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1、 機械設計基礎課程設計 設計計算說明書 題 目：絞車傳動裝置 院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 年 級： 指導教師： 二零一一年四月 目錄： 第一章 簡介…………………………………………………2 第二章 減速箱原始數(shù)據(jù)及傳動裝置選擇…………………2 第三章 電動機的選擇計算…………………………………3 第四章 圓柱齒輪傳動設計…………………………………5 第五章 軸的設計……………………………………………7 第六章 軸承的選擇…………………………………………10

2、 第七章 聯(lián)軸器的選擇………………………………………10 第八章 鍵的選擇……………………………………………12 第九章 箱體的設計…………………………………………12 第十章 減速器附件的設計…………………………………12 參考文獻……………………………………………………14 第一章 簡介 【摘要】減速器是一種密封在剛性殼體內的齒輪運動、圓柱齒輪傳動所組成的獨立部件，常在動力機與工作機之間的傳動裝置，本次設計的是螺旋運輸機用的單級圓柱減速器。運用AtuoCAD進行傳動的二位平面設計，完成圓柱齒輪減速器的平面零件圖與裝配圖的繪制，通過設計，理順正確的思想，培養(yǎng)

3、綜合應用機械設計課程和其他先修課程的理論與生產實際來分析和解決機械設計問題的能力及學習機械設計的一般方法步驟，掌握機械設計的一般規(guī)律，進行機械設計基本技能的訓練：例如計算、繪圖、查閱資料和手冊、運用標準和規(guī)范，進行計算機輔助設計和繪圖的訓練。 【關鍵詞】圓柱齒輪 齒輪傳動 減速器 第二章 減速箱原始數(shù)據(jù)及傳動方案的選擇 2.1 原始數(shù)據(jù) 卷筒圓周力F=5000N,工作轉速n=60r/min，卷筒直徑D=350mm。 間歇工作，載荷平穩(wěn)，傳動可逆轉啟動載荷是名義載荷的1.25倍。傳動比誤差為5%，每隔2min工作一次，停機5min，工作年限為10年，兩班制。

4、2.2傳動方案選擇 傳動裝置總體設計的目的是確定傳動方案、選定電動機型號、合理分配傳動比以及計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為計算各級傳動件做準備條件。 1—電動機；2—聯(lián)軸器；3—斜齒圓柱齒輪減速器；4—開齒齒輪；5—卷筒 注意點是使用這個船東方案應保證工作可靠，并且結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護便利。 第三章 電動機的選擇計算 合理的選擇電動機是正確使用的先決條件。選擇恰當，電動機就能安全、經濟、可靠的運行；選擇得不合適，輕者造成浪費，重者燒毀電動機。選擇電動機的內容包括很多，例如電壓、頻率、功率、轉速、起動轉

5、矩、防護形式、結構形式等，但是結合運用的具體情況，需要選擇的通常只是功率、轉速、防護形式等幾項比較重要的內容，因此在這里介紹一下電動機的選擇方法與使用。 3.1 電動機選擇步驟 3.1.1 型號的選擇 電動機的型號很多，通常選用異步電動機。從類型上可分為鼠籠式與繞線式電動機兩種。常用鼠籠式電動機有J、J2、JO、JO2、JO3系列小型異步電動機和JS、JSQ系列中型異步電動機。繞線式有JR、JR O2系列小型繞線式異步電動機和JRQ系列中型繞線式異步電動機。 從電動機的防護形式上又可分為以下幾種： 1. 防護式。 2. 封閉式。 3. 密封式。 3.1.2功率的選擇 選擇電動

6、機功率時，還要兼顧變壓器的大小，一般來說，直接啟動的最大一臺鼠籠式電動機，功率不宜超過變壓器容量的1/3. 3.2 電動機的型號確定 3.2.1 根據(jù)已知的工作要求和條件，選用Y型全封閉鼠籠型三相異步電動機。 由n=60*1000v/π*D 可以得出v的轉換經計算：v=1.10m/s。 ① 由公式P1=f*v=5000*1.10/1000=5.50kw ② 求電機功率P P=P1*η η=η1*η2*η3*η4*η5*η6 查閱資料可得：選取η1=0.99——彈性聯(lián)軸器 η2=0.98——齒輪傳動軸承

7、 η3=0.97——斜齒輪傳動 η4=0.95——開式齒輪傳動 η5=0.99——卷筒軸的軸承 η6=0.96——卷筒的效率 則 η=η1*η2*η3*η4*η5*η6=0.83 P=P1/η=6.63kw 卷筒工作轉速為n=60r/min 查表可知圓柱齒輪單級傳動比：i0=3—5；開齒齒輪傳動比：i1=3—5； 則i=9—25； nd=i*n=540—1500r/min 電動機符合這一范圍的同步轉速有750、1000、1500。則： 電動機

8、型號Y132M2—6，滿載轉速：960r/min。 開齒齒輪傳動比i1=4； 綜合考慮方案2更合適 梭巡電動機外型尺寸和安裝尺寸如下表所示： 3.2.2總傳動比的確定及分配 有選定電動機的滿載轉速和工作主軸轉速，可得： i=16 1. 各軸轉速： Ⅰ軸轉速： nⅠ=n0=960r/min； Ⅱ軸轉速： nⅡ=nⅠ/i0=80r/min； Ⅲ軸轉速： nⅢ=nⅡ/i1=20r/min； 2. 各軸的輸出功率： Ⅰ軸功率：PⅠ=P1*η1*η2=5.34kw； Ⅱ軸功率：PⅡ= PⅠ*η2*η3=5.07kw； Ⅲ軸功率：PⅢ= PⅡ*η4*η5*η6=

9、4.58kw； 3. 各軸的輸入轉矩： Ⅰ軸轉矩：TⅠ=9550 PⅠ/ nⅠ=53.12Nm； Ⅱ軸轉矩：TⅡ=9550 PⅡ/ nⅡ=605.23Nm； Ⅲ軸轉矩：TⅢ=9550 PⅢ/ nⅢ=2186.95Nm； 第四章 圓柱齒輪傳動設計 4.1齒輪材料及精度的選擇 因傳遞功率較大，選用硬齒面齒輪組合。小齒輪用20CrMnTi滲碳淬火，硬度為56～62HRC；大齒輪用40Cr表面淬火，硬度為50～55HRC。選擇齒輪精度等級為8級。 4.2 齒面接觸疲勞強度設計 因兩齒輪均為鋼制齒輪，所以可以用公式求出mn。確定有關參數(shù)與系數(shù)。 mn≥1.17(k

10、T1cos2βYFYS/Ψdz12[σF])1/3① ⑴轉矩T1； T1=9.55106P/n1=5.47104Nmm ⑵載荷系數(shù)K：K=1.4。 ⑶齒數(shù)在、螺旋角β和齒寬系數(shù)Ψd： 因為是硬齒面?zhèn)鲃?，取z1=20，則 z2=i z1=80 初選螺旋角β=14。 當量齒數(shù)zv，為：zv1=z1/cos3β=21.89≈22 zv2=z2/ cos3β=87.56≈88 查表可知齒形系數(shù)YF1=2.75，YF1=2.21。 應力修正系數(shù)YS1=1.58，YS2=1.78. 選取Ψd=b/d1=0

11、.8. ⑷許用彎曲應力[σF]： 查σFlim1，小齒輪按16CrMnTi5查；大齒輪按調質鋼查，得σFlim1=880MPa，σFlim2=740MPa。查表可知：SF=1.4 N1=60njLh=2.52109；N2= N1/i=6.31108。 由圖可知YNT1=1，YNT2=1； 由公式得： [σF]1= YNT1σFlim1/ SF=629 MPa [σF]2= YNT2σFlim2/ SF=529 MPa YF1 YS1/[σF]1=0.0069MPa-1 YF2 YS2/[σF]2=0.0074MP

12、a-1 由式①可得：mn≥3.25mm。 因為是硬齒面，mn選大些。由標準模數(shù)值可得：mn=4mm。 ⑸確定中心距a及螺旋角β： 傳動的中心距a=ma(z1+ z2)/2a=164.88mm 取a=165mm。 確定螺旋角為β=arcosma(z1+ z2)/2a=148′2″ 此值與初選β值相差不大，故不用重新計算。 4.3 校核齒面接觸疲勞強度 σH=3.17ZE[K T1（u+1）/bd12u]1/2≤[σH] 確定相關參數(shù)： ⑴分度圓直徑d: d1= maz1/ cosβ=82.5mm d2= m

13、az2/ cosβ=330mm ⑵齒寬b： b=Ψdd1=66mm 取b2=70mm，b1=75mm。 ⑶齒數(shù)比u： u=i=4 ⑷許用接觸應力[σH]： 由圖得：σHlim1=1500MPa，σHlim2=1220MPa。 查表得：SH=1.2. 由圖得：ZNT1=1，ZNT2=1.04。 由公式得：[σH]1= ZNT1σHlim1/ SH=1250 MPa [σH]2= ZNT2σHlim2/ SH=1057 MPa 由表可知：ZE=189.8MPa1/2 ∴σH=265.55MPa σH〈[σH]2，齒面接觸疲勞強度校核

14、合格。 4.4 驗算齒輪圓周速度v： V=πd1n1/601000=4.15m/s。 符合8級精度的速度范圍。 第五章 軸的設計 5.1軸的材料與許用應力 由傳動功率可知屬于中小型功率，對材料無特殊要求，故選用45鋼并調質處理。 查表可得：σB=650MPa； [σ-1b]=60MPa。 5.2 軸徑的估算 查表可得：C=107～118； 又∵d≥C（P/n）1/3=42.8～47.2mm 考慮到軸的最小直徑處安裝聯(lián)軸器，會有鍵槽的存在，故將直徑加大3%～5%,取為44.09～47.2mm。由設計手冊取標準直徑

15、：d1=45mm。 5.3 軸的結構設計 由于設計的是單機減速器，可將齒輪布置在箱體內部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側，軸的外伸端安裝半聯(lián)軸器。 ⑴確定軸上零件位置和固定方式： 要確定軸的結構形式，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定形式。 齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸環(huán)定位，右端用套筒固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪兩側，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 ⑵確定各軸段直徑： 軸段1直徑最小，d1=45mm；考慮到要對安裝在軸段1上的聯(lián)軸器進行定位，軸段2上應有軸肩，同時為了能很順利地在軸段2上安裝軸承

16、，軸段2必須滿足軸承內徑的標準，故軸段2的直徑：d2=50mm；用相同的方法確定軸段3、4的直徑d3、d4分別為：55mm、60mm；為了便于拆卸左軸承，可查6208型滾定軸承的安裝高度為3.5mm，取d5=47mm。 ⑶確定各軸段的長度： 齒輪輪轂寬度為60mm，為保證齒輪固定可靠，軸段3的長度應略微短于齒輪輪轂的寬度，卻為58mm；為保證齒輪端面與箱體內壁不相碰，齒輪端面與箱體內壁間應有一段間距，取改間距為15mm；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔內（軸承寬度18mm），并考慮軸承的潤滑，取軸端面距箱體內壁的距離為5mm，所以軸段4長度為20mm，軸承支點距離l=118根據(jù)箱體

17、結構及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一段距離的要求，取l′=75mm；查閱聯(lián)軸器相關資料取l″=70mm；在軸段1、3上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應的輪轂寬度小約5～10mm，鍵槽寬度按軸段直徑可查手冊得到。 ⑷軸的結構細節(jié)： 圓角、倒角、退刀槽等尺寸。 5.4 軸徑的彎矩合成強度的校核 ⑴軸的受力圖： ⑵水平面內的彎矩圖： 支點反力：FHA= FHB=F/2=2500N Ⅰ—Ⅰ截面處的彎矩為： MHⅠ=2500118/2 Nmm =147500Nmm Ⅱ—Ⅱ截面處的彎矩為：

18、 MHⅡ=250029 Nmm =72500Nmm ⑶做垂面內的彎矩圖： 支點反力為：FVA=Fr2/2- Fa2d/2l=-435N FVB=Fr2- FVA=1840.6N Ⅰ—Ⅰ截面左側的彎矩為： MV1左= FVAl/2=-25665N Ⅰ—Ⅰ截面右側的彎矩為： MV1右= FVBl/2=108595.4N Ⅱ—Ⅱ截面處的彎矩為： MVⅡ= FVA29=-12615N ⑷做合成彎矩圖：

19、 M=（MH2+ MV2）1/2 Ⅰ—Ⅰ截面： MⅠ左=（MHⅠ2+ MVⅠ左2）1/2=149716.2N MⅠ右=（MHⅠ2+ MVⅠ右2）1/2=183164.4N Ⅱ—Ⅱ截面： MⅡ =（MHⅡ2+ MVⅡ2）1/2=73589.3N ⑸求轉矩圖： T=9.55106P/n=955000Nmm ⒃求當量彎矩： 因減速器可逆轉，故認為轉矩為對稱循環(huán)變化，修正系數(shù)α=1. Ⅰ—Ⅰ截面： MeⅠ=[MⅠ右2+ （αT）2]1/2=972406.4N

20、 Ⅱ—Ⅱ截面： MeⅡ=[MⅡ2+ （αT）2]1/2=957831.1N ⑺確定危險截面和校核強度： 由圖可以看出，截面Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ所受轉矩相同，但彎矩MeⅠ>MeⅡ，且軸上有鍵槽，故截面Ⅰ—Ⅰ可能為危險截面。但由于軸徑d3> d2,故也應對截面Ⅱ—Ⅱ進行校核。 Ⅰ—Ⅰ截面： W=0.1 d23； σeⅠ= MeⅠ/W=77.79MPa Ⅱ—Ⅱ截面： σeⅡ= MeⅡ/W=76.63MPa 查表得[σ-1b]=90Mpa,滿足σe <[σ-1b]的條件，故設計的軸有一定的強度，并有一定的裕量。

21、 第六章 軸承的選擇 6.1 軸承種類的選擇 深溝球軸承，型號：6208. 6.2 深溝球軸承的結構 深溝球軸承一般由一對套圈，一組保持架，一組鋼球組成。其結構簡單，使用方便，是生產最普遍，應用最廣泛的一類軸承。 該類軸承主要用來承受徑向負荷，但也可承受一定量的任一方向的軸向負荷。當在一定范圍內，加大軸承的徑向游隙，此種軸承具有角接觸軸承的性質，還可以承受加大的軸向負荷。 深溝球軸承裝在軸上以后，可使軸或外殼的軸向位移限制在軸承的徑向游隙范圍內。同時，當外殼孔和軸（或外圈對內圈）相對有傾斜時，（不超過8～—16～根據(jù)游隙確定）仍然可以正常的工作，然而，既有傾斜存

22、在，就必然降低軸承的使用壽命。 深溝球軸承與其他類型相同尺寸的軸承相比，摩擦損失最小，極限轉速較高。在轉速較高不宜采用推力球軸承的情況下，可用此類軸承承受純軸向負荷。如若提高其制造精度，并采用膠木、青銅、硬鋁等材質的實體保持架，其轉速還可提高。深溝球軸承結構簡單，使用方便，是生產批量最大、應用范圍最廣的一類軸承，主要用以承受徑向負荷。當軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸球軸承的性能，不能承受加大的軸向負荷。此類軸承摩擦系數(shù)小，震動、噪聲低，極限轉速高，不耐沖擊，不適合承受較重負荷。 深溝球軸承一般采用鋼板沖壓浪形保持架，也可采用工程塑料、銅制實體保持架。密封軸承內部根據(jù)不同的使用環(huán)境可添加相

23、應的軸承專用潤滑脂。 主軸選用6206的軸承 從動軸選6208的軸承。 第七章 聯(lián)軸器的選擇 7.1 聯(lián)軸器的功用 聯(lián)軸器是將兩軸軸向連接起來并傳遞扭矩及運動的部件并具有一定的補償兩軸偏移的能力，為了減少機械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時也兼有過載安全保護功能。 7.2 聯(lián)軸器的類型特點 剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結構簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。 撓性聯(lián)軸器：具有一定的補償被聯(lián)

24、兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不通而異。 無彈性的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉速不穩(wěn)定或經常正、反轉時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。 非金屬無彈性的撓性聯(lián)軸器：在轉速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合。 金屬無彈性的撓性聯(lián)軸器：在結構上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能是承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護作用。

25、起動安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 7.3 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器選擇原則： 轉矩T：T↑，選剛性聯(lián)軸器、無彈性元件或有金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器；T有沖擊振動，選有彈性元件撓性聯(lián)軸器； 轉速n：n↑，非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器； 對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補償時選撓性聯(lián)軸器； 裝拆：若考慮裝拆方便，選可直接經向移動的聯(lián)軸器； 環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬的撓性聯(lián)軸器； 成本：同等條件下，盡量選擇價格低，維護簡單的聯(lián)軸器； 7.4 聯(lián)軸器的材料 半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可選用ZG

26、270—500鑄鐵。鏈齒硬度最好為40HRC～45HRC。聯(lián)軸器應有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結構可靠性好；用雙排鏈時：銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸和外鏈板之間的過盈配合容易松動。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力小；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12～22.為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。 因為軸直徑為45mm，查表《彈性柱銷聯(lián)軸器》可知選用HL3型號。 第八章 鍵的選擇 鍵應該選擇平鍵A型，查表得： 從動軸段1鍵槽寬b為5mm，鍵高h為2mm，鍵長l為20mm； 從動

27、軸段3鍵槽寬b為6mm，鍵高h為4mm，鍵長l為12mm； 主動軸段1鍵槽寬b為8mm，鍵高h為5mm，鍵長l為18mm； 第九章 箱體的設計 箱體是減速器中所有零件的基座，必須保證足夠的強度和良好的加工性能，便于拆裝與維修，箱體由箱座和箱蓋兩部分組成，均采用HT200鑄造而成。具體尺寸見見第三章表格。 第十章 減速器附件的設計 10.1 箱體上的附件 ⑴ 檢查孔： 為檢查傳動零件的嚙合情況，并向箱體內注入潤滑油，箱體頂部能直接觀察到到齒輪嚙合的部位處設置檢查孔，平時，箱體的蓋板用螺釘固定在箱蓋上。 ⑵ 通氣孔： 減速器

28、工作時，箱體內的溫度上升，氣體膨脹，壓力增大，通氣孔使向內熱脹空氣能自由排出，以保持箱內的壓力平衡，不致使熱脹空氣沿分箱面或軸件密封件等縫隙滲漏，所以在箱體頂部設通氣孔。 ⑶ 軸承蓋： 為固定軸系部件的軸向位置并受軸向載荷，軸向座孔用軸向蓋封閉。采用凸緣式軸承蓋，利用六角螺栓固定在箱體外伸的軸承蓋處的通孔，其中有密封裝置。 ⑷ 定位銷： 為保證每次拆裝箱蓋時，仍保持軸承座孔和加工的位置，在箱蓋和箱座的縱向凸緣上配裝定位銷，采用兩個圓。 ⑸ 油尺： 為方便檢查減速器內油池油面的高度，以經常保持油池內適量的油，在箱蓋上裝設油尺組合件，。 ⑹ 放油螺塞： 為方

29、便換油時排放污油和清洗劑，在箱座底部、油池底部的位置開設放油孔，平時用螺塞將放油孔堵住放油螺塞與箱體底部之間應加防漏用的墊圈。 ⑺ 啟箱螺釘： 為方便拆卸時開蓋，在箱蓋連接凸緣上加一個螺孔，啟箱用的圓柱端的啟箱螺釘。 10.2 潤滑與密封 ⑴ 齒輪的潤滑： 采用浸油潤滑，浸油高度約為1/6的大齒輪的直徑。 ⑵ 滾動軸承潤滑： 采用脂潤滑。 ⑶ 一般閉式齒輪傳動采用油潤滑，開式齒輪采用脂潤滑。 ⑷ 密封方法的選擇： 選用凸緣式端蓋易于調整，軸承蓋尺寸按其定位的軸承外徑決定。

30、 參考文獻： [1] 陳立德.機械設計基礎.3版. 北京：高等教育出版社.2007. [2] 陳立德.機械設計基礎課程設計指導書.3版.北京：高等教育出版社.2007. [3]《機械設計師手冊》編寫組. 機械設計師手冊. 北京：機械工業(yè)出版社. [4]鄭文緯，吳克堅主編.機械原理（第 7 版）.北京：高等教育出版社.1997. [5]孫桓，陳作模主編.機械原理（第 6 版）.北京：高等教育出版社.2001. [6]申永勝主編.機械原理教程.北京：清華大學出版社.1999. [7]鄒慧君等主編.機械原理。北京：高等教育出版社.1999. [8]孫桓主編.機械原理教學指南.北京：高等教育出版社. 2001. [9]濮良貴,紀名剛主編.機械設計（第 7 版）。北京：高等教育出版社.2001. [10]邱宣懷主編.機械設計（第 4 版）.北京：高等教育出版社.1997. [11]吳宗澤主編.機械設計.北京：高等教育出版社.2001. [12]王三民.諸文俊主編.機械原理與設計。北京：機械工業(yè)出版社.2000. 14