〔大学论文〕DT75-5绞车的设计（含word文档） .pdf

摘要 针对 dt75-5 绞车的具体的结构和工作时的具体要求，对其进行整体的设计。包括对 电动机的选择，减速器的选用，卷筒的设计和校核以及主轴的设计和校核，其它一些零件 的选用和设计和对绞车的各部位的润滑。在设计过程中查阅了相关的一些资料，发现现在 所做的设计是一个传统的但又是非常有实际意义的设计。文中主要阐述了绞车的发展和具 体对绞车的设计和部件的选用过程。 主轴的设计主要针对其在绞车上受力，通过选择材料到初步确定尺寸，再进行受力分 析，最后进行校核强度等一系列的步骤来设计出符合要求的轴。 卷筒的设计主要通过设计的要求，对卷筒的材料，卷筒的直径，卷筒的壁厚等一系列 问题进行综合的设计。并对设计的卷筒进行整体的强度校核。 由于本人时间和知识面的有限，所以设计的绞车不可能很全面。文中错误难免，望老 师给于指正。 关键词关键词 绞车；主轴；卷筒；减速器 abstractabstractabstractabstract dt 75-5 winch for the specific structure and working at the specific request of its overall design. including the motor of choice, the choice of reducer, reel in the design and verification as well as the main design and verification, some other parts of the selection and design of the winch and the various parts of lubrication. in the design process inspection of the relevant information and found that the design is now done by a traditional but a very meaningful design. in the main text of a winch on the development of the winch and specific parts of the design and selection process. the design for the main spindle in the winch on the force, through the choice of materials to determine the initial size, to conduct analysis, a final check of the intensity and a series of steps designed to meet the requirements of the shaft. reel mainly through the design of design requirements, the reel of material, the diameter reel, reel wall thickness of a series of issues such as integrated design. and the design of the overall strength of reel to check. because of my limited time and knowledge, so the design of the winch is notcomprehensive. in the wrong inevitably, to hope the teachers can corrected. keywordskeywordskeywordskeywordswinch ；spindle ；reel ；reducer 目目目目录录录录 1 绪论.1 1.1 课题背景1 1.1.1 绞车的分类1 1.1.2 绞车的特点和性能要求1 1.2 国内外绞车发展状况2 1.2.1 国内绞车发展现状2 1.2.2 国外绞车发展现状3 2 钢丝绳的选型4 2.1 机构工作类型选择4 2.2 钢丝绳选择计算4 2.3 钢丝绳强度校校核5 3 卷筒的设计.6 3.1 设计卷筒6 3.1.1 卷筒的材料6 3.1.2 卷筒容绳尺寸计算6 3.2卷筒强度分析.7 3.2.1 卷筒的强度计算7 3.2.2 稳定性验算8 3.3 钢丝绳尾在卷筒上的固定计算8 3.2.3 压板固定计算8 3.3.2 压板类型选择10 4 传动机构设计 11 4.1 传动方案设计 11 4.2 电动机选型 11 4.2.1 主要参数 11 4.2.2 选择电动机 11 4.3 减速器选型13 4.3.1 减速器的定义及作用13 4.3.3 减速器的选择.14 4.4 计算传动装置的运动和动力参数14 4.4.1 计算总传动比14 4.4.2 合理分配各级传动比14 4.4.3 传动装置的运动和动力参数14 4.5 设计高速级齿轮15 4.5.1 按设计计算公式选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数.15 4.5.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸.15 4.6 设计低速级圆柱齿轮19 4.6.1 按设计计算公式选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数.19 4.6.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸19 5 轴和轴承的设计.23 5.1 轴的概述23 5.1.1 轴的用途23 5.1.2 轴设计的主要内容23 5.1.3 轴的材料23 5.1.4 轴的结构设计23 5.2 设计轴24 5.2.1 确定轴的尺寸24 5.2.2 对轴的受力分析24 5.2.3 校核轴径26 5.3 设计轴承26 5.3.1 确定输出轴上的功率 3 p，转速 3 n，转矩 3 t. 26 5.3.2 求作用在齿轮上的力26 5.3.3 选择轴承型号26 6 制动器的选择.27 6.1 制动器的介绍27 6.2 制动器的分类27 6.3 制动器原理与结构.27 6.3.1 结构特征27 6.3.2 工作原理27 6.4 制动器的选用28 6.5 制动器外形尺寸图28 7 键联接.29 7.1 键及其连接29 7.2 键联接的功能、分类及应用29 7.3 键的选择29 7.4 平键的校核30 8 联轴器.31 8.1 联轴器的选型标准31 8.2 联轴器转矩计算31 9 润滑.32 9.1 润滑剂的作用32 9.2 润滑剂的分类32 9.3 润滑剂的性质32 9.4 润滑剂的选用原则32 9.5 绞车所需要的润滑部件33 结论.34 致谢.35 参考文献参考文献参考文献参考文献.36 附录.37 附录 1.37 1 绪论 1.1 课题背景 绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造 技术。 随着绞车制造技术的不断提高、 加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展， 绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。目前，绞车正被广泛地运用于矿山、 港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。 在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量并广泛地运用着，例如矿用提 升绞车、调度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人 员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。绞 车的另一个重要用途是港口机械，常见的有集装箱起重机、港口装卸门座起重机、塔式起 重机以及轻小型的电葫芦等起重机械，其主要执行机构都是各种形式和结构的绞车。对于 这种用途的绞车，要求具备较好的调速性能和很高的安全性能。另外，绞车还被运用于各 种线缆的存储、制造和运输，例如纺织机械中的用于存放丝线的线招和电缆制造中用于存 放各种直径缆绳的缆盘。这种情况下，绞车不光要具有一定的调速能力，并还能够使不同 直径的缆绳排列整齐，从而保证生产的顺利进行。在船用甲板机械和海洋开发领域，绞车 也具有悠久的使用历史和多种多样的用途。 1.1.1 绞车的分类 绞车多种多样的用途， 决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。 绞车按照动力 分为手动、电动、液压三类。按照功能可以分为船用绞车、工程绞车、矿用绞车、 电 缆绞车等等。从用途上分类可分为建筑用绞车和船用绞车。 绞车还可以按照卷筒形式分为单卷筒和和双卷筒。单卷筒绞车是二种类型绞车中 最常见的。它只有一个卷筒用来存放缆绳或者铰链，一般用于对卷筒的容绳量要求不高的 场合。 1.1.2 绞车的特点和性能要求 通过对绞车应用场合的探讨和绞车结构的分析，可以得知，在工程应用中绞车会具有 如下一些特点: 1.驱动力矩范围大 这也是由绞车的工作环境决定的，其驱动力范围从几公斤到上百吨不等。 2.负载时变 绞车用于海洋拖曳、电梯轿厢提升、矿山调度等场合时，由于外界环境因素的影响， 例如海浪、海流、货物重量等的不断变化，它的负载也在不断变化。这就对绞车的稳定运 行造成了很大干扰。如果不采取有效的控制手段，绞车的收放速度就不可能稳定，有时甚 至无法正常工作。 3.要求调速方便，运行稳定 由于收放工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续地调整收放速度。在高速运 行的时候，不能出现飞车的情况;在低速运行的时候，不能出现爬行现象，要保持一定的 输出力矩。 4.对安全可靠性要求较高 由于绞车一旦出现事故，就有可能对人的生命或财产造成很大的伤害，加上绞车的工 作环境大多比较恶劣，所以就要求绞车具有很高的可靠性。因此在设计绞车时设计人员应 考虑到绞车的最大负载能力、绞车的防爆性、兀件的可靠性等因素。 5.要求具有较好的可操作性 随着对绞车使用要求的不断提高以及自动化技术的发展，绞车的自动化程度也在不断 提高。一些先进的电子控制技术、通讯技术的运用，使得现在的绞车能够具有很好的人机 接口和远程通信能力，极大地提高了绞车的操作性能。 1.2 国内外绞车发展状况 矿井提升机包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，是矿山生 产的咽喉设备，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可 靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。 “运 输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升运输系统的工作过程与重要作用。 目前，国内外对提升设备经过多年的研究，近几于年来发展的很快，尤其是提升设备的滚 筒方式、制动方式和电力拖动、自动化控制等方面有很大的改进，在提升设备的理论和实 践方面都取得了丰富的经验。 1.2.1 国内绞车发展现状 我国在很久以前的古代，就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提 高生产率。但由于旧中国工业落后，劳动力便宜，所以在建筑业中的物料提升大都是靠工 人肩挑背扛，而绞车只有在一些大型建筑企业中才被使用，应用很少，而且所使用的卷扬 机也均为国外生产，国内基本上没有生产卷扬机的厂家。 解放前我国不能制造提升机。解放以后，我国提升机制造业获得了迅速的发展，建国 初期在党的领导下，新建和改建了许多矿山机械制造厂。1953 年抚顺重型机器厂制造了我 国第一台缠绕式双筒提升机。 1958 年洛阳矿山机器厂设计制成了我国第一台 2x4 多绳摩擦 式提升机，并于 1961 年开始运转，这种提升机与缠绕式提升机比较，具有重量轻、体积 小、安全可靠、适合较深矿井的特点，是现代提升机的发展方向。并已在我国许多矿山中 得到普及和应用。如安徽的凤凰山铜矿、梅山铁矿、张家洼小官庄铁矿、西石门铁矿、丰 山铜矿、铜坑锡矿等矿山是较早地应用多绳摩擦提升机的矿山。1989 年投产的通钢板石沟 铁矿 18#矿组的罐笼井采用的是上海冶金矿山机械厂生产的第二台 jkd1. 85 x 4 多绳摩擦 式提升机。1971 年该厂又新设计制造了 jk 型新系列单绳缠绕式提升机，新系列采用了一 些新结构，与老型号比较，提升能力平均提高了 25% 。而机器重量也相应的有所减少。 其 它如 jt 系列矿用绞车， jkm 及 jkd 系列多绳提升机在采用新结构提高产品性能方面都有较 大改进和提高。目前，我国已能成批生产各种近代化的大型提升饥。并在原有提升机系列 型谱的基础上，已制订了全国统一的单绳缠绕式和多绳摩擦式提升机的新系列，将进一步 提高产品的系列化、通用化、标准化程度，这些都标志着我国提升机的设计制造已达到了 一个新的水平。 1.2.2 国外绞车发展现状 国外提升设备的发展历史已有一百六十多年。德国早在 1827 年就设计制造了第一台 蒸汽驱动的提升机，1877 年设计制造了第一台摩擦式提升机，1905 年制造了第一台电动 提升机。1938 年瑞典设计制造了第一台多绳摩擦式提升机。近 30 余年来，国外广泛采用 多绳摩擦式提升机。最多的绳数已达 10 根(般用 4 根)。电动机功率从几十千瓦到上万 千瓦。应用范围从深井发展到浅井，从竖井发展到斜井，提升机从塔式安装发展到落地安 装。故多绳摩擦提升机已成为竖井提升的发展方向之一。促对于特别深的矿井，使用多绳 摩擦式提升饥时， 钢丝绳(首绳和尾绳)将发生难于控制的故障从而降低其使用寿命。 此外， 随着信息技术的飞速发展，信息化，智能化也成为提升系统发展的趋势。 在过去的 20 年中，我国从德国共进口 20 多套大型矿用提升机，其电控配套装置均为 西门子公司的产品，其中 10 套是为直流电动机配套的直流电控制系统，其余 10 多套均为 交频交流电气传动电控配套装置。第一套是 1994 年为山西省常林矿主井提升机配套的， 其调速性能非常理想，目前节能效果相当明显，它代表了世界矿用提升机的先进水平，也 为我们指明了走节能和无级调速的路子。特别是随着计算机技术的飞速发展，机电一体化 技术和产品在世界范围内得到了迅速发展和应用。 先进采煤国从采煤工作面、 掘进工作面， 到井下主煤流运输及辅助运输，到矿井提升及井下供电、排水等装置，均具有建立在微处 理器基础上的监控和保护系统，其机电一体化的设备、性能、可靠性和功能等有大幅度提 高。如美国、澳大利业等国由于在井下采用了先进的机电一体化设备，已实现无人工作面、 遥控采矿甚至无人矿井;加拿大 inso 公司利用现代通讯、 井下定位与导航、 在线信息处理、 监控系统，实现了对地下镍矿的机电一体化采矿装备乃至整个矿山开采系统的遥控操作。 2 钢丝绳的选型 2.1 机构工作类型选择 机构工作类型根据机构利用级别和载荷情况进行分类。机构利用等级按总设计寿命分 为十级。总设计寿命规定为机构假定的使用年数内处于运转的总小时，它仅作为机构零件 的设计基础，而不能视为保用期。 假设绞车理论平均日工作时间为 8 小时，使用寿命为 15 年,查表得机构利用等级 t8， 总设计寿命为 50000h。（参阅 gb/t3811-1983） 载荷情况是表明机构承受的最大载荷及载荷变化程度。共分四级。假定绞车经常承受 中等的载荷，较少承受最大的载荷。 查表得机构载荷为 l2-中。根据机构的利用级别和载荷情况，查阅机械设计手册得机 构工作类型为 m8(参阅 gb/t3811-1983) 2.2 钢丝绳选择计算 根据 gb/t3811-1983 计算 scd=式（2.1） 式中d钢丝绳最小直径（mm） ； c选择系数（ 2 1 /nmm） ； s钢丝绳最大静拉力（n） ； 其中 c 值按下式计算 t 4 k n c=式（2.2） 式中n安全系数； k钢丝绳捻制折减系数； 钢丝绳充满系数； t 钢丝的公称抗拉强度（ a mp） ； 根据机构工作级别查表可知安全系数n=9； 钢丝绳捻制折减系数一般在 0.820.92 之间。取85. 0=k； 钢丝绳充满系数取46. 0=； 钢丝的公称抗拉强度预选 2 t /1700mmn= 将以上数据代入式（2.2）得： nmmc/134 . 0 = 将c代入式（2.1）得： mmmmd9.485000134 . 0 = 按钢丝绳所在的工作机构工作级别有关的安全系数来选择钢丝绳直径时，所选择钢丝 绳的破段拉力还应满足下式： nnsnf4500095000 0 =式（2.3） 式中 0 f所选用的钢丝绳最小破断拉力（n） n安全系数 根据以上数据，查阅机械设计手册选用钢丝绳 选用钢丝绳标记为 11nat619w+fc1770zz gb/t 8918 该钢丝绳公称直径为 11mm，619 瓦林吞式，光面钢丝，合成纤维芯钢丝绳，钢丝抗 拉强度为 1770mpa，右同向捻，最小破断拉力为 70.6kn，单位长度质量 43.5kg/100m，标 准 gb 89181996。 2.3 钢丝绳强度校校核 由于在上述计算选型过程中并未在钢丝绳自重计算在内，因此在选好钢丝绳后需将钢 丝绳自重加入计算过程中进行校核。 3 卷筒的设计 3.1 设计卷筒 3.1.1 卷筒的材料 铸造卷筒的材料应不低于 gb/t 9439 中规定的 ht200 灰铸铁，或 gb/t 11352 中规定 的 zg270-500 铸钢。铸铁件需经时效处理以消除内应力，铸造件应进行退火处理。本设计 中选取材料 ht200。 3.1.2 卷筒容绳尺寸计算 卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。 a）卷筒节径d 卷筒节径d应满足下式： dkd e 式（3.1） 式中 e k筒绳直径比； d钢丝绳直径（mm） ； 由建筑卷扬机设计查表得19= e k 则2091119=d取mmd261= mmddd25011261 0 = b）卷筒厚度 铸铁卷筒厚度满足mmd12)106(02 . 0 0 + 将mmd250 0 =代入上式中取mm15= c）卷筒容绳宽度 t b 卷筒容绳宽度 t b，一般可以由下式确定： 0 3dbt= p p k w 所以卷筒稳定性满足要求。 3.3 钢丝绳尾在卷筒上的固定计算 3.2.3 压板固定计算 钢丝绳固定处拉力为： e s s zmax =式 （3.9） 压板对钢丝绳的压紧力为： )( 2 0 n sn n =式（3.10） 固定螺栓的合成应力为： )( 1 . 0 4 3 1 2 1 mpa zd n dz n tp t +=式 （3.11） 式中 z 提升载荷动载系数，与机构工作类型有关，具体如表 3-2 所示： 表 3-2 动载系数与工作类型关系表 额定起升速度 1 min/ mv 51015203040506060 工 作 类 型 初级 中级 重级 特重级 1.10 1.20 1.30 1240 1.13 1.25 1.35 1.45 1.16 1.30 1.40 1.50 1.20 1.35 1.45 1.55 1.25 1.40 1.50 1.60 1.30 1.45 1.55 1.65 1.35 1.50 1.60 1.70 1.40 1.55 1.65 1.75 1.45 1.60 1.70 1.80 查表取35 . 1 = z 1 d固定螺栓的螺纹内径(mm)； max s钢绳最大静拉力； 钢绳与卷筒和压板间的摩擦因数，按摩擦面有无油脂，取16 . 0 12 . 0 =； 安全圈（通常为 1.33 圈）在卷筒上的包角（rad） ； e自然对数的底数718282. 2=e； 1 压板与钢丝绳之间的换算摩擦因数， sin 1 =； 0 n安全系数，一般取5 . 1 0 n； 垫圈与压板间的摩擦因数，16 . 0 ； tp 螺栓许用拉应力（ a mp） ， 5 . 1 s tp =（ s 为螺栓材料的屈服点） ； 压板槽的斜面角，一般= 45； z螺栓数量,2z； 摩擦力n作用的力臂（mm） ； 将相关数据代入上述公式得 钢丝绳固定处拉力n e s5000 500035 . 1 215. 0 = = 压板对钢丝绳的压紧力nn33333 15 . 0 2 50002 = = 固定螺栓的合成应力 )( 3 . 61 101 . 0 5 . 113333316 . 0 103 333334 32 mpampa tp + = 因此螺栓屈服强度mpa s 95.915 . 1 3 . 61= 查阅机械设计手册，只需选用材料等级在 3.6 以上的 m10 螺栓即可。 钢丝绳采用压板固定，如图 3-1 所示： 图 3-1 钢丝绳压板固定示意图 3.3.2 压板类型选择 钢丝绳直径mmd11=选用 gb/t59752 型压板。 主要技术指标： 材料：不低于 q235-b； 钢丝绳公称直径mmd118； 标准槽压板； 压板螺栓直径 m10； 具体尺寸如图 3-2 所示： 图 3-2 压板尺寸示意图 4 传动机构设计 4.1 传动方案设计 初步确定传动系统总体方案如:传动装置总体设计图所示。选用同轴式二级圆柱斜齿 轮减速器。 图 4.1 传动示意图 4.2 电动机选型 电动机的作用是将电能转化为机械能，有交流电动机和直流电动机两种形式。由于直 流电动机需要直流电源，价格较高，结构较复杂，维护不方便，因此无特殊要求时不宜采 用。 在生产实际中主要用的是交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类， 异步电动机又分笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最为广泛。因其具有 高效、节能、噪音小、振动小、安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准， 适用于无特殊要求的各种机械设备。 正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最经 济、最合理地决定电动机功率。 4.2.1 主要参数 牵引力：5000n牵引速度：0.3ms 左右卷筒最小直径 250mm。 绞车的工作环境：常温下长期连续工作，环境有灰尘。电源为三相交流，电压 380v。 4.2.2 选择电动机 确定电动机的功率 设绞车卷筒效率为96 . 0 1 =,轴承的效率为98 . 0 2 =（3 对） ，减速器的效率为 95 . 0 3 =，联轴器的效率为99 . 0 4 =，联轴器 mll5-i-20 的效率为99 . 0 5 =。 99 . 0 99 . 0 95 . 0 98 . 0 96 . 0 3 = 841 . 0 = 1000 fv p= 841 . 0 1000 )3 . 05000( 式（4.1） kw78. 1= 式中 e f钢丝绳额定拉力（n） ； e v钢丝绳额定速度（m/s） ； 绞车传动效率。 确定电动机的转速 卷筒轴工作转速为 d v n 100060 2 =式（4.2） 26114 . 3 3 . 0100060 = min/96.21r= 其中mmddd26111250 0 =+=+= 式中 0 d卷筒直径 d钢丝绳直径 因为两级同轴式圆柱齿轮减速器的传动比为 7.150 所以 1 n=(7.150)21.96=155.91098 r/min 综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量，价格和传动比。应选择电动机型号为 y112m-6 其主要参数如表 4-1 表 4-1 y112m-6 电机参数表 电动机型 号 额定功率 /kw 额定转矩 最大转矩 电动机转速 r/min 电动机质量 /kg 同步转 速 满载转速 y112m-62.22.2100094045 电动机的主要外形如图 4-1： 图 4-1电动机外形尺寸图 电动机的安装尺寸如表 4-2： 表 4-2 电动机安装尺寸表 中心高 度 h 外形尺寸 l（ac/2+ad） hd 底脚安装尺 寸 ab 地脚螺栓孔 直径 k 轴伸尺 寸 de 装键部位 尺寸 fgd 11240330526519014012286087 4.3 减速器选型 4.3.1 减速器的定义及作用 1.减速器的定义 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩， 以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 2减速器的作用 1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出 减速器额定扭矩。 2）速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电 机都有一个惯量数值。 4.3.2 常见减速器的种类及特点 1) 齿轮减速器的主要特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。 2） 蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减比，输入轴 和输出轴不在同一轴在线，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度 不高。 3） 谐波减速器的谐波传动是利用柔性组件可控的弹性变形来传递运动和动相比较 差。输入转速不能太高。 4） 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长， 额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。 4.3.3 减速器的选择 在选择减速器时，首先要明确减速比。确定减速比后，将选用的伺服电机额定扭矩 乘上减速比，得到的数值原则上要小于产品样本提供的相近减速机的额定输出扭矩，同 时还要考虑其驱动电机的超载能力及实际中所需最大工作扭矩。所需最大工作扭矩要小 于额定输出扭矩的 2 倍。 满足上面条件后请选择体积最小的减速机，体积小的减速机成本相对低一些。本次设 计中选用的是同轴式两级圆柱齿轮减速器。 4.4 计算传动装置的运动和动力参数 4.4.1 计算总传动比 由电动机的满载转速和工作机主动轴转速可确定传动装置应有的总传动比为： 21 98.42 96.21 940 ii n n i w m = 1 i为高速级传动比， 2 i为低速级传动比 4.4.2 合理分配各级传动比 5 . 6 21 =iii 4.4.3 传动装置的运动和动力参数 （1）电机轴：kwpp dm 78 . 1 =； min/940rnm=； mn n p t m m m =08.18 940 78 . 1 95509550； （2）高速轴：kwpp m 76 . 1 1 = 联 ； min/940 1 rnn m =； mn n p t=88.17 940 76 . 1 95509550 1 1 1 ； （3）中间轴：kwpp68 . 1 12 = 齿承 ； min/ 6 . 144 5 . 6 940 1 1 2 r i n n=； mn n p t=95.110 6 . 144 68 . 1 95509550 2 2 2 ； （4）低速轴：kwpp6 . 1 23 = 齿承 ； min/24.22 5 . 6 6 . 144 2 2 3 r i n n=； mn n p t=05.687 24.22 6 . 1 95509550 3 3 3 ； （5）工作轴：kwpp58. 1 30 = 联 ； min/24.22 30 rnn=； mn n p t=46.678 24.22 58 . 1 95509550 0 0 0 各轴转速、输入功率、输入转矩如表 4-2 所示： 表 4-2 各轴参数表 4.5设 计 高 速级 齿 轮 4.5.1 按设计计算公式选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1） 选用斜齿圆柱齿轮传动，选用级精度。 （2） 材料选择。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，二者材料硬度差为 40hbs。 （3） 选小齿轮齿数 z1=24，大齿轮齿数156245 . 6 112 =ziz,取 z2=156。 选取螺旋角。初选螺旋角 14= 4.5.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸 （1）按齿面接触强度设计： 3 2 1 ) ( 12 h eh d tt t zz u utk d + 式 （4.3） 1）确定公式内的各计算数值 试选6 . 1= t k 由机械设计图 12.16，选取区域系数433 . 2 = h z 由机械设计图 12.8 查得78 . 0 1 = 88 . 0 2 = 66 . 1 21 =+= 计算小齿轮传递的转矩 项 目电动机轴高速轴 i中间轴 ii低速轴 iii 转速（r/min）940940144.622.24 功率（kw）1.781.761.681.6 转矩（nm）18.0817.88110.95687.05 传动比116.56.5 效率10.990.960.96 mmnmnt= 4 1 108 . 117.88 由机械设计表 12.13 选取齿宽系数1=d 由机械设计表 12.12 查得材料的弹性影响系数mpaze 8 . 189= 由机械设计图 12.17c 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 mpa h 750 1lim =，大齿轮的接触疲劳强度极限mpa h 600 2lim = 由机械设计式 12.12 计算应力循环次数 9 11 1035 . 1 1940)103008(6060=ntn h 89 2 107 . 36 . 3/1035 . 1 =n 由机械设计图 12.18 查得接触疲劳强度寿命系数90 . 0 1 = hn k95 . 0 2 = hn k 计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为 1%，安全系数为 s=1，由式 12.11 得 mpampa s k hhn h 6757509 . 0 1lim1 1 = mpampa s k hhn h 57060095. 0 2lim2 2 = mpampa hhh 5 .6222/ )570675(2/)( 21 =+=+= 2）计算 试算小齿轮分度圆直径 t d1，由计算公式得 mmd t 28 5 . 622 8 . 189433 . 2 5 . 6 5 . 7 66 . 1 1 108 . 16 . 12 3 2 4 1 = = 计算圆周速度 sm nd v t /38 . 1 100060 9402814 . 3 100060 11 = = = 计算齿宽及模数 nt m mmdb td 28281 1 = mm z d m t nt 13 . 1 24 14cos28cos 1 1 = = mmmh nt 54. 213. 125. 225. 2= 1154. 2/28/=hb 计算纵向重合度 903. 114tan241318. 0tan318. 0 1 = z d 计算载荷系数 k 已知使用系数1= a k 根据smv/38. 1=， 7 级精度， 由 机械设计 图 12.9 查得动载荷系数15 . 1 = v k 由机械设计表 12.11 查得 bk ddh 322 1047 . 0 )6 . 01 (16 . 0 11 . 1 += 281047 . 0 1)16 . 01 (16 . 0 11 . 1 322 += 38. 1= 由机械设计图 12.14 查得齿向载荷分布系数35. 1= f k。 假定mmn d fk ta /100 1 ，由表 12.10 查得齿间载荷分配系数2 . 1= fh kk 故载荷系数9 . 138 . 1 2 . 115 . 1 1= hhva kkkkk 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得 mmkkdd tt 65.296 . 1/9 . 128/ 3 3 11 = 取mmd30 1 = 计算模数 n m mm z d mn22 . 1 24 14cos30cos 1 1 = = （2）按齿根弯曲强度设计 3 2 1 2 1 cos2 f sf d n yy z ykt m 式（4.4） 1）确定计算参数 计算载荷系数 9 . 138 . 1 2 . 115 . 1 1= hhva kkkkk 根据纵向重合度903 . 1 = ，根据式 12.35 求得螺旋角影响系数 77 . 0 = y 计算当量齿数 77.170 14cos 156 cos 27.26 14cos 24 cos 33 2 2 33 1 1 = = z z z z v v 查取齿形系数 由机械设计图 12.21 查得592 . 2 1 = fa y154 . 2 2 = fa y 查取应力校正系数 由机械设计图 12.22 查得596 . 1 1 = sa y873. 1 2 = sa y 由机械设计图 12.23c 查得，小齿轮的弯曲疲劳强度极限mpa f 680 1lim = 大齿轮的弯曲疲劳强度极限mpa f 400 2lim = 由机械设计图 12.24 查得弯曲疲劳强度寿命系数 9 . 0 1 = fn k98 . 0 2 = fn k 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s1.4，由式 12.19 得 mpa s k ffn f 14.437 4 . 1 6809 . 0 1lim1 1 = = mpa s k ffn f 280 4 . 1 40098 . 0 2lim2 2 = = 计算大小齿轮的 f safay y 01068. 0 280 873 . 1 596 . 1 00947 . 0 14.437 596 . 1 592 . 2 2 22 1 11 = = = = f safa f safa yy yy 大齿轮的资料大，可选用。 2）设计计算 mmmn82 . 0 80106 . 0 66 . 1 241 14cos77 . 0 10788 . 1 9 . 12 3 2 24 = 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 n m大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的法面模数，取 n m1.25mm，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的分度圆直径mmd30 1 =来计算应有的齿数。于是由 7 . 23 25 . 1 14cos30cos 1 1 = = n m d z 取24 1 =z，则165165245 . 6 2112 =zziz取 （3） 几何尺寸计算 mm mzz a n 74.121 14cos2 25 . 1 )16524( cos2 )( 21 = + = + = 将中心距圆整为 122mm。 按圆整后的中心距修正螺旋角 47.14 1222 25 . 1 )16524( arccos 2 )( arccos 21 = + = + = a mzz n 因值改变不多，故参数 、 k、 h z等不必修正。 计算大、小齿轮的分度圆直径 mmmm mz d mmmm mz d n 21301.213 47.14cos 25 . 1 165 cos 3198.30 47.14cos 25 . 1 24 cos 22 2 1 1 = = = = 计算大、小齿轮的齿根圆直径 mmmdd mmmdd nf nf 89.20925 . 1 5 . 201.2135 . 2 86.2725 . 1 5 . 298.305 . 2 22 11 = = 计算齿轮宽度 mmdb d 98.3098.301 1 = 圆整后取mmb31 2 =；mmb33 1 = （4） 验算 n d t ft1154 98.30 1788022 1 1 = = mmnmmn b fk ta /100/25.37 98.30 11541 10 1212 1717 2222 30 键宽b 键高h 2 23 34 45 56 68 7 轴的直径 d30 3838 4444 5050 5858 6565 75 键宽b 键高h10 812 814 916 1018 1120 12 轴的直径 d758585 9595110110 130 键宽b 键高h 22 1425 1428 1632 18 键的长度系列 l6，8，10，12，14，16，18 ，20，22，25，28，32，36，40，45， 50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220， 7.4 平键的校核 选 a 型平键，由 d1=90mm,查表 b1=25mm,h1=14mm,l1=110mm 由 d2=110mm,查表 b2=28mm,h2=16mm,l2=90mm 校核挤压强度： pp dkl t = 2 式（7.1） 式中： （1）=l90mm ，t=1250mn, 由查表得 2 /200100mmn p =， k= 2 h 7mm， 2 /36 110790 12502 mmn p = = p （2） =l110mm,t=1250mn, 由查表得 2 /200100mmn p =， k= 2 h 8mm， 2 / 5 . 31 908110 12502 mmn p = = p 挤压强度满足要求。 8 联轴器 8.1 联轴器的选型标准 联轴器是联接两轴使之一同回转并传递转矩的一种部件，主要分为刚性联轴器和挠性 联轴器两种。刚性联轴器适用于两轴能严格对中并在工作中不发生相对位移的地方；挠性 联轴器适用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方。挠性联轴器又有无弹性元件的、 金属弹性原件的和非金属原件的之分，后两种统称为弹性联轴器。 弹性联轴器具有缓和冲击的作用，用非金属弹性原件构成的弹性联轴器以及用金属弹 性原件构成的、弹性元件间有摩擦作用的弹性联轴器，除具有缓冲作用外，还有减震作用。 因此，对于载荷平稳、转速稳定、同轴度好、无相对位移的可选用刚性联轴器，有相 对位移的需选用无弹性原件的挠性联轴器。载荷和速度不大、同轴度不宜保证的，宜选用 定刚度弹性联轴器；载荷、速度变化较大的最好选用具有缓冲减振作用的便刚度弹性联轴 器。对于动载荷较大的机器，宜选用重量轻、转动惯量小的联轴器。 对联轴器的其他要求还有： （1）拆装方便 （2）尺寸较小 （3）质量较轻 （4）维护简单等 联轴器的安装位置宜尽量靠近轴承。 综上所述，本次设计中选用弹性柱销联轴器 这是用若干非金属销置于两半联轴器凸缘孔中以实现两半联轴器联接的一种联轴器。 它具有结构简单、制造容易、维修方便、允许轴位移大等特点。柱销材料为mc 尼龙。尼 龙有一定弹性，弹性模量比金属低的多，可缓和冲击。柱销与孔之间为 h9/h9 的间隙配合。 8.2 联轴器转矩计算 联轴器的计算转矩 c t包括两个部分：为克服连续作用的额定载荷和摩擦阻力所需的工 作转矩t和附加动力转矩 t。后者计算比较复杂，为了简化 c t常按式 8.1 计算 nc tktttt+=式 （8.1） 式中 n t许用名义转矩，由手册查出； k载荷系数。 在选取载荷系数时应注意：刚性联轴器和无弹性原件的挠性联轴器宜取大值；弹性联 轴器宜取小值。 查表取4 . 1=k 电机轴转矩mnkttc=31.2508.184 . 1 11 卷筒轴转矩mnkttc=84.94946.6784 . 1 32 查阅机械设计手册选择 lt3 和 lt9 型弹性柱销联轴器。 两种联轴器的许用转矩分别为 11 5 . 31 cn tmnt= 22 1000 cn tmnt= 所以，满足要求 9 润滑 9.1 润滑剂的作用 相对运动物体表面加入第三种物质润滑剂，降低摩擦、减少磨损，降低工作表面的 温度。改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力、减缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来 达到润滑的目的。另外，润滑剂还有防锈、减振、密封、传递动力等用。 9.2 润滑剂的分类 根据润滑剂的不同，润滑可分为：流体润滑。指使用的润滑剂为流体，又包括气体 润滑和液体润滑两种 。 固体润滑 。指使用的润滑剂为固体 ，如石墨、二硫化钼、氮 化硼、尼龙、聚四氟乙烯、氟化石墨等。半固体润滑。指使用的润滑剂为半固体，是由 基础油和稠化剂组成的塑性润滑脂，有时根据需要还加入各种添加剂。 根据摩擦副之间摩擦状态的不同，润滑分为：流体摩擦润滑。用流体将摩擦表面隔 开的润滑方式。根据润滑膜压力的产生方式不同又可分为流体动压润滑和流体静压润滑两 种。边界摩擦润滑。 9.3 润滑剂的性质 1.粘度。是液体润滑剂的主要性能指标，滑动表面间