PAGE PAGE 3 题目：家用小型卷扬机 摘要 卷扬机，又叫绞车，是由人力或者机械动力用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机、电动卷扬机及液压卷扬机三种。现在以电动卷扬机为主，手动卷扬机较少。可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因简单易操作、绕绳量大、移置方便而大范围的应用。主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖。 本设计主要设计了卷扬机的家用小型卷扬机减速器已经卷筒部分，其中家用小型卷扬机减速器的设计为侧重点。 关键词：卷扬机、家用小型卷扬机减速器 目 录 摘要 TOC \o 1-3 \h \z \u 设计原始数据 1 第一章 传动装置总体设计的具体方案 1 1.1 传动方案 1 1.2 该方案的优缺点 1 第二章 电动机的选择 2 2.1 计算过程 2 2.1.1 选择电动机类型 2 2.1.2 选择电动机的功率 2 2.1.3 确定电动机转速 2 2.1.4 确定电动机型号 3 2.1.4 传动比分配 4 2.1.5 计算各轴转速 4 2.1.6 计算各轴输入功率、输出功率 4 2.1.7 计算各轴的输入、输出转矩 5 2.2 计算结果 5 第三章 齿轮传动的设计计算 6 3.1高速级齿轮传动计算 6 3.1.1 按齿面接触疲劳强度设计 6 3.1.2 按齿面接触疲劳强度校核 10 3.1.3 按齿根弯曲疲劳强度校核 10 3.2低速级齿轮传动计算 11 3.2.1 按齿面接触疲劳强度设计 11 3.2.2 按齿面接触疲劳强度校核 15 3.2.3 按齿根弯曲疲劳强度校核 16 第四章 装配草图的设计 17 第五章 轴类零件的设计 18 5.1 轴的材料选择 18 5.2 轴的最小直径估算 18 5.3 高速轴的结构设计与计算 18 5.3.1 高速轴的结构设计 18 5.3.2高速轴强度的校核计算 20 5.3.3键联接选择与强度的校核计算 22 5.4 中间轴的结构设计与计算 23 5.4.1 中间轴的结构设计 23 5.4.2 中间轴强度的校核计算 24 5.4.3 键联接选择与强度的校核计算 27 5.5 低速轴的结构设计与计算 28 5.5.1 低速轴的结构设计 28 5.5.2 低速轴强度的校核计算 30 5.5.3 键联接选择与强度的校核计算 32 5.6轴承的选择及校核 33 5.6.1轴承的选择 33 5.6.2轴承的校核 33 5.7 联轴器的选择 35 第六章 箱体的结构设计以及润滑密封 36 6.1 箱体的结构设计 36 6.2 轴承的密封 37 6.3 家用小型卷扬机减速器润滑方式 37 第七章 附件设计及选择 38 7.1 轴承端盖 38 7.2 窥视孔和视孔盖 38 7.3 通气器 38 7.4 放油堵 39 7.5 油标 39 设计小结 40 参考文献 41 PAGE 36 设计原始数据 参数 符号 单位 数值 工作机直径 D mm 300 工作机转速 V m/s 2 工作机拉力 F N 3000 工作年限 y 年 10 第一章 家用小型卷扬机传动装置总体设计的具体方案 1.1 传动方案 家用小型卷扬机传动方案如下所示，家用小型卷扬机减速器类型为二级圆柱直齿减速器。 图 1.1传动装置简图 1.2 该方案的优缺点 二级圆柱直齿减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是减速器中应用最广泛的一种。比起斜齿轮，用仿形法、成型法加工直齿轮较为方便。二级圆柱直齿齿轮高速级齿轮部分经常安排在远离扭矩输入端的一边，因为这样做才能够减小因为弯曲变形所导致的齿轮载荷沿着齿宽的分布不均的现象。因此我们选用的原动机部分所选取的是 Y系列的三相交流异步电动机。 总体来说，我们所选用的家用小型卷扬机传动方案满足家庭起重的性能要求，工作稳定性高，除此之外还有结构相对的简单、尺寸更加的紧凑、材料的成本更低廉，传动的效率高等优点。 第二章 家用小型卷扬机电动机的选择 2.1 电动机选择的计算过程 2.1.1 选择电动机所需要的类型 按基本的家庭起重要求，我们尝试选用三相笼型异步电动机，这款电动机的额定电压为 220V，符合家庭使用上的要求。连接为Y 型。 2.1.2 选择电动机的功率 家用小型电动机所需要的功率根据公式计算 由家用小型电动机的输入到滚筒的输出，根据传动公式和轴承对数以及联轴器个数得到其传动的总效率应该是= eq η\s( ,1) × eq η\s(4,2) × eq η\s(2,3) × eq η\s( 2,4) 则、、、分别为滚筒、轴承、齿轮传动、联轴器的传动效率。常见各类传动零件的取值范围如下： 传动类型 取值范围 传动类型 取值范围 V带传动 0.94-0.96 链传动（开式） 0.92 圆柱齿轮（闭式） 0.96-0.98 圆柱齿轮（开式） 0.95 弹性联轴器 0.99-0.995 锥齿轮（开式） 0.93 球轴承 0.99 滚子轴承 0.98 取0.96（工作机部分效率），0.99（深沟球轴承），0.97（齿轮效率），0.99（弹性联轴器），则： = eq η\s( ,1) × eq η\s(4,2) × eq η\s(2,3) × eq η\s( 2,4) =0.96× eq 0.99\s(4) × eq 0.97\s(2) × eq 0.99\s(2) =0.850 所以=3375/850=3.97 根据以上的计算结果，再结合机械设计手册的标准及在市面上所能购买到的家用小型电动机，我们最终选择了额定功率为4 kW的家用小型电动机。 2.1.3 根据计算确定家用小型卷扬机电动机的转速 查书根据公式得到家用小型卷扬机电动机的输入轴的转速应该是 = EQ \F(60×1000×1.35,3.1416×260) =150 根据计算我们得到二级圆柱齿轮的家用小型卷扬机减速器的传动比应该是8-20，所以从家用小型电动机输入端到滚筒轴的输出端的总传动比合理的范围应该是。所以说明家用小型电动机输入端的转速的可选的范围根据计算得到的因该是(8-40)×100 =800 —4000 r/min4 2.1.4 确定电动机型号 额定功率相等的同类型的异步电机，一般有3000、1500、1000、750等多种同步转速可供选择，应综合分析并比较后再选定电动机转速。 表2.1 各同步转速电动机主要技术参数 已知装置的总传动比为15 ，展开二级圆柱齿轮家用小型卷扬机减速器推荐高、低速级传动比的分配方案为,取1.4，考虑家用小型卷扬机减速器及整个驱动装置的结构紧密相连性、经济性，得 家用小型卷扬机减速器的总传动比15 根据上述所说的高速级别的传动比取1.4倍的原数值，所以我们得到 eq \r(,1.4×i) = eq \r(,1.4×14.32 ) =6 根据传动比计算公式低速级别的传动比因该是总传动比除以高速机的传动比得到挤塑机传动比即 eq \f(15 ,4.48 )=3.5 2.1.5 计算家用小型卷扬机高速轴，中间轴以及低速轴的转速 按照小型电动机满载时的转速以及高速轴在，中间轴以及低速轴的传动比，我们大家可以计算出高速轴，中间轴以及低速轴分别的转速如下： 根据公式计算得出高速轴的转速 eq \f(1500 ,1.00 )=1600 根据公式计算得出中间轴的转速 eq \f(1500.00 ,4.48 )=335 根据公式计算得出低速轴的转速 eq \f(334.82 ,3.20 )=105 根据公式计算得出工作机轴即滚筒轴的转速105 2.1.6 计算家用小型卷扬机高速轴，中间轴以及低速轴的输入功率与输出功率 按照小型电动机所需要的输出功率以及小型卷扬机高速轴，中间轴以及低速轴之间的传东西效率，我们大家可以计算出小型卷扬机高速轴，中间轴以及低速轴应该输入的功率： Ⅰ轴即高速轴的输入功率根据公式计算得出==3 ×0.98=2.96 Ⅱ轴即中间轴的输入功率根据公式计算得出==2.96 ×0.98×0.96=2.72 Ⅲ轴即低速轴的输入功率根据公式计算得出==2.72 ×0.98×0.96=2.60 工作机轴即滚筒的输入功率根据公式计算得出=2.60 ×0.98×0.98=2.54 高速轴，中间轴以及低速轴输出轴输出功率分别为高速轴，中间轴以及低速轴输入的功率乘以高速轴，中间轴以及低速轴承本身的效率 Ⅰ轴即高速轴的输出功率根据公式计算得出==3 ×0.99=2.97 Ⅱ轴即中间轴的输出功率根据公式计算得出==2.85 ×0.99=2.82 Ⅲ轴即低速轴的输出功率根据公式计算得出==2.74 ×0.99=2.71 工作机轴即滚筒的输出功率根据公式计算得出==2.68 ×0.99=2.65 2.1.7 计算各轴的输入、输出转矩 按照小型家用卷扬机高速轴，中间轴与低速轴所需要的转速以及高速轴，中间轴与低速轴所需要的功率，计算高速轴，中间轴与低速轴的输入与其分别相对应的输出转矩： 家用小型电动机的输出转矩根据公式计算得到9550× eq 10\s(6) × eq \f(2.97 ,1420.00 )=19.36 Ⅰ轴即高速轴输入的转矩根据公式计算得出9550× eq 10\s(3)× eq \f(2.85 ,1420.00 )=19.16 Ⅱ轴即中间轴入的转矩根据公式计算得出9550× eq 10\s(3)× eq \f(2.74 ,317.15 )=82.4 Ⅲ轴即低速轴输入的转矩根据公式计算得出9550× eq 10\s(3)× eq \f(2.68 ,99.17 )=257.97 工作机轴即滚筒轴输入的转矩根据公式计算得出9550× eq 10\s(3)× eq \f(2.56 ,99.17 ) =246.34 高速轴，中间轴与低速轴输出的转矩分别为高速轴，中间轴与低速轴输入的转矩乘上与其对应的轴承的效率0.99。 2.2 计算结果 第三章 齿轮传动的设计计算 3.1高速级齿轮传动计算 因为是小型家用卷扬机，起重要求不是特别的巨大，所以根据所需要的工作条件选用二级直齿圆柱齿轮传动系统-进行传动，查找书本以及上网了解到我们把小齿轮的材料选为了调制的40Cr，其小齿轮的硬度是260HBS，把大齿轮的材料选为了调制的45钢，其大齿轮的硬度是240HBS。初次选去是暂定小齿轮的齿数是22，大齿轮的齿数是95。 3.1.1 按照大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度进行计算设计 查书得到齿轮分度圆直径的计算公式 根据其计算公式得到齿轮1分度圆直径 其中： Ⅰ轴即高速轴的输入转矩跟上之前的计算得到19.22 是载荷的系数，查书以及上网查资料得到1.4 是齿宽的系数，查书以及上网查资料得到1 是齿轮副的传动比，查书以及上网查资料得到=5 ， 是区域的系数，查书以及上网查资料得到=3 是材料的弹性影响系数，查书以及上网查资料得到190 根据资料得知如果要计算大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度要使用到重合度系数 =arcos[20×cos20°/(20+2×1)]=31.321 ° =arcos[90×cos20°/(90+2×1)]=23.181 ° =[20×(tan31.321 °-tan20°)+ 90×(tan23.181 °-tan20°)]/2×3.14 =1.699 = eq \r( eq \f(4-1.699 ,3) ) =0.876 根据上述计算能够获得大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳的许用应力 查资料得到大齿轮的齿面接触疲劳强度极限应该是700。 查资料得到小齿轮的齿面接触疲劳强度极限因该是600。 综上所述得到计算大齿轮与小齿轮的应力循环次数条件为：家用，一年可能工作60天，可以工作10年 所以根据公式计算得到 1500.00 ×1×(1×10×60×8)=28.8 6 查得大小齿轮的齿面接触疲劳寿命系数0.94，0.96 根据资料得到，如果取大齿轮与小齿轮的失效概率分别都为，那么小齿轮与小齿轮的安全系数取1，于是我们大家可以得到： eq \f(0.94×700,1)=658 eq \f(0.96×600,1)=576 则许用接触应力取和中较小的一个576， 根据以上计算我们尝试计算小齿轮其的分度圆直径 =(3, eq \f(2×1.3×19.03 ×1000, 1) eq \f(4.48 +1, 4.48 ) eq ( \f(2.5×189.8×0.876 , 533.5))\s(2) ) =34 根据以上计算我们尝试计算小齿轮其的圆周速度 eq \f(3.14159×34 ×1500.00 ,60×1000)=2.67 所以小齿轮的齿宽1×34 =34 根据需要计算大齿轮与小齿轮的载荷系数： 已知大齿轮与小齿轮使用的系数都是1.5；所以根据一直的2.5 ，8级的精度，查书得到动载系数1.5； 则大齿轮的圆周力根据公式能够获得=2×19 ×1000/34 =1117.65 1.25×1117.65 /34 =41.1 100 用插值法即根据工作是所需要的条件进行试值计算，带入验证，最终查得大齿轮与小齿轮的精度等级为8级精度、因为大齿轮的相对支承为非对称布置时大齿轮的齿面接触疲劳强度计算时所用的齿向载荷的分布系数应该为1.5 ；所以查书得到大齿轮的齿间载荷的分配系数为1.3； 故大齿轮的载荷系数按照上述的数值，根据计算公式得到 1.25×1.05×1.3×1.5 =2.56 按照实际的载荷系数修改上述公式中所计算的部分的分度圆直径 34 × eq \r(3, eq \f(2.23 ,1.3) ) =40 按照齿轮模数的计算公式，计算大齿轮的模数 eq \f(40 ,20)=2 参照大齿轮的齿根弯曲强度作为设计： 试选1.3 大齿轮的重合度系数查找资料得出计算公式 =0.25+0.25+ eq \f(0.75, 1.699 ) =0.7 大齿轮的齿形系数查找资料得出数据3.0 ，2.0 大齿轮的应力校正系数查找资料得出数据 1.5，1.8 大齿轮的弯曲疲劳极限查找资料得出数据5600 小齿轮的弯曲疲劳极限查找资料得出数据400 根据实际需要的计算以及查得的资料，取弯曲疲劳寿命系数 0.94，0.98 取齿轮的弯曲疲劳安全系数得到1.5，所以 eq \f(0.94×600,1.5)=376 eq \f(0.98×400,1.5)=261.3 根据计算大齿轮与小齿轮的并加以比较 eq \f(2.80 ×1.55,339.29 ) =0.013 eq \f(2.20 ×1.78,263.29 ) =0.015 小齿轮的数值大，所以得到： = eq \r(3,\f(2×1.3×19.03 ×1000×0.678 ,1× 20\s(2))0.0149 ) =1.09 因为需要取整，所以调整小齿轮的模数： =1.09 ×20=21.8 eq \f(3.14159×21.683 ×1420.00 ,60×1000) =1.611 1×21.683 =21.683 2.25×1.084 =2.439 eq \f(21.683 , 2.439 ) =8.889 计算大齿轮与小齿轮的实际载荷系数 根据实际的工作状况1.6 ，8级精度，所以可以查书得到动载系数1.1； 所以小齿轮的圆周力根据公式能得出 =2×19.03 ×1000/21.683 =1754.883 N 1.25×1754.883 /21.683 =101.169 N/mm 100 N/mm 查得齿向载荷分配系数1.1；用插值法即根据工作是所需要的条件进行试值计算，带入验证，最终查得大齿轮与小齿轮的精度为8级精度、小齿轮的相对支承为非对称布置时小齿轮的齿面接触疲劳强度计算用的齿向载荷分布系数1.4 ； 1.35； 所以小齿轮的载荷系数根据公式可以得出 1.25×1.05×1.4×1.35=2.48 根据小齿轮的实际载荷系数可以计算出小齿轮的模数 =1.084 × eq \r(3,\f(1.935 , 1.3)) =1.25 对比上述的计算结果，可以知道小齿轮模数的大小主要取决与小齿轮的弯曲强度所决定的承载能力可取由弯曲强度算取的模数，所以我们取模数1.24 因为要去整数所以取1.50 ，这是已经可以满足其所需要的弯曲强度。但为了可以同时使大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度符合我们所需要的要求，我们需要按照大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度计算得出其分度圆直径应该为40 来计算大齿轮与小齿轮应该设计的齿数。因为这样计算设计出来的二级直齿圆柱齿轮传动系统，既可以满足大齿轮与小齿轮之间齿面的接触疲劳强度，又可以满足大齿轮与小齿轮之间齿根的弯曲疲劳强度，更是做到了结构紧凑而且可以避免浪费。 所以能够获得： eq \f(40 ,1.50 )=26.67 27 取27 根据上述计算得出=27×4.5 =121.5 122 取122 分别计算出大齿轮与小齿轮的分度圆直径： 27×1.50 =40.5 122×1.50 =183 根据齿轮传动的计算公式能计算出中心距： = eq \f(40.5+183,2)=111.75 根据齿轮传动的计算公式能计算出齿轮宽度：1×40.5=45 根据计算结果的取大齿轮的宽度45，取小齿轮的宽度41。 3.1.2 按照大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度进行计算与校核 按照上述的计算方式可以计算出=0.9 将0.9带入到以下的公式计算得出 =501.5 所以大齿轮与小齿轮之间的齿面的接触疲劳强度满足工作所需要的要求。 3.1.3 按大齿轮与小齿轮的齿根弯曲疲劳强度进行计算与校核 按照上述方法算得=0.68 ,2.80 ，2.20 ,1.55，1.78 将其带入公式中得到 =87.995 =79.620 齿根弯曲触疲劳强度满足规定的要求。 3.2低速级的大齿轮与小齿轮传动计算 因为是小型家用卷扬机，起重要求不是特别的巨大，所以根据所需要的工作条件选用二级直齿圆柱齿轮传动系统来进行传动，查找书本以及上网了解到我们把小齿轮的材料选为了调制的40Cr，其小齿轮的硬度是260HBS，把大齿轮的材料选为了调制的45钢，其大齿轮的硬度是240HBS。初次选取暂定大齿轮的齿数是20，小齿轮的齿数是65。 3.2.1 按照大齿轮与小齿轮的齿面接触疲劳强度进行计算设计 低速级大齿轮的分度圆直径 其中： Ⅱ轴即中间轴的输入转矩根据公式得到82 是载荷的系数，查书以及上网查资料得到1.4 是齿宽的系数，查书以及上

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