慢动卷扬机传动装置的设计结构设计说明.doc
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1、慢动卷扬机传动装置的设计结构设计二、传动装置的总体设计一传动方案拟定1、由参考方案可知电动机经联轴器将动力直接传到高速轴上,然后通过二级圆柱齿轮减速器减速。考虑到二级圆柱齿轮减速器的传动比不宜过大,否则会导致减速器尺寸很大。因此在参考方案的基础上添加一个带传动。2、将带传动布置于高速级 带传动的承载能力小,传递相同转矩时结构尺寸较其他传动形式大,但传动平稳,能缓冲减震,因此宜布置在高速轴。3、高速级齿轮选用斜齿圆柱齿轮斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好,常用在高速轴和要求传动平稳的场合。4、低速级选用直齿圆柱齿轮考虑到功率较大,低速级受到转矩很大,所以采用直齿圆柱齿轮以减小轴向压力。综上所述,本
2、方案具有一定的合理性及可行性二电动机的选择1、选择电动机类型按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。2、选择电动机的容量电动机工作功率为kW, kW因此 kW由电动机至运输带的传动效率为式中:、分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器、卷筒的传动效率。取,。则所以3、确定电动机转速卷筒工作转速为按指导书上表1推荐的传动比合理范围,取V带传动的传动比,二级圆柱齿轮减速器传动比,则总传动比合理范围为,故电动机的转速范围为符合这一范围的同步转速有750 、1000 和1500 。根据容量和转速,由有关手册查出有四种适用的电动机型号,因此有四种传动比方案如表:方案电动机型
3、号额定功率kW电动机转速 r/min传动装置的传动比同步转速满载转速总传动比V带传动比减速器1Y160M2-21530002930138.083.539.452Y160L-4151500146068.80322.933Y180L-615100097045.712.816.334Y200L-81575073034.432.513.76综合考虑电动机和传动装置的重量、噪声和带传动、减速器的传动比,可见方案1比较适合,因此选定电动机型号为Y180L-6,其主要性能见下表:型号额定功率kW满载时Y180L-615转速r/min电流A效率%功率因数97031.489.50.816.51.82.04、 电
4、动机主要外形和安装尺寸列于下表中心高H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸16015三传动装置的总传动比的计算和分配1、总传动比2、分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大,初步取实际的传动比要在设计V带传动时,由所选大、小带轮的标准直径之比计算,则减速器传动比为:3、分配减速器的各级传动比展开式布置。考虑润滑条件,为使两级大齿轮直径相近,可由指导书图12展开式曲线查得,则。四传动装置的运动和动力参数计算1、各轴转速轴 轴 轴 2、各轴输入功率轴 轴 轴 卷筒轴 3、各轴输出功率轴 轴 轴 卷筒轴 4、各轴输入转矩电动机轴输出转矩 轴
5、轴 轴 卷筒轴 5、各轴输出转矩轴 轴 轴 卷筒轴 运动和动力参数计算结果整理于下表:轴名效率PkW转矩T转速nr/min传动比i输入输出输入输出电动机轴11.97117.859702.84.803.401轴11.3711.14313.48307.21346.43轴10.8110.591430.371401.7672.17轴10.2810.074623.014530.5521.22卷筒轴9.979.774485.254395.5521.22三、传动零件的设计计算一V型带及带轮的设计计算1、确定计算功率由书本表8-7查得工作情况系数1.2,故2、选择V带的带型根据,由书本图8-11选用B型带。3
6、、确定带轮的基准直径、实际传动比并验算带速V1初选小带轮的基准直径。由书本表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径。2验算带速V 因为5m/sV 计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度。3计算实际中心距中心距的变化范围为。5、验算小带轮上的包角6、计算带的根数Z1由,查表8-4a得。根据和B型带,查表8-4b得。查表8-5得,表8-2得,于是2计算V带的根数Z,取6根。7、计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得A型带的单位长度质量,所以应使带的实际初拉力。8、计算压轴力9、带传动主要参数汇总表带型LdmmZdd1mmdd2mmammF0NFPNB28006180500850313.636
7、94二高速级斜齿轮副的设计计算1、选精度等级、材料及齿数1材料及热处理由表10-1选得大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火,齿面硬度为48至55HRC;2精度等级选用7级,选取小齿轮比为,则大齿轮,取,螺旋角2、按齿面接触强度设计由设计公式进行试算,即1确定公式内的各计算数值1试选载荷系数。2计算小齿轮传递的转矩由前面计算可知, 3由表10-7取。4由表10-6查得材料的弹性影响系数。5由图10-21e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限6由式计算应力循环次数7由图10-19查得接触疲劳寿命系数,。8计算接触疲劳许用应力9许用接触应力。10由图10-30选取区域系数。111由图10-26查得
8、,则。2计算1试计算小齿轮的分度圆直径,由计算公式得2计算齿轮的圆周速度3计算齿宽b及模数4计算纵向重合度5计算载荷系数已知使用系数,根据,8级精度,由图10-8查得动载荷系数由表10-3查得,从表10-4中的硬齿面栏查得小齿轮相对轴承非对称布置、6级精度、,考虑到齿轮为7级精度,取。另由图10-13查得=1.25,故载荷系数6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径7计算模数3、按齿根弯曲强度设计由式1确定公式内的各计算数值1计算载荷系数2根据纵向重合度,从图10-28查得螺旋角影响系数。3由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限4由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 5计算弯曲疲劳许用应力取弯
9、曲疲劳安全系数S=1.4 6计算当量齿数7查取齿形系数由表10-5查得 8查取应力校正系数由表10-5查得 9计算大小齿轮的并加以比较经比较得小齿轮的数值大。2 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算得法面模数与由齿根弯曲疲劳强度计算的模数相差不大,取,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 ,取,则,取。4、几何尺寸计算1计算中心距将中心距圆整后取。2按圆整后的中心距修整螺旋角因值改变不大,所以参数、等不必修正。3计算大小齿轮的分度圆直径4计算齿轮宽度取齿宽 :=50mm, =55mm三低速级直齿轮的设计计算1、精度等级、
10、材料及齿数1材料及热处理由表10-1选得大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火,齿面硬度为48至55HRC;2精度等级选用7级,选取小齿轮比为,则大齿轮,取。2、按齿面接触强度设计由设计公式进行试算,即1确定公式内的各计算 数值1试选载荷系数。2计算小齿轮传递的转矩由前面计算可知,3取。4由表10-6查得材料的弹性影响系数。5由图由图10-21e按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限6由式计算应力循环次数7由图10-19查得接触疲劳寿命系数,。8计算接触疲劳许用应力2计算1试计算小齿轮的分度圆直径,代入中较小的值。2计算齿轮的圆周速度3计算齿宽b4计算齿宽与齿高之比5计算载荷系数已知使用系数,根
11、据,7级精度,由图10-8查得动载荷系数直齿轮从表10-4中的硬齿面栏查得小齿轮相对轴承非对称布置、6级精度、,考虑到齿轮为7级精度,取。另由图10-13查得=1.28,故载荷系数6按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径7计算模数3、按齿根弯曲强度设计由式1确定公式内的各计算数值1计算载荷系数2由图10-20d查得齿轮的弯曲疲劳强度极限3由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 4计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 5查取齿形系数由表10-5查得 6查取应力校正系数由表10-5查得 7计算大小齿轮的并加以比较经比较得小齿轮的数值大。 设计计算对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算得法面模数
12、大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,取,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 ,取,则,取。4、几何尺寸计算计算大小齿轮的分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度取齿宽 :=90mm, =95mm高、低速级齿轮参数名称高速级低速级中心距a172242.5法面摸数35螺旋角无齿顶高系数11顶隙系数0.250.25压力角齿数19229275分度圆直径mm58.88110285.12375齿宽mm55 95mm50 90齿轮等级精度77材料及热处理大、小齿轮的材料均为并经调质及表面淬火,齿面硬度为48至55HRC大、小齿轮的材料均为并经调质及表
13、面淬火,齿面硬度为48至55HRC高速级大齿轮参数高速级大齿轮C291.12266.87256.12180.06461046515四、轴系零件的设计计算一、输入轴的设计计算1、输入轴上的功率、转速、转矩及带传动的轴压2、求作用在齿轮1上的力因已知齿轮分度圆直径3、初步确定轴的最小直径先按式152初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为40Cr,调质处理。根据表153,取,于是得:高速轴的最小直径显然是装带轮处的直径,即大带轮的轴孔直径,因为带轮上有键槽,故将最小直径增加7%,又因为装小带轮的电动机轴径d=48mm, 因此高速轴装大带轮处的直径,故取。4、轴的结构设计1拟定轴上零件的装配方案,如下所
14、示2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。1根据计算的最小直径取轴的直径=42mm。为了满足带轮得轴向定位要求,1-2轴右端需制出一轴肩,故2-3段得直径。由带轮宽度确定。2初步选择滚动轴承。因轴承同时受到径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承,参照工作要求,并根据,由轴承产品目录中初步选取单列圆锥滚子轴承,其型号为30310,其尺寸为,查得a=23.0mm.故,而左边轴承采用套筒定位,右端滚动轴承采用轴肩进行定位。由手册查得30310型轴承的定位高度h=5mm,因此取。3取安装齿轮处的轴段4-5的直径,根据齿轮的轮毂宽度,取。取。4轴承端盖的总宽度为20mm,根据轴承端盖的装拆,及
15、便于对轴承添加润滑脂的要求。取端盖的外端面与带轮右端面间的距离,L=30故取。5取齿轮距箱体内壁之间的距离,考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离s,取是。已知滚动轴承宽度T=29.25mm,则。中间轴两齿轮间的距离取20mm,第二对齿轮的主动轮齿宽为95mm, 则致此已初步确定了轴的各段直径和长度。3轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位均采用平键连接。按,由教材表61查得平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为70mm ,齿轮轮毂与轴的配合配合采用。带轮与轴的配合采用。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。将各轴段直径长度列于下表:42
16、485058.88506050995053.25551102429.254确定轴上的圆角和倒角尺寸参考表15-2,取左轴端与2处倒角为,2,3处圆角R=1.6mm,其余圆角R=2mm。5求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图,从上已经知道,对于圆锥滚子轴承30310,由手册中可查得a=23.0mm,作为简支梁的轴的支承跨距。对轴进行计算并做出弯矩图和扭矩图。如下:对水平面进行计算:对垂直面进行计算:求总的弯矩,即合成弯矩:将计算结果列于下表:载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩M扭矩T6按弯曲合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度,由上表的数据
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