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小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 [摘 要] 本課題以小型運(yùn)輸升降機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，研究實(shí)施重物升降移動(dòng)的方案，對(duì)其減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和校核，從而實(shí)現(xiàn)小型運(yùn)輸升降機(jī)升降移動(dòng)重物的功能。本課題首先對(duì)現(xiàn)有的升降機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行了回顧；其次以小型運(yùn)輸升降機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了整體方案設(shè)計(jì)；接著對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其制動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)通過(guò)動(dòng)力機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)——減速器，再帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卷筒上的鋼絲繩，然后經(jīng)過(guò)一定的滑輪組裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)轎廂上重物的升降移動(dòng)，而制動(dòng)機(jī)構(gòu)則通過(guò)選取合適的制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。[關(guān)鍵詞] 運(yùn)輸升降機(jī)，減速器，卷筒，鋼絲繩，制動(dòng)器，滑輪小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)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(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)2小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)目 錄1 緒論 .11.1 運(yùn)輸升降機(jī)的應(yīng)用 11.2 升降升降裝置機(jī)的分類 11.3 升降機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 11.4 本課題的研究?jī)?nèi)容及目的 22 小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求及方案確定 .32.1 設(shè)計(jì)要求 32.2. 確定設(shè)計(jì)方案 .33 小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .53.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 53.2 小型運(yùn)輸升降機(jī)減速裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 64 小型運(yùn)輸升降機(jī)制動(dòng)裝置的選擇 254.1 制動(dòng)器的選擇要求 .254.2 選擇合適的制動(dòng)器 .255 鋼絲繩的選擇與卷筒的設(shè)計(jì) 265.1 鋼絲繩的選擇 .265.2 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 .286 小型運(yùn)輸升降機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 336.1 轎廂架的計(jì)算分析 .337 減速器實(shí)物的制作 38結(jié)束語(yǔ) 40附錄 41參考文獻(xiàn) 42致謝 43小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)11 緒論1.1 運(yùn)輸升降機(jī)的應(yīng)用運(yùn)輸升降機(jī)主要用于裝卸和搬運(yùn)重物，其廣泛應(yīng)用于工廠、港口、建筑等生產(chǎn)領(lǐng)域。運(yùn)輸升降機(jī)通過(guò)吊鉤或其他吊具的起升、下降及移動(dòng)完成重物的裝卸和移動(dòng)，運(yùn)輸升降機(jī)的廣泛使用極大的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，甚至完成了人們無(wú)法直接完成的某些工作。 1.2 升降升降裝置機(jī)的分類隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，升降機(jī)行業(yè)逐步的成長(zhǎng)起來(lái)，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(jìn)行分類：⑴ 按用途分類： 乘客升降機(jī)、載貨升降機(jī)、醫(yī)用升降機(jī)、雜物升降機(jī)、觀光升降機(jī)、車輛升降機(jī)、船舶升降機(jī)、建筑施工升降機(jī)。⑵ 按驅(qū)動(dòng)方式分類：交流升降機(jī)、直流升降機(jī)、液壓升降機(jī)、齒輪齒條升降機(jī)、螺桿式升降機(jī)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)。⑶ 按速度分類：低速升降機(jī)、中速升降機(jī)、高速升降機(jī)、超高升降機(jī)。⑷ 按有無(wú)司機(jī)分類：有司機(jī)升降機(jī)、無(wú)司機(jī)升降機(jī)、有/無(wú)司機(jī)升降機(jī)。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(hào)控制升降機(jī)、集選控制升降機(jī)、并聯(lián)控制升降機(jī)、群控升降機(jī)。⑹ 特殊升降機(jī)：斜行升降機(jī)、立體停車場(chǎng)用升降機(jī)、建筑施工升降機(jī)。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)21.3 升降機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)升降機(jī)作為普遍的垂直運(yùn)輸工具，如何才能做到準(zhǔn)確、高效，便捷？是否能有效實(shí)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(wèn)題。只有通過(guò)先進(jìn)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，才能將升降機(jī)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合想來(lái)，為用戶提供滿意服務(wù)，同時(shí)為各地政府職能部門提供友好的監(jiān)管平臺(tái)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能。 用網(wǎng)絡(luò)把所有升降機(jī)監(jiān)管起來(lái)，保證升降機(jī)安全運(yùn)行，確保乘客安全。當(dāng)升降機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，升降機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向客戶服務(wù)中心發(fā)出信號(hào)，使維保人員能及時(shí)準(zhǔn)確了解升降機(jī)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(shí)間內(nèi)趕赴事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修，也可以通過(guò)升降機(jī)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)掃描每臺(tái)升降機(jī)各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時(shí)間，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量?，F(xiàn)在傳統(tǒng)營(yíng)銷體系是人對(duì)人的銷售(或面對(duì)面銷售)，由于需要大量銷售人員，其銷售成本高昂。如果通過(guò)升降機(jī)商務(wù)平臺(tái)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(diǎn)、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(gòu)銷合同，通過(guò)網(wǎng)上銀行支付貨款。利用網(wǎng)絡(luò)快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，降低制作成本。在中國(guó)加入 WTO 后，各個(gè)企業(yè)(特別是合資、外資企業(yè))為降低成本全球采購(gòu)是必然，避免在采購(gòu)過(guò)程中受到各種不正當(dāng)手段的影響，利用升降機(jī)網(wǎng)站招標(biāo)和競(jìng)標(biāo)可以保證采購(gòu)價(jià)廉物美的升降機(jī)零部件，其運(yùn)作非常低廉。也可把已定點(diǎn)所有外購(gòu)件生產(chǎn)廠、配套廠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，廠家在接到訂單后，通過(guò)技術(shù)部安排生產(chǎn)明細(xì)表和零部件制作分工表即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)快速、準(zhǔn)確地給外購(gòu)件生產(chǎn)廠、配套廠下達(dá)生產(chǎn)指令，并指示交貨地點(diǎn)(通常為減少?gòu)纳a(chǎn)廠到組裝廠再到工地來(lái)回運(yùn)費(fèi)直接運(yùn)到工地)，同時(shí)小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知被廠家認(rèn)可的專業(yè)安裝隊(duì)進(jìn)場(chǎng)安裝電(扶)梯。安裝完成后，安裝隊(duì)在網(wǎng)上向廠家和有關(guān)政府部門申請(qǐng)驗(yàn)收?？傊畯匿N售到安裝和售后服務(wù)許多工作都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成，而且費(fèi)用低、快速、準(zhǔn)確、服務(wù)質(zhì)量好。 同時(shí)有專家預(yù)言“誰(shuí)最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場(chǎng)，誰(shuí)就掌握市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)” 。所以在這個(gè)提倡綠色發(fā)展的時(shí)代理念。發(fā)展的趨勢(shì)主要有如下：不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、無(wú)漏油、無(wú)漏水、低噪聲、無(wú)電磁干擾、無(wú)井道導(dǎo)軌油漬污染的升降機(jī)。升降機(jī)曳引采用尼龍合成纖維曳引繩，鋼皮帶等無(wú)潤(rùn)滑油污染曳引方式。升降機(jī)裝璜將采用無(wú)(少)環(huán)境污染材料。升降機(jī)空載上升和滿載下行電機(jī)再生發(fā)電回收技術(shù)。安裝施工升降機(jī)將無(wú)需安裝手腳架。施工升降機(jī)零件在生產(chǎn)和使用過(guò)程中對(duì)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(shuō)升降機(jī)發(fā)展的方向，應(yīng)該以信息化、自動(dòng)化已經(jīng)環(huán)保的方向去發(fā)展。這樣才符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)情，同時(shí)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?jī)?nèi)容及目的本課題以小型運(yùn)輸升降機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，研究實(shí)施重物升降移動(dòng)的方案，對(duì)其減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和校核，從而實(shí)現(xiàn)小型運(yùn)輸升降機(jī)升降移動(dòng)重物的功能。通過(guò)本次小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)，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(shí)，另一方面可以提高綜合知識(shí)的運(yùn)用能力，為今后從事機(jī)械方向的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、管理工作做好技術(shù)準(zhǔn)備，為未來(lái)就業(yè)打下重要的基礎(chǔ)。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)4小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)52 小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求及方案確定2.1 設(shè)計(jì)要求調(diào)查小型運(yùn)輸升降機(jī)的工作場(chǎng)所，了解工作場(chǎng)所的土木結(jié)構(gòu)，確定升降機(jī)的安裝位置。結(jié)合設(shè)計(jì)手冊(cè)和工況要求，確定升降機(jī)設(shè)計(jì)的初始參數(shù)，只要包括升降機(jī)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(jì) 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(jì)方案經(jīng)過(guò)方案對(duì)比優(yōu)選，最終確定本課題設(shè)計(jì)的小型運(yùn)輸升降機(jī)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及制動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī) B 端與減速器 B 端通過(guò)聯(lián)軸器連接，減速器 A 端與卷筒 A 端通過(guò)齒輪連接。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)6圖 2-1 升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2-1 Structure schemes of Elevator升降機(jī)制動(dòng)部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的重要部分，它的作用是在升降機(jī)在半空中停止時(shí)避免升降機(jī)轎廂倒滑的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)的思路是選用合適的制動(dòng)器，通過(guò)摩擦力來(lái)進(jìn)行制動(dòng)，且制動(dòng)裝置與電機(jī)進(jìn)行電器互鎖。當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)制動(dòng)器停止工作。根據(jù)擬定的設(shè)計(jì)方案，在保證升降機(jī)安全、高效的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算完成零部件強(qiáng)度的校核，保證結(jié)構(gòu)運(yùn)行的可靠性。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)7小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)83 小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 電動(dòng)機(jī)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： Pw= =10kw。Fv103.1.1 傳動(dòng)效率的計(jì)算根據(jù)第二章的設(shè)計(jì)思路，減速裝置使用三級(jí)減速，第一級(jí)減速用蝸桿帶動(dòng)蝸輪，第二級(jí)減速用錐齒輪的嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，第三級(jí)減速用圓柱斜齒輪的相互嚙合來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)。查表可得在傳動(dòng)過(guò)程中，聯(lián)軸器效率 η 1=0.99，軸承效率 η 2=0.98，蝸輪蝸桿嚙合效率 η 3=0.88，錐齒輪嚙合效率 η 4=0.99，圓柱斜齒輪嚙合效率 η 5=0.99，卷筒效率 η 6=0.96。計(jì)算可得傳動(dòng)裝置總效率為η a=0.99×0.983×0.98×0.82×0.96×0.992=0.705，所以電動(dòng)機(jī)所學(xué)的做小功率為 Pd= =14.18kw。wa?3.1.2 確定電機(jī)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(jī)所需的最小功率查表選擇電機(jī)型號(hào)為 Y160M2-2 的三相異步電動(dòng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如表 3-1 所示。表 3-1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)Table3-1 Technical parameters of motor電機(jī)型號(hào) 額定功率/kw電機(jī)同步轉(zhuǎn)速同步（r/min）電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速（r/min）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)9Y160M2-2 15 3000 2930 2.0 2.3電機(jī)各部分尺寸如表 3-2 所示，其外形如參考文獻(xiàn)[7]中表 16-2所示。表 3-2 電動(dòng)機(jī)尺寸參數(shù)Table3-2 Dimensions of motor 電機(jī)型號(hào)級(jí)數(shù) A B C D E F G H K AB AC AD HDY160M2-22級(jí)254210108421101237160153303252553853.2 小型運(yùn)輸升降機(jī)減速裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.2.1 傳動(dòng)比的分配總的傳動(dòng)比： ia = =2930÷63.69=46。mwn傳動(dòng)比的分配：第一級(jí)為渦輪蝸桿傳動(dòng)，第二級(jí)為錐齒輪傳動(dòng)，第三級(jí)為圓柱斜齒輪傳動(dòng)，總傳動(dòng)比為 。123aii?查資料可知，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比較大，錐齒輪 i≤3,斜齒輪 i≤3,所以可設(shè) =20， i22=1 ， i33=2.3。1i3.2.2 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算3.2.2.1 各軸的輸入功率電動(dòng)機(jī) Pd=15kw蝸桿軸： P1=Pdη 1=15×0.99 kw =14.85kw蝸輪軸： P2=P1η 3=14.85×0.82 kw =12.177kw小斜齒輪軸： P3=P2η 4=12.177×0.99 kw =12.055kw大斜齒輪軸： P4=P3η 5=12.055×0.99 kw =11.935kw小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)103.2.2.2 各軸的轉(zhuǎn)速蝸桿軸： n1= nm=2930r／min蝸輪軸： n2= =2930÷20 r／min =146.5 r／min 1i小斜齒輪軸： n3= =146.5÷1 r／min =146.5 r／min 2i大斜齒輪軸: n4= =146.5÷2.3 r／min =63.69 r／min3i3.2.2.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)： T0= =9550×15÷2930N·m=48.49 N·mdm95Pn蝸桿軸： T1= =9550×14.85÷2930 N·m=48.40 N·m1蝸輪軸： T2= =9550×12.177／146.5 N·m =793.84 N·m 2950n小斜齒輪軸： T3= =9550×12.055／146.5 N·m =785.84 3PN·m大斜齒輪軸： T4= =9550×11.935÷63.69 N·m=1789.60 4950nN·m各軸的動(dòng)力參數(shù)整理如表 3-3 所示。表 3-3 各軸的動(dòng)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(dòng)比效率（％）電機(jī)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小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)11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(dòng)裝置中齒輪的設(shè)計(jì)與校核3.2.3.1 蝸輪蝸桿的傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核⑴ 根據(jù)課題要求，選擇傳動(dòng)類型、公差等級(jí)和材料考慮到傳動(dòng)功率不大，轉(zhuǎn)速適中，選擇 ZA 蝸桿傳動(dòng)，精度等級(jí)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(shí)用齒輪設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取12nZ1=2， Z2=i11Z1=40。⑶ 確定許用應(yīng)力σ HP=σ HP′= ZVSZN，由表查得 σ HP′=220Mpa， σ FP′=70Mpa,查表的 Vs=12m/s，由于采用浸油潤(rùn)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， YN=0.9，所σ Hp=220×0.87×1.15Mpa=220.11Mpa， σ Fp=σ Fp′ YN=70×0.9Mpa=63Mpa。⑷ 按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ≥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(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)12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， d1=63 21mm,查表，按 i=20， m=6.3， d1=63 mm，其 a=160 mm， Z2=41， Z1=2， X2=-0.1032，蝸輪分度圓直徑d2=mZ2=6.3×41=258.3 mm，導(dǎo)程角 γ =arctan = 1Zmdarctan =11°18′36″。6.3?⑸ 求蝸輪的圓周速度，并校核效率實(shí)際傳動(dòng)比 i= =41÷2=20.5， =2930÷20.5r/min=142.93 21Z2nr/min，蝸輪的圓周速度 = m／s=9.58m/s。sv1d60cos??求傳動(dòng)效率，按式子 η =η aη bη c計(jì)算。Η a—蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率；Η b—考慮攪油損耗的效率，一般 η b=0.94-0.99； η c—軸承效率，每對(duì)滾動(dòng)軸承 η c=0.89-0.99。式中 η a= = =0.922。vtn()???tan1.3(09)??ρ v由表查得為 0°56′=0.93°，取 η b=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(qiáng)度齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：σ H= ≤σ HP21940AVETKZd?查表得： ZE=155Mpa ?,取 KA=0.9,Kβ =1.1,KV=1.1。蝸輪傳遞的實(shí)際轉(zhuǎn)矩 T2=832.51×103N·m,當(dāng) Vs=9.58m/s 時(shí)，Zvs=0.86,得 σ HP=σ HPZVSZN=220×0.86×1.15Mpa。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)13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(qiáng)度校核查表得齒根抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算公式：σ F= ≤ σ FP216AVFSTKYdm?按 ZV2= = =43.48 及 X2=-0.1032，查得23cos?34s.?YFS＝4.26， σ FP=63Mpa， Yβ = =1-11.31°÷120°=0.906。10?將上述諸值代入公式σ F= =22.73Mpa＜ σ FP＝63 Mpa。6832.5109.4.26983??⑻ 蝸輪蝸桿幾何尺寸的計(jì)算已知 a=160 mm， Z1=2， Z2=41， X2=-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(jì)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+0.06 Z2﹚× 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≤0.75 da1=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 mm小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)14S2=﹙0.5 π +2X2tanα ﹚×m=9.42 mmh2=﹙ da1-df2﹚×0.5 mm =13.06 mm3.2.3.2 錐齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核⑴ 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)選擇直齒錐齒輪傳動(dòng)，齒輪精度為 8 級(jí)。由于傳動(dòng)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(dòng)載系數(shù) KV=1.1， KHα =KFα =1.2，又由從動(dòng)輪懸臂布置得：KHα =KFα =1.5KHαbe =1.5×1.5=2.25， K=KAKVKHα KHβ =1.25×1.1×1.2×2.25=3.7125。計(jì)算主動(dòng)錐齒輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩： T=832.51N·m，選取錐齒輪的齒寬系數(shù)： Φ R=0.3，計(jì)算錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù) ZV1、 ZV2。cosδ 1=cosδ 2= =0.7071， ZV1= =24÷0.707=33.946。21u?1cos?YFa1=YFa2=2.48， YSa1=YSa2=1.638，又由于 ZV1=ZV2，查錐齒輪彎曲強(qiáng)度極限 σ FE1=σ FE2=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(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取安全系數(shù) S=1.4，所以[σ FE1]= [σ FE2]= =0.97×380÷1.4=263.286Mpa， m≥FE12S=9.61mm。a22R1F40.5[]TYZu????﹙ ﹚ ﹙ ﹚取齒輪模數(shù) m=10mm， d1=d2=mZ1=10×24=240mm，計(jì)算圓周速度為v= =1.84m/s。1260лdn⑵ 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)查得齒輪接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=KHN2=1.1，齒面接觸硬度σ HLim1=530Mpa，取安全系數(shù) S=1，所以小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)15[σ H1]= [σ H2]= =1.1×530÷1=583MpaHN1LimKS?ZE=189.8Mpa ?d1≥ =240mm23RH2.912[ ]ETZ?????﹙ ﹚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(jì)算根據(jù)以上條件以及 δ 1=δ 2=45°，查表得：θ a=3°22′， θ f=4°3″， R=16.97mm， da1=da2=25.41mm， n1=n2=0.71， l1=l2=0.67。根據(jù)查表所得值計(jì)算除下列各：分度圓圓錐角 δ 1=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 θ a=3°22′，齒根角 θ f=4°3′頂錐角 δ a1=δ a1=δ 1+θ a=45°+3°22′=48°22″根錐角 δ f1=δ f2=δ 1-θ f=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(dòng)設(shè)計(jì)與校核⑴ 齒輪材料、精度等級(jí)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(jí)精度。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)16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(qiáng)度設(shè)計(jì) 21312()[]tHEtdKTZ???????① 確定公式內(nèi)的各計(jì)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 ε α1 =0.78， ε α2 =0.84，則ε α =ε α1 +ε α2 =1.62許用接觸應(yīng)力[ σ H]= =531.25Mpa。1H2[]+?② 計(jì)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=Φ dd1t=0.7×124.6mm=87.22mm模數(shù) mnt= =87.22×cos14°÷24mm=3.5mm1tcosZ??齒高h(yuǎn)a=2.25mnt=2.25×3.5 ＝7.9mm， hf=1.25×3.5mm＝4.375mm， b/h=11縱向重合度 ε β =0.318Φ d 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(jí)精度，由圖查得動(dòng)載系數(shù) KA=KAKVKHα KHβ =1.25×0.8×1.1×1.44=1.584按實(shí)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(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)17⑶ 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 231cos[]FaSndKTYmZ??????① 確定計(jì)算參數(shù)動(dòng)載系數(shù) K=KAKVKFα KFβ =1.25×0.8×1.1×1.34=1.474根據(jù)縱向重合度 ε β =1.903，查圖的螺旋角影響系數(shù) Yβ =0.88當(dāng)量齒數(shù)ZV1= =24÷cos314°=26.29， ZV2= =55÷cos314°13cos? 23cos?=60.24查取齒形系數(shù) YFa1=2.591， YFa2=1.732，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σ FE1=500Mpa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σ FE2=380Mpa，疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.97，取安全系數(shù) S=1.4，所以[σ F ]1= =0.97×500÷1.4=346.43 Mpa，[ σ F ]2= FN1ES?=263.29 MpaF2K計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較：aSF[]Y?=0.001193， =0.014958，大齒輪的數(shù)值大。Fa1S[]Y?a2② 設(shè)計(jì)計(jì)算 =2.97mm231cos[]FaSndKTYmZ??????對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 mn=3mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得分度圓直徑d1=124mm 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)，于是有 Z1= =124×cos14°1ncosd?÷3=40，取 Z1=40， Z2=i33Z1=2.3×40=92。小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)18⑷ 幾何尺寸計(jì)算中心距 a= =204.06mm，取中心距為 204mm??12ncosZm??螺旋角 β =arcos =13°55′8″12na小齒輪分度圓直徑 d1= =123.67mmcosZ?大齒輪分度圓直徑 d2= =284.45mmnm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=Φ dd1=0.7×123.67mm=85mm小齒輪齒寬 b2=90mm3.2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中軸的設(shè)計(jì)與校核3.2.4.1 蝸桿軸的設(shè)計(jì)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(xiàn)[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(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca=TAT1,查表，取KA=1.5， Tca=KAT1=1.5×48400N·m=72600N·m。按照所計(jì)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(cè)，選用 LX2 型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 560N·m，半聯(lián)軸器的孔小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)19徑 d=30mm，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=82mm。⑵ 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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 shaft② 根據(jù)軸向定位要求確定各段直徑和長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)比 L1略短一些，現(xiàn)取 lⅠ-Ⅱ =80mm。初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)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，而小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)20lⅦ-Ⅷ =15mm。左端的滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)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(jì)。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(jí)為 ，滾動(dòng)軸承76Hr與軸的周向定位由過(guò)渡配合來(lái)保證。⑷ 確定軸上的圓角和倒角尺寸參照?qǐng)D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(jì)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(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)21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(xiǎn)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(qiáng)度小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)22進(jìn)校核時(shí)通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 B）的強(qiáng)度，根據(jù)公式、上表中的數(shù)據(jù)以及軸雙向旋轉(zhuǎn)時(shí)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)切應(yīng)力，取 α =0.6，所以軸的計(jì)算應(yīng)力為 σ ca= =11.13Mpa，而此前已選定軸的材料為 45 鋼調(diào)制處理，221()BMTW??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(jì)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(qiáng)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(jì)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 小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)23② 根據(jù)軸向定位的要求確定各軸段的直徑和長(zhǎng)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， dⅠ-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(zhǎng)度為 10mm，錐齒輪與軸配合的軸轂孔長(zhǎng)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(zhǎng)度應(yīng)比錐齒輪的寬度加上套筒的長(zhǎng)度略短一些，現(xiàn)取 lⅠ-Ⅱ =63mm。初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)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， lⅡ-Ⅲ =23mm。左端的滾子軸承采用軸肩進(jìn)行定位，由手冊(cè)查得 32012 號(hào)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， dⅥ-Ⅶ =62mm， lⅥ-Ⅶ =33mm，蝸輪左端由軸肩定位，擬定 dⅣ-Ⅴ =78mm， lⅣ-Ⅴ =10mm， lⅢ-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(zhǎng)度為 40mm。蝸輪與軸的連接選用平鍵尺寸b×h×l=20××12×40，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)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(jì)算軸上的載荷小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)24首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖畫出軸的手里簡(jiǎn)圖，再根據(jù)受力簡(jiǎn)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(xiǎn)截面是 A 和 C 截面，其承載參數(shù)分別如表3-5、3-6 所示。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 截面載荷小型運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)25Table3-6 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·mMCy1=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(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩截面的強(qiáng)度：=32.8Mpa， =14.44 Mpa211CcaMTW???? 22AcaMTW????W 可由公式 求得，其中 W1=14507mm3， W2=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]，故安全。1ca?2ca?3.2.4.3 小斜齒輪軸的設(shè)計(jì)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(qiáng)度取最小直徑為 55mm。⑵ 小斜齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)26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(jì)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(jiǎn)圖，再根據(jù)受力簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如圖 3-6 所示。