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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
湖 南 科 技 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)( 論 文 )
題目
慢動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
作者
廖彪
學(xué)院
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)號(hào)
1103010215
指導(dǎo)教師
康煜華
二〇一五 年 五 月 八 日
目 錄
第一章 概述..................................................4
1.1卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用場合............................................... 4
1.2卷揚(yáng)機(jī)的主要類型............................................... 4
1.3國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)的概況................................................5
1.4國外卷揚(yáng)機(jī)的概況................................................6
1.5卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)................................................7
第二章 電動(dòng)機(jī)的選擇..........................................8
2.1卷筒轉(zhuǎn)速........................................................8
2.2選型設(shè)計(jì)........................................................8
第三章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算.....................................10
3.1傳動(dòng)方式擬定....................................................10
3.1.1總傳動(dòng)比...................................................11
3.1.2傳動(dòng)比的分配...............................................11
3.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算..........................................12
3.2.1各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算.............................................12
3.2.2各軸功率的計(jì)算.............................................12
3.2.3各軸扭矩的計(jì)算.............................................13
3.3傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的校核..........................................13
3.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的校核.......................................13
3.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的校核.......................................16
3.3.3第三級(jí)齒輪傳動(dòng)的校核.......................................18
3.3.4第四級(jí)齒輪傳動(dòng)的校核.......................................21
3.3.5齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù).........................................24
3.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算................................................... 25
3.4.1軸的材料選擇...............................................26
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................27
3.4.3軸的校核...................................................31
3.4.4軸的彎矩圖和扭矩圖.........................................32
3.5滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算........................................40
3.5.1軸承的類型選擇.............................................40
3.5.2滾動(dòng)軸承常見的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則...........................40
3.5.3滾動(dòng)軸承校核計(jì)算...........................................41
3.6鍵連接校核計(jì)算................................................. 46
3.7聯(lián)接螺栓校核計(jì)算............................................... 48
3.7.1計(jì)算工作剪力...............................................48
3.7.2螺栓剪切強(qiáng)度的校核..........................................49
3.8減速器的潤滑和密封..............................................50
3.8.1減速器潤滑.................................................50
3.8.2減速器密封.................................................51
3.9減速器箱體及附件的選型設(shè)計(jì)..................................... 51
3.9.1減速器箱體的設(shè)計(jì)...........................................51
3.9.2減速器附件的選型設(shè)計(jì).......................................51
第四章 聯(lián)軸器與制動(dòng)器的選型設(shè)計(jì)..............................52
4.1聯(lián)軸器選型設(shè)計(jì)..................................................52
4.2制動(dòng)器選型設(shè)計(jì)..................................................53
4.2.1制動(dòng)器選型計(jì)算.............................................53
第五章 結(jié)論..................................................55
參考文獻(xiàn).....................................................56
致 謝.......................................................57
第一章 概述
1.1卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用場合
卷揚(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備,由于具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡單、操作方便、價(jià)格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),所以被廣泛應(yīng)用與物料提升、水平和傾斜拽引重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。
卷揚(yáng)機(jī)除在建筑工地、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外,在冶金、礦山、水電、農(nóng)業(yè)、軍事、化工及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中亦廣泛應(yīng)用,如高爐料鐘和物料的提升,礦井的物料提升,水平、傾斜牽引運(yùn)輸,礦車調(diào)度、回柱,船舶上錨鏈的提升等。
1.2卷揚(yáng)機(jī)的主要類型
1)按鋼絲繩額定拉力分
按鋼絲繩在基準(zhǔn)層上所能承受的最大拉力來區(qū)分為15級(jí):5,7.5,10,12.5,16,20,25,32,50,80,120,160,200,320,500KN。
2)按鋼絲繩額定速度分
l 慢速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 中速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 快速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 高速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
3)按卷筒數(shù)目分
一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)上卷筒數(shù)目的多少,直接影響到卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)按卷筒數(shù)目可分為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)和多筒卷揚(yáng)機(jī)三類。目前生產(chǎn)的大多數(shù)是單筒和雙筒卷揚(yáng)機(jī),其卷筒都是工作卷筒,再增加的卷筒大多是輔助用卷筒,筒徑相對(duì)要小些。
4)按動(dòng)力源分
l 手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 用于無動(dòng)力源的小型卷揚(yáng)機(jī)
l 電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 大多數(shù)卷揚(yáng)機(jī)多屬于此類
l 內(nèi)燃卷揚(yáng)機(jī) 用于無電源的地方
l 氣動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 用于不能使用電源的地方
l 液壓卷揚(yáng)機(jī) 與其他設(shè)備配套使用而有液壓源的地方
5)按傳動(dòng)形式分
l 開式齒輪傳動(dòng) 最早的形式。目前用于手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)
l 閉式齒輪傳動(dòng) 主要為快速單筒卷揚(yáng)機(jī),應(yīng)用廣泛
6)按控制方法分
l 手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)
l 電控卷揚(yáng)機(jī)
l 液控卷揚(yáng)機(jī)
l 氣控卷揚(yáng)機(jī)
l 自動(dòng)控制卷揚(yáng)機(jī)
7)按用途分
l 提升重物 要求有一定的速度,以利于提高生產(chǎn)率,冰要求高的安全性,以防墜落。
l 設(shè)備安裝 一般設(shè)備的質(zhì)量都較大,則要求卷揚(yáng)機(jī)具有較大的提升能力;為保證安裝精度,其速度就不能太高;為防止墜落,其安全性要求更高。
l 拽引物品 因?yàn)榇隧?xiàng)工作一般式在水平和傾斜方向進(jìn)行的,為師物品能前后運(yùn)動(dòng),則要求卷揚(yáng)機(jī)的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作
l 打樁 要求卷揚(yáng)機(jī)把重物提升到一定高度后,能使重物成自由落體下降,實(shí)現(xiàn)打樁工作,即要求卷揚(yáng)機(jī)具有溜放性能。
1.3國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)概況
我國在很久以前的古代,就知道采用轆轤等來提升重物,以減輕體力勞動(dòng)的強(qiáng)度和提高工作效率。但由于舊中國的工業(yè)落后,勞動(dòng)力便宜,所以在物料的提升和搬運(yùn)過程中大都是靠工人的肩挑背扛,而卷揚(yáng)機(jī)只有在一些大型企業(yè)中才被使用,應(yīng)用很少,而且所適用的卷揚(yáng)機(jī)也均為國外生產(chǎn),國內(nèi)基本沒有生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家。
我國的卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)是解放后才開始的,已有近60年的歷史。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個(gè)五年計(jì)劃的需要,卷揚(yáng)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(yáng)機(jī),一種為日本的JIS8001型動(dòng)力卷揚(yáng)機(jī),它是一種原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī),傳動(dòng)形式是開式圓柱齒輪傳動(dòng),雙錐體摩擦離合器,操作為手扳腳踩的快速卷揚(yáng)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(dòng)、電控慢速卷揚(yáng)機(jī)。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展,到了60年代,卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn),主要卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)廠家組成了卷揚(yáng)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(yáng)機(jī)的生產(chǎn),行業(yè)組織了相關(guān)廠家的人員對(duì)全國卷揚(yáng)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(jì)和制造新的卷揚(yáng)機(jī),先后試制了0.5t、1t、3t電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī),但由于對(duì)當(dāng)時(shí)各廠家的生產(chǎn)能力估計(jì)不足,無法推廣。
從70年代起,我國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多、定性生產(chǎn)的新階段。在各廠自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,1973年,由卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進(jìn)行了卷揚(yáng)機(jī)基型設(shè)計(jì),并充分考慮到了當(dāng)時(shí)中小廠家的生產(chǎn)能力??焖倬頁P(yáng)機(jī)的基型采用半開半閉式齒輪傳動(dòng),離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu),操縱用手扳剎車帶制動(dòng)。慢速卷揚(yáng)機(jī)的基型為閉式傳動(dòng)(圓柱齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)減速器)、電磁鐵制動(dòng)結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到今天還在生產(chǎn)。為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要,當(dāng)時(shí)第一機(jī)械工業(yè)部發(fā)布了JB926-74《建筑卷揚(yáng)機(jī)形式與基本參數(shù)》和JB1803-76《建筑卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)條件》兩個(gè)部標(biāo)準(zhǔn),并把卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)劃歸常德建筑機(jī)械研究所(長沙建筑機(jī)械研究院前身)領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布,使卷揚(yáng)機(jī)有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t卷揚(yáng)機(jī)。
從70年代末開始,我國實(shí)行了改革開放政策,國民經(jīng)濟(jì)大發(fā)展,作為國民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力,煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和機(jī)械化的要求日益強(qiáng)烈,許多產(chǎn)品逗進(jìn)行了防爆改造,從而進(jìn)入到煤礦井下,其中卷揚(yáng)機(jī)是最成功的一種產(chǎn)品,JD系列的調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)和JH系列的回柱卷揚(yáng)機(jī)至今還在大量的生產(chǎn),是礦山井下,運(yùn)輸調(diào)度不可替代的機(jī)械設(shè)備。但這種設(shè)備的自動(dòng)化的程度不高,無法實(shí)現(xiàn)無人值守的自動(dòng)操作,往往由于卷揚(yáng)機(jī)操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產(chǎn)事故。
礦山卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展是伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展,九十年代中后期,是我國煤炭生產(chǎn)的一個(gè)低潮,礦用卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展十分緩慢,沒有什么新的結(jié)構(gòu),產(chǎn)品出現(xiàn)。但是,2000年以后,國際油價(jià)居高不下,煤炭再一次被人們所重視,煤炭價(jià)格一路上漲,卷揚(yáng)機(jī)等一系列的礦山機(jī)電產(chǎn)品需求量劇增,促進(jìn)了卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展,這一時(shí)期卷揚(yáng)機(jī)品種增加,自動(dòng)化水平增加,新結(jié)構(gòu)、新功能不斷出現(xiàn),但是仍然具有一定的技術(shù)瓶頸,即自動(dòng)控制設(shè)備的防爆問題。現(xiàn)在,變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)十分的成熟,但是,也只是在礦井的主井和副井的提升系統(tǒng)中得到了最廣泛的最成熟的應(yīng)用。然而,自動(dòng)化和數(shù)字化是礦井發(fā)展的必然趨勢(shì),為了實(shí)現(xiàn)這一目的,礦山設(shè)備的自動(dòng)化和數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)這一目的的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)也力求用最成熟的PLC控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)礦井水倉的無人值守,達(dá)到牽引卷揚(yáng)機(jī)能夠根據(jù)水位自動(dòng)提升和下降泵房的目的,探索一條能夠?qū)崿F(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)自動(dòng)化控制的路徑。
1.4國外卷揚(yáng)機(jī)概況
在國外,卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多,應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國家中,鉆機(jī)制造商德國Wirth公司、Bentec公司以及美國Varco公司擁有先進(jìn)的卷揚(yáng)機(jī)控制技術(shù)、電動(dòng)機(jī)四象限傳動(dòng)技術(shù)以及電子(自動(dòng)) 司鉆控制技術(shù)。這些卷揚(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)能根據(jù)鉆壓、機(jī)械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)控制鉆井鋼絲繩的連續(xù)遞送以保持穩(wěn)定的鉆井狀態(tài), 進(jìn)而大大提高鉆井效率。下面簡單介紹一下幾個(gè)國家上產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的狀況。
一、日本
日本東明治30年代開始制造和使用卷揚(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷藝機(jī)械研究所核計(jì),1970~1975年間卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加62.5%。據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計(jì)月報(bào)載,僅1977年單純土建卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)12萬臺(tái),產(chǎn)值約100億日元。
日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會(huì)、核藝機(jī)械技術(shù)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機(jī)、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個(gè)廠家。
北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷揚(yáng)機(jī)品種系列比較齊全,主要有:
1)動(dòng)力卷揚(yáng)機(jī) 粉BF、MF、DF三種形式。功率為3.7~44KW,鋼絲繩拉力從5800~44100N,有18格規(guī)格。BF型式V型帶傳動(dòng),MF型單筒開式齒輪傳動(dòng),DF型是雙筒開始齒輪傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是全部為標(biāo)準(zhǔn)型,采用改進(jìn)了的螺旋頂絲式離合器操縱,因而操作簡便,易調(diào)整。鼓形離合器采用單椎體式,摩擦材料采用帶型樹脂。
2)電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 該廠生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)為KW型,功率3.7~11KW,拉力6000~142100,四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:全封閉式內(nèi)齒輪傳動(dòng);電動(dòng)機(jī)在一端,減速器、制動(dòng)器和操作部分在另一端,中間是卷筒,一字型布置;按鈕操作,可遠(yuǎn)距離遙控;最大特點(diǎn)是卷筒可纏繞8~9層,容繩量大,適于高層建筑使用。
3)大型電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 主要用于提升大型重物或設(shè)備,可兩檔機(jī)械變速,設(shè)有電磁鐵制動(dòng)器、手制動(dòng)器和棘輪制動(dòng)器,以確保安全。
遠(yuǎn)藤鋼機(jī)公司有60多年歷史,它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的公司。ENDO型卷揚(yáng)機(jī)采用起重電動(dòng)機(jī),卷揚(yáng)機(jī)可兩檔變速,排繩器裝在上部,是單螺旋軸雙導(dǎo)向桿式結(jié)構(gòu),機(jī)座全部是焊接結(jié)構(gòu),所有機(jī)械與電器部分裝在機(jī)座里。
二、美國
美國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家有近百家,主要有貝波(BEEBE)國家有限公司、哲恩(THERN)有限公司。
貝波國際有限公司成立于1919年,有七十多家的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品有:氣動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī),防爆拖式氣動(dòng)卷揚(yáng)機(jī),駁船卷揚(yáng)機(jī)(手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓),電動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī),電動(dòng)葫蘆,電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī),手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī),液壓卷揚(yáng)機(jī),水平卷揚(yáng)機(jī),手動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī),棘輪牽引器,空中吊運(yùn)車。
哲恩有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司,主要產(chǎn)品有各種手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、提升機(jī)械及起重機(jī)。手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的主要品種有:蝸桿傳動(dòng)系列、直齒齒輪傳動(dòng)系列、齒輪蝸桿傳動(dòng)組合系列、直接驅(qū)動(dòng)系列、鏈傳動(dòng)系列。其中直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)式全封閉式行星齒輪傳動(dòng),傳動(dòng)系統(tǒng)全部裝在卷筒里面,機(jī)架和卷筒用高強(qiáng)度鋼焊接而成。
美國除上述兩家公司外,比較重要的生產(chǎn)廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索藝德公司等。
三、法國
法國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家很多,其中包騰公司就是生成卷揚(yáng)機(jī)的主要廠家之一。包騰公司主要生產(chǎn)KUSW系列卷揚(yáng)機(jī)、LMD系列卷揚(yáng)機(jī)、PC系列卷揚(yáng)機(jī)和RCS系列卷揚(yáng)機(jī)。
LUSW型卷揚(yáng)機(jī)輕巧緊湊,效率高,安全可靠,可遙控操作。這種卷揚(yáng)機(jī)能夠比較理想地與各種建筑機(jī)械配套。
LMD型卷揚(yáng)機(jī)可兩檔變速,采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)械制動(dòng)器。LMD型卷揚(yáng)機(jī)綜合了電氣技術(shù)和液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),性能比較好。
PC卷揚(yáng)機(jī)可五檔變速器,三個(gè)低速檔和兩個(gè)高速檔。由兩個(gè)獨(dú)立的裝有電磁剎車系統(tǒng)提升電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直齒減速器,用錐齒輪電動(dòng)卷筒。
其他國家,如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的各種型號(hào)的卷揚(yáng)機(jī)。
1.5卷揚(yáng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
1.大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)大發(fā)展,大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝,促進(jìn)了大型卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。
2.采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的自動(dòng)控制和遙控,廣泛采用先進(jìn)的電子技術(shù),傳感器技術(shù),可編程控制技術(shù)。
3.發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為了提高機(jī)械化程度,減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,大力發(fā)展小型手提式卷揚(yáng)機(jī),如以汽車蓄電池為動(dòng)力的直流電動(dòng)小型卷揚(yáng)機(jī)。
4.大力發(fā)展不帶動(dòng)力源裝置的卷揚(yáng)機(jī) 此種卷揚(yáng)機(jī)借助汽車和拖拉機(jī)動(dòng)力,結(jié)構(gòu)簡單,有一個(gè)卷筒和一個(gè)減速器即可。
-58-
第二章 電動(dòng)機(jī)的選擇
2.1卷筒轉(zhuǎn)速
根據(jù)工作機(jī)構(gòu)-卷筒的直徑和鋼絲繩繩速來計(jì)算卷筒轉(zhuǎn)速:
(2.1)
式中:--鋼絲繩的繩速,
--卷筒的直徑,
由計(jì)算結(jié)果,準(zhǔn)備選用1000 r/min的YB隔爆系列異步電動(dòng)機(jī),所以初步的總傳動(dòng)比,選用三級(jí)展開式圓柱齒輪減速器。雖然采用了低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī),增加了電機(jī)成本,但是傳動(dòng)系統(tǒng)更加簡單,減少了齒輪等零件數(shù)量,一定程度上提高了機(jī)械效率,降低了零件加工使用的費(fèi)用而且提高了系統(tǒng)的可靠性,總衡量壽命周期總成本不會(huì)增加。
2.2選型設(shè)計(jì)
計(jì)算負(fù)載功率:
(2.2)
式中:--額定拉力,=60000N
--鋼絲繩繩速,
--傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率
(2.3)
--彈性聯(lián)軸器效率,=0.99
--滾動(dòng)軸承效率,=0.99
--閉式圓柱齒輪效率,=0.97
--卷筒鋼絲繩纏繞效率,=0.96
--開式圓柱齒輪效率,=0.95
則 =0.78
則
根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)的工作情況,去功率儲(chǔ)備系數(shù)k=1
故
則電動(dòng)機(jī)選型為YB180L-8
具體參數(shù)如下:
額定功率(KW): 15
額定轉(zhuǎn)速(r/min): 970
額定電壓(V): 380
額定電流(A): 31.6
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩(NM): 2
效率: 0.895
功率因數(shù): 0.81
該型號(hào)屬YB系列電機(jī)。該系列電動(dòng)機(jī)是全封閉、外扇冷鼠籠隔爆型三相電機(jī)。它具有高效、高的起動(dòng)力矩、低噪音、振動(dòng)小、性能好、溫升速度大、先進(jìn)隔爆結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn), 功率與機(jī)座號(hào)的配置關(guān)系符合DIN標(biāo)準(zhǔn)。YB系列電機(jī)的防爆性能符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3838.1-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》和GB3836.2-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備隔爆型電氣設(shè)備》??捎糜谝紲囟雀哂?35℃,1級(jí)區(qū)域或2級(jí)區(qū)域的氣體爆炸性危險(xiǎn)場所。
該型電動(dòng)機(jī)的工作條件為:
1.環(huán)境空氣溫度:隨季節(jié)而變化,但不會(huì)超過+40°C;
2.海拔高度:不超過1000M;
3.最濕月月平均再高相對(duì)濕度為90%;
4.額定頻率:50HZ;
5.防護(hù)等級(jí):IP44;
6.絕緣等級(jí):F;
7.冷卻方式:IC441;
8.工作方式:S1。
第三章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1傳動(dòng)方式的擬定
減速器是應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和卷筒之間的獨(dú)立的傳動(dòng)裝置。其主要功能是降低轉(zhuǎn)速,增大轉(zhuǎn)矩,以滿足對(duì)機(jī)械的各種要求。實(shí)踐表明,傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)得合理與否,對(duì)整部裝置的性能,成本以及整體尺寸都有很大影響。因此,合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié),即合理地?cái)M定傳動(dòng)方案又是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,可得到如下的傳動(dòng)方案:
(1)、不需要立式結(jié)構(gòu),故采用臥式減速器;
(2)、行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊,但成本高,維護(hù)困難;錐齒輪及蝸桿傳動(dòng)方式的輸入軸與輸出軸垂直,與卷筒配合布置較復(fù)雜,加工也較困難,效率低,故擬采用圓柱齒輪傳動(dòng),圓柱齒輪傳動(dòng)具有成本低,設(shè)計(jì)制造維護(hù)都很方便的優(yōu)點(diǎn);
(3)、根據(jù)工作機(jī)構(gòu)——卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計(jì)算卷筒轉(zhuǎn)速
(4)、為了便于加工拆卸及維護(hù),采用水平剖分式;
(5)、功率小,轉(zhuǎn)速也較低,所以軸承全部采用深溝球軸承;
(6)、電動(dòng)機(jī)和輸入軸之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器(GB4323-84),卷筒與減速器之間采用開始齒輪傳動(dòng)連接。
3.2總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配
3.1.1總傳動(dòng)比
按額定轉(zhuǎn)速初定傳動(dòng)比,總傳動(dòng)比按下式計(jì)算
(3.1)
式中 ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速,;
——卷筒轉(zhuǎn)速,
結(jié)果
3.1.2傳動(dòng)比分配
總傳動(dòng)比等于各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積,即
(3.2)
合理分配傳動(dòng)比是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟。如果把傳動(dòng)比分配得合理時(shí),傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,成本低,潤滑條件也好;但傳動(dòng)比分配不合理,則結(jié)果正好相反,所以傳動(dòng)比分配應(yīng)盡量遵循以下原則:
1. 各級(jí)傳動(dòng)比最好在推薦的范圍內(nèi)選取,以符合各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn);
2. 應(yīng)充分發(fā)揮各級(jí)傳動(dòng)的承載能力??砂礉M足某一質(zhì)量指標(biāo)分配傳動(dòng)比,如按外嚙合接觸強(qiáng)度相等原則分配傳動(dòng)比;
3. 傳動(dòng)零件之間不應(yīng)造成相互干涉碰撞,如卷揚(yáng)機(jī)的開式齒輪傳動(dòng),若傳動(dòng)比太小,大齒輪直徑小于卷筒直徑,則會(huì)使小齒輪與卷筒產(chǎn)生干涉;
4. 各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)、合理,使得各傳動(dòng)部分從動(dòng)齒輪的浸油深度相近,各級(jí)齒輪得到方便、充分的潤滑,減小攪油損失;
5. 應(yīng)使傳動(dòng)裝置的總體尺寸緊湊,質(zhì)量最小。
設(shè)計(jì)時(shí),卷揚(yáng)機(jī)的實(shí)際傳動(dòng)比的準(zhǔn)確值必須在各級(jí)傳動(dòng)零件具體參數(shù)確定后才能計(jì)算出來,故應(yīng)驗(yàn)算卷筒軸實(shí)際轉(zhuǎn)速是否在允許誤差范圍呢,如不滿足要求,應(yīng)重新調(diào)整傳動(dòng)比,一般情況下,設(shè)計(jì)時(shí)允許卷筒有±(3%~5%)的轉(zhuǎn)速誤差。
減速器為三級(jí)展開式圓柱齒輪減速器,其傳動(dòng)比按圖3.2選取分配。
由圖3.2得,傳動(dòng)比分配見表3.2。將閉式齒輪傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比全部取整,只在開式齒輪傳動(dòng)部分才將傳動(dòng)比取小數(shù),這樣分配便于了加工和計(jì)算,減小了傳動(dòng)速度誤差。
總傳動(dòng)比
第一級(jí)傳動(dòng)比
第二級(jí)傳動(dòng)比
第三級(jí)傳動(dòng)比
開式傳動(dòng)比
153
4.98
4.02
3.02
2.5
表3.2 圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比的分配
圖3.2 三級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比分配圖
3.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算
3.2.1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
第Ⅰ軸轉(zhuǎn)速(輸入軸)
第Ⅱ軸轉(zhuǎn)速(中間軸)
第Ⅲ軸轉(zhuǎn)速 (中間軸)
第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速(輸出軸)
第Ⅴ軸轉(zhuǎn)速 (卷筒軸)
3.2.2各軸功率計(jì)算
第Ⅰ軸功率(輸入軸)
第Ⅱ軸功率(中間軸)
第Ⅲ軸功率(中間軸)
第Ⅳ軸功率(輸出軸)
第Ⅴ軸功率(卷筒軸)
式中 ——彈性聯(lián)軸器效率,;
——深溝球滾動(dòng)軸承效率,;
——閉式圓柱齒輪效率(按8級(jí)精度),;
——開式加工圓柱齒輪效率(按8級(jí)精度),;
3.2.3各軸扭矩計(jì)算
第Ⅰ軸扭矩(輸入軸)
第Ⅱ軸扭矩(中間軸)
第Ⅲ軸扭矩(中間軸
第Ⅳ軸扭矩(輸出軸)
第Ⅴ軸扭矩(卷筒軸)
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速
輸出功率
輸出扭矩
傳動(dòng)比
Ⅰ(輸入軸)
970
14.3
140.8
1
Ⅱ(中間軸)
194
13.7
674.4
4.98
Ⅲ(中間軸)
48.5
13.2
2599.2
4.02
Ⅳ(輸出軸)
16.2
12.5
7368.8
3.02
Ⅴ(卷筒軸)
6.5
11.3
16602.3
2.5
表3.3各軸轉(zhuǎn)速、輸出功率、輸出扭矩表
3.3傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)校核
3.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)校核:
1)、選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.2選: 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)
大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式: (3.3)
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù):
查圖得:
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù):SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式 (3.4)
則:
許用彎曲應(yīng)力由式:
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7:
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則:
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí),按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí),小輪分度圓直徑d,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5:
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=21
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
傳動(dòng)比誤差Δu/u:合格
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù): 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3,=1
動(dòng)載荷系數(shù):由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由:β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù):由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù)=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù):查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(),=2.5
重合度系數(shù):由推薦值:0.85~0.92選=0.87
則:
齒輪模數(shù):
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑:
大齒輪分度圓直徑:
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
mm
圓周速度:
與故取v=4m/s相近
齒寬:
大輪齒寬: 小輪齒寬:
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
由式:
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪:=2.57 大齒輪:=2.21
應(yīng)力修正系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪: 大齒輪:
重合度:
=1.73
重合度系數(shù):
故:
<
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)校核:
1)、選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力
由表6.2選: 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式:
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù):
查圖得:
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù):SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則:
許用彎曲應(yīng)力由式:
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7:
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則:
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí),按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí),小輪分度圓直徑,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5:
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=25
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù): 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3,=1
動(dòng)載荷系數(shù):由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由:β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù):由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù):查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(),=2.5
重合度系數(shù):由推薦值:0.85~0.92選=0.87
則:
齒輪模數(shù):
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑:
大齒輪分度圓直徑:
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度:
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬: 小輪齒寬:
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
由式:
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪:=2.57 大齒輪:=2.21
應(yīng)力修正系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪: 大齒輪:
重合度:
=1.72
重合度系數(shù):
則:
<
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.3第三級(jí)齒輪傳動(dòng)校核:
1)、選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力
由表6.2選: 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式:
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù):
查圖得:
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù):SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則:
許用彎曲應(yīng)力由式:
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7:
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則:
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí),按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí),小輪分度圓直徑,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5:
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=25
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù): 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3,=1
動(dòng)載荷系數(shù):由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由:β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù):由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù):查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(),=2.5
重合度系數(shù):由推薦值:0.85~0.92選=0.87
則:
齒輪模數(shù):
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑:
大齒輪分度圓直徑:
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度:
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬:
小輪齒寬:
3) 、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
由式:
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪:=2.57 大齒輪:=2.21
應(yīng)力修正系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪: 大齒輪:
重合度:
=1.7
重合度系數(shù):
則:
<
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.4第四級(jí)齒輪傳動(dòng)校核
1)、選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力
由表6.2選: 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式:
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù):
查圖得:
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù):SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則:
許用彎曲應(yīng)力由式:
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7:
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則:
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí),按
Vt= (0.0130.022) ××
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí),小輪分度圓直徑,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5:
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置,取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=27
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù): 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3,=1
動(dòng)載荷系數(shù):由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由:β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù):由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù)=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù):查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(),=2.5
重合度系數(shù):由推薦值:0.85~0.92選=0.87
則:
齒輪模數(shù):
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑:
大齒輪分度圓直徑:
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度:
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬: 小輪齒寬:
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
由式:
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪:=2.57 大齒輪:=2.21
應(yīng)力修正系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪: 大齒輪:
重合度:
=1.7
重合度系數(shù):
則:
<
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求
3.3.5齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)
根據(jù)計(jì)算整理得到齒輪具體參數(shù)如下表:
表3.5 齒輪參數(shù)表
名稱
代號(hào)
1
2
3
4
5
6
7
8
齒數(shù)
21
105
25
101
25
76
27
68
模數(shù)()
4
5
7
10
分度圓直徑()
84
420
125
505
175
532
270
680
齒寬()
75
68
105
100
145
140
223
216
齒頂高()
4
5
7
10
齒根高()
5
6.25
8.75
12.5
全齒高()
9
11.25
15.75
22.5
齒頂圓直徑()
92
428
135
515
189
546
290
700
齒根圓直徑()
74
410
112.5
492.5
157.5
514.5
245
655
傳動(dòng)比
4.98
4.02
3.02
2.5
齒數(shù)比
5
4
3.04
2.52
中心距()
252
315
353.5
475
應(yīng)力角()
20
3.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸是卷揚(yáng)機(jī)中重要零件之一。其主要功能是支撐回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件,并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸通過軸承與卷筒或減速器箱體相聯(lián),裝在軸上的零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),形成了一個(gè)以軸為基礎(chǔ)的軸系部件。因此,在軸的設(shè)計(jì)中,不能只考慮軸本身,還必須計(jì)及軸系零(部)件對(duì)軸的影響。
設(shè)計(jì)軸時(shí),應(yīng)解決的主要問題有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩個(gè)方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求,合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下,軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。而對(duì)剛度較高的軸(如車床主軸)和受力大的細(xì)長軸,還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算,以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形。對(duì)高度運(yùn)轉(zhuǎn)的軸,還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算,以防發(fā)生共振而破壞。
3.4.1軸的材料選擇
卷揚(yáng)機(jī)中軸的材料應(yīng)具有足夠的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度,并具有一定的韌性、耐磨性和抗腐蝕性。選擇軸的材料時(shí)除首先滿足使用要求外,還要考慮軸材料的工藝性及經(jīng)濟(jì)性等。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價(jià)廉,對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低,可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,故而應(yīng)用廣泛,其中最常見的是45號(hào)鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此,在傳遞大動(dòng)力,并要求減小尺寸和重量,提高軸頸的耐磨性,以及處于高溫或低溫條件下工作的軸,常采用合金鋼。
在一般工作溫度先(低于200℃),碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多,因此不能單為提高軸的剛度而采用合金鋼。
合金鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀,且具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性,以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn),可用于制造外形復(fù)雜的軸。
綜合考慮使用工況,載荷分布及整體的經(jīng)濟(jì)性,軸全部采用45號(hào)鋼制成,并進(jìn)行調(diào)制處理。
卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮如下幾點(diǎn):
1) 便于起吊和安裝;
2) 卷筒軸的斷面變化不應(yīng)太劇烈,并要防止其他類型的、過大的應(yīng)力集中;
3) 卷筒軸的加工和熱處理需要嚴(yán)格遵守規(guī)程,并于機(jī)械加工前在軸頭切樣檢驗(yàn),此外還應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn);
4) 卷筒軸的材料選擇最常用的45號(hào)結(jié)構(gòu)鋼,并進(jìn)行調(diào)制和表面淬火處理。
牽引卷揚(yáng)機(jī)中共有各種軸6根,其中齒輪軸2根。卷筒軸為心軸,其余皆為轉(zhuǎn)軸。各軸的設(shè)計(jì)校核驗(yàn)算有許多相似之處,這里只詳細(xì)介紹承受較大載荷的減速器輸出軸和卷筒軸的設(shè)計(jì)和校核驗(yàn)算。
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)圖
1. 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,并加大3%以考慮階梯的影響,則
2)確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入,靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入,齒輪左側(cè)靠軸肩定位,齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3)確定軸各段軸的直徑及長度
段該段用于裝聯(lián)軸器,根據(jù)參數(shù)選取聯(lián)軸器型號(hào)為LX2彈性柱銷聯(lián)軸器,
段 軸間高度,孔倒角取3,,則,
段 該段將安裝深溝球軸承,據(jù),選用深溝球軸承6212,
段 該段為自由段,該段的直徑應(yīng)小于段而大于段,這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中;其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段 該段將安裝小齒輪,
段 該段同,選用深溝球軸承6212,
見圖3.1
圖3.2 中間軸2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2. 中間軸2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,并加大3%以考慮階梯的影響,則
2)確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入,靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入,齒輪左側(cè)靠軸肩定位,齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3)確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝深溝球軸承,據(jù),選用深溝球軸承6212,
段該段用于安裝大齒輪2,
段:該段為自由段,該段的直徑應(yīng)小于段而大于段,這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中;其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段該段將安裝小齒輪3,
段 該段同,選用深溝球軸承6212,
見圖3.2
圖3.3 中間軸3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3. 中間軸3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,并加大3%以考慮階梯的影響,則
2)確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入,靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入,齒輪左側(cè)靠軸肩定位,齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3)確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝深溝球軸承,據(jù),選用深溝球軸承6215,
段該段用于安裝大齒輪4,
段:該段為自由段,該段的直徑應(yīng)小于段而大于段,這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中;其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段該段將安裝小齒輪5,
段 該段同,選用深溝球軸承6215,
見圖3.3
圖3.4 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4. 中間軸4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,并加大3%以考慮階梯的影響,則
2)確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入,靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入,齒輪左側(cè)靠軸肩定位,齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3)確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝開式小齒輪,采用冷壓或熱壓裝配,傳遞的扭矩較大,故該段的直徑應(yīng)較大,該段的長度應(yīng)略小于開式小齒輪的齒寬,以便于開式小齒輪的拆裝。
段 該段將安裝軸端軸承透蓋,該段的表面質(zhì)量低于前一段,為簡化制造工藝,此段的直徑應(yīng)大于前一段,而且,該段有密封要求,根據(jù)選用的密封件的公稱直徑作為該段的直徑;該段的長度應(yīng)便于軸承透蓋的安裝,則,
段 該段將安裝深溝球軸承,據(jù),選用深溝球軸承6224,
段 該段為自由段,該段的直徑應(yīng)小于段而大于段,這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中;其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段 該段將安裝大齒輪6,
段 該段同,選用深溝球軸承6224,
見圖3.4
3.4.3軸的校核
1.計(jì)算各軸齒輪作用力
1)輸入軸
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
2)中間軸2
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
3)中間軸3
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
4)中間軸4
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
3.4.4軸的彎矩圖和扭矩圖
1.輸入軸
(1)求軸承支反力
H水平面:
V垂直面:
(2)齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面:
V垂直面:
(3)合成彎矩:
(4)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù),C處為危險(xiǎn)截面,其處當(dāng)量彎矩為:
軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得,由表8.7查得材料許用應(yīng)力,由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖:
輸入軸1校核圖
2.中間軸2
(1)求軸承支反力
H水平面:
=
=-0.07KN
=
=7.52KN
V垂直面:
=
=-0.02KN
=
=2.72KN
(2)齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面:
大齒輪處:
小齒輪處:
V垂直面:
大齒輪處:
小齒輪處:
(3)合成彎矩:
大齒輪處:
小齒輪處:
(4)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù),C處為危險(xiǎn)截面,其處當(dāng)量彎矩為:
大齒輪處:
小齒輪處:
由此可知,小齒輪處即剖面C處為危險(xiǎn)截面
軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得,由表8.7查得材料許用應(yīng)力,由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖:
中間軸2校核圖
3.中間軸3
(1)求軸承支反力
H水平面:
=
=0.85KN
=
=18KN
V垂直面:
=
=0.33KN
=
=6.6KN
(2)齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面:
大齒輪處:
小齒輪處:
V垂直面:
大齒輪處:
小齒輪處:
(3)合成彎矩:
大齒輪處:
小齒輪處:
(4)按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩,取折合系數(shù),C處為危險(xiǎn)截面,其處當(dāng)量彎矩為:
大齒輪處:
小齒輪處:
由此可知,小齒輪處即剖面C處為危險(xiǎn)截面
軸的材料為45Cr,調(diào)質(zhì)處理,查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得,由表8.7查得材料許用應(yīng)力,由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖:
中間軸3的校核圖
4.輸出軸4
(