电动卷扬机传动装置的设计.docx
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电动卷扬机传动装置的设计.docx
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电动卷扬机传动装置的设计
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:
11023132
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.
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10min.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.
结果
Pw=2.47KW
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.
1.2.1选择电动机的容量:
电动机所需的功率,按公式为:
Fv
Pw-1000
其中,Pw是工作机所需的工作功率,KW.
F是工作机的工作阻力,N.v是工作机的卷筒的线速度,m/s.
算得Pw
10000.97
=18°°°>^6°=2..47KW
机械设计课程设计的计算及说明
其中,a=14232
a是电动机至卷筒的总效率.
1是滚子轴承的效率,(每对0.98〜0.99)
这里取0.98.有四对.
2是斜齿轮传动的效率,一级开式.(一对0.94〜0.96)这里取095•有一对.
3是蜗杆传动的效率,一级减速器.这里取
0.73.有一对,是单头.
4是联轴器的效率,这里取0.99.有2对.
算得
a=0.9840.950.730.992=0.63
结果
Pd=3.92KW
249
Pd3.92KW
0.63
1.2.1确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为:
结果
n二8r/min
601000v6010008-60n二二8r/min
二320二320
按推荐的传动比合理范围,取传动比:
蜗轮减速器传动比i=10~40•齿轮传动单级传动比常用值,开式1=4〜
6.因为开式齿轮的主动轮比从动轮的直径小,所以,总传动比的合理范围为
ia=40~420
a
所以电动机的转速的可选范围为:
nd=ian=(40~420)8=320~3360r/min
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.
机械设计课程设计的计算及说明
表1
型号
功率
转速
Y132S1-2
5.5kw
2900r/min
Y132S-4
5.5kw
1440r/min
Y132M2-6
5.5kw
960r/min
Y160M2-8
5.5kw
720r/min
其中,Y132S—4型电动最合适本卷扬机的需要,所以选择该型电动机
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:
nm1440
=180
结果
ia=180
i1=4.5
结果
n2=36r/minn3二36r/minn4=8r/min
其中,nm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:
ia=iii2in
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ii,齿轮的传动比为i2.贝U
ia=iii2
动比为i1=^8^=4.5.
40
1.3.计算传动装置的运动和动力参数.
1.3.1各轴转速
1轴n1=1440r/min
首先初步确定蜗轮减速器的传动比为i2=40,贝U开式齿轮的传
机械设计课程设计的计算及说明
2轴n2==1440=36「/min
i240
3轴n3=n2=36r/min
(卷筒轴)4轴n4=仏=笑=8r/min
h4.5
13.2各轴的输入功率
1轴
P=Pd疋“4=3.92疋0.99=3.88KW
R=3.88KW
2轴
P2=R疋勺江n3=3.88x0.98x0.75=2.85KW
P2=2.85KW
3轴
P3=P2江%沢”4=2.85x0.98x0.99=2.77KW
P3=2.77KW
4轴
P4=P3江7汉n2=2.77x0.98x0.95=2.58KW
P4=2.58KW
1.33各轴的输出功率
1轴
R=Pd小4=3.92x0.98x0.99=3.80KW
P=3.80KW
2轴
P2=P況“:
江n3=3.88x0.982xO.75=2.79KW
P2=2.79KW
3轴
巳=P2汇j2疋―=2.85疋0.982疋0.99=2.71KW
P3=2.71KW
1.3.4各轴的输入转矩
因为电动机的输出转矩为:
P392
Td=9550丄=9550汉汇一=26.00N*m
nm1440
各轴的输入转矩为:
1轴
「=Td汉n4=26.00汉0.99=25.74N*m
「=25.74N
2轴
T2=25.74x0.98x0.75x40=756.76N*m
T2=756.76N
3轴
T3=T2汽1工"4=7576決0.98^0.99=734.21N
T3=734.21N
机械设计课程设计计算及说明
4轴
(卷筒轴)
结果
T4十
汇^2=734.21汇0.98汇0.95汇4.5=3075.97N*m
T4=3075.97N•
1.3.5各轴的输出转矩
输出转矩
1轴
「=26.00江0.99汇0.98=25.23N*m
「=25.23N
2轴
T2=756.76汇0.98=741.62N*m
T2=741.62N
3轴
T3=734.21乂0.98=719.53N*m
T3=719.53N
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,涡轮用褚锡磷青铜一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。
2.2.1齿面接触疲劳强度设计
1)
WT
P
9550000
n
0.2d3
■Mt]
T2=756042N•
K=1.21
285
T2=9550*P/nT2二9550P/n二9550756042N*mm
36
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=1,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=・K1・K:
「=1.1511.05=1.21
ZE=160MPa
Z2=40
确定涡轮齿数Z2Z仁涡轮单头
Z2=i*40=1*40=40
确定许用接触应力【-H】
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
N=1.8*10a7
中查得【-H】=268Pa
应力循环次数
N=60*1*1440/40*10*300*2*8*15%=1.8*10A7
算得Khn=0.929
【:
H】=Khn*268=248.972
m*m*d仁1.21*551.910*0.003593=1551.37
a=200mm
m=8mm
d1=80mm
Yz是蜗杆齿的齿形系数。
查表。
机械设计课程设计计算及说明
4542'38
q=10
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,
z2/z^40/1,m为6.3,d1为63mm,孑=542‘38"转换成5.43度,,=20。
2)蜗杆
轴向齿距Pa-二m-二6.3=19.79mm
直径系数q=d1/m=63/6.3=10
齿顶圆直径dal=d1+2ha*m=63+2*6.3=75.6mm
齿根圆直径df仁d1-2(ha*m+c)=47.2
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
1
涡轮齿顶高ha2=—汉(da2_d2)=6.3
2
4)校核齿根弯曲疲劳强度
1.53kT2R
汗YFa2*Y:
[;「F]
d1*d2*m
Z2
当量齿数Zv=Z2/cosZv=二2莎=40.15
cosP
所以可以从11-17中可查得齿形系数YFa2=2.44
螺旋角系数丫」1-543=0.961
140
许用弯曲应力[二F]二[二F]'*kFn
「106
[二F]'=56MPaKfn=9.7=0.725
丫1.8咒107
[汗]二[;「F]'*kFn=56*0.725=40.6MPa
1.53kT2口
TYFa2*Y[二F]
d1*d2*m
1.531.21551910
2.440.961=22.795MPa
63258.363
验算效率:
-(0.95~0.96)
tan
tan(v)
-(0.95~0.96)
tan5.43
tan(5.43v)
da=75.6mm
df1=47.2
=5.43F=5.43
结果
Zv=40.15
Y=0.961
Kfn=0.725
aF=22.795MPa
Vs
二631440
601000COS5.43
=6.06m/s
从表11-8用插值法查得fv=0.0206v=1.11度
=(0.95~0.96)
tan5.43
tan(5.431.11)
=0.815
=0.815
蜗杆轴校核
1)轴的扭转强度条件是
P
9550000
n_
0.2d
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