機械設(shè)計課程設(shè)計-設(shè)計絞車傳動裝置.doc

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1、機械設(shè)計課程設(shè)計 08 方吉陵湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(論文)課 題 名 稱 設(shè)計絞車傳動裝置 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 08 系、年級專業(yè) 機械工程學(xué)院2006模具本科 指 導(dǎo) 教 師 2008年 9 月 23 日目 錄第一章 總體方案的確定 1第二章 傳動部件設(shè)計與計算 4第三章 齒輪的設(shè)計與校核 6第四章 軸和聯(lián)軸器材料選擇和主要零件11第五章 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算及校核13第六章 軸承及鍵的類型選擇與校核19第七章 箱體及附件的設(shè)計21第八章 潤滑和密封的設(shè)計23第九章 設(shè)計總結(jié) 26第十章 參考文獻 27第1章 總體方案的確定計算步驟與說明結(jié)果1.1 任務(wù)分析、傳動方案擬訂任務(wù)書中給出的

2、是絞車卷筒,具體參數(shù)如下表1工作參數(shù)表1卷筒圓周力F/N7500卷筒轉(zhuǎn)速n(r/min)55卷筒直徑D mm400工作間隙每隔2分鐘工作一次，停機5分鐘工作年限10批量大批注:總傳動比誤差為+5%,轉(zhuǎn)動可逆轉(zhuǎn)，間歇工作，載荷平穩(wěn)；起動載荷為名義載荷的1.25倍。 1電動機；2聯(lián)軸器； 3圓柱斜齒輪減速器；4開式齒輪；5卷筒1.2、電動機的選擇選擇電動機的內(nèi)容包括：電動機類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，要確定電動機具體型號。1.2.1選擇電動機類型和結(jié)構(gòu)形式按工作要求和條件查表14.1和表14.2，選取一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型y系列三相異步電動機。具有高效節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、性能好、噪聲低、振動小

3、、可靠性能好、功率等級安裝尺寸符合IEC標準及使用維護方便等優(yōu)點。適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體的場合，以及要求有較好的啟動性能的機械。1.2.2選擇電動機的容量電動機容量選擇是否合適,對電動機的正常工作和經(jīng)濟性多有影響.容量小于工作要求,會使電動機因超載而損壞,不能保證工作機正常工作;而容量選得過大,則電動機的體積大、價格高,性能又不能充分利用, ,并且由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費1.2.3. 1、 電動機所需的工作功率:=所以： =其中F為卷筒圓周力的有效功率，由已知條件可以得到為卷筒效率，為電動機至輸出軸傳動裝置的總效率，包括軸承，圓柱齒輪傳動及聯(lián)軸器，電動機至工作機之間傳動裝置的

4、總效率為：= 式中，、分別為聯(lián)軸器、減速器齒輪、軸承、開式齒輪、卷筒軸的軸承的傳動效率。由表2.3可以查到=0.97、=0.97、=0.99、=0.96 =0.98則：= =0.83又已知卷筒卷速n為55r/min,卷筒直徑D為400 mm,故電動機所需的工作功率為: =（FnD）/（6010001000 ）=10.4kw123.2. 確定電動機的轉(zhuǎn)速卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為 =55 r/min按推薦的合理傳動比范圍，減速器傳動比=37，開式齒輪傳動比=36則總傳動比的范圍為=942故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為 = =（942）55r/min =4952310r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750r/

5、min、1000r/min、1500r/min,再根據(jù)計算出的容量，考慮到起動載荷為名義載荷的1.25倍，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量及價格等因素,為使傳動比裝置結(jié)構(gòu)比較好,決定選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機。由機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書選定電動機的主要性能如下表：電動機型號額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速Y180L-615kw1000r/min970r/min=0.83=10.4Kw=4952310r/min電動機型號為：Y180L-6=970r/min第2章 傳動部件設(shè)計與計算2.1.計算總傳動比并分配各級傳動比電動機確定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速和工作裝置的轉(zhuǎn)速就可以計算傳動裝置的總

6、傳動比。2.1.2 總的傳動比 i = /=970/55=17.642.1.3分配傳動比 i=根據(jù)分配傳動比的原則，機械設(shè)計課程設(shè)計手冊可查得，單級減速器的傳動比:開式齒輪的傳動比:,因此可以分配=5，=3.52。 2.2計算傳動裝置及各軸的運動和動力參數(shù)2.2.1各軸的轉(zhuǎn)速I軸 = =970r/min 軸 =192r/min軸（輸出軸） =55 r/min 2.2.2各軸的輸入功率I軸 =10.40.97=10.09kwII軸 =10.090.970.99=9.69 kwIII軸（輸出軸） =9.690.990.96=9.21 kw2.2.3各軸的輸入轉(zhuǎn)距電動機的輸出轉(zhuǎn)距為=9.55=9.5

7、5=1.024N.mm I軸 =10.240.97=9.933N.mmII軸 =9.9330.975=4.8335N.mmIII軸（輸出軸）=4.83350.990.963.52=1.617N.mm最后將所計算的結(jié)果填入下表：各軸參數(shù)表參 數(shù)軸 名電動機軸軸 軸軸轉(zhuǎn) 速r/min97097019255功率Kw10.410.099.699.21轉(zhuǎn)矩Nmm1.0249.9334.8341.6172.3軸的初步計算：軸選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理.C值查表得118106,可選C=100.由軸的設(shè)計公式得：由于上式求出的直徑，只宜作為承受轉(zhuǎn)距作用的軸段的最小直徑。當軸上開有鍵槽時， 應(yīng)增大軸頸以考慮鍵槽對軸強

8、度的削弱。當直徑d100 mm時，單鍵應(yīng)增大5%7%，雙鍵應(yīng)增大10%15%。所以：的最小直徑為21.83mm 增大后取30mm的最小直徑為36.96mm 增大后取40mm的最小直徑為55.12mm 增大后取60mmi =17.64=5=3.52。=970r/min=192r/min=55 r/min =10.09kw=9.69 kw=9.21 kw=1.024N.mm=9.933N.mm=4.8335N.mm=1.617N.mm取30mm取40mm取60mm第三章 齒輪的設(shè)計與校核3.1.減速齒輪傳動的設(shè)計計算3.1.1選擇材料、熱處理、齒輪精度等級和齒數(shù)：由機械設(shè)計書表6-3、表6-6，選

9、擇小齒輪材料40Gr鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241286HBS，=686Mpa，=490 Mpa；大齒輪材料ZG35CrMo鑄鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為207269HBS， =686Mpa，=539Mpa；參考機械設(shè)計課本中表6-5可選精度等級為8級.因=5取=20，= =520=100取=100實際傳動比 U=/=100/20= 5在傳動比范圍內(nèi)。3.1.2齒面接觸疲勞強度設(shè)計:計算公式按式6-18 取=1.024由圖6-21，軟齒面齒輪，對稱安裝，=0.81.4取=1.1。由表6-7得使用系數(shù)=1.25。由圖6-19a試取動載系數(shù)=1.15。由圖6-8，按齒輪在兩軸承中間對稱布置，取=1.06。由表

10、6-8，按齒面未硬化，斜齒輪，8級精度，/b100N/mm =1.2。所以K=1.251.151.061.1=1.676初步確定節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.5，重合系數(shù)=0.87，由表6-7確定彈性系數(shù) =189.8 初步確定螺旋角=，則=0.97, = =0.98由式6-13齒面接觸許用應(yīng)力 由圖6-24查取齒輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力= 700Mpa，=660Mpa。由表6-12查取安全系數(shù)=1.2。=583.3Mpa=550Mpa 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入以上公式得: =55.9mm b=1.155.9mm=61.5mm 取小齒輪寬度=65mm，大齒輪寬度=60mm；=2.793mm，取m=3mm，強度足夠.齒

11、輪節(jié)圓直徑 , 按計算結(jié)果校核前面的假設(shè)是否正確齒輪節(jié)圓速度v=/60000=3.1460970/60000=3.05m/s v/100=3.0520/100=0.61m/s，由圖6-6得=1.05=2.15 = 2102400/60=3413.3N/b=1.252048/5546.6100原假設(shè)合理, =1.2。由機械設(shè)計書公式(6-33)有=576.11Mp583.33 Mp齒輪齒輪疲勞接觸強度安全。3.1.3按齒根彎曲疲勞強度校核計算公式按式6-35 = 由圖6-23得，小齒輪復(fù)合齒形系數(shù)=4.3，大齒輪復(fù)合齒形系數(shù)=3.86；式617得，=1.69由公式： 得=0.693由機械設(shè)計手冊

12、表14-1-18查得;則0.794按式6-14得彎曲疲勞許用應(yīng)力 = 按圖6-25，查取齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力=290Mpa，=270Mpa。查表6-8取=1.25 曲 疲勞強度安全系數(shù)由表6-12得 比 比較，和的大小得到,所以應(yīng)該按大齒輪校核齒輪彎曲疲勞強度= =59.6Mpa=216Mpa,彎曲疲勞強度足夠。 3.2. 開式齒輪設(shè)計 開式齒輪常用于低速級,采用直齒, 將由齒根彎曲強度計算所得的模數(shù)增大10%-20%.在此要用耐磨材料. 已知 i=3; 3.2.1 . 選擇材料.熱處理,齒輪精度等級和齒數(shù). 查表得,選擇小齒輪材料38SiMnMo 鋼,調(diào)質(zhì)處理,硬度229-286HBS,

13、 8級精度；大齒輪材料為ZG42SiMn 調(diào)質(zhì)處理硬度 197-248 HBS 8級精度。因=3.52取=20，= =3.5220=70.4取=70實際傳動比 U=/=70/20= 3.5在傳動比范圍內(nèi)。按齒根彎曲強度設(shè)計: 由圖6-23得，小齒輪齒形系數(shù)=4.32，大齒輪齒形系數(shù)=3.8;由=1.67由公式： 得=0.699，= 按圖6-25，查取齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力=280Mpa，=260Mpa。彎曲疲勞強度安全系數(shù)由表6-12得比較，和的大小得到,所以應(yīng)該按小齒輪校核齒輪彎曲疲勞強度由表6-9,硬面齒輪,懸臂安裝,取齒寬系數(shù).由6-6查得使用系 數(shù) 由圖6-19試取動載系數(shù),由圖6-

14、8按齒輪在兩軸承中,懸臂布置,取,由表6-8, 按齒面硬化,直齒輪,8級精度, 將模數(shù)圓整為標準值取m=6幾何尺寸計算：=m=620mm=120mm,=m=670mm=420mm,a =()=(20+70)mm=270mm,b=0.6120=72mm,取=72mm, =(510)=(6267）mm取=65mm.硬度為241286HBS，=686Mpa，=490 Mpa；=20=100K=1.676=583.3Mpa=550Mpa=65mm=60mm=576.11齒輪疲勞接觸強度安全=1.69=59.6Mpa=216Mpa所以軸承一為壓緊端，=+=1039.14+818.9=1858N ；而軸承

15、2為放松端=1039N。4. 由表11-9查得e=0.685. = =1.20.68 =0.68=e.6.由表11-9可得故當量動載荷為： =0.411528.15+0.871858=2243N， =11039+0419.152=1039N。計算所需的徑向基本額定動載荷7. 由軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選擇同樣尺寸的軸承，又故應(yīng)以軸承1的徑向當量動載荷為計算依據(jù)。應(yīng)常溫下工作，查表11-6得=1，受中等沖擊載荷，查表11-7得=1.5所以為軸承的使用時間 (小時)8. 查表11-5得7208AC軸承的徑向基本額定動載荷=35200N.6.2鍵聯(lián)結(jié)類型的選擇及強度的校核6.2.1.鍵類型的選擇選擇鍵聯(lián)結(jié)的

16、類型應(yīng)根據(jù)需要傳遞的轉(zhuǎn)矩大小、載荷性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、安裝空間大小、輪轂在軸上的位置、輪在軸上的位置是否需要移動、是否需要鍵聯(lián)結(jié)實現(xiàn)輪轂的軸向固定、傳動對定心精度等工作要求,并結(jié)合各種類型鍵的特點進行選擇.6.2.2.鍵聯(lián)結(jié)的尺寸選擇鍵的長度根據(jù)輪轂長度確定,鍵長通常略短于輪轂長度,導(dǎo)向平鍵的長度選擇還應(yīng)考慮鍵的移動距離,所選鍵長應(yīng)符合國家標準.國標中規(guī)定了鍵在寬度方向與鍵槽的三種不同方式的配合:一般鍵聯(lián)接、較緊鍵聯(lián)接、較松聯(lián)接.在這里我們選擇一般聯(lián)接.在工作軸中，鍵的選擇大小由軸的大小確定.6.2.3鍵校核公式： 6.2.3.1小齒輪軸上鍵的選擇及校核對要求與聯(lián)軸器相連的鍵進行計算，根據(jù)軸徑d=

17、30mm 查手冊得安裝的鍵型為A形鍵,為，取標準鍵長L=50。所以 k=0.5h=0.57= 3.5mm ， 6.2.3.2大齒輪軸鍵的選擇及校核要求與大齒輪配合的鍵進行計算，根據(jù)軸徑d=55mm 查手冊得安裝的鍵型為A形鍵,為，取標準鍵長L=50。所以 查得輕微沖擊載荷時的許用擠壓應(yīng)力k=0.5h=0.511=5.5mm，所以擠壓強度足夠. =24.5KN=1039.14N，=1039.14N，+e=0.68=2243N, =1039N 因為所以7208AC軸承適用。=37.84Mp1.210mm齒輪端面與內(nèi)壁距離8mm箱蓋、箱座肋厚、8軸承端蓋外徑；-軸承外徑(凸緣式軸承蓋尺寸見表11-1

18、1軸承端蓋凸緣厚度(11.2)軸承旁聯(lián)接螺栓距離以和互不干涉為準，一般取上面表格中的數(shù)據(jù)均在機械手冊中查得。第8章 潤滑和密封的設(shè)計8.1、潤滑齒輪采用浸油潤滑，軸承采用飛濺潤滑. 齒輪圓周速度5m/s所以齒輪采用浸油潤滑，軸承采用飛濺潤滑;浸油潤滑不但起到潤滑作用，同時有助箱體散熱。為了避免浸油潤滑的攪油功耗太大及保證齒輪嚙合區(qū)的充分潤滑，傳動件浸入油中的深度不宜太深或太淺，設(shè)計的減速器的合適浸油深度應(yīng)不小于(3050)mm,對于圓柱齒輪一般為12個齒高，但不應(yīng)小于10 ，這個油面位置為最低油面.考慮使用中油不斷蒸發(fā)損耗,還應(yīng)給出一個最高油面.對于中小型減速器,其最高油面比最低油面高出305

19、0mm.此外還應(yīng)保證傳動件浸油深度最多不超過齒輪半徑的,以免油損失過大.對于采用浸油潤滑的多級傳動,當?shù)退偌壌簖X輪浸油深度超過,的分度圓時,這時可減少低速級大齒輪浸油深度,而高速級采用濺油裝置潤滑.箱內(nèi)保持一定的深度和存油量。油池太淺易激起箱底沉渣和油污，引起磨料磨損，也不易散熱。取齒頂圓到池底面的距離為60mm。箱座內(nèi)壁高度，箱蓋高可以從設(shè)計圖上得出。換油時間為半年，主要取決于油中雜質(zhì)多少及被氧化、污染的程度。查手冊選擇SH0357-192中的50號工業(yè)閉式齒輪油潤滑。注：設(shè)計時所查的表出自機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書8.2、密封減速器需要密封的部位很多，有軸伸出處、軸承室內(nèi)側(cè)、箱體接合面和軸

20、承蓋，窺視孔和放油孔的接合面等處。8.2.1軸伸出處的密封起作用是使?jié)L動軸承與箱外隔絕,防止?jié)櫥吐┏鲆约跋潴w外雜質(zhì)、水及灰塵等侵入軸承室，避免軸承急劇磨損和腐蝕。選用氈圈式密封，氈圈密封是填料密封的一種.在端蓋上開出梯形槽,將矩形截面和毛氈圈放置在槽中以與旋轉(zhuǎn)軸密全接觸.氈圈式密封結(jié)構(gòu)簡單、價廉、安裝方便、但因軸頸接觸的磨損較嚴重，因而工耗大，氈圈壽命短。因此軸的表面最好經(jīng)拋光加工.如果軸的硬度高,表面粗糙度值小,就使用優(yōu)異細毛氈.8.2.2軸承內(nèi)側(cè)的密封該密封處選用擋油環(huán)密封，其作用用于油潤滑軸承，防止過多的油、雜質(zhì)進入軸承室以內(nèi)以及嚙合處的熱油沖入軸承內(nèi)。擋油環(huán)與軸承座孔之間應(yīng)留有不大的

21、間隙，以便讓一定量的油能濺入軸承室進行潤滑。8.2.3蓋與箱座接合面密封在接合面上涂上密封膠。8.3公差的設(shè)計 對于聯(lián)軸器的公差配合，軸承軸的公差配合選用，鍵的公差配合選用。8.4 附件的設(shè)計8.4.1窺視孔蓋和窺視孔為了檢查傳動件的嚙合、潤滑、接觸班點、齒側(cè)間隙及向箱內(nèi)注油等，在箱蓋頂部設(shè)置便于觀察傳動件嚙合區(qū)的位置并且有足夠大的窺視孔，其大小至少應(yīng)能伸進手去,以便操作.平時孔用蓋板蓋住,箱體上窺視孔處應(yīng)有凸臺高mm，以便進行刨削加工.蓋板下應(yīng)加防滲漏的墊片.蓋板用有機玻璃制造.本設(shè)計中取，孔蓋用的螺釘緊固。8.4.2排油孔、放油油塞、通氣器、油標為了換油及清洗箱體時排出油污，在箱座最底部設(shè)

22、有排油孔，放油孔的螺紋小徑應(yīng)與機體外壁取平,為便于加工,放油孔的機體外壁應(yīng)有加工凸臺，經(jīng)機加工后成為放油螺塞頭部的支承面，并加封油墊圈以免漏油,材料為石棉橡膠.放油螺塞帶有細牙螺紋,本設(shè)計中取螺塞 ,油圈2214 。為溝通箱內(nèi)外的氣流，應(yīng)在箱蓋頂部或窺視空板上安裝通氣器，可以使箱內(nèi)的熱脹氣體自由的溢出,達到機體內(nèi)外氣壓平衡.本設(shè)計中用網(wǎng)式通氣器.數(shù)據(jù)查手冊可得.為了檢查減速器內(nèi)的油面高度，應(yīng)在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位設(shè)置油標。本次設(shè)計采用桿式油標M12。油標尺傾斜插入油面,與水平面夾角不得小于.8.4.3吊耳和吊鉤為拆卸及搬運減速器，應(yīng)在箱蓋上鑄出吊耳環(huán)，并在箱座上鑄出吊鉤，吊鉤和吊耳的

23、尺寸可以根據(jù)具體情況加以修改。8.4.4定位銷為了保證軸承座孔的加工和裝配精度,在機蓋和機座用螺栓連接后,在鏜孔之前,在連接凸緣上配裝兩個定位銷,其公稱直徑可取,定位銷常安置在機體縱向兩側(cè)連接凸緣上,并呈非對稱布置,以保證定位效果.并圓整為標準值。定位銷的總長度應(yīng)稍大于機蓋和機座連接凸緣和總厚度,本設(shè)計中取GB/T 8 30.8.4.5啟蓋螺釘為了提高密封性能,機蓋和機座連接的凸緣的結(jié)合面上常常涂有水玻璃或密封膠,因此,連接較緊,不易分開.于是在面蓋凸緣上常有個啟蓋螺釘.螺釘上的螺紋長度應(yīng)大于機蓋凸緣的厚度.螺桿端部要做成圓柱形,或大倒角,或半圓形,以免啟蓋時頂壞螺紋.其大小規(guī)格可與機蓋和機座

24、連接螺栓取同一規(guī)格.第9章 設(shè)計總結(jié)經(jīng)過近兩個星期的努力，課程設(shè)計終于完成了。通過這次課程設(shè)計又學(xué)到了很多東西，鞏固和復(fù)習(xí)了很多知識，對機械這個專業(yè)有了更深的了解和認識，明白了許多設(shè)計中應(yīng)當注意的問題，為順利完成畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。由于時間緊迫，很難在規(guī)定的時間里完成，本設(shè)計能夠順利完成，首先要感謝莫愛貴老師對我的多次指導(dǎo)，莫老師給予我及時、詳細、耐心的講解，這使我能夠明白課程設(shè)計中應(yīng)當注意的問題，以使我在遇到困難時能盡快解決。其次是我的學(xué)長以及同班同學(xué)的幫助和討論，使我更快的完成任務(wù)。盡管這次作業(yè)的時間是緊迫的,過程是曲折的,但我的收獲還是很大的.不僅僅掌握了軸以及齒輪,等機構(gòu)的設(shè)計步驟與方法

25、;而且對制圖有了更進一步的掌握;PRO/E和Auto CAD ,Word這些僅僅是工具軟件,熟練掌握也是必需的.對我來說,收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力.在整個過程中,我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗,沒有感性的認識,空有理論知識,有些東西很可能與實際脫節(jié).總體來說,我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的,它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來,從中暴露出自身的不足,以待改進.有時候,一個人的力量是有限的,合眾人智慧,我相信我們的作品會更完美!同時也要感謝學(xué)校為我們提供的良好的教學(xué)環(huán)境，為我們設(shè)計提供硬件支持的繪圖室和提供各種參考資料的圖書館。第10章 參考文獻參考資料：1劉江南 郭克希主編.機械設(shè)計基礎(chǔ).長沙：湖南大學(xué)出版社，2005。2陳立德主編.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京：高等教育出版社，20043機械設(shè)計手冊編委會主編.機械設(shè)計手冊 第一卷.北京：機械工業(yè)出版社，20044劉鴻文主編.材料力學(xué).第四版.北京: 高等教育出版社,20045劉朝儒、彭福蔭、高政一主編.機械制圖.第四版.北京：高等教育出版社，20056徐學(xué)林主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).湖南大學(xué)出版社.2005 29