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PAGEPAGE27機械設計課程設計計算說明書 題目專業(yè)班級學號學生姓名指導教師南昌大學科技學院2011年12月機械設計課程設計任務書專業(yè)班級學生姓名學號指導教師題目設計電動卷揚機傳動裝置傳動系統(tǒng)圖：原始數據：鋼繩拉力鋼繩速度卷筒直徑工作條件：連續(xù)單向運轉，工作時有輕微振動，小批量生產，兩班制工作，使用期限10年，運輸帶速度允許誤差為±5%要求完成：1.減速器裝配圖1張（A2）。2.零件工作圖2張（箱體和軸）。3.設計說明書1份。開始日期年月日完成日期年月日目錄1．電機選擇 12．選擇傳動比 32.1總傳動比 32.2減速裝置的傳動比分配 33．各軸的參數 43.1各軸的轉速 43.2各軸的輸入功率 43.3各軸的輸出功率 43.4各軸的輸入轉矩 43.5各軸的輸出轉矩 53.6各軸的運動參數表 64.蝸輪蝸桿的選擇 74.1選擇蝸輪蝸桿的傳動類型 74.2選擇材料 74.3按計齒面接觸疲勞強度計算進行設 74.4蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 84.5校核齒根彎曲疲勞強度 94.6驗算效率 104.7精度等級公差和表面粗糙度的確定 105．圓柱齒輪的設計 115.1材料選擇 115.2按齒面接觸強度計算設計 115.3計算 125.4按齒根彎曲強度計算設計 135.5取幾何尺寸計算 146．軸的設計計算 166.1蝸桿軸 166.1.1按扭矩初算軸徑 166.1.2蝸桿的結構設計 166.2蝸輪軸 176.2.1輸出軸的設計計算 176.2.2軸的結構設計 186.3蝸桿軸的校核 196.3.1求軸上的載荷 196.3.2精度校核軸的疲勞強度 226.4蝸輪軸的強度校核 246.4.1精度校核軸的疲勞強度 256.4.2精度校核軸的疲勞強度 277.滾動軸承的選擇及校核計算 307.1蝸桿軸上的軸承的選擇和壽命計算 307.2蝸桿軸上軸承的選擇計算 318.鍵連接的選擇及校核計算 358.1輸入軸與電動機軸采用平鍵連接 358.2輸出軸與聯軸器連接采用平鍵連接 358.3輸出軸與蝸輪連接用平鍵連接 359．聯軸器的選擇計算 379.1與電機輸出軸的配合的聯軸器 379.2與二級齒輪降速齒輪軸配合的聯軸器 3710.潤滑和密封說明 3910.1潤滑說明 3910.2密封說明 3911．拆裝和調整的說明 4012．減速箱體的附件說明 4113.設計小結 4214．參考文獻 431．電機選擇工作機所需輸入功率：所需電動機的輸出功率：傳遞裝置總效率：式中：：蝸桿的傳動效率：每對軸承的傳動效率：直齒圓柱齒輪的傳動效率：聯軸器的效率：卷筒的傳動效率所以故選電動機的額定功率為考慮電動機和傳動裝置的尺寸重量及成本，可見第二種方案較合理，因此選擇型號為：的電動機。2．選擇傳動比2.1總傳動比2.2減速裝置的傳動比分配3．各軸的參數將傳動裝置各軸從高速到低速依次定為I軸II軸III軸IV軸：、、、、依次為電動機與I軸I軸與II軸II軸與III軸III軸與V軸的傳動效率則：3.1各軸的轉速Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸3.2各軸的輸入功率Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸3.3各軸的輸出功率Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸3.4各軸的輸入轉矩電動機Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸3.5各軸的輸出轉矩電動機Ⅰ軸Ⅱ軸Ⅲ軸Ⅳ軸3.6各軸的運動參數表表3.1各軸的運動參數表軸號功率轉矩(N·m)轉速(r/min)傳動i效率輸入輸出輸入輸出電機軸1軸2軸3軸卷軸4.蝸輪蝸桿的選擇功率P=傳動比i=轉速n=4.1選擇蝸輪蝸桿的傳動類型根據GB/T10085—1998選擇ZI4.2選擇材料蝸桿選45鋼，齒面要求淬火，硬度為45-55HRC.蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造4.3按計齒面接觸疲勞強度計算進行設（1）根據閉式蝸桿傳動的設計進行計算，先按齒面接觸疲勞強度計進行設計，再校對齒根彎曲疲勞強度。由文獻[1]P254式（11-12），傳動中心距由前面的設計知作用在蝸輪上的轉矩T2，按Z=2,估取，則：計算轉矩T2：（2）確定載荷系數K因工作比較穩(wěn)定，取載荷分布不均系數；由文獻[1]P253表11-5選取使用系數；由于轉速不大，工作沖擊不大，可取動載系；則（3）確定彈性影響系數因選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有（4）確定接觸系數先假設蝸桿分度圓直徑和中心距的比值，從文獻[1]P253圖11-18中可查到（5）確定許用接觸應力根據選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度＞45HRC，可從文獻[1]P254表11-7中查蝸輪的基本許用應力應力循環(huán)次數壽命系數則（6）計算中心距:取a=160mm，由i=30，則從文獻[1]P245表11-2中查取，模數m=蝸桿分度圓直徑d=從圖中11-18中可查，由于＜，即以上算法有效。4.4蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸（1）蝸桿軸向尺距=直徑系數q==齒頂圓直徑齒根圓直徑分度圓導程角蝸桿軸向齒厚蝸桿的法向齒厚（2）蝸輪蝸輪齒數,變位系數：驗算傳動比，這時傳動比誤差為：，在誤差允許值內。蝸輪分度圓直徑喉圓直徑齒根圓直徑咽喉母圓半徑4.5校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數根據從圖11-9中可查得齒形系數Y=螺旋角系數：許用彎曲應力：從文獻[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力[]=壽命系數可以得到：因此彎曲強度是滿足的。4.6驗算效率已知；；與相對滑動速度有關。從文獻[1]P264表11-18中用差值法查得：代入式中，得大于原估計值，因此不用重算。4.7精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇8級精度，側隙種類為f，標注為8fGB/T10089-1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略。詳細情況見零件圖。5．圓柱齒輪的設計P=V=i=5.1材料選擇（1）小齒輪的材料為40，硬度為280,大齒輪的材料為45鋼（調質），硬度為240,二者之差為40。（2）精度等級選8級精度。（3）選小齒輪齒數大齒輪齒數（4）選壓力角為5.2按齒面接觸強度計算設計按式（10-21）試算，即（1）確定公式中的各參數①試選載荷系數②計算小齒輪的傳遞扭矩③由文獻[1]P205表10-7選齒寬系數④由文獻[1]P201表10-6查的材料的彈性影響系數⑤由文獻[1]P209圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。⑥由文獻[1]P206式10-13計算應力循環(huán)次數。⑦由文獻[1]P207圖10-19取接觸疲勞壽命系數。⑧計算疲勞需用應力。取失效概率為1%，安全系數，由文獻[1]P205式（10-12）得5.3計算（2）試算小齒輪的分度圓的直徑代入中較小值（2）計算圓周速度（3）計算齒寬（4）齒寬與齒高之比模數齒高（5）計算載荷系數根據計算出來的速度，7級精度，由文獻[1]P194圖10-8查的動載荷系；直齒輪，。由文獻[1]P193表10-2查的使用系數：由文獻[1]P196表10-4用插值法6級精度，小齒輪相對支撐對稱分布查文獻[1]P198圖10-13得；故載荷系數（6）按實際載荷系數校正算的分度圓直徑，由文獻[1]P204式（10-10）得、（7）計算摸數5.4按齒根彎曲強度計算設計由文獻[1]P201式（10-5）得彎曲強度計算設計（1）公式內容的各計算值①由文獻[1]P208圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；②由文獻[1]P206圖10-18取彎曲疲勞壽命系數③計算彎曲疲勞許應力取彎曲疲勞安全系數由文獻[1]P205式（10-12）得④計算載荷系數⑤查齒形系數。由文獻[1]P200表10-5查的⑥查取應力校正值系數。由文獻[1]P200表10-5查的⑦計算大、小齒輪的并加以比較。大齒輪的值大（2）設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數并就近圓整為標準值，按接觸強度算的的分度圓直徑來計算應有的齒數，于是由這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。5.5取幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑（2）計算中心距圓整取a=（3）計算齒輪寬度6．軸的設計計算6.1蝸桿軸蝸桿上的功率P轉速N和轉矩分T別如下：P=N=T=6.1.1按扭矩初算軸徑選用45鋼調值，硬度為根據文獻式，并查教材表15-3，取考慮到有鍵槽，將直徑增大7%，則：因此選6.1.2蝸桿的結構設計（1）蝸桿上零件的定位，固定和裝配一級蝸桿減速器可將蝸輪安排在箱體中間，兩隊軸承對成分布，蝸桿由軸肩定位，蝸桿周向用平鍵連接和定位。端：軸的最小直徑為安裝聯軸器處的直徑，故同時選用聯軸器的轉矩計算，查文獻[1]P351表14-1，考慮到轉矩變化很小，故取按照計算轉矩應小于聯軸器公稱轉矩的條件和考慮到蝸桿與電動機連接處電動機輸出軸的直徑查文獻[3]P172表13-10選用HL6型號彈性套柱銷聯軸器。表6.1蝸桿軸聯軸器參數型號公稱轉距許用轉速軸的直徑因此選擇段長度取軸上鍵槽鍵寬和鍵高以及鍵長為端：因為定位銷鍵高度h=因此。軸承端蓋的總長為,根據拆裝的方便取端蓋外端面于聯軸器右端面間的距離為所以，段：初選用角接觸球軸承，參考要求因d=44，查文獻[3]選用7209AC型號滾子承角接觸球軸承一端用油環(huán)定位（寬度為mm），油環(huán)緊靠軸環(huán)端用于軸肩定位。段：直徑軸環(huán)寬度b,在滿足強度下，又要節(jié)省材料取軸肩寬度為V段：由前面的設計知蝸桿的分度圓直徑齒頂圓直徑蝸輪的喉圓直徑。查文獻[1]P250表11-4材料變形系數所以蝸輪齒寬綜合考慮要使蝸輪與內壁有一定的距離（3）軸上零件的周向定位蝸輪、半聯軸器與軸的定位均采用平鍵連接。按由文獻[1]P106表6-1查得平鍵截面，鍵槽用銑刀加工，長為80mm，同時為了保證齒輪與軸配合由良好的對稱，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣半聯軸器與軸的連接，選用平鍵分別為為，半聯軸器與軸的配合為。滾動軸承的周向定位是由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。（4）參考文獻[1]P365表15-2，取軸端倒角為圓角和倒角尺寸，個軸肩的圓角半徑為1~26.3蝸桿軸的校核6.3.1求軸上的載荷蝸桿軸上的載荷載荷HV支反力N彎矩M總彎矩M扭矩T=（1）按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大的彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據文獻[1]P373式（15-5）及上表中的數據，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，軸的計算應力：，故安全。6.3.2精度校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面截面II、III、IV只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬裕確定的，所以截面II、III、IV均無需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面V和VI與蝸輪嚙合的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，中心截面上的應力最大。截面V的應力集中的影響和截面VI的相近，但截面VI不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。中心截面上雖然應力集中最大，但應力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截中心面也不必校核。因而該軸只需校核截面V左右即可。（2）截面E左側抗截面系數抗扭截面系數截面E左側彎矩截面E上扭矩軸的材料為45鋼，調質處理由文獻[1]P362表15-1查得截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及按文獻[1]P40附表3-2查取，因，,又由文獻[1]P41附圖3-1可知軸的材料敏性系數故有效應力集中系數文獻[1]P42附圖3-2尺寸系數文獻[1]P44附圖3-4軸未經表面強化處理又由文獻[1]P39表3-1與文獻[1]P40表3-2的碳鋼的特性系數計算安全系數（3）截面E右側抗截面系數按文獻[1]P373表15-4中的公式計算抗扭截面系數彎矩及扭轉切應力為過盈配合處由文獻[1]P43附表3-8用插值法求出并取=，故按磨削加工，文獻[1]P44附圖3-4表面質量系數軸未經表面強化處理，即，則按文獻[1]P25式（3-12）和文獻[1]P25式（3-12a）故得綜合系數為又由文獻[1]P39附表3-1與文獻[1]P40附表3-2的碳鋼的特性系數取；，取計算安全系數故該軸在截面右側強度也是足夠的。本設計因無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱，故可略去靜強度校核。至此蝸桿軸的設計即告結束。7.滾動軸承的選擇及校核計算根據條件，軸承預計壽命：7.1蝸桿軸上的軸承的選擇和壽命計算（1）軸承的選擇采用角接觸球軸承，根據軸直徑，選擇角接觸球軸承的型號為主要參數如下：基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉速（2）壽命計算因蝸桿軸所受的軸向力向左，所以只有最左邊的角接觸球軸承受軸向力該軸承所受的徑向力約為對于型軸承，按文獻[1]P322表13-7軸承派生軸向力，其中為文獻[1]P321表13-5中的判斷系數，其值由的大小來確定，查文獻[1]P321表13-5得角接觸球軸承判斷系數當量動載荷深溝球軸承所受的徑向力約為當量動載荷因為是球軸承，所以取指數軸承計算壽命減速器設計壽命所以滿足壽命要求。7.2蝸輪軸上軸承的選擇計算（1）軸承的選擇選擇使用深溝球軸承，根據軸直徑，選用軸承主要參數如下：基本額定靜載荷基本額定動載荷極限轉速（2）壽命計算按文獻[1]P322表13-7軸承派生軸向力其中為文獻[1]P321表13-5中的判斷系數，其值由的大小來確定，但現軸承軸向力未知，故先初取，因此可估算：按文獻[1]P322式（13-11）得由文獻[1]P321表13-5進行插值計算，得，。再計算：兩次計算的值相差不大，因此可以確定，，，。（3）軸承當量動載荷、因為由文獻[1]P321表13-5分別進行查表或插值計算得徑向載荷系數和軸向載荷系數為對軸承1對軸承2因軸承運轉中有中等沖擊載荷，按文獻[1]P319表13-6，，取。則：軸承計算壽命減速器設計壽命所以滿足壽命要求。（3）靜載荷計算查機械零件手冊可知，角接觸球軸承當量靜載荷因載荷穩(wěn)定，無沖擊，所以取靜強度安全系數所以滿足強度條件（4）極限工作轉速計算以上所選各軸承的極限轉速都成立，所以他們的極限工作轉速一定滿足要求8.鍵連接的選擇及校核計算8.1輸入軸與電動機軸采用平鍵連接根據軸徑查文獻[2]P123可選用A型平鍵，得即：鍵8×70GB/T1096-2003鍵、軸和聯軸器的材料都是鋼，由文獻[1]P106表6-2查的許用應力，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯軸器接觸高度。由文獻[1]P106式（6-1）得：所以此鍵強度符合設計要求。8.2輸出軸與聯軸器連接采用平鍵連接根據軸徑，查文獻[2]P123可選用A型平鍵，得：即：鍵20×70GB/T1096-2003鍵、軸和聯軸器的材料都是鋼，由文獻[1]P106表6-2查的許用應力，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯軸器接觸高度由文獻[1]P106式（6-1）得：所以此鍵強度符合設計要求。8.3輸出軸與蝸輪連接用平鍵連接查文獻[1]P123可選用A型平鍵得即：鍵16×70GB/T1096-2003鍵、軸和聯軸器的材料都是鋼，由文獻[1]P106表6-2查的許用應力，取其平均值。鍵的工作長度：鍵與聯軸器接觸高度由文獻[1]P106式（6-1）得：所以此鍵強度符合設計要求。9．聯軸器的選擇計算9.1與電機輸出軸的配合的聯軸器（1）計算聯軸器的計算