卷扬机传动装置设计 精品

目录
1.前言
2.设计任务书
3.确定传动方案
4.选择电机型号
5.设计传动装置
6.选择联轴器
7.箱体的设计
8.制动器的选择
9.减速箱的润滑
10.参考文献
1. 前言
卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合并架，滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备的作用。

由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低对作业环境适应能力强等特点，被广泛应用。

卷扬机是一种常见的提升设备，其主要是用电动机作为原动机。

由于电动机输出的转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，故必须设计减速的传动装置。

传动装置的设计有多种多样，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。

通过合理的设计传动装置，使的卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。

2. 设计任务书
2．1.设计要求
2.1.1工作条件
用于建筑工地提升物料，空载启动，连续运转，三班制工作，工作平稳。

2.1.2使用期限
工作期限为十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小时，检修期间隔为三年
2.1.3产批量及加工条件
小批量生产，无铸钢设备。

2.1.4动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳
2
2.1.6设计数据
2.2 设计任务
1）确定传动方案；
2）选择电动机型号；
3）设计传动装置；
4）选择联轴器；
3 确定传动方案
3.1 传动方案
传动方案一般用机构见图表示。

它反映运动和动力传递路线和各部件的组成和连接关系。

合理的窗洞方案首先要满足机器的功能要求，例如传递功率的大小，转速和运动形式。

此外还要适应工作条件（工作环境、场地、工作制度等），满足工作可靠。

结构简单、尺寸紧凑、传动效率高、使用维护便利、经济性合理等要求、要同时满足这些要求是很困难的，因此要通过分析比较多种方案，来选择能保证重点要求的传动方案。

（参考机械设计课程设计手册）
3.1.3确定传动方案：
传动方案的选择主要考虑 1）在电动机与减速器是用联轴器连接还是用带连接； 2）减速器是选择一级还是二级。

电动机与减速器是用联轴器连接还是用带连接主要取决是传动装置的总的传动比，若总的传动比大于等于40，则选择带连接，小于40，则选择联轴器。

减速器是选择一级还是二级这主要取决于减速器的传动比，若减速器的传动比大于等于8，则选用二级减速器；小于8，则选择一级减速器。

4.确定电机型号
4.1电机的选择
4.1．1传动装置的总效率
542
342
1ηηηηηη= 查表得各部分效率为：V 带传动效率为96.01=η，滚动轴承效率（一对）99.02=η，闭式齿轮传动效率为97.03=η，联轴器效率为99.04=η，传动滚筒效率为96.05=η
得η=0.825
4.1.2工作机所需的输入功率
η
w
d P P =
，其中1000)(FV
kw P W =
式中：P d ----工作机实际需要的电动机输出功率，KW ； P w ----工作机所需输入功率，KW ；
η--------电动机至工作机之间传动装置的总效率。

所以=⨯⨯⨯=
1000
825.03
.0100012d P 4.4kw 使电动机的额定功率P ed ＝（1～1.3）P d ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 5.5KW 。

4.1.3确定电动机转速
计算滚筒工作转速min /20.12470
3
.0100060100060r D V n w =⨯⨯⨯=⨯⨯=
ππ：
由推荐的传动比合理范围，v 带轮的传动比范围：＜=7，二级圆柱齿轮减速器的传
动比一般范围：8～40。

（由机械设计课程设计手册 表1-8得）则总传动比的范围为，
160~16'=i
故电机的可选转速为：min /2.1293~2.19520.12)160~16(''
r n i n w d
=⨯== 4.1.4确定电动机型号
电动机通常多选用同步转速有750r/min ，1000r/min ，1500r/min ，3000r/min ，
综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000r/min ，根据所需的额定功率及同步转速查表（机械设计课程设计手册表12-1）确定电动机的型号为Y132M2-6，满载转速 960r/min 。

其主要性能：额定功率：5.5KW ，满载转速960r/min ，额定转矩2.0，质量84kg （机械设计课程设计手册表12-1）。

5.设计传动装置
5.1 计算总传动比和及分配各级的传动比
5.1.1传动装置的总传动比要求应为 I=n m /n w
式中：n m ---电动机满载转速
总传动比：i a =960/12.20=78.69
5.1.2分配各级传动比
查资料，取V 带的传动比30=i ，则减速器的传动比i 为
i=
23.263
69.780==i i a 取两级援助齿轮减速器高速级的传动比
1 6.060i ==
则低速级的传动比为
2126.23 4.336.060i i i =
==
由上知此传动装置的总的传动比等于78.69大于40，所以在电动机与
减速器之间选用带连接。

减速器的传动比等于26.23大于8，因此选用二级减速器。

即传动方案大概如下：
5.2传动装置的运动和动力参数
电动机轴
KW P P d 4.40==
min /9600r n n m == 0 4.4
9550
43.77960
T N m N m =•=• Ⅰ轴（高速轴）
KW P P 224.496.04.4101=⨯==η
01011
11960320/min 3
4.2249550
9550126.06320
n n r i P T N m n =
====⨯=•
Ⅱ轴（中间轴）
21231212222 4.2240.990.97 4.06320
52.81/min 6.060
4.069550
9550734.2052.81
P P KW n n r i P T N m n ηη=⨯⨯=⨯⨯==
====⨯=•
Ⅲ轴（低速轴）
32232323333 4.060.990.97 3.9052.8112.20/min 4.33
3.909550
95503052.8712.20
P P KW n n r i P T N m n ηη=⨯⨯=⨯⨯==
====⨯=•
Ⅳ轴（滚筒轴）
432343444 3.900.990.99 3.8212.20/min 3.829550
95502990.2512.20
P P KW n n r P T N m n ηη=⨯⨯=⨯⨯=====⨯=•
运动和动力参数的计算数值整理列表如下
5.3齿轮的设计
5.3.1高速级齿轮传动的设计计算
①材料：高速级小齿轮选用45#钢调质，齿面硬度为241.5HBS 。

高速级大齿轮选用45#钢正火，齿面硬度为186.5HBS 。

查课本第171页表11-5得 1.1H S =, 1.25F S =。

②查课本（机械设计基础，第五版）第166页表11-1得：
lim1585H MPa σ=，lim2375H MPa σ=
1445FE MPa =σ
，2310FE MPa σ=
故 lim1
1585
[]5321.1
H H H
MPa S σσ=
== lim22375
[]3411.1
H H H MPa S σσ=
== 1
1445[]3561.25
FE FE F
MPa S σσ=
== 22310
[]2481.25
FE FE F MPa S σσ=
== ③按齿面接触强度设计：
8级精度制造，查课本（机械设计基础 第五版）第169页表11-3得：均匀载荷，载荷系数K=1.2（有轻度振动） 取齿宽系数：0.7
d φ=
对于高速级齿轮1126060.T N mm = 1=6.060i 查表课本(机械设计基础 第五版 ) 171 （11-4）188E Z =, 2.5H Z =
计算中心距：由课本(机械设计基础 第五版 )171页式11-3得：
198.53d mm
≥=
≈
动力传动齿轮m 可以取2.5,3,4等。

1121()
2a m Z Z =+ ，
21Z
i Z = 取m ＝2.5时，132Z =， 2194Z =. 返算： 6.06i =
分度圆直径：11 2.53280d mz mm ==⨯=,22 2.5194485d mz mm ==⨯=
中心距
a=
d1+d22
=283
齿宽：10.798.5368.97d b d mm φ==⨯= 可取270b mm = ， 175b mm = 高速级小齿轮：175b mm =， 132Z =
高速级大齿轮：270b mm =，
2194Z =
查课本（机械设计基础 第五版）：
132Z =，1
2.55Fa Y =（表11-8）, 1 1.64sa Y =（表11-9）
222194, 2.19118, 1.8119Fa Sa Z Y Y ==-=-（表）（表）
按齿宽56b mm =计算强度：
111
1122122 1.2126060 2.25 1.6499.7[]56 2.532Fa Sa F F KTY Y MPa bm Z σσ⨯⨯⨯⨯=
==<⨯⨯
12F21
221 2.58 1.8
99.7128.9[]2.19 1.64
Fa Sa F FE Fa Sa Y Y MPa MPa Y Y σσσ⨯⨯==⨯=<⨯⨯
第一对齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度满足要求。

5.3.2、低速级大小齿轮的设计：
对于低速级齿轮，2 4.33i =，2734200.T N mm =，252.81/min n r =
③按齿面接触强度设计：8级精度制造，查课本（机械设计基础 第五版）
第169页表11-3得：载荷系数 1.2K =，取齿宽系数0.7d φ= 计算中心距： 由课本第171页式11-3得： 查表课本（机械设计基础 第五版）171 （11-4）188E Z =, 2.5H Z =
1180.56d mm
≥=≈ m 可以取2.5,3,4等。

2121
()
2a m Z Z =+
2
21
Z i Z =
当取m=4取时，130Z =, 则 Z 2=130
i=4.33。

分度圆直径：'11430120d mz mm ==⨯=, '224130520d mz mm ==⨯=
中心距
a=
d1+d22
=320
齿宽: '110.7180126d b d mm φ==⨯= 则可取 2125b mm =,1130b mm =
④验算轮齿弯曲强度：查课本表11-8，11-9得：
130Z =，1 2.55Fa Y =，1 1.63sa Y =
222130, 2.21, 1.77Fa Sa Z Y Y ===
按最小齿宽2125b mm =
2111122122 1.2734200 2.55 1.63
139.51[]125430
Fa Sa F FE KT Y Y MPa bm Z σσ⨯⨯⨯⨯=
==<⨯⨯
12F2
1221 2.55 1.77139.51174.80[]2.21 1.63
Fa Sa F FE Fa Sa Y Y MPa MPa Y Y σσσ⨯⨯==⨯=<⨯⨯
第二对齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根的弯曲疲劳强度满足要求。

5.4
V 带设计
5.4．1带的型号和根数确实
确定计算功率Pc 。

由表13-8（机械设计基础，第五版）查得工作情况系数2..1=A K ;
故KW P K Pc A 28.54.42.1=⨯==
5.4.2选取v 带带型。

根据 P c =5.28KW n m =960 r/min
由图13-5(机械设计基础，第五版)选用A 型。

确定带轮的基本直径1d d 并验算带速v 。

5.4.3初选小带轮的基准直径1d d 。

由表13-9(机械设计基础，第五版)，取小
带轮的基准直径mm d d 1501=；
验算带速v
s m n d v d /5.71000
60960
15014.31000
601
1=⨯⨯⨯=
⨯=
π；因为5m/s<v<30m/s,故带速合适；计
算带轮的基准直径；根据式8-15a ，计算大带轮的基准直径
mm id d d d 450150312=⨯==；根据表13-9取450mm.
确定v 带的中心距和基准长度d L
根据式 ()()
d d a d d d d d d 2102127.0+≤≤+
12004200≤≤a 取a 0=700mm ，初定中心距mm a 7000=。

由式13-2(机械设计基础，第五版)计算V 带所需的基准长度
()()()mm a d d d d a L d d d d 14.2374700
4150450450150214
.370024)(2
22
2
122
100=⨯-+++⨯=-+
++
≈π
由表13-2(机械设计基础，第五版)选带的基准长度2500mm 。

按式13-16(机械设计基础，第五版)计算实际中心距a 。

mm L L a a d d 7632
14
.23742500700200≈-+=-+
≈； 由式 (a-0.015L d )～(a+0.03L a ) 得（机械设计基础，第五版） mm mm a L a d 838)250003.0763(03.0max =⨯+=+=
mm mm a L a d 5.725)2500015.0763(015.0min =⨯-=-=得中心距的变化范围为725.5-838mm 。

验算小带轮上的包角
()()0000
0120
11205.157763
3.571504501803.57180≥≈--=--≈a d d d d α。

5.4.4计算带的根数z
计算单个v 带的额定功率r P 。

由m in /960n 15011r mm d d ==和，查表13-3（机械设计基础，第五版）得KW P 78.10=。

由式（13-9）得传动比
i=d 2/d 1(1-﹠)=450/150×（1-0.02）=2.94
根据)机械设械设计基础5(-1394.2m in,/9601型带，查表和A i r n ==
得
KW P 11.00=∆
由a 1=157.5○查表13-7(机械设计基础，第五版)得94.0=αK ，表13-2(机械设计基础，第五版)得09.1=L K ，于是
V 带的根数
Z=
Pc
L
K K P P ••∆+α)(0 =
5.28
(1.78+0.11)×0.94×1.09
=2.73 圆整为3。

5.4.5 计算单根v 带初拉力的最小值()min 0F
由表13-1(机械设计基础，第五版)得A 型带的单位长度质量q=0.1Kg/m,所以
()()()N qv zv
K P K F c 87.1875.71.05
.7394.028.594.05.25005.250022min 0=⨯+⨯⨯⨯-=+-=αα
应使带的初拉力min 00)(F F >
5．4.6作用在轴上的压力p F
压
轴
力
的
最
小
值
为
N
F z F p 90.147225.157sin 87.187422sin )(2)(1
min 0min
=⨯⨯⨯==ο
α
轴的设计
低速轴的设计：由上知P 3=3.90KW 3n =12.20r/min
3T =3052.87N ．m
初步估算轴的最小直径。

选取轴的材料为45刚,调质处理，根据课本第245页式
14-2,取[]35Mpa τ=，C=113，得
:min 11075.21d mm === 联轴器配合的轴段长()1 1.52L d =:取L 1=132mm 1）进行轴的结构设计：
低速轴第一段轴颈配联轴器，取d 1=76mm ，L 1=132mm ，d 2=84mm,查手L 2=40mm;d 3段装配轴承且d 3.>d 2,所以查手册62页表6-1取d 3=90mm,选用6018轴承，L 3=40mm;第四段主要是定位轴承，取d 4=98mm,L 4由箱体确定取66mm;L 5段为轴间，用于定位齿轮，区d 5=108mm,轴长L 5取14mm;第六段轴为装 齿轮，取d 6=100mm ，取l 6=128mm:第七段与第三段一样装轴承，去d 7=90mm,L 7=40mm.
2）求作用在轴上的作用力：
且已知低速级大齿轮的分度圆直径为 2d =520 mm
齿轮作用在轴上的水平力即周向力： ，F t ==232d T 323052.87
11741.8152010
N -⨯=⨯ 齿轮作用在轴上的铅垂力即径向力：
F r = F t tan 11741.81tan 204273.67N οα=⨯=
由于齿轮和联轴器都对轴有作用力而产生弯矩，故将两者弯矩分别求得再进行合成。

轴的强度校核
在垂直面上
121211741.812 5.872
11741.815870 5.87215
/2 5.876312
NH NH t NH H NH la
Ft F KN l a F F F KN M F l N m N m a •
=
===-=-===⨯
⋅=⋅左侧右侧弯矩
在水平面上有
1224273.67143.51472.90260
22
0.356288
4.2740,356 3.918/2 3.918143.5421NH NH H NH l d F Fp r F KN
l F F KN
r M F l N m N m a ⨯-⨯
⨯-⨯=
=
===-===⨯⋅=•左侧右侧弯矩 总弯矩
758M N m ===⋅ 扭矩
411741.810.090
52822
t F d T N m ⨯=
==⋅ 进行校核时候，通常只是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度根据式及上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取1=α，轴的计算应力
21.04ca MPa σ=== 查得45刚的MPa 60][1=-σ。

因为][1-<σσca ，故安全。

2）中间轴的设计：由上知P 2=4.06KW 2n =52.81r/min
2T =734.20N ．m
初步估算轴的最小直径。

选取轴的材料为45刚,调质处理，根据课本第245页式
14-2,取[]35Mpa τ=，C=113，得
:min 11046.77d mm ===。

所以最小轴应大于47mm. 进行轴的结构设计：
第一段轴装轴承，查手册62页表6-1取d 1=50mm,选用6010轴承，L 1=40mm;第二段主要是定位齿轮，d 2.>d 1,取d 2=58mm,L 2略小于前低速齿轮设计的小齿轮宽度b 1，取128mm;L 3段为轴间，用于定位齿轮，区d 3=66mm,轴长L 3取12mm;第四段轴为装 齿轮，取d 4=58mm ，因为L<b(齿轮宽)，取l 4=68mm:第五段与第一段一样装轴承，去d 5=50mm,L 7=40mm.
校核同上，此设计满足要求。

3）高速轴的设计：：由上知P 1=4.224KW 1n =320r/min
1T =126.06N ．m
初步估算轴的最小直径。

选取轴的材料为45刚,调质处理，根据课本第245
页式14-2,取[]35Mpa τ=，C=113，得
:min 11025.99d mm ===所以
最小轴应大于26mm.
进行轴的结构设计
第一段轴颈配轴承查手册62页表6-1取d 1=35mm,选用6007轴承取L 1=40mm,第二段轴用于定位齿轮取d 2=45mm ，取L 2=72mm;d 3段根据箱体的具体情况定为136mm 2,所以取d 3=40mm,，L 3=136mm;第四段配轴承d 4=35mm,L 4取40mm;L 5段用于连接带轮d 5=30mm,l 5=150mm 校核同上，此设计满足要求。

6. 联轴器的选择
低速轴端联轴器：根据联轴器的计算公式c A T K T =，查表17-1（机械设计基础 第
五版），取工作情况系数 1.9A K =;则有
3 1.93052.875800c A T K T N m ==⨯=•，查表8-7（机械设计课程设计手册），选用HL7弹性柱销联轴器，其公称转矩为6300N m •。

7. 箱体的设计
8制动器的选择
制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置。

9.减速器的润滑
9.1 齿轮的润滑
因齿轮的圆周速度很小，所以才用浸油润滑的润滑方式。

高速齿轮浸入油里约为0.7个齿高，但不小于10mm，低速级齿轮浸入油高度约为1个齿高（不小于10mm），1/6齿轮。

9.2 滚动轴承的润滑
采用飞溅润滑，即利用齿轮的传动把润滑齿轮的油甩到四周墙壁面上，然后通过适的油槽把油引入轴承中去。