優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文電動卷揚機的設(shè)計

1、電動卷揚機的設(shè)計口錄一，設(shè)計題廿1.1主要參數(shù)及工作環(huán)境1.2主耍要求 二，卷揚機整休結(jié)構(gòu)的確定2擬定傳動結(jié)構(gòu)方案2.2選擇傳動機構(gòu)方案 三，電動卷揚機工作級別的確定3.1電動卷揚機的利用等級3.2機構(gòu)的載荷狀態(tài)3. 3機構(gòu)的工作類型四，提升機構(gòu)中主要零件的設(shè)計4.1鋼絲繩的設(shè)計4.1.1鋼絲繩的概述4.1.2提升機構(gòu)及受力分析4. 1. 3鋼絲細(xì)選擇的計算4. 1. 4鋼絲繩的校核4. 2卷筒的設(shè)計4.2.1卷筒的類型概述4.2.2卷筒最小直徑的設(shè)計計算4.2.3卷筒材料的選擇4. 2.4卷筒長度的設(shè)計計算4.2.5卷筒壁厚的設(shè)計計算4. 3卷筒轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4齒輪連接盤的設(shè)計4.5鋼絲繩

2、在卷筒上的固定4.6卷筒軸的設(shè)計4. 6.1卷筒軸的受力分析4.6.2卷筒軸材料的初步選用及相關(guān)已知數(shù)據(jù)4. 6. 3近似計算軸頸4. 7軸安全系數(shù)的校核計算4. 7. 1軸的疲勞強度安全系數(shù)校核4. 7. 2軸靜強度安全系數(shù)的校核4. 8滑倫的設(shè)計4. 8. 1滑輪最小直徑計算4. 8. 2滑輪結(jié)構(gòu)和材料4.9吊鉤的選用五，傳動裝置的設(shè)計5.1電動機的選擇5.1.1電動機的類型概述5.1.2根據(jù)功率選擇電動機5.2減速器的設(shè)計計算5. 2. 1電動卷揚機傳動比的分配5.2.2減速器中各軸的轉(zhuǎn)速的計算5.2.3減速器各軸功率計算5. 2.4闘柱齒輪傳動的設(shè)計計算5. 2.5高速級齒輪材料的選擇

3、5.2.6高速級齒輪初步計算5. 2.7高速級齒輪接觸面疲勞強度的計算5. 2. 8確定高速級傳動主要尺寸5.2.9高速級齒輪齒根彎曲疲勞強度驗算5.2. 10低速級齒輪的設(shè)計5.2.11減速器軸的初步設(shè)計計算5.2.12減速器的選擇5.3制動器的選擇5.3.1制動器概述5.3.2制動器的計算及選擇5.4聯(lián)軸器的選擇5.4.1聯(lián)軸器的分類及具有點5.4.2聯(lián)軸器類型的確定5.4.3聯(lián)軸器的選用計算5.4.4聯(lián)軸器的強度驗算 六，電動卷揚機控制系統(tǒng)的設(shè)計6電動卷揚機的控制電路6.2基于plc的系統(tǒng)編程 附錄 參考文獻第一章 題目的設(shè)計1.1主要參數(shù)及工作環(huán)境對于某建筑丄地塔吊式提升機構(gòu)電動卷揚的

4、的設(shè)計，其主耍參數(shù)及工作環(huán)境境如 下：起升物額定重量：6噸起升最大高度：25米起升速度：12米/分工作環(huán)境及條件：大量粉塵，頻繁啟動，工作年限為5年1.2 主要要求本設(shè)計的主要要求：提升的重物在卷筒的中心面上垂肓運動；起升機構(gòu)的制動器必須采用常閉式的；制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。第二章電動卷揚機整體結(jié)構(gòu)的確定2.1擬定的傳動結(jié)構(gòu)方案a)b)c)d)e)2.2選擇傳動機構(gòu)方案本設(shè)計是電控式單筒卷揚機，這種卷揚機通過電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制物料的上升和k降，英制動方式是采用電磁鐵制動器控制，這里用聯(lián)軸器的一半兼作制動器。本設(shè)計屮沒侑考慮錐齒輪減速器的傳動，因為用錐齒輪減速器時，電機和卷筒安裝

5、交錯, 占的空間相對較大；考慮到經(jīng)濟等因數(shù)，也沒有采用蝸桿渦輪減速器，而直接采用了斜齒圓 柱齒輪減速器傳動。a）圖屮，電動機通過制動器與減速器相連，電動機和卷筒的排列較緊湊，圓柱 齒輪易于加工，但減速器的傳動比和結(jié)構(gòu)尺寸比較大；減速器輸出軸直接與 卷筒軸通過聯(lián)軸器連接，所需轉(zhuǎn)矩大。b）圖中，圖中，電動機通過制動器，再通過帶傳動的方式與減速器輸入軸連接。 帶傳動能緩沖、吸震，過載是起安全保護的作用，但是結(jié)構(gòu)寬度和長度尺寸 較人，另外，帶傳動不宜在惡劣的環(huán)境下工作，例如這種長期運用于戶外的 情況。c）圖中，減速器的輸出軸通過鏈傳動帶動卷揚機的卷筒，鏈傳動傳動尺寸較緊 湊，效率高，可在較高溫度和濕度

6、的環(huán)境中工作。但是，鏈傳動瞬時速度不 均勻。d）圖屮，減速器輸出軸通過一級齒倫傳動，為外捏合方式，要用開式齒倫傳動。e）圖中，減速辭輸出軸與卷筒采用內(nèi)捏合齒輪，這里直接采用帶齒輪的連接盤 結(jié)構(gòu)代替。使結(jié)構(gòu)顯得緊湊，也能傳動較大的力矩。通過密封，防止齒輪類 的潤滑汕泄漏和外界灰塵進入，加到了齒輪的壽命綜合考慮本題要求和工作環(huán)境，根據(jù)以上所列舉方案，可選擇方案e。第三章電動卷揚機工作級別與類別的確定為了合理設(shè)計、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚機根據(jù)利用等級與載荷狀態(tài)劃分為：at , a2,a3, a4 , a5， a6，a7 , a8 ,八個工作級別。本設(shè)計卷揚機額定工年限為5年，沒天工作8小

7、時計算，一共工作小時數(shù)t:r = 5x300x8 = 12000/13電動卷揚機的利用等級利用等級是表示卷揚機使用的頻繁程度，以其在設(shè)計壽命期內(nèi)應(yīng)總工作循環(huán)次數(shù)兒表征。根據(jù)木設(shè)計題目，頻繁的使用，可選其利用等級為u7總循壞次數(shù)nt二2x1063.2機構(gòu)的載荷狀態(tài)機構(gòu)的載荷狀態(tài)是表示卷揚機鋼絲繩承受拉力作用的輕重與頻繁程度，它在整個使壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受拉力f與額定拉力"z比和鋼絲繩每次承受拉力f作用下的工作循環(huán)次數(shù)n與中工作循環(huán)次數(shù)n之比有關(guān)。載荷譜系數(shù)kf的計算表達(dá)式如下:式屮：kr載荷譜系數(shù)比-在鋼絲繩拉力第i次作用力(f：)下的循環(huán)次數(shù)，=n , n ? -耳一鋼絲繩承受的

8、第i個拉力，f.= f , f2, fn (n)；f'-鋼絲繩承受的額定拉力(n)；n總的工作循環(huán)次數(shù)。卷揚機的載荷狀態(tài)可根據(jù)鋼絲細(xì)的受力情況和頻繁程度，按名義載荷系數(shù)譜仏可 分為四個等級，根據(jù)本設(shè)計的要求，通過查表可得出本設(shè)計的載荷狀態(tài)為q2 (受中等 載荷),可取出klo. 25, k尸0. 6, kd為當(dāng)量拉力系數(shù)。3.3機構(gòu)的工作類型機構(gòu)的工作類型是根據(jù)機構(gòu)利川級別和載荷情況來進行分類的。機構(gòu)利川級別根據(jù)總運 轉(zhuǎn)小時數(shù)和理論平均lit作小時數(shù)來劃分的。共分為10個等級：tot9o根據(jù)表8. 1-1 (gb/t3811-1983)可查得選用利用級別為t7.載荷情況是表而機構(gòu)承受的

9、最人載荷及載荷變化程度，載荷分為四個等級：l1-l4. ill表8. 1-2町査得載荷情況為l2(機構(gòu)經(jīng)常承受中等載荷，鮫少承受最大載荷)o根據(jù)機構(gòu)的利用級別和機構(gòu)的載荷情況，機構(gòu)的工作類型分為8個等級：ml-m8c由表8. 2-3 (gb/t3811-1983)可查得機構(gòu)的工作類別為m7。第四章提升機構(gòu)中主耍零件的設(shè)計4.1鋼絲繩的選用鋼絲繩新標(biāo)準(zhǔn)為gb/t8911-1996優(yōu)質(zhì)鋼絲繩。它適用于機械、建筑、船舶、漁業(yè)、礦業(yè)、 鉆井、索道及纜車等用途使用的各種圓股鋼絲繩和異型股鋼絲繩。但不包括航空鋼絲繩和電 梯鋼絲繩。4.1.1鋼絲繩的概述鋼絲細(xì)按其繩和股的斷面、股數(shù)和股外層鋼絲的數(shù)冃分類。在

10、関股和異型股鋼絲細(xì)中，如 果需要方?jīng)]有明確要求某種結(jié)構(gòu)的鋼絲繩時，在同一類別屮，結(jié)構(gòu)由供方確定。按鋼絲繩捻發(fā)分為右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻。同向捻是股與繩的捻向 相同，分左、右同向捻。這種鋼絲繩鋼絲z間接觸較好，表面比較平滑，擾性好，磨損小, 使用壽命長，但是有旋轉(zhuǎn)，容易松散的傾向，故在口由懸掛重物起重機中不宜采用。交互捻是股與繩的捻向相反，分左、右交互捻。這種鋼絲繩雖然剛性大，使用壽命短， 但是不容易旋轉(zhuǎn)、松散，故在起重機中應(yīng)用較多。鋼絲繩鋼絲z間的接觸狀態(tài)分，有點接觸、線接觸和面接觸三種：點接觸鋼絲繩、鋼絲之間的比壓力較大，雖然撓性好，但是易斷裂。線接觸鋼絲繩，繩的結(jié)構(gòu)較密實，

11、強度有所提高。撓性差，但是鋼絲繩的壽命有很大的 提高，在起重機中應(yīng)用廣泛。面接觸鋼絲繩，繩的結(jié)構(gòu)密實，剛性人，強度很高，可承受橫向力，人多應(yīng)用于索多呈 面接觸的鋼絲繩。鋼絲繩芯的材料也有不同的種類，包括纖維芯，鋼絲芯等。4.1.2提升機構(gòu)及受力分析：根據(jù)木設(shè)計要求，設(shè)計提升機構(gòu)如下：1-電動機，2-聯(lián)軸器，3-減速器，4-卷筒，5-導(dǎo)向滑輪，6-滑輪組7-吊鉤，8-重物提升機構(gòu)的受力分析：由圖可知:finax = f= % = % = 6000 x 9.% = 29400n4.1.3鋼絲繩選擇的計算按gb/t3811-1983計算，計算方法如-f：式屮d-鋼絲細(xì)的最小直徑（mm）c選擇系數(shù)（刖

12、”廠）/ qnf邸一鋼絲繩的最人靜拉力（n）鋼絲繩的選擇系數(shù)c與機構(gòu)的工作級別有關(guān)，按表8. 1-8可得出c = 0.123和最小安全系數(shù) n: « = 7代人數(shù)值可得：d=023x729400 « 21加加通過杳表取最小直徑為：22mm通過查表試選用6x19（。）類的，鋼絲繩公稱抗拉強度為1470mpa的纖維芯鋼絲繩，其對應(yīng)最小破斷力為234kn。4.1.4鋼絲繩的校核按鋼絲繩所在機構(gòu)的匸作級別有關(guān)的安全系數(shù)來選擇的鋼絲繩直徑吋，所選用的鋼絲繩拉力還要滿足卜式：f. > nfiuax式屮f。一所選用鋼絲繩的最小破斷拉力（n）n -安全系數(shù)由前面數(shù)值計算可得fq =

13、234knnfnrax =7x 29400= 205.< fo故滿足條件。綜上所訴，選用鋼絲繩的型號為：22 nat6x 19s+fc 147zs234. 0 178. 0gb / t8918-19964.2卷筒的設(shè)計4. 2. 1卷筒的類型概述卷筒的類烈鮫多，最常用的是齒輪連接盤式和周邊大齒輪式兩種，其結(jié)構(gòu)特點是卷 筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。齒輪連接盤式卷筒在起重機中應(yīng)用比較廣泛，其分組性能好, 為封閉式傳動，但是在檢修時需沿軸向外移卷筒。4.2.2卷筒最小直徑的設(shè)計計算根據(jù)gb/t3811-1988規(guī)定，按鋼絲繩中心來計算卷筒的最小直徑，即：d 罰=hd(8. 1.4)式屮廠-按鋼絲

14、繩中心計算的滑輪和卷筒的最小直徑d-鋼絲繩的直徑h與機構(gòu)丄作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，按表& 1-16選的卷筒的h 值為22.4。將數(shù)值代如上式可得：dmn =22.4x22 = 492.8加加由表& 4-48取 久in = 500曲4. 2. 3卷筒材料的選擇鑄造卷筒的材料應(yīng)采用不低于gb / t9493中規(guī)定的ht 200灰鑄鐵，或者gb/t11352 中規(guī)定的zg 270 -500鑄鋼。鑄鐵件需經(jīng)時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件應(yīng)進行退火處理。 在本設(shè)計中選用ht 3004.2.4卷筒長度的設(shè)計計算卷筒有單層卷繞單聯(lián)卷筒、單層卷繞雙聯(lián)卷筒。卷筒表而帶有螺旋槽，鋼絲繩進行單層

15、卷繞。一般采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有當(dāng)鋼絲繩有脫落危 險是才采用深槽。在起重高度較高時，為了縮小卷筒尺寸，可采川表面帶導(dǎo)向螺旋槽或光面 卷筒，進行多層卷繞，但鋼絲繩磨損較快。這種卷筒適用于慢速度和工作類型較輕的起重機。在實際作業(yè)中，鋼絲繩排列凌亂，互相交叉擠壓，鋼絲繩壽命降低。冃前，多層卷繞卷筒大多數(shù)制成帶冇繩槽，笫一層鋼絲繩卷繞入螺旋槽，第二層鋼絲繩 i相同的螺旋方向卷繞入內(nèi)層鋼絲繩形成的螺旋溝，鋼絲繩的接觸情況人為改善，延長了鋼 絲繩的使用壽命。多層卷繞卷筒兩端要設(shè)擋板，其高度比最外層鋼絲繩高出（1-1.5） do根據(jù)詢而設(shè)計的捉升機構(gòu)，考慮到壽命，采用單層單聯(lián)卷筒。由表& 1-47所列出的

16、公式，可一計算出卷筒的長度:卷筒上冇螺旋槽部分的長度1心(hnx a、(20x10x2 , jp =+ 1.51碼）丿（34x522丿厶）x 25 u 55qmm卷筒的總長度：=厶0 + 2 厶 + 厶 2（*）上而兩式中d卷筒的名義直徑（卷筒槽底部直徑）査表8. 1-48得h二&5d鋼絲繩直徑最大起升高度d° = d + d -卷筒計算直徑>1.5-為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)a滑輪組倍率li無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定，這里試取為92儷 一固定鋼絲繩所需長度，3pp繩槽槽距，可由表8. 1-48查得p = 25將數(shù)據(jù)帶入*式可得：ld = 550 + 2x90 +

17、3x25 = 805/wm4.2.5卷筒壁厚的設(shè)計計算對于卷筒的壁厚5可按經(jīng)驗公式進行計算，然后再進行校核。s = 0.02d +（6 10）= 10 +（6 10）根據(jù)鑄造工藝的要求，卷筒的壁厚不得小于12mm,去卷筒壁厚5二20mm卷筒的強度計算:若忽略卷筒的自重力，卷筒在鋼絲細(xì)最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓、彎曲和扭應(yīng)力， 其中壓應(yīng)力最大。當(dāng)l<3d時，彎illi和扭應(yīng)力的合成應(yīng)力不超過10%壓應(yīng)力，所以當(dāng)厶< 3d 時只計算壓應(yīng)力即可。當(dāng)l>3d時還要考慮彎曲應(yīng)力。由前面數(shù)據(jù)可知，l<3£>,對于單層卷繞時，壓應(yīng)力按一下公式計算a=a<abc

18、式中 5 單層卷繞卷筒的壓應(yīng)力（mpa）fs鋼絲繩的最大拉力（n）8-卷筒壁厚（mm）al應(yīng)力減小系數(shù)，一般取£=0.75%卜-許用壓應(yīng)力，對鑄鐵hc = 礙為鑄鐵的抗壓強度極限，查表得6、> 250ma?故得仏 > 50mpa計算得 5 = 0.75 x 29400 = 44. mpa < 仏20x25滿足強度要求。卷筒結(jié)構(gòu)及尺寸見附錄圖3,卷筒部分的裝配圖。4. 3卷筒轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于卷筒己經(jīng)制定了專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而卷筒轂尚未制定新的標(biāo)準(zhǔn)，所以有寫尺寸要根據(jù)卷 筒尺寸，結(jié)合表& 1-56確定，繪出圖形見附錄圖1。4.4齒輪連接盤的設(shè)計和卷筒轂一樣，齒倫連接盤沒

19、有制定新的標(biāo)準(zhǔn)，而有些配合尺寸得根據(jù)卷筒進行設(shè)定， 結(jié)合表& 1-57設(shè)計的齒輪連接盤見附錄圖24.5鋼絲繩在卷筒上的固定鋼絲繩在卷筒上的固定必須安全可靠，壓板固定是最常用的方法，它的結(jié)構(gòu)簡單，檢查 拆裝方便，但是不能用于多層卷繞的卷筒。多層卷繞卷筒采用楔形固定，他的結(jié)構(gòu)復(fù)朵。另 種方法也使用于多層卷繞卷筒，將鋼絲繩引入卷筒內(nèi)部或端部，再用壓板固定，它的結(jié)構(gòu)比 較簡單。本設(shè)計屮選用壓板固定，鋼絲繩的壓板按表& 1-54選取，這中壓板適用于各種圓股鋼絲繩的繩端固定。則選擇壓板序號64. 6卷筒軸的設(shè)計軸是組成機械的一個重要零件，卷揚機的軸對卷揚機正常工作來說起了非常重要的作 用，

20、合力設(shè)計卷揚機的軸對卷揚機的性能來說很重要。4. 6.1卷筒軸的受力分析常用的卷筒軸有固定式和轉(zhuǎn)動式兩種情況，在本設(shè)計中利用了齒倫連接盤結(jié)構(gòu)，卷筒軸 是轉(zhuǎn)動式的。由卷筒的工作情況和受力分析知，卷筒軸主要受彎矩，町簡化為心軸，r為轉(zhuǎn) 動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸而言，其彎曲應(yīng)力性質(zhì)一般是對稱循環(huán)應(yīng)變。從而可知，卷筒軸在正 常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞損壞，但是也不排除其在超載荷或者意外情況下的靜強度破 壞。當(dāng)卷揚機工作時，鋼絲繩的作用力通過卷筒傳到卷筒軸上；由于卷筒旋轉(zhuǎn)時，鋼絲繩在 卷筒上的位置是變化的，從而，鋼絲繩拉力對卷筒軸的力矩也是變化的，所以在強度計算時 是按鋼絲繩在兩個極限位置分別計算的。由受

21、力分析知，當(dāng)鋼絲繩在右極限時卷筒軸的受力 最大，其受力圖見圖4.5.1(a)。4. 6.2港筒軸材料的初步選用及相關(guān)已知數(shù)據(jù)軸的材料種類很多，設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強度、剛度、耐磨性等耍求，以及為實現(xiàn) 這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟合理。軸的常用 材料是35、45、50優(yōu)質(zhì)炭素結(jié)構(gòu)鋼，最常用的是45鋼。在本設(shè)計中的卷筒軸選用45岡ij,并調(diào)質(zhì)處理。并通過查機械手冊可取：s,=650mpa <rv = 36ompa彎曲疲勞極限c=270 需用靜應(yīng)力<t+1 = 260mpa 需用疲勞應(yīng)力 c=150mpa 。有前面的數(shù)據(jù)，細(xì)子的額定拉力fmax =

22、29400/v ，鋼絲繩的直徑 d = 22mm ,卷筒直徑d = 500mm .根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好的卷筒、齒輪連接盤等設(shè)計出軸的長 度見圖4. 5. 1 (a)04. 6.3近似計算軸頸根據(jù)卷筒軸受力情況，按彎轉(zhuǎn)合成力矩近似計算軸頸。將軸上所有作用力分解為垂直平 面的力和水平平面的力，如圖4.5.1 o心軸作用力的計算：2t 2fmax齒輪盤齒輪的圓周力：r(d d(2 2丿336« 45.68齒輪徑向力：fr =/; tan tz= 45.68x tan 20° «16.63rn垂直面(cv)的支承反力圖45.1b：由md = 0得:frbd-fncd _ 16.

23、63x790-29.4x189.5ad905同理,ma=0可得:f°v29.4x715.5-i6.63x.5=2l1w905垂直面的彎矩圖：(4. 5.1 c)mbv = favab = 961 akn mmmcv = fdv cd = 4004.14kn mm水平面支承反力，如圖4. 5. 1 d :- = 2aiknadfrbdad= 14.52£n水平面的彎矩，圖4. 5. lefau ab = 1669.skn mmm bh 二 * ahmch = fdhcd = 399.85劃v 加加boyri一 -_ 一-r一-圖 4. 5. 1合成彎矩，圖4.5. ifmb

24、= jm：+m 爲(wèi)=1926.79 mmmc = 4024.05rn mm山公式可計算出b、c兩處軸的最小總徑oibj=50.46mmmcxlo'oibj=64.49加72取 dc > 65mm調(diào)整后取 db = j 5 mmdc = 85/nm 4. 7軸安全系數(shù)的校核計算軸的安全系數(shù)校核計算包括兩個方而：疲勞強度安全系數(shù)和靜強度安全系數(shù)校核計算。疲勞強度安全系數(shù)校核是經(jīng)過初步計算和結(jié)構(gòu)計算z后，根據(jù)軸的實際尺寸、承受的彎矩圖 考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素以及軸材料的疲勞極限，計算軸的危險截面處的 疲勞安全系數(shù)是否滿足。靜強度安全系數(shù)校核是根據(jù)軸材料的屈服強度和軸上擢

25、用的最人瞬 時載荷（包插動載荷和沖擊載荷），計算軸危險截面處的靜強度安全系數(shù)。4. 7. 1軸的疲勞強度女全系數(shù)校核疲勞強度校核判斷的根據(jù)為s>s o當(dāng)該試不能滿足時，應(yīng)改進軸的結(jié)構(gòu)以降低應(yīng) 力集屮；也可以采用熱處理、表面強化處理等工藝措施以及加人軸頸、改用較好材料等方法 解決。軸的疲勞強度是根據(jù)長期工作在軸上的最大變載荷進行校核計算的，在木設(shè)計中，卷 筒軸的疲勞強度用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進行計算，即fd = kdfmax,式中kd為當(dāng)量拉力系數(shù)， 這里去kd =1,從而可得到一下計算：在木心軸上，c點承受的載荷和彎矩最大，故只需對c點軸頸進行校核，由前面知< =85mm ,通過查機械

26、手冊，選用bx/? = 22x14的普通関頭平鍵，貝u = 9mm 0m最大應(yīng)力，bmax= 7508mr/lilclar j rw式中 mc -軸頸c處的彎矩w為截面c處的抗彎截面系數(shù)，冇機械手冊查得為53600mm2心軸的應(yīng)力性質(zhì)是按脈動循環(huán)變化的，所以仇= = 37.54mpa,n a 2軸為實心軸，但c截面冇鍵槽，所以冇應(yīng)力集中存在，軸頸表面通過車床精車即 可。疲勞強度的安全系數(shù)為：s°= 2.13r 6+為7”式中 b- -對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限，查得取270mpa心-彎illi時的有效應(yīng)力集屮系數(shù)取1.8250-表而質(zhì)量系數(shù)取為0. 285島-彎1111時的尺寸

27、影響系數(shù)取為0.73為-材料拉伸的平均應(yīng)力折算系數(shù)，取為0. 34(7a <7m -彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力由于載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)不均勻，選取s= 1.51.8 ,即該軸疲勞強度足夠。4.7.2軸靜強度安全系數(shù)的校核軸的靜強度是根據(jù)軸的最短時最大載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的，校核的fi的是保證軸對犁性變形的抵抗能力。卷筒軸的靜強度計算，需要川靜強度最大拉力fj昨f仙x=0你ax0-為動載荷系數(shù)，通過手冊查得0 = 1.35靜強度安金系數(shù):s = 6_ - 6=3 55max2 嘰嘰一 =36%50 = 0.55 0.7，則取s$ = 1.41.8 , 5s, >

28、ss 即該軸靜強度足綜上，該軸符合設(shè)計要求。4.8滑輪的設(shè)計4. 8.1滑輪最小直徑計算根據(jù)gb/t3811-1988的規(guī)定，按鋼絲繩中心來計算滑輪的最小直徑，即emin = hd = 25x22 = 550mm式中cl-鋼絲繩直徑h-與機構(gòu)丄作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，由機械手冊表& 1-61查得為254. & 2滑輪結(jié)構(gòu)和材料滑輪是用來導(dǎo)向和支承的，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或者平衡繩索分支力。按 規(guī)定，承受載荷不人的小尺寸滑輪（0 5350伽）一般制成實體滑輪，承受較人載荷的滑 輪一般釆用球墨鑄鐵或者鑄鋼，鑄成帶筋和孔或輪輻結(jié)構(gòu)。大滑輪（0 2800加加）一般用 型鋼

29、和鋼板焊接結(jié)構(gòu)。受力不大的滑輪直接裝于心軸，受力較大的滑輪則裝在滑動軸承（軸套材料采川青銅 或粉末冶金材料等）或滾動軸承上，后者一般用在轉(zhuǎn)速較高，載荷人的工況。根據(jù)設(shè)計要求環(huán)境及機構(gòu)受力情況，這里選用滑輪材料為qt410,機構(gòu)用帶孔的結(jié)構(gòu)；根 據(jù)滑輪與鋼絲繩匹配表，選擇滑輪直徑4 = 560/hrn o其繩槽斷面尺寸見圖4. 7. 2。按規(guī)定，小型鑄造滑輪的強度取決于鑄造t藝條件，一般不進行強度校核計算；對于人 尺寸的焊接滑輪要進行強度校核。所以在這里沒必要對滑輪進行強度校核計算。圖 4.7.24.9吊鉤的選用在本設(shè)計中選用直柄單鉤結(jié)構(gòu)的吊鉤，這種結(jié)構(gòu)型式分為四種：lm型、lmd型、ly 型及

30、lyd型。吊鉤按其力學(xué)性能分為m、p、(s)、t和(v)五個等級。在這里選用吊鉤的強 度等級為從而可確定吊鉤鉤號為6號。吊鉤利用模鍛的方法獲得毛胚，并口，為了安全 起見，使鋼絲細(xì)不滑出吊鉤，用帶凸耳的吊鉤。吊鉤的標(biāo)記如下：lmd6-p第五章傳動系統(tǒng)的設(shè)計5.1電動機的選擇5.1.1電動機的類型概述電動機按采用電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機兩種。直流電動機可用 于固定電壓或可調(diào)電壓。這種電動機允許在廣泛的范圍內(nèi)均勻地調(diào)節(jié)角速度，能保證平穩(wěn)的 啟動、制動和反轉(zhuǎn)，故多用于電力運輸裝置，以及高速升降機、冶金機械和吊年中。直流電 動機的主要缺點是需要把工業(yè)上常用的三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。三相?/p>

31、流電動機分為同步電動機和異步電動機兩種,三相同步電動機的優(yōu)點是具有較高 的功率、定角速度及大的過載能力；缺點是維修比較復(fù)雜，價格較昂貴。三相異步電動機比 其他電動機的優(yōu)勢在于：機構(gòu)簡單，價格便宜，維修容易，能直接與三相交流電源連接。雖 然它與三相同步電動機比較，其效率較低；和直流電動機比較，只能作有限的角速度調(diào)節(jié), 但是對于工業(yè)一般機械并沒冇什么影響，因此冃前工業(yè)上所川的電動機大多是三相異步電動 機。5. 1.2根據(jù)功率選樣電動機正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負(fù)載要求的i詢提下，經(jīng)濟合 理的決定電動機的額定功率。本設(shè)計的卷揚機屬于非連續(xù)工作，需要經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)，工作

32、環(huán)境中存在大量的 粉塵。因此，選擇電動機應(yīng)與其工作特點相適應(yīng)。卷筒轉(zhuǎn)速卷筒線速度：叫6%“.53吆傳動裝置的總效率 =2 力4 = 0.992 x 0.973 x 0.982 x 0.98 = 0.84式中71- 一個彈性連軸器的傳動效率取0. 99“2-一對滾動軸承的傳動效率，取0.98仏-一對8級精度的一般齒倫傳動（油潤滑）的傳動效率，取0.97 久-齒輪連接盤的傳動效率工作機所需功率p、= fmax 匕=15.582pw電動機所需功率pd=pv =匕竺 =1 s.55kw選用：y系列三相異步電動機型號:y225m-8額定電壓：380v額定功率：22kw轉(zhuǎn)速：730r/min效率:90%5

33、.2減速器的設(shè)計計算5.2.1電動卷揚機傳動比的分配按額定轉(zhuǎn)速初定總傳動比，中傳動比計算如下:73020.38« 35.82因為電動機軸到減速器的傳動是用聯(lián)軸器，其傳動比為1,故減速器的總傳動比為35.82, 本設(shè)計采用二級圓柱齒輪傳動?？倐鲃颖鹊姆峙洌焊鶕?jù)減速器傳動比的分配原則及相關(guān)規(guī)定，確定各級的傳動比。式屮 幾-減速器高速級的傳動比取為5. 06減速器低速級傳動比取為7. 085.2.2減速器屮各軸的轉(zhuǎn)速的計算根據(jù)軸的轉(zhuǎn)速大小依次編號為i ,ii, iii軸522 = 730/.1/min十鵲皿27隘5. 2. 3減速器各軸功率計算片=人“| = 18.55 x 0.99 =

34、1 &36pwph =印7刃3 i&36x098x097 = 1745kw片ii 二占刃仏=17.45 x 0.98 x 0.97 = 16.59kw減速器各軸的功率.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩如下表:軸號功率p(kw)轉(zhuǎn)速 n(r/min)轉(zhuǎn)矩t (nm)i18. 36730240. 19ii17. 45144. 271155. 12iii16. 5920. 387740. 025.2.4圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算此減速器的齒輪為一般機械零件，沒有特殊要求，從降低成本，結(jié)構(gòu)簡單和易于取材 的原則出發(fā)選取。5.2.4高速級齒輪材料的選擇小齒輪403調(diào)質(zhì)處理齒表面碩度260hbs大齒輪45剛調(diào)質(zhì)處理

35、齒表血換度240hbs5. 2. 5高速級齒輪初步計算齒寬系數(shù)© :由表12-13,取© = 0.95接觸疲勞極限%向：由圖12. 17 (c)得小齒輪 <rhlinil =120mpa大齒輪62 =590"初步計算許用接觸應(yīng)力"：小齒輪 ahi = 0.9o-wlimi = 648mr?大齒輪<t/y2 = 0.9<r/iim2 =53lmpa初選螺旋角0 = 9°,由表12-16 (機械設(shè)計)可估計取得4值：&/=84初步計算小齒輪直徑?。簍240.19x1000 5.06 + 10.9x5312 % 5.06u

36、86.54/h/n 収為 93mm初步確定齒寬：=(pddx « 89/nm5.2.7高速級齒倫接觸而疲勞強度的計算圓周速度：y "加凸_ = 3.14x93x730 “55"/160x100060x1000/s精度等級：由表12-6 選9級精度齒輪齒數(shù)：取z, =23 ,則z2=hz =5.06x19 = 116.38 取z2 = 117模數(shù)m：mr =l = « 4.04z, 23初選螺旋角0 = 9°mn = mt cosp - 4.04cos9° = 3.99由表12-3,取叫=4螺旋角0:p = arccos叫mt=arcc

37、os«8.11°4.04和估計值接近使用系數(shù)心：由表12-9可查得心=1.60動載荷系數(shù)k：有圖12. 9可查得k、= 1.24齒間載荷分配系數(shù)kna： 山表12-10,先求ft9327； 2x240.19x1000 5165 38/v 心3型腫(x)九93端面重合度:bsin b 89xsin8.11°1£嚴(yán)盂廠3.14x4“縱向重合度:1.88-3.2cos 0 匕 1.70總重合度：£丫=*卩+5= 2.70tan anat = arctancos/?tan 20°arctancos 8.11°19.8°co

38、s%= 1.73可得gcos 8.1 l°cos 20/= 0 99/cosl9.8(,_u齒向載荷分布系數(shù)k”：由表12-11kh0=a + b1 + 0.6kjb、2+ (?10f<89"2'1 + 0.6<93>= 1.17 + 0.16(89 丫x (93丿+ 0.61x103x89ul.45載荷系數(shù)k：k = kakvkhakhp =1.60x1.24x1.73 xl.45 = 4.98彈性系數(shù)ze：由表12-12查得玉=189.8 節(jié)點區(qū)域系數(shù)氐由圖12. 16查得z =2.47重合度系數(shù)z6,:|l|式12-31 因為=1 >1

39、 ,故取=1z¥(7)+亍產(chǎn)號(i)+僉 “77 螺旋角系數(shù)：zp = jcos 0 二 jcos 81。= 0.99接觸應(yīng)力最小安全系數(shù)：山表12-14查得5hmin=i.o5 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n“由前知，t=12000hn j、= 60® t = 5.256 x 10822 = 2% = 1.04x108由圖12. 18可得出接觸壽命系數(shù)：za?1 =1.07ziv2=1.15許用接觸應(yīng)力ah : 卜嘰憶川=720x1.()7 n 733.7 impa1.05590xl5l05-接觸應(yīng)力的驗算:= 646.19mpd2x4.04x 24(119x1()389x9325.06

40、+15.061 1+zyl z_21.88-3.2| + | cos8.11 (24121= 1.471.88-3.2cos 0 =重合度系數(shù)0；= 0.25+ 2耳= 0.76=zezhze=189.8x2.47x0.77xy bd u= 627.32計算結(jié)果表面，接觸疲勞強度符合要求；否則，應(yīng)調(diào)整齒輪參數(shù)或者改變齒輪材料，并 再次進行驗算。5.2.8確定高速級傳動主要尺寸實際分度圓直徑 d:= 4.04 x 23 = 93mmd2 = mtz2 = 4.04 xll7 = 473mm 屮心距a： a =(% + "2% = 283加加 齒寬 b： /? =(pdd = 0.95x

41、93 = 89切5. 2. 9高速級齒輪齒根彎曲疲勞強度驗算齒根彎曲疲勞強度的計算應(yīng)考慮受拉側(cè)為計算依據(jù)z當(dāng)量齒數(shù)zj zvl=24cos 0乙廠島二器"21由圖12.21得齒形系數(shù)丫陶:yfai = 2.66 z2 =2.17由圖12. 22得應(yīng)力修正系數(shù)人八 al=l58=1.81螺旋角系數(shù)與:與 min = 1-025切=1-0.25 x1 = 0.75bq 1 1°與i 勺而fitx存河= °93乙血rfl前可得齒間載荷分配系數(shù)kfa=khu=h3由圖12. 14, -=89=9.89 則齒向載荷分布系數(shù)k = 1.37h 2.25x4z載荷系數(shù) k: k

42、 = k-kvkfakfp =1.60x1.24x1.73xl.37 = 4.70由圖12.23 (c) nj'得彎曲疲勞極限aflim :=5sqmpa巾阮=53ompa由表12-14可得最小彎曲系數(shù)».斷:5fniin =1.25山圖12. 24可得彎曲壽命系數(shù)yy ynl = 0.92 yn2 = 0.89由圖12. 25可得尺寸系數(shù)yx ：yr=1.0許用彎曲應(yīng)力刁 卜嘰上、憶=580x0.92x1 = 426.88mpa s 訕1.25530x0.89x1sf min1.25=37736mpa彎曲強度的驗算:2k7；bdg2x4.70x2409xl()389x93x

43、4x 2.66x1.58x0.76x0.93=20257mpd% = 202.57x 27xl.81 = js9 3impay軌2.66x1.58即齒輪的齒根彎曲強度滿足條件。項h小齒倫大齒輪材料及熱處理40c調(diào)質(zhì)45剛調(diào)質(zhì)基木參數(shù)齒數(shù)23117分度圓法面壓力角20°法面模數(shù)加“4螺旋如及方向8.11。左& 11° 右法面齒頂高系數(shù)11法而齒隙系數(shù)0. 250. 25主要尺寸中心距283mm齒寬94mm89mm分度圓直徑93mm473mm齒頂圓直徑91mm451mm齒根圓肓徑73mm433mm表 5. 2.85. 2. 10低速級齒輪的設(shè)計選用材料和寬度系數(shù)和前面一

44、級齒輪一樣，估計螺旋角為9°則，初算小齒輪直徑d -1155.12x10?0.95x53()27.08 + 1 x7.08=141.1mm取/ = 147 mm則齒輪寬度 bl =(pdd = 140mm圓周速度v:加1【比160x1000梢度等級確定為9級齒輪齒數(shù)：zn = 29z|=i2z=205模數(shù):“噲埸“。7初選螺旋角0 = 9°mn = mt cos0 = 5.01 由表 12-3 取mn = 5螺旋角0： /? = arccos = 9.6° （接近估計值）按前面杳表或公式計算得出數(shù)據(jù)如2心=1.6心=1.12k = kakvkuakhp=nze =

45、189.8 zh =2.46ze = 0.76z “ = 0.99znii = 114zn【ii = 1 28為=1.74 切=1.49 弓=3.25lim=1.05/vlii=1.04x108nlm =1.47xl07許用接觸應(yīng)力：% = 781.7impabhhi = 719.24mpa驗算接觸應(yīng)力：ah = 63&07mpa <滿足疲勞強度要求 確定傳動主要尺寸實際分度関直徑心二147mmdlu = 1039mm屮心距：a2 = 593mm齒輪寬度：b2 = 140m/n吃過彎曲疲勞強度的驗算，其數(shù)據(jù)按詢而公式可得，如下所示:z“ =30zy =214yr ii = 2.5

46、3 yfai = 2.13爲(wèi),=1-74y. = 0.68.nin = 075 yp = 0.92"1.4k = kakvkfakf/.=3.5i丫砂=0.94= 0.97yx 1.0許用彎曲應(yīng)力:bpii = 436.16mpa<tflil = 411.28mpa驗算彎曲強度:o-fii = 202.06mpa crf111 = 194.27mpa彎曲強度符合耍求低速度級齒輪數(shù)據(jù)總結(jié)見表5. 2. 9項目小齒輪大齒輪材料及熱處理40c調(diào)質(zhì)45剛調(diào)質(zhì)基本參數(shù)齒數(shù)29205分度圓法面壓力角20°法曲模數(shù)加“5螺旋角及方向9.6° 左9. 6 ° 右法

47、面齒頂高系數(shù)11法面齒隙系數(shù)0. 250. 25主要尺寸中心距593mm齒寬145mm140mm分度圓直徑147mm1039mm齒頂圓直徑157mm1049mm齒根圓直徑134. 5mm1026. 5mm5. 2. 11減速器軸的初步設(shè)計計算起重機減速器的齒輪軸屬于一般機械零件，沒冇特殊要求。軸的材料選川45鋼，并 調(diào)質(zhì)處理。按許用切應(yīng)力計算軸的最小直徑：由表16.2可得系數(shù)g =5=112i軸:1 o or6/imin >112x3/ = 32.8mmi iniii11 730ii軸:心崗= 55.39,”iii軸：diii min=104.57mm參考軸承的相關(guān)數(shù)據(jù)以及考慮到軸的強度

48、，確定軸的直徑。軸i要安裝聯(lián)軸器，將其直 徑增加5%,取仏=40加加，安裝軸承處的肓徑為45mm,其他尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。軸ii估取d = 6qmm ,也為安裝軸承處的直徑，其他尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。軸iii也通過花間為齒輪連接盤連接，取dm=llqmm,安裝軸承處的直徑為115mm, 他尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)確定。5.2.12減速器的選擇本設(shè)計在起重機中常用的減速器高速軸轉(zhuǎn)速步大于iooo/in，且工作環(huán)境步大于40-45攝氏度。根據(jù)以上條件，可以直接選用減速器。選擇減速器時首先耍滿足傳動比的要求，然后求名義功率。由而知，本設(shè)計中減速器的 傳動比是35. 82,在選擇時以傳動比為31.5為參考。名義功率的計

49、算：式中 氐一工況系數(shù)，由機械手冊查得心=1.25k系數(shù)，由機械手冊查得k = 1p傳遞的功率在選擇時，要滿足條件：pn < pp©為減速器的許用功率。選擇減速器的類型為qjr型，尺寸為1387x475x867 o5.3制動器的選擇5.3.1制動器概述制動器是用于機構(gòu)或機器減速或使其停止的裝査，它是保證機構(gòu)或機器正常安全工作的 重要部件，按制動方式分為有電力制動和機械制動兩利*為了減小制動轉(zhuǎn)矩，縮小制動尺寸, 通常將制動器安裝在機構(gòu)的高速軸上，或安裝在減速器的輸入軸上。按工作狀態(tài)分，制動器可分為常閉式和常開式。常閉式制動器靠彈簧或重力的作用經(jīng)常 處于緊閘狀態(tài)，當(dāng)機構(gòu)運行時才用人

50、力或者松閘器使制動器松開閘，而常開式則相反。制動器按構(gòu)造特征可分為：帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器。無論 是選用標(biāo)準(zhǔn)制動器還是自行設(shè)計制動器都耍做必耍的發(fā)熱驗算。5.3.2制動器的計算及選擇制動器的選擇根據(jù)使用要求和工作條件來選定：根據(jù)機構(gòu)的工作性質(zhì)和工作條件（本設(shè)計是對起重機的起升的控制），采用常閉式制動 器；考慮到應(yīng)用的場所，對比常用制動器的特點及應(yīng)用范圍，選擇外抱式塊式制動器。由前而可知，制動軸上的轉(zhuǎn)矩為：7；=240.19n加可以求得制動轉(zhuǎn)矩t：t = spt = 1.75 x 240.19 = 420.34 m式中sp-為制動安全系數(shù)，是根據(jù)機構(gòu)的工作級別選取的，這里

51、機構(gòu)的工作級別為級）?？筛鶕?jù)制動轉(zhuǎn)矩選用制動器，在木設(shè)計中的電動卷揚機是用于塔式起重機，根據(jù)情況選 擇b型（制動彈簧在上部水平布置）的yw系列電力液壓塊式制動器。選用制動器的規(guī)格 是：315-500o可以查得制動器的基本尺寸。選擇推動器的額定推力為1250n。則，制動器 標(biāo)記為：ywp315-1250-2 （jb / t6406-1992）；制動器圖見附錄圖4。5.4聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是連接兩軸或者軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞運動和動力過程屮一同冋轉(zhuǎn)而不脫開的一種 裝置。5.4.1聯(lián)軸器的分類及其有點按照連軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容 易、不盂要維護、成木低等優(yōu)點，但是步具冇補償性能；撓性聯(lián)軸器乂分為無彈性元件撓性 聯(lián)軸器和帶彈性元件撓性聯(lián)軸器，前一類只具有補償兩軸相對位移的能力，后一類聯(lián)軸器除 了有補償能力外，還具有緩沖和減震作用，但是在傳遞轉(zhuǎn)矩的能