橋式起重機大車行走機構傳動置設計—— ～.doc

機械設計課程設計說明書機械課程設計計算說明書設計題目：橋式起重機大車行走機構傳動裝置設計學 院：材料科學與工程學院 設 計 者：楊亞楠班 級：材料09-3學 號：14095511指導老師：趙子江日期：2011 年 7 月 4 日目錄1、機械設計課程設計任務書32、傳動裝置總體設計方案43、電動機的選擇計算54、傳動系統(tǒng)運動學和動力學參數計算.75、傳動零件的設計計算.10 5.1高速級齒輪參數設計計算 .10 5.2第二級齒輪參數設計計算 .13 6、軸系零件的設計計算.15 7、鍵的選擇與強度驗算.228、軸承的選擇與壽命計算.25 9、聯(lián)軸器的選擇 .26 10、減速器潤滑與密封 .26 11、減速器的結構和附件設計 27 12、 設計小結 31 13、參考文獻 .33 一、機械設計課程設計任務書1、設計條件機器功用：對露天物料進行起吊，裝卸，安裝，搬運等；工作情況：間斷型工作，正反方向轉動，載荷平穩(wěn)，環(huán)境溫度不超過40；運動要求：運動速度誤差不超過5%；使用壽命：停歇時間與工作時間近似相等，傳動零件工作總時數小時，滾動軸承壽命4 000小時；檢修周期：500小時小修；2000小時大修；2、原始數據：大車運行阻力 F=17kN； 大車運行速度V= 70 m/min； 車輪直徑 700 mm； 啟動系數 = 1.3。3、設計要求設計內容 電動機選型； 減速器設計；閉式齒輪傳動設計；傳動件設計；聯(lián)軸器選型設計； 車輪及其軸系結構設計。設計工作量 減速器裝配圖1張；零件工作圖2張（軸和齒輪各1張）；設計計算說明書1份。4、設計要求在本次機械設計中將減速器中齒輪設計成直齒圓柱輪。二.傳動裝置總體設計方案1. 組成：傳動裝置由電機、減速器、傳動軸、齒輪傳動裝置、車輪和軌道。2. 特點：傳動軸過長，故沿徑向載荷分布過于集中，要求軸有較大的強度。3. 確定傳動方案：其傳動方案如下： 圖一:(傳動裝置總體設計圖) 1-電動機；2-減速器；3-傳動軸；4-齒輪傳動；5-車輪；6-軌道初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如:傳動裝置總體設計圖所示。選擇同向二級圓柱齒輪減速器（展開式）和直齒輪傳動。項目內容及計算說明計算結果三、電動機的選擇計算1、 工作機輸入功率的計算已知工作機的阻力和速度則工作機輸入功率為 式中電動機所需的輸出功率計算式中機械傳動裝置的總效率(由電動機至工作機的輸入端)A 兩對閉式齒輪，加工等級為7級，傳動效率0.99，B 一對開式齒輪=0.99C 四個滾動軸承效率0.99D 一個彈性聯(lián)軸器0.9925E 槽的效率把上述值帶入后得 起動系數，所以 查表162得：Y系列1500r/min電動機的具體牌號為：Y200l-4型，額定功率為30kW，滿載轉速為1470r/min。2、 確定電動機型號通過上述計算查表16-2得：型號：Y200l-4型額定功率：30kW同步轉速：1500r/min滿載轉速：1470r/min軸徑：48mm伸出軸長度：110mm軸距地面高度：200mm兩腳跨度：395mm兩腳中心距：318mm整體高度：475mm機身寬度：775mm機體直徑：400mm四、傳動系統(tǒng)運動學和動力學參數計算1、分配傳動比（1）總傳動比i在上邊已確定電動機滿載轉速為n1470r/min，運行速度為v=70m/min，車輪直徑為D=700mm，計算車輪轉速用公式55計算總傳動比1470/31.8546.15（2）分配傳動比 從減速器的高速軸開始為各軸命名為：1軸、2軸、3軸。第1軸至第2軸，第2軸至第3軸傳動比，開式齒輪的傳動比。由于是開式傳動,不是本設計的重點可取=3.5, 所以=46.15/3=15.38,又知道,取 所以 15.38=1.35取Z1=23 則 可取Z2=105取Z3=27 則可取Z4=912、傳動裝置運動參數的計算 （1）各軸轉速計算第1軸轉速第2軸轉速 第3軸轉速 外面開式齒輪軸 速度誤差在允許范圍內 （2）各軸功率計算 （3）各軸扭矩計算 電動機軸 將數據列表軸號轉速nr/min功率Pkw轉矩TNm傳動比i電機軸 1470302201軸1470 29.8193.52軸322 29.11 863.43軸95.5528.462844.5車輪軸31.85 28.63 8044.8五各組傳動齒輪設計1、高速級齒輪參數設計（1）選用齒輪材料，確定許用應力由表6.2選 小齒輪40MnB調質處理 大齒輪40Cr 調質處理許用接觸應力與齒輪材料、熱處理方法、齒面硬度、應力循環(huán)次數等因素有關。 查表11-5 取SH=1.1 SF=1.25則 許用彎曲應力 雙向傳動乘0.7彎曲強度尺寸系數 查圖69彎曲強度最小安全系數 則（2）齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級， 查課本表11-6 取齒寬系數查課本表11-3 取載荷系數K=1.2T1=193500 N*m小輪分度圓直徑，由式65得故=72.83mm齒輪模數m 按表6.6圓整 小輪分度圓直徑 標準中心距a 齒寬b 為保證齒輪強度大輪齒寬 小輪齒寬 取 （3）齒根彎曲疲勞強度校核計算齒形系數 查課本圖11-8和圖11-9確定小齒輪的齒形系數 大齒輪齒形系數 校驗小齒輪彎曲疲勞強度 故 大齒輪亦滿足（4）齒輪其他主要尺寸計算大輪分度圓直徑 根圓直徑 頂圓直徑 2、第二級齒輪參數設計（1）選用齒輪材料，確定許用應力由表6.2選 小齒輪40CrMnMo 調質處理 大齒輪35SiMn 調質處理接觸強度最小安全系數=1.1則許用彎曲應力 由式612，彎曲疲勞強度極限 查圖67，雙向傳動乘0.7彎曲強度最小安全系數=1.25則 （2）齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，查課本圖11-8和圖11-9確定 查課本表11-6 取齒寬系數查課本表11-3 取載荷系數K=1.2小輪分度圓直徑，由式65得故小齒輪的齒數為27 則 按表6.6圓整取m=5小輪分度圓直徑標準中心距 齒寬b 大輪齒寬 小輪齒寬 ?。?）齒根彎曲疲勞強度校核計算有式610 小齒輪的齒形系數 大齒輪的齒形系數 故 （4）齒輪其他主要尺寸計算大輪分度圓直徑 根圓直徑 頂圓直徑 綜上 ，得三組齒輪的相關幾何參數高速級齒輪參數第二級齒輪參數459213542045525629580122.5408442.51001454284659011684110.1六、 軸系零件的設計計算傳動零件設計計算完成后，就可算出作用于軸上載荷的大小，但由于軸支承位置未定，這些載荷相對于軸支承的作用位置也就無法確定，這樣，軸的支支反力無法求出，軸彎矩圖無法確定。為此，首先要估算出軸的跨度和確定軸上載荷的作用位置。1、 I軸（1）聯(lián)軸器選擇，電機軸直徑：，所以，選擇（2）初步估算軸的直徑選取45鋼作為軸的材料，調質處理由式14-2 計算軸的最小直徑并加大9%以考慮鍵槽的影響查表8.6 取外伸軸C=110 取 （3）軸的結構設計 1）確定軸的結構方案 階梯軸初步分為六段。 2）確定各軸段直徑和長度 1段 根據圓整，并由、和電動機轉軸選擇聯(lián)軸器型號HL3聯(lián)軸器，電機的軸徑和聯(lián)軸器的長度可取，,2段 為使半聯(lián)軸器定位，軸肩高度，孔倒角c取（GB6403.3-86）,且符合標準密封圈內徑。取軸端蓋寬度37mm，端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面30mm則,3段 為便于裝拆軸承內圈，且符合標準軸承內徑。查GB/T283-93，暫選圓柱滾子軸承，新代號為N209E，,其寬度，軸承潤滑方式選擇：，選擇脂潤。軸承距箱體內壁距離，則。4段 作為軸向固定齒輪，保證小齒輪在遠離電機的一側，在數據上沒什么圖書要求。在這里可取 ，5段 由于本軸屬于齒輪軸，長度為齒輪的輪轂寬度減2mm 高級小齒輪寬為90mm。 ， 6段 該軸段直徑，與齒輪之間用軸套隔開軸寬為19mm，加之軸套長度18mm （4）軸所受的力及受力分析（過程略）2、 II軸（1）計算作用在齒輪上的力轉矩圓周力 徑向力 (2)初步估算軸的直徑選取45號鋼作為軸的材料，調質處理由式8-2 計算軸的最小直徑并加大9%以考慮鍵槽的影響查表8.6 取A=115 取 (3)軸的結構設計 1）確定軸的結構方案 初步分為五個軸段2）確定各軸段直徑和長度 1段 根據軸承內徑的標準，暫選圓柱滾子軸承（按）新代號為N311。，其寬度B=29mm。加上軸套長度12mm。共長。軸承潤滑方式選擇：，選擇脂潤滑。 2段 作為軸向固定 軸徑宜取，二級減速中的小齒輪寬度為116mm，所以此軸段長度應比齒輪寬度小2mm，故取。3段 ，無特殊功用故可適當取值即可。在這里取，。 4段 該軸段固定一級減速中的大齒輪 ，大齒輪寬度為84mm，故該軸段長取。5段 該軸段固定軸承，軸徑， （4）軸的強度校核過程略3、 III軸（1）計算作用在齒輪上的力轉矩 圓周力 徑向力 （2）初步估算軸的直徑選取40Cr作為軸的材料，調質處理由式8-2 計算軸的最小直徑并加大5%以考慮鍵槽的影響查表8.6 取C=100則 ?。?）軸的結構設計 1）確定軸的結構方案初步分為7個軸段如圖5 2）確定各軸段直徑和長度 1段 該軸段用來固定軸承，軸徑為 選用圓柱滾子軸承，新代號為N215，外徑為130mm，寬度為37mm，加上軸向固定的軸套15mm，取2段 該軸段為齒輪軸，上面固定二級減速中的大齒輪，大齒輪的寬度為110mm，故取,3段 為增強軸的強度取 。4段 該軸的主要作用是維持減速器在軸向方向上的長度一致。5段 該軸段直徑，所用軸承和第一周段相同，由于軸承寬度為37mm ，在這里取6段 該軸段直徑，7段 該軸段為固定開式齒輪為保證能正常使用，取，足夠長的軸段長度（4）軸強度校核過程省略 。以上軸的強度校核以省略，一方面，在選取軸徑和材料的時候，已在很大程度上保留了余地。如果有興趣詳見可參考機械設計基礎（第五版）十四章第四節(jié)。 七、鍵的選擇與強度驗算本次二級減速器中，每一根軸上都帶有兩個鍵，計算軸的最小直徑時應當按7%-10%放大.其中第一根軸上一個連接聯(lián)軸器，一個周向固定齒輪；第二根軸和第三根軸上的兩個鍵均用來固定齒輪?，F(xiàn)將鍵所在的軸段的參數列出如下：連接聯(lián)軸器連接小齒輪連接大齒輪連接小齒輪連接大齒輪連接開式齒輪軸段長L(mm)828882114107107軸徑d（mm）384560608068（1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸一般8級以上精度的尺寸的齒輪有定心精度要求，應用平鍵。 I軸與聯(lián)軸器相連的鍵，由軸徑選擇鍵由式10-26擠壓強度條件為 其中 由表10-10 查得 則滿足強度要求。軸上軸轂鏈接鍵，采用A型平鍵，取用A14960滿足強度要求II軸與輪轂相連的鍵，由軸徑選擇鍵和鍵由式3-1擠壓強度條件為 其中 由表10-10 查得 則 滿足強度要求。則 滿足強度要求。III軸與二級減速中的大齒輪相連的鍵，由軸徑選擇A鍵和軸與輪轂相連的鍵，由軸徑選擇鍵由式3-1擠壓強度條件為 其中由于減速器的載荷穩(wěn)定，可認為是靜載荷作用取 則 滿足強度要求。則 滿足強度要求。軸彎扭校核之后又通過計算軸承強度從新選擇了軸承,但軸承間距變化很小,而且軸的強度余量很大,故不須要重新校核。八、軸承選擇與壽命計算1、軸承選擇軸承代號N209EN311N215基本額定負荷/KN58.293.284.8極限轉速/r*min-1630048004000外徑D82120130寬度B1929252、校核使用公式進行校核，均滿足壽命要求，校核過程略，詳見課本機械設計基礎（第五版 ）十六章第三節(jié)。，軸采用C12860連接聯(lián)軸器軸采用A14960進行軸轂連接II軸用連接大齒輪，用鏈接小齒輪III軸上的鍵均可采用九、聯(lián)軸器的選擇類型選擇:選擇HL型彈性柱銷聯(lián)軸器，按選取。與I軸相連的聯(lián)軸器型號HL3聯(lián)軸器，公稱扭矩為630Nm.十、減速器的潤滑與密封該二級圓柱齒輪減速器，因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠遠小于，所以采用脂潤滑，箱體內選用SH0357-92中的50號潤滑，裝至規(guī)定高度.其中油的粘度大，化學合成油，潤滑效果好。密封性來講為了保證機蓋與機座聯(lián)接處密封， 聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接表面應精創(chuàng)，其表面粗度應為密封的表面要經過刮研。而且，凸緣聯(lián)接螺柱之間的距離不宜太大，并勻均布置，保證部分面處的密封性。十一、減速器的結構和附件設計減速器的箱體采用鑄造（HT150）制成，采用剖分式結構.1. 機體有足夠的剛度在機體為加肋，外輪廓為長方形，增強了軸承座剛度。2. 考慮到機體內零件的潤滑，密封散熱。因其傳動件速度小于12m/s，故采用侵油潤油，同時為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂到油池底面的距離H為50mm為保證機蓋與機座連接處密封，聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接表面應精創(chuàng)，其表面粗糙度為6.3。3. 機體結構有良好的工藝性.鑄件壁厚為8，圓角半徑為R=3。機體外型簡單，拔模方便。4. 對附件設計 A 視孔蓋和窺視孔在機蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進行操作，窺視孔有蓋板，機體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強密封，蓋板用鑄鐵制成，用M8螺釘緊固。B 油螺塞：放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應凸起一塊，由機械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油標：油標位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。油尺安置的部位不能太低，以防油進入油尺座孔而溢出.D 通氣孔：由于減速器運轉時，機體內溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達到體內為壓力平衡。E 啟蓋螺釘：啟蓋螺釘上的螺紋長度要大于機蓋聯(lián)結凸緣的厚度。釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋。F 定位銷：為保證剖分式機體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機體聯(lián)結凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度。G 吊耳與吊鉤：在機蓋上直接鑄出吊耳和吊鉤，用以起吊或搬運較重的物體。減速器機箱體結構尺寸如下：名稱符號計算公式（mm）結果（mm）箱座壁厚10箱蓋壁厚10箱蓋凸緣厚度15箱座凸緣厚度15箱座底凸緣厚度20地腳螺釘直徑M22地腳螺釘數目查手冊4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑M16機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑=M12軸承端蓋螺釘直徑=M6視孔蓋螺釘直徑=M8定位銷直徑=9.5，至外機壁距離查機械課程設計指導書302218，,至凸緣邊緣距離查機械課程設計指導書262016外機壁至軸承座端面距離=+40大齒輪頂圓與內機壁距離10齒輪端面與內機壁距離15機座肋厚8.5 軸承端蓋外徑+89（1軸）150（2軸）210（3軸）軸承旁聯(lián)結螺栓距離189（1軸）150（2軸）210（3軸）十二、設計小結這次為橋式起重機大車行走機構設計的減速裝置是兩級展開式圓柱齒輪減速器，這是我們真正理論聯(lián)系實際、深入了解設計概念并自行按設計要求設計進行設計的實踐考驗，對于提高我們機械設計的綜合素質大有用處。機械設計是機械工業(yè)的基礎,是一門綜合性相當強的技術課程，它融機械原理、機械設計、理論力學、材料力學、公差與配合、CAD實用軟件、機械工程材料、機械設計手冊等于一體。學院為了保證對每一個學生的培養(yǎng)質量，設了為期兩周的“機械課程設計”。接到任務書