设计一电动绞车传动装置

一、设计参数

某电动绞车的传动装置如图所示。己知：
1、绞盘卷筒拉力F=6900N,卷简转速n=40r/min;
2、绞盘卷筒直径D=460mm:
3、使用年限h=13
年，工作班制：1班；
4、生产情况：批量生产口，单件生产口：
5、间歇单向运转，载荷平稳，卷筒转速允许±5%误差。

工作拉力F	卷筒转速n	卷筒直径D	工作年限	工作班制
6900	40	460	13	1

设计内容：

1、绘制图纸：减速器装配草图1张，减速器装配图1张，零件图2张：
2、设计说明书1份。

二、总体设计

1.电机选择

联轴器	高速轴承	齿轮1	低速轴	齿轮2	鼓轮轴承	总效率	卷筒效率
0.99	0.99	0.97	0.99	0.95	0.99	0.885	0.95

工作机的阻力矩$\begin{aligned} T_w&=F*R \\ &=6900N*0.23m\\&=1587 N·m\end{aligned}$

工作机所需功率$\begin{aligned}P_w&=\frac {T_wn_w}{(9550\eta_w)}\\&= \frac{1587*40}{9950*0.95} \\&=6.716kW \end{aligned}$

所需电机功率$P_d=P_w/\eta=7.588kW$
选用YE4-160L-6型电机参数如下：

额定功率$P_m$	11kW
同步转速	1000
满载转速$n_m$	975
$\frac{堵转转矩}{额定转矩}$	2.0
$\frac{最大转矩}{额定转矩}$	2.1
伸出端长度E	110mm
伸出端直径D	42k6
机座高度H	160mm

2.传动比分配

$\begin{aligned}i&=n_m/n_w \\ &=975/40 \\&=24.375\end{aligned}$
使用公式$i_2=\sqrt {(1.3~1.4)i}$
取开式齿轮传动比 $i_2=5.63$时，$i_1=4.33$或$i_2 = 5.84,i_1=4.17$

采用$i_2=5.63$，$i_1=4.33$

3.传动参数计算

电机0轴：

功率：$P_0=7.588kW$
转速：$n_0=975 r/min$
输入转矩$T_0=9550*P_0/n_0=73579.08N·mm$

高速轴1轴：

功率$P_1=P_0 \eta_1=7.512kW$
转速 $n_1=n_0=975r/min$
输入转矩 $T_1=9550*P_1/n_1=73.6N·m$

低速轴2轴：

功率$P_2=P_1 \eta_2\eta_3=7.214kW$
转速 $n_2=n_1/i_1=225.2r/min$
输入转矩 $T_2=9550*P_2/n_2=306.0N·m$

鼓轮2轴：

功率$P_3=P_2\eta_4\eta_5=6.785kW$
转速 $n_3=n_2/i_2=40.0r/min$
输入转矩$T_3=9550*P_3/n_3=1620.0$

三、轴的设计

对于轴的设计初步估算轴的直径使用：

$$d\geq C \sqrt[3]{ \frac{P}{n}}$$

对于40Cr材料取C的值为106，计算轴的直径$d_1=20.94mm$
对于45#钢C取值118，计算轴的直径为23.3，，
有两个键槽，直径增大10%为24.5mm，取标准尺寸28
电机输入轴径为42mm，联轴器选用LM145
第一段轴径为28mm
第二段安装轴承盖与密封圈，取直径30mm,密封圈采用FB型唇形密封圈，内径30mm，外径采用42mm。
基本宽度b为7，最小内孔深h取8.2倒角长度C取1.2-1.5，rmax取0.75
第三段安装轴承，轴承选用圆锥滚子轴承，采用30207，内径35，外径72
第四段安装齿轮，轴径采用42，为轴承安装最小需求
第五段为轴肩，用于安装齿轮，取42+8=50mm
第六段安装轴承，同第三段

四、齿轮设计

第一组齿轮

第一组齿轮传动比为4.33

1.选择材料及确定许用应力

	材料	热处理	齿面硬度	接触疲劳极限$\sigma_{H\ lim}$	弯曲疲劳极限$\sigma_{FE}$	接触安全系数SH	弯曲安全系数SF	接触许用应力	弯曲许用应力
小齿轮	40MnB	调质	280	720	595	1.1	1.25	654.5	476.0
大齿轮	ZG35SiMn	调质	250	615	510	1.1	1.25	559.1	408.0

2.按齿面接触强度设计

设齿轮按8级精度制造。
取 $\alpha = 20$ 。载荷系数 $K=1.5$。齿宽系数$\phi_d=b/d_1$。
小齿轮转矩$T_1=9550*P_1/n_1=73579.08N·mm$
计算接触许用应力$\sigma_H=559.1Mpa$
材料弹性系数$Z_E=188.90(MPa)^{0.5}$
齿数比$u=4.33$
小齿轮分度圆直径$d_1\geq2.32 \sqrt[3]{\frac{KT_1}{\phi_d}\frac{u+1}{u}(\frac{Z_E}{[\sigma_H]})^2}=57.86mm$
小齿轮取$z_1=21,则z_2=z_1u=91$
实际传动比$i_{12}=z_2/z_1=4.3333$,误差=0.08%
模数$m=d_1/z_1=2.755$，取标准模数$m=3mm$
齿宽$b=\phi_dd_1=57.86$
取大齿轮$b_2=58mm$,小齿轮$b_1=b_2+7=65mm$
实际小齿轮$d_1=mz_1=63mm$大齿轮$d_2=mz_2=273mm$
中心距$a=(d_1+d_2)/2=168mm$

3.验证齿轮弯曲强度

齿形修正系数$Y_{Fa1}=2.75,Y_{Fa2}=2.21$
应力修正系数$Y_{Sa1}=1.55,Y_{Sa2}=1.78$
小齿轮弯曲应力$\sigma_ {F1}=\frac{2KT_1Y_{Fa1}Y_{FS1}}{bm^2z_1}=76.59Mpa$小于弯曲许用应力$[\sigma_{F1}]=476.0$Mpa
大齿轮弯曲应力$\sigma_ {F1}=\frac{2KT_1Y_{Fa2}Y_{FS2}}{bm^2z_1}=79.21Mpa$小于弯曲许用应力$[\sigma_{F2}]=408.0$Mpa

4.齿轮的圆周速度

圆周速度$v=\frac{\pi d_1n_1}{60*1000}=3.22m/s<$ 8级精度直齿圆柱齿轮许用圆周速度$[v]=6m/s$。
同时$v>2m/s$，减速器采用浸油润滑。

	材料	热处理	齿面硬度	接触疲劳极限$\sigma_{H\ lim}$	弯曲疲劳极限$\sigma_{FE}$	接触安全系数SH	弯曲安全系数SF	接触许用应力	弯曲许用应力
小齿轮	20CrMnT	渗碳淬火	56HRC	1500	850	1	1.25	1500.0	680.0
大齿轮	20Cr	渗碳淬火	56HRC	1500	850	1	1.25	1500.0	680.0

五、箱体参数设计