卷扬机的传动装置毕业设计.doc

湖南化工职业技术学院 湖南化工职业技术学院湖南化工职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 卷扬机的传动系统设计 系别 机械工程系 专业 机电一体化 班级 机电 1014 班 姓名 唐海威 学号 201013010442 指导教师 聂辉文 聂俊红 日期 2012 年 11 月 湖南化工职业技术学院 摘 要 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式 它的主要优点是 瞬时传动比恒定 工作平稳 传动准确可靠 可传递空间任意两轴之间 的运动和动力 适用的功率和速度范围广 传动效率高 0 92 0 98 工作可靠 使用寿命长 外轮廓尺寸小 结构紧凑 由齿轮 轴 轴承及箱体组成的齿轮减速器 用于原动机和工作机或执行机构之间 起匹配转速和传递转矩的作用 齿轮减速 器的特点是效率高 寿命长 维护简便 因而应用极为广泛 齿轮减速器按减速 齿轮的级数可分为单级 二级 三级和多级减速器几种 按轴在空间的相互配置 方式可分为立式和卧式减速器两种 按运动简图的特点可分为展开式 同轴式和 分流式减速器等 单级圆柱齿轮减速器的最大传动比一般为 8 10 作此限制主 要为避免外廓尺寸过大 若要求 i 10 时 就应采用二级圆柱齿轮减速器 二级 圆柱齿轮减速器应用于 i 8 50 及高 低速级的中心距总和为 250 400mmm 的 情况下 本设计讲述了带式运输机的传动装置 二级圆柱齿轮减速器的设计过程 首先进行了传动方案的评述 选择齿轮减速器作为传动装置 然后进行减速器的 设计计算 包括选择电动机 设计齿轮 轴的结构设计 选择并验算滚动轴承 选择并验算联轴器 校核平键联接 选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容 关键词 减速器设计 卷筒设计关键词 减速器设计 卷筒设计 0 目 录 摘 要 II 目 录 III 1 传动装置总体设计 1 1 1 传动简图 1 1 2 拟定传动方案 1 1 3 电动机的选择 2 1 4 传动比的分配 3 1 5 计算传动装置的运动及动力参数 4 2 齿轮的设计 6 2 1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 6 2 2 低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算 9 3 传动零件的设计计算 12 3 1 输入轴的结构设计 12 3 2 中间轴的结构设计 16 3 3 输出轴的结构设计 21 3 4 键的选择 25 4 润滑方式 润滑剂牌号及密封件的选择 27 4 1 齿轮的润滑 27 4 2 滚动轴承的润滑 27 4 3 润滑油的选择 27 4 4 密封方法的选取 27 5 减速器的结构设计 28 5 1 箱体 28 5 2 窥视孔 28 5 3 通气孔 28 5 4 油标 29 5 5 放油螺塞 29 5 6 吊环螺钉 29 5 7 起吊装置 29 5 8 定位销 29 5 9 起盖螺钉 29 5 10 轴 齿轮 轴承 29 结 论 31 致 谢 32 湖南化工职业技术学院 1 1 传动装置总体设计 1 11 1 传动简图传动简图 绘制传动简图如下 从绳的拉力 绳的速度 卷筒直径 齿轮的工作寿命等多方面因素考虑 选择并 确定传动简图 1 1 卷扬机传动系统简图 1 21 2 拟定传动方案拟定传动方案 采用二级圆柱齿轮减速器 适合于繁重及恶劣条件下长期工作 使用与维护方 便 缺点 结构尺寸稍大 高速级常用斜齿 低速级可用直齿或斜齿 由于相对于轴承不对称 要求轴具 有较大的刚度 高速级齿轮在远离转矩输入端 以减少因弯曲变形所引起的载荷沿 齿宽分布不均的现象 常用于载荷较平稳的场合 应用广泛 传动比范围 i 8 40 1 1 带式输送机传动系统简图 1 电动机 2 联轴器 3 两级圆柱齿轮减速器 传动装置 卷扬机 原动机 w 联轴器 重物 湖南化工职业技术学院 2 4 联轴器 5 滚筒 6 卷筒 湖南化工职业技术学院 3 1 31 3 电动机的选择电动机的选择 1 选择电动机类型 按已知工作要求和条件 选用 Y 型全封闭笼型三相异步电动机 2 选择电动机功率 工作机所需电动机输出功率为 n P P w d w w fv P 1000 由电动机至工作机之间的总功率 包括工作机效率 为 联轴器的效率 0 99 1 齿轮传动的轴承的效率 0 99 2 齿轮传动的效率 0 97 3 卷筒轴承的效率 0 99 4 卷筒的效率 0 96 5 则 54 2 3 3 2 2 1 w 96 0 98 097 0 99 099 0 232 0 84 工作机所需电动机功率 KW P P w w d 95 5 84 01000 5 01000 1000 卷筒的工作转速为 min 8 31min 300 5 0100060 rrn 初选同步转速为 1000 和 1500 的电动机对应以额定功率 Pm为 7 5KW 的 电动机型号应分别取为 Y132S 4 型和 Y132M2 6 型 方案号电动机型号额定功率同步转速满载转速总传动比 Y160M 67 5100096030 2 Y132M 47 51500144045 3 综合考虑电动机和传动装置的尺寸 重量以及减速器的传动比 选定方 中电动机型号问为 Y160M 6 所选电动机的额定功率为 Ped 7 5 KW 满载转速 960 r min 总传动比适中 传动装置结构较紧 m n 凑 n P P w d w w fv P 1000 D 300mm d P 5 95KW V 0 5 sm n min 8 31 r 湖南化工职业技术学院 4 1 41 4 传动比的分配传动比的分配 带式输送机传动系统的总传动比 2 30 8 31 960 w m n n i 有传动系统方案知 1 01 i1 34 i 有参考文献 2 表 2 2 查取圆柱齿轮传动的传动比为 2 30 3401 2312 ii i iii 根据浸油原则取高速级传送比为 5 62 304 14 1 12 ii 低速级传动比为 64 4 5 6 2 30 12 23 i i i 传动系统个传动比分别为 1 01 i5 6 12 i64 4 23 i1 34 i 1 51 5 计算传动装置的运动及动力参数计算传动装置的运动及动力参数 0 轴 min 960 0 rnn kwpp d 95 5 0 mmNmmN n P T 2 59 960 95 5 95509550 0 0 0 1 轴 减速器高速轴 min 960min 1 960 01 0 1 rr i n n mmNmmN n P T 6 58 960 89 5 95509550 1 1 1 2 轴 i 30 2 12 i 6 5 23 i 4 64 0 T mmN 2 59 1 T mmN 6 58 湖南化工职业技术学院 5 min 7 147min 5 6 960 12 1 2 rr i n n kwkwnnPnPP60 5 97 099 089 5 2 3 2 211212 mmNmmN n p T 362 7 147 60 5 95509550 2 2 2 3 轴 min 8 31min 64 4 7 147 23 2 3 rr i n n kwkwnnnPP32 5 99 0 97 099 0 6 5 43223 mmNmmN n p T 7 159 8 31 32 5 95509550 3 3 3 滚筒轴 min 8 31 3 rnnw kwkwnnPnPpw596 0 98 0 32 5 543343 mmNmmN n p T w w w 2 150 8 31 5 95509550 2 齿轮的设计 2 12 1 高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算高速级斜齿圆柱齿轮传动的设计计算 由于传递的功率不大 选用软面齿轮组合 小齿轮用 45 钢调质 硬度为 220 250HBS 大齿轮选用 45 钢正火 硬度为 170 210HBS 因为是普通减速器 有参考文献 1 表 10 21 选 8 级精度 要求齿面粗 糙度为 m a 3 6 2 3R 1 按齿根弯曲疲劳强度设计 2 按选择材料及精度等级 斜齿轮传动的设计公式可得 3 2 1 2 1cos 17 1 Fd SF n z YYKT m 3 T mmN 7 159 湖南化工职业技术学院 6 转矩 T1 mmN n P T 960 95 5 1055 9 1055 9 6 1 0 1 6 mmN 4 1092 5 1 载荷系数 K 查参考文献 1 表 10 11 取 K 1 2 齿数 z 螺旋角和齿宽系数 因为是软齿面传动 取 z1 17 则 5 1105 617 1212 izz 圆整后 z2取 100 初选螺旋角 14 当量齿数为 V z1968 18 14cos 17 cos 33 1 1 z zV 1108 109 14cos 100 cos 33 2 2 z zV 有参考文献 1 表 10 13 查的齿形系数 YF1 2 97 YF2 2 14 有参考文献 1 表 10 14 查的应力修正系数 YS1 1 53 YS2 1 88 有参考文献 1 表 10 20 选取 1 1 d b d 3 许用弯曲应力 F 按参考文献 1 图 10 25 查 210Mpa 190Mpa 1limF 2limF 有参考文献 1 表 10 10 查得 SF 1 4 9 1 1096 0 40528196060 N 89 12 1065 183 5 1096 0 iNN 查参考文献 1 图 10 26 得1 1 21 NTNT YY 有参考文献 1 式 10 14 得 MPa S Y F FlinNT F 150 4 1 210 11 1 MPa S Y F FlinNT F 7 135 4 1 190 22 2 1 T mmN 4 1092 5 2 z 5 110 2V z 110 1 N 9 1096 0 2 N 8 1065 1 1F MPa150 2F MPa 7 135 湖南化工职业技术学院 7 11 1 11 03 0 150 53 1 97 2 MPaMPa F YY SF 11 2 22 029 0 7 135 88 1 14 2 MPaMPa F YY SF 有参考文献 1 式 10 38 得 mmmm z YYKT m Fd SF n 2 14 171 0 02994 0 1065 4 4 1 17 1 cos 17 1 3 2 4 3 2 1 2 1 有参考文献 1 表 10 3 取标准模数值 52 n m 4 确定中心距 a 为 取 a 150mmmmmm zzm a n 149 77 14cos2 00117 52 cos2 21 确定螺旋角为 24 5012 1502 10017 5 2 arccosarccos 2 21 a zzmn 此值与初选值相差不大 故不必重新计算 3 交合齿面接触疲劳强度 HEH ubd uKT Z 2 1 1 17 3 确定有关系数与参数 1 分度圆直径 d mmmm zm d n 6 43 24 5012cos 175 2 cos 1 1 mmmm zm d n 41 256 24 5012cos 1005 2 cos 2 2 2 齿宽 b mmmmdb d 6 43 6 431 1 取表 b2 45 b1 50mmmm 3 齿数比 u 5 83iu 4 许用接触应力 H 有参考文献 1 图 10 24 查得 MPa H 560 1lim MPa H 530 2lim 有参考文献 1 表 10 10 查得 SH 1 2 有参考文献 1 图 10 27 得 1 1 NT Z04 1 2 NT Z n m mm2 14 a mm149 77 24 5012 1 d mm 6 43 2 d mm41 256 b 43 6mm 湖南化工职业技术学院 8 MPaMPa S Z H HNT H 7 466 2 1 5601 1 1lim1 1 MPaMPa S Z H HNT H 3 459 2 1 53004 1 2 2lim2 2 有参考文献 1 表 10 12 查得弹性系数MPaZE8 189 故MPaMPa H 56 602 83 5 6 4340 183 5 1065 4 4 1 8 18917 3 2 4 合格齿面接触疲劳强度校核 1HH 4 验算齿轮圆周速度 v sm nd v 28 3 100060 1440 6 4314 3 100060 11 有参考文献 1 表 10 22 知道 8 级精度是合适的 2 22 2 低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算低速级直齿圆柱齿轮传动的设计计算 1 选择材料及精度等级 小齿轮选用 45 钢调质 硬度为 220 250HBS 大齿轮选用 45 钢正火 硬度为 170 210HBS 因为是 低功率卷扬机 查参考文献 1 表 10 21 选 8 级精度要求 齿面粗糙度 m a 3 6 2 3R 2 按齿面接触疲劳强度设计 1 转矩 T2 mmNmmN n p T 36 253738 9 246 56 6 1055 9 1055 9 6 2 2 6 2 2 载荷系数 K 查参考文献 1 表 10 11 取 K 1 1 3 齿数和齿宽系数 3 z d 小齿轮的齿数取为 30 则大齿轮的齿数 圆整后取 3 z 8 12416 4 30 2334 izz 4 z 125 由参考文献 1 表 10 20 选取0 8 d 4 许用接触应力 H 由参考文献 1 图 10 24 查得 MPa F 560 3lim MPa F 530 4lim 由参考文献 1 表 10 10 查得1 H S 8 23 1046 2 40528 19 2466060 h jLnN 8 8 23 3 4 1059 0 16 4 1046 2 i N N 1H MPa 7 466 2H MPa 3 459 H MPa56 602 vsm 28 3 2 T mmN 36 253738 湖南化工职业技术学院 9 查参考文献 1 图 10 27 得 1 3 NT Z1 1 4 NT Z 由参考文献 1 式 10 13 可得 MPMP S Z H HNT 560 1 5601 3lim3 3 MPMP S Z H HNT 583 1 5301 1 4lim4 4 故 mmmm u uKT d Hd 09 85 56016 4 8 0 116 4 36 2537381 1 43 76 1 43 76 3 2 3 2 2 3 mmmm z d m84 2 30 09 85 3 3 由参考文献 1 表 10 3 取标准模数 m 3mm 3 计算主要尺寸 mmmmmzd90303 33 mmmmmzd3751253 44 mmmmdb d 54906 0 3 取 b3 55mm mmmmbb605 34 mmmmzzma170 12530 3 2 1 2 1 43 4 按齿根弯曲疲劳强度校核 由参考文献 1 式 10 24 得出 如则校核合格 F FF 确定有关系数和参数 1 齿形系数 YF 查参考文献 1 表 10 13 得 YF3 2 54 YF4 4 2 14 2 应力修正系数 YS 查参考文献 1 表 10 14 得 YS3 1 63 YS4 1 88 3 许用应力 F 由参考文献 1 图 10 25 查的 MPa F 210 3lim MPa F 190 4lim 由参考文献 1 表 10 10 查的 SF 1 3 由参考文献 1 表 10 26 查的 1 43 NTNT YY 由参考文献 1 式 10 14 可得 MPa S Y F FlinNT F 162 3 1 210 33 3 3 MP560 4 MP583 m 2 84mm 3 d 90mm 4 d 375mm b 54mm a 170mm 3F MPa162 湖南化工职业技术学院 10 MPa S Y F FlinNT F 146 3 1 190 44 4 故 MPaMPaMPaYY zbm KT SFF 16248 14163 1 54 2 30355 36 253738122 2 3 2 2 3 MPaMPaMPa YY YY SF SF FF 14648 137 63 1 54 2 88 114 2 48 141 33 44 34 5 验算圆周速度 v s m s m nd v16 1 100060 9 24690 100060 33 由参考文献 1 表 10 22 可知 选 8 级精度是合适的 3 传动零件的设计计算 3 13 1 输入轴的结构设计输入轴的结构设计 1 选择轴的材料 确定许用应力 有已知条件知减速器的功率属中小功率 对材料无特殊要求 故选用 45 钢并经调质处理 由参考文 献 1 表 14 7 查得强度极限 由参考文献 1 表 14 2 得许弯曲用应力MPa B 650 MPa b 60 1 2 按弯曲强度估算轴径 根据参考文献 1 表 14 1 得 C 107 118 又由参考文献 1 式 14 2 得 mmmm n P cd20 14 18 1440 02 7 118 107 33 考虑到轴的最小直径处要按联轴器 会有键槽存在 故将估算直径加大 3 5 取为 18 68 21mm 为了使所选轴直径与联轴器的孔径相适应 故需同时选取联轴器型号 又因为所选取电动机型号为 Y132S 4 其轴径 D mm 所以必须选取轴孔直径系列包括 D 38mm 的联轴器 查表得 考虑到转矩变化较 018 0 002 0 38 小 所以取 K 3 则 联轴器的计算转矩为 mNKTTc 137 445 83 1 所以 查标准 GB T 5014 2003 选用 HL2 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 315N m 半联轴器长 L 62mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1 44mm 故 d1取 25mm 3 设计轴的结构并绘制结构草图 1 确定各轴段的直径 轴段 为最小直径处 d1 25mm 考虑到要对安装在轴段上的联轴器进行定位 轴段 上应有轴 d2 取 30mm 轴段 和轴段 要安装轴承 d3 d7 35mm 选择深沟球轴承 GB T 276 1994 6207 轴承 d 35 B 17 轴段 和轴段 要对轴承进行轴向定位 d4 d6 38mm 2 确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为 50mm 为保证齿轮端面与箱体不相碰 齿轮端面与箱体间距取为 15mm 为保证安装 4F MPa146 V s m 16 1 d mm20 14 18 c T mN 137 4 湖南化工职业技术学院 11 在箱体轴承孔内并考虑轴承的润滑 取轴承端面与箱体的距离为 5mm 所以轴段 长度取 17mm 为防止斜 齿在啮合时向两边挤出大量润滑油 增加轴承的阻力 应在小齿轮与轴承之间装设挡油盘 所以安装轴承 和挡油盘轴段 和轴段 的长度取 20mm 考虑到中间轴的轴承支点距离轴段 长度取 74mm 所以高速轴 的轴承支点距离 l 158mm 4 轴的结构草图 图 1 1 4 按弯曲合成强度校核轴径 1 画出轴的受力图 见图 1 2 湖南化工职业技术学院 12 FHAFHB B Ft1 Fa1 Fr1 Ft1 MH MV FVA FVB M Fa1 Fr1 T 2 做水平面内的弯矩图 见图 1 2 支点反力为 NN d T Ft2100 6 43 108 4522 3 1 1 1 NNFHA79 1428 158 5 1072100 1 t F N2100 HA F N79 1428 湖南化工职业技术学院 13 NNFHB21 671 158 5 502100 截面处的弯矩 mmNlFM HAH 72154 5 5079 1428 1 截面处的弯矩 mmNFM HBH 5537482 5671 21 5 82 3 做垂直面内的弯矩图 见图 1 2 支点反力为 NFF n tr 775 24 5012cos 20tan 2100 cos tan 11 NNFF ta 479 24 5012tan2100tan 11 N l d FlF F ar VA 38 593N 158 2 6 43 479 5 107775 2 1 121 N l d FlF F ar VB 84 181N 158 2 6 43 479 5 50775 2 1 111 截面左侧的弯矩为 mmNlMV 7 29965mmN 5 5038 593F 1VA左 截面右侧的弯矩为 mmNlMV 8 19547mmN5 10784 181F 2VB右 截面处的弯矩为 mmNMV 8 15001mmN 5 8284 181 5 82FVB 4 合成弯矩图 图 1 2 22 VH MMM 截面 mmN 7 78129mmN72154 7 29965MMM 222 H 2 V 左左 mmN74755mmN72154 8 19547MMM 222 H 2 V 右右 截面 mmN57370mmN553748 15001MMM 222 H 2 V 5 求转矩图 图 1 2 mmNmmN n P T 45760 1440 9 6 1055 91055 9 6 1 1 6 6 求当量弯矩 因减速器单向运转 故可认为转矩为脉动循环变化 修正系数为 0 6 HB F N21 671 H M mmN 72154 H M mmN 55374 1r F N775 1a F N479 VA F N38 593 VB F N84 181 左V M mmN 7 29965 右V M mmN 8 19547 V M mmN 8 15001 M mmN57370 T mmN 45760 湖南化工职业技术学院 14 截面 mmN79637mmN 457606 074755T 2222 右 MMe 截面 mmN63601mmN 457606 057370T 2222 MMe 7 确定危险截面及校核强度 截面 MPaMPa W Me e 6 9 6 431 0 79637 3 截面 MPaMPa W Me e 5 11 381 0 63601 3 查参考文献 1 表 14 2 得 满足的条件 故设计的轴有足够的强度和裕 MPa b 60 1 be1 量 3 23 2 中间轴的结构设计中间轴的结构设计 1 选择轴的材料 确定许用应力 有已知条件知减速器的功率属中小功率 对材料无特殊要求 故选用 45 钢并经调质处理 由参考文 献 1 表 14 7 查得强度极限 由参考文献 1 表 14 2 得许弯曲用应力MPa B 650 MPa b 60 1 2 按弯曲强度估算轴径 根据参考文献 1 表 14 1 得 C 107 118 又由参考文献 1 式 14 2 得 mmmm n P cd35 21 31 92 246 9 6 56 118 107 33 中间轴最小直径取mmd53 min 3 设计轴的结构并绘制结构草图 1 确定各轴段的直径 轴段 和轴段为 最小直径处且要安装轴承 d1 d5 35mm 选择深沟球轴承 GB T 276 1994 6207 轴承 d 35 B 17 轴段 和轴段 上要安装齿轮 d2 d4 40mm 轴段 要对两齿轮进行轴向定位 d3 45mm 2 确定各轴段的长度 两齿轮轮毂宽度分别为为 45mm 和 60mm 为保证两齿轮固定可靠 轴段 和轴段 的长度应略短于齿 轮轮毂的宽度 所以轴段 和轴 的长度分别为 43mm 和 58mm 为保证齿轮端面与箱体不相碰 齿轮端面 与箱体间距取为 15mm 为保证安装在箱体轴承孔内并考虑轴承的润滑 取轴承端面与箱体的距离为 5mm 所以轴段 长度取 37 5mm 轴段 长度取 30 5mm 轴段 要对两齿轮进行轴向定位 为防止两齿轮干涉 e M mmN79637 e M mmN63601 e MPa6 9 e MPa 5 11 湖南化工职业技术学院 15 轴段 长度取 10mm 所以中间轴的轴承支点距离 l 158mm 4 轴的结构草图 图 2 1 4 按弯曲合成强度校核轴径 1 画出轴的受力图 见图 2 2 湖南化工职业技术学院 16 FHAFHB B t2 Fa2 Fr2 Ft2 MH MV FVA FVB M Fa2 Fr2 T Ft3 Fr3 Ft3 Fr3 湖南化工职业技术学院 17 2 做水平面内的弯矩图 见图 2 2 支点反力为 NN d T Ft 2 1979 41 256 1074 25322 3 2 2 2 N d T Ft7 5638 90 1074 25322 3 3 2 3 NNFHA12 2614 158 5 38 7 563899 2 1979 NNFHB78 5003 158 5 119 7 563859 2 1979 截面处的弯矩 mmNMH 5 98029 5 3712 2614 截面处的弯矩 mmNMH 66 2104365 8012 2614 截面处的弯矩 mmNMH 29 152615 5 3078 5003 3 做垂直面内的弯矩图 见图 2 2 支点反力为 NFF n tr 730 24 5012cos 20tan 2 1979 cos tan 22 NNFF ta 45 451 24 5012tan 2 1979tan 22 NNFF tr 32 205220tan 7 5638tan 33 NFVA 1 279N 158 2 41 256 45 45199730 5 3832 2052 NFVB32 913N 158 2 41 256 45 45159730 5 11932 2052 截面左侧的弯矩为 mmNlMV 9 16446mmN59 1 279F 1VA左 截面右侧的弯矩为 mmNlMV 82 35162mmN 5 3832 913F 3VB右 截面处的弯矩为 mmNMV 26 27856mmN 5 3032 91328FVB 4 合成弯矩图 见图 2 2 22 VH MMM 2t F N 2 1979 3t F N 7 5638 HA F N12 2614 HB F N78 5003 H M mmN 5 98029 H M mmN 66 210436 H M mmN 29 152615 湖南化工职业技术学院 18 截面 mmN61 99399mmN 5 98029 9 16446MMM 222 H 2 V 左左 截面 mmN19 213354mmN66 21043682 35162MMM 222 H 2 V 右右 截面 mmN 7 155136mmN29 15261526 27856MMM 222 H 2 V 5 求转矩图 图 2 2 mmNmmN n P T 36 253738 9 246 56 6 1055 9 1055 9 6 2 2 6 2 6 求当量弯矩 因减速器单向运转 故可认为转矩为脉动循环变化 修正系数为 0 6 截面 mmN19 181819mmN 36 2537386 061 99399T 2222 左 MMe 截面 mmN93 262102mmN 36 2537386 019 213354T 2222 右 MMe 截面 mmN91 217359mmN 36 2537386 0 7 155136T 2222 MMe 7 确定危险截面及校核强度 截面 MPaMPa W Me e 41 28 401 0 19 181819 3 截面 MPaMPa W Me e 96 40 401 0 93 262102 3 截面 MPaMPa W Me e 7 50 351 0 9 217359 3 查参考文献 1 表 14 2 得 满足的条件 故设计的轴有足够的强度和裕 MPa b 60 1 be1 量 3 33 3 输出轴的结构设计输出轴的结构设计 1 选择轴的材料 确定许用应力 有已知条件知减速器的功率属中小功率 对材料无特殊要求 故选用 45 钢并经调质处理 由参考文 左 M mmN61 99399 右 M mmN19 213354 M mmN 7 155136 2 T mmN 36 253738 e MPa41 28 e MPa96 40 e MPa7 50 湖南化工职业技术学院 19 献 1 表 14 7 查得强度极限 由参考文献 1 表 14 2 得许弯曲用应力MPa B 650 MPa b 60 1 2 按弯曲强度估算轴径 根据表 14 1 得 C 107 118 又由式 14 2 得 mmmm n P cd21 55 06 50 9 60 24 6 118 107 33 考虑到轴的最小直径处要按联轴器 会有键槽存在 故将估算直径加大 3 5 取为 51 56 57 97mm 需同时选取联轴器型号 选取轴孔直径系列包括 D 55mm 的联轴器 mmd55 min 查表得 考虑到转矩变化较小 所以取 K 3 则 联轴器的计算转矩为 mNTKTc 293 5597 853 3 所以 查标准 GB T 5014 2003 选用 HL4 型弹性柱销联轴器 其公称转矩为 1250N m 半联轴器长 L 142mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度 107mm 故 d1取 55mm 1 L 3 设计轴的结构并绘制结构草图 1 确定各轴段的直径 轴段 处为最小直径处 d1 55mm 考虑到要对安装在轴段上的联轴器进行定位 轴段 上应有轴肩 d2 30mm 轴段 和轴段 为要安装轴承 d3 d7 65mm 选择深沟球轴承 GB T 276 1994 6213 轴承 d 65 B 23 对轴承进行轴向定位 d4 68mm 轴段 要对齿轮进行轴向定位 d5 72mm 轴段 上要安装 齿轮 d6 67mm 2 确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为 55mm 为保证两齿轮固定可靠 轴段 的长度应略短于齿轮轮毂的宽度 所以轴段 的长度分别为 53mm 为保证齿轮端面与箱体不相碰 齿轮端面与箱体间距取为 15mm 为保证安装在箱体 轴承孔内并考虑轴承的润滑 取轴承端面与箱体的距离为 5mm 所以轴段 和轴段 长度分别取 27mm 和 37mm 轴段 要对齿轮进行轴向定位 轴段 长度取 10mm 考虑到中间轴的支点长度 轴段 长度应取所 以中间轴的轴承支点距离 l 158mm 4 轴的结构草图 图 3 1 4 按弯曲合成强度校核轴径 1 画出轴的受力图 见图 3 2 c T mN 293 55 湖南化工职业技术学院 20 FHAFHB B Ft4 Fr4 Ft4 MH MV FVA FVB M Fr4 T 99394 25 5113 74 979000 21092 74 湖南化工职业技术学院 21 2 做水平面内的弯矩图 见图 3 2 支点反力为 NN d T Ft 9 521 375 1085 9722 3 4 3 4 NN l lF F t HA 75 209 158 5 63 9 521 24 NN l lF F t HB 15 312 158 5 94 9 521 14 截面处的弯矩 mmNlFM HAH 38 198215 9475 209 1 截面处的弯矩 mmNlFM HBH 53 19821 5 6315 312 2 3 做垂直面内的弯矩图 见图 3 2 支点反力为 NFF tr 9 18920tan 9 521tan 44 N l lF F r VA 32 76N 158 5 63 9 189 24 N l lF F r VB 58 113N 158 5 94 9 189 14 截面左侧的弯矩为 mmNlMV 44 5113mmN6732 76F 1VA左 截面右侧的弯矩为 mmNlMV 24 7212mmN5 9432 76F 2VA右 截面处的弯矩为 mmNMV 33 7212mmN 5 6358 113 5 63FVB 4 合成弯矩图 见图 3 2 22 VH MMM 截面 mmN33 20470mmN38 1982144 5113MMM 222 H 2 V 左左 mmN74 21092mmN38 1982124 7212MMM 222 H 2 V 右右 截面 mmN91 21092mmN53 1982133 7212MMM 222 H 2 V 5 求转矩图 图 3 2 mmNmmN n P T 56 1 1 6 1079 9 9 60 24 6 1055 9 1055 9 4t F N 9 521 HA F N75 209 HB F N15 312 H M mmN 38 19821 H M mmN 53 19821 T mmN 5 1079 9 e MPa14 19 湖南化工职业技术学院 22 6 求当量弯矩 因减速器单向运转 故可认为转矩为脉动循环变化 修正系数为 0 6 截面 mmN47 575786mmN 1079 9 6 074 21092T 25222 MMe 截面 7mmN59 587778mmN 1079 9 6 091 21092T 25222 CC MMe 确定危险截面及校核强度 截面 MPaMPa W Me e 14 19 671 0 47 575786 3 截面 MPaMPa W Me e 4 21 651 0 59 587778 3 查参考文献 1 表 14 2 得 满足的条件 故设计的轴有足够的强度和裕 MPa b 60 1 be1 量 3 43 4 键的选择键的选择 1 高速轴 1 轴 键的选择 选 A 型平键 安装键轴轴径 d1 25mm 按参考文献 2 表 GB T 1095 1096 2003 初选键 b 8mm h 7mm l 35mm 2 中间轴 2 轴 键的选择 选 A 型平键 安装键轴轴径 d21 d22 40mm 按参考文献 2 表 初选键 b21 12mm h21 8mm l21 30mm b22 12mm h22 8mm l22 45mm 3 低速轴 3 轴 键的选择 选 A 型平键 安装键轴轴径 d31 55mm d32 67mm 按参考文献 2 表 初选键 b31 16mm h31 10mm l31 90mm b32 20mm h32 12mm l32 45mm 钢丝绳的种类和构造钢丝绳的种类和构造 钢丝绳的种类 根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为 1 点接触钢丝绳 点接触钢丝绳绳股中各层钢丝直径均相同 而内外各层钢丝的节距不同 因而相 互交叉形成点接触 其特点是接触应力高 表面粗糙 钢丝易折断 使用寿命低 但制造工艺简单 价格 便宜 在实际中常发现这种钢丝绳在受拉 尤其是受弯时由于钢丝间的点接触 造成应力集中而产生严重 压痕 由此导致钢丝疲劳断裂而使钢丝绳过早报废 2 线接触钢丝绳 线接触钢丝绳绳股由不同直径的钢丝统制而成 每一层钢丝的节距相等 由于外 层钢丝位于内层钢丝之间的沟槽内 因此内外层钢丝间形成线接触 这种钢丝绳的内层钢丝虽承受比外层 钢丝稍大的应力 但它避免了应力集中 消除了钢丝在接触处的二次弯曲现象 减少了钢丝间的摩擦阻力 使钢丝绳在弯曲上有较大的自由度 从而显著提高了抗疲劳强度 其寿命通常高于点接触钢丝绳 由于线 接触钢丝绳比点接触钢丝绳的有效钢丝总面积大 因而承载能力高 如果在破断拉力相同的情况下选用线 e MPa 4 21 Fmax 1 25 N 4 10 min d 13 78 mm 湖南化工职业技术学院 23 接触钢丝绳 可以采用较小的滑轮和卷筒直径 从而使整个机构的尺寸减小 卷杨机应优先选用线接触钢丝绳 钢丝绳直径的选择钢丝绳直径的选择 卷扬机系多层缠绕 钢丝绳受力比较复杂 为简化计算 钢丝绳选择多采用安全系数法 这是 种静 力计算方法 钢丝绳的安全系数按下式计算 3 1 p g r S nn F 式中 整条钢丝绳的破断拉力 N p S 卷扬机工作级别规定的最小安全系数 n 钢丝绳的额定拉力 N r F 设计时 钢丝绳的额定拉力为已知 将额定拉力乘以规定的最小安全系数 然后从产品目录中选 n 择一种破断拉力不小于 M 的钢丝绳直径 r F 目前在工业化国家 对钢丝绳直径的选择普遍采用选择系数法 国际标准绳的选择也推荐采用此方法 该方如下 钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径 3 2 maxmin Fcd 式中 Fmax 钢丝绳最大静拉力 由起升载荷 额定起重量 钢丝绳悬挂部分的重量 滑轮组及其 它吊具的重量 并考虑滑轮组效率相倍率来确定 N c 钢丝绳选择系数 它与机构的工作级别 钢丝绳是否旋转以及吊运物品的性质等因素有关 目 前 卷扬机还没有此系数的具体规定 该设计卷扬机额定载荷 5 吨 采用双联滑轮起重滑轮组 所以每根承受载荷 Fmax F 总 1 25 N 3 3 4 1 4 10 该卷扬机用于冶金行业铸造用 所以工作级别为 M7 钢绳系数选择 c 0 123 13 78 mm 3 4 maxmin Fcd 所以钢丝绳选择 d 14 mm 按钢丝绳所在机构工作级别来选钢丝绳直径时 所选的钢丝绳拉断力应满足下式 F0 n Fmax 3 5 式中 F0 所选用钢丝绳最小拉断力 N n 安全系数 查手册选 n 7 所以 F07 1 25 87 5 kN 3 6 4 10 又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力 1 134 纤维芯 或 1 214 钢芯 所以钢丝绳最 小拉断力总和为 99 225 kN 本设计中钢丝绳不接触高温 横向压力较小 选用纤维芯钢丝绳 钢丝绳型号选择 钢丝绳 6 19 a 类 14 NAT FC 1470 ZS 102 79 5 钢丝绳的使用钢丝绳的使用 钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒 除产生拉应力外 还有挤压 弯曲 接触和扭转等应力 应力 情况是非常复杂的 实践表明 由于钢丝绳反复弯曲相挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原因 钢丝绳破坏时 外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂 随着断丝数的增多 破坏速度逐渐加快 达到一 定限度后 仍继续使用 就会造成整根绳的破断 在正确选择钢丝绳的结构和直径之后 实际使用寿命的长短 在很大程度上取决于钢丝绳在使用中的 维护和保养及与相关机件的合理配置 可从以下几方面考虑该问题 1 滑轮和卷筒直径 D 与钢丝绳直径 d 的比值大小对钢丝绳的寿命影响较大 几乎成平方关系 因此 选用较大的滑轮和卷简直径对钢丝绳的寿命是有利的 故设计中规定了卷筒直径和钢丝绳直径的最小比值 D d 与卷扬机的工作级别有关 使用中 应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折 2 决定滑轮绳槽尺寸时 必须考虑钢丝绳直径较公称直径有 6 8 的过盈量这一事实 过小的绳槽 直径会使钢丝绳受到过度挤压而提前断丝 绳槽尺寸过大 又会使钢丝绳在槽内的支承面积减小 增大钢 丝绳的接触应力 合理的绳槽尺寸应比钢丝绳的公称直径大 10 左右 3 滑轮与卷筒的材料太硬 对钢丝绳寿命不利 据有关资料表明 以铸铁代替钢 可提高钢丝绳的寿 命约 10 4 为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕 避免各圈钢丝绳间相互摩擦及多层缠绕锤击和堆绕现象 延长钢 湖南化工职业技术学院 24 丝绳的使用寿命 钢丝绳在卷筒及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度之内 一般在 0 5 2之间 5 良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一项重要因素 它可以防止锈蚀 减少钢丝绳内外磨损 一般常用中 低粘度润滑油和滤青质化合物 目前我国生产的 钢丝绳油 属于中等粘度油 适用于各 种股捻钢丝绳的润滑 其附着力大 不易滑落或与水起作用 且含有防锈剂 是一种良好的润滑剂 6 在室外 润湿或腐蚀介质存在的环境里 应选用镀锌钢丝绳 7 经常检查钢丝绳是否与别的机件摩擦 重新更换新绳时必须核对新绳与原绳的型式直径是否相同 经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝 遇到问题及时解决 钢丝绳的报废处理 可参考有关标准相资料 卷筒的结构设计及尺寸确定 卷筒尺寸的由已知起升速度 起升高度和钢丝绳的尺寸来确定 卷筒用来卷绕钢丝绳 把原动机的驱 动力传递给钢丝绳 并把原动机的回转运动变为所需要的直线运动 卷筒通常是中空的圆柱形 特殊要求 的卷筒也有做成圆锥或曲线形的 卷筒的分类卷筒的分类 按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分 卷筒分单层绕和多层绕两种 一般起重机大多采用单层绕卷筒 只有在绕绳量特别大或特别要求机构紧凑的情况下 为了缩小卷筒的外形尺寸 才采用多层绕的方式 本 设计采用单层绕 卷筒绳槽的确定卷筒绳槽的确定 卷筒绳槽槽底半径 R 槽深 c 槽的节矩 t 其尺寸关系为 R 0 54 0 6 d d 为钢丝绳直径 3 7 绳槽深度 标准槽 0 25 0 4 d 3 8 1 c 深槽 0 6 0 9 d 3 9 2 c 绳槽节距 标准槽 d 2 4 3 10 1 t 深槽 d 6 8 3 11 2 t 卷筒槽多数采用标准槽 只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况才使用深槽 本设计选用标准槽 钢丝绳直径选用 14 mm R 0 54 0 6 d 7 56 8 4 mm 取 R 8 mm 3 12 c 0 25 0 4 d 3 5 5 6 mm 取 c 4 mm 3 13 所以 t d 2 4 16 mm 卷筒的设计卷筒的设计 卷筒按照转矩的传递方式来分 有端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式 其共同特 点是卷筒轴只承受弯矩 不承受转矩 本设计卷筒采用内齿轮啮合式 如图 3 1 图 3 1 内齿啮合式卷 卷筒的设计主要尺寸有节径 卷筒长度 L 卷筒壁厚 0 D 卷筒节径卷筒节径 设计设计 0 D 卷筒的节径即卷筒的卷绕直径 由设计知不能小于下式 0 D R 7 56 8 4 mm c 湖南化工职业技术学院 25 3 14 0min Dhd 式中 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径 mm 0min D h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数 根据工作环境级别为 查机械设计手册 7 M h 28 mm d 钢丝绳的直径 mm 按式计算 392 mm 0min Dhd 所以选取 400 mm 3 15 0 D 卷筒的长度设计卷筒的长度设计 本设计采用双联滑轮组 如图 3 2 图 3 2 双联滑轮组 卷筒的长度 3 16 式中 卷筒总长 0123 2LLlll L 度 mm 绳槽部分长度 其计算公式为 0 L 3 17 0 0 Ha Ln t D 其中 最大起升高度 mm H 滑轮组倍率 a 卷筒卷绕直径 mm 0 D 绳槽节矩 mm t 附加安全圈数 使钢丝绳端受力减小 便于固定 通常取n n 1 5 3 圈 固定钢丝绳所需要的长度 一般取 3t mm 1 l 1 l 两端的边缘长度 包括凸台在内 根据卷筒结构而定 mm 2 l 卷筒中间无绳槽部分长度 由钢丝绳的允许偏斜角 和卷筒轴到动滑轮轴的最小距离决定 3 l 对于有螺旋槽的单层绕卷筒 钢丝绳允许偏斜度通常为 1 10 可知选取 100 mm 3 l 1 l l 3t 48 mm 湖南化工职业技术学院 26 380 mm 0 0 Ha Ln t D 3t 48 mm 1 l 所以 996 mm L 选取标准卷筒长度为 1000 mm 卷筒壁厚设计卷筒壁厚设计 本设计为了延长钢丝绳的寿命 采用铸铁卷筒 对于铸铁卷筒可按经验公式初步确定 然后进行强度 验算 对于铸铁筒壁 mm 3 18 0 026 10D 根据铸造工艺的要求 铸铁卷筒的壁厚不应小于 12 mm 所以15mm 所以卷筒的参数选择为 绳槽节距 t 16 mm 槽底半径 4 mm 卷筒节距 400 mm 卷筒长度 1 c 0 D L 1000 mm 卷筒壁厚 mm 15