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卷扬机的传动系统设计

摘要

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是：

① 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；

② 适用的功率和速度范围广；

③ 传动效率高，η=0.92-0.98；

④ 工作可靠、使用寿命长；

⑤ 外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护简便，因而应用极为广泛。齿轮减速器按减速齿轮的级数可分为单级、二级、三级和多级减速器几种；按轴在空间的相互配置方式可分为立式和卧式减速器两种；按运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式减速器等。单级圆柱齿轮减速器的最大传动比一般为8～10，作此限制主要为避免外廓尺寸过大。若要求i>10时，就应采用二级圆柱齿轮减速器。二级圆柱齿轮减速器应用于i：8～50及高、低速级的中心距总和为250～400mmm的情况下.

    本设计讲述了带式运输机的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程。

首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容

关键词：电动机   减速器  齿轮  传动比  联轴器 

 

目录

摘    要 4

1.1  卷扬机设计的意义 5

1.2  设计要求分析 5

1.3  卷扬机设计 6

1.4  编写设计计算说明书 6

1.5  卷扬机的应用 6

1.6  卷扬机主要类型 7

1.7方案设计 9

二、传动装置总体设计 9

2.1 传动简图 9

2.2 拟定传动方案 10

2.3电动机控制设计 10

2.4确定电动机型号 12

三、减速器设计 13

3.1计算总传动比及分配各级的传动比 13

3.2计算传动装置的运动和动力参数 14

3.3 V带设计 16

3.4齿轮的设计 17

3.5 传动零件的设计计算 20

3.6轴上受力分析 25

3.7减速器箱体的结构设计 29

四、联轴器的设计计算 30

4.1  联轴器的类型 30

4.2联轴器的一般选用标准 31

五、制动器的设计计算 31

5.1  制动器分类及特点 31

5.2制动器的选择与设计 32

5.3  制动器的发热验算 33

六、卷筒的设计 34

6.1卷筒节径 设计 34

6.2卷筒的长度设计 35

6.3卷筒壁厚设计 36

6.4卷筒强度计算及检验 36

七、钢丝绳的种类和构造 37

7.1钢丝绳直径的选择 38

7.2钢丝绳的使用 39

八、润滑方式，润滑剂牌号及密封件的选择 40

8.1 齿轮的润滑 40

8.2 滚动轴承的润滑 41

8.3 润滑油的选择 41

8.4 密封方法的选取 41

结    论 42

致    谢 43

参考文献 43

 

一、卷扬机设计的意义及本设计内容

卷扬机的设计应结合现场的需要、工作环境等实际情况，从机器的质量、生产、使用综合考虑，选择和设计出技术先进、经济上合理、使用安全可靠的设计方案和组织结构，应使机器的生产在保证达到设计图样上所提出的各项技术要求的基础上，尽可能降低各零部件的制造成本和保证安全生产。一般来讲，设计的主要内容及步骤包括：成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全。 

1.1  卷扬机设计的意义

卷扬机是一种起重设备，由于它的结构简单、搬运灵活、维修简单、价格低廉等优点，因此在很多行业中都需要用到它。卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同使用条件，卷扬机已经制造成各种不同机型的产品。卷扬机作为一种机电产品，它的设计几乎包含了机械方面所有的知识。本次设计卷扬机是想综合运用我们所学的机电产品设计以及相关专业知识，进行简单的产品设计实践，深化所学的基本概念与理论，熟悉机电产品设计的结构、装置和应用，学会机电产品设计的基本方法。学校为了训练我们的实践技能，在理论学习的基础上，通过完成一个涉及多种机电产品资源，具有现代化机电产品的一个或多个功能的产品设计，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，进一步加深对机电产品总体设计、机械主体、控制系统、传感与测试系统等方面的认识，同时在机电产品相关编程、调试与测试、机电产品零（部）件加工技术、相关仪器与设备的选择与使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高，为今后能够独立进行机电产品的开发设计工作打下一定的基础。

1.2  设计要求分析

1.2.1  卷扬机的使用要求分析  

根据卷扬机的使用场合以及现场的调查和分析，确定本设计卷扬机的利用等级、载荷状态、额定拉力等初始数据。

1.2.2  确定设计方案、主要设计参数计算    

    在现场需求分析的基础上，找出卷扬机设计的重点与难点，根据实际情况提出各种可行性方案，并确定各组成部件等。

1.3  卷扬机设计    

1.3.1  各组成部件的选择和设计  

    根据拟定的设计方案，考虑卷扬机的结构特点、使用要求、生产批量、加工条件、操作方便与安全的要求等选定与设计卷扬机的各部件。

1.3.2  卷扬机参数的计算   

    确定机器的组成部件后，计算或校核各部件的有关参数,如卷扬机的几何尺寸、各零部件的强度与刚度、可靠性等。

1.3.3  绘制设计的图纸   

    设计图纸是卷扬机设计结果的最终体现,该零部件图包括制造和使用卷扬机的完备信息。

1.4  编写设计计算说明书  

对卷扬机的设计应编写设计计算说明书，以供日后查阅。设计计算说明书包括各零部件的选择、设计以及各种安全性验算等主要内容。

1.5  卷扬机的应用

卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜拽引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装 等工作中。

提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部分工作，如塔吊在工地上用于物料和构件的提升，但由于塔吊成本高，一般在大型中使用，而且灵活性较差，故一般中小型仍然广泛使用卷扬机，就是大型中虽有塔吊，也还需要卷扬机作辅助提升用；汽车吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在业中被广泛应用，故大型设备的安装仍然是由卷扬机承担的。卷扬机除在工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升，船舶上锚链的提升等。卷扬机用于提升重物时，需要由门字架、桅杆等配套设备方能实现。

卷扬机还可应用于林区的集材工作，业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或倾斜拽引重物的工作和打桩等工作。正因为卷扬机具有多种用途，所以它已不仅用于业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。

1.6  卷扬机主要类型

卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同使用条件，卷扬机亦制造成各种不同机型的产品。机型的分类方法很多，目前大致按下述方法分类。

(1)按钢丝绳额定拉力F分

按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按GB1955—88《卷扬机》中规定为5，7.5，10，12.5，16，20，25，32，50，80，120，160，200，320，500kN共15级。此参数为卷扬机的主要参数。

(2) 按钢丝绳额定速度v分

钢丝绳在基准层上的出绳速度是卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳的速度可分为：

A.慢速卷扬机   绳速v＝9～15m/min;

B.中速卷扬机   绳速v＝15～30m/min;

C.快速卷扬机   绳速v＝30～45m/min;

D.高速卷扬机   绳速v45m/min。

为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其速度可调，有双速、三速和多速几种类型。

(3) 按卷筒数目分

一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分为单筒卷扬机、双筒卷扬机和多筒卷扬机三类。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是辅助用卷筒，筒径相对要小些。

(4) 按动力源分

由于工作环境不同，所用的动力源亦不同。

A.手动卷扬机   用于无动力来源地区的小型卷扬机；

B.电动卷扬机   大多数卷扬机皆属于此类；

C.内燃机卷扬机   用于无电源的地方；

D.气动卷扬机   用于不能使用电源的地方；

E.液压卷扬机   与其他设备配套使用而有液压源的场合。

(5) 按传动形式分

A.开式齿轮传动   最早的形式。目前主要用于手动卷扬机；

B.闭式圆柱齿轮传动   主要为快速单筒卷扬机，应用广泛。

（1）圆柱齿轮减速器

（2）一字型同轴齿轮传动

C.圆锥—圆柱齿轮减速器

D.蜗杆传动减速器

E.圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动

F.蜗杆减速器加开式齿轮传动

G.行星齿轮传动

（1）2K-H和3K行星齿轮传动

（2）少齿差齿轮传动

（3）摆线针轮传动

（4）谐波传动

H.液压传动

(6) 按控制方法分

A.手控卷扬机   由人工操纵闸把控制卷扬机提升或下放重物。

B.电控卷扬机   用电控钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作。

C.液控卷扬机   用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。

D.气控卷扬机

E.自动控制卷扬机   用限位器来控制卷扬机的工作。

(7) 按用途分

卷扬机由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异。

A.提升重物（物料和构件）   要求有一定的速度，以利于提高生产率，并要求高的安全性，以防坠落。

B.设备安装   一般设备的质量都较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；为保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。

C.拽引物品   因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品能前后运动，则要求卷扬机的滚筒正反转均能工作。

D.打桩   要求卷扬机把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落体下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放性能。

卷扬机虽然可以分成很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把它们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在卷扬机的设计上对用途分得并不清楚，而是按要求高的来设计，这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。

1.7方案设计

合理的传动方案，除应满足工作机的性能要求，适应工况条件，工作可靠外，还应使传动装置的结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，效率高和使用维护方便。

 

参考文献

[1]  陈立德.《机械设计基础》. 第3版.北京.高等教育出版社, 2007

[2]  陈立德.《机械设计基础课程设计指导书》. 第3版.北京.高等教育出版社,2007

[3]  陆玉.《机械设计课程设计》.第4版.北京.机械工程出版社,2006 

[4]  谭放鸣.《机械设计基础》.北京.化学工业出版社.2010.6 

[5]  彭宇辉.杨红.《机械设计基础课程设计指导与简明手册》.长沙.中南大学出版社，2009.8