电动绞车刹车装置的设计【2013年最新整理毕业论文】

电动绞车刹车装置的设计 摘 要 机械是人类生产和生活的基本工具要素之一，是人类物质文明最重要的一个组成部分。机械工业担负着向国民经济各部门，包括工业、农业和社会生活各个方面提供各种性能先进、使用安全可靠的技术装备的任务，在国家现代化的建设中占有举足轻重的地位。20 世纪 80 年代以来，以微电子、信息、新材料、系统科学为代表的新一代科学技术的发展及其在机械工程领域中广泛渗透、应用和衍生，极大的拓展了机械产品设计制造活动的深度和广度，改变了现代制造业的产品设计方法、产品结构、生产方法、生产工艺和设备以及生产组织模 式，产生了一大批新的机械设计制造方法和制造系统。 电动绞车作为一种机械产品，有着理论基础不在局限于力学，制造过程的基础也不只是设计与制造经验及技艺的总结。本设计涉及到了电动机的选取，齿轮与传动装置的设计，还有制动装置的选用以及减速器的计算，最后通过对零件的设计达到最后电动绞车的总装要求。总之，本设计注意到了调整结构，加强科学基础，反映在大学期间学习到的知识的联系和衔接，内容分配合理，即相互联系又避免不必要的重复，在设计中形成自己的特色，对自己以后工作垫下坚实的基础。 关键词： 电动机；联轴器；传动装置；减速器 ；制动装置 Abstract Machinery is the basic tool of human production and life of human material civilization, is one of the most important part of. Machinery industry is responsible for the national economic sectors, including industrial, agricultural and each aspect of social life with a variety of advanced performance, safe and reliable use of the technology and equipment of the task, in the national modernization construction occupies the position of play a decisive role. Since the nineteen eighties, microelectronics, information, new material, system science as the representative of the new generation of the development of science and technology and in the mechanical engineering field widely, application and derivative, greatly expanding the product design and manufacture of mechanical activity of the depth and breadth of modern manufacturing industry, changed the method of product design, product structure, production methods, production technology and equipment and the production organization pattern, resulting in a large number of new mechanical design manufacturing method and system. Electric winch is a mechanical product, a theoretical basis is not limited to mechanical, manufacturing process based not only design and manufacturing experience and technology summary. This design involves the selection of electric motor, gear and gear design, and the braking device selection and the speed reducer are calculated, finally through to reach the final parts of the design of electric winch assembly requirements. In short, this design pay attention to adjust a structure, strengthen the scientific basis, reflected in the university period to learn knowledge of contact and connection, content distribution is reasonable, namely the interrelated and avoid unnecessary duplication, in the design of forming its own characteristics, to their later work mat foundation. Key words： Motor； Coupling； Gear； Reducer； Braking device 目 录 摘 要 . 1 1 绪论 . 1 1.1 绞车的研究现状 . 1 1.2 绞车的种类 . 4 1.3 绞车的应用 . 5 1.4 绞车设计的主要内容 . 5 2 电动机的选取 . 6 2.1 电动机的功能 . 6 2.2 电动机的种类 . 7 2.3 电动机选取与计算 . 10 3 制动系统 . 12 3.1 离合器的设计 . 12 3.2 制动器的设计计算 . 14 3.2.1 制动器的外形 . 14 3.2.2 制动器系数的分析 . 16 3.2.3 制动器制动力矩的确定 . 16 3.3 制动器主要零部件 . 17 3.4 摩擦衬片的磨损特性计算 . 18 4 减速器的设计 . 20 4.1 传动参数的设计 . 20 4.2 减速器齿轮选择和计算 . 21 4.3 轴的计算和校核 . 28 5 联轴器的设计 . 30 5.1 联轴器的种类和选用因素 . 30 5.2 联轴器的功能用途 . 32 5.3 联轴器的材料 . 33 6其他附件的设计 . 33 7结语 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 37 全套资料带 CAD 图， QQ 联系 414951605 或 1304139763 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 1 1 绪论 1.1 绞车的研究现状 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 2 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 3 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 4 绞车又称为卷扬机，主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物 料升降或平拖。是用 卷筒 缠绕 钢丝绳 或 链条 以 提升 或 牵引 重物的轻小型起重设备 。 绞车具有以下特点：通用性高、结构紧凑、体积小、重量轻、起重大。使用转移方便，被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。有 0.5350 吨，分为快速和慢速两种。其中高于 20吨的为大吨位绞车 ,绞车可以单独使用，也可作为起 重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。绞车主要技术指标有额定负载、支持负载、绳速、容绳量等。 使用转移方便，被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。有 0.5 吨 350 吨，分为快速和慢速两种。其中高于 20 吨的为大吨位绞车 ,绞车可以单独使用，也可作为 起重 、筑路和 矿井 提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。绞车主要技术指标有额定负载、支持负载、绳速、容绳量 等。 1.2 绞车的种类 绞车按照动力分为手动、电动、液压三类。从用途上分类可分为建筑用绞车和船用绞车。绞车按照功能可以分为：船用绞车、工 程绞车、矿用绞车、电缆绞车等等。按照卷筒形式分为单卷筒和和双卷筒 。 按照卷筒的分布形式有并列双卷筒和前后双卷筒，特殊符号的绞车有变频绞车，双筒绞车，手刹杠杆式双制动绞车，带限位器绞车，电控绞车，电控手刹离合绞车，大型双筒双制动绞车，大型外齿轮绞车，大型液压绞车，大型外齿轮带排绳器绞车，双曳引轮绞车，大型液压双筒双制动绞车，变频带限位器绞车。 手动绞车的手柄回转的 传动机构 上装 有停止器 (棘轮 和 棘爪 )，可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物用的手动绞车还应设置安全手柄和 制动器 。手动绞车 一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。电动绞车广泛用于工作繁重和所需牵引力较大的场所。单卷筒电动绞车的电动机经 减速器 带动卷筒， 电动机 与减速器输入轴之间装有制动器。为适应提升、牵引和 回转 等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。一般额定载荷低于 10T 的绞车可以设计成电动绞车。 液压绞车主要是额定载荷较大的绞车，一般情况下 10T 以上到 5000T 的绞车设计成液压绞车。其结构主要由液压马达（低速或高速马达）、液压常闭多片式制动器、行星齿轮箱、离合器 (选配 )、卷筒、支撑轴、机架、压绳器 (选配 )等组成。液压马达具有很高的机械效率，起动扭矩大，并可根据工况要求带不同的配流器，还可根据用户需要设计阀组直接集成于马达配油 器上，如带平衡阀、过载阀、高压梭阀、调速换向阀或其他性能的阀组，制动器、行星齿轮箱等直接安装于卷筒内，卷筒、支撑轴、机架根据力学要求设计，整体结构简洁合理并具有足够的强度和刚性。因而该系列绞车在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点，在性能上则具有安全性好、效率高、起动扭矩大、低速稳定性好、噪音小、操作可靠等特点。值得一提的是液压马达高的容积效率和美国 SUN 公司优质的平衡阀解决了一般绞车都存在的二次下滑中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 5 和空钩抖动现象，使得该系列液压绞车的提升、下放和制动过程平稳，带离合器的绞车还可实现自由下放。安装 于配流盘上的集成阀组则有效地简化了用户的液压系统。由于该系列绞车具备上述优点，使其广泛应用于船舶、铁路、工程机械、石油、地质勘探、冶金等行业，其优良性能得到了用户的认可。例：安装在直升机上的救援设备，主要功用是将人或物吊起、放下，自有动力，可控制，直升机在保持高度悬停时，通过绞车手的控制可收放钢索将人或物吊起放下。 1.3 绞车的应用 电动绞车是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作力便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、 设备安装等工作中。 提升重物是电动绞车的一种主要功能，所以各类绞车的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了绞车的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料和构件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，故一般中小型建筑仍然广泛应用电动绞车，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需用电动绞车作辅助提升用；汽车吊升虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在建筑业中被广泛应用，所以大型设备的安装仍然是由电动绞车承担的。绞车除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中亦 广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升，船舶上做模的提升等。电动绞车用于提升重物时，需要有门字架、桅杆等配套设备方能实现。 电动绞车还可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或职曳引置物的工作和打桩等工作。正因为电动绞车具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。 在国外，绞车的品种繁多，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，起重设备也在不断更新，但仍不能完全淘汰绞车 这样的行之有效的简单机械设备。 美国生产电动绞车的厂家有近百家，主要有贝波国际有限公司、哲恩有限公司等，日本从明治 30 年开始制造和使用绞车，北川铁工所是一家大型生产厂，其生产的绞车品种系列比较齐全，法国生产绞车的厂家很多，其中包藤公司就是生产绞车的主要厂家之一。其他国家，如俄罗斯、英国、挪威、瑞典、加拿大、德国等也都生产着不同用途的各种型号的绞车。 1.4 绞车设计的主要内容 本次设计的题目是电动绞车的刹车装置，即制动器的设计，绞车由于结构简单、重量中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 6 不大、移动方便，而被广泛应用于矿山地面、冶金矿场或建筑 工地等进行调度和其它的运输工作。 鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前 ，它已经广泛用干各类汽车上。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半袖套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上。制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外因柱 表面与制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。 我所设计的刹车装置的名字叫做 电力液压鼓式制动器，它则用于各种起重，皮带运输，港口装卸，冶金及建筑机械中各种机构减速和停车制动。它和电动机是一个电源，当刹车时，电动机和制动器断电，制动器由于断电则迅速抱紧电动机的轴，使电动机迅速停止，达到绞车刹车的作用， 通电以后，制动器则松开电动机的轴，使其正常的运转。该设计采用连锁式退距均等装置，在使用过程中可始终保持俩测瓦片退距均等且无需调节，这样可完全避免因退距不均使一侧制动衬垫伏贴制动轮的现象，并设有瓦片自动随位装置，而且主要摆动绞点均设有润滑轴承，传动效率高，寿命长，在使用过程中无需润滑，制动弹簧在方管内部在一侧设有标尺，用户十分方便的读出制动力矩值，免去计算和测量的麻烦。制动衬垫为卡装式整体成型结构，更换十分方便，快捷，并备有半金属硬质和半硬质，软质等不同材料的制动衬垫供用户选择，而且它还可以手动释放，释放开闸 和闭闸限位开关，可实现制动器是否正常释放或闭合的信号显示。还带有下降延迟阀，可实现制动器的延时闭合。 2 电动机的选取 2.1 电动机的功能 电动机的功能主要表现在能量转换和输出量的控制俩方面，所谓电动机是一种旋转的中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 7 电动机，它从电网输出电能，转化成轴上输出的机械能，从而实现电能到机械能的转化，之所以称之为旋转电动机是因为机械能的输出是以转轴旋转的形式出现的，然而电动机并不都是旋转电动机，例如直线电动机，它可以直接把电能转化成直线运动的机械能输出，当然绝大多数的电动机是旋转电动机。 电动机的另一个功能 就是可以对输出量进行控制，即可以对电动机的转速和转矩的状态进行调节，对于调速电动机，伺服电动机等作为控制系统中的执行部件而使用的电动机，这种输出量控制功能十分重要。显然，这种场合，电动机除了完成能量的转换的功能之外，其控制功能也应满足系统的要求。 电动机与半导体装置等各种控制装置的组合就是电动机成套装置，电动机成套装置能完成各种各样的控制功能，这些控制功能仅仅依靠电动机本身是无法实现的，这种情况下，究竟是一台电动机还是一套装置，有时难以区分，实用上，可把这种成套装置作为一个单元来考虑，与单体电动机并列，以便 对其性能有一个更清楚的比较。 2.2 电动机的种类 电动机 主要包括一个用以产生 磁场 的电磁铁绕组或分布的 定子绕组 和一个旋转 电枢或转子，其导线中有 电流 通过并受磁场的作用而使转动，这些机器中有些类型可作电动机用，也可作 发电机 用。它是将电能转变为机械能的一种 机器 。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的 功率 范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速 、制动、反转、掣住等能力，能满足各种 运行要求；电动机的 工作效率 较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、 国防 、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。 图 2-1 电动机内部结构 电动机使用了电流的 磁效应 原理，发明这一原理的的是丹麦 物理学家 奥斯特 1777 年 8月 14 日生于兰格朗岛 鲁德 乔宾的一个药剂师家庭。 1794 年考入 哥本哈根大学 ， 1799 年获博士 学位。 1801 1803 年去德、法等国访问，结识了许多物理学家及化学家。 1806 年起中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 8 任哥本哈根大学 物理学 教授， 1815 年起任丹麦皇家学会常务秘书。 1820 年因 电流磁效应这一杰出发现获 英国 皇家学会科普利奖章。 1829 年起任 哥本哈根 工学院院长。 1851 年 3月 9 日在哥本哈根逝世。他曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。由于受 康德哲学 与 谢林 的 自然哲学 的影响，坚信自然力是可以相互转化的，长期探索电与磁之间的联系。1820 年 4 月终于发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。同年 7 月 21 日以关于磁针上电冲突作用的实验为题发表了他的发现。这篇短短的论文使 欧洲 物理学界产生了极大震动，导致了大批实验成果的出现，由此开辟了物理学的新领域 电磁学 。 1812 年他最先提出了光与 电磁 之间联系的思想。 1822 年他对 液体 和气体的压缩性进行了实验研究。 1825 年提炼出 铝 ，但纯度不高。在声学研究中，他试图发现声所引起的电现象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师，他说：“ 我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课，所有的科学研究都是从实验开始的 ” 。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者， 1824 年倡议成立 丹麦 科学促进 协会 ，创建了丹麦第一个物理实验室。 1908 年丹麦自然科学促进协会建立 “ 奥斯特奖章 ” ，以表彰做出重大贡献的物理学家。 1934年以 “ 奥斯特 ” 命名 CGS单位制中的 磁场强度 单位。1937 年 美国 物理教师协会设立 “ 奥斯特奖章 ” ，奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。 电动机根据用户需要也可以制成带串励绕组。中心高 100 280mm 的电动机无 补偿绕组 ，但中心高 250mm、 280mm 的电动机根据具体情况和需要可以制成带补偿绕组，中心高315 450mm 的电动机带有补偿绕 组。中心高 500 710mm 的电动机外形安装尺寸及技术要求均符合 IEC 国际标准， 电机 的机械尺寸公差符合 ISO 国际标准。 冷却方式和结构、安装形式 IC06：自带 鼓风机 的外通风； ICl7：冷却空气进口为管道，出口为 百叶窗 排风；IC37：即冷却空气进出口均为管道； IC611：全封闭带空气 /空气冷却器 ； ICW37A86：全封闭带空气 /水冷却器。并有多种派生形式，如 自通风型、带轴向风机型、封闭型、空空冷却器型等。 电动机当中的 同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于 电网 频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的 场合 多用直流电动机。但它有 换向器 ，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。 20 世纪 70 年代以后，随着 电力电子技术 的发展， 交流电动机 的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动 机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出 机械 功率称为它的 额定功率 ，使用时需注意 铭牌 上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。 电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有 烟尘 、气味，不污染环境， 噪声 也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。一般 电动机调速 时其输出功率会随转速而变化。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 9 图 2-2 电动机结构 电动机 从能量消耗的 角度 看，调速大致可分两种 ： （ 1） 保持 输入功率 不变 。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。 （ 2） 控制电动机输入功率以调节电动机的 转速 。 电机、电动机、制动电机、 变频电机 、调速电机、三相异步电动机、 高压电机 、多速电机、 双速电机 和防爆电机。 Y(IP44)系列异步电动机容量从 0.55 200kW， B级绝缘，防护等级 IP44，达到国际电工委员会 (IEC)标准，产品达到 20 世纪 70 年代末国际水平，全系列加权平均 效率 比 JO2系列提高 0.43%，年产量约 2000 万 kW。 Yx 系列高效电动机 该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功，容量 1.5 90kW，有 2， 4，6 等 3 种极数。全系列电动机效率平均比 Y(IP44)系列 高 3%左右，接近国际先进水平。适用于单方向运行，年工作时间在 3000h 以上。负载率大于 50%的场合，节电效果显著。该系列电动机 产量 不高，年产量约 1万 kW。 变极调速电机 ， 主要产品有在国内已批量生产的 YD(90.45 160kW)， YDT(0.17160kW)， YDB(0.35 82kW)， YD(0.2 24kW)， YDFW(630 4000kW)等 8 个系列产品，达到国际 平均应用水平。电磁滑差调速电机 ， 中国 已批量生产 YCT(0.55 90kW)， YCT2(15250kW)， YCTD(0.55 90kW)， YCTE(5.5 630kW)， YCTJ(0.55 15kW)等 8 个系列产品，达到国际平均应用水平，其中 YCTE 系列的技术水平最高，最有发展前途。 （ 1） 按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为 直流电动机 和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 （ 2） 按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和 同步电动机 。同步电动机还可分为 永磁同步电动机 、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单电动机 ， 相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 （ 3）按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为 电容 起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 10 机、电容起动运转式 单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 (4)按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为 电动工具 （包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括 洗衣机 、 电风扇 、 电冰箱 、空调器、 录音机 、录像机、影碟机、 吸尘器 、照相机、 电吹风 、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型 机床 、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。控制用电动机又分为 步进电动机 和伺服电动机等。 (5)按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为 笼型感应电动机 （旧标准称为鼠笼型异步电动机）和 绕线转子感应电动机 （旧标准称为绕线型异步电动机）。 (6)按运转速度 分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、 调速电动机 。 2.3 电动机选取与计算 电动机选择的原则：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最为经济合理地决定电动机功率。 建筑绞车属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。 建筑绞车主要采用三相交流异步电动机。根据建筑行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作 制和短时工作制并优先选用冶金及起重用异步电动机 YZR(绕线转子 ) 、 YZ(笼型转子 )系列专用电动机。其特点示有良好的密封性，其防护等级为 IP54。 电动机功率的选择，建筑绞车电动机功率的初选可以按所需的静功率计算，然后根据其工作方式进一步确定并校核。 计算公式为 P= 6000eeVF = 3 2 0 0 0 3 0 1 7 . 7 86 0 0 0 0 0 . 9 0 KW （ 2-1） 式中eF钢丝绳额定拉力 32KN；eV钢丝绳额定速度 30m/min； 建筑绞车整机传动效率。这里包括传动装置，轴承，连轴器，离合器，卷筒缠绕等总的效率。在这里初步取 90 电动机工作制的选择，电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而对决定电动机的功率也有很大影响。按电动机发热的不同情况，电动机分三种工作制，即连续工作制、短时工作制和短时重复工作制。建筑绞车所用电动机工时间短，电动机温升来不及达到稳定值；停车时间亦 短，电动机也来不及完全冷却到周圈环境温度，所以稳定温升为一温度区间，在这种情况下。一般都选择短时重复工作制。 我国专门生产了标准短时重复工作制电动机，标准负载持续 Fc 别为： 15， 25，40， 60。而且同一台电动机 Fc 不同，担负的负载也不同。对于短时重复工作制，应尽量选择此类电动机。 通过对功率的计算和工作制的选择，本次设计选取的电动机为 YZR 系列绕线转子电动机，其有较高的机械强度和过载能力，并且转动惯量小，适合频繁启动。所选具体型号为YZR 200L。 其基本参数为： 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 11 表 2-1 电动机参数 机座号 功 率 /KW 转速 r/min 转动惯量 kg2m 转子绕线开路电压 /V 200L 22 964 0.67 200 电动机的校核，电动机校验主要是指电动机热功率的校验。一般按发热校验电动机的功率，并根据负载性质、电动机类型作过载能力校验，如果采用笼型异步电动机，则还需作起动能力校验。校验的结果应满足：在额定负载工况工作时，电动机不出现过热现象；在设计极限要求情况下，电动机的最大转矩或起动转矩应保证建筑绞车负载顺利起动，特别是悬空重物的再次起动。 在校验时，建 筑绞车要求的负载持续率 Fc 值和每小时起动次数 Z 值应根据实际工作情况进行计算。具体的电动机发热验算，按系数法进行电动机发热计算 。 NNkN jx 25 （ 2-2） 式中xN电动机的发热功率，jN机构的静载荷功率，参考文献倪庆兴，王焕勇主编起重机械上海交通大学出版社， 1900 年电动机静功率电KNN j /取电K1.5，则jN 14.67KW；25k考虑工作级别不同条件下换算时的换算系数。得25k0.75； 考虑其电动机工作时间对发热影响得系数。得 取 1.2。将数值代入上式得 kw22Nkw2.13NkN j25x 故所选电动机发热条件通过。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 12 3 制动系统 3.1 离合器的设计 手控绞车常使用圆锥摩擦离合器，并配以带式制动器进行工作。圆锥摩擦离合器分单锥式和双锥式，见图 3-1。绞车以使用单锥式为多。绞车亦有使用涨圈摩擦离合器的，但目前使用较少。 圆锥摩擦离合器的结构简单，接合比较平稳，脱开后能保持摩擦面完全分离。但对轴的偏心比较敏感，锥体加工要求高。由于圆锥摩擦离合器的接触面积小，在传递大转矩时，外形尺寸较大，结构不紧凑，接合平稳性降低。因此，仅适用于中小吨位的绞车。 图 3-1 圆锥 摩擦离合器 （一）圆锥摩擦离合器的结构及工作原理 如图 3-1所示，卷筒左端是摩擦离合器和制动器，右端是棘轮停止器。摩擦离合器的圆锥面和制动器的摩擦面就是卷筒凸缘的内外表面。摩擦块与开式传动的大齿轮联为一体。通过操纵手柄 2（图 3-2）使多线螺旋 12（图 3-2）旋转，带动顶杆 10（图 3-2）作轴向运动，推动推进板 9 和垫圈 8，使卷筒沿轴向向左移动与锥形摩擦面紧密结合，从而使卷筒转动。制动前，必须先打开离合器，此时需按相反方向转动离合器操纵手柄 2，通过弹簧 5 的反作用力使卷筒与大齿轮脱离接触。几乎同时，带式制动器上闸 进行制动。为使制动更加可靠，又使用了棘轮停止器。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 13 图 3-2 离合器、制动器、停止器组合系统 1 主轴 2 齿轮 3 制动轮 4 摩擦木 5 弹簧 6 卷筒 7 棘轮 8 垫圈 9 推进板 10 顶杆 11 顶丝箱 12 顶丝 13 摆动臂 14 连杆 15 推力球轴承 16 弹簧压盖 17 调整螺栓 图 3-3 离合器、制动器操纵系统简图 1 制动器操纵手柄 2 离合器操纵手柄 3 连接头 4 连接杆 5 连接螺杆 6 制动闸带 7 弹簧 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 14 （二）圆锥摩擦离合器的参数确定 圆锥摩擦离合器的主要尺寸 （ 1）摩擦面的平均直径摩擦面的平均直径用下式计算 Dm=(D1+D2)/2=(46)d (mm) （ 3-1） 式中 D2、 D1 圆锥工作面的大端和小端直径（ mm）； d 离合器轴径（ mm）。 Dm 值也可根据具体结构确定。 （ 2）摩擦面的工作宽度 圆锥面母线工作部分宽度用下式计算 b=（ 0.150.25） Dm(mm) （ 3）摩擦锥的半锥角 为 避免离合器接合后锥面自锁不易脱开，通常取摩擦锥半角 arctan 式中 u 离合器接合面的摩擦系数； 摩擦锥半锥角。上述参数，是离合器设计的重要几何参数。 3.2 制动器的设计计算 3.2.1 制动器的外形 为了确保绞车安全，可靠地工作，必须装设制动器。 制动器分类、特点及其选择，制动器按用途可分为停止制动、支持制动和下降制动三种。停止和支持式制动器具有停止和支持中午悬挂在空中的作用；而下降式制动器除具有前者停止运动的作用外，还具有调节机构运动的作用。 按照工作状态，制 动器又分为常闭式和常开式。常闭式制动器经常处于合闸状态，当机构运转时，可利用人力、电磁力等外力使制动器松闸。而常开式与此相反，它经常处于松闸状态，只有施加外力时才能合闸。 按照制动器结构特征，又分为带式制动器、块式制动器、蹄式制动器和盘式制动器四种。 绞车至少要装一套常闭式的支持制动器，并常采用带式制动器和外抱式制动器，小吨位绞车亦可采用蹄式制动器。 在设计或选择制动器时，主要依据是制动力矩。无论是标准制动器，还是自行设计的制动器都要做必要的发热验算。 带式制动器，带式制动器主要适合中小吨位的绞车。因其结构 简单，常将制动轮与卷筒做成一体。带式制动器的类型及工作原理。 带式制动器是用挠性钢带包围制动轮，而带的一端或两端固接在杠杆上，操纵杠杆使带压紧制动轮产生摩擦力，从而达到制动轮的目的，见图 3-4。 带式制动器常见有简单式、综合式和差动式三种类型。为了增加摩擦系数，在带的工作表面上装有摩擦材料，如皮革、石棉和辊压带等。当制动器松闸时，应使制动带与带轮间形成 11.5mm 的径向间隙。为了使制动带均匀脱开，沿制动带包角圆段上装设若干弹簧，通过弹簧的径向拉力，使制动闸带均匀脱离制动轮。拧动调整螺栓来调节带与轮的径向间中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 15 隙主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分。 制动带与杠杆的联接是依靠制动带的两端采用专门的联接件与杠杆联接，见图 3-5。其中一端作刚性固接，见图 3-5a；另一端利用螺纹联接，见图 3-5b。 联接处的铆钉应按剪切强度验算，对于材料 Q215A、 Q235A 的铆钉，杠杆与制动带联接结构处的螺栓应进行疲劳强度计算。必要时，还需对传力杠杆刚度进行校核。 当松闸时，带与制动轮摩擦面之间的退距大小应能根据制动状态随时进行调节。制动过程应力求平稳，但退距过大，制动灵敏性差，制动器容易发热或制动操 作困难。 对较大吨位的绞车，其制动力用手进行控制比较困难，可靠性也较差，这时可采用机械或电液控制的方法。 图 3-4 制动操纵装置 1 制动操纵手柄 2 制动器手柄座 3 棘爪操纵拉杆 4 棘爪操纵座 5 制动闸带 6 操纵制动连杆 7 操纵离合连杆 8 棘爪 9 棘轮 10 弹簧 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 16 图 3-5 制动带与杠杆的联接型式 a) 刚性联接 b) 螺纹联接 外抱块式制动器，常用的外抱块式制动器已经标准化，已有多种类型产品可供选用。这类制动器在电控绞车上应用普遍，可根据计算制动力矩初 选型号，然后进行发热校核计算。在这就不具体阐述了。 3.2.2 制动器系数的分析 (1)当 0时：制动时总是先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力； (2)当 0时：制动器则打开使电机带动高速轴转动，这时绞车趋于工作稳定性； (3)当 0时：制动时电机转动时抱死，使绞车成为制动状态，这是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。 分析表明，绞车在同步附着系数为 制动时，其制动减速度为 gqgdtdu 0 即0q， q 为制动强度。而在其他附着系数 的制动时，达到即将抱死的制动强度 q 这表明只有在 0上，制动的附着条件才可以得到充分利用。根据相关资料查出绞车0 0.6，故取0=0.6。 3.2.3 制动器制动力矩的确定 力矩分配系数计算： 根据公式：LhL g02 （ 3-1） 得： 67.06.2 85.06.025.1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 17 制动器轴最大附着力矩 ： eg rqhLLGM )( 1m ax1 （ 3-2） 式中： 该绞车所能遇到的最大附着系数； q 制动强度； er 有效半径；max1M 轴最大制动力矩； L 轴距； q=ghaa )( 0 = 85.0)6.07.0(35.1 7.035.1 =0.66 （ 3-3） 故轴maxM= 3707.0)85.066.035.1(6.220000 =1.57 610 Nmm 制动力矩为 2/1057.1 6 =0.785 610 Nmm 轴max1M= Tmax1f=max21 fT =0.67/(1-0.67) 1.57 610 =3.2 610 Nmm 3.3 制动器主要零部件 （ 1）制动鼓 ：制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时温升不应超过极限值。制动鼓材料应与摩擦衬片相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。制动鼓相对于轮毂的对中是圆柱表面的配合来定位，并在两者装配紧固后精加工制动鼓内工作表面，以保证两者的轴线重合。两者装配后还需进行动平衡。其许用不平衡度对绞车为15N cm 20 N cm；对货车为 30 N cm 40 N cm。绞车要求其制动鼓工作表面的圆度和同轴度公差 0.03mm，径向跳动量 0 O 5mm，静不平衡度 1 5N.cm。 制动鼓壁厚的选取主要是从其刚度和强度方面考虑。壁厚取大些也有利于增大其热容量，但试验表明，壁厚由 11 mm 增至 20 mm 时，摩擦表面的平均最高温度变化并不大。一般铸造制动鼓的壁厚：制动鼓在闭口一侧外缘可开小孔，用于检查制动器间隙。本次设计采用的材料是 HT20-40。 （ 2）制动蹄：制动蹄腹板和翼缘的厚度，摩擦衬片的厚度，绞车 多为 4.5mm 5mm。衬片可铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许其磨损厚度较大，使用寿命增长，但不易更换衬片；铆接的噪声较小。本次制动蹄采用的材料为 HT200。 （ 3）制动底板：制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。制功底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板均只有凹凸起伏的形状。重型绞车则采用可联铸铁KTH370 12 的制动底板。刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。本次设计采用 45 号钢。 （ 4）制动 蹄的支承：自由度制动筛的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了使具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 18 应使支承位置可调。例如采用偏心支承销或偏心轮。支承销由 45 号钢制造并高频淬火。其支座为可锻铸铁 (KTH370 12)或球墨铸铁 (QT400 18)件。青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。 具有长支承销的支承能可靠地保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。有时在制动底板上附加一压紧装置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在 张开机构调整推杆端部开槽供制动蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。 （ 5）制动轮缸：制功轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的缸体由灰铸铁 HT250 制成。其缸简为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插人槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领路式制动器的两蹄则各用一个单活塞制动轮缸推动。本次设计采用的是 HT250。 3.4 摩擦衬片的磨损特性计算 摩擦衬片的磨损与摩擦副的材质，表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。 绞车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散绞车的部分动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦 衬片（衬块）的磨损亦愈严重。 （ 1）比能量耗散率：制动器的能量耗散率为 221211()122am v vetA （ 3.4） 式中： ：绞车回转质量换算系数，紧急制动时 02 v ， 1 ； am：绞车总质量； 1v ， 2v ：绞车制动初速度与终速度， m /s ；计算时绞车取 27.8m /s ； t ：制动时间， s ；按下式计算 t=jvv 21 =27.8/6=4.6s （ 3.5） 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 19 j ：制动减速度， 2/sm ， gj 6.0 0.6 10 6 2/sm ；1A，2A：前、后制动器衬片的摩擦面积；1A=7600mm2 ,质量在 1.5 2.5/t 的绞车摩擦衬片面积在 200-300cm2 ,故取2A=30000mm2 。 ：制动力分配系数。 则 1211 221tAvme a = 67.076006.422 8.271550 2 =5.7 2/mmw （ 3-6） )1(2212212 tAvme a = )67.01(3 0 0 0 06.422 8.271550 2 =0.7 2/mmw （ 3-7） 绞车鼓式制动器的比能量耗散率应不大于 1.8 2/mmw ，故符合要求。 （ 2） 比滑磨功fL 磨损和热的性能指标可用衬片在制动过程中由最高制动初速度 至停车所完成的单位衬片面积的滑磨功，即比滑磨功fL来衡量： 22 m axfaaf LAvmL （ 3-8） 式中：am：绞车总质量 A：制动器各制动衬片的总摩擦面积， A 21 22 AA 2cm= 2763002 =752cm2 ； （ 3-9） maxav: smhkmva /44/160max fL：许用比滑磨功，绞车取 1000J/ 2cm 1500J/ 2cm 。 Lf =7522 44155021497J/ 2cm 1000J/ 2cm 1500J/ 2cm （ 3-10） 故符合要求。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 20 4 减速器的设计 4.1 传动参数的设计 按额定转速初定总传动比： 已知要求电动机额定转速 964r/min；钢丝绳速度 30m/min。根据 计算，初取卷筒直径 350mm，钢丝绳直径 17mm.按照钢丝绳缠绕 2 圈时进行计算 ： 卷筒转速为 30 2 3 . 8 3( 3 5 0 3 1 7 ) (r/min) （ 4-1） 总传动比 i 964 4 0 .4 52 3 .8 3 参考常用减速器的类型，两级圆柱齿轮减速器可实现这一范围的传动比。其主要类型有展开式，分流式，同轴式。其各自特点为： 展开式 ：级展开式圆柱齿轮减速器的结构 简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此，轴应设计有较大的钢度。高速齿轮布置在远离转矩输入处。建议用在载荷比较平稳的场合，高速级做成斜齿，低速级可做成直齿。 分流式 ：结构比较复杂，低速级做成人字齿时相对轴承是对称的，载荷沿齿宽分布均匀，中间轴危险截面上转矩对于轴所传递的转矩减半，一般用在变载荷场合。当高速级采用人字齿，结构不合理，一般不用。 同轴式：减速起的长度较短，载荷分布也均匀。但轴向尺寸和重量较大。并限制了传动布置的灵活性。 经过分析，最后决定选择展开式两级圆柱齿轮减速器。 （ 1）轴的转速 I 轴 mnn 1=964r/min (4-2) II 轴 88.12848.7964112 innr/min (4-3) III轴 35.588.128123 inn24.1r/min (4-4) （ 2）轴的输入功率 I 轴 78.2199.02211 dPP (4-5) II 轴 70.2097.098.078.213212 PP (4-6) III 轴 68.1997.098.070.203223 PP (4-7) 卷筒 09.1999.098.068.191234 PP (4-8) 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 21 （ 3）轴的输入转矩 电动机的输入转矩 964221055.91055.9 66mdd nPT217946.058 (4-9) 则 I轴 6.2 1 5 7 6 699.0058.2 1 7 9 4 611 dPT (4-10) II轴 48.797.098.06.2 1 5 7 6 613212 iPT 1534205.8 (4-11) III 轴 35.597.098.08.1 5 3 4 2 5 023223 iPT 7802525.8 (4-12) 卷筒 97.098.08.78025251234 PT7570010.5 (4-13) 式中 1 、 2 、3、 4 分别代表连轴器，轴承，齿轮传动和卷筒的传动效率。取 1 0.99，2 0.98， 3 0.97， 4 0.96。 4.2 减速器齿轮选择和计算 （一） 低速级齿轮的计算 根据输入功率 21.78KW,小齿轮转速 964r/min,传动比 i 7.48。选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。（ 1） 按前提示高速级选择斜齿圆柱齿轮传动；（ 2）根据绞车工作环境，选择其减速器为 7级精度（ GB10095-88）；（ 3）材料选择。小齿轮材料选 40Cr（调质），硬度为 280HB，大齿轮因为外形比较大选用铸钢，经退火，常化处理后调质，硬度可达 240HB； 初选小齿轮齿数 1z 24，则 达齿轮齿数为 2Z i 1Z 24 7.48 179.5。考虑两齿数最好为互质数，选 179；选螺旋角。初选 14 度。按齿面接触强度计算，根据参考公式 1td 213 12 ()H EHtduuZZKT gg (4-14) 确定公式种的各计算数值，选载荷系数tK 1.6，小 齿轮传递的转矩查表 4 1 得 1T 215766.6 N mm.，取齿宽系数d 1，齿数比 u传动比 i，hZ =2.43， 1.75，材料的弹性影响系数eZ 188.9，按齿面硬度查小齿轮的接触疲劳强度极限 1limH 600MPa；大齿轮的触疲劳强度极限 2limH 550MPa.计算应力循环次数，按工作寿命 15 年，每年工作300 天，每天 10 小时 1N =60 964 10 300 15=2.6 109 。接触疲劳寿命 1HNK =0.92, 1HNK =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。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 22 1 11 0 . 9 2 6 0 0 5 5 2 HN H i mH K M P a M P aS (4-15)2 22 1 . 0 8 5 5 0 5 9 4 HN H i mH K M P a M P aS (4-16)12 ( ) / 2 ( 5 5 2 5 9 4 ) / 2 5 7 3 H HH M P a (4-17) 试算小齿轮圆直径 231 2 1 . 6 2 1 5 7 6 6 . 6 7 . 4 8 11 1 . 7 5 7 . 4 8 2 . 4 3 1 8 8 . 9()573t mmd 61.26mm (4-18) 计算圆周速度 smndv t /09.360000 96426.6114.3100060 11 (4-19) 计算齿宽 b 和模数 m smndv t /09.360000 96426.6114.3100060 11 (4-20) mmzdm tnt 49.224 14c o s26.61c o s 011 (4-21) mmmh nt 6.549.225.225.2 6 1 . 2 5 1 0 . 9 45 . 6bh 计算纵向重合度 ta n318.0 1 dZ 0.318 1 24 0.25 1.903 (4-22) 计算载荷系数 K，取使用系数 AK =1。 根据 v 3.09m/min,7 级精度。动载系数vK=1.1 由表 10 4 查得HK的计算公式。 HK=1.12+0.18+(1+0.6)+0.23 310 61.26=1.42 (4-23) 查得 FK =1.35，查得 HK = FK =1.4 故载荷系数 HHA KKKKK V=1 1.1 1.4 1.42=2.21 (4-24) 7.676.1/21.226.61/ 331 tlt KKdd mm 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 23 模数 mmzdmn 75.22497.07.67c o s11 按齿根弯曲强度计算 F saFdn YYgzYKTm 311 c o s2 (4-25) （ 1） 计算载荷系数 10.235.14.11.11 FFVA KKKKK (4-26) （ 2） 已知参数， 1T 215766.6 N mm， 014 ，d 1， 1Z 24， 1.75。 （ 3） 根据纵向重合度 1.903，查得螺旋角Y=0.88。 （ 4） 计算当量齿数 27.2614c o s24c o s 03311 ZZv (4-27) 47.19214c o s179c o s 03322 ZZv (4-28) （ 5） 查取齿形数 和应力校正系数 1FaY 2.59，2FaY 2.12，1SaY =1.596, 2SaY=1.865. （ 6） 计算弯曲疲劳许用应力 查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 1FE =500MPa，大齿轮得弯曲疲劳强度极限为2FE 380 MPa。查得弯曲疲劳寿命系数 1FNK =0.85, 2FNK =0.88.取弯曲疲劳安全系数 S 1.4 4.1 50085.04.1 111 FEFNF K 303.57MPa (4-29) 4.1 38088.04.1 222 FEFNF K 238.86MPa (4-30) （ 7） 计算并比较大，小齿轮的 FSaFaYY 57.303 597.159.21 11F SaFa YY 0.01363 (4-31) 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 24 0 86.2 3 8 8 6 5.121.22 22F SaFa YY .01725 (4-32) 设计计算 322075.124114c o s88.06.2157661.22nm 2.35mm (4-33) 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数nm大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取nm 2.5，已经可以满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 1d 67.7mm来计算应由齿数。于是有 5.214c o s7.67c o s 011 nmdZ 26.4 (4-34) 取 1z 26， 则 2z u1z 7.48 26 194.48 195（尽量使齿数互为质数） 计算中心矩 021 14c o s25.219526c o s2 nmzza 283.07mm (4-35) 2832 5.219526a r c c o s2a r c c o s 21 a mzz n 13 55o 56 (4-36) 因为 值改变不多，故参数不必修改。 计算大，小齿轮的分度圆直径 011 565513c o s5.226c o s nmzd 67.0mm (4-37) 022 565513c o s5.2192c o s nmzd 502.5mm (4-38) 计算齿轮宽度 mmdbd 671671 ，圆整后取 mmB 702 , mmB 751 。结构设计。初步决定小齿轮做成齿轮轴，大齿轮采用腹板式结构 （二） 高速级齿轮的计算 由表 4 1 知输 入功率 20.7KW,小齿轮转速 128.88r/min,传动比 i 5.35 选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。低速级选择直齿圆柱齿轮传动；精度依然选 7 级；材料选择。跟高速一样，小齿轮材料选 40Cr（调质），硬度为 280HB，大齿轮因为外形比较大选用铸钢，经退火，常化处理后调质，硬度可达 240HB；初选小齿轮齿数 1z 24，则 达齿轮齿数为 2Z i 1Z 24 5.35 128.4。考虑两齿数最好为互质数，选 129。按齿面接触强度计算。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 25 根据参考公式 3 2211 132.2HdEttuZuTKgd (4-39) 确定公式内的各计算值 （ 1） 选载荷系数tK 1.3 （ 2） 小齿轮传递的转矩查表 4 1 得1T 1534205.8N mm. （ 3） 取齿宽系数d 1 （ 4） 齿数比 u传动比 i （ 5） 材料的弹性影响系数d 188.9 （ 6） 按齿面硬度查小齿轮的接触疲劳强度极限 1limH 600MPa；大齿轮的触疲劳强度极限 2limH 550MPa. （ 7） 计算应力循环次数，按上对齿轮计算时的条件则 （ 8） 81 1048.3 N 7812 105.635.5 1048.3 iNN ( 4-40) （ 9） 查得接触疲劳寿命 H ，1HNK=1.08, 2HNK =1.15。 （ 10） 计算接触疲劳许用应力，依旧取失效概率为 1，安全系数 S 1。 MPSK FEFNH 648111 MPSK FEFNH 5.6 3 2222 计算 （ 1） 试算小齿轮圆直径，带入 H 中较小的值 231 1 . 3 1 5 3 4 2 0 5 . 8 5 . 3 5 12 . 3 2 1 3 8 . 1 51 5 . 3 5 1 8 8 . 9()6 3 2 . 5t m m m md (4-41） （ 2） 计算圆周速度 smndv t /93.06 0 0 0 0 88.12815.13814.3100060 11 (4-42) （ 3） 计算齿宽 b 和模数 m 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 26 mmdbtd 15.13815.13811 (4-43) 65.524 15.1 3 811 zdm ttmm mmmh t 96.1276.525.225.2 66.1096.12 15.138 hb （ 4） 计算载荷系数 K， 根据 v 0.93m/min,7 级精度。查得动载系数 VK =1.03，查得HK 的计算公式。HK=1.12+0.18+(1+0.6)+0.23 310 138.15=1.4，查得FK=1.35 查得AK =1 查得 HK = FK =1.1。故载荷系数 HHA KKKKK V =1 1.03 1.1 1.4=1.58 mmKKddtt 1.1503.1/58.115.138 3311 (4-44) 模数 mmzdmn 25.6241.15011 按齿根弯曲强度计算 3 112 Fdz SaFa YYKTm 确定计算参数 （ 1） 计算载荷系数 53.135.11.103.11 FFA KKKKK V (4-45) （ 2） 已知参数 1T 1534205.8 N mm，d 1， 1Z 24； (4-46) （ 3） 查取齿形数和应力校正系数 1FaY 2.65，2FaY 2.16，1SaY =1.58, 2SaY=1.81 (4-47) （ 4） 计算弯曲疲劳许用应力 查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 1FE =500MPa，大齿轮得弯曲疲劳强度极限为2FE 380 MPa。查得弯曲疲劳寿命系数 1FNK =0.85, 2FNK =0.88.取弯曲疲劳安全系数 S 1.4，由式 10 12 得 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 27 4.1 50085.04.1 111 FEFNF K 303.57MPa (4-48) 4.1 38088.04.1 222 FEFNF K 238.86MPa (4-49) （ 5） 计算并比较大，小齿轮的 FSaFaYY 0 1 3 7 9.057.303 58.165.21 11 F SaFa YY 01637.086.238 81.116.22 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大。设计计算 mmmmm 11.501637.02418.153420553.1232 (4-50) 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法向模数 m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅于齿轮直径有关，所以取 m=6 可以满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 1d 150.1mm来计算。 小齿轮齿数 256 1.15011 mdZ 大齿轮齿数 75.1332535.512 uZZ ，取 2z 134 这样设计 出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑。 几何尺寸计算，计算分度圆直径。 mmmzd 1 5 062511 (4-51) mmmzd 8 0 461 3 422 (4-52) 计算中心距 mmdda 4772/8041502/21 (4-53) 计算齿轮宽度 mmdb d 15015011 （ 4-54） 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 28 取 mmB 1601 mmB 1502 。 4.3 轴的计算和校核 轴是机械设备中的重要零件之一。其主要功能是支承作回转运动的零件，并传递运动和动力。轴通过轴承与机架相联，装在轴上的 零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基础的轴系部件。因此，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须计及轴系零 (部 )件对轴的影响。 （一）轴的材料的选择 根据建筑绞车、制动频繁，冲击载荷大的工作特点减速器中轴的材料，应具有足够的静强度和疲劳强度，并具有一定的韧性、耐磨性和抗腐蚀性。选择轴的材料时除首先要满足使用要求外还要考虑材料的工艺性及经济性等。油的材料主要采用碳素钢和合金钢。毛坯多用轧制圆钢和锻件。轴的常用材料为优质中碳钢，如 35、 45、 50 钢，其中以 45 钢最为常用。考虑到本次设计工作要求较高， 并可能有齿轮轴，所以考虑选用合金钢， 40Cr调质钢。 （二）轴的强度计算 建筑绞车减速器的轴为转轴，工作时既承受弯矩又承受转矩，还承受一定的冲击载荷。且轴上载荷的大小、方问及作用位置已知，支承位置已定时，可按当量弯矩近似计算任一截面的强度；对于重要的轴，在上述计算和结构设计的基础上，还应对危险截面进行疲劳强度和静强度安全系数的精确校核计算。 当轴的长度及跨度未定时，支座反力及轴的弯矩无法求得，因此无法进行轴的结构设计和强度计算。因此，本次设计是先根据轴所承受的转矩估算轴径。，在此估算轴径的基础上进行轴的结 构设计。必要时再进行轴的校核。 对于实心轴 3 pdAn （ 4-55） 式中 d 轴的直径（ mm） p 轴传递的功率（ KW） n 轴的转速（ r/min） A于轴的材料相应的许用扭剪应力有关的系数，得 40Cr 的许用扭剪应力 40: 52，取 46。 A为 107: 98。取 100。 计算 I轴 312 1 . 7 81 0 0 2 8 . 2 7964 mmd （ 4-56） 计算 II 轴 322 0 . 7 01 0 0 5 4 . 3 61 2 8 . 8 8 mmd （ 4-57） 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 29 计算 III轴 331 9 . 6 81 0 0 9 3 . 4 72 4 . 1 mmd （ 4-58） 根据后期连轴器的选择时得 减速器伸出轴应大于 45mm。以和电动机的伸出轴 d 60相配合。所以，取输入轴的轴承处直径为 50mm。 （三）轴的结构设计 轴的结构设计就是要确定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结 构设计本身必须同时考虑强度问题，结构不合理往往给强度带来不利的影响。在许多情况下，是轴的结构要求决定了它的外形及尺寸，而且轴的结构设计应使轴具有合理的外形，同时应满足使用和工艺要求。轴的合理外形应满足：轴和装和轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性。影响轴结构的主要因素包括：轴的受力性质、大小、方向及分布情况；轴上零件的布置和固定形式；所采用轴承类型和尺寸；轴的加工工艺等。 （ 1）轴上零件的轴向固定 轴上零件在轴向的准确工作位置是靠一定的轴向固定方法来实现的。本 次主要选用轴肩、轴环、套筒来定位，其种，轴肩、轴环定位特点是结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力。套筒定位的特点是结构简单，定位可靠，轴上不需要开口和制成螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，但在转速较高的情况下不适合。 （ 2）提高轴的疲劳强度应采取的结构措施 轴的失效多属于疲劳破坏，而疲劳破坏最危险部位是在应力集中较严重之处。为避免因疲劳而断裂，设计轴的结构时，尽量避免或减小应力集中。在轴的截面变化处应注意，不使轴的疲劳强度受到比较严重的削弱。同时必要的时候可以通过提高轴的表面质量和强化轴的表面来提高轴的疲劳强 度。本次设计主要通过圆角来降低轴的应力集中现象。 （ 3）轴的结构工艺性 设计轴的结构形状时，应该使轴的形状便于加工、装配、测量和维修。在同一轴上直径相差不大的轴段上的键槽采用同一规格的键槽截面尺寸，并分布在同一加工直线上。为便于轴上零件的装配，在轴端加工出 45 度的倒角。为保证轴向定位可靠，与轮配装的轴段长度，应略小于轮长 2-3mm。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 30 5 联轴器的设计 5.1 联轴器的种类和选用因素 联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为： 1固定式联轴器。主要用于两轴要求严 格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。 2 可移式联轴器。主要用于两轴有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移 ）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。联轴器有些已经标准化。选择时先应根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册中查出适用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算。 分类还包括球笼式万向联轴器 圆锥碗簧联轴器 SWP、 SWC 型十字轴式万向联轴器矫正机用十字轴式万向联轴器（ JB/T7846.2-95）弹簧管联轴器 WS、 WSD型十字轴式万向联轴器（ JB/T5901-91） WSH 型滑动轴承十字轴式万向联轴器 ML 型薄膜联轴器（ SJ2127-82） SWZ型整体轴承座十字轴式万向联轴器 93 联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联 接部件。 20 世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。常用联轴器有膜片联轴器 ，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。目前我国制订为国标和行标的有十几种，这些标准联轴器绝大多数是通用联轴器，每一种联轴器都有各自的特点和适用范围，基本能够满足多种工况的需要，一般情况下设计人员无需自行设计联轴器，只有在现有标准联轴器不能满足需要时才需自 行设计联轴器。标准联轴器选购方便，价格比自行设计的非标准联轴器要便宜很多。在众多的标准联轴器中，正确选择适合自己需要的最佳联轴器，关系到机械产品轴系传动的工作性能、可靠性、使用寿命、振动、噪声、节能、传动效率、传动精度、经济性等一系列问题，也关系到机械产品的质量。设计人员在选用联轴器时应立足于从轴系传动系统的角度需要来选择联轴器，应避免单纯的只考虑主、从动端联接选择联轴器。 动力机到工作时之间，通过一个或数个不同品种或不同型式、规格的联轴器将主、中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 31 从动端联接起来，形成轴系传动系统。在机械传动中，动力机不外乎电 动机、内燃机和汽轮机。由于动力机工作原理和结构不同，其机械特性差别很大，有的运转平稳，有的运转时有冲击，对传动系统形成不等的影响。动力机的机械特性对整个传动系统有一定的影响，不同类型的动力机，由于其机械特性不同，应选取相应的动力机系数KW，选择适合于该系统的最佳联轴器。动力机的类别是选择联轴器品种的基本因素；动力机的功率是确定联轴器的规格大小的主要依据之一，与联轴器转矩成正比。 固定的机械产品传动系统中的动力机大都是电动机，运行的机械产品传动系统 (例如般舶、各种车辆等 )中的动力机多为内燃机，当动力机为缸 数不同的内燃机时，必须考虑扭振对传动系统的影响，这种影响因素与内燃机的缸数、各缸是否正常工作有关。此时一般应选用弹性联轴器，以调整轴系固有频率，降低扭振振幅，从而减振、缓冲、保护传动装置部件，改善对中性能，提高输出功率的稳定性。 由于结构和材料不同，用于各个机械产品传动系统的联轴器，其承载能力差异很大。载荷类别主要是针对工作机的工作载荷的冲击、振动、正反转、制动、频繁启动等原因而形成不同类别的载荷。为便于选用计算，将传动系统的载荷分为四类。 传统系统的载荷类别是选择联轴器品种的基本依据。冲击、振动和转知 变化较大的工作载荷，应选择具有弹性元件的挠性联轴器即弹性联轴器，以缓冲、减振、补偿轴线偏移，改善传动系统工作性能。起动频繁、正反转、制动时的转矩是正常平稳工作时转矩的数倍，是超载工作，必然缩短联轴器弹性元件使用寿命，联轴器只允许短时超载，一般短时超载不得超过公称转矩的 23 倍，即 Tmax 23Tn。低速重载工况应避免选用只适用于中小功率的联轴器，例如：弹性套柱销联轴器、芯型弹性联轴器、多角形橡胶联轴器、轮胎式联轴器等；需控制过载安全保护的轴系，宜选用安全联轴器；载荷变化较大的并有冲击、振动的轴系，宜选 择具有弹性元件且缓冲和减振效果较好的弹性联轴器。金属弹性联轴器承载能力高于非金属弹性元件弹性联轴器；弹性元件受挤压的弹性联轴器可靠性高于弹性元件受剪切的弹性联轴器。 联轴器的许用转速范围是根据联轴器不同材料允许的线速度的最大外缘尺寸，经过计算而确定。不同材料和品种、规格的联轴器许用转速范围不相同，改变联轴器的材料可提高联轴器许用转速范围，材料为钢的许用转速大于材料为铸铁的许用转速。 联轴器所联两轴由于制造误差、装配误差、安装误差、轴受载而产生和变形、基座变形、轴承磨损、温度变化、部件之间的相对运动等多种因素而产生相对位移。一般情况下，两轴相对位移是难以避免的，但不同工况条件下的轴系传动所产生态平衡位移方向，即轴向、径向角向以及位移量的大小有所不同。只有挠性联轴器才具有补偿两轴相对位移的性能，因此在实际应用中大量选择挠性联轴器。刚性联轴器不具备补偿性 应用范围受到限制，因此用量很少。角向位移较大的轴系传动宜选用万向联轴器；有轴向窜动，并需控制轴向位移的轴系传动，应选用膜片联轴器；只有对中精度很高的情况下才选用刚性联轴器。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 32 5.2 联轴器的功能用途 联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。间选择装拆方便、不用维护、维护周期长或维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中调整容易的联轴器。大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。金属弹性元件挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器使用寿命长。需密封润 滑和使用不耐久的联轴器，必然增加维护工作量。对于长期连续运转和经济效益较高的场合，例如我国冶金企业的轧机传动系统的高增端，目前普遍采用的是齿式联轴器，齿式联轴器虽然理论上传递转矩大，但必须在润滑和密封良好的条件下才能耐久工作，且需经常检查密封状况，注润滑油，维护工作量大，增加了辅助工时，减少了有效工作时间，影响生产效益。 联轴器与各种不同主机产品配套作用，周围的工作环境比较复杂。对于高温、低温、有油、酸、碱介质的工作环境，不宜选用以一般橡胶为弹性元件材料的挠性联轴器，应选择金属弹性元件挠性联轴器。 弹性柱销 齿式联轴器由于运转时柱销的窜动，自身噪声大，对于噪声有严格要求的场合不应选用。 在满足便用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器 (例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等 )，由于具有良好的综合能力，广泛适用于一般的中、小功率传动。联轴器是将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并具有一定的补偿两轴偏移的能力，为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减 震性能。联轴器有时也兼有过载安全保护作用。 图 5-1 联轴器示意图 刚性联轴器：刚性联轴器不具有补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减震性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳，转速稳定，能保证被联两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。 挠性联轴器：具有一定的补偿被联两轴轴线相对偏移的能力，最大量随型号不同而异。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业 设计 33 无弹性元件的挠性联轴器：承载能力大，但也不具有缓冲减震性能，在