垂直起吊机构的设计【垂直起重机】【卷扬机】【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
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垂直起吊机构的设计【垂直起重机】【卷扬机】【说明书+CAD+SOLIDWORKS】,垂直起重机,卷扬机,垂直,起吊,机构,设计,起重机,说明书,CAD,SOLIDWORKS
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西北工业大学明德学院本科毕业设计(论文)垂直起吊机构的设计西北工业大学明德学院本科综合毕业设计论文中文摘要起重机械是一种间歇作业方式对物料进行起升、下降和水平移动的搬运机械。起重机械作业通常是重复循环的，一个完整的作业循环一般包括取物起升、平移、下降、卸载等环节。经常起动、制动、正反向运动是起重机械的基本特点。近些年来，伴随着我国固定资产投资的飞速增长、基础设施建设和大型项目的不断上马，使得我国工程机械行业获得了空前的发展，也受到了人们越来越多的关注。我国的起吊机制造商与欧美的竞争对手相比在技术上还存在着差距，在产业链条，产品结构方面也存在着一定的劣势，但这并非遥不可及。更主要的是，我国在这一领域从未放弃过自主研发，而且已经具备了相当大的产业规模，创造了几个蜚声全球的知名品牌。本课题研究的主要内容有：垂直起吊机构方案的拟定与选择、起升机构总体设计、减速器类型选择、缓冲器的选用，另外，本课题还从性价比等方面的因素来选择或设计了电动机、带的类型、齿轮的设计、缓冲器等一些部件和机构。关键词:起重机械,起吊机,总体设计,减速器47西北工业大学明德学院本科综合毕业设计论文AbstractLifting is an intermittent job of materials lifting way down and horizontally moving handling machinery. Lifting operations are usually repeated cycles, a complete operating cycle generally includes extracts lifting, translation, down, unloading and other links. Often starting, braking, forward and backward movement is the basic characteristics of lifting machinery.In recent years, with the rapid growth of Chinas fixed asset investment, we continue to be launched infrastructure and large-scale projects, so that Chinas construction machinery industry achieved unprecedented development, but also by the people more and more attention. Our lifting machine manufacturer compared to European and American competitors in technology, there are still gaps in the industrial chain, product structure there are also some disadvantages, but it is achievable. More important it is that China has never given up in this area of independent research and development, and already has a fairly large industrial scale, created several world renowned brands.The main contents of the research are: to develop and select vertical lifting body of the program, the overall design of the lifting mechanism, reducer type selection, the choice of the buffer, in addition, this issue also be selected or designed from factor cost and other aspects of the electric motor type belt, gear design, buffer and some other components and agencies.Keywords: lifting machinery, lifting machines, general design, speed reducer目录中文摘要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 起重机概念及知识11.2 起重机发展及存在问题11.3 未来发展趋势1第2章 初步计算82.1 钢丝绳的选择82.2 滑轮卷筒的计算82.3 传动方案分析10第3章 电机的选择及传动装置的运动和动力参数的计算113.1 电机类型和结构形式的选择113.2 选择电机的容量113.3 确定电机转速123.4 传动比分配133.5 传动装置各轴的运动和动力参数13第4章 带传动的计算154.1 带传动设计154.2 选择带型164.3 确定带轮的基准直径并验证带速164.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角174.5 确定带的根数z184.6 确定带轮的结构和尺寸184.7 确定带的张紧装置18第5章 传动零件的设计计算215.1 高速级齿轮的设计计算215.2 低速级齿轮的设计计算24第6章 轴的计算286.1 高速轴的计算286.2 中间轴的计算316.3 低速轴的计算35第7章 键连接的选择和计算387.1 高速轴（I轴）上键的选择及校核387.2 中间轴（II轴）上键的选择及校核387.3 高速轴（III轴）上键的选择及校核39第8章 滚动轴承的选择和计算40第9章 联轴器的选择和计算43总论44参考文献45致谢46第1章 绪论1.1 起重机概念及知识二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重机的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接，不仅简化了结。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。缩短了工期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及轱辘取水，就是用起重设备节省人力的例子。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，我自行设计制造的起重机很少，绝大多。70年代，起重机的类型、规格、性能和技术水准获得了很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能。1.2 起重机发展及存在问题上个世纪70年代以来，随着生产和科学技术的发展，起重机械在品种及质量上都得到了极其迅速的发展。随着国名经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设的结构件和机器设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。随着起重机的使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性性等问题，也越来越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整个设备性能。计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题，尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析。1.3 未来发展趋势由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能也需要不断变化与究善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此，起重机向现代化、智慧化、更安全。今后的发展主要表现在如下几个方面：（1）产品大型化，高速化和专用化。由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。（5）产品组合成套化、集成化和柔性化在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。（6）产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力件，减轻自重和增加外形美观。（3）通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。（4）产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。机械技术和电子技术相结合，先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。（2）系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。1起重机的起升机构 起升机构的驱动装置采用电力驱动时为电动机,其中葫芦起重机多用交流异步鼠笼式电动机,其他电动起重机多采用绕线式异步电动机或直流电动机.履带、铁路起重机的起升驱动装置为内燃机.汽车、轮胎起重机的起升机构驱动装置是由原动机带动的液压泵、液压油缸或液压电机. 2起重机的运行机构 起重机的运行机构可分为轨行式运行机构和无轨行式运行机构（轮胎、履带式运行机构）,这里只介绍轨行式运行机构,以下简称运行机构. 图 1 集中驱动的运行机构 1电动机 2制动嚣 3减速器 4车轮装置轨行式运行机构除了铁路起重机以外,基本都为电动机驱动型.为此,起重机的运行机构是由驱动装置电动机,制动装置 制动器,传动 装置减速器 和车轮装置四部分组成. 1.组成结构工作机构包括：起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机构，被称为起重机的四大机构。（1）起升机构，是用来实现物料的垂直升降的机构，是任何起重机门工起重机械不可缺少的部分，因而是起重机最主要、最基本的机构。（2）运行机构，是通过起重机或起重小车运行来实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行之分，按其驱动方式不同分为自行式和牵引式两种。（3）变幅机构，是臂架起重机特有的工作机构。变幅机构通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度。（4）旋转机构，是使臂架绕着起重机的垂直轴线作回转运动，在环形空间运移动物料。起重机通过某一机构的单独运动或多机构的组合运动，来达到搬运物料的目的。2.驱动装置驱动装置是用来驱动工作机构的动力设备的。常见的驱动装置有电力驱动、内燃机驱动和人力驱动等。电能是清洁、经济的能源，电力驱动是现代起重机的主要驱动型式，几乎所有的在有限范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等都采用电力驱动。对于可以远距离移动的流动式起重机（如汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机）多采用内燃机驱动。人力驱动适用于一些轻小起重设备，也用作某些设备的辅助、备用驱动和意外（或事故状态）的临时动力。3.取物装置取物装置是通过吊、抓、吸、夹、托或其他方式，将物料与起重机联系起来进行物料吊运的装置。根据被吊物料不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。例如，成件的物品常用吊钩、吊环；散料（如粮食、矿石等）常用抓斗、料斗；液体物料使用盛筒、料罐等。也有针对特殊物料的特种吊具，如吊运长形物料的起重 架空单轨系统 横梁，吊运导磁性物料的起重电磁吸盘，专门为冶金等部门使用的旋转吊钩，还有螺旋卸料和斗轮卸料等取物装置，以及集装箱专用吊具等。合适的取物装置可以减轻作业人员的劳动强度，大大提高工作效率。防止吊物坠落，保证作业人员的安全和吊物不受损伤是对取物装置安全的基本要求。4.起重机械基本机构各种起重机械的用途不同，构造上有很大差异，但都具有实现升降这一基本动作的起升机构。有些起重机械还具有运行机构、变幅机构、回转机构或其他专用的工作机构。物料可以由钢丝绳或起重链条等挠性件吊挂着升降，也可由螺杆或其他刚性件顶举。起重机械是一种空间运输设备，主要作用是完成重物的位移。它可以减轻劳动强度，提高劳动生产率。起重机械是现代化生产不可缺少的组成部分，有些起重机械还能在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。起重机械帮助人类在征服自然改造自然的活动中，实现了过去无法实现的大件物件的吊装和移动，如重型船舶的分段组装，化工反应塔的整体吊装，体育场馆钢屋架的整体吊装等。使用起重机械有巨大的市场需求和良好的经济性，近几年起重机械制造行业发展迅速，年均增长约20%。因为从原材料到产品的生产过程中，利用起重运输机械对物料的搬运量常常是产品重量的几十倍，甚至数百倍。据统计，机械加工行业每生产1吨产品，在加工过程中要装卸、搬运50吨物料，在铸造过程中要搬运80吨物料。在冶金行业每冶炼1吨钢，需要搬运9吨原料，车间之间的转运量为63吨，车间内部的转运量达160吨。 起重运输费用在传统行业中也占有较高比例，如机械制造业用于起重运输的费用占全部生产费用的1530%，冶金行业用于起重运输的费用占全部生产费用的3545%，交通运输行业货物的装卸储存都要依靠起重运输机械，据统计海运费用中装卸费用占总运费的3060%。性能参数表征起重机械基本工作能力的最主要的性能参数是起重量和工作级别。起重量是指在规定工作条件下允许起吊的重物的最大重量，即额定起重量。一般带有电磁吸盘（见起重吸盘）或抓斗的起重机，其起重量还应包括电磁吸盘或抓斗的重量。臂架型起重机的起重量还包括吊钩组的重量。工作级别是反映起重机械总的工作状况的性能参数，是设计和选用起重机械的重要依据。它由起重机械在要求的使用期间内需要完成的工作循环总次数和载荷状态来决定。国际标准化组织(ISO)规定将起重机械工作级别划分为8级。中国只规定将起重机划分为8级,轻小型起重设备、升降机、架空单轨系统还没有划分级别。对于作业程序规律性强、重复性大的起重机械，例如码头上装卸船舶货物的起重机、高架仓库用的堆垛起重机和为高炉送料的料斗升降机，工作周期也是一个重要参数。工作周期指完成一个工作循环所需要的时间，它取决于机构的工作速度，并与搬运距离有关。上述起重机有时也用生产率作为重要参数，通常以每小时完成的吊运量来表示。主要参数（一）起重量G起重量G（过去常用字母Q表示），是指被起升重物的质量，单位为千克（kg）或吨（t）。一般分为额定起重量、最大起重量、总起重量、有效起重量等。1.额定起重量Gn（不含起重钢丝绳、吊钩和滑轮组的质量），是指起重机能吊起的重物或物料连同可分吊具或属具（如抓斗、电磁吸盘、平衡梁等）质量的总和。对于幅度可变的起重机，其额定起重量是随幅度变化的。2.最大起重量Gmax，是指起重机正常工作条件下，允许吊起的最大额定起重量。对于幅度可变的起重机，是指最小幅度时，起重机安全工作条件下允许提升的最大额定起重量，也称名义额定起重量。3.总起重量Gt，是指起重机能吊起的重物或物料，连同可分吊具和长期固定在起重机上的吊具或属具（包括吊钩、滑轮组、起重钢丝绳以及在臂架或起重小车以下的其他起吊物）的质量总和。4.有效起重量Gp，是指起重机能吊起的重物或物料的净质量。如带有可分吊具抓斗的起重机，允许抓斗抓取物料的质量就是有效起重量，抓斗与物料的质量之和则是额定起重量。（二）跨度S桥架型起重机支撑中心线之间的水平距离称为跨度，用字母“S”表示，单位为米（m）。（三）轨距k对于小车，为小车轨道中心线之间的距离。（四）基距B基距也称轴距，是指沿纵向运动方向的起重机或小车支承中心线之间的距离。（五）幅度L起重机置于水平场地时，空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离称为幅度L。幅度有最大幅度和最小幅度之分。（六）起重力矩M起重力矩是幅度L与其相对应的起吊物品重力G的乘积，M=GL。（七）起重倾覆力矩MA起重倾覆力矩，是指起吊物品重力G与其至倾覆线距离A的乘积。（八）轮压P轮压是指一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷。单位为N。（九）起升高度H和下降深度h起重高度，是指起重机水平停机面或运行轨道至吊具允许最高位置的垂直距离，单位为m。（十）起升速度Vn起升（下降）速度Vn，是指稳定运动状态下，额定载荷的垂直位移速度（m/min）。（十一）小车运行速度Vt是指稳定运动状态下，带额定载荷的小车在水平轨道上运行的速度（m/min）。（十二）起重机工作级别起重机工作级别是考虑起重量和时间的利用程度以及工作循环次数的工作特性。它是按起重机利用等级（整个设计寿命期内，总的工作循环次数）和载荷状态划分的。起重机载荷状态按名义载荷谱系分为轻、中、重、特四级；起重机的利用等级分为U0U9十级。起重机工作级别，也就是金属结构的工作级别，按主起升机构确定，分为A1A8级。（工作繁忙程度和满载程度）。第2章 初步计算2.1 钢丝绳的选择根据小型吊运机的额定起重量，选择双联起升机构滑轮组倍率为1.（1）钢丝绳所受最大静拉力： （N） 式中 额定起重量；=3kN(起重重量300kg) 吊钩组重量，=0.12kN（吊钩挂架的重量一般约占额定起重量的24%，这里去吊钩挂架重量为0.12kN）； 滑轮组倍率，=1； 滑轮组效率，=0.98. =1.59KN （2）钢丝绳的选择：所选择钢丝绳的破断拉力应满足： n绳钢丝绳安全系数，对于小型工作类型n绳=2由上式可得： =3.74根据查钢丝绳产品目录可选用：钢丝绳6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)，不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=5mm。2.2 滑轮卷筒的计算（1）滑轮、卷筒的最小直径的确定为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮、卷筒的直径（自绳槽底部算起的直径）应满足： D（e-1） 式中 e系数，对小型吊机，取e=25。所以 =120mm取卷筒直径和滑轮直径D=200mm。（2）卷筒长度和厚度的计算 而 式中 最大起升高度， =4m； n钢丝绳安全圈数，n1.5，取n=2； t绳槽节距，t= d绳+（24）=711，取t=10mm；，空余部分和固定钢丝绳所需要的长度，=3t； 卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）， =205mm 卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度，根据钢绳允许偏斜角确定： 其中 吊钩组两侧滑轮绳槽中心线之间的距离，=103mm； 当吊钩滑轮组位于上部极限位置时，卷筒轴和滑轮轴之间的距离， =400mm 2卷筒上绕出的钢丝绳分支相对于铅垂线的允许偏斜角 256，取tan2=tan6=0.1. =80mm 卷筒半边的绳槽部分长度 =107mm卷筒长度=414mm, 取L双 =500mm，卷筒材料采用HT20-40，其壁厚可按经验公式确定 =0.02D+（610）=0.02*200+6=10，取=15mm。2.3 传动方案分析 传动方案：电机带传动两级圆柱齿轮（直齿）减速器工作机 给定条件：由电动机驱动，运输带工作拉力为3.12KN，上升速度为0.3333m/s（20m/min），提升机鼓轮直径为 200mm 减速器类型选择：选用展开式两级圆柱齿轮减速器 方案分析：结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作 用下产生的弯曲变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。 总体传动简图： 第3章 电机的选择及传动装置的运动和动力参数的计算3.1 电机类型和结构形式的选择由于直流电机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此选择交流电动机。我国新设计的Y系列三相笼型异步电机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、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，由于启动性能较好，也适用于某些要求启动转矩较高的机械，如压缩机等。在这里选择三相笼式异步交流电机，封闭式结构，电压380V，Y型。3.2 选择电机的容量本次设计为设计不变（或变化很小）下长期连续运行的机械，只有所选电机的额功率Ped 等于或稍大于所需的电动机工作功率Pd,即Ped Pd ，电动机在工作时就不会过热，通常就不必校验发热和启动力矩。电动机传动装置的运动和动力参数计算公式引自【1】第1220页电机所需工作功率按式（1）为 kw由式 = kw因此 设：为带传动的效率。=0.96为联轴器的效率。=0.99对滚动轴承效率。=0.99为7级齿轮传动的效率。=0.98输送机滚筒效率。=0.96估算传动系统的总效率：工作机所需的电动机功率为： kw3.3 确定电机转速 卷筒工作转速为 r/min 按表1推荐的传动比合理范围，取V带传动比2-4，二级圆柱齿轮减速器的传动比=8-40，则总传动比合理范围为=8-40，故电机转速的可选择范围为 r/min 符合这一范围的同步转速为1500r/min,3000r/min. 查阅相关手册得到符合这一范围的同步转速有 750 r/min，1000 r/min，1500 r/min 和 3000r/min，由于 750 r/min 型电动机的尺寸过大，重量较重，且价格高，故不可取，而 3000r/min 价格高，转速高,也不可取。所以在没选择1000 r/min 与 1500 r/min两种一中选取， 根据容量和转速，由有关手册查出有两种适合的电机型号，因此有两种传动方案，如下页表一。表一方案电动机型号额定功率kw电机转速r/min同步转速满载转速1Y100L-61.510009402Y90L-41.515001400综合考虑电机和传动装置的尺寸，重量，价格，减速器的传动比，可见第2中方案比较合理，因此选择电机型号Y90L-4,其主要性能表二。表二型号额定功率KW同步转速r/min满载转速r/min堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y90L-41.5KW150014002.02.03.4 传动比分配 电机型号Y90L-4，满载时转速nm=1400r/min.(1)总传动比(2)分配传动装置传动比：取V带的传动比为2.5.那么减速器的传动比为：（3） 分配减速器的各级传动比 按展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，由经验公式： 取 且有：得 3.5 传动装置各轴的运动和动力参数(1）各轴转速由式(9)-(10) 电机轴：r/min 轴： r/min 轴： r/min 卷筒轴、轴： r/min (2)各轴输入功率： 由式（12）-（15）轴：轴： kw 轴： kw （3）各输入转矩 由式（16-21） 电动机轴输出转矩： N.m 到轴输入转矩：轴： 轴：轴：运动和动力参数计算结果整理如表四：表四 传动装置各轴运动参数和动力参数表 项目轴号功率转速转矩传动比 0轴1.5140010.232.5 轴1.4456024.564.896 轴1.40114.38116.893.627轴1.3631.85407.79第4章 带传动的计算4.1 带传动设计输出功率P=1.5kW,转速n1=1400r/min,i=2.5表3-1 工作情况系数工作机原动机类类一天工作时间/h10161016载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查机械设计P296表4，取KA1.1。即4.2 选择带型普通V带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速n1按机械设计P297图1311选取。图3-1 带型图根据算出的Pd1.5kW及小带轮转速n11400r/min ，查图得：dd=80100可知应选取A型V带。4.3 确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P298表137查得，小带轮基准直径为80100mm则取dd1=90mm ddmin.=75 mm（dd1根据P295表13-4查得）表3-2 V带带轮最小基准直径槽型YZABCDE205075125200355500由机械设计P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=224mm误差验算传动比： （为弹性滑动率）误差 符合要求 带速 满足5m/sv300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。4.7 确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角 为32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表3-5 普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 67.5 10 12 15 带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 轮 槽 角 32 对应的基准直径 d d 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 - 80 118 190 315 475 600 极限偏差 1 0.5 V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d时)，如图3-2a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图3-2b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图3-2c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图3-2d。（a） （b） （c） （d）图3-2 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择孔板带轮如图（c）第5章 传动零件的设计计算5.1 高速级齿轮的设计计算 按设计计算公式1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB10095-88） 3）材料选择 由表(10-1)选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240 HBS，二者硬度差为40 HBS。 4）初选小齿轮的齿数，选2 按齿面接触强度设计 由设计公式（注:脚标t表示试选或试 算值,下同.）（1）确定公式内各计算数值1）试选载荷系数 2）计算小齿轮转矩3）由表10-7选取齿宽系数（非对称布置）4）由表10-6查取材料弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度6）由式10-13计算应力循环次数（j为齿轮转一圈，同一齿面啮合次数；为工作寿命）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%，安全系数为S=1，由式10-12得 （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，代入较小值 由计算式得， mm2）计算圆周速度3）计算齿轮b 4)计算齿宽与齿高比模数齿轮高齿高比5）计算载荷系数K 根据，7级精度，由图10-8查得动载系数 由表10-2查得 由表10-4用插值法，7级精度,小齿轮相对轴承为非对称布置 查得 由 查图10-13得 故载荷系数 =1.5626）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（10-10a）得 7）计算模数 3 按齿根弯曲强度设计由式（10-5） （1）确定计算参数1)图10-20C查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳 强度极限为2) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 3)算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数由公式(10-12)得4)算载荷系数 =5)取齿形系数，应力校正系数 由表10-5查得 6)比较大小齿轮的大小大齿轮的数值大（2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则m=2 4 几何尺寸计算计算得齿轮的参数为：齿轮参数表名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m2齿数Z124Z2117压力角n分度圆直径d148d2234齿顶圆直径齿根圆直径中心距141齿 宽5.2 低速级齿轮的设计计算 1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1）根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 2）运输机为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（GB10095-88） 3）材料选择 由表(10-1)选择小齿轮材料为40Cr（表面淬火），硬度为 48-55HRC,大齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS 4）初选小齿轮齿数，。取 2 按齿面接触强度设计 按设计计算公式（10-9a）（1）确定公式内各计算数值1）试选2）计算小齿轮转矩 3）由表10-7选取齿宽系数4）由表10-6查取材料弹性影响系数5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度6）由式10-13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%，安全系数为S=1，由式10-12得 （2）计算1）试算小齿轮分度圆直径，由计算式得，mm2）计算圆周速度3）计算齿轮b 4)计算齿宽与齿高比模数齿轮高齿高比5）计算载荷系数K由10-2查得使用系数，；根据，7级精度，由图10-8查得动载系数 因为是直齿轮 所以 ； 由表10-4用插值法查的7级精度,小齿轮相对轴承为非对称轴承时 .由查图10-13得 .故载荷系数 =1.4696）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径，由式（10-10a）得 =70.39mm7） 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，终合考虑，满足两方面，对模数就近取整，则 m=3 取 。取 4 几何尺寸计算 （1）计算中心距 (2)分度圆直径 （3）算齿轮宽度 圆整后取 5.结构设计及齿轮零件草图见附件齿轮参数表名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m3齿数Z124Z287压力角n分度圆直径d155.70d2261齿顶圆直径齿根圆直径中心距166.5齿 宽综合，得出高速级和低速级大小齿轮参数所计算得齿轮的参数为：低速级大261387166.56510.25小722460第6章 轴的计算6.1 高速轴的计算输入轴上的功率转矩轴的计算公式及有关数据和图表皆引自【2】第360385页求作用在齿轮上的力 初定轴的最小直径选轴的材料为钢，调质处理。根据表，取（以下轴均取此值），于是由式初步估算轴的最小直径输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径 与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Tca=KAT1,查表14-1,考虑到转矩的变化很小,故取KA=1.3,则， 查机械设计手册，选用HL型弹性柱销联轴器，其公称转矩为160000N。半联轴器的孔径，故取半联轴器长度L42mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度。轴的结构设计 ）拟定轴上零件的装配方案（见下图） ）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 （）为满足半联轴器的轴向定位要求，轴段右端需制处一轴肩，轴肩高度半联轴器与轴配合的毂孔长度=30mm.，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故的长度应该比略短一点，现取 (3)取齿轮左端面与箱体内壁间留有足够间距，取。为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段4的直径应根据的深沟球轴承的定位轴肩直径确定（4）轴段5上安装齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取.齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮左端面上,即靠紧,轴段5的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽,故取。齿轮右端用肩固定,由此可确定轴段6的直径, 轴肩高度,取,故取 为减小应力集中,并考虑右轴承的拆卸,轴段7的直径应根据的深沟球轴承的定位轴肩直径确定,即，（5）取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得,，(6)参考表152，取轴端为，各轴肩处的圆角半径见CAD图。输入轴的结构布置5受力分析、弯距的计算 （）计算支承反力 在水平面上 （）在垂直面上故总支承反力）计算弯矩并作弯矩图 （）水平面弯矩图 （）垂直面弯矩图 （）合成弯矩图 3）计算转矩并作转矩图6作受力、弯距和扭距图联轴器:由式，查表，得 ，键校核安全齿轮: 查表62，得 ，键校核安全8按弯扭合成应力校核轴的强度由合成弯矩图和转矩图知，C处左侧承受最大弯矩和扭矩，并且有较多的应力集中，故c截面为危险截面。根据式，并取，轴的计算应力由表查得，故安全9校核轴承和计算寿命（） 校核轴承A和计算寿命径向载荷轴向载荷由，在表取X0.56。相对轴向载荷为，在表中介于0.0400.070之间，对应的e值为0.240.27之间，对应Y值为1.81.6，于是，用插值法求得，故。由表取则，A轴承的当量动载荷，校核安全该轴承寿命该轴承寿命（） 校核轴承B和计算寿命 径向载荷 当量动载荷，校核安全该轴承寿命该轴承寿命6.2 中间轴的计算1. 中间轴上的功率转矩求作用在齿轮上的力高速大齿轮: 低速小齿轮: 初定轴的最小直径 选轴的材料为钢，调质处理。根据表，取，于是由式初步估算轴的最小直径这是安装轴承处轴的最小直径4根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（ 1 ）初选型号7208的角接触球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷 故。轴段1和7的长度与轴承宽度相同,故取，( 2 )轴段3上安装低速级小齿轮,为便于齿轮的安装,应略大与,可取。齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮左端面上,即靠紧,轴段3的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。小齿轮右端用轴肩固定,由此可确定轴段4的直径, 轴肩高度,取,故取( 3)轴段5上安装高速级大齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取。齿轮右端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮右端面上,即靠紧,轴段5的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。大齿轮左端用轴肩固定,由此可确定轴段4的直径, 轴肩高度,取,故取。取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得, ，（4）参考表152，取轴端为，各轴肩处的圆角半径见CAD图。中间轴的结构布置5.轴的受力分析、弯距的计算1）计算支承反力： 在水平面上 在垂直面上： 故 总支承反力：2)计算弯矩在水平面上：在垂直面上： 故 3)计算转矩并作转矩图8按弯扭合成应力校核轴的强度 由合成弯矩图和转矩图知，2处当量弯矩最大，并且有较多的应力集中，为危险截面根据式，并取 由表查得，校核安全。9校核轴承和计算寿命）校核轴承A和计算寿命径向载荷轴向载荷,查表13-5得X=1,Y=0,按表13-6,取,故因为，校核安全。该轴承寿命该轴承寿命）校核轴承B和计算寿命 径向载荷 当量动载荷，校核安全该轴承寿命该轴承寿命查表13-3得预期计算寿命，故安全。6.3 低速轴的计算 输入功率转速转矩2 第三轴上齿轮受力3初定轴的直径轴的材料同上。由式，初步估算轴的最小直径4轴的结构设计）拟定轴的结构和尺寸（见下图）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）轴段2和轴段7用来安装轴承，根据，初选型号6210的深沟球轴承，参数基本：基本额定动载荷基本额定静载荷。由此可以确定： （2）为减小应力集中,并考虑左右轴承的拆卸,轴段3和6的直径应根据6209的深沟球轴承的定位轴肩直径确定,即，取( 3)轴段5上安装低速级大齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取。齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮右端面上,即靠紧,轴段5的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。大齿轮右端用轴肩固定,由此可确定轴段4的直径, 轴肩高度,取,故取。(4)取齿轮左端面与箱体内壁间留有足够间距，取（5）取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得, ，（6）参考表152，取轴端为，各轴肩处的圆角半径见CAD图。5.轴的受力分析、弯距的计算（）计算支承反力 在水平面上 在垂直面上故（2）计算弯矩）水平面弯矩 在C处，在B处，）垂直面弯矩 在C处（）合成弯矩图 在C处在B处，（4）计算转矩，并作转矩图 (CD段)第7章 键连接的选择和计算 本减速器全部使用圆头平键，其主要失效形式是工作表面的压溃，除非有严重的过载，一般不会出现键断裂，因此，通常只按工作面的挤压应力进行强度校核。假定载荷在键的工作平面上均匀分布，则普通平键的强度条件根据公式（6-1）为： 式中：T-传递的转矩，单位N.mm; k-键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h,此处h为键的高度， mm;l-键的工作长度， mm,圆头平键l=L-b，平头平键l=L,这里L为键的公称长度，mm;b为键的宽度，mm; d-轴的直径，mm; -键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见表6-2。键的计算公式及有关数据和图表皆引自【2】第103108页7.1 高速轴（I轴）上键的选择及校核 对于I轴上的联轴器与轴的链接主要是周向定位，而不承受轴向力的作用，所以用平键链接，根据d=35mm查参考书【2】P106选用普通平键型； 键，轴的材料为钢，带轮轮毂的材料为铸铁，由表6-2查的许用挤压力在，取其中间值，。键的工作长度l=L-b=63-10=53mm,键和轮毂槽的接触高度k=0.5h=0.5*8=4mm,所受转矩取输入转矩即由式（6-1）可得， 键的强度足够。7.2 中间轴（II轴）上键的选择及校核 轴II上有两个相同的键，且在两处轴径相同，那么只需要对轴径小处的键进行校核即可。根据d=50mm查参考书【2】P106选用普通平键型；和，只需对的键进行校核。键，轴，轮毂的材料都为钢，受轻微的冲击载荷，由表6-2查的许用挤压力在，取其中间值，。键的工作长度l=L-b=50-14=36mm,键和轮毂槽的接触高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm,所受转矩取输入转矩即由式（6-1）可得，键的强度足够。7.3 高速轴（III轴）上键的选择及校核 高速轴上有两处要进行键的选择和校核。两处的直径分别为50mm、60mm，但是为了加工和安装方便，按直径小处选择键宽和键高。根据d=50mm查参考书【2】P106选用普通平键型；和，对两处的键都要进行校核。键，轴，轮毂的材料都为钢，受轻微的冲击载荷，由表6-2查的许用挤压力在，取其中间值，。L=100mm的键，其工作长度l=L-b=100-14=86mm,键和轮毂槽的接触高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm,所受转矩取输入转矩即由式（6-1）可得， 键的强度足够。键的工作长度l=L-b=70-14=56mm,键和轮毂槽的接触高度k=0.5h=0.5*9=4.5mm,所受转矩取输入转矩即由式（6-1）可得，键的强度足够。第8章 滚动轴承的选择和计算 由于本减速器承受载荷较轻，确有一定的轴向力，因此选择角接触球轴承。本着节约材料的目的，在特轻系列中选择7200C 系列。再根据轴径，查参考书【1】第P122页最终选择轴承类型。本减速器中所选三对轴承分别为,7208C,7212C.现在只对7208C轴承的使用寿命系数进行计算，其他轴承类似。轴承的计算公式及有关数据和图表皆引自【2】第307342页 查参考书【1】第P122页可知7208C的动载荷系数，静载荷系数为,按查考书【2】P318页取轴承预期寿命。图8.1轴承的受力情况 1.求两轴承所受到的径向载荷,. 由前面I轴的计算可知,，,，由此可得 2.求两轴承的计算轴向力, 对于7000C型轴承，按表13-7查得轴承派
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