电动葫芦传动装置（三级斜圆柱齿轮减速器）设计.docx

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1、1 设计要求 22 电动葫芦的总体方案与总体结构的设计 22.1 电动葫芦的总体方案设计 22.2 电动葫芦的总体结构设计 23 电动葫芦起升机构部件的设计 33.1 起升机构的工作分析 33.2 电动机的选择 43.3 滑轮组的选择 43.4 钢丝绳的选择和校核 43.4.1 钢丝绳的选择 43.4.2 计算钢丝绳所承受的最大静拉力 53.4.3 计算钢丝绳破断拉力 53.5 吊钩的设计 53.5.1 吊钩的选择 53.5.2 吊钩的尺寸设计 53.6 卷筒装置的设计 63.6.1 卷筒直径的确定 73.6.2 卷筒长度的确定 73.6.3 卷筒厚度的计算 74 同轴式三级齿轮传动减速器的设

2、计 74.1 确定传动装置的总传动比和分配转动比 84.1 确定传动装置的总传动比和分配转动比错误!未定义书签。4.2 计算各轴的转速和转矩和功率 84.3 传动零件的设计计算 94.3.1 第一轴齿轮的设计计算 94.3.2 第二轴齿轮的设计计算 134.3.3 第三轴齿轮的设计计算 164.3.4 总结 194.4 轴的设计 194.4.1 第一根轴的设计计算 194.4.2 第二根轴的设计计算 214.4.3 第三根轴的设计计算 225 中间轴的校核 235.1 求支反力 235.2 求弯距 235.3 总弯距的计算 246 运行机构及减速器外壳的选择 247 结束语 248 致 谢 2

3、4参考文献 251 设计要求本次设计的电动葫芦机械系统的根据现有普通电动葫芦的应用情况提出要求是：(1)四速电动葫芦的最大载重为4吨，起升高度为9米，起吊速度为8m/min。(2)工作条件：两班制，常温下连续工作；空载起动，工作载荷平稳，单向运转；三相交流电源，电压为380/220伏。电动葫芦设计寿命为10年。(3)通过电机的变速实现在一个电机带动下输出4种速度2 电动葫芦的总体方案与总体结构的设计2.1 电动葫芦的总体方案设计电动葫芦由起升机构和运行机构组成。起升机构包括吊钩、钢丝绳、滑轮组、电机、卷筒和加速器组成；运行机构为小车。(见图1)图1 电动葫芦总体结构简图电葫芦中间是钢丝绳卷筒，

4、用小车悬挂于工字钢制作的天车大梁上， 一端用法兰固定 一台能够制动的锥形转子电动机，用传动轴将动力传递到另一端的减速机。经过减速的动力传递给钢丝绳卷筒，带动吊钩起重。2.2 电动葫芦的总体结构设计电动葫芦起升机构的排列主要为电动机、减速器和卷筒装置3个部件。排列方式有平行轴和同轴两种方式排列形式，如图2所示a b图 2 起升机构部件排列图1电动机2减速器3卷筒装置这里优先选用b 方案，电机、减速器、卷筒布置较为合理。减速器的大齿轮和卷筒连 在一起，转距经大齿轮直接传给卷筒，使得卷筒只受弯距而不受扭距。其优点是机构紧凑， 传动稳定，安全系数高。减速器用斜齿轮传动，载荷方向不变和齿轮传动的脉动循环

5、，对 电动机产生一个除弹簧制动的轴向力以外的载荷制动轴向力。当斜齿轮倾斜角一定时，轴 向力大小与载荷成正比，起吊载荷越大，该轴向力也越大，产生的制动力矩也越大；反之 亦然。它可以减小制动弹簧的轴受力，制动瞬间的冲击减小，电动机轴受扭转的冲击也将减小，尤其表现在起吊轻载荷时，提高了电动机轴的安全性。图a 的结构电机与卷筒布置不再同一平面上通过减速器相连，使得减速器转距增大。3 电动葫芦起升机构部件的设计电动葫芦起升机构用来实现物料垂直升降，是任何起重机不可缺少的部分，因而是起 重机最主要、也是最基本的机构。起升机构的安全状态，是防止起重事故的关键，将直接 地关系到起重作业的安全。电动葫芦起升机构

6、包括：起升用锥形转子制动电动机、减速器、卷筒装置和吊钩装置等4个动力和传动部件。3.1 起升机构的工作分析电动机通过联轴器与中间轴连接，中间轴又通过花键连接与减速器的高速轴相连，减 速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。 当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放 出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化 为吊钩的垂直上下的直线运动。常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转；在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限位置限

7、制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。当吊载接近额定起重量时， 起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号， 一旦超过额定值及时切断 电源，使起升机构停止运行，以保证安全。3.2电动机的选择计算起升机构静功率而总起重量 Q=Q+Q=40000+0.0240000=40800N起升机构总效率 n0=n7n5n1=0.980.980.90=0.864故此电动机静功率按式 pk.P, 取系数Ke=0.90, 故 Pc=KeP0=0.906.29=5.66kW查表选择 ZD-41-4 锥形制动电动机，功率Pc=7.5kW, 转速 nje=1400r/min。3.3 滑轮组的选择钢丝绳一次绕过若

8、干定滑轮和动滑轮组成的滑轮组，可以达到省力或增速的目的。通 过滑轮可以改变钢丝绳的运动方向。平衡滑轮还可以均衡张力。四速电动葫芦选用的滑轮 组倍率由1查得m=2。 滑轮组效率Z=0.993.4 钢丝绳的选择和校核本次设计选用的钢丝绳依据其使用特点及重要性选用。钢丝绳强度高、自重轻、柔韧 性好、耐冲击，安全可靠。在正常情况下使用的钢丝绳不会发生突然破断，但可能会因为 承受的载荷超过其极限破断力而破坏。钢丝绳的破坏是有前兆的，总是从断丝开始，极少 发生整条绳的突然断裂。钢丝绳广泛应用在起重机上。钢丝绳的破坏会导致严重的后果，所以钢丝绳既是起重机械的重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节。3.

9、4.1 钢丝绳的选择钢丝绳是起重机械中最常用的构件之一，由于它具有强度高、自重轻、运动平稳、极少断裂等有点。根据现在的使用情况，由2查得钢丝绳型号选为6X37-15-1550-I- 右。3.4.2 计算钢丝绳所承受的最大静拉力钢丝绳所承受的最大静拉力(即钢丝绳分支的最大静拉力)为：式中：B-额定起升载荷，指所有起升质量的重力，包括允许起升的最大有效物品、取物 装置(如下滑轮组吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等)、悬挂挠性件以及其他在升 降中的设备的质量的重力；Z-绕上卷筒的钢丝绳分支数，单联滑轮组 Z=1, 双联滑轮组 Z=2;m-滑轮组倍率；7n- 滑轮组的机械效率。其中B=40800N,

10、m=2,7 =0.99所以钢丝绳所承受的最大静拉力mx =20606N3.4.3 计算钢丝绳破断拉力计算钢丝绳破断拉力为： Sp=nmx式中：n- 安全系数，根据机构工作级别查表确定， n=5.5;所以钢丝绳的破断拉力为p=113333N3.5 吊钩的设计吊钩在起重装置中属于取物装置，用于提取物料。既是起重机械的重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节3.5.1 吊钩的选择吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩。锻造吊钩又可分为单钩和双钩。单钩一般用于小起重量，双钩多用于较大的起重量。锻造吊钩材料采用优质低碳镇静钢或低碳合金钢，如20优质低碳钢、16Mn、20MnSi、36MnSi。这次设

11、计的是4吨的葫芦，属于小起重量，结合电葫芦的生产现状，选用锻造单钩。3.5.2吊钩的尺寸设计吊钩钩孔直径与起重能力有一定关系：单钩： D(3.03.5Q)钩身各部分尺寸(见图3)间的关系如下：S0.75DL0.5hL(22.5)h/D1.01.5图 3 锻造单钩计算得D=24 S=36 H=56 L1=175 L2=28因吊钩的选择是在参考常规设计的基础上进行设计的已满足设计要求，故在次不与校核。3.6卷筒装置的设计卷筒是用来卷绕钢丝绳的部件，它承载起升载荷，收放钢丝绳，实现取物装置的升降，是实现四速电动葫芦机械系统满足要求的装置。(见图4)图 4 卷筒装置3.6.1 卷筒直径的确定卷筒的直径

12、式卷筒集合尺寸中最关键的尺寸，其名义直径D 是指光面卷筒的卷筒外包直径尺寸，有槽卷筒取槽底直径，大小按下式确定。Dn hd式中D- 按钢丝绳中心计算的最小卷筒直径，mmh-与机构工作级别和钢丝绳有关的系数，查表为14.5d- 钢丝绳的直径，为20mm计算的Dm290mm, 按标准取D,=300mn卷筒转速3.6.2 卷筒长度的确定由2表8-1-53卷筒几何尺寸的计算：L=L+L+2L式中L-卷筒长度，4-卷筒上螺旋绳槽部分的长度，4-固定钢丝绳所需要的长度， L-卷筒两端多余部分的长度Lz3P,P绳槽节距， H- 最大起升高度，m-滑轮组 倍率，D|-卷筒的计算直径40=450mm, =52m

13、m,lz=20mm,L=532mm3.6.3 卷筒厚度的计算对于铸钢卷筒，=d 式中-卷筒壁厚， d- 钢丝绳直径所以=15mm4 同轴式三级齿轮传动减速器的设计电动葫芦减速器是起升机构中传动的重要组成部分，也是本次设计的重要部分，所以单独进行计算。设计电动葫芦传动装置采用同轴式三级斜齿圆柱齿轮减速器参考方案，其传动关系如图1所示。图1同轴式三级传动减速器示意图4.1 确定传动装置的总传动比和分配转动比 (1) 总传动比 (2)分配减速器的各级传动比：按同轴式布置。由21表15-1-3 三级圆柱齿轮减速器分配传动比。由图查的i=5.66,i.=3.5则低速级传动比4.2 计算各轴的转速和转矩和

14、功率(1) 各轴转速(2)各轴输入转矩Pa=7.5KWTi=TiJ=TiiTn=Ti7=Ti.Tm=TTiJ7s=Ti (3)各轴入输功率轮7动轴=49.285.660.990.99=27337N.M轮 =273373.50.990.99=91881 N.M=918814.030.990.99=368176N.PI=Pa.7=Pa. 轴=7.50.993=7.45KWPII=P1.M=P1=7.450.97=7.23KWPm=P=P.7 轮 动轴承=7.230.990.99=7.07KW4.3 传动零件的设计计算4.3.1 第一轴齿轮的设计计算(1) 选择齿轮材料：由131表10- 1选择齿轮

15、材料为40cr, 调质和表面淬火处理或氮化4855 HRC(2) 按齿面接触疲劳强度设计选择齿数取齿宽系数初选螺旋角初选载荷系数 转距 T弹性系数 ZE 确定变位系数X2=-0.38节点区域系数ZH重合度系数ZZ1=15, z=iizi=5.6615=85由4表14-1-79,选=0.8=8按齿轮非对称布置速度中等冲击载荷不大来选择Kt=1.6T1=5.0810N.mm由151表14-1-105 ZE=189.8 MPa%z=12 z=68 a=20 ham=hacos由14图14-1-4 查的 xi=0.38Xz=0 =8查4图14-1-16ZH=2.46纵向重合度端面重合度由4图14-1-

16、7查的重合度则a=0.70 E2=0.95E=(1+Xn)+(l-Xn)Ea=(1+0.38)0.70+(1-0.380.95=1.55由图14-1-19查得Z。=0.85螺旋角系数Zp=cos=cos8=0.995许用接触应力接触疲劳极限mim由14)图14-1-24查得大小齿轮的接触疲劳极限为Himl=oHim2=1160 MPa应力循环次数 N=60.ni.Lhn=60140016300=5.2910KHN2=1.14接触疲劳寿命系数由4图6.4-10查得KHN=1.08计算接触疲劳许用应力取失效概率为1% 安全系数 S=1则 (3)计算小齿轮分度圆直径 dit小齿轮分度圆直径验算圆周速

17、度 选择精度等级 根据圆周速度由56.4-19、6.4-20选择齿轮精度等级为7级(4)计算齿宽b 及模数 mntb=d=0.827.60=22.08mmh=h+hh=(hm+x)m,=(1cos+0.38)1.82=2.49h=(ham+cn-x)m=(1cos+0.25cos-0.38)1.82=1.56h=h+h,=2.49+1.56=4.05(5) 计算载荷系数 K使用系数 由4表14-1-81 KA=1.25动载系数 Kv 根据圆周速度 由14查图14-1-14 Kv=1.12齿间载荷分配系数K 根据 E,=E+Ep 由9图6.4-3查得K =K=1.20齿间载荷分配系数K 由14表

18、14-1-99齿轮装配时检验调整载荷系数K修正小齿轮直径d计算模数mnKw=1.05+0.26(1+0.6)+0.1610b=1.29K=KaKvKKp=1.251.121.201.29=2.17(6)按齿根弯曲疲劳强度设计计算载荷载荷系数K 由 Km=1.29 由B图10-13查得Kpp=1.27K=KaKvKKrg=1.251.121.201.27=2.14齿轮的弯曲疲劳强度极rE 由4图15-1-53查得pa=Opp=620MPa齿形系数Yra由当量齿数由4图14-1-47应力修正系数Ys由14图14-1-47Ya=2.78Y=1.56Ya=1.90Y=1.85重合度系数由4表14-1-

19、114查得 =arcos 1-(sin cos a,) = 1-(sin 8cos 20)cos= 1-(sin cos a,)= 0.9829=0.9914螺旋角系数Y 由H 图14-1-49根据 。查得Yp =0.98尺寸系数Y 由表14-1-119的公式 Yx=1.050.0Im,m 。0.07d,取h=5mm, 则轴环的直径dn-m=45mm。轴环宽度b1.4h, 取 Ln-m=6mm。齿轮的齿顶圆直径为48mm,则dm-v=48mm,dm-n=45mm; 轴环宽度b1.4h,取 Lvu=30mm.3)取安装齿轮处的轴段VVI 直径 dww=35mm, 右齿轮与右端滚动轴承之间采用套筒

20、进行轴向定位，取Ly-v=26mm.(4) 轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按dy-w由手册查得平键截面bh=10mm8mm(GB/T1096-1979), 键槽用键槽铣刀加工，长为22mm (标准键长见GB/T1096-1979), 同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮毂与轴的配合为 H7/n6; 滚动轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6.4.4.3 第三根轴的设计计算(1) 求作用载齿轮上的力因已知大齿轮的分度圆直径为d=270mmF=F,tan=6758xtan8634=973N(2) 初步估算轴的最小直径选择轴的材料 选轴的

21、材料为45钢，调质处理。由2根据表5-1-1查得=596MPa =295MPa由2根据表5-1-19,取A=110, 于是得(3)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1) 初步选择滚动轴承。因轴承只能承受径向载荷，因采用游动支撑故选用圆柱滚子 轴承。参照工作要求并依据最小值径dn=55mm, 故选用内圈有单挡边的NJ210E 系列，其尺寸为dDBF=55901864.5 。 则 Ln=18mm。2)左端齿轮与左端轴承之间采用轴肩定位。轴肩高度h0.07d,取h=4mm, 则轴环 的直径dm=63mm 。 轴环宽度b1.4h, 取Lm=8mm。安装左端齿轮的直径为65mm, 则dmv=60m

22、m, 因为齿轮轮毂宽度为60mm, 则 Lmv=45。 齿轮的左边采用轴肩进行定 位，轴肩高度h0.07d,取 h=4mm,则轴环的直径 dxy=63mm。轴环宽度 b1.4h, 为防止低速轴大齿轮与中间轴发生干取 Lwy=24mm.3)取安装齿轮处的轴段VVI 直径 dw-w=55mm, 右齿轮与右端滚动轴承之间采用套 筒进行轴向定位。已知齿轮轮毂的宽度40mm, 为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段 应略短于轮毂宽度，故取 Lvv=38mm, 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，轴肩高度 h0.07d,取 h=8mm, 则轴环的直径 dx-v=39mm。轴环宽度 b1.4h,为防止齿轮之间

23、发生干涉取Lvu=35mm.4) 因右端轴采用固定支撑需用滚动轴承，根据dyy=39mm, 则选择 dmm=35mm。因轴承主要承受径向载荷也可承受小的轴向载荷，故选用深沟球轴承。参照工作要求并依据值径 dtn=35mm, 故选用单列深沟球轴承6407系列，其尺寸为dDB=3510025。(4) 轴上零件的周向定位，齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按 dyv由手册查 得平键截面bh=16mm10mm(GB/T1096-1979), 键槽用键槽铣刀加工，长为36mm ( 标 准键长见GB/T1096-1979), 同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮毂与 轴的配合为 H7/n6;

24、 滚动轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，滚动轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6.5 中间轴的校核5.1 求支反力F(L+L)-FL=0FNm+F-F=0Fn=F-F=3182-159942N=1538585.2 求弯距M=FL=159942120N=1919304NFw(L+L)+M-FL=0Fw(L+L)+M+F,L=0Mu=FwL=4951347.5N=2351858NMv=FwL=4951325.5N=1262582N5.3 总弯距的计算M=M+Mu= 1919304+2351858N=19336598NM=M+Mu= 1919304+1262582N

25、=19234524N前已选定轴的材料为45钢，由根据表5-1-1查得l.=60MPa。因此“ o,故安全。6 运行机构及减速器外壳的选择运行机构主要为小车(见图6),在此次设计中不作为重点，运行小车的电机和减速器均采用现有的成品，在此不在单独设计。图 6 电动小车四速电动葫芦减速器外壳同常规的单、双速电动葫芦减速器外壳相似，在此借用不单独设计。7 结 束 语本次研究的用于中载小吨位的电动葫芦具有以下特点：(1) 三速电动葫芦运行速度比市场现有的电动葫芦更能满足用户的需求。(2) 吊具具有很大的质量和很高的势能，被搬运的物料范围广泛。(3) 起重作业范围大，电动葫芦和桥式起重机组成多种运动。速度

26、多变的可传动零件，形成起重机械的危险点多且分散的特点，使危险的影响范围加大。(4) 设计还有很多不足，比如在校核上还不精确等。8 致谢本课题是在指导老师的悉心指导下完成的。在整个研究过程中，指导老师具有严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益匪浅，在次衷心感谢老师对我的关心指导和帮助。参考文献1黄大巍，李风，毛文杰.现代起重机械M. 北京：化学工业出版社，20062成大先.机械设计手册(第一册)M.北京：化学工业出版社，20063濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，20054成大先.机械设计手册(第二册)M. 北京：化学工业出版社，20065陈榕林.机械设计应用手

27、册M.北京科学技术文献出版社，19956陈道南.起重运输机械J. 北京：冶金工业出版社,19887宵立群.新一轮起重机竞争从电动葫芦开始J.起重运输机械，2006,(04)8陈等云.电动葫芦的换代设计J.起重运输机械，20049李伟，李瑞华， .起重机智能控制的发展现状与思考J.煤矿机械, 200610陈等云.电动葫芦起升级构模块化设计J.起重运输机械J.200311徐晓松，谢维达.异步电动机泵控软起动器的软停控制 D. 北京：中国电力出版社，1999 12Hindhedal,Uffe.Machine Design FundamentalsA Practical Approach.New York:wiley,198313Rajput R K.Element of Machanic