TC6012塔式起重机回转机构的毕业论文.doc

毕业设计毕业设计 论文论文 TC6012TC6012 起重机回转机构设计起重机回转机构设计 摘 要 塔式起重机在现代建筑中起着越来越重要的作用 作为塔式起重机的重要部分 回转机构 对塔机的性能起着至关重要的作用 所以对回转机构性能的合理化 设计 有利于其长周期工作 现把塔机的最大工作幅度从 55m 增加到 60m 使得塔 机的结构变化小 便于通用 便于加工 便于运输 塔式起重机在现代社会中起着越来越重要的作用 普遍使用在核电站建设 水 电站建设 港口码头货物的起装 发挥着重要的作用 随着社会的进步 科技发展 人类的居住空间越来越小 人们的房子越建越高 塔机在高层建筑建筑施工中发挥 着越来越重要的作用 作为塔式起重机的重要部分 回转机构 对塔机的性能起 着至关重要的作用 把塔机的最大工作幅度从 55m 增加到 60m 使得塔机的结构变 化小 便于通用 便于加工 便于运输 尤其是回转机构对塔机的性能的合理化设 计 有利于其长周期工作 通过对塔机回转机构的风载计算 惯性载荷计算 最后转化成回转载荷 拟定 回转机构的传动方案 最后 经过比较得到合理的传动方案 通过设计和计算得到了合理的传动方案 使得回转机构满足塔机的长期使用 并且使塔机的上半部分相对塔身坐 360 的自由旋转 以便完成各种起重作业要求 在设计中使用到了液力耦合器 并根据要求设计了行星齿轮减速器 最后设计了合 理的回转机构 关键词 关键词 塔式起重机 回转机构 行星齿轮减速器 TC6012 Rotary Tower Crane Design Abstract Tower crane is playing an increasingly important role in modern architecture As a vital component of the tower crane slewing mechanism which is quite essential to the rationalization of the tower crane The design of slewing mechanism is good to its long period of work The increase of the maximum working range of the tower crane from 55m to 60m enables its structure to change less which is easy to ventilate process and transport Tower crane in modern society are playing an increasingly important role in widespread use in nuclear power plant construction construction of hydropower stations port cargo loaded from playing an important role Along with social progress scientific and technological development of human living space smaller and smaller the more people build houses higher tower crane in high rise building construction in the building playing an increasingly important role as an important part of the tower crane slewing mechanism the performance of the tower plays a vital role Particularly slewing tower crane performance on the rationalization of design beneficial to its long cycle of work By calculating the wind load and inertial load of the tower crane s slewing mechanism and last rotary load which are turned into transmission schemes are worked out and then the reasonable transmission plan are obtained after comparison at the end Reasonable transmission schemes that are gotten from calculation makes slewing mechanism meet the tower crane s demand to be applied for long and makes the upper half part of the tower crane rotate 360 freely relative to its body in order to finish various demands of the lifting operation In the meantime use hydraulic coupler and design the planetary gear reducer reasonable rotation schemes are designed Key Words tower crane slewing mechanism hydrauliv coupler 目 录 主要符号表 1 绪 论 1 1 1 前言 1 1 2 塔式起重机在国内外相关研究情况 1 1 3 课题的研究意义 2 1 4 课题的研究内容 3 1 5 方案设计和比较 3 2 回转支撑装置的受力计算 6 2 1 滚动轴承式回转支撑的受力计算 6 2 2 回转驱动装置的计算 7 2 2 1 回转驱动力的计算 7 2 2 2 驱动电机功率的计算 10 2 3 液力耦合器的选用 11 2 3 1 选用条件和原则 11 2 3 2 选用方法 11 2 4 制动器 11 3 行星减速器设计 13 3 1 已知条件 13 3 2 设计计算 13 3 2 1 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 13 3 2 2 配齿计算 14 3 3 初步计算齿轮的主要参数 14 3 3 1 啮合参数计算 15 3 3 2 确定各齿轮的变位系数 16 3 4 几何尺寸计算 17 3 5 装配条件的验算 19 3 6 传动效率的计算 20 3 7 结构设计 21 3 8 齿轮强度验算 22 4 校核计算 27 4 1 传动比校核计算 27 4 2 开式齿轮副强度校核 27 4 3 制动器校核 30 4 4 塔式起重机主要机构校核计算结论 31 5 结 论 32 参考文献 33 致谢 35 毕业设计 论文 知识产权声明 36 毕业设计 论文 独创性声明 37 主主 要要 符符 号号 表表 V 垂直力垂直力 H 水平力水平力 M 力矩力矩 T 回转阻力矩回转阻力矩 n 塔式起重机的回转速度塔式起重机的回转速度 Tm 摩擦阻力矩摩擦阻力矩 Te 回转机构等效静阻力矩回转机构等效静阻力矩 Tpe 等效坡度阻力矩等效坡度阻力矩 Twe 等效风阻力矩等效风阻力矩 z 齿轮齿数齿轮齿数 m 模数模数 i 传动比传动比 a 中心距中心距 b 齿宽齿宽 d 分度圆直径分度圆直径 传动效率传动效率 1 绪 论 1 1 前言 塔式起重机是建筑机械的重要设备 塔式起重机在现代社会中起着越来越重要 的作用 普遍使用在核电站建设 水电站建设 港口码头货物的起装 发挥着重要 的作用 随着社会的进步 科技发展人类的居住空间越来越小 人们的房子越建越 高 塔机在高层建筑建筑施工中发挥着越来越重要的作用 作为塔式起重机的重要 部分 回转机构 对塔机的性能起着至关重要的作用 把塔机的最大工作幅度从 55m 增加到 60m 使得塔机的结构变化小 便于通用 便于加工 便于运输 尤其 是回转机构对塔机的性能的合理化设计 有利于其长周期工作 1 2 塔式起重机在国内外相关研究情况 塔式起重机 以下简称塔机 是建筑施工必不可少的关键设备 是施工企业装 备水平的标志性重要装备之一 塔机具有工作效率高 适用范围广 回转半径大 起升高度高 操作方便等特点 除用于工业与民用建筑外 在电站施工 水利建设 造船等部门也常有应用 12 塔机在中国的发展 塔机产生的渊源可追溯到古老的年代 相传在商代为了农田灌溉的需要 出现 了提取井水的工具 桔槔 这种原始的汲水工具利用了杠杆原理 由杠杆 对重与 取物装置所组成 后来为了在更深的井底汲水 我们的祖先约在 1000 多年前发明了 辘轳 即现代绞车的雏形 它是由支架 卷筒 曲柄和绳索组成 15 世纪以后 起 重装置不仅运用于农副业 而且运用于建筑业和大型水利工程中 出现了木制的能 变幅旋转的起重机 我国塔机 20 世纪 50 年代初开始起步 主要以仿制为主 1954 年由前民主德国 引进的样机为蓝本生产了第一台国产塔机 60 年代 北京市建研所 北京市建筑机 械修造厂和北京市一建机械队联合研制的红旗 型轨道式下回转折叠式动臂塔机 经过建筑施工考验于 1961 年通过国家级技术鉴定 并于 1963 年将其改进 70 年代 我国独立自主开发首台上回转小车变幅水平臂 液压顶升的自升式三用 轨道式 固定式 附着式 塔机 QT4 10 1973 年试制了 6 台 并投入施工 1984 年 为加 快我国塔机的技术进步 由三个主机厂和一个专业研究所联合引进法国 Potain 公司 H3 36B F0 23B 360B 大 中 小三个机种的塔机制造技术 通过消化 吸收 国产化 我国自行研制了 QTZ80 和 QTZ120 二种机型 其技术性能达到国外八十年 代同类产品的水平 6 90 年代后 国内外市场对塔机产品的要求越来越高 众多城市大型建筑 水利 电力及桥梁等工程不断增加 国内开发生产的塔机产品技术性能均显著提高 起升 机构采用三速电机驱动 涡流制动 电动换挡减速箱 变幅回转采用双速电机液力 联轴节驱动 或采用变频调速 有多种速度 工作平稳 生产效率高 90 年代后 国 内 外市场对塔机产品的要求越来越高 众多城市大型建筑 水利 电力及桥梁等 工程不断增加 国内开发生产的塔机产品技术性能均显著提高 起升机构采用三速 电机驱动 涡流制动 电动换挡减速箱 变幅回转采用双速电机液力联轴节驱动 或采用变频调速 有多种速度 工作平稳 生产效率高综观 50 年发展史 我国塔机 行业从无到有 从小到大 逐步形成了较为完整的体系 我国增幅最快的新兴行业 之一 特别是改革开放以来 塔机行业在设计 制造 管理和市场开拓等方面已形 成一套较为健全的机制 18 塔机在外国的发展 塔式起重机 简称塔机 是现代工业和民用建筑的主要施工机械之一 它最早 起源于欧洲 据有关资料记载 有关建筑用塔机的第一项专利颁布于 1900 年 近代 塔机的首批原型机样出现于 1912 至 1914 年 1914 年公布了建筑用塔机的德国工业 标准 DIN8670 规定以吊载 吨 和幅度 米 的乘积 吨 米 起重力矩表示塔 机的起重能力 15 1923 年制成功第一台比较完整的近代塔机 30 年代 德国已经 开始批量生产塔机并在建筑工地上使用 与此同时 还向国外出口 二次世界大战后的重建工作推动了建筑用塔机近 30 年来的突飞猛进的发展 50 年代末和 60 年代初 建筑物的高度不断增加 因而出现了采用不同顶升系统和按不 同方式进行自升接高的塔机 1948 到 1949 年涌现出一些起重能力在 10 吨 米以下 的可以整体折叠运输和自行架设的轻型塔机 1951 至 1953 年塔机的构造设计有新 的改进 轻型下回转塔机起重量增加 1955 到 1957 年下回转折叠式塔机的构造设 计继续有所创新 如 下车变幅臂架 伸缩式塔身和分布式臂架的应用等 此间自 升式塔机也研制成功 随后 又根据施工的需要 这类塔机又逐渐发展为三用或四 用自升 轨道式 固定式 附着式 内爬式 塔机 11 1 3 课题的研究意义 在高层建筑施工中 塔机的幅度利用率比其它类起重机高 塔机由于能靠近建筑物 其幅度利用率可高达 80 在工程机械中 回转机构 不仅惯性负载大而且它占整机循环时间的比例很大 例如 液压挖掘机回转动作占 整个循环时间的 50 70 随着现代建筑步伐的加快 对建筑施工对幅度提出了更高的 要求 现有 QTZ80 起重机最大工作幅度为 55m 现在要求将起重机的工作幅度增加到 60m 要求塔机的结构变化尽量小 以便于通用 便于加工 便于运输 尤其是回转 机构对塔机的性能有举足轻重的作用 而且转动比很大 合理设计有利于其长周期 工作 7 1 4 课题的研究内容 起重机起升幅度 60m 额定起升力矩 92 6kNm 臂端起重量 1 2t 最大起重量 8t 前臂长 15 3m 平衡重 11 6t 塔顶高 7 5m 要求根据结构计算风载荷 惯性载荷 最 后转化为回转载荷 设计回转机构 拟定回转机构的传动方案 经过比较得到合理 的传动方案 得到合理的传动方案 绘制装配图及传动零件 1 5 方案设计和比较 塔机对回转传动装置的要求 按其重要程度顺序归纳为下列几条 1 回转平稳 起动制动惯性力小 这对建筑施工要求塔机作业范围越来越大 即起重臂需越来越长 更显得重要 2 在重载 轻载 或空载 回转时可实现不同的速度 即有调速功能 以提高施 工工效 3 使用可靠 寿命长 如果故障频繁 对施工工期影响太严重 4 工作时可停止定位 非工作状态可自由转动 5 回转传动装置本身尺寸小重量轻 以便于上支座结构布置及减轻塔身结构和 顶升机构的计算负荷 减少压重 这对轨道式作业的塔机尤为突出 6 传动效率高 以节约电能 传动方案 第一种型式 单速电机 蜗轮传动减速器 输出小齿轮 销柱式大齿圈 立柱式 支承 这种结构系统大量用于简易型 160kN m 200kN m 塔机 生产工艺简单 主 机厂能够自制 价格便宜 但就性能要求而言 上述六条要求几乎都无法实现 所 以在非简易型的 250kN m 以上的塔机中不能采用 第二种型式 单速电机 皮带传动 液力偶合器 电磁吸铁制动器 渐开线齿轮 一级传动 摆线针轮减速器 输出小齿轮 单排交叉滚柱式回转支承 这种结构系统是 80 年代设计的 800kN m 级塔机中应用的 从这一长串的组合 就看出结构复杂 传动效率低 不能调速 使用可靠性差 自重大 现场使用也故障 频发 再有针齿摆线平动齿轮减速器的特点 针齿摆线行星齿轮传动是一种新型的齿 轮传动装置 现已申请国家发明专利该传动突破了齿轮传动的传统特征 改变了轮齿 与轮体的刚性联接为转动联接 使齿轮的全部轮齿成为一组作偏心定轴转动的独立运 动体 即偏心针齿 偏心针齿摆线行星齿轮传动正是这样一种具有开发潜力和良好应 用前景的传动装置 偏心针齿摆线行星齿轮传动具有传动比大 结构紧凑 转臂轴承 寿命长等优点 是一种具有发展前景的新型传动 5 回转起动冲击大 尤其是反转制 动 冲击更大 第三种型式 单速电机 摆线针轮减速器 输出小齿轮 单排交叉滚柱式回转支 承 或双排球式回转支承 这种结构系统在很多塔机中应用 使用中反映出的问题有 起制动不平稳 惯性冲击大 没有定位功能 使用中采用 打反车 来定位 加剧了冲击和摆动 不能调速 摆线针轮减速器的输出端原来不是为塔机悬臂结构设计的 现在用 于悬臂形式 就出现输出端漏油严重 输出轴变形大 开式齿轮啮合不良 甚至出 现减速器下端轴承和壳体损坏的严重故障 选用的双排球式或单排交叉滚柱式回 转支承都是承载能力低 自重大 寿命短 价格贵的结构 第四种型式 双速电机 液力偶合器 电磁 弹簧制动器 行星传动减速器 输 出小齿轮 单排球式回转支承 星齿行星齿轮减速器特点 它是一种新型传动装置 具有重量轻 体积小 重 量轻 传动比大点 而且这种传动采用标准的圆柱 齿形最简单 基本实现了受载 零件全部做纯滚 并且各主要受力处多为凹凸接触 且有较高的接触强度 3 而且现 在服役的塔机大部分用的都是星齿行星齿轮减速器 星齿行星减速器如图1 1所示 图1 1 星齿行星齿轮减速器 1 电机 2 液力耦合器 3 制动器 4 行星减速器 5 输出小齿轮 6 回转支承 7 螺栓 8 螺栓 这是我们成系列配置设计的结构 简图如图 1 1 所示 它具有回转平稳 高低 两速 停止定位 径向尺寸小 传动效率高 自重轻等特点 是目前市场上的主流 产品 并且有的厂家已经提供成套的产品 1 行星减速器内的齿轮是淬火后磨削的高精度硬齿面齿轮 输出小齿轮及回 转大齿轮都经表面淬火 所以传动功率大 传动效率高 噪声小 使用可靠 寿命 长 2 行星减速器输出端按塔机悬臂结构专门设计 采用 GB297 87 滚锥轴承 双层骨架式油封 大直径输出轴 与输出小齿轮花键联接 克服了前面所述的其它 减速器输出端经常出现的多种缺陷 并可根据主机需要 简便地配换各种参数的输出 小齿轮 以满足不同规的塔机要求 3 行星减速器有 A 型 长颈 及 B 型 短颈 两种 可满足不同的上支座结构 传动比 i 可根据需要另行匹配 4 自重轻 如 80 年代设计的 800kN m 级塔机 采用前述第二类结构型式的 回转传动装置 交叉滚柱式回转支承自重 864kg 电机 减速器等双机构自重 2 600 1200kg 整套回转传动装置自重约 2064kg 又如现在使用的 1600kN m 级塔 机 原设计采用第三类传动型式 双排球式回转支承自重约 3100kg 双传动机构自重 约 2 550 1100kg 整套装置自重约为 4200kg 采用新的装置 自重仅有 1743kg 或 1805kg 可见成套回转传动装置在节省的材料和资金都十分可观 5 双速电机与液力偶合器匹配 具有调速和吸收冲击的功能 回转平稳 6 单排球式回转支承采用 JJ 3611 91 单排球式回转支承 标准 产品曾获 建设部科技进步二等奖 国家科技进步三等奖 建设部部优和国优证书 由马鞍山 回转支承厂生产 行星传动装置获安徽省科技进步三等奖及安徽省优秀新产品奖 由马鞍山传动机械厂生产 图中件 采用 JG T 5057 1995 建筑机械与设备 高强度紧固件 上述二厂都是建设部纳入部 七五 及 八五 技术改造的定点企 业 技改后设备先进 质量保证体系完善 具有为建设机械提供优质配套的能力 最后选择第四种传动方案 因为第四种传动方案具有塔机对回转机构装置的要 求 具有回转平稳 起动制动惯性力小 使用可靠 寿命长 工作时可停止定位 非 工作状态可自由转动 最重要的是回转传动装置本身尺寸小 重量轻 便于上支座结 构布置及减轻塔身结构和塔身的自重 减少了塔身的重量 2 回转支撑装置的受力计算 2 1 滚动轴承式回转支撑的受力计算 作用在回转支撑上的载荷主要包括起重臂架 平衡臂架 平衡重 塔顶部分的 自重 最大额定起升载荷 风载荷 惯性载荷以及回转齿轮啮合力的作用 这些力 均可向回转中心简化成回转支撑的计算载荷垂直力 V 水平力 H 和力矩 M 三部分 作用在滚动轴承上回转支承上的载荷如图 2 1 所示 图 2 1 作用在滚动轴承式回转支承上的载荷 用下式计算 31bQ GFVGG 312Lb1 FFH LLW FFF 33331122bQ GFM lLvbvbWWb hFLGLGhFhFLR V 1 8000 9 8 5764 9 8 11600 9 8 1550 9 8 263757 2 N H 473 26 605 58 3 5 77 87 731 97 272 5 M 1 78400 15 56487 2 27 3 5 1 5 605 58 1 8 15190 0 5 77 87 3 13680 16 731 97 0 3 875321 49 N FQ 最大额定载荷 N FQ 8000 9 8 78400 N 起升动载荷系数 取 1 F1 作用在重物上的离心力 N F1 8000 0 06282 15 473 26N FWQ 作用在重物上的风力 N FWQ 250 8 2000N Gb 起重臂的重力 N Gb 5764 9 8 56487 2N G1 除去起重臂架和配重之外其他回转部分的重力 N G1 1550 9 8 15190N G3 平衡重 N G3 11600 9 8 113680N FL1 G1 质量引起回转离心力 N FL1 1550 0 06282 0 8 77 87 N FL3 G3 质量引起回转离心力 N FL3 11600 0 06282 16 731 97 N FLb 起重臂架的回转离心力 N FLb 5484 0 06282 28 605 58 N Fw2 作用在塔机回转部分上的风载 N Fw2 4430 0 06282 0 8 3 5 N 根据塔式起重机的总体尺寸及计算载荷 即垂直力 V 水平力 H 和力矩 M 按有关标准选择滚动轴承型号 2 2 回转驱动装置的计算 回转机构的驱动计算包括回转阻力矩的计算及驱动电动机的计算 2 2 1 回转驱动力的计算 塔式起重机回转时主要克服的阻力是回转支撑装置中的摩擦阻力据 风力 阻力矩和回转惯性阻力矩 按下式计算 T Tm Tw Tg Tp T 回转阻力矩 N m Tm 回转支撑装置中的摩擦阻力据 N m Tw 风力阻力矩 N m Tg 惯性阻力矩 仅出现在回转启动和制动时 N m Tp 坡度阻力矩 N m 1 摩擦阻力据 Tm 滚动轴承式回转支撑装置在回转启动时产生的摩擦阻力据按下式计算 2 1 NHNVM D 2 T 0 m Tm 0 012 1 6 2 1872640 9 468 7 17981 85 N 式中 当量摩擦系数 如表 2 1 所示 表 2 1 当量摩擦系数 工况球式回转支撑交叉滚珠式回转支撑 回转启动 正常回转 0 012 0 008 0 015 0 01 D0 回转支撑滚道中心圆直径 1 6m 垂直力和力矩在回转支撑的滚动体上产生的发向压力绝对 VM N VM 值总和 N 当 e 交叉滚珠式 和 e 滚球式 时 0262 0D V M 03 0 D V M 2 2 0414 1 DNVM e 交叉滚珠式 和 滚球式 时 0262 0D V M 03 0 D V M 2 3 eVMk D Ve N 0 282 2 因为 M V 0 3D0 所以 N 1872640 91 6875321 49 1 52 282 2 282V 0 e NVM e k D 式中 系数 滚球式 1 5 ek ek 水平力 H 在回转支撑的滚动体上产生的法向压力绝对值总和 VM N N HkH VM N 1 72 272 5 468 7 NHkH VM N 式中 系数值 与滚动体的形状和滚动体与滚道的接触角等因素有关 Hk 当接触角为 450 时 对滚球式取 1 72 Hk 2 风阻力矩 TW 风阻力矩的计算公式 2 4 sin 4433RFRFRFRFTwwbwbWQW 式中 FWQ 作用在起吊物上的风载荷 N A 2 C 1 2 FWQ 1 2 250 2 600 N 作用在起重臂架上的风力 N wbF A臂 55 26 1 2 66 3 m2 漏 0 25 重 0 25 C 1 3 Kn 1 q 250N m2 A实 1 A 0 25 1 25 66 3 20 72 m2 FWb 1 3 250 20 72 6734 N FW3 作用在平衡重上的风载荷 N A 5 0m2 FW3 1 2 250 5 0 1500N 作用在平衡臂架上的风载荷 N 4wF A 0 35 15 32 5 362 m2 FW4 1 2 250 5 362 1608 6 N 起吊物品到回转中心的距离 m R 取 R 15m 起重臂架风力作用线到回转中心的距离 m bR 取 Rb 27m 平衡重风力作用线到回转中心的距离 m 3R 取 R3 16m 平衡臂架力作用线到回转中心的距离 m 4R 取 R4 9m 起重臂与风向的夹角 当 90 时 起重臂架与风向垂直 最大的风阻力矩按下式计算 4433maxRFRFRFRFTwwbwbWQW 600 15 6734 27 1500 16 1608 6 9 143940 6 N 当从零变化到 90 的过程中 风阻力矩也随着变化 其等效风阻力矩按 下式计算 max7 0WweTT 0 7 143940 6 100758 42 N 3 回转惯性阻力矩 gT 回转惯性阻力矩是由起升载荷 塔机回转部分和传动装置的旋转零件三部 分质量产生的惯性力矩引起的 gmgGgQgTTTT Tg 回转惯性阻力矩 kg m2 TgQ 起吊物品绕塔式起重机回转的惯性阻力矩 kg m2 TgG 塔式起重机回转部分的惯性阻力矩 kg m2 TGm 作用在电机轴上的机构传动部分的惯性阻力矩 kg m2 起吊物品绕塔式起重机回转的惯性阻力矩 gQT 2 5 t n RRqQTgQ 55 9 78400 3665 2 152 0 6 9 55 5 232016 80 kg m2 式中 Q 额定起升载荷 N Q 8000 9 8 78400 N q 吊具自重 N q 374 9 8 3665 2 N R 起吊物品的质心至回转中心线的水平距离 m 取 R 15m n 塔式起重机的回转速度 r min 取 n 0 6m min 回转机构的启动时间 s 通常可取 t 3 6s t 塔式起重机回转部分的惯性阻力矩 gGT 2 6 t n JT n i GigG 55 9 1 JGi 塔式起重机零部件和构件绕回转中心的转动惯量 kg m2 作用在电机轴上的机构传动部分的惯性阻力矩 因为作用在电机轴上的 gmT 机构的转动惯量很小 可以忽略不计 所以这部分不计 但是在实际中这部分 是要计算在内的 4 坡度阻力矩 塔式起重机由于轨道铺蛇不平或者土壤地基的沉陷 导致其回转中心线与 铅垂线成一夹角 从而产生坡度阻力矩 一般回转中心线与铅垂线的夹角很小 可以忽略不计 当夹角很大时 应考虑坡度阻力矩 2 2 2 驱动电机功率的计算 1 初选电动机时 等效功率安下面的公式计算 2 7 9550 nT P e e 118740 87 0 6 9550 0 85 8 78 kw wepemeTTTT 17981 85 0 100758 42 118740 27 N 式中 Pe 电机等效功率 kw 回转机构总效率 采用行星齿轮传动时 0 8 0 85 取 0 85 n 塔式起重机的回转速度 r min 取 n 0 6 r min Te 回转机构等效静阻力矩 N m Tm 摩擦阻力矩 N m Tpe 等效坡度阻力矩 N m Twe 等效风阻力矩 N m 2 3 液力耦合器的选用 2 3 1 选用条件和原则 在已知工作电机的额定功率选配液力耦合器 为了节约能源通常使液力耦 合器与工作电机的额定功率接近相等或是要稍大一些 15 1 要使传动系统有高效率 应使液力耦合器的工作状况与原动机额定工作 状况相等或是相近 以求的较高的效率 2 限矩形的液力耦合器的启动过载系数和最大过载系数都应小于电机力矩 过载系数 否则起不到过载保护作用 2 3 2 选用方法 查表法 按工作电机额定转速和功率液力耦合器产品样本或是产品目录上 查找相应功率的液力耦合器规格 液力耦合器样本 或是产品目录 均按液力 耦合器额定转差率范围的 1 5 3 给出了额定功率范围 15 按上述方法查找到了相应的液力耦合器的规格我 yo 320 型限矩型的液力耦 合器 2 4 制动器 1 制动器的结构尺寸 DZ 0 15 m 松闸弹簧 l1 30 mm Ps1 54 N l2 26 mm Ps2 87 N 工作长度 26 mm 弹簧力 Ps 80 N 电磁铁 MQ1 111 吸力 Pm 30 N 杠杆放大比 ig 183 20 9 15 2 计算工况 保证塔机在最不利工况和最大风力作用下不自行转动 此 时惯性阻力和轴承阻力矩有利于制动 3 制动器力矩计算 MZ M 2 3 i2i3 式中 M 要求制动时所需加的制动力矩 M Mh Mw Mf Mp 5800 80525 12854 13350 22922 37199 N m 2 减速机传动效率 2 0 96 3 开式齿轮传动效率 3 0 98 i2 减速机传动比 i2 162 i3实 开式齿轮实际传动比 i3实 13 1 MZ M 2 3 i2i3 37199 0 96 0 98 13 1 162 16 49 N m 3 行星减速器设计 3 1 已知条件 行星减速器的输入功率 P 4 8kw 输入转速 n 908r min 传动比 ip 162 短 期间断的工作方式 且要求该行星减速器齿轮传动结构紧凑 外轮廓尺寸较小 和传动效率较高 3 2 设计计算 3 2 1 选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 根据上述设计要求 短期间断 传动比大 结构紧凑 外轮廓尺寸较小 查有关的资料可知 3Z 型适用于短期间断的工作方式 结构紧凑 传动比大 为了装配方便 结构更加紧凑 选用具有但齿圈行星轮的 3Z 型行星传动 较合理 其传动简图如图 3 1 所示 图 3 1 3Z II 型减速器传动简图 3 2 2 配齿计算 根据 3Z 型行星传动的传动比值和按其配齿计算公式 pi 3 1 1 4 2 1 2 papappabnznzinzz 3 2 pbenzz 3 3 1 2 1 aeczzz 可求的内齿轮 b e 和行星轮 c 的齿数 bzezcz 现考虑到该星齿轮传动的外廓尺寸较小 故选择中心轮 a 的齿数 30 和 az 行星轮数目 3 为了使内齿轮 b 与 e 的齿数尽可能小 即应取 pn3 pbenzz 在将 和值代入上述公式 则的内齿轮 b 的齿数为 az pnpi bz 1 4 2 1 2 papappabnznzinzz 330 1162 3304 330 2 1 2 105 按公式 3 2 可得内齿轮 e 的齿数为 ez 105 3 108 pbenzz 因为 106 29 77 为奇数 应按公式 3 3 求得行星轮 c 的齿数 ezazcz 38 1 2 1 aeczzz1 30108 2 1 再按公式 3 4 1 1 1 be e a b e b a b b ae p zz z z z z z z z ii 162 1 1 1 be e a b e b a b b ae p zz z z z z z z z ii 105108 108 30 105 1 即得该行星齿轮的传动实际的传动比 160 8 最后确定该行星传动各轮 b ae i 的齿数为 30 105 108 38 azbzezcz 3 3 初步计算齿轮的主要参数 齿轮材料和热处理的选择 中心轮 a 和行星轮 c 均采用 20CrMnTi 渗碳淬 火 齿面硬度 58 62HRC 据 17 图 6 14 和图 6 29 取 1350N mm2和 limH 320N mm2中心轮 a 和行星轮 c 的加工精度 6 级 内齿轮 b 和 e 均采用 limF 42CrMo 调质硬度 217 259HB 据 17 图 6 13 和 6 28 取 720N mm2和 limH 240N mm2 内齿轮 b 和 e 的加工精度 7 级 limH 按弯曲强度的计算公式计算齿轮的模数 m 为 3 5 3 lim1 11 2 Fd FaFpFA m z YKKKT Km 现已知 320N mm2 301 zlimH 小齿轮的名义转矩N m 取直齿轮传动 97 12 8 93 7 3 95499549T 1 1 nn P p 系数 按 17 表 6 7 取使用系数 按 17 表 6 5 取综合系数 1 12 mK35 1 AK 取接触强度计算的行星轮间载荷分布不均匀系数 由公式 0 2 FK2 1 HpK 3 6 1 1 HpFpKK 得 3 1 12 1 5 11 1 1 HpFpKK 由 17 图 6 22 查的齿形系数 由 17 表 6 6 查的齿宽系数 67 2 1 FaY 6 0 d 则得齿轮模数 m 为 mm 08 1 320306 0 67 23 10 235 1 97 12 1 12m 3 2 取齿轮模数 m 2mm 3 3 1 啮合参数计算 在三个啮合齿轮副 a c b c 和 e c 中 其标准中心距 a 为 mm 68 3830 2 2 1 zz m 2 1 acaac mm 67 38105 2 2 1 zz m 2 1 acbbc mm 70 38108 2 2 1 zz m 2 1 aceec 由此可见 三个齿轮的标准中心距均不相等 且有 因此 该 bcacecaaa 行星齿轮传动不能满足非变位的同心条件 为了使该行星传动既能满足给定的 条件的要求 又能满足啮合传动的同心条件 即应使各齿轮副的啮合中 162 pi 心距相等 则必须对该 3Z 型行星传动进行角度变位 a 根据各标准中心距之间的关系 现选取其啮合中心距 bcacecaaa 70mm 作为各齿轮副的公用中心距值 aea 已知 m 2mm 70mm 及压力角 68 cazz67 cbzz70 cezz a 20 计算数据填入表 3 1 得 表 3 1 3Z 型行星传动啮合参数计算 项目计算公式a c 齿轮副b c 齿轮副e c 齿轮副 中心距变动系数 y 啮合角 a 变为系数和 x 齿顶高变动系数 y 重合度 m aa y cosarccos a a a tan2 invainva z x yxy tan tan tan tan 2 1 22 11 a a z z 1 ay 24 6 aca 1 096 acx 0 096 ay 1 5 by 25 55 bca 1 721 bcx 0 221 by 0 ey 20 eca 0 ecx 21xx 0 ey 注 1 表中公式中的 外啮合取 内啮合取 2 表内公式中的为齿顶压力角 且有 a arccos a b a d d 3 3 2 确定各齿轮的变位系数 1 a c 齿轮副 在 a c 齿轮副中 由于中心轮中 由于中心轮 a 的齿数 1730min zza 和 据此可知 该齿轮副的变位 34268min zzzcbmmammaac7068 目的是为了凑合中心距和改善啮合性能 其变位方式应采用角度变位的正传动 即 0 caacxxx 按公式 3 7 5 0 12 12 xyx zz zz xxa 08 0 096 0 096 1 3038 3038 096 1 5 0 0 5692 按公式 3 8 aacxxx 2 可求得中心轮 a 的变位系数为 ax 1 096 0 5692 0 5268 aacxxx 2 2 b c 齿轮副 b c 齿轮副中 和该齿轮副内齿 1738min zzc34267min zzzcb 据此可知 该齿轮副的变位目的是为了凑合中心距和 mmammabc7067 改善啮合性能 故其变位方式也应采用角度变位的正传动 即 0 cbbcxxx 现已知其变位系数1 721 和 则可得内齿轮 b 的变位系数 bcx5268 0 cx 2478 2 5268 0 721 1 cbcbxxx 3 e c 齿轮副 e c 齿轮副中 和 由 minzze 34270min zzzcemmaaec70 此可知 该齿轮副的变位目的是为了改善啮合性能和修复啮合齿轮副 故其变 位方式采用高度变位 即 则可得内齿轮 e 的变位系数为 0 ceecxxx 5268 0 cexx 3 4 几何尺寸计算 对于该 3Z 型行星传动可按下表的公式进行进行其尺寸的计算 各齿 轮副齿顶的几何尺寸的计算结果如表 3 2 所示 表 3 2 3Z 型行星传动齿顶几何尺寸计算 项目计算公式a c 齿轮副b c 齿轮副e c 齿轮副 变位系数 分度圆直径 d 基圆直径 db 节圆直径 d 齿顶外啮合 齿顶内啮合 1 2 d1 mz1 d2 mz2 db1 d1cos db2 d1cos d 1 2 21 1 zz z d 2 2 21 1 zz z da1 d1 2m h a 1 y da2 d2 2m h a 2 y da1 d1 2m h a 1 da2 d2 2m h a 2 1 0 5692 2 0 5268 d1 60 d2 60 db1 56 3816 db2 71 4166 d 1 61 7647 d 2 78 2353 da1 65 8928 da2 81 7232 1 0 5268 2 2 2478 d1 76 d2 210 db1 71 4166 db2 197 3355 d 1 79 403 d 2 219 403 da1 82 1072 da2 214 1072 1 0 5268 2 0 5268 d1 76 d2 216 db1 71 4166 db2 203 9736 d 1 76 d 2 216 da1 82 1072 da2 214 1072 各齿轮副齿根的几何尺寸的计算结果如表 3 3 所示 表 3 2 3Z 型行星传动齿顶几何尺寸计算 项目计算公式a c 齿轮副b c 齿轮副e c 齿轮副 变位系数 分度圆直径 d 基圆直径 db 节圆直径 d 齿根外啮合 齿根内啮合 1 2 d1 mz1 d2 mz2 db1 d1cos db2 d1cos d 1 2 21 1 zz z d 2 2 21 1 zz z df1 d1 2m h a C 1 df2 d2 2m h a C 2 df1 d1 2m h a C 1 df2 da0 2a 02 1 0 5692 2 0 5268 d1 60 d2 60 db1 56 3816 db2 71 4166 d 1 61 7647 d 2 78 2353 df1 57 2768 df2 73 1072 1 0 5268 2 2 2478 d1 76 d2 210 db1 71 4166 db2 197 3355 d 1 79 403 d 2 219 403 df1 73 1072 df2 222 7548 1 0 5268 2 0 5268 d1 76 d2 216 db1 71 4166 db2 203 9736 d 1 76 d 2 216 df1 73 1072 df2 222 7548 关于用插齿刀加工内齿轮 其齿根圆直径的计算 2fd 已知模数 m 2mm 插齿刀齿数 齿顶高系数 1 25 变位系数 250 z 0a h 中等磨损程度 试求被插齿制内齿轮的齿根圆直径 00 x 2fd 齿根圆直径的计算公式 2fd 3 9 02 022addaf 式中 插齿刀的齿顶圆直径 0ad 插齿刀与被加工内齿轮的中心距 02 a 20 0 00 xhmmzd a a 2 25 2 2 1 25 0 55 mm 现对内啮合齿轮副 b c 和 e c 分别计算如下 b c 内啮合齿轮副 105 2478 2 2 bzx 0 0 0 02 02 20 20tan 2 inv zz xx inv b 0 03536 0 0 20 25105 20tan 02478 2 2 inv 由 17 表 4 6 查的 0 02 2026 1 cos cos 2 02 0 02 zz y b 9387 1 1 1826cos 20cos 2 25105 0 加工中心距为 02 a 2 02 0 02 y zz ma b 8774 83 9378 1 2 25105 2mm 按下面的公式 0202 2add af 计算内齿轮 b 齿根圆直径为 填入表 3 3 mm7548 2228774 83255d 2f 1 e c 内啮合齿轮副 108 5268 0 2 bzx 仿上 0 02 0 02 02 20 20tan 2 inv zz xx inv 0 0 20 25108 20tan 05268 0 2 inv 0 0195242 由 17 表 4 6 查的 0 02 5021 1 cos cos 2 02 0 02 zz y b 5126 0 1 5021cos 20cos 2 25108 0 2 02 0 02 y zz ma b 0252 84 5216 0 2 25108 2mm 则得内齿轮 e 齿根圆直径为 填入表 3 3 mm0504 2230252 84255d 2f 3 5 装配条件的验算 对于所设计的上述行星齿轮传动应满足如下的条件 即 1 邻接条件 按公式 3 10 p ac ac n ad sin2 将已知的 值代入上式 则得 acd p ac na 和 2436 12160sin7027232 81 0 即满足邻接条件 2 同心条件 按公式 3 11 cos ac cazz cos bc cbzz cos ec czze 验算 3Z 型行星传动的同心条件 各齿轮副的啮合角 24 6 25 55 和 20 且知 aca bca eca 30 105 108 和 38 代入上式 即得 azbzezcz 74 4924 06 24cos 3830 055 25cos 38105 0 20cos 38108 则满足同心条件 3 安装条件 按公式 3 11 得 3 12 常数 常数 c n zz c n zz p eb p ba 验算其安装尺寸 即 77 3 108105 45 3 10530 常数 常数 所以 满足安装条件 3 6 传动效率的计算 由表 2 中的几何尺寸计算结果可知 内齿轮 b 的节圆直径 大于内齿轮 e 的节圆直径 即 故该 mmdb403 219 mmde216 b d e d 3Z 行星传动的传动效率可采用下面的公式进行计算 b ac 3 13 1 1 1 98 0 p ib ac x eb b ac 已知和 162 b ae i 5 3 30 105 a b z z p 其啮合损失系数 3 14 x mb x me x eb 和可按下面的公式进行计算 x me x mb 3 15 11 3 2 ec m x me zz f 3 16 11 3 2 bc m x mb zz f 取轮齿的啮合摩擦系数 且将 105 108 和 38 代入上式 1 0 m f bzezcz 可得 003862 0 105 1 38 1 1 03 2 x mb 003923 0 108 1 38 1 1 03 2 x me 即有 0 003862 0 003923 0 007785 x mb x me x eb 所以 其传动效率 7278 0 1 5 31 162 007785 01 98 0 b ac 可见 该行星齿轮传动的传动效率较高 可以满足短期间断工作方式的使 用要求 3 7 结构设计 根据 3Z 型行星传动的工作特点 传