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卷扬机传动装置的设计(含源文件),卷扬机,传动,装置,设计,源文件
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外语文献翻译 摘自 : 制造工程与技术（机加工）（英文版） 机械工业出版社 2004 年 3 月第 1 版 页 564560P 美 s. 卡尔帕基安 (密德 ( 著 原文 ： he of a in of 1、 of 2、 3、 4、 nd As if by in of of it is to of a In to be in in f as ), of by to in as in As a up of as to as in in It in be to is of of A of in at of In of of is in of as a is by of of on of is at in of as a In to in be in of 0111241by 10 (in of a is a a in 500 of in of is a of in as in An is in of in of is at 300 to be s 00 400 to a of in is to It is to on of on C) by a is to of to to of is by as of of is as on of to a on of In to we of on of in At of ), at it no on of of of is to At of on of to is to to a in be be a in it a of a is to it is it in a in or be to of to to pf to is to be of of of is is so it at is to of is It a is of be to is so is it at It a of is it to of of be of be to to be a of or To be a of at 80 160 ( F175 315 ), to to is to of of to to in of of of to of of of ) of as be to on of or as as to at be at In of a as or or is (b) (c) of (d) e) It be to a of be by of in of in to as is in of of on on of 译文 ： 机加工性 一种材料的可机加工性通常以四种因素的方式定义： 1、 分的表面光洁性和表面完整性。 2、刀具的寿命。 3、切削力和功率的需求。 4、切屑控制。 以这种方式，好的可机加工性指的是好的表面光洁性和完整性，长的刀具寿命，低的切削力和功率需求。关于切屑控制，细长的卷曲切屑，如果没有被切割成小片，以在切屑区变的混乱，缠在一起的方式能够严重的介入剪切工序。 因为剪切工序的复杂属性，所以很难建立定量地释义材料的可机加工性的关系。在制造厂里，刀具寿命和表面粗糙度通常被认为是可机加工性中最重要的因素。 尽管已不再大量的被使用，近乎准确的机加工率在以下的例子中能够被看到。 的可机加工性 因为钢是最重要的工程材料之一（正如第 5 章所示），所以他们的可机加工性已经被广泛地研究过。通过宗教铅和硫磺，钢的可机加工性已经大大地提高了。从而得到了所谓的易切削钢。 二次硫化钢和二次磷化钢 硫在钢中形成硫化锰夹杂物（第二相粒子），这些夹杂物在第一剪切区引起应力。其结果是使切屑容易断开而变小，从而改善了可加工性。这些夹杂物的大小、形状、分布和集中程度显著的影响可加工性。化学元素如碲和硒，其化学性质与硫类似， 在二次硫化钢中起夹杂物改性作用。 钢中的磷有两个主要的影响。它加强铁素体，增加硬度。越硬的钢，形成更好的切屑形成和表面光洁性。需要注意的是软钢不适合用于有积屑瘤形成和很差的表面光洁性的机器。第二个影响是增加的硬度引起短切屑而不是不断的细长的切屑的形成，因此提高可加工性。 含铅的钢 钢中高含量的铅在硫化锰夹杂物尖端析出。在非二次硫化钢中，铅呈细小而分散的颗粒。铅在铁、铜、铝和它们的合金中是不能溶解的。因为它的低抗剪强度。因此，铅充当固体润滑剂并且在切削时，被涂在刀具和切屑的接口处。这一特性已经被在机加工铅 钢时，在切屑的刀具面表面有高浓度的铅的存在所证实。 当温度足够高时 例如，在高的切削速度和进刀速度下 铅在刀具前直接熔化，并且充当液体润滑剂。除了这个作用，铅降低第一剪切区中的剪应力，减小切削力和功率消耗。铅能用于各种钢号，例如 10111241等。铅钢被第二和第三数码中的字母 L 所识别（例如， 10（需要注意的是在不锈钢中，字母 L 的相同用法指的是低碳，提高它们的耐蚀性的条件）。 然而，因为铅是有名的毒素和污染物，因此在钢的使用中存在着严重的环境隐患（在钢产品中每年大约有 4500 吨的铅消耗）。结果，对于估算钢中含铅量的使用存在一个持续的趋势。铋和锡现正作为钢中的铅最可能的替代物而被人们所研究。 脱氧钙钢 一个重要的发展是脱氧钙钢，在脱氧钙钢中矽酸钙盐中的氧化物片的形成。这些片状，依次减小第二剪切区中的力量，降低刀具和切屑接口处的摩擦和磨损。温度也相应地降低。结果，这些钢产生更小的月牙洼磨损，特别是在高切削速度时更是如此。 不锈钢 奥氏体钢通常很难机加工。振动能成为一个问题，需要有高硬度的机床。然而，铁素体不锈钢有很好的可机加工性。马氏体钢易磨蚀，易于形成积屑瘤，并且要求刀具 材料有高的热硬度和耐月牙洼磨损性。经沉淀硬化的不锈钢强度高、磨蚀性强，因此要求刀具材料硬而耐磨。 钢中其它元素在可机加工性方面的影响 钢中铝和矽的存在总是有害的，因为这些元素结合氧会生成氧化铝和矽酸盐，而氧化铝和矽酸盐硬且具有磨蚀性。这些化合物增加刀具磨损，降低可机加工性。因此生产和使用净化钢非常必要。 根据它们的构成，碳和锰钢在钢的可机加工性方面有不同的影响。低碳素钢（少于 碳）通过形成一个积屑瘤能生成很差的表面光洁性。尽管铸钢的可机加工性和锻钢的大致相同，但铸钢具有更大的磨蚀性。刀具和模具 钢很难用于机加工，他们通常再煅烧后再机加工。大多数钢的可机加工性在冷加工后都有所提高，冷加工能使材料变硬并且减少积屑瘤的形成。 其它合金元素，例如镍、铬、钳和钒，能提高钢的特性，减小可机加工性。硼的影响可以忽视。气态元素比如氢和氮在钢的特性方面能有特别的有害影响。氧已经被证明了在硫化锰夹杂物的纵横比方面有很强的影响。越高的含氧量，就产生越低的纵横比和越高的可机加工性。 选择各种元素以改善可加工性，我们应该考虑到这些元素对已加工零件在使用中的性能和强度的不利影响。例如，当温度升高时，铝会使钢变脆（液体 金属脆 化，热脆化，见 ），尽管其在室温下对力学性能没有影响。 因为硫化铁的构成，硫能严重的减少钢的热加工性，除非有足够的锰来防止这种结构的形成。在室温下，二次磷化钢的机械性能依赖于变形的硫化锰夹杂物的定位（各向异性）。二次磷化钢具有更小的延展性，被单独生成来提高机加工性。 它不同金属的机加工性 尽管越软的品种易于生成积屑瘤，但铝通常很容易被机加工，导致了很差的表面光洁性。高的切削速度，高的前角和高的后角都被推荐了。有高含量的矽的锻铝合金铸铝合金也许具有磨蚀性，它们要求更硬的刀具材料。尺寸 公差控制也许在机加工铝时会成为一个问题，因为它有膨胀的高导热系数和相对低的弹性模数。 铍和铸铁相同。因为它更具磨蚀性和毒性，尽管它要求在可控人工环境下进行机加工。 灰铸铁普遍地可加工，但也有磨蚀性。铸造无中的游离碳化物降低它们的可机加工性，引起刀具切屑或裂口。它需要具有强韧性的工具。具有坚硬的刀具材料的球墨铸铁和韧性铁是可加工的。 钴基合金有磨蚀性且高度加工硬化的。它们要求尖的且具有耐蚀性的刀具材料并且有低的走刀和速度。 尽管铸铜合金很容易机加工，但因为锻铜的积屑瘤形成因而锻铜很难机加工。黄铜很容易机加工， 特别是有添加的铅更容易。青铜比黄铜更难机加工。 镁很容易机加工，镁既有很好的表面光洁性和长久的刀具寿命。然而，因为高的氧化速度和火种的危险（这种元素易燃），因此我们应该特别小心使用它。 钳易拉长且加工硬化，因此它生成很差的表面光洁性。尖的刀具是很必要的。 镍基合金加工硬化，具有磨蚀性，且在高温下非常坚硬。它的可机加工性和不锈钢相同。 钽非常的加工硬化，具有可延性且柔软。它生成很差的表面光洁性且刀具磨损非常大。 钛和它的合金导热性 (的确，是所有金属中最低的 )，因此引起明显的温度升高和积屑瘤。它们是难机加工的。 钨易脆，坚硬，且具有磨蚀性，因此尽管它的性能在高温下能大大提高，但它的机加工性仍很低。 锆有很好的机加工性。然而，因为有爆炸和火种的危险性，它要求有一个冷却性质好的切削液。 种材料的机加工性 石墨具有磨蚀性。它要求硬的、尖的，具有耐蚀性的刀具。 塑性塑料通常有低的导热性，低的弹性模数和低的软化温度。因此，机加工热塑性塑料要求有正前角的刀具（以此降低切削力），还要求有大的后角，小的切削和走刀深的，相对高的速度和工件的正确支承。刀具应该很尖。 切削区的外部冷却也许很必要，以此来防止切屑变的有黏 性且粘在刀具上。有了空气流，汽雾或水溶性油，通常就能实现冷却。在机加工时，残余应力也许能生成并发展。为了解除这些力，已机加工的部分要在 16080 （ 315175 ）的温度范围内冷却一段时间，然而慢慢地无变化地冷却到室温。 热固性塑料易脆，并且在切削时对热梯度很敏感。它的机加工性和热塑性塑料的相同。 因为纤维的存在，加强塑料具有磨蚀性，且很难机加工。纤维的撕裂、拉出和边界分层是非常严重的问题。它们能导致构成要素的承载能力大大下降。而且，这些材料的机 加工要求对加工残片仔细切除，以此来避免接触和吸进纤维。 随着纳米陶瓷（见 ）的发展和适当的参数处理的选择，例如塑性切削（见 ），陶瓷器的可机加工性已大大地提高了。 金属基复合材料和陶瓷基复合材料很能机加工，它们依赖于单独的成分的特性，比如说增强纤维或金属须和基体材料。 辅助加工 在室温下很难机加工的金属和合金在高温下能更容易地机加工。在热辅助加工时（高温切削），热源 一个火把，感应线圈，高能束流（例如雷射或电子束），或等离子弧 被集中在切削刀具前的一块区域内。好处是：（ a）低的切削力。（ b）增加的刀具寿命。（ c）便宜的切削刀具材料的使用。（ d）更高的材料切除率。（ e）减少振动。 也许很难在工件内加热和保持一个不变的温度分布。而且，工件的最初微观结构也许被高温影响，且这种影响是相当有害的。尽管实验在进行中，以此来机加工陶瓷器如氮化矽，但高温切削仍大多数应用在高强度金属和高温度合金的车削中。 小结 通常，零件的可机加工性能是根据以下因素来定义的：表面粗糙度，刀具的寿命，切削力和功率的需求以及切屑的控制。材料的可机加工性能不仅取决于起内在特性和微观结构，而且也依赖于工艺参数的适 当选择与控制。 1 前言 卷扬机是一种常见的提升设备，其主要是用电动机作为原动机。由于电动机输出的转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，故必须设计减速的传动装置。传动装置的设计有多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器、二级齿轮减速器等等。通过合理的设计传动装置，使的卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。同时 通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。 2 目 录 设计任务书 3 第一部分 传动装置总体 设计 4 第二部分 电动机的选择及传动比分配 4 第三部分 7 第四部分 齿轮的设计 9 第五部分 轴的设计 16 第六部分 校核 19 第七部分 箱体及其它附件 21 总结 23 参考文献 23 附录： 3 设计任务书 1 设计要求： 扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，工作平稳。 外工作，生产批量为 5台。 力源为三相交流 380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。 0年，每年工作 300天， 3班制工作，每班工作 4小时，检修期间隔为 3年。 业机械厂制造，可加工 7、 8级精度的齿轮、涡轮。 该装置的参考图如下： 2 原始技术数据 绳牵引力 W/牵引力速度 v/(m/s) 卷筒直径 D/0 70 传动装置卷扬机原动机 3 设计任务 成卷扬机总体传动方案设计和论证，绘制总体设计原理方案图。 成卷扬机主要传动装置结构设计。 成装配图 1章（ 1），零件图 2张。 写设计说明书。 第一部分 传动装置总体设计 动方案 传动装置由电机、减速器、工作机组成。 齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀， 要求轴有较大的刚度。 考虑到电机转速高，传动功率大，将 其传动方案如下： 2 3 5 4 1案论证 本设计中原动机 为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过 5 载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。 齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。本设计采用的是展开式两级直齿轮传动 。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑 、成本低传动效率高。 第二部分 电动机的选择及传动比分配 5423421 按表 2 ，滚动轴承效率（一对） ，闭式齿轮传动效率为 ，联轴器效率为 ，传动滚筒效率为 ，代入得 = 4 ，其中 1000)( 所以 6电动机的额定功率 1 查表得电动机的额定功率 P 电动机转速 计算滚筒工作转速 n w /100060 ： 由推荐的传动比合理范围， 24，二级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围： 840，则总 传动比的范围为， 16016 i ,故电机的可选转速为： m i n/3 2 5 03 2 6 016( 6 根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有 750r/1000r/500r/3000r/综合考虑电动机和传动装置的情况， 同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为 1000r/根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为 6 ，满载转速 970r/ 其主要性能：额定功率： 载转速 970r/定转矩 算总传动比及分配各级的传动比 70/ 根据指导书，取 0 i，则减速器的传动比 i= ii a 取两级援助齿轮减速器高速级的传动比 7 1 则低速级的传动比为 3 7 i 动机轴 700 m 轴（高速轴） 2339701110101 7 轴（中间轴） i n/ 轴（低速轴） i n/ 轴（滚筒轴） i n/各轴运动和动力参数 如下表 轴名 功率 p/矩 T/转速 n/(r/传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 1 轴 2 轴 3 轴 滚筒轴 79 70 323 、 V 带设计 定皮带轮 定计算功率由表 8.K ;故 8 根据1n 由图 8型。确定带轮的基本直径1v。 由表 8小带轮的基准直径 801 ； 验算带速 v；按式 8d /1 ；因为 5m/sv30m/s,故带速合适 ； 计算带轮的基准直径；根据式 8算大带轮的基准直径 4 01 8 0312 ；根据表 840 1021 14405040 a取 000 ，初定中心距000 。 由式 8 22202122100 由表 8500 按式 8a 。 202 250025467002 00 ； 由式 8a d 795)a x 83)i n 得中心距的变化范围为 683 算小带轮上的包角 000001201 85 0 0 05 4 01 8 0 。 算带的根数 z 计算单个 由 m 7 0 011 d 和，查表 8 。 9 根据 i n ,/9 7 001 得型带，查表和查表 8K，表 8K ，于是 r 0 计算 z 整为 4。 算单根 q=m,所以 KF 2m i 应使带的初拉力(p 1 9 4 12 8s i 9422s i n)(2)( 1m i i n 第四部分 齿轮的设计 轮传动的设计计算 由于速度不高，故选取 7级精度的齿轮，小齿轮的材料为 40质），硬度为 250齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240者材料硬度差为40取高速级中的小齿轮齿数为 23，则大齿轮的齿数为 ，圆整为 108。 齿面接触强度设计 由 （ 10： 选载荷系数 3.1算小齿轮转矩 10 T 551151 表 10d表 10 图 10001 ；大齿轮的接触疲劳强度极限 502 10算应力循环次数 811 102 1 03 0 082(13 2 36060 882 100 4 09 1 N 图 10 算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式 10 M P i i 试算小齿轮分度圆直径1入 H 中的较小的值 253211 算圆 周速度 v t /1 算齿宽 b t 11 算齿宽与齿高之比；齿高： 9 ；2 2 算载荷系数 根据 ， 7级精度，由图 10.1齿轮，1 K ；由表 10由表 10级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 查图;故载荷系数7 0 实际的载荷系数校正所算得得分度圆直径 由式 10311 算模数 ， 齿根弯曲强度设计 式 (10 17) m 3 21 2 F 定计算参数 由图 105001 大齿轮的弯曲强度极限是 ; 算弯曲疲劳许应力 12 由图 10 A =式 10F 1 = F 2 =算载荷系数 K K K K K =1 1 d） 查取齿型系数 由表 10 5查得 2 2 查取应力校正系数 由表 10 5查得 Y s； Y f） 计算大、小齿轮的 1 11F = 2 22F =齿轮的数值大。 算齿数 由 所以取模数 m=3 所以1 2 3, 2267 1 何尺寸计算 分度圆直径：91 233782632211 ；中心距： 13 69702 21 ； 齿轮宽度： 87811 ；取 8,83 21 低速级齿轮传动的设计计算 料 低速级小齿轮选用 45钢调质，齿面硬度 280 取小齿齿数 1Z =40 低速级大齿轮选用 45 钢正火，齿面硬度为 240 齿数 40=整取 136。 齿轮精度 按 10095 1998，选择 7级，齿根喷丸强化 。 齿面接触强度设计 由 确定公式内的各计算数值 t=算小齿轮转矩 T 2251 表 10取齿宽系数 8.0d课本由1980E =疲劳强度 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 001 ,大齿轮的接触疲劳强度极限 501 力循环次数 60 j 0 1 (2 8 300 8) =108 108 由课本2030得接触疲劳寿命系数 14 查课本由2070失效 概率为 1%,安全系数 S=1,则接触疲劳许用应力 H 1 = 5641 H 2 =550/1=517 H 中的较小的值 253211 v t /1 b t ；齿高： ； 3 根据 ， 7级精度，由图 105.1齿轮，1 K ；由表 10由表 10级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 查图;故载荷系数4 9 15 由式 10311 011 按齿根弯曲强度设计 由式 (10 17) m 3 21 2 F 由图 10曲疲劳强度是;5001 大齿轮的弯曲强度极限是 ; 由图 10 A =式 10F 1 = F 2 =K K K K K =1 1 d） 查取齿型系数 由表 10 5查得 2 2 查取应力校正系数 由表 10 5查得 Y s； Y f）计算大、小齿轮的 1 11F = 2 22F =齿轮的数值大。 16 079.23 2 5 所以 取模数 m=3 所以1 4 6, 53 7 9211取取 分度圆直径：81 4631 324432211 ；中心距：852 4381322 21 ； 齿轮宽度： 51 3 ；取 0 5,1 0 8 21 第五部分 轴的设计 输出轴为例说明轴的设计过程 。 求输出轴上的功率 速3n，转矩3 3n=T=m 求作用在齿轮上的力 已知低速级大齿轮的分度圆直径为 2d =438 而 23211 6401043 8 92 3 423720t a a n 按式 15取轴的材料为 45刚 ,调质处理，取 1100 A，于是得 3330m i n 。 根据联轴器的计算公式3，查表 14 K ;则有 17 3 3 1 32 5 4 查 5843用 缘 联轴器 ，其公称转矩为 4000 。半联轴器的孔径 01 ，半联轴器长度 L=172 根据工作条件选用深沟球轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步选用 0基本游隙组、标准精度等级的 6016。其尺寸为 212580 。 其参数为： 81 0 2801 的各段长度 18 上零件的周向定位 齿轮，半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接。根据 04 由表 6查得平键截面 422 ，键槽用键槽铣刀加工，长为 40时为了保证齿轮和轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为67同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为 0 01220 半联轴器与轴的配合为67动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴配合的直径尺寸为6m。 取轴端倒角为 0452 ，各轴端倒角见详图。 样求得 19 (中间轴 ) 动轴 (高速轴 )的相关参数 选 取 轴 的 材 料 为 45 刚 , 调 质 处 理 ， 取 1200 A， 于 是 得3330m i n 。 2 ，其 尺寸： 20 间轴的相关参数 选 取 轴 的 材 料 为 45 刚 , 调 质 处 理 ， 取 1200 A， 于 是 得3330m i n 。 2 第六部分 校核 的强度校核 21 轴上载荷 水平面上 2 7 9 3 0 6 4 1 3 2 0 0 0751 7 6 3 0 8 92 21 3 2 00 02 7 9 30 0 222221 t 4 8 88 8 02 841 1 64 0 02 4 出扭矩图 30 201 30 弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时候，通常只是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的 截面的强度 根据式15上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切 应力为脉动循环应力，取 1 ，轴的计算应力 22 M P 4888801(308922)( 3 2222 由表 155刚的 1 。因为 1 安全。 的强度校核 422 连接强度计算 根据式 6得： M P ak 3 查表 6得 10 ，因为 ，故键槽的强度足够。其它键的验算方法同上，经过计算可知它们均满足强度要求。 承 6016 量动载荷 用插值法由表 13查得 X=1,Y=0；故基本动载荷为： 1 承的额定寿命 h 5366 0)(6010 显然，轴承的额定寿命远远大于减速器的工作时数 36000h。 其它的轴承验算同上。 第七部分 箱体 及其他附件 体的尺寸 名 称 符号 二级圆柱齿轮减速器 /座壁厚 11 箱盖壁厚 1 10 箱座凸缘厚度 b 盖凸缘厚度 1b 15 23 箱座底凸缘厚度 2b 脚螺栓直径 22 底脚螺栓数目 n 6 轴承旁联接螺栓直径 1d 盖与箱座联接螺栓直径 2d 13 联接螺栓 2d 的间距 l 160 轴承端盖螺钉直径 3d 10 定位销直径 d 10 螺栓扳手空间与凸缘宽度 安装螺栓直径 外箱壁距
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