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1、课程设计 设计题目 6：设计电动卷扬机传动装置 学生姓名： 黄奕玮学号：11023132 专业 ：机械电子工程 班级 ： 11机械电子 1 班 指导教师： 范君艳 程志青 电动卷扬机传动装置的设计 机械设计课程设计的计算及说明备注 任务书 要求设计一个电动卷扬机传动装置。设计要求如下。 设计要求 一.数据要求 钢拉力: F= 18KN. 钢速度: v=8m/min. 卷筒直径 : D=310mm. 工作条件要求 间歇工作 ,每班工作时间不超过15%,每次工作时间不超过10 min.满 载启动 ,工作中有中等震动 ,两班制工作 ,小批量生产 ,钢速度允许误差5%.设 计寿命年 机械设计课程设计的
2、计算及说明备注 一. 总体设计 1.1 传动方案的选择 本电动卷扬机传动装置由电动机，蜗杆减速器，一级开式齿轮传动装 置，卷筒组成 其中，蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，适合 本系统的间歇工作的场合 由于蜗杆传动布置在高速级， 可采用锡青铜为蜗轮 材料的蜗杆传动，这样可以提高承载能力和传动效率 而开式齿轮传动的工作环境较差，润滑条件不好， 磨损严重， 寿命较 短，布置在低速级 1.2.选择电动机 因为直流电动机需要直流电，价格较贵， 维护不便， 所以选用交流电 动机这里我们选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压， 型 .2.1 选择电动机的容量： 电动机所需的功率，按公式为
3、： a w d P P 1000 Fv Pw 其中， w P 是工作机所需的工作功率， 是工作机的工作阻力， v 是工作机的卷筒的线速度，m/s 算得KWP w 472 97.01000 60818000 则 a d P 47. 2 结果 KWPw47.2 机械设计课程设计的计算及说明 其中， 2 432 4 1a a是电动机至卷筒的总效率 1是滚子轴承的效率，（每对 . .） 这里取 .有四对 2是斜齿轮传动的效率，一级开式 （一对 .4 .6）这里取 .有一对 3是蜗杆传动的效率，一级减速器这里取 0.73有一对，是单头 4是联轴器的效率，这里取 .有对 算得 24 99.073. 095
4、.098.0 a 0.63 KWPd92.3 63.0 49.2 1.2.1 确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为： 8 320 608100060 320 100060v nr/min 按推荐的传动比合理范围，取传动比： 蜗轮减速器传动比 i=1040 齿轮传动单级传动比常用值， 开式 i= 因为开式齿轮的主动轮比从动轮的直径小， 所以，总传动比的合理范围为 42040 a i 所以电动机的转速的可选范围为： min/33603208)42040(rnin ad 符合这一范围的转速有： 3000r/min, 1500r/min, 1000r/min, 750r/min. 根据容量和转速，查出
5、如下几种合适的电动机型号，见表1： 因为卷扬机的工作环境，灰尘多，土扬水溅所以选用 系列（）封闭式笼型三相异步电动机 结果 Pd=3.92KW 结果 min/8rn 机械设计课程设计的计算及说明 表 1 型号功率转速 5.5kw r/min 5.5 kw r/min 5.5 kw r/min 5.5 kw r/min 其中，型电动最合适本卷扬机的需要，所以选择该型电动机。 1.2.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比： （）传动装置的总传动比为： 180 8 1440 n n i m a 其中， m n 是电动机满载转速 n 是工作机主动轴的转速 （）确定各级的传动比为： 因为总传动比是各级
6、传动比的乘积，为： na iiii 21 由题意知，本系统的传动比分为减速器的传动比和齿轮的传动 比设减速器的传动比为 1 i ，齿轮的传动比为 2 i 则 21 iiia 动比为 1 i 5 .4 40 180 1.3计算传动装置的运动和动力参数 1.3.1各轴转速 轴min/1440 1 rn 首先初步确定蜗轮减速器的传动比为 2 i =40，则开式齿轮的传 结果 180 a i 1 i 4.5 机械设计课程设计的计算及说明 轴min/36 40 1440 2 1 2 r i n n 轴min/36 23 rnn (卷筒轴 )轴min/8 5.4 36 1 3 4 r i n n 13.2
7、 各轴的输入功率 轴KWPP d 88. 399.092. 3 41 轴KWPP85.275.098.088. 3 3112 轴KWPP77.299. 098.085.2 4123 轴KWPP58.295. 098.077.2 2134 1.3.3.各轴的输出功率 轴KWPP d 80.399. 098.092.3 411 轴KWPP79.275. 098. 088.3 2 3 2 112 轴KWPP71. 299.098.085. 2 2 4 2 123 1.3.4 各轴的输入转矩 因为电动机的输出转矩为： mN n P T m d d 00.26 1440 92.3 95509550 各轴
8、的输入转矩为： 轴mNTT d 74.2599. 000.26 41 轴mNiTT76.7564075. 098.074.25 23112 轴mNTT21.73499. 098.07576 4123 结果 min/36 2 rn min/36 3 rn min/8 4 rn KWP88.3 1 KWP85.2 2 KWP77.2 3 KWP58.2 4 KWP80.3 1 KWP79.2 2 KWP71.2 3 mNT74.25 1 mNT76.756 2 mNT21.734 3 机械设计课程设计计算及说明 4 轴 （卷筒轴） mNiTT97.30755 . 495.098. 021.734
9、12134 1.3.5 各轴的输出转矩 1 轴mNT23.2598.099. 000.26 1 2 轴mNT62.74198.076.756 2 3 轴mNT53.71998.021.734 3 2.1 选择蜗轮蜗杆的传动类型 根据 GB/T100851998 选择 ZI 2.2 选择材料 蜗杆选 45 钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC. 蜗轮用 ZCuSn10P1, 金属模制造。 为了节约材料齿圈选青铜，而轮芯用灰铸铁HT100 制造 2.3 按计齿面接触疲劳强度计算进行设 （1）根据闭式蜗杆传动的设计进行计算，先按齿面接触疲劳强度计 进行设计，再校对齿根弯曲疲劳强度。由式（11-1
10、2） ， 传动中心距 3 2 () H ZeZ aKT 由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2，按 Z 1=1,估取 75.0，则： 2.0 9550000 3 T T T d n P W T T2=9550*P/nmmN756042 36 85.2 9550P/n9550T2 （2）确定载荷系数K 因工作比较稳定，取载荷分布不均系数3 .1K；由表 11-5选取使用系 数151 A K；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系05. 1 v K；则 1.151 1.051.21 Av KK K K （3）确定弹性影响系数 E Z 因选用的是 45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有
11、 结果 mNT97.3075 4 输出转矩 mNT23.25 1 mNT62.741 2 mNT53.719 3 T2=756042mN 2 1 160MPaZ E 确定涡轮齿数 Z2 Z1=涡轮单头 4040*140* i 2 Z （4）确定接触系数 Z 先假设蜗杆分度圆直径 1 d 和中心距 a的比值 1 0.35d a， 从图 11-18中可 查到2.9Z （5）确定许用接触应力 H 根据选用的蜗轮材料为ZCuSn10P1，金属模制造，蜗杆的螺旋齿面硬度 45HRC，可从 11-7 中查蜗轮的基本许用应力268 H MPa 应力循环次数 N=60*1*1440/40*10*300*2*8
12、*15%=1.8*107 寿命系数 算得 Khn=0.929 则 【 H】= HN K *268=248.972 m2d1=1.21*551.910*0.003593=1551.37 根据表11-2，我们初步确定蜗轮和蜗杆之间的中心距为a=191.5mm。 1/40/ 12 zz，m 为 6.3， 1 d 为 63mm， 38 425转换成 5.43度，20 2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 （1）蜗杆 轴向尺距mmmPa79.193.6 直径系数 q= m d1 =10 分度圆直径d1=60 齿顶圆直径mmmhdd aa 6.752 * 11 齿根圆直径mmcmhdd af 2.47)
13、(2 * 11 分度圆导程角=5.43度 蜗杆轴向齿厚mm90.95. 0 a mS 蜗杆的法向齿厚mm85. 9cos an SS （2）蜗轮 K=1.21 2 Z=40 Khn=0.929 H=248.972 d1=60 a=191.5mm m=6.3mm d1=63mm 蜗轮分度圆直径mm252403. 6 22 喉圆直径mmhdd aa 6.2643 .622522 222 齿根圆直径mmhdd ff 88.2363. 62.122522 222 咽喉母圆半mmdar ag 2 .5966.2645 .05 .191 2 1 22 涡轮齿顶高3 .6)( 2 1 h 22a2 dda
14、2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 FFaF YY dd KT 2 21 2 53.1 当量齿数Zv=Z2/cos15.40 cos Z2 Zv 3 从图 11-9 中可查得齿形系数Y 2Fa =2.44 螺旋角系数：961.0 140 43.5 1Y 许用弯曲应力： 从表 11-8 中查得有 ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 F =56MPa 寿命系数 9 7 6 108 .1 10 FN K=0.725 kFnFF*=56*0.725=40.6MPa *2 *2*1 253.1 FYYFa mdd kT F=MPa795.22961.044.2 633 .25863 5519102
15、1.153.1 可以得到： F F 因此弯曲强度是满足的。 2.6 验算效率 )tan( tan )96.095.0( v 已知 : 43.5； vv farctan； v f 与相对滑动速度 s有关。 sm nd vs/06.6 cos100060 11 从 表11-18 中 用 差 值 法 查 得 ：;0206.0 v f11. 1 v 代 入 式 中 ， 815.0 )11.143.5tan( 43.5tan )96.095.0( 得815.0大于原估计值，因此不用重算。 3.1 轴的设计 3.1.1 轴的强度校核计算： （1）按扭转强度条件初步计算 轴的扭转强度条件是 2.0 9550
16、000 3 T T T d n P W T 其中， T是扭转切应力，单位 MPa。 T是轴所受的扭矩 . T W 是轴的抗扭截面系数，圆截面的 T W 约为 0.2 3 d。 n 是轴的转速，为 1440r/min。 P 是轴传递的功率，为3.88KW。 d 是计算截面的直径，单位为mm。 T 是许用扭转切应力，单位MPa。因为我们初步选轴的材料为45 钢，其 T 是（2545）MPa。 所以， 3 0 3 2 .0 9550000 n P A n P d T 机械设计课程设计计算及说明 其中， 3 0 2.0/9550000 T A，因为材料是 45 钢，取 112。 所以mm n P Ad59.151440
