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《机械设计基础》课程说明书

设计题目班 级

设计电动机卷扬机传动装置机械设计及自动化

目 录

1、设计题

目………………………………………………………………3 2、系统总体方案的确

定…………………………………………………3

2.1、 系统总体方

案………………………………………………………………3

2.2

、

系

统

方

案

总

体

价…………………………………………………………4

3、传动系统的定………………………………………………………4 4

、

传

动

装

置

的

运

动

和

动

力

数…………………………………………6

4.1

、

确

定

传

动

比

配……………………………………………………………6

5、齿轮计………………………………………………………………8

5.1

、

高

速

轴

齿

轮

传

动

计………………………………………………………8

5.2

、

低

速

级

齿

轮

传

动

计………………………………………………………16

评

确

参

分

设

设

设

5.3、开式齿轮计………………………………………………………………21

6、 轴的设计算………………………………………………………24

6.1

、

中

间

轴

的

设

计

算…………………………………………………………24 6.2

、

高

速

轴

的

设

计

算…………………………………………………………32 6.3

、

低

速

轴

的

设

计

算…………………………………………………………35

7、 轴承核……………………………………………………………37

7.1

、

高

速

轴

轴

承

核……………………………………………………………37 7.2

、

中

间

轴

上

轴

承

核…………………………………………………………38 7.3

、

低

速

轴

上

轴

承

核…………………………………………………………38

8、键的选择以及核……………………………………………………39 9、联轴器选

择……………………………………………………………41

设

计

计

计

计

校

校

校

校

校

10、润滑油及其润滑方式选

择…………………………………………42 11

、

箱

体

设

计……………………………………………………………43 12

、

参

考

文

献……………………………………………………………44 13

、

附

录

设

计

任

务

书…………………………………………………44

主 要 结 计 算 及 说 明 果

主 要 结 计 算 及 说 明 果 1 设计题目 1.1设计题目 方案2：间歇工作，每班工作时间不超过15％，每次工作时间不超过10min，满载起动，工作中有中等振动，两班制工作，钢?速度允许误差±5％。小批量生产，设计寿命10年。传动简图及设计原始参数如表： 数据编号 钢?拉力 F（KN） 4 15 钢?速度 V（ms） 10 380 滚筒直径D（mm） 选择方案1 选用方案（二） 8级精度 材料为40Cr 45钢 Z1=22 Z2=72 表1-1 原始数据 2 系统总体方案的确定 2.1系统总体方案 电动机→传动系统→执行机构， 图2.1 二级圆柱齿轮传动

主 要 结 计 算 及 说 明 果 3 传动系统的确定 3.1 选择电动机类型 1.功率计算 卷扬机的转速计算： n?v10??8.38r/min?D380?1000? 输出所需要功率：Pw=FV=15*1060=2.5025KW 传动效率计算: ?1?弹性联轴器的效率取0.99；?2?闭式齿轮（8级精度）的传动效率取0.98；?3?滚动轴承的效率取0.99；?4?开式齿轮传动效率取0.95；?5?卷筒传递效率取0.9。???1?2??3??4??225KA=1.50 5?0.992?0.982?0.995?0.95?0.9 ?0.77电机所需要的功率： Fv15?10?1000Pd???3.25KW 1000?60?1000?0.77选用电动机功率为4KW，n=1440rmin 4 传动装的运动和动力参数 4.1.确定传动比

主 要 结 计 算 及 说 明 果 选用电机，转速n=1440rmin,功率P=4KW。 一般情况下直齿开式圆柱齿轮传动比为3-7，这里选定且闭式齿轮传动比通常 这里确定 1.各轴转速电动机转速 高转速Ⅰ n2?n11440??257.14r/mini15.6 中间轴Ⅱ 低速轴Ⅲ n3?n2257.14??50.42r/min i25.1mm 1000v1000?10卷筒 n4???8.38r/min i13.14?380 2.各轴功率： 电动机额定功率 p=4KW 高转速Ⅰ T ??178.54?1p1?p0??13?4?0.98?0.99?3.92kw 中间轴Ⅱ p2?p1??2??3?3.92?0.98?0.99?3.80kw 低速轴Ⅲ p3?p2??2??3?3.80?0.98?0.99?3.69kw

主 要 结 计 算 及 说 明 果 卷筒 kwp4?p3??1??23?4??5?3.69?0.99?0.992?0.98?0.9?3.16 =3.16KW 3.各轴输入转矩计算 3T0?9550?10?P0/n0?9550?10?4/1440?26.53?103N.mm333 T1?9550?10?P1/n1?9550?10?3.92/1440?26.00?103N.mm33T2?9550?10?P2/n2?9550?10?3.80/257.14?114.13?103N.mmT3?9550?10?P3/n3?9550?10?3.69/50.42?698.92?103N.mm卷筒： 33 T4?9550?10?P4/n4?9550?10?3.16/8.38?3601.19?103N.mm 表4-1轴的参数 编号 0 1 2 4 3.92 3.80 功率（KW） 转速终上，各轴的参数如下表： 33 （rmin) 1440 1440 257.14 转矩（N.mm) 26.53x1026.00x103 3 141.13x103

主 要 结 计 算 及 说 明 果 3 4 3.69 3.16 50.42 8.38 698.92x103 3601.19x103 5 齿轮设计 四、传动件设计计算 Ⅰ 斜齿圆柱齿轮计算 A．高速级斜齿圆柱齿轮的计算 1.选择材料热处理方式和公差等级 小齿轮选用40Cr，调质热处理，齿面硬度达到250HBS 大齿轮选用45钢，调质热处理，齿面硬度达到220HBS 因为是软齿面闭式传动，故按齿面接触疲劳强度进行 计算，其设计公式为： ① 齿轮传递转矩为 ② 由《机械设计基础》（）可以查出载荷系数，因工 作中有中等冲击，故载荷系数 ③ 由《机械设计基础》（）表7-8查得 m=4④ 由《机械设计基础》（）表7-7查得材料弹性系数 ⑤ 初选压力角 ⑥ 齿数比 ⑦ 初选齿数，则 ⑧ 由《机械设计基础》（）图7-3查得 ⑨ 许用接触盈利可用以下公式计算

主 要 结 计 算 及 说 明 果 N?60?1440?1?300?2?8?15%?10?6.2?108 N2?设计合理d1=d4=40mm d2=54mm d3=93mm df3=85.5mm da3=99mm 2'N16.2?10?1.107?108 i15.68 由图7-24查得寿命系数 由表7-5去安全系数 [?H1]?Zn1?Hlim11?680??673.26Mpa SH1.01Zn2?Hlim11.14?560??632.07Mpa SH1.01 [?H2]? 取出算小齿轮的分度圆直径 得: 3?3.2?189.8?1.75?26000??5.6?1?d1t???38.03mm ?? 632.075.6?? ⑩确定模数 圆角r=3 d1cos?38.03?cos12?mn???1.86 z120由《机械制造基础》（）表7-2取 2.确定几何尺寸 中心距 m?z1?z2?2.5??20?112?????168.69mm 2cos12?2cos12? 圆整，去则螺旋角

主 要 结 计 算 及 说 明 果 ??arccosmnz1cos?mzd2?n2cos?d1? mn(z1?z2)2.5?(20?112)?arccos?10.85?mm2a2?168 2.5?20??50.91mm cos10.85?2.5?112 ??285.10mm?cos10.85 d1=32mm 齿宽mm 取 取 3.齿根许用疲劳强度条件为 ①和Z同前 ②齿宽 ③由《机械设计基础》表7-9查得： 齿形系数 应力修正系数为 d2=34mm.d3=d7=35mm，d4=d6=44mm d5=62mm,da5 ④由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲疲劳极=66mm，,df5限 ⑤需用弯曲应力 ⑥由图7-26查得寿命系数 ⑦由表7-5可以查出安全系数 =57mm L0=223mmL=55mm A0=106

主 要 结 计 算 及 说 明 果 [?F1]?[?F2]? YN1??Flim11?230??170.39MpaSf1.35YN2??Flim21?180??133.33MpaSf1.35 d3=d7=45mm d4=52mmL0=229mm L==57mm 1.6KT1cos?1.6?1.75?26000?cos10.85??F1???2.81?1.56?54.51???F1?bm2z146?2.52?20 =54.51mm< ?F2??F1L=56mm YF2YS22.16?1.91?54.51??51.30???F2? YF1YS11.56?2.81 在安全范围内，疲劳强度足够 4.计算齿轮的几何尺寸 m2.5 ??2.55 端面模数 mt??cos?cos10.85 齿根高 *hf?(ha?c*)m?1.25?2.5?3.125mm 齿顶高 分度圆直径： m2.5z1??20?50.91mmcos?cos10.85? m2.5d2?z2??112?285.10mmcos?cos10.85?d1? 齿顶圆直径

主 要 结 计 算 及 说 明 果 da1?d1?2ha?50.91?2?2.5?55.91mmda2?d2?2ha?285.10?2?2.5?290.10mm 键C 齿根圆直径 df1?d1?2hf?50.91?2?3.125?44.66mmdf2?d2?2hf?285.10?2?3.125?278.85mmB.低速级斜齿圆柱齿轮的计算 1.选择材料，热处理方式和公差等级 键 大齿轮选用45钢，正火处理，齿面坚硬度为210HBS 键： 小齿轮选用45钢，调制处理，齿面坚硬度为240HBS 选用8级精度 2.初步计算传动的主要尺寸。 因为是软齿面闭式传动，故按齿数面接触疲劳强度计算。其设计公式为 ① 小齿轮传递转矩为 ② 由机械设计基础可以查出载荷系数，因工作中有中等级冲击，故载荷系数 ③ 由机械设计基础表7-7查得 ④ 由机械设计基础表7-7查得材料弹性系数 ⑤ 初选压力角为 ⑥ 齿数比 ⑦ 初选齿数则 键C：

主 要 结 计 算 及 说 明 果 ⑧ 由机械设计基础查得 ⑨ 许用接触应力可用以下公式计算 N?60njLn?60?257.14?1?300?2?8?15%?10?1.12?10 = N31.12?108N4???2.196?107 i25.1由表7-24查得寿命系数 表7-5取安全系数则小齿轮许用接触应力为 [?H4]?ZN3?Hlim1.14?590??672.6MpaSH1ZN4?Hlim1.12?540??604.8Mpa SH1[?h4]?取初算小齿轮的分度圆直 dt?3( 3.2ZE2KT(i?1)33.2?189.821.75?141130?(5.1?1))?()?71.94[?H]?di604.80.8?5.1d1cos?69.32?cos12o⑩ 确定模数mn???2.81 Z125由机械设计基础表7-2取 2.确定几何尺寸 中心距a?m(Z3?Z4)3?(25?128)??234.63mm 2cos?2cos12o

主 要 结 计 算 及 说 明 果 取整，则 则螺旋角??arcosmn(Z3?Z4)3(25?128)?arcos?11.25o 2a2?234 d3?mnZ33?25??76.47mm ocos?cos11.25mnZ43?128??391.52mm ocos?cos11.25 d4? 齿宽b??dd3?0.8?76.47?61.18 取 取 3.齿根疲劳弯曲强度条件为 ①同前 ②齿宽 ③由机械设计基础表7-9查得 齿形系数 应力修正系数 ④由表7-25中可以查出试验齿轮的齿根弯曲 ?Flim3?190Mpa,?Flim4?160Mpa ⑤许用弯曲应力 ⑥由图7-25查得寿命系数由表7-5可以查出安全系数故：

主 要 结 计 算 及 说 明 果 [?F3]?[?F4]?YN3?Flim31?190??140.7MpaSF1.35YN4?Flim41?160??118.5MpaSF1.35?F31.6KTcos?1.75?1.6?141130?cos11.25o???2.65?1.59?118.98Mpa?[?F3]22bmnZ361?3?25< ?F4??F3YF4YS42.06?1.90?118.98??110.52Mpa?[?F4] YF3YS32.65?1.594.计算齿轮的几何尺寸 端面模数 mt? 齿顶高 齿根高 hf?1.25m?1.25?3?3.75mm 全齿高 h?ha?hf?3?3.75?6.75mm 齿顶圆直径 da3?d3?2ha?76.47?6?82.47mm da4?d4?2ha?391.52?6?397.52mm 齿根圆直径 mn3??3.06mm ocos?cos11.25df3?d3?2hf?76.47?2?3.75?68.97mm df4?d4?2hf?391.52?2?3.75?384.02mm

主 要 结 计 算 及 说 明 果 Ⅱ 开式齿轮的设计 1. 选定齿轮类型精度等级，材料及齿数。 ① 按传动设计的方案选用直齿圆柱齿轮传动 ② 卷扬机一般工作机，速度不高可以选用8级精度 ③ 材料选择大齿轮用45钢硬度40-50HRC 小齿轮材料为40Cr 并经调制处理级表面淬火 选择齿数大齿轮选择 2. 由资料计算应力循环次数 N5?60n5pLh?60?50.42?250?8?2?15%?10?1.82?107N51.82?107N6???3.03?106i6Yn5?1,Yn6?1 3.计算弯曲疲劳许用应力 取得 Yn5?Flim1?260??162.5MpaSF1.6 Y?1?320[?F6]?n6Flim??200MpaSF1.6[?F5]?取载荷系数 查得齿形系数级应力校正系数 4.计算大小齿轮的并比较

主 要 结 计 算 及 说 明 果 YF5YS52.81?1.56??0.026976[?5]162.5YF6YS62.11?1.84??0.019412[?6]200故小齿轮大 5.由资料选取齿宽级数 m?3 2?1.7?698920?0.019412?6.61 取m=7mm 0.4?202 6.分度圆直径 7.齿轮宽度 b5??d?d5?0.4?140?56mmb6??d?d6?0.4?840?336mm 8.中心距 a? d5?d6140?840??490mm 22Ⅲ 斜齿圆柱齿轮上作用计算 1. 高速轴齿轮传动的作用力 ① 已知条件 高速轴传递的转矩转速 高速齿轮的螺旋角，小齿轮左旋，大齿轮右旋， 小齿轮分度圆直齿直径 ② 齿轮1的作用力

主 要 结 计 算 及 说 明 果 圆周力为 Ft1?2T12?26000??1021.41Nd150.91tan?tan20o径向力为 Fr1?Ft1?1021.41??378.53Nocos?cos10.85轴向力为 Fa1?Ft1tan??1021.41?tan10.85o?195.77N法向力为 FN1?Ft11021.41??1106.75Ncos??cos?cos20o?cos10.85o ③齿轮2的作用力从动齿轮2各个力与主动齿轮1上相应的力大小相等，作用方向相反。 2. 低速轴齿轮传动的作用 ① 已知条件 中间轴传递的转矩转速低速齿轮的螺旋角为使齿轮3的轴向力与齿轮2的轴向力互相抵消一部分，低速级的小齿轮为右旋大齿轮左旋。小齿轮的分度圆直径 ② 圆周力 Ft3? tan?tan20o径向力为 Frs?Ft3?3691.12??1367.91Nocos?cos10.85轴向力为 Fa3?Ft3tan??3691.12?tan10.85o?707.46N法向力为 Fn3? 2T22?141130??3691.12N d376.47Ft33691.12??3999.51Ncos?cos?cos20o?cos10.85o③齿轮4的作用

主 要 结 计 算 及 说 明 果 从动齿轮4各个力与主动齿轮3上相应的力大小相等，作用方向相反。 五、中间轴的设计与计算 1.已知条件：中间轴传递的功率转速齿轮分度圆直径 齿宽 2.选择轴的材料 因传递的功率不打，并对重量及结构尺寸无特殊要求，故由表7-4选用的材料45钢调制 3. 初算轴径 查表13-1得考虑轴端不受转矩，只受少量的弯矩，故取较小值则dmin?c3p33.8?110?3?26.99mm n3257.14 取值 4.结构设计 ①轴的结构构想图。1 ②轴承的选择及轴段5的设计 该段轴上安装轴承，其审计应与轴承的选择同步,考虑齿轮有轴向力存在，选用角接触球轴承，轴段1,5上安装轴承，其直径即应便于轴承安装，又应符合轴承安装，又应符合轴承内径系列，取7207c进行设计计算，由表13-4得轴承内径d=35mm 外径D=72mm 宽度B=17mm 定位轴肩直径外径定位直径故

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