JK型建筑卷扬机设计.doc

I 毕业设计 论文 JKJK 型建筑卷扬机设计型建筑卷扬机设计 THE DESIGN OF JK STRUCTURAL WINDLASS 学生姓名 学院名称机电工程学院 专业名称机械设计制造及其自动化 指导教师 II 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 建筑卷扬机的发展状况 1 1 1 1 建筑卷扬机的应用 1 1 1 2 建筑卷扬机的发展概况 1 1 1 3 国外卷扬机的概况 1 1 2 建筑卷扬机的主要类型 2 第 2 章 卷扬机的基本结构设计 5 2 1 本设计的总体确定 5 2 2 卷扬机的总体结构设计 5 第 3 章 钢丝绳的选择和卷筒的设计 6 3 1 钢丝绳的选择 6 3 1 1 钢丝绳的种类和构造 6 3 1 2 钢丝绳直径的选择 6 3 2 卷筒的设计 7 3 2 1 卷筒的材料 7 3 2 2 卷筒容绳尺寸计算 7 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 9 3 3 卷筒轴的设计 10 第 章 减速器的设计 15 电动机的选择 15 选择电动机类型和机构形式 15 功率的计算 15 4 1 3 电动机功率的选择 15 4 2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 16 4 2 1 总传动比 17 4 分配减速器的各级传动比 17 计算传动装置的运动和动力参数 17 各轴转速 18 各轴的输入功率 18 4 3 3 各轴的输入转矩 18 4 4 减速器的结构设计 19 传动零件的设计计算 19 4 第一级齿轮传动的设计 19 第二级齿轮传动的设计 22 4 5 3 齿轮轴的校核 24 4 5 4 滚动轴承的选择计算 28 标准件表 30 第 5 章 其他零件的设计 31 III 5 1 制动器的分类 特点及其选择 31 5 2 制动器的设计计算 32 5 2 制动器制动力矩的确定 32 2 制动器的发热计算 33 5 3 联轴器的设计 34 5 3 1 联轴器转矩的计算 34 第六章 排绳器的设计 36 第七章 建筑卷扬机使用与维护简介 37 7 1 建筑卷扬机使用 37 7 1 1 建筑卷扬机的安装与调试 37 7 1 2 建筑卷扬机一般操作规程 37 7 2 建筑卷扬机的维护与安全技术 38 7 2 1 建筑卷扬机的维护 38 7 2 2 建筑卷扬机的安全技术 39 结论 40 参考文献 41 致 谢 42 附录 43 附录 1 43 附录 2 55 IV 摘 要 随着人类文明发展 建筑工作愈来愈频繁 古老的起重装置已不能满足现代话作业 的需要 大型塔吊和汽吊又有其相对的局限性 于是卷扬机以起灵活方便 成本相对小 等特点孕育而生了 建筑卷扬机是一种起重设备 由于具有结构简单 搬运安装灵活 维护保养简单 操 作方便 价格低廉和可靠性高等优点 所以被广泛应用于诸多工作中 提升重物是其主 要功能提升重物 本课题简要介绍了建筑卷扬机的结构和特点 给出了建筑卷扬机的设 计 并对卷筒的设计要点进行了说明 本课题重点在于一控制方便和节省资源为主要设 计特点对建筑卷扬机制动和传动部分进行了设计和校核 本课题主要设计齿轮和轴还有卷筒的结构尺寸 确定了齿轮传动的各主要参数 对驱 动机构中的各部件进行了选型 设计 校核 关键词关键词 卷扬机 减速器 轴 齿轮 设计 V Abstract Along with the development of human civilization construction work have bec ome more and more frequent Lifting the ancient device has been unable to meet the mo dern needs of the operation so large tower crane hoists and steam has its limitations relative So hoist to take flexible cost is relatively small and breed characteristics of Health Winch is a construction lifting equipment the structure is simple flexible hand ling installation maintenance is simple and convenient to operate low price and high relia bility which is widely used in many work Upgrade heavy Its main function is to upgrade heavy loads This paper describes the construction hoist the structure and ch aracteristics of a given construction hoist the design Reel also the design features a summary statement This paper focus is a convenient control and save resources as the main design features of the construction hoist the part of the design and verification The design of the main gear and shaft design still reel size of the structure to de termine the gear transmission of the main parameters to drive the various components of the selection design and verification Keywords Windlass shaft gear reducer design 徐州工程学院毕业设计 论文 6 第 1 章 绪论 1 1 建筑卷扬机的发展状况 1 1 1 建筑卷扬机的应用 建筑卷扬机是一种起重设备 由于具有结构简单 搬运安装灵活 维护保养简单 操作方便 价格低廉和可靠性高等优点 所以被广泛应用于提升重物 打桩 集材 冷 拉钢筋 设备安装等工作中 提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能 所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的 虽然现在塔吊 汽车吊取代了建筑卷扬机的工作 如塔吊在建筑工地上用于物料和物件 的提升工作 由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用 而且灵活性较差 也需卷扬机做 辅助提升用 建筑卷扬机还用于林业的集材工作 建筑业的冷拉钢筋 小型矿井的物料 提升和打桩等工作 正因为建筑卷扬机具有多种用途 所以不仅用于建筑业 而且在冶 金 化工 水电 农业和军事等行业亦被广泛使用 1 1 2 建筑卷扬机的发展概况 我国在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效率 我国由于旧中国工业落后 使用的卷扬机均为国外生产 至 50 年代我国的卷扬机生产才 开始的 从 70 年代起 我国卷扬机的生产才进入了技术提高 品种增加的新阶段 从 70 年代末期开始 中国实行改革开放政策国民经济大力发展 基本建设任务增多 许多 促使卷扬机的大量生产 生产厂家也逐渐增多 至今卷扬机的生产与设计已较为 成熟 现如今卷扬机的品种繁多和使用较广泛 虽然现在的工业水平先进机械化程度不 断提高 起重设备不断更新 但仍不能淘汰卷扬机的行之有效的机械设备 1 1 3 国外卷扬机的概况 在国外 卷扬机的品种繁多 应用也很广泛 在西方技术先进的国家中 虽然工业 水平先进 机械化程度不断提高 起重设备也不断更新 但仍不能淘汰这样的行之有效 的简单机械设备 下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况 一 美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家 主要有贝波 BEEBE 国际有限公司 哲恩 THERN 有限公司等 贝波国际有限公司是美国较大的生产起重设备的公司 主要产品有各种手动卷扬机 电动卷扬机 提升机械及起重机 手动卷扬机重要品种有蜗杆传动系列 直齿圆柱齿轮 系列 齿轮蜗杆传动组合系列 直接驱动系列 链传动系列 其中直间驱动式电动卷扬 机的传动是全封闭行星齿轮传动 传动系列全部全部安装在卷筒里面 机架和卷筒用高 强度钢焊接而成 徐州工程学院毕业设计 论文 7 二 日本 日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机 据日本荷役机械研究所核计 1970 1975 年间卷扬机的产量增加 62 5 据日本通产省机械核计月报载 接年单纯土卷扬机的产量就 达 12 万台 生产值约 100 亿日元 日本卷扬机行业由机械技术部会 荷役机械技术委员会领导 主要生产厂家有北川铁 工所 远藤钢机 南星 越野总业 松岗产业等 80 多个产业 三 法国 法国生产卷扬机的厂家很多 其中包藤 POTAIN 公司就是生产卷扬机的主要国家之一 包藤公司主要生产 KUSW 系列卷扬机 LMD 系列卷扬机 PC 系列卷扬机和 RCS 系列卷扬机 四 国外卷扬机的发展趋势 1 大型化 由于基础工业的发展 大型设备和建筑构件要求整体安装 促进了 大型卷扬机的发展 目前 俄罗斯已生产了 60t 的卷扬机 日本生产了 32t 50t 60t 液 压和气动卷扬机 美国生产了 136t 和 270t 卷扬机 2 采用先进电子技术 为了实现自动控制和遥控 国外采用了先进的电子技术 对大型卷扬机安装了电器连锁装置 以保证绝对的安全可靠 3 发展手提式卷扬机 为了提高机械化水平 减轻工人劳动强度 国外发展小 型手提式卷扬机 如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机 4 大力发展不带电源装置的卷扬机 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力 的卷扬机 此种卷扬机结构简单 有一个卷筒和一个变速箱即可 1 2 建筑卷扬机的主要类型 建筑卷扬机由于应用范围较广 为适应各种不同的使用条件 建筑卷扬机亦制造成 各种不同机型的产品 机型的分类方法很多 目前可以按下述方法分类 1 2 1 按钢丝绳额定拉力分F 按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分 按 GB1955 88 建筑卷扬机 中 规定为 5 7 5 10 12 5 16 20 25 32 50 80 120 160 200 320 500KN 共 15 级 此参数为建筑卷扬机的主要参数 1 2 2 按钢丝绳额定速度 分v 钢丝绳在基准层上的出绳速度是建筑卷扬机的又一项主要参数 根据钢丝绳的速度 可分为 1 慢速卷扬机 绳速 min 15 9 m v 2 中速卷扬机 绳速 min 30 15 m v 3 快速卷扬机 绳速 min 45 30 m v 徐州工程学院毕业设计 论文 8 4 高速卷扬机 绳速 min 45mv 为适应特殊需要 还有一种变速卷扬机 其变速可调 有双速 三速和多速几种类 型 1 2 3 按卷筒数目分 一台卷扬机上卷筒数目的多少 直接影响到卷扬机的结构 卷扬机按卷筒数目可分 为单筒卷扬机 双筒卷扬机 和多筒卷扬机三大类 目前生产的大多数是单筒和双筒卷 扬机 其卷筒都是工作卷筒 再增加的卷筒大都是辅助用卷筒 卷筒相对要小些 1 2 4 按动力源分 由于工作环境不同 所用的动力源亦不同 1 手动卷扬机 用于无动力来源地区的小型卷扬机 2 电动卷扬机 大多数卷扬机皆属于此类 3 内燃机卷扬机 用于无电源的地方 4 气动卷扬机 用于不能使用电源的地方 5 液压卷扬机 与其他设备配合使用而有液压源的场合 1 2 5 按传动形式分 1 开式齿轮传动 最早的形式 目前主要用于手动卷扬机 2 闭式圆柱齿轮传动 主要为为快速单筒卷扬机 应用广泛 3 圆锥 圆柱齿轮传动减速器 4 蜗杆传动减速器 5 圆柱齿轮减少速器加开式齿轮传动 6 蜗杆减速器加开式齿轮传动 7 行星齿轮传动 1 2 6 按控制方法分 1 手控卷扬机 由人工操作纵闸把控制卷扬机提升或下放重物 2 电控卷扬机 用电控制磁铁制动器使卷扬机工作 3 液控卷扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动 4 气控卷扬机 5 自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作 1 2 7 按用途分 卷扬机由于其用途不同 使其条件的差异 其结构设计上也有差异 1 提升重物 要求有一定的速度 以利于提高生产率 并要求高的安全性 以防坠 落 徐州工程学院毕业设计 论文 9 2 设备安装 一般设备的质量较大 则要求卷扬机具有较大的提升能 力 以保证安装精度 其速度就不能太高 为防止坠落 其安全性要求更 高 3 曳引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的 为使物品前后运动 则 要求卷扬机的卷筒正反转均能工作 4 打桩 要求卷扬机把重物提升到一定的高度后 能使重物成自由落体 下降 实 现打桩工作 即要求卷扬机具有溜放功能 建筑卷扬机虽然可以分很多种类 实际上由于应用情况的复杂 很难把他们绝对分 清 而且一台卷扬机往往几种工作都要做 所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不 清楚 而是要求高的来设计 这样能使卷扬机实现一机多用 得到更广泛的应用 徐州工程学院毕业设计 论文 10 第 2 章 卷扬机的基本结构设计 建筑卷扬机由于应用广泛 为适应各种不同使用条件 建筑卷扬机亦制造各种不同 的机型的产品 2 1 本设计的总体确定 本卷扬机设计的主要参数 1 钢丝绳的拉力KNFN30 2 钢丝绳的速度31 min m V 由于钢丝绳的速度 由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为快速卷扬机 s m V31 按动力源分该卷扬机设计为电动卷扬机 按传动形式分该卷扬机设计为二级圆柱齿轮减速器 按控制方法分该卷扬机设计为电控卷扬机 用电钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作 2 2 卷扬机的总体结构设计 由于卷扬机是二级圆柱斜齿轮减速器传动卷扬机 故简易图如下图 图 2 1 123 4 5 图 2 1 传动装置简图 徐州工程学院毕业设计 论文 11 1 电动机 2 联轴器 3 减速器 4 制动器 5 卷筒 第 3 章 钢丝绳的选择和卷筒的设计 建筑卷扬机通过钢丝绳升降 牵引重物 工作时钢丝绳所所应力十分复杂 加之对 外界影响因素比较敏感 一旦失败 后果十分严重 因此 应特别重视选择与使用 3 1 钢丝绳的选择 3 1 1 钢丝绳的种类和构造 钢丝绳是由许多高强度刚上编绕而成 可单捻 也可双捻成行 绳芯采用天然纤维 芯 NF 合成纤维芯 SF 金属纤维芯 IWR 和金属丝股芯 IWS 纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性 缠绕时弯曲应力较小 但不能承受横向压力 金属丝芯钢丝绳强度较高 能承受高温和横向压力 但扰性较差 建筑卷扬机系多层 缠绕 更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳 钢丝绳的种类 根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分 1 顺捻钢丝绳 2 交捻钢丝绳 因为交捻钢丝绳在卷扬机设计中应优先考虑 故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制 金属丝芯钢丝绳 3 1 2 钢丝绳直径的选择 钢丝绳的安全系数按下式计算 式 3 1 n f s n e p gs 式中 整条钢丝绳的破短拉力 N p s 钢丝绳的额定拉力 e f 卷扬机工作级别规定的最小安全系数 n 机械手册查表得卷扬机的工作级别为 A6 则选取安全系数 6 n KN ns e fp 300 p s 钢丝绳不应小于下式计算的最小值 徐州工程学院毕业设计 论文 12 式 3 2 scd min mmd 4 18301036 0 min 式中 钢丝绳的最大工作拉力 KN S 钢丝绳的选取系数 经查表 0 1036cc 机械手册查表得 d 19 mm 钢丝绳的抗拉强度为 1770MPa 使用双捻制金属丝芯钢丝绳 3 2 卷筒的设计 建筑卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕 所受应力非常复杂 它作为卷扬机的重要零件 对卷扬机安全 可靠的工作至关重要 应合理的进行设计 3 2 1 卷筒的材料 由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性 且货源广泛 在本设计中选 取材料 Q235 极限应力 Mpa B 3 449 Mpa S 5 267 3 2 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 应满足下式D 式 3 3 dKD e 式中 筒绳直径比 由建筑卷扬机设计查表得 e K19 e K 钢丝绳直径 mm d 则 取 3611919 dmmd361 mmdDD34219361 0 b 卷筒容绳宽度 t B 卷筒容绳宽度 一般可以由下式确定 t B 式 3 4 0 3DBt 式中 卷筒直径 mm 0 D 则 取3613 t BmmBt600 C 卷筒边缘直径 k D 卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径 端侧板直径用下式计算 徐州工程学院毕业设计 论文 13 式 3 5 dDD sk 4 式中 最外层钢丝绳直径 由下式确定 s D 0 21 s DDSd 钢丝绳缠绕层数S 则 取4754 19551 k D mmDK600 d 缠绕层数S 缠绕层数按下式计算 S 式 3 6 d mDD S KK 2 2 0 式中 为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度 mm K m 计算得mmdmK382192 则 取 79 4 192 382342600 S 4 S e 卷筒容绳量L 卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时 达到规定的缠绕层数所能容 纳的钢丝绳工作长度的最大值 卷筒容绳量按下式计算 第 层钢丝绳绳芯直径为i 式 3 7 dSDD ii 12 0 式中的 第 层 i Si1 2 3iS 则 mmD3611912342 1 23424119399Dmm 3 3426119437Dmm 4 3428119475Dmm 第 层钢丝绳长度为i 式 3 8 3 0 1 2110 iti LB dDSd 3 2 600 191 34241191038 3111Lm 3 3 600 191 34261191041 9598Lm 徐州工程学院毕业设计 论文 14 3 4 600 191 34281191045 6085Lm 卷筒容绳量为 式 3 9 12i LLLL 34 662538 311141 959845 6085L 160 5419Lm 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 a 多层缠绕系数的确定 s A 多层缠绕系数的理论计算 s A 式 3 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 S S S s A 式中 钢丝绳的缠绕层数 S 式 3 11 Et FE 式 3 12 18 0 d D e 式 3 13 2 0 ED FE 其中 钢丝绳的缠绕节距 t1 0119 19tdmm 卷筒壁厚 mm 卷筒直径 0 D mm 0 342Dmm 钢丝绳直径 d mm19dmm 钢丝绳纵向弹性模量 E Mpa 100EGpa 钢丝绳横向弹性模量 E Mpa 600EMpa 卷筒材料的弹性模量 E Mpa120EGpa 钢丝绳的断面积 F 2 mm 则1 55 s A b 卷筒的厚度设计 徐州工程学院毕业设计 论文 15 卷筒厚度为 式 3 14 e s c F A t 式中 钢丝绳的额定拉力 e F N 建筑卷扬机设计查得 c 138 c Mpa 则 30000 1 15 19 19 138 14mm C 卷筒壁的强度计算 式 3 15 e csc F A t 30000 1 15128 4 19 19 14 c Mpa 经强度计算较合适无需调整 3 3 卷筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的的安全 可靠性非常重要 因此十分重视卷筒轴的 结构设计和强度 刚性计算 卷筒轴的结构 应力求简单 合理 应力集中应尽可能小 卷筒轴不仅要计算疲劳强度 而且还要计算静强度 次外 对较长的轴还需校核轴的刚 度 在卷筒轴的设计上轴的材料采用钢 调质处理45 由机械设计手册查得 650 B Mpa 360 S Mpa 1 300Mpa 0 650 b Mpa 已知钢丝绳的额定拉力为 卷筒的直径 钢丝绳的直径30 e FKN 0 342Dmm 19dmm 轴径的估算 6 3 3 9 55 10 0 2 T PP dC nn 式中 C 与轴材料有关的系数 P 轴传递的功率 n 轴的转速 徐州工程学院毕业设计 论文 16 3 15 99 11291 9 28 89 dmm 徐州工程学院毕业设计 论文 17 扭距 合成弯距 平面 平面 当量弯 矩 图 2 1 卷筒轴受力分析 徐州工程学院毕业设计 论文 18 a 作用力的计算 0 2 50342 19 22 31 7 342 e tA Dd F FKN D 31 7 rAtA FFKN 将轴上的所有的作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力 如图 2 1 所示 b 垂直面支承反力及弯矩 支反力 见图 2 1 49090 21 3 580 et DV FF RKN 49090 22 580 te CV FF RKN 弯矩 见图 2 1 9090 21 31917 AYCY MRKN mm 9090 221980 BYDY MRKN mm c 水平面支承反力及弯矩 支反力 见图 2 1 90 4 8 580 r DZCZ F RRKN 弯矩计算 见图 2 1 9090 4 8432 AZBZCH MMRKN mm d 合成弯矩 见图 2 1 2222 19174321965 1 AAYAZ MMMKN mm 2222 19174322026 6 BBYBZ MMMKN mm f 应力校核系数 1 0 300 0 46 650 b 当量转矩 0 4654152490 9 TN mm 当量弯矩 徐州工程学院毕业设计 论文 19 2222 1 1965 12490 93172 73 MMTKN mm 2222 2 2026 62490 9 3211 18 MMT KNmm 校核轴径 3 1 3 3 1 1 3472 73 10 37 7 0 16500 1 M d 3 2 3 3 2 1 3211 18 10 36 7 0 1650 0 1 M d 经校核较合适无需调整 g 轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度 应该为钢丝绳的当量拉力进行计算 既 式 3 16 edd FKF 式中 钢丝绳的当量拉力 d F N 当量拉力系数 由建筑卷扬机设计查得 d K1 75 d K 1 75 3154 25 d FKN 平均应力和应力幅 m 2 b am 33 1 75 2026 6 394 6 0 10 1 90 dB b b KM Mpa d 394 06 197 03 22 b am Mpa 疲劳强度计算安全系数 1 300 0 51 1 88 197 030 34 197 03 0 780 92 am S K 由机械手册查得 应力集中系数 K1 88K 表面状态系数 0 92 绝对尺寸系数 0 78 等效系数 0 34 一般轴的疲劳强度安全系数 经校核轴的强度够用 1 5 1 8S 徐州工程学院毕业设计 论文 20 h 轴强度校核计算 卷筒轴的静强度计算 需要用静强度计算拉力 可按下式求得 式 3 17 ej FF max 式中 静强度计算最大拉力 maxj F N 动载系数 有建筑卷扬机设计查得 1 35 静强度计算安全系数 2 360 1 35 2711 8 0 1 55 1 64 S S B S M W 当时 所以经校核轴的强度足够 0 6 S b 1 2 1 4 S 徐州工程学院毕业设计 论文 21 第 章 减速器的设计 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动 蜗轮传动或齿轮 蜗轮传动所组合 的独立部件 常在动力机与工作机之间为减速的传动装置 在少数情况下也用作增速的 传动装置 减速器由于结构紧凑 效率教高 传递运动正确可靠 使用维修简单 并可 成批生产 故在现代机械中应用最光 减速器类型很多 有圆柱齿轮减速器 圆锥齿轮 减速器 蜗杆减速器等 最常用的卷扬机主减速器有蜗杆减速器或一级和二级齿轮减速器 由于考虑到所传 递的功率和传动比 在本卷扬机设计课题中采用的是二级圆柱齿轮减速器 电动机的选择 选择电动机类型和机构形式 电动机是常用的原动机 并且是系列化和标准化的产品 机械设计中需要根据工作机 的工作情况和运动 动力参数 合理选择电动机类型 结构形式 传递的功率和转速 确定电动机的型号 电动机有交流电动机和直流电动机之分 工业上采用交流电动机 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 动机应用最广泛 如无特殊需要 一般忧先选用 型笼型三相异步电动机 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 建筑卷扬机属于非连续工作机械 而且启动 制动频繁 多数情况下选用 绕 线转子 电动机 在本设计中选择电动机为 系列的 三相绕线型电动机 功率的计算 电动机的功率选择是否合适将直间影响到电动机的工作性能和经济性能 如果选用额 定功率小于工作机所需要的功率 就不能保证工作机正常工作 甚至使电动机长期过载 过早损害 如果选用额定功率大于工作机所需要的功率 则电动机的价格高 功率未得 到充分的利用 从而增加电能的消耗 造成浪费 4 1 3 电动机功率的选择 1 建筑卷扬机电动机的功率按所需的静功率计算 静功率 单位 KW 计算公式 为 徐州工程学院毕业设计 论文 22 式 4 1 w p d p 式中 工作机所需工作效率 w p 由电动机到工作机的总效率 工作机所需工作效率 应由工作阻力和运动参数计算求得 式 4 2 1000 300000 51 18 10000 8501 WW W FV w pKW 式中 工作机的阻力 N W F 工作机的线速度 M S W V 工作机的效率 W 其中 34 12 0 8501 34 w 分别为联轴器 卷筒 齿轮传动和轴承的传动效率 1 2 3 4 取 0 99 0 96 0 97 齿轮的精度为 8 级 0 98 滚动轴承 1 2 3 4 2 确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为 式 4 3 60 100060 1000 0 51 28 87 min 3 14 342 v r n d 经查表 二级圆拄齿轮减速器的传动比 故电动机的转速的可选范围为 8 i40 式 4 4 min 8 1139 92 22749 28 40 8 r nin ad 根据工况和计算所选电动机为 表 4 1 电动机参数 型号额定功率 KW 转速 r min YZR200L22960 4 2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 徐州工程学院毕业设计 论文 23 1轴2轴 3轴 图 4 1 减速器简图 4 2 1 总传动比 由电动机的转速和工作机的主动轴的转速 可得到传动装置的总传动比为 式 4 5 n n i m a 式中 电动机的转速 m n 卷筒的主轴转速n 960 min 33 25 28 87 min m a r n i r n 总传动比为各级传动比的乘积 既 n iiii 210 式 4 6 10 iiia 4 分配减速器的各级传动比 使减速器高速轴不至于过大初步取 则 0 5 25i 0 33 25 6 3 5 25 a i i i 计算传动装置的运动和动力参数 为进行传动件的设计计算 要推算出各轴的转速和转矩 或功率 如将传动装置各 轴由高速至低速依次定为 1 2 3 4 轴 相邻两轴间传动比 0201 ii 相邻两轴间传动效率 0102 徐州工程学院毕业设计 论文 24 轴的输入功率 0102 TT 各轴之间的输入转矩 0102 pp 各轴的转速 r min 0102 nn 则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算 得到各轴的运动和参数 各轴转速 1 轴 1 960 minnr 2 轴 1 2 1 960 192 min 5 n nr i 3 轴 2 3 2 192 28 87 min 6 65 n nr i 各轴的输入功率 1 轴 4 轴的输入功率 1 轴 11 18 62 0 9718 0614 d ppkw 2 轴 2123 18 0614 0 98 0 9917 52ppkw 3 轴 3223 17 52 0 990 9816 99ppkw 4 轴 4323 16 99 0 97 0 9715 99ppkw 式中 电动机的出功率 KW d p 联轴器的传动效率 1 1 0 99 轴承的传动效率 2 2 0 98 齿轮的传动效率 3 3 0 97 同一根轴的输出功率与输入功率的数值不同 需要精确计算时取不同的数值 4 3 3 各轴的输入转矩 电动机的输出转矩 式 4 7 d P18 62 95509550185 23 960 d m TN m n 1 轴 4 轴的输入转矩 徐州工程学院毕业设计 论文 25 101 185 23 1 0 97179 67 d TTiN m 21112 197 67 6 65 0 99 0 981275 33 TT iN m 32223 1275 33 5 0 99 0 986186 64 TT iN m 43334 6186 64 0 99 0 975941 03 TT iN m 运动和动力参数计算结果整理于下表 表 4 2 减速器运动和动力参数 效率 P Kw 转矩 T N m 轴名 输入输出输入输出 转速 N r min 传动比效率 电动机 轴 18 62185 23960 10 97 1 轴 18 0617 88179 67177 97960 6 650 97 2 轴 17 5217 341211 491199 37200 84 50 97 3 轴 16 9916 825618 385562 1928 89 卷筒轴 15 9915 835286 335233 4728 89 10 96 4 4 减速器的结构设计 减速器的机体是用于支持和固定轴系的零件 是保证传动零件的啮合精度 良好的 润滑和密封的重要零件 其重量约占减速器总重量的 50 因此 机体结构对减速器的工 作性能 加工工艺 材料消耗 重量及成本等有很大的影响 机体材料采用灰铁 HT150 或 HT200 制造 传动零件的设计计算 传动装置包括各种类型的零件 其中决定其工作性能 结构简单和尺寸大小的主要 是传动零件 支撑零件和联接零件都是要根据零件的要求来设计 因此一般应先设计计 算传动零件 确定其尺寸 参数 材料和结构 为了使设计减速器时的原始条件比较准 确 应该先设计减速器外的传动零件 如联轴器等 4 第一级齿轮传动的设计 徐州工程学院毕业设计 论文 26 1 材料的选择 应传动尺寸和批量较小 故小齿轮选择 40Cr 调质处理 硬度为 241HB 286HB 平 均值为 260HB 大齿轮用 45 钢 调质处理 硬度为 229HB 286GB 平均取为 240HB 2 轮传动的计算 转矩 式 8 mN n P T m d K85 218 960 22 95509550 1 齿宽系数由机械手册查表得 d 0 6 1 2 d 接触疲劳极限由机械手册查表得 limH Mpa H 500 lim 初步计算的许用接触应力 Mpa HH 4509 0 lim 为综合系数由机械手册查表得k5 2 k 3 初步计算小齿轮分度圆直径 式 4 9 mmd u uKT d H d 71 102 7 17 4508 0 85 2185 2 719 1 719 1 3 2 3 lim 2 1 1 取 1 105dmm 初步取齿宽 圆整为 11 0 8 10584 d bdmm 185b 4 校核计算 a 确定中心距 式 4 10 1 11 105 11 5315 22 d aimm b 圆周速度 式 4 11 1 1 2 105 960 5 28 60 100060 1000 d n vm s c 计算齿数和模数和螺旋角 21 zz 1 m 1 1 初选 020 11 z 则 211 5 2520105ziz 模数 则取标准模数 11 1 12 2cos2 315 cos 0 4 9 20105 a m zz 5 1 m 则 11 12 1 2cos2 315 cos 0 124 1 5 a zz m 取124 21 ZZ 徐州工程学院毕业设计 论文 27 所以 12 1 1 124 19 54 115 25 zz z i 取 则 取 105 1 20z 2z 齿数比与的要求相比误差率 0 25 5 20 105 1 2 z z 1 5 25i 可用 10520 21 zz 2 螺旋角的计算 式 4 12 11 112 1 1 5 20 105 coscos10 2 22 315 m zz a d 齿轮的传动的载荷计算 1 工作载荷 式 4 13 N d T Ft3501 6 101 17786922 1 1 1 式 4 14 1 21 1 cos 11 2 388 1 zz a 66 12 10cos 104 1 20 1 2 388 1 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取 H K 式 4 15 2 3 1 1 10 H b KABCb d 23 1 170 16 0 840 61 10851 356 载荷系数 HHVA KKKKK 1 91 2 356 11 13 15 1 重合度系 1 11 0 60 1 66 Z 螺旋角系数 11 coscos10 20 99z 弹性系数由机械设计手册查得 E ZMpaZE 8 189 节点区域系数由机械设计手册查得 H Z2 45 H Z 徐州工程学院毕业设计 论文 28 接触最小安全系数由机械设计手册查得 limH S lim 1 05 H S 接触寿命系数由机械设计手册查得 N Z6 1 N Z 许用接触应力计算 H 式 4 16 lim lim 500 1 6 761 9 1 05 HN H H Z Mpa S 验算 式 4 17 2 1 1tc HHE Fu ZZZ d bu 2 5 12 5 85105 3501 99 060 08 18945 2 H HH Mpa 9 188 计算结果表明 接触疲劳强度比较合适 无须调整 根据 Y 为齿根圆到配合轴的距离 n mY5 2 2 mm d d f 375 20 22 Y 因 Y 2 2 5m 所以 1 轴可以设计成齿轮轴 第二级齿轮传动的设计 由建筑卷扬机设计中查表得 mmammamm a765450315 21 1 确定中心距 2 450amm 2 选定模数和齿数和螺旋角 2 m 43 zz 2 初选 3 20z 2 10 则 取 432 20 6 3126zzi 4 126z 模数 式 4 18 22 2 34 2cos2 450 cos10 6 07 20 126 a m zz 则取标准模数 2 6m 则 22 34 2 2cos2 450 cos10 147 7 6 a zz m 取 34 148zz 所以34 3 2 148 20 1 11 6 3 zz z i 徐州工程学院毕业设计 论文 29 取 则20 3 z 4 14821127z 齿数比 4 3 127 6 35 20 z z 与的要求相比误差率为 0 7 所以可用 2 6 3i 34 21127zz 3 螺旋角的设计 式 4 19 11 234 2 6 21 127 2coscos9 37 22 450 m zz a 4 工作载荷 2 2 3 22 824522 13742 03 120 t T FN d 式 4 20 22 34 11 1 883 2cos a zz 11 1 883 2cos9 361 705 21127 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取 H K 式 4 21 3 3 2 3 3 2 10bC d b BAKH 23 1 170 16 1 210 61 1075 1 45 载荷系数 式 4 22 2 HHVA KKKKK 1 5 1 2 1 29 1 63 72 重合度系 2 2 44 1 70 0 78 33 a z 螺旋角系数 22 coscos8 60 99z 弹性系数由机械设计手册查得 E Z189 8 E ZMpa 节点区域系数由机械设计手册查得 H Z2 5 H Z 接触最小安全系数由机械设计手册查得 limH S lim 1 05 H S 接触寿命系数由机械设计手册查得 N Z1 18 N Z 徐州工程学院毕业设计 论文 30 许用接触应力计算 H 式 4 23 lim lim 400 1 18 449 5 1 05 HN H H Z Mpa S 验算 式 4 24 2 2 33 21 HHE KTu ZZZ d bu 2 2 2 82 118428 4 43 1 2 5 189 8 0 78 148 71904 43 H 147 57 HH Mpa 计算结果表明 接触疲劳强度比较合适 无须调整 表 4 3 各齿轮主要参数 名称符号单位 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 螺旋角 度10 2 10 2 9 37 9 37 法向模数 n mmm5566 法向压力角 n 度20 20 20 20 分度圆直径dmm95515125750 齿数z个2010520127 齿宽 bmm80857598 4 5 3 齿轮轴的校核 在二级齿轮减速器传动中 中间轴所受的力较复杂 因此对中间轴进行校核 如能满足要 求 减速器中的轴均能满足要求 减速器的轴采用 45 钢 调质处理 由机械手册查表得 650 B Mpa 360 S Mpa 1 300Mpa 0 650 b Mpa 已知中间轴的 输出功率为 19 28Kw 转速为 166 96r min 根据轴径估算公式 得 3 P dC n A 徐州工程学院毕业设计 论文 31 3 19 28 11254 5 166 96 dmm a 作用力的计算 式 4 25 666 17 34 9 55 109 55 100 82 10 200 84 p TN mm n 齿轮的圆周力 2 Z 6 2 2 220 82 10 3094 3 530 t T FN d 齿轮的径向力 2 Z 2 2 tan20 1144 3 cos10 2 t r F FN 齿轮的轴向力 2 Z 22 tan10 2556 75 xt FFN 齿轮的圆周力 3 Z 6 3 3 22 0 82 10 13666 7 120 t T FN d 齿轮的径向力 3 Z 3 3 tan20 5041 4 cos9 36 t r F FN 齿轮的轴向力 3 Z 33 tan9 362252 7 xt FFN 水平面支承反力及弯矩 见图 4 2 徐州工程学院毕业设计 论文 32 扭矩 合成弯 矩 平面 当量弯 矩 图 4 2 2 轴的受力简图 1144 3 51556 75282252 7605041 4 126 182182 304 Cy R N 5041 4 562252 728556 75 601144 3 131 182182 4095 4 dy R N 弯矩见图 3045115504 AY MN mm 4095 4 126516020 4 BY MN mm 徐州工程学院毕业设计 论文 33 1144 35158359 3 CY MN mm 装置 减速器由于结构紧凑 效率教高 5041 4 126635216 4 DY MN mm 传递运动正确可靠 使用维修简单 并可成批生产 b 垂直面支承反力及弯矩 见图 4 2 支反力 23 51126 10328 6 182 tt CH FF RN 32 56131 6056 7 182 tt DH FF RN 弯矩计算 51 10328 6526758 6 AH MN mm 566056 7339175 2 BH MN mm c 合成弯矩 见图 4 2 226526986 7 A MN mm 22 516020 4526758 6737395 2 B MN mm 22 58359 36056 758672 7 C MN mm mmNM D 3 6352457 60564 635216 22 d 应力校核系数 式 4 26 1 0 300 0 46 650 b e 当量转矩 式 4 27 6 0 46 0 82 10377200 TN mm f 当量弯矩 在大齿轮轴劲中间截面处 2222 1 737395 2377200 828270 2 MMT Nmm 在右轴劲中间截面处 徐州工程学院毕业设计 论文 34 2222 2 635245 3377200 738793 9 MMT Nmm g 校核轴颈 1 3 3 1 1 828270 2 23 4 0 1650 0 1 M d mm804 37 2 3 3 2 1 738793 9 22 5 0 1650 0 1 M d mm120 2 67 经校核较合适无需调整 4 5 4 滚动轴承的选择计算 建筑卷扬机所用的各类减速器大量使用滚动轴承 滚动轴承是一种标准件设计者应 按照国家标准规定的方法 根据具体情况正确地选用 选取轴承代号 6010 深沟球轴承 中间轴 基本额定动载荷为 22Kn 滚动轴承疲劳寿命的基本计算公式为 式 4 28 P C L10 式中 为转速表示的基本额定寿命 10 L 6 10 r 寿命系数 球轴承 滚子轴承 3 10 3 当量动载荷 N 对于向心轴承用 径向当量动负荷 表示 对于P r P 推力轴承用 轴向当量动负荷 表示 a P 基本额定动负荷 N 对于向心轴承用 径向基本额定动负荷 C r C 表示 对于推力轴承用 轴向基本额定动负荷 表示 a C 22KN r C 由上述可知左端受力 1144 3 556 75N crCa FN F 右端受力 由 式 4 29 5410 4 2252 7N DrDa FN F Ra PX FY F AA 查建筑卷扬机设计手册得 X 0 56 Y 1 左端1144 3 0 56556 75 11197 558PN 右端NP524 528217 225256 04 5410 所以左端轴承疲劳寿命 3 3 6 10 22 10 6199 8 10 1197 558 Lr 徐州工程学院毕业设计 论文 35 右端轴承疲劳寿命 3 3 6 10 22 10 72 23 10 5282 524 Lr 徐州工程学院毕业设计 论文 36 标准件表标准件表 名称数量国标备注 销2GB117 86 A1235 键1GB1096 79 1870 轴套1GB ZQ4613 86CuA19FeNi4Mn2 轴承2GB T276 936012 键1GB1096 79 10100 轴承2GB T276 936010 螺钉1GB5780 86 M835 调整垫片3 组GB95 8508F 键1GB1096 79 1456 键1GB1096 79 14100 螺栓4GB5780 86 M3250 弹簧垫圈1GB93 8765Mn 螺栓8GB5780 86 M12120 弹簧垫圈8GB93 8765Mn 螺母8GB6170 86M12 螺钉36GB5781 86 M835 螺钉6GB65 85 M612 徐州工程学院毕业设计 论文 37 第 5 章 其他零件的设计 为了确保