凸轮排线式液压绞车设计.doc

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1、大学本科生毕业设计（论文） 第一章 绪论1.1 绞车的简介在起重机械中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式，而这样的机器叫做卷扬机又叫绞车。卷扬机的卷扬机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具挂梁等多种形式。安全保护装置有超负载限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。卷扬机的驱动方式有三种，分别为内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动。内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传

2、动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构，这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业。为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向，这种驱动方式调速困难，操纵麻烦，属于淘汰类型。目前只有少数地方应用。电动机驱动是卷扬机的主要驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构的工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的卷扬机中，常采用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动卷扬机中应用广泛。液压驱动的卷扬机，由原动机带动

3、液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。目前液压驱动在建筑卷扬机中获得日益广泛的应用。1.2 课题背景 绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术，随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展，绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量并广泛地运用着，例如矿用提升绞车、调

4、度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人员的调度，具有较大的牵引功率和挺好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。绞车的另一个重要用途是港口机械，常见的有集装箱起重机、港口装卸门座起重机、塔式起重机以及较小型的电葫芦等起重机械，其中主要执行机构都是各种形式和机构的绞车。对于这种用途的绞车，要求具有较好的调速性能和很高的安全性能。另外，绞车还被运用于各种线缆的存储、制造和运输，例如纺织机械中的用于存放丝线的线招和电缆制造中用于存放各种直径线缆绳的缆盘。这种情况下，绞车不光要具有一定的调速能力，并还能够使不同直径的缆绳排列整齐，从而保证生产的顺利进行。在船用甲板机械的

5、和海洋开发领域，绞车也具有悠久的使用历史和多种多样的用途。可以说，绞车广泛地运用各种各样的场合，发挥着不同的作用，也具备有各种各样的结构组成，成为了更好地研究绞车结构和性能，需要对绞车的组成和绞车的分类展开探讨，本次设计的绞车主要是应用于深海绳索取芯机构中，提升或下降取样钻头。但是同时，小型绞车是通过钢丝绳在其卷筒上的缠绕来牵引物件升降。由于牵引距离较长，而卷筒的直径和宽度都较小，所以钢丝绳在卷筒上要缠绕好几层。对于比较柔软的新钢丝绳，在卷筒上还能够较整齐的缠绕排列)。由于工作环境往往很恶劣，钢丝绳在工作过程中会受到不同程度的损坏，产生硬化和变形，这样钢丝绳往卷筒上缠绕时就无法排列整齐而出现乱

6、绳现象，甚至钢丝绳只往卷筒的一边缠绕如图1所示，图2为实物照片，严重时钢丝绳会跳出卷筒护板引发事故。为避免这类事故发生，需要设置一个排绳装置，以使钢丝绳往卷筒上缠绕时实现有序排列，达到安全运转。 据调查，绞车排绳问题已有人作过研究，如利用丝杠作为导轨的排绳装置，这种装置运行平稳，但钢丝绳在卷筒上实现左右往复缠绕就需要换向装置，否则拨绳器无法返回。还有采用油缸，活塞带动拨绳器作往复运动，但这样的机构比较复杂，成本较高，按照既要满足工作要求又要使机构简化的思路解决绞车的排绳，排绳装置的拨绳器必须随着钢丝绳的缠绕同步位移。换句话说，是用拨绳器来拨动钢丝绳使其有序排列，而且钢丝绳缠满一层后又反向缠绕，

7、拨绳器反向移动，故拨绳器的工作特点是循环往复运动。为此采用圆柱凸轮机构，通过圆柱凸轮的旋转使动件左右往复运动(图4-1所示)，圆柱凸轮旋转的动力可以取自绞车。因为圆柱凸轮曲线导槽带动拨绳器的从动件循环往复运动，因此圆柱凸轮机构可以实现排绳的功能。1.2.1 绞车的类型 绞车多种多样的用途，决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。按照绞车卷筒的数量分，绞车可以分为二种：单卷筒绞车、双卷筒绞车。 另外，按照绞车的驱动方式，通常又把绞车分为电动绞车，气动绞车和液压绞车二种。1.2.2 绞车的特点 通过对绞车应用场合的探讨和绞车结构的分析，可以得知，在工程应用中绞车会具有如下一些特点：1.负载时变

8、绞车用于海洋拖曳、电梯桥厢提升、矿山调度等场合时，由于外界环境因素的影响，例如海浪、海流、货物重量等的不断变化，它的负载也在不断变化。这就对绞车的稳定运行造成了很大干扰。如果不采取有效的控制手段，绞车的受访速度就不肯稳定，有时候甚至无法正常工作。2.驱动力矩范围大 这也是由于绞车的工作环境界定的，其驱动力范围从几公斤到上百吨不等。3.要求调速方便，高低速运行稳定 由于受访工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续地调整收放速度。 在高速运行的时候，不能出现飞车的情况；在低速运行的时候，不能出现爬行现象，要保持一定的输出力矩。4.对安全可靠性要求较高 由于绞车一旦出现事故，就有可能对人的生命或财

9、产造成很大的伤害，加上绞车的工作环境大多比较恶劣，素以要求绞车具有很高的可靠性。因此在设计绞车时设计人员应考虑到绞车的最大负载能力、绞车的防爆性、原件的可靠性等因素。5.要求具有较好的课操作性 随着对绞车使用要求的不断提高以及自动化技术的发展，绞车的自动化程度也在不断提高。一些先进的电子控制技术、通讯技术的运用，使得现在的绞车能够具有很好的人机接口和远程通信能力，极大地提高了绞车的操作性能。1.3 特色与创新之处本毕业设计的凸轮排线式液压绞车是一种拥有凸轮排绳装置，液压马达提供动力的绞车，经调查，排绳装置有采用油缸，活塞带动拨绳器作往复运动等方式，但这样的机构比较复杂，成本高，而采用圆柱凸轮机

10、构，通过圆柱凸轮的旋转使动件左右往复运动，圆柱凸轮旋转的动力还可以取自绞车，这样使得机构简单，成本低，且同样能很好完成有序排绳目标。第二章 液压马达和联轴器的选择2.1液压马达的选用2.1.1液压马达的分类及特点 从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可你工作的液压元件，向任何一种液压泵出入宫作业题，都可以使其变成液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。 但是，由于液压马达和液压泵的工作条件不同，对它们的性能要求也不一样，所以同类型的液压马达和液压泵之间，仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转，因而要求其内部结构对称；液压马达的转速范围需要足

11、够大，特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此，它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承；其次液压马达由于在输入压力油条件下工作，因而不必具备自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的启动转矩。由于存在着这些差别，使得液压马达和液压泵在结构上比较相似，但不能可逆工作。 液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500 r/min的属于告诉液压马达，额定转速低于500 r/min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小、便于启动和制动、调节（

12、调速及换向）灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为告诉小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低（有时可达每分钟几转甚至零点几转）、因此可直接与工作机构连接；不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称低速大转矩液压马达。2.1.2液压马达的选用1.主要参数最大单绳拉力：5000 N 平均收放绳速：0.5 m/s 卷筒直径100 mm。绞车的工作环境：深海作业由马达的功率按所需的静功率计算，静功率计算公式： （2.1）由式（2.1）： 因此： 由马

13、达至钢丝绳的传动总效率为：a =1223式中：123 分别为滚动轴承、联轴器、卷筒的传动效率。取：1 =0.97，2 =0.98，3 =0.96。则：a =0.970.970.980.96 =0.86故：Pd =2.91 Kw2. 确定马达的转速卷筒工作转速为：n =93 r/min3.确定滚筒所受的转矩：T =F=5000=250 Nm故根据容量和转速，综合考虑马达和传动装置尺寸，重量，价格等，选定马达型号为摆线液压马达BMR-315，BMR系列更多型号液压马达的具体参数见图表2-1： 图表2-1液压马达型号型号BMR-50BMR-80BMR-100BMR-125BMR-160BMR-200

14、BMR-250BMR-315BMR-400实际排量(ml/r)51.780.5100.5126.3160.8200.9252.6321.5401.9工作压差 Mpa连续cont.1414141414141197间断int.17.5175.5175.517.517.517.514119尖峰peak.202020202020161311扭矩 N.m连续cont.93152194237310369380380380间断int.118189236296378450470470470尖峰peak.135216270338433509540540540转速范围 r/min连续cont.10-77510-7

15、5010-6009-4757-3755-3005-2405-1905-160最大流量 L/min连续cont.406060606060606060最大输出功率 Kw连续cont.710-75010-6001010865-1904重量 kg 6.56.977.37.588.5911根据工况和计算所选液压马达为2-2： 表2-2 马达的主要参数 型号 额定功率 转速范围 额定转矩 BMR-315 5 KW 5 190 r/min 380 Nm2.2联轴器的确定2.2.1 联轴器的种类联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中

16、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。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

17、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、弹性圈栓联轴器销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。2.2.2 各种联轴器的特点及应用场合1.凸缘式联轴器特点：构造简单，成本低，可传递较大转矩。不允许两轴有相对位移，无缓冲。 用途：在转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好的场合应用较广。2.滑块联轴器特点：半联轴器上的凹槽与中间滑块的凸榫移动副可补偿两轴偏移 应用：无缓冲，移动副应加润滑用于低速传动3.弹性联轴器特点：缓冲吸振，可补偿较大的轴向位移，微量的径向位移和角位移。 应用：正反向变化多，启动频繁的高速轴。4.安全联轴器 在结构上的特点是，存

18、在一个保险环节（如销钉可动联接等），其只能承受限定载荷。当实际载荷超过事前限定的载荷时，保险环节就发生变化，截断运动和动力 的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起安全保护作用。 起动安全联轴器：除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载起动转变为近似空载起动的作用。5.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。6.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。 无弹性元件的挠性联轴器：承载能力大，但也不具有缓冲减

19、震性能，在高速或转速不稳定或经常正、反转时，有冲击噪声。适用于低速、重载、转速平稳的场合。 非金属弹性元件的挠性联轴器 在转速不平稳时有很好的缓冲减震性能；但由于非金属（橡胶、尼龙等）弹性元件强度低、寿命短、承载能力小、不耐高温和低温，故适用于高速、轻载和常温的场合 。 金属弹性元件的挠性联轴器：除了具有较好的缓冲减震性能外，承载能力较大，适用于速度和载荷变化较大及高温或低温场合。2.2.3联轴器的选择 根据绞车使用情况和液压马达输出轴的直径选用联轴器GCL2型齿轮联轴器。GCL2的主要参数： 公称转矩 许用转速 转动惯量联轴器力矩的校核： （2.2） 式中 传扭矩的计算值； 按第类载荷计算的

20、轴传最大扭矩，对高速轴，在此为转矩的允许过载倍数，为液压马达的额定转矩，；其中，联轴器重要参数，对于起升机构=1.8；角度偏差系数，；联轴器符合要求。第三章 卷筒的设计和钢丝绳的选用3.1 钢丝绳的选用3.1.1 牵引钢丝绳的构造及种类 钢丝绳是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。3.1.2 钢丝绳的构造（1）钢丝。钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境

21、条件不同对钢丝进行表面处理。（2）绳芯。它是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦，提高使用寿命的。常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。3.1.3 钢丝绳的种类按拧绕的层次分类钢丝绳按拧绕的层次可分为单绕绳、双绕绳和三绕绳。(1)单绕绳：由若干细钢丝围绕一根金属芯拧制而成，挠性差，反复弯曲时易磨损折断，主要用作不运动的拉紧索。(2)双绕绳：由钢丝拧成股后再由股围绕绳芯拧成绳。常用的绳芯为麻芯，高温作业宜用石棉芯或软钢丝拧成的金属芯。制绳前绳芯浸涂润滑油，可减少钢丝间互相摩擦所引起的损伤。双绕绳挠性较好，制造简便，应用最广。(3)三绕绳：以双绕绳作股再

22、围绕双绕绳芯拧成绳，挠性好；但制造较复杂，且钢丝太细，容易磨损，故很少应用。钢丝绳的绕制方向有顺绕和交绕两种。钢丝拧成股的绕向与股拧成绳的绕向相同者称顺绕。顺绕钢丝绳的钢丝间接触较好，挠性也较好，使用寿命长，但有扭转松散的趋向，不宜用作自由端悬吊重物的提升绳，可作为有刚性导轨对重物导行时的提升绳或牵引绳。钢丝拧成股的绕向与股拧成绳的绕向相反者称交绕。交绕的钢丝绳不易扭转松散，在起重作业中广泛使用。按接触状态分类,钢丝绳也可按股中每层钢丝之间的接触状态分为点接触、线接触或面接触 3 种。(1)点接触的钢丝绳:股中钢丝直径均相同。为使钢丝受力均匀，每层钢丝拧绕后的螺旋角大致相等，但拧距不等，所以内

23、外层钢丝相互交叉，呈点接触状态。(2)线接触的钢丝绳：股中各层钢丝的拧距相等，内外层钢丝互相接触在一条螺旋线上，呈线接触状态。线接触钢丝绳的性能比点接触的有很大改善，所以使用广泛。(3)密封式钢丝绳：面接触绳股的一种，外层用乙形钢丝制成，表面光滑，耐磨性好，与相同直径的其他类型钢丝绳相比，抗拉强度较大，并能承受横向压力，但挠性差、工艺较复杂、制造成本高，常用作承载索，如缆索起重机和架空索道上的缆索。钢丝绳的截面除了圆股外，还有三角股、椭圆股和扁股等异型股。与圆股的相比，它们有较高的强度，与卷筒或滑轮绳槽的接触性能好，使用寿命长，但制造较复杂。钢丝用优质碳钢制成，经多次冷拔和热处理后可达到很高的

24、强度。潮湿或露天环境等工作场所可采用镀锌钢丝拧成的钢丝绳，以增强防锈性能。钢丝绳在各工业国家中都是标准产品，可按用途需要选择其直径、绳股数、每股钢丝数、抗拉强度和足够的安全系数，它的规格型号可在有关手册中查得。钢丝绳除外层钢丝的磨损外，主要因绕过滑轮和卷筒时反复弯曲引起金属疲劳而逐渐折断，因此滑轮或卷筒与钢丝绳直径的比值是决定钢丝绳寿命的重要因素。比值大，钢丝弯曲应力小，寿命长，但机构庞大。必须根据使用场合确定适宜的比值。钢丝绳表面层的磨损、腐蚀程度或每个拧距内断丝数超过规定值时应予报废。3.1.4 钢丝绳直径的计算与选择的选型表3-1钢丝绳的分类组别类 别分类原则典 型 结 构钢丝绳 股 绳

25、直径范围mm1圆股钢丝绳6x76个圆股。每股外层丝可到7根，中心丝(或无)外捻制12层钢丝，钢丝等捻距6769W(6+1)(33+3)23614362619(a)6个圆股，每股外层丝8-12根，中心丝外捻制23层钢丝，钢丝等捻距619S6x19W625Fi6x26SW631SW(9+9+1)(66+6+1)(12+6F+6+1)(10+55+5+1)(12+66+6+1)6366401444134012466x19(b)6个圆股，每股外层丝12根，中心丝外捻制2层钢丝6x 19(12+6+1)3463637(a)6个圆股，每股外层丝1418根，中心丝外捻制34层钢丝，钢丝等捻距629Fi636

26、SW637S(点线接触)641SW6x49SWS655SWS(14+7F+7+1)(14+77+7+1)(15+15+6+1)(16+88+8+1)(16+88+8+8+1)(18+99+9+9+1)10441260lO60326036603664637(b)6个圆股，每股外层丝18根，中心丝外捻制3层钢丝637(18+12+6+1)566 直径236mm 直径1436mm 图3-1 钢丝绳的截面图表3-2钢丝绳结构：6 7+FC 67+IWS 69W+FC 69W+IWR 力学性能钢丝绳公称直径钢丝绳近似质量钢丝绳公称抗拉强度MPa1470 1570 1670 1770 1870钢丝绳最小破

27、断拉力d允许偏差天然纤维芯钢丝绳合成纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳纤维芯钢丝绳钢芯钢丝绳()kg/l00 mkN23+8O1.403.161.383.101.553.481.954.392.114.742.084.692.255.072.2l4.982.395.392.355.282.545.7l2.485.582.68.6 0445+7O5.628.775.508.606.199.687.8012.208.4413.108.3313.009.Ol14.008.8713.809.5914.909.4014.60lO

28、.1015.809.9315.5010.7016.70678+6O12.6017.2022.5012.4016.9022.0013.9019.0024.8017.5023.9031.2018.9025.8033.7018.7025.5033.3020.2027.6036.0019.9027.1035.4021.5029.3038.3021.1028.7037.6022.8031.1040.6022.3030.4039.7024.1032.8042.90由钢丝绳主要用途的推荐表，对口绞车钢丝绳的结构为67，同向捻所选钢丝绳的破断拉力应满足: F0Sn （3.1）F0:所选的钢丝绳的破断拉力；n:

29、钢丝绳最小安全系数，查表得，牵引钢丝绳的最低安全系数不低于4，取安全系数为6；C:选择系数，mm/N1/2；选择系数C的取值与机构的工作级别有关，选择系数按下式计算 C= （3.2）:钢丝绳捻制充满系数；K：折减系数；b：钢丝绳的抗拉强度，1700MPa；当 = 0.46， k = 0.82时，查表得，C =0.04；S:钢丝绳最大工作静拉力，等于 5000N；钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力按下面公式计算 d =C (3.3)计算得到最小直径 d=2.8mm,取整数 3mm；3.2 卷筒的设计 3-2 卷筒的装配简图3.2.1卷筒直径的确定 (3.4)式中卷筒直径比，由查表选取; 卷筒直径

30、（mm）; 钢丝绳直径(mm); 根据卷扬机工作级别M4选用=32，根据已知得=3mm,把数值代入式（3.4）中得 =（32-1） 3=93mm根据所得的数据选卷筒直径=100mm。3.2.2卷筒长度的确定由于采用多层卷绕卷筒L，由下式 (3.5) 式中多层卷绕钢绳总长度（mm）； n钢丝绳绕卷筒层数；根据已知卷筒容绳量为60m，所以=60m，把数据代入式（3.5）中得 L =97.92mm取多层卷绕卷筒长度=100mm。3.2.3卷筒的壁厚的确定根据卷筒厚度经验公式 （3.6） 由式（3.6）得 =10mm第四章 传动机构的设计4.1 圆锥齿轮传动的设计计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及

31、齿数2、选用直齿圆锥齿轮传动，按齿形制齿形角，顶隙系数，齿顶高系数，螺旋角，轴夹角，不变位，齿高用顶隙收缩齿。3、根据课本表10-1，材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮选用45钢调质，齿面硬度240HBS，二者材料硬度差40HBS。4、根据课本表10-8，选择7级精度。5、传动比u=/=1.5节锥角， 不产生根切的最小齿数： (4.1) 由式（4.1）得=14.22 故可选=20，=u=201.5=304.1.1 按齿面接触疲劳强度设计 公式： 2.92 （4.2）1、 试选载荷系数=22、 齿轮传递的扭矩=250 Nm3、选取齿宽系数=4、由教材表10-6查得

32、材料弹性影响系数。5、由教材图10-21d按齿面的硬度查得两齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳极限。6、计算应力循环次数（按教材式10-13） 7、 由教材图10-19查得接触疲劳寿命系数 8、 计算接触疲劳许用应力去失效概率为1%，安全系数S=1，教材式（10-12）得 9、 试算小齿轮的分度圆直径代入中的较小值得 2.92 （4.3） 由式（4.3）得68.27mm10、 计算圆周速度v = 56.89mm =（3.1415956.8993）/（601000） =0.277m/s11、 计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状态均匀平稳，查表10-2得=1.0。由图10-8查得动载系数=1.

33、0。由表10-3查得齿间载荷分配系数=1.1。依据两个齿轮均悬臂布置，查表10-9得齿向载荷分配系数=1.25由公式=1.5=1.51.25=1.875接触强度载荷系数 =11.01.11.875=2.0612、 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 =68.27=68.95mm m=/=68.95/20=3.45 mm 取标准值m =3.5 mm。13、 计算齿轮的相关参数 =m= mm =m=mm = =90-= R=14、 确定并圆整齿宽 b=R=63.10=21.03 mm圆整取 4.1.2 校核齿根弯曲疲劳强度1、 确定弯曲强度载荷系数 K= （4.4） 由式（4.4）得K=2.06

34、2、计算当量齿数 =/cos=20/cos=24.04 =/cos=30/cos=54.083、查教材表10-5得 =2.85,=1.54,=2.40,=1.674、 计算弯曲疲劳许用应力 由教材图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 =0.89，=0.87 取安全系数=1.4 由教材图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500Mpa =380Mpa 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力 5、 校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 =126.35MPa =84.24Mpa 满足弯曲强度要求，所选参数合适。4.2 卷筒主轴的设计 4-1 卷筒主轴设计简图4.2.1按扭矩初算轴径（1）轴的材料 由于碳钢

35、比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造的轴尤为广泛，因此轴的材料选择45号钢并调质处理，硬度（217255HBS）。（2）轴的工作能力的计算轴的工作能力的计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度，这时需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形，对高速运转的轴，还需进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。1、求出轴上的转速和转矩 由于轴通过联轴器和马达直接相连，故 ，式中

36、马达的输出转矩（）；马达的输出转速（）。 把数值代入式中得： 2、求作用在轴上的各作用力 由于轴带动联轴器、卷筒毂锥齿轮转动方案可知只受扭矩作用，由于轴除受自身重力和轴上各部件的压力，以及轴左端锥齿轮几乎可以忽略的径向力外不再受-径向力作用，因此轴所受的径向力可忽略不记.分析如图（3-3） 图4-3的载荷分析图3、初步确定轴的最小直径根据机械设计教材P370页式（15-1），轴的扭转强度条件为 （4.5）式中：扭转切应力，MPa； T轴所受的扭矩，； 轴的抗扭截面系数，； n轴的转速，； P轴传递的功率，kW； d计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa；见教材表15-3。由式（4.

37、5）得轴的直径=根据轴的选用材料查表得=45MPa，把数据代入式中得=30.03mm卷筒主轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d1，为了使所选的轴的直径d1与联轴器的孔径及液压马达的轴径相适应，综合考虑以上几种因素选取d=32mm。4.2.2校核轴的强度按机械设计教材373页式（15-5）计算 （4.6） 式中轴的计算应力（）； M轴所受的弯矩（）； T轴所受的扭矩（）； W轴的抗弯截面系数（）； 折合系数； 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值按教材表15-1选用。由于本设计中轴主要考虑扭矩的作用因此，由下式计算： （4.7） 4-4 抗弯、抗扭计算截面图轴的抗弯截面系数依照（图4-4）

38、按下式计算： （4.8）把数带入式中计算得： 其中b=10，t=4 =3.2103 mm3折合系数当扭转切应力为静应力时，把计算的值和已知的值代入式（4.7）中得： =23.4MPa根据轴的材料按表选=255。因此，故安全。4.2.3轴的结构设计轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，定出轴的合理外形和全部结构尺寸。4.2.4拟定轴上零件的装配方案轴的结构形式与轴上主要零件的位置及装配方案有关。确定装配方案就是定出轴上主要的装配方向、顺序及相互关系。拟定装配方案时，一般要考虑几个方案，分析比较后选定。本设计的方案如（图4-5）装配方案为联轴器、轴承、轴承支座盖、卷筒毂、卷筒、轴承、锥齿轮按从左到右的方向装配。 4-5主轴上装配方案图4.2.5 确定轴的各段直径和长度 （1）按照计算转矩及最小轴径选取孔径为32mm的联轴器，与之相匹配的选取最小轴径d1=32mm，与轴配合的