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900
卷扬机
设计
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900N卷扬机的设计,900,卷扬机,设计
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卷扬机设计说明书学生姓名：陈光耀指导教师：王 晨 教授浙江工业大学机械学院目 录第一章 设计题目51.1 卷扬机已知参数5第二章 选择电动机52.1 选择电动机的类型和结构型式52.2 选择电动机的功率52.3 确定电动机的转速6第三章 计算传动装置的总传动比63.1 计算总传动比73.2 分配传动比73.3 转速校核7第四章 计算传动装置各轴的运动和运动参数74.1 计算各轴的转速74.2 各轴的输入功率74.3 各轴的输入扭矩7第五章 带传动的设计85.1 确定计算功率85.2 选择V带的带型95.3 确定带轮的基准直径并验算带的速度95.4 确定V带的中心距和基准长度95.5 验算小带轮上的包角95.6 计算带的根数105.7 计算单根带的初拉力的最小值105.8 计算压轴力105.9 皮带轮的设计10第六章 链传动的设计126.1 选择链轮齿数126.2 确定计算功率126.3 选择链条型号和节距126.4 计算链节数和中心距126.5 计算链速，确定润滑方式136.6 计算压轴力136.7 链轮的设计13第七章 轴I的结构设计、校核147.1 拟定轴上零件的装配方案147.2 轴上零件的定位147.3 各轴端直径和长度的确定157.4 轴的强度校核157.5 轴上键的强度校核177.6 轴承的寿命计算17第八章 轴II的结构设计、校核178.1 拟定轴上零件的装配方案178.2 轴上零件的定位178.3 各轴端直径和长度的确定188.4 轴的强度校核188.5 轴上键的强度校核198.6 轴承的寿命计算19第九章 轴III的设计、校核209.1 拟定轴上零件的装配方案209.2 轴上零件的定位209.3 各轴端直径和长度的确定209.4 轴的强度校核219.5 轴上键的强度校核229.6 轴承的寿命计算22第十章 制动器的选择22参考文献22致谢2323第1章 设计题目1.1 卷扬机已知参数 载重量：900N卷筒直径：350mm钢丝绳直径：3mm钢丝绳速：1m/s误差要求：5%第2章 选择电动机2.1选择电动机的类型和结构型式 按供电电源的不同，电动机有直流电机和交流电机两大类。直流电机结构复杂，同样功率情况下尺寸、重量较大，价格较高，用于调速要求高的场合。交流电机按电机的转速与旋转磁场的转速是否相同可分为同步电机和异步电机两种。同步机结构较异步机复杂，造价较高，而且转速不能调节，但可改善电网的功率因数，用于长期连续工作而需保持转速不变的大型机械。生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求（如在较大范围内平稳的调速，经常起动或反转等），通常都采用三相交流异步电动机。我国已制定统一标准的Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。在经常起动、制动和反转的场合，要求电动机转动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相异步电动机。1 卷扬机在工作过程中需要电机经常启动、制动和正反转，要求电动机具有较小的转动惯量和较大的过载能力，应该选用起重及冶金用YZ型（笼型）或YZR型（绕线型）三相异步电动机。2.2选择电动机的功率工作装置所需功率为从电动机到工作机输送带间的总效率为式中，、分别表示轴承、皮带传动、链传动、联轴器和卷筒的传动效率。查阅机械设计课程设计第18页表2-4机械传动效率的概略值和机械设计第141页表2各种传动传递功率的范围及效率概值，考虑到个传动为开式传动，工况恶劣，取=0.99、=0.92、=0.90、=0.99、=0.95，=0.9930.920.900.9920.95=0.756所以电动机所需的输出功率为查机械设计第156页表8-7工作情况系数，并考虑卷扬机实际工作情况，取工作情况系数=1.4，故计算功率 2.3确定电动机的转速根据机械设计课程设计第1114页表2-1传递连续回转运动常用机构的性能和适用范围以及表2-3常用减速器的型式、特点及应用，得普通V带传动单级传动比常用值（最大值）为24（15）、链传动单级传动比常用值（最大值）为25（10），确定卷扬机二级减速器传动比范围区间（最大值）为420（150），而工作机卷筒轴的转速为 所以电动机转速的可选范围为电动机工作制分为S2、S3、S4、S5及S6五种。本电动机工作制根据实际工况采用S3基准工作制，基准负载持续率为60%，每个工作周期为10min。2根据电动机的类型、容量和转速，查阅机械设计手册选定电动机型号为YZ160M1-6。其主要性能如下表：电动机型号额定功率/kw转速/(r/min)转矩/(Nm)YZ160M1-65.094050.8 电动机的主要安装尺寸和外形尺寸如下表： mm型号 安装尺寸机座 轴端YZ160MHABCCAK螺栓直径DEFGGD16025421010818015M12481101442.59外形尺寸32532042529025608718第3章 计算传动装置的总传动比3.1计算总传动比 总传动比为3.2分配传动比总传动比在本传动机构中，高速级采用带传动，低速级采用链传动。传动比预分配：，3.3转速校核由于钢丝绳速度允许的误差为，则卷筒转速允许范围为：59.8866.18r/min 按之前确定的传动比所得到的实际卷筒转速为: 在误差范围内。第4章 计算传动装置各轴的运动和运动参数4.1计算各轴的转速I轴（电机轴） II轴 III轴 4.2各轴的输入功率I轴 II轴 III轴 卷筒 4.3各轴的输入扭矩电动机轴（即I轴）的输出转矩为 所以：II轴 III轴 卷筒轴 将上述计算汇总于下轴名功率转矩转速传动比效率I轴（电机轴）2.6294050.91II轴2.3918830.89III轴2.1362.6710.94卷筒轴262.67第5章 带传动的设计设计参数 电机功率，转速，每天工作16个小时。5.1 确定计算功率 工作机类型：载荷变动小，负载起动，每天工作16个小时。 查机械设计第156页表8-7工作情况系数，并考虑卷扬机实际工作情况，取工作情况系数=1.4，故计算功率5.2 选择V带的带型 根据计算功率和小带轮转速，查机械设计第157页图8-11，选用A型V带。5.3确定带轮的基准直径并验算带的速度（1）初选小带轮的基准直径，根据机械设计 表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径=90mm。（2）验算带速。 因为，故带速不在推荐区间，带速偏低会增加带传动的有效拉力，相应的需要增加带的根数或者V带横截面积，带型已经选定，需要在后面计算中考虑增加带的根数。（3）计算大带轮的基准直径。 根据机械设计第157页表8-8普通V带轮的基准直径系列，取=450mm。5.4确定V带的中心距和基准长度 （1）一般初选带传动的中心距为 计算得到，初定中心距=800mm。 （2）计算带所需的基准长度 根据机械设计第146页表8-2V带的基准长度系列及长度系数，选择带的基准长度，带长修正系数。 （3）计算实际中心距5.5验算小带轮上的包角5.6计算带的根数 （1）计算单根V带的额定功率由=90mm和=940r/min，查机械设计第152页表8-4a单根普通V带的基本额定功率和表8-4b单根普通V带额定功率的增量，得。根据=940r/min，传动比=5和A型带，查得，查机械设计第155页表8-5包角修正系数，根据小带轮的包角，得，最后根据皮带的基准长度和带型查得，于是（2） 计算带的根数 取5根，增大了带的有效拉力，弥补带速过低的情况。5.7计算单根带的初拉力的最小值查机械设计第149页表8-3 V带单位长度的质量，得到A型带的单位长度质量，所以应使带的实际初拉力。5.8计算压轴力压轴力的最小值为5.9皮带轮的设计小带轮选取小带轮的材料为HT200，结构为实心式。查阅机械设计第161页表8-10轮槽截面尺寸和机械设计课程设计第40页表3-5普通V带轮的结构及尺寸，确定以下尺寸：基准宽度11.0mm基准线上槽深2.75mm基准线下槽深8.7mm槽间距150.3mm槽边距9mm最小轮缘厚6mm 轮槽角38外径95.5mm设计所用到的经验公式： 设计尺寸大带轮选取大带轮的材料为HT200，结构采用孔板式。设计所用到的经验公式 设计尺寸 。选用A型普通V带5根，带的基准长度2500mm，带轮基准直径=90mm，=450mm，中心距=780.5mm，单根带的初拉力的最小值。第6章 链传动的设计设计参数 功率 转速 传动比6.1选择链轮齿数根据机械设计第177页关于链轮参数选择的建议，对于高速传动或承受冲击载荷的链传动小链轮齿数不少于25，优先选用的链轮齿数系列为17、19、21、23、25、38、57、76、95和114。取小链轮齿数，大链轮的齿数，取。6.2确定计算功率根据工作条件，查阅机械设计第178页表9-6工况系数，确定，查阅机械设计第179页图9-13主动链轮齿数系数，根据主动链的齿数确定，单排链，则计算功率为6.3选择链条型号和节距根据及选择链号08A，得到链条节距为。6.4计算链节数和中心距初选中心距，取。相应的链长节数为取链长节数。查机械设计第180页表9-7中心距计算系数，根据确定中心距计算系数，则链传动的最大中心距为6.5计算链速，确定润滑方式 由和链号08A，查阅机械设计第181页图9-14润滑范围选择图，确定采用滴油润滑。6.6计算压轴力有效圆周力为：链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力为6.7链轮的设计 链轮设计步骤和方法参见机械设计第178页。参数查阅机械设计第167页表9-1滚子链规格和主要参数，表9-2滚子链链轮的齿槽形状，表9-3滚子链链轮的主要尺寸、表9-4滚子链链轮轴向齿廓尺寸和表9-5链轮常用的材料及齿面硬度。小链轮选取小链轮的材料为40钢设计所用到的经验公式 （内链节内宽） （为齿数）（为排数、为排距） 设计尺寸 大链轮选取大链轮的材料为铸铁 设计尺寸 第7章 轴I的结构设计、校核7.1拟定轴上零件的装配方案 轴上零件包括：半联轴器、带座轴承、套筒、小带轮。其中带座轴承和半联轴器从左往右装配，小带轮、套筒、带座轴承从右往左装配。7.2轴上零件的定位（1）零件的轴向定位 半联轴器通过轴肩定位，因其不是主动的联轴器，所以轴端挡圈不用放在这个半联轴器上；带座轴承将轴承和轴承座做为一体，将轴承座固定在机架上之后，就已经将轴承两端固定，此时，用轴的轴肩顶住轴承即可使轴在轴向完全定位；小带轮通过轴套和轴肩进行轴向定位。 （2）零件的周向定位 联轴器和小带轮通过键完成周向定位；轴承通过紧定螺钉实现周向定位。7.3各轴端直径和长度的确定 已知该轴传递功率，转速 （1）初步计算轴的最小直径dmin，查机械设计第370页表15-3轴常用几种材料的及值。 按扭转强度条件计算： 选取轴的材料为45，其，取，则最小直径为 结合联轴器和所选电机的规格要求，选择最小轴径，同时该处联轴器选择YL5凸缘联轴器（GB/T 5843-1986)。 （2）确定各轴段直径和长度7.4轴的强度校核已知轴传递的扭矩为，带轮压轴力。其中压轴力是在水平面上，但是在高速轴上，如果忽略重量的影响，该轴就只受到扭矩和这个压轴力，为简化图形，将压轴力放置在垂直平面内。简化图形如下：FN1FpFN2T输出94mm94mmT1 画出其弯矩和扭矩图如下：扭矩弯矩 可以得到，在带轮所在处，受力情况最糟糕，所以对其进行校核。 该处存在一个键槽，已知轴径为50，根据GB/T 1095和GB/T 1096，选择A型普通平键149。键槽深。该轴材料为45，经过正火、回火处理后许用弯曲应力。折合系数 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 轴的弯扭合成强度条件为：符合强度条件。7.5轴上键的强度校核 如前所述，该处选择的是A型普通平键，键宽，键高，键长，工作长度，轴径，轴的材料是45，带轮材料是HT200，选择则强度条件为：符合强度条件。7.6各轴端直径和长度的确定 卷扬机轴承的设计使用寿命至少为3年。 高速轴上两端轴承受力均为695N，所选轴承为代号为UCP207CD的带立式座轴承，查机械设计手册轴承第6-402页表6-2-89，得基本额定载荷， ，取 ，根据卷扬机的工作环境，查机械设计第321页表13-6载荷系数，取 。 轴的寿命满足使用需求。第8章 轴II的结构设计、校核8.1拟定轴上零件的装配方案轴上零件包括：带座轴承、套筒、大带轮、小链轮。其中带座轴承、套筒、大带轮从左往右装配，小链轮、带座轴承从右往左装配。8.2轴上零件的定位 （1）零件的轴向定位 带座轴承将轴承和轴承座做为一体，将轴承座固定在机架上之T输出FN2FN1后，就已经将轴承两端固定，此时，用轴的轴肩顶住轴承即可使轴在轴向完全定位；大带轮通过轴套和轴肩进行轴向定位；小链轮通过轴承和轴肩进行轴向定位。 （2）零件的周向定位 大带轮和小链轮通过键完成周向定位；轴承通过紧定螺钉实现周向定位。8.3各轴端直径和长度的确定已知该轴传递功率，转速 （1）初步计算轴的最小直径dmin 按扭转强度条件计算： 选取轴的材料为45，其，取，则最小直径为，选择最小轴径。 （2）确定各轴段直径和长度8.4轴的强度校核Fp2T2 已知轴传递的扭矩为，带轮压轴力，链轮压轴力。受力图如下所示： 94mm53mm34mmT2FN2FN1Fp1，画出弯矩和扭矩图如下 扭矩弯矩可以得到，在链轮所在处，受力情况最糟糕，所以对其进行校核。该处存在一个键槽，已知轴径为40，根据GB/T 1095和GB/T 1096，选择A型普通平键128。键槽深。该轴材料为45，经过正火、回火处理后许用弯曲应力。折合系数 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 轴的弯扭合成强度条件为：符合强度条件。8.5轴上键的强度校核 如前所述，该处选择的是A型普通平键，键宽，键高，键长，工作长度，轴径，链轮的材料是40，轴的材料是45，选择，则强度条件为： 符合强度条件。8.6各轴端直径和长度的确定 卷扬机轴承的设计使用寿命至少为3年。 轴II上左端轴承受力为59N，而右端轴承要承受1935N的力，所以右端轴承的寿命短于左端轴承，对右端轴承寿命进行计算。 所选轴承为代号为UCP207CD的带立式座轴承，查机械设计手册轴承第6-402页表6-2-89，得基本额定载荷， ，取 ，根据卷扬机的工作环境取。 轴承的寿命满足使用需求。第9章 轴III的结构设计、校核9.1 拟定轴上零件的装配方案 轴上零件包括：带座轴承、套筒、大链轮、半联轴器。其中带座轴承、套筒、大链轮从左往右装配，半联轴器、带座轴承从右往左装配。9.2 轴上零件的定位 （1）零件的轴向定位 带座轴承将轴承和轴承座做为一体，将轴承座固定在机架上之后，就已经将轴承两端固定，此时，用轴的轴肩顶住轴承即可使轴在轴向完全定位；大链轮轮通过轴套和轴肩进行轴向定位；联轴器通过轴肩进行轴向定位。 （2）零件的周向定位大链轮和联轴器通过键完成周向定位；轴承通过紧定螺钉实现周向定位。9.3 各轴端直径和长度的确定 已知该轴传递功率，转速 （1）初步计算轴的最小直径dmin 按扭转强度条件计算： 选取轴的材料为45，其，取，则最小直径为 结合联轴器的规格，选择最小轴径。同时联轴器选择GY6J182。 （2）确定各轴段直径和长度9.4 轴的强度校核已知轴传递的扭矩为，链轮压轴力。受力图如下所示：T3T3134mmFP139mm61mmFN1FN2画出扭矩和弯矩图如下：扭矩弯矩 可以得到，在链轮所在处，受力情况最糟糕，所以对其进行校核。该处存在两个键槽，已知轴径为65，根据GB/T 1095和GB/T 1096，选择A型普通平键1832。键槽深。该轴材料为45，经过正火、回火处理后许用弯曲应力。折合系数 抗弯截面系数： 抗扭截面系数： 轴的弯扭合成强度条件为：符合强度条件。9.5 轴上键的强度校核 如前所述，该
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