机械毕业设计（论文）-JK型建筑卷扬机设计【全套图纸】.pdf

i 毕业设计(论文) jk 型建筑卷扬机设计型建筑卷扬机设计 the design of jk structural windlass 学 生 姓 名 学 院 名 称 机 电 工 程 学 院 专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 指 导 教 师 ii 目 录 第 1 章 绪论 . 7 11 建筑卷扬机的发展状况 7 111 建筑卷扬机的应用 . 7 112 建筑卷扬机的发展概况 . 7 113 国外卷扬机的概况 . 7 12 建筑卷扬机的主要类型 8 第 2 章 卷扬机的基本结构设计 . 11 21 本设计的总体确定 11 22 卷扬机的总体结构设计 11 第 3 章 钢丝绳的选择和卷筒的设计 . 12 31 钢丝绳的选择 12 311 钢丝绳的种类和构造 . 12 312 钢丝绳直径的选择 . 12 32 卷筒的设计 13 321 卷筒的材料 . 13 322 卷筒容绳尺寸计算 . 13 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 15 33 卷筒轴的设计 16 第章 减速器的设计 . 21 电动机的选择 . 21 选择电动机类型和机构形式 21 功率的计算 21 413 电动机功率的选择 . 21 42 确定传动装置的总传动比和分配传动比 22 421 总传动比 . 23 4分配减速器的各级传动比 23 计算传动装置的运动和动力参数 . 23 各轴转速 24 各轴的输入功率 24 433 各轴的输入转矩 24 44 减速器的结构设计 25 传动零件的设计计算 . 25 4.第一级齿轮传动的设计 25 第二级齿轮传动的设计 28 4.5.3 齿轮轴的校核 . 30 4.5.4 滚动轴承的选择计算 34 标准件表 . 36 第 5 章 其他零件的设计 . 37 iii 5.1 制动器的分类、特点及其选择 37 52 制动器的设计计算 38 52制动器制动力矩的确定 38 2制动器的发热计算 39 53 联轴器的设计 40 531 联轴器转矩的计算 . 40 第六章 排绳器的设计 . 42 第七章 建筑卷扬机使用与维护简介 . 43 7.1 建筑卷扬机使用 43 7.1.1 建筑卷扬机的安装与调试 43 7.1.2 建筑卷扬机一般操作规程 43 7.2 建筑卷扬机的维护与安全技术 44 7.2.1 建筑卷扬机的维护 44 7.2.2 建筑卷扬机的安全技术 45 结论 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 48 附录 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 1 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附录 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 全套图纸。加全套图纸。加 153893706 iv 摘 要 随着人类文明发展，建筑工作愈来愈频繁，古老的起重装置已不能满足现代话作业的 需要，大型塔吊和汽吊又有其相对的局限性，于是卷扬机以起灵活方便，成本相对小等特 点孕育而生了。 建筑卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操 作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于诸多工作中。提升重物是其主要 功能提升重物。本课题简要介绍了建筑卷扬机的结构和特点，给出了建筑卷扬机的设计， 并对卷筒的设计要点进行了说明。本课题重点在于一控制方便和节省资源为主要设计特点 对建筑卷扬机制动和传动部分进行了设计和校核。 本课题主要设计齿轮和轴还有卷筒的结构尺寸，确定了齿轮传动的各主要参数,对驱 动机构中的各部件进行了选型,设计,校核。 关键词关键词 卷扬机； 减速器； 轴； 齿轮； 设计 v abstract along with the development of human civilization, construction work have bec - ome more and more frequent ,lifting the ancient device has been unable to meet the mo- dern needs of the operation so large tower crane hoists and steam has its limitations relative ,so hoist to take flexible, cost is relatively small and breed characteristics of health. winch is a construction lifting equipment, the structure is simple, flexible hand- ling installation, maintenance is simple and convenient to operate, low price and high relia bility, which is widely used in many work .upgrade heavy its main function is to upgrade heavy loads. this paper describes the construction hoist the structure and ch - aracteristics of a given construction hoist the design, reel also the design features a summary statement. this paper focus is a convenient control and save resources as the main design features of the construction hoist the part of the design and verification . the design of the main gear and shaft design still reel size of the structure to de- termine the gear transmission of the main parameters, to drive the various components of the selection, design and verification. keywords windlass shaft gear reducer design vi 徐州工程学院毕业设计（论文） 7 第 1 章 绪论 11 建筑卷扬机的发展状况 111 建筑卷扬机的应用 建筑卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操 作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢 筋、设备安装等工作中。 提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的。 虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的工作。如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的 提升工作。由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，也需卷扬机做辅助 提升用。建筑卷扬机还用于林业的集材工作。建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的物料提升和 打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以不仅用于建筑业，而且在冶金，化工， 水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。 112 建筑卷扬机的发展概况 我国在古代就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产效率。 我国由于旧中国工业落后。使用的卷扬机均为国外生产，至 50 年代我国的卷扬机生产才 开始的。从 70 年代起，我国卷扬机的生产才进入了技术提高，品种增加的新阶段。 从 70 年代末期开始，中国实行改革开放政策国民经济大力发展，基本建设任务增多 许多，促使卷扬机的大量生产。生产厂家也逐渐增多。至今卷扬机的生产与设计已较为成 熟，现如今卷扬机的品种繁多和使用较广泛。虽然现在的工业水平先进机械化程度不断提 高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机的行之有效的机械设备。 113 国外卷扬机的概况 在国外，卷扬机的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中，虽然工业水 平先进，机械化程度不断提高，起重设备也不断更新，但仍不能淘汰这样的行之有效的简 单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。 （一）美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（beebe）国际有限公司，哲恩（thern） 有限公司等。 贝波国际有限公司是美国较大的生产起重设备的公司，主要产品有各种手动卷扬机， 电动卷扬机，提升机械及起重机。手动卷扬机重要品种有蜗杆传动系列，直齿圆柱齿轮系 列，齿轮蜗杆传动组合系列，直接驱动系列，链传动系列。其中直间驱动式电动卷扬机的 传动是全封闭行星齿轮传动，传动系列全部全部安装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢 焊接而成。 徐州工程学院毕业设计（论文） 8 （二）日本 日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计，19701975 年间卷扬机的产量增加 62.5%.据日本通产省机械核计月报载,接年单纯土卷扬机的产量就 达 12 万台,生产值约 100 亿日元。 日本卷扬机行业由机械技术部会,荷役机械技术委员会领导.主要生产厂家有北川铁 工所,远藤钢机,南星,越野总业,松岗产业等 80 多个产业。 （三）法国 法国生产卷扬机的厂家很多,其中包藤(potain)公司就是生产卷扬机的主要国家之 一。包藤公司主要生产 kusw 系列卷扬机，lmd 系列卷扬机，pc 系列卷扬机和 rcs 系列卷 扬机。 （四）国外卷扬机的发展趋势 1大型化 由于基础工业的发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了 大型卷扬机的发展。目前，俄罗斯已生产了 60t 的卷扬机，日本生产了 32t,50t,60t 液压 和气动卷扬机，美国生产了 136t 和 270t 卷扬机。 2采用先进电子技术 为了实现自动控制和遥控，国外采用了先进的电子技术。 对大型卷扬机安装了电器连锁装置，以保证绝对的安全可靠。 3发展手提式卷扬机 为了提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外发展小型 手提式卷扬机，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机。 4大力发展不带电源装置的卷扬机 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力 的卷扬机。此种卷扬机结构简单，有一个卷筒和一个变速箱即可。 12 建筑卷扬机的主要类型 建筑卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同的使用条件，建筑卷扬机亦制造成各 种不同机型的产品。机型的分类方法很多，目前可以按下述方法分类。 121 按钢丝绳额定拉力f分 按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按 gb195588建筑卷扬机中规 定为 5、7.5 、10 、12.5、 16 、20 、25、 32 、50 、80 、120 、160 、200 、320 、 500kn 共 15 级。此参数为建筑卷扬机的主要参数。 122 按钢丝绳额定速度v分 钢丝绳在基准层上的出绳速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳的速度可 分为： 1慢速卷扬机 绳速 min 159 m v =； 2中速卷扬机 绳速 min 3015 m v =； 3快速卷扬机 绳速 min 4530 m v =； 徐州工程学院毕业设计（论文） 9 4高速卷扬机 绳速 min 45mv ； 为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其变速可调，有双速、三速和多速几种类型。 123 按卷筒数目分 一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分为 单筒卷扬机、双筒卷扬机、和多筒卷扬机三大类。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机， 其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大都是辅助用卷筒，卷筒相对要小些。 124 按动力源分 由于工作环境不同，所用的动力源亦不同。 1手动卷扬机 用于无动力来源地区的小型卷扬机； 2电动卷扬机 大多数卷扬机皆属于此类； 3内燃机卷扬机 用于无电源的地方； 4气动卷扬机 用于不能使用电源的地方； 5液压卷扬机 与其他设备配合使用而有液压源的场合。 125 按传动形式分 1开式齿轮传动 最早的形式。目前主要用于手动卷扬机； 2闭式圆柱齿轮传动 主要为为快速单筒卷扬机，应用广泛。 3圆锥圆柱齿轮传动减速器 4蜗杆传动减速器 5圆柱齿轮减少速器加开式齿轮传动 6蜗杆减速器加开式齿轮传动 7行星齿轮传动 126 按控制方法分 1手控卷扬机 由人工操作纵闸把控制卷扬机提升或下放重物。 2电控卷扬机 用电控制磁铁制动器使卷扬机工作。 3液控卷扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。 4气控卷扬机 5自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。 127 按用途分 卷扬机由于其用途不同，使其条件的差异，其结构设计上也有差异。 (1)提升重物 要求有一定的速度， 以利于提高生产率， 并要求高的安全性， 以防坠落。 (2) 设 备 安 装 一 般 设 备 的 质 量 较 大 ， 则 要 求 卷 扬 机 具 有 较 大 的 提 升 能 力；以保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更 徐州工程学院毕业设计（论文） 10 高。 (3)曳引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品前后运动，则要 求卷扬机的卷筒正反转均能工作。 (4)打桩 要求卷扬机把重物提升到一定的高度后，能使重物成自由落体 下降，实 现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放功能。 建筑卷扬机虽然可以分很多种类， 实际上由于应用情况的复杂， 很难把他们绝对分清， 而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚， 而是要求高的来设计。这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。 徐州工程学院毕业设计（论文） 11 第 2 章 卷扬机的基本结构设计 建筑卷扬机由于应用广泛，为适应各种不同使用条件，建筑卷扬机亦制造各种不同的 机型的产品。 21 本设计的总体确定 本卷扬机设计的主要参数： （1）钢丝绳的拉力knfn30= （2）钢丝绳的速度31 min m v = 由于钢丝绳的速度 s m v31=，由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为快速卷扬机。 按动力源分该卷扬机设计为电动卷扬机。 按传动形式分该卷扬机设计为二级圆柱齿轮减速器。 按控制方法分该卷扬机设计为电控卷扬机（用电钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作） 。 22 卷扬机的总体结构设计 由于卷扬机是二级圆柱斜齿轮减速器传动卷扬机 故简易图如下图（图 2- 1） 123 4 5 图 2- 1 传动装置简图 1.电动机 2.联轴器 3.减速器 4.制动器 5.卷筒 徐州工程学院毕业设计（论文） 12 第 3 章 钢丝绳的选择和卷筒的设计 建筑卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所所应力十分复杂，加之对外 界影响因素比较敏感，一旦失败，后果十分严重。因此，应特别重视选择与使用。 31 钢丝绳的选择 311 钢丝绳的种类和构造 钢丝绳是由许多高强度刚上编绕而成，可单捻、也可双捻成行。绳芯采用天然纤维芯 （nf） 、合成纤维芯（sf） 、金属纤维芯（iwr）和金属丝股芯（iws） 。 纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性，缠绕时弯曲应力较小。但不能承受横向压力；金 属丝芯钢丝绳强度较高，能承受高温和横向压力，但扰性较差。建筑卷扬机系多层缠 绕，更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳。 钢丝绳的种类， 根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分： （1） 顺捻钢丝绳 、 （2） 交捻钢丝绳。 因为交捻钢丝绳在卷扬机设计中应优先考虑，故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制金 属丝芯钢丝绳。 312 钢丝绳直径的选择 钢丝绳的安全系数按下式计算： n f s n e p gs = 式（3.1） 式中 p s 整条钢丝绳的破短拉力（n） e f钢丝绳的额定拉力 n 卷扬机工作级别规定的最小安全系数 机械手册查表得卷扬机的工作级别为 a6，则选取安全系数 n=6 ns e fp 300 p skn 钢丝绳不应小于下式计算的最小值： scd= min mmd 4 . 18301036 . 0 min = 式（3.2） 式中s钢丝绳的最大工作拉力（kn） 徐州工程学院毕业设计（论文） 13 c钢丝绳的选取系数，经查表c=0.1036 机械手册查表得 d=19(mm),钢丝绳的抗拉强度为 1770mpa，使用双捻制金属丝芯钢丝绳。 32 卷筒的设计 建筑卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为卷扬机的重要零件， 对卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应合理的进行设计。 321 卷筒的材料 由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取 材料 q235 极限应力mpa b 3 .449=s、mpa s 5 .267=s 322 卷筒容绳尺寸计算 卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。 a) 卷筒节径d 卷筒节径d 应满足下式 dkd e 式（3.3） 式中 e k筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得19= e k d钢丝绳直径（mm） 则3611919=d 取mmd361= mmddd34219361 0 =-=-= b) 卷筒容绳宽度 t b 卷筒容绳宽度 t b，一般可以由下式确定 0 3dbt 式(3.4) 式中 0 d卷筒直径（mm） 则3613 t b 取mmbt600= c) 卷筒边缘直径 k d 卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算 ddd sk 4+ 式(3.5) 式中 s d最外层钢丝绳直径，由下式确定() 0 21 s ddsd=+- s钢丝绳缠绕层数 徐州工程学院毕业设计（论文） 14 则4754 19551 k d + = 取mmd k 600= d) 缠绕层数s 缠绕层数s按下式计算 d mdd s kk 2 2 0 - 式(3.6) 式中 k m为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm） 计算得mmdm k 382192= 则 79.4 192 382342600 - s 取4=s e) 卷筒容绳量l 卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时， 达到规定的缠绕层数所能容纳 的钢丝绳工作长度的最大值 卷筒容绳量按下式计算 第i层钢丝绳绳芯直径为 ()dsdd ii 12 0 -+= 式(3.7) 式中的 i s第i层，1 2 3is=l、 、。 则 ()mmd3611912342 1 =-+= ()23424119399dmm=+-= () 3 3426119437dmm=+-= () 4 3428119475dmm=+-= 第i层钢丝绳长度为 () 3 0 (1)2110 iti lb ddsdp - =-+- 式(3.8) () 3 2 (600 191) 34241191038.3111lmp - =-+-= () 3 3 (600 191) 34261191041.9598lmp - =-+-= () 3 4 (600 191) 34281191045.6085lmp - =-+-= 卷筒容绳量为 12i llll=+l 式(3.9) 徐州工程学院毕业设计（论文） 15 34.662538.311141.959845.6085l =+ 160.5419lm= 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 a)多层缠绕系数 s a的确定 多层缠绕系数 s a的理论计算: () () () - + - + + + - =1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 s s s s a l l l 式(3.10) 式中s钢丝绳的缠绕层数 d l et fe = 式(3.11) 18 0 = d d e 式(3.12) 2 0 ed fe =h 式(3.13) 其中t钢丝绳的缠绕节距 1.0119.19tdmm= d卷筒壁厚)(mm 0 d卷筒直径)(mm 0 342dmm= d钢丝绳直径)(mm 19dmm= e钢丝绳纵向弹性模量)(mpa 100egpa= e钢丝绳横向弹性模量)(mpa 600empa= e卷筒材料的弹性模量)(mpa 120egpa= f钢丝绳的断面积)( 2 mm 则1.55 s a = b)卷筒的厚度设计 卷筒厚度为 e s c f a t d s 式(3.14) 式中 e f钢丝绳的额定拉力)(n 徐州工程学院毕业设计（论文） 16 c s 建筑卷扬机设计查得138 c mpas = 则 30000 1.15 19.19 138 d 14mmd= c) 卷筒壁的强度计算 e csc f a t ss d = 式(3.15) 30000 1.15128.4 19.19 14 c mpas = 经强度计算较合适无需调整。 33 卷筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的的安全，可靠性非常重要，因此十分重视卷筒轴的结 构设计和强度，刚性计算。卷筒轴的结构，应力求简单，合理，应力集中应尽可能小。卷 筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；次外，对较长的轴还需校核轴的刚度。 在卷筒轴的设计上轴的材料采用45钢，调质处理 由机械设计手册查得 650 b mpas = 360 s mpas = 1 300mpas - = 0650 b mpas= 已知钢丝绳的额定拉力为30 e fkn=，卷筒的直径 0 342dmm=，钢丝绳的直径 19dmm= 轴径的估算： 6 3 3 9.55 10 0.2 t pp dc nnt = 式中：c与轴材料有关的系数； p轴传递的功率； n轴的转速 3 15.99 11291.9 28.89 dmm= 徐州工程学院毕业设计（论文） 17 扭 距 合 成 弯 距 平 面 平 面 当 量 弯 矩 图 2- 1 卷筒轴受力分析 徐州工程学院毕业设计（论文） 18 a) 作用力的计算 () 0 2 50342 19 22 31.7() 342 e ta dd f fkn d + + = 31.7() rata ffkn= 将轴上的所有的作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，如图(2-1)所示： b) 垂直面支承反力及弯矩 支反力，见图(2-1) ()49090 21.3() 580 et dv ff rkn - = 49090 22() 580 te cv ff rkn - = 弯矩，见图（2-1） 9090 21.31917() aycy mrkn mm= 9090 221980() bydy mrkn mm= c) 水平面支承反力及弯矩 支反力，见图(2-1) 90 4.8() 580 r dzcz f rrkn= 弯矩计算,见图(2-1) 9090 4.8432() azbzch mmrkn mm= d) 合成弯矩,见图(2-1) 2222 19174321965.1() aayaz mmmkn mm=+= 2222 19174322026.6() bbybz mmmkn mm=+= f) 应力校核系数 - 1 0 300 0.46 650 b s a s = 当量转矩 0 .4 65 4 1 52 4 9 0 .9.tn m ma= 当量弯矩 徐州工程学院毕业设计（论文） 19 2222 1 ()1965.12490.93172.73.mmtk n m ma=+=+= 2222 2 ()2 0 2 6 .62 4 9 0 .9 3 2 1 1 .1 8 mmt k nm m a=+=+ = 校核轴径 3 1 3 3 1 1 3472.7310 37.7 0.16500.1 m d s- = 3 2 3 3 2 1 3211.18 10 36.7 0.16500.1 m d s- = 经校核较合适无需调整。 g)轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既 edd fkf= 式(3.16) 式中 d f钢丝绳的当量拉力)(n d k当量拉力系数，由建筑卷扬机设计查得1.75 d k = 1.75 3154.25 d fkn= 平均应力 m s和应力幅 2 b am s ss= 33 1.75 2026.6 394.6 0.10.1 90 db b b km mpa d s - = 394.06 197.03 22 b am mpa s ss= 疲劳强度计算安全系数 1 300 0.51 1.88 197.030.34197.03 0.780.92 am s k s s s s s sj s eb - = + = + 由机械手册查得 s k应力集中系数 1.88ks= b表面状态系数 0.92b= s e绝对尺寸系数 0.78 s e = s j等效系数 0.34 s j = 一般轴的疲劳强度安全系数 1.51.8s =，经校核轴的强度够用。 徐州工程学院毕业设计（论文） 20 h)轴强度校核计算 卷筒轴的静强度计算，需要用静强度计算拉力，可按下式求得： ej ff=j max 式(3.17) 式中 maxj f静强度计算最大拉力)(n j 动载系数，有建筑卷扬机设计查得1.35j= 静强度计算安全系数 2 360 1.35 2711.8 0.1 55 1.64 s s b s m w s s j = = 当0.6 s b s s 时，1.2 1.4 s s=，所以经校核轴的强度足够。 徐州工程学院毕业设计（论文） 21 第章 减速器的设计 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮蜗轮传动所组合的 独立部件，常在动力机与工作机之间为减速的传动装置；在少数情况下也用作增速的传动 装置减速器由于结构紧凑，效率教高，传递运动正确可靠，使用维修简单，并可成批生 产，故在现代机械中应用最光减速器类型很多，有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器， 蜗杆减速器等 最常用的卷扬机主减速器有蜗杆减速器或一级和二级齿轮减速器由于考虑到所传递 的功率和传动比在本卷扬机设计课题中采用的是二级圆柱齿轮减速器 电动机的选择 选择电动机类型和机构形式 电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品机械设计中需要根据工作机 的工作情况和运动，动力参数，合理选择电动机类型，结构形式，传递的功率和转速，确 定电动机的型号 电动机有交流电动机和直流电动机之分，工业上采用交流电动机交流电动机有异步 电动机和同步电动机两类，异步电动机又分笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动 机应用最广泛如无特殊需要，一般忧先选用型笼型三相异步电动机，因其具有高效， 节能，噪音小，振动小，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于 无特殊要求的各种机械设备 建筑卷扬机属于非连续工作机械，而且启动，制动频繁多数情况下选用（绕 线转子）电动机在本设计中选择电动机为系列的三相绕线型电动机 功率的计算 电动机的功率选择是否合适将直间影响到电动机的工作性能和经济性能。如果选用额 定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚至使电动机长期过载过 早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功率，则电动机的价格高，功率未得到充 分的利用。从而增加电能的消耗，造成浪费。 413 电动机功率的选择 (1) 建筑卷扬机电动机的功率按所需的静功率计算， 静功率 （单位： kw） 计算公式为： h w p d p= 式（4.1） 徐州工程学院毕业设计（论文） 22 式中 w p工作机所需工作效率。 h由电动机到工作机的总效率。 工作机所需工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得： 1000 300000.51 18 10000.8501 ww w fv w pkw h = 式（4.2） 式中 w f工作机的阻力（n） 。 w v工作机的线速度（m/s） 。 w h工作机的效率。 其中 34 12 0.8501 34 w hh h hh= = 1 h、 2 h、 3 h、 4 h分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。 取 1 h=0.99， 2 h=0.96， 3 h=0.97（齿轮的精度为 8 级） ， 4 h=0.98（滚动轴承）。 (2) 确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为 60 100060 10000.51 28.87 min 3.14342 v r n dp = 式（4.3） 经查表：二级圆拄齿轮减速器的传动比8=i40，故电动机的转速的可选范围为： min 8 .113992.22749.28)408( r nin ad = 式（4.4） 根据工况和计算所选电动机为: 表 4-1 电动机参数 型号 额定功率(kw) 转速 r/min yzr200l 22 960 42 确定传动装置的总传动比和分配传动比 徐州工程学院毕业设计（论文） 23 1轴2轴 3轴 图 4-1 减速器简图 421 总传动比 由电动机的转速和工作机的主动轴的转速，可得到传动装置的总传动比为 n n i m a = 式（4.5） 式中 m n电动机的转速 n卷筒的主轴转速 960 min 33.25 28.87 min m a r n i r n = 总传动比为各级传动比 n iiii ll210 、的乘积，既 10 iiia= 式（4.6） 4分配减速器的各级传动比 使减速器高速轴不至于过大初步取 0 5.25i = 则 0 33.25 6.3 5.25 a i i i = 计算传动装置的运动和动力参数 为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率） 如将传动装置各 轴由高速至低速依次定为 1、2、3、4 轴。 l 0201 ii 、相邻两轴间传动比 0102 hh l、 相邻两轴间传动效率 徐州工程学院毕业设计（论文） 24 0102 tt l、轴的输入功率（） 0102 pp l、 各轴之间的输入转矩（） 0102 nn l、 各轴的转速（r/min） 则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和参数 各轴转速 1 轴 1 960 /minnr= 2 轴 1 2 1 960 192 /min 5 n nr i = 3 轴 2 3 2 192 28.87 /min 6.65 n nr i = 各轴的输入功率 1 轴4 轴的输入功率： 1 轴 11 18.62 0.9718.0614 d ppkwh= = 2 轴 2123 18.0614 0.98 0.9917.52ppkwh h= = 3 轴 3223 17.52 0.990.9816.99ppkwh h= = 4 轴 4323 16.99 0.97 0.9715.99ppkwh h= = 式中 d p 电动机的出功率（kw） 1 h 联轴器的传动效率 1 0.99h= 2 h 轴承的传动效率 2 0.98h = 3 h 齿轮的传动效率 3 0.97h = 同一根轴的输出功率与输入功率的数值不同，需要精确计算时取不同的数值。 433 各轴的输入转矩 电动机的输出转矩： d p18.62 95509550185.23 . 960 d m tn m n = 式（4-7） 1 轴4 轴的输入转矩： 101 185.23 1 0.97179.67. d ttin mh= = 徐州工程学院毕业设计（论文） 25 21112 197.67 6.65 0.99 0.981275.33 .tt in mh= 32223 1275.33 5 0.99 0.986186.64.tt in mh= = 43334 6186.64 0.99 0.975941.03 .tt in mh= 运动和动力参数计算结果整理于下表 表 4-2 减速器运动和动力参数 轴名 效率 p（kw） 转矩 t（n.m） 转 速n （r/min） 传动比 效率h 输入 输出 输入 输出 电 动 机 轴 18.62 185.23 960 1 0.97 1 轴 18.06 17.88 179.67 177.97 960 6.65 0.97 2 轴 17.52 17.34 1211.49 1199.37 200.84 5 0.97 3 轴 16.99 16.82 5618.38 5562.19 28.89 1 0.96 卷筒轴 15.99 15.83 5286.33 5233.47 28.89 44 减速器的结构设计 减速器的机体是用于支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好的润 滑和密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的 50%。因此，机体结构对减速器的工作 性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。 机体材料采用灰铁（ht150 或 ht200）制造。 传动零件的设计计算 传动装置包括各种类型的零件，其中决定其工作性能，结构简单和尺寸大小的主要是 传动零件。支撑零件和联接零件都是要根据零件的要求来设计，因此一般应先设计计算传 动零件，确定其尺寸，参数，材料和结构。为了使设计减速器时的原始条件比较准确，应 该先设计减速器外的传动零件，如联轴器等。 4.第一级齿轮传动的设计 (1)材料的选择 徐州工程学院毕业设计（论文） 26 应传动尺寸和批量较小,故小齿轮选择 40cr，调质处理,硬度为 241hb286hb,平 均值为 260hb,大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度为 229hb286gb,平均取为 240hb (2)轮传动的计算 转矩 mn n p t m d .k85.218 960 22 95509550 1 = 式（.8） 齿宽系数 d f由机械手册查表得0.6 1.2 d f= 接触疲劳极限 limh s由机械手册查表得mpa h 500 lim =s 初步计算的许用接触应力mpa hh 4509 . 0 lim =ss k为综合系数由机械手册查表得5 . 2=k 3)初步计算小齿轮分度圆直径 mmd u ukt d h d 71.102 7 17 4508 . 0 85.2185 . 2 719 1 719 1 3 2 3 lim 2 1 1 + = + f s 式(4.9) 取 1 105dmm= 初步取齿宽 11 0.8 10584 d bdmm=f = 圆整为185b = 4) 校核计算 a)确定中心距 : ()() 1 11 105 11 5315 22 d aimm +=+= 式(4.10) b)圆周速度: 11 2 105960 5.28/ 60 100060 1000 d n vm s pp = 式(4.11) c)计算齿数 21 zz 、 和模数 1 m和螺旋角 1 b 1.初选 。 、 020 11 b=z 则 211 5.2520105ziz= = 模数 11 1 12 2cos2315cos 0 4.9 20105 a m zz b = + 。 则取标准模数5 1 =m 则 . 11 12 1 2cos2 315 cos 0 124.1 5 a zz m b += 。 取124 21 =+zz 徐州工程学院毕业设计（论文） 27 所以 12 1 1 124 19.54 115.25 zz z i + = + 取 1 20z = 则 2z取 105 齿数比25.5 20 105 1 2 = z z 与1 5.25i = 的要求相比误差率0%,10520 21 =zz、可 用. 2.螺旋角的计算 11 112 1 1 ()5 (20 105) coscos10.2 22 315 m zz a b - + = 。 式(4.12) d)齿轮的传动的载荷计算 1工作载荷 n d t ft3501 6.101 17786922 1 1 1 = = 式（4.13） 1 21 1 cos 11 2.388.1be +-= zz a 式（4.14） 66.12.10cos 104 1 20 1 2.388.1= +-= 。 齿向载荷分布系数 bh k由机械设计手册查得取 2 3 1 1 10 h b kabcb d b - =+ 式（4.15） 23 1.17 0.16 0.840.61 1085 1.356 - =+= 载荷系数 bhhva kkkkk= 1 91.2356.11 . 13 .15 .1= 重合度系 1 11 0.60 1.66 z a e = 螺旋角系数 11 coscos10.20.99zbb= 。 弹性系数 e z由机械设计手册查得mpaze8 .189= 节点区域系数 h z由机械设计手册查得2.45 h z= 接触最小安全系数 limh s由机械设计手册查得 lim 1.05 h s= 徐州工程学院毕业设计（论文） 28 接触寿命系数 n z由机械设计手册查得6 . 1= n z 许用接触应力 h s计算： lim lim 500 1.6 761.9 1.05 hn h h z mpa s s s = 式（4.16） 验算 2 1 1tc hhe fu zzz d bu b e s + = z 式（4.17） 2 .5 12 .5 85105 3501 99.060.08 .18945.2 + = h s hh mpass=9.188 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。 根据 n my5 . 22 ，y 为齿根圆到配合轴的距离， mm d d f 375.20 22 y=-= 因 y22.5m，所以 1 轴可以设计成齿轮轴。 第二级齿轮传动的设计 由建筑卷扬机设计中查表得 mmammamma765450315 21 =、 (1） 确定中心距： 2 450amm= (2） 选定模数 2 m和齿数 43 zz 、 和螺旋角 2 b 初选 3 20z =、 2 10b = 。 则 432 20 6.3126zzi= = 取 4 126z = 模数22 2 34 2cos2 450 cos10 6.07 20 126 a m zz b = + 。 式（4.18） 则取标准模数 2 6m = 则 22 34 2 2cos2 450 cos10 147.7 6 a zz m b += 。 取 34 148zz+= 所以34 3 2 148 20.1 116.3 zz z i + = + 取 20 3 =z 则 4 14821127z =-= 徐州工程学院毕业设计（论文） 29 齿数比 4 3 127 6.35 20 z z = 与 2 6.3i =的要求相比误差率为 0.7%,所以 34 21127zz=、可用. (3)螺旋角的设计 11 234 2 ()6(21 127) 2coscos9.37 22450 mzz a b - + = 。 式（4.19） (4）工作载荷 2 2 3 22 824522 13742.03 120 t t fn d = 22 34 11 1.883.2cos a zz eb =-+ 式（4-20） 11 1.883.2cos9.361.705 21127 =-+= 。 齿向载荷分布系数 bh k由机械设计手册查得取 3 3 2 3 3 2 10bc d b bakh - + += b 式（4.21） 23 1.17 0.16 1.210.61 1075 1.45 - =+= 载荷系数 2bhhva kkkkk= 式（4-22） 1.5 1.2 1.29 1.63.72= 重合度系 2 2 44 1.70 0.78 33 a ze e- = 螺旋角系数 22 coscos8.60.99zbb= 。 弹性系数 e z由机械设计手册查得189.8 e zmpa= 节点区域系数 h z由机械设计手册查得2.5 h z= 接触最小安全系数 limh s由机械设计手册查得 lim 1.05 h s= 接触寿命系数 n z由机械设计手册查得1.18 n z= 许用接触应力 h s计算： 徐州工程学院毕业设计（论文） 30 lim lim 400 1.18 449.5 1.05 hn h h z mpa s s s = 式(4.23) 验算 2 2 33 21 hhe ktu zzz d bu e s + = 式(4-24) 2 2 2.82 118428 4.43 1 2.5 189.8 0.78 148.71904.43 h s + = 147.57 hh mpass= 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。 表 4-3 各齿轮主要参数 名称 符号 单位 1 z 2 z 3 z 4 z 螺旋角 b 度 10.2。 10.2。