機械設(shè)計課程設(shè)計塔式起重機行走部減速裝置設(shè)計

1、機械設(shè)計課程設(shè)計塔式起重機行走部減速裝置設(shè)計機械工程及自動化09-8班姓名 學(xué)號 一、 設(shè)計任務(wù)書1.1、 設(shè)計條件1.2、 設(shè)計任務(wù)二、 機械傳動裝置的設(shè)計計算2.1、確定傳動方案2.2、電動機的選擇2.3、傳動裝置總傳動比的分配及其計算2.4、計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)三、 傳動零件的設(shè)計計算3.1、高速級圓柱齒輪設(shè)計3.2、低速級圓柱齒輪設(shè)計3.3、開式齒輪設(shè)計四、 軸系零件的設(shè)計計算4.1、軸的設(shè)計計算4.2、軸承使用壽命計算4.3、鍵的校核五、 減速器的設(shè)計計算5.1、箱體結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計5.2、齒輪與軸承的潤滑六、 參考資料目錄七、 設(shè)計總結(jié)1設(shè)計任務(wù)書1.1、設(shè)計條件1) 機器功

2、用塔式起重機有較大的工作空間，用于高層建筑施工和安裝工程起吊物料用，起重機可在專用鋼軌上水平行走；2) 工作情況減速裝置可以正反轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，環(huán)境溫度不超過40；3) 運動要求運動速度誤差不超過5%4) 使用壽命忙閑程度中等，工作類型中等，傳動零件工作總時數(shù)小時。滾動軸承壽命4 000小時；5) 檢修周期500小時小修；2000小時大修；6) 生產(chǎn)批量單件小批量生產(chǎn)；7) 生產(chǎn)廠型中型機械制造廠8) 原始數(shù)據(jù)題號運行阻力（kn）運行速度(m/s)車輪直徑（mm）啟動系數(shù)（）h51.80.53801.21.2、設(shè)計任務(wù)1) 設(shè)計內(nèi)容 電動機的選型； 減速器的設(shè)計； 開式齒輪傳動設(shè)計； 傳動軸設(shè)計

3、； 聯(lián)軸器選型設(shè)計； 車輪及其軸系計算。2) 設(shè)計工作量 傳動系統(tǒng)安裝圖1張； 減速器裝配圖1張； 零件圖2張； 設(shè)計計算說明書一份。1.3、設(shè)計要求1) 要求減速器齒輪設(shè)計成 直齒輪； 斜齒輪； 直齒、斜齒由設(shè)計者自定。2) 要求減速器中齒輪設(shè)計成 變位齒輪； 標準齒輪； 變位與否由設(shè)計者自定。圖1-1 塔式起重機行走部示意圖1- 電動機；2-減速器；3-傳動軸；4-齒輪傳動；5-車輪；6-軌道計 算結(jié) 果2機械傳動裝置的設(shè)計計算2.1、 確定傳動方案從電動機到工作機構(gòu)的傳動系統(tǒng)由展開式圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動組成。2.2、 電動機的選擇已知工作機的阻力f和速度v，則工作機功率式中： 則

4、 傳動裝置總效率查表9-1得：彈性聯(lián)軸器的效率 滾動軸承的效率 閉式圓柱齒輪效率0.97(精度等級8級) 開式圓柱齒輪效率0.95（加工齒，脂潤滑）則 電動機輸出功率 式中：是考慮起動慣性，電動機功率增大的倍數(shù)， 查表16-2得：y系列1400 r/min 電動機的具體牌號為：y90l 4型，額定功率1.5，滿載轉(zhuǎn)速1400 r/min。2.3、總傳動比的分配及其計算車輪轉(zhuǎn)速式中:車輪直徑d=380mm則 總傳動比 式中：是減速器第一級的傳動比，是減速器第二級的傳動比，是開式齒輪的傳動比 初選，則 減速器為二級圓柱齒輪減速器，故，取則 2.4、 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)從減速器高速軸開始各

5、軸命名為軸、軸、軸，開式齒輪軸為軸，車輪軸為v軸。a) 各軸轉(zhuǎn)速計算b) 各軸功率計算c) 各軸轉(zhuǎn)矩計算將數(shù)據(jù)匯總列表如下表 電動機各軸轉(zhuǎn)速、功率及扭矩計算數(shù)據(jù)列表軸號轉(zhuǎn) 速n(r/min)輸出功率p（kw）輸出扭矩t(nm)傳動比i效率電機軸14001.49.5510.9814001.379.354.260.96328.641.3238.363.280.96100.21.27121.0410.98100.20.6259.0940.94車輪軸25.050.58221.123傳動零件的設(shè)計計算3.1、 高速級齒輪傳動設(shè)計a) 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力由機械設(shè)計課本表6.2選 小齒輪 40cr

6、調(diào)質(zhì) 大齒輪 45 正火許用接觸應(yīng)力接觸疲勞強度 查課本圖6-4接觸強度壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n查課本圖6-5得， 接觸強度的最小安全系數(shù)則 許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限，查課本圖6-7。彎曲強度壽命系數(shù)，查課本圖6-8彎曲強度尺寸系數(shù)，查課本圖6-9（設(shè)模數(shù)小于5mm）彎曲強度最小安全系數(shù)則 b) 齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考課本表6.7、表6.8選取小齒輪分度圓直徑齒寬系數(shù) 查課本表6.9，按齒輪相對于軸承為非對稱布置小齒輪齒數(shù) 在推薦值2040中選取 大齒輪齒數(shù) 圓整取 齒數(shù)比 傳動比誤差 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查課本表6.3動載系數(shù) 由推薦值

7、1.021.2齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值1.01.4齒向載荷分配系數(shù) 由推薦值1.01.2載荷系數(shù) 材料彈性系數(shù) 查課本表6.4節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查課本圖6-3（b=12，）重合度系數(shù) 由推薦值0.750.88螺旋角系數(shù) 由故 法面模數(shù) 取標準 中心距圓整分度圓螺旋角 分度圓直徑 圓周速度 齒寬b 圓整 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 c) 齒根彎曲疲勞強度校核計算 當(dāng)量齒數(shù) 齒形系數(shù) 查課本表6.5 小齒輪 大齒輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查課本表6.5 小齒輪 大齒輪 不變位時，端面嚙合角 端面模數(shù) 重合度 重合度系數(shù)螺旋角系數(shù)由推薦值0.850.92故 d) 齒輪其他主要尺寸計算大齒輪分度圓直徑 齒根圓直徑

8、齒頂圓直徑 1. 低速級齒輪傳動設(shè)計a) 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力由課本表6.2選 小齒輪 40cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪 45 正火許用接觸應(yīng)力接觸疲勞強度 查課本圖6-4接觸強度壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n查課本圖6-5得，接觸強度的最小安全系數(shù)則 許用彎曲應(yīng)力彎曲疲勞極限，查課本圖6-7。彎曲強度壽命系數(shù)，查課本圖6-8彎曲強度尺寸系數(shù)，查課本圖6-9（設(shè)模數(shù)小于5mm）彎曲強度最小安全系數(shù)則 e) 齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考課本表6.7、表6.8選取小齒輪分度圓直徑齒寬系數(shù) 查課本表6.9，按齒輪相對于軸承為非對稱布置小齒輪齒數(shù) 在推薦值2040中選取 大

9、齒輪齒數(shù) 圓整取 齒數(shù)比 傳動比誤差 小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查課本表6.3動載系數(shù) 由推薦值1.051.4齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值1.01.2齒向載荷分配系數(shù) 由推薦值1.01.2載荷系數(shù) 材料彈性系數(shù) 查課本表6.4節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查課本圖6-3（b=0，）重合度系數(shù) 由推薦值0.850.92故 齒輪模數(shù) 取標準中心距 圓整 分度圓直徑 圓周速度 齒寬b 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 f) 齒根彎曲疲勞強度校核計算 齒形系數(shù) 查課本表6.5 小齒輪 大齒輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查課本表6.5 小齒輪 大齒輪 重合度 重合度系數(shù)故 g) 齒輪其他主要尺寸計算大齒輪分度圓直徑 齒根圓直徑 齒頂圓直

10、徑 2. 開式齒輪傳動設(shè)計計算1. 選擇材料，確定精度等級由課本表6.2選 小齒輪材料 qt600-2 正火 大齒輪材料 qt500-5 正火參考課本表6.7、表6.8選取許用彎曲應(yīng)力 由課本式612，彎曲疲勞強度極限 查課本圖67。彎曲強度壽命系數(shù) 查圖68彎曲強度尺寸系數(shù) 查圖69彎曲強度最小安全系數(shù) 則 2. 按齒根彎曲強度設(shè)計尺寸齒寬系數(shù) 查表6.9，按齒輪相對軸承為懸臂布置初選模數(shù)m=4小齒輪轉(zhuǎn)矩 小輪齒數(shù) 在推薦值1725中選大輪齒數(shù) 圓整取傳動比誤差 重合度 重合度系數(shù)載荷系數(shù)k 使用系數(shù) 查課本表6.3動載系數(shù) 由推薦值1.051.4齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值1.01.2齒向載

11、荷分布系數(shù) 由推薦值1.01.2載荷系數(shù)k 齒形系數(shù) 查課本表6.5 小輪 大輪應(yīng)力修正系數(shù) 查課本表6.5 小輪 大輪計算大小，將大小齒輪其中的大值帶入設(shè)計公式則 將模數(shù)增大10%-20%考慮磨損的影響，取標準值3. 齒輪只要尺寸計算小輪分度圓直徑 大輪分度圓直徑 中心距 根圓直徑 頂圓直徑 齒寬 綜上 ，得三組齒輪的相關(guān)幾何參數(shù)高速級齒輪參數(shù)第二級齒輪參數(shù)開式齒輪參數(shù)22.5449.1467.576208.86222.530412914538044.1461.2566203.86216.2529453.1472.584212.86227.53124459283954234. 軸系零件的設(shè)計

12、計算傳動零件設(shè)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。4.1、 軸的設(shè)計計算4.1.1、 高速軸的設(shè)計a) 聯(lián)軸器選擇，電機軸直徑：則 選擇b) 初步估算軸的直徑選取40cr鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理由式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查課本表8.6 取外伸軸a=106 c) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1) 確定軸的結(jié)構(gòu)方案 如下圖示2）確定各軸段直徑和長度 1段 根據(jù)圓整，并由、和電動機轉(zhuǎn)軸選擇聯(lián)軸器型號hl2聯(lián)軸器，比轂孔

13、長度短作為1段長度。,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(nèi)徑。則,3段 為便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標準軸承內(nèi)徑。查gb/t297-94，暫選角接觸承型號為7007，,其寬度，軸承潤滑方式選擇：，選擇脂潤滑。軸承距箱體內(nèi)壁距離，則。4段 由于本軸屬于齒輪軸，同時為使擋油環(huán)定位，取該段直徑為，長度為 5段 ，d) 確定軸承支撐位置及齒輪作用查7007軸承，其支點尺寸，因此軸的支點到齒輪載荷作用點的距離。e) 軸所受的力及受力分析：轉(zhuǎn)矩 圓周力 徑向力 =142軸向力 f) 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 求軸承反力h水平面 v垂直面 求齒寬中點處彎矩h

14、水平面 v垂直面 合成彎矩 扭矩 g) 按彎矩合成強度校核軸的強度當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，則齒寬中點處當(dāng)量彎矩軸的材料為40cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表查得則 軸的計算應(yīng)力為故滿足強度要求。4.1.2、 低速級軸(軸ii)的設(shè)計計算a) 計算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩圓周力 徑向力 b) 初步估算軸的直徑選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理由式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查表8.6 取a=112 c) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案 如下圖所示2）確定各軸段直徑和長度 1段 根據(jù)軸承內(nèi)徑的標準，暫選角接觸球軸承7005c（按）。，其寬度b=12mm。軸承潤滑方式選擇：，選擇脂潤滑

15、，軸承與箱體內(nèi)壁距離。2段 ，軸長度 3段 該段軸其定位作用：，4段 5段 該軸段直徑 ，(3）確定軸承級齒輪作用力位置查7005c軸承，其支點尺寸，因此軸的支點到齒輪載荷作用點的距離。d) 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 求軸承反力h水平面 v垂直面 求齒寬中點處彎矩h水平面 v垂直面 合成彎矩 扭矩 e) 按彎矩合成強度校核軸的強度當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，則齒寬中點處當(dāng)量彎矩軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表查得則 軸的計算應(yīng)力為故滿足強度要求。 4.1.3、 輸出軸（軸iii）的設(shè)計計算a）計算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩 圓周力 徑向力 b）初步估算軸的直徑選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理 計算軸的

16、最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響查課本表8.6 取a=112則 c）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案 2）確定各軸段直徑和長度 1段 根據(jù)圓整，并選擇聯(lián)軸器型號聯(lián)軸器，比長度短米作為1段長度。2段 為使半聯(lián)軸器定位，軸肩高度，孔倒角c?。╣b6403.3-86）,且符合標準密封圈內(nèi)徑。取端蓋寬度15，端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面35則，3段 根據(jù)軸承內(nèi)徑的標準，站暫選深溝球軸承6010，其寬度。軸承潤滑方式選擇：，選擇脂潤滑，軸承距箱體內(nèi)壁距離，則。4段 該軸段裝齒輪，直徑， 5段 該段軸環(huán)定位齒輪，軸長度， 6段 該軸段由結(jié)構(gòu)確定，直徑，7段 該軸段裝軸承，直徑，8段 該軸段直徑， 9段

17、該軸段直徑，d）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 由力平衡有： 受力如圖： d）按彎扭合成強度校核軸的強度軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表8.2查得，由課本表8.9查得材料許用應(yīng)力；由式8-4得軸的計算應(yīng)力為所以，此處滿足強度要求，安全。4.2、 軸承的使用壽命計算4.2.1、軸i上的軸承的選擇和壽命計算查表選擇角接觸球軸承7007c,該軸承參數(shù)如下d=35mm,d=62mm,b=14mm, ,采用脂潤滑,極限轉(zhuǎn)速為8500r/min。 求軸承支反力r水平支反力垂直支反力合成支反力 計算軸承所受當(dāng)量動載荷派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 因 軸承受中等載荷沖擊，取載荷系數(shù)計算判斷系數(shù)e 查課本表10

18、-6，用插值法求得 插值法得 插值法得 則 當(dāng)量載荷 因，故應(yīng)按計算，由課本表10.3 取溫度系數(shù)則 4.2.2、 軸ii上的軸承選擇和壽命計算查表選擇角接觸球軸承7005c,該軸承參數(shù)如下d=25mm,d=47mm,b=12mm, ,采用脂潤滑,極限轉(zhuǎn)速為12000r/min。 求軸承支反力水平支反力垂直支反力合成支反力 計算軸承所受當(dāng)量動載荷派生軸向力 軸承所受的軸向載荷 因 軸承受中等載荷沖擊，取載荷系數(shù)計算判斷系數(shù)e 查課本表10-6，用插值法求得 插值法得 插值法得 則 當(dāng)量載荷 因，故應(yīng)按計算，由課本表10.3 取溫度系數(shù)則 4.2.3、 軸iii上軸承的選擇和壽命計算 軸iii上

19、的軸承只受徑向力的作用，故當(dāng)量動載荷軸承受中等載荷沖擊，取載荷系數(shù)合成支反力 則 4.3、鍵的選擇和強度校驗選擇鍵聯(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(yīng)用平鍵。 i軸與聯(lián)軸器相連的鍵，由軸徑選擇鍵擠壓強度條件為 其中 由課本表3.2查得 則滿足強度要求。 ii軸與輪轂相連的鍵，由軸徑選擇i鍵和ii鍵擠壓強度條件為 其中 由表3.2查得 則 滿足強度要求。則 滿足強度要求。 iii軸與聯(lián)軸器相連的鍵，由軸徑選擇i、iii鍵和軸與輪轂相連的鍵，由軸徑選擇ii鍵擠壓強度條件為 其中 由表3.2查得 則 滿足強度要求。則 滿足強度要求。n=25.1 r/min=9.35 nm=

20、38.36 nm =121.04nm=59.09 nm =221.12 nm公差組8級合適=122251公差組8級合適與估值接近公差組8級1.57 5、 減速器的設(shè)計5.1、箱體的設(shè)計計算減速器的箱體采用鑄造（ht200）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪掛合質(zhì)量，大端蓋分機體采用配合.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(nèi)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?shù)接统氐酌娴木嚯xh為40mm。為保證機蓋與機座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗糙度為6.33. 機體

21、結(jié)構(gòu)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(shè)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(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機體外壁應(yīng)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

22、 通氣孔：由于減速器運轉(zhuǎn)時，機體內(nèi)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(nèi)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(jié)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(jié)凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度.g 吊鉤：在機蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運較重的物體.減速器機體結(jié)構(gòu)尺寸如下：名稱符號計算公式結(jié)果箱座壁厚8箱蓋壁厚8箱蓋凸緣厚度12箱座凸緣厚度12箱座底凸緣厚度20地腳螺釘直徑m18地腳螺釘數(shù)目查手冊6軸承旁聯(lián)接螺栓直徑m14機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑=

23、（0.50.6）m10軸承端蓋螺釘直徑=（0.40.5）m10m12視孔蓋螺釘直徑=（0.30.4）m8定位銷直徑=（0.70.8）m8，至外機壁距離查機械課程設(shè)計指導(dǎo)書表4242016，至凸緣邊緣距離查機械課程設(shè)計指導(dǎo)書表42214外機壁至軸承座端面距離=+（812）49大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離1.212齒輪端面與內(nèi)機壁距離10機蓋，機座肋厚9 7軸承端蓋外徑+（55.5）112（1軸）97（2軸）130（3軸）軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離120（1軸）127（2軸）142（3軸）5.2、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(nèi)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(xué)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, 凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗度應(yīng)為 ,密封的表面要經(jīng)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。6、 參考文獻1.程志紅主編。機械設(shè)計。南京：東南大學(xué)出版社