工程科技礦用回柱絞車傳動裝置設(shè)計課程設(shè)計

設(shè)計題目 J. 礦用回柱絞車傳動裝置設(shè)計1.設(shè)計條件（1）機(jī)器功用 煤礦井下回收支柱用的慢速絞車；（2）工作情況 工作平穩(wěn)，間歇工作（工作于間歇時間比為1：2），繩筒轉(zhuǎn)向定期變換；（3）運動要求 絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過8%；（4）工作能力 儲備余量10%；（5）使用壽命 10年；每年365天；每天8小時；（6）檢修周期 一年小修，五年大修；（7）生產(chǎn)批量 小批生產(chǎn)；（8）生產(chǎn)廠型 中型機(jī)械廠。2.原始數(shù)據(jù) 題號鋼繩牽引力（KN）鋼繩最大速度（m/s）繩筒直徑（mm）鋼繩直徑（mm）最大纏繞層數(shù)J9560.203001663.設(shè)計任務(wù) （1）設(shè)計內(nèi)容 電動機(jī)選型；開式齒輪設(shè)計；減速器設(shè)計；聯(lián)軸器選擇設(shè)計；滾筒軸系設(shè)計；其他。（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； 零件圖兩張（高速軸與低速齒輪）；設(shè)計計算說明書1份。4.設(shè)計要求 J9蝸桿齒輪減速器（1） 要求蝸桿減速器設(shè)計成：阿基米德蝸桿減速器。（2） 第一級開式齒輪與蝸桿傳動合并設(shè)計成蝸桿齒輪減速器。設(shè)計計算依據(jù)和過程計算結(jié)果一、傳動裝置的設(shè)計1. 分析傳動裝置的組成和特點，確定傳動方案2. 電動機(jī)選擇（1）電動機(jī)輸出功率計算若已知工作機(jī)上作用力和線速度時： 若已知工作機(jī)上的阻力和轉(zhuǎn)速時： 本設(shè)計中:已知滾筒上鋼繩的牽引力： 鋼繩的最大線速度：的計算：查表9-1得卷筒：滾動軸承：（低速）梅花彈性聯(lián)軸器：（高速）撓性聯(lián)軸器：卷繩輪：油池內(nèi)油的飛濺和密封摩擦：8級精度油潤滑的齒輪傳動：油潤滑的雙頭螺桿：加工齒的開式齒輪傳動（脂潤滑）：（2）確定電動機(jī)型號：電動機(jī)所需額定功率和電動機(jī)輸出功率之間有以下關(guān)系：根據(jù)工作情況取查表16-2得：綜合選用電動機(jī)：Y180L-4 型額定功率=22KW，滿載轉(zhuǎn)速=1470r/min3.傳動比分配 總傳動比 滾筒最大直徑=D+ mm式中： 繩筒直徑； 鋼繩直徑。滾筒的轉(zhuǎn)速=傳動比分配 聯(lián)軸器 蝸輪蝸桿：(ZA閉式)齒輪傳動比：外齒輪：4.傳動裝置運動參數(shù)的計算 減速器傳動裝置各軸從高速至低速依次編號為：I軸、II軸、III軸。（1） 各軸轉(zhuǎn)速計算電動機(jī)軸轉(zhuǎn)速 第I軸轉(zhuǎn)速 第II軸轉(zhuǎn)速 第III軸轉(zhuǎn)速 第IV軸轉(zhuǎn)速 = （）卷筒軸轉(zhuǎn)速 電動機(jī)所需額定功率和電動機(jī)輸出功率之間有以下關(guān)系：根據(jù)工作情況取（2）各軸功率的計算電動機(jī)軸功率 第I軸功率 第II軸功率 第III軸功率 第IV軸功率 卷筒軸功率 式中：卷筒：滾動軸承：（低速）梅花彈性聯(lián)軸器：（高速）撓性聯(lián)軸器：卷繩輪：油池內(nèi)油的飛濺和密封摩擦：8級精度油潤滑的齒輪傳動：油潤滑的雙頭螺桿：加工齒的開式齒輪傳動（脂潤滑）：（3）各軸扭矩的計算電動機(jī)軸扭矩 第I軸扭矩 第II軸扭矩 第III軸扭矩 第IV軸扭矩 卷筒軸扭矩 （4）各軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩列表軸號轉(zhuǎn)速輸出功率輸出扭矩傳動比效率電機(jī)軸147019.87129.08I147019.08123.9610.96II91.8814.281484.26160.75III30.6313.034062.5730.91IV30.6312.263822.4910.94卷筒軸9.6611.3011171.333.170.92二、傳動零件設(shè)計計算 1. 減速器蝸桿傳動設(shè)計計算 選用ZA閉式，=16已知：蝸桿傳遞功率:,蝸桿轉(zhuǎn)速：，蝸輪轉(zhuǎn)速：；(1) 材料選擇：設(shè)滑動速度選擇材料：蝸桿：45號鋼表面淬火，表面硬度HRC：45-50蝸輪：ZCuSn10Pb1（砂模鑄造）（2）許用應(yīng)力： 蝸輪許用接觸應(yīng)力蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力，由機(jī)械設(shè)計表7.6查得應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 接觸強度的壽命系數(shù)則蝸輪許用接觸應(yīng)力蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力，由機(jī)械設(shè)計表7.6查得彎曲強度的疲勞壽命系數(shù)則蝸輪的許用彎曲應(yīng)力(1)齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 由機(jī)械設(shè)計式7-8 ：式中：蝸桿頭數(shù):蝸輪齒數(shù):蝸輪轉(zhuǎn)矩:載荷系數(shù):查機(jī)械設(shè)計表7.8，使用系數(shù): 動載系數(shù):齒向載荷分布系數(shù):則有：材料彈性系數(shù)：鑄錫青銅故查機(jī)械設(shè)計表7.3得模數(shù):蝸桿分度圓直徑:蝸桿導(dǎo)程角:蝸輪分度圓直徑:蝸輪圓周速度: （3）齒根彎曲疲勞強度校核計算蝸輪齒根彎曲應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計式7-10蝸輪齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表7.9(4) 熱平衡計算由機(jī)械設(shè)計式7-15可得蝸桿傳動所需的散熱面積A傳動效率:嚙合效率:當(dāng)量摩擦角:由機(jī)械設(shè)計式7-14滑動速度:由查機(jī)械設(shè)計表7.10則軸承效率:攪油耗損的效率:則散熱系數(shù) 按通風(fēng)良好，取油的工作溫度:周圍空氣溫度:故（5）其它主要尺寸計算由機(jī)械設(shè)計表7.4、表7.5 齒頂高系數(shù)蝸桿齒頂圓直徑蝸桿齒根圓直徑蝸桿螺紋部分長度 （圓整）蝸輪喉圓直徑 （圓整）蝸輪根圓直徑（圓整）蝸輪外圓直徑（圓整）蝸輪寬度 （圓整）2. 直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計計算已知：高速齒輪傳遞功率小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動比(1) 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計表6.2選小齒輪材料：40Cr調(diào)質(zhì)，大齒輪材料：45鋼正火，許用接觸應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計式6-6：接觸疲勞極限由機(jī)械設(shè)計圖6-4接觸強度壽命系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由機(jī)械設(shè)計式6-7由機(jī)械設(shè)計圖6-5得接觸強度最小安全系數(shù)則許用彎曲應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計式6-12彎曲疲勞極限由機(jī)械設(shè)計圖6-7彎曲強度壽命系數(shù)由機(jī)械設(shè)計圖6-8彎曲強度尺寸系數(shù)由機(jī)械設(shè)計圖6-9（設(shè)模數(shù)）彎曲強度最小安全系數(shù)(2) 齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度由機(jī)械設(shè)計表6.7、表6.8選取小輪分度圓直徑由機(jī)械設(shè)計式6-5得齒寬系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.9（按齒輪相對軸承為非對稱布置）小齒輪齒數(shù)由推薦值內(nèi)取大齒輪齒數(shù)齒數(shù)比傳動比誤差小輪轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.3動載系數(shù)由推薦值齒間載荷分配系數(shù)由推薦值齒間載荷分布系數(shù)由推薦值載荷系數(shù)：材料彈性系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.4節(jié)點區(qū)域系數(shù)由機(jī)械設(shè)計圖6-3重合度系數(shù)由推薦值故：齒輪模數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.6圓整小輪分度圓直徑圓周速度標(biāo)準(zhǔn)中心距齒寬大齒輪齒寬小齒輪齒寬（3）齒根彎曲疲勞強度校核計算由機(jī)械設(shè)計式6-10 齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.5小輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.5小輪大輪重合度重合度系數(shù)故（4）齒輪其它主要尺寸計算大輪分度圓直徑齒根圓直徑 齒頂圓直徑 3.內(nèi)嚙合齒輪傳動設(shè)計計算(滾筒齒輪組)已知：高速齒輪傳遞功率小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動比小輪轉(zhuǎn)矩（1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計表6.2選小齒輪材料：40Cr調(diào)質(zhì)， 大齒輪材料：45正火， 許用接觸應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計式6-6接觸疲勞極限由機(jī)械設(shè)計圖6-4接觸強度壽命系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由機(jī)械設(shè)計式6-7知：由機(jī)械設(shè)計圖6-5得接觸強度最小安全系數(shù)則許用彎曲應(yīng)力由機(jī)械設(shè)計式6-12彎曲疲勞極限由機(jī)械設(shè)計圖6-7，雙向傳動乘0.7彎曲強度壽命系數(shù)由機(jī)械設(shè)計圖6-8彎曲強度尺寸系數(shù)由機(jī)械設(shè)計圖6-9（設(shè)模數(shù)）彎曲強度最小安全系數(shù)則(2) 齒根彎曲疲勞強度校核計算齒輪模數(shù)：載荷系數(shù)使用系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.3動載系數(shù)由推薦值齒間載荷分配系數(shù)由推薦值齒間載荷分布系數(shù)由推薦值載荷系數(shù)小輪轉(zhuǎn)矩齒寬系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.9按齒輪相對軸承為非對稱布置小齒輪齒數(shù)由推薦值中選大齒輪齒數(shù)（圓整）齒數(shù)比傳動比誤差齒形系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.5小輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)由機(jī)械設(shè)計表6.5小輪大輪重合度重合度系數(shù)則齒輪模數(shù)開式齒輪擴(kuò)大圓整小齒輪分度圓直徑大齒輪分度圓直徑標(biāo)準(zhǔn)中心距齒寬 （圓整）大齒輪齒寬小齒輪齒寬由機(jī)械設(shè)計式6-10 則（3）齒輪其它主要尺寸計算齒根圓直徑齒頂圓直徑第二階段一、裝配圖設(shè)計二、傳動軸的設(shè)計計算1、電機(jī)軸的確定電機(jī)型號Y160L-42、輸入端聯(lián)軸器選擇由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表14-6選用HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速n=1470 r/min轉(zhuǎn)矩T=129.08 Nm軸孔長度L=84 mm3、I軸蝸桿設(shè)計已知：傳遞功率，轉(zhuǎn)速傳動比i=16，雙向傳動，10年，350天/年，8小時/天1）計算作用在蝸桿上的力轉(zhuǎn)矩蝸桿分度圓直徑蝸桿頭數(shù)圓周力軸向力徑向力2）初步估算軸的直徑選取材料由機(jī)械設(shè)計式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響由機(jī)械設(shè)計表8.6 取A=115則3）I軸蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位；左軸承從軸的左端裝入，并靠軸肩定位。半聯(lián)軸器靠軸肩定位，左右軸承均采用軸承端蓋，半聯(lián)軸器靠軸端擋圈得到軸向固定，半聯(lián)軸器采用普通平鍵得到軸向固定，采用雙列角接觸球軸承和彈性柱銷聯(lián)軸器。（2）確定各軸段直徑和長度1段：根據(jù)圓整（按GB5014-85）選擇聯(lián)軸器型號為HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器（J型）比輪轂長度84mm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2.5 mm（GB6403.4-86）且符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)經(jīng)（JB/ZQ4606-86）取端蓋寬度40mm，端蓋外面與半聯(lián)軸器右端面距離30 mm則3段：圓螺母、螺紋。螺紋規(guī)格取圓螺母，（寬度），長度取20 mm4段：為了便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)經(jīng)。由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-6暫選角接觸球軸承，型號為7014C，其寬度B=20 mm軸承潤滑方式選擇： ，選擇脂潤滑兩軸間環(huán)套寬度，擋油環(huán)寬度則5段：取擋油環(huán)右端定位軸肩高度h=4.5mm，則軸環(huán)直徑軸肩寬度取15 mm6段：由箱體內(nèi)壁不與蝸輪相碰，間隙為，7段：螺紋長度，8段：同6段，9段：同5段，10段：由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-4選擇軸承型號為：深溝球軸承16014內(nèi)徑d=70mm，外徑D=110mm，寬B=13 mm，選擇脂潤滑擋油環(huán)寬度則，11段：圓螺母，螺紋規(guī)格取圓螺母，（寬度），長度取20mm1） 軸的受力分析4、II軸蝸輪軸的設(shè)計已知：傳遞功率，轉(zhuǎn)速傳動比i=161）確定軸結(jié)構(gòu)方案如下圖所示2）初步估算軸直徑選取材料由機(jī)械設(shè)計式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響由機(jī)械設(shè)計表8.6 取A=115則3）確定各軸段直徑和長度1段：根據(jù)圓整（按GB5014-85）取由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-5暫選角接觸球軸承型號：7013C內(nèi)徑d=65mm，外徑D=100mm，寬B=18mm，選擇脂潤滑擋油環(huán)寬度則 2段：蝸輪寬度， 小齒輪寬度，軸套長度則3段：取擋油環(huán)右端定位軸肩高度h=4.5 mm，則軸環(huán)直徑軸肩寬度取15 mm4段：為了一次鏜孔取由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-5暫選角接觸球軸承型號：7013C內(nèi)徑d=65mm，外徑D=100 mm，寬B=18 mm，選擇脂潤滑擋油環(huán)寬度則 2） 軸受力分析5、III軸低速軸設(shè)計已知：傳遞功率，轉(zhuǎn)速傳動比i=3 ,轉(zhuǎn)矩1）計算作用在齒輪上的力轉(zhuǎn)矩輸出軸大輪分度圓直徑圓周力徑向力2）初步估算軸的直徑選取材料由機(jī)械設(shè)計式8-2 計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽影響由機(jī)械設(shè)計表8.6 取A=115則3）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：查（GB/T5272-1985）選用梅花彈性聯(lián)軸器，型號LMD10，JZ型軸孔，2段：暫定3段：由機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-3(4)暫選深溝球軸承型號：6019內(nèi)徑d=100 mm，外徑D=150 mm，寬B=24 mm，擋油環(huán)寬度則4段：由整軸長度推算，5段：軸承選深溝球軸承型號：6020內(nèi)徑d=100mm，外徑D=150 mm，寬B=24 mm，擋油環(huán)寬度大齒輪寬b=119 mm則3） 軸受力分析三、鍵聯(lián)接的選擇及校核計算1）軸上與聯(lián)軸器相聯(lián)處鍵的校核公稱直徑，鍵 bhL=12870 單鍵深度：軸槽深，輪轂槽深擠壓強度=125MPa滿足設(shè)計要求2）軸上鍵的校核（1）與蝸輪相聯(lián)處公稱直徑，鍵 bhL=2012100 單鍵深度：軸槽深，輪轂槽深擠壓強度=125 MPa滿足設(shè)計要求（2）與小齒輪相聯(lián)處公稱直徑，鍵 bhL=2012100 單鍵深度：軸槽深，輪轂槽深擠壓強度=125 MPa滿足設(shè)計要求3）軸上鍵的校核（1）與聯(lián)軸器相聯(lián)處公稱直徑，鍵 bhL=2514125 單鍵深度：軸槽深，輪轂槽深擠壓強度=125 MPa滿足設(shè)計要求（2）與大齒輪相聯(lián)處公稱直徑，鍵 bhL=2816130 單鍵深度：軸槽深，輪轂槽深擠壓強度=125 MPa滿足設(shè)計要求四、軸承的校驗 1.蝸桿處軸承查機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計表13-4得： 選用7014C型，參數(shù)：代號7014C70125247213810970當(dāng)指向里端軸承時偏于危險 軸承“1”被壓緊，“2”被放松。計算軸承所受當(dāng)量動載荷軸承工作無沖擊，工作溫度小于，溫度系數(shù)預(yù)期壽命2蝸輪處軸承 選用7213C型軸承參數(shù)：代號dDBdaDaCrCor7213C65120238711858.555.8當(dāng)指向蝸輪端軸承2時偏于危險 計算軸承所受當(dāng)量動載荷 軸承工作無沖擊， 3二級傳動處軸承 選用6220型軸承，參數(shù)：代號dDBdaDaCrCor62201001803410914171.863.2軸承不受軸向力 由徑向力4滾筒齒輪組處軸承小齒輪軸與二級齒輪組所用軸承相同，此處不再檢驗第三階段設(shè)計一、鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)外形設(shè)計1、鑄件減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計算表名稱符號減速器及其形式關(guān)系機(jī)座壁厚機(jī)蓋壁厚機(jī)座凸緣厚度機(jī)蓋凸緣厚度 機(jī)座底凸緣厚度地腳螺釘直徑地腳螺釘數(shù)目n6個軸承旁連接螺栓直徑機(jī)蓋與機(jī)座連接螺栓直徑連接螺栓的間距軸承端蓋螺釘直徑檢查孔蓋螺釘直徑定位銷直徑至外箱壁距離至凸緣邊緣距離軸承凸臺半徑凸臺高度外箱壁至軸承座端面距離齒輪頂圓（蝸輪外圓）與內(nèi)箱壁距離齒輪端面（蝸輪輪轂）與內(nèi)箱壁距離箱蓋肋厚箱座肋厚軸承端蓋外徑軸承旁聯(lián)接螺栓距離盡量靠近，和不可干涉2、減速器附件的選擇，在草圖設(shè)計中選擇包括：軸承蓋，凸臺，窺視孔，視孔蓋，油標(biāo)，通氣孔，吊孔，螺塞，封油墊，氈圈等。3、潤滑與密封(潤滑與密封方式的選擇、潤滑劑的選擇)減速器內(nèi)部的傳動零件和軸承都需要有良好的潤滑，這樣不僅可以減小摩擦損失，提高傳動效率，還可以防止銹蝕、降低噪聲。本減速器采用蝸桿下置式，所以蝸桿采用浸油潤滑，蝸桿浸油深度h大于等于1個螺牙高，但不高于蝸桿軸軸承最低滾動中心，減速器滾動軸承采用油脂潤滑。參考資料目錄1 程志紅,唐大放主編. 機(jī)械設(shè)計課程上機(jī)與設(shè)計M. 南京：東南大學(xué)出版社，2006年10月第1版2 程志紅主編. 機(jī)械設(shè)計M. 南京：東南大學(xué)出版社，2006年6月第1版3 王洪欣，馮雪君主編. 機(jī)械原理M南京：東南大學(xué)出版社，2005年8月第1版4 王洪欣，戴寧主編機(jī)械原理課程上機(jī)與設(shè)計M南京：東南大學(xué)出版社，2005年8月第1版5 李愛軍，陳國平主編. 畫法幾何及機(jī)械制圖M. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007年1月第1版6 韓正銅,王天煜主編. 幾何精度設(shè)計與檢測M. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007年8月第1版=22KW=970r/min=9.65r/min=152.33=16蝸桿:45號鋼表面淬火表面硬度HRC：45-50蝸輪：ZCuSn10Pb1（砂模鑄造）符合估計公差組8級合適與估計值接近齒根彎曲強度滿足合適（齒根彎曲強度滿足）F=14mmG=42.5mmE=110mm（外部軸長）n=1470 r/minT=129.08 NmL=84 mm45號鋼調(diào)質(zhì)處理45號鋼合格 課程設(shè)計小結(jié)課程設(shè)計作為機(jī)械設(shè)計課程的一個綜合性實踐環(huán)節(jié)，是考察我們?nèi)嬲莆栈纠碚撝R的重要環(huán)節(jié)。本次是設(shè)計一個二級蝸輪齒輪減速器，減速器是用于電動機(jī)和工作機(jī)之間的獨立的閉式傳動裝置。從總體傳動方案擬定，電機(jī)選型，傳動比計算及分配，各運動參數(shù)計算，到各軸的設(shè)計計算以及箱體等附件的設(shè)計，每一步都是一個不小的考驗。在說明書編寫過程中，參照書本題例，分析計算，回想起來過程很是艱難。裝配圖的制圖，采用CAD2008，從基本視圖到標(biāo)注等，都有很多的收獲，以及如何輸出紙張CAD圖紙。這些都需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致設(shè)計工作無法順利進(jìn)行。從三周的課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足，例如：基礎(chǔ)知識掌握不夠牢固，整體概念不夠系統(tǒng)性或不全面，靈活運用知識或自己查找資料的能力還有待完善，還不能完全脫離集體自己設(shè)計一個優(yōu)良的方案。當(dāng)然，我也收獲了很多。首先，充分認(rèn)識到了自己的不足，為以后學(xué)習(xí)樹立了目標(biāo)。其次，深入了解并實踐了整個設(shè)計過程。第三，鍛煉了自己勤奮、堅持的精神毅力。最重要的，培養(yǎng)了實踐的精神，一定程度的掌握了簡單機(jī)械的設(shè)計方法和步驟。