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人力提升机传动方案的拟定与分析计算设计

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人力提升机传动方案的拟定与分析计算设计

I摘要社会的飞速发展,机械行业的复杂,越来越多的领域需要各种各样的起重机械,人力提升机是用于建筑外墙装饰和野外电力设备安装等专用设备。人力可轻松操纵上下输送物料和人员填补该产品系列中的缺失在无电源供应的情况下。所以任务来源于社会生产实践。此项设计是传统的结构与创新的思想结合的成果。人力提升机在国内尚无申请专利,运用较多的是电力提升机和电力升降机。此设计主要考虑到功能实现,尺寸限制,结构,操作简单。以机械原理以及机械设计的理论知识为依据,对齿轮传动机构,螺纹传动以及其他几种常见机构进行详尽的分析,选择合适的方案。用所学的工程图学和三维制图UG的知识画出装配图,和零件图。本设计内容包括一级齿轮传动,二级齿轮传动,钢丝绳的绕法,棘轮的自锁。主动轴上的齿轮与传动轴上的齿轮啮合将脚踏上的力和力矩传递到输出轴上。输出轴上的齿轮再将力和力矩通过齿套传递到槽轮的齿轮上,带动槽轮转动,再与下方的齿轮啮合带动下面槽轮的转动,利用钢丝绳与槽轮之间没有相对滑动,从而利用钢丝绳带动整个机器在钢丝绳上下移动。关键词升降机;齿轮;传动;棘轮;自锁;IIABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTATFULLSPEEDOFTHESUMMARYSOCIETY,THERECOVERYOFTHEMECHANICALTRADE,MOREANDMOREFIELDSNEEDTOUSEVARIOUSKINDSOFHANDLINGMACHINERYHUMANELEVATORISUSEDFOREXTERIORWALLDECORATIONANDOUTDOORPOWEREQUIPMENTANDOTHERSPECIALEQUIPMENTINSTALLEDINTHECASEOFNOPOWERSUPPLYCANEASILYMANIPULATETHEHUMANUPPERANDLOWERTRANSPORTOFMATERIALSANDPERSONNELTOFILLTHELACKOFPRODUCTLINEMISSIONISFROMTHEPRACTICEOFSOCIALPRODUCTIONTHEDESIGNOFTHESTRUCTUREISTHETRADITIONALCOMBINATIONOFINNOVATIVEIDEASANDRESULTSHUMANELEVATORHASNOPATENTINCHINA,MOREELECTRICITYANDPOWERLIFTHOISTHAVEBEENUSEDTHISDESIGNISMAINLYTAKINGINTOACCOUNTTHEIMPLEMENTATIONOFFUNCTION,SIZELIMITS,STRUCTURE,SIMPLEOPERATIONMECHANICALPRINCIPLESANDMECHANICALDESIGNISBASEDONTHETHEORETICALKNOWLEDGE,WORMGEARDRIVEMECHANISM,SCREWDRIVEASWELLASSEVERALOTHERDETAILEDANALYSISOFCOMMONINSTITUTIONS,CHOOSETHEAPPROPRIATEOPTIONTHEPRINCIPLEACCORDINGTOCLUTCHTHECLUTCHMODEANDSELECTTHEAPPROPRIATEBODIESLEARNEDTOUSEENGINEERINGGRAPHICSANDTHREEDIMENSIONALMAPPINGOFKNOWLEDGEUGDRAWASSEMBLYDRAWINGS,ANDPARTSDIAGRAMTHEDESIGNINCLUDESAGEARDRIVE,SECONDGEAR,WIREROPEAROUNDTHELAW,THEDESIGNOFTHECLUTCH,FANGEAR,SELFLOCKINGWORMANDWORMTAKETHEINITIATIVEANDDRIVESHAFTGEARSHAFTGEARMESHONTHEPEDALFORCEANDTHEMOMENTPASSEDONTOTHEOUTPUTSHAFTOUTPUTSHAFTOFTHEGEARTEETHANDTHENSETSOFFORCEANDTORQUEDELIVEREDTOTHETANKTHROUGHTHEGEARWHEEL,THEDRIVESHEAVEROTATION,THENDRIVENGEARSMESHINGWITHTHEBOTTOMOFTHETANKBELOWTHEROTATINGWHEEL,REENGAGEMENTWITHTHEBOTTOMOFTHEDRIVEGEARWHEELROTATIONSLOTBELOW,THEUSEOFWIREROPEANDTHEREISNORELATIVESLIPBETWEENTHESHEAVESTODRIVETHEENTIREMACHINEUSINGSTEELWIREROPEMOVEUPANDDOWNKEYWORDSHOIST;GEAR;TRANSFERMOTION;WORM;SELFLOCKING;III目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题应达到的要求12方案拟定23功能原理及运动特点331功能原理332运动特点54确定传动装置的总传动比和分配传动比641确定总传动比642分配传动比643各轴运动和动力参数确定6431各轴转速6432各轴输入功率6433各轴输出功率6434各轴输入转矩65选择钢丝绳型号86齿轮、棘轮的设计961主动轴上齿轮传动的设计计算9611齿轮材料,热处理及精度9612初步设计齿轮传动的主要尺寸9613设计计算10614齿根弯曲疲劳强度设计1162从动轮上齿轮传动的设计和计算13IV621齿轮材料,热处理及精度13622初步设计齿轮传动的主要尺寸13623设计计算14624齿根弯曲疲劳强度设计1563棘轮的设计18631棘轮机构的基本结构和工作原理18632棘轮装置的优缺点18633棘轮机构中的主要问题18634棘轮几何尺寸的计算187轴、轴承和轴键的设计和校核2171主动轴的设计校核21711选择轴的材料21712初步计算轴的最小直径21713轴的结构设计21714按弯矩合成力校核轴的强度2272从动轴的设计校核25721输入轴上的功率、转速及转矩25722初步确定轴的最小直径25723轴的结构设计25724按弯矩合成力校核轴和强度2673滚动轴承的选择与校核31731主动轴轴承的型号选择和设计31732中间轴滚动轴承的型号选择和计算338箱体结构设计3581主体设计3582对附件设计359结论与展望3891结论3892不足之处与未来展望38V致谢40参考文献错误未定义书签。人力提升机传动方案的拟定与计算设计11绪论11本课题的研究内容和意义随着我国建筑行业的发展,住宅建筑、高层建筑越来越多,外墙涂层、装饰以及物业管理清洗所需要的高处作业人力提升机已被广大用户所采用,同时人力提升机也成为了野外电力设备安装的专用设备。人力可轻松操纵上下输送物料和人员填补该产品系列中的缺失在无电源供应的情况下。使用人力提升机省工、省费用、安全,大大减轻了工人劳动强度,提高了施工进度。12国内外的发展概况人力提升机在国内尚无申请专利,运用较多的是电力提升机和电力升降机。据统计,使用人力提升机施工,其施工费用仅为脚手架的70,生产率是脚手架的三倍,但是由于多种原因建筑施工中高处业人力提升机坠落事故时有发生,这不仅造成人生伤亡,经济损失和社会影响,而对高处作业人力提升机使用日益增多的今天,人力提升机的质量成为关注的焦点,这就要求从事高处作业提升机的设计制造部门应该加强产品安全性能的开发,同时确定人力提升机产品安全质量标准,规范国内市场。必须保证人力提升机安装后符合安装要求,加大对施工人员的安全培训,以确保安全。13本课题应达到的要求人力提升的总重量为350KG,提升速度5M/MIN。将输入轴上脚踏的力和力矩传递到输出轴上。输出轴带动槽轮转动,利用钢丝绳与槽轮之间没有相对滑动,从而利用驱动整个机器在钢丝绳上下移动。无锡太湖学院学士学位论文22方案拟定方案一由葫芦想到滑轮组结构,利用钢丝绳绕在滑轮组上由绳带动整个机器实现上下移动。传动滑轮组上的齿轮跟输出轴上的齿轮啮合传动,依次一系列的齿轮啮合实现从主动轴(人力脚踏动力)到输出轴再到滑轮组上的齿轮传递动力。制动两个蜗杆自锁的原理(螺旋升角小于当量摩擦角)阻止滑轮组的转动。方案二采用链传动,将主动轴上的力通过链条传递到输出轴上,制动采用棘轮机构制动方案三通过齿轮啮合传动,通过齿轮的二级传动,将主动轴上的输入力放大,制动采用棘轮机构。通过计算对比上述三个方案的优劣方案一采用蜗杆自锁的原理,蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大,工作条件不够良好时会产生严重的摩擦与磨损,从而引起过分发热,使润滑情况恶化,因此摩擦损失较大,效率底,当传动具有自锁性时效率仅为04左右。方案二采用链传动,优点是可以降低成本,整体尺寸较小,结构较为紧凑,但链传动不能保持恒定的瞬时传动比;磨损易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用在载荷变化很大和急速反转的场合。方案三采用齿轮传动提高了效率,同时采用棘轮制动,有效的减小了整体尺寸。综上所述采用方案三。人力提升机传动方案的拟定与计算设计33功能原理及运动特点31功能原理如图31所示为人力提升机装配图。本机构是一种升降机装置,主要由三部分组成1传动部分;2绕线部分;3制动部分。无锡太湖学院学士学位论文4图31装配图图32传动系统图人力提升机传动方案的拟定与计算设计5如图32所示传动部分主要是在主轴箱内,如图二所示,由主动轴3、从动轴4、齿轮3、棘轮机构11、齿轮12、挡圈14、以及齿轮1组成。主动轴3和脚踏连接,可以由人直接驱动。在工作状态,主动轴上的齿轮1同时带动装在从动轴上的齿轮12转动,齿轮12与轴采用螺纹连接,齿轮12正转压紧棘轮11,带动轴转动,齿轮3再与大齿轮啮合传动,再通过绕线部分参照图1,主要由两个大齿轮,两个压紧轮装置7,防护罩4,弹簧3和弹簧6以及壳体组成,钢丝绳绕在两个齿轮的绕线槽中。齿轮的绕线槽的截面成梯形状,钢丝绳在其中越压越紧,从而保证钢丝绳与齿轮之间没有相对滑动,即不会打滑。两个压紧轮装置7控制了钢丝绳在线槽中的包角,从而确定了此部分的传动效率。防护罩4能保证在齿轮5上穿钢丝绳顺利进行,并且可以防止当绳处于松弛状态时,跑出绕线槽。制动部分主要有图2中棘轮机构11和齿轮12组成,当提升重物时,主动轴上的齿轮1与从动轴上的齿轮12啮合,齿轮12与轴螺纹连接压紧棘轮带动从动轴转动,当主动轴停止时,棘轮受到棘爪的作用逆止,当齿轮12反转时,将棘轮松开,齿轮12被挡圈挡住时,带动轴反转将重物放下,当主动轴停转时,由于重物的作用使轴反转,使棘轮被压紧制动。32运动特点该升降机主要能实现二个功能第一,人踩着脚踏能往上走,不踩的时候能自锁停在原位;第二,人反踩脚踏能往下走,不踩的时候能自锁停在原位;以下我将介绍实现这些功能的原理第一种功能的实现原理是当人踩脚踏时,踩脚踏的力通过一系列齿轮传动放大到足以克服整个升降机的重力,从而能往上走。当人不踩脚踏时,在棘轮机构作用的情况下,克服了整个机器的重力,从而使得升降机停在原位。第二种功能的实现原理与第一种一样。无锡太湖学院学士学位论文64确定传动装置的总传动比和分配传动比41确定总传动比根据提升机的提升速度为5M/S,根据经验初定槽轮直径为110MMMIN/4181405501432083060260RRVN(41)根据经验假设人蹬脚踏的速度为70R/MIN,则总的传动比为85544181470NNIMA(42)42分配传动比AI=0II(43)式中0,II分别为一级齿轮和二级齿轮的传动比。为使一级齿轮结构不过大,初步取0I=147,则二级齿轮传动比为I=0/IIA=3302(44)43各轴运动和动力参数确定431各轴转速N=0/INM=70/147=47619R/MIN(45)ⅡN=1/ⅠIN=47619/3302=14421R/M432各轴输入功率DP=01KWIP=DPΗ23=01098099=0097KW(46)ⅡP=IPΗ23=0097099097=0093WⅢP=ⅡPΗ2Η40093099096=0085KW433各轴输出功率ⅠP=ⅠP0980095KW47ⅡP=ⅡP0980091KWⅢP=ⅢP0980086KW434各轴输入转矩1TDT0I1NM48主动轴的输出转矩人力提升机传动方案的拟定与计算设计7DT9550MDNP955001/701364NM(49)所以ⅠT=DT0I113641470961925NMⅡT=ⅠT1I12192533020980955914NMⅢTⅡT3459140950975450NM输出转矩ⅠT=ⅠT0981887NM(410)ⅡT=ⅡT0985797NMⅢT=ⅢT0985341NM表41运动和动力参数轴名功率PKW转矩TNM转速R/MIN输入输出输入输出主动轴011364701轴009700951925188747622轴009300915914579614423轴00880086545053411442无锡太湖学院学士学位论文85选择钢丝绳型号根据机械设计手册第五版第2卷第11章2、1、3钢丝绳直径的计算与选择选用钢丝绳的直径。钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力按式DSC(51)D钢丝绳最小直径MM,C选择系数MM/21NS钢丝绳最大工作静拉力由表8115可查的C0140安全系数为9,由提升机重量为350KGD0140X10X35083(52)再由215一般用途钢丝绳中,适用于机械建筑货用索道等行业使用的各种圆股钢丝绳,可选用钢丝绳6X37B类典型结构为6X37161218人力提升机传动方案的拟定与计算设计96齿轮、棘轮的设计61主动轴上齿轮传动的设计计算611齿轮材料,热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制,故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮(1齿轮材料及热处理①材料高速级小齿轮选用45钢调质,齿面硬度为小齿轮280HBS取小齿轮齿数1Z17高速级大齿轮选用45钢正火,齿面硬度为大齿轮240HBSZ2IZ11471724(61)取Z225②齿轮精度按GB/T10095-1998,选择7级,齿根喷丸强化。612初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计213112HEHDTTZZUUTKD(62)确定各参数的值1试选TK16查课本217P图1030选取区域系数ZH2433由课本215P图102678018202则618207802由课本202P公式1013计算应力循环数N160N1JHL60701(1830010)631008810HN2068108H3查课本203P1019图得K1093K20964齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1,安全系数S1,应用205P公式1012得H1SKHHN1LIM10935505115MPA64无锡太湖学院学士学位论文10H2SKHHN2LIM2096450432MPA64许用接触应力MPAHHH754712/43255112/21655查课本由201P表106得EZ1898MPA由205P表107得D1T95510511/NP95510501/706613104NMM613设计计算1小齿轮的分度圆直径DT13234MM57471818933427417426111013612123242131HEHDTTZZUUTKD672计算圆周速度SMNDT/12010006070347141310006011683计算齿宽B和模数NTM计算齿宽BBTDD13471MM69计算摸数MN初选螺旋角1481MM911714COS7134COS11OZDMTNT6104计算齿宽与高之比HB齿高H225NTM225198145MM77543471HB(6115计算纵向重合度03181D14TAN1713180TAN13486126计算载荷系数K使用系数AK1根据V013M/S,7级精度,查课本由210P表108得人力提升机传动方案的拟定与计算设计11动载系数KV107,查课本由196P表104得KH的计算公式KH6011801212D2D023103B61311201810611023103108140查课本由195P表1013得KF135查课本由193P表103得KHFK14故载荷系数K=KKKHKH1107121401806147按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径D1DT1TKK/309366108171343MM6158计算模数NMMMZMN0521714COS0963COSD11O616614齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式NM≥COS212213FSFADYYZYKT617⑴确定计算参数①计算载荷系数K=KKKK110712135=173618②根据纵向重合度3481,从图1028查的螺旋角影响系数Y088③计算当量齿数618913301714COS1703311COSZZV(6194727913302514COS2503322COSZZV620④查取齿形系数,由表1015查的Y=2592Y=2211⑤查取应力校正系数,由表105查的Y=1596Y=1774⑥小齿轮传递的转矩T1364KN⑦初选宽系数D,按对称布置,查得D1

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