小型運輸升降機的設(shè)計

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南 陽 理 工 學(xué) 院本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文)學(xué)院(系)： 機械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生： 楊之闖 指導(dǎo)教師： 解芳 完成日期 2012 年 05 月南陽理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）小型運輸升降機的設(shè)計Design of Small Transport Elevator 總計： 畢業(yè)設(shè)計（論文）44 頁表 格： 17 個插 圖： 19 幅南 陽 理 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）小型運輸升降機的設(shè)計Design of Small Transport Elevator學(xué) 院 （系）： 機械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 楊之闖 學(xué) 號： 104021020031 指 導(dǎo) 教 師： 解 芳 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 2012.5.7 南陽理工學(xué)院Nanyang Institute of Technology小型運輸升降機的設(shè)計小型運輸升降機的設(shè)計機械設(shè)計制造及其自動化 楊之闖[摘 要] 本課題以小型運輸升降機為設(shè)計對象，研究實施重物升降移動的方案，對其減速傳動機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)進行參數(shù)設(shè)計和校核，從而實現(xiàn)小型運輸升降機升降移動重物的功能。本課題首先對現(xiàn)有的升降機的類型、結(jié)構(gòu)及其工作原理進行了回顧；其次以小型運輸升降機為設(shè)計對象，對其進行了整體方案設(shè)計；接著對其傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)及其制動機構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對其關(guān)鍵零部件進行了強度校核。本設(shè)計通過動力機構(gòu)電動機帶動傳動系統(tǒng)——減速器，再帶動執(zhí)行機構(gòu)卷筒上的鋼絲繩，然后經(jīng)過一定的滑輪組裝置實現(xiàn)對轎廂上重物的升降移動，而制動機構(gòu)則通過選取合適的制動器來實現(xiàn)制動。[關(guān)鍵詞] 運輸升降機，減速器，卷筒，鋼絲繩，制動器，滑輪小型運輸升降機的設(shè)計Design of Small Transport ElevatorMajor of mechanical design, manufacturing and automation Yang zhichuangAbstract: The small transport elevator was taken as the design object in this thesis, and the solution for the rising and falling of the weight was studied to realize the function of the small transport elevator through the parameter design and verification of the deceleration transmission mechanism and an actuating mechanism.At first, the types, the structures and the working principle of the existing elevator were reviewed. Secondly, the small transport elevator was taken as the design object, and its overall solution design was carried on. At last, the structures of the transmission system, the actuating mechanism and the brake mechanism were designed, and the strengths of the key parts were checked subsequently. In the design, the steel wire rope wined around the coiling block is driven by the transmission system of the reducer, which is driven by the motor drive system previously. The steel wire rope can put the weight up and down by the pulley device, while an appropriate brake is chosen to realize brake.Key words: transport elevator, reducer, coiling block, steel wire rope, detent, pulley小型運輸升降機的設(shè)計目 錄1 緒論.11.1 運輸升降機的應(yīng)用.11.2 升降升降裝置機的分類.11.3 升降機的發(fā)展趨勢.11.4 本課題的研究內(nèi)容及目的.22 小型運輸升降機的設(shè)計要求及方案確定.32.1 設(shè)計要求.32.2. 確定設(shè)計方案33 小型運輸升降機的設(shè)計與計算.53.1 電動機的選擇.53.2 小型運輸升降機減速裝置的設(shè)計與計算.64 小型運輸升降機制動裝置的選擇.254.1 制動器的選擇要求.254.2 選擇合適的制動器.255 鋼絲繩的選擇與卷筒的設(shè)計.265.1 鋼絲繩的選擇.265.2 卷筒的設(shè)計計算.286 小型運輸升降機執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計分析.336.1 轎廂架的計算分析.337 減速器實物的制作.38結(jié)束語.40附錄.41參考文獻.42致謝.43小型運輸升降機的設(shè)計11 緒論1.1 運輸升降機的應(yīng)用運輸升降機主要用于裝卸和搬運重物，其廣泛應(yīng)用于工廠、港口、建筑等生產(chǎn)領(lǐng)域。運輸升降機通過吊鉤或其他吊具的起升、下降及移動完成重物的裝卸和移動，運輸升降機的廣泛使用極大的降低了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，甚至完成了人們無法直接完成的某些工作。 1.2 升降升降裝置機的分類隨著社會的不斷進步，升降機行業(yè)逐步的成長起來，隨著技術(shù)的成熟，種類也逐漸呈現(xiàn)多樣化，大體分可按照以下分類方式進行分類： ⑴ 按用途分類： 乘客升降機、載貨升降機、醫(yī)用升降機、雜物升降機、觀光升降機、車輛升降機、船舶升降機、建筑施工升降機。⑵ 按驅(qū)動方式分類：交流升降機、直流升降機、液壓升降機、齒輪齒條升降機、螺桿式升降機、直線電機驅(qū)動的升降機。⑶ 按速度分類：低速升降機、中速升降機、高速升降機、超高升降機。⑷ 按有無司機分類：有司機升降機、無司機升降機、有/無司機升降機。⑸ 按操縱控制方式分類：手柄開關(guān)操縱、按鈕控制電梯、信號控制升降機、集選控制升降機、并聯(lián)控制升降機、群控升降機。⑹ 特殊升降機：斜行升降機、立體停車場用升降機、建筑施工升降機。1.3 升降機的發(fā)展趨勢升降機作為普遍的垂直運輸工具，如何才能做到準確、高效，便捷？是否能有效實行監(jiān)管和提供完善的服務(wù)，將成為各廠商不得不考慮的關(guān)鍵問題。只有通過先進的信息化和網(wǎng)絡(luò)化平臺，才能將升降機控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合想來，為用戶提供滿意服務(wù)，同時為各地政府職能部門提供友好的監(jiān)管平臺。通過網(wǎng)絡(luò)信息化平臺，可以實現(xiàn)以下幾個方面的功能。 用網(wǎng)絡(luò)把所有升降機監(jiān)管起來，保證升降機安全運行，確保乘客安全。當升降機出現(xiàn)故障時，升降機通過網(wǎng)絡(luò)向客戶服務(wù)中心發(fā)出信號，使維保人員能及時準確了解升降機出現(xiàn)故障的原因及相關(guān)信息，客戶的人身安全是否受到威脅，并在第一時間內(nèi)趕赴事故現(xiàn)場進行搶修，也可以通過升降機網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時間內(nèi)自動掃描每臺升降機各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時間，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。現(xiàn)在傳統(tǒng)營銷體系是人對人的銷售(或面對面銷售)，由于需要大量銷售人員，其銷小型運輸升降機的設(shè)計2售成本高昂。如果通過升降機商務(wù)平臺就可以大大降低銷售成本。在網(wǎng)上你可以展示自己產(chǎn)品的特點、功能、外形和尺寸、以及相關(guān)的技術(shù)文檔，并且還可得到全程技術(shù)支持服務(wù)。還可以在網(wǎng)上簽訂購銷合同，通過網(wǎng)上銀行支付貨款。利用網(wǎng)絡(luò)快速、準確的特點，降低制作成本。在中國加入 WTO 后，各個企業(yè)(特別是合資、外資企業(yè))為降低成本全球采購是必然，避免在采購過程中受到各種不正當手段的影響，利用升降機網(wǎng)站招標和競標可以保證采購價廉物美的升降機零部件，其運作非常低廉。也可把已定點所有外購件生產(chǎn)廠、配套廠通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，廠家在接到訂單后，通過技術(shù)部安排生產(chǎn)明細表和零部件制作分工表即可通過網(wǎng)絡(luò)快速、準確地給外購件生產(chǎn)廠、配套廠下達生產(chǎn)指令，并指示交貨地點(通常為減少從生產(chǎn)廠到組裝廠再到工地來回運費直接運到工地)，同時通過網(wǎng)絡(luò)通知被廠家認可的專業(yè)安裝隊進場安裝電(扶) 梯。安裝完成后，安裝隊在網(wǎng)上向廠家和有關(guān)政府部門申請驗收?？傊畯匿N售到安裝和售后服務(wù)許多工作都可以通過網(wǎng)絡(luò)完成，而且費用低、快速、準確、服務(wù)質(zhì)量好。 同時有專家預(yù)言“誰最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場，誰就掌握市場競爭主動權(quán)” 。所以在這個提倡綠色發(fā)展的時代理念。發(fā)展的趨勢主要有如下：不斷改進產(chǎn)品的設(shè)計，生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、無漏油、無漏水、低噪聲、無電磁干擾、無井道導(dǎo)軌油漬污染的升降機。升降機曳引采用尼龍合成纖維曳引繩，鋼皮帶等無潤滑油污染曳引方式。升降機裝璜將采用無(少) 環(huán)境污染材料。升降機空載上升和滿載下行電機再生發(fā)電回收技術(shù)。安裝施工升降機將無需安裝手腳架。施工升降機零件在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境沒有影響(如剎車皮一定不能使用石棉)并且材料是可以回收的。 所以說升降機發(fā)展的方向，應(yīng)該以信息化、自動化已經(jīng)環(huán)保的方向去發(fā)展。這樣才符合我國可持續(xù)發(fā)展的國情，同時也為施工人員的安全性得到更高的保障。1.4 本課題的研究內(nèi)容及目的本課題以小型運輸升降機為設(shè)計對象，研究實施重物升降移動的方案，對其減速傳動機構(gòu)及執(zhí)行機構(gòu)進行參數(shù)設(shè)計和校核，從而實現(xiàn)小型運輸升降機升降移動重物的功能。通過本次小型運輸升降機的設(shè)計，一方面可以全面鞏固本科階段所學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)專業(yè)知識，另一方面可以提高綜合知識的運用能力，為今后從事機械方向的生產(chǎn)、設(shè)計、管理工作做好技術(shù)準備，為未來就業(yè)打下重要的基礎(chǔ)。小型運輸升降機的設(shè)計32 小型運輸升降機的設(shè)計要求及方案確定2.1 設(shè)計要求調(diào)查小型運輸升降機的工作場所，了解工作場所的土木結(jié)構(gòu)，確定升降機的安裝位置。結(jié)合設(shè)計手冊和工況要求，確定升降機設(shè)計的初始參數(shù)，只要包括升降機的提升載荷、提升速度、提升高度等。初步擬定提升重物最大載荷為 900kg,加上轎廂和鋼絲繩自重 100kg，共計 1000kg，且使用壽命 4 年，每年工作 300d，每天工作 8h，工作環(huán)境溫度為戶外正常溫度，升降速度 1m/s，提升最大高度 10m。2.2. 確定設(shè)計方案經(jīng)過方案對比優(yōu)選，最終確定本課題設(shè)計的小型運輸升降機由動力機構(gòu)、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)及制動機構(gòu)四部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所示。圖中電動機 B 端與減速器 B 端通過聯(lián)軸器連接，減速器 A 端與卷筒 A 端通過齒輪連接。圖 2-1 升降機結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2-1 Structure schemes of Elevator升降機制動部分是整個設(shè)計的重要部分，它的作用是在升降機在半空中停止時避免升降機轎廂倒滑的關(guān)鍵。本設(shè)計的思路是選用合適的制動器，通過摩擦力來進行制小型運輸升降機的設(shè)計4動，且制動裝置與電機進行電器互鎖。當電機停止時，制動器進行制動，電機運行時制動器停止工作。根據(jù)擬定的設(shè)計方案，在保證升降機安全、高效的基礎(chǔ)上，對每個零部件進行最優(yōu)化設(shè)計。通過計算完成零部件強度的校核，保證結(jié)構(gòu)運行的可靠性。小型運輸升降機的設(shè)計53 小型運輸升降機的設(shè)計與計算3.1 電動機的選擇為保證重物能被安全、平穩(wěn)的提升到指定高度，應(yīng)保證卷筒輸出的最大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的力大于重物在最高位置處的重力：G=1000kg×10m=10000N。由于 FG，所以卷筒所需的功率：P w= =10kw。Fv103.1.1 傳動效率的計算根據(jù)第二章的設(shè)計思路，減速裝置使用三級減速，第一級減速用蝸桿帶動蝸輪，第二級減速用錐齒輪的嚙合進行傳動，第三級減速用圓柱斜齒輪的相互嚙合來進行傳動。查表可得在傳動過程中，聯(lián)軸器效率 η1=0.99，軸承效率 η2=0.98，蝸輪蝸桿嚙合效率η3=0.88，錐齒輪嚙合效率 η4=0.99，圓柱斜齒輪嚙合效率 η5=0.99，卷筒效率 η6=0.96。計算可得傳動裝置總效率為 ηa=0.99×0.983×0.98×0.82×0.96×0.992=0.705，所以電動機所學(xué)的做小功率為 Pd= =14.18kw。wa?3.1.2 確定電機轉(zhuǎn)速與卷筒轉(zhuǎn)速選擇卷筒直徑 D=315mm，卷筒轉(zhuǎn)速 nw=60v/0.3л=63.69r/min。根據(jù)電機所需的最小功率查表選擇電機型號為 Y160M2-2 的三相異步電動機，其技術(shù)參數(shù)如表 3-1 所示。表 3-1 電動機技術(shù)參數(shù)Table3-1 Technical parameters of motor電機型號 額定功率/kw電機同步轉(zhuǎn)速同步（ r/min）電機滿載轉(zhuǎn)速（r/min ） 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩Y160M2-2 15 3000 2930 2.0 2.3電機各部分尺寸如表 3-2 所示，其外形如參考文獻[7]中表 16-2 所示。表 3-2 電動機尺寸參數(shù)Table3-2 Dimensions of motor 電機型號 級數(shù) A B C D E F G H K AB AC AD HDY160M2-2 2 級 254 210 108 42 110 12 37 160 15 330 325 255 385小型運輸升降機的設(shè)計63.2 小型運輸升降機減速裝置的設(shè)計與計算3.2.1 傳動比的分配總的傳動比：i a = =2930÷63.69=46。mwn傳動比的分配：第一級為渦輪蝸桿傳動，第二級為錐齒輪傳動，第三級為圓柱斜齒輪傳動，總傳動比為 。123aii?查資料可知，蝸輪蝸桿的傳動比較大，錐齒輪 i≤3,斜齒輪 i≤3,所以可設(shè)=20， i22=1 ，i 33=2.3。1i3.2.2 傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算3.2.2.1 各軸的輸入功率電動機 Pd=15kw蝸桿軸：P 1=Pdη1=15×0.99 kw =14.85kw蝸輪軸：P 2=P1η3=14.85×0.82 kw =12.177kw小斜齒輪軸：P 3=P2η4=12.177×0.99 kw =12.055kw大斜齒輪軸：P 4=P3η5=12.055×0.99 kw =11.935kw3.2.2.2 各軸的轉(zhuǎn)速蝸桿軸：n 1= nm=2930r／min蝸輪軸：n 2= =2930÷20 r／min =146.5 r／min 1i小斜齒輪軸：n 3= =146.5÷1 r／min =146.5 r／min 2i大斜齒輪軸: n 4= =146.5÷2.3 r／min =63.69 r／min3ni3.2.2.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 電動機：T 0= =9550×15÷2930N·m=48.49 N·mdm95Pn蝸桿軸：T 1= =9550×14.85÷2930 N·m=48.40 N·m1蝸輪軸：T 2= =9550×12.177／146.5 N·m =793.84 N·m 2950n小斜齒輪軸：T 3= =9550×12.055／146.5 N·m =785.84 N·m3P小型運輸升降機的設(shè)計7大斜齒輪軸：T 4= =9550×11.935÷63.69 N·m=1789.60 N·m4950Pn各軸的動力參數(shù)整理如表 3-3 所示。表 3-3 各軸的動力參數(shù)Table3-3 Dynamic parameters of shafts軸名輸入功率（kw）輸出功率（kw）輸入轉(zhuǎn)矩(N·m)輸出轉(zhuǎn)矩(N·m)轉(zhuǎn)速（r／min）傳動比效率（％）電機軸 — 15 — 48.89 2930 1 0.99蝸桿軸 14.85 — 48.40 — 2930 20 0.82蝸輪軸 12.177 — 793.84 — 146.5 1 0.99小斜齒輪軸 12.055 — 785.84 — 146.5 2.3 0.99大斜齒輪軸 11.935 11.458 1789.60 — 63.69 — 0.963.2.3 傳動裝置中齒輪的設(shè)計與校核3.2.3.1 蝸輪蝸桿的傳動設(shè)計與校核⑴ 根據(jù)課題要求，選擇傳動類型、公差等級和材料考慮到傳動功率不大，轉(zhuǎn)速適中，選擇 ZA 蝸桿傳動，精度等級 8C GB/T10089-1988。蝸桿用 35CrMo 制造，表面淬火，硬度為 45-50HRC,表面粗糙度 Ra≤1.6μm,蝸輪輪緣選用 ZCuSn10P1 金屬模鑄造。⑵ 選擇蝸桿齒數(shù)、蝸輪齒數(shù)由于 i11= =20，參考《實用齒輪設(shè)計手冊》，取 Z1=2，Z 2=i11Z1=40。12n⑶ 確定許用應(yīng)力σHP=σHP′=ZVSZN，由表查得 σHP′=220Mpa，σ FP′=70Mpa,查表的 Vs=12m/s，由于采用浸油潤滑得 Zvs=0.87。輪齒應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NL=60N2jLn=60×146.5×300×4×8×0.4=3.38×107，查表得ZN=1.15，Y N=0.9，所σHp=220×0.87×1.15Mpa=220.11Mpa，σ Fp=σFp′YN=70×0.9Mpa=63Mpa。⑷ 按接觸強度設(shè)計 ≥21md250()HPTKZ?載荷系數(shù)取 K=1.2，蝸輪軸的轉(zhuǎn)矩 T2=793.84×103 N·m 。小型運輸升降機的設(shè)計8代入上式 ≥ mm3 =2765 mm321md250()1.79.84.4?查表，接近 =2765 mm3 的是 2500，相應(yīng)的 m=6.3 mm，d 1=63 mm,查表，按i=20， m=6.3，d 1=63 mm，其 a=160 mm，Z 2=41， Z1=2，X 2=-0.1032，蝸輪分度圓直徑d2=mZ2=6.3×41=258.3 mm，導(dǎo)程角 γ=arctan = arctan =11°18′36″。d6.3?⑸ 求蝸輪的圓周速度，并校核效率實際傳動比 i= =41÷2=20.5， =2930÷20.5r/min=142.93 r/min，蝸輪的圓周速度21Z2n= m／s=9.58m/s。sv1dn60cos??求傳動效率，按式子 η=ηaηbηc 計算。Ηa—蝸桿傳動的嚙合效率；Ηb—考慮攪油損耗的效率，一般 ηb=0.94-0.99； ηc—軸承效率，每對滾動軸承 ηc=0.89-0.99。式中 ηa= = =0.922。vtn()???tan1.3(09)??ρv 由表查得為 0°56′=0.93°，取 ηb=0.96，η c=0.98，所以可以求得：η=0.922×0.96×0.98=0.86，與暫取值 0.82 接近。⑹ 校核蝸輪齒面接觸強度齒面接觸強度驗算公式為：σH= ≤σHP21940AVETKZd?查表得：Z E=155Mpa ?,取 KA=0.9,Kβ=1.1,KV=1.1。蝸輪傳遞的實際轉(zhuǎn)矩 T2=832.51×103N·m,當 Vs=9.58m/s 時，Z vs=0.86,得σHP=σHPZVSZN=220×0.86×1.15Mpa。將上述諸值代入公式：σ H= Mpa 3229408.510.91156??=216.3Mpa＜σ HP=217.58 Mpa⑺ 蝸輪齒根抗彎強度校核查表得齒根抗彎強度驗算公式：σF= ≤σFP216AVFSTKYdm?小型運輸升降機的設(shè)計9按 ZV2= = =43.48 及 X2=-0.1032，查得 YFS＝4.26，σ FP=63Mpa， 23cos?341.?Yβ= =1-11.31°÷120°=0.906。10??將上述諸值代入公式σF= =22.73Mpa＜σ FP＝63 Mpa。6832.591.4.260983??⑻ 蝸輪蝸桿幾何尺寸的計算已知 a=160 mm，Z 1=2，Z 2=41，X 2=-0.1032，α=2° ，d 1=63 mm，d 2=258 mm，m=6.3 。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算如下數(shù)據(jù)：da1=d1+2m=63+2×6.3 mm =75.6 mmdf1=d1-2m×﹙1+0.2﹚mm =63-2×6.3×﹙1+0.2﹚mm =47.88 mmb1≥﹙11+0.06Z2﹚×m=﹙11+0.06×41﹚×6.3 mm =84.8 mm，取 b1=100 mmda2=d2+2m﹙ha*+X2﹚= 258+2×6.3×﹙1-0.1032﹚mm =269.3 mmde2≤da2+1.5m=269.3+1.5×6.3 mm =278.8 mmb2≤0.75da1=0.75×75.6 mm =56.7 mm，取 b2=50 mmdf2=m﹙Z2-2.4﹚=6.3×﹙41-2.4﹚mm =243.18 mmRa2=d1/2-m=63÷2-6.3 mm =25.2 mmRf2=da1/2+0.2m=75.6÷2+0.2×6.3 mm =39 mmSX1=0.5mπ=0.5×6.3×3.14 mm =9.89 mmS2=﹙0.5π+2X2tanα﹚×m=9.42 mmh2=﹙da1-df2﹚×0.5 mm =13.06 mm3.2.3.2 錐齒輪的傳動設(shè)計與校核⑴ 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)選擇直齒錐齒輪傳動，齒輪精度為 8 級。由于傳動比 i22=1，所以齒輪選用 45 鋼調(diào)制處理，硬度為 280HBS。選擇兩齒輪齒數(shù) Z1=Z2=24。初步估算齒輪的速度為 2m/s，查表得使用系數(shù) KA=1.2s，動載系數(shù)KV=1.1，K Hα=KFα=1.2，又由從動輪懸臂布置得：KHα=KFα=1.5KHαbe=1.5×1.5=2.25，K=K AKVKHαKHβ=1.25×1.1×1.2×2.25=3.7125。計算主動錐齒輪傳動的轉(zhuǎn)矩：T=832.51N·m ，選取錐齒輪的齒寬系數(shù)：Φ R=0.3，計算錐齒輪的當量齒數(shù) ZV1、 ZV2。小型運輸升降機的設(shè)計10cosδ1=cosδ2= =0.7071，Z V1= =24÷0.707=33.946。2u?1cos?YFa1=YFa2=2.48，Y Sa1=YSa2=1.638，又由于 ZV1=ZV2，查錐齒輪彎曲強度極限σFE1=σFE2=380Mpa，應(yīng)力彎曲循環(huán)系數(shù) N=NL=3.38×107，彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=KFN2=0.97。計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù) S=1.4，所以[σFE1]= [σFE2]= =0.97×380÷1.4=263.286Mpa，m ≥FE12K=9.61mm。aS22R1F40.5[]TYZu????﹙ ﹚ ﹙ ﹚取齒輪模數(shù) m=10mm，d 1=d2=mZ1=10×24=240mm，計算圓周速度為 v= =1.84m/s。1260лdn⑵ 齒面接觸強度設(shè)計查得齒輪接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=KHN2=1.1，齒面接觸硬度 σHLim1=530Mpa，取安全系數(shù) S=1，所以[σH1]= [σH2]= =1.1×530÷1=583MpaHN1LimS?ZE=189.8Mpa ?d1≥ =240mm23RH2.912[ ]EKTZ????﹙ ﹚在此取模數(shù) m=10，齒輪分度圓直徑 d=240mm,Z1=Z2= =24。dm⑶ 幾何尺寸的計算根據(jù)以上條件以及 δ1=δ2=45°，查表得：θa=3°22′，θ f=4°3″，R =16.97mm，d a1=da2=25.41mm，n 1=n2=0.71，l 1=l2=0.67。根據(jù)查表所得值計算除下列各：分度圓圓錐角 δ1=45°，δ 2=45°分度圓直徑 d1=d2=mz=240mm錐距（查表值×10）R=169.71mm齒寬 b= =56.57，b 取 55mm3齒頂圓直徑 da1=da2=254.1mm齒頂角 θa=3°22′，齒根角 θf=4°3′頂錐角 δa1=δa1=δ1+θa=45°+3°22′=48°22″小型運輸升降機的設(shè)計11根錐角 δf1=δf2=δ1-θf=45°-4°3′=40°57′冠頂距 AK1=AK2= -n2=112.9mmd齒寬的影高 l1=l2=0.67×55=36.85mm3.2.3.3 斜齒輪的傳動設(shè)計與校核⑴ 齒輪材料、精度等級及齒數(shù)考慮到課題的要求，單件生產(chǎn)，體積適中，速度不高，故選用 7 級精度。由《機械設(shè)計手冊》選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS。選擇小齒輪齒數(shù) Z1=24，大齒輪齒數(shù) Z2=i33Z2=2.3×24=55.2，取 Z2=55。選取螺旋角。初選螺旋角 =14°,選取齒寬系數(shù) d=1。??⑵ 齒面接觸強度設(shè)計 2131()[]tHEtdKT??????① 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值試選 Kt=1.6，查表得材料彈性影響系數(shù) ZE=189,8Mpa?，選取區(qū)域系數(shù) ZH=2.433，查得 εα1=0.78，ε α2=0.84，則 εα=εα1+εα2=1.62許用接觸應(yīng)力[σ H]= =531.25Mpa。1H2[]?② 計算小齒輪分度圓直徑 d1t≥124.6mm圓周速度 v= =3.14×124.6×146.5÷60000 m/s =0.96m/s 1t360лn齒寬 b=Φdd1t=0.7×124.6mm=87.22mm模數(shù) mnt= =87.22×cos14°÷24mm=3.5mm1tcosZ??齒高 ha=2.25mnt=2.25×3.5 ＝7.9mm，h f=1.25×3.5mm＝4.375mm，b/ h=11縱向重合度 εβ=0.318Φd Z1tanβ=0.318×0.7×24×tan14°＝1.33載荷系數(shù)：已知使用 KA=1.25，根據(jù) v=0.96m/s，7 級精度，由圖查得動載系數(shù)KA=KAKVKHαKHβ=1.25×0.8×1.1×1.44=1.584按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d1= =124mm3ttK?模數(shù) mn= =124×cos14°÷24mm＝5.01mm1cosdZ?小型運輸升降機的設(shè)計12⑶ 齒根彎曲強度設(shè)計 231cos[]FaSndKTYmZ??????① 確定計算參數(shù)動載系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=1.25×0.8×1.1×1.34=1.474根據(jù)縱向重合度 εβ=1.903，查圖的螺旋角影響系數(shù) Yβ=0.88當量齒數(shù)ZV1= =24÷cos314°=26.29，Z V2= =55÷cos314°=60.2413cos?23cos?查取齒形系數(shù) YFa1=2.591，Y Fa2=1.732，小齒輪的彎曲疲勞強度極限 σFE1=500Mpa，大齒輪的彎曲疲勞強度極限 σFE2=380Mpa，疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.97，取安全系數(shù)S=1.4，所以[σF ]1= =0.97×500÷1.4=346.43 Mpa，[σ F ]2= =263.29 MpaNFE1KS?NFE2S?計算大、小齒輪的 并加以比較：aF[]Y=0.001193， =0.014958，大齒輪的數(shù)值大。Fa1S[]Y?a2S?② 設(shè)計計算 =2.97mm231cos[]FaSndKTYmZ??????對比計算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取 mn=3mm，已可滿足彎曲強度，但為了同時滿足接觸疲勞強度，須按接觸疲勞強度算得分度圓直徑 d1=124mm 來計算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有 Z1= ncosdm?=124×cos14°÷3=40，取 Z1=40，Z 2=i33Z1=2.3×40=92。⑷ 幾何尺寸計算中心距 a= =204.06mm，取中心距為 204mm??12ncosm??螺旋角 β=arcos =13°55′8″12nZa小齒輪分度圓直徑 d1= =123.67mmcos?大齒輪分度圓直徑 d2= =284.45mmnZm小型運輸升降機的設(shè)計13小齒輪齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=140mm大齒輪齒頂圓直徑 da2=d2+2ha=300mm小齒輪齒根圓直徑 df1=d1-2hf=114.92mm大齒輪齒根圓直徑 df2=d2-2hf=275.7mm大齒輪齒寬 b1=Φdd1=0.7×123.67mm=85mm小齒輪齒寬 b2=90mm3.2.4 傳動機構(gòu)中軸的設(shè)計與校核3.2.4.1 蝸桿軸的設(shè)計與校核⑴ 初步擬定軸的最小直徑選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，根據(jù)參考文獻[12]選取 A0=112，于是得 dmin≥= mm=21.7mm130PAn34.85290?所求得的最小直徑顯然是軸與聯(lián)軸器安裝處的直徑，為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的軸孔相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 Tca=TAT1,查表，取KA=1.5，T ca=KAT1=1.5×48400N·m=72600N·m。按照所計算的轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊，選用 LX2 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 560N·m，半聯(lián)軸器的孔徑 d=30mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L1=82mm。⑵ 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計① 擬定軸上零件的裝配方案，經(jīng)分析選用如圖 3-1 所示的裝配方案。圖 3-1 蝸桿軸結(jié)構(gòu)圖Figure3-1 Structure scheme of worm shaft小型運輸升降機的設(shè)計14② 根據(jù)軸向定位要求確定各段直徑和長度。為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段左端需制出軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑 dⅡ- Ⅲ =37mm,右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑得擋圈直徑 D=40mm，孔長度L1=82mm。為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長度應(yīng)比 L1略短一些，現(xiàn)取 lⅠ-Ⅱ =80mm。初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受徑向力和軸向力作用，故選擇單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù) dⅡ-Ⅲ =37mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取 0 基本游隙組，標準精度級的單列圓錐滾子軸承 32908，其基本尺寸 d×D×T=40×62×15，故 dⅢ-Ⅳ =dⅡ-Ⅷ =40mm，而 lⅦ-Ⅷ =15mm。左端的滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊查得 32908型軸承的軸承的定位軸肩高度 h=6mm，因此 dⅤ-Ⅵ =52mm。取蝸桿處即 dⅤ-Ⅵ =75.6mm，已知蝸桿寬度為零件 100mm，所以取 lⅤ-Ⅵ =100mm。軸承端蓋的厚度以及其他軸段的尺寸依減速器的結(jié)構(gòu)而設(shè)計。⑶ 軸上零件的周向定位半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。所選的平鍵尺寸為 b×h×l=8×7×63，半聯(lián)軸器與軸配合的精度等級為 ，滾動軸承與軸的周向定位由過渡配合來保證。76Hr⑷ 確定軸上的圓角和倒角尺寸參照圖紙所示，聯(lián)軸器倒角為 2×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R2，軸端處的倒角為 2×45°。⑸ 計算軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的受力圖，再根據(jù)受力圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖 3-2 所示。小型運輸升降機的設(shè)計15圖 3-2 蝸桿軸載荷圖Figure3-2 Load diagram of worm shaft 從軸的結(jié)構(gòu)受力圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸的危險截面。B 截面處的承載參數(shù)如表 3-4 所示。表 3-4 B 截面載荷Table3-4 Load of section BB 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FBy=2240N，F(xiàn)Bx=6154N FBz=1537N彎矩 MBz1=222N·m，M Bz2=455N·m MB2=152N·m總彎矩 MB1=269N·m，M B2=480N·m扭矩 T1=48.4N·m⑹ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進校核時通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 B）的強度，根據(jù)公式、上表中的數(shù)據(jù)以及軸雙向旋轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)切應(yīng)力，取 α=0.6，小型運輸升降機的設(shè)計16所以軸的計算應(yīng)力為 σca= =11.13Mpa，而此前已選定軸的材料為 45 鋼221()BMTW??調(diào)制處理，由表查得[σ -1]=60 Mpa，σ ca＜[σ -1]，故安全。3.2.4.2 蝸輪軸的設(shè)計與校核⑴ 初步擬定軸的最小直徑dmin≥ = mm=48.88mm230PAn31.7465?我了保證軸的強度條件，擬定軸的最小直徑為 55mm，并且由于軸上安裝有錐齒輪，所以軸承要懸臂支撐。⑵ 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計① 擬定軸上零件的裝配方案，經(jīng)分析選用圖 3-3 的裝配方案。圖 3-3 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖Figure3-3 Structure scheme of worm gear shaft ② 根據(jù)軸向定位的要求確定各軸段的直徑和長度為了滿足錐齒輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段的右端要制出一軸肩，d Ⅰ-Ⅱ =55mm，?、? Ⅲ 段的直徑 dⅡ-Ⅲ =62mm，左端用軸承擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=65mm。由于 Ⅰ-Ⅱ段安裝的是錐齒輪，錐齒輪的寬度為 55mm，且錐齒輪右端采用套筒與軸肩定位，擬定套筒長度為 10mm，錐齒輪與軸配合的軸轂孔長度為 55mm，為了保證軸端擋圈只壓在錐齒輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長度應(yīng)比錐齒輪的寬度加上套筒的長度略短一些，現(xiàn)取 lⅠ-Ⅱ =63mm。小型運輸升降機的設(shè)計17初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受有軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) dⅡ-Ⅲ =62mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標準精度等級的單列圓錐滾子軸承 32012，其基本尺寸為 d×D×T=62×95×23，故dⅡ- Ⅲ =62mm，l Ⅱ-Ⅲ =23mm。左端的滾子軸承采用軸肩進行定位，由手冊查得 32012 號軸承的定位軸肩高度 h=5mm，因此取 dⅢ-Ⅳ =72mm。取安裝蝸輪處的軸段Ⅴ-Ⅵ直徑為 72mm，由蝸輪寬度可確定 lⅤ-Ⅵ =55mm，蝸輪右端軸承與左端軸承相同，因此 dⅤ-Ⅵ =72mm，d Ⅵ-Ⅶ =62mm，l Ⅵ-Ⅶ =33mm，蝸輪左端由軸肩定位，擬定 dⅣ-Ⅴ =78mm，l Ⅳ-Ⅴ =10mm，l Ⅲ-Ⅳ =140mm。⑶ 軸上零件的周向定位錐齒輪和蝸輪的周向定位均采用平鍵連接。按 dⅠ-Ⅱ 的尺寸由表查得錐齒輪平鍵截面尺寸鍵寬 b×鍵高 h=16×10，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長度為 40mm。蝸輪與軸的連接選用平鍵尺寸 b×h×l=20××12×40，滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的。⑷ 確定軸上的圓角和倒角尺寸取各軸端倒角為 2×45°，各軸肩處圓角半徑 R2。⑸ 計算軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖畫出軸的手里簡圖，再根據(jù)受力簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖 3-4 所示。圖 3-4 蝸輪軸載荷圖Figure3-4 Load diagram of worm gear shaft 由圖 3-4 可知：危險截面是 A 和 C 截面，其承載參數(shù)分別如表 3-5、3-6 所示。小型運輸升降機的設(shè)計18表 3-5 A 截面載荷Table3-5 Load of section AA 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FAy=1721N,FAx=1531N FAz=489N彎矩 MAz=184N·m MAy=184N·m總彎矩 MA=184N·m扭矩 T2=793.84N·m表 3-6 C 截面載荷Table3-6 Load of section CC 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FCy=2240N，F(xiàn) Cx=1537N FCz=6154N彎矩 MCz1=260N·m，M Cz2=62 N·m MCy1=410N·m，M Cy2=212 N·m總彎矩 Mc1=485N·m，M C2=221 N·m扭矩 T2=793.84N·m⑹ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面的強度：=32.8Mpa， =14.44 Mpa211CcaTW????22AcaTW????W 可由公式 求得，其中 W1=14507mm3，W 2=32995mm3。32()dbt??前面已選定材料為 45 鋼調(diào)制處理，查得[σ -1]=69Mpa，因此 ＜[σ -1]， ＜[σ -1]，1ca?2ca故安全。3.2.4.3 小斜齒輪軸的設(shè)計與校核⑴ 初步確定軸的最小直徑dmin≥ = mm=48.7mm30PAn312.0546?為了保證軸的強度取最小直徑為 55mm。⑵ 小斜齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案，經(jīng)分析選用圖 3-5 所示的裝配方案。小型運輸升降機的設(shè)計19圖 3-5 小斜齒輪軸結(jié)構(gòu)圖Figure3-5 Structure scheme of small inclined gear shaft 小斜齒輪軸的結(jié)構(gòu)與蝸輪軸的結(jié)構(gòu)大部分相同，不同之處是蝸輪軸裝蝸輪處在小斜齒輪軸上裝成斜齒輪，寬度由 55mm 變?yōu)?90mm，其他尺寸和結(jié)構(gòu)均不變。⑶ 軸上零件的周向定位安裝斜齒輪處的平鍵選用尺寸為 20×12×70，錐齒輪輪定位采用和蝸輪軸中錐齒輪周向定位一樣的平鍵 16×10×4。⑷ 計算軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的受力簡圖，再根據(jù)受力簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如圖 3-6 所示。小型運輸升降機的設(shè)計20圖 3-6 小斜齒輪軸載荷圖Figure3-6 Load diagram of small inclined gear shaft 從圖 3-6 可以看出危險截面為 B、C、D 截面，現(xiàn)將三個截面的載荷列于表：表 3-7 B 截面載荷Table3-7 Load of section BB 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FBy=3372N，F(xiàn) Cx=4626N FBz=12709N彎矩 MBz1=94N·m，M Bz2=382N·m MBy1=815N·m，M By2=3291N·m總彎矩 MB1=820N·m，M B2=3940 N·m扭矩 T3=785.84N·m 表 3-8 C 截面載荷Table3-8 Load of section CC 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FCy=3484N，F(xiàn) Cx=2905N FCz=125N小型運輸升降機的設(shè)計21彎矩 MCz=212N·m MCy=2588N·m總彎矩 Mc=2597N·m扭矩 T3=785.84N·m表 3-9 D 截面載荷Table3-9 Load of section DD 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FDy=31537N，F(xiàn) Cx=11721N FDz=489N彎矩 MDz=103N·m MDy=103N·m總彎矩 MD=146N·m扭矩 T3=785.84N·m⑸ 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度=14.29Mpa22311()BcaW????=19.78 Mpa2232CcaMT=32.51 Mpa2233()Dca????式子中的 W1 和 W3 可由公式 求得2dbt??W1=32995mm3，W 3=14507mm3，W 2 可由公式 ≈0.1d3 求得 W2=0.1×623=23833mm3。[σ-1]=60Mpa，而 ＜[σ -1]， ＜[σ -1]， ＜[σ -1]，故安全。1ca?caca?3.2.4.4 大齒輪軸的設(shè)計與校核⑴ 初步確定軸的最小直徑dmin≥ = mm=64.09mm430PAn31.9526我了保證軸的強度條件，擬定軸的最小直徑為 70mm。所求得的最小直徑顯然是軸與聯(lián)軸器安裝處的直徑，為了使所選的軸的直徑與聯(lián)軸器的軸孔相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 ，查表取 KA=1.3，T ca=1.3×1789.68N·m=2326.584 4caAT?N·m。小型運輸升降機的設(shè)計22按照計算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查表選用 LX5 型彈性柱銷聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器的孔徑 dⅠ =70mm，故取 dⅠ-Ⅱ =70mm，半聯(lián)軸器的長度 L=142mm，半聯(lián)軸器與軸孔配合長度 L1=142mm。⑵ 大斜齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計① 擬定軸上零件的裝配方案，經(jīng)分析選用圖 3-7 的裝配方案。圖 3-7 大斜齒輪軸結(jié)構(gòu)圖Figure3-7 Load scheme of big inclined gear shaft② 根據(jù)軸的定位要求確定個軸段的直徑和長度為了滿足半聯(lián)軸器的定位要求，Ⅰ-Ⅱ段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑dⅡ- Ⅲ =78mm，左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取 擋圈直徑 D=88mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度應(yīng)根據(jù)所選聯(lián)軸器而定，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故取 L=142mm,半聯(lián)軸器與軸孔配合長度 L1=142mm。初步選擇滾動軸承。因軸承同時承受軸向力和徑向力的作用，故選取單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅡ-Ⅲ =78mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選取 0 基本游隙組，標準精度等級的單列圓錐滾子軸承型號為 32016，其尺寸為 d×D×T=85×125×29，故 dⅢ-Ⅳ =dⅦ- Ⅷ =82mm，而 lⅦ- Ⅷ =29mm。右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊查得32016 型號軸承的軸肩高度 h=6mm，因此取 dⅥ-Ⅶ =94mm。 取安裝齒輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑 dⅣ-Ⅴ =90mm，齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂寬度為 85mm，為了是套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短小型運輸升降機的設(shè)計23與軸轂寬度，故取 lⅣ-Ⅴ =83mm，齒輪右端采用軸肩定位，取 dⅤ-Ⅵ =98mm。兩軸環(huán)寬度均為 10mm，即 lⅤ-Ⅵ =lⅥ-Ⅶ =10mm。⑶ 軸上零件的周向定位齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。由表查得齒輪的周向定位平鍵尺寸為 b×h×l=25×14×63。同樣，半聯(lián)軸器的周向定位選用 b×h×l=20×12×110。⑷ 計算軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的受力簡圖，再根據(jù)受力簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如圖 3-7 所示。圖 3-7 大斜齒輪載荷圖Figure3-7 Load diagram of big inclined gear shaft 從圖 3-7 可以看出危險截面是 B 截面，現(xiàn)將 B 截面處的載荷列于下表。表 3-10 B 截面載荷Table3-10 Load of section BB 截面載荷 xoy 平面 xoz 平面支反力 F FBy=3372N，F(xiàn) Bx=4626N FBz=12709N彎矩 MBz1=253N·m，M Bz2=-34N·m MBy1=410N·m，M By2=212 N·m總彎矩 MB1=636N·m，M B2=299 N·m小型運輸升降機的設(shè)計24扭矩 T4=1789.6N·m5、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 2214()BcaMW????上式中的 64835mm3，所以 ＜[ ]=60Mpa，故安32()dbtW??? 16.5ca??1?全。