面、冶金 礦物或建筑工地的地面調(diào)度和搬運(yùn)工作，要求環(huán)境濕度在 80%以下， 周圍介質(zhì)溫度不超過 40C，且空氣中不得含有沼氣等爆炸性及具有 腐蝕作用的氣體，選用丫系列全封閉式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 c）基本尺寸的確定：載荷狀態(tài)表示卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承受拉力作用地輕 重與頻繁程度，它與整個(gè)使用壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受地拉力 Fi與 額定拉力Fe之比（Fi / Fe ）和鋼絲繩每次承受拉力 Fi作用下地工作循

7、環(huán)次數(shù)ni與總工作循環(huán)次數(shù)Nt之比（m/NJ有關(guān)。 m 載荷譜系數(shù)Kf可用下式計(jì)算：Kf =E丄旦 Nt Fe 式中K f——載荷譜系數(shù)； n i ――在鋼絲繩拉力 Fi作用下的工作循環(huán)次數(shù)，n i = ni , n2 .…nn ； N t 總的工作循環(huán)次數(shù)，Nt =Eni = ni + n? + ??? nn ； F i ――鋼絲繩承受的第i個(gè)拉力，F(xiàn)i = Fi , F?，?…F n （N）; F e 鋼絲繩承受的額定拉力（N）； （2）圖樣技術(shù)設(shè)計(jì) a） 產(chǎn)品的機(jī)械系統(tǒng)總體布置示意圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（如上圖） 。 b） 機(jī)械產(chǎn)品（或主要部件）總裝配圖。 c） 典

8、型零件工作圖。 （3）編制技術(shù)文件: a）對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)。 b）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書： 1、 設(shè)計(jì)題目、要求和原始數(shù)據(jù)； 2、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，包括數(shù)學(xué)模型、程序框圖及文本、計(jì)算過 程和結(jié)果； 3、 原動(dòng)機(jī)選擇、 傳動(dòng)比分配過程，各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算過程 和結(jié)果； 4、 各級(jí)傳動(dòng)工作能力計(jì)算過程； 5、 減速器中軸、軸承、鍵聯(lián)結(jié)、聯(lián)軸器的選擇及計(jì)算。 2．提交設(shè)計(jì)成品 需要提交的設(shè)計(jì)成品：紙質(zhì)版、電子版（以班級(jí)學(xué)號(hào)＋中文姓名 作為文件名）各 1 份。內(nèi)容包括： （ 1）機(jī)械產(chǎn)品（或重要部件）裝配圖一張； （ 2）零件圖 2 張 （不同類型的零件：齒輪類、軸

9、類、機(jī)架和箱 體類等等 ）； （3）設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 三、 設(shè)計(jì)參考資料 1. 國家標(biāo)準(zhǔn) 2. 行業(yè)規(guī)范及技術(shù)規(guī)定 3. 機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)教材（西北工業(yè)大學(xué)出版社） 4. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書（高等教育出版社，吳宗澤，羅圣國 主編） 5. 網(wǎng)絡(luò)資源 四、 項(xiàng)目實(shí)施過程要求 五、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意事項(xiàng) 第 1 章、提高強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 避免受力點(diǎn)與支持點(diǎn)距離太遠(yuǎn) 2 避免懸臂結(jié)構(gòu)或減小懸臂長度 3 勿忽略工作載荷可以產(chǎn)生的有利作用 4 受振動(dòng)載荷的零件避免用摩擦傳力 5 避免機(jī)構(gòu)中的不平衡力 第 2 章、提高耐磨性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 避免相同材料配成滑動(dòng)摩

10、擦副 2 避免白合金耐磨層厚度太大 3 避免為提高零件表面耐磨性能而提高對整個(gè)零件的要求 4 避免大零件局部磨損而導(dǎo)致整個(gè)零件報(bào)廢 5 用白合金作軸承襯時(shí)，應(yīng)注意軸瓦材料的選擇和軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 潤滑劑供應(yīng)充分，布滿工作面 7 潤滑油箱不能太小 第 3 章、提高精度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 避免加工誤差與磨損量互相疊加 2 要求運(yùn)動(dòng)精度的減速傳動(dòng)鏈中，最后一級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)該取最大值 3 避免軸承精度的不合理搭配 4 當(dāng)推桿與導(dǎo)路之間間隙太大時(shí)，宜采用正弦機(jī)構(gòu)，不宜采用正 切機(jī)構(gòu) 第 4 章、 考慮人機(jī)學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題 1 合理選定操作姿勢 2 操作手柄所需的力和手的活動(dòng)范圍不宜過

11、大 3 合理安置調(diào)整環(huán)節(jié)以加強(qiáng)設(shè)備的適用性 六、設(shè)計(jì)階段 第一階段：總體計(jì)算和傳動(dòng)件參數(shù)計(jì)算； 第二階段： 軸與軸系零件的設(shè)計(jì)； 第三階段： 軸、軸承、聯(lián)軸器、鍵的校核及草圖繪制； 第四階段： 裝配圖、零件圖的繪制及計(jì)算說明書的編寫。 七、完成時(shí)間 在 2013 年 12 月 10 日之前完成全部設(shè)計(jì)任務(wù) 第二章電動(dòng)機(jī)的選擇 2.1、選擇電動(dòng)機(jī)類型 按照工作要求選用丫系列全封閉式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓 380V。 2.2、選擇電動(dòng)機(jī)容量 電機(jī)計(jì)算功率： ，其中起重量 F=10KN,繩速v=0.8m/s （按滿 載時(shí)算）。由電動(dòng)機(jī)到滾筒的傳動(dòng)總效率為：

12、？總=??????????????其中 ??????????????分別為聯(lián)軸器、軸承、齒輪傳動(dòng)和滾筒的傳動(dòng)效率， 由？?、？?=0.99（聯(lián)軸器），？？ =0.99（稀油潤滑，均按滾動(dòng)軸承計(jì)算），？? =0.97 （脂油潤滑，均按滑動(dòng)軸承計(jì)算） n、?? =0.97 （一般齒輪傳 動(dòng)，稀油潤滑）,??=0.99（滾筒）。 X 0.97 X 0.97=0. ?總=??????????????=0.99 X 0.99 X 0.99 X 0.99 X 0.96 88; ??=Fv /1000=8000/1000=8kw ??= ??/?總=8/0.88=9kw ; 選額定功率？?

13、頁=10kW。 2.3、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 經(jīng)過兩對內(nèi)圓柱齒輪減速傳動(dòng)，故總傳動(dòng)比的合理范圍是: i= （4 ?6）X （3 ?4） =12 ?24 滾筒軸的工作轉(zhuǎn)速為（滾筒直徑為 260mm ） n=60X 1000V nD 60 X 1000 X 空/260 = 59r/min : n 則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍是：n =（12~24） X 59=708 1416r/min 由容量和電機(jī)轉(zhuǎn)速，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、 和價(jià)格等，選定電動(dòng)機(jī)為丫系列,方案比較見表-1 : 表-1 型號(hào) 額定功率 (kW) 額定轉(zhuǎn)速 (r/mi n) 效 率

14、 (%) 重 量 (kg) 堵轉(zhuǎn)矩 最大額定 轉(zhuǎn)矩 Y160L-6 11 970 87.0 147 2.0 2.0 Y180L-8 11 730 86.5 184 1.8 2.0 經(jīng)比較，選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y160L-6，其主要外形和安裝尺寸見表 -2 : 參數(shù) A AB B C E H N P HD AD AC L 尺寸 254 330 254 108 110 350 275 325 530 240 325 695 第三章分配傳動(dòng)比 3.1、 總傳動(dòng)比： ？=證=而?= 12.37 3.2

15、、 分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 由傳動(dòng)系統(tǒng)方案可知開式圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比 ？?=1, ??=1, ??=4 由計(jì)算得兩級(jí)圓柱齒輪減速器的總傳動(dòng)比為 ??= ?1??2?= ?? ?0i ?? ?45 12.37 4 =3.093 為了便于兩級(jí)圓柱齒輪減速器采用浸油潤滑， 當(dāng)兩級(jí)齒輪的配對 材料相同，齒面硬度HBS 350，齒面寬系數(shù)相等時(shí)，考慮齒面接觸強(qiáng) 度接近相等條件。 取高速級(jí)傳動(dòng)比？？= 帀?= 2.081 取低速級(jí)傳動(dòng)比？?=空=1.486 ?? 傳動(dòng)系統(tǒng)的各部分傳動(dòng)比分別為 ?? =1,?? =2.081,?? = 1.486,??=1,??=4。 3

16、.3動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算如下: O軸（電動(dòng)機(jī)軸） ??= Pd =9kw ; ?? = ???= 730??min ; ??=9550第=117???? 1軸（減速器高速軸） Pl =Po n 12 = Po n 1 n 2 =8.8kw ni = 匹=730 r? i01 min ???=9550石=117 ?◎?? 2軸（減速器中間軸） ??=???24 =?????? =8.4kw ?? r n2 =需=351 ?min ??=9550j=227.6 ???? 3軸（減速器低速軸） ??=????5=??

17、???? = 8.0kw n 3=~2 = 236 r? 3 i23 min ??=955g=323.7 ?蹲?？ 4軸（滾筒軸） ??=???67 = ?????? = 7.6kw n4=^= 236 r?min ??=9550?4=307.5 ?◎?? ?2 -- 軸號(hào) 功 率 p kw 轉(zhuǎn)矩t Ngm 轉(zhuǎn)速 r %n） i傳動(dòng)比i 傳動(dòng)效率 0軸 9.0 117.0 730 - - 1軸 8.8 117.0 730 2.081 0.98 2軸 8.4 227.6 351 1.486 0.95 3軸 8.0 323.

18、7 236 1.000 0.95 4軸 7.6 307.5 236 1.000 0.98 第四章齒輪設(shè)計(jì) 4.1高速級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.11、 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 材料及熱處理 按方案選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2） 卷揚(yáng)機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高。故選用7級(jí)精度（GB/10095 —88）。 3） 材料選擇：參考資料得小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)HBS=240~270。 大齒輪選用45鋼，正火HBSW60~190。 4） 選小齒輪齒數(shù) ??= 22，大齒輪齒數(shù) ?2?= ????= 2.081 X 22=45.8 ，取?2?= 46。 4.1

19、2、 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10— 9a）進(jìn)行計(jì)算，即 “ > 2 32Qz????? ±1 ? I ???戸2.32匸石｛而｝ 1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 (1) 試選載荷系數(shù)。？?=1.3 (2) 計(jì)算小齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 (3) ??=95.5 X 105 ????? = 95.5 X 105 8?8?730 ?? E1.15 X 105 ?? -m (4) 由表10 — 7選取齒寬系數(shù)？??= 1。 (5) 由表10— 6查得材料的彈性影響系數(shù)???= 189.8?????? (6) 由圖10— 21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hiim1

20、 =600mpa。大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限c Hlim2 =550mpa。 由式N=60njLh計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) Ni=60nijLh=60X 730x 1X (10X 300x 3X 4) =1.59x 109 N2=1.59X 109/2.081=0.77X 109 (7) 由表10 — 19查得接觸疲勞壽命系數(shù) kHN1 =0.90 : Khn2=0.95.疲勞許用應(yīng)力 Q*?? (T 取失效概率1%,安全系數(shù)s=1 [ T ]=—^??? ?0???2b ???????? [C ?? 2= ?? ?3???1 c ???????? [C ?? 1= ?? =0.95

21、X 550=522.5mpa =0.95X 600=540mpa 3 ?? ?? ?? ±1 ??? 2 d1「＞ 232遽號(hào) 1 4.13、計(jì)算 [亠} =2.32 S3 X "5 X41X塑 x{^} 2 l[???] 1 2.081 522.5 mm=71.45mm (2) 計(jì)算圓周速度v ???!???? ??X 71.45 X 730 , c "小 , 60 X 1000 60 X 1000 m/s=2.73m/s (3) 計(jì)算齒寬b b二① d ?d1t=71.45mm (4) 計(jì)算齒輪與齒高之比 b/h 模數(shù) mt=d 1t/z1=71.4

22、5/22=3.25mm 齒高 h=2.25mt=2.25X3.25mm=7.307mm b/h=71.45/7.307=9.78 (5) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v =2.73m/s ,級(jí)精度，查圖10—8得動(dòng)載荷系數(shù) ？??= 1.05: 直齒輪，假設(shè) k???????<100??????由表 10— 3 查得 如。=kFa =1.1 由表10— 2查得使用系數(shù)kA=1，由表10—4查得7級(jí)精度，小齒輪 相對支承非對稱布置時(shí)，kH卩=1.05+0.18 ( 1+0.6①d2 )① d2+0.23X10-3b 將數(shù)據(jù)代入得 kH 卩=1.05+0.18 ( 1+0.6 X12) x

23、12+0.23 X10-3 x 71.45=1.783 由 b/h=9.78, kH 3 =1.783，查圖 10—13 得 kF卩=1.28 :故載荷系數(shù) k=??????????????=1 x 1.05 x 1.783 x 1.28 = 2.396 (6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式 d1=d1t v???^ 得 d1=d1tV????=71.45V2.396?1 3 =87.607mm (7) 計(jì)算模數(shù)m m=d〃Z1=87.607/22=3.98mm 3 2???? ????????? m> v??-?； ｛曲 4.14、按齒根

24、彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式(10— 5)得彎曲強(qiáng)度公式為 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1) 由圖10 — 20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限?????尸 380??????:大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ?????2= 380?????? ⑵由圖10—18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) kFNi=0.85, kFN2=0.88: (3) 計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，由式[??=空警?彳得 [???1 ?? ?????夕？？？？2 [???2 ?? 0.85 X 500 ? 石 =303?57mpa 0.88 X 500 =238.86mpa 1.4 r

25、 (4) 計(jì)算載荷系數(shù)k k二？?？？？???????= 1X 1.05 X1.1 X1.28 = 1.4784 (5) 查取齒型系數(shù) 由表 10— 5 可查得 Ysa1=2.65;YFa2=2.226。 (6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10— 5 可查得 Ysa1=1.58, Ysa2=1.764 (7) 計(jì)算大小齒輪的 警??并加以比較 [?0? ?????????212.65 X 僥生。01379 303.57 [?3?1 ??????????2 2.226 X 1.764 [???2 23^=°.0164 大齒輪的數(shù)值大。 1) 設(shè)計(jì)計(jì)算

26、 、3 2 X 2.396 X 11.5 X 10cc—,, c cll m> V 2 X 0.01644mm=2.655mm 1 X 2夕 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m大于由齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒根模數(shù) m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度 所決定的承載能力。而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力， 僅與齒 輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)。可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.655并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)m=3.00mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ??= 71.45????算出小齒輪齒數(shù) 乙詩丁二23?7 ，取 zi=24° 大齒輪齒數(shù) Z2=uzi=24X2

27、.081 = 49.56,,取 Z2=50 4.15、幾何尺寸計(jì)算 (1) 計(jì)算分度圓直徑 di =zim=24X 3mm = 72.0mm d2=Z2m=50x 3mm = 150.0mm (2) 計(jì)算中心距 a =(??+ ??)/2=(72+150)mm/2=111.0mm 4.2低速級(jí)直齒園柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.21、 低級(jí)選用直齒園柱齒輪傳動(dòng) (1) 卷揚(yáng)機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度(GB10095 —88)。 (2) 材料選擇：小齒輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)HBS1 240?270,大齒輪選用 45 鋼，正火 HBS2 200 ?230。 (3) 選

28、小齒輪齒數(shù)Z1=30,大齒輪齒數(shù)Z2=i23Z1=1.486X30 = 44.58 ，取 Z2=45。 4.22、 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算(設(shè)計(jì)) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10 — 9a)進(jìn)行計(jì)算，得 dir泊32“空｛空｝2 口? ?? [?如卩 1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)據(jù) (1) 試選載荷系數(shù)kt 1.3。 (2) 計(jì)算小齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 ??=95.5X 105?????=95.5X105x8.4?227 6=3.52X105 N?m (3) 由表10— 7選取齒面系數(shù) ①d=1。 (4) 由表10 — 6查得材料的彈性影響系數(shù) 1 ZE=189.8mp?? (5) 由圖10

29、— 21d按齒面硬度查得小齒輪的接 觸疲勞強(qiáng)度極限 ° ???????=1 590??????, a ???????=2 460??????, (6) 由式10 —13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=60 X227.6 X 1 X (12 X 300 X10)= 4.92 X 108 N2=4.92 X108 /2.64=1.86 X 108 (7) 由圖10 —19查得接觸疲勞壽命系數(shù) Khn1 =0.91, Khn2=0.94 (8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1,由式[??= 筈嚴(yán)?得 ?彳?？？1?????????0.91 X 59

30、0 [??1 =…??……=—=536.9 ?? [??2 = ?????2?!?????=09^^=432.4 4.23、計(jì)算 (1 )計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 中較小的值 3 ??????+1｛耗｝2=2.32 V! [???]' v = 60 X 1000 60 X 1000 血，2.32 3 3竺竺咳泄X ｛空｝2 1.486 432.4 mm=122.58mm (2)計(jì)算圓周速度 ??????? ?? X 122.58 X 227.6 m/s=1.46m/s (3)計(jì)算齒寬b b=① d ?dn= 122.58 mm

31、 (4) 計(jì)算齒輪與齒高之比 b/h 模數(shù)： mt=d1t/Z1=122.58/30=4.086mm 齒高： h=2.25mt=2.25 X4.086mm=9.194mm b/h=122.58/9.194=13.33 (5) 計(jì)算載荷系數(shù)(5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級(jí)精度，查圖10—8得動(dòng)載荷系數(shù) ？??= 1.11 :直齒輪，設(shè) k???????<100?/?????由表 10— 3 查得 kH =k_ =1.2 由表10 — 2查得使用系數(shù)kA=1，由表10—4查得7級(jí)精度，小齒輪 相對支承非對稱布置時(shí)，Sb =1.11+0.18 (1+0.6①d2) +0.31 X10-

32、3b 將數(shù)據(jù)代入得 kH b =1.11+0.18 X ( 1+0.6 X1 ) +0.31 X10-3 X 122.58 = 1.933 由 b/h=13.33,kH b =1.933,查圖 10—13 得 kFB =1.32 : 故載荷系數(shù) k二？????????？???=1 X1.11 X1.2 X 1.933 = 2.574 (6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式 di=dit v???得 (7) 計(jì)算模數(shù)m m=di/zi=153.93/30=5.131mm 4.24、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式(10—5)得彎曲強(qiáng)度公式為m>%2???

33、?2｛嘗?? 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1) 由圖10—20c查得小齒輪的彎曲疲勞極限？????佇220??????: 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限？????于190?????? (2) 由圖10—18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) kFN1=0.86, kFN2=0.89: (3) 計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，由式［??= ?^?????得 (4) 計(jì)算載荷系數(shù) k=???????????=1 X 1.11 X 1.2 X 1.33 = 1.772 (5) 查取齒型系數(shù) 由表 10— 5 可查得，丫Fa1 2.52,丫Fa2 2.219 (6) 查取應(yīng)力校

34、正系數(shù) 由表10—5可查得, YSai 1.625論2 1.769 (7) 計(jì)算大小齒輪的 F，并加以比較 YFa1Ysa1 2.52 1.625 0.0303 F 1 2YSa2 135.14 2.219 1.769 0.0325 F 2 120.29 大齒輪的數(shù)值大。 、r、r、r " 3 2 X 1 772 X 35 2 泌 10 (8) 設(shè)計(jì)計(jì)算 m》 1XX302__ X 0.01644 mm=2.835mm 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承 載

35、能力。而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅取決于齒輪直徑 (即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)?？扇∮蓮澢鷱?qiáng)度算得的模數(shù) m=5.131m m,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=5m m。按接觸強(qiáng)度算得分度圓 的直徑d1 = 122.58算出小齒輪齒數(shù) 乙=??=12：58 =24.516,取z1=25。 大齒輪齒數(shù) Z2=i23Z1=25X 1.486 = 37.15,,取 Z2=37。 4.25、幾何尺寸計(jì)算 (1 )計(jì)算分度圓直徑 d1= Z1m=25 X 5mm = 125mm , d2=Z2m=37 X 5mm = 185mm (2) 計(jì)算中心距 a =(??1 + ??)/2=(125+

36、185)mm/2=155.0mm (3) 計(jì)算齒輪寬度：b二① dd1=1 X 125mm = 125mm 取 B2=125mm,B1=130mm。 4.26、驗(yàn)算 L 2?? 2 X 3.52 X 50 lccc Ft二 1二一 一=5632N ?? 125 ????? 1 X 5632 ??? ?0 = =45.046 ???< 100 - ???（合適） ?? 125 4.27、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 齒數(shù)：Zi=25,Z2=37 分度圓直徑： d1=125mm,cb=185mm 齒頂圓直徑： da1=da1+2ha=125+2X 5=135mm da2=da2+2

37、ha=185+2X 5=195mm 齒根圓直徑： df1=d1+2hf=125-2X 5 X 1.25=112.5mm df2=d2+2hf=185-2X 5 X 1.25=172.5mm 齒寬：Bi=130mm, B2=125mm 第五章、軸的設(shè)計(jì)、滾動(dòng)軸承的選擇、鍵的連接和聯(lián)軸器的選擇 實(shí)現(xiàn)了卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算和減速器兩級(jí)齒輪 傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算后，接下來可進(jìn)行器軸的設(shè)計(jì)，滾動(dòng)軸承的選擇，鍵 的聯(lián)接和聯(lián)軸器的選擇。 5.1軸的設(shè)計(jì) 5.11輸出軸的設(shè)計(jì) 1） 輸出軸上的功率P3=8kw，轉(zhuǎn)速門3=236 r?min，轉(zhuǎn)矩???= 323.7N?m 2） 作

38、用在齒輪上的力 已知低速軸大齒輪的分度圓直徑為 d2=185mm 323 7 而 Ft=2T3/d2=2 X ―- X1000N = 3499.46N 185 Ft= Fttan a n=3499.46 X taON=)1273.7N 圓周力Ft，徑向力FT勺方向如圖15-24所示。 3）初步確定軸的最小直徑 先按（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼， 調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取A° = 112，于是得 dmin = A。遺=112 X 噲mm=34.25mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 d ，為了使所 選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適

39、應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=k AT3考慮到轉(zhuǎn)矩變化較小，故可查表得 kA=1.3，則:Tea二KaT3=420.81N ?m 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件選用 TL3型彈性套 柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為630N/m，許用轉(zhuǎn)速為5700r/min 。半 聯(lián)軸器的孔徑di=40mm,故取d1-2 =40mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm， 半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L仁60mm 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1） 擬定軸上零件的裝配方案如圖所示： （2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（如圖所示） （3） 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1

40、-2軸段右端需制出一軸 肩，故取2-3段的直徑d2-3 = 43mm ;左端用軸端擋圈定位，按 軸端直徑取擋圈直徑 D=38mm。而半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=60mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面 上，1-2段的長度應(yīng)比Ll略短一些，現(xiàn)取11-2 = 58mm。 （4） 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只有徑向力的作用，故選用普通深 溝球滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)d2_3 = 43mm，由軸承產(chǎn)品目錄 中選取6109型軸承，其尺寸為dx D x T = 45mm X75mm x 16mm , 故 ？?8 =45mm ;而?? = 16mm。 左、右端滾動(dòng)軸承均采用軸肩

41、進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得6109 型軸承的定位軸肩高度 h=3mm，因此，取d6-7 = 48mm。 （5） 取安裝齒輪處的軸段 4-5的直徑d4-5=48mm ;齒輪的左端與 左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 130mm，為了使 套筒端面可靠地壓緊齒輪，此段應(yīng)略短于齒轂寬度，故取l4-5=126mm 齒輪右端采用軸肩定位，軸肩高度取h=4mm ,則軸環(huán)直徑 d5-6=52mm。軸環(huán)寬度 b> 1.4h，故取 l5-6=6mm。 (6) 軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對 軸承添加潤滑油的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離 l=30mm，故取 l

42、2-3 =50mm。 (7) 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離a=16mm，考慮到箱體的鑄造誤差， 在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 s=8mm，已知滾動(dòng) 軸承寬度 T=16mm,齒輪輪轂寬為 130mm,則取 13-4 =T+s+a+(130 -126)=34mm b_7 =L+a+s -15-6=130+16+8 -6=138mm 至此，以初步確定了軸的各段直徑和長度。 5) 軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。 按d4-5查表得平鍵截面 bx h = 14mm X9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，半聯(lián)軸器與軸的連接 時(shí)長為30mm。同時(shí)為了保證聯(lián)軸器與軸配

43、合有良好的對中性， 故選 擇半聯(lián)軸器與軸的配合為H 7 k6 ；齒輪輪轂與軸的連接時(shí)長為115mm 選齒輪與軸的配合H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過度配合來 保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 6) 確定軸上圓角和倒角尺寸，取軸端倒角為2X45 °各軸肩處的 圓周半徑R2 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計(jì)算簡圖 2。確定軸承的支點(diǎn)位 置作為簡支梁的軸的支撐跨距L2+ L3=89+215mm=304mm 。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 C是軸的危險(xiǎn)截面。 現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的Mh、Mv及M的計(jì)算過程列出。 載荷 水平面H 垂直面V

44、 支反力 F : ??>??[= 1024.5N , ?????2= 2475?? ?????1= 372.9N，?????2= 900.8?? 彎矩M : 總彎矩： 扭矩T M H=91180.5N?mm M v1=33188.1N?mm , =V 91180.52 + 33188.1 2=97032.6N?mm T3=323.7N m 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn) 截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)公式和上面所得數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng) 力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 前已選定軸的材料為40C

45、r鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得[a ]70MPa ,故安 -1 全。 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （1）判斷危險(xiǎn)截面 截面A, 2, 3, B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起 的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭矩強(qiáng)度 較為寬裕確定的，所以截面 A, 2, 3, B均無需校核。 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面 4和5處過盈配合引 起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面5 的應(yīng)力集中的影響和截面 4的相近，但截面5不受扭矩作用，同時(shí)軸徑 也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面 C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大 （過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力

46、集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大， 故截面C也不必校核。截面6和7顯然更不必校核。鍵槽的應(yīng)力集中系 數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面 4左右兩側(cè)即可。 ⑵截面4左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d 3=0.1 x 34=3930.4mm3 抗扭截面系數(shù) WT=0.2d 3=0.2 x 32=7860.8mm3 截面4左側(cè)的彎矩M為M=323.7x三6= = 94.56N ?m 89 截面上的彎曲應(yīng)力。 =-=2080^MPa= 13.3MPa b W 1562.5 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力t T = WA答 MPa=13.8MPa 軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表得。D

47、 = 735MPa,「= B -1 355MPa, r = 200MPa,。 5 -1 5 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)查表得： a ° = 2.0, a = 1.31 z 軸的材料敏性系數(shù)：q ° =0.82 , qz=0.85 故有應(yīng)力集中系數(shù)為： k ° = 1 + 0.82 x (2.0 - 1) = 1.82, k r = 1 + 0.85 x (1.31 - 1) = 1.26 , 尺寸系數(shù)為0.67,扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為0.82 ;表面質(zhì)量系數(shù)均為0.92 ; 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，綜合系數(shù)為: , 1.82 1 ,小“ k° =石+贏-仁2"80 所以安全系數(shù)為： S° = 2.80 X 13.3+0.1 X= 9.51 k 1.26 = + ° 0.82 1 0.92 -1 = 1.62 S T 200 「60 呼+0.05 嚀 =17.35 Scs= 9.51 X 17.35 V 9.512+17.35 2 8.3? s = 1.5 故可知其安全