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I 摘 要 雖如今工業(yè)水平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備不斷更新，但仍不能淘汰卷 揚(yáng)機(jī)這行之有效的機(jī)械設(shè)備。本人所研究的是 JM 建筑卷揚(yáng)機(jī)。JM 系列屬慢速卷揚(yáng)機(jī)。 在本設(shè)計(jì)中主要對(duì)卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)部分、工作機(jī)構(gòu)及卷揚(yáng)機(jī)的主體部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。在傳動(dòng)部 分采用的是二級(jí)齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)，工作部分的卷筒采用的是焊接式卷筒。該 卷揚(yáng)機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 此機(jī)器的主要功能：在建筑業(yè)的冷拉鋼筋提升重物，在林業(yè)的集材工作，同時(shí)在水 電、農(nóng)業(yè)等行業(yè)均能被采用。 該類機(jī)器的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該向大型化、采用先進(jìn)電子控制、手提式卷揚(yáng)機(jī)、不帶電源 裝置的卷揚(yáng)機(jī)的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)；設(shè)計(jì)；發(fā)展；功能 II Abstract Although the level of advanced industrial Today, the increasingly mechanized, lifting equipment constantly updated, but still can not hoist it out of effective machinery and equipment. I studied the building is JM winch. JM series is a slow hoist. During the design of the main part of the hoist drive, work and the winch the main part of the design. In part using a transmission gear reducer and two open-gear transmission, the working part of the reel is used in welding-reel. The main characteristics of the hoist structure is simple, easy to operate. The primary function of this machine: the construction industry in the cold-drawn steel weights increase, the skidding in forestry work, while in the water and electricity, agriculture and other industries can be used. The development trend of such machines to be large, the use of advanced electronic control, portable winch, non-power devices in the direction of the winch. Key words: winch design development function III 目 錄 1 緒論 .1 1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .1 1.1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用 .1 1.1.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展概況 .1 1.1.3 國(guó)外卷揚(yáng)機(jī)的概況 .1 1.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的主要類型 .2 1.2.1 按鋼絲繩額定拉力 F分 .2 1.2.2 按鋼絲繩額定速度 v分 .2 1.2.3 按卷筒數(shù)目分 .3 1.2.4 按動(dòng)力源分 .3 1.2.5 按傳動(dòng)形式分 .3 1.2.6 按控制方法分 .3 1.2.7 按用途分 .3 1.3 建筑卷揚(yáng)機(jī)的計(jì)算基礎(chǔ) .4 1.3.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別與類別 .4 1.3.2 利用等級(jí) .4 1.3.3 建筑卷揚(yáng)機(jī)分類 .4 2 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .6 2.1 電控卷揚(yáng)機(jī) .6 2.2 溜放型建筑卷揚(yáng)機(jī) .6 2.3 本設(shè)計(jì)的總體確定 .7 2.4 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .7 3 鋼絲繩的選擇和卷筒的設(shè)計(jì) .8 3.1 鋼絲繩的選擇 .8 3.1.1 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 .8 3.1.2 鋼絲繩直徑的選擇 .8 3.2 卷筒的設(shè)計(jì) .8 3.2.1 卷筒的材料 .9 3.2.2 卷筒容繩尺寸計(jì)算 .9 3.2.3 卷筒筒壁的厚度計(jì)算和卷筒壁的強(qiáng)度計(jì)算 .10 3.3 卷筒軸的設(shè)計(jì) .11 減速器和開式齒輪的設(shè)計(jì) .15 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .15 4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式 .15 4.1.2 功率的計(jì)算 .15 4.1.3 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 .15 IV 4.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 .16 4.2.1 總傳動(dòng)比 .16 4.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 .16 4.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .17 4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 .17 4.3.2 各軸的輸入功率 .17 4.3.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 .17 4.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .18 4.4.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .18 4.4.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .20 4.5.3 齒輪軸的校核 .22 4.5 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .25 4.6 滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算 .26 4.7 減速器的潤(rùn)滑 .27 4.9 開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .29 5 其他零件的設(shè)計(jì) .32 5.1 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 .32 5.1.2 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 .32 5.1.2 制動(dòng)器的發(fā)熱計(jì)算 .33 5.2 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) .34 5.2.1 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 .34 5.3 吊鉤、滑輪組的設(shè)計(jì) .35 5.3.1 起重吊鉤 .35 5.3.2 滑輪組的設(shè)計(jì) .35 5.3.3 排繩器的設(shè)計(jì) .36 6 本卷揚(yáng)機(jī)的使用與維修簡(jiǎn)介 .38 6.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的安裝和調(diào)試 .38 6.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的一般操作規(guī)程 .38 6.3 建筑卷揚(yáng)機(jī)的維護(hù) .39 6.4 建筑卷揚(yáng)機(jī)的安全技術(shù) .40 結(jié) 論 .41 致 謝 .42 參考文獻(xiàn) .43 附錄 .44 附錄 .51 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 1 1 緒論 1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1.1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用 建筑卷揚(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、 操作方便、價(jià)格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于提升重物、打樁、集材、冷 拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。 提升重物是建筑卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷揚(yáng)機(jī)是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。 雖然現(xiàn)在塔吊，汽車吊取代了建筑卷揚(yáng)機(jī)的工作。如塔吊在建筑工地上用于物料和物件 的提升工作。由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且靈活性較差，也需卷揚(yáng)機(jī)做 輔助提升用。建筑卷揚(yáng)機(jī)還用于林業(yè)的集材工作。建筑業(yè)的冷拉鋼筋，小型礦井的物料 提升和打樁等工作。正因?yàn)榻ㄖ頁P(yáng)機(jī)具有多種用途，所以不僅用于建筑業(yè)，而且在冶 金，化工，水電，農(nóng)業(yè)和軍事等行業(yè)亦被廣泛使用。 1.1.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展概況 我國(guó)在古代就知道采用轤轆等來提升重物，以減輕體力勞動(dòng)的強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。 我國(guó)由于舊中國(guó)工業(yè)落后。使用的卷揚(yáng)機(jī)均為國(guó)外生產(chǎn)，至 50 年代我國(guó)的卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)才 開始的。從 70 年代起，我國(guó)卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)才進(jìn)入了技術(shù)提高，品種增加的新階段。 從 70 年代末期開始，中國(guó)實(shí)行改革開放政策國(guó)民經(jīng)濟(jì)大力發(fā)展，基本建設(shè)任務(wù)增多 許多，促使卷揚(yáng)機(jī)的大量生產(chǎn)，生產(chǎn)廠家也逐漸增多。至今卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)已較為 成熟，現(xiàn)如今卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多和使用較廣泛。雖然現(xiàn)在的工業(yè)水平先進(jìn)機(jī)械化程度不 斷提高，起重設(shè)備不斷更新，但仍不能淘汰卷揚(yáng)機(jī)的行之有效的機(jī)械設(shè)備。 1.1.3 國(guó)外卷揚(yáng)機(jī)的概況 在國(guó)外，卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家中，雖然工業(yè) 水平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備也不斷更新，但仍不能淘汰這樣的行之有效 的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備。下面介紹一下幾個(gè)主要國(guó)家生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的狀況。 （一）美國(guó) 美國(guó)生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家有近百家，主要有貝波（BEEBE）國(guó)際有限公司，哲恩 （THERN）有限公司等。 貝波國(guó)際有限公司是美國(guó)較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)， 電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，提升機(jī)械及起重機(jī)。手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)重要品種有蝸桿傳動(dòng)系列，直齒圓柱齒輪 系列，齒輪蝸桿傳動(dòng)組合系列，直接驅(qū)動(dòng)系列，鏈傳動(dòng)系列。其中直間驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)卷揚(yáng) 機(jī)的傳動(dòng)是全封閉行星齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)系列全部全部安裝在卷筒里面，機(jī)架和卷筒用高 強(qiáng)度鋼焊接而成。 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 2 （二）日本 日本從明治 30 年開始制造和使用卷揚(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷役機(jī)械研究所核計(jì)，19701975 年間卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加 62.5%.據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計(jì)月報(bào)載,接年單純土卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就 達(dá) 12 萬臺(tái),生產(chǎn)值約 100 億日元。 日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會(huì),荷役機(jī)械技術(shù)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo).主要生產(chǎn)廠家有北川鐵 工所,遠(yuǎn)藤鋼機(jī),南星,越野總業(yè),松崗產(chǎn)業(yè)等 80 多個(gè)產(chǎn)業(yè)。 （三）法國(guó) 法國(guó)生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家很多,其中包藤(POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的主要國(guó)家之一。 包藤公司主要生產(chǎn) KUSW 系列卷揚(yáng)機(jī)，LMD 系列卷揚(yáng)機(jī)，PC 系列卷揚(yáng)機(jī)和 RCS 系列卷 揚(yáng)機(jī)。 （四）國(guó)外卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型 卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了 60t 的卷揚(yáng)機(jī)，日本生產(chǎn)了 32t,50t,60t 液壓和氣動(dòng) 卷揚(yáng)機(jī)，美國(guó)生產(chǎn)了 136t 和 270t 卷揚(yáng)機(jī)。 2采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遙控，國(guó)外采用了先進(jìn)的電子技術(shù)。對(duì) 大型卷揚(yáng)機(jī)安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對(duì)的安全可靠。 3發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為了提高機(jī)械化水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國(guó)外發(fā)展小型手 提式卷揚(yáng)機(jī)，如以汽車蓄電池為動(dòng)力的直流電動(dòng)小型卷揚(yáng)機(jī)。 4大力發(fā)展不帶電源裝置的卷揚(yáng)機(jī) 歐美國(guó)家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機(jī)動(dòng)力 的卷揚(yáng)機(jī)。此種卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有一個(gè)卷筒和一個(gè)變速箱即可。 1.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的主要類型 建筑卷揚(yáng)機(jī)由于應(yīng)用范圍較廣，為適應(yīng)各種不同的使用條件，建筑卷揚(yáng)機(jī)亦制造成 各種不同機(jī)型的產(chǎn)品。機(jī)型的分類方法很多，目前可以按下述方法分類。 1.2.1 按鋼絲繩額定拉力 分F 按鋼絲繩在基準(zhǔn)層上所能承受的最大拉力來區(qū)分。按 GB195588建筑卷揚(yáng)機(jī)中 規(guī)定為 5、7.5 、10 、12.5、 16 、20 、25、 32 、50 、80 、120 、160 、200 、320 、500KN 共 15 級(jí)。此參數(shù)為建筑卷揚(yáng)機(jī)的主要參數(shù)。 1.2.2 按鋼絲繩額定速度 分v 鋼絲繩在基準(zhǔn)層上的出繩速度是建筑卷揚(yáng)機(jī)的又一項(xiàng)主要參數(shù)。根據(jù)鋼絲繩的速度 可分為： 1 慢速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；min159v 2中速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；30 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 3 3快速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；min4530v 4高速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ； 為適應(yīng)特殊需要，還有一種變速卷揚(yáng)機(jī)，其變速可調(diào)，有雙速、三速和多速幾種類 型。 1.2.3 按卷筒數(shù)目分 一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)上卷筒數(shù)目的多少，直接影響到卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)按卷筒數(shù)目可分 為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)、和多筒卷揚(yáng)機(jī)三大類。目前生產(chǎn)的大多數(shù)是單筒和雙筒卷 揚(yáng)機(jī)，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大都是輔助用卷筒，卷筒相對(duì)要小些。 1.2.4 按動(dòng)力源分 由于工作環(huán)境不同，所用的動(dòng)力源亦不同； 1手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 用于無動(dòng)力來源地區(qū)的小型卷揚(yáng)機(jī)； 2電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 大多數(shù)卷揚(yáng)機(jī)皆屬于此類； 3內(nèi)燃機(jī)卷揚(yáng)機(jī) 用于無電源的地方； 4氣動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 用于不能使用電源的地方； 5液壓卷揚(yáng)機(jī) 與其他設(shè)備配合使用而有液壓源的場(chǎng)合； 1.2.5 按傳動(dòng)形式分 1開式齒輪傳動(dòng) 最早的形式。目前主要用于手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)； 2閉式圓柱齒輪傳動(dòng) 主要為為快速單筒卷揚(yáng)機(jī)，應(yīng)用廣泛； 3圓錐圓柱齒輪傳動(dòng)減速器 4蝸桿傳動(dòng)減速器 5圓柱齒輪減少速器加開式齒輪傳動(dòng) 6蝸桿減速器加開式齒輪傳動(dòng) 7行星齒輪傳動(dòng) 1.2.6 按控制方法分 1手控卷揚(yáng)機(jī) 由人工操作縱閘把控制卷揚(yáng)機(jī)提升或下放重物。 2電控卷揚(yáng)機(jī) 用電控制磁鐵制動(dòng)器使卷揚(yáng)機(jī)工作。 3液控卷揚(yáng)機(jī) 用壓力油控制卷揚(yáng)機(jī)卷筒的離合和制動(dòng)。 4氣控卷揚(yáng)機(jī) 5自動(dòng)控制卷揚(yáng)機(jī) 用限位器來控制卷揚(yáng)機(jī)的工作。 1.2.7 按用途分 卷揚(yáng)機(jī)由于其用途不同，使其條件的差異，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也有差異。 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 4 1、提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生產(chǎn)率，并要求高的安全性，以 防墜落。 2、設(shè)備安裝 一般設(shè)備的質(zhì)量較大，則要求卷揚(yáng)機(jī)具有較大的提升能 力；以保證安裝精度，其速度就不能太高；為防止墜落，其安全性要求 更高。 3、曳引物品 因?yàn)榇隧?xiàng)工作一般是在水平或傾斜方向進(jìn)行的，為使物品前后 運(yùn)動(dòng)， 則要求卷揚(yáng)機(jī)的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作。 4、打樁 要求卷揚(yáng)機(jī)把重物提升到一定的高度后，能使重物成自由落體 下降， 實(shí)現(xiàn)打樁工作，即要求卷揚(yáng)機(jī)具有溜放功能。 建筑卷揚(yáng)機(jī)雖然可以分很多種類，實(shí)際上由于應(yīng)用情況的復(fù)雜，很難把他們絕對(duì)分 清，而且一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)往往幾種工作都要做，所以在建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)上對(duì)用途分得并不 清楚，而是要求高的來設(shè)計(jì)。這樣能使卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，得到更廣泛的應(yīng)用。 1.3 建筑卷揚(yáng)機(jī)的計(jì)算基礎(chǔ) 1.3.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別與類別 為了合理的設(shè)計(jì)、制造、使用及提高零件三化標(biāo)準(zhǔn)，建筑卷揚(yáng)機(jī)根據(jù)利用等級(jí)與載 荷狀態(tài)劃分為：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7 、A8 八個(gè)等級(jí)。 1.3.2 利用等級(jí) 利用等級(jí)是表示建筑卷揚(yáng)機(jī)使用的頻繁程度，以其在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)應(yīng)完成的總工作 循環(huán)系數(shù) 表示。tN 而一個(gè)工作循環(huán)是指從一個(gè)載荷準(zhǔn)備提拉時(shí)開始到下一個(gè)載荷準(zhǔn)備提拉時(shí)為止的全 過程。 建筑卷揚(yáng)機(jī)的壽命一般不少于 5 年，在這個(gè)期間內(nèi)根據(jù)工作頻繁程度的不同，總工 作的循環(huán)數(shù)可分為 8 個(gè)等級(jí)，見下表（1-1） 。 表 1-1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的利用等級(jí) 利用等級(jí) 總工作循環(huán)次數(shù) tN說明 U0 4106.不經(jīng)常使用 U1 23 U2 . U3 5 U4 10. 經(jīng)常的清閑的使用 U5 經(jīng)常的中等使用 U6 6有時(shí)頻繁的使用 U7 2頻繁的使用 1.3.3 建筑卷揚(yáng)機(jī)分類 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 5 建筑卷揚(yáng)機(jī)按工作級(jí)別和用途可分為四種類型， （見表 1-2） 。 表 1-2 建筑卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別和用途 類別 工作級(jí)別 說明 舉例I A1A4 不經(jīng)常使用，輕或中等 載荷狀態(tài)的快速和慢速 建筑卷揚(yáng)機(jī) 工程安裝 A3A5 經(jīng)常中等使用，中等載 荷狀態(tài)的快速建筑卷揚(yáng) 機(jī) 經(jīng)常頻繁使用，重級(jí)載 荷狀態(tài)的快速和慢速建 筑卷揚(yáng)機(jī)I A4A6 有時(shí)經(jīng)常頻 繁使用， 中等載荷狀態(tài)的快速卷 揚(yáng)機(jī) 與井字架，人字架等配 合使垂直吊運(yùn)V A6A8 經(jīng)常頻繁使用，重級(jí)載 荷狀態(tài)的快速和慢速建 筑卷揚(yáng)機(jī) 斜坡曳引、牽引、冷拉 鋼筋、沖爪、拉樁 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 6 2 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)由于操作方法的不同，其結(jié)構(gòu)相差很大。我們將其分為電控卷揚(yáng)機(jī)和溜 放卷揚(yáng)機(jī)兩類。 2.1 電控卷揚(yáng)機(jī) 此類建筑卷揚(yáng)機(jī)通過通電和斷電以實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的工作和制動(dòng)。物料的提升或下降由 電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單方便。其制動(dòng)形式主要有電磁鐵制動(dòng)器和錐型轉(zhuǎn)子電 動(dòng)機(jī)兩類。此類卷揚(yáng)機(jī)大多是單卷筒的。 1）有電磁鐵制動(dòng)器的卷揚(yáng)機(jī) 1.圓柱齒輪減速器快速建筑卷揚(yáng)機(jī)； 2.蝸桿減速器慢速建筑卷揚(yáng)機(jī)； 3.圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)的建筑卷揚(yáng)機(jī)； 4.蝸桿減速器加開式齒輪傳動(dòng)的建筑卷揚(yáng)機(jī)； 對(duì)一些起重量大的建筑卷揚(yáng)機(jī)，為使鋼絲繩在卷筒上排列整齊，需要安排排繩器。按設(shè) 計(jì)規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力 的建筑卷揚(yáng)機(jī)上，均應(yīng)安裝排繩器。KNF120 （一）錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的建筑卷揚(yáng)機(jī) 此類卷揚(yáng)機(jī)采用錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)本身所具有的制動(dòng)性能來實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的制動(dòng)。由于 錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)是靠轉(zhuǎn)子軸來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)和分開的，可省略單獨(dú)的制動(dòng)器，在結(jié)構(gòu)上就要 求電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)間能做軸向相對(duì)移動(dòng)。一般，軸向移動(dòng)是通過可移式聯(lián)軸器把電動(dòng) 機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)傳遞到傳遞傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。由于此類卷揚(yáng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸線與卷筒軸線為 同軸，故習(xí)慣上把這類卷揚(yáng)機(jī)叫作一字型結(jié)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的不同，其可分為： 1）定軸輪系傳動(dòng) 這是 1988 年行業(yè)組織的 系列設(shè)計(jì)的一種機(jī)型。 2）漸開線齒輪行星傳動(dòng) 常見的有封閉形 2K-H 型行星輪系和 3K 型行星輪系傳動(dòng)的 建筑卷揚(yáng)機(jī)。 3）擺線針輪傳動(dòng) 由于擺線針輪傳動(dòng)一級(jí)減速的減速比比較大，故采用一級(jí) 減速即可，這種傳動(dòng)可把傳動(dòng)系統(tǒng)放在卷筒里面，可減小卷揚(yáng)機(jī)體積。 4）少齒差行星傳動(dòng) 少齒差傳動(dòng)可得到大的傳動(dòng)比，并可把傳動(dòng)系統(tǒng)放在卷筒 內(nèi)，使結(jié)構(gòu)緊湊。 5）諧波傳動(dòng) 此傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，嚙合齒數(shù)多，所以承載能力大，故其 體積、質(zhì)量可更小。但其柔韌的要求較高，生產(chǎn)較為困難。 6）活齒行星傳動(dòng) 又叫頂桿挪動(dòng)傳動(dòng)，它的加工相對(duì)比較方便。 2.2 溜放型建筑卷揚(yáng)機(jī) 此類建筑卷揚(yáng)機(jī)提升重物的下降不是利用電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)來是實(shí)現(xiàn)，而是靠重物的重 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 7 力下降的，并帶動(dòng)卷筒反轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。要在電動(dòng)機(jī)和卷筒之間實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的連 接或分離，通常采用離合器和差動(dòng)輪系。由于電動(dòng)機(jī)和卷筒可分可合，因此卷筒的數(shù)目 可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的運(yùn)動(dòng)，則此類卷揚(yáng)機(jī)可設(shè)計(jì)成單卷筒、雙卷筒 和多卷筒的形式。 為保證各卷筒的運(yùn)動(dòng)或停止，其離合器和制動(dòng)裝置都直接安裝在卷筒上。 2.3 本設(shè)計(jì)的總體確定 本卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)： 1）鋼絲繩的拉力 KNF50 2）鋼絲繩的速度 smV18 由于鋼絲繩的速度 ，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查得該卷揚(yáng)機(jī)為中速卷揚(yáng)機(jī)。 按動(dòng)力源分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)為電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)。 按傳動(dòng)形式分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)為二級(jí)圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)。 按控制方法分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)為電控卷揚(yáng)機(jī)（用電鈕控制電磁鐵制動(dòng)器使卷揚(yáng)機(jī)工作） 。 2.4 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于卷揚(yáng)機(jī)是二級(jí)圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)故簡(jiǎn)易示圖如下圖： 圖 2-1 卷揚(yáng)機(jī)的簡(jiǎn)易示圖 1.電 動(dòng) 機(jī) 2制 動(dòng) 器 3.減 速 器 4聯(lián) 軸 器 5卷 筒 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 8 3 鋼絲繩的選擇和卷筒的設(shè)計(jì) 建筑卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩升降、牽引重物。工作時(shí)鋼絲繩所所應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對(duì) 外界影響因素比較敏感，一旦失敗，后果十分嚴(yán)重。因此，應(yīng)特別重視選擇與使用。 3.1 鋼絲繩的選擇 3.1.1 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 鋼絲繩是由許多高強(qiáng)度鋼上編繞而成，可單捻、也可雙捻成行。繩芯采用天然纖維 芯（NF） 、合成纖維芯（SF ） 、金屬纖維芯（IWR）和金屬絲股芯（IWS） 。 纖維芯鋼絲具有較高的擾性和彈性，纏繞時(shí)彎曲應(yīng)力較小。但不能承受橫向壓力； 金屬絲芯鋼絲繩強(qiáng)度較高，能承受高溫和橫向壓力，但擾性較差。建筑卷揚(yáng)機(jī)系多層纏 繞，更合適選用雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。 鋼絲繩的種類，根據(jù)鋼絲繩繞成股和股繞成繩的互相方向可分：（1）順捻鋼絲繩 、 （2）交捻鋼絲繩。 因?yàn)榻荒礓摻z繩在卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮，故在本設(shè)計(jì)上鋼絲繩的選取是雙捻制金屬 絲芯鋼絲繩。 3.1.2 鋼絲繩直徑的選擇 鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計(jì)算： 式nfsepg （2.1） 式中 整條鋼絲繩的破短拉力（N） ；ps 鋼絲繩的額定拉力；ef 卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù)；n 機(jī)械手冊(cè)查表得卷揚(yáng)機(jī)的工作級(jí)別為 A6，則選取安全系數(shù) n=5； KNnsefp30ps 鋼絲繩不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小值： cdmin769.251.0 式中 鋼絲繩的最大工作拉力（KN）S 鋼絲繩的選取系數(shù)，經(jīng)查表=0.1036c 機(jī)械手冊(cè)查表得 d=24(mm),鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度為 1570MP，使用雙捻制金屬絲芯鋼絲 繩。 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 9 3.2 卷筒的設(shè)計(jì) 建筑卷揚(yáng)機(jī)卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應(yīng)力非常復(fù)雜。它作為卷揚(yáng)機(jī)的重要零件， 對(duì)卷揚(yáng)機(jī)安全、可靠的工作至關(guān)重要，應(yīng)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.2.1 卷筒的材料 由于考慮到卷筒材料具有良好的鑄造性和焊接工藝性，且貨源廣泛，在本設(shè)計(jì)中選 取材料 Q235. 3.2.2 卷筒容繩尺寸計(jì)算 卷筒容繩尺寸參數(shù)意義及表示方法應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 a) 卷筒節(jié)徑 D 卷筒節(jié)徑 應(yīng)滿足下式 式dKDe （2.2） 式中 筒繩直徑比，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查表得eK 19eK 鋼絲繩直徑（mm）d 則 取 456219 md45 mD30 b) 卷筒容繩寬度 tB 卷筒容繩寬度 ，一般可以由下式確定 式0Dt （2.3） 式中 卷筒直徑（mm）0D 則 取435tB80tB c) 卷筒邊緣直徑 k 卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板直徑端側(cè)板直徑用下式計(jì)算 式dDsk4 （2.4） 式中 最外層鋼絲繩直徑，由下式確定sDdSDs120 鋼絲繩纏繞層數(shù)S 則 取9603k 7K d) 纏繞層數(shù) 纏繞層數(shù) 按下式計(jì)算 式dmS20 （2.5） 式中 為保證鋼絲繩不越出端側(cè)板外圓的的安全高度（mm）Km 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 10 計(jì)算得 mdmK365.124. 則 取370S 4S e)卷筒容繩量 L 卷筒容繩量是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排練時(shí)，達(dá)到規(guī)定的纏繞層數(shù)所能容納 的鋼絲繩工作長(zhǎng)度的最大值 卷筒容繩量按下式計(jì)算: 第 層鋼絲繩繩芯直徑為i 式dSDii120 （2.6） 式中的 第 層，iS,3 則 m45924518312D076384 第 層鋼絲繩長(zhǎng)度為:i 式3012)1( dSdBLiti （2.7） m60.4435281 75)( 32 L .126103 284 卷筒容繩量為: iL21 .6135.67.50.6Lm 3.2.3 卷筒筒壁的厚度計(jì)算和卷筒壁的強(qiáng)度計(jì)算 a)多層纏繞系數(shù) 的確定sA 多層纏繞系數(shù) 的理論計(jì)算 式 1122SSs （2.8） 式中 鋼絲繩的纏繞層數(shù)SEtF 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 11 180dDe20EF 其中 鋼絲繩的纏繞節(jié)距 t mdt24.01. 卷筒壁厚)(m 卷筒直徑 0DD350 鋼絲繩直徑 d 鋼絲繩縱向彈性模量 E)(MpaGpaE1 鋼絲繩橫向彈性模量 6 卷筒材料的彈性模量 20 鋼絲繩的斷面積 F)(2m 則 5.1sA b)卷筒的厚度設(shè)計(jì) 卷筒厚度為 式cestF （2.9） 式中 鋼絲繩的額定拉力e)(N 建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查得 Mpac183 則 024.51m4 C) 卷筒壁的強(qiáng)度計(jì)算 式 （2.10） cesctFA Mpa43.172.051 經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算較合適無需調(diào)整。 3.3 卷筒軸的設(shè)計(jì) 由于卷筒軸的可靠性對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的的安全，可靠性非常重要，因此十分重視卷筒軸的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度，剛性計(jì)算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力求簡(jiǎn)單，合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。 卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度；次外，對(duì)較長(zhǎng)的軸還需校核軸的剛 度。 在卷筒軸的設(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 MpaB60MpaS360 31b5 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 12 已知鋼絲繩的額定拉力為 ，卷筒的直徑 ，鋼絲繩的直徑KNFe50mD4350 ，圓柱齒輪的分度圓直徑md24 md716 a) 作用力的計(jì)算 齒輪圓周力： 式)(9.34710245260 KNdDFet （2.11） 齒輪徑向力： )(.9.3tgtr。 將軸上的所有的作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，如圖 3-1 所示： b) 垂直面支承反力及彎矩 支反力： 式)(19.459860KNFRteDV （2.12） )(37.2etC 彎矩： 式)(8.16.9605 mKNRMVAV （2.13） 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 13 如圖 3-1 卷筒心軸受力圖 c) 水平面支承反力及彎矩 支反力： 式)(7.09865KNFRrDH （2.14） )(3.12rC 彎矩計(jì)算： )(8.7593.1605mKNRMCHA )(2.460DHB e) 合成彎矩 .190.222 mKNAVA 式)(8746BHB （2.15） f)計(jì)算工作應(yīng)力 50KN806012639.4KNRCH RDHMAHMAHBVFrMBMFt71582.KN715.89026271.8（ KN.m)（ KN.m)（ 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 14 此軸為固定心軸,只有彎矩,沒有轉(zhuǎn)矩.由上圖可知最大的彎矩發(fā)生在剖面 處.設(shè)卷筒軸發(fā)生在剖面直徑為 ,則彎矩為： BBd 031.0bM mdbB4.67.827.30 則圓正后 ,中間軸段 .mB65do05 g)心軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)該為鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計(jì)算,既： edFK 式中 鋼絲繩的當(dāng)量拉力 )(N 當(dāng)量拉力系數(shù)，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查得 1dK d501 平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅m2bma 式MpadMKbBb 75.9861.0.33 （2.16） bma.4275.98 疲勞強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)： 式126.5.483.07.492.07811 maKS （2.17） 由機(jī)械手冊(cè)查得 應(yīng)力集中系數(shù) .K 表面狀態(tài)系數(shù) 920 絕對(duì)尺寸系數(shù) 78. 等效系數(shù) 34 一般軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) ，經(jīng)校核軸的強(qiáng)度夠用。8.15S h) 心軸強(qiáng)度校核計(jì)算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，可按下式求得： ejFmax 式中 靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力maxjF)(N 動(dòng)載系數(shù)，有建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)查得 35.1 靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù): 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 15 式64.15.0827135.62WMSBS （2.18） 當(dāng) 時(shí)， ，所以經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠。6.0bS4.1S 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 16 減速器和開式齒輪的設(shè)計(jì) 減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)，蝸輪傳動(dòng)或齒輪蝸輪傳動(dòng)所組合 的獨(dú)立部件，常在動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)之間為減速的傳動(dòng)裝置；在少數(shù)情況下也用作增速的 傳動(dòng)裝置減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊，效率教高，傳遞運(yùn)動(dòng)正確可靠，使用維修簡(jiǎn)單，并可 成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最光減速器類型很多，有圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪 減速器，蝸桿減速器等 最常用的卷揚(yáng)機(jī)主減速器有蝸桿減速器或一級(jí)和二級(jí)齒輪減速器由于考慮到所傳 遞的功率和傳動(dòng)比在本卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)課題中采用的是二級(jí)圓柱齒輪減速器 4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)是常用的原動(dòng)機(jī)，并且是系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)中需要根據(jù)工作 機(jī)的工作情況和運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力參數(shù)，合理選擇電動(dòng)機(jī)類型，結(jié)構(gòu)形式，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速， 確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。 電動(dòng)機(jī)有交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)之分，工業(yè)上采用交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)有異步電 動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類，異步電動(dòng)機(jī)又分籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動(dòng) 機(jī)應(yīng)用最廣泛如無特殊需要，一般憂先選用型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，因其具有高效， 節(jié)能，噪音小，振動(dòng)小，安全可靠的特點(diǎn)，且安裝尺寸和功率等級(jí)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適用 于無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備。 建筑卷揚(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)工作機(jī)械，而且啟動(dòng)，制動(dòng)頻繁多數(shù)情況下選用 （繞線轉(zhuǎn)子）電動(dòng)機(jī)在本設(shè)計(jì)中選擇電動(dòng)機(jī)為系列的三相繞線 型電動(dòng)機(jī)。 4.1.2 功率的計(jì)算 電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適將直接影響到電動(dòng)機(jī)的工作性能和經(jīng)濟(jì)性能。如果選用 額定功率小于工作機(jī)所需要的功率，就不能保證工作機(jī)正常工作，甚至使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過 載過早損害，如果選用額定功率大于工作機(jī)所需要的功率，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，功率未 得到充分的利用。從而增加電能的消耗，造成浪費(fèi)。 4.1.3 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 1.建筑卷揚(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率按所需的靜功率計(jì)算，靜功率（單位：KW）計(jì)算公式為： 式wpd （4.1） 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 17 式中 工作機(jī)所需工作效率；wp 由電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)的總效率； 工作機(jī)所需工作效率，應(yīng)由工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得： 式KWWVFw61.7850.130 （4.2） 式中 工作機(jī)的阻力（N） ； 工作機(jī)的線速度（M/S） ； 工作機(jī)的效率；W 其中 8501.321w 、 、 、 分別為聯(lián)軸器、卷筒、齒輪傳動(dòng)和軸承的傳動(dòng)效率。4 取 =0.99， =0.96， =0.97（齒輪的精度為 8 級(jí)） ， =0.98（滾動(dòng)軸承）4 。 2.確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為: 式min27.1345.3.06106rdvn （4.3） 經(jīng)查表：一級(jí)開式齒輪的傳動(dòng)比 ,二級(jí)圓拄齒輪減速器的傳動(dòng)比ai ，總的傳動(dòng)比合理范圍為 ，故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍8i4080 為： 式min6.37154.27.13)8024( rniad （4.4） 根據(jù)工況和計(jì)算所選電動(dòng)機(jī)見表 4-1: 表 4-1 電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù) 型號(hào) 額定功率(KW) 轉(zhuǎn)速 r/min YZR200L 22 960 4.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 4.2.1 總傳動(dòng)比 由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和工作機(jī)的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，可得到傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為 式nima （4.5） 式中 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速mn 卷筒的主軸轉(zhuǎn)速 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 18 34.72min.13960rnia 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比 的乘積，既i20、 式1a （4.6） 4.2.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 使減速器裝置不至于過大初步取 則5.20i 84.253.70ia 按展開式布置，考慮潤(rùn)滑條件，為使兩級(jí)大齒輪相近，查得 則.1i43.75.210i 4.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 為進(jìn)行傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或功率） 如將傳動(dòng)裝置各 軸由高速至低速依次定為、軸。 相鄰兩軸間傳動(dòng)比021i、 相鄰兩軸間傳動(dòng)效率、 軸的輸入功率（kw）T、 各軸之間的輸入轉(zhuǎn)矩（N.m）021p、 各軸的轉(zhuǎn)速（r/min）n、 則可按電動(dòng)機(jī)軸至工作機(jī)運(yùn)動(dòng)傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動(dòng)和參數(shù) 4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 軸 min/9601rn 軸 in/96.175.2ri 軸 i/.34.23in 軸 8.69734imin/2.1r 4.3.2 各軸的輸入功率 軸軸的輸入功率： 軸 kwpd 34.2198.0211 軸 734.2 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 19 軸 kwp9.187.09.202323 軸 8.14 式中 電動(dòng)機(jī)的出功率（KW）dp 聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率19.01 軸承的傳動(dòng)效率2 2 齒輪的傳動(dòng)效率3 7.3 同一根軸的輸出功率與輸入功率的數(shù)值不同，需要精確計(jì)算時(shí)取不同的數(shù)值。 4.3.3 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩： 式mNnTmPdd .8521960590 （4.7） 軸軸的輸入轉(zhuǎn)矩： mNiTd .67219.085.2101 .28486712i 6.43.233 .039.44 表 4-2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表: 效率 P（Kw） 轉(zhuǎn)矩 T（N.m）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 4.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)裝置包括各種類型的零件，其中決定其工作性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和尺寸大小的主要 是傳動(dòng)零件。支撐零件和聯(lián)接零件都是要根據(jù)零件的要求來設(shè)計(jì)，因此一般應(yīng)先設(shè)計(jì)計(jì) 算傳動(dòng)零件，確定其尺寸，參數(shù)，材料和結(jié)構(gòu)。為了使設(shè)計(jì)減速器時(shí)的原始條件比較準(zhǔn) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 20 確，應(yīng)該先設(shè)計(jì)減速器外的傳動(dòng)零件，如聯(lián)軸器等。 4.4.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1)材料的選擇 應(yīng)傳動(dòng)尺寸和批量較小,小齒輪設(shè)計(jì)成齒輪軸,齒輪的材料用 40Cr，硬度為 241HB 286HB，平均取為 260HB，大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 229286HB，平均取 240HB。 2)輪傳動(dòng)的計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 式mNnPTmd .21850965091 （4.8） 齒寬系數(shù) 由機(jī)械手冊(cè)查表得d.1d 接觸疲勞極限 由機(jī)械手冊(cè)查表得limHMpaH70li 582m 初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 H6399.01li1 2 3)初步計(jì)算小齒輪分度圓直徑 式 (4.9)mdu TAHd41.80 75.2180332 取 值由機(jī)械手冊(cè)查得 d 8,3dA取 初步取齒寬 mbd211 4) 校核計(jì)算 a)確定中心距 : 式(4.10)ia75.6.2811 選取 0 b)圓周速度 : 式(4.11)smndv /27.410698516 c)計(jì)算齒數(shù) 和模數(shù) 和螺旋角21z、 m16.,2zi、 4081dt 則由機(jī)械手冊(cè)查得 4n 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 21 （和估計(jì)值接近）84012.arcostnm d)齒輪的傳動(dòng)的載荷計(jì)算 1工作載荷 式(4.12)NdTFt 541708261 21cos.3za 69.18400.8 齒向載荷分布系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得取HK 式(4.13)bCdbBA3211481.06.07 載荷系數(shù)： HV1 .348.29.5 重合度系： 713411aZ 螺旋角系數(shù)： 9.06.coss。z 彈性系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得E MpaZE8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得HZ3.2H 接觸最小安全系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得limS5.1limS 接觸壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得N.1N 2ZpaSH79805.lim11 MN3.li22 驗(yàn)算： ubdKTZEH121 75.804.39.078.95.21 H260HMpa 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度比較合適，無須調(diào)整。 4.4.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 小齒輪的材料用 40Cr，硬度為 241HB 286HB，平均取為 260HB，調(diào)質(zhì)量處理，大 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 22 齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)量處理。硬度為 229286HB，平均取 240HB。 齒寬系數(shù) 由機(jī)械手冊(cè)查表得d0.1d 接觸疲勞極限 由機(jī)械手冊(cè)查表得limHMpaH7lim 582 初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 H6399.1li1 02 1) 轉(zhuǎn)矩 NnPTmd .074.591 2）初步計(jì)算小齒輪分度圓直徑 duAHd3.14 43. 1521682 321 ?。?m5 值由機(jī)械手冊(cè)查得dA8,0d取 初步取齒寬 bd14511 3) 校核計(jì)算 1)確定中心距 : mia7.39.22 選?。?m395 2)圓周速度: sndv /27.106.14062 4)計(jì)算齒數(shù) 和模數(shù) 和螺旋角43,z 取8.53.,224zi、 154z64dmt 則由機(jī)械手冊(cè)查得 5.n （和估計(jì)值接近）7124.arcost 5）工作載荷 NdTFt 9.6015322432 cos.8za 69.171526.1。 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 23 齒向載荷分布系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得取HK323210bCdbBA 4.1806.172 載荷系數(shù)： HVAK 4.9.5 重合度系： 803422az 螺旋角系數(shù)： 9.71coss。 彈性系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得EZMpaZE. 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得H52H 接觸最小安全系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得limS0.1limS 接觸壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得N8.N 接觸壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Z1Z 3.2MpaSHN79805.lim11 .8li22 驗(yàn)算： ubdKTZEH1243.5480.39.08.15.2 H230HMpa 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度比較合適，無須調(diào)整。 表 4-3 減速器中齒輪的主要參數(shù) 名稱 符號(hào) 單位 1Z33Z4 螺旋角 度 84024712。 。 法向模 數(shù) n m5. 法向壓力 角 度 。 。 。0。2 分度圓直 徑 d82478146 齒數(shù) z個(gè) 615 齒寬 bm95 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 24 4.5.3 齒輪軸的校核 在二級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)中，中間軸所受的力較復(fù)雜.因此對(duì)中間軸進(jìn)行校核,如能滿 足要求,減速器中的軸均能滿足要求.減速器的軸采用 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理. 由機(jī)械手冊(cè)查表得: MpaB650MpaS360 31b5 已知中間軸的 輸出功率為 19.28Kw，轉(zhuǎn)速為 166.96r/min. a) 作用力的計(jì)算 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 25 圖 4-1 減速器中間齒輪軸的受力分析圖 式npT6105.9 （4.14） mN.10.96.128950. 66 齒輪 的圓周力： 式2Z NdTFt .47812.2 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 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 26 （4.15） 齒輪 的徑向力: 2Z NFtr178402cosan 式（4.16） 齒輪 的軸向力: 式2Z NFtx 5.103842an2 （4.17） 齒輪 的圓周力： 3dTt .715.63 齒輪 的徑向力: Z NFtr 8.242cos0an 齒輪 的軸向力: 3 tx 3.4713 b) 垂直面支承反力及彎矩（見圖 4-1） 式NRAY 4.1024065.8.625.5.1.24917 （4.18）BY 7.83.940.13.723.8.56 彎矩見圖（見圖 4-1） 式mNRMAYCZ.8.53 （4.19） BD.106.245 c) 平面支承反力及彎矩（見圖 4-1） 支反力： 式mNFRttAZ .38294065.292 （4.20） ttBZ .1670.1.22 彎矩計(jì)算： 式mNRMAZH.5 （4.21） B.108.46 d) 合成彎矩： 式C .)108.( 62623 （4.22） mNMD .108.).(6.( 6265 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 27 e) 應(yīng)力校核系數(shù): 式46.05301-b （4.23） f) 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩: 式mNT.601.46 （4.24） g) 當(dāng)量彎矩: 在大齒輪軸勁中間截面處： 式TM836250687)( 22221 （4.25） 在右軸勁中間截面處： Nm1547143)( 22222 h) 校核軸頸 式.7.06581.033Md 80.3 （4.26） 2.71.065481.03322d m120.67 經(jīng)校核較合適無需調(diào)整。 4.5 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速器機(jī)構(gòu)因其類型、用途不同而已。但無論何種類型的減速器，其基本結(jié)構(gòu)都是 由軸系部件、箱體及附件三大部分組成。 1 軸系部件 軸系部件包括傳動(dòng)件、軸和軸承等組合。 (a)傳動(dòng)件 減速器箱外傳動(dòng)件包括有鏈輪、帶輪等；箱內(nèi)傳動(dòng)件有圓柱齒輪、圓錐齒輪、蝸桿 蝸輪等。傳動(dòng)件決定減速器的技術(shù)特性。通常根據(jù)傳動(dòng)件的種類命名減速器。 (b)軸 傳動(dòng)件裝在軸上以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傳遞功率。減速器普遍采用階梯軸。傳動(dòng)件和軸 多以平健連接。 (c)軸承組合 （1）軸承 軸承支撐軸的部件。由于滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)比普通滑動(dòng)軸承小，運(yùn)動(dòng) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 28 精度高，在軸頸尺寸相同時(shí)，滾動(dòng)軸承寬度比滑動(dòng)軸承小，可使減速器軸向結(jié)構(gòu)緊湊， 潤(rùn)滑、維護(hù)簡(jiǎn)便等，所以減速器廣泛采用滾動(dòng)軸承（簡(jiǎn)稱軸承） 。 （2）軸承蓋 軸承蓋用來固定軸承，承受軸向力，以及調(diào)整軸向間隙。軸承蓋嵌 入式和凸緣式兩種。凸緣式調(diào)整軸向間隙方便，密封性好；嵌入式質(zhì)量較輕。 （3）密封 在輸入和輸出軸外伸出，為防止灰塵、水氣及其它雜質(zhì)浸入軸承，引起 軸承加劇磨損和腐蝕，以及防止?jié)櫥瑒┩饴?，需在軸承蓋孔中設(shè)置密封裝置。 (4)調(diào)整墊片 為了調(diào)整調(diào)整軸向間隙，有時(shí)也為了調(diào)整傳動(dòng)件（如圓錐齒輪、蝸 輪）的軸向位置，需放置調(diào)整墊片。調(diào)整墊片由若干薄鋼片組成。 2 箱體 減速器箱體是用以支持和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件的嚙合精度、良好潤(rùn)滑及密封 的重要零件。箱體質(zhì)量約占減速器總質(zhì)量的 50%。因此，箱體結(jié)構(gòu)對(duì)減速器的工作性能、 加工工藝、材料消耗、質(zhì)量及成本等有很大的影響。 減速器箱體按毛坯制造工藝和材料種類可以分為鑄造箱體和焊接箱體。鑄造箱體材 料鑄鐵（HT200 、HT150 ） ，鑄造箱體較易獲得合理和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀，剛度好易進(jìn)行切 削加工；但鑄造周期長(zhǎng)，質(zhì)量較大，因而多用于成批生產(chǎn)。焊接箱體比鑄造箱體壁厚薄， 質(zhì)量輕 1/4-1/2,生產(chǎn)周期短，多用于單件小批生產(chǎn)。 減速器箱體從結(jié)構(gòu)上可以分為剖分式箱體和整體式箱體。剖分式箱體的剖分面多為 水平面，與傳動(dòng)件軸心線平面重合。一般減速器只有一個(gè)剖封面。對(duì)于大型立式減速器， 為便于制造和加工，也可采用兩個(gè)剖分面。 3.附件 為了使減速器具備較完善的性能，如注油、排油、通氣、吊運(yùn)、檢查傳動(dòng)件嚙合情 況，保證加工精度和裝拆方便等，在減速器箱體上常需設(shè)置某些裝置或零件，將這些裝 置和零件及箱體上相應(yīng)的局部結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為附屬裝置或簡(jiǎn)稱為附件。它們包括：視孔、通 氣器、游標(biāo)、定位銷、起蓋螺釘、吊運(yùn)裝置、油杯等。 減速器的機(jī)體是用于支持和固定軸系的零件，是保證傳動(dòng)零件的嚙合精度，良好的 潤(rùn)滑和密封的重要零件，其重量約占減速器總重量的 50%。因此，機(jī)體結(jié)構(gòu)對(duì)減速器的 工作性能，加工工藝，材料消耗，重量及成本等有很大的影響。 機(jī)體材料采用灰鐵（HT150 或 HT200）制造。 4.6 滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算 a)滾動(dòng)軸承的類型選擇 有手冊(cè)查得，選取深溝球軸承 原則：（1）軸承載荷 （2）軸承的轉(zhuǎn)速 （3）調(diào)心選擇 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 29 （4）安裝和拆卸 這里選取的的軸承的代號(hào)為 6316 的深溝球軸承 基本額定載荷 KNCr12KNr5.860 b)滾動(dòng)軸承的計(jì)算 滾動(dòng)軸承疲勞壽命的基本計(jì)算公式為： 式)(10PCL （4.27） 其中 壽命系數(shù) 查得3 當(dāng)量載荷（N）P 基本額定載荷（N）C 軸承左端受力 右端受力FA5.4602NFB4.1572 因 又 式arYxpa （4.28） 故左端 Na5.4602 右端 Fp17 其中 X，Y 由表選取 ，x0Y Kcr23 故左端軸承疲勞壽命 式rL6310109.)625.4( （4.29） 右端軸承疲勞壽命 5310.)7.( 故由公式 得 式3 610(pcnLh （4.30） 左端 hh 57).462(9.6310 右端 Lh 40.1.310 4.7 減速器的潤(rùn)滑 減速器傳動(dòng)件和軸承都需要良好的潤(rùn)滑；其目的的是為減少摩擦、磨損，提高效率， 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 30 防銹，冷卻和散熱。 減速器潤(rùn)滑對(duì)減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有直接的影響，如油面高度和需油量的確定，關(guān)系 到箱體高度的設(shè)計(jì)；軸承的潤(rùn)滑方式影響到軸承的軸向位置和階梯軸的軸向尺寸等。因 此，在設(shè)計(jì)減速器結(jié)構(gòu)前，應(yīng)先確定減速器潤(rùn)滑的有關(guān)問題。 1.傳動(dòng)件的潤(rùn)滑 絕大多數(shù)減速器傳動(dòng)件都采用油潤(rùn)滑。其潤(rùn)滑方式多為浸油潤(rùn)滑。對(duì)高速傳動(dòng)，則 為壓力噴油潤(rùn)滑。 a)浸油潤(rùn)滑 浸油潤(rùn)滑是將傳動(dòng)件一部分浸入油中，傳動(dòng)件回轉(zhuǎn)時(shí)，粘在其上的潤(rùn)滑油將帶到 嚙合區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑。同時(shí)，油尺上的油被甩到箱壁上，可以散熱。這種潤(rùn)滑方式適用于 齒輪圓周速度 ，蝸桿圓周速度 的場(chǎng)合。smv/12smv/10 箱體內(nèi)要有足夠的潤(rùn)滑油，以保證潤(rùn)滑及散熱的需要。為了避免油攪動(dòng)時(shí)沉渣泛 起，齒輪奧油池的距離大于 3050mm，為保證傳動(dòng)件充分潤(rùn)滑且避免攪油損失過大， 應(yīng)當(dāng)要有合適的浸油深度。 b)噴油潤(rùn)滑 c)當(dāng)齒輪圓周速度 ，或蝸桿圓周速度 時(shí)，粘在傳動(dòng)件上的油由于smv/12smv/10 離心力作用易被甩掉，粘合區(qū)得不到可靠供油，而且攪油使油溫升高，此時(shí)應(yīng)用噴油 潤(rùn)滑，即利用液壓泵潤(rùn)滑油通過油嘴噴至嚙合區(qū)對(duì)傳動(dòng)件潤(rùn)滑。 2.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 對(duì)齒輪減速器，當(dāng)浸油齒輪的圓周速度 時(shí)，滾動(dòng)軸承易采用油脂潤(rùn)滑；當(dāng)sv/2 齒輪的圓周速度 時(shí)，滾動(dòng)軸承易采用油潤(rùn)滑。smv/2 對(duì)蝸桿減速器，下置式蝸桿軸承用浸油潤(rùn)滑，蝸輪軸承采用油脂潤(rùn)滑或刮板潤(rùn)滑。 1)油脂潤(rùn)滑 油脂潤(rùn)滑易于密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。采用油脂潤(rùn)滑時(shí)，滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑和轉(zhuǎn) 數(shù)的積 一般不易超過 。為防止箱內(nèi)油進(jìn)入軸承而使油脂稀釋流出，ndin/.1025r 應(yīng)在箱體內(nèi)側(cè)設(shè)封油盤。 2）飛濺潤(rùn)滑 減速器內(nèi)主要有一個(gè)傳動(dòng)零件的圓周速度 ，即可利用浸油穿的教案旋轉(zhuǎn)使smv/2 潤(rùn)滑油飛濺潤(rùn)滑軸承。一般情況下，在箱體剖分上制出有油溝，使濺到箱蓋內(nèi)壁上的油 流入油溝，從油溝導(dǎo)入軸承。 當(dāng)傳動(dòng)件 時(shí)，分濺的油形成油霧，可以直接潤(rùn)滑軸承，此時(shí)無需制出油溝。smv/3 3)刮板潤(rùn)滑 下置蝸桿的圓周速度 時(shí)，但蝸桿位置低，可以直接潤(rùn)滑軸承，飛濺的油難sv/2 以達(dá)到蝸輪軸承，此時(shí)軸系可以采用刮板潤(rùn)滑。 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 31 4）浸油潤(rùn)滑 下置蝸桿軸承的潤(rùn)滑是常見的浸油潤(rùn)滑方式。 表 4-4 在本設(shè)計(jì)中用到的標(biāo)準(zhǔn)零件如下圖： 零件名稱 個(gè)數(shù) 材料 備注 螺栓 M20 x120 10 GB5780-86 鍵 32x63 1 鑄鋼 GN1096-96 鍵 28x100 1 鑄鋼 GN1096-96 鍵 32x110 1 鑄鋼 GN1096-96 鍵 25x50 1 鑄鋼 GN1096-96 墊圈 32 6 HT500 GB95-85 墊片 M22 14 GB93-87-6 深溝球軸承 6316 1 GB/T276-93 深溝球軸承 6310 1 GB/T276-93 深溝球軸承 6320 1 GB/T276-93 螺釘 M20 8 GB65-85 螺釘 M16 4 GB65-85 圓柱銷 A8x30 2 GB117-86 4.9 開式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 1.齒輪材料的選擇 小齒輪的材料用 40Cr，硬度為 241HB 286HB，平均取為 260HB，調(diào)質(zhì)量處理， 大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 229286HB，平均取 240HB。 齒寬系數(shù) 由機(jī)械手冊(cè)查表得d0.1d 40Cr 的接觸疲勞極限 由機(jī)械手冊(cè)查表得limHMpaH610lim 482 初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 599.1li1 HH3022 1) 轉(zhuǎn)矩 NnPTmd .07.6.8561 對(duì)于硬齒面閉式傳動(dòng)，傳動(dòng)尺寸有可能要取決于軟齒彎曲疲勞強(qiáng)度，故齒數(shù)不宜 過多。 故取 305Z 2）校核計(jì)算 a) 初步計(jì)算模數(shù) 式Y(jié)ZKTmSAFd3251 （4.31） 齒形系數(shù) 查表得FaY46.Fa 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 32 應(yīng)力修正系數(shù) 查表得saY65.1saY 重合度系數(shù) 807.2.0 載荷系數(shù) K2HVAKK 45.39.1.51 齒寬系數(shù) d0d33251 68.01.807.42YZTmSAFd76.8 故齒輪模數(shù) 9 c) 許用彎曲應(yīng)力的計(jì)算 minlFXNSY 彎曲疲勞極限 查得limF Mpa60li 彎曲壽命系數(shù) NY .1NY 尺寸系數(shù) X X 彎曲最小安全系數(shù) FMIS 25.FMISpaSYFXN48025.16minl d）工作載荷 NdT37807253 。20cos1.153 za 73.802.8。 齒向載荷分布系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得取HK 3 23210bCdbBA 49.86.1.07 載荷系數(shù) 2HVAK 5.49.2.5 重合度系 760333az 彈性系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得EZMpaZE8.1 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 33 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得HZ5.2HZ 接觸最小安全系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得limS0.1limS 接觸壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得N8.N 接觸壽命系數(shù) 由