1、課程設計報告展開式圓柱齒輪器姓名：學院：物理與機電系別：機電工程系專業：機械設計制造及其自動化年級：2003學號：03150117指導教師：2006 年 6 月 29 日一.設計題目設計一用于卷揚機傳動裝置中的兩級圓柱齒輪室內常溫下長期連續工作。卷筒直徑 D=500mm,帶的有效拉力 F=10000N,卷筒效率h5 =0.96,帶速度v = 0.3m / s ,電源 380V,三相交流.二.傳動裝置總體設計：器。輕微，單向運轉，在1. 組成：傳動裝置由電機、器、工作機組成。2. 特點：齒輪相對于軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。3. 確定傳動方案：考慮到電機轉速高，傳

2、動功率大，將 V 帶設置在高速級。 其傳動方案如下：三選擇電1.選擇電類型：按工作要求和條件，選用三相籠型異步電型。，封閉型結果，電壓 380V，Y2.選擇電的容量PWP =dh電所需的功率為：KWaFVP =KWW1000FVP =d1000h所以由電KWa到帶的傳動總功率為h = h ·h 4 ·h 2 ·h ·ha12345h1 帶傳動效率：0.96h2 每對軸承的傳動效率：0.99h3 圓柱齒輪的傳動效率：0.96h4 聯軸器的傳動效率：0.99h5 卷筒的傳動效率：0.96則： h = h ·h 4 ·h 2 ·h

3、a12349465´ 0.3FV= 3.8 KW所以pd = 1000h1000 ´ 0.81a3.確定電轉速卷筒的工作轉速為n = 60´1000V = 60´1000´ 0.PDP´ 500r/min圓柱齒輪查指導書第 7 頁表 1：取 V 帶傳動的傳動比i帶 = 2 4 ；器傳動比i器 = 8 40 ，所以總傳動比合理范圍為i總 = 16 160 ，故電選范圍是：轉速的可n電機 = n卷筒 ´i總 = (16 160)´1r/min符合這一范圍的同步轉速有 750、1000 和 1500r/min。根據容量和

4、轉速，由有關手冊查出有三種適用的電型號，因此有四種傳動比方案如下：綜合考慮電和傳動裝置的、重量和帶傳動、器的傳動比，可見第二方案比較適合。因此選定電型號為 Y132M1-6，其主要參數如下；方案電型號額定功率KW同步轉速r/min額定轉速r/min重量N總傳動比1Y112M-24125.652Y132M1-64100096073083.773Y160M1-84750720118062.83四.確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比：= n電機960= 83.77i總n11.46總傳動比：總83.77i = (1.3 1.5)i分配傳動比：取i= 2.8 ，則i ´ i = 29.92 ，

5、取i = 6.95 ，12121帶2.8經計算i2 =4.47注： i帶 為帶傳動比， i1 為高速級傳動比， i2 為低速級傳動比。五.計算傳動裝置的運動和動力參數：將傳動裝置各軸由高速到低速依次定為 1 軸、2 軸、3 軸、4 軸；h01 ， h12 ， h23 ， h34 依次為電機與軸 1，軸 1 與軸 2，軸 2 與軸 3，軸 3 與軸 4之間的傳動效率。= nm= 960 = 342.86 r/min1.各軸轉速： n1i2.8帶= n1= 342.86 = 49.33 r/minn2i6.951= n2= 49.33 = 11.45 r/minn3i4.312n4 = n3 =1

6、1.45 r/minh01 = h12.各軸輸入功率： P = P ·h= 3.8´ 0.96 = 3.65 KW1d01h12 = h2 ·h3P = P ·h= 3.65´ 0.98´ 0.97 = 3.47 KW2112h23 = h2 · h3P = P ·h= 3.47 ´ 0.98´ 0.97 = 3.30 KW3223h34 = h2 · h4P = P ·h= 3.30´ 0.98´ 0.99 = 3.2 KW43343.各軸輸入轉矩： T

7、 = 9550 Pd = 9550 3.80 = 37.80N · mdn960wT1 = Td · i帶 ·h01 = 37.80´ 2.8´ 0.96 = 101.61N · mT2 = T1 · i1 ·h12 = 101.61´ 6.95´ 0.98´ 0.97 = 671.30N · mT3 = T2 · i2 ·h23 = 671.30´ 4.31´ 0.98´ 0.97 = 2750.37N · mT4

8、 = T3 ·h34 = 2750´ 0.98´ 0.99 = 2668.41N · m1-3 軸的輸出功率、輸出轉矩分別為各軸的輸入功率、輸入轉矩乘軸承傳動效率0.99。運動和動力參數結果如下表：六.設V 計帶和帶輪：1.設計 V 帶確定 V 帶型號軸名功率 PKW轉鉅 TN.m轉速 r/min輸入輸出輸入輸出電軸3.837.809601 軸3.653.58101.6199.58342.862 軸3.473.40671.30657.8749.333 軸3.303.232750.372695.3611.454 軸3.203.142668.412615.0

9、411.4513-6 得： KA =1.3，則 p = K · P = 1.3´ 3.52 = 4.6查機械設計基礎表 p205cAdKW ，又 nm =960r/min, 由圖13-15 確定選取 A 型普通 V 帶，取 D1 =125 ，D2 = i帶´ D1 ´(1-e) = 3´125´0.98 = 367.5 ，取e =0.02，標準化得 D2 =375PD1n1= P´125´ 960 = 6.28 < 25V =60´100060´1000m/s驗算帶速：確定帶的基準長度：

10、0.7(D1 + D2 ) < a0 < 2(D1 + D2 )取a0 =1.2（ D1 + D2 ）=1.2（125+375）=600L = 2a + p (D + D) + D2 - D1= 2011 mm,由表 13-2 選取 Ld =2000o1224ao確定實際中心距 aa = a + Ld - L = 600 + 2000 - 2011 = 595 mmo22¶1驗算小帶輪¶ = 180 - D2 - D1 ´ 57.3 = 160 > 1201a計算 V 帶的根數 Z：由表 13-3 查得 P0 » 1.4 KW，由表 1

11、3-5 查得 K¶ =0.95，由表 13-2 查得 KL =1.03由表 13-4 查得DP0 =0.11KW，則 V 帶的根數PC4.4Z = 2.84(Po + DPo )K¶ KL(1.38 + 0.108)0.959 ´1.09因此取 Z=3計算作用在帶輪軸上的載荷 Fz由表 13-1 查得 A 型 V 帶長度質量 q=0.1Kg/m,所以單根 V 帶張緊力F = 500( 2.5 -1) PC + qv2 = 500(2.54.56-1)+ 0.1´ 6.282 = 190.5N00.9593´ 6.28Kzv¶故作用在軸

12、上載荷F = 2zF sin ¶1 = 2´ 3´190.5´sin 163 = 1130.4Nz022七.齒輪的設計：1.高速級大小齒輪的設計1）選擇齒輪材料：大小齒輪都選用 45 鋼，小齒輪調質處理，硬度 230，大齒輪正火處理，硬度 210。2）確定應力： = sHlim bsKHHLSa.接觸應力：H查精密機械設計表 11-7 得sH lim b1 =570 N / mm2 ，sHlimb2 = 550N / mm 。2故應按接觸極限應力較低的計算，即只需求出sH 2 。對于調質處理的齒輪， SH =1.1s = 550 N / mm2 = 50

13、0N / mm2H 21.1b.彎曲應力： = sF lim bsKKFFCFLSF由表 11-10 知sF lim b1 =190 N / mm2sF limb2 = 180N / mm2取SF =1.4，所以s = 190 N / mm2 = 136N / mm2F 11.4s = 180 N / mm2 = 129N / mm2F 21.43）根據接觸強度設計：9 級精度制造，載荷系數 K=1.2，取齒寬系數j =a 0.5 ，測中心距101600´1.2335a = (6.95 +1) 3´() = 199.3mm20.5´ 6.95500選定 z1 =3

14、0, z = uz = 6.95´ 30 = 20921m = d1 = 1.67mm z1a = m (z + z ) = 239mm122b=jaa = 0.5X 239 =119.5mm4）驗算彎曲應力2T1Kb KVs = YFFd 2y m1d由圖 8-44 查得,x=0z1 =30， YF 1 =2.60z2 =209， YF 2 =2.14sF 1136= 44.2N / mm2YF1sF 22.60129= 60.3N / mm2YF 22.14sF 1 < sF 2,故應計算大齒輪的彎曲應力，YF1YF 2s= 44.2N / mm2 <s ，彎曲強度足

15、夠。F1F 12.低速級大小齒輪的設計：齒輪材料的選擇：小齒輪選用 35MnB 調質，硬度 260HBS，大齒輪選用 SiMn 調質，硬度 225HBS。確定應力： = sHlim bsKHHLSa.接觸應力：H查表 8-10 得sH lim b1 =700 N / mm2sHlimb2 = 540N / mm2故應按接觸極限應力較低的計算，即只需求出sH 2 。對于調質處理的齒輪， SH =1.1s = 540 N / mm2 = 491N / mm2H 21.1彎曲應力：b. = sF lim bsKKFFCFLSF由表 8-11 知sF lim b1 =240 N / mm2sF lim

16、b2 = 180N / mm2取SF =1.3所以s = 240 N / mm2 = 185N / mm2F 11.3s = 180 N / mm2 = 138N / mm2F 21.3根據接觸強度設計：T1Kbu +1d1 = Kd 3y s2udH取 K=1.2，齒寬ja= 0.5671300´1.2335d1 = (4.31+1) 3´() = 296.5mm 49120.5´ 4.31取 z1 = 28 , z = uz = 121，故實際傳動比 i= 121 = 4.3221282a= 2 X 296.5 = 3.98m =模數Z1 + Z228 +12

17、1a = m (z + z )122=298mmB=jaa = 0.5X 298 = 149 mm驗算彎曲應力：取b2 = 149mm, b1 = 154mm2T1Kb KVs = YFFd 2y m1d由圖 8-44 查得,x=0YF 1 =2.63YF 2 =2.16sF1 = 63.5N / mm jF1sF 2 = 52.1N / mm j2F 2彎曲強度足夠。八器機體結構如下：名稱符號計算公式結果機座厚度d = 0.025a + 3 ? 89機蓋厚度d1d1 = 0.02a + 3 ? 88機蓋凸緣厚度b1b1 = 1.5d112機座凸緣厚度bb = 1.5d14機座底凸緣厚度b2b

18、2 = 2.5d23地腳螺釘直徑d fd f = 0.036a + 12M24地腳螺釘數目na > 250500時，n = 66軸承旁聯結螺栓直徑d1d1 = 0.75d fM12蓋與座聯結螺栓直徑d 2d 2 =（0.50.6） d fM10軸承端蓋螺釘直徑d 3d 3 =（0.40.5） d f10視螺釘直徑d 4d 4 =（0.30.4） d f8銷直徑dd =（0.70.8） d 28d f ， d1 ， d 2 至外箱壁的距離C1查手冊表 112342218d f ，d 2 至凸緣邊緣距離C2查手冊表 1122816外箱壁至軸承端面距離l1l1 = C1 + C2 +（510）

19、50大齒輪與內箱壁距離D 1D1 >1.2 d15齒輪端面與內箱壁距離D 2D 2 > d10箱蓋，箱座肋厚m1 , mm1 換0.85d1, m0.85dm1 = 8m = 9九軸的設計：1高速軸的設計：材料：選用 45 號鋼調質處理，查表 10-2 取iT =35 N / mm2 ，C=100各軸段直徑的確定：pnd = C 3，p=3.65,則由3.65軸徑 d = 38 ，又因為高速軸d ³ 1003= 22.0mm ，因為裝小帶輪的電1342.86d1 = (0.8 1.2)d，查手冊 P886 表 7-7 ，取 第一段軸 徑裝 配大 帶 輪， 且d1 =36,

20、 L1 =60mm,因為大帶輪靠軸肩，所以取d2 =40, L2 =58，d3 段裝配軸承，取d3 =45，選用 6309 軸承， L3 =28，d 4 段是軸承，取d 4 =50， L4 根據箱體內壁線確定后再確定。d5 段裝配齒輪直徑：是否做成齒輪軸e = d - d 4 - t < 1.25m12軸承端蓋外徑D2軸承孔直徑+（55.5）d 3120（I軸）125（II 軸）150（III 軸）軸承旁聯結螺栓距離SS » D2120（I軸）125（II 軸）150（III 軸）查手冊得t1 =3.3，得 e=2.2< 2.5´1.25 = 3.125 ,因此

21、做成齒輪軸.d6 裝配軸承所以d6 = d3 =45， L6 = L3 =282.校核該軸和軸承： L1 =75， L2 =215， L3 =100作用在齒輪上的圓周力為：此時齒寬為 30。= 2T1 = 2 ´101.61´1000 = 2709.6NFt30 ´ 2.5d1徑向力為 Fr = Fttg¶ = 2709.6´ tg20° = 986.2N作用在軸 1 帶輪上的外力：FQ = 1130.4N求垂直面的支承反力：l2 Fr215F=´ 986.2 = 731N1Vl + l75 + 21512= Fr - F1

22、V = 986.2 - 731 = 255.1NF2V求水平面的支承反力：由 F1H (l1 + l2 ) = Ftl2 得l2215F=F =´ 2709.6 = 2008.8 N1Hl + lt75 + 21512= Ft - F1H = 700.8N NF2 H求 F 在支點產生的反力：l3 F = 100 X1130.4 = 389.8NF=1Fl + l75 + 21512= F1F + F = 389.8 +1130.4 = 1520.2NF2 F繪制垂直面彎矩圖M= F l = 255.1´ 215´10-3 = 54.8N.mav2v 2M 

23、9;= F l = 731.1´ 75´10-3 = 54.8N.mav1v 1繪制水平面彎矩圖M= F l = 2008.8´ 75´10-3 = 150.7N.maH1H 1M '= F l = 700.8´ 215´10-3 =150.7N.maH2H 2繪制 F 力產生的彎矩圖M= Fl = 1130.4´100´10-3 = 113.04N2F3M= F l = 389.8´ 75´10-3 = 29.2NmaF1F 1求彎矩圖：+ M 2M 2M考慮最不利的情況，把aF 與a

24、vaH直接相加M = M+ M 2 = 29.2 + 54.82 +150.72 = 189.6N.mM 2aaFaVaH= M+M '2 + M '2= 29.2 + 54.82 +150.72 = 189.6N.mM 'aaFaVaH求截面當量彎矩：從圖可見，m-m 處截面最，其當量彎矩為：（取折合系數¶ = 0.6 ）M =M 2 + (¶T )2 = 189.62 + (0.6´101.6)2 = 199.2N.mea計算截面處軸的直徑226 頁表 14-1 得s B= 650MPa ，查因為材料選擇45# 調質，查231 頁表彎曲

25、應力s -1b = 60MPa ，則：14-3 得199.2 ´103Md ³ 3= 3= 32.1mme0.1s -1b 0.1´ 60因為d5 > d4 = da= 50mm > d ，所以該軸是安全的。3 彎矩及軸的受力分析圖如下：軸14 鍵的設計與校核:根據d1 = 36,T1 = 101.6 ，確定 V 帶輪選鑄鐵 HT200，參考表 10-9,由于d1 = 3638 范圍內，故d1 軸段上采用鍵b ´ h ：10 ´ 8 ,在30采用 A 型普通鍵:s p =5060 ，鍵校核.為 L1 =60mm 綜合考慮取l =50

26、mm。查155 頁表 10-10，4創101.6 1034Tb創h l :10創8 50輊s = 1= 35.3Mpa <所選鍵為：強度合臌spdlh36創8 (50- 10)格。中間軸的設計：材料：選用 45 號鋼調質處理，查表 14-2 取iT =35 N / mm2 ，C=100各軸段直徑的確定：pn , p=3.47,則d = C 3由3.47d ³ 1003= 41.3mm ,49.3311-15 取d 1 =40，選用 6309 軸承， L1 =40，d 1 段要裝配軸承，查d 2 裝配低速級小齒輪，且d 2 > d1 取d2 =45， L2 =128， d

27、3 段主要是高速級大齒輪，取d3 =60， L3 =10， d 4 裝配高速級大齒輪，取d4 =45， L4 =82d 5 段要裝配軸承，取d5 =40， L5 =43 .校核該軸和軸承： L1 =75， L2 =115， L3 =952T2 ´ 671.3´103Ft 2 =2 = 2569.6N209 ´ 2.5d2作用在 2、3 齒輪上的圓周力：2T2 ´ 671.3´103Ft 3 =2 = 11987.528´ 4d3N徑向力： Fr 2 = Ft 2tg¶ = 2569.6´ tg20° =

28、935.3NFr 3 = Ft 3tg¶ = 11987.5´ tg 20° = 4363.1N求垂直面的支反力= Fr 3l3 - Fr 2 · (l2 + l3 ) = 4363.1´ 95 - 935.3´(115 + 95) = 765.2NF1Vl + l + l75 +115 + 95123= Fr 3 + F1V - Fr 2 = 4363.5 + 765.2 - 935.3 = 4193.4NF2V計算垂直彎矩：M= F l = 765.2´ 75´10-3 = 57.4N.maVm1V 1-3=

29、-F1V (l1 + l2 ) + Fr 2l2 = -765.2´(75 +115) + 935.3´115´10= 39.6N.mMaVn求水平面的支承力：= Ft 3l3 + Ft 2 · (l2 + l3 ) = 11987.5´100 + 2569.6 ´ 210 = 6099.5NF1Hl + l + l75 +115 + 95123= Ft 2 + Ft 3 - F1H = 2526.6 +11987.5 - 6099.5 = 8017.6NF2 H計算、繪制水平面彎矩圖：M= F l = 6099.5´75&

30、#180;10-3 = 457.5N.maHm1H 1-3= -F2 H (l1 + l2 ) + Ft 3l2 = -8417.6´(75 +115) +11987.5´115´10截面當量彎矩：= 220.8N.mMaHn求從圖可見，m-m,n-n 處截面最，其當量彎矩為：（取折合系數¶ = 0.6 ）M =+ (¶T )2 =220.82 + (0.6´ 671.3)2 = 459.3N.mM 2ean2M 2+ (¶T )2 =457.52 + (0.6´ 671.3)2 = 609.5N.mM '

31、=am2e計算截面處軸的直徑：459.3´103Md ³ 3= 3= 42.5mme0.1s -1b 0.1´ 60n-n 截面:609.5´103M 'd ³ 3= 3= 44.7mme0.1s -1b 0.1´ 60m-m 截面:由于d2 = d 4 = 50mm > d ，所以該軸是安全的。彎矩及軸的受力分析圖如下鍵的設計與校核已知 d2 = d 4 = 50,T2 = 470.3N.m 參考b ´ h :14´ 9表 10-11 ，由于 d2 > (44 50) 所以取155 頁表 10

32、-10 得s b = 100120查取鍵長為 120.取鍵長為 80，4T4´ 671.5´103= 100.4Mpa < s b s b =2dhl45´ 9´(80 -14)根據擠壓強度條件，鍵的校核為：4´ 671.3´1034T= 62.6Mpa < s b s b =2dhl45´ 9´ (120 -14)所以所選鍵為: b ´ h ´ l :14´ 9´80從動軸的設計：b ´ h ´ l :14´ 9´100材

33、料：選用 45 號鋼調質處理，查表 10-2 取iT =34 N / mm2 ，C=112確定各軸段直徑P33.3d = C · 3= 100 ´ 3= 66.1mm1n11.453考 慮 到 該 軸 段 上 開 有 鍵 槽 ， 因 此 取d1 = 75mm ， L1 =150。d2 裝配軸承，選用 6212 軸承,取d2 =80,查手冊第 85 表 7-2，此密封圈標準。符合軸承d3 靠軸,取d3 =85, L3 =45取d4 =90, L4 =90取d5 =110, L5 =13d6 裝配軸承, 選用 60114 軸承,取d6 =90, L6 =125d7 向心滾子軸承

34、,去d7 =85, L8 =46校核該軸和軸承: l1 =98, l2 =210, l3 =115作用在齒輪上的圓周力：2T2 ´ 2750.37 ´103=3= 11365.2NFt121´ 4d4= Fttg¶ = 11365.2´ tg 20° = 4136.6N徑向力： FrF = 5093.3N求垂直面的支反力：l2 Fr = 210 ´ 4136.6 = 2820.4NF=1Vl + l98 + 21012= Fr - F1V = 4136.6 - 2820.4 = 1316.2NF2V計算垂直彎矩：M= F l

35、 = 1316.2´ 210´10-3 = 276.4N.mav2v 2= F l = 2820.4´98´10-3 = 276.4NM '.mav1v 1求水平面的支承力。l2 Ft = 210 ´11365.2 = 7749NF=1Hl + l98 + 21012= Ft - F1H = 11365.2 - 7749 = 3616.2NF2 H計算、繪制水平面彎矩圖。M= F l = 7749´98´10-3 = 759.4N.maH1H 1= F l = 3616.2´ 210´10-3 =

36、 759.4N.mM 'aH2H 2求 F 在支點產生的反力Fl3 = 5093.3´115 = 1901.7NF=1Fl + l98 + 21012= F1F + F = 1901.7 + 5093.3 = 6995NF2 F求 F 力產生的彎矩圖。M= Fl = 5093.3´115´10-3 = 585.7N2F3M= F l = 1901.7´98´10-3 = 186.4NmF1F 1F 在 a 處產生的彎矩：M= F l = 1901.4´98´10-3 = 186.4NmmF1F 1求彎矩圖。+ M 2

37、M 2M考慮最不利的情況，把mF 與avaH直接相加。M= M+ M 2 = 186.4 +276.42 + 759.42 = 994.5N.mM 2ammFavaH求截面當量彎矩。從圖可見，m-m 處截面最，其當量彎矩為：（取折合系數¶ = 0.6 ）M =+ (¶T )2 =994.52 + (0.6´ 2750.37)2 = 1926.7N.mM 2e3am計算截面處軸的直徑。226 頁表 14-1 得s B= 650MPa ，查因為材料選擇45# 調質，查231 頁表彎曲應力s -1b = 60MPa ，則：14-3 得1926.7 ´103Md ³ 3= 3= 68.5mme0.1s -1b 0.1´ 60d1 =75>d,所以該軸是安全的。彎矩及軸的受力分析圖如下：鍵的設計與校核：選鍵為b ´ h : 20´12 查因為 d1=75,查153 頁表 10-9155 頁表 10-10 得s b = 1001204T4´ 2750.37 ´103= 111.1Mpa < s b s =dl