卷揚機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計【三維CREO】

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Is an important part of vertical lifting transport machinery, used to enhance the materials, installation of equipment operations, from human or mechanical power driven drum, winding traction rope to complete the installation work. Vertical, horizontal or inclined simple traction weight lifting machinery. Manual and electric two. Now to the main electric hoist. The design of the 10kN ton electric hoist is composed of motor, coupling, reducer, drum, cable etc.. The design procedure is to start from the wire rope, and then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, coupling design and selection. Design of the drum, the drum shaft, most major reducer, the design focus is introduced, the rest is just a brief analysis. The design of the drum machine because of its simple structure, flexible installation, convenient operation and carrying, simple maintenance, to adapt to the working environment ability is strong, can be applied to metallurgical crane, construction, operations and other water conservancy, but the design of the drum machine is mainly used for 10kN ton bridge crane hoisting mechanism. Lifting weights is a main function of hoist, design of various types of winches are according to the requirements for. Keywords: hoist, drum, drum shaft, gear reducer 目錄 摘 要 ii 目錄 iv 1.緒論 5 1.1卷揚機(jī)的分類、特性及常見類型 5 1.1.1 分類及特性 5 1.1.2 卷揚機(jī)的常見類型 5 1.2 國內(nèi)卷揚機(jī)發(fā)展概況 5 1.2.1 國內(nèi)卷揚機(jī)發(fā)展概況 5 2.卷揚機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理 6 2.1 基本結(jié)構(gòu) 6 2.2 卷揚機(jī)的工作原理 6 3.卷揚機(jī)零件設(shè)計 6 3.1 卷揚機(jī)的設(shè)計參數(shù) 6 3.1.1 卷揚機(jī)的設(shè)計參數(shù) 6 3.1.2 電機(jī)的選擇 7 3.2 減速器的設(shè)計計算 7 3.2.1齒輪的設(shè)計 8 3.2.2 軸的設(shè)計與校核 14 3.3 排線器軸及軸上零件設(shè)計與校核 19 2.3.1求作用在齒輪上的力 19 3.3.2 確定軸的尺寸 20 3.3.3 求軸上的載荷 20 3.3.4 鍵的選擇與校核 20 3.4滾筒軸及軸上零件的設(shè)計與校核 20 3.4.1 求作用在齒輪上的力 20 3.4.2 確定軸的尺寸 21 3.4.3 求軸上的載荷 21 3.4.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 21 3.4.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 21 3.4.6 鍵的選擇與校核 22 4.卷揚機(jī)使用時的注意事項 23 5.結(jié) 論 24 參考文獻(xiàn) - 1 - 致謝 - 2 - - 2 - 1.緒論 1.1卷揚機(jī)的分類、特性及常見類型 1.1.1 分類及特性 卷揚機(jī)分為手動卷揚機(jī)和電動卷揚機(jī)兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚機(jī)為主。電動卷揚機(jī)由電動機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機(jī)架上。對于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調(diào)速性能好，能令空鉤快速下降。對安裝就位或敏感的物料，能用較小速度。 1.1.2 卷揚機(jī)的常見類型 常見的卷揚機(jī)噸位有：0.3T 卷揚機(jī) 0.5T 卷揚機(jī) 1T 卷揚機(jī) 1.5T 卷揚機(jī) 2T 卷揚機(jī) 3T 卷揚機(jī) 5T 卷揚機(jī) 6T 卷揚機(jī) 8T 卷揚機(jī) 10T 卷揚 機(jī) 15T 卷揚機(jī) 20T 卷揚機(jī) 25T 卷揚機(jī) 30T 卷揚機(jī)。從是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)的角度：卷揚機(jī)可分為國標(biāo)卷揚機(jī)、非標(biāo)卷揚機(jī)。 液壓卷揚機(jī)優(yōu)點：相比傳統(tǒng)的電動卷揚機(jī)（電動絞車），液壓卷揚機(jī)（液壓絞車）有很多優(yōu)點：A. 過載保護(hù) B.沖擊防護(hù)C.防爆性能。國標(biāo)卷揚機(jī)指符合國家標(biāo)準(zhǔn)的卷揚機(jī)，非標(biāo)卷揚機(jī)是指廠家自己定義標(biāo)準(zhǔn)的卷揚機(jī),通常只有具有生產(chǎn)證的廠商才可以生產(chǎn)國標(biāo)卷揚機(jī)，價格也比非標(biāo)卷揚機(jī)貴一些。注意事項 1.2 國內(nèi)卷揚機(jī)發(fā)展概況 1.2.1 國內(nèi)卷揚機(jī)發(fā)展概況 我國卷揚機(jī)的生產(chǎn)是解放后才開始的。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個五年計劃建筑的需要，卷揚機(jī)的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機(jī)器廠等成批仿制了兩種卷揚機(jī)，一種為日本的 JIS8001 型動 力卷揚機(jī)，它是一種原動機(jī)為電動機(jī)，傳動形式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手板腳踩的快速卷揚機(jī)；另一種是按蘇聯(lián)圖 紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機(jī)。由于當(dāng)時生產(chǎn)力不高，卷揚機(jī)的需求量亦不多，故這段時間國內(nèi)卷揚機(jī)的生產(chǎn)主要是仿制。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到了60年代，卷揚機(jī)的生產(chǎn)和使用越來越多了。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，主要卷揚機(jī)生產(chǎn)廠家（阜新礦山機(jī)械廠、天津卷揚機(jī)廠、山西機(jī)器廠、寶雞起重運輸機(jī)廠等）組成了卷揚機(jī)行業(yè)組織，隸屬于第一機(jī)械工業(yè)部礦山機(jī)械行業(yè)下。為了發(fā)展卷揚機(jī)的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對全國卷揚機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計和制造新的卷揚機(jī)，先后試制了 0.5t、1t、3t 電 動卷揚機(jī)，但由于對當(dāng)時各廠家的生產(chǎn)能力估計不足，無法推廣。 2.卷揚機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理 2.1 基本結(jié)構(gòu) 圖2.1 上圖2.1是整個卷揚機(jī)分為四個部分，電機(jī)是屬于驅(qū)動部分，減速器是減速部分，再是排線器部分，最后是滾筒部分。這四個部分是通過齒輪或者聯(lián)軸器鏈接傳遞扭矩。減速器是使用了二級減速。排線器與齒輪同軸，與滾筒上的齒輪配合，一是減速，二是使排線器軸轉(zhuǎn)動。 2.2 卷揚機(jī)的工作原理 動力通過電機(jī)輸入，再通過聯(lián)軸器與減速器的輸入軸相連，將動力輸入到減速器當(dāng)中，減速器通過兩級減速通過輸出軸，經(jīng)過聯(lián)軸器將動力傳遞到排線器軸上，軸上的齒輪轉(zhuǎn)動帶動滾筒軸上的零件的轉(zhuǎn)動，使?jié)L筒轉(zhuǎn)動。排線器安裝在排線軸上，它能使得鋼繩均勻分布在滾筒上。 3.卷揚機(jī)零件設(shè)計 3.1 卷揚機(jī)的設(shè)計參數(shù) 3.1.1 卷揚機(jī)的設(shè)計參數(shù) 工作10年，300天每年，兩班制 鋼絲繩的最大起重物料選擇：F0=10KN 物料提升的速度：V0 =12m/min 滾筒的直徑：D=200mm 下圖3.1是卷揚機(jī)的基本的零件排布結(jié)構(gòu) 圖3.1 3.1.2 電機(jī)的選擇 提升物料的功率：P0=F0V0=10000*12/60=2KW 輸出轉(zhuǎn)速：v0=πDn01000 所以 n0=19.1 r/min 傳動效率計算：h0=h12h25h33h 4=0.80 h1 =0.99（齒形聯(lián)軸器） h 2 =0.98（滾子軸承） h3 =0.97（齒輪精度為 8 級） h 4 =0.99（滾筒） 電機(jī)功率：p輸入=p0h0=2.50kw 電機(jī)的選擇：型號Y132M-8， 功率3kW ，轉(zhuǎn)速710r/min 3.2 減速器的設(shè)計計算 按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比: i1=1.4i2 So: i1=4,i2=2.8,i3=3.3 各軸轉(zhuǎn)速計算: n1=n0=710r/min; n2=n0i1=177.5r/min; n3=n2i2=63.4r/min; n4=n3=63.4r/min; n5=n4i3=19.2r/min; 所以滾筒的實際轉(zhuǎn)速為19.2r/min 各軸輸入轉(zhuǎn)矩計算 ：電機(jī)功率為3kw T1=9549′p0′h1n1=40N×m T2=9549′p0′h1′h2′h3n2=151.88N×m T3=9549′p0′h1′h22′h32n3=404.22N×m T4=9549′p0′h12′h22′h32n4=400.2N×m T5=9549′p0′h12′h23′h33n5=1256.2N×m 軸編號 功率（KW） 轉(zhuǎn)速（r/min) 轉(zhuǎn)矩（N.m) 1 2.97 710 40 2 2.82 177.5 151.88 3 2.68 63.4 404.22 4 2.66 63.4 400.2 5 2.53 19.2 1256.2 3.2.1齒輪的設(shè)計 高速齒輪設(shè)計 齒輪精度選擇8精度，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者硬度差40HBS. 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 1.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 轉(zhuǎn)矩 40N×m 齒寬系數(shù) 由資料【1】表10-7選取齒寬系數(shù) 接觸疲勞極限 由資料【1】圖10-21d rHlim1=680Mpa rHlim2=750Mpa 計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) N1=60n1jLh N2=N1/i1 N1=2.04′109 N2=5.11′108 接觸疲勞壽命系數(shù) 查資料【1】圖10-19 KHN1=0.89 KHN2=0.93 失效概率和安全系數(shù) S=1 許用接觸應(yīng)力計算 【rH】1=605.2Mpa 【rH】2=697.5Mpa 初選載荷系數(shù) Kt=1.4 材料的彈性影響系數(shù) 查資料【1】表10-6 試算小齒輪的分度圓的直徑 d1t=2.32 3KtT1fd×i-1i(ZE[rH])2 44.14mm 計算圓周速度 V=πd1tn160′1000 V=1.64m/s 初步齒寬b b=44.14mm 計算齒寬與齒高比 取齒數(shù)=24 模數(shù) 齒高 mt=1.84 h=4.14mm bh=10.66 z2=97 計算載荷系數(shù) 查資料【1】圖10-8取動載荷系數(shù) 查資料【1】表10-2使用系數(shù) 查資料【1】表10-4齒向載荷分布系數(shù) 查資料【1】圖10-13齒向載荷分布系數(shù) =1.12 =1 =1.5 =1.45 K=1.68 校正分度圓直徑 d1=46.91mm 計算模數(shù) m=1.95 2.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 根據(jù)公式設(shè)計數(shù)值 彎曲強(qiáng)度極限選擇 查資料【1】圖10-20c 大齒輪rFE1=620Mpa 小齒輪rFE2=580Mpa 彎曲疲勞壽命系數(shù) 根據(jù)其循環(huán)次數(shù)，查資料【1】圖10-18 取 KFN1=0.83 KFN2=0.86 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 安全系數(shù)取s=1.4 [sF]1=368Mpa [sF]2=356Mpa 計算載荷系數(shù) K=1.624 齒形系數(shù) 查資料【1】表10-5取 YFa1=2.65 YFa2=2.20 應(yīng)力校正系數(shù) 查資料【1】表10-5取 YSa1=1.58 YSa2=1.78 計算大小齒輪的并加以比較 YFa1YSa1[sF]1=0.01138 YFa2YSa2[sF]2=0.011 大齒輪的較大 計算模數(shù)m 選用較大的代入公式計算 m≥1.385 所以m取1.5 確定齒數(shù) 由齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面的接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅余于齒輪的直徑有關(guān) m=1.5 d1=46.91mm z1=31 z2=124 計算分度圓直徑 d1=46.5mm d2=186mm 計算中心距 =138.75mm 計算齒輪寬度 B1=52.5mm B2=57.5mm 低速齒輪設(shè)計 齒輪精度選擇8精度，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者硬度差40HBS. 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 1.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 轉(zhuǎn)矩 151.88N×m 齒寬系數(shù) 由資料【1】表10-7選取齒寬系數(shù) 接觸疲勞極限 由資料【1】圖10-21d rHlim1=680Mpa rHlim2=750Mpa 計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) N1=60n1jLh N2=N1/i1 N1=5.11′108 N2=1.83′108 接觸疲勞壽命系數(shù) 查資料【1】圖10-19 KHN1=0.93 KHN2=0.94 失效概率和安全系數(shù) S=1 許用接觸應(yīng)力計算 【sH】1=632.4Mpa 【sH】2=705Mpa 初選載荷系數(shù) Kt=1.4 材料的彈性影響系數(shù) 查資料【1】表10-6 試算小齒輪的分度圓的直徑 d1t=2.32 3KtT1fd×i+1i(ZE[sH])2 68.7mm 計算圓周速度 V=πd1tn160′1000 V=0.638m/s 初步齒寬b b=68.7mm 計算齒寬與齒高比 取齒數(shù)=24 模數(shù) 齒高 mt=2.86 h=6.44mm bh=10.67 z2=69 計算載荷系數(shù) 查資料【1】圖10-8取動載荷系數(shù) 查資料【1】表10-2使用系數(shù) 查資料【1】表10-4齒向載荷分布系數(shù) 查資料【1】圖10-13齒向載荷分布系數(shù) =1.12 =1 =1.46 =1.4 K=1.64 校正分度圓直徑 d1=72.35mm 計算模數(shù) m=3.01 2.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 根據(jù)公式設(shè)計數(shù)值 彎曲強(qiáng)度極限選擇 查資料【1】圖10-20c 大齒輪rFE1=620Mpa 小齒輪rFE2=580Mpa 彎曲疲勞壽命系數(shù) 根據(jù)其循環(huán)次數(shù)，查資料【1】圖10-18 取 KFN1=0.86 KFN2=0.88 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 安全系數(shù)取s=1.4 [sF]1=381Mpa [sF]2=365Mpa 計算載荷系數(shù) K=1.568 齒形系數(shù) 查資料【1】表10-5取 YFa1=2.65 YFa2=2.24 應(yīng)力校正系數(shù) 查資料【1】表10-5取 YSa1=1.58 YSa2=1.75 計算大小齒輪的并加以比較 YFa1YSa1[sF]1=0.01099 YFa2YSa2[sF]2=0.01074 大齒輪的較大 計算模數(shù)m 選用較大的代入公式計算 m≥2.20 所以m取2.5 確定齒數(shù) 由齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面的接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅余于齒輪的直徑有關(guān) m=2.5 d1=72.35mm z1=30 z2=85 計算分度圓直徑 d1=75mm d2=212.5mm 計算中心距 =143.75mm 計算齒輪寬度 B1=75mm B2=80mm 3 第三級減速齒輪 齒輪精度選擇8精度，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS,兩者硬度差40HBS. 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 1.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 轉(zhuǎn)矩 400.2N×m 齒寬系數(shù) 由資料【1】表10-7選取齒寬系數(shù) 接觸疲勞極限 由資料【1】圖10-21d rHlim1=680Mpa rHlim2=750Mpa 計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) N1=60n1jLh N2=N1/i1 N1=1.83′108 N2=5.55′107 接觸疲勞壽命系數(shù) 查資料【1】圖10-19 KHN1=0.94 KHN2=0.95 失效概率和安全系數(shù) S=1 許用接觸應(yīng)力計算 【sH】1=639Mpa 【sH】2=713Mpa 初選載荷系數(shù) Kt=1.4 材料的彈性影響系數(shù) 查資料【1】表10-6 試算小齒輪的分度圓的直徑 d1t=2.32 3KtT1fd×i+1i(ZE[sH])2 93.0mm 計算圓周速度 V=πd1tn160′1000 V=0.309m/s 初步齒寬b b=93.0mm 計算齒寬與齒高比 取齒數(shù)=24 模數(shù) 齒高 mt=3.88 h=8.73mm bh=10.65 z2=81 計算載荷系數(shù) 查資料【1】圖10-8取動載荷系數(shù) 查資料【1】表10-2使用系數(shù) 查資料【1】表10-4齒向載荷分布系數(shù) 查資料【1】圖10-13齒向載荷分布系數(shù) =1.12 =1 =2.562 =2.2 K=2.87 校正分度圓直徑 d1=118.1mm 計算模數(shù) m=4.92 2.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式 根據(jù)公式設(shè)計數(shù)值 彎曲強(qiáng)度極限選擇 查資料【1】圖10-20c 大齒輪rFE1=620Mpa 小齒輪rFE2=580Mpa 彎曲疲勞壽命系數(shù) 根據(jù)其循環(huán)次數(shù)，查資料【1】圖10-18 取 KFN1=0.88 KFN2=0.92 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 安全系數(shù)取s=1.4 [sF]1=340Mpa [sF]2=381Mpa 計算載荷系數(shù) K=2.464 齒形系數(shù) 查資料【1】表10-5取在此處鍵入公式。 YFa1=2.65 YFa2=2.24 應(yīng)力校正系數(shù) 查資料【1】表10-5取 YSa1=2.22 YSa2=1.77 計算大小齒輪的并加以比較 YFa1YSa1[sF]1=0.0173 YFa2YSa2[sF]2=0.0104 大齒輪的較大 計算模數(shù)m 選用較大的代入公式計算 m≥3.9 所以m取4 確定齒數(shù) 由齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面的接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅余于齒輪的直徑有關(guān) m=4 d1=118.1mm z1=30 z2=99 計算分度圓直徑 d1=120mm d2=396mm 計算中心距 =258mm 計算齒輪寬度 B1=120mm B2=125mm 3.2.2 軸的設(shè)計與校核 初步估計軸的最小直徑 軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)資料【1】表15-3，分別取105,110,115，120，125；根據(jù)公式求其最小直徑為： 高速軸 d1=20mm 中間軸 d2=28mm 低速軸 d3=41mm 排線器軸 d4=42mm 滾筒軸 d5=64mm 由于機(jī)構(gòu)幾乎不承受軸向載荷，所以選用深溝球軸承 1.中間軸設(shè)計 圖3.2 圖3.2是軸上零件的分布圖 1.求作用在輸出齒輪上的力 圓周力：Ft1=2Td=4050N 徑向力：Fr1=Ft2tana=1834N 2. 求作用在輸入齒輪上的力 圓周力：Ft2=2Td=1633N 徑向力：Fr2=Ft2tana=594N 3.確定軸的尺寸 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由于軸上有兩個鍵槽，所以最小直徑取30mm，最小直徑安裝在軸承上，選擇軸承的內(nèi)徑為30mm，選擇6206型深溝球軸承，定位軸肩高度為3mm，此處軸徑為38mm，安裝齒輪處的軸徑為32mm，軸承位置與箱體內(nèi)壁的距離取5mm，箱體內(nèi)壁與齒輪的距離取20mm，肩的寬度取6mm，齒輪的寬度與相同內(nèi)徑軸的寬度相差3mm。套筒齒輪處的大徑與軸肩的高度相同，長度可以計算出來。 4.求軸上的載荷 載荷 水平方向H 垂直方向V 支柱反力 FNH1=776N,FNH2=104N FNV1=2130N,FNV2=286N 彎矩 MV1=55872N×mm MV2=6422N×mm MH1=153360N×mm MH2=17660N×mm 總彎矩 M1=163221N×mm M2=18791N×mm 扭矩 T=151.88N×m 5.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 sca=M12+(αT)2W=33.97Mpa 選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查其許用彎曲應(yīng)力為60Mpa，滿足要求。 6.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 這里只需要校核輸入齒輪的右端階梯截面的左側(cè)就可以了。 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=3276.8mm3 抗扭截面系數(shù)：WT=0.2d3=6553.6mm3 彎矩：M=163221N×mm 扭矩：T=151.88N×m 彎矩應(yīng)力：sb=MW=49.95Mpa 扭矩應(yīng)力：τT=TWT=23.18Mpa 根據(jù)軸的材料，查的sB=640Mpa，s-1=275Mpa，τ-1=155Mpa 截面軸肩處的倒角r=2mm，查應(yīng)力集中系數(shù)，ασ=1.7 ατ=1.2 軸材料的敏感系數(shù)：qσ=8.2 qτ=8.5 求的有效應(yīng)力集中系數(shù)： kσ=1+qσασ-1=1.574 kτ=1+qτατ-1=1.17 查尺寸系數(shù)：εσ=0.82 查扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：ετ=0.9 軸按磨削加工，查的表面質(zhì)量系數(shù)： βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1 求其綜合系數(shù)： Kσ=kσεσ+1βσ-1=2.01 Kτ=kτετ+1βτ-1=1.39 查碳鋼的特征系數(shù)：φσ=0.1，φτ=0.05 計算安全系數(shù)Sca： Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=2.74 Sτ=τ-1Kττa+φττm=9.29 Sca=SσSτSσ2+Sτ2=2.63>S=1.5 所以安全 7.鍵的選擇與校核 根據(jù)齒輪的寬度和軸的直徑選用10×8×63與10×8×50，只需要校核較短的就可以滿足，鍵軸齒輪的材料都是鋼，查的許用擠壓強(qiáng)度為100到120Mpa，計算鍵的強(qiáng)度： σp=2T×103kld=59.33Mpa 故符合 2.低速軸設(shè)計 圖3.3 圖3.3是軸上零件的分布圖 1.求作用在齒輪上的力 圓周力：Ft1=2Td=3804 N 徑向力：Fr1=Ft2tana=1385N 2.確定軸的尺寸 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由于軸上有兩個鍵槽，所以最小直徑取45mm，最小直徑安裝在連軸器上，根據(jù)卷揚機(jī)的工況系數(shù)，計算扭矩，選擇GY型聯(lián)軸器，孔徑選擇45mm，長度選擇110，選擇軸承的內(nèi)徑為50mm，選擇6209型深溝球軸承，定位軸肩高度為3.5mm，齒輪定位軸肩60mm，安裝齒輪處的軸徑為52mm，軸承位置與箱體內(nèi)壁的距離取5mm，考慮到與中間軸齒輪的嚙合，算出齒輪與箱體內(nèi)壁的距離，軸肩的寬度取6mm，套筒齒輪處的大徑與軸肩的高度相同，長度可以計算出來。 3.求軸上的載荷 載荷 水平方向H 垂直方向V 支柱反力 FNH1=892N FNH2=492N FNV1=2454N,FNV2=1350N 彎矩 MV=66008N×mm MH=181300N×mm 總彎矩 M=192942N×mm 扭矩 T=404.22N×m 4.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 sca=M2+(αT)2W=25.62Mpa 選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查其許用彎曲應(yīng)力為60Mpa，滿足要求。 5.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 這里只需要校核齒輪的右端階梯截面的左側(cè)就可以了。 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=12500mm3 抗扭截面系數(shù)：WT=0.2d3=25000mm3 彎矩：M=192942N×mm 扭矩：T=404.22N×m 彎矩應(yīng)力：sb=MW=15.44Mpa 扭矩應(yīng)力：τT=TWT=16.17Mpa 根據(jù)軸的材料，查的sB=640Mpa，s-1=275Mpa，τ-1=155Mpa 截面軸肩處的倒角r=2.5mm，查應(yīng)力集中系數(shù)，ασ=1.7 ατ=1.2 軸材料的敏感系數(shù)：qσ=8.2 qτ=8.5 求的有效應(yīng)力集中系數(shù)： kσ=1+qσασ-1=1.574 kτ=1+qτατ-1=1.17 查尺寸系數(shù)：εσ=0.64 查扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：ετ=0.73 軸按磨削加工，查的表面質(zhì)量系數(shù)： βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1 求其綜合系數(shù)： Kσ=kσεσ+1βσ-1=2.55 Kτ=kτετ+1βτ-1=1.69 查碳鋼的特征系數(shù)：φσ=0.1，φτ=0.05 計算安全系數(shù)Sca： Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=6.98 Sτ=τ-1Kττa+φττm=11.02 Sca=SσSτSσ2+Sτ2=5.90>S=1.5 所以安全 6.鍵的選擇與校核 根據(jù)齒輪的寬度和軸的直徑選用14×9×100與16×10×63，鍵軸齒輪的材料都是鋼，查的許用擠壓強(qiáng)度為100到120Mpa，計算鍵的強(qiáng)度： σp1=2T×103k1l1d1=33.08Mpa σp2=2T×103k2l2d2=23.48Mpa 故符合 3.高速軸設(shè)計 圖3.4 圖3.4是軸上零件的分布圖 1.求作用在輸出齒輪上的力 圓周力：Ft1=2Td=1720N 徑向力：Fr1=Ft2tana=626N 2.確定軸的尺寸 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由于軸上有一個鍵槽，考慮到聯(lián)軸器的選擇，所以最小直徑取20mm，最小直徑安裝在聯(lián)軸器上，選擇GY系列聯(lián)軸器，孔徑為20mm，軸承選擇6205型深溝球軸承，考慮到齒輪較小，所以使用齒輪軸，考慮到齒輪與中間齒輪中間對其，確定齒輪與左右箱體壁的距離，兩處定位軸肩高度為3mm，軸承位置與箱體內(nèi)壁的距離取5mm。 3.求軸上的載荷 載荷 水平方向H 垂直方向V 支柱反力 FNH1=188N FNH2=438N FNV1=518N FNV2=1202N 彎矩 MV=26743N×mm MH=73685.5N×mm 總彎矩 M1=78388N×mm 扭矩 T=40000N×mm 4.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 sca=M12+(αT)2W=28Mpa 選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查其許用彎曲應(yīng)力為60Mpa，滿足要求。 5.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 這里只需要校核輸入齒輪的右端截面的右側(cè)就可以了。 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=2979mm3 抗扭截面系數(shù)：WT=0.2d3=5958mm3 彎矩：M=78388N×mm 扭矩：T=40N×m 彎矩應(yīng)力：sb=MW=26.31Mpa 扭矩應(yīng)力：τT=TWT=6.71Mpa 根據(jù)軸的材料，查的sB=640Mpa，s-1=275Mpa，τ-1=155Mpa 截面軸肩處的倒角r=2mm，查應(yīng)力集中系數(shù)，ασ=1.7 ατ=1.2 軸材料的敏感系數(shù)：qσ=8.2 qτ=8.5 求的有效應(yīng)力集中系數(shù)： kσ=1+qσασ-1=1.574 kτ=1+qτατ-1=1.17 查尺寸系數(shù)：εσ=1.9 查扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：ετ=0.88 軸按磨削加工，查的表面質(zhì)量系數(shù)： βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1 求其綜合系數(shù)： Kσ=kσεσ+1βσ-1=0.92 Kτ=kτετ+1βτ-1=1.42 查碳鋼的特征系數(shù)：φσ=0.1，φτ=0.05 計算安全系數(shù)Sca： Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=11.36 Sτ=τ-1Kττa+φττm=31.43 Sca=SσSτSσ2+Sτ2=10.68>S=1.5 所以安全 6.鍵的選擇與校核 根據(jù)齒輪的寬度和軸的直徑選用6×6×32，鍵軸齒輪的材料都是鋼，查的許用擠壓強(qiáng)度為100到120Mpa，計算鍵的強(qiáng)度： σp=2T×103kld=41.67Mpa 故符合 3.3 排線器軸及軸上零件設(shè)計與校核 圖3.5 圖3.5是軸上零件的分布圖 2.3.1求作用在齒輪上的力 圓周力：Ft1=2Td=6670N 徑向力：Fr1=Ft2tana=2428N 3.3.2 確定軸的尺寸 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由于軸上有兩個鍵槽，由聯(lián)軸器知道最小直徑取45mm，選擇軸承的內(nèi)徑為50mm，選擇6210型深溝球軸承，齒輪與機(jī)架內(nèi)壁的距離為20mm，光桿的長度取350mm。 3.3.3 求軸上的載荷 載荷 水平方向H 垂直方向V 支柱反力 FNH1=1999N,FNH2=429N FNV1=5491N FNV2=1179N 彎矩 MV1=2045N×mm MH1=5616N×mm 總彎矩 M1=5977N×mm 扭矩 T=400.2N×m 由于相對于彎矩與扭矩都比變速箱的低速軸小，直徑一樣，所以不用校核一定會在安全范圍內(nèi) 3.3.4 鍵的選擇與校核 根據(jù)齒輪的寬度和軸的直徑選用16×10×100 鍵軸齒輪的材料都是鋼，查的許用擠壓強(qiáng)度為100到120Mpa，計算鍵的強(qiáng)度： σp=2T×103kld=73.3Mpa 故符合 3.4滾筒軸及軸上零件的設(shè)計與校核 圖3.6 圖3.6是軸上零件的分布圖 3.4.1 求作用在齒輪上的力 圓周力：Ft1=2Td=6344 N 徑向力：Fr1=Ft2tana=2309N 3.4.2 確定軸的尺寸 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由于軸上有兩個鍵槽，所以最小直徑取65mm，最小直徑處安裝軸承，選擇6213型深溝球軸承，軸承位置與箱體內(nèi)壁的距離取5mm，為了與主動輪配合，算出齒輪與箱體內(nèi)壁的距離17.5mm，滾筒擋板處的厚度取10mm，最后計算出滾筒的長度。 3.4.3 求軸上的載荷 載荷 水平方向H 垂直方向V 支柱反力 FNH1=1897N FNH2=412N FNV1=5212N FNV2=1132N 彎矩 MV=510776N×mm MH=185906N×mm 總彎矩 M=543556N×mm 扭矩 T=1256.2N×m 3.4.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 sca=M2+(αT)2W=33.84Mpa 選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查其許用彎曲應(yīng)力為60Mpa，滿足要求。 3.4.5精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 這里只需要校核齒輪的右端階梯截面的左側(cè)就可以了。 抗彎截面系數(shù)：W=0.1d3=27462.5mm3 抗扭截面系數(shù)：WT=0.2d3=54925mm3 彎矩：M=543556N×mm 扭矩：T=1256.2N×m 彎矩應(yīng)力：sb=MW=19.79Mpa 扭矩應(yīng)力：τT=TWT=22.87Mpa 根據(jù)軸的材料，查的sB=640Mpa，s-1=275Mpa，τ-1=155Mpa 截面軸肩處的倒角r=2.5mm，查應(yīng)力集中系數(shù)，ασ=1.7 ατ=1.2 軸材料的敏感系數(shù)：qσ=8.2 qτ=8.5 求的有效應(yīng)力集中系數(shù)： kσ=1+qσασ-1=1.574 kτ=1+qτατ-1=1.17 查尺寸系數(shù)：εσ=0.63 查扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：ετ=0.82 軸按磨削加工，查的表面質(zhì)量系數(shù)： βσ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1 求其綜合系數(shù)： Kσ=kσεσ+1βσ-1=2.59 Kτ=kτετ+1βτ-1=1.51 查碳鋼的特征系數(shù)：φσ=0.1，φτ=0.05 計算安全系數(shù)Sca： Sσ=σ-1Kσσa+φσσm=5.37 Sτ=τ-1Kττa+φττm=8.69 Sca=SσSτSσ2+Sτ2=4.59>S=1.5 所以安全 3.4.6 鍵的選擇與校核 根據(jù)齒輪的寬度和軸的直徑選用18×11×82和18×11×300只需要校核較短的就可以 鍵軸齒輪的材料都是鋼，查的許用擠壓強(qiáng)度為100到120Mpa，計算鍵的強(qiáng)度： σp=2T×103kld=55.51Mpa 故符合 4.卷揚機(jī)使用時的注意事項 1 卷筒上的鋼絲繩應(yīng)排列整齊，如發(fā)現(xiàn)重疊和斜繞時，應(yīng)停機(jī)重 新排列。嚴(yán)禁在轉(zhuǎn)動中用手、腳拉踩鋼絲繩。鋼絲繩不許完全放出，最少應(yīng)保留三圈。 2鋼絲繩不許打結(jié)、扭繞，在一個節(jié)距內(nèi)斷線超過10%時，應(yīng)予以更換。 3 作業(yè)中，任何人不得跨越鋼絲繩，物體（物件）提升后，操作 人員不得離開卷揚機(jī)。休息時物件或吊籠應(yīng)降至地面。 4 作業(yè)中，司機(jī)、信號員要同吊起物保持良好的可見度，司機(jī)與信號員應(yīng)密切配合，服從信號統(tǒng)一指揮。 5 作業(yè)中如遇停電情況，應(yīng)切斷電源，將提升物降至地面。 6 工作中要聽從指揮人員的信號，信號不明或可能引起事故時應(yīng)暫停操作，待弄清情況后方可繼續(xù)作業(yè)。 7作業(yè)中突然停電，應(yīng)立即拉開閘刀，將運送物放下，作業(yè)完畢、應(yīng)將料盤落地、關(guān)鎖電箱。 8鋼絲繩在使用過程中與機(jī)械的磨損.自燃的腐蝕局部損害難免， 應(yīng)間隔時間段涂刷保護(hù)油。 9嚴(yán)禁超載使用 10使用過程中要注意不要出現(xiàn)打結(jié).壓扁.電弧打傷.化學(xué)介質(zhì)的侵 蝕。 5.結(jié) 論 本次設(shè)計過程牽涉到所學(xué)知識的方方面面，通過自己的設(shè)計思路， 一方面對以前所學(xué)的知識進(jìn)行了溫故，其次也為日后從事工程實踐工作 奠定了一定的基礎(chǔ)。 設(shè)計中，我對卷揚機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能要求進(jìn)行了比較 詳細(xì)的分析，針對卷揚機(jī)中采用的卷筒、聯(lián)軸器、電動機(jī)等也進(jìn)行了必要的闡析。而一個系統(tǒng)設(shè)計的好壞與否，在很大程度 上取決于這個系統(tǒng)的設(shè)計方案選取是否得當(dāng)、相關(guān)參數(shù)的計算是否準(zhǔn)確 等等，諸如這些在本次的設(shè)計過程中都得到了具體的體現(xiàn)。另外，為確 保設(shè)計出的卷揚機(jī)能都符合生產(chǎn)要求，我們勢必還要對卷揚機(jī)的相關(guān)部 件進(jìn)行一些必要的校核，以最終確定此系統(tǒng)是否可以投入生產(chǎn)。 通過對本卷揚機(jī)的相關(guān)性能要求的驗算，得出設(shè)計的結(jié)果基本上能 夠符合設(shè)計要求這一結(jié)果。 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計.高等教育出版社，2006 [2] 劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社，2011 [3] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計實用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2001 [4] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [4] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2008 [5] 于永泗.機(jī)械工程材料.大連理工大學(xué)出版社，2012 [6] [7] 鄭文緯，吳克堅.機(jī)械原理.高等教育出版社，2011 何銘新，錢可強(qiáng)，徐祖茂.畫法幾何.高等教育出版社，2010 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計可以圓滿地將近四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全面的認(rèn)識。畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)習(xí)中最后一個實踐性環(huán)節(jié)，是一個綜合性很強(qiáng)的設(shè)計任務(wù)，它為我們以后從事機(jī)械技術(shù)設(shè)計工作打下了一個良好的基礎(chǔ)，在以后的職業(yè)生涯打好了基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識情況進(jìn)行了全面而又直觀的檢測。為了能夠較好的完成這次畢業(yè)設(shè)計，我投入了萬分的精力作了充分的準(zhǔn)備工作。最終艱難的完成。 畢業(yè)設(shè)計雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識，所遇到的困難，仍記憶猶新。仿佛是在昨天。 這次畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)我獨立設(shè)計思考的和分析解決問題的能力，拓寬 了我的知識面，是一次很好的鍛煉機(jī)會。 我的指導(dǎo)老師肖麗萍是位認(rèn)真、負(fù)責(zé)的好老師。我感謝肖麗萍老師在這 次畢業(yè)設(shè)計中給我的莫大幫助，在此我忠心的感謝四年來在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)在我學(xué)習(xí)和生活中幫助過我的所有的老師和同學(xué)。