桥式起重机大车行走机构传动置设计

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1、机械课程设计计算说明书设计题目：桥式起重机大车行走机构传动装置设计学 院：材料科学与工程学院 设 计 者：杨亚楠班 级：材料09-3学 号：14095511指导老师：赵子江日期：2011 年 7 月 4 日目录1、机械设计课程设计任务书32、传动装置总体设计方案43、电动机的选择计算54、传动系统运动学和动力学参数计算.75、传动零件的设计计算.10 5.1高速级齿轮参数设计计算 .10 5.2第二级齿轮参数设计计算 .13 6、轴系零件的设计计算.15 7、键的选择与强度验算.228、轴承的选择与寿命计算.25 9、联轴器的选择 .26 10、减速器润滑与密封 .26 11、减速器的结构和附

2、件设计 27 12、 设计小结 31 13、参考文献 .33 一、机械设计课程设计任务书1、设计条件机器功用：对露天物料进行起吊，装卸，安装，搬运等；工作情况：间断型工作，正反方向转动，载荷平稳，环境温度不超过40；运动要求：运动速度误差不超过5%；使用寿命：停歇时间与工作时间近似相等，传动零件工作总时数小时，滚动轴承寿命4 000小时；检修周期：500小时小修；2000小时大修；2、原始数据：大车运行阻力 F=17kN； 大车运行速度V= 70 m/min； 车轮直径 700 mm； 启动系数 = 1.3。3、设计要求设计内容 电动机选型； 减速器设计；闭式齿轮传动设计；传动件设计；联轴器选

3、型设计； 车轮及其轴系结构设计。设计工作量 减速器装配图1张；零件工作图2张（轴和齿轮各1张）；设计计算说明书1份。4、设计要求在本次机械设计中将减速器中齿轮设计成直齿圆柱轮。二.传动装置总体设计方案1. 组成：传动装置由电机、减速器、传动轴、齿轮传动装置、车轮和轨道。2. 特点：传动轴过长，故沿径向载荷分布过于集中，要求轴有较大的强度。3. 确定传动方案：其传动方案如下： 图一:(传动装置总体设计图) 1-电动机；2-减速器；3-传动轴；4-齿轮传动；5-车轮；6-轨道初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选择同向二级圆柱齿轮减速器（展开式）和直齿轮传动。项目内容及计算说明计算

4、结果三、电动机的选择计算1、 工作机输入功率的计算已知工作机的阻力和速度则工作机输入功率为 式中电动机所需的输出功率计算式中机械传动装置的总效率(由电动机至工作机的输入端)A 两对闭式齿轮，加工等级为7级，传动效率0.99，B 一对开式齿轮=0.99C 四个滚动轴承效率0.99D 一个弹性联轴器0.9925E 槽的效率把上述值带入后得 起动系数，所以 查表162得：Y系列1500r/min电动机的具体牌号为：Y200l-4型，额定功率为30kW，满载转速为1470r/min。2、 确定电动机型号通过上述计算查表16-2得：型号：Y200l-4型额定功率：30kW同步转速：1500r/min满载

5、转速：1470r/min轴径：48mm伸出轴长度：110mm轴距地面高度：200mm两脚跨度：395mm两脚中心距：318mm整体高度：475mm机身宽度：775mm机体直径：400mm四、传动系统运动学和动力学参数计算1、分配传动比（1）总传动比i在上边已确定电动机满载转速为n1470r/min，运行速度为v=70m/min，车轮直径为D=700mm，计算车轮转速用公式55计算总传动比1470/31.8546.15（2）分配传动比 从减速器的高速轴开始为各轴命名为：1轴、2轴、3轴。第1轴至第2轴，第2轴至第3轴传动比，开式齿轮的传动比。由于是开式传动,不是本设计的重点可取=3.5, 所以=

6、46.15/3=15.38,又知道,取 所以 15.38=1.35取Z1=23 则 可取Z2=105取Z3=27 则可取Z4=912、传动装置运动参数的计算 （1）各轴转速计算第1轴转速第2轴转速 第3轴转速 外面开式齿轮轴 速度误差在允许范围内 （2）各轴功率计算 （3）各轴扭矩计算 电动机轴 将数据列表轴号转速nr/min功率Pkw转矩TNm传动比i电机轴 1470302201轴1470 29.8193.52轴322 29.11 863.43轴95.5528.462844.5车轮轴31.85 28.63 8044.8五各组传动齿轮设计1、高速级齿轮参数设计（1）选用齿轮材料，确定许用应力由

7、表6.2选 小齿轮40MnB调质处理 大齿轮40Cr 调质处理许用接触应力与齿轮材料、热处理方法、齿面硬度、应力循环次数等因素有关。 查表11-5 取SH=1.1 SF=1.25则 许用弯曲应力 双向传动乘0.7弯曲强度尺寸系数 查图69弯曲强度最小安全系数 则（2）齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级， 查课本表11-6 取齿宽系数查课本表11-3 取载荷系数K=1.2T1=193500 N*m小轮分度圆直径，由式65得故=72.83mm齿轮模数m 按表6.6圆整 小轮分度圆直径 标准中心距a 齿宽b 为保证齿轮强度大轮齿宽 小轮齿宽 取 （3）齿根弯曲疲劳强度校核计算齿形系数 查课

8、本图11-8和图11-9确定小齿轮的齿形系数 大齿轮齿形系数 校验小齿轮弯曲疲劳强度 故 大齿轮亦满足（4）齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径 根圆直径 顶圆直径 2、第二级齿轮参数设计（1）选用齿轮材料，确定许用应力由表6.2选 小齿轮40CrMnMo 调质处理 大齿轮35SiMn 调质处理接触强度最小安全系数=1.1则许用弯曲应力 由式612，弯曲疲劳强度极限 查图67，双向传动乘0.7弯曲强度最小安全系数=1.25则 （2）齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，查课本图11-8和图11-9确定 查课本表11-6 取齿宽系数查课本表11-3 取载荷系数K=1.2小轮分度圆直径，由式

9、65得故小齿轮的齿数为27 则 按表6.6圆整取m=5小轮分度圆直径标准中心距 齿宽b 大轮齿宽 小轮齿宽 取（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算有式610 小齿轮的齿形系数 大齿轮的齿形系数 故 （4）齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径 根圆直径 顶圆直径 综上 ，得三组齿轮的相关几何参数高速级齿轮参数第二级齿轮参数459213542045525629580122.5408442.51001454284659011684110.1六、 轴系零件的设计计算传动零件设计计算完成后，就可算出作用于轴上载荷的大小，但由于轴支承位置未定，这些载荷相对于轴支承的作用位置也就无法确定，这样，轴的支支反力无法求出

10、，轴弯矩图无法确定。为此，首先要估算出轴的跨度和确定轴上载荷的作用位置。1、 I轴（1）联轴器选择，电机轴直径：，所以，选择（2）初步估算轴的直径选取45钢作为轴的材料，调质处理由式14-2 计算轴的最小直径并加大9%以考虑键槽的影响查表8.6 取外伸轴C=110 取 （3）轴的结构设计 1）确定轴的结构方案 阶梯轴初步分为六段。 2）确定各轴段直径和长度 1段 根据圆整，并由、和电动机转轴选择联轴器型号HL3联轴器，电机的轴径和联轴器的长度可取，,2段 为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角c取（GB6403.3-86）,且符合标准密封圈内径。取轴端盖宽度37mm，端盖外端面与半联轴器右端面30

11、mm则,3段 为便于装拆轴承内圈，且符合标准轴承内径。查GB/T283-93，暂选圆柱滚子轴承，新代号为N209E，,其宽度，轴承润滑方式选择：，选择脂润。轴承距箱体内壁距离，则。4段 作为轴向固定齿轮，保证小齿轮在远离电机的一侧，在数据上没什么图书要求。在这里可取 ，5段 由于本轴属于齿轮轴，长度为齿轮的轮毂宽度减2mm 高级小齿轮宽为90mm。 ， 6段 该轴段直径，与齿轮之间用轴套隔开轴宽为19mm，加之轴套长度18mm （4）轴所受的力及受力分析（过程略）2、 II轴（1）计算作用在齿轮上的力转矩圆周力 径向力 (2)初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理由式8-2 计算轴

12、的最小直径并加大9%以考虑键槽的影响查表8.6 取A=115 取 (3)轴的结构设计 1）确定轴的结构方案 初步分为五个轴段2）确定各轴段直径和长度 1段 根据轴承内径的标准，暂选圆柱滚子轴承（按）新代号为N311。，其宽度B=29mm。加上轴套长度12mm。共长。轴承润滑方式选择：，选择脂润滑。 2段 作为轴向固定 轴径宜取，二级减速中的小齿轮宽度为116mm，所以此轴段长度应比齿轮宽度小2mm，故取。3段 ，无特殊功用故可适当取值即可。在这里取，。 4段 该轴段固定一级减速中的大齿轮 ，大齿轮宽度为84mm，故该轴段长取。5段 该轴段固定轴承，轴径， （4）轴的强度校核过程略3、 III轴

13、（1）计算作用在齿轮上的力转矩 圆周力 径向力 （2）初步估算轴的直径选取40Cr作为轴的材料，调质处理由式8-2 计算轴的最小直径并加大5%以考虑键槽的影响查表8.6 取C=100则 取（3）轴的结构设计 1）确定轴的结构方案初步分为7个轴段如图5 2）确定各轴段直径和长度 1段 该轴段用来固定轴承，轴径为 选用圆柱滚子轴承，新代号为N215，外径为130mm，宽度为37mm，加上轴向固定的轴套15mm，取2段 该轴段为齿轮轴，上面固定二级减速中的大齿轮，大齿轮的宽度为110mm，故取,3段 为增强轴的强度取 。4段 该轴的主要作用是维持减速器在轴向方向上的长度一致。5段 该轴段直径，所用轴

14、承和第一周段相同，由于轴承宽度为37mm ，在这里取6段 该轴段直径，7段 该轴段为固定开式齿轮为保证能正常使用，取，足够长的轴段长度（4）轴强度校核过程省略 。以上轴的强度校核以省略，一方面，在选取轴径和材料的时候，已在很大程度上保留了余地。如果有兴趣详见可参考机械设计基础（第五版）十四章第四节。 七、键的选择与强度验算本次二级减速器中，每一根轴上都带有两个键，计算轴的最小直径时应当按7%-10%放大.其中第一根轴上一个连接联轴器，一个周向固定齿轮；第二根轴和第三根轴上的两个键均用来固定齿轮。现将键所在的轴段的参数列出如下：连接联轴器连接小齿轮连接大齿轮连接小齿轮连接大齿轮连接开式齿轮轴段长

15、L(mm)828882114107107轴径d（mm）384560608068（1）选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的尺寸的齿轮有定心精度要求，应用平键。 I轴与联轴器相连的键，由轴径选择键由式10-26挤压强度条件为 其中 由表10-10 查得 则满足强度要求。轴上轴毂链接键，采用A型平键，取用A14960满足强度要求II轴与轮毂相连的键，由轴径选择键和键由式3-1挤压强度条件为 其中 由表10-10 查得 则 满足强度要求。则 满足强度要求。III轴与二级减速中的大齿轮相连的键，由轴径选择A键和轴与轮毂相连的键，由轴径选择键由式3-1挤压强度条件为 其中由于减速器的载荷稳定，可认为是

16、静载荷作用取 则 满足强度要求。则 满足强度要求。轴弯扭校核之后又通过计算轴承强度从新选择了轴承,但轴承间距变化很小,而且轴的强度余量很大,故不须要重新校核。八、轴承选择与寿命计算1、轴承选择轴承代号N209EN311N215基本额定负荷/KN58.293.284.8极限转速/r*min-1630048004000外径D82120130宽度B1929252、校核使用公式进行校核，均满足寿命要求，校核过程略，详见课本机械设计基础（第五版 ）十六章第三节。，轴采用C12860连接联轴器轴采用A14960进行轴毂连接II轴用连接大齿轮，用链接小齿轮III轴上的键均可采用九、联轴器的选择类型选择:选择

17、HL型弹性柱销联轴器，按选取。与I轴相连的联轴器型号HL3联轴器，公称扭矩为630Nm.十、减速器的润滑与密封该二级圆柱齿轮减速器，因为传动装置属于轻型的，且传速较低，所以其速度远远小于，所以采用脂润滑，箱体内选用SH0357-92中的50号润滑，装至规定高度.其中油的粘度大，化学合成油，润滑效果好。密封性来讲为了保证机盖与机座联接处密封， 联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗度应为密封的表面要经过刮研。而且，凸缘联接螺柱之间的距离不宜太大，并匀均布置，保证部分面处的密封性。十一、减速器的结构和附件设计减速器的箱体采用铸造（HT150）制成，采用剖分式结构.1. 机体有足够的刚度在

18、机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。因其传动件速度小于12m/s，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H为50mm为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为6.3。3. 机体结构有良好的工艺性.铸件壁厚为8，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便。4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用

19、M8螺钉紧固。B 油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。C 油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.D 通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡。E 启盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹。F 定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向

20、各安装一圆锥定位销，以提高定位精度。G 吊耳与吊钩：在机盖上直接铸出吊耳和吊钩，用以起吊或搬运较重的物体。减速器机箱体结构尺寸如下：名称符号计算公式（mm）结果（mm）箱座壁厚10箱盖壁厚10箱盖凸缘厚度15箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度20地脚螺钉直径M22地脚螺钉数目查手册4轴承旁联接螺栓直径M16机盖与机座联接螺栓直径=M12轴承端盖螺钉直径=M6视孔盖螺钉直径=M8定位销直径=9.5，至外机壁距离查机械课程设计指导书302218，,至凸缘边缘距离查机械课程设计指导书262016外机壁至轴承座端面距离=+40大齿轮顶圆与内机壁距离10齿轮端面与内机壁距离15机座肋厚8.5 轴承端盖外径+

21、89（1轴）150（2轴）210（3轴）轴承旁联结螺栓距离189（1轴）150（2轴）210（3轴）十二、设计小结这次为桥式起重机大车行走机构设计的减速装置是两级展开式圆柱齿轮减速器，这是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念并自行按设计要求设计进行设计的实践考验，对于提高我们机械设计的综合素质大有用处。机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、公差与配合、CAD实用软件、机械工程材料、机械设计手册等于一体。学院为了保证对每一个学生的培养质量，设了为期两周的“机械课程设计”。接到任务书之后，我搜集了多方面的相关资料，对从电动机开始至工作

22、机为止的传动部分，经过设计、计算、选型、校验以及再设计、再计算、再选型、再校验的复杂、枯燥、重复的过程，终于在规定的时间内将全部的任务完成。在设计过程中，我专心致力于其事。前期以设计，计算，选型为主，后期则将重点放在校核与画图上。两周时间，几乎天天埋头于公式、手册之中，可谓废寝忘食。为了加强锻炼，我采用了计算机绘图。动态的效果细化到了每一个零部件的倒角、圆角；图中的每一处重要的尺寸、结构都严格按照国家的相关标准设计绘制。说明书方面，也充分发挥了计算机的优势，结合我所掌握的全部知识，使其具有图文并貌的页面，并且尽量靠近毕业设计的编写格式。本次专业课程设计让我获益非浅。由于时间紧迫，所以这次的设计

23、存在许多缺点，比如说箱体结构庞大，重量也很大。齿轮的计算不够精确等等缺陷，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更紧凑，传动更稳定精确的设备。设计中，指导教师元老师为我提供了多方面的帮助，对于存在的问题及时做出了解答，使我避免了很多错误，少走了许多弯路。在此，我对老师表示衷心的感谢和真诚的祝福！十三、参考文献1.程志红主编。机械设计。南京：东南大学出版社 ，20062.程志红、唐大放主编。机械设计课程上机与设计。南京：东南大学出版社，20063.朱龙根主编。简明机械零件设计手册（第二版）。北京：机械工业出版社，20054.李爱军，曾维鑫主编。画法几何及机械制图。徐州：中国矿业大学出版社，2004其他有关数据见装配图的明细表和手册中的有关数据。设 计 者：杨亚楠2011 年 7 月 4 日