课程设计电动葫芦设计.docx
《课程设计电动葫芦设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计电动葫芦设计.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
课程设计电动葫芦设计
课程设计说明书
课程名称:
机械综合课程设计
设计题目:
钢丝绳电动葫芦起升用减速器设计
课程设计时间:
指导教师:
班级:
学号:
姓名:
1题目分析3
2设计计算3
1)电动机的确定3
2)总体设计计算4
3齿轮的设计计算及校核6
1)第一对齿轮的设计与校核6
2)第二对齿轮的设计与校核11
3)第三对齿轮的设计与校核15
4轴的设计及危险轴的校核19
5课程设计总结22
6参考文献22
1题目分析
电动葫芦是一种常用的搬运设备,在工厂中使用十分广泛。
电动葫芦由两部分组成,即行走机构和提升机构。
下面分别介绍各组成部分。
1.行走机构组成:
行走电动机、传动机构两部分组成。
2.提升机械组成:
提升电动机、卷扬机构、机械制动器(一般为盘式制动器)。
3.制动器介绍:
电动葫芦(或起重机)的提升机构一定要有机械制动装置,
当物体起吊到一定高度后全靠机械制动器将其制停在空中。
制动器的工作机理有
液压驱动、气压驱动和牵引电磁铁驱动。
不同的驱动方式其制动的性能也不相同。
在小型电动葫芦上一般采用电磁驱动制动器。
电动葫芦(或起重机)上提升机构采用的制动器种类繁多,
在小型电动葫芦上较多采用的制动器是盘式制动器,盘式制动器又称为碟式制动器。
盘式制动器重量轻、构造简单、调整方便、制动效果稳定。
为了安全起见,在起重设备上一般均采用常闭式制动器。
所谓常闭式是指在电磁机构不得电的情况下,制动器处于制动状态。
制动器安装在电动机的一端,一般情况是封闭的,用眼晴直接是看不到的,但这没有关系,一般会将牵引电磁铁的线圈引出线留在外面。
我们只要将线圈接正确就行。
当电动机得电的同时(接触器吸合时),制动器的牵引电磁铁也同时得电,制动器打开。
这种联接方式的优点是,当发生停电事故时可以立即进行制动以避免事故的发生。
其缺点是制动瞬间设备的机械抖动较大。
2设计计算
1)电动机的确定
由公式得:
P=FV/1000=GV/1000=1000!
0(4/60)/1000=0.67kw总二筒与输出轴输出轴与皿皿与口□与II与电机
=0.96X(0.99X0.99)X(0.99X0.99)X(0.99X0.99)X0.98
=0.8857
电动机功率:
Pd=Pw/总=0.67/0.8857=0.75266kw
由于钢丝绳电葫芦起吊和停止时有一些冲击,根据冲击程度一般使用系数kA=1.4故
p_1.4pd=1.0537kw
电机转速取:
n电=1380r/min
由于功能需要,采用锥形转子电机。
2)总体设计计算
(1)总传动比及各级传动比的确定
由于电动葫芦吊钩为一动滑轮装置,钢丝绳一段固定,一段被卷筒缠绕,所以卷筒钢丝
绳的受载仅为起重量的一半,但钢丝绳的速度为起重速度的两倍。
卷筒转速:
n卷筒=2vl/:
、;d(vl为起升速度)
由于起重速度误差不超过百分之五,即单位时间钢丝上升速度为:
2VlX(1一0.05)=8_0.4m/min(采用一段固定的动滑轮结构)
故卷筒转速n卷筒=2vLX(1—0.05)/二d=26.526-1.326
即25.2r/min=n卷筒<27.852r/min
传动比u总=门电机/n卷筒=1380/(26.526-1.326)
即49.55空u总一54.76
取U总=54.76
单级传动比u取3至5
故采用三级外啮合定轴齿轮减速设计,每级传动比大概为4,分配各级传动比:
Ui=4,U2=3.7,U3=3.7
(2)运动及动力参数的计算
计算各轴的转速:
0轴:
no=n电机=1380r/min
I轴:
ni=1380r/min
n轴:
nn=345r/min
川轴:
nm=93.243r/min
"轴:
nw=25.2r/min
V轴:
nv=25.2r/min
计算各轴的输入功率:
0轴:
R=1.0537kw
I轴:
Pi=Poi与电机=1.032626kw
n轴:
Pn=Pi口与【=1.012kW
川轴:
Pm=Pnm与n=0.99186kw
"轴:
Pv=Pm输出轴与m=0.972kw
V轴:
Pv=Pw筒与输出轴=0.93312kw
计算各轴的输入转矩:
0轴:
To=9.55X106P°=7291.9Nmm
n。
I轴:
「=9.55X106=7146.07Nmm
n1
n轴:
T2=9.55x106比=28013.3Nmm
n2
川轴:
Ts=9.55X106P3=101586.5887Nmm
n3
"轴:
T4=9.55X106Pi=368345.2913Nmm
门4
V轴:
6P5
T5=9.55X10匕=353611.4797Nmm
门5
现将各轴的运动和动力参数结果整理于表中,具体见表
运动和动力参数表
轴名
功率P(W)
转速(r/min)
转距(Nmm)
传动比U
效率口
0轴
1.0537
1380
7291.9
I轴
1.032626
1380
7146.07
1
0.98
n轴
1.012
345
28013.3
4
0.99X0.99
川轴
0.99186
93.243
101586.5887
3.7
0.99X0.99
"轴
0.972
25.2
368345.2913
3.7
0.99X0.99
V轴
0.93312
25.2
353611.4797
1
0.96
3齿轮的设计计算及校核
1)第一对齿轮的设计与校核
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)传动方案可选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)此电葫芦升降机为一般重载工作机器,速度不高,齿轮用7级精度即可。
(3)所设计的齿轮可选用便于制造且价格便宜的材料
由[1]P191机械设计表10—1选取:
小齿轮材料为40Cr,HB1=280;
大齿轮材料为45号钢,HB2=240。
HB1—HB2=40,合适。
(4)选取小齿轮齿数Z1=20;大齿轮齿数Z2=uz1=80
(5)选取螺旋角。
初选螺旋角3=14°
按齿面接触疲劳强度条件设计,然后校核齿根弯曲疲劳强度,最后作齿轮的结构设计。
2•按齿面接触疲劳强度设计
由强度计算公式总表查得设计公式为
(1)确定公式内的各计算数值
试选Kt=1•6
由图10-30选取区域系数Zh=2.433
由图10-26差得[=0.78,;:
2=0・87,则;:
=;「+;:
.2=1.65
Tt=95.5X105P1/n1=95.5X105x1.032626/1380N•mm=7146.07N•mm
由[1]P205表10—7选取d=1(两支撑相对于小齿轮做非对称布置)
取失效概率为1%安全系数S=1
(2)计算
(3)
2)计算圆周速度
=^^,.1423・5671380=1加怡
601000601000
3)计算齿宽b及模数m
b=dd^1x23.567mm=23.567mm
d1tcos:
23.567cos14
m=—==1.1433mm
Z120
计算齿宽与齿高之比b/h
齿高h=2.25mt=2.57mm
b/h=9.17
4)计算纵向重合度=0.318'dz1tan3=1.5857
5)计算载荷系数
根据v=1.7m/s,7级精度,由[1]P194图10-8查得动载荷系数Kv=1.05。
斜齿轮,由[1]P195表10-3查得KHa1=KFa2=1.4
由[1]P193表10-2查得使用系数Ka=1
由[1]P196表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时
Khb=1.12+0.18(1+0.6d2)d2+0.23x10-3b
将数据代入得&b=1.12+0.18x(1+0.6x12)x12+0.23x10-3x23.567=1.4134
由b/h=9.17,&b=1.4134,查图10-13得Kfb=1.3
故载荷系数
K=KKKiaKiB=1x1.05x1.4x1.4134=2.078
6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
1/31/3
d1=d1t(K/Kt)=23.567x(2.078/1.6)=25.713mm
7)计算模数
djcos:
25.713cos14
m=一==1.247mm
z120
3.按齿根弯曲强度的设计
由[1]P216式10-17得弯曲强度的设计公式为
」2KTiYpCOS20YFaYsa
m>32*r-i
丫①dZ1备昭]
(1)确定计算参数
1)由[1]P208图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限cFE1=500Mpa
大齿轮的弯曲疲劳强度极限cFE2=380MPa
2)由[1]P206图10-18查得弯曲疲劳寿命系数Kfn1=0.85Kfn2=0.88
3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得
—F1=Kfn1;「FE1/S=303.57MPa
卜F2=Kfn2;「feMS=238.86MPa
4)计算载荷系数K
K=KK&a&B=1X1.05X1.4X1.3=1.911
5)根据纵向重合度二=1.5857,从图10-28查得螺旋角影响系数YP0.88
6)计算当量齿数。
_Z120
zv1==3=21・894
cos-cos14
_z280__
zv2=3=3=87.574
cos-cos14
7)查取齿形系数
由[1]P200表10-5可查得YFa1=2.72,沧=2.21
8)查取应力校正系数
由[1]P200表10-5知YSa1=1.57,21.78
YFalYSal/[「F1=0.0141
YFa2Ysa/L「f2=0.01647
大齿轮的数值较大
(2)设计计算
321.9117146.070.88cos214
\V20^1.65
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算
的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而由齿面接触
疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取弯曲疲劳强度模数1.247,并近
似圆整为标准m=1.25。
按接触强度算得的分度圆直径d1=25.713mm,Z1=d1cos3/m=19.959,Z2=UZ1=79.837。
取乙=20,则Z2=UZ1=80
4.几何尺寸计算
(1)计算中心距a=(Z1+Z2)m/(2cos3)=64.413mm
将中心距圆整为65mm
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角
r(z^z2)mn(20+80)汉1.25
-=arccos12n=arccos=15.94
2a2汇65
因[值改变不多,故参数;一.,k':
zH等不必修正。
(3)计算大小齿轮的分度圆直径
d1=-Z1mn=25.999mm
cos:
d2=_z2mn=103.998mm
cos:
(4)计算齿轮宽度b=dd1=1X25.999=25.999mm
圆整后取B?
=26mmB1=30mm
2)第二对齿轮的设计与校核
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)传动方案可选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)此电葫芦升降机为一般重载工作机器,速度不高,齿轮用7级精度即可。
(3)所设计的齿轮可选用便于制造且价格便宜的材料
由[1]P191机械设计表10—1选取:
小齿轮材料为40Cr,HB3=280;
大齿轮材料为45号钢,HB4=240。
HB3-HB4=40,合适。
(4)选取小齿轮齿数Z3=20;大齿轮齿数Z4=uzi=74
(5)选取螺旋角。
初选螺旋角3=14°
按齿面接触疲劳强度条件设计,然后校核齿根弯曲疲劳强度,最后作齿轮的结构设计。
2•按齿面接触疲劳强度设计
由强度计算公式总表查得设计公式为
32KtT3u_1ZEZH\J叭uI〔%】
(1)确定公式内的各计算数值
试选Kt=1•6
由图10-30选取区域系数ZH=2.433
由图10-26差得;:
3=0.78,;:
4=0.87,则;:
=;:
.3+:
4=1・65
55
T3=95.5X10P/n3=95.5x10x1.012/345N•mm=28013.3N•mm
由[1]P205表10—7选取'd=1(两支撑相对于小齿轮做非对称布置)
由[1]P201表10-6查得材料的弹性影响系数为ZE=189.8MPa
由[1]P209图10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为二lim3=600MPa,
:
二lim4=550MPa。
由公式N=60njLh
N3=60X345X1X(3200)=6.624X107
N4=N/u=6.624X107/3.7=1.79X107
图10-19查得接触疲劳强度Khn=1.17Khn4=1.27
计算接触疲劳应力
取失效概率为1%安全系数S=1
3=Khn3•二吹/S=1.17X600/1=702MPa.I-H4=Khn^iim4/S=1.27X550=698.5MPa
702698.5
=700.25MPa
2
(2)计算
1)计算小齿轮分度圆直径d/代入[q中较小的值
2)计算圆周速度
601000
3)计算齿宽b及模数m
b=dd3t=1X31.0765mm=31.0765mm
d3tcos131.0765cos14
m=—==1.508mm
Z320
计算齿宽与齿高之比b/h
齿高h=2.25mt=3.39mm
b/h=9.17
4)计算纵向重合度:
卡=0.318dz3tan3=1.5857
5)计算载荷系数
根据v=0.56m/s,7级精度,由[1]P194图10-8查得动载荷系数Kv=1.01。
斜齿轮,由[1]P195表10-3查得KHa3=&a4=1.4
由[1]P193表10-2查得使用系数Ka=1
由[1]P196表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时
Khb=1.12+0.18(1+0.61)'6+0.23X10-'b
将数据代入得KHb=1.12+0.18X(1+0.6X12)X12+o.23X10-3X31.0765=1.4151由b/h=9.17,KHb=1.4151,查图10-13得Kfb=1.3
故载荷系数
K=KKVKHaKHB=1X1.01X1.4X1.4151=2
6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
1/31/3
d3=d3t(K/Kt)=31.0765X(2/1.6)=33.476mm
7)计算模数
d3cos:
33.476cos14
n=一==1.624mm
Z320
3.按齿根弯曲强度的设计
由[1]P216式10-17得弯曲强度的设计公式为
32KT3Y:
cos2:
YFaYsa
■讣32;,'J
(2)确定计算参数
1)由[1]P208图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限匚FE3=500Mpa
大齿轮的弯曲疲劳强度极限-FE4=380MPa
2)由[1]P206图10-18查得弯曲疲劳寿命系数Kfn3=0.92Kfn4=0.98
3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得
tF3=Kfn3二FE3/S=328.57MPa
Aft=Kfn4;「FE4/S=266MPa
4)计算载荷系数K
K=KK&aKFB=1X1.01X1.4X1.3=1.8382
5)根据纵向重合度厂=1.5857,从图10-28查得螺旋角影响系数丫-:
=0.88
6)计算当量齿数。
20
3=21.894
cos14
7)查取齿形系数
由[1]P200表10-5可查得YFa尸2.72,YFa4=2.22
8)查取应力校正系数
由[1]P200表10-5知YSa^1.57,YSa4=1.77
9)计算大小齿轮的YFaYsa/[匚F],并加以比较。
YFa3Ysa3/3=0.013
YFa4YSa4/1->4=0.01477
大齿轮的数值较大
(2)设计计算
0.01477=1.2406mm
321.838228013.30.88cos214
V仆20—1.65
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算
的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而由齿面接触
疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取弯曲疲劳强度模数1.624,并近
似圆整为标准m=1.75。
按接触强度算得的分度圆直径d3=33.476mm,Z3=d3cos3/m=18.56,Z4=uz4=68.675。
取Z3=19。
贝UZ4=uZ3=71
4.几何尺寸计算
(1)计算中心距a=(Z3+Z4)m/(2cos3)=81.16mm
将中心距圆整为82mm
(2)按圆整后的中心距修正螺旋角
(Z3+Z4)mv(19+71)>d.75o
-=arccos34n=arccos=16.18°
2a2x82
因[值改变不多,故参数;一.,k;,zH等不必修正。
(4)计算大小齿轮的分度圆直径
d3=Z3m^=34.62mmcos:
d4=-Z4mn=129.37mmcos:
(4)计算齿轮宽度b二dd3=1X34.62=34.62mm
圆整后取B4=40mmB3=35mm
3)第三对齿轮的设计与校核
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
(1)传动方案可选用斜齿圆柱齿轮传动。
(2)此电葫芦升降机为一般重载工作机器,速度不高,齿轮用7级精度即可。
(3)所设计的齿轮可选用便于制造且价格便宜的材料
由[1]P191机械设计表10—1选取:
小齿轮材料为40Cr,HB5=280;
大齿轮材料为45号钢,HB6=240。
HB5-HB6=40,合适。
(4)选取小齿轮齿数Z5=20;大齿轮齿数Z6=UZ5=74
(5)选取螺旋角。
初选螺旋角3=14°
按齿面接触疲劳强度条件设计,然后校核齿根弯曲疲劳强度,最后作齿轮的结构设计。
2•按齿面接触疲劳强度设计
由强度计算公式总表查得设计公式为
(1)确定公式内的各计算数值
试选Kt=1.6
由图10-30选取区域系数ZH=2.433
由图10-26差得「5=0.78,;一6=0.87,则;.=;.5+,6=1.65
55
T5=95.5X10P5/n5=95.5X10X0.9918/93.243N•mm=101586.5887N•mm
由[1]P205表10—7选取d=1(两支撑相对于小齿轮做非对称布置)
由[1]P201表10-6查得材料的弹性影响系数为ZE=189.8MPa
由[1]P209图10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限为ciim5=600MPa,
匚丿lim6=550MPa。
由公式N=60njLh
2=60X93.243X1X(3200)=1.79X107
Nb=N/u=1.79X1073.7=0.484X107
图10-19查得接触疲劳强度Khn=1.27Khn6=1.39
计算接触疲劳应力
取失效概率为1%安全系数S=1
L_h5=Khn5•二lim5/S=1.27X600/1=762MPa.L_H6=&N6;「欣/S=1.39X550=764.5MPa
762764.5
=763.25MPa
2
1)计算小齿轮分度圆直径d5t代入[q中较小的值
2)计算圆周速度
3)计算齿宽b及模数m
b=dd5t=1x45.08mm=45.08mm
d5tcos:
45.08cos14
20
m===2.187mm
Z520
计算齿宽与齿高之比b/h
齿高h=2.25mt=4.92mm
b/h=9.17
4)计算纵向重合度=0.318dz5tanB=1.5857
5)计算载荷系数
根据v=0.22m/s,7级精度,由[1]P194图10-8查得动载荷系数Kv=1.005。
斜齿轮,由[1]P195表10-3查得如=心=1.4
由[1]P193表10-2查得使用系数Ka=1
由[1]P196表10-4查得7级精度,小齿轮相对支承非对称布置时
a2±2-3
Khb=1.12+0.18(1+0.6d)d+0.23x10b
将数据代入得Kjb=1.12+0.18x(1+0.6x12)x12+0.23x10-3x45.08=1.418
由b/h=9.17,Khb=1.418,查图10-13得Kfb=1.3
故载荷系数
K=KKKHaKHB=1x1.005x1.4x1.418=2
6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
1/31/3
d5=d5t(K/Kt)=45.08x(2/1.6)=48.56mm
7)计算模数
d5cos:
48.56cos14
20
m===2.356mm
Z520
3.按齿根弯曲强度的设计
由[1]P216式10-17得弯曲强度的设计公式为
(2)确定计算参数
大齿轮的弯曲疲劳强度极限二FE6=380MPa
2)由[1]P206图10-18查得弯曲疲劳寿命系数Kfn=0.98Kfn6=0.995
3)计算弯曲疲劳许用应力
4)计算载荷系数K
6)计算当量齿数
l_F5=Kfn5;「FE5/S=350MPa
F6=Kfn6;「fe6/S=270MPa
K=KKKFaK^=1X1.005X1.4X1.3=