0037-小型蝸桿燈具提升機設(shè)計

0037-小型蝸桿燈具提升機設(shè)計,小型,蝸桿,燈具,提升,晉升,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 課題名稱： 　　小型蝸桿燈具提升機 　　 　 系 部： 汽機系 專 業(yè)： 機電一體化 目 錄 前 言………………………………………………………….……….1 第一章 設(shè)計任務(wù)書及要求………………………………………...…..2 第二章 方案設(shè)計……………………………………………………….3 第三章 電動機的選擇與計算…………………………………….…...4 第四章 傳動裝置的傳動比及動力參數(shù)計算 ……………………………….…..5 第五章 減速器部件的選擇計算………………………………………6 §1 蝸桿傳動設(shè)計計算………………………………………………………7 §2 環(huán)面蝸輪蝸桿校核計算………………………………..………………..8 §3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………..……………..9 §4 軸的校核……………………………………………………..…………..10 §5 滾動軸承的選擇及校核……………………………………….…….…..11 §6 箱體結(jié)構(gòu)尺寸及說明……………………………………………………12 參考資料………………………………………………………………..1３ . 前 言 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)期間所學(xué)知識的一次總的檢驗和鞏固，是一次很好的理論聯(lián)系實際的機會，相比以前的幾次課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的涉及面更加廣泛，是知識與實踐的有機結(jié)合。做好畢業(yè)設(shè)計可以為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)，因此具有很重要的意義。 本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計舞臺上用于提升燈具的小型提升機，因此《畢業(yè)設(shè)計說明書》對小型提升機做了系統(tǒng)的的設(shè)計與介紹。小型提升機主要部分是減速器，它在舞臺燈光的升降調(diào)節(jié)中有著重要的作用，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。設(shè)計小型提升機時，在保證得到所要求的提升性能的同時，其安全性至為重要。在這次設(shè)計中，我查閱了大量的參考資料，在畢業(yè)實習(xí)中看到了提升機，并請教老師，積累了一些小型提升機設(shè)計方面的知識，并在此基礎(chǔ)上盡量做到優(yōu)化設(shè)計。 小型提升機結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。各種不同型號的提升機，雖經(jīng)長期實踐不斷改進，但其工作原理和結(jié)構(gòu)大同小型，而其工作性能的好壞卻相差較大。小型提升機的技術(shù)性能主要取決于減速器的性能，電動機的選擇和滾筒的選擇。 由于本人水平有限，時間倉促，設(shè)計中難免有不少缺點和錯誤，懇切的希望 老師提出寶貴意見，給予批評指正！ 第一章 設(shè)計任務(wù)書及要求 提升機的作用是將一定的質(zhì)量的重物以一定的速度提起或落下，在提升過程中必須保證安全性。近年來廣泛應(yīng)用于各個生產(chǎn)部門中，在國民經(jīng)濟中占有較重要的地位。 一 設(shè)計條件 1 對一定質(zhì)量的重物提起或落下。 2 提升線速度約為8～10m/min。 3 提升燈具質(zhì)量約為500kg。 4 采用一級變速。 5 所選電動機轉(zhuǎn)速約為910～1000r/min。 6 批量條件：小批量。 7 制造條件：一般制造條件，小型工廠生產(chǎn)。 8 保險系數(shù) 1.25 二 設(shè)計內(nèi)容 1 設(shè)計方案的選擇與計算。 2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，成套圖紙及說明書。 三 設(shè)計關(guān)鍵 1 選擇合適的減速機構(gòu)。 2 設(shè)計適合小廠生產(chǎn)的零部件。 3 必須保證產(chǎn)品的安全性。 第二章 方案設(shè)計 小型提升機的主要部分是原動機和工作機之間的減速機構(gòu)，通常的減速機構(gòu)主要有齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器 一 減速器的作用 減速器在原動機和工作機之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，二者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。 二 蝸桿減速器的特點 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構(gòu)，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為90度，這種傳動由于具有下述特點，故應(yīng)用頗為廣泛。 1 當(dāng)使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比I=5-80;在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比可達300；若只傳遞運動，傳動比可達1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 2 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入 嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3 當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。 根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。 準平行嚙合線二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿是河南省焦作市科林齒輪有限公司的一項科研成果。蝸輪滾刀是可鏟背可磨削的，蝸輪齒面沒有脊線，運動不會產(chǎn)生干涉。工裝和理論相吻合。 四 選定設(shè)計方案 根據(jù)設(shè)計要求并結(jié)合以上分析，我們在設(shè)計中采用準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器。 具體設(shè)計方案是：選用的電動機輸出轉(zhuǎn)速是940r/min，由凸緣聯(lián)軸器將電動機軸和準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，電動機輸出的轉(zhuǎn)速降為18.8r/min，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速傳給滾筒，滾筒轉(zhuǎn)動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，由鋼絲繩提起具有一定質(zhì)量的燈具。 第三章 電動機的選擇 一 初選電動機類型和結(jié)構(gòu)型式 Y系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作作可靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛應(yīng)用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上，如金屬切削機床、運輸機、風(fēng)機、攪拌機等。對于經(jīng)常起動，制動正反轉(zhuǎn)的機械，如起重、提升設(shè)備，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大過載能力，應(yīng)選用冶金及起重用三相異步電動機Yz型(籠型)或YzR型(繞線型)。 電動機的容量(功率)選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。容量選得過小，不能保證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經(jīng)常不滿載運行，其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。 由以上的選擇經(jīng)驗和要求，我選用： 三相交流電 Y系列籠型三相異步交流電動機。 二 電動機的容量 1 確定提升機所需的功率 由滾筒圓周力和滾筒速度v,得 其中： （N） m——提升重量，m=450kg， N s 帶入數(shù)據(jù)得 = KW KW 2確定傳動裝置效率 傳動裝置的效率由以下的要求： (1) 軸承效率均指一對軸承而言。 (2) 同類型的幾對運動副或傳動副都要考慮其效率，不要 漏掉。 (3) 蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù)z1有關(guān)，應(yīng)先初選頭數(shù)后， 然后估計效率。 此外，蝸桿傳動的效率中已包括了蝸桿軸上一對軸承的效 率，因此在總效率的計算中蝸桿軸上軸承效率不再計入。 各傳動機構(gòu)和軸承的效率為： 法蘭效率： 設(shè)計中，電動機與減速器相連的法蘭，相當(dāng)于一個 凸緣聯(lián)軸器 一級環(huán)面蝸桿傳動效率: 一對滾動軸承傳動效率： 凸緣聯(lián)軸器效率： —— 從電動機至工作機主動軸之間的總效率 故傳動裝置總效率： ＝， 電動機的輸出功率 考慮傳動裝置的功率損耗，電動機輸出功率 ＝ 則，＝＝ KW 3電動機的技術(shù)數(shù)據(jù) 根據(jù)計算的功率可選定電動機額定功率，取同步轉(zhuǎn)速 1000，6級 由《簡明機械設(shè)計手冊》選用Y100L－6三相異步電動機， 其主要參數(shù)如下 電動機額定功率：=1.5kw； 電動機滿載轉(zhuǎn)速：=940 電 流 ： I=5.6A 第四章 傳動裝置的傳動比 及動力參數(shù)計算 一 總傳動比及滾筒初定 由于選定轉(zhuǎn)速比為：i＝50/1 所以滾筒轉(zhuǎn)速 ＝940/50=18.8 從而，滾筒直徑： D＝＝ mm， 圓整為155 mm 二 傳動裝置運動參數(shù)的計算 1各軸功率計算 ＝=KW =KW 2各軸轉(zhuǎn)速的計算 n＝940， n＝n＝940/50=18.8 3各軸輸入扭矩的計算 N。m N.m 各參數(shù)列表如圖： 軸 名 功率Kw 轉(zhuǎn)速 扭矩N.m 蝸桿軸 1.47 940 14.93 蝸輪軸 0.97 18.8 492.74 第五章 減速器部件的選擇計算 §1 蝸桿傳動設(shè)計計算 一 選擇蝸桿、蝸輪材料 1.選擇蝸桿傳動的類型 采用準平行環(huán)面蝸桿傳動. 2.選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應(yīng)力 考慮蝸桿傳動中，傳遞的功率不大，速度只是中等，根據(jù) 《機械零件課程設(shè)計》表5－2，蝸桿選用40Cr，因希望效率 高些，耐磨性好故蝸桿螺旋齒面要求：調(diào)質(zhì)HB265285.蝸輪 選用鑄錫磷青銅ZQSn10-1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金 屬，僅齒圈用錫磷青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100制造 由《機械零件課程設(shè)計》表5－3查得蝸輪材料的許用接 觸應(yīng)力 [] =190N/mm 由《機械零件課程設(shè)計》表5－5查得蝸輪材料的許用彎 曲應(yīng)力 []=44N/mm 二 確定蝸桿頭數(shù)Z及蝸輪齒數(shù)Z 由《機械零件課程設(shè)計》表5－6， 選取Z＝1 則Z＝Z·i＝1×50＝50 故取Z＝50 三 驗算滾筒的速度 實際傳動比 i＝50/1 工作機滾筒轉(zhuǎn)速 n＝940/50=18.8 鋼絲繩的提升速度 = = 8.93 m/s 速度誤差 ％＝％＝0.78％<5%，合適 四 確定蝸桿蝸輪中心距a 1.確定蝸桿的計算功率 式中 K——使用場合系數(shù)，每天工作一小時,輕度震動 由《機械工程手冊》查得：K＝0.7； K——制造精度系數(shù)，取7級精度， 查得：K＝0.9； K——材料配對系數(shù)，齒面滑動速度 < 10 由《機械工程手冊》查得：K＝0.85。 代入數(shù)據(jù)得 ＝KW 以等于或略大于蝸桿計算功率所對應(yīng)的中心距作為 合理的選取值根據(jù)《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版） 表2·5－22a，選取蝸桿的中心距：a＝100mm. a＝100mm 由于準平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿為新型得蝸桿,它的優(yōu)點 是:接觸面大,導(dǎo)程角,它的值穩(wěn)定且一定,則潤滑好,接. 觸面大應(yīng)直接根據(jù)“原始型”傳動蝸桿設(shè)計參數(shù)。 五 蝸桿傳動幾何參數(shù)設(shè)計 準平行二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計算表 1.中心距：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版） 標準選取a=100mm 2.齒數(shù)比：u＝＝50 3.蝸輪齒數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版） 選取 4.蝸桿頭數(shù)：由《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版） 選取 5.蝸桿齒頂圓直徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16 選取 =45mm 6.蝸桿齒寬：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－16 選取 =53mm 7.蝸桿螺紋部分長度：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－ 16，選取=59mm 8.蝸桿齒頂圓弧半徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表2.5－ 16，選取R=82mm 9.蝸桿齒頂圓最大直徑：《機械工程手冊/傳動設(shè)計卷》（第二版）表 2.5－16，選取=53.8mm 10.蝸輪端面模數(shù)：m＝=mm 11.徑向間隙：=0.5104mm 12.齒頂高：h=0.75 m=2.233mm 13.齒根高：h= h+ C=2.7434mm 14.全齒高：h= h+ h=4.9764mm 15.蝸桿分度圓直徑：＝（0.624＋）a ＝40.534mm 16.蝸輪分度圓直徑：＝2a－＝159.466mm 17.蝸輪齒根圓直徑：d＝－2 h=153.9792mm 18.蝸桿齒根圓直徑：d＝－2 h=35.05， 判斷：因為=28.12mm,滿足要求 19.蝸輪齒根圓弧半徑：=82.475mm 20.分度圓壓力角：= 21蝸桿分度圓齒厚：=4.2984 22.蝸桿分度圓法向齒厚：=4.285 23.蝸輪分度圓法向齒厚：=5.49 §2 環(huán)面蝸輪蝸桿校核計算 環(huán)面蝸桿傳動承載能力主要受蝸桿齒面膠合和蝸輪齒根剪 切強度的限制。因而若許用傳動功率確定中心距，則然后校核 蝸輪齒根剪切強度。 由于軸承變形增加了蝸桿軸向位移，使蝸輪承受的載荷集 中在2－3個齒上。而且，由于蝸輪輪齒的變形，造成卸載， 引起載荷沿齒高方向分布不均，使合力作用點向齒根方向偏移。 因而，蝸輪斷齒主要由于齒根剪切強度不足造成的 校核： 其中 —— 作用于蝸輪齒面上的及摩擦力影響的載荷; —— 蝸輪包容齒數(shù) —— 蝸桿與蝸輪嚙合齒間載荷分配系數(shù); ——蝸輪齒根受剪面積; 公式中各參數(shù)的計算 1.的計算 = ——作用在蝸輪輪齒上的圓周力， ——蝸桿喉部螺旋升角 ，4.5 —— 當(dāng)量齒厚， 滑動速度 = =2.01m/s 根據(jù)滑動速度查機械設(shè)計手冊3－3－9得 將數(shù)據(jù)帶入公式得 2.計算得 = 5 3.蝸輪齒根受剪面積 —— 蝸輪齒根圓齒厚； 由上可知 —— 蝸輪端面周節(jié)； —— 蝸輪理論半包角； —— 蝸輪分度圓齒厚所對中心角。 數(shù)據(jù)帶入公式得 =7.03mm 由上可得 對于錫青銅齒圈 取 查手冊取鑄錫磷青銅，砂模鑄造，抗拉強度=225MPa ， 則 < §3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 蝸桿軸的設(shè)計 1.軸的材料選擇 由《機械零件課程設(shè)計》表6－1選用45號鋼，調(diào)質(zhì)。 2.最小軸徑的初步計算 由《機械零件課程設(shè)計》表6－2，取 ＝105，根據(jù) 公式 ㎜ 其中 —— 軸的轉(zhuǎn)速 ，940r/min —— 軸傳遞的功率 , 1.47kw —— 計算截面處的軸的直徑， mm 將數(shù)據(jù)代入公式得 =12.2mm 輸出軸的最小直徑是按照聯(lián)軸器處軸的直徑，為了 使所選的軸的直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選 取聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)距，查表15—3，考慮到轉(zhuǎn)距 變化很小，故取Ka=1.3，則 按照計算轉(zhuǎn)距應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標準手 冊（GB5843-86）選用YL4型凸緣聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑 =22mm，故取 =22mm，半聯(lián)軸器的長度L=52mm。 3 軸上零件的周向定位 ； 半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平健聯(lián)接。按由手冊 查得平鍵截面為mm(GB／T1095--1979)，鍵槽用鍵 mm 槽銑刀加工，長為45mm(標準鍵長見GB／T1096--1979)，半聯(lián) L=45mm 軸器與軸的配合為H7／k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡 配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 二 蝸輪軸的設(shè)計 1. 軸的材料選擇 由《機械零件課程設(shè)計》表6－1選用45號鋼，調(diào)質(zhì) =650 2.軸徑的初步計算 由《機械零件課程設(shè)計》表6－2，取A＝112，根據(jù)公式 ， 其中 —— 軸的轉(zhuǎn)速 ，18.8r/min —— 軸傳遞的功率 , 0.97kw —— 計算截面處的軸的直徑， mm 將數(shù)據(jù)代入公式得 mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，故 需選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)距，查表15—3，考慮到轉(zhuǎn)距 變化很小，故取Ka=1.3，則 按照計算轉(zhuǎn)距應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查標準 手冊（GB5843-86）選用YL11型凸緣聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑 =50mm，故取=50mm，半聯(lián)軸器的長度L=112mm。 §4 軸的校核 一 蝸桿軸的強度校核 1．計算作用在軸上的力 =736.67N， =6179.88N， 2．校核軸的強度 由《機械設(shè)計》表15-1查得： ，強度足夠。 簡圖如下。 二 蝸輪軸的強度校核 1．計算作用在軸上的力 =6179.88N， =736.67N， 2．校核軸的強度 由《機械設(shè)計》表15-1查得： ， ，強度足夠。 簡圖如下頁。 §5 滾動軸承的選擇及校核 一 蝸桿軸滾動軸承的選擇及校核 1．軸承的徑向載荷的計算 2．校核軸承的壽命 查手冊得c=51.5KN ε=10/3 n=940r/min 故 此軸承的壽命滿足要求 二 蝸輪軸上軸承的校核 1．求徑向載荷 2．校核軸承的壽命 查手冊 c=97.8KN ，ε=10/3 ，n=18.8r/min 故 此軸承壽命滿足要求。 §7 箱體結(jié)構(gòu)尺寸及說明 箱體按其結(jié)構(gòu)形狀的不同可分為剖分式和整體式；按其制造 方式的不同可分為鑄造箱體和焊接箱體.減速器的箱體多采用剖分 式結(jié)構(gòu)。 剖分式箱體由箱座與箱蓋兩部分組成，用螺栓聯(lián)接起來構(gòu)成 一個整體。剖分式與減速器內(nèi)傳動件軸心線重合，有利于軸系部 件的安裝和拆卸。立式大型減速器可采用若干個剖分面，剖分接 合面必須有一定的高度，并且要求仔細加工。為了保證箱體的剛 度，在軸承處設(shè)有加強肋，箱體底座有一定的厚度和高度，以保 證安裝的穩(wěn)定性和剛度。 近年來，減速器箱體的設(shè)計出項了一些外形簡單，整齊的造 型，以方形小圓角過渡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大圓角曲面過渡，上下箱體的 聯(lián)接處的外凸緣改為內(nèi)凸緣結(jié)構(gòu)，加強肋和軸承座均設(shè)計在箱體 內(nèi)部等等。 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，選擇剖分式結(jié)構(gòu)的箱體。由于鑄鐵具 有良好的鑄造性能和切削加工性能，成本又低，所以箱體用 HT200制造。 減速器箱體的結(jié)構(gòu)尺寸： 1 箱座壁厚： 取 2 箱蓋壁厚： 取 3 加強肋厚： 箱座 箱蓋 4 地腳螺栓直徑： 取 5 地腳螺栓數(shù)目： 6 軸承觀察箱聯(lián)接螺栓的直徑： d1=.0.75df=0.75x16=12 取d1=12mm 7 箱蓋箱座聯(lián)接螺栓的直徑： d2=0.5df=8mm 總　　　結(jié) 在這兩個月的時間里面，確實讓我學(xué)會很多，從一開始的茫然，到現(xiàn)在能夠獨自的完成，雖不能說多大的成就，但對我來說也是很大的成功，從確定這個題目開始，就一直在找資料。上網(wǎng)、圖書館，跑了一次又一次。在這其中也讓我感覺的探索的樂趣，當(dāng)一個難題擋在面前的時候，一時解不開，人就很不舒服。但當(dāng)我們轉(zhuǎn)過頭，思緒卻一并而出的感覺讓人留戀。 我的設(shè)計題目是“小型提升機的設(shè)計”。以前我對這種設(shè)備的了解比較少。為了豐富自己的實踐知識，在設(shè)計以前，我實習(xí)的單位碰到了提升機，在那里我們認識了提升機，并對它的作用和結(jié)構(gòu)有了一定的認識，看到了提升機的實際工作情況。這些實踐工作奠定了我們設(shè)計提升機的基礎(chǔ)，雖然在設(shè)計中遇到了許多困難和障礙，但經(jīng)過仔細的分析和老師的細心指導(dǎo)，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 機電一體：王森 2007年4月 參考文獻 《機械工程手冊》第二版（傳動設(shè)計卷） ——機械工業(yè)出版社 《實用機械設(shè)計手冊》 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編 ——中國礦業(yè)大學(xué)出版社 《機械設(shè)計》 濮良貴 紀名剛 主編 ——高等教育出版社 《機械設(shè)計課程設(shè)計》 華中理工大學(xué) 王昆 同濟大學(xué) 何小柏 ——高等教育出版社 《齒輪手冊》 ——機械工業(yè)出版社 26