【JX338】准平行环面蜗杆提升机设计[KT+RW]【3A0】
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【JX338】准平行环面蜗杆提升机设计[KT+RW]【3A0】,jx338,平行,蜗杆,提升,晋升,设计,kt,rw,a0
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毕业设计（论文）任务书 学生姓名 院系 机电工程 学院 专业、班级 指导教师姓名 孟兆生 职称 教授 从事 专业 机械 工程 是否外聘 是否 题目名称 基于 准平行环面蜗杆 的 舞台灯具 架 提升机 装置设计 一、设计（论文）目的、意义 基于 准平行环面蜗杆 的 舞台灯具 架 提升机是 在 舞台 广泛应用的一种 提升 设备， 国内外在 舞台灯光的升降调节中 都广泛地采用这种设备，为了提高提升机的使用效果 国内外均对发展其相关技术 予以 重视。 目前，在 环面蜗轮蜗杆减速器 的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设 计制造 环面蜗轮蜗杆减速器 过程中存在着很大程度上的缺点， 因此，我们研究和设计 准平行环面蜗杆提升机 具有 很大 使用价值和现实意义，这样我们也可以为该方面的研究与设计积累经验，为缩短与国外先进国家的差距做努力。 通过设计能够掌握设计计算的基本原理和方法 ,提高设计计算的能力，加深领会计算的基本理论和深化所学的理论知识，树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据。 通过业设计，能把先修的基础和专业基础课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地应用，并 能熟练应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家 标准和部颁标准，为以后成为优秀的工程技术人员打下良好的基础。 二、设计（论文）内容、技术要求 （一）内容 进行总体设计、结构设计、 环面蜗轮蜗杆减速器 设计、 滚筒 设计，以及润滑方式和支撑方式的选取 。 （二）技术要求 1. 环面蜗轮蜗杆减速器 的设计，要求掌握减速机的基本工作原理，工艺特点。且要注意效率性和经济性。 置 能够 对一定质量的重物提起或落下。提升线速度约为 8 10m/升灯具质量约为 500用一级变速；电动机转速约为 910 1000r/ 发卡， 运转灵活，制动器动作时，应灵活，且油路合理，无泄露现象发生。 括国内国外的，了解该研究内容的最新动态和发展方向，并将其运用到毕业设计中。 三、设计（论文）完成后应提交的成果 （一）说明部分 1 设计计算说明书 字数： 字 以上 ； 2 毕业设计说明书的撰写要符合学院的毕业论文及设计说明书撰写规范（试行）的要求。 （二）图纸部分 1 总装图 图纸一张； 2 减速器装配图 图纸一张； 3 零件图图纸若干张 ，相当于 图纸 。 四、设计（论文） 进度安排 3 月 17 日 3 月 20 日 ：分配任务书 ； 3 月 21 日 3 月 31 日 ：查阅资料及相应知识准备 ，书写开题报告 ； 4 月 1 日 4 月 30 日 ：结构设计方案的确立以及各部件的设计计算； 5 月 1 日 5 月 31 日 ：根据方案进行结构设计、零部件设计和画 面图设计； 6 月 1 日 6 月 16 日 ：改进结构设计，完善结构，整理设计说明书； 6 月 17 日 6 月 20 日 ：完成设计，提交所有文件，准备答辩 。 五、主要参考资料 1成大先 册 S2002. 2成大先 M2000. 3江耕华 册 ） S炭工业出版社， 1982. 4俞新陆 M机械工业出版社 ,1982. 5齿轮手册 S机械工业出版社 , 2002. 6刘品 ,徐晓希 M2004. 7王三民 ,诸文俊 理与 设计 M械 工业 出版社 ， 2004. 8张桂香 M六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计开题报告 设 计 题 目 : 基于准平行环面蜗杆的舞台灯具架提升 机装置设计 院 系 名 称 : 机电工程学院 专 业 班 级 : 机械 08 学 生 姓 名 : 邹邦柱 导 师 姓 名 : 孟兆生 开 题 时 间 : 2012 年 月 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 1 研究的目的和意义 基于准平行环面蜗杆的舞台灯具架提升机是在舞台广泛应用的一种提升设备，国内外在舞台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备，为了提高提升机的使用效果国内外均对发展其相关技术予以重视。目前，在环面蜗轮蜗杆减速器的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造环面蜗轮蜗杆减速器过程中存在很大程度上的缺点， 国外提升机设计比较先进的国家如瑞典、德国、法国等，他们的提升机总体十分完美，安全保护系统完善，但价格昂贵。 我国所用的提升机不少为五 、 六十年代 的 仿 原 苏 联的 产品 ， 使用年限过长 ， 存在的问题较多 ，其安全性存在较大隐患。为确保灯光 的安全 升降调节，减轻劳动强度，提高生产效率， 因此，我们研究和设计准平行环面蜗杆提升机具有很大的使用价值和现实意义，这样我们也可以为该方面的研究与设计积累经验，为缩短与国外先进国家的差距做努力。 通过设计能过掌握设计计算的基本原理和方法，提高设计计算的能力，加深领会计算的基本理论和深化所学的理论知识，树立正确的设计思想，为以后在工作中遇到相关问题提供解决依据。通过毕业设计，能把先修的基础和专 业基础课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地应用，并能熟练应用有关参考资料、计算图标、手册；熟悉有关国家标准和部颁标准，为以后成为优秀的工程技术人员打下良好的基础。 2 文献综述 提升机的作用是将一定的质量的重物以一定的速度提起或落下，在提升过程中必须保证安全性。近年来广泛应用于各个生产部门中，在国民经济中占有较重要的地位。它可以完成靠人力无法完成的物料吊装工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率，在工厂，矿上，建筑工地，仓库，舞台等多个领域和部门中得到了广泛的应用。随着生产规模日益扩大，特别 是现代化，专业化生产的要求，各种专门用途的提升机相续产生，在许多重要的部门中，应用极为广泛，它的发展对国民经济起着积极的促进作用。 升机的发展历史 提升机具有输送量大 ， 提升高度高 ， 运行平稳可靠 ， 寿命长显著优点 ， 在工业生产中被大量使用 。 提升机的种类虽多 ， 但是工作原理却比较相似 ， 多数都是以动力驱动牵引装置 ， 功率较大、提升能力较强的大型机械设备 。 随着工业的发 展 ,输送机产品也得到了逐步的完善输送机 。 中国古代的高转筒车和提水的翻车 ，是现代提升机和刮板输送机的雏形 。 1880年德国一家公司开发出由蒸汽驱动的 带式输送 ， 之后英国人和德国人又推出了惯性输送机 。 1887年美国人制造出了 螺旋输送机。 若从输送机原理的应用上来讲 ， 一般都是以链条等作牵引 ， 以人力、水力等力量驱动 。 进入二十世纪以后各种结构的输送机相继出现 。 1905年瑞士人生产出了钢斗式提升机 ， 美国人鲁宾斯在 18年经申请成为了提升机的发明人 ， 现已成为工业生产中不可或缺的一部分 。 国外提升机技术的发展很快 ， 其主要表现在以下几个个方面 。 一方面是式提升机的功能多元化、应用范围扩大化 ； 另一方面是提升机本身的技术与装备有了巨大的发展 ， 尤其 是高距离、大运量、高提升速等大型提升机已成为发展的主要方向 ， 其核心技术是开发应用了提升机动态分析与监控技术 ， 提高了式提升机的运行性能和可靠性 。 目前 ， 我国生产制造的提升机的品种、类型较多 。 主要特点 ： 采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密集型布置 。 在物料提升时几乎无回料和挖料现象 ， 因此无效功率少 .。 2 这类提升机对物整机运行的可靠性 ， 无故障时间超过 2万小时 。提升高度高 。 提升机运行平稳 ， 因此可达到较高的提升高度 。 料的种类、特性要求少 ， 不但能提升一般粉状、小颗 粒状物料 ， 而且可提升磨琢性较大的物料 。 密封性好 ， 环境污染少 。 先进的设计原理和加工方法 。 提升机的喂料采取流入式 ， 无需用斗挖料 ， 材料之间很少发生挤压和碰撞现象 。 本机在设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落 ， 减少了机械磨损 。 但与国外一些先进技术还存在不小的差距 。 评价提升机产品性能高低的指标主要有以下这些 ： 运输高度、提升速、输送量、驱动总功率 。 随着提升机的不断发展 ， 为了适应高产高效集约化生产的需要 ， 提升机的输送能力要加大 。 高效节能、高提升速、 加 大提升量是今后发展的必然趋势 ， 也是高产高效谷物提升机的发展方向 。 在今后的 5年内 ， 提升机提升量要提高到 1200m/h， 对于可伸缩提升机输送高要达到 100m。 本次毕业设计的主要任务是设计舞台上用于提升灯具的小型提升机， 国内外在舞台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备，为了提高提升机的使用效果，国内外均对其发展技术予以重视。 小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构，多采用齿轮传动，齿轮传动分为圆柱齿轮，圆锥齿轮和蜗杆传动。圆柱齿轮传动具有传动速度和功率范围大，传动效率高， 对中心距的敏感性小，装配和维修简单；可以进行变位切削及各种修行、修缘，以适应提高传动质量的要求；易于进行精确加工等特点。但它不具有自锁性。圆锥齿轮传动具有轴向力小，制造容易，成本低等优点，但其承载能力低，噪声大，多用于低速、轻载而稳定的传动。蜗杆传动用于交错轴间传递运动及动力。它的主要优点是：传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁。根据设计要求采用蜗杆传动。目前，蜗杆传动中应用最为广泛的是平面 二次 包络环面蜗杆，它是用平面盘状铣刀或平面砂轮在专用机床上按包络原理加工蜗杆的螺旋面，以此螺旋面作为母面， 按包络原理加工出蜗轮齿面，用此蜗轮与上述蜗杆组成的传动。这种蜗杆齿面可淬硬磨削，可保证传动的精度和提高传动的性能。这种传动都是多齿啮合和双接触线接触，形成油膜条件好，当量曲率半径达，因而承载能力大，效率很高，可达97%。 小型提升机结构简单，安全可靠。各种不同型号的提升机，虽经长期实践不断改进，但其工作原理和结构大同小 异 ，而其工作性能的好坏却相差较大。小型提升机的技术性能主要取决于减速器的性能，电动机的选择和滚筒的选择。 减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，也是舞台灯具提升机的主体部 分。减速器在现代机械中应用极为广泛。 70 到 80 年代，世界减速器技术有了很大发展。 速器体现以下发展趋势 性能。 本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 型设计多。摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 进减速器水平提高的主要因素有 大型磨齿技术、渗碳淬火工艺、齿轮强度计算方法、修形技术、变形及三、优化设计方法、齿根强化及其元化过渡、新结构等。遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平高。 。 轮减速器的特点 齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速率可达 200m/s。 齿轮传动的特点主要有： 1. 效率高 在常用 的机械传动中，以齿轮传动效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99。 2. 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般比较小。 3. 工作可靠，寿命长 设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作可靠，寿命可长达一，二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。 4. 传动比稳定 传动比稳定是对传动性能的基本要求。齿轮传动能广泛应用，也是因为具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 杆减速器的特点 蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为 90 度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。 1. 当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比 I=5在分度机构或手动机构中，传动比可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。 2. 在杆蜗传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小， 传动平稳，噪声低。 3. 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。4. 蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此磨损较大，效率低；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为 右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对 组合成减磨性良好的滑动摩擦剂。 根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动可以分成三大类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。 蜗杆分度曲面是圆环内表面的一部分，蜗杆轴线平面内理论齿廓为直线的蜗杆传动称为直廓环面蜗杆传动，俗称 “ 球面蜗轮传动 ” 。它始于 1921 年的美国造船业，其代表产品是美国 50 年代起在我国得到推广应用。与普通圆柱蜗杆传动相比，这种蜗杆同时包容齿数多，双线接触线形成油膜条件好，两齿面接触线诱导法曲率半径大。因此，承载能力是相同中心矩普通蜗杆的 倍（小值适应于小中心矩，大值适应于大中心矩）。在传递同样功率时，中心矩可缩小 20% 40%。由于性能优良，美国、日本、俄罗斯等国都将这种传动作为动力 传动中的主要形式之一广泛使用。美国生产产品系列中心矩为 15 1320 ； 速比为 5 343000；最高传动效率可达 97%。我国经过 40 年的研究和发展，目前这种蜗杆的生产品种也十分可观，最大中心矩可达到 1200 ； 最少齿数比为 5；蜗杆头数达 6；最高传动效率可达 94%。这种蜗杆传动分为 “ 原始型 ” 和“ 修整型 ” 两种。 “ 原始型 ” 直廓环面蜗杆的螺旋齿面的形成为：一条与成形圆相切、位于蜗杆轴线平面内的直线，在绕成形圆的圆心作等角速的旋转运动的同时，又与成形圆一起围绕蜗杆的轴线作等角速的旋转运动，这条直线在空间形成的轨迹曲面 ，就是直廓环面蜗杆的齿面。由于蜗杆齿面的发生线是直线刀刃，蜗杆螺旋面是直线刀刃形成的不可展直纹面而不是由包络产生的，难以实现磨削，这种蜗杆制造钢筋工艺比较复杂，不易获得高精度的传动，这是直廓环面蜗杆传动的主要缺点。 “ 修整型 ” 直廓环面蜗杆螺旋面的形成，基本上与 “ 原始型 ” 相同，不同之处在于加工时根据设计要求的修形曲线，将加工参数加以改变。一般常用的有：变位异速修形和变速比修形两种工艺方法。变位异速修形方法就是在加工蜗杆时，刀具位置及固定传动比不同于蜗杆副工作时的位置及速比。变速比修形方法则是加工时瞬时传动比按一 定规律变化。用修形加工方法加工的蜗杆与由修形滚刀加工成的蜗轮组成 “ 修整型 ” 直廓环面蜗杆传动，消除了蜗轮齿面中部棱线接触，不仅改善了装配条件，减少了误差敏感性，更重要的是：与 “ 原始型 ” 蜗杆传动比较，接触区扩大，形成油膜条件好，包容齿数间载荷有平均作用，因而其承载能力、啮合性能和传动效率均较 “ 原始型 ” 高。 3 基本内容、拟解决的主要问题 本内容 对准平行环面蜗杆提升机 进行总体设计、结构设计、 环面蜗轮蜗杆减速器 设计、滚筒设计 ， 以及润滑方式和支承方式的选取。 解决的主要问题 要求掌握减速器的基本工作原理，工艺特点。且要注意效率性和经济性。 升线速度约为 8 10m/升灯具质量约为 500用一级变速；电动机转速约为 910 1000r/发卡，运转灵活，制动器动作时，应灵活，且油路合理，无泄漏现象发生。 括国内外的，了解该研究内容的最新动态和发展方向，并将其运用到毕业设计中。 4 技术路线或研究方法 1分配任务书，对设计课题进行分析，了解设计任务和设计要求。 2查阅有关资料，弄清 准平行环面蜗杆提升机 的工作原理和执行过程，拟定传动方案。 3根据拟定的运动方案进行尺寸综合，以满足根据该机械的用途、功能和工艺要求而提出执行机构的运动规律，运动位置或运动轨迹等要求。 4在机械运动设计的基础上进行动力设计，确定作用在机械系统上各构件的载荷并进行机械的功率计算和能量计算。 5依据执行机构对输入运动和动力要求，以及机械的用途、工作环境、成本、效率等条件，设计传动系统。对主要零件进行设计，绘制机械装配图和零件图。 6编制设计说明书，进行课题设计答辩。 5 进度安排 2012 年 3 月 17 日 2012 年 3 月 20 日：分配任务书： 2012 年 3 月 21 日 2012 年 3 月 31 日：查阅资料及相应知识准备，书写开题报 告； 2012 年 4 月 1 日 2012 年 4 月 30 日：结构设计方案的确立及各部件的设计计 算； 2012 年 5 月 1 日 2012 年 5 月 31 日：根据方案进行结构设计、零部件设计和 画 面 图设计： 2012 年 6 月 1 日 2012 年 6 月 16 日；改进结构设计，完善结构，整理设计说 明书； 2012 年 6 月 17 日 2012 年 6 月 20 日；完成设计，提交说有文件，准备答辩。 6 主要参考文献 1 许镇宇 J 2009（ 3） 2 张质文 ，中国机械协会工作报告 J 2010（ 11） . 3江耕华 册） S炭工业出版社， 2008 4俞新陆 M械工业出版社， 2006 5齿轮机手册 S械工业出版社， 2002 6刘品，徐小希 M2004 7王三民，诸文俊，机械原理与设计 M械工业出版社， 2004 8张桂香 M9， A 2006. 10 2009 目 录 摘 要 . . 第 1 章 绪论 . 1 文的研究目的及主要内容 . 错误 !未定义书签。 内外研究现状 . 错误 !未定义书签。 升机主要技术参数 . 错误 !未定义书签。 计条件 . 错误 !未定义书签。 计要求 . 错误 !未定义书签。 计的意义 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 减速器的作用及特点 . 错误 !未定义书签。 速器的作用 . 错误 !未定义书签。 轮减速器的特点 . 错误 !未定义书签。 杆减速器的特点 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 电动机的选择 . 7 选电动机类型和结构型式 . 错误 !未定义书签。 动机的容量 . 错误 !未定义书签。 动机的技术数据 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 减速器部件的选择计算 . 错误 !未定义书签。 杆传 动设计计算 . 错误 !未定义书签。 动装置的传动比及动力参数计算 . 错误 !未定义书签。 择蜗杆、蜗轮材料 . 错误 !未定义书签。 定蜗杆头数及蜗轮齿数 . 错误 !未定义书签。 算滚筒的速度 . 错误 !未定义书签。 定蜗杆蜗轮中心距 A . 错误 !未定义书签。 杆传动几何参数设计 . 错误 !未定义书签。 的结构设计 . 错误 !未定义书签。 杆轴的设计 . 错误 !未定义书签。 轮轴的设计 . 错误 !未定义书签。 体的结构设计 . 20 速器的附件 . 21 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 减速器各部件的校核计算 . 错误 !未定义书签。 面蜗轮蜗杆的校核计算 . 错误 !未定义书签。 的校核 . 错误 !未定义书签。 杆轴的强度校核 . 错误 !未定义书签。 轮轴的强度校核 . 错误 !未定义书签。 动轴承的选择及校核 . 错误 !未定义书签。 杆轴滚动轴承的选择及校核 . 错误 !未定义书签。 轮轴上轴承的校核 . 错误 !未定义书签。 联接的强度校核 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 减速器的润滑和密封 . 38 滑 油选择 . 错误 !未定义书签。 滑方式的选择 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 38 第 7 章 减速器的安装使用及维护 . 39 速器的安装 . 39 速器的使用和维护 . 39 速器润滑油的更换 . 39 速器检修 . 39 速器维护 . 40 章小结 . 40 第 8 章 卷筒和钢丝绳的选择 . 筒的选择 . 41 择提升机卷筒的原则是： . 41 筒的宽度 B 应能容纳以下几部分钢丝绳： . 41 升机最大静张力及最大静张力差的验算 . 41 筒端盖的选择 . 42 丝绳的选择 . 43 章小结 . 43 结论 . 44 参考文献 . 45 致谢 . 46 摘 要 这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套系统的关于环面蜗轮蜗杆减速器的设计方法。环面蜗轮蜗杆减速器是蜗轮蜗杆减速器的一种形式 在论文中，首先，对蜗轮蜗杆作了简单的介绍，接着，阐述了蜗轮蜗杆的 设计原理和理论计算。然后按照设计准则和设计理论设计了环面蜗轮蜗杆减速器。接着对减速器的部件组成进行了尺寸计算和校核。该设计代表了环面蜗轮蜗杆设计的一般过程。对其他的蜗轮蜗杆的设计工作也有一定的价值。 目前，在环面蜗轮蜗杆减速器的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造环面蜗轮蜗杆减速器过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：轮齿的根切；蜗杆毛坯的正确设计；蜗轮蜗杆的校核。 关键词： 蜗轮；蜗杆；减速器；设计；校核 of a of is of in is on on of In of it is it is of is on it is of of it is of of t we of in a of in of As be of of 本科学生毕业设计 准平行环面蜗杆提升机设计 系部名称 ： 机电工程系 专业班级 ： 机械设计制造及其自动化 08 1 学生姓名 ： 邹邦柱 指导教师 ： 孟兆生 职 称 ： 教 授 黑 龙 江 工 程 学 院 二一二年六月 s 08 012龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套系统的关于环面蜗轮蜗杆减速器的设计方法。环面蜗轮蜗杆减速器是蜗轮蜗杆减速器的一种形式 在论文中，首先，对蜗轮蜗杆作了简单的介绍，接着，阐述了蜗轮蜗杆的设计原理和理论计算。然后按照设计准则和设计理论设计了环面蜗轮蜗杆减速器。接着对减速器的部件组成进行了尺寸计算和校核。该设计代表了环面蜗轮蜗杆设计的一般过程。对其他的蜗轮蜗杆的设计工作也有一定 的价值。 目前，在环面蜗轮蜗杆减速器的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造环面蜗轮蜗杆减速器过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：轮齿的根切；蜗杆毛坯的正确设计；蜗轮蜗杆的校核。 关键词： 蜗轮；蜗杆；减速器；设计；校核 黑龙江工程学院本科生毕业设计 of a of is of in is on on of In of it is it is of is on it is of of it is of of t we of in a of in of As be of of 龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪论 文的研究目的及 意义 基于准平行环面蜗杆的舞台灯具架提升机是在舞台广泛应用的一种提升设备，国内外在舞台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备，为了提高提升机的使用效果国内外均对发展其相关技术予以重视。 目前，在提升机设计、制造以 及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国外提升机设计比较先进的国家有瑞典、德国、法国等，他们的提升机总体十分完美，安全保护系统完善，但价格昂贵。我国所用的提升机不少为五六十年代的仿苏产品 ,使用年限过长 ,存在的问题较多 ,其安全性存在较大隐患。为确保灯光的安全升降调节，减轻劳动强度，提高生产效率，我们研究和设计准平行环面蜗杆提升机具有很大的使用价值和现实意义，这样我们也可以为该方面的研究与设计积累经验，为缩短与国外先进国家的差距做努力 。 内外研究现状 国外提升机技术的发展很快 ， 其主要表现在以下 几个个方面 。 一方面是式提升机的功能多元化、应用范围扩大化 ； 另一方面是提升机本身的技术与装备有了巨大的发展 ， 尤其是高距离、大运量、高提升速等大型提升机已成为发展的主要方向 ， 其核心技术是开发应用了提升机动态分析与监控技术 ， 提高了式提升机的运行性能和可靠性 。目前 ， 我国生产制造的提升机的品种、类型较多 。 主要特点 ： 采用流入式喂料、诱导式卸料、大容量的料斗密集型布置 。 在物料提升时几乎无回料和挖料现象 ， 因此无效功率少 .。 2 这类提升机对物整机运行的可靠性 ， 无故障时间超过 2万 小时 。 提升高度高 。 提升机运行平稳 ， 因此可达到较高的提升高度 。 料的种类、特性要求少 ，不但能提升一般粉状、小颗粒状物料 ， 而且可提升磨琢性较大的物料 。 密封性好 ， 环境污染少 。 先进的设计原理和加工方法 。 提升机的喂料采取流入式 ， 无需用斗挖料 ， 材料之间很少发生挤压和碰撞现象 。 本机在设计时保证物料在喂料、卸料时少有撒落 ， 减少了机械磨损 。 但与国外一些先进技术还存在不小的差距 。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 评价提升机产品性能高低的指标主要有以下这些 ： 运输高度、提升速、输送量、驱动总功率 。 随着提升机的不断发 展 ， 为了适应高产高效集约化生产的需要 ， 提升机的输送能力要加大 。 高效节能、高提升速、 加 大提升量是今后发展的必然趋势 ， 也是高产高效谷物提升机的发展方向 。 在今后的 5年内 ， 提升机提升量要提高到 1200m/h，对于可伸缩提升机输送高要达到 100m。 本次毕业设计的主要任务是设计舞台上用于提升灯具的小型提升机， 国内外在舞台灯光的升降调节中都广泛地采用这种设备，为了提高提升机的使用效果，国内外均对其发展技术予以重视。 小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构，多采用齿轮传动，齿轮传动分为圆柱齿轮，圆锥齿轮和蜗杆 传动。圆柱齿轮传动具有传动速度和功率范围大，传动效率高，对中心距的敏感性小，装配和维修简单；可以进行变位切削及各种修行、修缘，以适应提高传动质量的要求；易于进行精确加工等特点。但它不具有自锁性。圆锥齿轮传动具有轴向力小，制造容易，成本低等优点，但其承载能力低，噪声大，多用于低速、轻载而稳定的传动。蜗杆传动用于交错轴间传递运动及动力。它的主要优点是：传动比大，工作较平稳，噪声低，结构紧凑，可以自锁。根据设计要求采用蜗杆传动。目前，蜗杆传动中应用最为广泛的是平面 二次 包络环面蜗杆，它是用平面盘状铣刀或平面砂轮在专 用机床上按包络原理加工蜗杆的螺旋面，以此螺旋面作为母面，按包络原理加工出蜗轮齿面，用此蜗轮与上述蜗杆组成的传动。这种蜗杆齿面可淬硬磨削，可保证传动的精度和提高传动的性能。这种传动都是多齿啮合和双接触线接触，形成油膜条件好，当量曲率半径达，因而承载能力大，效率很高，可达 97%。 小型提升机结构简单，安全可靠。各种不同型号的提升机，虽经长期实践不断改进，但其工作原理和结构大同小 异 ，而其工作性能的好坏却相差较大。小型提升机的技术性能主要取决于减速器的性能，电动机的选择和滚筒的选择。 减速器在原动机和工作机之 间起匹配转速和传递转矩的作用，也是舞台灯具提升机的主体部分。减速器在现代机械中应用极为广泛。 70 到 80 年代，世界减速器技术有了很大发展。 目前减速器技术有了很大发展。通用减速器体现以下发展趋势： （ 1） 高水平、高性能。 （ 2）积木式组合设计。基本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 （ 3）形式多样化、变型设计多。摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 大使用范围 1。 升机主要技术参数 计条件 1. 对一定质量的重物提起或落下。 2. 提升线速度约为 8 10m/ 3. 提升灯具质量约为 500 4. 采用一级变速。 5. 所选电动机转速约为 910 1000r/ 6. 批量条件：小批量。 7. 制造条件：一般制造条件，小型工厂生产。 8. 保险系数 ： 设计要求 1. 运转定性 （ 1）轴承有一定的润滑性。 （ 2）主要零部件不易损坏。 (3）对提升线速度有一定的要求。 （ 4）环境的机械传动平稳，支撑零件具 有足够的刚度，无明显的振动。 2. 无害性 (1) 工作时噪声低于标准规定的水平。 (2) 轴承无漏油现象。 (3) 尽量减少各种振动和冲击。 3. 技术经济性 (1) 结构简单，减轻自重，减少制造成本，系列化。 (2) 采用较高的传动系统。 4. 结构工艺性 (1) 无特殊加工的零部件。 (2) 结构易于拆装，运货。 5. 造型艺术性 (1) 外观造型新颖。 (2) 尺寸比例符合美观规律。 (3) 外观，结构，材料的选择和表面处理协调。 6. 设计规范性 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 (1) 零部件尽量采用标准件。 (2) 技术参数符 合优先数系。 要内容 对准平行环面蜗杆提升机 进行总体设计、结构设计、 环面蜗轮蜗杆减速器 设计、滚筒设计 ， 以及润滑方式和支承方式的选取。 第 2 章 减速器的作用及特点 小型提升机的主要部分是原动机和工作机之间的减速机构，通常的减速机构主要有齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器 速器的作用 减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，二者的设计、制造和使用特点各不相同。 70 80 年代，世界减速器技术有了很大发展。 通用减速器体现以下发展趋势： 1. 高水平、高性能。 2. 积木式组合设计。基本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 3. 形式多样化、变型设计多。摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 促进减速器水平提高的主要因素有： （ 1） 硬齿面技术的发展和完善，如大型磨齿技术、渗碳淬火工艺、齿轮强度计算方法、修形技术、变形及三、优化设计方法、齿根强化及其元化过渡 、新结构等。 （ 2）用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平高。 （ 3）结构设计更合理。 （ 4）加工精度提高到 。 （ 5）轴承质量和寿命提高。 （ 6）润滑油质量提高 2。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 轮减速器的特点 齿轮传动是机械传动中重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速率可达 200m/s。 齿轮传动的特点主要有： 1. 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动效率最高。如一级圆柱齿轮传动效率可达 99。 2. 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需 的空间尺寸一般比较小。 3. 工作可靠，寿命长 设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作可靠，寿命可长达一，二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。 4. 传动比稳定 传动比稳定是对传动性能的基本要求。齿轮传动能广泛应用，也是因为具有这一特点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格昂贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 杆减速器的特点 蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为 90 度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。 1. 当使用 单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比 I=5分度机构或手动机构中，传动比可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。 2. 在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。 3. 当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。 4. 蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动 速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此磨损较大，效率低；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为 右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对组合成减磨性良好的滑动摩擦剂。 根据蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动可以分成三大类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。 蜗杆分度曲面是圆环内表面的一部分，蜗杆轴线平面内理论齿廓为直线的蜗杆传动称为直廓环面蜗杆传动，俗称 “球面蜗轮传动 ”。它始于 1921 年的美国造船业，其代 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 表产品是美国 50 年代起在我国得到推广应用。与普通圆柱蜗杆传动相比，这种蜗杆同时包容齿数多，双线接触线形成油膜条件好，两齿面接触线诱导法曲率半径大。因此，承载能力是相同中心矩普通蜗杆的 3 倍（小值适应于小中心矩，大值适应于大中心矩）。在传递同样功率时，中心矩可缩小 20%由于性能优良，美国、日本、俄罗斯等国都将这种传动作为动力传动中的主要形式之一广泛使用。美国生产产品系列中心矩为 15 1320 ；速比为 5 343000；最高传动效率可达 97%。我国经过 40 年的研究和发展，目前这种蜗杆的生 产品种也十分可观，最大中心矩可达到 1200 ；最少齿数比为 5；蜗杆头数达 6；最高传动效率可达 94%。这种蜗杆传动分为 “原始型 ”和 “修整型 ”两种。 “原始型 ”直廓环面蜗杆的螺旋齿面的形成为：一条与成形圆相切、位于蜗杆轴线平面内的直线，在绕成形圆的圆心作等角速的旋转运动的同时，又与成形圆一起围绕蜗杆的轴线作等角速的旋转运动，这条直线在空间形成的轨迹曲面，就是直廓环面蜗杆的齿面。由于蜗杆齿面的发生线是直线刀刃，蜗杆螺旋面是直线刀刃形成的不可展直纹面而不是由包络产生的，难以实现磨削，这种蜗杆制造钢筋工艺比较复杂，不易 获得高精度的传动，这是直廓环面蜗杆传动的主要缺点。 “修整型 ”直廓环面蜗杆螺旋面的形成，基本上与 “原始型 ”相同，不同之处在于加工时根据设计要求的修形曲线，将加工参数加以改变。一般常用的有：变位异速修形和变速比修形两种工艺方法。变位异速修形方法就是在加工蜗杆时，刀具位置及固定传动比不同于蜗杆副工作时的位置及速比。变速比修形方法则是加工时瞬时传动比按一定规律变化。用修形加工方法加工的蜗杆与由修形滚刀加工成的蜗轮组成 “修整型 ”直廓环面蜗杆传动，消除了蜗轮齿面中部棱线接触，不仅改善了装配条件，减少了误差敏感性，更重 要的是：与 “原始型 ”蜗杆传动比较，接触区扩大，形成油膜条件好，包容齿数间载荷有平均作用，因而其承载能力、啮合性能和传动效率均较 “原始型 ”高。 准平行啮合线二次包络环面蜗杆中蜗轮滚刀是可铲背可磨削的，蜗轮齿面没有脊线，运动不会产生干涉。工装和理论相吻合。和同类蜗杆相比，它还具有以下几个特点： 1. 瞬时接触线和相对运动速度方向夹角稳定，且接近 90 度。 2. 蜗轮齿面是用铲背滚刀制造加工而成，因此蜗轮齿面接触面大、质量稳定。 3. 同时参加啮合的蜗轮齿数多，一般可达 2 2(9Z Z 为蜗杆齿数）。 4. 蜗轮齿面无脊线，传递运动时不会产生干涉。 因此这种蜗杆传动承载功率大，动压油涵稳定传动、噪声低、平衡温度低等特征。 由以上分析可以看出，虽然普通齿轮减速器具有效率高，工作可靠，寿命长，传动比稳定等优点，但是不具备设计条件中重点要求的自锁性，所以不能选用；故我选 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 择准平行啮合线环面蜗杆减速器 3。 章小结 本章主要说明了减速器的主要作用，发展趋势，分类以及特点。重点介绍了齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器。通过分析比较齿轮减速器和蜗轮蜗杆减速器的特点，使我们了解到准平行啮合线环面 蜗杆减速器具有的其它减速器所不具备的很多优点。 第 3 章 电动机的选择 根据设计要求并结合以上分析，我们在设计中采用准平行啮合线环面蜗杆减速器。 具体设计方案是：选用的电动机输出转速是 940r/凸缘联轴器将电动机轴和准平行啮合线环面蜗杆减速器的输入轴相联接，经过减速器的减速，电动机输出的转速降为 有凸缘联轴器将减速器的输出轴与滚筒轴联接，将减速器输出轴的转速传给滚筒，滚筒转动带动绕在其上面的钢丝绳旋转，由钢丝绳提起具有一定质量的灯具。设计方案如图 升机设计结构方案所 示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1 电动机 2 联轴器 3 蜗轮蜗杆减速器 4 联轴器 5 滚筒 图 升机设计结构方案 选电动机类型和结构型式 电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要根据工作机的工作特性、电源种类 (交流或直流 )、工作条件 (环境温度、空间位置等 )、载荷大小和性质 (变化性质、过载情况等 )、起动性能和起动、制动、正反转的频繁程度等条件来选择电动机的类型、结构、容量 (功率 )和转速，并在产 品目录中选出其具体型号和尺寸。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源，因为此，无特殊要求时均应选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。根据 不同防护要求，电动机有开启式、防护式、封闭自扇冷式和防爆式等不同的结构型式。 Y 系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作作可靠、价格低廉、维护方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。对于经常起 动，制动正反转的机械，如起重、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机 (笼型 )或 (绕线型 )。 电动机的容量 (功率 )选择的是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选得过小，不能保证工作机正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则电动机的价格高，能力又不能充分利用，而且由于电动机经常不满载运行，其效率和功率因数较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定 4。 由以上的选 择经验和要求，我选用：三相交流电 Y 系列笼型三相异步交流电动机。 动机的容量 1. 确定提升机所需的功率 P由滚筒圆周力 F 和滚筒速度 v, 见 公式（ 2 PW=000 （ 中 F G (N) m 提升 重量， m=450 4 5 0 9 . 8 4 4 1 0F N 9 0 /60v m s s 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 带入数据得 W 2. 确定传动装置效率 传动装置的效率由以下的要求： (1) 轴承效率均指一对轴承而言。 (2) 同类型的几对运动副或传动副都要考虑其效率，不要漏掉。 (3) 蜗杆传动的效率与蜗杆头数 关，应先初选头数后， 然后估计效率 。 此外，蜗杆传动的效率中已包括了蜗杆轴上一对轴承的效率，因此在总效率的计算中蜗杆轴上轴承效率不再计入。 各传动机构和轴承的效率为： 法兰效率： 1 设计中，电动机与减速器相连的法兰，相当于一个 凸缘联轴器 一级环面蜗杆传动效率 : 一对滚动轴承传动效率： 3 凸缘联轴器效率： 从电动机至工作机主动轴之间的总效率 故传动装置总效率： 21 2 3 4 20 . 9 8 0 . 7 0 . 9 8 0 . 9 8 0 . 6 4 6 ， 电动机的输出功率动机输出功率 dP： dP 0 6 8 7 5 1 6 4 6 动机的技术数据 根据计算的功率可选定电动机额定功率，取同步转速 1000 6 级 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 选用 6 三相异步电动机 2,其主要参数如下 电动机额定功率： 0P = 电动机满载转速： n =940 电 流 ： I= 电动机外形和安装尺寸为： E=60=100=160=140=63=12B=205D=180C=105D=245A=40B=176章小结 本章通过对电动机的介绍，说明了电动机的作用，分类及特点。并通过比较选定了三相交流电 Y 系列笼型三相异步交流电动机。通过计算确定了电动机的功率，进而选择了电动机的型号，得到了电动机的主要参数。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 4 章 减速器部件的选择计算 杆传动设计计算 动装置的传动比及动力参数计算 1. 总传动比及滚筒初定 由于选定转速比为： i 50/1 所以滚筒转速 n 940/50=18.8 从而，滚筒直径： D 1000 9 1 0 0 0 1 5 2 1 8 圆整为 155 . 传动装置运动参数的计算 （ 1）各轴功率计算 1P0P 1=1 1 12 23= 21 . 4 7 0 . 7 0 . 9 8 0 . 9 7 2）各轴转速的计算 940 940/50=18.8 （ 3）各轴输入扭矩的计算 1T 11P 1 . 4 79 5 5 0 9 5 5 0 1 4 . 9 3n 9 4 0 Nm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 2T 22P 0 . 9 79 5 5 0 9 5 5 0 4 9 2 . 7 4n 1 8 . 8 Nm 综合以上计算有表 参数列表。 表 参数列表 轴 名 功率 速 扭矩 Nm 蜗杆轴 40 轮轴 选择蜗杆、蜗轮材料 1. 选择蜗杆传动的类型 采用准平行环面蜗杆传动 . 2. 选择蜗杆、蜗轮材料，确定许用应力 考虑蜗杆传动中，传递的功率不大，速度只是中等，根据 2表 5 2，蜗杆选用 40希望效率高些，耐磨性好故蜗杆螺旋齿面要求：调质 属模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用锡磷青铜制造，轮芯用灰铸铁 造 ， 蜗轮材料的许用接触应力 H =190 2/N 蜗轮材料的许用弯曲应力 F=44 2/N 2 定蜗杆头数 2选取 1 则 Z1i 150 50 故取 50 算滚筒的速度 实际传动比 i 50/1 工作机滚筒转速 940/50=18.8 钢丝绳的提升速度 V = n/1000=55000=度误差 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 8 10 10 粘度值240()mm s 612 414 506 288 352 198 242 680 460 320 220 由于蜗杆的滑动速度为 2m/s，所以润滑油的粘度选为 460 滑方式的选择 由于所设计减速器采用蜗杆下置式传动，且转速不高，故选择浸油润滑。蜗杆浸油深度 个螺牙高，但不高于蜗杆轴轴承的最 低 滚动体的中心。 润滑时，传动件的浸入油中的深度要适当，既要避免搅油损失过大，又保证充分的润滑，油池应保持一定的深度和贮油量 15。 章小结 本章说明了减速器润滑及密封的重要性，介绍了润滑油及润滑方式的选择方法。并对本次设计选择了润滑油粘度即 460，润滑方式即浸油润滑。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 39 第 7 章 减速器的安装使用及维护 速器的安装 1. 减速器输入轴直接与原动机连接时，根据设计要求推荐采用凸缘联轴器；减速器输出轴与工作机联接时，根据设计要求推荐采用凸缘联轴器，联轴器不得用锤击装在轴上 2. 减 速器应牢固地安装在稳定的水平基础上，油槽的油应能排除，且冷却空气循环流畅。 3. 减速器、原动机和工作机之间必须仔细对中，其误差不得大于所用联轴器的许用补偿量 4. 减速器安装好后用手转动必须灵活，无卡死现象蜗杆和蜗轮轴承的轴向间隙应符合技术要求规定 5. 安装好的减速器在正式使用前，应进行空转，部分额定载荷间歇运转 1 3h 后可正式运转，运转应平稳、无冲击、无异常振动和噪声及漏油等现象 16。 速器的使用和维护 速器润滑油的更换 1. 减速器第一次使用时，当运转 150300h 后须更换润滑油，在以后的使用中应定期检查油的质量对于混入杂质或变质的油须及时更换。一般情况下，对于长期连续工作的减速器，每 5001000h 必须换油一次对于每天工作时间不超过 8h 的减速器，每 12003000h 换油一次 2. 减速器应加入与原来牌号相同的油不得与不同牌号的油相互混用牌号相同而粘度不同的油允许混合使用 3. 在换油过程中，蜗轮应使用与运转时相同牌号的油清洗 (用煤油损害密封件，并影响润滑油的性能）。 4. 工作中，当发现油温超过 80 度或油池温度超过 100 度及产生不正常的噪声等现象 时，应停止使用，检查原因如围齿面胶合等原因所致，必须排除故障，更换润滑油后，方可继续运转 16。 速器检修 减速器应定期检修如发现擦伤、胶合及显著磨损，必须采用有效措施制止或予 黑龙江工程学院本科生毕业设计 40 以排除备件必须按标准制造，更新的备件必须经过跑合和负荷试验后才能正式使用。 速器维护 用户应有合理的使用维护规章制度，对减速器的运转情况和检验中发现的问题应作认真记录 章小结 本章详细说明了减速器的安装，使用和维护，减速器使用一定时间以后应注意更换润滑油，并应按照使用维护规章 制度定期检修与维护减速器，以保证减速器的正常可靠使用，并延长其使用寿命。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 41 第 8 章 卷筒和钢丝绳的选择 筒的选择 择提升机卷筒的原则是： 钢丝绳在卷筒上缠绕时，不会产生很大的弯曲应力，从而延长钢丝绳的使用寿
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