電動葫蘆的改進(jìn)設(shè)計

1、 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計計算說明書(論文)題 目： 電動葫蘆的改進(jìn)設(shè)計 院 系 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 年 級 04級2班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2008年 6月6日摘要作為一種輕小型起重設(shè)備，鋼絲繩電動葫蘆已經(jīng)在工廠，倉庫，港口，車站等多個領(lǐng)域和部門中得到了廣泛的應(yīng)用。它是集電動機，減速器和鋼絲繩卷筒（或環(huán)鏈）為一體的小型起重設(shè)備，配合單梁橋式或門式起重機，組成一個完整的起重機械。然而，在我國電動葫蘆的發(fā)展卻不容樂觀。國內(nèi)電動葫蘆不僅減速器結(jié)構(gòu)單一，而且產(chǎn)品的體積和質(zhì)量比較大，性能不高。和國外同類產(chǎn)品相比，存在很大的差距。為此，我們進(jìn)行了針對電動葫蘆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計。本設(shè)計首先分析

2、了國內(nèi)外電動葫蘆的發(fā)展?fàn)顩r，比較其差別，從而最終確定了對傳統(tǒng)圓柱齒輪減速器的改進(jìn)。為了使改進(jìn)的電動葫蘆達(dá)到體積小，質(zhì)量輕的目的，通過綜合比較分析各種傳動裝置，最終選定了漸開線行星齒輪少齒差型傳動裝置，并且選定鋼絲繩，計算和校核卷筒，選擇和校核電動機，從而達(dá)到了減小電動葫蘆體積和質(zhì)量的目的。關(guān)鍵詞：電動葫蘆 行星齒輪減速器 漸開線少齒差行星齒輪傳動 N型ABSTRCATAs one kind of light small lifting equipment, the steel wire electric hoist is widely used in factories, warehouses

3、, ports, railway stations and other fields and departments. It is the collection electric motor, and wire rope reel machine slowdown (or link chain) for the integration of small hoisting equipment, most also carry trolleys walk with bridge or doors Cranes form a complete lifting appliances. However

4、the development of the electric hoist in our country is not optimistic. In our country, there is not only single kind of the decelerators structure of the electric hoist, moreover the product volume and the quality quite are big, the performance is poor. Compared to similar foreign products, there i

5、s a big gap. To this end, we carried out a structure of the electric hoist improved design. This design has first analyzed the domestic and foreign electric hoists development condition, compared with its difference, thus finally has determined to the tradition cylindrical gears reduction gear impro

6、vement. In order to improve electric hoist to the small size, light weight of purpose through comprehensive comparative analysis of various transmission device, ultimately selected N planetary gear-type transmission device, and selected rope, calculated and checked drum, Selected and examined electr

7、ic motor, thus had achieved reduces the electric hoist volume and the quality goal. Finally, I carried on the assembly simulation through three-dimensional software to the reduction gear, in order to discover some insufficiency, so as to be improved.Key words: Electric hoist Decelerator planetary in

8、volute gear drive with small teeth difference N目錄摘要IABSTRCATI1緒論11.1起重機論述11.1.1起重機簡介11.1.2起重機的主要發(fā)展趨勢21.2國外起重機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢31.3起重機的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢41.3.1CDl型鋼絲繩電動葫蘆存在的不足41.3.2國內(nèi)鋼絲繩電動葫蘆發(fā)展方向51.4 本課題的主要研究內(nèi)容62.傳動方案的擬定72.1引言72.2傳動方案的選擇72.2.1 定軸輪系傳動72.2.2行星輪系傳動72.3 擬訂傳動方案93.電動葫蘆的設(shè)計計算103.1鋼絲繩的選擇103.2滑輪組的選擇113.3卷筒的設(shè)計123

9、.4電動機功率的選擇143.4.1電動機的初選143.4.2電動機的過載校驗153.5減速器的選擇153.5.1減速器傳動比的計算：153.5.2傳動形式的選取163.6 初步計算齒輪的主要參數(shù)163.6.1類型選擇及齒輪齒數(shù)確定163.6.2主要零件的材質(zhì)和齒輪精度173.6.3嚙合角及變位系數(shù)173.6.4嚙合角及變位系數(shù)確定183.6.5幾何尺寸計算限制條件檢查193.6.6切削內(nèi)齒輪插齒刀的選擇193.6.7切齒內(nèi)齒輪的其他限制條件檢查213.6.8切削外齒輪的限制條件檢查213.6.9內(nèi)嚙合其他限制條件檢查223.6.10轉(zhuǎn)臂軸承受力233.6.11強度計算253.7軸的設(shè)計計算及校

10、核263.7.1.初步確定軸的最小直徑263.7.2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計264結(jié)論和展望314.1結(jié)論314.2 展望31致謝33參考文獻(xiàn)341緒論1.1起重機論述1.1.1起重機簡介起重機是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，又稱吊車。它主要用來吊運成件物品，配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\散狀物料和液態(tài)物料。 起重機的工作特點是作間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、卸載等動作的相應(yīng)機構(gòu)是交替工作的。各機構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動和正反方向運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。 中國古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機的雛形；14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動臂架型起重機；19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機；起重機

11、的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金 屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動；到了19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動的起重機逐漸取代了水力驅(qū)動的起重機；20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動機或內(nèi)燃機為動力裝置的各種起重機基本形成。 起重機通常按結(jié)構(gòu)分為臂架型起重機和橋架型起重機。臂架型起重機包括塔式起重機、門座起重機、浮游起重機、自行式起重機、由桅桿和臂架組成的桅桿起重機、沿墻壁運行的壁行起重機和裝在船舶甲板上的甲板起重機等；橋架型起重機包括橋式起重機、龍門起重機、運載橋和纜索起重機等。起重機也可按用途、驅(qū)動方式和機動性等特點分類。 臂架型起重機通過外伸的長臂架，可將重物搬運到離機

12、座較遠(yuǎn)的地方， 主要用于車、船的裝卸作業(yè)。臂架有可俯仰的傾斜式和不可俯仰的水平式兩種。傾斜臂架起重機的吊具懸掛在臂架頂端滑輪的下面，水平臂架起重機的臂架上有帶吊具的起重小車。 臂架型起重機一般可以回轉(zhuǎn)，通過起重機的回轉(zhuǎn)和臂架的俯仰，或起重小車沿臂架的運行，使重物在特定范圍內(nèi)移動。這類起重機的起重能力以臂架最小幅度時的額定起重重量和額定起重力矩來表示。幅度是吊具離起重機回轉(zhuǎn)中心線的水平距離，起重力矩是起吊物品的重力與幅度的乘積。 橋架型起重機具有水平橋架，能越過地面障礙物吊運重物，或完成一定的工藝操作，它廣泛應(yīng)用于機械制造和冶金等部門的車間和室內(nèi)外倉庫。橋式起重機在高架軌道上運行，其他橋架型起重

13、機則在地面軌道上運行。起重小車沿橋架上的軌道運行，通過橋架和起重小車的運動，可以獲得矩形的工作范圍。表征這類起重機的主要參數(shù)是額定起重量和跨度。 起重機的型式很多，但其主要組成部分都包括起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)，以及金屬結(jié)構(gòu)等。有的起重機還有完成一定工藝操作的專用工作裝置，如夾鉗起重機的夾鉗。 起升機構(gòu)是起重機最基本的工作機構(gòu)，大多由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通過液壓系統(tǒng)升降重物的。吊掛系統(tǒng)一般由鋼絲繩、滑輪組和吊具組成，吊鉤是最常見的吊具。絞車可安置在起重小車上，也可安置在起重機金屬結(jié)構(gòu)上或附近的地基上，通過收放鋼絲繩而升降重物，有時可用電動葫蘆或手動葫蘆作為起升機構(gòu)。有些起重機

14、還配有副起升機構(gòu)，用以吊運較輕的物品或進(jìn)行輔助作業(yè)。 運行機構(gòu)是用以縱向水平運移重物 ，或調(diào)整起重機工作位置的部件，一般由電動機、減速器、制動器和車輪組成?，F(xiàn)代起重機中，兩側(cè)車輪通常由各自獨立的驅(qū)動機構(gòu)帶動，也有采用由電動機、減速器和制動器組合成一體的“三合一”方式。 起重小車運行機構(gòu)的組成與起重機運行機構(gòu)相似，用以橫向水平運移重物或調(diào)整小車位置。大多數(shù)小車是自行式的，即本身帶驅(qū)動裝置；有時為了減輕小車自重，也可采用鋼絲繩牽引式的，即把驅(qū)動機構(gòu)裝在水平臂架或橋架的一端。 變幅機構(gòu)只有在臂架型起重機上才配備。臂架仰起時幅度減小，俯下時幅度增大。按性能要求可分為平衡變幅和非平衡變幅兩種；按作業(yè)要求

15、又可分為工作性變幅和非工作性變幅兩種。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)是用以使臂架回轉(zhuǎn) 的部件，由驅(qū)動裝置和回轉(zhuǎn)支承裝置組成。驅(qū)動裝置帶動起重機的轉(zhuǎn)動部分回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支承裝置使起重機的轉(zhuǎn)動部分支持在非轉(zhuǎn)動部分上。 金屬結(jié)構(gòu)是指起重機的骨架。各種起重機有不同的結(jié)構(gòu)型式 ，主要承載件如橋架、臂架和門架可以是箱形結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，也可以是腹板結(jié)構(gòu)。金屬結(jié)構(gòu)的尺寸和重量占起重機外形尺寸和總重量的很大部分，要在保證強度、穩(wěn)定性和剛度，即保證金屬結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞、不產(chǎn)生過度變形和振動的條件下，盡量減輕結(jié)構(gòu)重量。 多數(shù)起重機是用電動機驅(qū)動的，人力驅(qū)動僅適用于起重量很小且搬運距離不大的起重機。與普通電動機比較，起重機專用電動機的起動轉(zhuǎn)矩

16、大、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小、機械強度高。交流繞線型電動機用得最多。需要在很大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)速時，也可采用直流電動機。自行式起重機和浮游起重機大多采用內(nèi)燃機或內(nèi)燃機-電機驅(qū)動。 起重機的操作方式很多，通常是在司機室內(nèi)操縱；也可在地面上用按鈕操縱；還可以采用有線或無線遠(yuǎn)距離控制。當(dāng)要完成固定程序的作業(yè)時，可以采用程序控制的方法自動完成多種動作。 起重機的故障會引起重大的人身事故和經(jīng)濟損失，因此，在起重機上裝有各種起重機安全裝置，如防止超載的負(fù)荷限制器，限制起重機、起重小車或吊具位置的行程開關(guān)，防止起重機被大風(fēng)吹走的起重機夾軌器，以及信號裝置等。對臂架型起重機尤其要注意整體穩(wěn)定性，即保證它在外載荷作用下不發(fā)

17、生傾翻。1.1.2起重機的主要發(fā)展趨勢研制更合理的金屬結(jié)構(gòu)、機構(gòu)和零部件，以減少金屬消耗量；發(fā)展大起重量的起重機；提高工作速度、擴大調(diào)速范圍；研究結(jié)構(gòu)振動問題；提高金屬結(jié)構(gòu)、機構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機操作的條件，保證作業(yè)安全提高自動化控制程度和擴大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應(yīng)用到作業(yè)頻繁的倉庫堆垛起重機和環(huán)境惡劣的冶金起重機上。1.2國外起重機的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1. 產(chǎn)品向大型化、高效化方向發(fā)展由于世界上出現(xiàn)越來越多的干散貨專業(yè)化、大型化碼頭，導(dǎo)致碼頭裝卸設(shè)備的性能參數(shù)不斷提高。 2.自動化程度提高，重視發(fā)展機電一休化設(shè)備 對于成套裝卸運輸設(shè)備進(jìn)行集中的自動化控制和計算

18、機管理，是國外近一、二十年來技術(shù)發(fā)展的主要趨勢之一。在散料碼頭、料場、露天礦，對整個物流用計算機和可編程序控制器進(jìn)行管理和過程控制已十分普遍。白動控制系統(tǒng)通常按現(xiàn)場條件和需要選取，比較典型的方案是在碼頭由中控系統(tǒng)控制全裝卸區(qū)的皮帶機系統(tǒng)、裝車系統(tǒng)、裝卸船機、斗輪堆取料機等。由可編程序控制器控制皮帶機系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)，由中控寶計算機負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的管理和事故監(jiān)測、工藝路線的優(yōu)選、皮帶機運輸系統(tǒng)與前后各單機之間的聯(lián)機。各單機仍由司機操作或半自動操作。它們與中控室之間的信息傳輸采用感應(yīng)傳輸或者電纜串行傳遞信息。 3.用新材料、新部件，改進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能 在單機上采用新材料和新結(jié)構(gòu)的實例很多，其中影響

19、較大的有:橋式起重機橋架端梁和主梁采用可拆聯(lián)結(jié)，大車和小車運行機構(gòu)采用電機、制動器和減速機連成一體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而與端梁和大車輪結(jié)合，制成獨立部件，便于運輸與管理。輕型工作制橋式起重機逐漸采用電葫蘆小車結(jié)構(gòu)，方便于制造，減輕了重量。起升機構(gòu)和大車運行機構(gòu)廣泛采用了調(diào)速裝置，改善了運行性能。 4.提高產(chǎn)品可靠性、安全性、注意人機工程學(xué)的應(yīng)用 為了保證起重運輸機械的工作安全可靠，從設(shè)計、制造以及運轉(zhuǎn)、使用等方面采取了措施。在設(shè)計方面，重視對產(chǎn)品的載荷譜、工作條件、載荷情況進(jìn)行研究，從而保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理、使用可靠。對于工作級別在A6以上的起重機，均要求進(jìn)行疲勞計算。各類起重機普遍裝設(shè)了起重量限制器或起

20、重力矩限制器，并配以各種音響和燈光報警;對于大車運行，設(shè)有防止互撞的檢裝置。對于吊運高溫與危險物品的起重機，從結(jié)構(gòu)上充分壽慮了安全可靠性。5.采用先進(jìn)的設(shè)計理論、方法和手段 在起重運輸機械產(chǎn)品設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)的有限元分析已普遍采用。蘇聯(lián)和聯(lián)邦德國最近提出采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計，并已提到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)進(jìn)行討論。但由于可供極限狀態(tài)法設(shè)計采用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)很不充分，至今并未達(dá)到實用的程度?？煽啃栽O(shè)計有了較大的發(fā)展，已將可靠性指標(biāo)列入起重機的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，計算機輔助設(shè)計(CAD)在國外已經(jīng)普及，CAD系統(tǒng)使設(shè)計人員能夠?qū)ξ磥淼漠a(chǎn)品進(jìn)行精確的計算分析、三維設(shè)計造型、千涉檢驗、動態(tài)仿真、方案優(yōu)化、

21、快速繪畫，從而提高設(shè)計的質(zhì)量和速度，特別是將CAD和CAM(計算機輔助制造)聯(lián)結(jié)起來，更能保證快速而精確地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。 6.加強對物流系統(tǒng)的研究 物流是指物質(zhì)資料由供應(yīng)者向需要者的移動。它的功能包括物資的包裝、運輸、裝卸、保管、流通加工以及廢棄物回收等過程，以及與之相聯(lián)系的物流信息，把物流的諸環(huán)節(jié)視為一個大系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和管理，以求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最比、各單機匹配最合理，實現(xiàn)物流合理化，取得最大的經(jīng)濟效益一一就是物流系統(tǒng)研究的任務(wù)和內(nèi)容。因此，國外把物流稱之為“利潤的筆三源泉”。物流系統(tǒng)的研究進(jìn)展很快，已經(jīng)可以用計算機模擬的方法對一個物流系統(tǒng)進(jìn)行平價。最常用的是數(shù)字分析技術(shù)，即對一個已選定的物流系

22、統(tǒng)方案進(jìn)行分析計算，評價它的上產(chǎn)率、搬運周期、等待時間等等設(shè)計人員感躊趣的參數(shù)，尋找薄弱環(huán)節(jié)。必要時，可改變系統(tǒng)的各種參量，對新的方案重新分析，直至求得最滿意的方案為止。還有一種圖象顯示技術(shù)，它把模擬的物流系統(tǒng)用圖象顯示出來，形象地顯示物料沿系統(tǒng)運動的情況。1.3起重機的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.3.1CDl型鋼絲繩電動葫蘆存在的不足(1)系列化問題品種少、規(guī)格不齊。CDI型鋼絲繩電動葫蘆起重量只有0.5 t, 1 t, 2 t, 3 t,5t, 10t6種，起升高度的覆蓋范圍為6一30 m，起升速度:1一5t單速為8 m/min，雙速為8/0.8 m/min; lOt單速7 m/min，雙速為7

23、/0.7 m/min。雖然國內(nèi)一些廠家在10t基礎(chǔ)上發(fā)展了16 t, 20t擴充系列的大噸位電動葫蘆，但仍不能形成較完整合理的鋼絲繩電動葫蘆產(chǎn)品系列，與國外的起重量范圍0. 2s一80 t及多種起升高度和起升速度組合相比存在很大的差距。 (2)工作級別 CDl型鋼絲繩電動葫蘆沒有進(jìn)行工作級別的劃分，不適應(yīng)實際使用工況，多數(shù)情況下造成不合理的使用。按新的工作級別劃分規(guī)則，CD1型韌絲繩電動葫蘆的工作級別為M3，而國外的鋼絲絲繩電動葫蘆能適應(yīng)的工作級別范圍為M3一M6。(3)基型的變換 CD1型鋼絲繩電動葫蘆滑輪組結(jié)構(gòu)形式及倍率單一(0.5 t一5t滑輪組倍率為2/l; 10 t倍率為4/2)。安

24、裝方式只有懸掛和固定式2和，變化少，可開發(fā)功能低。而國外鋼絲繩電動葫蘆滑輪組結(jié)構(gòu)及倍率組合方式多樣，安裝方式除懸掛與固定式外，還有低凈空安裝、雙吊點形式及其他特殊用途的鋼絲繩電動葫蘆。而CDl型鋼絲繩電動葫蘆在這些方面基本是空白。(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計 CDl型鋼絲繩電動葫蘆的結(jié)構(gòu)設(shè)計雖然較TV型鋼絲繩電動葫蘆有了較大改進(jìn)，但其外形美觀性差，圓形結(jié)構(gòu)不便于安裝、運輸，外形的局限性嚴(yán)重阻礙了基型的變化。而國外的鋼絲繩電動葫蘆，多為方形結(jié)構(gòu)設(shè)計，既美觀便于安裝、運輸，還能很好地適應(yīng)模塊化設(shè)計，便于基型的組合和變換，大大拓寬了鋼絲繩電動葫蘆的使用范圍。(5)配套電動機 CD1型鋼絲繩電動葫蘆配套的錐形轉(zhuǎn)子電

25、機，單速為4極，雙速為1/10的子母機，而國外鋼絲繩電動葫蘆電機采用2極電機，雙速采用雙繞組和變極式，這樣結(jié)構(gòu)簡單、體積小、自重輕，有利于降低制造成本。另外，CDl型鋼絲繩電動葫蘆配套電機在絕緣等級和防護等級及噪聲方面與國外葫蘆相比差距仍很大。（6)減速器 CD1型鋼絲繩電動葫蘆減速器制造精度和傳動效率低，噪聲大，齒輪參數(shù)設(shè)計不甚合理，特別反映在有效提高承載能力和各級齒輪與齒輪副之間的強度均等方面。(7)安全保護措施 CD1型鋼絲繩電動葫蘆，只有上、下限位保護，超載保護。而國外鋼絲繩電動葫蘆除有上述保護功能，還具有錯相、缺相、過熱保護、多制動系統(tǒng)保護等。(8)電氣控制 CD1型鋼絲繩電動葫蘆電

26、控箱外觀協(xié)調(diào)性差，電氣元件的使用壽命較低，故障率高。(9)零部件設(shè)計CD1型鋼絲繩電動葫蘆的吊鉤、電動小車裝置等關(guān)鍵零部件，成組設(shè)計及互換性較差，且結(jié)構(gòu)較笨重。1.3.2國內(nèi)鋼絲繩電動葫蘆發(fā)展方向 (1)系列設(shè)計合理化。推薦參數(shù):起重量從0.25一80 t，起升高度6一63 m，利用較少的基型覆蓋整個系列。起升速度多樣化佳薦值，爬速8m/min, 10 m/min.,12m/min雙速1/10, 1/3, 1/4速比變化。雙速方案應(yīng)考慮子母機、雙繞組及變極式，或采用變頻無極調(diào)速技術(shù)。設(shè)計時參考GB3811-1983起重機設(shè)計規(guī)范工作級別劃分，將工作級別覆蓋范圍擴充到M3一M6。 (2)結(jié)構(gòu)形式

27、應(yīng)能滿足多種工況如:低凈空、雙吊點等多種安裝固定方式;可遙控操縱、絕緣型、防腐防潮、耐高溫高熱、防爆等多種功能的產(chǎn)品。 (3)外形設(shè)計改變傳統(tǒng)的圓形設(shè)計，采用方形結(jié)構(gòu)形式，模塊化設(shè)計，增加零部件的通用性，布置方式由原來的電機一中間軸一減速器一卷筒的形式，改為電機一減速器一卷筒的布置方式，既有利于有效地提高鋼絲繩電動葫蘆起升高度，又避免高速軸長軸傳動，可提高運行的平穩(wěn)性和可靠性，降低制造成本。增加滑輪倍率范圍，提高單機使用范圍。 (4)采用優(yōu)質(zhì)高強度鋼絲繩，按GB3811-1983標(biāo)準(zhǔn)要求，在滿足抗拉強度安全系數(shù)的前提下，盡可能減小鋼絲繩直徑，采用相適應(yīng)的卷筒直徑與鋼絲繩直徑之比(hl)及滑輪直

28、徑與鋼絲繩直徑之比(h2)，以利于縮小整機結(jié)構(gòu)和自重。(5)優(yōu)化齒輪設(shè)計提高齒輪的承載能力。齒輪可采用40 Cr或42 CrMn, 40MnB材質(zhì)，調(diào)質(zhì)和表面淬火處理或氮化，原采用的20 CrMnTi或20 MnTiB材質(zhì)雖然在齒輪的抗彎強度和接觸強度方面較理想，但是受國內(nèi)基礎(chǔ)加工水平影響，齒輪加工精度低，滲碳淬火熱處理變形量難控制，后序又無磨齒工藝，難免存在齒輪噪聲大、效率低等缺點。新材質(zhì)及熱處理方法已在國內(nèi)許多廠家推廣。此外，采用硬齒面與中硬齒面配對嚙合的齒輪副，高速級齒輪采用剃齒工藝，齒輪螺旋角選在12左右，這些都是提高齒輪傳動平穩(wěn)性的有效途徑。齒輪傳動箱體、箱蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)有利于噪聲的吸

29、收與減振，傳動軸承應(yīng)提高精度等級。(6)電機采用2, 4, 6極錐形轉(zhuǎn)子電機以適用各種不同工況。電機絕緣等級應(yīng)提高至F級和H級，防護等級提高至IP54;電機設(shè)置過熱保護元件;電機的設(shè)計應(yīng)考慮有效提高有用功率，降壓能力和起、制動能力;提高電機設(shè)計溫升，充分發(fā)揮電機的潛能，電機的降噪除了在設(shè)計、加工、制造精度上要提高外，還應(yīng)從設(shè)計上考慮降低電磁噪聲和風(fēng)道渦流噪聲的措施。電機的設(shè)計也應(yīng)遵循工作級別劃分原則，提高單機使用用途。(7)增加電氣保護措施，除上下限位保護外，還應(yīng)增加超載保護(個別情況下考慮欠載保護);錯相、缺相、失壓保護;吊鉤防脫繩保護。開發(fā)多制動功能機型如:雙制動(電機錐形制動輪制動+高速

30、軸上補償制動);三制動(錐形制動輪制動+高速軸上補償制動+卷筒上安全閘)。根據(jù)用戶需要增加起升高度、負(fù)載數(shù)字顯示功能。(8)高耐磨、高強度導(dǎo)繩器材料及導(dǎo)繩器導(dǎo)繩性能一直是國內(nèi)許多生產(chǎn)電動葫蘆的企業(yè)探討的課題，目前，國內(nèi)已掌握了一部分成功經(jīng)驗。(9)其他零部件如吊鉤、小車等設(shè)計要考慮成組性和通用性。(10)提高配套件如鋼絲繩、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量。(11)提高接觸器、變壓器等電控元件的機械壽命和電壽命，電控箱的外形設(shè)計應(yīng)考慮與葫蘆整體的協(xié)調(diào)。(12)注重整機的油漆、包裝等外觀品質(zhì)。1.4 本課題的主要研究內(nèi)容本課題將首先分析目前國內(nèi)外起重機的發(fā)展現(xiàn)狀與電動葫蘆的特點，針對10噸電動葫蘆減速器原方案

31、進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，完成改進(jìn)后進(jìn)行電動葫蘆減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵零部件設(shè)計計算。根據(jù)以上思想，畢業(yè)設(shè)計主要完成工作如下：1. 通過調(diào)研了解國內(nèi)外電動葫蘆的發(fā)展現(xiàn)狀以及其結(jié)構(gòu)特點；2. 分析比較各種傳動方案的利弊，根據(jù)改進(jìn)的思想，最終選定N型少齒差行星減速器的傳動方案。3. 參考上屆同學(xué)的電動葫蘆減速器原方案進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,對其進(jìn)行校驗修改，并在其基礎(chǔ)上提出改進(jìn)。4. 完成畢業(yè)論文。2.傳動方案的擬定2.1引言 本題目是關(guān)于電動葫蘆的整體改進(jìn)方案方面的研究。電動葫蘆是集電動機、減速機和鋼絲繩卷筒（或環(huán)鏈）為一體的小型起重設(shè)備，大多數(shù)還帶有行走小車，配合單梁橋式或門式起重機，組成一個完整的起重機械。電動葫

32、蘆的主體，是鋼絲繩卷筒居中，一端是電動機，通過中間的轉(zhuǎn)動軸，將動力傳遞到另一端的減速器，減速機帶動卷筒（或環(huán)鏈）鋼絲繩起重。 據(jù)了解，我國目前生產(chǎn)、使用的電動葫蘆絕大多數(shù)是1963年設(shè)計的CD/MD型及對其進(jìn)行不同改進(jìn)的電動葫蘆，就其產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的綜合評價是不盡如人意的。產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)應(yīng)滿足用戶的需求。2.2傳動方案的選擇2.2.1 定軸輪系傳動普通圓柱齒輪傳動是結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用也最廣泛的一種傳動系統(tǒng)。但其體積和重量偏大，傳動效率不高，使其不符合本改進(jìn)設(shè)計的思想。2.2.2行星輪系傳動1. 漸開線圓柱齒輪行星傳動漸開線行星齒輪傳動是一種至少有一個齒輪及其幾何軸線繞著位置固定的幾何軸線作回轉(zhuǎn)運

33、動的齒輪傳動。與普通圓柱齒輪傳動相比較，漸開線圓柱齒輪行星傳動有這樣的特點：（1）在傳遞動力時它可以進(jìn)行功率分流；（2）其輸入軸和輸出軸具有同軸性，即輸入軸與輸出軸均設(shè)置在同一主軸線上。因此行星齒輪傳動得到了越來越廣泛的應(yīng)用。漸開線圓柱齒輪行星傳動的主要優(yōu)點如下：1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大；2）傳動效率高： 在傳動類型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布局合理的情況下，其效率值高達(dá)0.970.99；3）傳動比較大，可以實現(xiàn)運動的合成與分解；4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力強。漸開線圓柱齒輪行星傳動的缺點如下：1）材料優(yōu)質(zhì)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求高，制造較困難；2）小規(guī)格、單臺生產(chǎn)時制造成本較高；3）由

34、于體積小，導(dǎo)致散熱不良，因而要求有良好的潤滑，甚至需采取冷卻措施。2. 擺線針輪傳動擺線針輪傳動的基本原理如下圖所示：圖2.1.2-1 擺線針輪 擺線針輪傳動是一種采用擺線針齒嚙合行星傳動原理的先進(jìn)傳動裝置。其主要特點如下：1）體積小，重量輕。由于采用行星傳動機構(gòu)，輸入輸出軸同軸線，結(jié)構(gòu)緊湊。與同功率的普通齒輪減速機相比，體積和重量均可減少1/22/3。2）傳動比范圍大，單級減速比可達(dá)11-87；3）傳動效率高.可達(dá)90-97；4）運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無噪音，耐沖擊和超負(fù)荷。5）故障少，使用壽命長，與普通齒輪減速機相比可提高2-3倍以上。由于上述優(yōu)點，擺線針輪傳動在許多情況下可替代二級，三級普通齒輪傳動

35、，廣泛應(yīng)用于起重等行業(yè)中。但是，這種傳動方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造比較困難，加工和裝配精度要求較高，同時需要專門的加工設(shè)備，而且擺線輪尚缺乏一套完善的測量方法和測量工具，故其應(yīng)用受到一定限制。3. 少齒差行星傳動漸開線少齒差行星傳動具有傳動比大（一級減速傳動比可達(dá)100，二級減速傳動傳動比可達(dá)10000以上）、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、重量輕、加工裝配及維修方便、傳動效率高（可達(dá)8087左右）等優(yōu)點，被廣泛用于冶金機構(gòu)、食品工業(yè)、石油化工、起重運輸及儀表制造等行業(yè)。漸開線少齒差行星傳動原理同擺線針輪傳動一樣，只是用漸開線齒輪嚙合代替擺線針齒嚙合，盡管這種替代增加了傳動的外廓尺寸和摩擦損失，但其漸開線齒型較

36、擺線針輪容易加工，這一優(yōu)勢使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步加大。4. 銷齒傳動銷齒的輪齒是圓銷形，它是齒輪傳動的一種特殊形式，其中具有圓銷齒的大齒輪稱為銷輪，而另一個具有一般齒輪輪齒齒型的小齒輪仍稱為齒輪。與一般齒輪相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、造價低、拆修方便等優(yōu)點。但其傳動比范圍較小，適用于低速、重載的機械傳動和工作條件較惡劣的場合中。5. 活齒傳動活齒傳動是一種新型的傳動方式，與一般少齒差行星齒輪傳動相似，單級傳動比大；都是同軸傳動，但同時嚙合齒數(shù)更多，承載能力和抗沖擊能力較強，由于不需要一般少齒差行星齒輪傳動所必需的輸出機構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)比較緊湊，功率損耗小。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工，冶金礦山，輕工制藥

37、，糧油食品，紡織印染，起重運輸以及工程機械等行業(yè)中。我國的活齒傳動技術(shù)發(fā)展也比較迅速，逐步形成了規(guī)模生產(chǎn)，但相對與傳統(tǒng)的減速器來說，應(yīng)用還不普遍，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化工作還不完善。2.3 擬訂傳動方案根據(jù)電動葫蘆短期間歇工作方式的特點，以及改進(jìn)思想要求的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，減速器傳動比大等特點。據(jù)1 P9表1-1中的各傳動類型的工作特點可知，少齒差型行星齒輪傳動形式較適于短期間斷的工作方式，并且結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大。其中為便于制造和裝配，并且結(jié)構(gòu)更加緊湊，選用N型少齒差銷軸式行星減速器。3.電動葫蘆的設(shè)計計算3.1鋼絲繩的選擇 鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選擇和鋼絲繩直徑的選擇。 繞經(jīng)滑輪和

38、卷筒機構(gòu)工作的鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩.在腐蝕環(huán)境中應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩。鋼絲繩的性能和強度應(yīng)滿足機構(gòu)安全正常工作愛的要求。根據(jù)鋼絲繩的構(gòu)造特點，結(jié)合起重機的使用條件和要求，參照表2-1選擇鋼絲繩的型號，然后按照以下兩種方法確定最小的鋼絲繩直徑，參照表2-2、2-3國產(chǎn)部分鋼絲繩的主要技術(shù)性能指標(biāo)選擇鋼絲繩。直徑的確定：取d=20mmC選擇系數(shù)（mm/） =鋼絲繩最大工作靜壓力（N）S有起升載荷（額定起重重量，鋼絲繩懸掛部分重量，滑輪組及其它吊具的重量，并考慮滑輪組效率和倍率來確定）=選擇系數(shù)C的取值和工作級別有關(guān)，見表2-4。表中C值是鋼絲繩充滿系數(shù)為0.46，折減系數(shù)為0.82時的數(shù)值。當(dāng)

39、鋼絲繩的值與表中不同時,可根據(jù)工作級別從表中選擇安全系數(shù)n,并根據(jù)所用鋼絲繩的按下式換算選擇系數(shù)C，最后按式(3-1)計算鋼絲繩直徑。式中：n安全系數(shù)，按表2-4選?。?K鋼絲繩折減系數(shù)，等于整繩破斷拉力與鋼絲繩破斷拉力總和之比； 鋼絲繩充滿系數(shù)，由下式求和 = 鋼絲繩的公稱抗拉強度選擇及機構(gòu)工作級別后根據(jù)起重機械36頁表2-4選擇系數(shù)C值，C取0.096。其中為鋼絲繩公稱拉伸強度，取=1770N/。機構(gòu)工作級別的確定參照起重機械17頁，利用等級選擇U5，載荷狀態(tài)選擇Q-2中，查表1-8從而確定機構(gòu)工作級別A5。鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選擇，參照起重機械32頁選取;20 NAT 6(9+9+1)W+I

40、WR1770 ZS161 GB8707鋼絲繩公稱直徑為16mm，表面狀態(tài)為光面鋼絲，每股19絲粗細(xì)型金屬絲繩芯，鋼絲公稱抗拉強度為1770，捻向為右交互捻，鋼絲繩最小拉斷力為161N。3.2滑輪組的選擇 滑輪組是鋼絲繩和一定數(shù)量的定滑輪和動滑輪組成的。按滑輪的公用不同，滑輪組可以分為省力滑輪組和增力滑輪組兩類， 滑輪組按其構(gòu)造不同，一般可以分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組兩種，大型起重機目前有采用四聯(lián)滑輪組的。 結(jié)合本課題有關(guān)參數(shù)，選用雙聯(lián)滑輪組： 雙聯(lián)滑輪組也稱是對稱滑輪組，是有兩個單聯(lián)滑輪組并聯(lián)而成的，繞入卷筒的鋼絲繩分支數(shù)為兩根。為了使鋼絲繩有一邊的單聯(lián)滑輪組過渡到另一邊的單聯(lián)滑輪組，中間裝有

41、一個平衡滑輪（或平衡杠桿，也叫平衡架）來調(diào)整兩邊鋼絲繩的拉力及長度，平衡滑輪在正常情況下并轉(zhuǎn)動，只在兩邊鋼絲繩拉力不相同的時候才轉(zhuǎn)動，使兩邊鋼絲繩保持平衡。圖3-1 雙聯(lián)滑輪組 倍率：滑輪組的倍率a等于懸掛物品的鋼絲繩分支數(shù)i與繞入卷筒的鋼絲繩分支數(shù)之比。 對于雙聯(lián)滑輪組倍率等于鋼絲繩分支數(shù)的一般，即a=1/2i。 在起重機的設(shè)計中，合理的確定滑輪組的倍率是很重要的。選用較大的倍率，可以使鋼絲繩拉力減小，從而是鋼絲繩直徑、卷筒和滑輪直徑都減小。減少了鋼絲繩的拉力及卷筒直徑會使卷筒的扭矩減小名也就使減速器輸出軸的扭矩減小?；喗M本身具有傳動比，選用較大的倍率，減速器的速比就可以減小，這樣會使整個

42、起升機構(gòu)尺寸小、重量輕。但是，滑輪組倍率過大又會滑輪組本身笨重復(fù)雜，卷筒加長，鋼絲繩磨損加重。一般情況下，大起重量選用較大倍率的滑輪組，可避免太粗的鋼絲繩；雙聯(lián)滑輪組選用較小的倍率；起升高度較高時，選用較小倍率的滑輪組，可以避免繞繩量過大。 選擇A=4/2=2 參考起重機械50頁表3-3，由軸承形式及滑輪組倍率確定滑輪組效率 。3.3卷筒的設(shè)計 直徑D：卷筒直徑D與滑輪直徑一樣，是以槽底計算的直徑。卷筒直徑的確定方法與滑輪完全相同。根據(jù)起重機械設(shè)計規(guī)范，卷筒卷繞直徑（計算直徑）不能小于規(guī)定數(shù)值 按鋼絲繩中心計算的卷筒最小直徑（mm） H 與機構(gòu)級別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù)，由表3-2選取 d鋼絲繩直

43、徑（mm）設(shè)計是卷筒直徑D（h-1）d=340mm(槽底直徑) 取=434mm D=424mm卷筒直徑的大小影響鋼絲繩的壽命。從有利于鋼絲繩壽命來看，卷筒直徑越大越好，但這又會使傳動機構(gòu)過于龐大。從有利于傳動機構(gòu)來看，卷筒直徑消耗，這樣可以使傳動機構(gòu)緊湊。在起升高度大時，為了不使卷筒過長，常選用較大的卷筒直徑。圖3-2 雙聯(lián)卷筒卷筒長度L：選用多層卷繞方式;繞在卷筒上的鋼絲繩共繞n層，每層擁有Z圈，各層卷繞直徑分別為總的繞線長度為 3-15 代入上式（3-15）得 其中 1+3+5+（2n-1）=因此式（3-15）可以寫作 從而得出每層卷繞圈數(shù)為 Z=必須的卷繞長度為起升高度與滑輪組倍率值乘積

44、 鋼絲繩卷繞節(jié)距 d所以多層卷繞的卷繞長度為 =1.1Zt=1.1Had/式中：1.1鋼絲繩卷繞不均勻系數(shù)卷筒壁厚，可先按經(jīng)驗公式初步確定，在進(jìn)行強度驗算 鑄造時卷筒應(yīng)考慮工藝要求，使壁厚不應(yīng)小于12mm。3.4電動機功率的選擇3.4.1電動機的初選： 鋼絲繩的額定拉力（N） 鋼絲繩的額定速度（） 轉(zhuǎn)動效率（傳動裝置、軸承、聯(lián)軸器、離合器、卷筒等） 查起重機電器設(shè)備的故障診斷與修理第99頁表3-61選用ZDI52-4型電動機，其參數(shù)為：功率/KW額定轉(zhuǎn)矩r/min最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流A1314003.03.0229效率功率因數(shù)靜制動力矩/Nm轉(zhuǎn)動慣量/820.82255

45、.41.123.4.2電動機的過載校驗 其中 3.5減速器的選擇3.5.1減速器傳動比的計算：重物提升速度為7選用倍率a=2雙聯(lián)滑輪組。故卷筒速度為：有電動機額定轉(zhuǎn)速故減速器傳動比 取3.5.2傳動形式的選取由傳動比及工作條件，工作要求，選擇N型少齒差行星傳動形式，其主要性能參數(shù)見圖如下：這種傳動的特點是傳動比大，體積小，重量輕，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒形容易加工，拆卸方便。合理的設(shè)計、制造及潤滑，可使傳動效率達(dá)0.85以上。少齒差適合于大傳動、小功率的工況。齒數(shù)差很少的內(nèi)嚙合傳動，為了避免內(nèi)、外齒輪之間的齒廓重迭干涉，需采用較小的齒頂高及較大的嚙合角，也就是短齒正傳動。圖3-3傳動原理圖如圖1高速軸；2

46、輸出機構(gòu)；3低速軸；3.6 初步計算齒輪的主要參數(shù)3.6.1類型選擇及齒輪齒數(shù)確定選用N型銷軸式3.6.2主要零件的材質(zhì)和齒輪精度（1）、行星輪 40Cr 淬火后磨齒 HRC4752(2)、內(nèi)齒輪 45鋼調(diào)質(zhì) HB235250（3）、銷軸 GCr15淬火 HRC5864 (4)、低速軸 45鋼調(diào)質(zhì) HB250283.6.3嚙合角及變位系數(shù) 通過查表617，機械傳動裝置設(shè)計手冊 確定齒數(shù)差原始齒形角嚙合角中心距齒頂高b12055.98980.840.80另 齒數(shù)變位系數(shù)齒頂圓直徑跨齒數(shù)公法線長度/mm/mm96-0.878995.442925.836齒數(shù)變位系數(shù)齒頂圓直徑跨齒槽數(shù)公法線長度/mm

47、/mm97-0.502094.7961042.758兩棒直徑跨棒距Sinap2重合度齒輪重迭干涉驗算2/mm/mmG51.898.3960.4151.1150.0533.6.4嚙合角及變位系數(shù)確定1要求達(dá)【a】=1.050【Ga】=0.0502確定、及(1)按上表初步選取=49, =0.8, =20(2)取的初步值=0，計算幾何尺寸及參數(shù)。按結(jié)構(gòu)要求取模數(shù)m=2.75 mz2.7597266.75mmcos264cos20248.079mmcos266.75cos20250.663mmm(22)2.75(9620.820)268.4mmX2(z)()/2(9796)( )/200.49m(z2

48、2)2.75(9720.820.49)265.045mm 22.43918.961am(z)/22.75(9796)/21.375mmaa cos/cos 1.375cos20/cos55.9898 2.31mm3.6.5幾何尺寸計算限制條件檢查 分度圓及機緣沒有變化 齒頂原 m(22) 2.75(9620.820.8779)263.571mm m(z22) 2.75(9720.82.5020) 259.589mm3.6.6切削內(nèi)齒輪插齒刀的選擇按表5-5選用=28 （1） 徑向切齒干涉 查表5-5，至少為0，即=28，=0.224，=1.3，=85.37mm被加工內(nèi)齒輪的參數(shù)為z=97，=-

49、0.520，=0.8=338.73mm=mzcos/ =2.7597cos20/259.589 =0.96561=15.068=0.00637= mcos/ =2.7528cos20/85.37 =0.84756=32.053=0.06672=2()/( z) =202(-0.5020-0.224)/(9728) =0.00743=15.85/=/=0.51843=/=/ =0.16436=按表5-3公式校核=0.51843+0.06672-0.00743-（97/28）(0.16436+0.00637-0.00743)=0.0120故不會發(fā)生徑向切齒干涉（2） 差齒嚙合角 插齒刀加工內(nèi)齒輪不

50、應(yīng)出現(xiàn)茶匙嚙合角為負(fù)值的情況，由于0，故在選擇插齒刀時已經(jīng)考慮到這個因素，選擇=28，由上述計算知，使=0.007430滿足要求。3.6.7切齒內(nèi)齒輪的其他限制條件檢查（1）范成切頂干涉當(dāng)太少或太小，可能出現(xiàn)此種干涉，所以應(yīng)滿足表5-3中公式，現(xiàn) 28-97（1- tg19.639/tg15.85）=52.90故不會發(fā)生范成切頂干涉。（2）齒頂必須是漸開線 應(yīng)為=250.663=256.045，內(nèi)齒輪全齒廓為漸開線。3.6.8切削外齒輪的限制條件檢查 外齒用滾切法加工，只需檢查有無根切， =0.8（17-96）/17=-3.71=-0.8789故不會產(chǎn)生根切。3.6.9內(nèi)嚙合其他限制條件檢查（

51、1）漸開線干涉 即 96-97（1-tg15.068/tg55.9898）=16.620(2)外齒輪齒頂與內(nèi)齒輪齒根過度曲線干涉檢查 式中外齒輪齒頂壓力角為=arccos(2.7596cos20 /263.571)=19.742所以=-116.426+116.213-9.99=-9.7770故無此種干涉。（3） 內(nèi)齒輪齒頂與外齒輪齒根過渡曲線干涉檢查。 =-107.33+117.639-10.448=-0.1390（4） 頂隙檢查 外齒齒輪根與內(nèi)齒輪齒頂之間 式中/2 =259.589/2=129.794mm =1.375cos20/cos55.9898=2.31mm =264/2-2.75(

52、1.25+0.8789)=126.15mm故=129.796-2.31-126.15=1.334mm內(nèi)齒輪齒根與外齒輪齒頂之間 因 =2.75（97-28）cos20/(2cos15.85)=92.677故式中 mm mm故=135.36-131.78=3.58mm3.6.10轉(zhuǎn)臂軸承受力 少齒差內(nèi)嚙合的轉(zhuǎn)臂軸承裝于行星輪與轉(zhuǎn)臂之間，在行星輪上還要考慮輸出機構(gòu)的安排，所以轉(zhuǎn)臂軸承的尺寸便受到了一定的限制。實踐證明，轉(zhuǎn)臂軸承的壽命往往是影響這種傳動承載能力的關(guān)鍵。 用銷軸式輸出機構(gòu)時轉(zhuǎn)臂軸承受力 目前用這種輸出機構(gòu)時，常采用雙偏心。故使用雙偏心。 一個行星輪的受力簡圖如圖3-4所示，圖中，內(nèi)齒輪作用于行星輪的法向力為,由于是雙偏心，理論上考慮到受力不均勻，故在計算時取 式中 輸出轉(zhuǎn)矩，Nm； r行星輪基圓半徑，mm.可以分解為=