电动卷扬机的传动装置.docx
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电动卷扬机的传动装置
Xxxxxx大学
XXXX学院
电动机卷扬机的传动装置
目录
一课程设计任务书。
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二设计步骤
1．传动装置总体设计方案。
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2．电动机的选择。
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3．确定传动装置的总体传动比和分配传动比。
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4．计算传动装置的运动和动力参数。
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5．齿轮的设计。
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6．轴承、联轴器和键的选择及其参数设计。
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7．箱体的结构设计。
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8．润滑油的选择及密封设计。
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9．制动器的选择。
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三画减速器装配图及零件图设计。
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四技术参数和相关说明。
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1．技术参数。
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2．相关说明。
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3．安全操作。
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4．操作注意事项。
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5．维护与修理说明。
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五参考文献。
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机械设计（课程设计任务书）
一．题目：
设计电动卷扬机传动装置
二．传动系统图
三．原始数据及工作条件
四．要求
1）按第3组数据进行设计
2）设计工作量：
设计说明书1份
减速器装配图（A0）1张
零件图（A1）2张
下达任务书日期:
2009年9月15日
课程设计任务书
1．设计目的：
1．培养学生综合运用“机械设计”课程及其它先修课程理论知识和生产实际知识解决
工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学的理论和知识得以巩固和提高。
2．学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序。
培养独立设计能力，为后续课程学习
和实际工作打基础。
3.进行实际设计工作基本技能的训练，包括训练计算、绘图能力和运用设计资料（如
标准、规范等）
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
原始数据、技术参数、条件和设计要求见单列内容。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
内容为以齿轮减速器为主题的机械传动装置设计。
主要完成传动装置的总体设计、传动件及支承件的设计计算、减速器装配图（A0一张）及零件图设计（A1两张）、设计计算说明书的编写等设计任务。
总体要求为：
1.设计过程、步骤正确，设计思路清晰。
2.理论计算结果正确，结构设计合理。
3.设计中贯彻三化（标准化、系列化、通用化）。
4.设计说明书书写格式规范，内容完整。
课程设计任务书
4．主要参考文献：
【1】《机械设计》，孙桓主编，高等教育出版社，2001年。
【2】《机械设计课程设计》，陆玉主编，机械工业出版社，2000年。
5．设计成果形式及要求：
1．装配图A0一张
2．零件图A1两张
3．设计计算说明书
6．工作计划及进度：
09年11月9日下达设计任务书，学生熟悉设计任务，对设计任务进行分析，查阅相关参考资料；
月日~月日
月日~月日
月日~月日
11月19日~12月15日成绩考核。
卷扬机工作装置设计
作者：
日期：
2009-10-25
绞车，用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机，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，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。
本次设计旨在以单卷筒定轴直齿轮传动调度绞车为依托，采用新的设计方法——三维实体设计来完成产品的设计。
三维实体设计（实体造型）是近年来发展起来的一种先进的设计方法，与传统设计方法相比较有许多优越性。
长期以来，传统的设计方法由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，而是遵循着一种工作量大、设计周期长的方式进行设计：
三维构思-------平面图形---------三维产品，不仅使原本直观的立体抽象化了，而且耗费了大量的精力和时间。
因为在这样一个抽象思维和想象的环境中，既不符合由形象思维到抽象思维的认知规律，又不利于培养空间想象能力和创新设计能力。
而三维实体设计（实体造型）弥补了传统设计法的这种缺陷，在二维和三维空间中架起一座桥梁，让我们在三维空间中直接认知和感知三维实体，更加充分地发展和提高了设计师的空间想象能力及创新能力，为先进产品的开发提供了广阔而优越的设计平台。
本设计是应用以参数化为基础的CAD/CAE/CAM集成软件Pro/ENGINEER进行三维实体造型，来完成产品的零件、部件设计和整机的装配。
其最大的优点在于大大减少了设计师的工作量，从而加速了机械设计的过程。
另外，还可以对产品进行优化，使其结构更加合理，性能更加良好。
二设计步骤
1．传动装置总体设计方案
绞车有手动、内燃机和电动机驱动几类。
①手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器（棘轮和棘爪），可使重物保持在需要的位置。
装配或提升重物的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。
手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。
②内燃机驱动的绞车，在卷筒与内燃机之间装有离合器。
当离合器和卷筒轴上的制动器松开后，卷筒上的绳索处于无载状态，此时绳索一端可从卷筒上自由地拽出，以缩短再次提拉物件时的挂绳时间。
内燃机须在无载情况下启动，离合器能将卷筒与内燃机脱开，待启动正常后再使离合器接合而驱动卷筒。
内燃机驱动的绞车常用于户外需要经常移动的作业，或缺乏电源的场所。
③电动调度绞车广泛用于工作繁重和需牵引力较大的场所。
根据工作环境的不同，可选用防爆型或非防爆型电动机为动力源。
单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入之间装有制动器。
为适应提升、牵引、回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。
根据传动形式的不同，绞车可分为苏式多级内齿行星齿轮传动调度绞车、摆线针轮传动调度绞车、蜗轮-蜗杆传动回柱绞车和少差齿回柱和调度绞车等。
对于单滚筒行星齿轮传动调度绞车，其具有成本低，效率较高，重量轻，结构简单，易于维修和保养等优点。
本次设计的绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采区运输巷及掘进头等场合调度矿车，或用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作。
根据实际工作要求，采用
两级圆柱分流式齿轮传动，传动简图见：
课程设计任务书（原始数据及工作条件和设计要求由任务书给定）
2．电动机的选择
一、类型的选择
该绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采取运输巷及掘进头等场合调度矿车，矿井中含有沼气与煤尘等爆炸性气体，相对湿度在97%以内，周围介质温度不超过35℃，须选用YB系列防爆电机。
当用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作，要求环境湿度在80%以下，周围介质温度不超过40℃，且空气中不得含有沼气等爆炸性及具有腐蚀作用的气体，可选用非防爆电机。
二、容量选择
电机计算功率：
，其中起重量F=8KN,绳速v=23m/min=23000mm/min（按满载时算）。
由电动机到滚筒的传动总效率为：
η总=η1η2η3η4η5η6η7η8η9η10
其中η1η2η3η4η5η6η7η8η9η10分别为联轴器、轴承、齿轮传动和滚筒的传动效率，由［４］η1.5=0.99（联轴器），η2.3.4=0.99（稀油润滑，均按球轴承计算）,η6.7=0.97（脂油润滑，均按滑动轴承计算）η8.9.10=0.97（8级精度的一般齿轮传动，脂润滑）,
η总=η1η2η3η4η5η6η7η8η9η10
=0.99+0.99+0.99+0.99+0.97+0.97+0.97+0.97+0.97
+0.97
=0.8
PW=F拉/1000=8000/1000=8
P电=1.3dd=PW/η总*1.3=8/0.8*1.3=13
选额定功率P额=15kW（——间隙两班工作制）。
三、确定电动机转速
由［3］表１推荐的传动比合理范围，且由简图知其经过两对内圆柱齿轮减速传动，再经一对外圆柱齿轮传动（在满载时，制动器A放松，B制动）,故总传动比的合理范围是：
i=（4～6）×（4～6）×（0～8）=16～288
滚筒轴的工作转速为（滚筒直径为330mm）：
n=v/2лr=2300/（2*3.14*165）=22.196r/min
则电动机转速的可选范围是：
n=（16～288）×22.196=355.136～6392.448r/min
由容量和电机转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和价格等，根据[7]选定电动机为YB系列,方案比较见表-1：
表-1
型号
额定功率（kW）
额定转速（r/min）
效率（%）
重量（kg）
堵转矩
最大额定转矩
YB160M2-2
15
2930
88.2
149
2.0
2.3
YB160L-4
15
1460
88.5
166
2.2
2.3
YB180L-6
15
970
89.5
215
2.2
2.3
经比较，选电动机型号为YB160L-4，其主要外形和安装尺寸见表-2：
表-2
参数
A
AB
B
C
E
H
N
P
HD
AD
AC
L
尺寸
254
330
254
108
110
350
275
325
530
240
325
695
3．确定传动装置的总体传动比和分配传动比
一、计算总传动比
电动机满载转速
n电
=1460r/min,滚筒轴工作转速n2=22.196
总传动比：
i总=n1/n2=1460/22.196=65.778
二、分配传动装置的传动比
i总=i1
i2
i3
其中i1、i2、i3分别为两对内齿轮、一对外齿轮的传动比。
两对内齿轮初步取i1,2=4,则行星一对外齿轮的传动比为：
i3=4.111125
4．计算传动装置的运动和动力参数
一、轴转速计算
Ⅰ轴：
n1=n电/i1=1460/4=365r/min
Ⅱ轴：
n2=n1/i2=365/4=91.25r/min
Ⅲ轴：
n3=n2/i3=91.25/4.111125=22.196r/min
二、功率计算
（一）各轴输入功率
电机输入功率P电=15
I轴：
P1=P电*η1=15*0.99=14.85
Ⅱ轴：
P2=P1-1*η8=14.70*.97=14.26
Ⅲ轴：
P3=P2-2*η9=14.11*0.97=13.69
四轴：
P4=P3-3*η5=13.56*0.99=13.42
五轴：
P5=P4-4*η10=13.02*0.97=12.63
滚筒：
P6=12.25
（二）各轴输出功率
Ⅰ轴：
P1-1=P1*η2=14.85*0.99=14.70
Ⅱ轴：
P2-2=P2*η3=14.26*0.99=14.12
Ⅲ轴：
P3-3=P3*η4=13.69*0.99=13.56
四轴：
P4-4=P4*η6=13.42*0.97=13.02
五轴：
P5-5=P5*η7=12.63*0.97=12.25
滚筒：
P=P6*η11=12.25*0.99=12.12
三、转矩计算
（一）各轴输入转矩
电机输出转矩：
T电=2.2N.m
Ⅰ轴:
T1=T电η1=2.2*0.99=2.18
Ⅱ轴：
T2=T1-1i1η8=2.16*4*0.97=8.37
Ⅲ轴:
T3=T2-2i2η9=8.28*4*0.97=32.14
四轴:
T4=T3-3η5=31.81*0.99=31.50
五轴:
T5=T4-4i3η10=30.55*4.11*0.97=121.83
滚筒：
T6==T5-5==118.18
（二）各轴输出转矩
Ⅰ轴:
T1-1=T1η2=2.18*0.99=2.16
Ⅱ轴：
T2-2=T2η3=8.37*0.99=8.28
Ⅲ轴:
T3-3=T3η4=32.136*0.99=31.81
Ⅳ轴:
T4-4=T4η6=31.50*0.97=30.55
Ⅴ轴:
T5-5=T5η7=121.83*0.97=118.18
滚筒T6-6==T6η11=118.18*0.99=117.00
运动和动力参数计算结果见表-3。
表-3
轴号
功率（kW）
转矩（N/m）
转速（r/min）
传动比i
效率η
输入转矩
输出转矩
输入功率
输出功率
电动机
15
2.2
1460
88.2%
Ⅰ轴
1460
4
2.18
2.16
14.85
14.70
Ⅱ轴
365
8.37
8.28
14.26
14.12
Ⅲ轴
91.25
32.13
31.82
13.69
13.56
Ⅳ轴
91.25
4.11
31.50
30.55
13.42
13.02
Ⅴ轴
22.196
121.83
118.18
12.63
12.25
滚筒
118.18
117.00
12.25
12.13
5．齿轮的设计
一、配齿及其校核
1
选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。
1）按运动简图的传动方案，选定高级选用斜齿圆柱齿轮传动。
2）卷扬机为一般工作机，速度不高，故选用8级精度（GB10095—1998）
3）材料选择，［1］选择小齿轮Ⅰ的材料为20CrMnTi（渗碳后淬火），齿面硬度为58~62HRC，大齿轮Ⅱ的材料为40Cr（调质后表面淬火），齿面硬度为48~55HRC；
4）初选小齿轮Ⅰ齿数Z1=20,初算大齿轮Ⅱ的齿数Z2=4*20=80，初选螺旋角为
2按齿面接触强度设计
由设计公式试运算，即
（1）确定公式内的各计算数值
1）试选载荷系数Kt=1.25
2）计算小齿轮Ⅰ转矩
3）由【】表10-7选齿宽系数
=0.8
4）由【】表10-6查的材料的弹性影响系数ZE=189.8
5）由【】图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限σH1lim=80MPa;大齿轮的接触疲劳硬度极限σH2lim=700Mpa
6）由【】式10-13计算应力的循环次数
N1=60n1jLh=60*1460*1*（8*2*0.15*10*360）=756864000
N2=N1/i1=756864000/4=189216000
7）由【】图10-19接触疲劳寿命系数KHN1=1KHN1=1.1
8）计算接触疲劳许应力
取失效效率1%，安全系数S=1,由【】式（10-12）得
（2）计算
1）试计算小齿轮分度圆直径d1t,代入[бH]中较小的数值
第三节主要传动轴的设计
一、行星齿轮传动之中心齿轮轴的设计
（一）受力分析
轴传递转矩：
N?
m=3.35×N?
mm
齿轮分度圆直径：
d=72mm
齿轮上的圆周力：
齿轮上的径向力：
（有三个行星轮，径向力分布如图）
取载荷不均匀系数，
（二）轴的结构设计
1.按扭转强度估算轴的直径
轴受转矩作用，应满足d≧c
轴的材料同齿轮，为20CrMnTi,σb=1100N/m㎡;
σS=850N/m㎡（[14]P113表6-2）
查[1]P314表16.2，选许用扭转切应力[]=40～52N/m㎡，系数c=106～98
d≧（106～98）×=34.2～31.6mm
轴上有单个键槽，d应增加3%，取d=34mm
取轴长l=100mm。
2.轴的弯矩计算
把两滚动轴承简化为铰支，各尺寸如图
轴只在垂直面受力，在水平面内不受力，作轴在垂直面的受力图及弯矩图。
轴承A、B的支反力为
对A点取矩，M=0,
（应力校正系数,扭转切应力按脉动循环变化，见P[1]315表16.3）
从左端
从右端B点弯矩
C点弯矩
（三）按弯矩校核轴的强度：
1.应根据来选择危险截面，由计算图可以看出，B截面危险。
故对B截面进行校核：
B截面的抗弯截面系数W=0.1
满足强度要求。
2.疲劳强度安全系数校核
应根据和应力集中情况选择危险截面，可知B截面为危险截面，校核B截面。
抗弯截面系数
抗扭截面系数
弯矩
扭矩
弯曲应力
，（按对称循环变化）
扭转应力
（按脉动循环变化）
查[1]P329附录表1，插值得有效应力集中系数，
查[1]P331附录表5，有表面状态系数
查[1]P331附录表6，得尺寸系数，
取寿命系数
查[1]P41表3.2
等效系数
安全系数
查[1]P316，选[S]=1.50，S>[S]，安全。
=3.35×N?
mm
d=72mm
=9806N
=3569N
=0.533
=0.233
=1071N
σb=1100N/m㎡
σS=850N/m㎡
[]=40～52N/m㎡
c=106～98
d=34mm
l=100mm
=2039N
=-968N
=5.03N?
mm
=2.12N?
mm
N?
mm
N?
mm
N?
mm
N?
mm
W=3.93
[S]=1.50
二、行星齿轮轴的设计
采用双臂分开式行星架，行星轮轴固定于臂中，属固定心轴，验算弯曲强度，结构取等直径轴，d=30mm，L=75mm。
最大弯矩
危险剖面抗弯截面系数
，材料选45钢，，按脉动循环处理，，安全。
第四节主要轴承的选择
一、行星齿轮轴之轴承的选择
1.作用于轴承上的径向载荷R=2646N
作用于轴承上的当量动载荷，式中
冲击载荷系数=1.5（中等冲击），X和Y为径向系数与轴向系数，由0知X=1，Y=0
2.取轴承预期寿命：
按五年计算
3.行星轮轴承的相对转速：
4.选深沟球轴承，计算额定动载荷
=11087N
选6306轴承，Cr=16630N，满足要求。
=1.5
X=1
Y=0
C=11087N
Cr=16630N
二、中心齿轮轴之轴承的选择
1.该轴承受有连轴齿轮3和小内齿轮4传动产生的径向力，以及中心轮与行星轮传动产生的径向力，即
2.作用在轴承上的当量动载荷（其中=1.5，X=1，Y=0，理由同上）
3.预期寿命：
4.轴承转速：
5.计算额定动载荷，选深沟球轴承
=N
选6312轴承，Cr=N,满足要求。
P=11925N
C=N
Cr=N
第五节主要键联接的选择
一、行星齿轮架与滚筒间键联接的选择
采用普通圆头平键，取，L=60mm
为非标准件，采用双键。
1.校核强度
属于静联接，按挤压强度校核，由[1]P125（7.1）式可知校核公式为
式中：
键联接所传递的转矩
键的工作长度
键的高度，配合直径
由[1]P126表7.1得许用挤压应力（静联接，铸铁，冲击载荷）
，强度满足要求。
2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差
查[4]P51，按一般联接对待，键与轴28N9/h9，键与毂28Js9/h9。
键槽表面粗糙度：
工作表面，一般联接，取3.2
键槽的对称度公差：
一般联接，按7级精度决定对称度公差。
3.键槽的工作图
L=60mm
二、中心轮a与内齿轮4的键联接的选择
采用普通圆头平键，查[4]P51表4-1，由d=34mm，可知键的剖面尺寸为，参照轴长度l=100mm，取键长L=80mm（符合[4]P51表4-1长度系列）
键的标记为：
键
1.校核强度
属于静联接，校核挤压强度
其中：
键联接所传递的转矩
键的工作长度
键的高度，配合直径
由[1]P126表7.1得许用挤压应力（静联接，钢，冲击载荷）
，强度满足要求。
2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差
查[4]P51，按一般联接对待，键与轴10N9/h9，键与毂10Js9/h9。
键槽表面粗糙度：
工作表面，一般联接，取3.2，非工作表面取6.3（均为Ra值）。
键槽的对称度公差：
一般联接，按7级精度决定对称度公差。
3.键槽的工作图
L=80mm
第六节制动带的设计
根据结构需要，采用凸缘式带制动。
⒈计算圆周力F
⒉计算带的绕入端张力
和绕出端张力
式中：
T——制动转矩（）
——摩擦系数，由[16]表29.13-48取=0.45
——制动轮包角，取
D——制动带直径，D=0.69m
⒊带宽b的确定
带宽b按许用单位压力[p]（其取值参考资料[16]，本计算取[p]=0.3N/）决定，其取值应比轮宽B小5~10mm
取b=75mm
⒋确定带厚
由[16]29-383表29.13-33，选=6m
=0.45
D=0.69m
b=75mm
=6mm
第四章本产品的技术参数和相关说明
第一节技术参数表
起重量kN10
电
动
机型号YB160L-4
绳
速
m/min最小26功率kW15
最大62转速r/min1460
平均44电压V380/660
减速比44.5整机质量
kg
530
容绳量m400
绳径mm12.5地脚孔直径mmφ25
卷筒直径mm250外形
尺寸
（长×宽×高）mm
1100×766×727
卷筒宽度mm310
第二节相关说明
一、装配说明、
1.对于各轴承和定位零件，要将其装到规定的位置上；各轴承推荐热装（在柴油中加热，温度在120℃-140℃之间）。
装前在结合面上涂以适量的机油，在各轴承内填入2/3容积的黄油，滚筒体内的小齿轮中，以及行星传动的大内齿轮中填入黄油（机体内的黄油均采用钙基润滑脂）。
2.行星传动的大内齿轮与滚筒之间应保证有0.5-1.5毫米的间隙，通过加工表面来保证；电机与滚筒端面之间的间隙为2毫米，可调整安装与其间的垫片来实现。
3.电机和轴承支架中心高应保持一致，偏差不可大于0.1毫米。
4.滚筒上的各固定螺钉和油堵，不得高出滚筒外表面。
螺钉和地脚螺栓等紧固装置必须可靠。
5.刹车带要平稳地与刹车毂接触；刹车带的松紧程
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