卷扬机动力总成计算说明书

1、卷扬机设计说明书 学院：机械工程学院班级： 姓名： 学号： 2015年 月 日卷扬机动力总成计算说明书计 算 及 说 明结 果一、设计的初始条件1、设计题目卷扬机：用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。可单独使用，也可作起重、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。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。原始设计条件：卷扬机单班制、室内工作，频繁正反转、启动和制动，使用期限10年，大修期3年，动力源来自三相交流电，属单件小批量生产，提升速度容许误差5%以内。原始数据：钢丝绳速：

2、1m/s,载重量：1900N，卷筒直径：350mm,钢丝绳直径：3.5mm2、设计的总体方案确定电动机->传动系统>执行机构传动系统采用带轮、链轮二级传动机构，其设计机构简图如下所示：3、电动机类型的选择由于该卷扬机运用于经常启动、制动和反转的场合 ，应选用起重及冶金用YZR和YZ系列电动机，本次设计采用YZ系列电动机。 根据已知条件，卷筒工作所需要的功率为P输出=Fv=1900N*1m/s=1.9KW在传动过程中，各机构的传递效率如下（查阅课程设计参考书）：联轴器=0.99，球轴承=0.99，卷筒=0.96，V带=0.95，滚子链=0.96因此，总=联轴器2*轴承3*卷筒*V带*

3、滚子链=0.8326P输入=P输出总=19000.8326=2282W 同一额定功率的电机，一般有同步转速3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm等，一般来说，同步转速越低，则电机的尺寸、重量以及价格就越高，因此选择同步转速越高越好，但是当工作机转速一定时，电机转速越高，会导致传动系统结构庞大，因此，1500rpm、1000rpm两种电机供应较多，设计时应优先采用。通过查表，选择YZ132M1电机，其满载转速为920r/min，其额定功率为2.5KW二、设置基本参数1、分配传动比 传动比的分配根据经验公式，i1=1.3i2由i=i1*i2可得，i1=4.71，i2=3.62

4、注：以上传动比的分配只是初步的，传动装置的实际传动比要由选定的齿轮齿数或带轮基准直径准确计算，故应在各级传动零件的参数确定后计算实际传动比，因而很可能与设定的传动比之间有误差。一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为±（35）%。2、轴的转速和扭矩轴0：电动机轴n0=ni=920r/min P1=2282w T0=9.55*P0n0=23.69N*M 轴1:高速轴n1=n0=920r/min P1=2282w*0.99=2259w T1=9.55*P1n1=23.45N*M 轴2：中间轴n2=n1i1=195.33r/min P2=2259w*0.99*0.95=2124.6

5、w T2=9.55*P2n2=103.88N*M 轴3：低速轴n3=n2i2=53.96r/min P3=2124.6w*0.99*0.96=2019.2w T3=9.55*P3n3=357.4N*M 三、带传动的设计3.1 计算功率查书，可选Ka=1.2Pca=1.2*2282=2738W 3.2选择带型根据Pca=2738w，n=920r/min查书可选A型3.3根据带轮的基准直径并验证带速v1)初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮基准直径=112mm2)验算带速v 因为5m/s<v<30m/s,故带速合适。3)计算大带轮的基准直径。dd2=4.71*112=5

6、27mm圆整为560mm 3.4确定V带的中心距a和基准长度1）初定中心距2）计算带的基准长度查书可得基准长度1） 计算实际中心距a。中心距的变化范围为466567mm3.5验算小带轮上的包角3.6计算带的根数z1）计算单根V带的额定功率由查书得2） 计算V带的根数zZ=3.7计算单根V带的初拉力的最小值（Fo）min3.8计算压轴力3.9小带轮的设计选择实心式V带轮，d=42mmB=(z-1)e+2f=(3-1)*15+9=48mm当B<1.5d时，L=B=39mm外径da=dd+2ha=112+2*3=118mm3.10大带轮的设计由于小带轮直径大于300mm，故选择轮辐式V带轮d=

7、45B=(z-1)e+2f=(3-1)*15+9=48mm当B<1.5d时，L=B=48mm外径da=dd+2ha=560+2*3=566mm四、链传动设计4.1选择链轮齿数取小链轮齿数4.2确定计算功率查书4.3选择链条型号和节距根据可选12A，链条节距为p=19.05mm4.4计算链节数和中心距初选中心距查书得中心距计算系数为4.5计算链速v，确定润滑方式由v=1.18m/s和链号12A，查图可知采用滴油润滑4.6计算压轴力有效圆周力为：链轮水平布置时的压轴力系数为4.7滚子链轮的结构和材料选择 （1） 有关链齿轮的参数查表9-2,9-3,9-4可得轮齿齿形参数：链轮齿的基本参数和尺

8、寸：滚子链轴向齿廓尺寸：链轮的结构尺寸：（2） 小链轮参数：采用整体式，材料选40号钢，热处理为淬火、回火。尺寸参数有：h=12.96mm, l=3.1h=40mm,dh=68mm（3）大链轮参数：采用孔板式，材料为普通灰铸铁，热处理为淬火、回火。4.8链传动的布置、张紧、润滑和防护（1） 链传动的布置： 链轮必须位于铅垂面内，两轮共面。由于传动比较大，两轮中心距较长，查表9-8后，故需要松边在下，紧边在上。（2） 张紧： 两轮中心在同一水平线上，故可不用张紧轮。（3）链传动的润滑：链传动的润滑十分重要，对高速、重载的链传动更好。好的润滑可以缓和冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。查表9-9得选

9、：滴油润滑。（4） 链传动的防护：为了防止工作人员无意间的受伤和灰尘的影响，建议加上防护罩，以维持链传动的正常润滑状态。5.轴的设计5.1轴的功率、详见2.2轴的基本参数5.2初步确定轴的最小直径轴的材料选用45钢，A0取120，由公式计算得轴的直径：5.3选择联轴器输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，由查表得Ka=1.3则：Tca=Ka*T0=1.3*23690=30800N*mm根据GB/T5014-2003，选择LXZ2型带制动轮弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250N*m,半联轴器的孔径d1=32mm，d2=38mm,半联轴器长度L=82mm,半联轴器与毂孔长度L1=60mm.6

10、.轴的结构设计(1) 轴1的设计与计算1拟定轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (1)为了满足半联轴器的轴向定位，1-2段轴的右端需要设计轴肩（其中d1-2=30mm），；半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=60mm，故取l1-2=58mm。由于此处无轴向力，因此采用深沟球轴承6308，内径为40mm,外径为90mm,轴承的宽度为23mm。l3-4=40mm, V带轮的轮毂宽度为39mm，l取23mm，因此l4-5=36mm。轴肩段l5-6=10mm，l6-7=46mm 轴的直径d和d1,d3和d4,d4和d5形成的轴肩，直径的变化值要大些，根据经验公式d=d+（34）

11、C1可计算该处的直径差。在d1和d2，d2和d3的直径差取13mm即可。因此，轴的直径从左往右依次是d=32mm, d1=38mm, d2=40mm,d3=42mm,d4=48mm,d5=40mm3.轴上零件的周向定位与配合带轮和半联轴器与轴的周向定位均采用普通平键连接。查阅普通平键的参数表可知，半联轴器端平键的截面b*h=10*8，L=56mm, 半联轴器与轴的配合为H7s6.带轮轴的平键截面为b*h=12*8，L=32mm. 为了保证带轮与轴配合有良好的对中性 ，故选择带轮轮毂与轴的配合为H7s6.滚动轴承与轴的定位由过度配合来保证的，此处选轴的直径的尺寸公差为m6。4确定轴上圆角及倒角尺

12、寸参数书本15-2表格，取轴段的倒角为1.6*45°，各轴肩处的圆角半径为r=1.6mm5求轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。对于深沟球轴承6308的支点在中心，因此作为简支梁的轴的支撑跨距L=103mm。根据轴1的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。支反力FN1左=441 N；FN1右=441N弯矩M1=20506N.mm扭矩T1=23450N.mm6.轴承的寿命6308深沟球轴承基本额定动载荷C=19.2KN，轴承只受径向力Fr=441N，载荷系数fp=1.6，故当量动载荷P=fpFr=0.0.706KN,球轴承=3轴承寿命Lh=365000h7.按弯扭合成应力校核轴的强度进

13、行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6,轴的计算应力ca=M12+(aT1)2W=3.36MPa已知轴的材料为45钢，调质处理，由教材表15-1查得=60MPa，因此，故安全。8精确校核轴的疲劳强度1.判断危险截面只受扭矩作用段虽然键槽，轴肩及过渡配合所引起的应力集中均削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度计算较为宽裕确定的，所以扭转段均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面3和4处的过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面A上应力最大。截面4和截面3应力集中影响相近，

14、但截面4不受扭矩作用且轴径最大，故不必做强度校核。截面A上虽然应力大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），且轴径最大，故A也不用校核。截面5更不需校核。由第三章知键的应力集中系数比过盈配合小，因而该轴只需校核3截面的左右两侧即可。2. 截面3左侧抗弯界面系数W=0.1d2-33=6400mm3抗扭截面系数 WT=12800mm3截面3左侧的弯矩 M1左=M1=16164N.mm截面3左侧的扭矩 T=23450N.mm截面上的弯曲应力 b=MW=161646400=2.53MPa截面上的扭转切应力  T=T3W=2345012800=1.83MPa轴的材料为45钢，

15、调质处理。b=640MPa,-1=275MPa， -1 =155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及 ,按教材附表3-2查取。因rd=0.04，Dd=1.05，经插值后查得=1.82及 =1.273。又由教材附图3-1可得轴的材料的敏感系数为q=0.82，q=0.85；故有效应力集中系数k=1+q-1=1.67k =1+q -1=1.23由教材附图3-2的尺寸系数=0.76，由附图3-3的扭转尺寸系数=0.87。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数=0.92轴未经表面强化处理，即q=1，则综合系数为K=k+1=3.47K =k+

16、1=2.50查得碳钢的特性系数=0.1，=0.05；于是计算安全系数值S=-1Ka+m=31.32S=-1Ka+m=66.43Sca=SSS2+S2=28.31.5故可知其安全。3截面3右侧抗弯界面系数W=0.1d2-33=7408mm3抗扭截面系数 WT=14818mm3截面3右侧的弯矩 M1左=M1=16164N.mm截面3右侧的扭矩 T=23450N.mm截面上的弯曲应力 b=MW=161647408=2.18MPa截面上的扭转切应力  T=T3W=2345014818=1.58MPa轴的材料为45钢，调质处理。b=640MPa,-1=275MPa， -1 =155M

17、Pa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及 ,按教材附表3-2查取。因rd=0.04，Dd=1.05，经插值后查得=1.82及 =1.273。又由教材附图3-1可得轴的材料的敏感系数为q=0.82，q=0.85；故有效应力集中系数k=1+q-1=1.67k =1+q -1=1.23由教材附图3-2的尺寸系数=0.76，由附图3-3的扭转尺寸系数=0.87。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数=0.92轴未经表面强化处理，即q=1，则综合系数为K=k+1=3.47K =k+1=2.50查得碳钢的特性系数=0.1，=0.05；于是计算安全系数值S=-

18、1Ka+m=36.35S=-1Ka+m=76.94Sca=SSS2+S2=32.871.5故可知其安全。(2) 轴2的设计与计算1拟定轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度选择6308轴承，故取d1-2=40mm，与带轮的配合处d2-3=42mm，轴肩d3-4=48mm，带轮轮毂宽48mm，故取l2-3=46mm，与链轮配合处d4-5=42mm，算出链轮轮毂宽38mm，故取l4-5=36mm，轴承处d5-6=40mm， l1-2=64mm，l5-6=56mm。3轴上零件的周向定位与配合带轮和链轮与轴的周向定位均采用平键连接。按d2-3=42mm和l2-3=46mm，选择

19、平键b*h*l=12*8*45。为了保证带轮与轴的配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴的配合为H7n6；链轮与轴的连接选用平键b*h*l=12*8*25，链轮与轴的配合为H7n6。滚动轴承与轴的定位由过度配合来保证的，此处选轴的直径的尺寸公差为m6。4. 确定轴上圆角和倒角尺寸参数书本15-2表格，取轴段的倒角为1.6*45°，各个轴肩处的圆角半径为r=1.6mm5. 求轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。对于深沟球轴承6308的支点在中心，因此作为简支梁的轴的支撑跨距L=221mm。根据轴2的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。支反力FN1左=527 N；FN1右=1388N弯

20、矩M1=114510N.mm扭矩T1=103000N.mm6.轴承的寿命6308深沟球轴承基本额定动载荷C=19.2KN，轴承只受径向力Fr=1388N，载荷系数fp=1.6，故当量动载荷P=fpFr=2.22KN,球轴承=3轴承寿命Lh=55120h7.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6,轴的计算应力ca=M12+(aT1)2W=17.56MPa已知轴的材料为45钢，调质处理，由教材表15-1查得=60MPa，因此，故安全。8. 精确校核轴的疲劳强度 1.判断危险截面

21、由轴1的判断方法可知需要精确校核5截面的左右两侧2. 截面5左侧抗弯界面系数W=0.1d3=7408mm3抗扭截面系数 WT=14818mm3截面5左侧的弯矩 M1左=M1=95078.mm截面5左侧的扭矩 T=103000N.mm截面上的弯曲应力 b=MW=12.83MPa截面上的扭转切应力  T=T3W=6.95MPa轴的材料为45钢，调质处理。b=640MPa,-1=275MPa， -1 =155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及 ,按教材附表3-2查取。因rd=0.04，Dd=1.05，经插值后查得=1.82及 =1.273。又由教

22、材附图3-1可得轴的材料的敏感系数为q=0.82，q=0.85；故有效应力集中系数k=1+q-1=1.67k =1+q -1=1.23由教材附图3-2的尺寸系数=0.76，由附图3-3的扭转尺寸系数=0.87。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数=0.92轴未经表面强化处理，即q=1，则综合系数为K=k+1=3.47K =k+1=2.50查得碳钢的特性系数=0.1，=0.05；于是计算安全系数值S=-1Ka+m=6.18S=-1Ka+m=17.49Sca=SSS2+S2=5.831.5故可知其安全。3.截面5右侧抗弯界面系数W=0.1d2-33=6400mm3抗扭截面系

23、数 WT=12800mm3截面5右侧的弯矩 M1左=M1=95078.mm截面5右侧的扭矩 T=103000N.mm截面上的弯曲应力 b=MW=14.86MPa截面上的扭转切应力  T=T3W=8.05MPa轴的材料为45钢，调质处理。b=640MPa,-1=275MPa， -1 =155MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及 ,按教材附表3-2查取。因rd=0.04，Dd=1.05，经插值后查得=1.82及 =1.273。又由教材附图3-1可得轴的材料的敏感系数为q=0.82，q=0.85；故有效应力集中系数k=1+q-1=1.67k

24、0;=1+q -1=1.23由教材附图3-2的尺寸系数=0.76，由附图3-3的扭转尺寸系数=0.87。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数=0.92轴未经表面强化处理，即q=1，则综合系数为K=k+1=3.47K =k+1=2.50查得碳钢的特性系数=0.1，=0.05；于是计算安全系数值S=-1Ka+m=5.33S=-1Ka+m=15.10Sca=SSS2+S2=5.031.5故可知其安全。(3) 轴3的设计与计算1拟定轴上零件的装配方案2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度根据GB/T5014-2003，选择LXZ2型带制动轮弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250N*m

25、,半联轴器的孔径d1=48mm，d2=48mm,半联轴器长度L=112mm,半联轴器与毂孔长度L1=84mm.选择6311轴承，故取d1-2=55mm，轴肩d2-3=64mm，与链轮配合处d3-4=58mm，带轮轮毂宽93mm，故取l2-3=90mm， d3-4=58mm，d4-5=55mm，轴承处d5-6=53mm， l1-2=45mm，l4-5=50mm，l5-6=36mm，l6-7=82mm3轴上零件的周向定位与配合链轮与轴的周向定位采用平键连接。按d3-4=58mm和l3-4=90mm，选择平键b*h*l=16*10*90。链轮与轴的配合为H7n6。滚动轴承与轴的定位由过度配合来保证的

26、，此处选轴的直径的尺寸公差为m6。4. 确定轴上圆角和倒角尺寸参数书本15-2表格，取轴段的倒角为2*45°，各个轴肩处的圆角半径为r=2mm5. 求轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。对于深沟球轴承6308的支点在中心，因此作为简支梁的轴的支撑跨距L=221mm。根据轴2的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。支反力FN1左=1293N；FN1右=1504N弯矩M1=118956N.mm扭矩T1=357400N.mm6.轴承的寿命6311深沟球轴承基本额定动载荷C=44.8KN，轴承只受径向力Fr=1504N，载荷系数fp=1.6，故当量动载荷P=fpFr=2.4KN,球轴承=3轴

27、承寿命Lh=2008986h7.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，根据上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6,轴的计算应力ca=M12+(aT1)2W=12.57MPa已知轴的材料为45钢，调质处理，由教材表15-1查得=60MPa，因此，故安全。8. 精确校核轴的疲劳强度 1.判断危险截面 由轴1的判断方法可知需要精确校核4截面的左右两侧2. 截面4左侧抗弯界面系数W=0.1d3=19511mm3抗扭截面系数 WT=39022mm3截面4左侧的弯矩 M1左=M1=118956.mm截面4左侧的扭矩 T=357400N.mm截面上的弯曲应力 b=MW=6.10MPa截面上的扭转切应力  T=T3W=9.16MPa轴的材料为45钢，调质处理。b=640MPa,-1=275MPa，