卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)

卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì),卷揚(yáng)機(jī),設(shè)計(jì) 前言卷揚(yáng)機(jī)是一種常見的提升設(shè)備，其主要是用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。由于電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于卷揚(yáng)機(jī)中滾筒的轉(zhuǎn)速，故必須設(shè)計(jì)減速的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)有多種多樣，如皮帶減速器、鏈條減速器、齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器、二級齒輪減速器等等。通過合理的設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置，使的卷揚(yáng)機(jī)能夠在特定的工作環(huán)境下滿足正常的工作要求。同時(shí)通過本課程設(shè)計(jì)將學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行綜合應(yīng)用，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算能力，熟悉一般的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)過程。目 錄設(shè)計(jì)任務(wù)書3第一部分 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)4第二部分 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比分配4第三部分 V帶設(shè)計(jì)7第四部分 齒輪的設(shè)計(jì)9第五部分 軸的設(shè)計(jì)16第六部分 校核19第七部分 箱體及其它附件21總結(jié)23參考文獻(xiàn)23設(shè)計(jì)任務(wù)書1 設(shè)計(jì)要求：1.1 卷揚(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于建筑工地提升物料，空載啟動(dòng)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作平穩(wěn)。1.2 室外工作，生產(chǎn)批量為5臺(tái)。1.3 動(dòng)力源為三相交流380/220V，電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)。1.4工作期限為10年，每年工作300天，3班制工作，每班工作4小時(shí)，檢修期間隔為3年。1.5 專業(yè)機(jī)械廠制造，可加工7、8級精度的齒輪、渦輪。該裝置的參考圖如下：2 原始技術(shù)數(shù)據(jù)繩牽引力W/KN繩牽引力速度v/(m/s)卷筒直徑D/mm100.54703 設(shè)計(jì)任務(wù)3.1 完成卷揚(yáng)機(jī)總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和論證，繪制總體設(shè)計(jì)原理方案圖。3.2 完成卷揚(yáng)機(jī)主要傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.3 完成裝配圖1章（A0或A1），零件圖2張。3.4 編寫設(shè)計(jì)說明書。第一部分 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)1.1 傳動(dòng)方案1.1.1組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。1.1.2特點(diǎn)：齒輪相對于軸承不對稱分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。1.1.3確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率大，將V帶設(shè)置在高速級。 其傳動(dòng)方案如下：2方案論證本設(shè)計(jì)中原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)為皮帶輸送機(jī)。傳動(dòng)方案采用了兩級傳動(dòng)，第一級傳動(dòng)為帶傳動(dòng)，第二級傳動(dòng)為單級直齒圓柱齒輪減速器。 帶傳動(dòng)承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式大，但有過載保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，還可緩和沖擊和振動(dòng)，故布置在傳動(dòng)的高速級，以降低傳遞的轉(zhuǎn)矩，減小帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸。 齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高，適用的功率和速度范圍廣，使用壽命較長，是現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)構(gòu)之一。本設(shè)計(jì)采用的是展開式兩級直齒輪傳動(dòng)。總體來講，該傳動(dòng)方案滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低傳動(dòng)效率高。第二部分 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比分配2.1電動(dòng)機(jī)的選擇2.1.1傳動(dòng)裝置的總效率按表2-5查得各部分效率為：V帶傳動(dòng)效率為，滾動(dòng)軸承效率（一對），閉式齒輪傳動(dòng)效率為，聯(lián)軸器效率為，傳動(dòng)滾筒效率為，代入得=2.1.2工作機(jī)所需的輸入功率，其中所以6.06kw使電動(dòng)機(jī)的額定功率P （11.3）P ，由查表得電動(dòng)機(jī)的額定功率P 7.5KW。 2.1.3確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算滾筒工作轉(zhuǎn)速： 由推薦的傳動(dòng)比合理范圍，v帶輪的傳動(dòng)比范圍：24，二級圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)比一般范圍：840，則總傳動(dòng)比的范圍為，,故電機(jī)的可選轉(zhuǎn)速為：2.1.4確定電動(dòng)機(jī)型號根據(jù)以上計(jì)算在這個(gè)范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的情況，同時(shí)也要降低電動(dòng)機(jī)的重量和成本，最終可確定同步轉(zhuǎn)速為1000r/min ，根據(jù)所需的額定功率及同步轉(zhuǎn)速確定電動(dòng)機(jī)的型號為Y160M - 6，滿載轉(zhuǎn)速970r/min。 其主要性能：額定功率：7.5KW，滿載轉(zhuǎn)速970r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.0。 2.2 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級的傳動(dòng)比2.2.1總傳動(dòng)比：i =970/20.33=47.71 2.2.2分配各級傳動(dòng)比 根據(jù)指導(dǎo)書，取V帶的傳動(dòng)比，則減速器的傳動(dòng)比i為i=取兩級援助齒輪減速器高速級的傳動(dòng)比則低速級的傳動(dòng)比為2.3運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算2.3.1 電動(dòng)機(jī)軸 2.3.2 軸（高速軸）2.3.3 軸（中間軸）2.3.4 軸（低速軸）2.3.5 軸（滾筒軸）各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如下表軸名功率 p/kw轉(zhuǎn)矩 T/N.M,轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動(dòng)比i效率輸入輸出輸入輸出電動(dòng)機(jī)軸1 軸2 軸3 軸滾筒軸5.815.585.365.256.065.755.525.305.20171.787792549.22496.923.4171.6561777.152523.7082471.93197032368.420.0820.0834.7183.37610.960.960.960.98三、V帶設(shè)計(jì)3.1 確定皮帶輪3.1.1 確定計(jì)算功率。由表8-7查得工作情況系數(shù);故3.1.2選取v帶帶型。根據(jù)、由圖8-11選用A型。確定帶輪的基本直徑并驗(yàn)算帶速v。3.1.3初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑；驗(yàn)算帶速v；按式8-13驗(yàn)算帶的速度；因?yàn)?m/sv30m/s,故帶速合適；計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)直徑；根據(jù)式8-15a，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑；根據(jù)表8-8取540mm.3.2確定v帶的中心距和基準(zhǔn)長度根據(jù)式8-20 取，初定中心距。由式8-22計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度2500mm。按式8-23計(jì)算實(shí)際中心距。；由式8-24 得中心距的變化范圍為683-795mm。3.3 驗(yàn)算小帶輪上的包角。3.4 計(jì)算帶的根數(shù)計(jì)算單個(gè)v帶的額定功率。由，查表8-4a得。根據(jù)查表8-5得，表8-2得，于是計(jì)算v帶的根數(shù)z，圓整為4。3.5 計(jì)算單根v帶初拉力的最小值由表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.1Kg/m,所以 應(yīng)使帶的初拉力3.6計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值為第四部分 齒輪的設(shè)計(jì)4.1高速級齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1選擇齒輪材料及精度等級 由于速度不高，故選取7級精度的齒輪，小齒輪的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為250HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。選取高速級中的小齒輪齒數(shù)為23，則大齒輪的齒數(shù)為，圓整為108。4.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由（10-9a）：4.1.2.1試選載荷系數(shù)4.1.2.2計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩4.1.2.3由表10-7選取齒寬系數(shù)4.1.2.4由表10-6查的材料的彈性影響系數(shù)4.1.2.5 由圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限4.1.2.6 由10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；4.1.2.7由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。4.1.2.8計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式10-12得4.1.3計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值4.1.3.1計(jì)算圓周速度v4.1.3.2計(jì)算齒寬b4.1.3.3計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù)：；齒高：；4.1.3.4計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)；直齒輪，；由表10-2查得使用系數(shù)；由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，；由;故載荷系數(shù)4.1.3.5按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得得分度圓直徑由式10-10a得4.1.3.6計(jì)算模數(shù)， 4.1.4 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)4.1.4.1由式(1017) m4.1.4.2確定計(jì)算參數(shù) 由圖10-20C查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限是;4.1.4.3計(jì)算彎曲疲勞許應(yīng)力由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式10-12得=4.1.4.4計(jì)算載荷系數(shù)KK K K K=11.211.351.62d） 查取齒型系數(shù)由表105查得e） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Y；Y1.798f）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較=0.01379=0.01644 大齒輪的數(shù)值大。4.1.5.設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.5.1 計(jì)算齒數(shù)由所以取模數(shù)m=3所以， 4.1.5.2幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑：；中心距：；齒輪寬度：；取4.2 低速級齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 材料低速級小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度280HBS ，取小齒齒數(shù)=40低速級大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為240HBS ， 齒數(shù)z=3.37640=135.04,圓整取z=136。4.2.2 齒輪精度按GB/T100951998，選擇7級，齒根噴丸強(qiáng)化。4.2.3 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值4.2.3.1試選K=1.34.2.3.2 計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩4.2.3.3 由表10-7選取齒寬系數(shù)4.2.3.4 查課本由表10-6查材料的彈性影響系數(shù)Z=189.8MP4.2.3.5 查疲勞強(qiáng)度按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限4.2.3.6計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60njL=6068.41(283008)=1.56210 N=0.4610由課本圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.94 K= 0.97 查課本由圖10-21d取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,則接觸疲勞許用應(yīng)力=0.98550/1=5174.2.4計(jì)算4.2.4.1試算小齒輪分度圓直徑代入中的較小的值4.2.4.2算圓周速度v4.2.4.3計(jì)算齒寬b4.2.4.4計(jì)算齒寬與齒高之比模數(shù)：；齒高：；4.2.4.5計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)；直齒輪，；由表10-2查得使用系數(shù)；由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)，；由;故載荷系數(shù)4.2.4.6按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得得分度圓直徑由式10-10a得4.2.4.7計(jì)算模數(shù)4.2.4 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(1017) m4.2.4.1確定計(jì)算參數(shù) 由圖10-20C查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度是大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限是;4.2.4.2計(jì)算彎曲疲勞許應(yīng)力由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式10-12得=4.2.4.3計(jì)算載荷系數(shù)KK K K K=11.1211.351.512d） 查取齒型系數(shù)由表105查得f） 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表105查得Y；Y1.798f）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較=0.01379=0.01644 大齒輪的數(shù)值大。4.2.3設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.3.1確定模數(shù)所以取模數(shù)m=34.2.3.2確定齒數(shù)所以， 4.2.3.2幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑：；中心距：；齒輪寬度：；取第五部分 軸的設(shè)計(jì)5.1 以輸出軸為例說明軸的設(shè)計(jì)過程。5.1.1 求輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩P=5.36KW =20.08/min=2549.2Nm5.1.2 求作用在齒輪上的力已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 =438 而 F= F= F5.1.3初步確定軸的最小直徑按式15-2初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45剛,調(diào)質(zhì)處理，取，于是得。 根據(jù)聯(lián)軸器的計(jì)算公式，查表14-1，取;則有，查GB/T5843-1986，選用YL14凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑，半聯(lián)軸器長度L=172mm。5.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1.4.1擬定軸上零件的裝配方案 5.1.4.2初步選擇滾動(dòng)軸承根據(jù)工作條件選用深溝球軸承。參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選用0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級的6016。其尺寸為。5.1.4.3使用毛氈密封圈其參數(shù)為：5.1.5軸的各段直徑，軸的各段長度5.1.6 軸上零件的周向定位齒輪，半聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵連接。根據(jù)由表6-11查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為40mm，同時(shí)為了保證齒輪和軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸配合的直徑尺寸為。5.1.7確定軸上圓角與倒角尺寸取軸端倒角為，各軸端倒角見詳圖。5.2 同樣求得 (中間軸) 5.2.1 主動(dòng)軸(高速軸)的相關(guān)參數(shù)選取軸的材料為45剛,調(diào)質(zhì)處理，取，于是得。，其尺寸：5.2.2 中間軸的相關(guān)參數(shù)選取軸的材料為45剛,調(diào)質(zhì)處理，取，于是得。第六部分 校核6.1 軸的強(qiáng)度校核6.1.1 求軸上載荷6.1.1.1 在水平面上6.1.1.2在垂直面上有6.1.1.3總彎矩6.1.1.4扭矩6.1.1.5 作出扭矩圖 30 201 306.1.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)候，通常只是校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度根據(jù)式15-5及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力由表15-1查得45剛的。因?yàn)?，故安全?.2 鍵的強(qiáng)度校核6.2.1 鍵連接強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)式6-11得：查表6-21得，因?yàn)?，故鍵槽的強(qiáng)度足夠。其它鍵的驗(yàn)算方法同上，經(jīng)過計(jì)算可知它們均滿足強(qiáng)度要求。6.2.2.1 軸承60166.2.2.1.1 當(dāng)量動(dòng)載荷用插值法由表13-51查得X=1,Y=0；故基本動(dòng)載荷為：6.2.2.1.2 軸承的額定壽命顯然，軸承的額定壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于減速器的工作時(shí)數(shù)36000h。其它的軸承驗(yàn)算同上。第七部分 箱體及其他附件7.1 箱體的尺寸名 稱符號二級圓柱齒輪減速器/mm箱座壁厚11箱蓋壁厚10箱座凸緣厚度16.5箱蓋凸緣厚度15箱座底凸緣厚度27.5底腳螺栓直徑22底腳螺栓數(shù)目6軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 16.5箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑13聯(lián)接螺栓的間距160軸承端蓋螺釘直徑10定位銷直徑10螺栓扳手空間與凸緣寬度安裝螺栓直徑M10至外箱壁距離16至凸緣邊距離14沉頭座直徑24軸承旁凸臺(tái)半徑18凸臺(tái)高度根據(jù)扳手操作方便為準(zhǔn)外箱壁至軸承座端面距離42大齒輪頂圓與內(nèi)壁距離13齒輪端面與內(nèi)壁距離11箱蓋、箱座肋厚9、9軸承端蓋外徑124軸承端蓋凸緣厚度12軸承旁聯(lián)接螺栓距離1247.2 減速器的潤滑7.2.1 齒輪的潤滑因齒輪的圓周速度12 m/s，所以才用浸油潤滑的潤滑方式。高速齒輪浸入油里約為0.7個(gè)齒高，但不小于10mm，低速級齒輪浸入油高度約為1個(gè)齒高（不小于10mm），1/6齒輪。7.2.2 滾動(dòng)軸承的潤滑采用飛濺潤滑，即利用齒輪的傳動(dòng)把潤滑齒輪的油甩到四周墻壁面上，然后通過適的油槽把油引入軸承中去?？偨Y(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)通過了3周的課程設(shè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對機(jī)械的有關(guān)各個(gè)零部件有機(jī)的結(jié)合在一起得到了深刻的認(rèn)識。由于時(shí)間緊迫，雖然經(jīng)過自己拼命加班加點(diǎn)，但這次的課程設(shè)計(jì)還是存在許多問題，發(fā)現(xiàn)理論知識學(xué)的不牢固，大學(xué)學(xué)過的許多專業(yè)知識自己沒有系統(tǒng)的整理和消化，很多簡單的知識點(diǎn)要重新看書才能回憶起來，這樣很嚴(yán)重拖慢了自己的設(shè)計(jì)速度和影響自己課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在邊計(jì)算邊畫圖邊改正就發(fā)現(xiàn)自己走了很多彎路，比如由于齒輪參數(shù)的選擇不是恰當(dāng)好處，導(dǎo)致齒輪很大（其中有個(gè)約450的直徑），手繪圖紙的生疏以致視圖的規(guī)劃位置不很恰當(dāng)。同時(shí)我相信，通過這次的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)的問題，能使我重視并解決這些問題。在設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識解決工程實(shí)際問題的能力。通過這次設(shè)計(jì)之后，我想會(huì)對以后自己獨(dú)立設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，在以后的設(shè)計(jì)中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動(dòng)更穩(wěn)定精確的設(shè)備同時(shí)，在此，真誠地感謝老師和同學(xué)在此次課程設(shè)計(jì)中給我全力的幫助！謝謝！參考資料目錄1機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版，王大康，王之櫟主編，2003年第7版；2機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版），高等教育出版社，濮良貴，紀(jì)名剛主編，2001年7月第七版；1機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，高等教育出版社，王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn)主編，1995年12月第一版；3減速器選用手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，周明衡主編，2002年6月第一版；4互換性與技術(shù)測量，高等教育出版社，李柱，徐正高，蔣向前編，2004年12第一版。25