小型运输升降机的设计

南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计 (论文) 学院(系)： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 杨之闯 指导教师： 解芳 完成日期 2012 年 05 月 南阳理工学院本科生毕业设计（论文） 小型运输升降机的设计 Design of Small Transport Elevator 总计： 毕业设计（论文）44 页 表 格： 17 个 插 图： 19 幅 南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文） 小型运输升降机的设计 Design of Small Transport Elevator 学 院 （系）： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 杨之闯 学 号： 104021020031 指 导 教 师： 解 芳 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2012.5.7 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 小型运输升降机的设计 小型运输升降机的设计 机械设计制造及其自动化 杨之闯 摘 要 本课题以小型运输升降机为设计对象，研究实施重物升降移动的方案， 对其减速传动机构及执行机构进行参数设计和校核，从而实现小型运输升降机升降移 动重物的功能。 本课题首先对现有的升降机的类型、结构及其工作原理进行了回顾；其次以小型 运输升降机为设计对象，对其进行了整体方案设计；接着对其传动系统、执行机构及 其制动机构进行了结构设计，并对其关键零部件进行了强度校核。本设计通过动力机 构电动机带动传动系统减速器，再带动执行机构卷筒上的钢丝绳，然后经过一定 的滑轮组装置实现对轿厢上重物的升降移动，而制动机构则通过选取合适的制动器来 实现制动。 关键词 运输升降机，减速器，卷筒，钢丝绳，制动器，滑轮 小型运输升降机的设计 Design of Small Transport Elevator Major of mechanical design, manufacturing and automation Yang zhichuang Abstract: The small transport elevator was taken as the design object in this thesis, and the solution for the rising and falling of the weight was studied to realize the function of the small transport elevator through the parameter design and verification of the deceleration transmission mechanism and an actuating mechanism. At first, the types, the structures and the working principle of the existing elevator were reviewed. Secondly, the small transport elevator was taken as the design object, and its overall solution design was carried on. At last, the structures of the transmission system, the actuating mechanism and the brake mechanism were designed, and the strengths of the key parts were checked subsequently. In the design, the steel wire rope wined around the coiling block is driven by the transmission system of the reducer, which is driven by the motor drive system previously. The steel wire rope can put the weight up and down by the pulley device, while an appropriate brake is chosen to realize brake. Key words: transport elevator, reducer, coiling block, steel wire rope, detent, pulley 小型运输升降机的设计 目 录 1 绪论.1 1.1 运输升降机的应用.1 1.2 升降升降装置机的分类.1 1.3 升降机的发展趋势.1 1.4 本课题的研究内容及目的.2 2 小型运输升降机的设计要求及方案确定.3 2.1 设计要求.3 2.2. 确定设计方案3 3 小型运输升降机的设计与计算.5 3.1 电动机的选择.5 3.2 小型运输升降机减速装置的设计与计算.6 4 小型运输升降机制动装置的选择.25 4.1 制动器的选择要求.25 4.2 选择合适的制动器.25 5 钢丝绳的选择与卷筒的设计.26 5.1 钢丝绳的选择.26 5.2 卷筒的设计计算.28 6 小型运输升降机执行机构的设计分析.33 6.1 轿厢架的计算分析.33 7 减速器实物的制作.38 结束语.40 附录.41 参考文献.42 致谢.43 小型运输升降机的设计 1 1 绪论 1.1 运输升降机的应用 运输升降机主要用于装卸和搬运重物，其广泛应用于工厂、港口、建筑等生产领 域。运输升降机通过吊钩或其他吊具的起升、下降及移动完成重物的装卸和移动，运 输升降机的广泛使用极大的降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，甚至完成了 人们无法直接完成的某些工作。 1.2 升降升降装置机的分类 随着社会的不断进步，升降机行业逐步的成长起来，随着技术的成熟，种类也逐 渐呈现多样化，大体分可按照以下分类方式进行分类： 按用途分类： 乘客升降机、载货升降机、医用升降机、杂物升降机、观光升 降机、车辆升降机、船舶升降机、建筑施工升降机。 按驱动方式分类：交流升降机、直流升降机、液压升降机、齿轮齿条升降机、 螺杆式升降机、直线电机驱动的升降机。 按速度分类：低速升降机、中速升降机、高速升降机、超高升降机。 按有无司机分类：有司机升降机、无司机升降机、有/无司机升降机。 按操纵控制方式分类：手柄开关操纵、按钮控制电梯、信号控制升降机、集选 控制升降机、并联控制升降机、群控升降机。 特殊升降机：斜行升降机、立体停车场用升降机、建筑施工升降机。 1.3 升降机的发展趋势 升降机作为普遍的垂直运输工具，如何才能做到准确、高效，便捷？是否能有效 实行监管和提供完善的服务，将成为各厂商不得不考虑的关键问题。只有通过先进的 信息化和网络化平台，才能将升降机控制系统和监控系统结合想来，为用户提供满意 服务，同时为各地政府职能部门提供友好的监管平台。通过网络信息化平台，可以实 现以下几个方面的功能。 用网络把所有升降机监管起来，保证升降机安全运行，确保乘客安全。当升降机 出现故障时，升降机通过网络向客户服务中心发出信号，使维保人员能及时准确了解 升降机出现故障的原因及相关信息，客户的人身安全是否受到威胁，并在第一时间内 赶赴事故现场进行抢修，也可以通过升降机网络在规定时间内自动扫描每台升降机各 部件以发现事故隐患做到事先维修，减少停梯时间，提高企业的服务质量。 现在传统营销体系是人对人的销售(或面对面销售)，由于需要大量销售人员，其销 小型运输升降机的设计 2 售成本高昂。如果通过升降机商务平台就可以大大降低销售成本。在网上你可以展示 自己产品的特点、功能、外形和尺寸、以及相关的技术文档，并且还可得到全程技术 支持服务。还可以在网上签订购销合同，通过网上银行支付货款。 利用网络快速、准确的特点，降低制作成本。在中国加入 WTO 后，各个企业(特 别是合资、外资企业)为降低成本全球采购是必然，避免在采购过程中受到各种不正当 手段的影响，利用升降机网站招标和竞标可以保证采购价廉物美的升降机零部件，其 运作非常低廉。也可把已定点所有外购件生产厂、配套厂通过网络联网，厂家在接到 订单后，通过技术部安排生产明细表和零部件制作分工表即可通过网络快速、准确地 给外购件生产厂、配套厂下达生产指令，并指示交货地点(通常为减少从生产厂到组装 厂再到工地来回运费直接运到工地)，同时通过网络通知被厂家认可的专业安装队进场 安装电(扶) 梯。安装完成后，安装队在网上向厂家和有关政府部门申请验收。总之从销 售到安装和售后服务许多工作都可以通过网络完成，而且费用低、快速、准确、服务 质量好。 同时有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权” 。 所以在这个提倡绿色发展的时代理念。发展的趋势主要有如下：不断改进产品的设计， 生产环保型低能耗、无漏油、无漏水、低噪声、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的 升降机。升降机曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。升 降机装璜将采用无(少) 环境污染材料。升降机空载上升和满载下行电机再生发电回收技 术。安装施工升降机将无需安装手脚架。施工升降机零件在生产和使用过程中对环境 没有影响(如刹车皮一定不能使用石棉)并且材料是可以回收的。 所以说升降机发展的方向，应该以信息化、自动化已经环保的方向去发展。这样 才符合我国可持续发展的国情，同时也为施工人员的安全性得到更高的保障。 1.4 本课题的研究内容及目的 本课题以小型运输升降机为设计对象，研究实施重物升降移动的方案，对其减速 传动机构及执行机构进行参数设计和校核，从而实现小型运输升降机升降移动重物的 功能。 通过本次小型运输升降机的设计，一方面可以全面巩固本科阶段所学的相关基础 专业知识，另一方面可以提高综合知识的运用能力，为今后从事机械方向的生产、设 计、管理工作做好技术准备，为未来就业打下重要的基础。 小型运输升降机的设计 3 2 小型运输升降机的设计要求及方案确定 2.1 设计要求 调查小型运输升降机的工作场所，了解工作场所的土木结构，确定升降机的安装 位置。结合设计手册和工况要求，确定升降机设计的初始参数，只要包括升降机的提 升载荷、提升速度、提升高度等。初步拟定提升重物最大载荷为 900kg,加上轿厢和钢 丝绳自重 100kg，共计 1000kg，且使用寿命 4 年，每年工作 300d，每天工作 8h，工作 环境温度为户外正常温度，升降速度 1m/s，提升最大高度 10m。 2.2. 确定设计方案 经过方案对比优选，最终确定本课题设计的小型运输升降机由动力机构、传动机 构、执行机构及制动机构四部分构成，其结构示意图如图 2-1 所示。图中电动机 B 端 与减速器 B 端通过联轴器连接，减速器 A 端与卷筒 A 端通过齿轮连接。 图 2-1 升降机结构示意图 Figure 2-1 Structure schemes of Elevator 升降机制动部分是整个设计的重要部分，它的作用是在升降机在半空中停止时避 免升降机轿厢倒滑的关键。本设计的思路是选用合适的制动器，通过摩擦力来进行制 小型运输升降机的设计 4 动，且制动装置与电机进行电器互锁。当电机停止时，制动器进行制动，电机运行时 制动器停止工作。根据拟定的设计方案，在保证升降机安全、高效的基础上，对每个 零部件进行最优化设计。通过计算完成零部件强度的校核，保证结构运行的可靠性。 小型运输升降机的设计 5 3 小型运输升降机的设计与计算 3.1 电动机的选择 为保证重物能被安全、平稳的提升到指定高度，应保证卷筒输出的最大转矩产生 的力大于重物在最高位置处的重力：G=1000kg10m=10000N。 由于 FG，所以卷筒所需的功率：P w= =10kw。Fv10 3.1.1 传动效率的计算 根据第二章的设计思路，减速装置使用三级减速，第一级减速用蜗杆带动蜗轮， 第二级减速用锥齿轮的啮合进行传动，第三级减速用圆柱斜齿轮的相互啮合来进行传 动。 查表可得在传动过程中，联轴器效率 1=0.99，轴承效率 2=0.98，蜗轮蜗杆啮合效率 3=0.88，锥齿轮啮合效率 4=0.99，圆柱斜齿轮啮合效率 5=0.99，卷筒效率 6=0.96。 计算可得传动装置总效率为 a=0.990.980.980.820.960.99=0.705，所以电动机所 学的做小功率为 Pd= =14.18kw。wa 3.1.2 确定电机转速与卷筒转速 选择卷筒直径 D=315mm，卷筒转速 nw=60v/0.3=63.69r/min。 根据电机所需的最小功率查表选择电机型号为 Y160M2-2 的三相异步电动机，其 技术参数如表 3-1 所示。 表 3-1 电动机技术参数 Table3-1 Technical parameters of motor 电机型号 额定功率/kw 电机同步转速 同步 （ r/min） 电机满载转速 （r/min ） 堵转转矩 最大转矩 Y160M2-2 15 3000 2930 2.0 2.3 电机各部分尺寸如表 3-2 所示，其外形如参考文献7中表 16-2 所示。 表 3-2 电动机尺寸参数 Table3-2 Dimensions of motor 电机型号 级数 A B C D E F G H K AB AC AD HD Y160M2-2 2 级 254 210 108 42 110 12 37 160 15 330 325 255 385 小型运输升降机的设计 6 3.2 小型运输升降机减速装置的设计与计算 3.2.1 传动比的分配 总的传动比：i a = =293063.69=46。mwn 传动比的分配：第一级为涡轮蜗杆传动，第二级为锥齿轮传动，第三级为圆柱斜 齿轮传动，总传动比为 。123aii 查资料可知，蜗轮蜗杆的传动比较大，锥齿轮 i3,斜齿轮 i3,所以可设 =20， i22=1 ，i 33=2.3。1i 3.2.2 传动装置运动和动力参数的计算 3.2.2.1 各轴的输入功率 电动机 Pd=15kw 蜗杆轴：P 1=Pd1=150.99 kw =14.85kw 蜗轮轴：P 2=P13=14.850.82 kw =12.177kw 小斜齿轮轴：P 3=P24=12.1770.99 kw =12.055kw 大斜齿轮轴：P 4=P35=12.0550.99 kw =11.935kw 3.2.2.2 各轴的转速 蜗杆轴：n 1= nm=2930rmin 蜗轮轴：n 2= =293020 rmin =146.5 rmin 1i 小斜齿轮轴：n 3= =146.51 rmin =146.5 rmin 2i 大斜齿轮轴: n 4= =146.52.3 rmin =63.69 rmin3ni 3.2.2.3 各轴的转矩 电动机：T 0= =9550152930Nm=48.49 Nmdm95Pn 蜗杆轴：T 1= =955014.852930 Nm=48.40 Nm1 蜗轮轴：T 2= =955012.177146.5 Nm =793.84 Nm 2950n 小斜齿轮轴：T 3= =955012.055146.5 Nm =785.84 Nm3P 小型运输升降机的设计 7 大斜齿轮轴：T 4= =955011.93563.69 Nm=1789.60 Nm4950Pn 各轴的动力参数整理如表 3-3 所示。 表 3-3 各轴的动力参数 Table3-3 Dynamic parameters of shafts 轴名 输入功 率 （kw） 输出功 率 （kw） 输入转矩 (Nm) 输出转矩 (Nm) 转速 （rmin ） 传动 比 效率 （） 电机轴 15 48.89 2930 1 0.99 蜗杆轴 14.85 48.40 2930 20 0.82 蜗轮轴 12.177 793.84 146.5 1 0.99 小斜齿轮轴 12.055 785.84 146.5 2.3 0.99 大斜齿轮轴 11.935 11.458 1789.60 63.69 0.96 3.2.3 传动装置中齿轮的设计与校核 3.2.3.1 蜗轮蜗杆的传动设计与校核 根据课题要求，选择传动类型、公差等级和材料 考虑到传动功率不大，转速适中，选择 ZA 蜗杆传动，精度等级 8C GB/T10089- 1988。蜗杆用 35CrMo 制造，表面淬火，硬度为 45-50HRC,表面粗糙度 Ra1.6m,蜗轮 轮缘选用 ZCuSn10P1 金属模铸造。 选择蜗杆齿数、蜗轮齿数 由于 i11= =20，参考实用齿轮设计手册，取 Z1=2，Z 2=i11Z1=40。12n 确定许用应力 HP=HP=ZVSZN，由表查得 HP=220Mpa， FP=70Mpa,查表的 Vs=12m/s，由于采用 浸油润滑得 Zvs=0.87。 轮齿应力循环次数 NL=60N2jLn=60146.5300480.4=3.38107，查表得 ZN=1.15，Y N=0.9，所 Hp=2200.871.15Mpa=220.11Mpa， Fp=FpYN=700.9Mpa=63Mpa。 按接触强度设计 21md250()HPTKZ 载荷系数取 K=1.2，蜗轮轴的转矩 T2=793.84103 Nm 。 小型运输升降机的设计 8 代入上式 mm3 =2765 mm321md250()1.79.84.4 查表，接近 =2765 mm3 的是 2500，相应的 m=6.3 mm，d 1=63 mm,查表，按 i=20， m=6.3，d 1=63 mm，其 a=160 mm，Z 2=41， Z1=2，X 2=-0.1032，蜗轮分度圆直径 d2=mZ2=6.341=258.3 mm，导程角 =arctan = arctan =111836。d6.3 求蜗轮的圆周速度，并校核效率 实际传动比 i= =412=20.5， =293020.5r/min=142.93 r/min，蜗轮的圆周速度21Z2n = ms=9.58m/s。sv1dn60cos 求传动效率，按式子 =abc 计算。 a蜗杆传动的啮合效率； b考虑搅油损耗的效率，一般 b=0.94-0.99； c轴承效率，每对滚动轴承 c=0.89-0.99。 式中 a= = =0.922。vtn()tan1.3(09) v 由表查得为 056=0.93，取 b=0.96， c=0.98，所以可以求得： =0.9220.960.98=0.86，与暂取值 0.82 接近。 校核蜗轮齿面接触强度 齿面接触强度验算公式为： H= HP21940AVETKZd 查表得：Z E=155Mpa ,取 KA=0.9,K=1.1,KV=1.1。 蜗轮传递的实际转矩 T2=832.51103Nm,当 Vs=9.58m/s 时，Z vs=0.86,得 HP=HPZVSZN=2200.861.15Mpa。 将上述诸值代入公式： H= Mpa 3229408.510.91156 =216.3Mpa HP=217.58 Mpa 蜗轮齿根抗弯强度校核 查表得齿根抗弯强度验算公式： F= FP216AVFSTKYdm 小型运输升降机的设计 9 按 ZV2= = =43.48 及 X2=-0.1032，查得 YFS4.26， FP=63Mpa， 23cos341. Y= =1-11.31120=0.906。10 将上述诸值代入公式 F= =22.73Mpa FP63 Mpa。6832.591.4.260983 蜗轮蜗杆几何尺寸的计算 已知 a=160 mm，Z 1=2，Z 2=41，X 2=-0.1032，=2 ，d 1=63 mm，d 2=258 mm，m=6.3 。 根据以上数据可计算如下数据： da1=d1+2m=63+26.3 mm =75.6 mm df1=d1-2m1+0.2mm =63-26.31+0.2mm =47.88 mm b111+0.06Z2m=11+0.06416.3 mm =84.8 mm，取 b1=100 mm da2=d2+2mha*+X2= 258+26.31-0.1032mm =269.3 mm de2da2+1.5m=269.3+1.56.3 mm =278.8 mm b20.75da1=0.7575.6 mm =56.7 mm，取 b2=50 mm df2=mZ2-2.4=6.341-2.4mm =243.18 mm Ra2=d1/2-m=632-6.3 mm =25.2 mm Rf2=da1/2+0.2m=75.62+0.26.3 mm =39 mm SX1=0.5m=0.56.33.14 mm =9.89 mm S2=0.5+2X2tanm=9.42 mm h2=da1-df20.5 mm =13.06 mm 3.2.3.2 锥齿轮的传动设计与校核 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选择直齿锥齿轮传动，齿轮精度为 8 级。由于传动比 i22=1，所以齿轮选用 45 钢调 制处理，硬度为 280HBS。选择两齿轮齿数 Z1=Z2=24。 初步估算齿轮的速度为 2m/s，查表得使用系数 KA=1.2s，动载系数 KV=1.1，K H=KF=1.2，又由从动轮悬臂布置得： KH=KF=1.5KHbe=1.51.5=2.25，K=K AKVKHKH=1.251.11.22.25=3.7125。 计算主动锥齿轮传动的转矩：T=832.51Nm ，选取锥齿轮的齿宽系数： R=0.3，计 算锥齿轮的当量齿数 ZV1、 ZV2。 小型运输升降机的设计 10 cos1=cos2= =0.7071，Z V1= =240.707=33.946。2u1cos YFa1=YFa2=2.48，Y Sa1=YSa2=1.638，又由于 ZV1=ZV2，查锥齿轮弯曲强度极限 FE1=FE2=380Mpa，应力弯曲循环系数 N=NL=3.38107，弯曲疲劳寿命系数 KFN1=KFN2=0.97。 计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数 S=1.4，所以 FE1= FE2= =0.973801.4=263.286Mpa，m FE12K =9.61mm。aS22R1F40.5TYZu 取齿轮模数 m=10mm，d 1=d2=mZ1=1024=240mm，计算圆周速度为 v= =1.84m/s。1260dn 齿面接触强度设计 查得齿轮接触疲劳寿命系数 KHN1=KHN2=1.1，齿面接触硬度 HLim1=530Mpa，取安 全系数 S=1，所以 H1= H2= =1.15301=583MpaHN1LimS ZE=189.8Mpa d1 =240mm 23RH2.91 EKTZ 在此取模数 m=10，齿轮分度圆直径 d=240mm,Z1=Z2= =24。dm 几何尺寸的计算 根据以上条件以及 1=2=45，查表得： a=322， f=43，R =16.97mm，d a1=da2=25.41mm，n 1=n2=0.71，l 1=l2=0.67。 根据查表所得值计算除下列各： 分度圆圆锥角 1=45， 2=45 分度圆直径 d1=d2=mz=240mm 锥距（查表值10）R=169.71mm 齿宽 b= =56.57，b 取 55mm3 齿顶圆直径 da1=da2=254.1mm 齿顶角 a=322，齿根角 f=43 顶锥角 a1=a1=1+a=45+322=4822 小型运输升降机的设计 11 根锥角 f1=f2=1-f=45-43=4057 冠顶距 AK1=AK2= -n2=112.9mmd 齿宽的影高 l1=l2=0.6755=36.85mm 3.2.3.3 斜齿轮的传动设计与校核 齿轮材料、精度等级及齿数 考虑到课题的要求，单件生产，体积适中，速度不高，故选用 7 级精度。由机 械设计手册选择小齿轮材料为 40Cr(调质)，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢 （调质），硬度为 240HBS。 选择小齿轮齿数 Z1=24，大齿轮齿数 Z2=i33Z2=2.324=55.2，取 Z2=55。 选取螺旋角。初选螺旋角 =14,选取齿宽系数 d=1。 齿面接触强度设计 2131()tHEtdKT 确定公式内的各计算数值 试选 Kt=1.6，查表得材料弹性影响系数 ZE=189,8Mpa，选取区域系数 ZH=2.433， 查得 1=0.78， 2=0.84，则 =1+2=1.62 许用接触应力 H= =531.25Mpa。1H2 计算 小齿轮分度圆直径 d1t124.6mm 圆周速度 v= =3.14124.6146.560000 m/s =0.96m/s 1t360n 齿宽 b=dd1t=0.7124.6mm=87.22mm 模数 mnt= =87.22cos1424mm=3.5mm1tcosZ 齿高 ha=2.25mnt=2.253.5 7.9mm，h f=1.253.5mm4.375mm，b/ h=11 纵向重合度 =0.318d Z1tan=0.3180.724tan141.33 载荷系数：已知使用 KA=1.25，根据 v=0.96m/s，7 级精度，由图查得动载系数 KA=KAKVKHKH=1.250.81.11.44=1.584 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 d1= =124mm3ttK 模数 mn= =124cos1424mm5.01mm1cosdZ 小型运输升降机的设计 12 齿根弯曲强度设计 231cosFaSndKTYmZ 确定计算参数 动载系数 K=KAKVKFKF=1.250.81.11.34=1.474 根据纵向重合度 =1.903，查图的螺旋角影响系数 Y=0.88 当量齿数 ZV1= =24cos314=26.29，Z V2= =55cos314=60.2413cos23cos 查取齿形系数 YFa1=2.591，Y Fa2=1.732，小齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE1=500Mpa， 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE2=380Mpa，疲劳寿命系数 KHN1=0.97，取安全系数 S=1.4，所以 F 1= =0.975001.4=346.43 Mpa， F 2= =263.29 MpaNFE1KSNFE2S 计算大、小齿轮的 并加以比较：aFY =0.001193， =0.014958，大齿轮的数值大。Fa1SYa2S 设计计算 =2.97mm 231cosFaSndKTYmZ 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度 计算的法面模数，取 mn=3mm，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度， 须按接触疲劳强度算得分度圆直径 d1=124mm 来计算应有的齿数，于是有 Z1= ncosdm =124cos143=40，取 Z1=40，Z 2=i33Z1=2.340=92。 几何尺寸计算 中心距 a= =204.06mm，取中心距为 204mm12ncosm 螺旋角 =arcos =1355812nZa 小齿轮分度圆直径 d1= =123.67mmcos 大齿轮分度圆直径 d2= =284.45mmnZm 小型运输升降机的设计 13 小齿轮齿顶圆直径 da1=d1+2ha=140mm 大齿轮齿顶圆直径 da2=d2+2ha=300mm 小齿轮齿根圆直径 df1=d1-2hf=114.92mm 大齿轮齿根圆直径 df2=d2-2hf=275.7mm 大齿轮齿宽 b1=dd1=0.7123.67mm=85mm 小齿轮齿宽 b2=90mm 3.2.4 传动机构中轴的设计与校核 3.2.4.1 蜗杆轴的设计与校核 初步拟定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调制处理，根据参考文献12选取 A0=112，于是得 dmin = mm=21.7mm130PAn34.85290 所求得的最小直径显然是轴与联轴器安装处的直径，为了使所选的轴的直径与联 轴器的轴孔相适应，故需同时选取联轴器的型号。 联轴器的计算转矩 Tca=TAT1,查表，取 KA=1.5，T ca=KAT1=1.548400Nm=72600Nm。 按照所计算的转矩 Tca 应小于联轴器的公称转矩的条件，查手册，选用 LX2 型弹 性柱销联轴器，其公称转矩为 560Nm，半联轴器的孔径 d=30mm，半联轴器长度 L=82mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=82mm。 蜗杆轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，经分析选用如图 3-1 所示的装配方案。 图 3-1 蜗杆轴结构图 Figure3-1 Structure scheme of worm shaft 小型运输升降机的设计 14 根据轴向定位要求确定各段直径和长度。 为了满足半联轴器的轴向定位要求，-轴段左端需制出轴肩，故取-段的直 径 d- =37mm,右端用轴端挡圈定位，按轴端直径得挡圈直径 D=40mm，孔长度 L1=82mm。 为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故-段的长度应比 L1 略短一些，现取 l- =80mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时承受径向力和轴向力作用，故选择单列圆锥滚子 轴承。参照工作要求，并根据 d- =37mm，由轴承产品目录中选取 0 基本游隙组，标 准精度级的单列圆锥滚子轴承 32908，其基本尺寸 dDT=406215，故 d- =d- =40mm，而 l- =15mm。左端的滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得 32908 型轴承的轴承的定位轴肩高度 h=6mm，因此 d- =52mm。 取蜗杆处即 d- =75.6mm，已知蜗杆宽度为零件 100mm，所以取 l- =100mm。 轴承端盖的厚度以及其他轴段的尺寸依减速器的结构而设计。 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。所选的平键尺寸为 bhl=8763，半联 轴器与轴配合的精度等级为 ，滚动轴承与轴的周向定位由过渡配合来保证。76Hr 确定轴上的圆角和倒角尺寸 参照图纸所示，联轴器倒角为 245，各轴肩处的圆角半径为 R2，轴端处的倒角 为 245。 计算轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的受力图，再根据受力图做出轴的弯矩图和扭矩图， 如图 3-2 所示。 小型运输升降机的设计 15 图 3-2 蜗杆轴载荷图 Figure3-2 Load diagram of worm shaft 从轴的结构受力图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 B 是轴的危险截面。B 截面 处的承载参数如表 3-4 所示。 表 3-4 B 截面载荷 Table3-4 Load of section B B 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FBy=2240N，FBx=6154N FBz=1537N 弯矩 MBz1=222Nm，M Bz2=455Nm MB2=152Nm 总弯矩 MB1=269Nm，M B2=480Nm 扭矩 T1=48.4Nm 按弯扭合成应力校核轴的强度 进校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B）的强度， 根据公式、上表中的数据以及轴双向旋转时扭转切应力为脉动循环切应力，取 =0.6， 小型运输升降机的设计 16 所以轴的计算应力为 ca= =11.13Mpa，而此前已选定轴的材料为 45 钢 221()BMTW 调制处理，由表查得 -1=60 Mpa， ca -1，故安全。 3.2.4.2 蜗轮轴的设计与校核 初步拟定轴的最小直径 dmin = mm=48.88mm230PAn31.7465 我了保证轴的强度条件，拟定轴的最小直径为 55mm，并且由于轴上安装有锥齿 轮，所以轴承要悬臂支撑。 蜗轮轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，经分析选用图 3-3 的装配方案。 图 3-3 蜗轮轴结构图 Figure3-3 Structure scheme of worm gear shaft 根据轴向定位的要求确定各轴段的直径和长度 为了满足锥齿轮的轴向定位要求，-轴段的右端要制出一轴肩，d - =55mm， 取- 段的直径 d- =62mm，左端用轴承挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 D=65mm。由于 -段安装的是锥齿轮，锥齿轮的宽度为 55mm，且锥齿轮右端采用 套筒与轴肩定位，拟定套筒长度为 10mm，锥齿轮与轴配合的轴毂孔长度为 55mm，为 了保证轴端挡圈只压在锥齿轮上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比锥齿轮的 宽度加上套筒的长度略短一些，现取 l- =63mm。 小型运输升降机的设计 17 初步选择滚动轴承。因轴承同时承受有轴向力和径向力的作用，故选用单列圆锥 滚子轴承，参照工作要求并根据 d- =62mm，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙 组，标准精度等级的单列圆锥滚子轴承 32012，其基本尺寸为 dDT=629523，故 d- =62mm，l - =23mm。左端的滚子轴承采用轴肩进行定位，由手册查得 32012 号 轴承的定位轴肩高度 h=5mm，因此取 d- =72mm。 取安装蜗轮处的轴段-直径为 72mm，由蜗轮宽度可确定 l- =55mm，蜗轮右 端轴承与左端轴承相同，因此 d- =72mm，d - =62mm，l - =33mm，蜗轮左端由轴 肩定位，拟定 d- =78mm，l - =10mm，l - =140mm。 轴上零件的周向定位 锥齿轮和蜗轮的周向定位均采用平键连接。按 d- 的尺寸由表查得锥齿轮平键截 面尺寸键宽 b键高 h=1610，键槽用键槽铣刀加工，长度为 40mm。蜗轮与轴的连接 选用平键尺寸 bhl=201240，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的。 确定轴上的圆角和倒角尺寸 取各轴端倒角为 245，各轴肩处圆角半径 R2。 计算轴上的载荷 首先根据轴的结构图画出轴的手里简图，再根据受力简图做出轴的弯矩图和扭矩 图，如图 3-4 所示。 图 3-4 蜗轮轴载荷图 Figure3-4 Load diagram of worm gear shaft 由图 3-4 可知：危险截面是 A 和 C 截面，其承载参数分别如表 3-5、3-6 所示。 小型运输升降机的设计 18 表 3-5 A 截面载荷 Table3-5 Load of section A A 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FAy=1721N,FAx=1531N FAz=489N 弯矩 MAz=184Nm MAy=184Nm 总弯矩 MA=184Nm 扭矩 T2=793.84Nm 表 3-6 C 截面载荷 Table3-6 Load of section C C 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FCy=2240N，F Cx=1537N FCz=6154N 弯矩 MCz1=260Nm，M Cz2=62 Nm MCy1=410Nm，M Cy2=212 Nm 总弯矩 Mc1=485Nm，M C2=221 Nm 扭矩 T2=793.84Nm 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩截面的强度： =32.8Mpa， =14.44 Mpa 211CcaTW22AcaTW W 可由公式 求得，其中 W1=14507mm3，W 2=32995mm3。 32()dbt 前面已选定材料为 45 钢调制处理，查得 -1=69Mpa，因此 -1， -1，1ca2ca 故安全。 3.2.4.3 小斜齿轮轴的设计与校核 初步确定轴的最小直径 dmin = mm=48.7mm30PAn312.0546 为了保证轴的强度取最小直径为 55mm。 小斜齿轮轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，经分析选用图 3-5 所示的装配方案。 小型运输升降机的设计 19 图 3-5 小斜齿轮轴结构图 Figure3-5 Structure scheme of small inclined gear shaft 小斜齿轮轴的结构与蜗轮轴的结构大部分相同，不同之处是蜗轮轴装蜗轮处在小 斜齿轮轴上装成斜齿轮，宽度由 55mm 变为 90mm，其他尺寸和结构均不变。 轴上零件的周向定位 安装斜齿轮处的平键选用尺寸为 201270，锥齿轮轮定位采用和蜗轮轴中锥齿轮 周向定位一样的平键 16104。 计算轴上的载荷 首先根据轴的结构图做出轴的受力简图，再根据受力简图做出轴的弯矩图和扭矩 图。如图 3-6 所示。 小型运输升降机的设计 20 图 3-6 小斜齿轮轴载荷图 Figure3-6 Load diagram of small inclined gear shaft 从图 3-6 可以看出危险截面为 B、C、D 截面，现将三个截面的载荷列于表： 表 3-7 B 截面载荷 Table3-7 Load of section B B 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FBy=3372N，F Cx=4626N FBz=12709N 弯矩 MBz1=94Nm，M Bz2=382Nm MBy1=815Nm，M By2=3291Nm 总弯矩 MB1=820Nm，M B2=3940 Nm 扭矩 T3=785.84Nm 表 3-8 C 截面载荷 Table3-8 Load of section C C 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FCy=3484N，F Cx=2905N FCz=125N 小型运输升降机的设计 21 弯矩 MCz=212Nm MCy=2588Nm 总弯矩 Mc=2597Nm 扭矩 T3=785.84Nm 表 3-9 D 截面载荷 Table3-9 Load of section D D 截面载荷 xoy 平面 xoz 平面 支反力 F FDy=31537N，F Cx=11721N FDz=489N 弯矩 MDz=103Nm MDy=103Nm 总弯矩 MD=146Nm 扭矩 T3=785.84Nm 按弯扭合成应力校核轴的强度 =14.29Mpa 22311()BcaW =19.78 Mpa 2232CcaMT =32.51 Mpa 2233()Dca 式子中的 W1 和 W3 可由公式 求得 2dbt W1=32995mm3，W 3=14507mm3，W 2 可由公式 0.1d3 求得 W2=0.1623=23833mm3。 -1=60Mpa，而 -1， -1， -1，故安全。1cacaca 3.2.4.4 大齿轮轴的设计与校核 初步确定轴的最小直径 dmin = mm=64.09mm430PAn31.9526 我了保证轴的强度条件，拟定轴的最小直径为 70mm。所求得的最小直径显然是 轴与联轴器安装处的直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的轴孔相适应，故需同时 选取联轴器的型号。 联轴器的计算转矩 ，查表取 KA=1.3，T ca=1.31789.68Nm=2326.584 4caAT Nm。 小型运输升降机的设计 22 按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查表选用 LX5 型弹性柱销联轴器。半联轴 器的孔径 d =70mm，故取 d- =70mm，半联轴器的长度 L=142mm，半联轴器与轴孔 配合长度 L1=142mm。 大斜齿轮轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案，经分析选用图 3-7 的装配方案。 图 3-7 大斜齿轮轴结构图 Figure3-7 Load scheme of big inclined gear shaft 根据轴的定位要求确定个轴段的直径和长度 为了满足半联轴器的定位要求，-段右端需制出一轴肩，故取-段的直径 d- =78mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取 挡圈直径 D=88mm。半联轴器与 轴配合的毂孔长度应根据所选联轴器而定，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压 在轴的端面上，故取 L=142mm,半联轴器与轴孔配合长度 L1=142mm。 初步选择滚动轴承。因轴承同时承受轴向力和径向力的作用，故选取单列圆锥滚 子轴承。参照工作要求并根据 d- =78mm，由轴承产品目录中选取 0 基本游隙组，标 准精度等级的单列圆锥滚子轴承型号为 32016，其尺寸为 dDT=8512529，故 d- =d- =82mm，而 l- =29mm。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册查得 32016 型号轴承的轴肩高度 h=6mm，因此取 d- =94mm。 取安装齿轮处的轴段-的直径 d- =90mm，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒 定位。已知齿轮轮毂宽度为 85mm，为了是套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短 小型运输升降机的设计 23 与轴毂宽度，故取 l- =83mm，齿轮右端采用轴肩定位，取 d- =98mm。两轴环宽度 均为 10mm，即 l- =l- =10mm。 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由表查得齿轮的周向定位平键 尺寸为 bhl=251463。同样，半联轴器的周向定位选用