【《链条提升机构关键部件的设计和计算案例》7700字】

链条提升机构关键部件的设计和计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u23001链条提升机构关键部件的设计和计算案例 161421.1链条提升机构总布局和零部件分析 1303101.2齿轮传动设计 2315101.2.1齿轮设计与选择 235811.2.2轴的设计选择 6123721.3链条传动设计计算 10159631.3.1链条类型的选择 10252331.3.2主动链轮的设计计算 13170891.3.3从动链轮的设计计算 16216751.3.4链轮轴的设计计算 17319141.4提升机构机架 23194301.5提升导轨 241.1链条提升机构总布局和零部件分析链条提升机构如图4-1所示，主要由主体架、手轮、提升吊轨、齿轮、链条、链轮、转动轴等部件组成。由于链条传动不会出现弹性滑动和整体打滑的现象，传动效率也比较高，所以提升机构选择以链条传动的方式与齿轮传动相配合，作为该提升机构的传动核心系统；如图所示，转动手轮为整个系统提供动力，首先带动与手轮同一轴上的齿轮进行齿轮传动，将动力传递到下一轴的齿轮上，进而与之在同一轴上的链轮获得动力，从而进行链条传动，与此同时主体架上方的从动链轮也随之转动。因为链条旁边焊接有托架，而托架的周围安装由提升导轨，提升导轨的主要作用是防止小球在提升过程中由于其他影响造成的抖动而发生掉落；对从翻转机构滚动过来的小球沿着提升导轨进行提升作业，最终完成提升工作。图4-1提升机构设计图1.手轮2.主动链轮3.链条1.从动链轮5.提升导轨6.提升从动齿轮轮7.提升主动齿轮1.2齿轮传动设计1.2.1齿轮设计与选择（1）以手轮转动为原动力，手摇轮的转速，输出功率为，齿数比为。①、按照所需要的传动方式，选择直齿形的圆柱齿轮，先选小齿轮齿数是，齿数比为，大齿轮齿数是,齿形角为，齿顶高系数为，顶隙系数为，螺旋角为，不变位。②、链条提升机构为一般工作机器，工作的年限为10年，而且每一年工作的天数为365天；再参照《机械设计(第十版)》中的附表10-7，选用的精度为7级精度。③、选择齿轮的材料通过《机械设计(第八版)》中的附表10-1选择到的材料为45钢，并且45钢材料还需要进行调质处理才能加工使用。（2）、按齿面接触疲劳强度设计①、计算公式中的各项参数的数值；选择；手轮转动的转矩是：。②、由《机械设计(第十版)》表10-8选取齿宽系数；③、计算区域系数：④、由《机械设计(第十版)》表10-6查得材料的弹性影响系数；⑤、由公式（3-9）计算接触疲劳强度用重合度系数；⑥、计算接触疲劳许用应力；由《机械设计(第十版)》图10-21c查得两个齿轮的接触疲劳极限分别为由公式（3-10）计算应力循环次数在《机械设计(第十版)》图10-19中找出接触疲劳系数：选失效形式的机率1%，安全系数，带入公式（3-11），算出：齿轮副上面的接触疲劳的许用应力是：（3）、由公式（3-8）算出小齿轮的分度圆直径：。①、调整小齿轮分度圆直径。计算实际载荷系数前的数据准备。由公式（3-12）代入数据算出圆周速度。再由公式（3-13）算出齿宽。（4）、计算实际载荷系数。①、由《机械设计(第十版)》表10-2查得使用系数②、根据、7级精度，由《机械设计(第十版)》图10-8查得动载系数③、由式（3-14）、（3-15）算出。，。查《机械设计(第十版)》中附表10-3得齿间分配系数。由《机械设计(第十版)》附表10-4用插值法选出齿轮的精度为7级、小齿轮相对支承对称布置时，齿向载荷分布系数：。所以代入式（3-16）算出实际载荷系数是：。④、由式（3-17）、（3-18）算出按实际载荷系数计算的分度圆直径：。及相应的齿轮模数：（5）、按齿根弯曲疲劳强度设计①、试选。②、由式（3-20）算出弯曲疲劳强度用重合度系数：。根据《机械设计(第十版)》中的附表10-5选择出齿形系数为：；应力的修正系数为：。根据《机械设计(第十版)》中的图10-20c查找出两个齿轮相啮合时候的齿根弯曲疲劳强度的极限为：根据《机械设计(第十版)》中的图10-18查找出弯曲疲劳寿命系数为：取弯曲疲劳安全系数S=1.4,代入公式（3-11）、（3-21）计算得出：，所以取由试（3-19）算模数：。（5）、调整齿轮模数计算实际载荷系数前的数据准备。①、由式（3-22）、（3-12）算出圆周速度。②、由式（3-13）算出齿宽。③、由式（3-23）算出宽高比，所以。④、计算实际载荷系数。根据7级精度，由《机械设计(第十版)》图10-8查得动载系数。由式（3-14）、（3-15）算出,。查《机械设计(第十版)》中附表10-3的齿间分配系数。由《机械设计(第十版)》表10-4用插值法找出：，再结合,再查找《机械设计(第十版)》中的图10-13，得出：。代入公式（3-24）计算得出载荷系数为：。再由公式（3-25）、（3-22）算出按实际载荷系数计算的齿轮模数：。及相应的小齿轮分度圆直径。对比计算数据，是按齿面接触疲劳强度算出的模数、是小齿轮分度圆直径，两者都超过按齿根弯曲疲劳强度算出的模数和算出的小齿轮分度圆直径。又因齿轮模数大小是依照齿根弯曲疲劳强度大小取的，而齿轮直径大小也是依照齿面接触疲劳强度大小取的，取按弯曲疲劳强度算出的模数，取标准值，由接触疲劳强度算出的分度圆直径，算出小齿轮齿数。取，则大齿轮齿数。（6）、几何尺寸计算①、由式（3-22）算出分度圆直径：。②、由式（3-26）算出中心距：。③、由式（3-13）算出齿轮宽度：。④、由式（3-27）算出齿顶高：。⑤、由式（3-28）算出齿根高：。⑥、由式（3-29）算出全齿高：。⑦、由式（3-30）算出齿顶圆直径：。⑧、由式（3-31）算出齿根圆直径:。（7）、主要设计结论,齿轮参数的总结表4-1提升机构齿轮的计算数值代号名称小齿轮大齿轮模数1.5mm1.5mm齿数5555齿宽16.5mm16.5mm分度圆直径82.5mm82.5mm齿顶高系数1.01.0顶隙系数0.250.25齿顶高1.5mm1.5mm齿根高1.875mm1.875mm全齿高3.375mm3.375mm齿顶圆直径85.5mm85.5mm齿根圆直径78.75mm78.75mm（结论：两个齿轮材料都是选用45钢材料，并且45钢材料需要进行调质处理后才能加工使用，齿轮的精度选择7级精度。）（8）、齿轮结构图图4-2提升机构传动齿轮1.2.2轴的设计选择（1）、手轮输出轴的设计计算轴材料的选择和需要进行热处理的方式：因为没有其他特殊要求，取45钢作为材料，并且45钢要进行正火处理后才能加工使用；45钢是一种很好的碳素结构钢，它的硬度不是很高，这个特性比较适合用于切削加工的形式进行加工。由《机械设计（第十版）》中的附表15-1可以查找出：45钢的其他性能，其中许用弯曲应力：；（2）、计算轴的最小直径：由《机械设计（第十版）》中的附表15-3选取：,又因为在提升机构手轮转动的输出轴的功率为,转速，转矩：。所以代入公式（3-39）计算得：。输出轴的最小直径很明显是轴与手轮相配合处的直径，取；（3）、轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。①、初步选择滚动轴承。轴承会同时受径向力和轴向力影响,所以选用单列式圆锥滚子轴承。根据滚动轴承在工作时的方式，且依照，再通过《机械设计(机械设计基础)课程设计》表15-7选择0基本游隙组，选用标准精度轴承32904，轴承32904的标准尺寸是，所以可以得出、；且是在滚动轴承的左端进行轴肩定位的。32904型号的轴承的轴肩定位尺寸在《轴承轴肩定位手册》里面查找出的结果是，，。根据安装齿轮的范围确定安装齿轮处的轴端的直径和长度；齿轮处轴端7-8，的直径为，因为齿轮轮毂宽度为16.5mm、，为了满足整个轴的安装的尺寸和齿轮左端的轴肩定位尺寸，取，，。②、设计出轴上零件的定位方式。手轮跟轴、齿轮跟轴都是采用平键连接的模式进行固定和定位的；再根据手轮和轴这两个零件结合在一起的大小尺寸，再查找书本《机械设计（第十版）》中的附表（6-1）查出了平键的大小尺寸是，制造键槽最常使用的方法是使用铣刀对轴的表面进行加工，长度为，手轮和轴相结合得更好的方式是的配合；根据以上的知识和内容，以此可得查找出齿轮和轴配合时的键槽的大小尺寸是，长度是；的配合模式，而且。③、确定轴上的圆角和倒角的尺寸大小根据《机械设计（第十版）》表15-2，可以得出，轴端的倒角为C1,圆角为。图4-3手轮输出轴（4）、求作用在轴上的力又已知两个齿轮的分度圆半径都为，因此由式（3-32）算得：，再由式（3-33）算得：。、从轴的设计形状和弯矩、扭矩的表现图可以看出来轴在A点处的分割面为危险分割面。根据图4-4得出的所需要的计算结果以及的数值列在下表中。表4-2轴的受力载荷数值载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩（当支反力的计算结果与前面设定的结果相反时，支反力为负数。）图4-4手轮转动输出轴扭矩图（6）计算弯扭合成应力并对轴的强度进行检验①、在进行轴的应力的检验当中，危险分割面的最大弯矩和扭矩是最要优先进行检验的地方，通过《机械设计（第十版）》的课文中（15-5）的公式和表格里面的计算结果，又因为扭转切应力的表达结果是静应力的时候；所以可以取的是0.3，再由公式（3-35）、（3-34）代入数据，进行计算得：，故安全。②、判断危险截面截面B处是轴与链轮的配合处，故截面C上的应力最大，故B处为危险截面，对其进行校核。（7）、精确校核轴的疲劳强度A与B中间处截面抗弯截面系数由式（3-35）算得：。抗扭截面系数由式（3-36）算得：。截面上弯矩截面上扭矩截面上弯曲应力由式（3-37）算得：。截面上的扭转切应力由式（3-38）算得：1.3链条传动设计计算1.3.1链条类型的选择已知手摇轮的转速，转矩为。手摇轮的输出功率和转速通过一对齿轮传动传递给链条传动。所以链条传动的输出功率等于齿轮传动的输出功率，齿轮传动的传动比；由《机械设计基础课程设计》的课文中的表格10-1里查可以出，传动效率的数值是多少，齿轮传动的是，滚动球轴承的是，因此由式（3-2）、（3-1）算得，，又因为主动链轮的转速为，所以由公式（3-7）算出转矩为：。、滚子链的结构图如下图4-5滚子链结构图1.内链板2.外链板3.销轴1.套筒5.滚子（2）、链的基本参数和尺寸①、选择齿轮齿数传动比取1，，取主动轮齿数，则②、确定计算功率链条传动的输出功率为,主动链轮的转速，查《机械设计(第十版)》中的附表9-6得出链条的工作情况系数为,主动链轮齿数系数：（4-1）式中：—主动链轮齿数系数；计算当量的单排计算功率为：（4-2）式中：—工作情况系数；—主动链轮齿数系数；—传递的功率，；③、选择链条型号和节距根据。由《机械设计(第十版)》中的图9-11，选择链条型号为08A。再查《机械设计(第十版)》中的附表9-1，取链条节距。④、计算链节距和中心选取链条的中心距为。取。所以得出的链长节数为：（4-3）式中：—中心距，；—节距；取链长节数为：。所以，当两个链轮在齿数一样（）时，链传动的最大中心距为：（4-4）⑤、计算平均链速，确定确定润滑方式（4-5）式中：—主、从动链轮的齿数；—主、从动链轮的转速，；根据和，查《机械设计(第十版)》图9-13可得选择采用定期人工润滑。⑥、计算压轴力有效圆周力为：。（4-6）式中：—有效圆周力，；—传递的功率，；—链速，；该装置的链传动是竖直放置的，所以取压轴力系数,算出压轴力：（4-7）式中：—有效圆周力，；—压轴力系数；⑦、滚子链的型号选定根据《机械设计(第十版)》表9-1查得，节距为，内链板高度为，销轴直径为,内链节内宽，滚子直径，抗拉载荷13.9kN,单排单位长度质量，选08A-198GB/T1243-1997。1.3.2主动链轮的设计计算（1）、材料的选择选择中碳钢作为链轮的材料，该材料还需要采用碳钢淬火的方式进行处理，其硬度（2）、分度圆直径计算由《机械设计(第十版)》表9-3查得（4-8）代入数据得：；（3）、齿顶圆直径计算由《机械设计(第十版)》表9-3查得，（4-9）式中：—分度圆直径，；—链条节距；所以算得：，取；（4）、齿根圆直径计算由《机械设计(第十版)》表9-3查得（4-10）（5）、齿高计算（4-11）取；（6）、齿宽（7）、最大齿根距离计算（4-12）（8）、最大齿侧凸缘直径计算（4-13）（9）、齿侧圆弧半径计算（4-14）取（10）、滚子定位圆弧半径计算（4-15）取（11）、滚子定位角计算（4-16）取（12）、齿侧倒角计算（4-17）（13）、齿侧半径计算（4-18）（14）、轮毂厚度计算（假设轴孔为25mm）,查下表，k取1.8表4-3链轮的结构尺寸名称结构尺寸（参考）轮毂厚度常数（4-19）式中：—分度圆直径，；—轴孔直径，；（15）、轮毂长度L计算（4-20）式中：—轮毂厚度；取长度L为28mm（16）、轮毂直径计算（4-21）式中：—轮毂厚度，；—轴孔直径，；1.3.3从动链轮的设计计算（1）根据主动轮的设计同理，又因为可得出从动轮的主要参数等于主动轮的主要参数。（2）、主要设计结论，齿轮的参数总结表4-4链轮的计算数值名称符号齿轮分度圆直径73.14mm齿顶圆直径78mm齿根圆直径65.22mm表4-4（续）齿高4mm齿宽7.30mm最大齿根距离61.94mm最大齿侧凸缘直径58.71mm齿侧圆弧半径30mm滚子定位圆半径4mm滚子定位角齿侧倒角0.651mm齿侧半径12.7mm轮毂厚度9.70mm轮毂长度L28mm轮毂直径41.40mm（总结：链轮选择材料均选用中碳钢，采用碳钢淬火处理，其硬度）图4-6链轮1.3.4链轮轴的设计计算a、主动链轮轴的设计计算（1）、轴的材料和热处理方式的选择：因为链条提升机构轴链轮轴的载荷相对较大，但是没有很大的冲击力，选40Cr作为轴的材料，且材料需经过调质处理；查《机械设计（第十版）》中的附表15-1得：材料的性能，其中许用弯曲应力：；（2）、初步计算轴的最小直径：选取45钢作为加工轴的材料，而且要加工成轴的45钢还需要进行正火处理的锤炼过程，又根据《机械设计（第十版）》里面的附表15-3选择：,因为提升机构链轮的输出轴的功率,转速为，转矩为。代入式（3-39）得：。取轴与齿轮相配合处的直径，因为该齿轮的传动比是1，所以；（3）、轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。①、初步选择滚动轴承。轴承会同时受径向力和轴向力影响，所以选单列式的圆锥滚子轴承。参照滚动轴承在工作时的方式，轴承选0组游隙，选标准精度级的32904轴承，轴承32904的标准尺寸是，所以、；轴1-2段在滚动轴承右边使用的定位是套筒方式的轴向定位。，所以，长度为；轴5-6段滚动轴承的左边的固定方式是采用轴肩固定的方式进行轴向定位，右边的固定方式是用套筒与齿轮进行轴向定位，在《轴承轴肩定位手册》里面查找出的结果为为，所以，。根据安装齿轮和链轮的范围确定安装齿轮和链轮处的轴端的直径和长度；链轮处轴端3-4，的直径为，因为链轮轮毂宽度为10.57mm,所以，齿轮处轴端尺寸为，；套筒定位在链轮左端进行，轴肩定位在链轮右端进行，齿轮的左端是套筒定位。②、设计出轴上零件的定位方式。链轮跟轴、齿轮跟轴都是采用平键连接的模式进行固定和定位的；再根据链轮和轴这两个零件结合在一起的大小尺寸，再查找书本《机械设计（第十版）》中的附表（6-1）查出了平键的大小尺寸是，制造键槽最常使用的方法是使用铣刀对轴的表面进行加工，长度为，链轮和轴相结合得更好的方式是的配合；根据以上的知识和内容，以此可得查找出齿轮和轴配合时的键槽的大小尺寸是，长度是；的配合模式。③、确定轴上的圆角和倒角的尺寸大小根据《机械设计（第十版）》表15-2，可以得出，轴端的倒角为C1,圆角为。图4-7主动链轮轴（4）、求作用在轴上的力已知提升机构链条传动输出轴的功率,转速为，转矩为。又已知两个链轮的分度圆半径都为，因此由式（3-32）、（3-33）得：，；、从轴的设计形状和弯矩、扭矩的表现图可以看出来轴在B点处的分割面为危险分割面。如图4-8得出的所需要的计算结果以及的数值列在下表中。表4-5主动链轮轴的载荷数值载荷水平面垂直面支反力弯矩总弯矩扭矩图4-8链轮轴的扭矩图①、计算弯扭合成应力并对轴的强度进行检验在进行轴的应力的检验当中，危险分割面的最大弯矩和扭矩是最要优先进行检验的地方，通过《机械设计（第十版）》的课文中（15-5）的公式和表格里面的计算结果，又因为扭转切应力的表达结果是静应力的时候；所以可以取的是0.3，再由公式（3-35）、（3-34）代入数据，进行计算得：，故安全。②、判断危险截面截面B处是轴与链轮的配合处，故截面C上的应力最大，故B处为危险截面，对其进行校核。、精确校核轴的疲劳强度①、A与B中间处截面由式（3-35）算出抗弯截面系数：。由式（3-36）算出抗扭截面系数：；截面上弯矩截面上扭矩：。由式（3-37）算出截面上弯曲应力：；由式（3-38）算出截面上的扭转切应力：；b、从动链轮轴的设计计算（1）、轴的材料选择和热处理的方式：因为链条提升机构轴链轮轴的载荷相对较大，而且没有很大的冲击力，所以可以选择40Cr材料并且进行调质处理；依照《机械设计（第十版）》表15-1可以知道：材料的性能，其中许用弯曲应力：；（2）、计算轴的最小直径：选45钢为轴的材料，而且材料45钢是要经过正火处理过得，查《机械设计（第十版）》里面的附表15-3选择：。因为该机构在运转工作的过程中，主动链轮带动着从动链轮进行转动做工，在理想情况下从动链轮所在的轴的功率等于主动链轮所在输出轴的功率，所以功率,转速为，转矩为。由式（3-39）得：。输出轴的最小直径很明显是轴与滚动轴承相配合处的直径轴1-2段、5-6段。（3）、轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。①、初步选择滚动轴承。轴承会同时受到径向力和轴向力影响，所以选单列式类型的圆锥滚子轴承。参照滚动轴承在工作时的方式，选0组游隙，选择精度级标准级的32904轴承，轴承32904的标准尺寸为，得、；1-2段轴承右端以套筒与链轮进行定位，5-6段轴承左端以轴肩进行定位，所以在由《轴承轴肩定位手册》里面查找出来的尺寸结果是，所以，，，。根据安装齿轮的范围确定安装齿轮处的轴端的直径和长度；轴端3-4处的直径为，因为齿轮轮毂宽度为10.57mm,所以，链轮左端的固定方式是以套筒进行定位的，右端的固定方式是以轴肩进行定位的。②、设计出轴上零件的定位方式。链轮跟轴是采用平键连接的模式进行固定和定位的；再根据链轮