7.5噸礦用提升機(jī)的設(shè)計(jì)含6張CAD圖,噸礦用,提升,晉升,設(shè)計(jì),cad
礦用提升機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要
社會(huì)的飛速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的復(fù)蘇，越來(lái)越多的領(lǐng)域需要使用各種起重運(yùn)輸機(jī)械，進(jìn)行裝卸、運(yùn)轉(zhuǎn)、輸送、分配等生產(chǎn)作業(yè)。起重機(jī)械的身影隨處可見；工礦企業(yè)、車站港口、建筑工地、林區(qū)農(nóng)場(chǎng)、食品工廠等等。起重機(jī)械的作用早已超出單純的鋪助設(shè)備范圍，它們被直接應(yīng)用于生產(chǎn)工藝過程中，成為生產(chǎn)作業(yè)線上主體設(shè)備的組成部分。為促進(jìn)社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分發(fā)揮起重機(jī)械的作用是具有重要意義的。
本課題是應(yīng)用機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)行提升機(jī)的設(shè)計(jì)。提升機(jī)是適用于各種工業(yè)的一般起重機(jī)械。它由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)、行星機(jī)傳動(dòng)傳遞動(dòng)力。其設(shè)計(jì)主要包括：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及機(jī)體的潤(rùn)滑與密封等。
關(guān)鍵字：機(jī)械 機(jī)構(gòu) 提升機(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì)
Abstract
The development at full speed of the summary society, the recovery of the mechanical trade, more and more fields need to use various kinds of handling machinery, carry on the production operation of loading and unload, operating , sending , assigning etc.. The figure of the hoisting machinery is seen everywhere: Industrial and mining enterprises , station port ,
construction site , forest zone farm , food processing factory ,etc..It is beyond the scope of simple auxiliary equipment to already played a heavy and mechanical role, they use in the course of production technology, directly,
become the component of the subject equipment on the line of production cause , raise labour productivity, it is with important significance to fully give play to the role of playing the life tool instrument.
This subject is the design using the theory of mechanics, mechanical
Manufacturing technology to carry on the lifting machine. The lifting machine is the general hoisting machinery which is suitable for various kinds of industry. It is driven by the motor.
KEY word: Machinery Organization Lifting machine
Machinery is designed
目錄
摘要 1
Abstract 2
前 言 4
1 提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5
1.1 設(shè)計(jì)方案的確定 5
1.1.1、設(shè)計(jì)參數(shù)： 5
1.1.2、設(shè)計(jì)方案的確定 5
1.2 電機(jī)的選擇 6
1.2.1、電動(dòng)機(jī)的容量 6
1.2.2、卷筒的轉(zhuǎn)速 7
1.2.3、計(jì)算總傳動(dòng)比，分配各級(jí)傳動(dòng)比 7
2 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
2.1 電動(dòng)機(jī)軸齒輪的設(shè)計(jì) 9
2.2 內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì) 11
2.3 行星齒輪的設(shè)計(jì) 12
2.4 軸的設(shè)計(jì)及軸承的選擇 14
2.4.1、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 14
2.4.2、軸承的選擇 14
2.4.3、軸材料的選擇 15
2.4.4、軸II的設(shè)計(jì)、計(jì)算及軸承的確定 15
2.4.5、軸Ⅲ的設(shè)計(jì)、計(jì)算及軸承的確定 18
3 行星架的選擇 19
4 提升機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
4.1 鋼絲繩的設(shè)計(jì) 20
4.2 卷筒的設(shè)計(jì) 21
4.3 吊鉤的設(shè)計(jì) 23
4.3.1、吊鉤的材料 23
4.3.2、吊鉤的構(gòu)造 24
5 制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 25
5.1、制動(dòng)器的選用 25
5.2、帶式制動(dòng)器的計(jì)算 25
6 潤(rùn)滑與密封 30
設(shè)計(jì)小結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
前 言
隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代的工礦企業(yè)、車站港口、建筑工地、林區(qū)農(nóng)場(chǎng)、食品加工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，越來(lái)越廣泛地使用各種起重運(yùn)輸機(jī)械，進(jìn)行裝卸、運(yùn)轉(zhuǎn)、輸送、分配等生產(chǎn)行業(yè)。例如一個(gè)年產(chǎn)上千萬(wàn)噸鋼的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，僅運(yùn)進(jìn)物了就有兩千萬(wàn)噸；再加上生產(chǎn)作業(yè)過程中的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，沒有現(xiàn)代化、高效率的起重運(yùn)輸機(jī)械是無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)的。在起重運(yùn)輸機(jī)械中有些是不可缺少的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，但更多的起重運(yùn)輸機(jī)械，其作用早已超出單純的輔助設(shè)備范圍，它們被直接應(yīng)用于生產(chǎn)工藝過程中，成為生產(chǎn)作業(yè)線上主體設(shè)備的組成部分。鋼鐵聯(lián)合企業(yè)如此，其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門也是如此。為促進(jìn)社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分發(fā)揮起重運(yùn)輸機(jī)械的作用是具有重要意義的。
為了對(duì)起重設(shè)備進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我準(zhǔn)備了礦用提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：礦用提升機(jī)的主要零部件（鋼絲繩、吊鉤、制動(dòng)裝置、卷筒、齒輪、行星架、軸和電動(dòng)機(jī)等）的構(gòu)造，工作原理及主要機(jī)構(gòu)的組成和設(shè)計(jì)計(jì)算。
由于本人水平、能力有限，文中難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
1 提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)方案的確定
1.1.1、設(shè)計(jì)參數(shù)：
調(diào)度重量7.5噸；
容繩量300m。
此礦用提升機(jī)構(gòu)一般的起重機(jī)構(gòu)，選取滾筒速度為40m/min
1.1.2、設(shè)計(jì)方案的確定
方案一：采用蝸桿減速器開式齒輪傳動(dòng)。蝸桿減速器均裝在滾筒外，電機(jī)和滾筒軸線不同軸。這種方案的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，但結(jié)構(gòu)不緊湊，占地面積大。（見圖1.1）
圖1.1 方案一圖
方案二：采用行星輪、內(nèi)、外齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。行星輪、內(nèi)、外齒輪裝在滾筒及行星架內(nèi)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是具有重量輕、體積小、傳動(dòng)比大和效率高，因此廣泛應(yīng)用于礦山冶金等工業(yè)部門。（見圖1.2）
圖1.2 方案二圖
綜上比較兩種方案一、所以擇優(yōu)選方案二。方案二在各個(gè)方面都優(yōu)于方案一。
1.2 電機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。電動(dòng)機(jī)有交流電機(jī)和直流電機(jī)之分。一般工廠都采用三相交流電，因而多采用交流電動(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)又分為籠型的繞型兩種，其中以普通籠型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多。目前應(yīng)用最廣的是Y系列自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)性能好、工作可靠、價(jià)格低廉，維護(hù)方便，適用于不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕性氣體、無(wú)特殊要求的場(chǎng)合，如運(yùn)輸機(jī)、機(jī)床、風(fēng)機(jī)、農(nóng)機(jī)、輕工機(jī)械等。在經(jīng)常需要起動(dòng)、制動(dòng)和正、反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合（如起重機(jī)），則要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、過載能力大，應(yīng)選用起重及冶金用三相異步電動(dòng)機(jī)YZ型（籠型）或YZR型（繞線型）。
提升機(jī)為一般起重設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的工作載塔為中級(jí)，啟動(dòng)反轉(zhuǎn)頻繁，工作環(huán)境較差。故采用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
1.2.1、電動(dòng)機(jī)的容量
已知條件：卷筒刊徑D=300mm，卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)速度V=40,/min，高度重量F=7.5t。
電動(dòng)機(jī)輸出功率
P0=Pw/η=FV/1000ηw
=7.5×103×0.67/（1000×0.96×0.973×0.992）
=5.79kw
額定功率P.=（1～1.3）P0=(1～1.3) ×5.79=5.79～7.53kw
查資料取P.為7.5kw。
1.2.2、卷筒的轉(zhuǎn)速
nw=60×V/（ｎ×D）=60×0.67/（ｎ×300）=42.68t/min
查《機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y160M-6。
nm=970r/min。
1.2.3、計(jì)算總傳動(dòng)比，分配各級(jí)傳動(dòng)比
（1）總傳動(dòng)比
I=nm/nw=970/42.68=22.73
（2）分配各級(jí)傳動(dòng)比
取ib=5.54,
Ig=i/ib/22.73/5.54=4.1
（3）計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
①各軸的轉(zhuǎn)速
nI=970r/min
nIII=nI/ib=970/5.54=175.09
nIII=nII/ig=175.09/4.1=42.68
②各軸的功率
pI=pm=7.5KW
pIII=7.5×0.99×0.97=7.2KW
pIII=7.2×0.99×0.97=6.92KW
③各軸的轉(zhuǎn)矩
TI=9550 ×7.5/970=73.84N.m
TIII=9550×7.2×175.09=392.7 N.M
TIII=9550×6.92×42.69=1549.5 N.M
最后，將所度算的結(jié)果填入下表1.1：
參 數(shù)
軸 名
電動(dòng)機(jī)
I
II軸
滾筒軸(III)
轉(zhuǎn)速n（r/min）
970
970
175.09
42.68
功率P/kw
7.5
7.5
7.2
6.92
轉(zhuǎn)矩（N.m）
73.84
73.84
392.7
1549.5
傳動(dòng)比i
5.54
4.1
1
效率η
0.97
0.99
0.99
表1.1軸的工況表
2 提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 電動(dòng)機(jī)軸齒輪的設(shè)計(jì)
2.1.1、齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，它是依靠齒輪齒廓直接接觸來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，具有傳動(dòng)比恒定，效率高，使用幫助長(zhǎng)，適用范圍廣及承載有力高等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)齒輪傳動(dòng)的要求是多方面的，但歸納起來(lái)不外乎下列兩項(xiàng)基本要求：
（1）傳動(dòng)要準(zhǔn)確平穩(wěn) 即要求齒輪傳動(dòng)在工作過程中，瞬時(shí)傳動(dòng)比要恒定，且沖擊、振動(dòng)小。
（2）承載能力高 即要求齒輪傳動(dòng)能傳遞較大的動(dòng)力，且體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)。
2.1.2、選定齒輪的傳動(dòng)類型、精度等級(jí)、材料、熱處理方式，確定許用應(yīng)力。為提高齒輪的承載能力和傳動(dòng)平穩(wěn)性，采用高變位齒輪傳動(dòng)?？紤]上減速器的功率較大，故齒輪選用硬齒面，齒輪的材料為20Cr鋼滲碳淬火，硬度為56∽62HRC（查表）齒輪按7級(jí)精度制造（查表）。
oHIim=1500MP（查圖）， OFIim=460MP(查圖)
SF=1（查表），SH=1， Yx=1.0（查圖），
故 [OH]=o HIim/SH=1500/1=1500 MP。
[oF]=o FIimYx/SF=460×1=460 MP。
2.1.3、按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
計(jì)算齒輪的模數(shù)由公式
m≥{2KT1YFsY /ΨdZ12[o F]}1/3 MP。
確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
（1）初步選定齒輪參數(shù)
設(shè)齒數(shù)比為u=4, Z1=24，故Z2=uZ1=4×24=96
Ψd=0.7（查表）
（2）計(jì)算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩
T1=9550P/n1=9550×7.5/970=73.84N.m=0.7384N.mm
（3）計(jì)算2載荷系數(shù)K
KA=1（查表） V=3m/s， V Z1/100=3×24/100=0.72
Kv=1.15（查圖）
εa=[1.88-3.2（1/Z1+1/Z2）]COS?=[1.88-3.2（1/24+/96）×1=0.2448
Ka=1.1（查圖） K?=1.19 （查圖）
K=KAKVKaK?=1×1.15×1.11×1.19=1.5
（4）查取復(fù)合齒形系數(shù)YFS并比較YFS/[ oF]
YFS1=4.25， YFS2=3.98 （查圖）
YFS1/[ o F]1=4.25/460=0.0092 >YFS2/[ o F]2=3.98/460=0.0057
（5）計(jì)算重合度系數(shù)
Yε=0.25+0.75/εa=0.25+0.75/1.71=0.6886
（6）設(shè)計(jì)計(jì)算
m≥{2KT1YFSY2/ΨdZ12[oF]}1/3
={2×1.5×0.7384×105×0.0092×0.6886/0.9×242}1/3=1.52
將模數(shù)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取m=2
2.1.4、幾何尺寸的計(jì)算
d1=mZ1=24×2=48mm
d2=mZ2=2×96=192mm
a=m/2（Z1+Z2）=2/2（24+96）=120mm
b=Ψd×d1×0.9×48=43.2mm，取b2=45mm
b1=b2+（5∽10）=50∽55mm，取b1=55mm
2.1.5、校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
O H=ZEZHZε[2KT1（U+1）ubd12]1/2
式中 ZE=189.8MPa
ZH=2.5
Zε=[（4-ε a）/3]1/20-[（4-1.71/3）]1/2=0.87
oH=ZEZHZε[2KT1（U+1）/ubd12]1/2
=189.8×2.5×0.87×[2×1.5×0.7384×105×105×(4+1)/45×482×
4]1/2=674.64MPa<[o H]=1500MPa
接觸疲勞強(qiáng)度足夠。
2.1.6、齒輪的實(shí)際圓周速度
v=π d1n1/（60×1000）=π×48×970/（60×1000）2.44m/s<3 m/s合適。
2.1.7、其圖見零件圖。
2.2 內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)
2.2.1、選定齒輪的傳動(dòng)類型、精度等級(jí)、材料、熱處理方式，確定許用應(yīng)力。由所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。故齒輪選用軟齒面，齒輪的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為229∽286HBS（查表）齒輪按8級(jí)精度制造（查表）。
σ H1im=690MP（查圖）， σF1im=220MP（查圖）
2.2.2、按齒輪齒面接觸疲勞計(jì)算
由公式d1≥{[2KT1（u+1）/Ψdu]×（ZEZHZε/[σH]）1/2}1/3
（1）確定公式內(nèi)各值的參數(shù)
因?yàn)闈L動(dòng)軸承非對(duì)稱分布所以Ψd=0.9
因?yàn)辇X輪減速器為減速傳動(dòng) 所以u(píng)=i=4.1
（2）計(jì)算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩
T1=9550P/n19550×7.275/175.09=421.35N.M
（3）初步選定齒輪參數(shù)
Z1=24,Z2=u Z1=4.1×24=98.4,取Z2=98
（4）計(jì)算載荷系數(shù) K
KA=1（查表） V=3m/s， v z1/100=3×24/100=0.72
εa=[1.88-3.2（1/Z1+1/Z2）cosβ=[1.88-3.2(1/24+/98)×1=1.72
Ka=1.2（查圖） Kβ =1.1（查圖）
K=KAKVKaKβ=1×1.2×1.2×1.1×=1.584
式中 ZE=189.8MPa
ZH=2.5
Zε=[（4-ε a）/3]1/2=[（4-1.71）/3]1/2=0.87
d1≥{[2KT1（u+1）/Ψdu] ×（zEzHzε/[σH]1/2}1/3
=[2×1.584×4.21×105×（4.1-1）]/（0.9×4.1）]
×（189.8×2.5×0.87/690）2
=44.85
取 d1=46mm
所以m=d1/Z1=46/24=1.92 取m=2
（5）幾何尺寸的計(jì)算
d1=MZ1=24×2=48mm
d2=mZ2=2×98=196mm
a=m/2（Z1+Z2）=2/2（24+98）=122mm
b=Ψd×d1=0.9×48=43.2mm,取b2=45mm
b1=×b2（5∽10）=50∽55mm，取b1=55mm
取 a=200，ha*=1， C*=0.25
Ha=ha*m=1×2=2mm
hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）×2=2.5mm
h=ha+hf=2+2.5=4.5mm
dal=（Z1+2 ha*）m=（24+2×1）×2=52mm
df1=(Z1-2 ha*-2c*)m（24-2×1-2×0.25）×2=43mm
da2（Z2-2ha*）m=（98-2×1）×2=192mm
df2（Z2+2 ha *+2c*）m=（98+2×1+2×0.25）×2=201mm
（6）校核輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度
σf=2KT1YFSYε/bd1m
因?yàn)閅FS1=4.25 YFS2=3.95
YFS1=/[σ F]1=4.25/220=0.019>YFS2/[σF]2=3.95/220=0.018
Yε =0.25+0.75/εa=0.25+0.75+1.71=0.69
所以 σf=2KT1YFSYε/bd1m
=2×1.584×0.072×105×4.25×0.69/(56×48×2)
=85.25MPa<[σ F1im]=220MPa合適
（7）驗(yàn)算齒輪的實(shí)際速度
V=πd1n1/（60×1000）=π×48×421/（60×1000）=1.06/s<3 m/s合適。
（8）圖見零件圖。
2.3 行星齒輪的設(shè)計(jì)
2.3.1、選定齒輪的傳動(dòng)類型、精度等級(jí)、材料、熱處理方式、確定許用應(yīng)力。
由所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案選直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，因它所傳遞的功率羅大，所以齒輪選用硬齒面，材料為20Cr，滲碳淬火，硬度為56∽62HRS，齒輪的制造精度為8級(jí)。查表取[σ]H1im=1500NP，[σ]F1im=460MP
2.3.2、按齒面接觸疲勞計(jì)算
由公式d1≥{[2KT1（u+1）/Ψ]×(ZE+ZH+Zε/[σ]H)2}1/3
（2）確定公式內(nèi)各參數(shù)的值
因滾動(dòng)軸承對(duì)稱分布，做 Ψd=0.5
因此齒輪為減速傳動(dòng)，故 u=2.35
（2）計(jì)算齒輪的名義轉(zhuǎn)矩
T3=9550P3/n3=9550×6.92/42.7=15.18KN?m
（3）初步選定齒輪參數(shù)
Z1=17 Z2=u×i=2.35×17=40
（4）計(jì)算載荷系數(shù)K及其它參數(shù)
KA=1， Kv=1.2， Ka=1.2, Kβ=1.1
K=KAKvK a K?=1×1.2×1.2×1.1×=1.584
ZE=189.8， ZH=2.5， Zε=[（4-1.71）/3]1/2=0.903
v′=3m/s，v′ Z1/100=4×17/100=0.68m/s
所以 d1≥{[2KT1（u+1）/Ψd×u] ×（ZE+ZH+Z ε/[σ]H2}1/3
=[（2×1.584×15.48×100000×2.35/0.5×1.35]
×(189.8×2.5×0.903/1500)1/3=111.68mm
取 d1=112mm
M=d1/Z1=112/17=6.59 取m=7
（5）確定齒輪的幾何尺寸
d1=m×Z1=7×17=119×mm
d2=m×22=7×40=280mm
a=m（Z1+Z2）/2=7×（17+40）/2=199.5mm
b2=b=0.5×119=59.5mm
b1=59.5+（5∽10）=64.5∽69.5 b1=68
a=200， ha*=1， c*=0.25
da1=133mm， df1=101.5mm da2=294mm， df2=262.5mm
（6）校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度
oF=2KT1YFSY ε/bd1m
YFs1=4.25，YFs2=3.95， Yε=0.25+0.75/1.792=0.668
σF=2KT1YFsYε/bd1m=2×1.584×15.48×100000×4.25×0.69/59.5×119×
7=290.16MP≤[σF]=450MP
（7）驗(yàn)算齒輪的實(shí)際速度
V==πd1nl/60×1000=η119×42.7/60×1000=0.27m/s
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