最新卷扬机传动装置三维设计与分析

卷扬机传动装置三维设计与分析

1 引言

卷扬机是一种常见的提升设备，其结构简单、操作方便、可靠性高，被广泛应用于各个行业。通常情况下卷扬机都是采用电动机作为原动机，由于电动机输出地转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，所以必须设计减速的传动装置。传动装置的种类多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器、二级齿轮减速器等等[1]。通过合理的设计传动装置，使得卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。同时通过本设计将所学过的理论知识进行综合应用，做到理论联系实际，进一步掌握传动装置的设计过程。

2 传动装置的总体设计

2.1 拟定传动方案

传动装置的设计方案一般用运动简图表示。它直观的反映了工作机、传动装置和原动机三者之间的运动和力的传递关系。

传动方案首先应满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠。此外，还应结构简单，尺寸简凑、成本低，效率高和便于使用和维护等。要同时满足上述要求，常常是困难的，因此，应根据具体的设计任务侧重地保证主要设计要求，选用比较合理的方案[2]。

本次设计任务对传动装置没有太多要求，只要其在一般工作条件和环境下能够正常工作即可，因此本设计才用展开式二级圆柱直齿轮减速器，减速器与电动机和工作机之间有联轴器联接，传动方案运动简图如图2.1所示；

图2.1 卷扬机传动装置运动简图

齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。二级齿轮减速器的传动比一般为8-40，结构简单，应用也最为广泛，而展开式的主要特点是齿轮相对于轴承不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度[3-5]。

2.2 电动机的选择

原动机的种类，无特殊要求，均选用交流电动机作为原动机。电动机为系列化产品。机械设计中仅需根据工作机的工作情况，合理选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，提出具体的电动机型号[6]。

2.2.1 选择电动的功率

所需电动机工作功率为：

式（2-1）式中：—工作机所需功率，指输入工作机轴的功率，kW。

—由电动机至工作机的总效率。

工作机所需功率由工作的工作助力和运动参数计算求得

式（2-2）或

式（2-3）

式中：F—工作机的助力，N

V—工作机的线速度，m/s

T—工作机的助力矩，

—工作机转速，r/min

总效率按下式计算：

式（2-4）其中分别为传动装置中每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）、每对轴承或每个联轴器的效率。

通过查设计手册得个部分效率为：联轴器效率；滚动轴承的效率（一对）；闭式圆柱齿轮传动效率；滚筒效率；代入公式

（2-4）得：

计算输入功率:

使电动机的额定功率，查设计手册得电动机的额定功率。

2.2.2 电动机转速的选择

为使传动装置设计合理，可以根据工作机转速要求和各传动副的合理传动比范围推算电动机转速的可选范围，即

式（2-5）式中—电动机可选转速范围，r/min;

—传动装置总传动比的合理范围；

—各级传动副传动比的合理范围；

—工作机转速，r/min。

计算滚筒工作转速：

查设计手册得二级齿轮传动比的范围为8-40

则电动机的可选转速为：

2.2.3 电动机型号的确定

根据以上计算，综合考虑电动机和传动装置的情况，最终可确定转速为

723r/min，根据所需的额定功率及转速查设计手册最终确定电动机的型号为Y160L-8，额定功率为7.5kw，转速为723r/min，额定转矩为2.0 。

2.3 计算总传动比及分配各级的传动比

2.3.1 总传动比

根据电动机满载转速和工作机转速，可得传动装置的总传动比为

2.3.2 分配各级传动比

合理分配总传动比，可以使传动装置得到较小的外轮廓尺寸或较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小齿轮动载和降低传动精度等级的要求；还可以使齿轮有较好的润滑条件。

展开式二级圆柱齿轮减速器，考虑润滑条件，应使两个大齿轮直径相近，低速级大齿轮略大些，按，这里取则

式中：为高速级传动比；为低速级传动比。

2.4 传动装置运动和动力参数计算

为进行传动件的设计技术，应将工作要求的功率或转矩推算到各轴上，分别求出各轴的转速、功率和转矩。

设—为相连两轴间的传动比；

—为相连两轴间的传动效率；

—为各轴的输入功率kw；

—为各轴的输入转矩；

—为各轴的转速r/min;

则可由电动机轴至工作机轴反向依次推算，得各轴的运动和动力参数。

2.4.1 各轴转速

式（2-6）式中—电动机满载转速r/min；—电动机轴至1轴的传动比。

电动机轴：r/min

1轴（高速轴）： r/min

2轴（中间轴）： r/min

3轴（低速轴）： r/min

4轴（滚筒轴）： r/min

2.4.2 各轴功率

式（2-7）式中—电动机的实际输出功率kw；

—电动机轴与1轴间的传动效率。

电动机轴：

1轴（高速轴）：

2轴（中间轴）：

3轴（低速轴）：

4轴（滚筒轴）：

2.4.3 各轴转矩

式（2-8）其中电动机轴的输出转矩为

式（2-9）

电动机轴：

1轴（高速轴）：

2轴（中间轴）：

3轴（低速轴）：

4轴（滚筒轴）：

2.4.4 制作参数表

将上述计算结果列入表中，供以后设计计算使用

表2.1 传动装置的运动和动力参数表

轴功率P（kw）转矩T() 转速n(r/min) 电动机轴 6.12 80.84 723

1轴（高速轴） 6.06 80.03 723

2轴（中间轴） 5.76 525.38 104.69

3轴（低速轴） 5.48 2463.67 21.22

4轴（滚筒轴） 5.32 2390.25 21.22

3 直齿圆柱齿轮设计计算