電動葫蘆課程設(shè)計設(shè)計計算說明書

1、設(shè)計計算說明書(一)擬訂傳動方案，選擇電動機(jī)及計算運(yùn)動和動力參數(shù)1 .擬訂傳動方案采用圖1-1所示傳動方案，為了減小齒輪減速器結(jié)構(gòu)尺寸和重量，應(yīng)用斜齒圓柱齒輪傳動。第18頁共11頁2 .選擇電動機(jī) 計算起升機(jī)構(gòu)靜功率PoQ v60 1000 o而總起重量起升機(jī)構(gòu)總效率故此電動機(jī)靜功率Q"=Q+Q '=50000+0.02 X 50000=51000N刀 0= r17rl 5 rl 1=0.98 X 0.98X 0.90=0.864按式PjCkJpo,并取系數(shù)Po51000 860 1000 0.8647.87 kWKe=0.90,故相應(yīng)于JC%=25%的電動機(jī)PjC=KeP0

2、=0.90X 7.87=7.08 kW按1表4-3選ZDi41-4型錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)，功率Pjc= 7.5 kW ,轉(zhuǎn)速njc= 1400 r/min。3 .選擇鋼絲繩按1式(4-1)計算鋼絲繩的靜拉力Q0510002 0.9826020 N按1式(4-3),鋼絲繩的破斷拉力5.5 260200.85168400N按1的標(biāo)準(zhǔn)2選用6X37鋼絲繩，其直徑 d= 15.5mm,斷面面積 d= 89.49mm2,公稱抗拉強(qiáng)度= 2000MPa,破斷拉力 Qs= 178500N。4 .計算卷簡直徑按1式(4-4),卷筒計算直徑D0=ed= 20X 15.5 = 310 mm按標(biāo)準(zhǔn)取Do= 300mm0按

3、1式(4-6),卷筒轉(zhuǎn)速1000vm DT1000 8 23.14 30016.98 r/ min5.確定減速器總傳動比及分配各級傳動比 總傳動比n31400in5 16.98分配各級傳動比第一級傳動比82.45這里n3為電動機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min。第二級傳動比第三級傳動比iAB 至 82 5.125Za16iCD 互 絲 3.875Zd16iEFZeZf66164.125這里Za、Zb、Zc、Zd、Ze和Zf分另代表齒輪A、B、C、D、E和F的齒數(shù)。減速器實(shí)際總傳動比i =Iab , icD - ief= 5.125 3.875 4.125 81.92傳動比相對誤差82.45 81.9282.4

4、50.64%Ai不超過± 3%,適合。6 .分別計算各軸轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 軸I(輸入軸):nIn 1400 r/minPI7.865 kWTI9550 PI9550 7.8651400ni53.65 N m軸n （輸入軸）:1400nII273.17 r/min5.125PII7.865 0.97 7.629 kW9550 PIT IInII9550 9.157273.17266.70 N m軸m （輸入軸）:nIII273.173.87570.58 r/minPIII 7.629 0.97 7.40 kW軸W （輸入軸）:TIII9550 PIInIII9550 8.88270.5

5、81001.27 N mnIV70.584.12517.22 r/minPv 7.40 0.97 7.18 kWTIV9550PIV9550 7.18nIV17.223981.94N m軸I （輸入軸）軸n軸出軸IV轉(zhuǎn)速 n r r/min )1400273.1770.5817.22功率P (kW)7.8657.6297.407.18轉(zhuǎn)矩T (N?m)53.65266.701001.273981.94傳動比 i5.1253.8754.125各級齒輪傳動效率取為0.97。計算結(jié)果列于下表:表1:（二）高速級齒輪傳動設(shè)計因起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的齒輪所承受載荷為沖擊性質(zhì)，為使結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪材料均用20Cr

6、MnTi ,滲碳淬火，齒面硬度 HRC5862,材料抗拉強(qiáng)度b B=1100MPa,屈服極限s=850MPa。齒輪精度選為 8級 （GBl0095 88）?？紤]到載荷性質(zhì)及對高硬度齒面齒輪傳動，因此以抗彎強(qiáng)度為主，初選螺旋角3=12°。1.按齒面接觸強(qiáng)度條件設(shè)計 小輪分度圓直徑3“ >2"1 Zh ?Ze 2d1戶寸. d ? e hmm確定式中各參數(shù):(1)端面重合度乙 tan a1 tanZ2 tan a2 tanZ cos 一,一其中：a N一，|斤，且20”,h 1mm,' 求得：力ZA cos16 cos 20； “ cca1 arccos Aarc

7、cos 33.36,ZA Z|h16 2ZB cos82 cos20；“a2 arccosarccos23.47ZB Z|h82 21.66(2)載荷系數(shù)Kt對起重機(jī)，載荷沖擊較大，初選載荷系數(shù)Kt =2。(3)齒輪 A 轉(zhuǎn)矩 Ta Ta = Ti= 64.39 X 103N mm。(4)齒寬系數(shù)()d取()d=1。齒數(shù)比u 對減速彳專動,u=i= 5.125。(6)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Zh查機(jī)械設(shè)計圖 6.19得Zh=2.47。(7)材料彈性系數(shù) Ze查機(jī)械設(shè)計Ze= 189.8QMPa 。K HN limh(8)材料許用接觸應(yīng)力6hSH式中參數(shù)如下:試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限應(yīng)力0- Hlim= 14

8、50MPa ;接觸強(qiáng)度安全系數(shù) Sh = 1.25;接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) Khn：因電動葫蘆的齒輪是在變載條件下工作的，對電動葫蘆為中級工作類型，其載荷圖譜如1圖4-6所示，用轉(zhuǎn)矩T代替圖中的載荷 Q(轉(zhuǎn)矩了與載荷Q成正比)，當(dāng)量接觸應(yīng)力循環(huán) 次數(shù)為：3TiTmax對齒輪A :kN HA60n1 tii 1式中 n1齒輪 a(軸1)轉(zhuǎn)速，n= 1400r/min;i序數(shù)，i = 1, 2,，k;ti各階段載荷工作時間，h,Ti各階段載荷齒輪所受的轉(zhuǎn)矩，N m；Tmax各階段載荷中，齒輪所受的最大轉(zhuǎn)矩，N m。故Nha=60 X 1400 X 6000 X (1 3X 0.20 + 0.5 3X 0

9、.20 + 0.25 3X 0.10 + 0.05 3X 0.50)8= 1.142 X 10對齒輪B:NHB HBNhaAB1.142 1085.1251.86 107查3得接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Khna = 1.18, Khnb = 1.27。由此得齒輪A的許用接觸應(yīng)力ha1.14MPa齒輪B的許用接觸應(yīng)力因齒輪A強(qiáng)度較弱，故以齒輪HB1.27MPaA為計算依據(jù)。把上述各值代入設(shè)計公式，得小齒輪分度圓直徑dt32 2 53.65 103 5.125 11 1.665.1252.47 189.8132226.89mm(9)計算：齒輪圓周速度叫d1

10、3.14 1400 26.89 八 ，2 m/s60 100060 1000(10)精算載荷系數(shù)K查3表6.2得工作情況系數(shù) Ka = 1.25。按v 2m/s,8級精度查3圖6.10得動載荷系數(shù)Kv=1.12，齒間載荷分配系數(shù)Kh“ = 1.1，齒向載荷分布系數(shù)Khb = 1.14。故接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)KKa|Kv|k|k 1.25 1.12 1.1 1.14 1.76按實(shí)際載荷系數(shù)K修正齒輪分度圓直徑25.75 mm齒輪模數(shù)d1cos 25.75cos12mn 1.57 mmz1162 .按齒根彎曲強(qiáng)度條件設(shè)計 齒輪模數(shù)YFaYSaf22KY cos2mn > J2,d。確定式中各參數(shù)

11、:(1)參數(shù) Kt =2,Ta=Ti = 64.39 x 103N mm,(f)d=1,1.66 ,Z116。(2)螺旋角影響系數(shù) Yb 因齒輪軸向重合度e b= 0.318(f)dz1tan 3 = 0.318 x 1X16Xtan12° =1.08,查3得丫k0.92。(3)齒形系數(shù)YFa因當(dāng)量齒數(shù)za-zAcos126 17.10cos 12ZbzVB2cos822 87.62 cos 12查3表 6.4 得 齒形系數(shù) YFaA = 2.97, YFaB=2.21；YSaA=1.52, YSaB = 1.78(4)許用彎曲應(yīng)力bFkfnFFlimSF式中(T Flim試驗(yàn)齒輪彎

12、曲疲勞極限，F(xiàn) Flim = 850MPa ；SF彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)，SF= 1.5 ;Kfn彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)，與當(dāng)量彎曲應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。對齒輪A :Nfa 60n1kti16TiTmax式中各符號含義同前。仿照確定Nha的方式，則得Nfa 60 1400 5000 16 0.20 0.506 0.20.2© 0.10 0.056 0.508.53 107對齒輪B:NFAFBuAB8.53 1075.1251.86 107因 Nfa>No=3X 106, Nfb>No=3X 106,故查得彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)Kfa= 1 , Kfb=1。由此得齒輪A、B的許用彎曲應(yīng)力FAFB

13、1 850 0.701.5397Mpa式中系數(shù)Yst=0.70是考慮傳動齒輪 A、B正反向受載而引入的修正系數(shù)。(6)比較兩齒輪的比值 對齒輪A :FA2.97 1.523970.0114對齒輪B:2.21 1.783970.0099兩輪相比，說明 A輪彎曲強(qiáng)度較弱，故應(yīng)以 A輪為計算依據(jù)。(7)按彎曲強(qiáng)度條件計算齒輪模數(shù) m把上述各值代入前述的設(shè)計公式，則得0.01143 2 2 53.65 103 cos121 162 1.66=1.77mm比較上述兩種設(shè)計準(zhǔn)則的計算結(jié)果，應(yīng)取齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)mn=2mm。3 .主要幾何尺寸計算中心距amn2aAB ZA ZB 16 82100.19mm2co

14、s2cos12'，取中心距aAB 100mm。(2)精算螺旋角3mn Za zb arccos2aAB2 98、< "arccos 11.478 1128422 100因3值與原估算值接近，不必修正參數(shù) K ”和Zh。(3)齒輪A、B的分度圓直徑dZAmn16 2dA 32.65mmcoscos11.478dB 282 2167.35mmcoscos11.478(4)齒輪寬度bbBd 1dAi 32.65 33mmbA bB 5 38mm同理，可對齒輪 C和D、E和F進(jìn)行設(shè)計計算，計算結(jié)果列于下表:表2:ABCDEF傳動比i5.1253.8754.125模數(shù)m234螺旋

15、角？11° 28' 42"10° 34' 47"10° 52' 36"中心距a/mm100120167齒數(shù)Z168216621666d/mm 32.65 167.35 48.83 189.22065.15268.75Da/mm 36.65 171.35 54.83 195.22 73.15274.75齒厚b/mm383354497166(三)計算軸IV1.計算軸IV的直徑軸材料選用20CrMnTi ,按下式估算空心軸外徑：,APd A03j4 mm n 1式中P軸IV傳遞功率，P=7.18kW;n軸IV轉(zhuǎn)遞，n

16、= 17.22r/min ;空心軸內(nèi)徑與外徑之比，可取為0.5;Ao系數(shù),對 20CrMnTi ,可取 Ao=107。代入各值，則:7.18d 1073' 82.0 mm,17.22 1 0.54圓周力取d= 85mm,并以此作為軸IV (裝齒輪F至裝卷筒段)最小外徑，并按軸上零件相互關(guān)系設(shè)計軸。軸IV的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1: 軸I與軸IV的結(jié)構(gòu)2.分析軸IV上的作用力軸IV上的作用力如圖 2所示，各力計算如下：齒輪F對軸IV上的作用力齒輪F齒數(shù)zf=66,模數(shù)mn=4mm,螺旋角3 = 10。52' 36",分度圓直徑d=268.75mm2TfdF2 3981.94

17、 103268.7529633NFtF29633徑向力Fvf tan n 丁 tan 20， 10984 Ncoscos10.877,f軸向力FaFFtF tan 29633tan10.877 ； 5694N(2)卷筒對軸IV上的徑向作用力R圖2:軸iv的作用力分析當(dāng)重物移至靠近軸IV的右端極限位置時，卷筒作用于軸IV上e點(diǎn)的力R達(dá)到最大值，近似取4Q54 1.02 500005220400N這里系數(shù)1.02是表示吊具重量估計為起重量的2%。(3)軸I在支承d處對軸IV上的彳5向作用力Rdn和Rdm,軸I的作用力分析如圖3所示。如果略去軸I上聯(lián)軸器附加力的影響，齒輪A作用于軸1上的力有:2TA

18、 2 53.65 103圓周力FtA - 3286NdA32.65徑向力FrA -Ftanan -32861tan20Al 1221N(3 = 8。6' 34” )coscos11.478；軸向力FaA FtA tan 3286tan10.877： 667N由圖1按結(jié)構(gòu)取L= 312mm, L=34mm。求垂直平面(mcd面)上的支反力：Mc 034FtA 312 Rdm 0Rdm34 FtA 34 3286358N312312F0RcmFtARdm0RcmFtARdm3286358 2928N求水平面（ncd面）上的支反力:Mc 0cd“1寸 34FrA 叫弭034FrA FaA 5 34 1221 667 32.65Rdn2 2 98N312312Rcn FrA Rdn 0RcnFrA Rdn 1221 98 1123N對軸IV來說，Rdm與Rdn的方向應(yīng)與圖3所示的相反。由于上述的力分別作用于xdy坐標(biāo)系內(nèi)和ndm坐標(biāo)系內(nèi)，兩坐標(biāo)間的夾角為。，因此要把ndm坐標(biāo)系內(nèi)的力Rdn和Rdm換算為Xdy坐