3491 四速電動葫蘆機械系統(tǒng)的設(shè)計

3491 四速電動葫蘆機械系統(tǒng)的設(shè)計,電動葫蘆,機械,系統(tǒng),設(shè)計 1河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表指導教師： 王 志 陽 職稱： 副 教 授 所在院（系）：機械與動力工程學院 教研室（研究室）：機械設(shè)計教研室題 目 四速電動葫蘆機械系統(tǒng)的設(shè)計學生姓名 王彥婷 專業(yè)班級 機設(shè) 10 升（一）班 學號 0816101040一、選題質(zhì)量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現(xiàn)綜合訓練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度）選題符合機械設(shè)計專業(yè)的培養(yǎng)目標，能夠體現(xiàn)綜合訓練的要求。設(shè)計任務難易程度和工作量適中。該畢業(yè)設(shè)計可以訓練機械專業(yè)學生按要求進行計算機繪圖和手工繪圖能力，訓練學生方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計的能力。對以往所學知識進行總結(jié)和應用，能夠滿足綜合訓練的要求。所選題目與實際貼合比較緊密，在實際的應用中比較廣泛。二、開題報告完成情況：按時按要求完成了開題報告。2三、階段性成果：1．通過各種渠道查閱了相關(guān)資料，并提交了開題報告和畢業(yè)實習報告。2．掌握了電動葫蘆的理論基礎(chǔ)，并初步確定了四速電動葫蘆的研究方案。3．完成了一篇與本課題有關(guān)的文獻翻譯。四、存在主要問題：1．對電動葫蘆的減速器設(shè)計中齒輪的選擇不太合理，技術(shù)方面還有一些問題需要解決；決；2．說明書有文字錯誤，通過目前設(shè)計知此電動葫蘆豐富的功能只能通過機械裝置完成 成；3．局部結(jié)構(gòu)設(shè)計思路不是很清晰；五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進展等方面的評語指導教師： （簽名）年 月 日四速電動葫蘆機械系統(tǒng)的設(shè)計目錄前言 ....................................................................................................................11 電動葫蘆簡介 ................................................................................................21.1 電動葫蘆的原理 .....................................................................................21.2 發(fā)展前景 .................................................................................................31.3 電動葫蘆在使用時應該注意的事項 .....................................................41.4 設(shè)計要求 .................................................................................................52 四速電動葫蘆的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 ................................................................62.1 電動葫蘆的結(jié)構(gòu)分析 .............................................................................62.2 電動葫蘆的設(shè)計方案 .............................................................................63 電動葫蘆起升機構(gòu)部件的設(shè)計 ....................................................................83.1 起升機構(gòu)的工作分析 .............................................................................83.2 電動機的選擇 .........................................................................................93.3 滑輪組的選擇 .........................................................................................93.4 鋼絲繩的選擇和校核 ...........................................................................103.4.1 鋼絲繩的選擇 ...............................................................................103.4.2 計算鋼絲繩所承受的最大靜拉力 ...............................................113.4.3 計算鋼絲繩破斷拉力 ...................................................................113.5 吊鉤的設(shè)計 ...........................................................................................113.5.1 吊鉤的選擇 ...................................................................................123.5.2 吊鉤的尺寸設(shè)計 ...........................................................................123.6 卷筒裝置的設(shè)計 ...................................................................................143.6.1 卷筒直徑的確定 ...........................................................................153.6.2 卷筒長度的確定 ...........................................................................153.6.3 卷筒厚度的計算 ...........................................................................164 同軸式三級齒輪傳動減速器的設(shè)計 ..........................................................174.1 確定傳動裝置的總傳動比和分配轉(zhuǎn)動比 ...........................................174.2 計算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和功率 ...........................................................174.3 傳動零件的設(shè)計計算 ...........................................................................194.3.1 第一軸齒輪的設(shè)計計算 ...............................................................194.3.2 第二軸齒輪的設(shè)計計算 ...............................................................254.3.3 第三軸齒輪的設(shè)計計算 ...............................................................294.4 軸的設(shè)計 ...............................................................................................354.4.1 第一根軸的設(shè)計計算 ...................................................................354.4.2 初步估算軸的最小直徑 ...............................................................364.4.3 第二根軸的設(shè)計計算 ...................................................................394.4.3 第三根軸的設(shè)計計算 ...................................................................425 軸的校核 ......................................................................................................455.1 第一根軸的校核 ...................................................................................455.1.1 求支反力 .......................................................................................455.1.2 求彎矩 ...........................................................................................455.2 第三根軸的校核 ...................................................................................475.2.1 求支反力 .......................................................................................475.2.2 求彎矩 .........................................................................................475.3 中間軸的校核 .......................................................................................495.3.1 求支反力 .....................................................................................495.3.2 求彎距 .........................................................................................495.3.3 總彎距的計算 ...............................................................................506 軸承的校核 ..................................................................................................526.1 計算軸承的支撐反力 ...........................................................................526.2 軸承的當量動載荷 ...............................................................................536.3 軸承的壽命 ...........................................................................................537 減速器箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ..............................................................................548 減速器潤滑密封設(shè)計 ..................................................................................579 運行機構(gòu)外殼的選擇 ..................................................................................589.1 行走機構(gòu)電動機及車輪的選取 ...........................................................589.2 行走機構(gòu)減速比的確定 .......................................................................5810 結(jié)論 ............................................................................................................6011 致謝 ............................................................................................................61參考文獻 ..........................................................................................................62前言起重機械廣泛應用于各種物料的起重、運輸、裝卸等作業(yè)中，可以減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。如在工廠、礦山、車站、港口、建筑工地、水電站、倉庫等生產(chǎn)部門中得到應用。隨著我國經(jīng)濟改革的不斷深入,一些老的工業(yè)基地逐漸復蘇,大量冶煉、鑄造和機加工行業(yè)出現(xiàn)增長勢頭,引發(fā)市場對起重機械需求量的不斷增加。有關(guān)調(diào)查資料表明,65%的起重機械用戶主要是為了提高生產(chǎn)率、減少勞動工資、降低職工勞動強度。因而用戶對起重機械的安全性、先進性、適用性和自動化程度就提出了更高的要求,使起重機械的制造廠家面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。起重機械制造行業(yè)的發(fā)展趨勢為設(shè)計、制作的計算機化、自動化近年來,隨著電子計算機的廣泛應用,許多國外起重機制造商從應用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng),提高到應用計算機進行起重機的模塊化設(shè)計。起重機采用模塊單元化設(shè)計,不僅是一種設(shè)計方法的改革,而且將影響起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平,老產(chǎn)品的更新?lián)Q代,新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進,只需針對幾個需要修改的模塊;設(shè)計新的起重機只需選用不同的模塊重新進行組合,提高通用化程度,可使單件小批量的產(chǎn)品改換成相對大批量的模塊生產(chǎn)。亦能以較少的模塊形式,組合成不同功能和不同規(guī)格的起重機,滿足了市場的需求,提高了競爭能力。作為起重設(shè)備中輕便靈活的電動葫蘆作業(yè)范圍是有點、線為主、自重輕、構(gòu)造緊湊、體積小、維修方便、經(jīng)久耐用等特點。目前起重設(shè)備較多，如單、雙梁橋式起重機、門式起重機等，但結(jié)構(gòu)體積龐大，一次性投資與運行成本較高，就是不能良好的滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的要求，急需技術(shù)經(jīng)濟性能價格良好的起重設(shè)備，電動葫蘆在此方面具有優(yōu)勢，但目前電動葫蘆多以為單速、雙速為主，多速電動葫蘆極少，特別是四速電動葫蘆。作為起重基地的新鄉(xiāng)，研究開發(fā)四速電動葫蘆，是很有前景的。1 電動葫蘆簡介1.1 電動葫蘆的原理電動葫蘆,簡稱電葫蘆。又名電動提升機。它保留了手拉葫蘆輕巧方便的特點，由電動機、傳動機構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分鋼絲繩電動葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆兩種。通常用自帶制動器的鼠籠型錐形轉(zhuǎn)子電動機（或另配電磁制動器的圓柱形轉(zhuǎn)子電動機）驅(qū)動，起重量一般為 0.1～80 噸，起升高度為 3～30 米。多數(shù)電動葫蘆由人用按紐在地面跟隨操縱，也可在司機室內(nèi)操縱或采用有線（無線）遠距離控制。電動葫蘆除可單獨使用外，還可同手動、鏈動或電動小車裝配在一起，懸掛在建筑物的頂棚或起重機的梁上使用。手拉葫蘆和手扳葫蘆都叫做手動葫蘆，是用人力來提升重物的。電動葫蘆是一種用途十分廣泛的輕小型起重設(shè)備。其特點是體積小,重量輕,承載能力大,常被安裝在電動單梁橋門起重機和懸掛式起重機上 ,用來升降和運移物品。 電動葫蘆的各類較多電動葫蘆主要有鋼絲繩電動葫蘆，環(huán)鏈電動葫蘆，微型電動葫蘆和防爆電動葫蘆幾種型號。電動葫蘆又改進了手拉葫蘆人工操作、提升速度慢等不足，它集電動葫蘆和手拉葫蘆的優(yōu)點于一身。采用盤式制動電機作用力，行星減速器減速，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、效率高、使用方便，制動可靠維護簡單等特點。適用于低速小行程的、物料裝卸、設(shè)備安裝、礦山及工程建筑等方面，價廉物美，安全可靠，為您的工作帶來便利。本設(shè)計是鋼絲繩電動葫蘆，因為鋼絲繩電動葫蘆有它特有的特點。下面就來和大家看一看鋼絲繩電動葫蘆的結(jié)構(gòu)原理。減速器：采用三級定軸斜齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)，齒輪和齒輪軸用經(jīng)過熱處理的合金鋼制成，箱體，箱蓋由優(yōu)質(zhì)鑄鐵制成，裝配嚴密，密封良好。減速器自成一個部件，裝卸極為方便?？刂葡洌翰捎媚茉诰o急情況下切斷主電路，并帶有上下行程保護斷火限位器的裝置。確保了電動葫蘆的安全運行。電器元件壽命長，使用可靠。鋼絲繩：采用 GB1102-74（6*37+1）X 型起重鋼絲繩，它保證了經(jīng)久耐用。錐行電動機：起升電機采用較大起動力矩錐形轉(zhuǎn)子制動異步電動機，無須外加制動器。電機負載持續(xù)率為 25%，電機采用 B 級或 F 級絕緣，電機防護等級 IP44/IP54。按鈕開關(guān)：手操作輕巧靈便，分有繩操縱和無線遙控兩種方式.鋼絲繩電動葫蘆的結(jié)構(gòu)原理就決定它的優(yōu)點，在市場上也有很好的反映。從深層次了解鋼絲繩電動葫蘆，可以讓你在它的維護保養(yǎng)中做得更好，也更能讓鋼絲繩電動葫蘆在工作中發(fā)揮更大的作用。提高它的工作效率，也就提高了相對的收入。1.2 發(fā)展前景目前，國內(nèi)外電動葫蘆產(chǎn)品在構(gòu)造特征、性能配置等方面仍存在一定差異，通過對國內(nèi)外該類產(chǎn)品的比較，明示了其差異情況。1964 年聯(lián)合設(shè)計的 CD／MD 葫蘆，在 1975 年設(shè)計改進之后，雖經(jīng)各制造企業(yè)不同程度的改進，并未吸收世界進程中的任何技術(shù)發(fā)展。包括 1983 年引進德國 Stahl 公司的 AS 鋼絲繩葫蘆，距離當代發(fā)達國家的產(chǎn)品水平，仍有數(shù)十年差距。而隨著科技的不斷發(fā)展與進步新一代多速電動葫蘆有著跟多的發(fā)展趨勢：向大型化、高效化、無保養(yǎng)化合節(jié)能化發(fā)展。向智能化、集成化合信息化發(fā)展。向成套化、系統(tǒng)化、綜合化和規(guī)?；l(fā)展。向模塊化、組合化、系列化和通用化發(fā)展。向小型化、輕型化、簡易化和多樣化發(fā)展。所以，新型電動葫蘆的開發(fā)研究對于我國的起重行業(yè)還是很有實際意義的。而這個設(shè)計題目這樣不但可以是我們和社會科技環(huán)境接軌。雖然我們的水平有限，但是可以借此更加全面的了解起重器材的性能和工作環(huán)境，為將來的起重行業(yè)的工作做一個鋪墊。同時可以把以前學過的知識鞏固一下，把以往不太注意的基礎(chǔ)知識更加熟悉起來，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。所以，在設(shè)計中，我們應該采用新理論、新方法、新技術(shù)和新手段來提高我們的的設(shè)計質(zhì)量。電動葫蘆種類一般分為幾種：環(huán)鏈電動葫蘆，鋼絲繩電動葫蘆，防爆電動葫蘆，氣動葫蘆，微型電動葫蘆，舞臺專用電動葫蘆，還有臺灣進口的小金剛。按照能否運行來分，又分為固定式與運行式兩種，按照起升速度來分，分為單速與雙速兩種。電動葫蘆使用非常簡單，有操作手柄，運行式電動葫蘆手柄上一般有上下左右四個按扭，固定式有上下兩個按扭，特殊的也有其他設(shè)置，根據(jù)您的需要從下面調(diào)節(jié)手柄即可操作電動葫蘆。一般電動葫蘆都配有說明書，按照說明書上來按裝即可。1.3 電動葫蘆在使用時應該注意的事項（1）電動葫蘆在使用前，應進行靜負荷和動負荷試驗。 （2）檢查電動葫蘆制動器的制動片上是否粘有油污，各觸點均不能涂潤滑油或用銼刀挫平。 （3）嚴禁超負荷使用。不允許傾斜起吊或作為拖拉工具使用。 （4）操作人員操作時，應隨時注意并及時消除鋼絲繩在卷筒上脫槽或繞有兩層的不正常情況。 （5）電動葫蘆盤式制動器要用彈簧調(diào)整至是物件能容易處于懸空狀態(tài)，其制動距離在最大負荷時不得超過 80mm。 （6）電動葫蘆應有足夠的潤滑油，并保持干凈。 （7）電動葫蘆不工作時，禁止把重物懸于空中，以防零件產(chǎn)生永久變形1.4 設(shè)計要求本設(shè)計的四速電動葫蘆機械系統(tǒng)的根據(jù)現(xiàn)有普通電動葫蘆的應用情況提出要求是：(1) 四速電動葫蘆的最大載重為 10 噸，最大起升高度為 9 米。(2) 四速電動葫蘆的強度等級為 M，工作級別為 M5。(3) 通過電機的變速實現(xiàn)在一個電機帶動下輸出 4 種速度。2 四速電動葫蘆的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計2.1 電動葫蘆的結(jié)構(gòu)分析電動葫蘆主要由起升機構(gòu)和運行機構(gòu)組成。起升機構(gòu)包括吊鉤、鋼絲繩、滑輪組、電機、卷筒和減速器組成；它的運行機構(gòu)為小車。電動機的總體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示 圖 2-1 電動葫蘆總體結(jié)構(gòu)簡圖電葫蘆中間是鋼絲繩卷筒，用小車將其懸掛于工字鋼鍛造的天車大梁上，一端用法蘭固定一臺可制動的錐形轉(zhuǎn)子電動機，用傳動軸將動力傳遞到另一端的減速機。經(jīng)過減速的動力傳遞給鋼絲繩卷筒，帶動吊鉤起重。2.2 電動葫蘆的設(shè)計方案電動葫蘆起升的結(jié)構(gòu)主要為電動機、減速器和卷筒裝置 3 個部件。排列方式主要有平行軸和同軸兩種方式排列形式，如圖 2-2 所示 a b圖 2-2 起升機構(gòu)部件排列圖1 電動機 2 減速器 3 卷筒裝置經(jīng)過分析這里優(yōu)先選用 b 方案，其方案的電機、減速器、卷筒布置較為合理。減速器中的大齒輪和卷筒連在一起，起吊產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距經(jīng)大齒輪可以直接傳給卷筒，使得卷筒只受彎距而不受扭距。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，傳動穩(wěn)定，安全系數(shù)高。減速器用斜齒輪傳動，載荷方向不變和齒輪傳動的脈動循環(huán)，對電動機產(chǎn)生一個除彈簧制動的軸向力以外的載荷制動軸向力。當斜齒輪傾斜角一定時，軸向的力大小與載荷成正比，起吊載荷越大，該軸向力也越大，產(chǎn)生的制動力矩也越大；反之亦然。它可以減小制動彈簧的軸受力，制動瞬間產(chǎn)生的沖擊減小，電動機軸受扭轉(zhuǎn)的沖擊也將減小，尤其表現(xiàn)在起吊輕載荷時，從而提高了電動機軸的安全性。因此，選擇 b 方案。a 方案中結(jié)構(gòu)電機與卷筒布置不再同一平面上通過減速器相連，使得減速器轉(zhuǎn)距增大。3 電動葫蘆起升機構(gòu)部件的設(shè)計電動葫蘆式起升機構(gòu)用來實現(xiàn)物料垂直升降，是任何起重機不可缺少的部分，因而也是起重機最主要、也是最基本的機構(gòu)。起升機構(gòu)的安全狀態(tài)得好壞將直接地關(guān)系到起重作業(yè)的安全，是防止起重事故的關(guān)鍵。電動葫蘆的機構(gòu)主要包括:起升用錐形轉(zhuǎn)子制動電動機、減速器、卷筒裝置和吊鉤裝置等 4 個動力和傳動部件。起升電機、減速器、和卷筒裝置構(gòu)筑成一個革命性緊湊又堅固的結(jié)構(gòu)，使起重機能更有效的利用廠房空間，增加了起升高度。平穩(wěn)安靜的運行延長起升機構(gòu)的壽命。起升電機處于大直徑卷筒內(nèi)使電動葫蘆具有較小的外形尺寸且起升電機具有良好的冷卻性能。所有起升電機都裝有盤式直流電磁制動器，自動監(jiān)控間隙。電器和制動器和諧工作保證吊鉤任何時候都不打滑。制動器為長閉設(shè)計防止失電事故，制動摩擦片不含石棉。卷筒由高強度無縫鋼管制成，兩端軸承支撐，鋼絲繩由壓板固定。卷筒最少有 2 圈安全繩槽，標準鋼絲繩為剛強度鋼絲制成并鍍鋅，重級制導繩器由耐磨的球墨鑄鐵制成，防止亂繩。大直徑滑輪由球磨鑄鐵制成，防止跳繩。3.1 起升機構(gòu)的工作分析電動機通過聯(lián)軸器與減速器的中間軸連接，而中間軸又通過齒輪連接與減速器的高速軸相連，用減速器的低速軸帶動卷筒，吊鉤等鉤取物裝置與并卷繞在卷筒上的鋼絲繩滑輪組連接起來。當電動機正反兩個方向的運動經(jīng)聯(lián)軸器和減速器傳遞給卷筒時，通過卷筒不同方向的旋轉(zhuǎn)將鋼絲繩卷入或放出，從而使吊鉤與吊掛在其上的物料實現(xiàn)升降運動，這樣，就將電動機輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為吊鉤的垂直上下的直線運動。用常閉式制動器空竹起重機機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。通電時松閘，使機構(gòu)運轉(zhuǎn)；在失電情況下制動，使吊鉤連同貨物停止升降，并在指定位置上保持靜止狀態(tài)，當于與自鎖。當滑輪組升到最高極限位置時，上升極限位置限制器被觸碰面動作，使吊鉤停止上升，即起到了限位開關(guān)的作用。當?shù)踺d接近額定起重量時，起重量限制器及時檢測出來，并給予顯示，同時發(fā)出警示信號，一旦超過額定值及時切斷電源，使起升機構(gòu)停止運行，以此來保證生產(chǎn)安全。3.2 電動機的選擇本次設(shè)計為 10 噸四速電動葫蘆，電動機采用 YZR 系列起重用三相一步電動機用電動機。由公式得：P=FV/1000=GV/1000=10000×(4/60)/1000=0.67kW (3-1)滾筒傳動的效率取：0.96聯(lián)軸器的效率取: 0.99電機軸的效率?。?0.98(3-2)Ⅰ 與 電 機Ⅱ 與 ⅠⅢ 與 Ⅱ輸 出 軸 與 Ⅲ筒 與 輸 出 軸總 ???=0.96×(0.99×0.99)×(0.99×0.99)×(0.99×0.99)×0.98=0.8857電動機功率：= / =0.67/0.8857=0.75266kW (3-3)dpw總?由于鋼絲繩電葫蘆起吊和停止時有一些沖擊，根據(jù)沖擊程度一般使用系數(shù) =1.4 故 1.4 =1.0537kWAkp?d電機轉(zhuǎn)速取:n 電 =930r/min故選電動機的電動的額定功率為 8.5kw，轉(zhuǎn)速為 930/min3.3 滑輪組的選擇滑輪組由動滑輪和定滑輪組成，其上纏繞鋼絲繩，此方法可以減小起重所須的力還可以達到增速的目的。其中通過滑輪可以改變鋼絲繩的運動方向。平衡滑輪還可以均衡張力。四速電動葫蘆選用的滑輪組倍率由 [1]查得 m＝2?；喗M效率＝ 0.99z?3.4 鋼絲繩的選擇和校核本次設(shè)計選用的鋼絲繩主要依據(jù)其工作環(huán)境及工作強度及使用特點及重要性選用。柔韌性好、鋼絲繩強度高、耐沖擊、安全可靠。雖然在正常情況下使用的鋼絲繩不會發(fā)生突然破斷，但是鋼絲繩廣泛應用在起重機上，可能會因為承受的載荷超過其極限載荷而破壞。而鋼絲繩的破壞是有前兆的，總是從斷絲開始，極少發(fā)生整條繩的突然斷裂。鋼絲繩的破壞會導致嚴重的后果，所以鋼絲繩既是起重機械的重要零件之一，也是保證起重作業(yè)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 3.4.1 鋼絲繩的選擇鋼絲繩是起重機械中最常用的構(gòu)件之一，根據(jù)其本身的結(jié)構(gòu)特點及工作環(huán)境的需要選擇。查得鋼絲繩型號選為 6X37-15-1550-I-右。（1）根據(jù)設(shè)計要求`起重重量為 10 噸，按照構(gòu)造易緊湊的原則，選用滑輪倍數(shù)為：a=2F=58800NK:安全系數(shù)；取 1.2（2）鋼絲繩的直徑 dd=21mmC=0.898為選擇系數(shù)查得鋼絲繩型號選為 6X37-15-1550-I-右。3.4.2 計算鋼絲繩所承受的最大靜拉力鋼絲繩所承受的最大靜拉力（即鋼絲繩分支的最大靜拉力）為：(3-4)kQZmPS??ax式中: --額定起升載荷，指所有起升質(zhì)量的重力，包括允許起升的QP最大有效物品、取物裝置（如下滑輪組吊鉤、吊梁、抓斗、容器、起重電磁鐵等） 、懸掛撓性件以及其 他在升降中的設(shè)備的質(zhì)量的重力；Z--繞上卷筒的鋼絲繩分支數(shù)，單聯(lián)滑輪組 Z=1，雙聯(lián)滑輪組Z=2，根據(jù)要求 Z=1；m--滑輪組倍率；--滑輪組的機械效率。h?其中 ＝810000N ，m＝2， ＝0.99QPh?所以 ＝29.7Naxs3.4.3 計算鋼絲繩破斷拉力計算鋼絲繩破斷拉力為：=n (3-5)psmax式中:n--安全系數(shù)，根據(jù)機構(gòu)工作級別查表確定，n＝5；=150> =136psax所以鋼絲繩滿足要求。3.5 吊鉤的設(shè)計吊鉤在起重裝置中屬于取物裝置，用于提取物料。既是起重機械的重要零件之一，也是保證起重作業(yè)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)3.5.1 吊鉤的選擇吊鉤按形狀分為單鉤和雙鉤，按制造方法分為鍛造吊鉤疊片吊鉤。單鉤制造簡單、使用方便，但受力情況不好。大多用在起重量為 80噸以下的場合；起重量大時常采用受力對稱的雙鉤。疊片式吊鉤由數(shù)片切割成形的鋼板鉚接而成，個別板材出現(xiàn)裂紋時整個吊鉤不會破壞，安全性較好，單自重較大，大多用在大起重量或吊運鋼水盛桶的起重機上。吊鉤在作業(yè)過程中常受沖擊，需采用韌性好的優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。吊鉤分類極廣，一般包括：卸扣、吊環(huán)、圓環(huán)、梨形環(huán)、長吊環(huán)、組哈吊環(huán)，S 鉤、鼻吊鉤、美式吊鉤、羊角吊鉤、眼形滑鉤、帶保險卡吊環(huán)螺釘、鏈條卸扣，居于獨特、新穎、質(zhì)優(yōu)安全的特點，適用于工廠、礦山、石油、化工及船舶碼頭等。確保安全，質(zhì)量安全系數(shù)高，靜載荷達到 3 倍，起重量從 5 噸到 150 噸。吊鉤是起重機械常見的一種吊具，吊鉤常借助滑輪組等部件懸掛在起重機構(gòu)的鋼絲繩上，還適用于工廠、礦山、石油、化工和船舶碼頭等吊運重物的場所。鍛造吊鉤分為單鉤和雙鉤。單鉤一般用于小起重量，雙鉤多用于較大的起重量。鍛造吊鉤材料采用優(yōu)質(zhì)低碳鎮(zhèn)靜鋼或低碳合金鋼，如 20 優(yōu)質(zhì)低碳鋼、16Mn、20MnSi、36MnSi。這次設(shè)計的是 5 噸的葫蘆，屬于小起重量，結(jié)合電葫蘆的生產(chǎn)現(xiàn)狀，選用鍛造單鉤。3.5.2 吊鉤的尺寸設(shè)計吊鉤鉤孔直徑與起重能力有一定關(guān)系：單鉤： ???tQD35~0?鉤身各部分尺寸（見圖 3）間的關(guān)系如下:hLS75.021(2.)/05Lh圖 3-1 鍛造單鉤計算得: D=80 S=60 H=96 =184 =482L23-2 吊鉤的三維效果圖由于負載屬于輕型因此吊鉤的各部位直徑選擇按照起重設(shè)計手冊的常規(guī)數(shù)據(jù)選取完全可以滿足工作要求，但注意的是吊鉤的前端尖嘴部分應有一定的揚角避免磨損后起吊容易脫鉤。在參考常規(guī)設(shè)計的基礎(chǔ)上進行設(shè)計的已滿足設(shè)計要求，故在次不與校核。3.6 卷筒裝置的設(shè)計卷筒是用來卷繞鋼絲繩的部件，它承載了起升載荷，收放鋼絲繩，實現(xiàn)勾取物裝置的升降，是實現(xiàn)四速電動葫蘆機械系統(tǒng)滿足要求的裝置。（1）電動葫蘆卷筒的種類電動葫蘆按卷筒的筒體形狀，可分為長軸卷筒和短筒卷筒；按制造方式，可分為鑄造卷筒和焊接卷筒；按卷筒表面是否有繩槽，可分為光面卷筒和螺旋槽面卷筒；按鋼絲繩在卷筒表面卷繞層數(shù)，可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒，多層纏繞卷筒用于起升高度特大，或要求機構(gòu)緊湊的起重機上。(2）電動葫蘆卷筒的結(jié)構(gòu)電動葫蘆的卷筒是由筒體、連接盤、卷筒軸以及軸承支架等組成。單層纏繞的卷筒的筒體表面切有弧形螺旋槽，以增大鋼絲繩與筒體的接觸面積，避免相鄰繩之間摩擦，并使鋼絲繩在卷筒上纏繞位置固定。其缺點是筒體體積較大。多層纏繞卷筒的筒體表面直接采用光面，筒體兩端有凸緣，以防止鋼絲繩滑出。其缺點是鋼絲繩排列緊密產(chǎn)生摩擦，各層互相疊加，對鋼絲繩的壽命影響很大。電動葫蘆的卷筒結(jié)構(gòu)尺寸中，影響鋼絲繩壽命的關(guān)鍵尺寸是按鋼絲繩中心算起的計算直徑，卷筒允許的最小卷繞直徑必須滿足所在機構(gòu)工作級別所要求的規(guī)定值。3.6.1 卷筒直徑的確定卷筒的直徑式卷筒集合尺寸中最關(guān)鍵的尺寸，其名義直徑 D 是指光面卷筒的卷筒外包直徑尺寸，有槽卷筒取槽底直徑，大小按下式確定。mm (3-6)28917)()1(????dhD式中 D--按鋼絲繩中心計算的最小卷筒直徑，mmh--與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù)，查表為 18d--鋼絲繩的直徑，mm計算得 289mm，取 290mmminD?3.6.2 卷筒長度的確定由表查得卷筒幾何尺寸的計算: (3-7)210L??(3-8)PZDmH)(1ax?式中 L--卷筒長度；--卷筒上螺旋繩槽部分的長度；0L--無繩槽卷筒端部尺寸的長度，由結(jié)構(gòu)需要決定；1--卷筒兩端多余部分的長度 ；2 23LP?P--繩槽節(jié)距；--最大起升高度；maxHm--滑輪組倍率；--卷筒的計算直徑。1D其中 ＝720mm ， ＝83mm， ＝32mm，L＝835mm0L1L23.6.3 卷筒厚度的計算對于鑄鋼卷筒， 式中 --卷筒壁厚；d??--鋼絲繩直徑。所以 ＝15mm4 同軸式三級齒輪傳動減速器的設(shè)計電動葫蘆減速器是起升機構(gòu)中傳動的重要組成部分，也是本次設(shè)計的重要部分，所以單獨進行計算。其傳動關(guān)系如圖 4-1 所示a b圖 4-1 同軸式三級傳動減速器示意圖4.1 確定傳動裝置的總傳動比和分配轉(zhuǎn)動比（1） 總傳動比： = = (4-1)ainm3.651980?（2）分配減速器的各級傳動比：按同軸式布置。由 [2]表 15-1-3 三級圓柱齒輪減速器分配傳動比。 由圖查的 =5.7， =3.6。1i2i則低速級傳動比 = = 3.23i5.2681?4.2 計算各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和功率（1） 各軸轉(zhuǎn)速: nⅠ =nⅡ =nm =980 rinnⅢ = 1980r7.min5.mi?nⅣ 2r4.i3.6i?nⅤ 275r1.92in.i??nⅥ =nⅤ（2）各軸輸入轉(zhuǎn)矩： 40.8295.095???mddpNM?TⅠ =Td 01.1.7d?聯(lián) 軸 器TⅡ 21.6?? ?花 鍵TⅢ 21..48.75.09420.85i????齒 輪 滾 動 軸 承TⅣ = 34323.7391NM??齒 輪 滾 動 軸 承TⅤ =T .5...12.ii ?齒 輪 滾 動 軸 承TⅥ = 6908.64???卷 筒 滾 動 軸 承（3）各軸入輸功率: .5kWdPPⅠ =Pd Pd.?.01?80.92.43k??聯(lián) 軸 器PⅠⅠ =PⅠ . PⅠ =2、?681PⅢ =PⅡ PⅡ3、、.8.109.87.k??PⅣ =P PⅢ23??、、.7...4W PⅤ =P PⅣ?34??、、.7.4098.7.1kW?PⅥ =P PⅤ34、、..15.6.?各軸的運動和動力參數(shù)如表 4-1 所示表 4-1 運動和動力參數(shù)4.3 傳動零件的設(shè)計計算4.3.1 第一軸齒輪的設(shè)計計算（1）選擇齒輪材料,查表選小擇齒輪材料為 40cr，調(diào)質(zhì)和表面淬火處理或氮化 48～55 HRC。（2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計選擇齒數(shù)取 z 1=13， z 2=i1 z1=5.7 13=74?齒寬系數(shù) 由表 14-1-79，選 =0.8d?d?初選螺旋角 =14o?軸號 輸出功率P（kW）轉(zhuǎn)速 n(r/min) 輸出轉(zhuǎn)矩 T/(N·m)Ⅰ軸 8.432 980 81.74Ⅱ軸 8.11 980 78.47Ⅲ軸 7.78 171.9 420.85Ⅳ軸 7.47 47.75 395.51V 軸 7.18 14.92 1190.83VI 軸 6.68 14.92 1131.14初選載荷系數(shù) 按齒輪非對稱布置速度中等沖擊載荷不大來選擇Kt=1.3轉(zhuǎn)距 T 18.401.NmT???彈性系數(shù) ZE 由表查的 Z E=187.7 ?MPa確定變位系數(shù) z1=12 z2=68 a=20o h*an=h*acos 由圖查的?x1=0.39x2=-0.38節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH X∑ =0 =8o 查圖得 Z H=2.43?重合度系數(shù) Z?縱向重合度 35.014tan8.013.tan138.0sin ????????zmbd端面重合度 42.9.1?nxz由機械設(shè)計手冊圖 14-1-7 查的重合度則 78.01?a?87.02?a? 61.870)39.1(78.0)39.1()()(11 ???????nnxx由圖 14-1-19 查得 5.??螺旋角系數(shù) .4cos?????許用接觸應力[ ]??接觸疲勞極限 由機械設(shè)計手冊圖 14-1-24 查得大小齒輪的接觸lim疲勞極限為[ ]Hlim1=[ ]Hlim2=1160???MPa應力循環(huán)次數(shù) N 1=60 n1 Lh=60 980 1 6300=3.70 108???N2= (4-2)71049.67.53??i接觸疲勞壽命系數(shù)由機械設(shè)計手冊圖 6.4-10 查得KHN1=1.08 KHN2=1.14計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1％ 安全系數(shù) S＝1[ ]1＝??lim.0816253MPaHN??[ ]2= SK1li.4?則 [ ]＝??1[]253128PaH??（3）計算小齒輪分度圓直徑 d1t小齒輪分度圓直徑 d1t= (4-3)23 )][(12HEadt ZuTK?????＝34 2.805.189.46()m3.4516?????驗算圓周速度 132.01.ss6tdnV??選擇精度等級 根據(jù)圓周速度由機械設(shè)計手冊 6.4-19、6.4-20選擇齒輪精度等級為 7 級精度（4）計算齒寬 b 和模數(shù) mntb= 10.83245.96mdt????1coscos12.4tntz???fah?? 46.28.1)3.04cos1()(* ???????nanmxh 56.18)30cos5????tc2.56.2fa4.0.9?hb（5） 計算載荷系數(shù) K使用系數(shù) 由表查的　K A=1.25動載系數(shù) KV 根據(jù)圓周速度 v=1.66 由圖查的 K V＝1.1sm齒間載荷分配系數(shù) 根據(jù) 由圖查得Ha ????ar＝ =1.20HaF齒間載荷分配系數(shù) K 由表查的齒輪裝配時檢驗調(diào)整?HK ＝1.05+0.26 （1+0.6 ） +0.16 10-3b=1.29?H?2d??載荷系數(shù) K K＝K A KV K =1.25 1.1 1.20 1.29=2.12Ha?修正小齒輪直徑 1d331 2.1.45m35.8ttd??計算模數(shù) mn mn= 1cos.8cos2.6z???（6）按齒根彎曲疲勞強度校核(4-4)][cos221Fsaadn YzKTY?????計算載荷載荷系數(shù) K 由 K ＝1.29 由圖查得 =1.2746.?hb?H?FKK= KA KV =1.25 1.1 1.20 1.27=1.74aF?齒輪的彎曲疲勞強度極 由圖查得E?MPaFE89021??齒形系數(shù) FaY由當量齒數(shù) z 80.134cos221????znz 76.522n由圖查的 78.1?FaY90.12?FaY應力修正系數(shù) S由圖查的 56.1a 85.2Sa重合度系數(shù) anY??7.0.??由表查得　 2)cos(i1arcosnb???= cos08n? 2)cos(in1nba???= 94.2.0?51.cos2baan??72.08.075.0???anY??螺旋角系數(shù) 由圖根據(jù) 查得 ＝0.98???Y尺寸系數(shù) 由表的公式 〈5 時，取X nXm01.~5.=5 =2nmY彎曲壽命系數(shù) 根據(jù) N1=5.29 108 N2=9.35 107由圖查得N??8.01?1?Y計算許用彎曲疲勞應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4][F?1=][F1620.870.5MPa4ENXYS???2＝ 21...計算大、小齒輪的 并加以比較][?YSaF=1][FSa0745.5.7892??31..3][2SaY?小齒輪的數(shù)值較大設(shè)計計算42322.17508.9cos80.745m2.3815m??????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) mn與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值 mn＝2.5 ，取分度圓直徑 d1=30.54(4-4)09.125.8cos430cos1????nmdz?則 ，取 13?z 76.512u742z（7）幾何尺寸計算計算中心距(4-5)12()(374)2.5m1.82coscos8nzma??????將中心距圓整為 120 。按圓整后的中心距修正螺旋角(4-6)"5`12902.)7413()(arcos21 ??????mzn?因 值改變不多，故參數(shù) 等不必修正。HaZK、??計算大、小齒輪的分度圓直徑123.538.26mcos86`4"7.179.nzdm?????計算齒輪寬度(4-7) 0.38.01???db?圓整后取 ； 。23B44.3.2 第二軸齒輪的設(shè)計計算（1） 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計選擇齒數(shù)取 z 1=24， z 2=i1 z1=3.6 24=84?確定變位系數(shù) z 1=24 z2=84 a=20o h*an=h*acos 由圖 ?查得 x1=0.38 x2=-0.38重合度系數(shù) Z?縱向重合度 037.8tan24.0138.tan138.0sin ??????????zmbd端面重合度 . 54.183.021??nxz查得重合度則 則71.0?a?86.02?a?58.1a?應力循環(huán)次數(shù) N1=60.n 1.Lh=60 247.35 1 6300=9.35 107??N2= (4-8)771 0.26.39?i接觸疲勞壽命系數(shù)由圖查得KHN1=1.19 KHN2=1.15計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1％ 安全系數(shù) S＝1[ ]1＝ ＝1.19 1160=1380??HNlim?[ ]2= =1.15 1160=1344SK1li則 [ ]＝ ??12[]38041357MPaH???（2）計算小齒輪分度圓直徑 d1t小齒輪分度圓直徑 d1t= (4-9)23 )][(12HEadt ZuTK?????=35 2.6403.6189.46()m7.5881357????（3）計算載荷系數(shù) K齒間載荷分配系數(shù) 根據(jù) 由圖查得查得 ＝Ha ????ar HaK=1.20FaK齒間載荷分配系數(shù) K 由表查的 齒輪裝配時檢驗調(diào)整得 ?HK ＝1.30?H載荷系數(shù) K K＝K A KV K =1.25 1.05 1.20 1.30=2.05Ha??修正小齒輪直徑 1d331 2.0547.8m49.116ttd??計算模數(shù) mnt 1cos9.cos2.0nt????（4）按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計(4-10)][cos212Fsaadn YzKTY?????計算載荷載荷系數(shù) K 由圖 查得 =1.25?K= KA KV =1.25 1.05 1.20 1.25=1.97HaF?齒形系數(shù) FaY由當量齒數(shù) z 16.8cos221????zvz 0.7422v由 [4]圖 14-1-47 59.1?FaY21.?FaY應力修正系數(shù) Sa由圖查得 6.1 74.2Sa重合度系數(shù) anY??7502.??已知 914.0b? 58.1cos2?baan??72.0.07..0??anY??彎曲壽命系數(shù) 根據(jù) N1=9.35 108 N2=2.67 107由圖查得N??.?1Y計算許用彎曲疲勞應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4][F?1= 160.8253.7MPa4ENXS???2＝][F21...Y計算大、小齒輪的 并加以比較][?SaF=1][FSaY0761..583972??492..2Sa?小齒輪的數(shù)值較大設(shè)計計算 523221.970.98cos140.681m.3.m??????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) mn與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值 mn＝2.5 ，取分度圓直徑 d1=48.9096.15.24cos908cos1 ????nmdz?則 ，則12?z 4.68127.51??uz692?z（7）幾何尺寸計算計算中心距(4-11)12()(69)2.5m104.3coscos4nzma??????將中心距圓整為 105 。按圓整后的中心距修正螺旋角(4-12)021 36.150.2)69()(arcos?????zn?因 值改變不多，因此參數(shù)中 等不須要修正。HaZK、、 ??計算大、小齒輪的分度圓直徑102.5m31.cos69.78.9nzd????計算齒輪寬度.241.3801???db?圓整后取 ； 。25mB圖 4-2 齒輪的三維效果圖4.3.3 第三軸齒輪的設(shè)計計算（1）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計選擇齒數(shù)取 z 1=12， z 2=i z1=3.2 11=35.23?轉(zhuǎn)距 T 5T.20Nm???確定變位系數(shù) z1=12 z2=45 a=20o h*an=h*acos 由機械?設(shè)計手冊圖 14-1-4 查的 x1=0.35 x2=-0.35節(jié)點區(qū)域系數(shù) ZH X∑ =0 =8o 查由機械設(shè)計手冊圖 14-1-?16ZH=2.46重合度系數(shù) Z?縱向重合度 17.08tan1.038.tan138.0sin ?????????zmbd端面重合度 . 15.83.01??nxz查得重合度則65.01?a?87.02a?43.1?a?應力循環(huán)次數(shù) N1=60.n1.Lh=60 70.67 1 6300=2.67 107??N2= 671 05.09.46??i接觸疲勞壽命系數(shù)由由機械設(shè)計手冊圖查KHN1=1.20 KHN2=1.15計算接觸疲勞許用應力取失效概率為 1％ 安全系數(shù) S＝1[ ]1＝ ＝1.23 1160=1427??HNlim?[ ]2＝ =1.39 1160=1612MPaSK1li[ ]＝??12[]4716250MPaH???（2）計算小齒輪分度圓直徑 d1t小齒輪分度圓直徑 d1t= (4-13)23 )][(12HEadt ZuTK?????=35 2.6904.918.46()m3.0781350????（3）計算載荷系數(shù) K齒間載荷分配系數(shù) 根據(jù) 由圖查得HaK????ar＝ =1.10HaKF齒間載荷分配系數(shù) K 由機械設(shè)計得 設(shè)計手冊齒輪裝配時檢?H驗調(diào)整K ＝1.05+0.26 （1+0.6 ） +0.16 10-3b=1.29??2d??載荷系數(shù) K K＝K A KV K =1.25 1.05 1.10 1.29=1.86Ha?修正小齒輪直徑 1d(4-14)331 1.866.07m.2tt???計算模數(shù) mnt (4-15)1cos.2cos85.961ntd??（4）按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計(4-16)][cos212Fsaadn YzKTYm?????計算載荷載荷系數(shù) K K= KA KV =1.25 1.05 1.10 1.25=1.80 Ha?F?齒形系數(shù) aY由當量齒數(shù) z 2.18cos221????znz 9.4522n由圖 14-1-47 31.?FaY0.?FaY應力修正系數(shù) SaY由圖 50.1?76.12Sa重合度系數(shù) an??50.?47.19.3cos22??ban?6.0.5.07