电动卷扬机传动装置的设计

公式为
其中， 是轴的计算应力。单位MP a。
M是轴所受的弯矩，单位 。
T是轴所受的扭矩，单位 。
W是轴的抗弯截面系数，近似的看成圆轴，计算公式 。
是对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，因为是45钢，调质处理，取为60MPa。
机械设计课程设计计算及说明
结果
取0.6，d取50mm，则
该值小于 =70MPa，所以是安全的。
2.3.2求蜗杆轴载荷
根据结构图作出轴的计算简图
1）因为已算出蜗杆的分度圆直径为69.4mm。轴1的输入转矩为
。轴2的输入转矩为 。
分度圆直径为319.8mm。
所以
三个力的方向如图所示。
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=26.8N
=5034N
=1635.6N
从手册中，我们可以查出并确定轴承的支点的位置。查出32310圆锥滚子轴承的a=28mm。所以作为简支梁的轴的跨距为
各轴的输入转矩为：
１轴
２轴
３轴
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结果
4轴（卷筒轴）
1.3.5各轴的输出转矩
1轴
2轴
3轴
结果
输出转矩
2.2减速器内传动零件的设计（蜗杆减速器）
1）蜗杆传动，用45纲，故蜗杆齿面要求淬火，硬度为45~55HRC,涡轮用褚锡磷青铜—ZCuSn10P1金属膜制造。为节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。
轴孔的 。所以是合用的。
我们初步选取孔径为70mm的UL13型联轴器，所以初步确定轴2的最小直径为70mm。孔的长度为107mm。（J型）。所以半联轴器的与轴配合的长度为 107mm。
1）装配方案的拟订
1轴上从左到右依次装配的零件为联轴器，端盖1，滚子轴承1，套筒，蜗轮，滚子轴承2，端盖2。
如图所示。2）.根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度
卷筒直径: D=310mm.
工作条件要求
间歇工作,每班工作时间不超过15%,每次工作时间不超过10 min.满载启动,工作中有中等震动,两班制工作,小批量生产,钢速度允许误差5%.设计寿命１０年
机械设计课程设计的计算及说明
备注
一.总体设计
1.1传动方案的选择
本电动卷扬机传动装置由电动机，蜗杆减速器，一级开式齿轮传动装置，卷筒组成．
涡轮齿顶高
4)校核齿根弯曲疲劳强度
当量齿数Zv=Z2/cos
所以可以从11-17中可查得齿形系数YFa2=2.44
螺旋角系数
许用弯曲应力
=0.725
=56*0.725=40.6MPa
=
验算效率：
=5.43， =arctan fv fv与相对滑动速度Vs=有关 m/s
从表11-8用插值法查得fv=0.0206 =1.11度
分度圆导程角 =5.43度
3）涡轮
涡轮分度圆直径d2=m*Z2=8*40=252
涡轮喉圆直径da2=d2+2ha2=252+2*=264.6
涡轮齿根圆直径df2=d2-2hf2=264.6-2*1.2*8=236.88
涡轮咽喉母圆半径Rg2=a-1/2*da2=191.5-0.5*264.6=59.2
其中，蜗杆传动可以实现较大的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，适合本系统的间歇工作的场合．由于蜗杆传动布置在高速级，可采用锡青铜为蜗轮材料的蜗杆传动，这样可以提高承载能力和传动效率．
而开式齿轮传动的工作环境较差，润滑条件不好，磨损严重，寿命较短，布置在低速级．
1.2.选择电动机
因为直流电动机需要直流电，价格较贵，维护不便，所以选用交流电动机．这里我们选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压３８０Ｖ，Ｙ型．
蜗杆轴校核
1）轴的扭转强度条件是
期中 是扭转切应力
T是轴所受扭转d>=
因为材料45刚 取112于是
1轴上的转矩为 。
2)因为轴上会开键槽d<=100,所以轴径要增大5%~7%，取中间值6%所以初步定17
要使所选轴径d1-2与联轴器的孔径相适应，联轴器的计算转矩Yca=Ka*T3,查表14-1,考虑转矩变化较大,故取 =2.3则Tca=2.3*28.69=65.987Nm
2)因为轴上会开键槽d<=100,所以轴径要增大5%~7%，取中间值6%所以初步定53
要使所选轴径d1-2与联轴器的孔径相适应，联轴器的计算转矩Yca=Ka*T3,查表14-1,考虑转矩变化较大,故取 =2.3则Tca=2.3*820.99=1888277Nm
因为轴2上的转矩较大，但转速低，所以选用轮胎式联轴器。因为是非金属弹性元件。 ，所以选用UL13型滑块联轴器。公称转矩 ，瞬时最大转矩为，6300 ，许用转速 。适用于启动频繁，正反转多变，冲击，震动较大的轴系传动，可在粉尘，水分工况的环境下工作。可见，是适合本系统的。
2.2.1齿面接触疲劳强度设计
1）
T2=9550*P/n
确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，故可取载荷分布不均系数为 ,由表11-15选取使用系数Ka=1.15,由于转速不高，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05
K=
确定涡轮齿数Z2 Z1=涡轮单头
确定许用接触应力【 】
根据涡轮材料为ZCuSn10P1,金属模构造，蜗杆螺旋，齿面硬度>45HRC,从表11-7中查得【 】=268Pa
q=10
=75.6mm
df1=47.2
=5.43
结果
Zv=40.15
=0.961
=0.725
= MPa
=
D=16.17mm
3）.初步选择滚动轴承
轴承同时受轴向力和径向力，选用圆锥滚子轴承。代号为32310。
d=50mm,D=110mm.T=42.25mm,B=40mm.安装尺寸 。所以轴3---4的直径为50mm，
课程设计
设计题目6：设计电动卷扬机传动装置
学生姓名：黄奕玮学号：********
专业：机械电子工程
班级：11机械电子1班
指导教师：范君艳程志青
电动卷扬机传动装置的设计
机械设计课程设计的计算及说明
备注
任务书
要求设计一个电动卷扬机传动装置。设计要求如下。
设计要求
一.数据要求
钢拉力: F= 18KN.
钢速度: v=8m/min.
a=200mm
m=8mm
d1=80mm
根据表11-10，我们初步确定蜗轮和蜗杆之间的中心距为a=191.5mm。
，m为6.3， 为63mm， 转换成5.43度， 。
2）蜗杆
轴向齿距
直径系数q=d1/m=63/6.3=10
齿顶圆直径 =d1+2ha*m=63+2*6.3=75.6mm
齿根圆直径df1=d1-2(ha*m+c)=47.2
4）.轴上零件的周向定位
半联轴器的周向固定用平键连接。查表得，当d大于44mm，小于50mm时，b=14mm,h=9mm.。键槽用键槽铣刀加工，长取为80mm。联轴器和轴的配合为 。轴承和轴的配合为 。溅油盘也是键来固定。
5）确定轴上圆角和倒角尺寸
根据表得，轴端倒角为2 ，轴肩处的圆角半径详情见图。
所以，总传动比的合理范围为
所以电动机的转速的可选范围为：
符合这一范围的转速有：
3000r/min, 1500r/min, 1000r/min, 750r/min.
根据容量和转速，查出如下几种合适的电动机型号，见表1：
因为卷扬机的工作环境，灰尘多，土扬水溅．所以选用
Ｙ系列（ＩＰ４４）封闭式笼型三相异步电动机．
3）精确校核轴的疲劳强度
从上面的计算，我们可以看出蜗杆轴上的应力远远小于许用应力，我们不需要再进一步的精确校核轴的疲劳强度。而且通常蜗杆轴都不用校核。（需要进行这一步的一般是蜗轮轴。）
首先根据结构简图作出轴的计算简图：
图4.2-2
简支梁支承跨度： L=273mm
根据蜗杆所受载荷作出其受力图和弯矩图如下：
1.2.1确定传动装置的总传动比和分配传动比：
（１）传动装置的总传动比为：
其中， 是电动机满载转速．n是工作机主动轴的转速．
（２）确定各级的传动比为：
因为总传动比是各级传动比的乘积，为：
由题意知，本系统的传动比分为减速器的传动比和齿轮的传动比．设减速器的传动比为 ，齿轮的传动比为 ．则
动比为 ＝ ．
但由于要满足装配要求，轴肩3到轴右端的距离应比327mm稍小，所以简支梁的轴的跨距取为325mm。
根据轴的计算简图，我们可以作出轴的弯矩图和扭矩图。
从图中，我们可以看出截面C是轴的危险截面。现在计算危险截面处的
由图中，可以先求出支反力
所以，总弯矩为
扭矩为
2）按弯扭合成应力校核轴的强度
通常我们只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面C的强度。
3)轴的结构设计
1）装配方案的拟定
1轴上从左到右依次装配的零件为联轴器，端盖1，滚动轴承，端盖2。
1轴为了满足轴向定位要求，要制出一轴肩h=0.07d=0.08*45=3.6m所以2-3段的直径取为49mm，右端用轴端挡圈，2-3宽度取为55mm，半联轴器的与轴配合的长度为 84mm。为了保证挡圈只压在半联轴器上，1---2段的长度应有所减小，取82mm。
图4.2-3
进行校核时，只需对危险截面进行校核，（即截面C），根据上表中的数据和公式：
由于蜗杆的材料前面已选择为45钢，表面高频淬火，
4）绘制轴的工作图
蜗杆受力情况如下表：
切向力
826.8N
轴向力
5131n
径向力
1667.2
拟定设计方案，如4.2-1图所示：
期中 是扭转切应力
T是轴所受扭转d>=
因为材料45刚 取112于是