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.docx

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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

一.题目及总体分析

题目：

设计一个卷扬机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器

给定条件：

卷筒圆周力F=4KN，卷筒转速n=40r/min，卷筒直径D=400mm。

工作情况：

传动不逆转，轻微振动，允许卷筒转速误差为5%，室内工作。

工作寿命为五年两班。

二电动机的选择

电动机的选择见表1.

表1电动机的选择

计算及说明

计算结果

1.选择电动机的类型

根据用途选用Y系列一般用途的全封闭自冷式三相异步电动机

2.选择电动机功率

卷筒所需圆周力为

4KN

卷筒所需功率为

由减速器设计实例精解表2-1取，V带传动效率带=0.96，一对轴承效率轴承=0.99，斜齿圆柱齿轮传动效率齿轮=0.97，联轴器效率联=0.99，则电动机到工作机间的总效率为

电动机所需工作功率为

根据表8-2，选取电动机的额定功率

F=4KN

3.35kW

0.859

3.90kW

3.确定电动机的转速

卷筒的工作转速为

=40r/min

查表2-2，两级减速器传动比。

电动机的转速范围为

由表8-2可知，符合这一要求的电动机同步转速有750r/min、1000r/min、1500r/min、3000r/min考虑3000r/min的电动机转速太高，而750/min的电动机体积大且贵，故选用转速为1000r/min的电动机进行试算，其满载转速为960r/min，其型号为Y132M1-6

40r/min

三传动比的计算及分配

各级传动比的计算及分配见表2

表2传动比的计算及分配

计算及说明

计算结果

1.总传动比

24

2.分配传动比

减速器传动比为

24

高速级传动比为

取5.7

低速级传动比

24

5.7

4.21

四传动装置的运动、动力参数计算

传动装置的运动、动力参数计算见表3

表3传动装置的运动、动力参数计算

计算及说明

计算结果

1.各轴转速

40r/min

960r/min

960r/min

168.4r/min

40.00r/min

40r/min

2.各轴功率

3.90*0.99=3.86kw

3.86*0.99*0.97=3.71kw

3.71*0.99*0.97=3.56kw

3.56*0.99*0.99=3.48kw

3.86kw

3.71kw

3.56kw

3.48kw

3.各轴转矩

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

KN.m

38.8KN.m

38.41KN.m

210.26KN.m

850.05KN.m

833.14KN.m

五内传动的设计计算

高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表5

表5高速级斜齿圆柱齿轮的设计计算

计算及说明

计算结果

1.选择材料、热处理方法和公差等级

　　考虑到卷扬机为一般机械，故大小齿轮均选用45钢，小齿轮调质处理，大齿轮正火处理，由表8-17得齿面硬度HBW1=217-255HBW,HBW2=162-217HBW。

平均硬度=236HBW,=190HBW.-=46HBW，在30-50HBW之间。

选用8级精度

45钢

小齿轮调质处理

大齿轮正火处理

8级精度

2初步计算传动的主要尺寸

因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。

其设计公式为

1）小齿轮传递扭矩为T1=38410Nmm

2）因v值未知，Kv值不能确定，可初步选载荷系数Kt=1.1-1.8，初选Kt=1.4

3）由表8-18，取齿宽系数=1.1

4）由表8-19，查得弹性系数=189.8

5）初选螺旋角β=，由图9-2查得节点区域系数=2.46

6）齿数比u==5.7

7）初选z1=20，则z2==114.2,取z2=114，则端面重合度为

=1.66

轴向重合度为

由图8-3查得重合度系数=0.776

8）由图11-2查得螺旋角系数=0.99

9）许用接触应力可用下式计算

由图8-4e、a查得接触疲劳极限应力为=580MPa,=390MPa

小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为60*960*1.0*16*250*5=1.152

由图8-5查得寿命系数ZN1=1.0，ZN2=1.28，由表8-20取安全系数SH=1.0

，则小齿轮的许用接触应力为

=580MPa

大齿轮的许用接触应力为

=499.2MPa

取421.2MPa，初算小齿轮的分度圆直径d1t，得

=39mm

z1=20

z2=114

=580MPa

=390MPa

39mm

计算及说明

计算结果

3.确定传动尺寸

（1）计算载荷系数由表8-21差得使用系数KA=1.O

因3.14*39*960/60*1000m/s=1.96m/s，由图8-6查得动载荷系数KV=1.14,由图8-7查得齿向载荷分配系数K=1.11,由表8-22插得齿间载荷分配系数K=1.2，则载荷系数为

K=KAKVKK=1.11.141.111.2=1.67

（2）对d11进行修正因K与Kt有较大的差异，故需对由Kt计算出的d1t进行修正，即

（3）确定模数mn

按表8-23，取mn=2.5mm

（4）计算传动尺寸中心距为

圆整，取a1=mm,则螺旋角为

=

因值与初选值相差较大，故对与有关的参数进行修正

由图9-2查得节点区域系数ZH=2.43，则端面重合度为

=

轴向重合度为

=0.318dz1tan=

由图8-3查得重合度系数Z=0.775,由图11-2查得螺旋角系数Z=0.985

精确计算圆周速度为

由表8-6查得动载荷系数KV=，K值不变

按表8-23，取mn=2.5mm，则高速级中心距为

则螺旋角修正为

修正完毕，故

K=1.67

4，校核齿根弯曲疲劳强度

齿根弯曲疲劳强度条件为

1）K、T、m和d同前

2）齿宽b=b=66mm

3）齿形系数Y和应力修正系数Y。

当量系数为

由图8-8查得Y=2.61，Y=2.22,由图8-9查得Y=1.59,Y=1.81

4）由图8-10查得重合度系数Y=0.71

5）由图11-3查得螺旋角系数Y=0.87

6）许用弯曲应力

=

由图8-4f、b查得弯曲疲劳极限应力为=215MPa，=170MPa,由图8-11查得寿命系数Y=Y=1，由表8-20查得安全系数S=1.25，故

=MPa=MPa

=MPa=MPa

=<

满足齿根弯曲疲劳强度

5.计算齿轮传动其他几何尺寸

端面模数mt=mn/cos=

齿顶高ha=ha*=

齿根高hf=（ha*+c*）mn=

全齿高h=ha+hf=

顶隙c=c*mn=

齿顶圆直径为

齿根圆直径为

mt=mm

ha=mm

hf=mm

h=mm

c=mm

mm

mm

mm

mm

低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算见表6

表6低速级斜齿圆柱齿轮的设计计算

计算及说明

计算结果

1.选择材料、热处理方式和公差等级

大、小齿轮均选用45钢，小齿轮调制处理，大齿轮正火处理，由表8-17得齿面硬度=217-255，=162-217HBW。

平均硬度=236，=190。

-=46，在30-50HBW之间。

选用8级精度

45钢

小齿轮调质处理

大齿轮正火处理

8级精度

2.初步计算传动的主要尺寸

因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行设计。

其设计公式为

1）小齿轮传递转矩为=N.mm

2）因v值未知，值不能确定，可初步选载荷系数=1.1—1.8，初选=1.4

3）由表8-18，取齿宽系数=1.1

4）由表8-19，查的，弹性系数=189.8

5）初选螺旋角=，由图9-2查的节点区域系数=2.465

6）齿数比u==3.26

7）初选=，则==,取=，则端面重合度为

=

轴向重合度为

=0.318tan=0.3181.125tan=1.70

由图8-3查得重合度系数=0.775

8）由图11-2查得螺旋角系数=0.99

9）许用接触应力可用下式计算

由图8-e、a查得接触疲劳极限应力为=580MPa，=390MPa

小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为

=60=60

===

由图8-5查得寿命系数=1.14，=1.2，由表8-20取安全系数=1.0，则小齿轮的许用接触应力为

=

大齿轮的许用接触应力为

=

取=MPa

初算小齿轮的分度圆直径，得

=

=25

=82

=661.2MPa

=468MPa

=468MPa

76.615mm

3.确定传动尺寸

（1）计算载荷系数由表8-21查的使用系数KA=1.0

因v==,由图8-6查的动载荷系数

KV=1.07,由图8-7查的齿向载荷分布系数=1.11，由表8

-22查得齿间载荷分布系数=1.2，则载荷系数为

K==1.0=

（2）确定模数因K差异不大，不需对计算出的

进行修正，即

==mm=mm

按表8-23，取=mm

（3）计算传动尺寸低速级中心距为

==mm=190.75mm

圆整，a2=190mm

螺旋角为

arc==

因值与初选值相差较大，故对与值有关的参数进行修正

由图9-2查得节点区域系数=2.46，则端面重合度为

=

=

轴向重合度为

=0.318==

由图8-3查得重合度系数=0.77，由图11-2查得螺旋角系数=0.991，则

=mm

=mm

因v==m/s,由图8-6查得动载荷系数KV=1.07，K值不变

==mm=

按表8-23取=3.5mm,则中心距

==mm=mm

螺旋角

arc=

修正完毕，故

==mm=mm

==mm=mm

b==mm

=+（510）mm,取=mm

4.校核齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳强度条件为

=

1）K,，和同前

2）齿宽b==98mm

3）齿形系数和应力系数。

当量齿数为

===mm

===mm

由图8-8查得=2.6,=2.25;由图8-9查得=1.59,

=1.79

4）由图8-10查得重合度系数=0.701

5）由图11-3查得螺旋角系数=0.92

6）许用弯曲应力为

=

由图8-4f,b查得弯曲疲劳极限应力为MPa，=MPa，由图8-11查得寿命系数=1，由表8-20查得安全系数=1.25，故

==MPa=MPa

==MPa=MPa

==<

==<

计算结果

5.计算齿轮传动其他几何尺寸

端面模数

齿顶高ha=

齿根高hf=（ha*+c*）mn=

全齿高h=ha+hf=

顶隙c=c*mn=

齿顶圆直径为

齿根圆直径为

mt=mm

ha=mm

hf=mm

h=mm

c=mm

mm

mm

mm

mm

六斜齿圆柱齿轮上作用力的计算

齿轮