机械课程设计电动卷扬机传动装置.docx
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机械课程设计电动卷扬机传动装置
机械设计课程设计
题目:
设计电动卷扬机传动装置
学院
专业
学号
学生姓名
机械设计课程设计任务书
题目:
设计电动卷扬机传动装置
传动系统图:
原始数据:
数据编号
钢绳拉力
F/KN
钢绳速度
v/(m/min)
卷筒直径
D/mm
2
9
20
290
工作条件:
间歇工作,满载启动,工作中有中等振动,两班制工作,小批量生产,钢绳速度允许误差±%,设计寿命10年。
1.电动机的选择
1.1功率计算
1.2确定电动机转速
2.传动系统的运动和动力参数
2.1计算总传动比
2.2合理分配各级传动比
2.3各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算
3.传动零件的设计计算
4.轴的设计及计算
5.键连接的选择和计算
6.滚动轴承的选择和计算
7.联轴器的选择
8.润滑方式、密封形式及润滑油牌号的选择
9.其他技术说明
10.设计小结
11.参考文献
计算及说明
计算结果
电动机的选择
1•功率计算
工作机所需要的功率:
皿Fv91000
309kw
1//I11IJ円7•丿71.1
kzivvV
100010000.97
Pw=3.09kw
电动机输出功率:
Pd=巴
n
由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为
2322
a123456
式中
:
n1:
联轴器的效率0.99
n2:
每对滚动轴承的效率0.99
n3:
每对滑动轴承的效率0.98
n4:
闭式圆柱齿轮传动的效率0.97n5:
开式圆柱齿轮传动的效率0.95
n6:
卷筒的传动效率0.97
所以
2322
a123456
0.9$
0.97
0.792
a=0.792
PPw3.0939kw
Pd=3.9kw
即
Pd3.9KW
n0.792
故由参考书可选电动机的额疋功率为4kw
2•确定电动机转速
ndnw4—————4———
w丿siwv1000201000
nw21.96r/m
由
V厂11彳曰n
21.96r/m
’ccc可得nw
1000n3.14290
在该传动方案得知,在该系统中只有减速器存在
[级传动比沧、
i34,
开式齿轮i开,所以,id=i12•i34•i开
即nd=id•nw=(i12•i34•i开)•nw
在二
级圆柱齿轮减速器的传动比范围一般为(8~40),开式齿轮的
传动比为i开=4,贝U总传动比的id的合理范围为
id=32~160
id=i12•i34•i开=(8~40)x4=32~160
因此,电动机转速的可选范围为
nd=id•nw=(32~160)x21.96=(702.72~3513.6)r/min
nd-(702.72~
3513.6)r/min
所选电动机型号付合这一范围的同步转速有
750r/min、
1000
r/min、1500r/min,根据计算出的电动机容量,由附表可查出适用的电动机型号,相应的技术参数及传动比的比较情况如下表所示。
电动机的比较
方:
电动机
额定
同步
、卄+[、,满载
堵转转矩
最大转矩
:
重
价
案
型号
功率
/kw
转速
/r/min
转速
/r/mi
n
额定转矩
额定转矩
量
格
1
Y160
M1-8
4
750
720
2.0
2.0
重
高
2
Y132
M1-6
4
1000
960
2.0
2.2
中
中
3
Y112M
-4
4
1500
1440
2.2
2.3
轻
低
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量及成本,课件第3
种方案比较合适。
因此选择电动机型号为Y112M-4,即电动机的
额定功率Pw=4kw,满载转速nm=1440r/min。
二•传动系统的运动和动力参数
1•计算总传动比
由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw
,可确定
传动装置应有的传动比i总-65.57
nw21.96
2.合理分配各级传动比
般圆柱齿轮传动比范围为,开式齿轮传动比为i开-4,故取
出i1-
(65.57
i开-4可以算
V4
(l.3~1.0)-4.8
i1-4.8
i2
4.8
(1.3〜1.5)
=3.4,
i开=4
3.各轴转速、输出功率、出入转矩、转速计算
(1)各轴的转速
电动机的转速no=1440r/min
高转速Ini
中间轴IIn11
低速轴IIIn111
卷筒nIv
(2)各轴的输入功率
n01440r/min
nI
i1
nn
T7
1440
7T
300
34
v1000
15~~
300r/min
88.24r/min
201000
3.14290
21.96r/min
上述电动机输出功率Pw=3.9kw,故Po=3.9kw
咼转速I
P1=P0•
n1•
n2=3.9x0.99X0.99=3.82kw
中间轴II
P2=P1•
•n2'
n4=3.82x0.99X0.97=3.67kw
低速轴III
P3=P2•
n2•
n4=3.67X0.99X0.97=3.52kw
卷筒
P4=P3•
n1•
2
n3•n5•n6
=3.52X0.982X0.95X0.97
=3.12kw
式中:
n1:
联轴器的效率0.99
n2:
每对滚动轴承的效率0.99
n3:
每对滑动轴承的效率0.98
n4:
闭式圆柱齿轮传动的效率0.97
n5:
开式圆柱齿轮传动的效率0.95
n6:
卷筒的传动效率0.97
(3)各轴的输入转矩
电动机轴的输出转矩Td:
Pd
39
Td
9550—9550
25.86Nm
nm
1440
咼转速I
T1
P1
9550P
9550
3.82
25.33Nm
n1
1440
中间轴II
T2
9550P
9550
3.67
116.83Nm
n2
300
i23.4
i开=4
n01440r/min
ni1440r/min
nn300r/minniii88.24r/mir
n^21.96r/min
Po=3.9kw
P1=3.82kw
P2==3.67kw
P3=3.52kw
P4=3.12kw
Td25.86Nm
T125.33Nm
T2116.83Nm
T3380.96Nm
T41356.83Nm
低速轴III
T3
P3
9550—
9550
3.52
380.96Nm
n3
88.24
卷筒
T4
P4
9550P
9550
3.12
1356.83Nm
n4
21.96
运动和动力参数的计算结果列于下表:
参数
电动机轴
高速轴I
中间轴II
低速轴III
卷筒
转速
(r/min)
1440
1440
336.45
109.95
21.96
功率(kw)
3.9
3.82
3.67
3.52
3.12
转矩
(N•m)
25.86
25.33
116.83
380.96
1356.83
传动比
1
1
4.8
3.4
4
三•传动零件的设计计算
I斜齿圆柱齿轮计算
A.高速级斜齿圆柱齿轮的计算
1•选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数
1)按运动简图的传动方案,选定斜齿圆柱齿轮传动
2)卷扬机为一般工作机,速度不搞,故选用8级精度(GB10095
—1998)
3)材料选择:
小齿轮选用40Cr,调质热处理,齿面硬度达到250HBS
大齿轮选用45钢,调质热处理,齿面硬度达到220HBS由于减速器齿轮传动为闭式传动,可以采用齿面接触疲劳强度计算,按弯曲疲劳强度校核。
2•按齿面接触疲劳强度设计
按设计计算公式计算:
dt
1)确定公式的各参数
(1)试选载荷系数Kt=1.5
(2)齿轮传递转矩为T125.33Nm
(3)选齿宽系数d0.9
i
(4)材料弹性系数Ze189.8MPa2
(5)初选压力角a=20°
(6)齿数比为Ui=4.8
(7)选小齿轮的齿数为:
乙=20,则大齿轮的齿数为
Z2=20X4.8=96。
(8)由《机械设计基础》(P73)图5-24C查得Hlim1680Mpa
hiim2560Mpa
(9)计算应力的循环次数
(10)
8104147200000
N160mjLh60
(11)查得接触疲劳寿命系数ZNT1=1,ZNT2=1.14
(12)许用接触应力可利用以下公式计算SH=1.1
Hlim
[]HMMPa
[H1]
ZnT1Hlim1
S
1680
1.1
MPa
MPa
ZnT2Hlim21.1460
[H2]
31.1
3.计算
f2
12
吐33逐KT(i1)3
3.2189.81.5(4.81)…c
')37.09nm
V[h]di\
580.364.8
(2)确定模数
(1)试计算小齿轮分度圆直径d1t,取[H2]
MPa,得
a123mm
d1tcos
37.09cos20
mn
1.74mm
Z1
20
19.42
由《机械设计基础》P57表5-1取mn=2mm
(3)确定中心距
mn(ZiZ2)2(2096)—
中心距a123.44mm
2cos2cos20
取整数,所以取a123mm,贝U螺旋角
arcosmn(ZiZ2)ar2(2096)1942
arcosar19.42
2a2123
mnZ1220
d142.41mm
coscos19.42
」mnZ2296“c“
d2203.58mm
coscos19.42
齿宽bd10.942.4138.169mm
取b238mm
b1b2(5~10)mm取b146mm
.,一1.6K「cosxzxz
4.齿根许用疲劳强度条件切为FYfYs
bmn21
(1)K1、T1、m和Z同前
(2)齿宽bb238mm
(3)由《机械设计基础》P74图5-26查得
齿形系数Yf12.91Yf22.22
应力修正系数为Ys11.53Ys21.77
(4)由《机械设计基础》P75图5-27中可以查出试验齿轮的
齿根弯曲疲劳极限Flim1230MPa尸佃2190MPa
Y/Flim
(5)许用弯曲应力[f];匚
SF
(6)查得寿命系数为Yv11,Y/21.14
(7)由P73表5-7中可以查出安全系数SF1.35
d142.41mm
d2203.58n仃
b146mm
b238mm
[F1]170.37MPS
[f2]160.44MPa
F1]
Y.
Sf
Fliml
口30170.37MPa
1.35
F2]
Yv2
Flim2
1.14190
1.6KT
F1
COS
bmn2Z1
Yf2YS2
F2F1
Yf1YS1
SF
1.35
160.44MPa
mt
hf
ha
1.61.525330COS19.42
—2
2220
2.91
83.97
F1]
5.计算齿轮的几何尺寸
2.221.77
2.911.53
[F2]
d1
d2
da1
端面模数
mt
mn
cos
齿根高
hf
*
(ha
齿顶咼
ha
mn
mn
分度圆直径
d1
cos
d2
mn
cos
齿顶圆直径
da1
d1
da2
d2
齿根圆直径
df1
d1
df2
d2
cos19.42
2.121mm
da2
1.2522.5mm
2.121mm
2.5mm2mm
42.41mm
203.58mm
46.41mm
207.58mm
37.41mm
198.58mm
2mm
2ha
2ha
2hf
2hf
cos19.42
20
42.41mm
96
203.58mm
cos19.42
42.41
46.41mm
203.58
42.412
207.58mm
2.537.41mm
203.5822.5198.58mm
B.低速级斜齿圆柱齿轮的计算
1•选择材料,热处理方式和公差等级
小齿轮选用45钢,调质处理,齿面硬度达到240HBS
大齿轮选用45钢,正火处理,齿面硬度达到210HBS
选用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,故按齿数面接触疲劳强度计算。
其设
(2)选载荷系数Kt=1.5
(3)选齿宽系数d0.9
1
(4)材料弹性系数Ze189.8MPa2
(5)初选压力角a=20°
(6)齿数比为Ui=4.8
(7)选小齿轮的齿数为:
Z3=25,则大齿轮的齿数为
Z4=25X4.8=120。
(8)由《机械设计基础》(P73)图5-24c查得hlim1680Mpa
[h3]612MPa
hlim2560Mpa
(9)许用接触应力可利用以下公式计算Sh=1.1
Z2Hlim
[H4]
[h]仝MPa
Sh
N360nIjLh60810864000000
(10)查得接触疲劳寿命系数ZNT3=0.99,ZNT4=0.92
(11)许用接触应力可利用以下公式计算Sh=1.1
[]h
Hlim
——MPaSh
38.31
取[h4]2MPa,初算小齿轮的分度圆直径得
取整数,所以取a193mm,则螺旋角
d3
mnZ3
2.525
79.65mm
cos
cos38.31
d4
mnZ4
2.5120
382.33mm
cos
cos38.31
齿宽bd30.979.6571.685mm
取b472mm
b3b4(5~10)mm取b380mm
1.6KTcos、/、/
5.齿根许用疲劳强度条件切为F2Yf^
bmn21
(1)K、T、mn和Z同前
(2)齿宽bb472mm
(3)由《机械设计基础》P74图5-26查得
齿形系数Yf32.73Yf42.14
应力修正系数为Ys31.5675YS41.83
(4)由《机械设计基础》P75图5-27中可以查出试验齿轮的
齿根弯曲疲劳极限尸吹230MPa吸220MPa
mt
3.19mm
(5)
Y
许用弯曲应力[f]二
SF
vFlim
(6)
查得寿命系数为Yv30.99Yv3
0.92
P73表5-7中可以查出安全系数
SF1.35
F3]
Yv3
Sf
Flim3
0.99230
1.35
168.67MPa
ha=2.5mmh6.25mmda384.65mm
da4387.33mm
df372.15mm
df4374.83mm
F4]
Yv4
SF
Flim4
0.92220
1.35
149.93MPa
1.6KTcos
F32—
bmnZ3
1.61.5116830cos38.31
2
2.525
2.73
83.69
F3]
YF4YS4
F4F3
Yf3YS3
83.69
2.141.83
76.59
6.计算齿轮的几何尺寸
2.731.5675
F4]
端面模数
mt
mn
2.5
3.19mm
cos
cos38.31
齿顶咼
ha
ham
'n1
2.5=2.5mm
全齿高
h
hahf
2.5
3.75
6.25mm
齿顶圆直径
da3
d3
2ha
79.65
22.5
84.65mm
da4
d4
2h4
382.33
22.5
387.33mm
齿根圆直径
df3
d3
2hf
79.65
23.75
72.15mm
df4
d4
2hf
382.33
23.75
374.83mm
II开式齿轮的设计
[f5]157.2MPa
[f6]196MPa
1.选定齿轮类型精度等级、材料及齿数
(1)按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动
(2)卷扬机一般为工作机,速度不高可以选用8级精度
(3)材料选择大齿轮用45钢硬度40-50HRC,小齿轮材料为
40Cr,并经调制处理级表面淬火,选择齿数Z5=20,大齿轮选择
Z5X4=20X4=80
2.由资料计算应力循环次数
N560nivjLh6081052704000
K1N552704000
N613176000
i开4
Yv50.97Yv60.98
3•计算弯曲疲劳许用应力取Sf=1.6
由《机械设计基础》P75图5-27中可以查出试验齿轮的齿根
弯曲疲劳极限时5260MPa尸血6320MPa
Y5Flim50.97260彳LrcE
所以[F5]—―—77—157.2MPa
仔1.6
Y/6卩佃60.98320.
[F6]卫19AMPa
SF1.6
取载荷系数K=1.5
查得齿形系数和应力修正系数
Yf52.8Yf62.22
Ys51.55YSe1.77
4.计算大小齿轮的YfYs并比较
[F]
Yf5Ys52.82.22ccccu
F5S5==0.0395
[5]157.2
YF6YS61.551.77sccc
—6S6==0.01399
[6]196
丫卩5丫55Yf6Ys6
匚十故小齿轮大
[5][6]
5.由资料选取齿宽系数d0.4
」21.53809600.01399,一
m324.64取m5mm
V0.4202
6.分度圆直径
d5Z5m205100mm
m5mm
d5100mm
d6400mm
b540mm
b6160mm
a250mm
Ft11365.87N
FM527.13N
d6Z6m805400mm
7•齿轮宽度
b5dd50.410040mm
b6dd60.4400160mm
8•中心距
250mm
d5de100400
a
22
III斜齿圆柱齿轮上作用计算
1.高速轴齿轮传动的作用力
2.
3)齿轮2的作用
从动齿轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等,作用方向相反。
3.低速轴齿轮传动的作用力
1)已知条件,中间轴传递的转矩T2116.83N-m,转速nn300r/min,低速齿轮的螺旋角38.31,为使齿轮3的
轴向力与齿轮2的轴向力互相抵消一部分,低速级的小齿轮为右旋,大齿轮左旋,小齿轮的分度圆直径cb61.42nm
2)圆周力为Ft3
2T2
2116830
3804.30N
d3
61.42
径向力为&3
Ftan
Ft3
COS
3804.30
tan20cos38.31
1764.63N
轴向力为Fa3
Ft3tan
3804.30
tan38.31
3005.53N
法向力为Fn3
Ft3
3804.30
5149.44N
cos|co
scos20
|cos38.31
3)齿轮4的作用
从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等,作用方向相反。
4.轴的设计与计算
(一)中间轴的设计与计算
1.
30mm
已知条件:
中间轴传递的功率P2==3.67kw,转速
nii300r/min,齿轮分度圆直径d?
203.58mmd379.65mm,
齿宽b238mmb380mm
2.
d130mm
d530mm
d2d432mm
选择轴的材料
因传递的功率不大,并对重量及结构尺寸无特殊要求,故选用45钢调质
3.初算轴径
查《机械设计基础》表15-2得Ao=1O3~126,考虑轴端不受转矩,只受少量弯矩,故取较小值A0=112,则
4.结构设计
1)轴的结构图
2)轴承的选择及轴段5的设计
该段轴上安装轴承,其审计应与轴承的选择同步,考虑齿轮有轴向力的存在,故选用角接触球轴承,轴段1、5上
安装轴承,其直径即应便于轴承安装,又应符合轴承安装,又应符合轴承内径系列,查《机械设计基础课程设计》P112续表G-1参照工作要求,并根据di30mm由轴承产品目录中取标准精度级的深沟球轴承6206,得轴承内径d30mm,外径D62mm,宽度B16mm,定位轴肩直径da36mm,
外径定位直径Da56mm,对轴的力作用点与轴承外圈大端
面的距离a316.9mm17mm,故d!
30mm
通常一根轴上的两个轴承取相同的型号,故d5d130mm。
3)a•轴段2和轴段4的设计
轴段2上安装齿轮3,轴段4上安装齿轮。
为方便齿轮的安装d2和d4分别略大于d1和d5,可初定d2d432mm
b.齿轮2轮毂宽度范围(1.2〜1.5)d1(3
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