高架灯提升装置机械设计课设

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1、20132014机械设计课程设计机械设计课程设计姓名： 学号： 班级： 指导教师： 日期：2014年 1月 目录1设计任务及电机选择12选择传动比32.1总传动比32.2减速装置的传动比分配33各轴的参数43.1各轴的转速43.2各轴的输入功率43.3各轴的输出功率43.4各轴的输入转矩43.5各轴的输出转矩53.6各轴的运动参数表64.蜗轮蜗杆的选择74.1选择蜗轮蜗杆的传动类型74.2选择材料74.3按计齿面接触疲劳强度计算进行设74.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸84.5校核齿根弯曲疲劳强度94.6验算效率94.7精度等级公差和表面粗糙度的确定105圆柱齿轮的设计115.1材料选择11

2、5.2按齿面接触强度计算设计115.3计算125.4按齿根弯曲强度计算设计135.5取几何尺寸计算146 轴的设计计算156.1高速轴156.1.1径按扭矩初算轴156.1.2蜗杆的结构设计156.2蜗轮轴166.2.1输出轴的设计计算166.2.2轴的结构设计176.3蜗杆轴的校核186.3.1求轴上的载荷186.3.2精度校核轴的疲劳强度216.4蜗轮轴的强度校核236.4.2精度校核轴的疲劳强度267.滚动轴承的选择及校核计算3071蜗杆轴上的轴承的选择和寿命计算307.2蜗杆轴上轴承的选择计算318.键连接的选择及校核计算358.1输入轴与电动机轴采用平键连接358.2输出轴与联轴器连

3、接采用平键连接358.3输出轴与蜗轮连接用平键连接359联轴器的选择计算379.1与电机输出轴的配合的联轴器379.2与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器3710.润滑和密封说明3910.1润滑说明3910.2密封说明3911拆装和调整的说明4012减速箱体的附件说明4113.设计小结和经济性分析4214参考文献43 1.设计任务及电机选择1.1 设计题目设计题目：高架灯提升装置设计要求：提升装置用于城市高架路灯的升降，电力驱动，电动机水平放置，采用正、反按钮控制升降。提升装置静止时采用机械自锁，并设有力矩限制器和电磁制动器。其卷筒上曳引钢丝绳直径为11mm，设备工作要求安全、可靠，调整、安装方便

4、，结构紧凑，造价低。工作条件：间歇工作，载荷平稳，半开式。生产批量：10台其工作要求见图1 图1 工作要求简图原始技术数据：提升力：5000N，容绳量：40m，安装尺寸：270mmx450mm电动机功率：不大于1.1kW高架灯提升装置简图选用参数提升力/N容绳量/m安装尺寸/(mmmm)提升速度/(m/s)500040270450工作条件：间歇工作，载荷平稳，半开式1.2 传动方案的确定1）单级齿轮传动优点是结构简单，但传动比较低，且齿轮传动无自锁性，需外设制动装 置。2） 蜗轮蜗杆传动（蜗杆下置）优点为拥有自锁功能，结构紧凑，传动平稳，但传动效率低。3） 蜗杆齿轮传动系统（蜗杆下置）特点是传

5、动比大，结构紧凑，低速端齿轮可承受载荷较大，但传动效率低。 方案分析：因为提升装置要求静止时为机械自锁，所以方案1）不符合要求，故舍弃。方案2）与方案3）均存在机械自锁，其中方案2）为一级传动，传动比大但效率低，切蜗轮直接与绳轴相连，可承载的工作载荷较小。方案3）在方案2）的基础上添加了一个齿轮传动，使传动比增大的同时，增加了工作端可承受的最大载荷。综合所给参数，最终确定方案3）。1.3 电机选择根据工作要求选择Y系列三相异步电动机。其为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有国际互换性的特点，用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所，使用于电源电压为380V、无特殊要求的机械上，如机床、泵、

6、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。也用于某些需要高起动转矩的机器上，如压缩机。工作机所需输入功率所需电动机的输出功率传递装置总效率式中：联轴器效率0.99：滚动轴承效率0.99（三对）：蜗轮蜗杆传动效率0.45：圆柱齿轮效率0.98（7级精度）：卷筒的传动效率0.96所以 因载荷平稳，由Y系列电动机技术数据，选择电动机额定功率为1.1kW符合这一要求的同步转速有750r/min , 3000r/min , 1500r/min电机容量的选择比较：表1.1 电动机的比较方案型号额定功率/kw同步转速/r/min满载转速/r/min重量价格1Y90L-61.11000910重高2Y90S-41.11

7、5001400中中3Y802-21.130002825轻低考虑电动机和传动装置的尺寸 重量及成本，可见第二种方案较合理，因此选择型号为：Y90S-4的电动机。2选择传动比2.1总传动比 2.2减速装置的传动比分配 因为蜗轮蜗杆要求自锁，所以 3各轴的参数将传动装置各轴从高速到低速依次定为I轴 II轴 III轴 IV轴 ：、 、 、 、 依次为电动机与I轴 I轴与II轴 II轴与III轴 III轴与V轴的传动效率 则：3.1各轴的转速 3.2各轴的输入功率 轴 轴 轴 轴 3.3各轴的输出功率 轴 轴 轴 轴 3.4各轴的输入转矩电动机 轴 轴 轴 轴 3.5各轴的输出转矩电动机 轴 轴 轴 轴

8、 3.6各轴的运动参数表表3.1 各轴的运动参数表轴号功率转矩(Nm)转速(r/min)传动i效率输入输出输入输出电机轴1.11.08911.5491010.991轴1.0891.06711.5411.43910622轴1.0670.4911.43318.7714.680.445513轴0.490.48318.77415.2211.040.97021.33卷轴0.480.46415.22397.92 11.040.95044.蜗轮蜗杆的选择 4.1选择蜗轮蜗杆的传动类型根据GB/T100851998 选择ZI 渐开线蜗杆4.2选择材料蜗杆选45钢，齿面要求淬火，硬度为45-55HRC.蜗轮用Z

9、CuSn10P1,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4.3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（11-12）， 传动中心距由 前面的设计知作用在蜗轮上的转矩T2， 按Z=1,估取，则：（2）确定载荷系数K因工作比较稳定，取载荷分布不均系数；由表11-5选取使用系数；由于转速不大，工作冲击不大，可取动载系；则（3）确定弹性影响系数因选用的是45钢的蜗杆和蜗轮用ZCuSn10P1匹配的缘故，有（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径 和中心距的比值，从图11-18中可查到（5）确

10、定许用接触应力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应力循环次数 设工作期限为10年，8小时/天，Lh=29200h寿命系数则 （6）计算中心距: 取a=125mm，由 i=62，则从表11-2中查取，模数m=3.15蜗杆分度圆直径从图中11-18中可查，由于，即以上算法有效。4.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向尺距 =10mm直径系数q= =18齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚蜗杆的法向齿厚（2）蜗轮 蜗轮齿数, 变位系数 验算传动比，这时传动比误差为：，在误差允许值内。蜗轮分度圆直

11、径喉圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径4.5校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据 从图11-9中可查得齿形系数Y=2.4螺旋角系数：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=64MPa寿命系数 可以得到：S=1.5故该轴在截面右侧强度也是足够的。本设计因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称，故可略去静强度校核。至此轴的设计即告结束。6.6 低速轴的强度校核低速轴的受力情况如图（1）计算齿轮受力由作用力与反作用力可得 (2)做出弯扭矩图以轴左端为原点，经简化后各段长度分别为L1=84mm，L2=154.5mm载荷水平面H竖直面V支反力,弯矩 ,总弯矩扭矩T=122

12、3590 根据教材式15-5及上表中数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力（公式中） 由表15-1查得45钢的许用弯曲应力符合要求。7.滚动轴承的选择及校核计算根据条件，轴承预计寿命：。71高速轴上的轴承的选择和寿命计算（1）轴承的选择采用深沟球轴承，根据轴直径d=40mm，选择深沟球轴承的型号为6308，主要参数如下：基本额定动载荷极限转速（2）寿命计算因蜗杆轴所受的轴向力向左，所以只有最左边的深沟球轴承受轴向力该轴承所受的径向力约为对于70000型轴承，按表13-7轴承派生轴向力，其中为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，查表13-5得角接触球轴承判断系

13、数 所以当量动载荷深沟球轴承所受的径向力约为当量动载荷所以，应用核算轴承的寿命因为是球轴承，所以取指数轴承计算寿命减速器设计寿命所以满足寿命要求。7.2中间轴上轴承的选择计算（1）轴承的选择选择使用深沟球轴承，根据轴直径d=50mm，选用深沟球轴承的型号为6010。主要参数如下： 基本额定静载荷基本额定动载荷极限转速 （2）寿命计算对于70000C型轴承，按表13-7轴承派生轴向力，其中为表13-5中的判断系数，其值由的大小来确定，但现轴承轴向力未知，故先初取，因此可估算：按式（13-11）得由表13-5进行插值计算，得，。再计算： 两次计算的值相差不大，因此可以确定，。（3）轴承当量动载荷、

14、因为 由表13-5分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6，取。则：轴承计算寿命 减速器设计寿命 所以满足寿命要求。（3）静载荷计算查机械零件手册可知，角接触球轴承当量静载荷因载荷稳定，无冲击，所以取静强度安全系数所以满足强度条件（4）极限工作转速计算以上所选各轴承的极限转速都成立，所以他们的极限工作转速一定满足要求。7.3 低速轴轴承的选择及校核查手册表6-6可知角接触球轴轴承7208AC的基本额定动载荷C=35.2KN。（1）求两轴承受到的径向载荷和由力与力矩平衡方程，求得两轴承受力为又左端承受到径向载荷右端承受到径向

15、载荷（2）求两端轴承的计算轴向力和对于70000AC型轴承，由教材13-7查得派生轴向力因为，由教材式13-12又 由教材表13-5有：x=0.41 y=0.87而对于右端轴承所以，x=1 y=0又由表13-6，取，则当量动载荷为：因为 所以按轴承1来计算寿命（3）计算轴承寿命11680=2年（式中）符合要求。8.键连接的选择及校核计算8.1输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键870GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键

16、强度符合设计要求。8.2输出轴与联轴器连接采用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键2070GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键强度符合设计要求。8.3输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径，查机械设计课程设计书P123可选用A型平键，得：，。即：键1670GB/T1096-2003键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力 ，取其平均值。键的工作长度：键与联轴器接触高度。由式（6-1）得： 所以此键强度符合设计要求。9联轴器的选择计算

17、9.1与电机输出轴的配合的联轴器（1）计算联轴器的计算转距查表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取（2）型号选择根据前面的计算，电机输出轴，选择弹性联轴器TL6型。主要参数如下：公称扭距（满足要求）许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度9.2与二级齿轮降速齿轮轴配合的联轴器（1）计算联轴器的计算转距查表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取（2）型号选择根据前面的计算，蜗轮输出轴，选择弹性销柱联轴器HL4型。主要参数如下：公称扭距 许用转速 ，因此此联轴器符合要求。轴孔直径轴孔长度10.润滑和密封说明10.1润滑说明因为是下置式蜗杆减速器，且其传动的圆周速度，故蜗杆采用浸油润

18、滑，取浸油深度h=12mm；润滑油使用50号机械润滑油。轴承采用润滑脂润滑，因为轴承转速v1500r /min，所以选择润滑脂的填入量为轴承空隙体积的1/2。10.2密封说明在试运转过程中，所有联接面及轴伸密封处都不允许漏油。剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用任何碘片。轴伸处密封应涂上润滑脂。 11拆装和调整的说明在安装调整滚动轴承时，必须保证一定的轴向游隙，因为游隙大小将影响轴承的正常工作。在安装齿轮或蜗杆蜗轮后，必须保证需要的侧隙及齿面接触斑点，侧隙和接触斑点是由传动精度确定的，可查手册。当传动侧隙及接触斑点不符合精度要求时，可以对齿面进行刮研、跑合或调整传动件的啮合位置。也可调整蜗

19、轮轴垫片，使蜗杆轴心线通过蜗轮中间平面。12减速箱箱体的结构设计1）箱体材料的选择与毛坯种类的确定根据减速器的工作环境,可选箱体材料为灰铸铁HT200。因为铸造箱体刚性好、外形美观、易于切削加工、能吸收振动和消除噪音,可采用铸造工艺获得毛坯。2）箱体主要结构尺寸和装配尺寸见下表： 单位：mm名 称符号结构尺寸计算或取值依据结果箱座壁厚8箱盖壁厚8箱座凸缘厚度12箱盖凸缘厚度12底座凸缘厚度20箱座上的肋厚7箱盖上的肋厚7轴承旁凸台高度56轴承旁凸台半径16轴承座的外径114122172地脚螺钉直径和数目166通孔直径20沉头座直径45底座凸缘尺寸2523连接螺栓轴承旁连接螺栓直径.轴承旁连接螺

20、栓直径12通孔直径13.5沉头座直径26凸缘尺寸2016箱座、箱盖连接螺栓直径轴承旁连接螺栓直径8通孔直径9沉头座直径18凸缘尺寸1512定位销直径6轴承盖螺钉直径8视孔盖螺钉直径6箱体外壁至轴承座端面的距离42大齿轮顶圆与箱体内壁的距离10齿轮端面与箱体内壁的距离主动齿轮端面距箱体内壁距离11.5从动齿轮端面距箱体内壁距离14油面高度齿轮浸入油中至少一个齿高，且不得小于10mm，这样确定最低油面。考虑油的损耗，中小型减速器至少还有高出510mm 。58箱座高度19013.设计小结 早在大一的时候我就看着学长每天也是这么忙的在做课程设计，当时我就很不理解，我们专业有这么忙吗？现在我才知道了，原

21、来我们专业是很有意思，能够让人学到很多知识。转眼间，我就大三了，拿到任务书时我是非常的兴奋，当时心里就想一定要把课程设计做好。机械设计课程设计主要分为四个阶段。第一阶段，设计计算阶段。在这一阶段中在老师的开题讲座中，我明白了我们本课程设计要设计什么，那一阶段该干些什么。在设计计算阶段中，我遇到了最大的一个问题就是蜗轮的传动比分配不合理。在这问题直接导致了我重新分配传动比，再次对减速器的各个零件的设计及选用。第二阶段，减速器装配图草图绘制阶段。在这一阶段我们主要要根据我们之前的计算实现在图纸上，要确定箱体的大小，以及各个零件该安装在箱体的那个位置上。在老师的帮助下，我也参考了书籍资料，最终毫不费

22、力的把草图绘制出来了。第三阶段，用CAD绘制装配图和零件图。由于前两个阶段我做的比较仔细所以各个零件的尺寸我很快的就绘制了出来，但是由于工程制图的很多相关知识的遗忘，在绘制标准件和减速器附件时不是很顺利，要不停的去看书和查尺寸。但是经过我废寝忘食的绘制，最后这个难关也被我攻克了。第四阶段，减速器设计说明书的书写。在这一阶段中，由于个零件图和装配图，与我最初的设计计算有一些出入，所以很多数据又进行了再计算。但是当我把说明书在word中体现出来后，文章的排版是一个很繁琐而又复杂的难题，按照老师的版面要求，最后把说明书排成了老师要求的版式。在这个课程设计中，它把我以前所学的独立课程（如：机械制图、理

23、论力学、材料力学、机械原理、机械制造基础、工程材料与成型技术基础、互换性与测量技术、机械设计）有机结合了起来。在这过程中我充分的体会到了，这些学科即使相对独立又是密不可分的。通过这次设计把我以前落下的和忘了的知识都补了回来。虽然在设计的工程中我有抱怨，但是我的内心还是想必须要把这个课程设计要做好。所以我每天从早八点到晚上十一点，不是太累的时候，我还做到凌晨的三四点。在这个繁琐又复杂的设计中，我体会到了我们专业需要我们严谨的思维、精确的计算、刻苦的精神。在此设计的过程中，又把我高三的奋斗精神激发了出来。这次课程设计我学到了以前没有学到的知识，体会到了我们专业的伟大，展望出了我们就业前景的美好。设

24、计是一项艰巨的任务，设计是要反复思考、反复修改，设计是要以坚实的知识基础为前提的，设计机械的最终目的是要用于实际生产的，所以任何一个环节都马虎不得，机械设计课程设计让我又重温了一遍学过的机械类课程的知识。经过多次修改，设计的结果还是存在很多问题的，但是体验了机械设计的过程，学会了机械设计的方法，能为以后学习或从事机械设计提供一定的基础。 14.经济性分析在选择蜗轮蜗杆时，考虑到许用应力，经过几次计算，发现中心距取得稍大，弯曲应力越小，在允许范围内，125mm属于偏小的中心距，可以节约材料。在选择蜗杆材料时，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁制造。本次我设计的蜗杆齿轮系统减速箱箱体较小，一切从节约材料提高经济性并最大化地利用它的性能出发。选材时尽量选用价格低廉又耐用的材料，工作时采用润滑剂提高减速箱的寿命增大功率。14参考文献1 濮良贵、纪名刚机械设计（第八版）北京：高等教育出版社，200652 陆玉机械设计课程设计（第4版）北京：机械工业出版社，2006123 张龙机械设计课程设计手册（第3版）北京：高等教育出版社，19995取T=34.338045