毕业设计（论文）-5t电动起重葫芦的设计.doc

目 录摘要.11 绪论.2 1.1 引言.2 1.2 电动葫芦的生产与发展趋势.22 设计要求任务书.2 2.1 设计内容.3 2.2 设计目的.33 设计方案.34 电动葫芦起重零部件的设计.4 4.1 钢丝绳的选取.4 4.1.1 起重机械零部件机构工作级别的选取.4 4.1.2 钢丝绳的选取计算.4 4.2 卷筒的设计.5 4.2.1 卷筒直径的计算.5 4.2.2 卷筒长度的计算.5 4.2.3 卷筒强度的计算.6 4.3 吊钩的设计.75 电动机的选定.7 5.1 工作机所需要的功率.7 5.2 电动机工作的总效率.7 5.3 确定电动机的额定功率.8 5.4 确定电动机的额定转速.86 同轴式三级减速器的设计.8 6.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比.8 6.2 计算传动装置的运动和动力参数.9 6.3 传动零件齿轮的设计计算.10 6.3.1 高速轴齿轮的设计计算.10 6.3.2 中速轴齿轮的设计计算.15 6.3.3 低速轴齿轮的设计计算.19 6.4 轴的设计.24 6.4.1 第一轴的设计.24 6.4.2 第二轴的设计.26 6.4.3 第三轴的设计.277 第二轴的校核.29 7.1水平方向的力.30 7.2 垂直方向的力.30 7.3 总弯矩的校核.308 结论.,.319 附录.31致谢.31参考文献.32第 2 页5t电动起重葫芦的设计摘要：电动起重葫芦是目前起重设备中最常见的一种机械设备，电动葫芦的发展也一定基础上决定着起重设备的发展情况，电动起重葫芦设计技术在中国已经是一种相对比较成熟的技术了。电动起重葫芦中间是缠绕钢丝绳的卷筒，卷筒是由外壳和套筒两部分组成，套筒外壳上有焊的吊板，通过连接板与电动小车相连接。电动小车悬挂于工字梁上，一端用电动机驱动小车运动，另一端传动至三级减速系统，带动卷筒转动，从而带动吊钩上下起升运动。本文5t电动起重葫芦的设计。主要包含起重零部件的设计和起重提升系统三级减速系统的设计两大部分。起重零部件的设计中含有钢丝绳的选取、卷筒的设计、吊钩的设计选取等；三级减速器的设计中包含传动比的设定、齿轮的设计和传动轴的设计。另外，本文中还涉及了机构工作级别的选择、电动机的选取、轴的校核等相关元件的设计选择。关键词：电动葫芦；起重设备；卷筒；三级同轴减速器The Design of 5t Electric HoistAbstract: Electric hoist is a mechanical device is currently the most common lifting equipment, development will be decided on the basis of electric hoist lifting equipment development, electric hoist design technology in China is already a relatively mature technology. Electric lifting hoist is wound steel wire rope reel, reel is made from shells and sleeves consist of two parts, sleeve welding the hanger plate on shell, through the connection Panel and connected to the electric car. Electric car suspension on the h-beam, end movement of motor car, driving the other end to the three-stage gear system, driving drum rotation, so as to drive the crane lifting up and down movement. In this article, 5T design of electric lifting hoist. Which mainly involves lifting parts design and lifting hoist system design most of two of the three-stage gear system. Design contains a selection of wire rope of crane parts selection of design, Web design, hooks, etc; Set contains the gear ratio in the design of three-level reducer, gear design and the design of shaft. Additionally, this article has also been involved in agency level selection, selection of motors, axis, verification, and other relevant components of the design choices.Key words: Electric hoist; Lifting equipment; Rope drum; Reduceer1 绪论1.1 引言工程机械装备已经成为我国国民经济发展的支柱产业之一，其中以徐工集团为我国工程机械装备的排头兵，跃入世界工程机械企业前十强的第九位。工程机械发展异常迅猛,新的理念、新的技术、新的工艺不断给予工程机械新的生命力；作为企业生产不可缺少的起重机械更是如此。因此起重机械是国民生产各部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的机械设备。故本文设计小吨位（5T）运行轻便的同轴式的三速电动葫芦。电动起重葫芦，即电葫芦，又名电动提升机。他保留了手拉葫芦轻巧方便，能够灵活应用的特点，主要有起重零部件（如钢丝绳、吊钩、卷筒等）和提升系统（如电动机、同轴式三级减速器等）两大部分组成。一般起重范围为0.180吨，起升的高度为330米。电动葫芦主要分为以下几类：分别为环链电动葫芦、微型电动葫芦、防腐电动葫芦、双卷筒电动葫芦、钢丝绳起重葫芦、群吊电动葫芦、卷扬机和多功能提升机等。电动葫芦结构紧凑、使用点、线结合，自重轻、体积小、维修方便、经久耐用等特点而广泛应用。主要应用于造船、电力、运输、建筑、矿山、邮电等部门的设备安装、物品起吊、机件牵拉等行业。随着电动葫芦应用越来越广泛，使用时，使用者也应该注意电动起重葫芦的一些安全操作（在此不作具体说明）。并要按时维护该设备。1.2 电动葫芦的生产与发展趋势 2012年伊始各行业、各企业都开始了新一年的筹备工作，我国电动葫芦行业该如何发展，如何做强、做大也再次引起企业深思。在机遇与挑战并存的经济环境下，从整个电动葫芦行业的从长远的发展角度来看，市场逐渐饱和，持续高速增长的局面将不复存在，竞争的加剧也不可避免，企业需要坚定信心，理性、健康地发展。 首先，转变生产方式，优化生产模式及资源配置：加大技术研发及技术转化，降低制造成本，提高后市场服务的能力。加强行业及企业的协同合作，优化资源配置，避免市场进入低价竞争的恶性循环。 其次，培育产品的自主创新能力：大力研发创新、节能、降耗、减排的高端产品。提高企业的核心竞争力，推动产业结构调整和升级。树立品牌意识，全面提升行业的整机研发，制造技术水平。2 设计任务书2.1 设计内容熟悉机械和轻工等行业使用的电动葫芦的工作原理及其应用, 确定其主要组成部件的选择和设计方法，如机构选用、结构方案确定、工作原理和功能设计等，熟悉一般机械设备的常用设计方法和设计过程。对所学本专业的基本理论、基本知识、基本技能作一次综合性训练。要求完成开题报告、中期检查表以及毕业设计论文和总装配图等。本设计任务所要求设计的电动葫芦最大起重量为5吨，最大提升高度为15米。2.2 设计的目的 通过此次设计，培养我们对资料、信息的获取和独立分析的能力，加强我们使用所学的知识和技能解决实际问题的能力，巩固我们大学期间所学的专业知识，培养我们的创新意识和创新精神，是我们步入社会的重要一课。3 设计方案电动起重葫芦由由起升机构和运行机构两大部分组成。起升机构包括钢丝绳、吊钩、电机、卷筒和减速器，是设计中的重点；运行机构为运行滑动小车。电动葫芦起升机构的排列主要为电动机、减速器和卷筒装置三个部件组成。排列方式有平行轴和同轴式两种方式，图31中，a为平轴式，b为同轴式。a b 图3-1 起升机构部件排列图 1.电动机 2.减速器 3.卷筒装置本设计优先选用b方案，电机、减速器、卷筒布置较为合理。卷筒和减速器的大齿轮连在一起,转矩经大齿轮后直接传递给卷筒,使得卷筒只受弯矩而不受扭矩。其优点是使机构紧凑，传动稳定性能好，安全系数较高。减速器用斜齿轮传动,载荷方向不变和齿轮传动的脉动循环,对电动机产生一个除弹簧制动的轴向力以外的载荷制动轴向力。当斜齿轮倾斜角一定时,轴向力大小与载荷成正比,起吊载荷越大,该轴向力也就越大,产生的制动力矩也越大；反之亦然。它可以在一定的情况下减小制动弹簧的轴受力较大,使制动瞬间的冲击力减小,电动机轴受扭转的冲击也将随之减小，尤其表现在起吊轻载荷时,提高了电动机轴的安全性和稳定性。图a的结构电机与卷筒布置不再同一平面上通过减速器相连,使得减速器转矩增大。从而稳定性和安全性较低，不利于设计有关电动起重葫芦的要求。4 电动葫芦起重零部件的设计4.1 钢丝绳的选取4.1.1 起重机械零部件机构工作级别的选取根据本文设计要求，由于该起重葫芦是小车运行机构。则由2 表811、表812、表813可获得以下参数：其利用等级T4、T5；载荷情况L1轻、L2中；工作级别M3M5。由于起升绳的最低安全系数不得低于5，即n=5（由2 表818）则选取：工作级别为M5；利用等级为T5；总设计寿命6300/h。4.1.2 钢丝绳的选取计算 钢丝绳是起重机械中最常用的构件之一，由于它具有强度高、自重轻、运动平稳、极少断裂等有点。则由2 表815、表816、表819选取双绕绳、交互捻、线接触、圆股、纤维芯的型号为619+IWS的钢丝绳。 直径可有钢丝绳的最大工作静拉力，按式： (4.1)式中：d钢丝绳的最小直径，mm； C选择系数，。 S钢丝绳的最大静拉力，N。 由于，最大提重。按构造紧凑的原则，选用滑轮组倍率a=2。 则： (4.2) 由于设计电动种葫芦的最大提升高度为15m，小于50m，则起升钢丝绳的重量可以不计。又： (4.3)式中：n安全系数，n=5. k钢丝绳捻制这折减系数，k=0.82。 w钢丝绳充满系数，w=0.46。 钢丝绳的公称抗拉强度，=1700MPa。 得出： C=0.100 则：钢丝绳的直径 取。4.2 卷筒的设计4.2.1卷筒直径的计算(1) 选择C型卷筒结构，单层单联卷筒。(2) 由2 表8153得： 卷筒的名义直径： (4.4)式中：d钢丝绳直径 h与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数。按表2 8154选取由于：机构工作级别M5，则根据表2 8154，可得h=18。 又d=16mm因此： 考虑到卷筒内部的联轴器尺寸，其轮廓最大尺寸为103mm，又考虑到卷筒本身的壁厚，综合考虑到各方面的要求，将作相应的放大，故取。4.2.2 卷筒的长度计算 由2 表8154得：绳槽半径： 经计算 取8.8mm。绳槽深度（标准槽）： 选取5mm。绳槽节距（标准槽）： 选取19mm。卷筒厚度： 铁卷筒 铸铁卷筒 (4.5) 式中：D为绳槽底径。则： 因此： 卷筒长度（单联卷筒） (4.6) 式中： 无线槽的卷筒端部尺寸，按需求定。 固定绳尾所需要的长度， (4.7) 式中： 最大起升高度，=15mm； m滑轮组的倍率，m=2； 钢丝绳各层直径，=288mm； 钢丝绳的安全圈数，取3。 P线绳节距，为19mm。所以： 取25mm。因此： 。4.2.3 卷筒的强度计算由2 表8155得： 其中，所以只需要校核卷筒壁内表面最大压力。 (4.8) 式中： A卷筒层数有关的系数，由于选单层，A=1； 钢丝绳的最大拉应力，则，S=24500N； P卷筒线槽节距，P=19mm； 卷筒壁厚，=16mm； 许用压应力，MPa。 钢： ， 屈服强度。 铸铁： ， 抗拉强度。 又： 则，经验算强度安全。 又，则不需要进行稳定性验算。4.3吊钩的设计 由于本次设计的为5t的电动起重葫芦，因此我们只需要选择单柄直钩。见下图4-1。（4）（5） 图4-1 单柄直钩图 经计算选取得： D=24mm S=36mm H=56mm 对比单、双速吊钩的设计尺寸，相比并进行放大，能够满足安全需求。 5 电动机的选定5.1 工作机所需要的功率工作机所需要的功率： (5.1)5.2 电动机工作的总效率电动机工作的总效率： (5.2) 式中： 联轴器的效率：=0.990.995；取=0.99 一对滚动轴承的效率：=0.980.995；取=0.99 一对齿轮的效率：一般不低于0.99，则取=0.99 花键的效率：=0.960.98，取=0.97 则： 5.3 确定电动机的额定功率电动机所需的输出功率： (5.3)又： 额定功率应大于等于所需要的输出功率，所以取额定功率： 5.4 确定电动机的额定转速 电动机的额定转速： (5.4) 式中： 主动轴转速； V因为起升速度为8m/min,所以取v=16m/min ； D卷桶的直径，D=288mm。 展开式的三级圆柱齿轮减速器的传动比，确定取传动比。 则： 因此： 取电动机的额定转速。6 同轴式减速器的设计6.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比由于在“电动机选取”中，已经已经确定了总传动比，则按同轴式布置，由4 表1513三级同轴圆柱齿轮减速器分配传动比，查的 则： 低速级传动比 (6.1)6.2 计算传动装置的运动和动力参数传动装置的运动和动力参数主要包括：各轴的转速，各轴的输入转矩，各轴的输入功率。 (1) 各轴的转速 (6.2) (2) 各轴的输入转矩 (6.3) (6.4) (3) 各轴的输入功率 (6.5) 上述式中： 代表联轴器的效率，取0.993； 代表滚动轴承的效率，取0.99； 代表一对齿轮的效率，取0.99； 代表花键的效率，取0.97； 代表卷筒的效率，取0.96。6.3 传动零件齿轮的设计计算6.3.1 高速轴齿轮的设计计算 (1) 齿轮材料的选择：由1表10-1选择齿轮材料为40Cr，调质和表面淬火热处理或氮化达到4855 HRC。 (2) 齿轮表面接触疲劳强度的设计计算 齿数选取：， 则，取； 齿宽系数： 由5表14-1-79,选取齿宽系数=0.8； 螺旋角： 初选螺旋角=8； 载荷系数：由于齿轮非对称布置速度中等冲击载荷不大，则初选载荷系数； 转矩： 转矩； 弹性系数： 由5表14-1-105，选取弹性系数； 变位系数： 由于，20，则由5图14-1-4中选的变位系数，； 节点区域系数：由于，=8，则由5图14-1-16，查的节点区域系数； 选取重合度系数： 纵向重合度 端面重合度 则由5图14-1-7，查的重合度， ， 则： 因此由5图14-1-19，可查的重合度系数； 螺旋角系数： 许用接触应力 接触疲劳强度的极限由5图14-1-24可查的大小一对齿轮的接触疲劳强度极限为: 应力的循环次数： 接触疲劳寿命系数：由6图6.410可以查的： ， 接触疲劳的许用应力的计算： 其中由于齿轮在使用中，可能会失效，则取失效概率为0.01，安全系数为 则： 因此：(3) 小齿轮分度圆直径的计算 小齿轮分度圆的直径： (6.6) 由上述公式计算可得： 圆周的速度验算： 选择精度等级： 根据圆周速度由6图6.419、6.420选择齿轮的精度等级为7级。(4) 齿宽和模数的计算 (5) 载荷系数K的计算 使用系数：由5表14-1-81查的其使用系数 动载系数： 根据圆周速度，可由5图14-1-81查的 齿间载荷分配系数：根据，由6图6.43可查的： 齿间载荷分配系数： 载荷系数：载荷系数 小齿轮的直径修正：小齿轮直径： 计算模数： 模数(6) 按齿根疲劳强度的设计计算 (6.7)计算载荷系数K，又，则由1图1013查的 则: 齿轮的弯曲疲劳强度极限，由5图15153查的齿轮系数: 由于当量齿数 则由5图14147得 齿轮系数 ， 应力修正系数，重合度系数：重合度系数 由5表141114查询得 螺旋角系数：由5表14149，根据查的螺旋角系数尺寸系数：由5表141119的公式得尺寸系数，当 时，取，弯曲寿命系数：根据、则由6图6.411查的： 计算弯曲疲劳应力，其中弯曲疲劳的安全系数S=1.4则： 计算大小齿轮的的值，并进行比较 小齿轮： 大齿轮：得到： 小齿轮的数值较大 则由公式（6.6）计算可得： 比较结果，由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数和齿面接触的疲劳强度计算得法面模数相差不大，则取，取分度圆直径。则： 因此：取， 则 ，取。 (7) 几何尺寸的计算 中心距： 调整中心距 使其为105mm又： 按圆整后的中心距来修正螺旋角 由于改变不大，所以相关参数不需要修正。 大、小分度圆直径的计算： 计算齿轮的宽度： 则最终取：齿轮宽度，。6.3.2 中速轴齿轮的设计计算 (1) 齿轮材料的选择：由1表10-1选择齿轮材料为40Cr，调质和表面淬火热处理或氮化达到4855 HRC。 (2) 齿轮表面接触疲劳强度的设计计算 齿数选取：， 则，取； 齿宽系数： 由5表14-1-79,选取齿宽系数=0.8； 螺旋角： 初选螺旋角=8； 载荷系数：由于齿轮非对称布置速度中等冲击载荷不大，则初选载荷系数； 转矩： 转矩； 弹性系数： 由5表14-1-105，选取弹性系数； 变位系数： 由于，20，则由5图14-1-4中选的变位系数，； 节点区域系数：由于，=8，则由5图14-1-16，查的节点区域系数； 选取重合度系数： 纵向重合度 端面重合度 则由5图14-1-7，查的重合度， ， 则： 因此由5图14-1-19，可查的重合度系数； 螺旋角系数： 许用接触应力 接触疲劳强度的极限由5图14-1-24可查的大小一对齿轮的接触疲劳强度极限为: 应力的循环次数： 接触疲劳寿命系数：由6图6.410可以查的： ， 接触疲劳的许用应力的计算： 其中，由于齿轮在使用中，可能会失效，则取失效概率为0.01，安全系数为 则： 因此：(3) 小齿轮分度圆的直径计算 小齿轮分度圆的直径： 由上述公式计算可得： 圆周的速度验算： 选择精度等级： 根据圆周速度由6图6.419、6.420选择齿轮的精度等级为7级。(4) 齿宽和模数的计算 (5) 载荷系数K的计算 使用系数：由5表14-1-81查的其使用系数 动载系数： 根据圆周速度，可由5图14-1-81查的 齿间载荷分配系数：根据，由6图6.43可查的： 齿间载荷分配系数： 载荷系数：载荷系数 小齿轮的直径修正：小齿轮直径： 计算模数： 模数(6) 按齿根疲劳强度的设计计算 计算载荷系数K，又，则由1图1013查的 则: 齿轮的弯曲疲劳强度极限，由5图15153查的齿轮系数: 由于当量齿数 则由5图14147得 齿轮系数 ， 应力修正系数，重合度系数：重合度系数 由5表141114查询得 螺旋角系数：由5表14149，根据查的螺旋角系数尺寸系数：由5表141119的公式得尺寸系数，当 时，取，弯曲寿命系数：根据、则由6图6.411查的： 计算弯曲疲劳应力，其中弯曲疲劳的安全系数S=1.4则： 计算大小齿轮的的值，并进行比较 小齿轮： 大齿轮：得到： 小齿轮的数值较大 则由公式（6.6）计算可得： 比较结果，由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数和齿面接触的疲劳强度计算得法面模数相差不大，则取，取分度圆直径。则： 因此：取， 则 ，取。(7) 几何尺寸的计算 中心距： 调整中心距 使其为110mm又： 按圆整后的中心距来修正螺旋角 由于改变不大，所以相关参数不需要修正。 大、小分度圆直径的计算： 计算齿轮的宽度： 则最终取：齿轮宽度，。6.3.3 低速轴齿轮的设计计算(1) 齿轮材料的选择：由1表10-1选择齿轮材料为40Cr，调质和表面淬火热处理或氮化达到4855 HRC。(2) 齿轮表面接触疲劳强度的设计计算 齿数选取：， 则，取； 齿宽系数： 由5表14-1-79,选取齿宽系数=0.8； 螺旋角： 初选螺旋角=8； 载荷系数：由于齿轮非对称布置速度中等冲击载荷不大，则初选载荷系数； 转矩： 转矩； 弹性系数： 由5表14-1-105，选取弹性系数； 变位系数： 由于，20，则由5图14-1-4中选的变位系数，； 节点区域系数：由于，=8，则由5图14-1-16，查的节点区域系数； 选取重合度系数： 纵向重合度 端面重合度 则由5图14-