機械畢業(yè)設計38湖南文理學院絞車傳動裝置設計

機械設計課程設計 08 方吉陵 1 湖南文理學院 課程 設計 (論文 ) 課 題 名 稱 設計絞車傳動裝置 學 生 姓 名 方吉陵 學 號 08 系、年級專業(yè) 機械 工程學院 2006 模具 本科 指 導 教 師 張再富 2008 年 9 月 23 日 目 錄 機械設計課程設計 08 方吉陵 2 第一章 總體方案的確定 1 第二章 傳動部件設計與計算 4 第三章 齒輪的設計與校核 6 第四章 軸和聯(lián)軸器材料選擇和主要零件 11 第五章 軸的結構設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 箱體及附件的設計 21 第八章 潤滑和密封的設計 23 第 九 章 設計總結 26 第 十 章 參考文獻 27 第 1 章 總體方案的確定 機械設計課程設計 08 方吉陵 3 計算步驟與 說明 結果 1.1 任務分析、傳動方案擬訂 任務書中給出的是絞車卷筒 ,具體參數(shù)如下表 1 工作參數(shù)表 1 注 :總傳動比誤差為 +5%,轉動可逆轉，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 選擇電動機的內容包括：電動機類型、結構形式、容量和轉速，要確定電動機具體型號。 1.2.1 選擇電動機類型和結構形式 卷筒圓周力 F/N 7500 卷筒轉速 n(r/min) 55 卷筒直徑 D mm 400 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 機械設計課程設計 08 方吉陵 4 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、起動轉矩大、性能好、噪聲低、振動小、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 : wp=wFv1000 所以： dp=wFv1000其中 F 為卷筒圓周力的有效功率，由已知條件可以得到w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總效率為： w = 1 22 3 4 5 式中， 1 、 2 、3、 4 、5、6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 1 =0.97、 2 =0.97、3=0.99、 4 =0.96 5=0.98 則： w= 1 22 3 4 5 6 =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 : dp=wFv1000=（ F n D） /（ 60 1000 1000 w） =10.4kw 1 2 3.2. 確定電動機的轉速 w =0.83 dp=10.4Kw 機械設計課程設計 08 方吉陵 5 卷筒軸的工作轉速為 wn =55 r/min 按推薦的合理傳動比范圍，減速器傳動比2i=37，開式齒輪傳動比2i=3 6 則總傳動比的范圍為 i =942 故電動機轉速的可選范圍為 dn = i wn =（ 942） 55r/min dn =495 2310r/min 符合這一范圍的同步轉速有 750r/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 ,為使傳動比裝置結構比較好 ,決定選用同步轉速為 1000r/min 的電動機。 由 機械設計課程設計指導書選定電動機的主要性能如下表： 電動機型號 額定功率 同步轉速 滿載 轉速 Y180L-6 15kw 1000r/min 970r/min dn =495 2310r/min 電動機型號為： Y180L-6 mn=970r/min 第 2 章 傳動部件設計與計算 2.1.計算總傳動比并分配各級傳動比 機械設計課程設計 08 方吉陵 6 電動機確定后，根據(jù)電動機的滿載轉速和工作裝置的轉速就可以計算傳動裝置的總傳動比。 2.1.2 總的傳動比 i = mn/wn=970/55=17.64 2.1.3 分配傳動比 i=1i 2i根據(jù)分配傳動比的原則，機械設計課程設計手冊可查得，單級減速器的傳動比1i:開式齒輪的傳動比2i: ,因此可以分配1i=5，2i=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 各軸的轉速 I 軸 1n= mn=970r/min 軸 2n=11ni =9705 =192r/min 軸（輸出軸） 3n=22ni = 1923.52 =55 r/min 2.2.2 各軸的輸入功率 I 軸 1p=dp 1=10.4 0.97=10.09kw II 軸 2P=1p 2 3=10.09 0.97 0.99=9.69 kw III 軸（輸出軸） 3p=2p 3 4=9.69 0.99 0.96=9.21 kw 2.2.3 各軸的輸入轉距 電動機 的輸出轉距dT為 dT=9.55dmpn =9.55 610 10.4970 =1.024 510 N.mm I 軸 IT=dT 1=10.24 410 0.97=9.933 410 N.mm II 軸 IIT=IT 2 1i=9.933 410 0.97 5=4.8335 510 N.mm III 軸（輸出軸）IIIT=IIT 3 4 2i=4.8335 510 0.99 0.96 3.52=1.617 610 N.mm 最后將所計算的結果填入下表： 各軸參數(shù)表 i =17.64 1i=5 2i=3.52。 1n=970r/min 2n=192r/min 3n=55 r/min 1p=10.09kw 2P=9.69 kw 3p=9.21 kw dT=1.024 510 N.mm IT=9.933 410 N.mm IIT=4.8335510 N.mm IIIT=1.617機械設計課程設計 08 方吉陵 7 參 數(shù) 軸 名 電動機軸 軸 軸 軸 轉 速 r/min 970 970 192 55 功率 Kw 10.4 10.09 9.69 9.21 轉矩 N mm 1.024510 9.933 410 4.834 510 1.617 610 2.3 軸的初步計算 ： 軸選用 45 鋼，調質處理 .C 值查表得 118 106,可選 C=100.由軸的設計公式得： 6 133 3119 . 5 5 1 0 1 0 . 0 91 0 0 2 1 . 8 30 . 2 9 7 0 / m i nTPP K wd C m m m mn n r 6 233 3229 . 5 5 1 0 9 . 6 91 0 0 3 6 . 9 60 . 2 1 9 2 / m i nTpP K Wd C m mn n r 6 333 3339 . 5 5 1 0 9 . 2 11 0 0 5 5 . 1 20 . 2 5 5 / m i nTpP K Wd C m mn n r 由于上式求出的直徑，只宜作為承受轉距作用的軸段的最小直徑。當軸上開有鍵槽時， 應增大軸頸以考慮鍵槽對軸強度的削弱。當直徑 d 100 mm 時，單鍵應增大 5% 7%，雙鍵應增大 10% 15%。所以： 1d的最小直徑為 21.83mm 增大后取 30mm 2d的最小直徑為 36.96mm 增大后取 40mm 3d的最小直徑為 55.12mm 增大后取 60mm 610 N.mm 1d取 30mm 2d取 40mm 3d取 60mm 第三章 齒輪的設計與校核 3.1.減速齒輪傳動的設計計算 硬度為 241 機械設計課程設計 08 方吉陵 8 3.1.1 選擇材料、熱處理、齒輪精度等級和齒數(shù)： 由機械設計書表 6-3、表 6-6，選擇小齒輪材料 40Gr 鋼，調質處理，硬度為 241286HBS， B =686Mpa，s=490 Mpa； 大齒輪材料 ZG35CrMo 鑄鋼，調質處理，硬度為 207 269HBS， B =686Mpa，s=539Mpa；參考機械設計課本中表 6-5 可選精度等級為 8 級 . 因1i=5 取1z=20， 2z = 1i 1z=5 20=100 取 2z =100 實際傳動比 U= 2z /1z=100/20= 5 在傳動比范圍內。 3.1.2 齒面接觸疲勞強度設計 : 計算公式按式 6-18 1d 213 2 1 ()EHd HZ Z Z ZKT u u 取1T=1.024 510 由圖 6-21，軟齒面齒輪，對稱安裝，d=0.8 1.4 取d=1.1。由表 6-7 得使用系數(shù) Ak =1.25。由圖 6-19a 試取動載系數(shù)VK=1.15。由圖 6-8，按齒輪在兩軸承中間對稱布置，取K=1.06。由表 6-8，按齒面未硬化，斜齒輪， 8 級精度， Ak TF /b1F所以軸承一為壓緊端，1aF=2F+aF=1039.14+818.9=1858N ；而軸承 2 為放松端2aF=2F=1039N。 4. 由表 11-9 查得 e=0.68 5. 11arFF = 18581528.15 =1.20.68 22arFF =0.68=e. 6.由表 11-9 可得 0 . 4 1 , 0 . 8 7 , 1 , 01 1 2 2X Y X Y 故當量動載荷為： 1 1 1 1 1rap X F Y F=0.41 1528.15+0.87 1858=2243N， 2 2 2 2 2rap X F Y F=1 1039+0 419.152=1039N。 計算所需的 徑向基本額定動載荷 rC7. 由軸的結構要求兩端選擇同樣尺寸的軸承，又12PP故應以軸承 1 的徑向當量動載荷1P為計算依據(jù)。應常溫下工作，查表 11-6 得tf=1，受中等沖擊載荷，查表 11-7 得df=1.5 所以 1 / 3 1 / 311 666 0 1 . 2 2 2 4 3 6 0 9 7 0 ( ) ( 2 0 0 0 0 ) 2 8 3 1 3 . 61 0 1 1 0drhfp nC L Nft hL為軸承的使用時間 8 2 5 0 1 0 2 0 0 0 0hL (小時 ) 8. 查表 11-5 得 7208AC 軸承的徑向基本額定動載荷rC=35200N. 35.2rC KN orC=24.5KN 1F=1039.14N， 2F=1039.14N， 2F+aF1Fe=0.68 0 .4 1, 0 .8 7 ,11XY 1, 022XY 1P=2243N, 2P=1039N 1rC28313.6N 因為1rC1.2 10mm 齒輪端面與內壁距離 2 8mm 箱蓋、箱座肋厚 1m 、m 110 . 8 5 ; 0 . 8 5mm16.8m m 8 軸承端蓋外徑 2D 35.55 dD ）（； D -軸承外徑 (凸緣式軸承蓋尺寸見表 11-11 軸承端蓋凸緣厚度 e (11.2) 3d 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S 以 1Md 和3Md互不干涉為準，一般取 2DS 上面表格中的數(shù)據(jù)均在機械手冊中查得。 第 8章 潤滑和密封的設計 機械設計課程設計 08 方吉陵 25 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 v 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，設計的減速器的合適浸油深度1H應不小于 (30 50)mm,對于圓柱齒輪一般為 1 2 個齒高，但不應小于 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 30 50mm.此外還應保證傳動件浸油深度最多不超過齒輪半徑的 1143,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 13,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。箱座內壁高度dH，箱蓋高 H 可以從設計圖上得出。換油時間為半年，主要取決于油中雜質多少及被氧化、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：設計時所查的表出自機械設計基礎課程設計指導書 8.2、密封 減速器需要密封的部位很多，有軸伸出處、軸承室內側、箱體接合面和軸承蓋，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、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軸密全接觸 .氈圈式密封結構簡單、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 軸承內側的密封 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、雜質進入軸承機械設計課程設計 08 方吉陵 26 室以內以及嚙合處的熱油沖入軸承內。擋油環(huán)與軸承座孔之間應留有不大的間隙，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 公差的設計 對于聯(lián)軸器的公差配合 76Hh，軸承軸的公差配合選用 77Hh，鍵的公差配合選用77Hf 。 8.4 附件的設計 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、齒側間隙及向箱內注油等，在箱蓋頂部設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 ,箱體上窺視孔處應有 凸臺高 35 mm，以便進行刨削加工 .蓋板下應加防滲漏的墊片 .蓋板用有機玻璃制造 .本設計中取1 2 1 27 , 1 4 0 , 1 2 5 , 1 2 0 , 1 0 5 , 6 ,d m m l m m l m m b m m b m m 孔 數(shù) 個 蓋 厚 4,R=5mm，孔蓋用 68MM: 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，在箱座最底部設有排油孔，放油孔的螺紋小徑應與機體外壁取平 ,為便于加工 ,放油孔的機體外壁應有加工凸臺，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 ,本設計中取螺塞 14 1.5M 4 4 5 0 8 6JB Z Q ,油圈 22 14 70 62ZB 。 為溝通箱內外的氣流，應在箱蓋頂部或窺視空板上安裝通氣器，可以使箱內的熱脹氣體自由的溢出 ,達到機體內外氣壓平衡 .本設計中用網(wǎng)式通氣器 .數(shù)據(jù)查手冊可得 . 為了檢查減速器內的油面高度，應在箱體便于觀察、油面較穩(wěn)定的部位設置油標。本次設計采用桿式油標 M12。油標尺傾斜插入油面 ,與水平面夾角不得小于 45o . 8.4.3 吊耳和吊鉤 為拆卸及搬運減速器，應在箱蓋上鑄出吊耳環(huán)，并在箱座上鑄出吊鉤，吊 鉤和吊耳的尺寸可以根據(jù)具體情況加以修改。 8.4.4 定位銷 機械設計課程設計 08 方吉陵 27 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 20 .7 0 .8dd ,定位銷常安置在機體縱向兩側連接凸緣上 ,并呈非對稱布置 ,以保證定位效果 .并圓整為標準值。定位銷的總長度應稍大于機蓋和機座連接凸緣和總厚度 ,本設計中取 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 12 個啟蓋螺釘 .螺釘上的螺紋長度應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)格可與機蓋和機座連接螺栓取同一規(guī)格 . 第 9 章 設計總結 機械設計課程設計 08 方吉陵 28 經(jīng)過近兩個星期的努力，課程設計終于完成了。通過這次課程設計又學到了很多東西，鞏固和復習了很多知識，對機械這個專業(yè)有了更深的了解和認識，明白了許多設計中應當注意 的問題，為順利完成畢業(yè)設計打下基礎。 由于時間緊迫，