機械課程設計---電動卷揚機傳動裝置的設計

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文檔簡介

1、　　機械設計課程設計任務書　　課程設計題目電動卷揚機傳動裝置的設計 　　目錄　　前言 ········

2、83;····································&

3、#183;·························5　　第一章電動機的選擇 ·····

4、····································

5、3;···············6　　第一節(jié) 電動卷揚機的工作條件···············

6、·································6

7、　　第二節(jié) 電動機的選取 ··································

8、83;····················7　　第二章傳動比的計算··········

9、83;····································&

10、#183;··········8　　第一節(jié) 總傳動比的計算····················

11、··································8<

12、;p>　　第二節(jié) 傳動比的分配·································

13、3;······················8　　第三節(jié) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)·······&#

14、183;································9

15、一、軸的轉速···································

16、3;··························9　　二、各軸輸入功率·····

17、····································

18、3;··············10　　三、軸的輸入轉矩·················

19、;····································

20、83;10　　第三章齒輪的設計······························

21、83;·····························5　　第一節(jié) 材料的選取·

22、3;····································&#

23、183;···················5　　第二節(jié) 高速軸的傳動齒輪設計··········

24、3;····································&#

25、183;5　　一、計算小齒輪直徑······························

26、83;·························.5　　二、調整小齒輪分度圓直徑·····

27、····································

28、3;········6　　三、按齒根圓彎曲疲勞強度設計······················

29、························8　　四、幾何尺寸計算·······&#

30、183;····································

31、···········9　　五、校核·····················

32、····································

33、3;····9　　第三節(jié) 低速級傳動齒輪設計··························&

34、#183;·····················20　　一、計算小齒輪直徑·········&

35、#183;····································

36、;·········9　　二、調整小齒輪分度圓直徑·····················

37、83;···························9　　三、按齒根圓彎曲疲勞強度設計···

38、;····································

39、83;····...10　　四、幾何尺寸計算··························&

40、#183;·····························11　　五、校核··

41、····································

42、3;·························13　　第四節(jié) 開式傳動齒輪設計·····&

43、#183;····································

44、;········13　　一、計算小齒輪直徑·······················

45、;·······························.14　　二、調整小齒輪

46、分度圓直徑····································

47、;14　　三、按齒根圓彎曲疲勞強度設計······························

48、··15　　四、幾何尺寸計算·····························&

49、#183;··············27　　五、校核·················

50、···································29</p&g

51、t;　　第五節(jié) 齒輪的結構設計································&#

52、183;······30　　第四章軸的設計························

53、83;····················31　　第一節(jié) 減速箱中間軸的設計··········

54、;·························31　　一、軸的材料選取······

55、··································31&l

56、t;p>　　二、軸的初步計算··································

57、;······31　　三、軸的結構設計·························

58、···············35　　四、許用彎曲應力校核················

59、;····················37　　第二節(jié) 高速軸的設計··········

60、3;······························38　　一、材料的選取·

61、····································

62、3;····38　　二、估算直徑···························&

63、#183;················38　　第三節(jié) 低速軸的設計··············

64、··························39　　一、材料的選取·····&#

65、183;···································39<

66、/p>　　二、估算直徑································

67、83;··········39　　第五章平鍵連接的選用和計算···················

68、3;············40　　第六章箱體及附屬零件的結構設計·················

69、83;··········41　　一、箱體尺寸·····················

70、·······················41　　二、起吊裝置········

71、83;···································42</

72、p>　　三、窺視孔、窺視蓋································&

73、#183;·····42　　四、放油孔和和螺塞M20························

74、3;·········42　　五、通氣螺塞M20·····················

75、3;··················42　　六、游標尺·············&#

76、183;································42

77、　結論····································

78、;·················43　　致謝··············

79、3;····································&#

80、183;·44　　參考文獻······························&

81、#183;····················45　　附錄···········

82、····································

83、3;·····46　　前言　　卷揚機，用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條提升或牽引重物的輕小型起重設備，又稱絞車。卷揚機可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物。卷揚機分為手動卷揚機、電動卷揚機及液壓卷揚機三種。現(xiàn)在以電動卷揚機為主?？蓡为毷褂?，也可作起重、筑路和礦井提升等機械中的組

84、成部件，因操作簡單、繞繩量大、移置方便而廣泛應用。主要運用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖。是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合并架，滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備的作用。由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，被廣泛應用。卷揚機是一種常見的提升設備，其主要是用電動機作為原動機。由于電動機輸出的轉速遠遠大于卷揚機中滾筒的轉速，故必須設計減速的傳動裝置。傳

85、動裝置的設計有多種多樣，如皮帶減速器、鏈條減速器、齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器、二級齒輪減速器等等。通過合理的設計傳動裝置，使的卷揚機能夠在特定的工作環(huán)境下滿足正常的工作要求。　　第一章電動機的選擇　　卷揚機的工作要求　　卷揚機傳動裝置。使用期八年，大修期三年，兩班制工作。

86、卷揚機卷筒速度的容許誤差±5%，過載轉矩不超過正常轉矩的1.5倍。由一般生產廠中小批量生產。　　第二節(jié) 電動機的選取類型　　按照工作要求和條件，選取三相異步電動機，封閉式結構，電壓380V，YZR系列。　　第三節(jié) 選取電動機的容量　　1.卷揚機所

87、需功率：　　2.初估電動機額定功率：　?。?lt;/b>　　式中： 　　——聯(lián)軸器效率　　——卷筒效率<

88、;/b>　　故　　第四節(jié) 確定電動機的轉速　　由負載持續(xù)率根據功率，轉速查文獻表，綜合選定YZR132MB電動機，其主要參數(shù)如下： 　　第二章傳動比的計算　　第一節(jié)

89、總傳動比的計算　　卷揚機卷筒轉速：　　總傳動比：　　第二節(jié) 分配傳動比的計算　　由文獻可得，兩級圓柱齒輪加速器傳動比為8~60

90、（分別為減速器、開式齒輪的傳動比）　　取　　第三節(jié) 分配減速器的各級傳動比　　按展開式布置，考慮兩級齒輪潤滑問題，兩級大齒輪應有相近浸油深度。參考式 　　總傳動比，經計算高速級傳動比<p&g

91、t;　　低速級傳動比 　　因閉式傳動取高速級小齒輪齒數(shù)　　大齒輪齒數(shù)　　齒數(shù)比　　低速級小齒輪齒數(shù)

92、　　大齒輪齒數(shù)　　齒數(shù)比　　閉式實際總傳動比　　開式齒輪小齒輪齒數(shù)　　大齒輪齒數(shù)

93、　　齒數(shù)比　　實際總傳動比i=　　核驗工作機卷筒的轉速誤差：　　卷筒實際轉速=　　轉速誤差，合乎

94、要求。　　第四節(jié) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)　　一、各軸功率　　高速軸軸I輸入功率：　　中間軸軸II輸入功率：3.553.45kw　　低速軸軸III輸入功率：&l

95、t;p>　　軸IV輸入功率：　　——聯(lián)軸器效率　　——卷筒效率　　二、各軸轉速　　高速軸軸I ：

96、 　　中間軸軸II ：　　低速軸軸III ：　　軸IV ：　　所以卷筒實際轉速為：9.87。&l

97、t;b>　　三、各軸轉矩計算　　高速軸軸I ：　　中間軸軸II ：　　低速軸軸III ：　　軸IV ： </

98、b>　　各軸運動動力參數(shù)列入下表：　　第三章齒輪傳動的設計與計算　　第一節(jié) 選擇材料，確定極限應力　　選用直齒圓柱齒輪，小齒輪為40Cr，調質處理，齒面硬度280HBS,大齒輪材料為45鋼（調制），齒面硬度240HBS。齒輪等級精度為八級。

99、　　第二節(jié) 高速級齒輪傳動設計計算　　選小齒輪齒數(shù)=25 ，大齒輪齒數(shù)，壓力角　　一、按彎曲疲勞強度校核。　　小齒輪分度圓直徑： 　　確定公式中個參數(shù)值：　　=1.3

100、　　齒輪傳遞的轉矩：　　齒寬系數(shù)：=1　　區(qū)域系數(shù)：=2.5　　材料的彈性影響系數(shù)：　　接觸疲勞強

101、度　　=　　=　　齒輪接觸疲勞極限：，　　應力循環(huán)次數(shù)：　　查表可得接觸疲勞壽命系數(shù) &l

102、t;/p>　　取失效概率為1，安全系數(shù)S=1　　取中較小的作為該齒輪副的接觸疲勞許用應力　　所以　　2. 調整小齒輪分度圓直徑　　圓周速度

103、　　齒寬 b=　　計算實際載荷系數(shù)　　查表得使用系數(shù)　　根據　　齒輪的圓周力

104、　　/　　N/mm　　查表得齒向載荷分配系數(shù)　　齒向載荷分布系數(shù)　　由此得實際

105、載荷系數(shù)　　可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑　　齒輪模數(shù)　　圓整，模數(shù)m取2.　　二、按齒根彎曲疲勞強度設計　　試

106、算模數(shù)：　　確定公式中的參數(shù)：　　彎曲疲勞強度重合度系數(shù)：　　計算　　齒形系數(shù) 2.72 　　應力修正系數(shù)<

107、;/b>　　查表得小齒輪，大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為　　彎曲疲勞壽命系數(shù)　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得　　= 　　因為大齒輪的大于小齒輪&l

108、t;/p>　　所以=　　計算模數(shù)：　　=1.156　　調整齒輪模數(shù)　　圓周

109、速度：　　v　　齒寬b：b=　　齒寬高比b/h :　　h=(2).<p

110、>　　b/h　　計算實際載荷系數(shù)　　根據v=1.38 ，八級精度，查表得動載系數(shù)　　由　　N

111、　　N/mm　　查表得齒間載荷分配系數(shù)　　用插值法查得 　　=1.764　　m==1.156<

112、/p>　　圓整，m取標準值1.5　　對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲疲勞強度多決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取又彎曲疲勞強度算得的模數(shù)m=1.278，并就近圓整為標準值m=1.5，按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑算出

113、;　　小齒輪齒數(shù)取 　　大齒輪齒數(shù)取 　　三、幾何尺寸計算：　　1.分度圓直徑　　=31<

114、/b>　　2.計算中心距　　a =（）/2 =（46.5+289.5）= 168mm　　3. 計算齒輪寬度　　b ==1<

115、p>　　考慮不可避免安裝誤差，為了保證設計齒寬b和節(jié)約材料，一般將小齒輪略加寬5~10mm　　mm　　取 　　高速級齒輪基本參數(shù)：　　齒輪結構的設計：

116、　　小齒輪1由于直徑較小，采用齒輪軸結構　　大齒輪2的結構尺寸如下表所示　　齒輪2的結構草圖：　　三維模型：　　第三節(jié) 低速級齒輪傳動設計計算</

117、p>　　低速級傳動齒輪類型，精度等級，材料與高速齒輪1,2相同　　取小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)　　小齒輪分度圓直徑： 　　確定公式中個參數(shù)值：　　=1.3<b&g

118、t;　　齒輪傳遞的轉矩：　　齒寬系數(shù)：=1　　區(qū)域系數(shù)：=2.5　　材料的彈性影響系數(shù)：　　接觸疲勞強度<p

119、>　　=　　齒輪接觸疲勞極限：，　　應力循環(huán)次數(shù)：　　查表可得接觸疲勞壽命系數(shù) 　　取失效概率為1，安全系數(shù)S=1 　　取中較小的作為該齒

120、輪副的接觸疲勞許用應力　　所以　　2. 調整小齒輪分度圓直徑　　圓周速度 　　齒寬 b=

121、模數(shù)　　齒高 h=2.25m =2.25　　計算實際載荷系數(shù)　　查表得使用系數(shù)　　根據

122、　查表得齒向載荷分配系數(shù)　　齒向載荷分布系數(shù)　　由此得實際載荷系數(shù)　　可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑　　齒輪模數(shù)

123、　　模數(shù)m取2.5　　二、按齒根彎曲疲勞強度設計　　試算模數(shù)：　　確定公式中的參數(shù)：　　彎曲疲勞強度重合度系數(shù)：&l

124、t;b>　　計算　　齒形系數(shù) 2.65 　　應力修正系數(shù)　　查表得小齒輪，大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為　　彎曲疲勞壽命系數(shù)

125、　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得　　= 　　因為大齒輪的大于小齒輪　　所以=　　計算模數(shù)：　　=

126、 =1.9　　取m=2.5　　三、幾何尺寸計算　　1.分度圓直徑　　=28

127、　　2.計算中心距　　a =（）/2 =（70+340）= 205mm　　3. 計算齒輪寬度　　b ==1　　考慮不可避免安裝誤差，為了

128、保證設計齒寬b和節(jié)約材料，一般將小齒輪略加寬5~10mm　　mm　　取 　　低速齒輪基本參數(shù)：　　大齒輪4的結構尺寸如下表所示<

129、;p>　　齒輪4草圖結構：　　三維模型：　　開式齒輪設計　　取小齒輪，大齒輪　　開式齒輪只需按齒根彎曲強度設計&l

130、t;/p>　　試算模數(shù)：　　確定公式中的參數(shù)：　　彎曲疲勞強度重合度系數(shù)：　　=　　計算&l

131、t;/p>　　齒形系數(shù) 2.8 　　應力修正系數(shù)　　查表得小齒輪，大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為　　彎曲疲勞壽命系數(shù)　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4得</p&

132、gt;　　= 　　因為大齒輪的大于小齒輪　　所以=　　計算模數(shù)：　　=4.98

133、　　取m=5　　開式齒輪基本參數(shù)　　第四章軸的設計與計算及零件選用　　在兩級展開式減速器中，三根軸的跨距應該相等或相近，一般先進行中間軸的設計，以確定跨距。<b&g

134、t;　　一、選擇軸的材料　　因中間軸是齒輪軸，應與齒輪3的材料一致，故材料為45鋼， 　　二、軸的初步計算　　查表得=112 =32.1mm　　各軸段直徑確定</p&

135、gt;　　選用滾動軸承代號為7308c軸頸尺寸應當大于高速級軸頸處直徑，取　　齒輪2定位軸頭直徑。　　齒輪2 定位軸肩高度　　該處直徑　　齒輪3的參數(shù)：

136、　　軸承的安裝尺寸　　各軸段軸向長度的確定　　根據軸上零件的定位，裝配以及工藝要求，初步確定出中間軸的結構：　　平面草圖：　　三維模型：

137、　　三、按許用彎曲應力校核軸　　軸上力的作用點及支點跨距的確定　　軸上力的作用點及支點跨距的確定齒輪對軸的離得作用點按簡化原則應在齒輪寬的中點，因此可決定中間軸上兩齒輪力的作用點位置。　　軸頸上安裝的7308C軸承查表可知它負荷作用中心距離軸承外端面尺寸a=18.5mm，

138、故可計算出支點跨距和軸上各力作用點位置關系。　　繪軸的受力圖　　計算軸的作用力　　齒輪2：　　N

139、　　N 　　齒輪3：　　2　　計算支承反力　　垂直面支反力繞最右端B支點的力矩和

140、　　得 　　得　　得 　　水平平面繞支點B的力矩和　　得 <p&

141、gt;　　5356.5　　得 　　計算彎矩　　垂直平面彎矩：　　C處彎矩：&l

142、t;/p>　　D處彎矩：　　水平平面彎矩：　　C處彎矩：　　D處彎矩：

143、合成彎矩：　　C處：　　D處：　　求出計算彎矩　　選取循環(huán)特性系數(shù)<p

144、>　　帶入求得N.mm　　C處：　　=256451.43N.mm　　D處：　　強度校核&l

145、t;p>　　已知軸的彎矩后，即可針對危險截面做強度校核，通常只需校核軸上　　所承受計算彎矩最大的截面，代入公式 　　W0.1　　故安全。　　第二節(jié) 高速軸的設計

146、　　一、軸的材料　　由于該軸為齒輪軸，與齒輪1的材料相同為45號鋼，調質處理。　　二、按應力估算軸徑和選擇聯(lián)軸器　　查表得 =106~135，考慮軸端不承受轉矩，只承受彎矩，所以，取， 　　考慮該軸徑取得太小，軸

147、承的壽命可能不能滿足要求，取　　初選滾動軸承7306c，軸頸直徑，其他軸段直徑尺寸如圖所示，　　由資料可得GB/T5014-2003中LX2型聯(lián)軸器符合要求：公稱轉矩為560N.mm，許用轉速6300r/min,軸孔范圍為20~35mm，滿足要求，軸孔長度為60mm，J型軸孔，故最左端軸段長度為58mm，其他各軸段軸向長度如圖所示：

148、　　草圖結構：　　三維結構：　　第三節(jié) 低速軸的設計　　一、軸的材料　　因傳遞功率不大選常用材料45鋼，調質處理。

149、　　二、初算軸徑　　查表得 =106~135，考慮軸端不承受轉矩，只承受彎矩，所以，取，，軸端最細處直徑為53mm。　　初選滾動軸承7012c，低速軸結構草圖如下：　　三維圖：

150、;　　第五章平鍵連接的選用和計算　　梯軸的的直徑和長度尺寸選取鍵的尺寸，查文獻表，選取的鍵如下表：　　由文獻表查得，鋼的經連接時許用擠壓應力為，根據公式校核各鍵：　　校核鍵1 　　4

151、　　校核鍵2 　　4000×224.9/45　　校核鍵3 　　校核鍵4 　　所有鍵都符合要

152、求，可用。　　第六章箱體及附屬零件的結構設計　　第一節(jié) 箱體尺寸　　減速器機體結構尺寸按文獻計算而得，具體數(shù)據如下表：　　第二節(jié) 起吊裝置　　第三節(jié) 窺視孔、窺視蓋</p&

153、gt;　　第四節(jié) 放油孔和螺塞M20　　第五節(jié) 通氣螺塞M20　　第六節(jié) 游標尺　　結論　　本次課程設計是對電動卷揚機傳動裝置的設計，主要是對齒輪和軸的設計，

154、在平時的理論課上面學到的知識一旦要用到實際設計中便覺得很難，還是存在許多問題，發(fā)現(xiàn)理論知識學的不牢固，大學學過的許多專業(yè)知識自己沒有系統(tǒng)的整理和消化，很多簡單的知識點要重新看書才能回憶起來，這樣很嚴重地拖慢了自己的設計速度，影響了自己設計的質量，在邊計算邊畫圖邊改正時，就發(fā)現(xiàn)自己走了很多彎路，比如由于齒輪參數(shù)的選擇不是恰當，導致齒輪很大，對繪圖軟件的生疏以至繪圖過程艱難。同時我相信，通過這次實踐發(fā)現(xiàn)的問題，能使我重視并解決機械上得問題。

155、 　　在設計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應用機械設計課程及其他專業(yè)課程的理論知識。通過這次設計之后，我會對以后自己獨立設計打下一個良好的基礎，在之后的畢業(yè)設計中避免不必要的錯誤，有能力設計出結構更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的機械設備。 　　致謝　　機械設計課程設計完成了，在這個過程中

156、我學到了很多東西。首先我要感謝我的導師彭全老師，她在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助，也感謝同學們的指教。在論文開始的初期，我對于論文的結構以及文獻選取等方面都有很多問題，并不能將課本知識運用到實際設計中來，經過這兩個星期一點點的查閱書籍，詢問老師和同學還是有很多的收獲，在之后應當認真學習機械設計方面的知識。　　參考文獻<

157、p>　　[1] 濮良貴. 機械設計（第九版）[M]. 北京:高等教育出版社, 2013.　　[2] 吳宗澤. 機械設計課程設計手冊 (第3版)[M]. 北京:高等教育出版社, 2006.　　[3] 孫玉蓮. 工程制圖及習題集[M]. 北京：中國建材工業(yè)出版社，2012.　　[4] 蔡春源. 機械零件設計手冊

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