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湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 1 1 緒 論 1.1 建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的簡(jiǎn)介 自從1955年沈陽(yáng)國(guó)泰礦山機(jī)械廠試制了10馬力(約7.5kw)單筒卷?yè)P(yáng)機(jī),我國(guó) 的建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)生產(chǎn)已有近50年的歷史,而真正定型生產(chǎn)還是在7O年代初的事。 80年代初我國(guó)的建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)技術(shù)的研究才活躍起來,但和國(guó)外的建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)技 術(shù)相比落后至少3O年。在8O年代以前,我國(guó)還沒有制定有關(guān)建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品規(guī)格五花八門,結(jié)構(gòu)與技術(shù)的維持基本上是根據(jù)日本JIS8OOl等40年 代落后標(biāo)準(zhǔn)及按蘇聯(lián)圖紙制造的1Oll、1012等落后機(jī)型,進(jìn)展十分緩慢。80年 代以后,是我國(guó)建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期。國(guó)家也制定了有關(guān) 建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。1985年底,由行業(yè)組織9廠1所1校共同參加的卷 揚(yáng)機(jī)產(chǎn)品系列設(shè)計(jì),使卷?yè)P(yáng)機(jī)的性能參數(shù)與經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合指標(biāo)達(dá)到了較為統(tǒng)一 的水平,也給使用和維修帶來了方便,促進(jìn)了卷?yè)P(yáng)機(jī)的更新?lián)Q代。然后新產(chǎn)品 種數(shù)達(dá)到近十個(gè),其中最具有代表性的產(chǎn)品有福建省建筑機(jī)械廠的行星傳動(dòng)卷 揚(yáng)機(jī)、昆明建筑機(jī)械廠的少齒差傳動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、長(zhǎng)沙建筑機(jī)械研究所與福州市建 筑機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)的仿日本Seibu公司采用立式齒輪傳動(dòng)的電控卷?yè)P(yáng)機(jī).廣州市 一建公司機(jī)械廠的高速卷?yè)P(yáng)機(jī)適應(yīng)高層建筑的多功能需要,而江蘇海門第三機(jī) 械廠引進(jìn)專利技術(shù)開發(fā)的系列多排頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)分為三大系列:即電 控、手控和微機(jī)程控三大類,其性能優(yōu)于代表國(guó)際先進(jìn)承平的Seibu“一” 字型卷 揚(yáng)機(jī),使我國(guó)的建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)技術(shù)跨入世界先進(jìn)行列。Stocky系列卷?yè)P(yáng)機(jī)采用多 排頂桿蠕動(dòng)減速裝置,并將該減速裝置直接設(shè)置于卷筒內(nèi),使設(shè)計(jì)的卷?yè)P(yáng)機(jī)達(dá) 到體積小、重量輕、過載能力大、節(jié)省能源、工作安全可靠。根據(jù)用戶使用反 映卷?yè)P(yáng)機(jī)采用錐形制動(dòng)電機(jī)后,由于一般建筑工地離變壓器較遠(yuǎn),電纜壓降較 大,時(shí)常出現(xiàn)制動(dòng)器釋放不開,使得卷?yè)P(yáng)機(jī)不能正常工作,因此又設(shè)計(jì)了一種 采用普通Y系列的、帶制動(dòng)器的“一” 字型卷?yè)P(yáng)機(jī),將多排頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)應(yīng)用在建 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 2 筑卷?yè)P(yáng)機(jī)中,當(dāng)時(shí)使我國(guó)的卷?yè)P(yáng)機(jī)技術(shù)一改幾十年一貫制的落后狀態(tài),一躍跨 入世界先進(jìn)行列,該產(chǎn)品的整機(jī)組合合理,結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,過載能力強(qiáng), 工作安全可靠.其中傳動(dòng)方式部分的設(shè)計(jì)構(gòu)思獨(dú)特、新穎、受力均勻、合理, 當(dāng)時(shí)屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。 Rotzler公司,I℃型卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)用于汽車裝載機(jī)和船舶起 重機(jī),也可用于打井機(jī)和特種提升設(shè)備。重量輕尺寸緊湊的結(jié)構(gòu)可提高起重機(jī) 起重能力,I℃卷?yè)P(yáng)機(jī)減速箱的扭矩不斷受到檢測(cè),并借助一種新型電子檢測(cè)控 制裝置(MCD)將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換為線性模擬信號(hào)。該信號(hào)可整合到任何起重機(jī)的電 子控制系統(tǒng)中,使司機(jī)隨時(shí)能夠精確測(cè)定卷?yè)P(yáng)機(jī)的負(fù)荷。利用該線性信號(hào),在 卷?yè)P(yáng)機(jī)負(fù)荷超過90%額定值時(shí)還可發(fā)出聲音或圖象警示。當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升或放下 重物時(shí),或當(dāng)制動(dòng)使重物靜止時(shí)測(cè)定減速箱扭矩。新型電子控制系統(tǒng)可用來確 定最低吊鉤位置,防止操作者誤操作使鋼繩纏繞圈數(shù)少于安全必需的3圈。該卷 揚(yáng)機(jī)有3種規(guī)格,提升力7 KN、10KN和19 KN,最小型號(hào)重50Kg,長(zhǎng)320 rain, 寬280 rain,高280 rain 。Demag公司推出了一種能頻繁、快速進(jìn)行提升作業(yè) 的高速提升裝置。一種能以70m/min的提升速度提升80kg物體,另一種以 35m/min的提升速度提升1 60 kg物體。這種裝置的速度是Demag DS1卷?yè)P(yáng)機(jī)的5 倍??捎糜诎l(fā)貨中心的貨物碼。聯(lián)合動(dòng)力產(chǎn)品公司(APPI)研制開發(fā)了一種帶式 葫蘆和卷?yè)P(yáng)機(jī)系列產(chǎn)品,它用高強(qiáng)度編織帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絲繩或起重環(huán)鏈,能 消除載荷回轉(zhuǎn)、鋼絲繩纏繞等問題,具有便于搬運(yùn)、安裝和檢查等優(yōu)點(diǎn)。該公 司還可根據(jù)用戶的要求,提供電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)和氣動(dòng)馬達(dá)作為傳動(dòng)部件,這 種帶式葫蘆的最大起重量為2.5 t,帶式卷?yè)P(yáng)機(jī)為5.4t。 為了適應(yīng)我國(guó)建設(shè)任務(wù)具有量大、面廣、分散等特點(diǎn),以及勞力資源豐富, 財(cái)力不足以及貫徹執(zhí)行機(jī)械化、半機(jī)械化與改良工具相結(jié)合的方針,實(shí)行多層 次的裝備政策和 近期內(nèi)以發(fā)展中、小型機(jī)械為主的方針要求,設(shè)計(jì)符合我國(guó)國(guó) 情的新的卷?yè)P(yáng)機(jī)勢(shì)在必行,也是迫在眉睫的事。 隨著微機(jī)技術(shù)在世界的改變及在電路中的智能化,PLC 在電路中的運(yùn)用得到 了廣泛的應(yīng)用,而它可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、使用極方便的巨大優(yōu)越 性,迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域,成為工業(yè)自動(dòng)控制的首選產(chǎn)品,與機(jī)動(dòng)人、 CDM/CAM 并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 3 1.2 設(shè)計(jì)方法或技術(shù)路線: 1.2.1 設(shè)計(jì)要求 1)設(shè)計(jì)一臺(tái)帶排繩機(jī)構(gòu)的卷?yè)P(yáng)機(jī) 2)要求能提升 5 噸的物體 1.2.2 各零部件的設(shè)計(jì) 1)電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算及選用: 電動(dòng)機(jī)的選取原則是在確保最大工作載荷轉(zhuǎn)矩的前提下,盡量選取最小功 率值的電動(dòng)機(jī)。同時(shí)充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)容許的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩能力,以適應(yīng)啟動(dòng)時(shí) 所需轉(zhuǎn)矩值的增大,為此應(yīng)優(yōu)先選用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和短時(shí)過載系數(shù)大的電動(dòng)機(jī)。 2)減速箱的參數(shù)設(shè)計(jì)與選用: 減速箱的選擇主要根據(jù)齒面性能,傳動(dòng)比等方面進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)中選擇 硬齒面及合適的傳動(dòng)比減速器作為卷?yè)P(yáng)機(jī)的選型方案,其傳動(dòng)比需滿足設(shè)計(jì)要 求。 3)卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒及排繩機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì): 卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒的選擇主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì),強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要是考慮彎 曲校核、扭矩校核和壽命校核。 4)電動(dòng)機(jī)控制線路的設(shè)計(jì)及卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的選擇: 卷?yè)P(yáng)機(jī)繩徑的選擇依據(jù)是JG/T503 1—93《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1.1 條,根據(jù)安全系數(shù)來確定的??刂凭€路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、 快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)的要求。 1.2.3 擬采用的方法或技術(shù)路線 1)動(dòng)力及傳動(dòng)部分 采用合適的三相異步電機(jī),通過減速箱驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 2)排繩機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)出排繩機(jī)構(gòu),以減速箱齒輪提供的動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)往復(fù)直線運(yùn) 動(dòng),使得鋼絲繩能在卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒上整齊排列 3)卷?yè)P(yáng)機(jī) 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 4 對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、壽命校核 4)采用繼電器和手動(dòng)按鈕設(shè)計(jì)三相異步電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn),完 成控制面板的設(shè)計(jì) 1.3 本設(shè)計(jì)的意義 隨著卷?yè)P(yáng)機(jī)在工業(yè)的廣泛應(yīng)用,新的卷?yè)P(yáng)機(jī)勢(shì)在必行,也是迫在眉睫的事 所以本設(shè)計(jì)就是為了更好地改善已往卷?yè)P(yáng)機(jī)在工業(yè)中的缺點(diǎn),如:鋼絲繩 在工作中由于受到擠壓而使其使用壽命下降,而采用排繩機(jī)構(gòu)進(jìn)行均勻排繩從 而提高了鋼絲繩的使用壽命。同樣在控制電路中,采用 plc 來進(jìn)行控制這樣能 減少電路中的繁鎖,跟據(jù)科學(xué)技術(shù)要從智能化和微型化進(jìn)行發(fā)展。從而改善了 采用繼電器來控制電路。并增強(qiáng)了控制的實(shí)時(shí)性,更能保證精度要求的產(chǎn)品質(zhì) 量。這樣也跟上了主流計(jì)算機(jī)發(fā)展的潮流、將生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理合二為一。 也就是迎合了全集成自動(dòng)化的概念,將數(shù)據(jù)處理、通信、控制程序統(tǒng)一起來了。 這也就是本設(shè)計(jì)的意義。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 5 2 卷?yè)P(yáng)機(jī)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1:電動(dòng)機(jī)功率選擇、總傳動(dòng)比設(shè)計(jì)計(jì)算與校驗(yàn) 正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是:在電動(dòng)機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前 提下,最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)功率。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類別有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。而它又分為三相異步電動(dòng) 機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維護(hù)容易,運(yùn)行可靠,價(jià)格便宜,具 有較好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,而直流電動(dòng)機(jī)也結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便,但由于長(zhǎng)期 以來交流電動(dòng)的調(diào)速問題未能得到滿意的解決。因此,交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中使 用得最為廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。 卷?yè)P(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)制工作機(jī)械,而且起動(dòng)、制動(dòng)頻繁。因此,選擇電動(dòng)機(jī) 應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。 卷?yè)P(yáng)機(jī)主要采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)工作特點(diǎn),電動(dòng)機(jī)工作制應(yīng)考 慮選擇短時(shí)重復(fù)工作制 和短時(shí)工作制 ,并優(yōu)先選用 YZR(繞線轉(zhuǎn)子) 、3S2S YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列起重專用電動(dòng)機(jī)。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī);根據(jù) 本設(shè)計(jì)要求,綜合以上分析,本設(shè)計(jì)主要選擇繞線轉(zhuǎn)子的短時(shí)重復(fù)工作制 。3S 2.1.1.電動(dòng)機(jī)功率的初選: 卷?yè)P(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率的初選可按所需的靜功率計(jì)算,然后根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作方 式類別進(jìn)一步確定電動(dòng)機(jī)的功率,并進(jìn)行必要的校驗(yàn)。 靜功率(單位:KW)計(jì)算公式為: ……………………(1)?60egvFP? 式中 ——鋼絲繩額定拉力(N) ;eF ——鋼絲繩額定速度(m/min) ;ev ——卷?yè)P(yáng)機(jī)整機(jī)傳動(dòng)效率。? 這里的傳動(dòng)效率包括傳動(dòng)裝置、軸承、聯(lián)軸器、離合器和卷筒纏繞等的效 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 6 率。 .21???3567891041-電 動(dòng) 機(jī) 2彈 性 聯(lián) 軸 器 3-二 級(jí) 圓 柱 齒 輪 減 速 器 (同 軸 式 ) 4齒 輪 聯(lián) 軸 器5開 式 齒 輪 傳 動(dòng) 6卷 筒 7排 繩 器 導(dǎo) 輥 8雙 向 絲 杠 9-鏈 條0鏈 輪 圖 1 卷?yè)P(yáng)機(jī)工作原理圖 根據(jù)《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-3 選取各傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率: 彈性聯(lián)軸器 =99% =11?i 兩級(jí)圓柱齒輪減速器(同軸式) =93% 22 齒式連軸器 =99% =133i 開式齒輪傳動(dòng) =98% 4?4 卷筒(滾動(dòng)軸承) =96% 55i 鏈傳動(dòng) =94% 66 絲杠 =40%8? 則總傳動(dòng)效率為: =0.8654321????? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 7 選取鋼絲繩的速度 =0.25m/s,則動(dòng)載系數(shù) =1.13ev? = =14.24(KW)?60egFP?86.02519.4? 卷筒轉(zhuǎn)速: 310?eDvn? 式中 ——鋼絲繩額定速度(m/min) ;ev ——卷筒基準(zhǔn)層鋼絲繩中心直徑(mm) 。eD = …………………(2)310??evn?3105.462?7.?min)/(1r 總傳動(dòng)比 edni 式中 ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min) ;de ——卷筒轉(zhuǎn)速(r/min) 。en =68.18gdi?1750 根據(jù)《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-7 可選取傳動(dòng)比 的兩級(jí)圓柱齒輪6082?i 減速器(同軸式)。 并取 =25,則開式齒輪傳動(dòng)比 = = =2.732i 4i321i??15.? 根據(jù)《電氣工程師手冊(cè)》表 7.6-4 可選?。?YR 系列繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)速 =750 r/min;額定功率den P=15KW;額定電壓:380V。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 8 2.2:鋼絲繩的計(jì)算及確定 2.2.1 材料和種類的分析 鋼絲繩由許多高強(qiáng)度鋼絲繩編繞而成,可單捻、雙捻成形。繩芯常采用天 然纖維芯(NF) 、合成纖維芯(SF) 、金屬絲繩芯(IWR)和金屬絲股芯(IWS) 。 纖維芯鋼絲繩具有較高的繞性和彈性,纏繞時(shí)彎曲應(yīng)力較小,但不能承受橫向 壓力。金屬絲芯鋼絲繩強(qiáng)度較高,能承受高溫和橫向壓力,但繞性較差。本設(shè) 計(jì)中卷?yè)P(yáng)機(jī)為多層纏繞,更適合選用雙捻制天然纖維芯(NF)鋼絲繩。 根據(jù)鋼絲繞成股和股繞成繩的相互方向可分為:順捻鋼絲繩和交捻鋼絲繩。 順捻的特點(diǎn)是鋼絲繩繞性好,磨損小,使用壽命長(zhǎng),但容易松散和扭轉(zhuǎn)。它不 允許在無導(dǎo)軌的情況下作單獨(dú)提升,故在不松散的情況下或有剛性導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)用 為佳。交捻的與順捻的相比繞性和使用壽命相對(duì)要差,但由于繩與股的扭轉(zhuǎn)趨 勢(shì)相反,克服了扭轉(zhuǎn)和易松散的缺陷,故本設(shè)計(jì)優(yōu)先選用交捻鋼絲繩。 根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為:點(diǎn)接觸鋼絲繩、線接 觸鋼絲繩、點(diǎn)線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩。點(diǎn)接觸的特點(diǎn)是:接觸應(yīng)力高, 表面粗糙,鋼絲易折斷,使用壽命低。但制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。由于線接 觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積打,因而承載能力高。如果在破斷 拉力相同的情況下選用線接觸鋼絲繩,可以采用較小的滑輪和卷筒,從而使整 個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸減小。點(diǎn)線接觸是一種混合結(jié)構(gòu)的鋼絲繩,里面是點(diǎn)接觸,外面 是線接觸。面接觸的接觸應(yīng)力比線接觸要小,從而進(jìn)一步改善了鋼絲繩的性能, 但鋼絲繩的繞性較差。由以上分析可知,卷?yè)P(yáng)機(jī)宜選用不易松散和旋轉(zhuǎn)向小的 線接觸鋼絲繩。 綜上,本設(shè)計(jì)選用交捻制天然纖維芯(NF)線接觸鋼絲繩。 2.2.2 鋼絲繩的固定方法: 鋼絲繩在卷筒上的固定方式 鋼絲繩在卷筒上的固定應(yīng)保證工作安全可靠、便于檢查、裝拆及調(diào)整, 且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過份彎折。繩端常見的固定方式有:壓板固定和楔塊固 定兩類。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 9 a:壓板和螺釘繩端固定裝置對(duì)多層纏繞,螺釘頭不能露出卷筒表面。這種 繩端的固定方式,工作臺(tái)可靠,對(duì)鋼絲繩的損傷小,安裝方便,出繩方向容易 變換。 b:楔形塊固定裝置它是鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取 1:4~1:5,以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡(jiǎn)單,但鋼絲繩允許的 直徑不能太大 AA 圖 2 鋼絲繩的固定方法 根據(jù)這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)所以應(yīng) a 方式。 2.2.3. 鋼絲繩直徑的確定: 卷?yè)P(yáng)機(jī)系多層纏繞,鋼絲繩受力比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算,鋼絲繩的選擇多 采用安全系數(shù)法,這是一種靜力計(jì)算方法。 鋼絲繩的安全系數(shù)按下公式計(jì)算 …………………………………………(3)??nFSepgs?? 式中 ——整條鋼絲繩的破斷拉力(N) ;p ——卷?yè)P(yáng)機(jī)工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù),見《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)??n 計(jì)》表 3-95; ——鋼絲繩的額定拉力(N) 。eF 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 10 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,鋼絲繩需要承載 10 噸的拉力。即為額定拉力 eF =MG=5 9.8=4.9 (N)eF?310?410 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該卷?yè)P(yáng)機(jī)屬于重載荷工作狀態(tài),按利用等級(jí)和載荷狀態(tài)的 分類可將本設(shè)卷?yè)P(yáng)機(jī)定為 工作級(jí)別。6A 根據(jù)《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-95 可查得 =6??n =4.9 6=2.94 ……………………(4)??epFnS???410?510 根據(jù)《建筑機(jī)械手冊(cè)》GB 1101-74 可選取 6 (19)系列鋼絲繩:? 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度:170 /fKg2m 鋼絲繩破斷拉力總和:38600 鋼絲繩直徑:23.5mm 由公式:鋼絲繩破斷拉力=換算系數(shù) 鋼絲繩破斷拉力總和 ? 根據(jù)《建筑機(jī)械手冊(cè)》GB 1101-74 可查得 6 (19)系列鋼絲繩換算系數(shù)為? 0.85。 =38600 0.85=32810pS?fKg 鋼絲繩安全系數(shù) = = 6.69> =6 ……………… (5)gsneF4903281???n 故符合要求。 (注:1 9.8N)fg? 2.3:排繩機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。與屬于磨擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比, 鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象, 因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳動(dòng)效率高; 又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊,所以作用于軸上的徑向壓力較??;在同樣 使用的條件下,鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。雖然齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、 工作可靠、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比穩(wěn)定。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度高,價(jià)格較 貴,且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場(chǎng)合。所以跟據(jù)各方面的原因選取鏈來作為傳 動(dòng)方式。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 11 1)卷?yè)P(yáng)機(jī)工作時(shí),為保證繩索始終與卷筒垂直,則 排繩裝置的鏈輪傳動(dòng)比公式應(yīng)為: …………………………(6) 12sZadpi?? 上式中: P一螺桿螺距mm ds一 纜繩直徑mm Z1一大鏈輪齒數(shù) Z2一小鏈輪齒數(shù) a一繩索間的間隙mm 卷筒所用繩索,當(dāng)ds小于20mm時(shí),a一0.5mm 20—40mm時(shí), a一1.0mm 大于40mm時(shí), a一2.0mm 本次設(shè)計(jì)中a為1.0 mm 2)卷筒工作部分長(zhǎng)度公式: mm)1.(???QadsL ds一 纜繩直徑mm a一繩索間的間隙mm Q一卷筒每層能排列繩徑的圈數(shù) Q為卷筒每層能排列繩徑的圈數(shù),但實(shí)際上排繩時(shí)繩索是螺旋纏繞的,即 只能繞Q一1圈數(shù)) 3)梯形螺桿的有效長(zhǎng)度: NPI5.0'? (N為不為零的正整數(shù)) 4)根據(jù)排繩的工作要求:卷簡(jiǎn)工作部分長(zhǎng)度應(yīng)等于梯形螺桿的有效長(zhǎng)度則 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 12 有: ………………(7)NPIQadsL5.0')1.(???? 推出鏈輪傳動(dòng)比: 12sZ5.0adpi?? 在設(shè)計(jì)過程中因?yàn)殚_始未知數(shù)較多,先要估算i(傳動(dòng)比取得越小越好,一 般取2左右), 然后根據(jù)前面的Q,再調(diào)整i,使N為正整數(shù),再確定P,最后驗(yàn)算鏈輪強(qiáng)度。 卷?yè)P(yáng)機(jī)基本參數(shù)如下: 卷筒負(fù)載(第一層) 49kN 額定速度:25m/min 鋼絲繩直徑:d=23.5mm 容繩量(共二層)Ls=128.53m 卷筒上每圈鋼絲繩間的間隙a取lmm 1、卷筒直徑: =446.5mmDk 2、卷筒長(zhǎng)度 =800mmL1 3、每層纏繞圈數(shù): 315.280ads???TLQ 4、卷筒工作部分長(zhǎng)度: mm784)3(.()1(( ?????sL 5、初步取鏈輪傳動(dòng)比i=2 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 13 由: NQ5.01adpis??? 得 32.501.???iQN49)()(???adsiP 6、根據(jù)上述計(jì)算,鏈輪傳動(dòng)比i=2比較合適 7、選擇合適的鏈條: 以卷筒的負(fù)荷49KN的三分之一即16.3KN作為抗拉載荷,從GB/T 1243— 1997 表(一)中選擇對(duì)應(yīng)的單排鏈條型號(hào)為08B ,并查得鏈條節(jié)距p=12.7。 8、 大小鏈輪的齒數(shù)的確定 根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)布置,小鏈輪是安裝在卷筒的輪轂上的,則初步將大鏈 輪的分度圓直徑定為267.19mm,則小鏈輪單位分度圓直徑為 038.217.96?PD 從 GB/T 1243—1997 附錄 A,根據(jù)單位分度圓直徑查表 A1,可得小鏈輪的 齒數(shù)為 Z2=67,則大鏈輪齒數(shù) Z1=Z2×i=67×2=134。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 14 3 卷筒及卷筒軸設(shè)計(jì) 3.1 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒系鋼絲繩多層纏繞,所受應(yīng)力非常復(fù)雜。它作為卷?yè)P(yáng)機(jī)的重要 零件,對(duì)卷?yè)P(yáng)安全、可靠的工作至關(guān)重要,應(yīng)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1.1 材料與結(jié)構(gòu)的選用: 卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式多,按制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷 筒應(yīng)廣泛。卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒大多為鑄卷筒,成本低,工藝性好。大噸位卷?yè)P(yáng)機(jī)一般 采用鑄鋼卷筒,鑄鋼卷筒雖然承載能力較,但成本高??紤]經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)要 求,本設(shè)計(jì)跟據(jù)其在滿足要求的情況下選擇成本最低的材料。 并選取材料為 HT250 3.1.2 卷筒容繩尺寸參數(shù): 卷筒容繩尺寸參數(shù)意義及表示方法 應(yīng)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,參見右圖 3 所示 (1).卷筒節(jié)徑 D 跟據(jù)卷筒的設(shè)計(jì)要 求卷筒節(jié)徑與鋼絲繩的直徑 d 有關(guān),而 卷節(jié)徑 D 應(yīng)滿足下公式 Ke? 圖 3 卷筒的結(jié)構(gòu)圖 式中 —卷筒直徑比,是與卷?yè)P(yáng)機(jī)工作 eK —鋼絲繩的直徑(mm)d 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 15 級(jí)別有關(guān)的數(shù),見《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》 表 3-107 《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-107 可得 =19eK 23.5 19=446.5(mm)D?? 卷筒節(jié)徑 D 對(duì)筒壁和端板的設(shè)計(jì)具有重要意義,也影響鋼絲繩直徑的選擇。 D 值小,結(jié)構(gòu)自然緊湊,但單位長(zhǎng)度的力較大,鋼絲繩壽命低。因此, 《建筑卷 揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-103 中規(guī)定的 D/d 值可認(rèn)是對(duì)應(yīng)一定工作級(jí)別的最小值。 查《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表-103 可得 =201eK 故 D=20 23.5=470(mm)? (2) 卷筒的直徑 = - =470-23.5=446.5(mm)00Dd (3) 卷筒容繩寬度 tB 卷筒容繩寬度,一般可按下述關(guān)系確定: 03t? 式中 ——卷筒直徑(m)0D 446.5=133.5(mm)tB3?? 卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒壁厚的設(shè)計(jì)算中,通常卷筒長(zhǎng)度都設(shè)計(jì)成小于其直徑的 3 倍, 甚至小徑 2 倍。因此此時(shí)的鋼繩拉力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的合成應(yīng)力較 小,故計(jì)算卷筒強(qiáng)度時(shí)可忽略不計(jì)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)計(jì)算??紤]本設(shè)計(jì)為大噸位卷?yè)P(yáng) 機(jī), 過大會(huì)嚴(yán)重影響卷筒壽命,故取 即: <2 446.5=893mmtBtB02D?tB? 取 =800(mm)t (4)卷筒邊緣直徑 卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板直徑,對(duì)于多層纏繞,位kD 防止鋼絲繩脫落,端側(cè)板徑應(yīng)大于鋼絲繩最外層繩圈直徑。端側(cè)板直徑用下式 計(jì)算: + ……………… (8)sk?d4 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 16 式中 ——最外層鋼繩繩芯直徑,由下式確定: = +( - )sDsD02S1 。其中: ——鋼絲纏繞層數(shù)dS 設(shè)鋼絲繩纏繞層數(shù)為 2 層即 S=2 則 =446.5+2 2-1) 23.5=517(mm)s? 517+423.5=600(mm)kD? 卷筒纏繞層數(shù)計(jì)算公式: ……………… (9)dmDSkk20?? 式中 ——為保證鋼絲繩不越出端側(cè)板外緣的安全高度(mm) 。km 該值在繞中應(yīng)不小于 1.5 倍的鋼絲繩直徑,在多層纏繞中應(yīng)不小于 2 倍的鋼 絲繩徑。 取 =.5 =2.5 23.5=58.75(mm)kd? 則由(a 可得: kDmS??20 求得 2 2 23.5+446.5+2 58.75=658kD? 綜上考慮取 =700(mm)k (5)卷筒容繩量 卷筒的容繩是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排列時(shí),達(dá)到規(guī)定的纏繞層數(shù)所 能容納的鋼絲繩工作度的最大值。 卷筒的容繩量可下述方法計(jì)算: 第 層鋼絲繩繩直徑為i dSDii )12(0??? 式中 —— 層, =1,2,3, 、 、 、 。iS 第 層卷的鋼絲繩長(zhǎng)度為: … (10)3010])2()[1/( ???dSdBLiti? 卷筒容繩量為實(shí)際容繩量應(yīng)加上鋼絲繩安全圈的長(zhǎng)度(一般為 3 圈) =3.14 (100/23.5-1)[446.5+(2 1-1) 23.5] =61.10(m)1L??3? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 17 =3.14 (90/23.5-1)[ 446.5+(2 2-1) 23.5] =67.21(m)2L???310? =61.10+67.21 =128.31(m) 加上安全圈 3 圈,即 =439.9+ =128.31+3.14 23.5 3 128.53(m)L?d??10?? 3.1.3 卷筒的受力分析 筒是卷?yè)P(yáng)機(jī)直接承載零件,受力比較復(fù)雜,分析清楚卷筒上所受的力,對(duì) 卷?yè)P(yáng)機(jī)整設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。 (1) 絲繩拉力與卷筒支承處反力: 工作中,鋼絲繩拉力使卷筒像空心軸一樣被彎曲,支反力為 ,其彎矩隨鋼絲繩超繞位置不同而變化,具有瞬變效FLXRA??LRFB? 應(yīng),另外卷筒自重也使卷筒產(chǎn)生彎曲。當(dāng) 時(shí),由于彎矩較小,在強(qiáng)度計(jì)03DL? 算時(shí)通常忽略不。 (2)鋼絲繩拉力產(chǎn)在筒壁上的轉(zhuǎn)矩: 在鋼絲繩力的作用下,卷筒就好像空心軸一樣被扭轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)矩可 用下式計(jì)算:,該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的筒壁應(yīng)力較小,一般情況可忽略不計(jì)。 (3)卷筒筒壁的向壓力 :q 由鋼絲纏繞產(chǎn)生的對(duì)筒壁外緣表面圓周方向的徑向壓力,除對(duì) 筒壁產(chǎn)生圓周方向擠壓應(yīng)力外,還將引起筒壁局部彎曲應(yīng)力,該力是影響筒壁 強(qiáng)度的重要因。 (4)鋼絲繩對(duì)端板產(chǎn)生的軸向推力 :sN 該力是于鋼絲繩纏繞至端側(cè)板根部并向新的一層過渡過程中鋼 絲繩與側(cè)板之間楔入作用產(chǎn)生的,此力是計(jì)算端側(cè)板強(qiáng)度的主要外力。 3.1.4 卷筒強(qiáng)度計(jì)算校核 卷筒強(qiáng)度計(jì)算要包括兩個(gè)方面:一是筒壁的強(qiáng)度計(jì)算;二是端側(cè)板的強(qiáng)度 計(jì)算。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 18 (1).卷筒筒壁外面均布載荷 公式 的確定:q ………………(11)tDF02? (2) 卷筒壁的應(yīng)力: 按法國(guó)波坦公司于鋼制焊接卷筒的強(qiáng)度計(jì)算方法,確定卷筒壁的應(yīng)力。該 方法要求: 時(shí),忽略絲繩拉力產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn),僅考慮鋼絲繩纏繞時(shí)03L? 的環(huán)向壓縮應(yīng)力和局部彎曲應(yīng)力卷筒筒壁強(qiáng)度的影響,鋼絲繩繞出處卷筒壓應(yīng) 力 按下式計(jì)算:c? tFec??5.0? 局部彎曲應(yīng)力按下式算: 3096.?Dew? (3)卷筒筒壁的厚度算 卷筒壁的強(qiáng)度下式計(jì)算: ………………… (12)][cesctFA???? 則筒壁厚度為 (mm)][cest? 式中 ——鋼絲繩的額定拉力(N) ; ——卷筒環(huán)向壓縮應(yīng)力:( ) ;aMP ——多層纏繞系數(shù),按《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3-110 選?。籹A ——鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距(mm) , ;t dt01.? ——卷筒材料的許用應(yīng)力( ) ,按《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》][c?aP 表 3-111 和 3-112 選取。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 19 查表可得: =120( ) =1.6][c?aMPsA 則 )(97.26105.3.89461m???? 取 =27(mm) 由以上可算得: ( )87.365.201.8945.???c?aMP ( )0..46.34w a 卷筒壁強(qiáng)度條件應(yīng)滿足下述經(jīng)驗(yàn)公式: ][???wc 式中 ——材料的許用應(yīng)力( )][?aMP 材料許用應(yīng)力 按下式計(jì)算 ncbK?][ 式中 ——材料的強(qiáng)度極限( ) ;b?aMP ——按工作級(jí)別選定的系數(shù),見《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》c ——安全系數(shù),取 =2.8。nKnK 查表可得: =200( ) =1.25b?aMPc )(14.572.80][ a??? =51.9<57.14=wc?][? 3.1.5 卷筒筒壁的穩(wěn)定性估算 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 20 如果卷筒較長(zhǎng)筒壁太薄,在過載或急劇制動(dòng)情況下,可能會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn) 象。一般認(rèn)為:對(duì)卷筒直徑大于 1200mm,容繩寬度大于卷筒直徑兩倍的大尺寸 卷筒,應(yīng)進(jìn)行卷筒壁的穩(wěn)定性驗(yàn)算。 穩(wěn)定性計(jì)算,可采用計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù) K 的方法 ……………(13)5.1~3??qPw 式中 K——穩(wěn)定性系數(shù); ——失去穩(wěn)定時(shí)臨界壓力 。對(duì)鋼卷筒 ;wP)(aMP3042DPw?? ——卷筒壁單位壓力 , ;q)(atDFqj0max2? ——卷筒壁厚(mm) ;? ——卷筒直徑(mm) ;0D ——鋼絲繩最大靜拉力(N) ;maxjF ——鋼絲繩節(jié)距(mm) , ;t dt01.? ——鋼絲繩直徑(mm) 。d 87.925.46203?wP)(aMP 4.1.. aq?? 5~3748.129???K 設(shè)計(jì)滿足要求,筒壁穩(wěn)定。 3.2: 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于卷筒軸的可靠性對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)的安全,可靠工作非常重要,因此應(yīng)十分重 視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、合理,應(yīng) 力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度,而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度;此外, 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 21 對(duì)較長(zhǎng)的軸還需校核軸的剛度。 由前面計(jì)算和查表我們可以得到: 鋼絲繩的額定拉力 =49KN,eF 卷筒直徑 =446.5mm,鋼絲繩直徑 =23.5mm,0Dd 直齒圓柱齒輪分度圓直徑 =400mm。1d 軸材料選 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理。 =650 , =360 , =300 , =100 。B?aMPs?aP1??aM0][b?aP 3.2.1 作用力計(jì)算 齒輪圓周力公式 : ……………(14)??2,3112d DFTet ???????? = 40)5.3.6(9? =57.58(KN) 齒輪徑向力 :??2,4?tgFr?? =57.58 =20.96(KN)??0 將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力,見圖 4 圖縮示: 3.2.2 垂直面支承反力及彎矩 支反力,見圖 4.3 b6.950).85(teDVFR??? =42.96(KN)6.90).85(etCV??? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 22 =51.55(KN) 彎矩,見 4.3 圖 c =50 (51.55)=-2577.5 (KN.mm)CVARM50?? =60 42.96=2577.6(KN.mm)DB6 3.2.3 水平面支承反力及彎矩支反力(如圖 4.3))(08.16.9250.6kNFRrDH???)(6.9..1rC 彎矩計(jì)算, )(9386.150mkNRMCHA ????.4.6DB ? 圖 4 心軸受力及彎矩圖 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 23 3.2.4 合成彎矩 見上圖 4.3 f )(16.27)93()5.27(22 mkNMAHVA ??????? ……… (15)48642BB 3.2.5.計(jì)算工作應(yīng)力 此軸為固定心軸,只有彎矩,沒有轉(zhuǎn)矩由上圖可知,最大彎矩發(fā)生在 剖面 A 處。設(shè)卷筒軸該剖面直徑為 ,則彎曲應(yīng)力公式 為Ad??2,4 ??031.bBbdM???)(aP 則 ………… (16)??30.bAb? )(12.6501.27633m??? 圓整后 =66mm,中間軸段 =66+5=71mmAdd 3.2.6 心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 查得有效應(yīng)力集中系數(shù) =1.88,表面狀態(tài)系數(shù) =0.92,絕卷筒軸的疲勞?K? 強(qiáng)度,應(yīng)該用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計(jì)算,即 edFK? 式中 ——鋼絲繩的當(dāng)量拉力(N) ; ——當(dāng)量拉力系數(shù),見《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》公式(2—11)d 為使計(jì)算簡(jiǎn)便,可假使 =1。由前述可知,心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈dK 動(dòng)循環(huán)規(guī)律變化,則 。彎曲應(yīng)力為2bam?? = =96.08( ) ………………… (17)31.0AdbMK??361.07?aMP 平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅 為ma? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 24 )(03.482.96abamMP??? 軸的形狀比較簡(jiǎn)單,且為對(duì)稱結(jié)構(gòu),在 A 截面處尺寸有變化,則有應(yīng)力集 中存在,且該處彎矩最大。可認(rèn)為 A 截面是危險(xiǎn)截面,應(yīng)在此處計(jì)算軸的疲勞 對(duì)尺寸系數(shù) =0.78,等效系數(shù) =0.34。???? 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為 = =2.25 ………(18)maKS???????1 05.43.05492.7801??? 一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)[S]=1.5~1.8,所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。 3.2.7 心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算,需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力,可按下式求得 ejF??max 式中 ——靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力(N) ;axj ——?jiǎng)虞d荷系數(shù),見《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 2—5。此處 =1.35? 靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 2.77 ………(19)WMSss/max??As/????361.0/2735.1 當(dāng) 時(shí), =1.2~1.4,所以該軸靜強(qiáng)度足夠。6.0?bs??s 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 25 4 卷筒軸齒輪及排繩器設(shè)計(jì) 4.1:齒輪類型、精度級(jí)度、材料及齒數(shù)等設(shè)計(jì) 4.1.1 齒輪類型、精度級(jí)度、材料及齒數(shù)分析 據(jù)齒輪傳動(dòng)的受力分析直齒圓柱齒輪可知它由圓周力 與徑向力 ,斜Ft r 齒輪由圓周力 與徑向力 和軸向力 ,而圓錐齒輪由徑向力分力 和Ft ra r1 軸向分力 圓周力 ,而為了避免軸向力所以應(yīng)選用直齒圓柱齒輪。a1t (1)材料選擇:選擇小齒輪材料 40 (調(diào)質(zhì)) ,硬度為 280HBS,大齒輪rC 材料 45 鋼(調(diào)質(zhì)) ,硬度為 240HBS。 (2)輸入功率 =12.98(KW)???P1321?? 齒數(shù)比 2.73iu (3)選小齒輪齒數(shù) =28,大齒輪齒數(shù) = =2.73 28=80 1Z2Z1u? 小齒輪轉(zhuǎn)速 =30inde?12570min)/(r (4)工作壽命:設(shè)工作壽命為 15 年(設(shè)每年工作 300 天) ,兩班制。 4.1.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版(10-9a)進(jìn)行計(jì)算,即:??2,3 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 26 ……………… (20)3211 )][(2.HEdtt ZuTKd????? 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值: (1) 試選載荷系數(shù) =1.3t (2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ………………(21)151/0.9nPT?? 12.98/30= ( )510.9??6.4mN? (3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-7 可選取齒寬系數(shù) =1.2d? (4) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) =188(EZ )2/1MP 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-21d 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 。aHP5601lim?? aHMP5102lim?? (5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60 30 1 (2 8 300 15)= … (22)hjLnN1??89. =73.2/09.82?704.5 (6) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) =0.88;1HNK = 1.14。2HNK (7) 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《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式(10-12) 得 = =493 ………………(23)SKHNH1lim1][??5608.?aMP = =581 ………………(24)2li24. (8) 試算小齒輪分度圓直徑 ,代入 中較小的值:td1][H? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 27 ………………(25)3211 )][(2.HEdtt ZuTKd????? = =101.929 (mm)3 26493187.10.4. ??????? (9) 計(jì)算圓周速度 v = 0.159(m/s) ……………(26)106??ndvt?10629.?sm/? (10) 計(jì)算齒寬 b =1.2 101.929=122.31(mm)tdb1?? (11) 計(jì)算齒寬與齒高之比 t/ 模數(shù) =101.929/28=3.64(mm)1zdmtt? 齒高 =2.25 3.64=8.19(mm)th25.? b/h=122.31/=14.93(mm) (12) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=0.159(m/s),7 級(jí)精度,由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-8 查得動(dòng)載系 數(shù) ;05.1?VK 直齒輪,假設(shè) 。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-3 查得mNbFtA/10/? =1.1?FH 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-2 查得使用系數(shù) 5.1?AK 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-4 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布 置時(shí), …………………(27)bKdH 3210.)6.01(8.2??????? 將數(shù)據(jù)代入后得 122.31=1.6313210.).(. ??? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 28 由 , =1.631 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-13 得46.12/?hb?HK =1.612;?FK 故載荷系數(shù) = 1.631=2.826 ??HVAK????1.05. ………………(28) (13)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七 版式(10-10a )得 = =132(mm) …………(29)31/ttKd?3.1/826.9.01? (14)計(jì)算模數(shù) m =132/28=4.7(mm)1/zd 4.1.3.齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式(10-5)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 為:??2,3 ……………………(30)321][???????FSadYzKTm?? 1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =440 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 = 330 ;1FE?aMP2FE?aMP (2) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.85;1FNK =0.88;2FNK (3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 1.4,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式(10-12)得 …………(31)KFENF11][???)(14.267.085aMP?? …………(32)..322S? (4) 計(jì)算載荷系數(shù) K 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 29 = =2.792??FVAKK????1.05.62 (5) 查取齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-5 查得 ;5.1??FY2.?F (6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10-5 查得 ;6.1Sa7.12?SaY (7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較][FSaY? = =0.01536 ……………………(33)1][FSaY?4.26715? = =0.01894 ………………………(34)2][FSa.0 4.1.4 模數(shù) m 設(shè)計(jì) = =7.49(mm)321][???????FSadYzKT??3260153.8.1479?? 對(duì)比計(jì)算大齒輪的數(shù)值大,結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度 所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑 (即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 7.49 并就近圓整為 標(biāo)準(zhǔn)值 m=8mm(機(jī)械原理第六版表 10—1),按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑的 d1=132mm,算出小齒輪齒數(shù): = 18mdz1?832? 大齒輪齒數(shù): =2.73 18 5012uz? 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度,并做到了結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 30 4.1.5 齒輪幾何尺寸計(jì)算 1)計(jì)算分度圓直徑 =18 8=144(mm )mzd1?? =50 8=400(mm)2 2)計(jì)算中心距 =(144+400)/2 =272(mm)/)(21da?? 3) 計(jì)算齒輪寬度 =1.2 144=172.8(mm)1bd?? 取 =173(mm) =178(mm)2BB 4.1.6 齒輪驗(yàn)算 = =56944.44(N)1dTFt?40.6? 465.57(N/mm) ……………………(35)bKtA?3.259 4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)性 等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須綜合地考慮上述各方面的因素。通 常是先按齒輪的直徑大小,先定合適的結(jié)構(gòu)形式,然后再根據(jù)薦用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù), 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 當(dāng)齒頂圓直徑 ≤160mm時(shí),可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)齒頂圓直徑ad ≤50mm時(shí),可以做成腹板式結(jié)構(gòu),腹板上開的孔的數(shù)目按按結(jié)構(gòu)尺寸 大小ad 及需要而定。 當(dāng)齒頂圓直徑 400< <1000mm 時(shí),可做成輪輻截面為 “十”字形的輪輻ad 式結(jié)構(gòu)的齒輪。 1,對(duì)于小齒輪來說由上述的結(jié)果可知: 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 31 =(z+2* )m;adah =( 18+2*1)8=160mm; =( 18+2*1)8=160mm;ad 由上面結(jié)論可知小齒輪可以做成實(shí)心式的結(jié)構(gòu)齒輪如下圖 5 圖 5 實(shí)心結(jié)構(gòu)齒輪 2,對(duì)于大齒輪來說由上述的結(jié)果可知: =(z+2* )m;adah =( 50+2*1)8=416mm 由上面的結(jié)論可知: 由于齒頂圓直徑 比較大,齒輪可做成輪輻截面為“十”字形輪輻式結(jié)構(gòu)。ad 如下圖 6 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 32 △1D3lBC1△ 24HR∠ :0cda 圖 6 輪輻式大齒輪 Bl≥B;輪輻數(shù)常取為 6 4.2 排繩器的設(shè)計(jì) 大容繩量、大噸位的卷?yè)P(yáng)機(jī)以及安裝使用的卷?yè)P(yáng)機(jī),為確保鋼絲繩排列整 齊,工作可靠,應(yīng)設(shè)置排繩裝置,即排繩器。本次設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)屬于大噸位、多 層纏繞卷?yè)P(yáng),所以需要設(shè)計(jì)一排繩器來防止繩子錯(cuò)亂排列。 4.2.1 工作原理: 排繩器主要由轉(zhuǎn)速調(diào)整箱、雙向傳動(dòng)絲杠、支承光杠、排繩導(dǎo)輥等組成。 排繩器的工作過程見下圖 7 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 33 23567891041-電 動(dòng) 機(jī) 彈 性 聯(lián) 軸 器 3-二 級(jí) 圓 柱 齒 輪 減 速 器 (同 軸 式 ) 4齒 輪 聯(lián) 軸 器5開 式 齒 輪 傳 動(dòng) 6卷 筒 7排 繩 器 導(dǎo) 輥 8雙 向 絲 杠 9-鏈 條0鏈 輪 圖 7 卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)原理圖 4.2.2 工作過程分析: 排繩的工作過程由圖 7 卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)原理圖可知,電機(jī) 1 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)彈 性聯(lián)軸器 2、二級(jí)圓柱齒輪減速器 3、齒輪聯(lián)軸器 4、和開式齒輪傳動(dòng)驅(qū)使卷筒 6 轉(zhuǎn)動(dòng)。鏈輪 10 與卷筒固聯(lián)一起隨之轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)雙向絲桿 8 開始回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),迫 使排繩器導(dǎo)輥 7 作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行均勻地排繩。 顯然,若使鋼絲繩在卷筒上均勻纏繞,卷筒轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)使,鋼絲繩應(yīng)能移動(dòng)一 個(gè)纏繞節(jié)距。因此,必須保證卷筒與調(diào)整箱出軸(絲杠軸)之間具有準(zhǔn)確的傳 動(dòng)比,以使排繩導(dǎo)輥在雙向絲杠走過的距離與鋼絲繩實(shí)際的纏繞繩距相匹配。 本設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)系鋼絲繩多層纏繞,鋼絲繩工作時(shí)被擠壓,纏繞卷筒時(shí)排列的繩 距比鋼絲繩直徑略大一些,設(shè)計(jì)時(shí),其繩距 t 繩 可近似取 t 繩 =d+(0.2~0.5)(mm),或更大一些。 即:t 繩 =23.5+0.5=24(mm) 雙向絲杠總行程按下式計(jì)算: dBLK?? 式中 B——卷筒容繩寬度(mm) ; 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 34 d——鋼絲繩直徑(mm) 。 =800-23.5=776.5(mm)kL 而 又可寫成 =t 絲杠 nkLk? 式中 t 絲杠 ——絲杠螺紋螺距(mm) ; n——絲杠螺紋扣數(shù)。 776.5=24 n? 則可求得 n=32.35 取 n=33 在確定此行程時(shí)應(yīng)注意的問題是:當(dāng)?shù)?s 層鋼絲繩纏繞到卷筒一端極限位置 時(shí),由于第 s 層鋼絲繩排列造成的斜角,使最后一個(gè)完整圈與卷筒端側(cè)板間有一 個(gè)楔形間隙。這樣鋼絲繩不能立即爬至第 s+1 層,而當(dāng)卷筒繼續(xù)轉(zhuǎn)過大約 120° ~180°時(shí),方能爬上 s+1 層。為此,需要驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的裝置在原位停留相應(yīng)的 時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用下面的措施來滿足過渡過程的需要。 在雙向絲杠兩端的轉(zhuǎn)向處(正反旋向螺紋交接過過渡處)增設(shè)一段圓弧槽。 近似取圓弧槽弧長(zhǎng)如下: miDLm15.426 ???? 式中 ——雙向絲杠中徑(mm) ;mD ——卷筒、絲杠間的傳動(dòng)比。i 螺旋槽結(jié)構(gòu)采用 30o 梯形螺紋,螺牙高度 H =11mm,螺紋節(jié)距 P=22.5mm,α=8 o 4.2.3 強(qiáng)度計(jì)算校核 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)時(shí), 主要承受扭矩及軸向壓力的作用, 同時(shí)在螺桿與螺母 之間有相對(duì)滑動(dòng)其失效形式是螺紋磨損。對(duì)于受力較大的傳力螺旋,還應(yīng)校核 螺桿危險(xiǎn)剖面及螺母螺皺牙的強(qiáng)度, 以防塑性變形或斷裂。由于本結(jié)構(gòu)傳動(dòng)精 度不高, 且使用軸徑較大轉(zhuǎn)速也低, 故對(duì)螺桿剛度, 臨界轉(zhuǎn)速不予考慮。 1. 螺桿強(qiáng)度計(jì)算: 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 35 根據(jù)第四強(qiáng)度理論,其強(qiáng)度條件為: ][)4(3.1212 ?????dTQAca 式中: A一螺桿危險(xiǎn)剖面面積 mdA21 4?? Q一螺桿承受最大軸向力N d1一螺桿螺紋內(nèi)徑mm T一螺桿所受扭矩 N·mm2)( dQtgTv???? 一當(dāng)量摩擦角 當(dāng)量摩攘系數(shù),對(duì)鋼一青銅,v?vvarctfvf 0.08~0.1C; 對(duì)淬火鋼一青銅, 0.06~0.08。?f ? 一許用應(yīng)力MPa 為材料屈服極限, 載荷穩(wěn)定][?53][∽q?q 時(shí), 取大值。 對(duì)d 1的選取, 可根據(jù)螺桿穩(wěn)定性確定,根據(jù)螺桿柔度 值, 選取不同公s? 式計(jì)算。 iuls?? 式中: 一螺桿長(zhǎng)度系數(shù), 當(dāng)采用滾動(dòng)支承, 并且軸、徑向均有約束時(shí), =0.5 一螺桿兩支承間距離 mml 一螺桿危險(xiǎn)剖面慣性半徑 mmi 4tdi? 時(shí)10??sn?2)(ulEIQ?? 式中:E一材料彈性模數(shù)E=3.06×10 8 MPa 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 36 I一危險(xiǎn)剖面慣性矩 mm 4641dI?? 時(shí), 對(duì)35∽50號(hào)鋼10??sb?41)57.246(dQs???? 若 , 可不必校核。0s 4.2.4 滑塊強(qiáng)度校核 對(duì)通常由鋼一青銅摩擦副組成的螺旋傳動(dòng),其主要失效形式是磨損失效。 對(duì)磨損形式一般可分為:1、粘著磨損 2、磨粒磨損 3、腐蝕磨損 4、表面疲勞 磨損幾類主要磨損形式。綜合分析幾類磨損, 對(duì)本沒計(jì), 粘著磨損是最主要 的失效形式, 因?yàn)檎持鴷?huì)產(chǎn)生材料撕脫