卷扬机的传动装置设计.doc
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1、目 录第一章、卷扬机传动装置的设计要求2第二章、 确定传动方案3第三章、 电动机的选择4第四章、 计算总传动比和分配各级传动比5第五章、 计算传动装置的运动和动力参数6一 各轴的转速6二 传动零件的设计计算7三. 齿轮的几何计算10第六章、 轴的尺寸计算16第七章、 滚动轴承的计算和选择23第八章、 键连接的计算和选择25第九章、箱体的设计26第十章、参考资料29第十一章、设计小结与心得体会29第一章、卷扬机传动装置的设计要求总体设计要求:设计一卷扬机的传动装置。传动装置简图如下图所示。(1)卷扬机数据卷扬机绳牵引力F(N)、绳牵引速度v(m/s)及卷筒直径D(mm)见附表。(2)工作条件用于
2、建筑工地提升物料,空载启动,连续运转,三班制工作,工作平稳。(3) 使用期限工作期限为十年,每年工作300天,三班制工作,每班工作4小时,检修期间隔为三年。(4) 产批量及加工条件 小批量生产,无铸钢设备。1 设计任务1)确定传动方案;2)选择电动机型号;3)设计传动装置;4)选择联轴器。2 具体作业1)减速器装配图一张;2)零件工作图二张(大齿轮,输出轴);3)设计说明书一份。3 数据表1-1数据编号12345牵引力F/N12121087牵引速度v/(m/s)0.30.40.50.50.6卷筒直径D/mm500470450430460第二章、 确定传动方案总方案如下: 图2-11电动机; 2
3、联轴器; 3蜗杆减速器;4卷筒; 5传动带;F=1200N; V=1.0m/s; D=500mm;减速器外关如图所示 图2-2第三章、 电动机的选择 1.)电动机的类型 按工作要求选用Y系列全封闭自扇冷鼠笼式三相异步电动机,电压380V。 2.)选择电动机的容量 工作机所需电动机功率 ;工作机所需功率 ;传动装置的总效率 ;查机械设计综合课程设计 表2-5,确定各部分的效率如下:凸缘联轴器 蜗轮蜗杆传动(双头) ;滚动轴承(一对) 一般齿轮传动 ;传动装置的总效率 =0.666;工作机所需电动机功率 ;因工作中有轻微振动,故电动机额定效率应稍大于,由机械设计综合课程设计 表6-163 Y系列三
4、相异步电动机技术数据,选择电动机额定功率为5.5KW。选定电动机型号 Y132M26。3.)确定电动机的转速根据上面选定的电动机型号可知满载转速是960r/min。 表3-1电动机参数转速型号功率额定电压数据1000Y132M26。5.5 KW380V第四章、 计算总传动比和分配各级传动比 ;蜗轮蜗杆传动比 ;工作机转动速度 r/min;分配各级传动比 因为 取 ; ;所以 ;表4-1传动比I 蜗杆I 齿轮轴2工作机转速总传动比数据461.821611.46r/min83.770第五章、 计算传动装置的运动和动力参数传动装置从电动机到工作机共有四根轴;一 各轴的转速 轴(蜗杆轴)=轴(电动机轴
5、)=960r/min; 轴(蜗轮齿轮轴)=; 轴(齿轮轴)=;式中: 电动机满载时的转速,r/min: 分别为1,2,3轴的转速: 为各轴间的传动比;1. 各轴的功率计算:;式中: 电动机的输出功率,kw; 1,2,3,4轴的输出功率,kw; 依次为各轴间的传递效率;2. 各轴的转矩计算;式中: 电动机轴的输出转矩,; 1,2,3,4轴的输出转矩,; 表5-1轴1轴2轴3轴4功率5.2816KW4.014KW3.816KW3.665KW转矩52.542N/m1818.495N/m3181.061N/m3054.773N/m二 传动零件的设计计算一 选择联轴器的类型和型号 联轴器具有缓冲,细震,
6、安全保护等功能。因此要根据传动装置工作要求来选择联轴器类型。电动机与减速器高速轴联接用的联轴器,由于轴的转速较高,为减小启动载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量的联轴器。这里根据下面计算的数据和具体的工作要求,参考表82后选择YL6和YL14型的联轴器。二 蜗杆和蜗轮的计算1. 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI)。2. 选择材料根据库存材料的情况,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度只是中等,故蜗杆用45钢;因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆旋转齿面要求淬火,硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属
7、材料,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。3. 按齿面接触强度进行设计计算根据闭式蜗杆传动的设计准则,按齿面接触强度进行设计,再校核齿跟弯曲疲劳强度。由式(1112)。传动中心矩: ;1.)确定作用在蜗轮上的转矩: ;2.)确定载荷系数k 因为工作载荷较稳定,故取载荷系数不均匀系数; 由表115选取使用系数; 由于转速不高,冲击不大,可取动载荷系数=1.05,则: ;3.)确定弹性影响系数 因为选用的是铸锡磷青铜ZcuSn10P1蜗轮和蜗杆相配,故。4.)确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心矩a的比值/a=0.35。从图118中可查的=2.9;5.)确定许用接触应力 根据涡
8、轮材料为铸锡磷青铜ZcuSn10P1,金属模制造,蜗杆螺旋齿面系数45HRC,可从表117中查的涡轮的基本许用应力=268。 应力循环次数:; ; 寿命系数: ;则: ;6.)计算中心矩: 取中心矩=225mm,因为i=46,故从表112中取模数m=8,蜗杆分度圆的直径;这时/a=0.4,从图1118中可查的接触系数。因为,因此以上计算结果可用。4. 蜗杆与涡轮的主要参数与几何尺寸1.)蜗杆 轴向齿距:; 直径系数:; 齿顶圆直径:; 齿根圆直径:; 分度圆导程角:; 蜗杆轴向齿厚:;数据列表如下: 表5-2蜗杆轴向齿距mm直径系数齿顶圆直径mm齿根圆直径mm分度圆导程角蜗杆轴向齿厚mm数据2
9、5.133mm1096mm60.8mm11.18.3612.56642.)蜗轮涡轮齿数:; 变位系数:;演算传动比:;这时传动比误差为:;这是允许的。涡轮分度圆直径:;涡轮喉圆直径:;涡轮齿根圆直径:;涡轮咽喉母圆半径:;数据列表如下: 表5-3蜗轮涡轮齿数变位系数演算传动比分度圆直径涡轮喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径数据41-0.520.5328mm344mm308.8mm28mm校核齿跟弯曲疲劳强度 ; 当量齿数:; 根据; 从图1119中可查的齿形系数; 螺旋角系数:; 许用弯曲应力:; 从表118中查的由ZcuSn10P1制造的涡轮的基本许用弯曲应力=56MPa, 寿命系数:; ; ;
10、5. 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动,属于通用机械减速器,从GB/T100891988圆柱蜗杆,涡轮精度选择8级精度,侧隙种类为f,标注为8FGB/T100891988。然后由有关手册查的要求的公差项目及表面粗糙度。6. 热平衡核算发热量:;散热量:;因为,所以可以使用。三. 齿轮的几何计算1. 选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数 因为速度不高,故选用8级精度,由表101选择小齿轮材料为40Cr(调质处理),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质处理),硬度为240HBS。二者硬度差为40HBS,选择齿轮齿数为=24,大齿轮齿数,取。2. 按齿面接触强度设
11、计 由设计计算公式(109a)进行试算,既: ;1.)确定公式内的各计算数植1. 试选载荷系数为。2. 计算小齿轮传递的扭矩: ;3. 由表107选取齿宽系数;3. 由表106查的材料的弹性影响系数;4. 由图1021d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限;5. 由式1013计算应力循环次数 ; ;6. 由图1019查的接触疲劳寿命系数。7. 计算接触疲劳许用应力取失效概率为,安全系数S=1,由式(1012)得: ; ;2.) 计算1. 试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值: 计算圆周速度V: ;3.) 计算齿宽b ;4.) 计算齿宽与齿高之比b/h模数:;齿高:;
12、 b/h=169.800/15.92=10.67;5.) 计算载荷系数根据v=0.186m/s,8级精度,由图108查的动载荷系数,直齿轮,假设 。由表103查的;由表102查的使用系数;由表104查的8级精度,小齿轮相对支撑非对称布置时: 将数据代入后的: 1.491;由b/h=10.67,1.491;查图1013的1.45;故载荷系数: ;6.) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆的直径,由式(1010a)的: ;7.)计算模数m ;3. 按齿根弯曲强度设计计算由式(105)的弯曲强度的设计公式为: ;1.)确定公式内的各计算数值1. 由图1020c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的疲
13、劳强度极限;2. 由图108查的弯曲疲劳寿命系数;3. 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(1012)得: ; ;4. 计算载荷系数K ;5. 查取齿形系数由表105查的;6. 查取应力校正系数由表105可查的;7. 计算大小齿轮的并加以比较 =; =;加以比较的大齿轮的数值大。2.) 设计计算 ;对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲强度计算的模数m,由于齿轮模数m的大小主要取决与弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅仅与齿轮直径有关,可取由弯曲疲劳强度算得的模数5.561,并就近取整为m=6mm,按接触强度算得的分度圆的直
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