建筑行业卷扬机传统系统的设计毕业论文.doc

1 前言建筑行业卷扬机传统系统的设计毕业论文1 前 言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应用于起重的设备，由于它结构简单、搬运安装灵活、维护保养比较简单、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。建筑卷扬机的主要功能是提升重物，所以各类卷扬机都以这一要求为依据的。虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的部分工作。如塔吊用于建筑工地上的物料和物件的提升工作。由于它的成本高一般在大型的建筑中使用，而且其灵活性比较差，所以需卷扬机来做辅助提升。建筑卷扬机之外还用于林业集材的工作。建筑业的冷拉钢筋，还有小型矿井物料提升和打桩的工作。由于建筑卷扬机具有非常多的用途，所以它不仅用于建筑业，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 建筑卷扬机发展的概况中国古代人很久以前就已经知道了利用轳辘等来提升重物，应为它不仅能减轻体力劳动强度还可以提高劳动生产率。但是那个时候我国工业水平比较低，因此那个时候我们使用的卷扬机基本上都来自外国，一直到50年代的时候我国才逐渐开始生产卷扬机。到了70年代以后，中国卷扬机的生产才不断进入了技术改善及多品种开发的新阶段。1978年开始，我国开始实行改革开放政策，国民经济大力发展，建筑行业发展迅速，由于建筑业对卷扬机的需求很大，所以建筑业的发展在很大程度上促进了卷扬机的生产和发展，卷扬机生产厂商如雨后春笋般出现了。经过30多年的发展我国卷扬机的生产技术已经趋于成熟。现在卷扬机的品种越来越多，卷扬机使用也越来越普遍。虽然现在的工业机械化程度已经很高了，但是卷扬机这种使用便捷的设备仍然不能淘汰。1.1.3 外国卷扬机的发展概况在国外，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。1)美国 美国卷扬机生产厂家也有几百家，其中美国大型的卷扬机生产厂家有贝波国际有限公司，公司的主要产品有电动卷扬机，手动卷扬机。手动卷扬机主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1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。2）日本在明治时期，日本就已经开始了对卷扬机的制造及使用。根据日本有关机构统计和核实，日本仅在1970至1975五年间，日本卷扬机的产量就猛增了62.5%。当时日本的卷扬机行业全由机械技术部会和荷役机械技术委员会来领导。主要的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。根据日本的通产省机械核计月报记载,一年中单单土卷扬机年产量就已经达到12万多台,生产值大约有100亿日元。3）法国法国也是世界上主要的卷扬机生产国家之一，因此卷扬机生产厂家也很多,其中生产卷扬机的主要厂商之一包藤公司最有名。这个公司主要生产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。 4）国外卷扬机的发展趋势(1)生产大型化 伴随着基础工业的发展，越来越多的大型设备和建筑构件都要求整体进行安装，因此一定程度上也促进了卷扬机向大型化方向发展。目前为止，俄罗斯已经生产了六十吨的卷扬机，日本生产了三十二吨,五十吨,六十吨的液压和气动卷扬机，还有美国生产的136t与270t的超重量级的卷扬机。 (2)采用先进的电子信息技术 为满足现实中自动化控制和遥控的需要，有些国家的卷扬机生产厂家运用电子技术对大型卷扬机安装了电气联锁设备，来保证可靠的操作安全性能。(3)发展手提式卷扬机 为了充分满足提高机械化水平，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 建筑卷扬机的主参数 建筑卷扬机的主要参数为额定载荷。主参数系列见表（1.1）。I表1.1 卷扬机主参数系列 单位为 kN主参数名称数 值额定载荷5,7.5,10,12.5,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400注：高速和快速卷扬机的额定载荷应大于200kN，溜放卷扬机的额定载荷应不大于100kN1.2.2 卷扬机按额定速度的分类卷扬机的钢丝绳的出绳速度是卷扬机的一项主要的参数。由钢丝绳的速度建筑卷扬机可分为：1)慢速卷扬机 绳速；2)快速卷扬机 绳速；3)高速卷扬机 绳速；为满足特殊情况的需要，此外还有调速卷扬机，基准层钢丝绳有二个或二个以上稳定运行速度的卷扬机。1.2.3 卷扬机按卷筒数目的分类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 卷扬机按动力源的分类由于卷扬机的工作环境和动力源不同卷扬机可分为：1)手动卷扬机 主要在无动力来源的地区使用的一种小型的卷扬机；2)电动卷扬机 由电动机驱动装置使卷筒回转的卷扬机；3)内燃机卷扬机 一种由内燃机作为驱动装置的卷扬机；4)气动卷扬机 采用气动设备作为驱动装置的一种卷扬机；5)液压卷扬机 利用液压设备如液压马达等作为动力源的卷扬机；1.2.5 卷扬机按传动形式的分类1)开式齿轮传动 结构简单最早应用于手动卷扬机；2)闭式圆柱齿轮传动 主要应用于单筒卷扬机且使用最为广泛；3)圆锥圆柱齿轮传动减速器 适用于入轴、出轴成直角布置的机械传动中；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)手动控制的卷扬机 主要用人工控制操纵闸来控制卷扬机的升降；2)电动控制的卷扬机 用电控制磁铁制动器使卷扬机工作；3)液动控制卷的扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动；4)气动控制的卷扬机 以空气压缩机提供的压缩气体为动力源；5)自动控制的卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。1.2.7 卷扬机的用途1)提升重物 要求卷扬机系统有足够的牵引力、大限度的调速范围、可靠的安全性能。 2)设备安装 重型设备的安装一般要求卷扬机具有较大的提升能力；为了保证安装精度，需要高精准的速度控制性能；为了预防突发事件的发生，卷扬机的安全性要求更高。3)曳引物品 一般应用于水平方向和斜面上物体的牵引，为满足其使用性能要求卷扬机能实现正反转控制。4)打桩 为实现预期的功能使物体具备足够的动能和冲击力，实现打桩的目标则要求卷扬机具有溜放的功能。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。卷扬机重在传动系统和结构的设计从而可以实现不同环境和领域的应用。1.3 建筑卷扬机的计算基础1.3.1 建筑卷扬机的类别和工作级别工作级别可作为设计计算的依据，也可以作为用户选择和使用卷扬机的参考。卷扬机的工作级别按其总工作时间和载荷状态分为 M1M8共8个级别。1.3.2 利用等级利用等级是指建筑卷扬机的使用频繁程度的大小，它用设计的使用年限内应总工的作循环系数来表示。一个工作循环是说从一个物体准备提拉时开始到下一个物体准备提拉时为止的全过程。建筑卷扬机的使用寿命一般不得少于5年，在卷扬机的使用寿命内根据卷扬机的工作频繁程度的大小，总工作的循环数可分为8个等级，见下表（1.2）。表1.2 建筑卷扬机的利用等级利用等级总工作循环次数说明U0不经常使用U1U2U3U4经常的清闲的使用U5经常的中等使用U6有时频繁的使用U7频繁的使用1.3.3 建筑卷扬机分类建筑卷扬机按工作级别和用途可分为四种类型，（见表1.3）。表1.3建筑卷扬机工作级别和用途类别工作级别说明举例A1A4不经常使用,轻或中等载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机工程安装A3A5经常中等使用，中等载荷状态的快速建筑卷扬机经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机A4A6有时经常频繁使用，中等载荷状态的快速卷扬机与井字架，人字架等配合使垂直吊运A6A8经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机斜坡曳引、牵引、冷拉钢筋、冲爪、拉桩432卷扬机的基本结构设计2 卷扬机的基本结构设计电动卷扬机由于操作方法的不同，其结构相差很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放卷扬机两类。2.1 电控卷扬机此类建筑卷扬机通过通电和断电以实现卷扬机的工作和制动。物料的提升或下降由电动机的正反转来实现，操作简单方便。其制动形式主要有电磁铁制动器和锥型转子电动机两类。此类卷扬机大多是单卷筒的。1） 有电磁铁制动器的卷扬机;2）圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机；3）蜗杆减速器慢速建筑卷扬机；4）圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的建筑卷扬机；5）蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机；对一些起重量大的建筑卷扬机，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安排排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力的建筑卷扬机上，均应安装排绳器。锥形转子电动机的建筑卷扬机此类卷扬机采用锥形转子电动机本身所具有的制动性能来实现卷扬机的制动。由于锥形转子电动机是靠转子轴来实现制动和分开的，可省略单独的制动器，在结构上就要求电动机与传动系统间能做轴向相对移动。一般，轴向移动是通过可移式联轴器把电动机轴的运动传递到传递传动系统来实现的。由于此类卷扬机的电动机轴线与卷筒轴线为同轴，故习惯上把这类卷扬机叫作一字型结构卷扬机。根据传动系统的不同，其可分为：1）定轴轮系传动 这是1988年行业组织的系列设计的一种机型。2）渐开线齿轮行星传动 常见的有封闭形2k-H型行星轮系和3k型行星轮系传动的建筑卷扬机。3）摆线针轮传动 由于摆线针轮传动一级减速的减速比比较大，故采用 一级减速即可，这种传动可把传动系统放在卷筒里 面，可减小卷扬机体积。4） 少齿差行星传动 少齿差传动可得到大的传动比，并可把传动系统放在 卷筒内，使结构紧凑。5） 谐波传动 此传动的传动比大，啮合齿数多，所以承载能力大故 其体积、质量可更小。但其柔韧的要求较高，生产 较为困难。6）活齿行星传动 又叫顶杆挪动传动，它的加工相对比较方便。2.2 溜放型建筑卷扬机此类建筑卷扬机提升重物的下降不是利用电动机的反转来是实现，而是靠重物的重力下降的，并带动卷筒反转，此时电动机不转。要在电动机和卷筒之间实现其运动的连接或分离，通常采用离合器和差动轮系。由于电动机和卷筒可分可合，因此卷筒的数目可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的运动，则此类卷扬机可设计成单卷筒、双卷筒和多卷筒的形式。为保证各卷筒的运动或停止，其离合器和制动装置都直接安装在卷筒上。2.3 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 2）钢丝绳的速度由于钢丝绳的速度，由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为慢速卷扬机。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和开式齿轮传动卷扬机。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）。2.4 卷扬机传动系统总体方案的确定 电动机传动系统执行机构，初选三种传动方案，如下： 图2.1 二级圆柱齿轮传动 图2.3 二级圆柱圆锥齿轮传动 图2.2 蜗杆蜗轮传动2.4.1 系统方案总体评价 比较上述方案，在图2.2中，此方案为整体布局小，传动不平稳，虽然可以实现较大的传动比，但是传动效率低。图2.1中的方案结构简单，且传动平稳，适合要求。图2.3中的方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是 直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。 综上所述传动方案采用图2.1所示的二级圆柱齿轮传动。3 钢丝绳的选择和卷筒的设计3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钢上编绕而成，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（2.1）式中整条钢丝绳的破短拉力（N）；钢丝绳的额定拉力； 卷扬机工作级别规定的最小安全系数；机械手册查表得卷扬机的工作级别为A6，则选取安全系数n=5； kN钢丝绳不应小于下式计算的最小值： 式中钢丝绳的最大工作拉力（kN）钢丝绳的选取系数，经查表c=0.1036机械手册查表得d=24(mm),钢丝绳的抗拉强度为1570Mpa，使用双捻制金属丝芯钢丝绳。3.2 卷筒的设计由于建筑卷扬机的卷筒系钢丝绳采用的是多层缠绕，因此它所受的应力十分复杂。卷筒是卷扬机很重要的零件，它对卷扬机操作的安全性和工作的可靠性非常重要，因此应该合理地进行设计。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。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 卷筒节径 应满足下式 式（2.2）式中筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得 钢丝绳直径（mm） 则 取b) 卷筒容绳宽度卷筒容绳宽度，一般可以由下式确定 式（2.3）式中卷筒直径（mm）则取c) 卷筒边缘直径卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算 式（2.4）式中最外层钢丝绳直径，由下式确定 钢丝绳缠绕层数则 取 d)缠绕层数缠绕层数按下式计算 式（2.5）式中为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm） 计算得 则 取e)卷筒容绳量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 式（2.6） 式中的第层，则 第层钢丝绳长度为: 式（2.7） 卷筒容绳量为: 3.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 1)多层缠绕系数的确定多层缠绕系数的理论计算 式（2.8）式中钢丝绳的缠绕层数 其中钢丝绳的缠绕节距 卷筒的壁厚 卷筒的直径 钢丝绳的直径 钢丝绳纵向弹性模量 钢丝绳横向弹性模量 卷筒材料的弹性模量 钢丝绳的断面积 则 2)卷筒的厚度设计 卷筒厚度为 式（2.9） 式中钢丝绳的额定拉力 建筑卷扬机设计查得 则3) 卷筒壁的强度计算 式（2.10） 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，调质处理由机械设计手册查得 已知钢丝绳的额定拉力为，卷筒的直径，钢丝绳的直径，圆柱齿轮的分度圆直径1)作用力的计算 齿轮圆周力： 式（2.11） 齿轮径向力：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3-1所示：2) 垂直面支承反力及弯矩 (1)支反力： 式（2.12） (2) 弯矩： 式（2.13）图3.1 卷筒心轴受力图3) 水平面支承反力及弯矩 支反力： 式（2.14） 弯矩计算： 4) 合成弯矩 式（2.15）5)计算工作应力 此轴为固定心轴,只有弯矩,没有转矩.由上图可知最大的弯矩发生在剖面处.设卷筒轴发生在剖面直径为,则弯矩为： 则圆正后,中间轴段. 6)心轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既： 式中钢丝绳的当量拉力当量拉力系数，由建筑卷扬机设计查得 平均应力和应力幅 式（2.16） 疲劳强度计算安全系数： 式（2.17）由机械手册查得应力集中系数 表面状态系数 绝对尺寸系数 等效系数 一般轴的疲劳强度安全系数，经校核轴的强度够用。7)心轴强度校核计算 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：式中静强度计算最大拉力 动载系数，有建筑卷扬机设计查得 静强度计算安全系数: 式（2.18） 当时，所以经校核轴的强度足够。4 减速器和开式齿轮的设计减速器和开式齿轮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。4.1 电动机的选择4.1.1 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。根据电动机的分类电动机分为交流电动机与直流电动机，工业上一般都采用交流电动机。交流电动机又分为两种，异步电动机与同步电动机，其中异步电动机又分笼型异步电动机和绕线型异步电动机。应用最广泛的是普通笼型异步电动机。一般情况下没有特殊情况下，工业上一般会首选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。4.1.2 功率的计算电动机的功率选择是否合适将直接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： 式（4.1）式中 工作机所需工作效率；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）式中工作机的阻力（N）； 工作机的线速度（m/s）； 工作机的效率；其中 、分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。 取=0.99，=0.96，=0.97（齿轮的精度为8级），=0.98（滚动轴承）。2)确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为: 式（4.3）经查表：一级开式齿轮的传动比,二级圆拄齿轮减速器的传动比，总的传动比合理范围为，故电动机的转速的可选范围为： 式（4.4）根据工况和计算所选电动机见表4-1:表4.1电动机的主要参数型号额定功率(kW)转速r/minYZR200L229604.2 传动装置总传动比与分配传动比的确定4.2.1 总传动比根据电动机的转速与工作机的主动轴的转速，传动装置的总传动比为 式（4.5）式中电动机的转速 卷筒的主轴转速 总的传动比是各级传动比相乘的结果，即 式（4.6）4.2.2 分配减速器的各级传动比使减速器装置不至于过大初步取则按展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮相近，查得则4.3 传动装置运动和动力参数的计算要对传动件进行设计与计算，首先要推算出各个轴的转速与转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为、轴。相邻两轴间传动比相邻两轴间传动效率轴的输入功率（kW）各轴之间的输入转矩（N.m）各轴的转速（r/min）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。4.3.1 各轴转速轴 轴 轴 轴 4.3.2 各轴的输入功率轴轴的输入功率：轴 轴 轴 轴 式中电动机的出功率（kW）联轴器的传动效率轴承的传动效率 齿轮的传动效率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）轴轴的输入转矩： 表4.2 运动和动力参数计算结果整理于下表:轴名效率P（kw）转矩T（N.m）转速N（r/min）传动比效率输入输出输入输出电动机轴22216.6796010.97轴21.3420.70216.67210.179605.570.95轴20.2919.281184.281125.07166.964.430.93轴18.917.584887.464545.3437.692.840.95轴17.9717.0713194.7012534.9713.274.4 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。4.4.1 第一级齿轮传动的设计 1)材料的选择应传动尺寸和批量较小,小齿轮设计成齿轮轴,齿轮的材料用40Cr，硬度为241HB 286HB，平均取为260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229286HB，平均取240HB。2)轮传动的计算 转矩 式（4.8）齿宽系数由机械手册查表得接触疲劳极限由机械手册查表得 初步计算的许用接触应力 3)初步计算小齿轮分度圆直径 式 (4.9)取 值由机械手册查得 初步取齿宽 4) 校核计算(1)确定中心距 : 式(4.10)选取(2)圆周速度: 式(4.11)(3)计算齿数和模数和螺旋角则由机械手册查得（和估计值接近）(4)齿轮的传动的载荷计算工作载荷 式(4.12) 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取 式(4.13)载荷系数： 重合度系： 螺旋角系数： 弹性系数由机械设计手册查得 节点区域系数由机械设计手册查得 接触最小安全系数由机械设计手册查得 接触寿命系数由机械设计手册查得 验算： 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。4.4.2 第二级齿轮传动的设计小齿轮的材料用40Cr，硬度为241HB 286HB，平均取为260HB，调质量处理，大齿轮用45钢，调质量处理。硬度为229286HB，平均取240HB。齿宽系数由机械手册查表得接触疲劳极限由机械手册查表得 初步计算的许用接触应力 1) 转矩 2）初步计算小齿轮分度圆直径 取： 值由机械手册查得 初步取齿宽 3) 校核计算(1)确定中心距 :选取： (2)圆周速度:4)计算齿数和模数和螺旋角 取则由机械手册查得（和估计值接近）5）工作载荷 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取 载荷系数： 重合度系： 螺旋角系数： 弹性系数由机械设计手册查得 节点区域系数由机械设计手册查得 接触最小安全系数由机械设计手册查得 接触寿命系数由机械设计手册查得 接触寿命系数由机械设计手册查得 验算： 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。名称符号单位螺旋角度法向模数法向压力角度分度圆直径齿数个齿宽表4.3 减速器中齿轮的主要参数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。减速器的轴采用45钢,调质处理。 由机械手册查表得: 已知中间轴的 输出功率为19.28kW，转速为166.96r/min。1)作用力的计算图4.1减速器中间齿轮轴的受力分析图 式（4.14） 齿轮的圆周力： 式（4.15） 齿轮的径向力: 式（4.16） 齿轮的轴向力: 式（4.17） 齿轮的圆周力： 齿轮的径向力: 齿轮的轴向力: 2)垂直面支承反力及弯矩（见图4-1） 式（4.18）弯矩见图（见图4-1） 式（4.19）3)平面支承反力及弯矩（见图4-1） 支反力： 式（4.20） 弯矩计算： 式（4.21）4)合成弯矩： 式（4.22）5)应力校核系数: 式（4.23）6)当量转矩: 式（4.24）7)当量弯矩: 在大齿轮轴劲中间截面处： 式（4.25） 在右轴劲中间截面处：8)校核轴颈 式（4.26） 经校核较合适无需调整。4.5 减速器的结构设计减速器机构因其类型、用途不同而已。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。1)轴系部件轴系部件包括传动件、轴和轴承等组合。(1)传动件减速器箱外传动件包括有链轮、带轮等；箱内传动件有圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮等。传动件决定减速器的技术特性。通常根据传动件的种类命名减速器。(2)轴传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率。减速器普遍采用阶梯轴。传动件和轴多以平健连接。(3)轴承组合 a）轴承 轴承支撑轴的部件。由于滚动轴承摩擦系数比普通滑动轴承小，运动精度高，在轴颈尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可使减速器轴向结构紧凑，润滑、维护简便等，所以减速器广泛采用滚动轴承（简称轴承）。 b）轴承盖 轴承盖用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴向间隙。轴承盖嵌入式和凸缘式两种。凸缘式调整轴向间隙方便，密封性好；嵌入式质量较轻。 c）密封 在输入和输出轴外伸出，为防止灰尘、水气及其它杂质浸入轴承，引起轴承加剧磨损和腐蚀，以及防止润滑剂外漏，需在轴承盖孔中设置密封装置。 d)调整垫片 为了调整调整轴向间隙，有时也为了调整传动件（如圆锥齿轮蜗轮）的轴向位置，需放置调整垫片。调整垫片由若干薄钢片组成。2)箱体 减速器箱体是用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件。箱体质量约占减速器总质量的50%。因此，箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大的影响。减速器箱体按毛坯制造工艺和材料种类可以分为铸造箱体和焊接箱体。铸造箱体材料铸铁（HT200、HT150），铸造箱体较易获得合理和复杂的结构形状，刚度好易进行切削加工；但铸造周期长，质量较大，因而多用于成批生产。焊接箱体比铸造箱体壁厚薄，质量轻1/4-1/2,生产周期短，多用于单件小批生产。减速器箱体从结构上可以分为剖分式箱体和整体式箱体。剖分式箱体的剖分面多为水平面，与传动件轴心线平面重合。一般减速器只有一个剖封面。对于大型立式减速器，为便于制造和加工，也可采用两个剖分面。3)附件为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查传动件啮合情况，保证加工精度和装拆方便等，在减速器箱体上常需设置某些装置或零件，将这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附属装置或简称为附件。它们包括：视孔、通气器、游标、定位销、起盖螺钉、吊运装置、油杯等。减速器的机体是用于支持与固定轴系的零件，不仅用来保证传动件啮合的精度，还要保证其拥有良好的润滑与密封的重要零件，它的重量大概占减速器总重量的一半。因此，箱体的结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有非常大的影响。机体材料采用灰铁（HT150或HT200）制造。4.6 滚动轴承的选择计算1)滚动轴承的类型选择有手册查得，选取深沟球轴承原则：（1）轴承载荷 （2）轴承的转速 （3）调心选择 （4）安装和拆卸 这里选取的的轴承的代号为6316的深沟球轴承 基本额定载荷 2)滚动轴承的计算滚动轴承疲劳寿命的基本计算公式为： 式（4.27）其中寿命系数 查得当量载荷（N）基本额定载荷（N）轴承左端受力 右端受力因 又 式（4.28）故左端右端其中X，Y由表选取， 故左端轴承疲劳寿命 式（4.29） 右端轴承疲劳寿命 故由公式 得 式（4.30） 左端 右端 4.7 减速器的润滑减速器传动件和轴承都需要良好的润滑；其目的的是为减少摩擦、磨损，提高效率，防锈，冷却和散热。减速器润滑对减速器的结构设计有直接的影响，如油面高度和需油量的确定，关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响到轴承的轴向位置和阶梯轴的轴向尺寸等。因此，在设计减速器结构前，应先确定减速器润滑的有关问题。1)传动件的润滑绝大多数减速器传动件都采用油润滑。其润滑方式多为浸油润滑。对高速传动，则为压力喷油润滑。(1)浸油润滑浸油润滑是将传动件一部分浸入油中，传动件回转时，粘在其上的润滑油将带到啮合区进行润滑。同时，油尺上的油被甩到箱壁上，可以散热。这种润滑方式适用于齿轮圆周速度，蜗杆圆周速度的场合。 箱体内要有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要。为了避免油搅动时沉渣泛起，齿轮距油池的距离大于3050mm，为保证传动件充分润滑且避免搅油损失过大，应当要有合适的浸油深度。(2)喷油润滑(3)当齿轮圆周速度，或蜗杆圆周速度时，粘在传动件上的油由于离心力作用易被甩掉，粘合区得不到可靠供油，而且搅油使油温升高，此时应用喷油润滑，即利用液压泵润滑油通过油嘴喷至啮合区对传动件润滑。2)滚动轴承的润滑对齿轮减速器，当浸油齿轮的圆周速度时，滚动轴承易采用油脂润滑；当齿轮的圆周速度时，滚动轴承易采用油润滑。对蜗杆减速器，下置式蜗杆轴承用浸油润滑，蜗轮轴承采用油脂润滑或刮板润滑。(1)油脂润滑 油脂润滑易于密封，结构