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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,機械產(chǎn)品綜合課程設(shè)計,電動葫蘆設(shè)計,一、概述,電動葫蘆是一種起重機械設(shè)備，它可安裝在鋼軌上，亦可配在某些起重機械上使用,(,如電動單梁橋式起重機、龍門起重機、搖臂起重機等,),。由于它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和操作方便等優(yōu)點，因此是廠礦、碼頭、倉庫等常用的起重設(shè)備之一。,電動葫蘆以起重量為,0.5,5t,、起重高度為,30m,以下者居多。如圖,4-1,所示的電動葫蘆主要由,電動機,(,帶制動器,),、,減速器,、,鋼絲繩及卷筒,、導(dǎo)繩器、吊鉤及滑輪、行車機構(gòu)和操縱按鈕等組成。,1-,減速器；,2-,行車

2、機構(gòu)；,3-,電動機；,4-,導(dǎo)繩器；,5-,鋼絲繩及卷筒；,6-,操縱按鈕；,7-,吊鉤及滑輪,電動葫蘆起升機構(gòu)如圖,4-2,所示。它由電動機通過聯(lián)軸器直接帶動齒輪減速器的輸入軸，通過齒輪減速器末級大齒輪帶動輸出軸,(,空心軸,),，驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動，從而使吊鉤起升或下降，其傳動系統(tǒng)如,圖,4-3,所示。,圖,4-2,電動葫蘆起升機構(gòu)示意圖,1-,減速器，,2-,輸出軸，,3-,輸入軸，,4-,聯(lián)軸器，,5-,電動機，,6-,制動器；,7-,彈簧，,8-,鋼絲繩：,9-,卷筒,圖,4-3,電動葫蘆起升機構(gòu)傳動系統(tǒng),減速器部件,鋼絲繩及卷筒部件,圖,4-4,為齒輪減速器的裝配圖。減速器的輸入軸,I

3、,和中間軸,、,均為齒輪軸，輸出軸,是空心軸，末級大齒輪和卷筒通過花鍵和軸相聯(lián)。為了盡可能減小該軸左端軸承的徑向尺寸，一般采用滾針軸承作支承。,圖,4-4,齒輪減速器的裝配圖,1-,齒輪,(B),；,2-,中間軸,(),，,3,一端蓋板；,4,一滾針軸承；,5-,通氣孔；,6-,箱座；,7-,箱蓋；,8-,齒輪,(F),；,19-,球軸承，,10-,擋圈；,11-,輸出軸,(),：,12-,輸入軸,(),；,13-,卷筒,圖,4-4,齒輪減速器的裝配圖,17-,套筒；,18-,中間軸,(),；,19-,齒輪,(D),圖,4-4,齒輪減速器的裝配圖,二、設(shè)計計算,設(shè)計電動葫蘆齒輪減速器，一般已知

4、條件為：,起重量,Q(t),、起升速度,v(m,min),、起升高度,H(m),、電動葫蘆工作類型及工作環(huán)境等。,對起重機械，按其載荷特性和工作忙閑程度，一般分為輕級、中級、重級和特重級。對電動葫蘆一般取為,中級,，其相應(yīng)負(fù)荷持續(xù)率,JC,值為,25,。部分電動葫蘆及其減速器主要參數(shù)見表,4-1,和表,4-2,。,表,4-1,電動葫蘆主要參數(shù),型號規(guī)格,HCD-0.5,HCD-1,HCD-2,HCD-3,HCD-5,HCD-10,起重量,(t),0.5,1,2,3,5,10,起升高度,(m),6,，,9,，,12,6,，,9,，,12,，,18,，,24,，,30,9,12,18,24,30,

5、起、升速度,(m,min),8,8,8,8,8,7,運行速度,(m,min),20,20,20,20,20,20,鋼絲繩,直徑,(mm),4.8,7.4,11,13,15.5,15.5,規(guī)格,6,37(GB1102-74),電源,三相交流,380V 50Hz,工作類型,中級,JC25,起重電機,功率,(kW),0.8,1.5,3.0,4.5,7.5,13,轉(zhuǎn)速,(r,min),1380,1380,1380,1380,1380,1400,運行電機,功率,(kW),0.2,0.2,0.4,0.4,0.8,0.8,2,轉(zhuǎn)速,(r,min),1380,1380,1380,1380,1380,1380,

6、表,4-2,電動葫蘆減速器齒輪主要參數(shù),注：表中所有齒輪壓力角,n,=20,，螺旋角,=8,0634,。,電動葫蘆齒輪減速器的設(shè)計內(nèi)容包括：,1,、擬訂傳動方案，,2,、選擇電動機及進行運動和動力計算，,3,、減速器主要零件，包括齒輪、軸、軸承和花鍵聯(lián)接等的工作能力計算。,也可根據(jù)現(xiàn)有資料,(,表,4-l,、表,4-2),采用類比法選用合適的參數(shù)進行校核計算。,式中,Q”,總起重量，,N,；,Q,起重量,(,公稱重量,),，,N,；,Q,吊具重量，,N,，一般取,Q=0.02Q,；,m,滑輪組倍率。對單聯(lián)滑輪組，倍率等于支承重量,Q,的鋼絲繩分支數(shù)，如圖,4-3,結(jié)構(gòu)所示，,m,2,；,7,滑

7、輪組效率，,7,0.98,0.99,。,鋼絲繩的破斷拉力,(,一,),確定鋼絲繩及卷筒直徑，選擇電動機,1,選擇鋼絲繩,根據(jù)圖,4-3,，鋼絲繩的靜拉力,Q”,Q+Q,式中,n,許用安全系數(shù)。對工作類型為中級的電動葫蘆，,n,5.5,；,根據(jù)工作條件及鋼絲繩的破斷拉力,Q,S,，即可由有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或手冊選取鋼絲繩直徑,d,。,也可根據(jù)起重量,Q,按表,4-1,選定鋼絲繩直徑，必要時加以校核。,2,計算卷筒直徑和轉(zhuǎn)速,如圖,4-5,所示，卷筒計算直徑,D,0,ed,D+d mm,(4-4),D,(e-1)d mm,(4-5),式中,d,鋼絲繩直徑，,mm,；,e,直徑比，,e,D,0,d,，對電動葫

8、蘆，取,e,20,；,D,卷筒最小直徑,(,槽底直徑,),，,mm,，,求出卷筒計算直徑,D,0,后，應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。卷筒的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列為：,300,，,400,，,500,，,600,，,700,，,800,，,900,，,，單位為,mm,。,卷筒轉(zhuǎn)速,(4-6),這里,v,為起升速度,(m,min),，其余符號含義同前。,圖,4-5,卷筒直徑,3,選擇起重電動機,式中,Q,“,總起重量,N,；,v,起升速度，,m,min,；,0,起升機構(gòu)總效率；,7,滑輪組效率，一般,7,0.98,0.99,；,5,卷筒效率，,5,0.98,；,1,齒輪減速器效率，可取為,0.90,0.92,。,為保證

9、電動機的使用性能，并滿足起重機的工作要求，應(yīng)選擇相應(yīng)于電動葫蘆工作類型,(JC,值,),的電動機，其功率的計算公式為：,式中,K,e,起升機構(gòu)按靜功率初選電動機時的系數(shù)，對輕級起重機為,0.70,0.80,，中級為,0.80,0.90,，重級為,0.90,l,，特重級為,1.1,1.2,。,起重電動機的靜功率,根據(jù)功率,Pjc,從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),(,表,4-3),選取與工作類型相吻合的電動機，并從中查出所選電動機相應(yīng)的功率和轉(zhuǎn)速。也可根據(jù)起重量按表,4-1,選取，然后按靜功率進行校核計算。,表,4-3,錐形轉(zhuǎn)子異步電動機,(ZD,型,),注：引自,機械產(chǎn)品目錄,),第,19,冊，機械工業(yè)出版社，,1

10、985,年。,電機尺寸見附錄表,(,二,),計算減速器的載荷和作用力,1,計算減速器的載荷,工作時，由于電動葫蘆提升機構(gòu)齒輪減速器承受不穩(wěn)定循環(huán)變載荷，因此在對零件進行疲勞強度計算時，如果缺乏有關(guān)工作載荷記錄的統(tǒng)計資料，對工作載荷類型為中級的電動葫蘆，可以圖,4-6,所示的典型載荷圖作為計算依據(jù)。,零件在使用壽命以內(nèi)，實際總工作時數(shù),式中,L,使用壽命,(,年,),，齒輪壽命定為,10,年，滾動軸承壽命為,5,年；,t,0,每年工作小時數(shù),h,，,t,0,2000h,；,JC,機構(gòu)工作類型，對電動葫蘆可取,JC,值為,25,。,故此，電動葫蘆減速器中齒輪的使用壽命可按,5000h,計算，滾動軸

11、承按,2500h,計算。,圖,4-6,電動葫蘆載荷圖,(,工作類型：中級,),Q,l,額定載荷；,t,周期,20%,時間為滿載荷,電動葫蘆起升機構(gòu)載荷有如下特點：,(1),重物起升或下降時，在驅(qū)動機構(gòu)中由鋼絲繩拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向不變，即,轉(zhuǎn)矩為單向,作用；,(2),由于懸掛系統(tǒng)中的鋼絲繩具有撓性，因重物慣性而產(chǎn)生的,附加轉(zhuǎn)矩對機構(gòu)影響不大,(,一般不超過靜力矩的,10,),，故由此而產(chǎn)生的外部附加動載荷在進行機械零件強度計算時，可由選定工作狀況系數(shù),K,?；蛟S用應(yīng)力來考慮。,(3),機構(gòu)的起升加速時間和制動減速時間相對于恒速穩(wěn)定工作時間是短暫的，因此在進行零件疲勞強度計算時可不考慮。但由此而產(chǎn)

12、生的,短時過載，則應(yīng)對零件進行靜強度校核計算,。,電動機軸上的最大轉(zhuǎn)矩,T,max,為計算依據(jù)。電動機軸上的最大轉(zhuǎn)矩,式中：,過載系數(shù)，是電動機最大轉(zhuǎn)矩與,JC,值為,25,時電動機額定轉(zhuǎn)矩之比，對電動葫蘆，可取,3.1,；,P,jc,JC,值為,25,時電動機的額定功率，,kW,；,n,jc,JC,值為,25,時電動機轉(zhuǎn)速，,r,min,。,2,分析作用力,為使結(jié)構(gòu)緊湊，電動葫蘆齒輪減速器的幾根軸一般不采用平面展開式布置，而是采用如圖,4-7,所示的、軸心為三角形頂點的布置形式。圖中,O,(),、,O,、,O,分別為軸,I(),、,、,的軸心，因而各軸作用力分析比較復(fù)雜。,當(dāng)各級齒輪中心距,

13、a,AB,、,a,CD,和,a,EF,確定后，即可根據(jù)余弦定理，由下式求得中心線間的夾角，即,圖,4-7,減速器齒輪的布置,圖,4-8,所示為減速器齒輪和軸的作用力分析。其中齒輪圓周力,Ft,徑向力,Fr,和軸向力,Fa,。均可由有關(guān)計算公式求得。,如圖,4-8b,所示，輸出軸,為空心軸，它被支承在軸承,a,、,b,上。輸入軸,穿過軸,的軸孔，其一端支承在軸孔中的軸承,d,上，另一端支承在軸承,c,上。作用于輸出軸,上的力有：,(1),齒輪,F,上的圓周力,F,tF,、徑向力,F,rF,和軸向力,F,aF,；,(2),對于圖示的單滑輪，卷筒作用于輸出軸上的力為,R,，當(dāng)重物移至卷筒靠近齒輪,F

14、,一側(cè)的極端位置時，,R,達(dá)到最大值：,(3),在軸承,d,處輸入軸,作用于輸出軸,的徑向力,R,dm,和,R,dn,(,圖,4-9),。,圖,4-9,力的坐標(biāo)變換,d,a,b,c,圖,4-8,減速器齒輪和軸的作用力,(a),齒輪作用力,(b),軸,和軸,的作用力,R,a,b,c,d,由于,(1),、,(2),中所述的作用力,F,tF,、,F,rF,、,F,aF,和,R,都位于同一平面或互相垂直的平面內(nèi)，且在,xdy,坐標(biāo)系中,(,圖,4-9),。而,(3),中所述的力,R,dm,和,R,dn,分布在,mdn,坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)，兩坐標(biāo)系間的夾角,1,。因此計算在軸承,d,處軸,對軸,的作用力時，必須

15、把,mdn,坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的支反力,R,dm,和,R,dn,換算為,xdy,坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的支反力，其方法如下：,圖,4-9,力的坐標(biāo)變換,式中的,R,dm,和,R,dn,應(yīng)代入相應(yīng)的正負(fù)號。,這樣，,R,dx,和,R,dy,就與齒輪,F,上的作用力及重物對輸出軸,的作用力處在同一坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)。這就可以在,xdy,坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)進行力的分析和計算。,軸,和軸,的作用力分析可按上述方法參照進行。,解：,(,一,),擬訂傳動方案，選擇電動機及計算運動和動力參數(shù),1,擬訂傳動方案,采用圖,4-l,所示傳動方案，為了減小齒輪減速器結(jié)構(gòu)尺寸和重量，應(yīng)用斜齒圓柱齒輪傳動。,2,選擇電動機,按式,(4-2),、式,(4-

16、7),和式,(4-8),，起升機構(gòu)靜功率,三、實例,例題,4-1,根據(jù)下列條件設(shè)計電動葫蘆起升機構(gòu)的齒輪減速器。已知：額定起重量,Q,5t,，起升高度,H,6m,，起升速度,v,8m,min,，工作類型為中級：,JC,25,，電動葫蘆用于機械加工車間，交流電源,(380V),。,而總起重量,Q,”,=Q+Q,=50000+0.2,50000=51000N,起升機構(gòu)總效率,0,=,7,5,1,=0.98,0.98,0.90=0.864,故此電動機靜功率,按式,(4-9),，并取系數(shù),K,e,0.90,，故相應(yīng)于,JC,25,的電動機,按表,4-3,選,ZD141-4,型錐形轉(zhuǎn)子電動機，功率,Pjc,7.5 kW,，轉(zhuǎn)速,njc,1400r,min,。,3,選擇鋼絲繩,按式,(4-1),。鋼絲繩的靜拉力,按式,(4-3),，鋼絲繩的破斷拉力,按標(biāo)準(zhǔn)選用,6,37,鋼絲繩，其直徑,d,15.5mm,，斷面面積,d,89.49mm2,，公稱抗拉強度,2000MPa,，破斷拉力,Qs,178500N,。,4,計算卷簡直徑,按式,(4-4),，卷筒計算直徑,D,0,ed,2015.5,310 mm