机械设计课程设计-垂直升降货梯动力系统设计.doc

机械设计课程设计计算说明书垂直升降货梯动力系统设计学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级： 10机械4姓名： 学号：20102412342*指导老师：张建目录一、 前言.3二、 设计任务书.4三、 传动方案的分析和拟定.5四、 电动机的选择.6五、 传动装置运动和动力参数计算.8六、 带传动设计计算.10七、 传动零件设计计算.12八、 轴的设计计算.19九、 减速器箱体的设计.30十、 减速器的润滑方式密封类型的选择.30十一、 设计总结.31一、前言以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。按速度可分低速电梯（1米/秒以下）、快速电梯(12米/秒)和高速电梯(2米/秒以上)。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的伊莱莎.格雷夫斯.奥的斯研制出带有安全制动装置的升降机。本次设计的电梯主要是为家庭使用的货梯，具有载重量小，速度慢的特点。系统布置总图如下：三、 传动装置总体设计方案：1、 组成：传动装置由电动机、减速器、工作机组成。2、 特点：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。3、 确定传动方案：考虑到电动机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级，其传动方案如下： 图1-1 传动装置总体设计图（轴上的卷筒为电梯的曳引轮）选择V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器。钢丝绳直径的选择钢丝绳的允许拉力，按下列公式计算：式中 钢丝绳的允许拉力（kN）； Fg钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）； a换算系数K钢丝绳的安全系选用619的钢丝绳，则式中的Fg=9.8kN，查表得a=0.85；K=56，取6，所以，查机械设计手册，选择直径为12mm的钢丝绳卷筒直径计算 卷筒直径一般为钢丝绳直径的40倍以上，所以卷筒直径D=40d=4012mm=480mm，选用500mm的卷筒。四、 电动机的选择1、选择电动机类型按工作要求和条件，选用Y型三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V。2、选择电动机容量电动机所需工作功率按式kw （1） kw （2） 因此 kw由电动机至卷筒的传动总效率为 式中取=0.97，=0.99（滚动轴承）；=0.98；=0.99（齿轮联轴器）；=0.96，则=0.970.9940.9820.990.96=0.85 3、确定电动机转速 卷筒轴工作转速为按推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比,二级圆柱齿轮减速器传动比，则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为符合这一范围的同步转速有750、1000和1500。查相关手册后，选定电动机型号为Y160L-4，15kw，1500电动机主要外形和安装尺寸列于下表：中心高H外形尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸 AB地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FG 160650432.5385 254254 1542110 12374、确定传动装置的总传动比和分配传动比1、 总传动比2、 分配传动装置传动比由式式中0、分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取0=2.9，则减速器传动比为：5、分配减速器的各级传动比按展开式布置，考虑润滑条件，可由图查得=4.3，则2=/1=13.54/4.3=3.15。五、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速2、各轴输入功率：kWkWkWkW 各轴的输出功率：kWkWkWkW 各轴输入转矩： 各轴输出转矩： 运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率/kW转矩/Nm转速n/rmin-1传动比效率输入输出输入输出电动机轴11.5371.9315002.90.97轴11.1810.96206.42202.29517.244.30.98轴10.8510.63861.40843.88120.293.150.98轴10.5310.322633.192580.5338.191.000.96卷筒轴10.3210.112580.682529.0738.19六、 设计V带和带轮1、确定计算功率由表8-7查得工作情况系数=1.2，故2、选择V带的带型根据、nm由图8-11选用B型。 3、确定带轮的基准直径dd1并验算带速1）确定带轮的基准直径dd1.由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=160mm。2）验算带速。按公式（8-13）验算带的速度满足，故带速合适。3）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径根据表8-8，圆整为=500mm。确定V带的中心距a和基准长度Ld 1） 根据式（8-20），初定中心距a0=500mm.2） 由式（8-22）计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度=2240mm。3） 按式（8-23）计算实际中心距a。中心距的变化范围为539.14639.94mm。验算小带轮上的包角1计算带的根数z由dd1=160mm和n1=1500r/min，查表8-4a得P0=3.62kW。根据n1=1500r/min，=2.9和B型带，查表8-4b得P0=0.46kW。查表8-5得，表8-2得，于是=取5根。计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min由表8-3得B型带的单位长度质量q=0.18kg/m，所以应使带的实际初拉力F0（F0）min。计算压轴力Fp压轴力的最小值为七、 齿轮的设计l 高速轴齿轮的设计1.选材，精度等级及齿数 1）升降机为一般工作机器，速度不高，故精度等级选7级精度。2）由课本表10-1可得：选小齿轮：40Cr，调质处理，；选大齿轮：45钢，调质处理，,二者材料硬度差为40HBS。3）选择小齿轮的齿数，大齿轮齿数，取4）选取螺旋角。螺旋角范围820,初选螺旋角=152、按齿面接触强度设计（1）确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 转矩=3） 由图10-30，选取区域系数=2.425由图10-26得，则4） 查有文献1表10-7选取齿宽系数5） 由文献1表10-6可得材料的弹性影响系数6） 由文献1图10-21d小齿轮的接触疲劳强度极限；大 齿轮的接触疲劳强度极限。7） 计算应力循环次数。 8） 由图10-19，根据N，取接触疲劳寿命系数。 9） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 （2） 计算1）试计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得 2）计算圆周速度。 3） 计算齿宽b及模数 4) 计算纵向重合度 5） 计算载荷系数K使用系数根据v=1.87m/s，7级精度,由图10-8可得动载系数由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，查图10-13得由表10-3查得故载荷系数:6） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式 （10-10a）得7）计算模数3.按齿根弯曲强度计算 由式（10-17） 确定公式内各计算数值1）计算载荷系数K2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数3）计算当量齿数 4）查询齿形系数。由表10-5查得 ；5）查取应力校正系数。由表10-5查得 ；6）由图10-20c查得弯曲疲劳强度极限：小齿轮 大齿轮由图10-18得弯曲疲劳寿命系数: 7）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数8）计算大小齿轮的 ，并加以比较 故，大齿轮的数值大。（2） 设计计算 对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取，此时能满足齿根弯疲劳强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 ，算出满足条件的齿数 取，则。4、几何尺寸计算（1） 计算中心距 将中心距调整为（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数，等不必修正。（3） 计算大，小齿轮的分度圆直径（4） 计算齿轮宽度 圆整后取（5）结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故选用腹板式结构的齿轮。l 低速轴齿轮的设计1、选材，精度等级及齿数 （1） 材料1）选小齿轮：40Cr，调质处理， 选大齿轮：45钢，调质处理，2） 精度等级选7级精度,齿根喷丸强化3） 选择小齿轮的齿数，大齿轮齿数，取初选螺旋角=152、按齿面接触强度设计（1）确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数=1.62） 转矩 3） 选取区域系数=2.425 ，查图10-26得，4） 选取齿宽系数材料的弹性影响系数5） 小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6） 计算应力循环次数。 7） 由图10-19 取接触疲劳寿命系数8） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，有文献1式（10-12）得 ； （2） 计算试计算小齿轮分度圆直径， 2) 计算圆周速度。 计算齿宽b及模数 mm 4) 计算纵向重合度 5） 计算载荷系数K使用系数=1,根据,7级精度,由图10-8可得动载系数由表10-4得 由图10-13得由表10-3查得故载荷系数:6） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a） 得7）计算模数m3.按齿根弯曲强度计算 由（10-17） 确定公式内各计算数值1）计算载荷系数K2）根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数3）计算当量齿数 4）查询齿形系数。由表10-5查得 ；5）查取应力校正系数。由表10-5查得 ；6）由图10-20c查得弯曲疲劳强度极限：小齿轮 大齿轮由图10-18得弯曲疲劳寿命系数: 7）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数8）计算大小齿轮的 ，并加以比较 故，大齿轮的数值大。（2） 设计计算对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取，此时能满足齿根弯疲劳强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径 ，算出满足条件的齿数 取 则,取4、几何尺寸计算（1） 计算中心距计算中心距 将中心距调整为（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故参数，等不必修正。（3） 计算大，小齿轮的分度圆直径 （4） 计算齿轮宽度 圆整后取（5）结构设计以大齿轮为例，因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故选用腹板式结构的齿轮。八、滚动轴承和传动轴的设计A 轴的设计1. 已知传动功率，转速，传动力矩2. 求作用在齿轮上的力。已知齿轮直径d72.6mm，则3. 初步确定最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，查课本P370表153，取，则4. 轴的结构设计（1） 根据轴上零件的装配方案，设定轴的结构如图所示。 （2） 根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度1） 因为高速轴第一段轴径装大带轮，又d，因为装小带轮的电动机轴径d1=42mm，所以取大带轮孔径d=45mm则，查课本P160图814，经验公式，取2） 大带轮靠轴肩定位，所以，为了避免大带轮与机箱碰撞而轴承端盖总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与带轮右端面间的距离为l=30mm取。3） 3段装轴承，因为轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥棍子轴承，选取轴承型号32011。其尺寸为、B=21、21、d 故，取段为过渡段 。 4） 右端轴承采用套筒为齿轮定位， 5） 6段装齿轮，此时齿宽为80mm。，段为齿轮的轴肩定位，轴肩高度h0.07d，取h=6mm，。6）确定轴上的圆角和倒角。轴的左端倒角取，其他的为2.045（3） 求轴上的载荷。取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm，齿轮间的距离c=20mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，已知滚动轴承宽度T=22.75mm，小齿轮宽度B3=130mm，则因此，作为简支梁的轴支承跨距，,。求作用在齿轮上的力，其中。由此前已知，带轮上的压轴力1) 求水平方向上的支承反力 水平面内的弯矩2) 求垂直面内的支承反力 垂直面内的弯矩3) 总弯矩图。 （4）校核轴的强度。进行校核时，只校核危险截面，由弯矩图可知，危险截面位于总弯矩最大截面处。查课本P373，取。抗弯截面系数许用弯曲应力该轴是安全的，满足使用要求。3 键的设计与校核根据 1段轴颈选用A型圆头普通平键，尺寸；轴和键的材料都是钢，查课本P106表62，取。键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度，根据课本P106式61，可见，键是安全的。B 轴的设计1. 已知传动功率，转速，传动转矩2. 求作用在齿轮上的力。已知大小齿轮上的分度圆直径则3. 初步确定最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，查课本P370表153，取Ao120，则4. 轴的结构设计（1） 装配方案如图所示 （2） 根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度1） 1、5段装轴承，因为轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选单列圆锥棍子轴承，选取30211。其尺寸为、B=21、a21、d，故，2） 取安装齿轮处的轴段齿轮， 64mm，两齿轮均一套筒定位，两齿轮的宽度，此段轴长应略小于齿宽，取，L，轴承距箱体内壁一段距离s，取s=8mm，两个齿轮间距离c=20mm取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm， 齿轮另一端采用轴肩定位，取。确定圆角和倒角。所有的圆角均为求轴上的载荷根据以上设计，画轴的计算简图。则简支梁的轴支承跨距得水平面支反力：垂直面支反力：弯矩M：总弯矩：求危险截面的当量弯矩可见，总弯矩的为危险截面，扭转应力为脉动循环应力，取抗弯截面系数的许用弯曲应力该轴是安全的，满足使用要求。3 键的设计与校核根据 2段轴颈选用A型圆头普通平键，尺寸；查课本， 取，键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度，根据课本P106式61，4段轴颈选用A型圆头普通平键，尺寸；查课本， 取，键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度，根据课本P106式61，可见，键是安全的。C 轴的设计1. 已知传递功率，转速，传递转矩。2. 求作用在大齿轮上的力。已知齿轮分度圆直径，则，3. 确定最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理，。4. 轴的结构设计（1） 装配方案如图 （2） 根据轴向定位要求确定各段轴径及长度 轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，为了使所选用的轴的直径联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表选取KA=2.3，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查零件手册后，选用HL7型鼓形齿式联轴器，其公称转矩为6300Nm。半联轴器的孔径d1=80mm，故取，半联轴器长度L=172mm，所以取。则，左端用轴端档圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=100mm。轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与联轴器右端面间的距离为l=30mm，故取=50mm。 3段装配轴承，由上述计算，选取30318轴承，其尺寸为 ，B43mm，a=37.5mm取，。4段为过渡段，取。5段为定位齿轮的轴肩，6段装齿轮，齿轮的齿宽取。取轴肩高度h=6mm，因此，轴环宽度，取。由于齿轮距箱体内壁之距离a=16mm，齿轮间的距离c=20mm，轴承距箱体内壁额距离s，取s=8mm，已知大齿轮宽度B2=75mm，大小齿轮之间的宽度差为5mm则轴端倒角，查课本P365，取其余圆角为。（3） 求轴上的载荷 根据作用在4齿轮上的力1） 水平面支反力：2）垂直面支反力：弯矩M：总弯矩：（4）危险截面的校核可知，总弯矩截面为危险截面，扭转应力为脉动循环应力，取抗弯截面系数45号钢的