中国矿业大学机械塔式起重机行走部减速装置设计书

中国矿业大学机械塔式起重机行走部减速装置设计书
计 算 及 说 明
一、设计任务书
1、 设计条件
1） 机器功用 塔式起重机有较大的工作空间，用于高层建筑施 工和
安装工程起吊 物料用，起重机可在专用钢轨上水平行走。

2） 工作情况 减速装置可以正反转，载荷平稳，环境温度不超 过 40C ；
3） 运动要求运动速度误差不超过5%
4） 使用寿命 忙闲程度中等，工作类型中等，传动零件工作总 数10
4
小时，滚动轴承寿命4000小时；
5） 检修周期500小时小修；2000小时大修； 6） 生产批量单件小批量生产； 7） 生产厂型中型机械制造厂。

2、 原始数据
题 号
运行阻力
（KN ） 运行速度
（m/s ） 车轮直径
（mm ） 启动系数
kd H2
1.6
0.7 350
1.4
3、 设计任务
1） 设计容 电动机选型；减速机设计；开式齿轮传动设计；传 动轴
设计；轴承选择计算；键、联轴器选型设计。

2） 设计工作量 减速器装配图一（A1）；零件图2 （A3）,分别为 高速级输入轴和输出轴上大齿轮；设计说明书一份。

3） 设计要求至少一对斜齿。

4. 传动装置总图
1—电动机；2—减速器；3—传动轴；4—开式齿轮传动；5—车 轮；6—轨道
L h =10000h
F=1600N V=0.7m/s D=350mm
=3.56m/s
d =
1.2
z1=27
19
1.1
K 1.2
-齿向载荷分布系数由推荐值1.0T.2
1 1
重合度 a 1/2 z i tan a ati tana( z tan a at2 tan a t i.69 Y sa2 i.63
重合度系数Y 0.25 0.75/ a0.694
Y Fa2
2.52 螺旋角系数Y，推荐0.85~0.92选0.89 a' 2i.i5o
2 KT
F1 ——Y Fai Y sai Y Y 43.3 N / mm2
b i d i m n
m f i.55mm
F2 bd
1诈82乙2丫丫45.3
b2d i m n N / mm2
Y =0.694
许用弯曲应力[F]由式6-i2 （教材）,[F]Flim
S
F min
Y N Y X
Fi
,F2满足弯曲疲劳极限Flim 查图6-7 （教材），双向传动乘以0.7
2
F limi =420N / mm
2
Fiim 2=37i N / mm
弯曲强度寿命系数Y N查图6-8 （教材）
Y Ni Y N 2
i
弯曲强度尺寸系数Y X查图6-9 （教材）（设模数m小于5mm）
Y x=i
弯曲强度最小安全系数S Fmin
5= min =i.4
则
2
[F[=300 N / mm
2
[F2]=265 N / mm
综上知，齿轮弯曲强度满足
大齿分度圆直径d2 m n Z2 /cos 2i7mm，圆整取2i8mm
根圆直径d f d fi d i 2h f40.5mm
d f2 d2 2h f 214.5mm
顶圆直径d a d a1d1 2h a46mm
d2 218mm
d a2 d2 2h a 220mm
d f1 40.5
2、低速级齿轮设计： d f 2
由表6.2 （教选
小齿轮40cr 调质214.5mm
大齿轮45 正火d
a1 46mm
许用接触应力［H］由式6-6 （教
材），[H]= H lim -7
S
Z N
S H min d a2 220mm
解除疲劳极限Him查图6-4
（教材）
2
H iimi =700N / mm
2
Hi im2600 N / mm
接触强度寿命系数Z N应力循环次数N由式6-7 （教材）得小齿轮
循环次数
N i 60n2jL h 60 284 1 10
1.41 108
4
N2 N1/i2
N2 4.12 107
查图6-5 （教材）得
Z N1=1.18
Z N2 =1.11
接触强度最小安全系数S H min
取S H min =1Z N1 =1.18 则Z N2 =1.11
2
[H1]= 700 1.18/1 =826N / mm
计算及说明结果3
d|
Z E Z H Z S K T I u 1
"彳H d U
齿宽系数d参考表6.9 （教材）
d 0.8 d 0.8
由于齿轮为非对称布置
选小轮齿数z128 Z1 28 大轮齿数z i1z1 1.55 28 43.4 , Z2 43.4
齿数比 u z2/z1 1.55
小轮转矩T5 33209N/mm 2
2
T533209N/mm
载荷系数K K A K V K K
-使用系数查表6.3 （）教材
K A 1.25 K A1.25 -动载系数由推荐值1.05~1.4
取 K V 1.2
-齿间载荷分配系数1.0~1.2
取 K 1.1 K
V 1.2
-齿向载荷分布糸数由推荐值 1.0~1.2
取 K 1.1 K 1.1
K K A K V K K 1.25 1.2 1.1 1.1 1.81
材料弹性系数查表6.4 （教材）锻钢Z E189・8仪爲K 1.1
节点区域系数Z H查图6-3 （教材）Z H 2.4 K 1.81
重合度系数Z由推荐值0.85~0.92，取Z 0.9 Z E189气|
Z H 2.4
2 mm
计算及说明结果3
挤Z E Z H Z 2K「u 1
故d i 」E H 1102.16mm
y H d u
齿轮模数m =d1/z1=3.64加大15%
即m m' 1.15=4.19 取标准m=4.5
小轮分度圆直径d1 mz1=126mm
大齿分度圆直径d2 mz2195.3mm
圆周速度v d1n / 60000
v 0.46m/ s
标准中心距a m (z1 z2) /2 107mm
齿宽 b d1 d 100.8mm 给b=100mm
大轮齿宽b2 b=100mm
小轮齿宽b b2(5 ~ 10) =105mm
由式6-10(教材)得
2KT1
F_ 1Y F a Y5a Y F
bd1m
查表6.5 (教材)应力修正系数齿形系数
小轮 Y S91 1.61 小轮 Y F91 2.55
大轮 Y S92 1.725 大轮 Y FB2 2.29
重合度a1/2 乙tana a1 tana z? tana a2 tana
1.704
重合度系数Y 0.25 0.75/ a 0.69
2 KT Z 0.9
d1102.16mm
m=4.5
d1126mm
d2195.3mm
v 0.46m/s a 107mm
b=100mm
b2100mm
b1105mm
Y sa1 1.61
Y Fa1 2.55
Y sa2 1.725
Y Fa2 2.29
a 1.704
Y 0.69
计算及说明结果
F22KT I Y Y
--- ---- ；丫Fa2
丫Sa2 dd i m
5.4 N / mm2
F 1
12.4
根圆直径d f d fi d i 2h f 114.35mm N / mm2
d f 2 d2 2h f 184.05mm F 2 5.4 顶圆直径d a d a2 d2 2h a 204.3mm N / mm2
d f1 114.35m
m
d f 2 184.05m
m
七、轴的设计计算
轴的设计
d a2 204.3mm
（一0 .高速轴设计
已知n=1420r/min , T=19.77 N m T' =T/2=9.885 N m
1
求作用在齿轮上的力（斜齿）
2T
圆周力 F t1—1 0.45 KN d i
径向力F r - F t
tan
cos
丄 0.16 KN
F t1 0.45KN
轴向力F a F t tan 0.17 KN F r 0.16KN 法向力F n F t / (cos n cos ) 0.488 KN
F a 0.17KN
F n 0.488KN
计算及说明结
果
初选轴的材料为45#,调质处理。

查表8.6 （教材）A0=110,
因为要在最小轴径处开联轴器固定键槽，故最小轴径应加大3%
d1 1.03d min 14.19mm
输入轴的最小直径是安装联轴器处的直径。

选取联轴器的型号。

联轴器的计算转矩公式为
(11)
查表14-1 （教材），取K A=1.3，则几=1.3 X 18.76 N
m
=24.38 N m 根据G =22.5 N m及电动机轴径D=28mm查标准
GB4323-1984选用TL5型弹性套柱销联轴器。

确定轴最
小直径 d min =25 mm
2.轴的结构设计
拟定轴上零件的装配方案。

经分析比较，选用如图所示的装配A。

=110
d min =14.77mm
14.77mm
d min A
结果方案
结 果
436
二 ------- —
vffl w m v
iv m n 1
根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
1） 联轴器采用轴肩定位，查GB 联轴器尺寸可知
L I II =42mm 又因联轴器采用轴肩定位，肩高 3.5mm ，
2） 有前面传动方案分析知，初选深沟球轴承。

根据
d II “I =30mm 查GB276-89初步取0组游隙，0级公差的 深沟球轴承 61907，故dm iv
d vii VIII =35mm
3） 取d v vi =37mm 根据小斜齿齿宽取L iv v L vi VII =76mm 4） 由于箱体壁到轴承座孔端面的距离
L |
C 1 C 2 （5~10）mm （教材），取 L =45mryi 采
用凸缘式轴承盖，则L II in =53mm
5） 选定齿轮端面到箱体壁的距离为 16mm
根据角接触球轴承尺寸标准可知 L
III iv
=25 m （轴承多
出轴外端面 3=2mr ） L vii viii 25mm
6）根据总的传动方案，参考大小斜齿齿宽及中速轴上直齿 齿
宽选定
Lv~L ^=115mm
3. 轴上零件的周向定位
半联轴器与轴的周向定位采用普通 C 型平键连接，按 d i II =25 =mm, L i n =42mm
查 GB/T1095-2003 取 b h l =8mrH 7mn h< 33mm 。

校
41
221
41 60 26 134
结果
核：
4 ）绘制轴的弯矩图与扭矩图
结
果
当量弯矩 M ca [M 2
（ T ）2
=36265.1N.mm （教材）取a =1 根据扭力弯矩图确定危险面并根据上表对危险截面进行 校
核，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a =0.6，轴的计算应力
ca
皿 4.9MPa
W
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表8.2，8.9 （教材）， 得 ,=60MPa 因此ca V ,，故轴安全。

（二）中速轴的设计与校核
已知 TH =91.8 N m , nU =281r/min
肿丨丨I 丨丨丨丨I IZ
昇|丨||丨丨丨叽 昇H 丨丨丨丨丨叽
载荷
水平面H 垂直面V
支反力
F
R H1 R H
2 470N
R V1 &2
190N
弯矩 M H =27260N mm M V =13570N mm
总弯矩
M
M =30531.5 N mm
扭矩T
T=19570N mm
结果1•求作用在齿轮上的力
计 算 及 说 明
F t2 F ti =293.7N ，F 「2 F“=106N F a2 F ai =130N F t3 2T
— =2937.3N
d
3
F r3 F t3ta n20°=1069 N
轴上力的方向如下图所示
初步确定轴的最小直径
初步确定轴的最小直径，方法同上，选取轴的材料为 45钢,
调质处理。

查表8.6 (教材)，取A 0=110，于是得 d min AX 3-冷
mm=24.64mm 该轴的最小直径为安装轴承处的直 径，参考 GB 取 d H min =30mm 3.轴的结构设计
(1)拟定轴上零件的装配方案，如图
(2)确定轴的各段直径和长度
1 )根据d n min =30mm 取 d i H =30mm 轴承与齿轮1，3之间
采用挡油环定位，取d || HI d v vi =36mr ，齿轮1与齿
E ：
n
X
IV
IX
V
m
■■
Q
I
计算及说明
结果
轮2之间用套筒定位，取d m iv=42mm,齿轮2与3之
间采用轴环定位，查阅资料取h=5mm,则v=52mm, 查资料知两齿轮之
间间隙为10mm计算得出
L iv v 7.5mm 取L m IV =105-3=102 mm，则
L ii HI 62.5mm L v vi 52mm
2）根据GB/T283-1994选NF206型圆柱滚子轴承，初步选
取0组游隙，0级公差的，则取Ln | L VI VII=42.5mm，
3）轴上零件的周向定位
齿轮的周向定位都采用普通A平键连接
查GB/T1095-2003取各键的尺寸为
1、bx hx L=10mrt^ 8mm< 40mm
2、bx hx L=10mrX 8mnX 70mm
3、bx hx L=10mrX 8mnX 30mm
中速轴的校核：
4）绘制轴的弯矩图与扭矩图
1 「厂 1 □1—1 丁厂1 □1
载荷水平面H 垂直面v
结果
忸叫 w v iv m HI
（2）根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度
1）取dK - X = d I - H =40mr，i LK - X = LI - H =81mr，i
考虑到
避免干涉现象，联轴器采用套筒定位。

因此取dW - VD
=43mm联轴器外部用轴端挡圈固定。

2）查GB初选NF209型圆柱滚子轴承，故dm- V =dV- Vffl
=45mm
3）轴承采用嵌入式端盖定位。

考虑到端盖的轴肩定位，取 d V - V =60.
4）考虑到齿轮采用轴肩定位，给 d m - V =55mm Lm - V =100-3=97mm齿轮的另一端采用轴套定位。

给dH - m
=50mm
5）因为箱体壁轴的长度应相等，根据结构图，确定LH - m =86.5mm
L V - V =83.5mm
6）参考轴承宽度，以及轴承到箱体壁的距离取8mm确定LV-
W =25mm
3）轴上零件的周向定位
齿轮，半联轴器采用普C连接，轴的周向定位采用普A 连接，查GB得：
1、3: bx hx L=16mrH 10mm< 60mm
2: bx hx L=14mrX 9mnX 50mm
校核：
4 ）绘制轴的弯矩图与扭矩图
结 果
W
前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表8.2 （教材）得 ,=60MPa 因此ca V 1，故轴安全。

八、轴承的选择和校核计算
已知轴承的预计寿命为L h =2000h
i •输入轴承的选择与计算
由轴I 的设计知，初步选用深沟球轴承，由于受力对称，只
需要计算一个，其受力F r =
=3，转速 n=1420r/min
1）查GB 知深沟球轴承的基本额定动载荷 C=9500N 基本额定
T
^rrnTmTm^
^rrTTTTTnTrrr^
^rrnTnTnrr^
M （T
）2
22.49MPa
载荷 水平面H 垂直面V 支反力
F
R H1 R H2 1342.15N
R V1 R/2 488.5N
弯矩 M H =202664N mm M V =73763.5 N mm
总弯矩
M
M =215638.6 N mm 扭矩T
T=306860N mm
ca
汗
r1
2 F t12
=506.95 N ，F a =0,£
按弯扭合成应力校核轴的强度
根据上表对危险截面进行校核，以及轴单向旋转，扭转切应 力为脉动循环变应力，取a =0.6，轴的计算应力。