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卷扬机行星齿轮减速器设计规格型号外层钢丝绳静张力(KN)容绳量(m)钢丝绳传动比电动机参考重量(kN)外形尺寸(mm)外层速度(m/s)绳径(mm)型号功率(kW)转速(r/min)JD-25254001.462042.24YBJ-4040148028.151794×2620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行星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×1615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。第一章方案评述绞车有手动、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，采用行星齿轮传动，传动简图如下：第二章计算参数的确定第一节电动机的选择一、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=10KN,绳速v=26m/min=0.43m/s(按满载时算)。由电动机到滚筒的传动总效率为：其中、、分别为轴承、齿轮传动和滚筒的传动效率，由［４］P3选=0.91（脂润滑，均按球轴承计算）,=0.93（8级精度的一般齿轮传动，脂润滑）,=0.96，则,选额定功率=15kW(――连续工作制)。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圆柱齿轮减速传动，再经行星轮传动（在满载时，制动器A放松，B制动）,故总传动比的合理范围是：=（2～6）×(2～6)×(3～9)=27～324滚筒轴的工作转速为（粗取滚筒直径为250mm）：n=r/min则电动机转速的可选范围是：=(27～324)×32.8=885～10627r/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)YB160M2-215293088.2149YB160L-415146088.5166YB180L-61597089.5215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AABBCEHNPHDADACL尺寸254330254108110350275325530240325695第二节传动比的确定和分配计算和说明计算结果一、计算总传动比电动机满载转速=1460r/min,总传动比：二、分配传动装置的传动比其中、、分别为两对齿轮、行星轮的传动比。初步取==2.24,则行星轮的传动比为：==1460r/min=8.869第三节传动装置的运动和动力参数计算一、轴转速计算Ⅰ轴：==1460r/minⅡ轴：r/minⅢ轴：r/min滚筒：n=r/min二、功率计算(一)各轴输入功率I轴：=Ⅱ轴：Ⅲ轴：滚筒：P=(二)各轴输出功率Ⅰ轴：=Ⅱ轴：Ⅲ轴：滚筒：=三、转矩计算（一）各轴输入转矩电机输出转矩：N•mⅠ轴：=N•mⅡ轴：N•mⅢ轴:N•m滚筒：T=N•m(二)各轴输出转矩Ⅰ轴：=N•mⅡ轴：N•mⅢ轴：N•m滚筒：=N•m=1460r/minr/minr/minn=32.80r/min=13.65kWP=8.274kW==N•m=N•mN•mN•mT=2646.72N•m=N•mN•mN•m=N•m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输入输出输入输出电动机1598.1214601η1=0.91Ⅰ轴13.6512.4289.2981.2514602.24η1=0.91η2=0.93Ⅱ轴11.5510.51186.01169.27651.792.24η1=0.91η2=0.93Ⅲ轴9.788.90352.62320.88290.988.871η1=0.91η3=0.96滚筒8.277.942646.722540.8532.80第三章传动零件的设计第一节行星齿轮传动的设计一、配齿及其校核(一)配齿1．行星轮传动比为：⒉知该行星轮负载工作时，为NGW型行星齿轮传动，有[2]P198表10-4，修正配齿为：=18，=60，=138（二）校核1.校核装配条件：有[2]表10-3，选行星轮数目K=3，则：(为整数)，满足条件。2.校核同心条件：（138-18）=60=，满足。3.校核邻接条件：（取标准值），满足条件。4.校核滚筒转速：实际传动比滚筒实际转速r/min滚筒转速的相对差值0.6%5%,满足要求。二、外啮合齿轮传动的设计（一）设计计算1.选材料中心轮a材料采用20CrMnTi,由[1]P211，表面淬火（承受中等冲击载荷），齿面硬度48-54HRC，行星齿轮c采用20Cr，表面淬火，硬度45-50HRC，传动采用8级精度。计算和说明计算结果2.按接触强度设计初算中心轮a的分度圆直径,式中：k－载荷系数，初取k＝1.25T1－小齿轮转矩，k＝1.25N•mmT1=N•mm(没有均载机构，取载荷不均匀系数kc＝1.6)Фd－齿宽系数，取Фd＝0.55（硬齿面，非对称布置）ZH－节点区域系数，由〔1〕P222图12.16，取ZH＝2.5u－齿数比，u=，ZE－弹性系数，ZE＝189.8[]－许用接触应力，[]＝，由[5]P339有：＝12HRC+550=12×(48～54)＋550＝1126～1198N/中心轮a应力循环次数：＝1.046×行星轮c的应力循环次数：，由＝77.451r/min60×77.451×15×300×5=1.046×寿命系数＝1（〔1〕P38，N）,安全系数S=1.25(较高可靠度),则：[]＝＝42.74～41.00mm齿轮模数：mmm,取m=4mm中心轮a分度圆直径：行星轮c分度圆直径：TaN•mmkc＝1.6T1=N•mmФd＝0.55ZH＝2.5u=3.33ZE＝189.81.046×1.046×[]＝m=4mm行星轮c齿宽：，取中心轮a齿宽：（二）校核计算1.按接触疲劳强度校核，式中,由[1]P215表12.9，使用情况系数，由[1]P216图12.9,动载荷系数/b=1.25×1323/40=41.32N/mm100N/mm齿间载荷分配系数,（[1]P217表12.10）齿向载荷分布系数（[1]P218表12.11，非对称布置，Фd＝0.55，b=40mm,8级精度）b/h=40/(4×2.25)=4.44,([1]P219图12.14)＝1.25×1.06×1.0×1.34=1.78=1.25×1.06×1.0×1.17=1.55[],安全.2.按弯曲疲劳强度校核[],式中k==1.55由[1]P229-230图12.21、12.22查的：＝2.9，＝2.28，＝1.52，＝1.74＝2.9＝2.28＝1.52＝1.74[]＝，由1.046×，1.046×得寿命系数＝1，＝0.89（[1]P38式3.2）由[5]P339有＝2.346HRC+605.628＝2.346×(48～54)＋605.628＝718.3～732.3N/同上＝711.2～723N/安全系数S=1.60(较高可靠度，[1]P225表12.14)[]＝[]＝[],安全。1.046×，1.046×＝1＝0.89＝718.3～732.3N/＝711.2～723N/[]＝448.9～457.5N/m┫[]=395.4～402.2N/m┫三、内啮合齿轮传动的设计（一）确定材料及其相关参数选内齿轮齿宽mm，选用ZG35,调质处理，硬度HB200～250。（二）校核计算1.按接触疲劳强度校核接触，k=,由[1]P215表12.9，使用情况系数＝1.25由[1]P216图12.9,动载荷系数＝1.5（圆周速度v=1.93m/s）u=，/b=1.25×1323/38=43.5N/mm100N/mm齿间载荷分配系数＝1.0，＝1.0（[1]P217表12.10）齿向载荷分布系数＝1.34（[1]P218表12.11）b/h=38/(4×2.25)=4.2,=1.15([1]P219图12.14)＝1.25×1.5×1.0×1.34=2.51=1.25×1.5×1.0×1.15=2.16[]＝，由[5]P339有：＝0.974HBS+140.5=0.974×(200～250)＋140.5＝335.3～384N/寿命系数＝1（〔1〕P38，N）,安全系数S=1.25(较高可靠度),则：[]＝[],安全2.按弯曲疲劳强度校核[],式中k==2.16由[1]P229-230图12.21、12.22查的：＝2.23，＝2.14，＝1.71，＝1.77[]＝，由[5]P339有＝0.5HBS+175＝0.5×(200～250)+175＝275～300N/寿命系数＝1,安全系数S=1.60(较高可靠度，[1]P225表12.14)[]＝[],安全＝1.25u=＝1.0＝1.0＝1.34=1.15＝2.51=2.16＝335.3～384N/＝1S=1.25k==2.16＝2.23＝2.14＝1.71＝1.77[]=172～187.5N/m┫四、效率计算行星齿轮传动的啮合效率式中