卷扬机设计.docx

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卷扬机设计

前言

卷扬机是一种常见的提升设备，其主要是用电动机作为原动机。

由于电动机输出的转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，故必须设计减速的传动装置。

传动装置的设计有多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器、二级齿轮减速器等等。

通过合理的设计传动装置，使的卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。

同时通过本课程设计将学过的基础理论知识进行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。

目录

设计任务书……………………………………………………3

第一部分传动装置总体设计………………………………4

第二部分电动机的选择及传动比分配……………………4

第三部分V带设计…………………………………………7

第四部分齿轮的设计………………………………………9

第五部分轴的设计…………………………………………16

第六部分校核………………………………………………19

第七部分箱体及其它附件…………………………………21

总结……………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………23

设计任务书

1设计要求：

1.1卷扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，工作平稳。

1.2室外工作，生产批量为5台。

1.3动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。

1.4工作期限为10年，每年工作300天，3班制工作，每班工作4小时，检修期间隔为3年。

1.5专业机械厂制造，可加工7、8级精度的齿轮、涡轮。

该装置的参考图如下：

2原始技术数据

绳牵引力W/KN

绳牵引力速度v/（m/s）

卷筒直径D/mm

10

0.5

470

3设计任务

3.1完成卷扬机总体传动方案设计和论证，绘制总体设计原理方案图。

3.2完成卷扬机主要传动装置结构设计。

3.3完成装配图1章（A0或A1），零件图2张。

3.4编写设计说明书。

第一部分传动装置总体设计

1.1传动方案

1.1.1组成：

传动装置由电机、减速器、工作机组成。

1.1.2特点：

齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，

要求轴有较大的刚度。

1.1.3确定传动方案：

考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。

其传动方案如下：

2．方案论证

本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。

传动方案采用了两级传动，第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。

　　带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。

　　齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。

本设计采用的是展开式两级直齿轮传动。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

第二部分电动机的选择及传动比分配

2.1电动机的选择　　　　　　　

2.1.1传动装置的总效率

按表2-5查得各部分效率为：

V带传动效率为，滚动轴承效率（一对），闭式齿轮传动效率为，联轴器效率为，传动滚筒效率为，代入得

=

2.1.2工作机所需的输入功率

　　，其中

所以6.06kw

使电动机的额定功率P＝（1～1.3）P，由查表得电动机的额定功率P＝　7.5KW　。

2.1.3确定电动机转速

　　计算滚筒工作转速：

　　　　由推荐的传动比合理范围，v带轮的传动比范围：

2~4，二级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围：

8~40，则总传动比的范围为，,故电机的可选转速为：

2.1.4确定电动机型号

　　根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000r/min，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y160M-6　，满载转速　970r/min　。

　　其主要性能：

额定功率：

7.5KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0。

2.2计算总传动比及分配各级的传动比

2.2.1总传动比：

i=970/20.33=47.71

2.2.2分配各级传动比

　　根据指导书，取V带的传动比，则减速器的传动比i为

i=

取两级援助齿轮减速器高速级的传动比

则低速级的传动比为

2.3运动参数及动力参数计算

2.3.1电动机轴

2.3.2Ⅰ轴（高速轴）

2.3.3Ⅱ轴（中间轴）

2.3.4Ⅲ轴（低速轴）

2.3.5Ⅳ轴（滚筒轴）

各轴运动和动力参数如下表

轴名

功率p/kw

转矩T/N.M,

转速

n/（r/min）

传动比

i

效率

输入

输出

输入

输出

电动机轴

1轴

2轴

3轴

滚筒轴

5.81

5.58

5.36

5.25

6.06

5.75

5.52

5.30

5.20

171.78

779

2549.2

2496.9

23.4

171.6561

777.15

2523.708

2471.931

970

323

68.4

20.08

20.08

3

4.718

3.376

1

0.96

0.96

0.96

0.98

　三、V带设计

3.1确定皮带轮

3.1.1确定计算功率。

由表8-7查得工作情况系数;故

3.1.2选取v带带型。

根据、由图8-11选用A型。

确定带轮的基本直径并验算带速v。

3.1.3初选小带轮的基准直径。

由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径；验算带速v；按式8-13验算带的速度；因为5m/s

3.2确定v带的中心距和基准长度

根据式8-20

取，初定中心距。

由式8-22计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度2500mm。

按式8-23计算实际中心距。

；由式8-24

得中心距的变化范围为683-795mm。

3.3验算小带轮上的包角

。

3.4计算带的根数

计算单个v带的额定功率。

由，查表8-4a得。

根据

查表8-5得，表8-2得，于是

计算v带的根数z

，圆整为4。

3.5计算单根v带初拉力的最小值

由表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1Kg/m,所以

应使带的初拉力

3.6计算压轴力

压轴力的最小值为

第四部分齿轮的设计

4.1高速级齿轮传动的设计计算

4.1.1选择齿轮材料及精度等级

　　由于速度不高，故选取7级精度的齿轮，小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为250HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

选取高速级中的小齿轮齿数为23，则大齿轮的齿数为，圆整为108。

4.1.2按齿面接触强度设计

由（10-9a）：

4.1.2.1试选载荷系数

4.1.2.2计算小齿轮转矩

4.1.2.3由表10-7选取齿宽系数

4.1.2.4由表10-6查的材料的弹性影响系数

4.1.2.5由图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限

4.1.2.6由10-13计算应力循环次数

；

4.1.2.7由图10-19取接触疲劳寿命系数；。

4.1.2.8计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，由式10-12得

4.1.3计算

试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小的值

4.1.3.1计算圆周速度v

4.1.3.2计算齿宽b

4.1.3.3计算齿宽与齿高之比

模数：

；齿高：

；

4.1.3.4计算载荷系数

根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮，；由表10-2查得使用系数；由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，；由;故载荷系数

4.1.3.5按实际的载荷系数校正所算得得分度圆直径

由式10-10a得

4.1.3.6计算模数

，

4.1.4按齿根弯曲强度设计

4.1.4.1由式（10—17）

m≥

4.1.4.2确定计算参数

由图10-20C查的小齿轮的弯曲疲劳强度是大齿轮的弯曲强度极限是;

4.1.4.3计算弯曲疲劳许应力

由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得[]=

[]=

4.1.4.4计算载荷系数

K＝KKKK=1×1.2×1×1.35＝1.62

d）查取齿型系数

由表10－5查得

e）查取应力校正系数

由表10－5查得Y；Y1.798

f）计算大、小齿轮的并加以比较

==0.01379

==0.01644

大齿轮的数值大。

4.1.5.设计计算

4.1.5.1计算齿数

由

所以取模数m=3所以，

4.1.5.2几何尺寸计算

分度圆直径：

；中心距：

；

齿轮宽度：

；取

4.2低速级齿轮传动的设计计算

4.2.1材料

低速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度280HBS，取小齿齿数=40

低速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为240HBS，齿数z=3.376×40=135.04,圆整取z=136。

4.2.2齿轮精度

按GB/T10095－1998，选择7级，齿根喷丸强化。

4.2.3按齿面接触强度设计

由

确定公式内的各计算数值

4.2.3.1试选K=1.3

4.2.3.2计算小齿轮转矩

4.2.3.3由表10-7选取齿宽系数

4.2.3.4查课本由表10-6查材料的弹性影响系数Z=189.8MP

4.2.3.5查疲劳强度

按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限

4.2.3.6计算应力循环次数

N=60×n×j×L=60×68.4×1×（2×8×300×8）

=1.562×10

N=0.46×10

由课本图10-19查得接触疲劳寿命系数

K=0.94K=0.97

查课本由图10-21d

取失效概率为1%,安全系数S=1,则接触疲劳许用应力

[]==

[]==0.98×550/1=517

4.2.4计算

4.2.4.1试算小齿轮分度圆直径

代入中的较小的值

4.2.4.2算圆周速度v

4.2.4.3计算齿宽b

4.2.4.4计算齿宽与齿高之比

模数：

；齿高：

；

4.2.4.5计算载荷系数

根据，7级精度，由图10-8查得动载系数；直齿轮，；由表10-2查得使用系数；由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，；由;故载荷系数

4.2.4.6按实际的载荷系数校正所算得得分度圆直径

由式10-10a得

4.2.4.7计算模数

4.2.4按齿根弯曲强度设计

由式（10—17）

m≥

4.2.4.1确定计算参数由图10-20C查的小齿轮的弯曲疲劳强度是大齿轮的弯曲强度极限是;

4.2.4.2计算弯曲疲劳许应力

由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式10-12得[]=

[]=

4.2.4.3计算载荷系数

K＝KKKK=1×1.12×1×1.35＝1.512

d）查取齿型系数

由表10－5