薛国强毕业设计.doc
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1、新 鄉 学 院2012届毕业论文(设计)题目:四速电动葫芦机械系统的开发研究学位申请人姓名薛国强学 号所在学院名称机电工程学院专 业 名 称机械制造与自动化指导教师姓名杨天明指导教师职称副教授完成时间:2012年 月 日目录1 引言22 设计要求23 电动葫芦的设计方案24 电动葫芦起升部分的设计34.1 电动机的选择34.2 钢丝绳的选择34.3 吊钩的选择和设计44.4 卷筒的设计45 同轴式三级齿轮传动减速器的设计55.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比55.2 计算各轴的转速和转矩和功率65.3 传动零件的设计计算75.4 轴的设计196 中间轴的校核226.1 求中间轴的支反力2
2、26.2 求中间轴弯距236.3 总弯距的计算237 结束语238 致谢249 参考文献251引言电动葫芦是一种小型起重设备钢丝绳电动葫芦,具有结构紧凑,重量轻,体积小,零部件通用性强,操作方便等优点,它既可以单独安装在工字钢上,也可以配套安装在电动或手动单梁、双梁、悬臂、龙门等起重机上使用。随着我国制造行业的崛起,不同起吊速度的起重设备应用越来越广;虽然多速的起重设备很多,如单、双粱桥式起重机,在有些生产领域很不经济适用,不是结构体积庞大,一次性投资与运行成本较高,就是满足不了技术要求;急需技术经济性能价格良好的起重设备,电动葫芦在此方面具有优势,但目前电动葫芦多以为单速、双速为主,多速电动
3、葫芦极少。作为起重基地的新乡,研究开发四速电动葫芦,是很有前景的。另外,目前在河南省使用的多数是单、双或者三速电动葫芦,而四速电动葫芦更是属于空白,所以此项技术有广阔的市场前景。工程机械装备已经成为我国国民经济发展的支柱产业之一,占据世界工程机械总量第七位。工程机械发展异常迅猛,新的理念、新的技术、新的工艺不断给予工程机械新的生命力;作为企业生产不可缺少的起重机械更是如此。 我国工程机械技术以及产品引进多以德国、日本、西班牙、韩国等机械装备制造先进的国家为主,通过网上查阅以及图书资料信息的收集,目前在多速电动葫芦的研究方面,还是产品应用方面都很少。就国内而言,多速电动葫芦的研究,目前发现的资料
4、也很少,作为起重设备较大规模的大连起重设备集团以及起重基地的新乡,电动葫芦多以为单速、双速为主,均未有此方面的产品,针对市场的需求,研究开发四速电动葫芦很有必要。2 设计要求根据现有普通电动葫芦的应用情况提出要求。本次设计的四速电动葫芦机械系统技术要求:(1)普通桥式起重机可使用的四速电动葫芦。(2)四速电动葫芦最大载重为5吨,起升高度为9米。(3)四速电动葫芦的强度等级为M,工作级别为M5。(3)通过电机的变速实现在一个电机带动下输出4种速度。3 电动葫芦的设计方案电动葫芦的起升结构有电动机、减速器和卷筒组成,如图1所示图1 起升机构部件排列图1电动机2减速器3卷筒装置 4 电动葫芦起升部分
5、的设计电动葫芦起升机构包括:起升用锥形转子制动电动机、减速器、卷筒装置和吊钩装置等4个动力和传动部件。4.1 电动机的选择电动机采用锥形转子制动的电动机由电气设计人员设计。本次设计为5t四速电动葫芦,电动机的电动的额定功率为7.5kw,转速为1400r/min。4.2 钢丝绳的选择根据现在的使用情况,由机械设计手册查得钢丝绳型号选为6X37-15-1550-I-右。4.2.1 计算钢丝绳所承受的最大静拉力钢丝绳所承受的最大静拉力(即钢丝绳分支的最大静拉力)为:=24.7 4.2.2 计算钢丝绳的破段拉力 =n =150=135.8 所以钢丝绳满足要求。4.3 吊钩的选择和设计吊钩钩孔直径与起重
6、能力有一定关系:单钩: 钩身各部分尺寸间的关系如图2下所示: 图2 锻造单钩计算得:D=24 S=36 H=56 L1=175 L2=28满足设计要求。4.4 卷筒的设计卷筒的直径式卷筒集合尺寸中最关键的尺寸,直径D大小按下列公式计算: 计算的270mm4.4.1 卷筒长度的计算卷筒几何尺寸的计算: 450mm,52mm,20mm,L532mm4.4.2 卷筒厚度的计算式中-卷筒壁厚,-钢丝绳直径 所以15mm5 同轴式三级齿轮传动减速器的设计电动葫芦减速器是起升机构中传动的重要组成部分,也是本次设计的重要部分,所以单独进行计算。其传动关系如图3所示。图3同轴式三级传动减速器示意图5.1 确定
7、传动装置的总传动比和分配转动比 =81.2 = 4.09 5.2 计算各轴的转速和转矩和功率(1) 各轴转速 n=n=nm = 1400 n=n nn n=n(2)各轴输入转矩 N.MT=Td TT= T=T=TM T=N.M(3)各轴入输功率 Pd=7.5KW P=PdPd.P=P.P=PPP=P P=P P=P5.3 传动零件的设计计算5.3.1 第一轴齿轮的设计计算(1)选择齿轮材料:由3表10-1选择齿轮材料为40cr,调质和表面淬火处理或氮化4855 HRC (2)按齿面接触疲劳强度设计 取失效概率为1安全系数S111.=1253 2= =1.=1322则 (3)计算小齿轮分度圆直径
8、d1t小齿轮分度圆直径 d1t=27.60mm验算圆周速度 选择精度等级 根据圆周速度由56.4-19、6.4-20选择齿轮精度等级为7级(4)计算齿宽b及模数mnt b= (5) 计算载荷系数K 使用系数 KA=1.25动载系数KV 根据圆周速度v=2.02由2查图12-1得: KV1.12 齿间载荷分配系数 根据由2查得:=1.20 齿间载荷分配系数K K1.05+0.26(1+0.6)+0.1610-3b=1载荷系数 KKA KVK=1.251.121.201.29=2.17修正小齿轮直径 计算模数 mn=(6)按齿根弯曲疲劳强度设计 载荷载荷系数K由 K1.29 =1.27 K= KA
9、 KV=2.14齿轮的弯曲疲劳强度极 齿形系数 由当量齿数 z z 应力修正系数 重合度系数 = 螺旋角系数 查得0.98 尺寸系数 5时,取=5 =2弯曲寿命系 N1=9.35107 计算许用弯曲疲劳应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.41= 2计算大、小齿轮的并加以比较 = 小齿轮的数值较大 设计计算 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn与由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数相差不大,取标准值mn2.5,取分度圆直径d1=30.54 则 ,取 (7)几何尺寸计算计算中心距 将中心距圆整为110。按圆整后的中心距修正螺旋角 计算大、小齿轮的分度圆直径: 计算齿轮宽度:mm 圆整后取;
10、 5.3.2 第二轴齿轮的设计计算(1) 按齿面接触疲劳强度设计选择齿数取 z1=15, z2=i1z1=3.516=56确定变位系数 z1=15 z2=56 a=20 h*an=h*acos x1=0.38 x2=-0.38重合度系数Z纵向重合度 端面重合度 则 则应力循环次数 N1=60.n1.Lh=60247.=9.35107N2= KHN1=1.19 KHN2=1.15计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1安全系数S1 11380 2= =1344则 (2)计算小齿轮分度圆直径d1t小齿轮分度圆直径 d1t=45.02(3)计算载荷系数K齿间载荷分配系数 根据 =1.20齿间载荷分配系数
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