卷扬机传动系统的设计含7张CAD图
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卷扬机传动系统的设计,XXXXX,指导老师:XXXX,答辩人:XXXX 学号:XXXX,概述,卷扬机的作用可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机、电动卷扬机及液压卷扬机三种。现在以电动卷扬机为主。本设计主要设计卷扬机传动部分。,目录,一、设计主要组成及参数 二、总传动形式 三、联轴器的选择 四、制动器的选择 五、二级圆柱齿轮减速器 六、开式齿轮和卷筒组合,设计主要组成及参数,电动卷扬机主要由电动机,联轴器,制动器,减速器,卷筒,起升滑轮组,吊钩等构成,本次设计主要对减速器,卷筒系统,联轴器和制动器的选择进行设计。 主要参数: 1.额定起升重量:5吨 2.额定起升速度:18米/分钟; 3.工作频率:频繁启动、制动。,总传动形式:,传动部分主要由二级圆柱齿轮减速器和一对开式齿轮组成,联轴器:弹性销轴联轴器,制动器:YWZ300-25,电力液压推动器为驱动 元件的瓦块式制动器,制 动轮直径300mm,25是 推力代号。,二级圆柱齿轮减速器:采用斜齿轮传动,减速器中间轴,开式齿轮和卷筒轴组合,汇报完毕 恳请各导师批评指点, 卷 扬 机 传 动 系 统 的 设 计 摘 要 卷扬机别名也就是绞车,是利用机械动力使卷筒卷绕绳索来垂直提升,水平或 倾斜拖拽重物的装置。随着工业发展越来越迅速,起重设备种类越来越多,也越来 越先进,但是卷扬机依旧在各个需要起重的行业被需要。卷扬机即绞车的种类很多, 本人的设计主要是卷扬机的传动系统设计。在本设计中主要由二级齿轮减速器和开 式齿轮传动组成了传动部分,焊接式滚筒作为工作部分。 卷扬机虽然结构简单,但是在利用率和方便这两个方面依旧在未来起重设备中 占有重要地位,卷扬机未来的发展将向自带电源、极小型手提、大型化发展。 关键词:卷扬机;传动系统;二级齿轮减速器;开式齿轮传动;滚筒 Abstract The winch is also known as winch. It is a device that uses mechanical power to cause the drum to wind around the rope to lift it vertically and drag it horizontally or diagonally. As the industry develops more and more rapidly, the types of lifting equipment are more and more, and more and more advanced. However, the winding machine is still needed in various industries that need lifting. There are many types of winches for winches. In this design, the transmission part is mainly composed of a two-stage gear reducer and an open gear transmission, and the welded reel serves as a working part. Although the winch has a simple structure, it still occupies an important position in the lifting equipment in terms of both utilization and convenience. The future development of the winch will be based on self-contained power supply, extremely small hand-held, and large-scale development. Key words: hoist; transmission system; secondary gear reducer; open gear drive; reel 目 录 引 言 .1 第一章 卷扬机的基本结构与传动系统的确定 .3 1.1 本设计的基本参数选定 .3 1.2 卷扬机的总体结构设计 .3 第二章 减速器和开式齿轮的设计 .4 2.1 电动机的选择 .4 2.1.1 初步选择电动机型号 .4 2.1.2 电动机功率的计算 .5 2.2 计算传动系统的各级传动比 .6 2.2.1 传动系统的总传动比 .6ai 2.2.2 确定减速器中每一级的传动比 .6 2.3 设计计算传动系统中传动件的基本参数 .7 2.3.1 计算各轴的转速 ni .7 2.3.2 计算四根轴的输入功率 .7 2.3.3 计算各轴输入转矩 T .7 2.4 传动部件的设计及强度校核 .8 2.4.1 第一级齿轮设计及强度校核 .8 2.4.2 第二级齿轮设计及强度校核 .11 2.4.3 齿轮轴的设计与强度校核 .13 2.5 减速器的结构设计 .16 2.6 减速器滚动轴承的选择及校核计算 .18 2.7 减速器的润滑 .19 2.8 开式齿轮的设计及其强度校核 .20 第三章 滚筒的设计和钢丝绳的选择 .23 3.1 滚筒整体的设计 .23 3.1.1 滚筒的材料 .23 3.1.2 计算滚筒基本参数 .23 3.1.3 滚筒壁的厚度设计计算及其强度校核 .25 3.2 滚筒轴的设计及其强度校核 .26 3.3 钢丝绳材料的选择及其计算 .29 第四章 其他零件的设计 .31 4.1 制动器的设计计算 .31 4.1.1 制动器 制动力矩的计算 .31 4.1.2 制动器热量计算 .32 4.2 联轴器的设计 .33 第五章 本卷扬机的使用简要说明 .35 结 论 .36 参考文献 .37 谢 辞 .38 1 引 言 卷扬机的功能 卷扬机别名绞车,是用来起升下降重物一种设备。广泛用于重物的吊装,桩, 材料和冷拔钢筋设备和其他工程的安装。 绞车的功能一般来说就是利用滚筒的转动带动钢丝绳升起或下降重物,卡车起 重机已经取代了施工绞车。例如,塔式起重机用于在施工现场提升材料和产品。由 于大型建筑物常用的塔式起重机成本高,而且由于其灵活性差,所以起重机械也是 必不可少的,以便于提升。施工升降机也用于伐木作业。建筑行业的冷拉钢棒,小 矿厂的起重和组装材料。由于施工绞车有很多应用,所以它们在矿业、水利、农业、 军事以及水下作业都担任着各自的责任。 卷扬机的发展 公元前一千一百多年的时候,我国祖先们发明了辘轳,也就是打井水的装置, 这就是手动卷扬机的雏形。但是自从工业革命后中国的闭关锁国,工业知识水平全 面落后于国外,没有能力设计制造出卷扬机所以当时我国使用的卷扬机全部进口。 到了 20 世纪 50 年代我们才开始拥有自己生产卷扬机的能力。自 20 世纪 70 年代以 来,我国起重机械的生产引入了技术和知识,才初有规模的进行多样化的生产。 20 世纪 70 年代后期以来,随着我国的发展导致了绞车大量生产和产量增加。到 现在为止,绞车的生产和设计已经变得更加成熟。目前绞车的品种众多,根据不同 的用途拥有多种结构。 卷扬机计算前期准备 卷扬机的使用频率等级:在设计寿命时间内完成表示为总的总工作周期系数 。tN 工作周期是指从负载准备就绪到上升到下一个负载的整个过程。 卷扬机的使用等级见下表(1.1) 。 2 表 1.1 卷扬机的使用等级 使用等级 总工作循环次数 tN说明 U0 4106.使用频率较低 U1 23 U2 4. U3 510 U4 .2使用频率适中工作强度低 U5 5使用频率中等 U6 610使用频率稍高 U7 2使用频率很高 3 第一章 卷扬机的基本结构与传动系统的确定 1.1 本设计的基本参数选定 1)工作部分 。50NFk 2)工作部分 v=18m/min。 1.2 卷扬机的总体结构设计 本设计中的卷扬机由电动机、制动器、减速器、联轴器、卷筒五大项组成的, 其中传动系统主要包括二级圆柱齿轮减速器和两个开式齿轮传动组成的,下图为卷 扬机简单示意图: 图 1.1 卷扬机的简单示意图 1.电 动 机 2制 动 器 3.减 速 器 4联 轴 器 5卷 筒 4 第二章 减速器和开式齿轮的设计 因为在校外看到卷扬机实物图所以根据所见卷扬机结构在本卷扬机传动系统的 设计题目中用到的是二级圆柱齿轮减速器。 图 2.1 建筑工地实拍卷扬机 2.1 电动机的选择 2.1.1 初步选择电动机型号 在设计过程中,有必要根据工作条件和运动件的运动速度、基本参数以及传输 的功率来对电动机型号的进行合理选择。电动机种类如下: 图 2.2 电动机种类 上图中笼型异步电机是应用最广泛的且在工程或设计中最常见的一类,如果设 电动机 交流电动机 直流电动机 异步电机 同步电机 笼型电动机 绕线型电动机 5 计或工程对电动机没有特殊的要求,一般情况下可以选择 Y 型笼型三相异步电动机。 因为它们效率高,性价比高,基本无噪音,可靠性高。这种电动机在简单的设计中 拥有很高的使用率,所以无论从寿命还是成本上来说都是最符合要求的。 卷扬机是一种不连续的工作机械,它的工作往往是只需要一定的时间,所以需 要频繁的开启和停机。在工业设计中这种利用频率的机器的电动机一般选用 YZR 系 列,所以在本设计中,初步选择电机为 YZR 系列中的 380V 三相绕线电动机,这种 电机专门用于驱动各种起重设备,具有很强的过载能力。 2.1.2 电动机功率的计算 1.绞车电动机的功率就是工作效率与总功率的比值也就是等于静功率,所以用 下述公式来计算 (2-wdp 1) 上式各符号代表的意义: 滚筒工作效率;wp 电动机至滚筒之间总效率; 由滚筒的阻力与线速度的积与其效率之间的比值关系可以求得滚筒的工作效 率 :wp (2-50.317.618WwFVpkW 2) 上式各符号代表的意义: 滚筒的阻力(N) ;W 滚筒的线速度(m/s) ;V 滚筒的效率; 上式中未知量利用公式可以求得 8501.4321w9=( 联 轴 器 ) .62( 滚 筒 ) 073( 齿 轮 传 动 ) .984( 滚 动 轴 承 ) 6 2. 滚筒轴转速为: 滚筒节径 D 要大于 与 d 的乘积eK dKDe 上式中各符号代表的意义: , 直 径e 19eK 直径( mm)d 计算 mm 根据原则使 mm456219 459d mm30D 所以: (2-010.31.27/min.45vnrd 3) 查表可知: 1i范 围开 式 8范 围柱级 40 总的传动比的范围为 24ai 根据已知条件可知电动机的 nd 的范围 (2-(2480)13.78.3715.6/mindani r 4) 根据上述可以确定选择电动机型号为 YZR200L 参数见下表 : 表 2.1 电动机参数 型号 额定功率(kW) 转速 r/min YZR200L 22 960 2.2 计算传动系统的各级传动比 2.2.1 传动系统的总传动比 ai 传动系统的总传动比 等于电动机的转速和滚筒转速比值 (2-nima 5) 上式各符号代表的意义: 7 nw n滚筒转速 34.72min/.13960rnima 总传动比 的值为各级传动比 ,见下式ai 10、 (2-10ia 6) 2.2.2 确定减速器中每一级的传动比 则5.20i大减为 了 84.253.70ia 因为本卷扬机的减速器选择的是二级圆柱齿轮减速器(展开式) ,根据润滑条件, 查表得 则75.1i 43.75.210i 2.3 设计计算传动系统中传动件的基本参数 设计校核传动件,其中最先要计算的是每根轴的转速 ni 和转矩 pi 并且校核强度, 为了进行上述步骤的方便,所以将我将传动系统中的由电动机输入轴到滚筒依次简 称为 。 2.3.1 计算各轴的转速 ni min/960 1rn in/96.175.2ri .34. 23 8. 34inin/2.1r 2.3.2 计算四根轴的输入功率 的输入功率: kwpd 34.2198.0211 734.2 9.23 kp1098.34 8 上式各符号代表的意义: (kW)dp 1 2 3 2.3.3 计算各轴输入转矩 T 首先计算最高级转速的电动机输出转矩 Td: (2-mNnPTmdd 85.21960590 7) mNiTd 67.219.0. 101 28.4856722 i 6.43.8 33 70.13909.44 表 2.2 各轴计算所得参数 效率 P(kW) 转矩 T(Nm )轴名 输入 输出 输入 输出 转速 N(r/min ) 传动比 效率 电动机 轴 22 216.67 960 1 0.97 轴 21.34 20.70 216.67 210.17 960 5.57 0.95 轴 20.29 19.28 1184.28 1125.07 166.96 4.43 0.93 轴 18.9 17.58 4887.46 4545.34 37.69 轴 17.97 17.07 13194.70 12534.97 13.27 2.84 0.95 9 2.4 传动部件的设计及强度校核 传动部件是一个传动系统的基本组成部分,传动部件的尺寸、强度、质量等等 都决定着这个系统的寿命、质量。而卷扬机的传动的转矩属于比较大,所以所有的 传动零件都要按照标准来设计并且要进行校核,这决定着操作者的安全。同时设计 时的尺寸,材料等也同时影响着整个卷扬机的成本,因为卷扬机的价格都不高,所 以在考虑到安全性的时候也要考虑性价比等问题。本设计中减速器主要由直齿轮和 轴类零件组成。 2.4.1 第一级齿轮设计及强度校核 1)材料的选择 因为小齿轮的尺寸较小,设计成齿轮不仅增加工艺而且减小传递精度所以设计成 齿轮轴。 表 2.3 齿轮材料及硬度 名称 材料 硬度 处理 齿轮轴 40Cr 硬度为 241HB286HB,平均取 260HB 调质处理 大出轮 45 钢 硬度为 229HB286HB,平均取 240HB 调质处理 2)初步计算小齿轮分度圆直径 根据分度圆计算公式 ,从中找取已知条件3211uTAdHd (2- 1 095058596mPTNmn 8) 在机械手册中查表可以得到 lim17HMPa li250 .d 计算小齿轮的许用接触应力 1lim19639HHa 2li20.5P 所以将已知条件代入下式得 10 (2-9)mdu TAHd41.80 75.12180332 取整数 得d 82,3dA取 根据公式初步算得 mbd11 3) 齿轮的校核 的计算 : 1 1a中 心 距 (2-10)i 75.26.1281 取整得 m201 v 的计算: 2圆 周 速 度 (2-11)smnd/27.410698561 设计齿数 z1 和 z2 端面模数 mt 和螺旋角 的计算 3 16.,12zi、 408dt 端面模数是已知的可以查机械手册得 n (约等于估计值)812.4arcostnm 齿轮传动的校核计算 4 小齿轮工作载荷计算: (2-12)NdTFt 541708261 121cos.3za 69.8400.8 根据机械设计手册查得数据齿向载荷分布系数 HK (2-13)bCdbBAKH3 211 481.06.072 计算载荷系数: HVA1 11 4.381.29.1570634 aZ 9.coss11 。 已知条件弹性系数 ZE、节点区域系数 ZH、接触最小安全系数 SHlim 和接 触寿命系数 ZN 均可由机械设计手册查得 2 1pa8.9ME3.2 、05limHS 18N31.2N 综上已知条件可得: lim17098.5HZMPaS li221.N 检验接触疲劳强度: ubdKTZEH121 75.804.39.078.5.221 H260HMPa 经过计算校核的结果表示,接触疲劳强度符合要求,不需要多余调整。 2.4.2 第二级齿轮设计及强度校核 1)齿轮材料的选择: 表 2.4 齿轮材料及硬度 名称 材料 硬度 处理方法 齿轮轴 40Cr 硬度为 241HB286HB,平均取 260HB 调质处理 大出轮 45 钢 硬度为 229HB286HB,平均取 240HB 调质处理 计算齿轮轴的许用接触应力 1lim10.9639HHMPa 2li25 2)初步计算齿轮轴分度圆直径 根据分度圆计算公式 ,从中找取已知条件3211uTAdHd09950516574.mPNmn 12 在机械手册中查表可以得到 0.1d lim7HMPa li258 所以将已知条件代入下式得: mdu TAHd3.14 43.15216072 321 取整数得: 5 得dA82,d取 根据公式初步算得 mbd14511 3) 齿轮的校核 中心距 的计算 : 1 2a2114.39.72i 选取: m395 圆周速度 v 的计算: 2 smnd/27.1069.14062 设计齿数 z1 和 z2 端面模数 mt 和螺旋角 的计算 3 取8.53.,243i、 154z641zdt 法面模数是一致的查机械手册得 .n (约等于估计值)71264.5arcostnm 齿轮传动的校核计算 4 齿轮轴工作载荷计算: NdTFt 9.1607452322 2341.8cosaz 1. 71.69265。 根据机械设计手册查得数据齿向载荷分布系数 HK 13 233210HbKABCbd 4.186.172 HVAK 34.9.5 计算重合度系: 8.091422az 7coss 2。 已知条件弹性系数 ZE、节点区域系数 ZH、接触最小安全系数 SHlim 和接 触寿命系数 ZN 均可由机械设计手册查得 1289.PaEM 5. 、05limHS 18N31.2NZ 综上已知条件可得: lim1170.9HNZMPaSli2258.3 检验接触疲劳强度: 2 21HEKTuZdb2 23.48504.31.5189.0.9H23HMPa 通过上述计算结果可以看出,接触疲劳强度符合要求,不需要进行多余调整。减速 器齿轮主要部分参数整理见下图。 表 2.5 减速器中齿轮的主要参数 名称 符号 单位 1Z23Z4 螺旋角 度 8402471。 2。 法向模数 nm5. 法向压力角 度 。 。2。0。 分度圆直径 d8478146 齿数 z个 615 齿宽 bm925 14 2.4.3 齿轮轴的设计与强度校核 本减速器一共拥有三根轴在齿轮与轴传动过程中,相对于其他轴来说由于其位 置的特殊性中间轴承受的载荷是最复杂的。因此只要对中间轴校核后能符合要求,则 减速器中其他的轴均能符合要求。所以接下来对中间轴进行校核计算。 减速器中的轴材料均为 45 钢,调质处理。 查表得: 650BMPa360SPa 135bM 已知中间轴两项基本参数 ;转速: 。9.28kW min/96.1r a) 作用力的计算 15 图 2.3 中间齿轮轴的弯矩受力图 (2-npT6105.9 14) 6 619.28.50.06Nm Z2 的圆周力 Ft2: (2-NdTt .478122 YA BCD15.145.145.RAZZ RBzAY RYT1 T1Ft2r2Ft3r3 xFt2 Ft3R AY RBYa)b)XYZ平 面 180 260 ( N.m)Fr2 Fr3RAZ RBz 10 180 ( N.m)10 180 ( N.m) 10 ( N.m)108360 1560 c)XAZ平 面d)合 成 弯 矩 e)扭 矩f)当 量 弯 矩 16 15) Z2 的径向力 Fr2: (2-NFtr178402cosan 16) Z2 的轴向力 Fx2: (2-tx 5.13an2 17) Z3 的圆周力 Ft3: NdTt 4.72450. 63 Z3 的径向力 Fr3: Ftr 8.12cosan Z3 的轴向力 Fx3: tx 3.473 垂直面 (2-NRAY .1024065.8.65.5.1.24917 18) B 7.83940172.3856 弯矩(如图 2.3) (2-mNRMAYCZ 3108.51 19) BYDZ 56.24 b) 水平面 支反力: (2-mNFRttAZ 3.8294065.1.292 20) ttBZ 1.670.5.22 弯 矩 : (2-mNRMAZH6.15 21) BZ608.4 17 c) 弯矩的整合: (2-mNMC 62623 10.10.)108.( 22) D 626258.).(6.( d) : (2-4.065301-b 23) e) 计算当量转矩: (2-mNT5610.1.40 24) f) : 大齿轮轴颈中间截面处: (2-NTM836250687)( 22221 25) 右轴颈中间截面处: mT154678014637)( 22222 g) 校核轴颈 (2-.58.03311Md 0.3 26) 2.671.04.33122 m12.67 通过上述设计计算中间符合要求及其他轴同样符合要求无需调整。 2.5 减速器的结构设计 减速器结构由其功能、用途和其他特殊的要求而决定,所以一个减速器的组成 部件有许多种。但是不论功能和任何类型所有的减速器都必须拥有三大基础部分: 第一部分 轴系部件 轴系部件包括传动件、轴和轴承等组合。 传动件分为箱内和箱外两个部分,传动件决定减速器的性质和功能,所以可以 1 18 看到许多减速器的命名方式就是传动件的名称加上减速器。 轴:减速器上用来安装传动件的轴,传动件随着轴的转动来完成运动并传递功 2 率和转速。大部分传动件和轴通过键的方式连接。 轴承及其配套组合部件 3 (1)轴承 (2)轴承端盖 轴承盖用来固定轴承,承受轴向力,以及调整轴向间隙。 (3)密封 在输入轴和输出轴外部,必须在轴承盖的孔内设计密封装置。 第二部分 箱体 减速器箱体是用于支撑和锁定轴系零件。 这是保证减速器传动部件精度、具有 良好的润滑和密封性能的重要部分,其重量约为减速器总体的 50。 减速器箱体可以分成和一体式壳体。部分分开的壳体的分开的表面基本上是水 平的并且与传动轴的轴线重合。普通变速箱只有一个剖封面。对于大型垂直减速器, 也可以使用两个分体面,以便于制造和加工。 箱体的材料:灰铁(HT150 或 HT200) 。箱体是一个架构和受力复杂的零件,是 用来支持和固定轴系零件以保证传动件的啮合精度,为减少加工难度和经济性考虑, 本次设计在保证箱体具有足够的强度和刚度,结构紧凑的同时,将进行简化设计, 纵向和横向尺寸根据减速器纵、横齿轮进行计算,最低抗拉强度 200MPa,灰铸铁抗 拉强度和塑性低,但铸造性能和减震性能好,适用于铸造箱体。 在输入轴和输出轴外伸处,为了防止灰尘、水汽等杂质进入箱体,引起零件的 磨损和腐蚀,应在轴承盖孔处设置密封装置。 为了提高轴承座端盖刚度还应设置加强肋,两侧连接螺栓应尽量靠近。设计铸 造箱体时,箱体上的加工面和非加工面需要严格区分开,其中加工面需要高出非加 工面,并且同一面的加工面位于同一平面,利于一次调整加工。 密封装置选择为防止减速器内工作环境影响轴系零件工作,在轴承端盖处进行密封 处理,本次设计选择旋转轴唇形密封圈中的 B 型内包骨架型,操纵机构处轴端处采 用防尘罩防止烟尘进入箱体。 因为本次变速器箱体采用剖分式,因此需要考虑箱体剖分面的密封问题,需要 将各剖分面进行密封处理,剖分面需要涂以密封胶或者水玻璃,不得随意使用其他 填充材料,会造成箱体内零件磨损腐蚀。 润滑剂选择及防锈处理本次设计传动系统中的二级圆柱齿轮减速器需要考虑润 滑及防锈问题,有以下几点问题需要考虑: 19 1.箱体中需要装工业齿轮油,油量需达到规定深度。 2.零件在装配之前使用没有清洗,轴承用汽油清洗,晾干后表面涂油。 3.箱体内表面涂耐油漆,外表面涂以银白色漆。 第三部分 附件 为了使减速器更加完美,例如注油,排油,通风,提升,检查变速箱各部分的 啮合情况,确保操作的精确性以及便于装配和拆卸,通常需要减速器上安装某些设 备或部件。 这些设备和零件以及箱体上相应的部分结构一起被称为附件。包括:游 标、视孔、通气器、定位销、吊运装置等。 2.6 减速器滚动轴承的选择及校核计算 a)滚动轴承的类型选择 由机械设计手册查得,选取深沟球轴承 用来被校核的轴承是中间轴选用的代号为 6316 的深沟球轴承 从手册中可知其 KNCr12KNr5.860 b)滚动轴承校核计算 滚动轴承疲劳寿命的基本计算公式为: (2-27))(10PL 上式各符号代表的意义: 查得3 N(P 载 荷 (C 轴承左端受力 右端受力FA5.4602NFB4.1572 有公式 同时知道式中arYxp (2-0a 28) NFpa5.4602故 左 端 右端 17 其中 X,Y 由表选取 ,x0Y 20 KNcr123 通过计算可知左端轴承疲劳寿命 (2-rL6310109.)625.4( 29) 右端 53102.)7.( 故由公式 (2-3 610)(pcnLh 30) 得左端 6310120()57.94.h h 右端 .7.L 将所有的标准件整理如图: 表 2.6 本设计中用到的标准零件 零件名称 数目 材料 标准件代号 螺栓 120M86-GB570 键 631铸钢 9N1 键 8铸钢 - 键 102铸钢 60 键 51铸钢 9-1 垫圈 36HT500 85GB 垫片 2M4 6-73 深沟球轴承 61 9/T2 深沟球轴承 30 - 深沟球轴承 6318 3B/76 螺钉 2885-G 螺钉 16M4 圆柱销 308A2 6-17 21 2.7 减速器的润滑 减速器中润滑是非常重要的一个环节,其中的所有传动部件(齿轮、轴系部件、 轴承)都必须经过润滑步骤,否则在摩擦的作用下会产生热量以影响传递精度,而 且经常的干摩擦会造成传动件的破损,情节严重会引发重大事故。 在二级圆柱齿轮减速器中一般情况下选用的润滑方式是利用润滑油进行润滑, 根据齿轮的圆周速度 v 来确定选择浸油还是喷油,如果 v12m/s 的话选择浸油模式, 在本设计中低速大齿轮的圆周速度小于 12m/s,符合浸油要求。 在传动件运动过程中随着齿轮的转动带动润滑油飞溅,并在齿上沾有润滑油传 到啮合部位完成传动过程的润滑。 2.8 开式齿轮的设计及其强度校核 1)齿轮材料的选择见下表 表 2.7 齿轮材料、硬度及处理方法 名称 材料 硬度 处理方法 小齿轮 40Cr 硬度为 241HB286HB,平均取 260HB 调质处理 大出轮 45 钢 硬度为 229HB286HB,平均取 240HB 调质处理 2) 初步计算模数 根据模数计算公式 (2-31)3251YZKTmSAFd 从中找取已知条件: mNnPm61 107.49.3809 在机械手册中查表可以得到 MpaH61li 2 7.0d 4.FaY 651s 计算小齿轮的许用接触应力 paH99.lim1 M320li2 故取 5Z 公式中其余参数的计算 22 重合度系数 Y68.075.12.0Y 载荷系数 K2HVAKK 45.39. 所以将已知条件代入式(2-31)得 33251 68.01.2807.0452YZTmSAFd76.8 取整数所以齿轮模数 9m 3) 齿轮的校核 inlFXNSY 上式中各符号的意义及其在机械设计手册中的取值: 取lim弯 曲 疲 劳 极 限 MpaF60lim 弯曲寿命系数 YN .1NY XX 弯曲最小 SFmin 25.FMIS 将查得的各项数值代入 limn60481.FNPa NdT372753 20cos.8153za 73.102. 根据机械设计手册查得数据齿向载荷分布系数 HK 3 2320bCdbBAKH 49.1861.017 计算载荷系数: 2HVA 5.349.2.5 计算重合度系数: 76.0.3az 已知条件弹性系数 ZE、节点区域系数 ZH、接触最小安全系数 SHlim 和接 23 触寿命系数 ZN 均可由机械设计手册查得 2 1pa8.9ME5.2HZ 05limHS 18N 3.2 综上已知条件可得: MpaSZHN5.680.1lim11 9.34li22 检验接触疲劳强度: ubdKTZEH125 84.6470.376.08195.22H24HMPa 经过计算校核的结果表示,接触疲劳强度符合要求,不需要多余调整。 整理上述数据绘制齿轮基本参数表格如下 表 2.8 开式齿轮的主要参数 名称 代表符号 单位 5Z6Z 模数 nm99 分度圆直径 d270765 齿数 z个 38 齿宽 bm29020 24 第三章 滚筒的设计和钢丝绳的选择 卷扬机主要由钢丝绳的运动来进行工作,而且大部分时间工作环境在室外,有 各种天气及环境因素影响,而且卷扬机属于起重设备一旦绳索出现问题将非常危险, 所以钢丝绳选择和设计非常重要,同样作为承载钢丝绳的滚筒也拥有同样重要的作 用,卷扬机的价格不高所以应该在保证安全的前提上尽量降低成本。 3.1 滚筒整体的设计 卷扬机滚筒层层缠绕钢丝绳,是传动系统中的工作机构,虽然结构简单但是受 力非常复杂,工作条件特殊,所以滚筒设计也是至关重要的。 3.1.1 滚筒的材料 考虑到滚筒的材料具有良好的铸造能力和焊接能力,以及各种来源的选择,本 设计选择了材料 Q235。 3.1.2 计算滚筒基本参数 a) 滚筒节径 D 要大于 与 d 的乘积eK (3-dKe 1) 上式中各符号代表的意义: , 直 径eK 19eK 直径( mm)d 计算 mm 根据原则使 mm456219 459d mm30D b) Bt 要小于三倍的滚筒直径,所以t (3-03t 2) 上式符号代表的意义: 25 D0 m 计算 =1305mm 根据原则使 mm435tB 80tB c) Dk 滚筒边缘直径就是滚筒端侧板的直径,所以 (3-dsk4 3) Ss120 上式中各符号代表的意义: DS , 最 外 层 钢 丝 绳 直 径 S 钢 丝 绳 缠 绕 层 数 计算 =699mm根据原则 mm9603k 70KD d) S (3-dmKK2 4) 上式中各符号代表的意义: mK )m侧 板 外 圆 的 安 全 高 度 (为 保 证 钢 丝 绳 不 越 出 端 根据公式 md365.124. 将数值代入计算 ,根据原则52.470S 4S e) L钢 丝 绳 长 度 (3-dSDii120 5) 计算绳子长度第一步要计算每一层钢丝绳的绳芯直径 D,根据公式(3-5)分别 计算 D1 、D 2、D 3、D 4 4,321i m5951842 0724163D5354 :层 钢 丝 绳 的 长 度 为第 i (3-0102)1( dSdBLiti 26 6) mL 60.412435)1280( 31 752 .6)( 3326102418354804 钢丝绳的总长等于四层绳的长度和: 4321LL 2.615.67.50.6m 3.1.3 滚筒壁的厚度设计计算及其强度校核 a) AS 的确定多 层 缠 绕 系 数 A S 的计算 (3- 1122SSs 7) 上式中各符号代表的意义: S钢 丝 绳 的 缠 绕 层 数EtF180dDe20 其中 t 钢 丝 绳 的 缠 绕 节 距 mdt24.01. (mm)滚 筒 壁 厚 (mm) 0D滚 筒 直 径 D350 d (mm) 钢 丝 绳 直 径 d24 (MPa) E钢 丝 绳 纵 向 弹 性 模 量 GpaE1 (MPa) 钢 丝 绳 横 向 弹 性 模 量 M6 (MPa) 滚 筒 材 料 的 弹 性 模 量 20 (mm2) F钢 丝 绳 的 断 面 面 积 27 将上述所有已知量代入式(3-7) 5.1sA b) 设 计滚 筒 的 厚 度 的值应该满足 (3-cestFA 8) 上式中各符号代表的意义: Fe )N钢 丝 绳 的 额 定 拉 力 ( 根据 Mpac183卷 扬 机 设 计 将上述所有已知值代入式(3-8)得: 024.51 m c) 滚筒壁的强度 计算 c (3-cestFA 9) MPa43.172.051c 经过计算校核的结果表示,接触疲劳强度符合要求,不需要多余调整。 3.2 滚筒轴的设计及其强度校核 在绞车整个传动系统中唯一不做转动的就是滚筒轴,它决定着卷扬机的安全和 精准性,滚筒轴要计算校核两个方面疲劳强度和静态强度,由于滚筒长度较长导致 了设计的滚筒轴也稍长,同时要还要校验刚度。 在滚筒轴的设计上轴的材料采用 钢,调质处理。45 由机械设计手册查得 60BMPa360SPa 135bM , ,KNFe50已 知 条 件 有 mD450d24d76齿 轮 的 分 度 圆 直 径 a) 周向力 Ft和径向力 Fr的计算 (3- 0625432.9()710et kNd 10) tan.9tan.()rF 。 28 b) 垂直面支承反力及弯矩 支承反力: (3-86054.19()9etDVFRkN 11) 02.3786teC 弯矩: (3-50629.371.()AVCVMRkm 12) 将上述所求的作用力全部分解做图 3.1: 图 3.1 滚筒心轴力的分解图 c) 平面支反力及弯矩的计算 平面支反力 R 计算: (3-13)50.7()986rDHFkN 50KN806012639.4KNRCH RDHMAHMAHBVFrMBMFt71582.KN715.89026271.8( KN.m)( KN.m)( 29 9261.3()8rCHFRkN 利用以上两式计算弯矩 M: 5061.375.()AHCMm064.2()BHDk d)弯矩的整合 2221876.190.6()AVAH kNm (3-224.7.()BV N 14) e)工作应力的计算 因为滚筒轴是固定心轴,所以只有弯矩而没有转矩,通过图 3.1 可以看 出剖面 B 受的弯矩最大,所以应当首先设计剖面 B 的直径,记为 dB。 根据弯矩计算公式: 031.0bBdM 可以推算出 mdbB 4.671.827. 330 dB=65mm, 中间轴 d0=65+5=70mm则 圆 整 后 f)滚筒轴轴疲劳强度计算 edFK 上式中各符号代表意义 Fd钢 丝 绳 的 当 量 拉 力 K d当量拉力系数,由建筑卷扬机设计查得 1dK 根据上述已知条件求得 150dkN 利用当量拉力球平均应力 和应力幅,它们的关系见下式m 2ba (3-3317.89.50.6dBbbKMMPa 15) .4.2am 疲劳强度计算安全系数的计算公式: 30 (3-maKS1 16) 由机械手册查得 应 力 集 中 系 数 8.1K 表 面 状 态 系 数 920 绝 对 尺 寸 系 数 7. 等 效 系 数 34 将上述所有已知条件代入式(3-16)求得 126.5.8.037492.07811 maKS 轴的疲劳强度安全系数控制在 ,经上述计算校核确定该轴符合要求。5S g) 滚筒轴的强度校核 要想计算滚筒轴的静强度计算,首先要计算拉力 ejFmax 上式中各符号代表的意义: 静强度计算最大拉力jF)(N 动载系数, 35.1由 建 筑 卷 扬 机 设 计 查 得 接下来完成对静强度安全系数的计算: (3-17)64.51.082735.162WMSBS 所以 ,可得 ,所以经校核轴的强度足够。6.0bS4.S 3.3 钢丝绳材料的选择及其计算 钢丝绳的安全系数按下式计算:
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