卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)含7張CAD圖,卷揚(yáng)機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad 卷 揚(yáng) 機(jī) 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 摘 要 卷揚(yáng)機(jī)別名也就是絞車，是利用機(jī)械動(dòng)力使卷筒卷繞繩索來垂直提升，水平或 傾斜拖拽重物的裝置。隨著工業(yè)發(fā)展越來越迅速，起重設(shè)備種類越來越多，也越來 越先進(jìn)，但是卷揚(yáng)機(jī)依舊在各個(gè)需要起重的行業(yè)被需要。卷揚(yáng)機(jī)即絞車的種類很多， 本人的設(shè)計(jì)主要是卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中主要由二級(jí)齒輪減速器和開 式齒輪傳動(dòng)組成了傳動(dòng)部分，焊接式滾筒作為工作部分。 卷揚(yáng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在利用率和方便這兩個(gè)方面依舊在未來起重設(shè)備中 占有重要地位，卷揚(yáng)機(jī)未來的發(fā)展將向自帶電源、極小型手提、大型化發(fā)展。 關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；二級(jí)齒輪減速器；開式齒輪傳動(dòng)；滾筒 Abstract The winch is also known as winch. It is a device that uses mechanical power to cause the drum to wind around the rope to lift it vertically and drag it horizontally or diagonally. As the industry develops more and more rapidly, the types of lifting equipment are more and more, and more and more advanced. However, the winding machine is still needed in various industries that need lifting. There are many types of winches for winches. In this design, the transmission part is mainly composed of a two-stage gear reducer and an open gear transmission, and the welded reel serves as a working part. Although the winch has a simple structure, it still occupies an important position in the lifting equipment in terms of both utilization and convenience. The future development of the winch will be based on self-contained power supply, extremely small hand-held, and large-scale development. Key words: hoist; transmission system; secondary gear reducer; open gear drive; reel 目 錄 引 言 ....................................................................................................................................1 第一章 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 ..................................................................3 1.1 本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)選定 ...............................................................................................3 1.2 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................................3 第二章 減速器和開式齒輪的設(shè)計(jì) ......................................................................................4 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ...............................................................................................................4 2.1.1 初步選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) .............................................................................................4 2.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 .................................................................................................5 2.2 計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的各級(jí)傳動(dòng)比 .......................................................................................6 2.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 .........................................................................................6ai 2.2.2 確定減速器中每一級(jí)的傳動(dòng)比 .............................................................................6 2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)件的基本參數(shù) ...................................................................7 2.3.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速 ni .................................................................................................7 2.3.2 計(jì)算四根軸的輸入功率 .........................................................................................7 2.3.3 計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T .............................................................................................7 2.4 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 .......................................................................................8 2.4.1 第一級(jí)齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 .................................................................................8 2.4.2 第二級(jí)齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 ...............................................................................11 2.4.3 齒輪軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 ...................................................................................13 2.5 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................................16 2.6 減速器滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 .........................................................................18 2.7 減速器的潤(rùn)滑 .............................................................................................................19 2.8 開式齒輪的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核 .................................................................................20 第三章 滾筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選擇 ................................................................................23 3.1 滾筒整體的設(shè)計(jì) .........................................................................................................23 3.1.1 滾筒的材料 ...........................................................................................................23 3.1.2 計(jì)算滾筒基本參數(shù) ...............................................................................................23 3.1.3 滾筒壁的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核 ...............................................................25 3.2 滾筒軸的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核 .....................................................................................26 3.3 鋼絲繩材料的選擇及其計(jì)算 .....................................................................................29 第四章 其他零件的設(shè)計(jì) ....................................................................................................31 4.1 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................................................................31 4.1.1 制動(dòng)器 制動(dòng)力矩的計(jì)算 .......................................................................................31 4.1.2 制動(dòng)器熱量計(jì)算 ...................................................................................................32 4.2 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .............................................................................................................33 第五章 本卷揚(yáng)機(jī)的使用簡(jiǎn)要說明 ....................................................................................35 結(jié) 論 ..................................................................................................................................36 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................37 謝 辭 ..................................................................................................................................38 1 引 言 卷揚(yáng)機(jī)的功能 卷揚(yáng)機(jī)別名絞車，是用來起升下降重物一種設(shè)備。廣泛用于重物的吊裝，樁， 材料和冷拔鋼筋設(shè)備和其他工程的安裝。 絞車的功能一般來說就是利用滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼絲繩升起或下降重物，卡車起 重機(jī)已經(jīng)取代了施工絞車。例如，塔式起重機(jī)用于在施工現(xiàn)場(chǎng)提升材料和產(chǎn)品。由 于大型建筑物常用的塔式起重機(jī)成本高，而且由于其靈活性差，所以起重機(jī)械也是 必不可少的，以便于提升。施工升降機(jī)也用于伐木作業(yè)。建筑行業(yè)的冷拉鋼棒，小 礦廠的起重和組裝材料。由于施工絞車有很多應(yīng)用，所以它們?cè)诘V業(yè)、水利、農(nóng)業(yè)、 軍事以及水下作業(yè)都擔(dān)任著各自的責(zé)任。 卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展 公元前一千一百多年的時(shí)候，我國(guó)祖先們發(fā)明了轆轤，也就是打井水的裝置， 這就是手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的雛形。但是自從工業(yè)革命后中國(guó)的閉關(guān)鎖國(guó)，工業(yè)知識(shí)水平全 面落后于國(guó)外，沒有能力設(shè)計(jì)制造出卷揚(yáng)機(jī)所以當(dāng)時(shí)我國(guó)使用的卷揚(yáng)機(jī)全部進(jìn)口。 到了 20 世紀(jì) 50 年代我們才開始擁有自己生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的能力。自 20 世紀(jì) 70 年代以 來，我國(guó)起重機(jī)械的生產(chǎn)引入了技術(shù)和知識(shí)，才初有規(guī)模的進(jìn)行多樣化的生產(chǎn)。 20 世紀(jì) 70 年代后期以來，隨著我國(guó)的發(fā)展導(dǎo)致了絞車大量生產(chǎn)和產(chǎn)量增加。到 現(xiàn)在為止，絞車的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)已經(jīng)變得更加成熟。目前絞車的品種眾多，根據(jù)不同 的用途擁有多種結(jié)構(gòu)。 卷揚(yáng)機(jī)計(jì)算前期準(zhǔn)備 卷揚(yáng)機(jī)的使用頻率等級(jí)：在設(shè)計(jì)壽命時(shí)間內(nèi)完成表示為總的總工作周期系數(shù) 。tN 工作周期是指從負(fù)載準(zhǔn)備就緒到上升到下一個(gè)負(fù)載的整個(gè)過程。 卷揚(yáng)機(jī)的使用等級(jí)見下表（1.1） 。 2 表 1.1 卷揚(yáng)機(jī)的使用等級(jí) 使用等級(jí) 總工作循環(huán)次數(shù) tN說明 U0 4106.使用頻率較低 U1 23 U2 4. U3 510 U4 .2使用頻率適中工作強(qiáng)度低 U5 5使用頻率中等 U6 610使用頻率稍高 U7 2使用頻率很高 3 第一章 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 1.1 本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)選定 1）工作部分 。50NFk 2）工作部分 v=18m/min。 1.2 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的卷揚(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、聯(lián)軸器、卷筒五大項(xiàng)組成的， 其中傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括二級(jí)圓柱齒輪減速器和兩個(gè)開式齒輪傳動(dòng)組成的，下圖為卷 揚(yáng)機(jī)簡(jiǎn)單示意圖： 圖 1.1 卷揚(yáng)機(jī)的簡(jiǎn)單示意圖 1.電 動(dòng) 機(jī) 2制 動(dòng) 器 3.減 速 器 4聯(lián) 軸 器 5卷 筒 4 第二章 減速器和開式齒輪的設(shè)計(jì) 因?yàn)樵谛Ｍ饪吹骄頁P(yáng)機(jī)實(shí)物圖所以根據(jù)所見卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)在本卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)題目中用到的是二級(jí)圓柱齒輪減速器。 圖 2.1 建筑工地實(shí)拍卷揚(yáng)機(jī) 2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 2.1.1 初步選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) 在設(shè)計(jì)過程中，有必要根據(jù)工作條件和運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度、基本參數(shù)以及傳輸 的功率來對(duì)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的進(jìn)行合理選擇。電動(dòng)機(jī)種類如下： 圖 2.2 電動(dòng)機(jī)種類 上圖中籠型異步電機(jī)是應(yīng)用最廣泛的且在工程或設(shè)計(jì)中最常見的一類，如果設(shè) 電動(dòng)機(jī) 交流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī) 異步電機(jī) 同步電機(jī) 籠型電動(dòng)機(jī) 繞線型電動(dòng)機(jī) 5 計(jì)或工程對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有特殊的要求，一般情況下可以選擇 Y 型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 因?yàn)樗鼈冃矢?，性價(jià)比高，基本無噪音，可靠性高。這種電動(dòng)機(jī)在簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中 擁有很高的使用率，所以無論從壽命還是成本上來說都是最符合要求的。 卷揚(yáng)機(jī)是一種不連續(xù)的工作機(jī)械，它的工作往往是只需要一定的時(shí)間，所以需 要頻繁的開啟和停機(jī)。在工業(yè)設(shè)計(jì)中這種利用頻率的機(jī)器的電動(dòng)機(jī)一般選用 YZR 系 列，所以在本設(shè)計(jì)中，初步選擇電機(jī)為 YZR 系列中的 380V 三相繞線電動(dòng)機(jī)，這種 電機(jī)專門用于驅(qū)動(dòng)各種起重設(shè)備，具有很強(qiáng)的過載能力。 2.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 1.絞車電動(dòng)機(jī)的功率就是工作效率與總功率的比值也就是等于靜功率，所以用 下述公式來計(jì)算 （2-wdp 1） 上式各符號(hào)代表的意義： 滾筒工作效率；wp 電動(dòng)機(jī)至滾筒之間總效率； 由滾筒的阻力與線速度的積與其效率之間的比值關(guān)系可以求得滾筒的工作效 率 ：wp （2-50.317.618WwFVpkW 2） 上式各符號(hào)代表的意義： 滾筒的阻力（N） ；W 滾筒的線速度（m/s） ；V 滾筒的效率； 上式中未知量利用公式可以求得 8501.4321w9=（ 聯(lián) 軸 器 ） .62（ 滾 筒 ） 073（ 齒 輪 傳 動(dòng) ） .984（ 滾 動(dòng) 軸 承 ） 6 2. 滾筒軸轉(zhuǎn)速為: 滾筒節(jié)徑 D 要大于 與 d 的乘積eK dKDe 上式中各符號(hào)代表的意義： ， 直 徑e 19eK 直徑（ mm）d 計(jì)算 mm 根據(jù)原則使 mm456219 459d mm30D 所以： （2-010.31.27/min.45vnrd 3） 查表可知： 1i范 圍開 式 8范 圍柱級(jí) 40 總的傳動(dòng)比的范圍為 24ai 根據(jù)已知條件可知電動(dòng)機(jī)的 nd 的范圍 （2-(2480)13.78.3715.6/mindani r 4） 根據(jù)上述可以確定選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 YZR200L 參數(shù)見下表 : 表 2.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù) 型號(hào) 額定功率(kW) 轉(zhuǎn)速 r/min YZR200L 22 960 2.2 計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的各級(jí)傳動(dòng)比 2.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 ai 傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和滾筒轉(zhuǎn)速比值 （2-nima 5） 上式各符號(hào)代表的意義： 7 nw n滾筒轉(zhuǎn)速 34.72min/.13960rnima 總傳動(dòng)比 的值為各級(jí)傳動(dòng)比 ，見下式ai 10、、 （2-10ia 6） 2.2.2 確定減速器中每一級(jí)的傳動(dòng)比 則5.20i大減為 了 84.253.70ia 因?yàn)楸揪頁P(yáng)機(jī)的減速器選擇的是二級(jí)圓柱齒輪減速器（展開式） ，根據(jù)潤(rùn)滑條件， 查表得 則75.1i 43.75.210i 2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)件的基本參數(shù) 設(shè)計(jì)校核傳動(dòng)件，其中最先要計(jì)算的是每根軸的轉(zhuǎn)速 ni 和轉(zhuǎn)矩 pi 并且校核強(qiáng)度， 為了進(jìn)行上述步驟的方便，所以將我將傳動(dòng)系統(tǒng)中的由電動(dòng)機(jī)輸入軸到滾筒依次簡(jiǎn) 稱為 。 2.3.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速 ni min/960 1rn in/96.175.2ri .34. 23 8. 34inin/2.1r 2.3.2 計(jì)算四根軸的輸入功率 的輸入功率： kwpd 34.2198.0211 734.2 9...23 kp1098.34 8 上式各符號(hào)代表的意義： （kW）dp 1 2 3 2.3.3 計(jì)算各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T 首先計(jì)算最高級(jí)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 Td： （2-mNnPTmdd 85.21960590 7） mNiTd 67.219.0. 101 28.4856722 i 6.43.8 33 70.13909.44 表 2.2 各軸計(jì)算所得參數(shù) 效率 P（kW） 轉(zhuǎn)矩 T（Nm ）軸名 輸入 輸出 輸入 輸出 轉(zhuǎn)速 N（r/min ） 傳動(dòng)比 效率 電動(dòng)機(jī) 軸 22 216.67 960 1 0.97 軸 21.34 20.70 216.67 210.17 960 5.57 0.95 軸 20.29 19.28 1184.28 1125.07 166.96 4.43 0.93 軸 18.9 17.58 4887.46 4545.34 37.69 軸 17.97 17.07 13194.70 12534.97 13.27 2.84 0.95 9 2.4 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 傳動(dòng)部件是一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成部分，傳動(dòng)部件的尺寸、強(qiáng)度、質(zhì)量等等 都決定著這個(gè)系統(tǒng)的壽命、質(zhì)量。而卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩屬于比較大，所以所有的 傳動(dòng)零件都要按照標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)并且要進(jìn)行校核，這決定著操作者的安全。同時(shí)設(shè)計(jì) 時(shí)的尺寸，材料等也同時(shí)影響著整個(gè)卷揚(yáng)機(jī)的成本，因?yàn)榫頁P(yáng)機(jī)的價(jià)格都不高，所 以在考慮到安全性的時(shí)候也要考慮性價(jià)比等問題。本設(shè)計(jì)中減速器主要由直齒輪和 軸類零件組成。 2.4.1 第一級(jí)齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 1)材料的選擇 因?yàn)樾↓X輪的尺寸較小,設(shè)計(jì)成齒輪不僅增加工藝而且減小傳遞精度所以設(shè)計(jì)成 齒輪軸。 表 2.3 齒輪材料及硬度 名稱 材料 硬度 處理 齒輪軸 40Cr 硬度為 241HB286HB,平均取 260HB 調(diào)質(zhì)處理 大出輪 45 鋼 硬度為 229HB286HB,平均取 240HB 調(diào)質(zhì)處理 2)初步計(jì)算小齒輪分度圓直徑 根據(jù)分度圓計(jì)算公式 ，從中找取已知條件3211uTAdHd （2- 1 095058596mPTNmn 8） 在機(jī)械手冊(cè)中查表可以得到 lim17HMPa li250 .d 計(jì)算小齒輪的許用接觸應(yīng)力 1lim19639HHa 2li20.5P 所以將已知條件代入下式得 10 (2-9)mdu TAHd41.80 75.12180332 取整數(shù) 得d 82,3dA取 根據(jù)公式初步算得 mbd11 3) 齒輪的校核 的計(jì)算 : 1 1a中 心 距 (2-10)i 75.26.1281 取整得 m201 v 的計(jì)算: 2圓 周 速 度 (2-11)smnd/27.410698561 設(shè)計(jì)齒數(shù) z1 和 z2 端面模數(shù) mt 和螺旋角 的計(jì)算 3 16.,12zi、 408dt 端面模數(shù)是已知的可以查機(jī)械手冊(cè)得 n （約等于估計(jì)值）812.4arcostnm 齒輪傳動(dòng)的校核計(jì)算 4 小齒輪工作載荷計(jì)算： (2-12)NdTFt 541708261 121cos.3za 69.8400.8 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得數(shù)據(jù)齒向載荷分布系數(shù) HK (2-13)bCdbBAKH3 211 481.06..072 計(jì)算載荷系數(shù)： HVA1 11 4.381.29.1570634 aZ 9..coss11 。 已知條件彈性系數(shù) ZE、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH、接觸最小安全系數(shù) SHlim 和接 觸壽命系數(shù) ZN 均可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 2 1pa8.9ME3.2 、05limHS 18N31.2N 綜上已知條件可得： lim17098.5HZMPaS li221.N 檢驗(yàn)接觸疲勞強(qiáng)度： ubdKTZEH121 75.804.39.078.5.221 H260HMPa 經(jīng)過計(jì)算校核的結(jié)果表示，接觸疲勞強(qiáng)度符合要求，不需要多余調(diào)整。 2.4.2 第二級(jí)齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 1）齒輪材料的選擇： 表 2.4 齒輪材料及硬度 名稱 材料 硬度 處理方法 齒輪軸 40Cr 硬度為 241HB286HB,平均取 260HB 調(diào)質(zhì)處理 大出輪 45 鋼 硬度為 229HB286HB,平均取 240HB 調(diào)質(zhì)處理 計(jì)算齒輪軸的許用接觸應(yīng)力 1lim10.9639HHMPa 2li25 2）初步計(jì)算齒輪軸分度圓直徑 根據(jù)分度圓計(jì)算公式 ，從中找取已知條件3211uTAdHd09950516574.mPNmn 12 在機(jī)械手冊(cè)中查表可以得到 0.1d lim7HMPa li258 所以將已知條件代入下式得： mdu TAHd3.14 43.15216072 321 取整數(shù)得： 5 得dA82,d取 根據(jù)公式初步算得 mbd14511 3) 齒輪的校核 中心距 的計(jì)算 : 1 2a2114.39.72i 選?。? m395 圓周速度 v 的計(jì)算: 2 smnd/27.1069.14062 設(shè)計(jì)齒數(shù) z1 和 z2 端面模數(shù) mt 和螺旋角 的計(jì)算 3 取8.53.,243i、 154z641zdt 法面模數(shù)是一致的查機(jī)械手冊(cè)得 .n （約等于估計(jì)值）71264.5arcostnm 齒輪傳動(dòng)的校核計(jì)算 4 齒輪軸工作載荷計(jì)算： NdTFt 9.1607452322 2341.8cosaz 1. 71.69265。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得數(shù)據(jù)齒向載荷分布系數(shù) HK 13 233210HbKABCbd 4.186..172 HVAK 34..9.5 計(jì)算重合度系： 8.091422az 7coss 2。 已知條件彈性系數(shù) ZE、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH、接觸最小安全系數(shù) SHlim 和接 觸壽命系數(shù) ZN 均可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 1289.PaEM 5. 、05limHS 18N31.2NZ 綜上已知條件可得： lim1170.9HNZMPaSli2258.3 檢驗(yàn)接觸疲勞強(qiáng)度： 2 21HEKTuZdb2 23.48504.31.5189.0.9H23HMPa 通過上述計(jì)算結(jié)果可以看出，接觸疲勞強(qiáng)度符合要求，不需要進(jìn)行多余調(diào)整。減速 器齒輪主要部分參數(shù)整理見下圖。 表 2.5 減速器中齒輪的主要參數(shù) 名稱 符號(hào) 單位 1Z23Z4 螺旋角 度 8402471。 2。 法向模數(shù) nm5.. 法向壓力角 度 。 。2。0。 分度圓直徑 d8478146 齒數(shù) z個(gè) 615 齒寬 bm925 14 2.4.3 齒輪軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 本減速器一共擁有三根軸在齒輪與軸傳動(dòng)過程中，相對(duì)于其他軸來說由于其位 置的特殊性中間軸承受的載荷是最復(fù)雜的。因此只要對(duì)中間軸校核后能符合要求,則 減速器中其他的軸均能符合要求。所以接下來對(duì)中間軸進(jìn)行校核計(jì)算。 減速器中的軸材料均為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理。 查表得： 650BMPa360SPa 135bM 已知中間軸兩項(xiàng)基本參數(shù) ；轉(zhuǎn)速： 。9.28kW min/96.1r a) 作用力的計(jì)算 15 圖 2.3 中間齒輪軸的彎矩受力圖 （2-npT6105.9 14） 6 619.28.50.06Nm Z2 的圓周力 Ft2： （2-NdTt .478122 YA BCD15.145.145.RAZZ RBzAY RYT1 T1Ft2r2Ft3r3 xFt2 Ft3R AY RBYa)b)XYZ平 面 180 260 （ N.m)Fr2 Fr3RAZ RBz 10 180 （ N.m)10 180 （ N.m) 10 （ N.m)108360 1560 c)XAZ平 面d)合 成 彎 矩 e)扭 矩f)當(dāng) 量 彎 矩 16 15） Z2 的徑向力 Fr2: （2-NFtr178402cosan 16） Z2 的軸向力 Fx2: （2-tx 5.13an2 17） Z3 的圓周力 Ft3： NdTt 4.72450. 63 Z3 的徑向力 Fr3: Ftr 8.12cosan Z3 的軸向力 Fx3: tx 3.473 垂直面 （2-NRAY .1024065.8.65.5.1.24917 18） B 7.83940172.3856 彎矩（如圖 2.3） （2-mNRMAYCZ 3108.51 19） BYDZ 56.24 b) 水平面 支反力： （2-mNFRttAZ 3.8294065.1.292 20） ttBZ 1.670.5.22 彎 矩 ： （2-mNRMAZH6.15 21） BZ608.4 17 c) 彎矩的整合： （2-mNMC 62623 10.10.)108.( 22） D 626258.).(6.( d) ： （2-4.065301-b 23） e) 計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)矩： （2-mNT5610.1.40 24） f) ： 大齒輪軸頸中間截面處： （2-NTM836250687)( 22221 25） 右軸頸中間截面處： mT154678014637)( 22222 g) 校核軸頸 （2-..58.03311Md 0.3 26） 2.671.04.33122 m12.67 通過上述設(shè)計(jì)計(jì)算中間符合要求及其他軸同樣符合要求無需調(diào)整。 2.5 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速器結(jié)構(gòu)由其功能、用途和其他特殊的要求而決定，所以一個(gè)減速器的組成 部件有許多種。但是不論功能和任何類型所有的減速器都必須擁有三大基礎(chǔ)部分： 第一部分 軸系部件 軸系部件包括傳動(dòng)件、軸和軸承等組合。 傳動(dòng)件分為箱內(nèi)和箱外兩個(gè)部分，傳動(dòng)件決定減速器的性質(zhì)和功能，所以可以 1 18 看到許多減速器的命名方式就是傳動(dòng)件的名稱加上減速器。 軸:減速器上用來安裝傳動(dòng)件的軸，傳動(dòng)件隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成運(yùn)動(dòng)并傳遞功 2 率和轉(zhuǎn)速。大部分傳動(dòng)件和軸通過鍵的方式連接。 軸承及其配套組合部件 3 （1）軸承 （2）軸承端蓋 軸承蓋用來固定軸承，承受軸向力，以及調(diào)整軸向間隙。 （3）密封 在輸入軸和輸出軸外部，必須在軸承蓋的孔內(nèi)設(shè)計(jì)密封裝置。 第二部分 箱體 減速器箱體是用于支撐和鎖定軸系零件。 這是保證減速器傳動(dòng)部件精度、具有 良好的潤(rùn)滑和密封性能的重要部分，其重量約為減速器總體的 50。 減速器箱體可以分成和一體式殼體。部分分開的殼體的分開的表面基本上是水 平的并且與傳動(dòng)軸的軸線重合。普通變速箱只有一個(gè)剖封面。對(duì)于大型垂直減速器， 也可以使用兩個(gè)分體面，以便于制造和加工。 箱體的材料：灰鐵（HT150 或 HT200） 。箱體是一個(gè)架構(gòu)和受力復(fù)雜的零件，是 用來支持和固定軸系零件以保證傳動(dòng)件的嚙合精度，為減少加工難度和經(jīng)濟(jì)性考慮， 本次設(shè)計(jì)在保證箱體具有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)，將進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)， 縱向和橫向尺寸根據(jù)減速器縱、橫齒輪進(jìn)行計(jì)算，最低抗拉強(qiáng)度 200MPa，灰鑄鐵抗 拉強(qiáng)度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好，適用于鑄造箱體。 在輸入軸和輸出軸外伸處，為了防止灰塵、水汽等雜質(zhì)進(jìn)入箱體，引起零件的 磨損和腐蝕，應(yīng)在軸承蓋孔處設(shè)置密封裝置。 為了提高軸承座端蓋剛度還應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)肋，兩側(cè)連接螺栓應(yīng)盡量靠近。設(shè)計(jì)鑄 造箱體時(shí)，箱體上的加工面和非加工面需要嚴(yán)格區(qū)分開，其中加工面需要高出非加 工面，并且同一面的加工面位于同一平面，利于一次調(diào)整加工。 密封裝置選擇為防止減速器內(nèi)工作環(huán)境影響軸系零件工作，在軸承端蓋處進(jìn)行密封 處理，本次設(shè)計(jì)選擇旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈中的 B 型內(nèi)包骨架型，操縱機(jī)構(gòu)處軸端處采 用防塵罩防止煙塵進(jìn)入箱體。 因?yàn)楸敬巫兯倨飨潴w采用剖分式，因此需要考慮箱體剖分面的密封問題，需要 將各剖分面進(jìn)行密封處理，剖分面需要涂以密封膠或者水玻璃，不得隨意使用其他 填充材料，會(huì)造成箱體內(nèi)零件磨損腐蝕。 潤(rùn)滑劑選擇及防銹處理本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的二級(jí)圓柱齒輪減速器需要考慮潤(rùn) 滑及防銹問題，有以下幾點(diǎn)問題需要考慮： 19 1.箱體中需要裝工業(yè)齒輪油，油量需達(dá)到規(guī)定深度。 2.零件在裝配之前使用沒有清洗，軸承用汽油清洗，晾干后表面涂油。 3.箱體內(nèi)表面涂耐油漆，外表面涂以銀白色漆。 第三部分 附件 為了使減速器更加完美，例如注油，排油，通風(fēng)，提升，檢查變速箱各部分的 嚙合情況，確保操作的精確性以及便于裝配和拆卸，通常需要減速器上安裝某些設(shè) 備或部件。 這些設(shè)備和零件以及箱體上相應(yīng)的部分結(jié)構(gòu)一起被稱為附件。包括：游 標(biāo)、視孔、通氣器、定位銷、吊運(yùn)裝置等。 2.6 減速器滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 a)滾動(dòng)軸承的類型選擇 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，選取深溝球軸承 用來被校核的軸承是中間軸選用的代號(hào)為 6316 的深溝球軸承 從手冊(cè)中可知其 KNCr12KNr5.860 b)滾動(dòng)軸承校核計(jì)算 滾動(dòng)軸承疲勞壽命的基本計(jì)算公式為： （2-27）)(10PL 上式各符號(hào)代表的意義： 查得3 N（P 載 荷 （C 軸承左端受力 右端受力FA5.4602NFB4.1572 有公式 同時(shí)知道式中arYxp （2-0a 28） NFpa5.4602故 左 端 右端 17 其中 X，Y 由表選取 ，x0Y 20 KNcr123 通過計(jì)算可知左端軸承疲勞壽命 （2-rL6310109.)625.4( 29） 右端 53102.)7.( 故由公式 （2-3 610)(pcnLh 30） 得左端 6310120()57.94.h h 右端 .7.L 將所有的標(biāo)準(zhǔn)件整理如圖： 表 2.6 本設(shè)計(jì)中用到的標(biāo)準(zhǔn)零件 零件名稱 數(shù)目 材料 標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào) 螺栓 120M86-GB570 鍵 631鑄鋼 9N1 鍵 8鑄鋼 - 鍵 102鑄鋼 60 鍵 51鑄鋼 9-1 墊圈 36HT500 85GB 墊片 2M4 6-73 深溝球軸承 61 9/T2 深溝球軸承 30 - 深溝球軸承 6318 3B/76 螺釘 2885-G 螺釘 16M4 圓柱銷 308A2 6-17 21 2.7 減速器的潤(rùn)滑 減速器中潤(rùn)滑是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其中的所有傳動(dòng)部件（齒輪、軸系部件、 軸承）都必須經(jīng)過潤(rùn)滑步驟，否則在摩擦的作用下會(huì)產(chǎn)生熱量以影響傳遞精度，而 且經(jīng)常的干摩擦?xí)斐蓚鲃?dòng)件的破損，情節(jié)嚴(yán)重會(huì)引發(fā)重大事故。 在二級(jí)圓柱齒輪減速器中一般情況下選用的潤(rùn)滑方式是利用潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑， 根據(jù)齒輪的圓周速度 v 來確定選擇浸油還是噴油，如果 v12m/s 的話選擇浸油模式， 在本設(shè)計(jì)中低速大齒輪的圓周速度小于 12m/s,符合浸油要求。 在傳動(dòng)件運(yùn)動(dòng)過程中隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)潤(rùn)滑油飛濺，并在齒上沾有潤(rùn)滑油傳 到嚙合部位完成傳動(dòng)過程的潤(rùn)滑。 2.8 開式齒輪的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核 1）齒輪材料的選擇見下表 表 2.7 齒輪材料、硬度及處理方法 名稱 材料 硬度 處理方法 小齒輪 40Cr 硬度為 241HB286HB,平均取 260HB 調(diào)質(zhì)處理 大出輪 45 鋼 硬度為 229HB286HB,平均取 240HB 調(diào)質(zhì)處理 2） 初步計(jì)算模數(shù) 根據(jù)模數(shù)計(jì)算公式 （2-31）3251YZKTmSAFd 從中找取已知條件： mNnPm61 107.49.3809 在機(jī)械手冊(cè)中查表可以得到 MpaH61li 2 7.0d 4.FaY 651s 計(jì)算小齒輪的許用接觸應(yīng)力 paH99.lim1 M320li2 故取 5Z 公式中其余參數(shù)的計(jì)算 22 重合度系數(shù) Y68.075.12.0Y 載荷系數(shù) K2HVAKK 45.39.. 所以將已知條件代入式（2-31）得 33251 68.01.2807.0452YZTmSAFd76.8 取整數(shù)所以齒輪模數(shù) 9m 3） 齒輪的校核 inlFXNSY 上式中各符號(hào)的意義及其在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的取值： 取lim彎 曲 疲 勞 極 限 MpaF60lim 彎曲壽命系數(shù) YN .1NY XX 彎曲最小 SFmin 25.FMIS 將查得的各項(xiàng)數(shù)值代入 limn60481.FNPa NdT372753 20cos.8153za 73.102. 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得數(shù)據(jù)齒向載荷分布系數(shù) HK 3 2320bCdbBAKH 49.1861..017 計(jì)算載荷系數(shù)： 2HVA 5.349.2.5 計(jì)算重合度系數(shù)： 76.0.3az 已知條件彈性系數(shù) ZE、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH、接觸最小安全系數(shù) SHlim 和接 23 觸壽命系數(shù) ZN 均可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 2 1pa8.9ME5.2HZ 05limHS 18N 3.2 綜上已知條件可得： MpaSZHN5.680.1lim11 9..34li22 檢驗(yàn)接觸疲勞強(qiáng)度： ubdKTZEH125 84.6470.376.08195.22H24HMPa 經(jīng)過計(jì)算校核的結(jié)果表示，接觸疲勞強(qiáng)度符合要求，不需要多余調(diào)整。 整理上述數(shù)據(jù)繪制齒輪基本參數(shù)表格如下 表 2.8 開式齒輪的主要參數(shù) 名稱 代表符號(hào) 單位 5Z6Z 模數(shù) nm99 分度圓直徑 d270765 齒數(shù) z個(gè) 38 齒寬 bm29020 24 第三章 滾筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選擇 卷揚(yáng)機(jī)主要由鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行工作，而且大部分時(shí)間工作環(huán)境在室外，有 各種天氣及環(huán)境因素影響，而且卷揚(yáng)機(jī)屬于起重設(shè)備一旦繩索出現(xiàn)問題將非常危險(xiǎn)， 所以鋼絲繩選擇和設(shè)計(jì)非常重要，同樣作為承載鋼絲繩的滾筒也擁有同樣重要的作 用，卷揚(yáng)機(jī)的價(jià)格不高所以應(yīng)該在保證安全的前提上盡量降低成本。 3.1 滾筒整體的設(shè)計(jì) 卷揚(yáng)機(jī)滾筒層層纏繞鋼絲繩，是傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作機(jī)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是受 力非常復(fù)雜，工作條件特殊，所以滾筒設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。 3.1.1 滾筒的材料 考慮到滾筒的材料具有良好的鑄造能力和焊接能力，以及各種來源的選擇，本 設(shè)計(jì)選擇了材料 Q235。 3.1.2 計(jì)算滾筒基本參數(shù) a) 滾筒節(jié)徑 D 要大于 與 d 的乘積eK （3-dKe 1） 上式中各符號(hào)代表的意義： ， 直 徑eK 19eK 直徑（ mm）d 計(jì)算 mm 根據(jù)原則使 mm456219 459d mm30D b) Bt 要小于三倍的滾筒直徑，所以t （3-03t 2） 上式符號(hào)代表的意義： 25 D0 m 計(jì)算 =1305mm 根據(jù)原則使 mm435tB 80tB c) Dk 滾筒邊緣直徑就是滾筒端側(cè)板的直徑，所以 （3-dsk4 3） Ss120 上式中各符號(hào)代表的意義： DS ， 最 外 層 鋼 絲 繩 直 徑 S 鋼 絲 繩 纏 繞 層 數(shù) 計(jì)算 =699mm根據(jù)原則 mm9603k 70KD d) S （3-dmKK2 4） 上式中各符號(hào)代表的意義： mK )m側(cè) 板 外 圓 的 安 全 高 度 （為 保 證 鋼 絲 繩 不 越 出 端 根據(jù)公式 md365.124. 將數(shù)值代入計(jì)算 ，根據(jù)原則52.470S 4S e) L鋼 絲 繩 長(zhǎng) 度 （3-dSDii120 5） 計(jì)算繩子長(zhǎng)度第一步要計(jì)算每一層鋼絲繩的繩芯直徑 D,根據(jù)公式（3-5）分別 計(jì)算 D1 、D 2、D 3、D 4 4,321i m5951842 0724163D5354 :層 鋼 絲 繩 的 長(zhǎng) 度 為第 i （3-0102)1( dSdBLiti 26 6） mL 60.412435)1280( 31 752 .6)( 3326102418354804 鋼絲繩的總長(zhǎng)等于四層繩的長(zhǎng)度和: 4321LL 2.615..67.50.6m 3.1.3 滾筒壁的厚度設(shè)計(jì)計(jì)算及其強(qiáng)度校核 a) AS 的確定多 層 纏 繞 系 數(shù) A S 的計(jì)算 （3- 1122SSs 7） 上式中各符號(hào)代表的意義： S鋼 絲 繩 的 纏 繞 層 數(shù)EtF180dDe20 其中 t 鋼 絲 繩 的 纏 繞 節(jié) 距 mdt24.01. (mm)滾 筒 壁 厚 (mm) 0D滾 筒 直 徑 D350 d (mm) 鋼 絲 繩 直 徑 d24 (MPa) E鋼 絲 繩 縱 向 彈 性 模 量 GpaE1 (MPa) 鋼 絲 繩 橫 向 彈 性 模 量 M6 (MPa) 滾 筒 材 料 的 彈 性 模 量 20 (mm2) F鋼 絲 繩 的 斷 面 面 積 27 將上述所有已知量代入式（3-7） 5.1sA b) 設(shè) 計(jì)滾 筒 的 厚 度 的值應(yīng)該滿足 （3-cestFA 8） 上式中各符號(hào)代表的意義： Fe )N鋼 絲 繩 的 額 定 拉 力 （ 根據(jù) Mpac183卷 揚(yáng) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 將上述所有已知值代入式（3-8）得： 024.51 m c) 滾筒壁的強(qiáng)度 計(jì)算 c （3-cestFA 9） MPa43.172.051c 經(jīng)過計(jì)算校核的結(jié)果表示，接觸疲勞強(qiáng)度符合要求，不需要多余調(diào)整。 3.2 滾筒軸的設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度校核 在絞車整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中唯一不做轉(zhuǎn)動(dòng)的就是滾筒軸，它決定著卷揚(yáng)機(jī)的安全和 精準(zhǔn)性，滾筒軸要計(jì)算校核兩個(gè)方面疲勞強(qiáng)度和靜態(tài)強(qiáng)度，由于滾筒長(zhǎng)度較長(zhǎng)導(dǎo)致 了設(shè)計(jì)的滾筒軸也稍長(zhǎng)，同時(shí)要還要校驗(yàn)剛度。 在滾筒軸的設(shè)計(jì)上軸的材料采用 鋼，調(diào)質(zhì)處理。45 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 60BMPa360SPa 135bM ， ，KNFe50已 知 條 件 有 mD450d24d76齒 輪 的 分 度 圓 直 徑 a) 周向力 Ft和徑向力 Fr的計(jì)算 （3- 0625432.9()710et kNd 10） tan.9tan.()rF 。 28 b) 垂直面支承反力及彎矩 支承反力： （3-86054.19()9etDVFRkN 11） 02.3786teC 彎矩： （3-50629.371.()AVCVMRkm 12） 將上述所求的作用力全部分解做圖 3.1： 圖 3.1 滾筒心軸力的分解圖 c) 平面支反力及彎矩的計(jì)算 平面支反力 R 計(jì)算： （3-13）50.7()986rDHFkN 50KN806012639.4KNRCH RDHMAHMAHBVFrMBMFt71582.KN715.89026271.8（ KN.m)（ KN.m)（ 29 9261.3()8rCHFRkN 利用以上兩式計(jì)算彎矩 M： 5061.375.()AHCMm064.2()BHDk d)彎矩的整合 2221876.190.6()AVAH kNm （3-224.7..()BV N 14） e)工作應(yīng)力的計(jì)算 因?yàn)闈L筒軸是固定心軸，所以只有彎矩而沒有轉(zhuǎn)矩，通過圖 3.1 可以看 出剖面 B 受的彎矩最大，所以應(yīng)當(dāng)首先設(shè)計(jì)剖面 B 的直徑，記為 dB。 根據(jù)彎矩計(jì)算公式： 031.0bBdM 可以推算出 mdbB 4.671.827. 330 dB=65mm, 中間軸 d0=65+5=70mm則 圓 整 后 f)滾筒軸軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 edFK 上式中各符號(hào)代表意義 Fd鋼 絲 繩 的 當(dāng) 量 拉 力 K d當(dāng)量拉力系數(shù)，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查得 1dK 根據(jù)上述已知條件求得 150dkN 利用當(dāng)量拉力球平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅，它們的關(guān)系見下式m 2ba （3-3317.89.50.6dBbbKMMPa 15） .4.2am 疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)的計(jì)算公式： 30 （3-maKS1 16） 由機(jī)械手冊(cè)查得 應(yīng) 力 集 中 系 數(shù) 8.1K 表 面 狀 態(tài) 系 數(shù) 920 絕 對(duì) 尺 寸 系 數(shù) 7. 等 效 系 數(shù) 34 將上述所有已知條件代入式（3-16）求得 126.5.8.037492.07811 maKS 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)控制在 ，經(jīng)上述計(jì)算校核確定該軸符合要求。5S g) 滾筒軸的強(qiáng)度校核 要想計(jì)算滾筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，首先要計(jì)算拉力 ejFmax 上式中各符號(hào)代表的意義： 靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力jF)(N 動(dòng)載系數(shù)， 35.1由 建 筑 卷 揚(yáng) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 查 得 接下來完成對(duì)靜強(qiáng)度安全系數(shù)的計(jì)算: （3-17）64.51.082735.162WMSBS 所以 ，可得 ，所以經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠。6.0bS4.S 3.3 鋼絲繩材料的選擇及其計(jì)算 鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計(jì)算：