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1、 i 毕 业 设 计（论 文）题目 塔式起重机简易升降装置 作者 学院 专业 学号 指导教师 ii 毕业设计（论文）任务书 机电工程 院 机械设计制造 系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年 月 日 学生姓名:1 设计（论文）题目及专题：塔式起重机简易升降装置 2 学生设计（论文）时间：自 2015 年 3 月 9 日开始至 2015 年 5 月 29 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料：QTZ100 塔式起重机安装使用说明书：该机为水平起重臂架，小车变幅，上回转自升式多用途塔机，最大幅度：60m，最大起重量：8t，独立式起升高度：43.5m，附着式起升高度 150m。毕业实习或图书馆
2、及网上所搜集的资料 相关教材、相关规程规范及相关机械设计手册 4 设计（论文）应完成的主要内容：提升方案的比较及确定 吊笼及导轨主体结构的设计 钢丝绳的选用 起升机构的结构设计 减速器的设计 减速器装配图 传动系统布置图 编写说明书 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：相关图纸，不少于折合 0 号图 2.5 张（计算机绘制及打印）;编写的设计说明书正文不少于 35 页（按撰写打印规范打印）;相关外文（塔式起重机）英译汉文章一篇（中外对照，不少于 2000 字);刻录光盘一张（含开题报告、设计说明书、图纸、英译汉文章)。6 发题时间：2015 年 3 月 8 日 指导教师：
3、（签名）学 生：（签名）iii 毕业设计（论文）指导人评语 主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价 该生在整个毕业设计过程中学习态度端正、认真，能较好地运用所学理论和专业知识解决实验、设计和实际问题；获取资料较为完整、数据可靠、计算准确；能较熟练地利用 Proe、AutoCAD等工具进行设计与分析，圆满地完成了某部分塔式起重机简易升降装置的主要结构设计。该生的毕业设计论文条理比较清楚，论点正确、结论合理，图表基本正确，达到了工科毕业生的要求，准予答辩。指导人：（签名）年 月 日 指导人评定成
4、绩：良 iv 毕业设计（论文）评阅人评语 主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价 该生设计的部分塔式起重机简易升降装置符合毕业设计大纲要求，设计方案、设计结构以及技术经济指标基本合理；图纸基本正确、规范，撰写的设计说明书论据充分，文理通顺。通过本次毕业设计，表明该同学基本掌握了机械设计、机械制造、Proe软件等方面的基本知识和技能，具有较强的分析与解决问题的能力。该生的毕业设计论文达到了工科毕业生的要求，准予答辩。评阅人：（签名）年 月 日 评阅人评定成绩：良 v 毕业设计（论文）答辩记录 日期：学生：学号：班
5、级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价 答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：vi 摘 要 针对现有塔式起重机没有配备专门的升降装置，工作人员上下机全靠徒手攀爬，极大的增加了工作人员的劳动强度，浪费更多的时间在攀爬塔式起重机上。易造成工作人员不必要的身体疲劳，影响工作效率，很不符合人性化的设计
6、标准。为了改善这种状况，减轻工作人员的负担，节省工作准备时间，提高工作质量。本设计通过对塔式起重机塔身结构的研究、结合各类提升装置的特点，设计出一种依附于塔式起重机内部，专供塔式起重机工作人员上下机使用的简易升降装置。关键字:塔式起重机；升降装置；人性化设计 vii ABSTRACT To direct at the tower crane has not been equipped with a specialized lifting device and the staff climb the tower crane up and down all by hand,which greatl
7、y increases the staffs labor intensity,makes them waste more time in climbing tower crane and makes it easy to bring the staff unnecessary physical fatigue that affects their work efficiency.All in all,it doesnt conform to the humanized design standard.In order to improve this condition,reduce the b
8、urden of the staff,save the preparation time in work and improve the work quality,based on the study of tower crane tower structure and the combination of the characteristics of all kinds of lifting devices,this design puts out a simple lifting gear which attaches to the interior tower crane is only
9、 used by the staff for climbing the tower crane up and down.Key words:tower crane;Lifting gear;humanized viii 目 录 第一章 绪论.-1-第二章 升降机总体方案的选择.-2-2.1 概述.-2-2.2 吊笼结构的设计.-2-2.3 导轨的设计.-3-第三章 钢丝绳的选用.-5-3.1 概述.-5-3.2 钢丝绳的结构选用.-5-3.2.1 钢丝绳接触方式的选用.-5-3.2.2 钢丝绳的捻向.-5-3.2.3 钢丝绳具体选用.-6-第四章 起升机构的结构设计.-8-4.1 电动机的选择
10、.-8-4.2 卷筒的选择计算.-8-第五章 减速器的设计计算.-10-5.1 确定总传动比及分配传动比.-10-5.2 计算运动和动力参数.-11-5.2.1 各轴的功率.-11-5.2.2 各轴的转速.-12-5.2.3 各轴的转矩.-12-5.3 设计带传动的主要参数.-13-5.4 齿轮传动设计.-16-5.4.1 齿轮类型的选择.-16-5.4.2 高速轴齿轮计算.-16-5.4.3 低速轴的齿轮计算.-20-5.5 轴的设计计算.-23-5.5.1 高速轴设计.-24-5.5.2 轴的设计计算.-25-5.5.3 轴的设计计算.-27-5.6 滚动轴承的选择及计算.-31-5.6.
11、1 轴轴承的计算.-31-5.6.2 轴轴承的计算.-31-5.6.3 轴轴承的计算.-32-5.7 联轴器的选择计算.-33-5.7.1 联轴器的选择要点.-33-5.7.2 选择联轴器.-34-ix 5.7.3 凸缘联轴器的主要尺寸计算.-34-第六章 结论.-36-参考文献.-37-致 谢.-38-湖南科技大学本科生毕业设计 -1-第一章 绪论“科技以人为本”，随着我国建筑业的蓬勃发展，对各类机械设备有了更高的要求，使其不仅仅能高效，高质量的完成工作任务，而且能让施工操作人员更方便、舒适的完成工作任务，更具有人性化。塔式起重机是建筑施工中必不可少的机械设备之一，但据我观察学校周边，以及湘
12、潭市周边十多处施工场地，发现塔式起重机的作业人员目前基本靠徒手攀爬上下机作业。这样工人劳动强度大，准备时间长，易造成不必要的身体疲劳、影响工作状态，很不符合人性化的设计标准，尤其是中高空的塔式起重机.。所以结合我在工厂实习时使用桥式起重机的经历，我和老师讨论后决定以此为课题，设计出一个简易的升降装置供他们上下机。旨在减轻工人负担，节省工作准备时间，提高工作质量。同时考虑到塔式起重机上的工作人员过少，塔身内部空间狭小，且作业时间仅限于工程期间，无需配备标准的、如电梯之类的升降装置，只需设计一个结构简单，操作方便，安全可靠的简易升降装置即可。为使本课题所设计的升降装置能适用于大部分的塔式起重机，本
13、设计先对塔式起重机的结构进行了大量的研究分析。从塔式起重机制标准节尺寸、到塔式起重机安装方法，一步步确定出升降装置的升降方式，空间布置，装拆方法等等。然后再对升降的总体方案，结构尺寸，驱动装置，安全装置等各方便分别进行设计研究。本设计的最终目的是在通过对塔式超重机进行大量研究的基础上，设计出一种依附于塔式超重机内部的，起重重量不大、提升高度高、综合使用性能好的塔式起重机简易升降装置。该机械应具有以下几方面的特点：1、结构简单，装拆方便 2、安全可靠，操作容易 3、通用性好，现有的大部分塔式起重机在稍加改进之后都能使用，其提升形式采用钢丝绳配合卷筒、电机提升式，额定起重为 250KG，最大提升高
14、度 150 米。注：为叙述方便，塔式起重机简易升降装置在以下简称为升降机。-2-第二章 升降机总体方案的选择 2.1 概述 升降机按其传动各类方根分为钢丝绳式和齿轮齿条式，比较两种传动方式，钢丝绳提升工具有结构简单、易于生产制造、强度高、弹性大、韧性好、耐磨并能承受冲击栽荷等特点。而相比而言，齿轮齿条式虽然传递动力大、工作平衡，但制造、安装精度要求较高，成本大。所以在本设计中，我选择钢丝绳提升式做为升降机的传动方式。确定了传动方式之后，可知升降机大致由以下几部分组成：1、驱动装置 2、吊笼 3、导轨 4、电气系统 5、传动部分 2.2 吊笼结构的设计 关于升降机，最先考虑的应是吊笼的结构，因为
15、要简易、安装方便、乘坐，操作容易，最初设计的吊笼结构如图 2.1 所示。图 2.1 吊笼初步设想结构图 经研究发现，该方案存在诸多缺点。第一，塔式起重机一般位于施工重地，存在高空坠物伤人的危险，该吊笼设计过于简易，无法保证乘坐人员的人身安全。第二，塔式起重机一般安装的比较高，当该装置将工作人员载送到高空后，该装置周围没有任何类似围栏、扶手的设施，无法保证工作人员使用的舒适性，不符合人性化的设计标准。而且，通过对塔机标准节的研究分析，发现吊笼的形状不能采用俯视图是矩形或正 -3-方形的。因为塔机标准节的俯视图是正方形中间加了条对角线（如图 2.2 a），升降机制吊笼只能分布在对角线的两侧。如果吊
16、的俯视图采用矩形（如图 2.2 b），则吊笼的乘坐空间将变得非常有限，甚至无法达到一个人的乘坐空间。而如果采用吊笼俯视图是半圆形（如图 2.2 c）的话，则乘坐空间将大大改善，哪怕是在最小规格的 1.5*1.5m 的塔式起重机标准节里，也能保证有足够一个人的乘坐空间。a b c 图 2.2 塔机标准节及吊笼俯视图 综合上述分析，吊笼俯视图是半圆形的方案最佳，选择该方案，所以吊笼的形状大致是一个半圆拉伸出来的半圆柱体，再去掉中间部分（如图 2.3)。另外，考虑到乘坐人员的安全问题和方便观察外部环境等因素，吊笼周围、除了出口以外，应用杆和铁丝网封好，以防坠物伤人的事情发生。图 2.3 吊笼主体结构
17、透视图 2.3 导轨的设计 -4-在导轮的设计时，首先对火车导轨进行了研究分析，火车轨道（图 2.4 a）是通过火车轮上的凸缘部分加上火车自身的重力作用，使其能卡在两根火车轨道之间，当然在特殊情况下，例如火车转弯的地方，外边的轨道要比内侧的轨道稍高一些，以便给火车提供向心加速度，以些保证火车和轨道不那么容易损坏。但本课题所设计的升降机与火车至少有两点不同的地方需要注意，第一，升降机属于垂直提升机构，所以轨道应该是垂直于地面的，这样的话，就不能利用升降机自身的重力来使它卡在轨道中；第二，升降机在塔式起重机内部做垂直往复运动，没有拐弯这种情况，所以不用考虑向心力的问题。综合以上各方面情况，本设计的
18、升降机导轨如下（图 2.4 b）所示，通过垂直放入的办法将吊笼的轮子放入固定好的工字钢两端的凹槽中，这样吊笼便被固定在了导轨之上，为了减少吊笼上升下降时与导轨之间的摩擦，吊笼的轮子准备采用滚动轴承，因为上升下降的过程中，吊笼轮子主要承受径向载荷，所以吊笼轮子选用深沟球轴承。当然为了保证两导轨之间的平行度，每隔一定距离，就必须在两导轨之间加上一根平的枕钢。a b 图 2.4 导轨方案分析 -5-第三章 钢丝绳的选用 3.1 概述 提升钢丝绳是升降机的一个重要组成部分，它直接关系到升降机的正常运转，以及工作人员的生命安全，因此应予以特别重视。提升钢丝绳是由一定数量的细钢丝捻成股，再由若干个股围绕绳
19、芯捻成绳。提升钢丝绳的钢丝为优质碳素结构钢，直径为 0.44mm，更的钢丝绳易于磨损和腐蚀，直径超过 4mm 的钢丝在生产过程中难以保证理想的抗拉强度和疲劳性能。由于塔式起重机属于露天作业，为了增加钢丝绳的抗腐蚀能力，钢丝绳表面需要镀锌加以保护。钢丝韧性号可分为特号、号、号。本课题升降机属于升降人员用绳，必须采用特号钢丝绳。3.2 钢丝绳的结构选用 3.2.1 钢丝绳接触方式的选用 钢丝绳绳股内各层钢丝之间有点、线、面三种接触方式，分别称之为点、线、面接触钢丝绳。点接触钢丝绳的股内各层钢丝捻成等捻角（不等捻距），所以各层钢丝间呈点接触，这样当钢丝绳受到拉伸载荷时，绳内各层钢丝的受力在理论上相等
20、，但在生产实践中发现，这种钢丝绳的缺点是受拉伸，尤其是在弯曲时，由于钢丝间的点接触应力集中而产生严重压痕，往往导致钢丝绳疲劳断裂而早期损坏，所以点接触钢丝绳在本设计中不考虑。线接触钢丝绳的股内各层钢丝是等捻距编捻，从而使股内各层钢丝互相平行而呈线接触。线接触钢丝绳在承受拉伸载荷时，内层钢丝虽会承受较外层钢丝稍大的应力，但它避免了点接触的应力集中和钢丝挤压凹陷变形，消除钢丝在接触点的二次弯曲现象，减少了钢丝绳摩擦阻力，使钢丝绳在弯曲上有较大的自由度，抗疲劳性能显著增加，是本设计中比较理想的钢丝绳接触类型。面接触钢丝绳是将线接触钢丝绳股进行特殊碾压加工，使钢丝产生塑性变形后捻制成绳，股内各钢丝呈面
21、接触。其特点有：结构紧密、表面光滑、耐磨、抗挤压性能好：股内钢丝接触应力极小;有效断面积大，抗拉强度高；钢丝间相互紧贴，耐腐蚀能力强，钢丝绳伸长变形小。但这种钢丝绳挠性较差，需要较大直径的滚筒配合使用。由于塔式起重机上方空间狭小，而且除滚筒外还需要安置电机和减速器，所以本设计中不宜采用面接触式的钢丝绳。3.2.2 钢丝绳的捻向 -6-钢丝绳外层绳股的捻制方向有左捻和右捻两种，由于绳股呈螺旋线，钢丝绳受拉伸载荷时，便会沿松捻方向转动，因此，在选择钢丝绳时，应注意捻向要求。一般先用捻向的原则是与钢丝绳在滚筒上缠绕时的螺旋线方向一致。目前国产钢丝绳滚筒大部分做右螺旋缠绕，故钢丝绳也先右捻钢丝绳。绳股
22、中钢丝的捻向与绳中股的捻向相同者称为同向捻钢丝绳，反之称为交互捻钢丝绳。同向捻钢丝绳柔软、表面光滑、接触面积大、弯曲应力小，使用寿命长，绳有断丝时，断丝头部会翘起便于发现。缺点是在无导向装置情况下工作时稳定性差，易打结。本设计所设计升降机具有导轨导向机构，所以可以选用同向捻钢丝绳。3.2.3 钢丝绳具体选用 钢丝是由圆钢条冷拔而成，其抗拉强啊 1402002/mmkg，在承受相同终端载荷的情况下，抗拉强度大的钢丝绳其绳径可以选小，但是抗拉强度过高的钢丝绳 疲劳性能差，通常提升用钢丝绳选用 1551702/mmkg 为宜。本设计采用155 2/mmkg。如图 所示为升降机单绳提升计算示意图，由图
23、可知，钢丝绳最大载荷Qmax 是在 A 点。其值为：czPHQQQmax (3.1)式中 zQ-吊笼自重（350kg）maxQ-钢丝绳最大计算静载荷 Q-乘员体重，即额定提升重量（250kg）P-钢丝绳每米重量（mkg/)cH-钢丝绳最大悬垂长度（150m）设B为钢丝绳的公称抗拉强度（2/mmkg），0S为钢丝绳所有钢丝断面积之和(2cm）。如要保证钢丝绳安全工作，必须满足下式：aBczmSPHQQ0 (3.2)式中 am-钢丝绳安全系数 上式中的 P 和0S是两个未知数，为解上式需找出 P 和0S的关系。-7-00100 SP (3.3)式中 0-钢丝绳比重（3/cmkg)将 3.3 式化简
24、并代入 3.2 式 caBzHmQQp0100 （3.4)钢丝绳的比重0可查表得知，也可近似按钢丝绳的平均比重 0.0093/cmkg计算，这里取平均比重。根据有关安全规程规定，专为升降人员用的钢丝绳安全系数不得小于9，所以令am=9，将各已知量代 3.4 式，得 mkgP/3402.0 即mkgp100/02.34 查表选定直径为10.5mm的76钢丝绳，查表可得其相关性能：钢丝绳直径：10.5mm 钢丝直径：1.1mm 钢丝总断面积：39.89mm 参考重量：38.90kg/100m 钢丝破断拉力总和（不小于）：6180kg 根据所选钢丝绳数据，通过下式（3.5 式）校核其安全系数。acz
25、qmPHQQQ （3.5)式中 qQ-所选钢丝绳所有钢丝破断力总和（kg)，代入数据得 949.91503402.03502506180 所以此直径钢丝绳满足设计要求，可以选用。-8-第四章 起升机构的结构设计 4.1 电动机的选择 电动机有交流，直流之分，一般情况下采用交流电动机。交流电动机有鼠笼式和绕线式，绕线式启动力矩大、能满载启动，但质量大，价格高，因此一般情况下尽量采用鼠笼式。交流电动机又分为同步和异步两种，交流同步电动机主要应用于功率较大，不需调速，长期工作的各种生产机械、如压缩机、水泵、通风机等。交流异步电机被广泛地用来驱动各种金属切削机床，起重机、锻压机、传送带、铸造机械等场合
26、。综上所述，很明显本设计应选用三相交流异步电动机。参考国产施工升降机提升速度（2436m/min），拟定卷筒转速wn=40r/min,卷筒的名义直径 D=0.2m,则本设计升降机每分钟提升高度为：mnDhw12.25402.014.3 （4.1）即提升速度为25.12m/min,符合现标准。为使减速器的设计能方便，合理，传动比的选择不宜过大，拟定在 3040 之间，则电动机的额定转速范围为 30wn40wn，即 1200r/min1600r/min 查表后选定电机型号为 Y132S2-4,该电机的技术特征如表 4.1 所示：表 4.1 Y132S2-4 电动机技术特征 电机型号 机座号 极数
27、同步转速 频率 额定功率 额定转速 额定电流 Y132S-4 Y132S 4 1500r/min 50 5.5kw 1440r/min 11.6A 满载效率 功率因数 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 转动惯量 重量 85.5 0.84 7A 2.2mN 2.3mN 0.0214 68kg 4.2 卷筒的选择计算 卷筒分单层光面卷筒和多层槽面卷筒，因为卷筒名义直径 D=0.2m，如果选用单层光面卷筒的话，150m 钢丝绳需要绕的圈数为 239/150Dz （4.2）-9-则需要卷筒的长度至少为 1wL150/D=239 （4.3）式中 d 为钢丝绳直径，则 wL=2390.0105m=2.51m
28、这个长度对于塔式起重机上部的空间来说太大，可能会导致安装困难或根本无法安装，所以本设计应采用多层绕线槽面卷筒，设卷筒长度mLw5.0，名义直径 D=0.2m，槽深a0.06m,卷筒最大绕线层6m，校验该卷筒，由钢丝绳直径 d 和卷筒长度wL可得卷筒每层绕线圈数:dLzw47.62 (4.4)取 z=47,则该卷筒在 m=6 时的容绳量)(mdDzmL (4.5)代入数据得 L=4763.14（0.2+60.0105）=232.9m 因为容绳量 L=232.9m,远大于钢丝绳的最大悬垂长度mHc150，所以该卷筒尺寸满足设计要求，可以采用。另外，该卷筒最外层绕线和最里层绕线直径最多相差 D2d(
29、m-1)=20.01055m=0.105m （4.6）同等转速下（40r/min)最外层和最里层绕线速度相差 6040Dv0.22m/s=22cm/s （4.7）这种程度的差别，乘坐人员几乎感觉不到，可以忽略不计。-10-第五章 减速器的设计计算 5.1 确定总传动比及分配传动比 传动装置的总传动比要求应为：wmnni （5.1)式中 mn-电动机的满载转速（即额定转速），r/min wn-卷筒的工作转速，r/min 代入数据 i=40144036 根据该传动比，参考机械设计机械设计基础课程设计续表 3-2，一级圆柱齿轮减速器传动比一般小于 5，不符合条件。一级圆锥齿轮减速器传动比一般小于 3
30、，也不符合条件。齿轮-蜗杆减速器传动比一般为 6090，太大。所以最终选定减速器的类型为二级圆柱齿轮减速器，该类型减速器传动比一般为 840，用直齿、斜齿或人字具。结构简单，应用广泛。其中二级圆柱齿轮减速器又分为展开式、分流式、同轴式三种。展开式的特点是由于齿轮对于轴承为不对称布置，因此沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大刚度。分流式的齿轮相对于轴承对称布置，常用于较大功率、变载荷场全。同轴式长度方向尺寸较小，但轴向较长，刚性较差。分析三种不同类型的二级圆柱齿轮减速器，同轴式由于较大的轴向尺寸，刚性较差，可以率先不予考虑。另外本设计所设计升降机额定载荷小，起升功率小载荷稳定，不属于大功率、变载荷场
31、合，所以不需要采用分流式，所以减速器类型最终确定为展开式二级圆柱齿轮减速器。多级传动中，总传动比应为：i0i1i2i3ini （5.2)其中，0i、1i、2i、3i、ni为各级传动机构的传动比。-11-对于二级展开式圆柱齿轮减速器，通常情况下1i=（1.11.5)2i，由于电动机轴转速较高，为减小启动载荷、缓和冲击，电动机与减速器之间的连接决定采用 V 带连接。参考机械设计机械设计基础课程设计表 3-1 常用传动机构的性能及适用范围可知圆柱齿轮常用的单级传动比为 36,V 带传动常用的单级传动比为 24。设减速器一级传动比1i=6，二级传动比2i=4,电动机到减速器之间采用 V 带传动，传动比
32、为0i，则根据式 5.2 可得 0i=21i ii=4636=1.5 另外1i=1.52i，各传动比均在推荐传动比选择范围之内，可以选用。5.2 计算运动和动力参数 5.2.1 各轴的功率 1P=dP01 (5.3)2P=1P12=dP0112 (5.4)3P=2P23=dP011223 (5.5)4P=3P34=dP01122334 (5.6)式中 dP-工作机要求的电动机输出效率，kW:1P、2P、3P、4P-依次为、轴输入功率，kW;01、01、23、34-依次为电动机轴与轴、轴与轴、轴与轴、轴与轴间的传动效率。由电动机至卷筒的传动总效率为：w423421 (5.7)式中，1是带传动的效
33、率，2是轴承传动的效率，3是齿轮传动的效率，4是联轴器传动的效率。其大小参考机械设计机械设计基础课程设计附表 1-1，机械传动和摩擦副的效率概略值可得 V 带传动效率1=0.96，一般齿轮传动，即3=0.97,滚子轴承，-12-2=0.98。联轴器4=0.99，已知电动机输出效率dP=5.5kW，将它们分别代 5.3 至 5.6 式得：轴的输入功率 1P=dP01=dP1=5.5kW0.96=5.28kW 轴的输入功率 2P=1P12=1P23=5.28kW0.980.97=5.02kW 轴的输入功率 3P=2P23=2P32=5.02kW0.980.97=4.77kW 轴的输入功率 4P=3
34、P34=3P24=4.77kW0.980.99=4.63kW 5.2.2 各轴的转速 1n=0inm (5.7)2n=11in=10iinm (5.8)3n=22in=210i iinm (5.9)式中 mn-电动机的满载转速，1440r/min;1n、2n、3n-依次为轴、轴、轴转速，轴为高速轴，轴为低速轴，r/min;0i、1i、2i-依次为由电动机至轴和轴至轴、轴至轴的传动比。则 轴的转速 1n=5.11440r/min=960r/min 轴的转速 2n=6960r/min=160r/min 轴的转速 3n=40160r/min=40r/min 轴的转速 4n=3n=40r/min 5.
35、2.3 各轴的转矩 电动机的输出转矩 -13-dT=9550mdnP=955014405.5mN=36.48mN (5.10)轴的输入转矩 1T=dT0i01=36.48mN 1.50.96=52.53mN (0i=带i,01=1)轴的输入转矩 2T=1T1i12=52.53mN 60.980.97=299.58mN (1i=齿1i,12=32)轴的输入转矩 3T=2T2i23=299.58mN 40.980.97=1139.12mN (2i=齿2i，23=32）轴的输入转矩 4T=3T34=1139.12mN 0.980.99=1105.17mN (34=42)运动和动力参数的计算结如表 5
36、.1 所示：表 5.1 运动和动力参数的计算结果 参数 轴名 电动机轴 轴 轴 轴 轴 转 速n(r1min)1440 960 160 40 40 功率 P/kW 5.5 5.28 5.02 4.77 4.63 转 矩T/(mmN)3.648410 5.253410 2.996510 1.140610 1.105610 5.3 设计带传动的主要参数 已知带传动的工作条件：载荷平稳，所需传递的额定功率 p=5.5kw 小带轮转速mr/1440n1，大带轮转速2n=960，传动比0i=1.5。设计内容包括选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带的材料、基准直径传动比 i 1.5 6 4 1 效
37、 率 0.96 0.95 0.95 0.96 -14-以及结构尺寸、初拉力和压轴力等等（因为之前已经按5选择了 V 带传动，所以带的设计按 V 带传动设计方法进行）（1）计算功率ap ap=kwkwPKA05.65.51.1 (5.11)（2）选择 V 带型 根据ap、1n由图 8-11机械设计p157 选择 A 型带（d1=112140mm）（3）确定带轮的基准直径dd并验算带速 v 初选小带轮的基准直径dd，由（机械设计p155 表 8-6 和 p157 表 8-8，取小带轮基准直径mm125d1d 验算带速v smsmndvd/4.9/100060144012510006011 (5.1
38、2)因为 5m/s9.4m/s90 包角满足条件（7）计算带的根数 单根 V 带所能传达的功率,根据表 8-4a,由1n=1440r/min 和1dd=125mm，用插值法求得0p=1.91kw 单根 v 带的传递功率的增量0p 已知 A 型 v 带，小带轮转速1n=1440r/min 传动比 0i=21nn=1dd/2dd=1.5 查表 8-4b 得0p=0.02kw 计算 v 带的根数 查表 8-5 得包角修正系数k=0.96,表 8-2 得带长修正系数Lk=0.99 rp=(0p+0p)kLk=(1.91+0.02)0.960.99=1.83KW （5.18）z=rcaPp=6.05/1
39、.83=3.31 （5.19）故取 4 根.（8）计算单根V带的初拉力和最小值,由表8-3得 A型带的单位长度质量 q=0.1kg/m,所以 -16-min0F500zvkpkca)5.2(+2qv=138.0N （5.20）对于新安装的 V 带,初拉力为:1.5min0F=207N 对于运转后的 V 带,初拉力为:1.3min0F=179N（9）计算带传动的压轴力PF minPF=2zmin0F2sin1=241382166sinN=1096N （5.21)（10）带轮的设计结构 A.带轮的材料为:HT200 B.V 带轮的结构形式为:腹板式.5.4 齿轮传动设计 5.4.1 齿轮类型的选择
40、 相对于直齿轮，斜齿轮具有以下几个优点：1、啮合性能好，在斜齿轮轮齿的接触线为与齿轮轴线倾斜的直线，轮齿开始啮合和脱离啮合都是逐渐的，因而传动平稳、噪音小，同时这种啮合方式也减小了制造误差对传动的影响；2、重合度大。可以降低每对轮齿的载荷，从而相对的提高了齿轮的承载能力，延长了齿轮的使用寿命，并使转动平稳；3、斜齿轮标准齿轮不产生根切的最少齿数较直齿轮较少，因此，采用采用斜齿轮传动可以得到更加紧凑的机构。最终选择斜齿轮圆柱齿轮。但是，斜齿轮传动也有其缺点：在运动时会产生向推力，所以必须和推力轴承配合使用。5.4.2 高速轴齿轮计算（1）选择材料热处理方式 根据工作条件与已知条件知减速器采用闭式
41、软齿面,(HB=350HBS),8 级精度,查表10-1 得 小齿轮 40Cr 调质处理 HB1=280HBS 大齿轮 45 钢 调质处理 HB2=240HBS（2）按齿面接触强度计算:取小齿轮1z=20，则2z=2i1z，2z=206=120，为了使各个相啮合齿对磨损均匀、传动平稳，2z与1z一般互为质数。取2z=119。并初步选定 15 -17-31112HEHdttZZuuTKd (5.22)确定公式中的各计算数值 a.因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择 Kt=1.6 b.由图 10-30 选取区域系数HZ=2.425 c.由图 10-26 查得10.745，20.865，则211
42、.61 d.计算小齿轮的转矩1T3.648mm104N。确定需用接触应力 e.由表 10-6 查得材料的弹性影响系数EZ=189.8MPa f.由图 10-21 查得小齿轮的接触疲劳强度极限 因软齿面闭式传动常因点蚀而失效,故先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸,然后验算轮齿的弯曲强度,查表 9-5 得齿轮接触应力1lim=600MPa 大齿轮的为2lim=550MPa h.由式 10-13 计算应力循环次数)365828(1960606011hjLnN2.691910 (5.23)2N95.510691.29=4.523810 i.由图 10-19 取接触疲劳寿命系数1HNK=0.90 2
43、HNK=0.96 1H=1HNK1lim/S=540Mpa (5.24)2H=2HNK2lim/S=528Mpa (5.25)H=(1H+2H)/2=543Mpa (5.26)所以，代入各数据得 td1mm345438.189425.295.595.5161.10.110648.36.1239.33mm 计算圆周速度:V=10006011ndt=1.98m/s (5.27)计算齿宽 B 及模数ntm -18-b=dtd1=139.33mm=39.33mm (5.28)ntm=11coszdt=2015cos33.39mm=1.90mm (5.29)h=2.25ntm=2.251.90mm=4.
44、28mm (5.30)hb=28.433.39=9.19 (5.31)计算纵向重合度=0.318d1ztan=0.318120tan15=1.70 (5.32)计算载荷系数 由表 10-8.10-4.10-3 图 10-13 分别查得:2.1,35.1,34.1,12.1,1FHFHVAKKKKKK （5.33)故载荷系数 HHVAKKKKK11.121.21.34=1.80 (5.34)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式 1010a 得 1d=td13Ktk=40.90mm (5.35)计算模数ntm ntm=11coszd=1976mm (5.36)（3）按齿根弯曲强度设计 由式
45、10-17 312121111)1(cos2FasaFnzuYYKTm (5.37)计算载荷系数:863.135.12.115.11FFVAKKKKK 根据纵向重合度=1.704,从图 10-28 查得螺旋角影响系数85.0Y 计算当量齿数 -19-齿形系数 19.2215cos203v1z，10.9215cos833v2z 由1图 10-5 查得21.272.221aaFFYY，由表 10-5 查得776.157.121aSSYYa，由图 10-20C 但得1FE=500Mpa 2FE=380MPa 由图 10-18 取弯曲疲劳极限1FNK=0.85,2FNK=0.88 计算弯曲疲劳应力:取
46、安全系数 S=1.4,由 10-12 得:1F=1FNK1FE/S=303.57MPa 2F=2FNK2FE/S=238.86MPa 计算大、小齿轮的111FsaFYY，并比较 01704.084.238794.1268.20147.057.30357.172.2222111FsaFFsaFYYYY 大齿轮的数值大,将222FsaFYY代入式（5.37）计算。法向模数 nm3224207.1115cos85.010648.3863.12=1.48 对比计算结果,为同时满足接触疲劳强度,则需按分度圆直径1d=40.90mm 来计算应有的数,于是有:取1nm2mm；则 32.20215cos90.
47、40cos11nmdz，故取1z=20，则2z=1i1z=120，取2z119 计算中心距 -20-mm95.11515cos2)9022(2cos2)(211zzman （5.38)取 a1=116mm 确定螺旋角 azzmn2)(a r c c o s211 (5.39)代入数据得：11162)11920(2arccos=09.15=42515 计算大小齿轮分度圆直径:1d=mmmZn58.4509.15cos1 2d=mmmZn42.18609.15cos2 确定齿宽 mm57.4557.45112dba 取mm50mm4512BB，5.4.3 低速轴的齿轮计算 选择材料热处理方式（与前
48、一对齿轮相同）(HB=350HBS),8级精度,查表 10-1 得 小齿轮 40Cr 调质处理 HB1=280HBS 大齿轮 45 钢 调质处理 HB2=240HBS 取小齿轮3z=20，则4z=2i3z420=80 取4z=79，初步选定 15 按齿面接触强度计算:31112HEHdttZZuuTKd 确定公式中的各计算数值 a.因为齿轮分布非对称，载荷比较平稳综合选择 Kt=1.6 b.由图 10-30 选取区域系数425.2Hz c.由图 10-26 查得,85.0,76.021 则61.121 d.计算小齿轮的转矩:mm1064.152NT -21-确定需用接触应力 e.由表 10-6
49、 查得材料的弹性影响系数 ZE=189.8MPa f.由图 10-2 查得小齿轮的接触疲劳强度极限 因软齿面闭式传动常因点蚀而失效,故先按齿面接触强度设计公式确定传动的尺寸,然后验算轮齿的弯曲强度,查表 9-5 得齿轮接触应力1lim=600MPa 大齿轮的为2lim=550MPa h.由式 10-13 计算应力循环系数 81110867.9)365828(13526060hjLnN 88210345.395.210867.9N i.由图 10-19 取接触疲劳寿命系数1HNK=0.96 2HNK=0.97 1H=1HNK1lim/S=576Mpa 2H=2HNK2lim/S=533.5Mpa
50、 H=(1H+2H)/2=554.8Mpa 计算圆周速度:V=td1 n1/60000=1.21m/s 计算齿宽 b 及模数ntm B=dtd1=1X65.87=65.87mm ntm=11coszdt=3.18mm h=2.25ntm=7.16mm hb=16.787.65=9.200 计算纵向重合度=tan318.01zd=1.704 由表 10-8.10-4.10-13.10-3 分别查得:-22-2.1,36.1,458.1,12.1,1HHFHVAKKKKKK 故载荷系数 K=1*1.12*1.2*1.458=1.960 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径由式10-10a 得 1d=