人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與分析計(jì)算設(shè)計(jì)

I 摘 要 社會(huì)的飛速發(fā)展，機(jī)械行業(yè)的復(fù)雜，越來越多的領(lǐng)域需要各種各樣的起重機(jī)械，人力提升機(jī)是用于建筑外墻裝飾和野外電力設(shè)備安裝等專用設(shè)備。人力可輕松操縱上下輸送物料和人員填補(bǔ)該產(chǎn)品系列中的缺失在無電源供應(yīng)的情況下。所以任務(wù)來源于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐。此項(xiàng)設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新的思想結(jié)合的成果。人力提升機(jī)在國內(nèi)尚無申請(qǐng)專利，運(yùn)用較多的是電力提升機(jī)和電力升降機(jī)。 此設(shè)計(jì)主要考慮到功能實(shí)現(xiàn)，尺寸限制，結(jié)構(gòu)，操作簡單。以機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)的理論知識(shí)為依據(jù)，對(duì)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，螺紋傳動(dòng)以及其他幾種常見機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳盡的分 析， 選擇合適的方案。用所學(xué)的工程圖學(xué)和三維制圖 UG 的知識(shí)畫出裝配圖，和零件圖。 本設(shè)計(jì)內(nèi)容包括一級(jí)齒輪傳動(dòng)，二級(jí)齒輪傳動(dòng)，鋼絲繩的繞法，棘輪的自鎖。主動(dòng)軸上的齒輪與傳動(dòng)軸上的齒輪嚙合將腳踏上的力和力矩傳遞到輸出軸上。輸出軸上的齒輪再將力和力矩通過齒套傳遞到槽輪的齒輪上，帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再與下方的齒輪嚙合帶動(dòng)下面槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用鋼絲繩與槽輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，從而利用鋼絲繩帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器在鋼絲繩上下移動(dòng)。 關(guān)鍵詞：升降機(jī)；齒輪；傳動(dòng)；棘輪；自鎖； II ABSTRACT With the development at full speed of the summary society ,the recovery of the mechanical trade,more and more fields need to use various kinds of handling machinery.Human elevator is used for exterior wall decoration and outdoor power equipment and other special equipment installed.In the case of no power supply can easily manipulate the human upper and lower transport of materials and personnel to fill the lack of product line.Mission is from the practice of social production. The design of the structure is the traditional combination of innovative ideas and results. Human elevator has no patent in China, more electricity and power lift hoist have been used. This design is mainly taking into account the implementation of function, size limits,structure, simple operation.mechanical principles and mechanical design is based on the theoretical knowledge, Worm gear drive mechanism, Screw drive as well as several other detailed analysis of common institutions, Choose the appropriate option.The principle according to clutch the clutch mode and select the appropriate bodies Learned to use engineering graphics and three-dimensional mapping of knowledge UG draw assembly drawings, and parts diagram. The design includes a gear drive, second gear, wire rope around the law, the design of the clutch, fan gear, self-locking worm and worm. Take the initiative and drive shaft gear shaft gear mesh on the pedal force and the moment passed on to the output shaft. Output shaft of the gear teeth and then sets of force and torque delivered to the tank through the gear wheel, the drive sheave rotation, then driven gears meshing with the bottom of the tank below the rotating wheel,Re-engagement with the bottom of the drive gear wheel rotation slot below, the use of wire rope and there is no relative slip between the sheaves to drive the entire machine using steel wire rope move up and down. Keywords: hoist； gear； transfer motion；worm；self-locking； III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 . 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 . 1 2 方案 擬 定 . 2 3 功能原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) . 3 3.1 功能原理 . 3 3.2 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) . 5 4 確定 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 . 6 4.1 確定總傳動(dòng)比 . 6 4.2 分配傳動(dòng)比 . 6 4.3 各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)確定 . 6 4.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 . 6 4.3.2 各軸輸入功率 . 6 4.3.3 各軸輸出功率 . 6 4.3.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 . 6 5 選擇鋼 絲繩型號(hào) . 8 6 齒輪 、棘輪 的設(shè)計(jì) . 9 6.1 主動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 6.1.1 齒輪材料，熱處理及精度 . 9 6.1.2 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 . 9 6.1.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 . 10 6.1.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 11 6.2 從動(dòng)輪上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 . 13 IV 6.2.1 齒輪材料，熱處理及精度 . 13 6.2.2 初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 . 13 6.2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 . 14 6.2.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 15 6.3 棘輪的設(shè)計(jì) . 18 6.3.1 棘輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 . 18 6.3.2 棘輪裝置的優(yōu)缺點(diǎn) . 18 6.3.3 棘輪機(jī)構(gòu)中的主要問題 . 18 6.3.4 棘輪幾何尺寸的計(jì)算 . 18 7 軸 、 軸承和軸鍵的設(shè)計(jì)和校核 . 21 7.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)校核 . 21 7.1.1 選擇 軸的材料 . 21 7.1.2 初步計(jì)算軸的最小直徑 . 21 7.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 21 7.1.4 按彎矩合成力校核軸的強(qiáng)度 . 22 7.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)校核 . 25 7.2.1 輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩 . 25 7.2.2 初步確定軸的最小直徑 . 25 7.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 25 7.2.4 按彎矩合成力校核軸和強(qiáng)度 . 26 7.3 滾動(dòng) 軸承 的選擇與校核 . 31 7.3.1 主動(dòng)軸 軸承的型號(hào)選擇和設(shè)計(jì) . 31 7.3.2 中間軸滾動(dòng)軸承的型號(hào)選擇和計(jì)算 . 33 8 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 35 8.1 主體設(shè)計(jì) . 35 8.2 對(duì)附件設(shè)計(jì) . 35 9 結(jié)論與展望 . 38 9.1 結(jié)論 . 38 9.2 不足之處與未來展望 . 38 V 致謝 . 40 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與計(jì)算設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1本課題的研究內(nèi)容 和 意義 隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，住宅建筑、高層建筑越來越多，外墻涂層、裝飾以及物業(yè)管理清洗所需要的高處作業(yè)人力提升機(jī)已被廣大用戶所采用，同時(shí)人力提升機(jī)也成為了野外電力設(shè)備安裝的專用設(shè)備。 人力 可 輕松操縱上下輸送物料和人員填補(bǔ)該產(chǎn)品系列中的缺失在無電源供應(yīng)的情況下。 使用人力提升機(jī)省工、省費(fèi)用、安全，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工進(jìn)度。 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 人力提升機(jī)在國內(nèi)尚無申請(qǐng)專利，運(yùn)用較多的是電力提升機(jī)和電力升降機(jī)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用人力提升機(jī)施工，其施工費(fèi)用僅為腳手架的 70%，生產(chǎn)率是腳 手架的三倍，但是由于多種原因建筑施工中高處業(yè)人力提升機(jī)墜落事故時(shí)有發(fā)生，這不僅造成人生傷亡，經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，而對(duì)高處作業(yè)人力提升機(jī)使用日益增多的今天，人力提升機(jī)的質(zhì)量成為關(guān)注的焦點(diǎn)，這就要求從事高處作業(yè)提升機(jī)的設(shè)計(jì)制造部門應(yīng)該加強(qiáng)產(chǎn)品安全性能的開發(fā)，同時(shí)確定人力提升機(jī)產(chǎn)品安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范國內(nèi)市場。必須保證人力提升機(jī)安裝后符合安裝要求，加大對(duì)施工人員的安全培訓(xùn)，以確保安全。 1.3本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 人力提升的總重量為 350 kg,提升速度 5m/min。 將輸入軸上腳踏的力和力矩傳遞到輸出軸上。輸出軸帶 動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，利用鋼絲繩與槽輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，從而利用驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器在鋼絲繩上下移動(dòng)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 方案擬定 方案一 :由葫蘆想到滑輪組結(jié)構(gòu)，利用鋼絲繩繞在滑輪組上由繩帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。傳動(dòng)：滑輪組上的齒輪跟輸出軸上的齒輪嚙合傳動(dòng)，依次一系列的齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)從主動(dòng)軸（人力腳踏動(dòng)力）到輸出軸再到滑輪組上的齒輪傳遞動(dòng)力。制動(dòng)：兩個(gè)蝸桿自鎖的原理（螺旋 升角小于當(dāng)量摩擦角）阻止滑輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)。 方案二：采用鏈傳動(dòng)，將主動(dòng)軸上的力通過鏈條傳遞到輸出軸上，制動(dòng)采用棘輪機(jī)構(gòu)制動(dòng) 方案三：通過齒輪嚙合傳動(dòng)，通過齒輪的二級(jí)傳動(dòng)，將主動(dòng)軸上的輸入力放大，制動(dòng)采用棘輪機(jī)構(gòu)。 通過計(jì)算對(duì)比上述三個(gè)方案的優(yōu)劣： 方案一采用蝸桿自鎖的原理，蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，因此摩擦損失較大，效率底，當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)效率僅為 0.4 左右。 方案二：采用鏈傳動(dòng)，優(yōu) 點(diǎn)是可以降低成本，整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊，但鏈傳動(dòng)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損易發(fā)生跳齒，工作時(shí)有噪聲，不宜用在載荷變化很大和急速反轉(zhuǎn)的場合。 方案三：采用齒輪傳動(dòng)提高了效率，同時(shí)采用棘輪制動(dòng)，有效的減小了整體尺寸。 綜上所述采用方案三。 人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與計(jì)算設(shè)計(jì) 3 3 功能原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 3.1 功能原理 如圖 3.1 所示為人力提升機(jī)裝配圖。 本機(jī)構(gòu)是一種升降機(jī)裝置，主要由三部分組成：1.傳動(dòng)部分； 2.繞線部分； 3.制動(dòng)部分。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 3.1 裝配圖 圖 3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與計(jì)算設(shè)計(jì) 5 如圖 3.2 所示傳動(dòng)部分主要是在主軸箱內(nèi)，如圖二所示，由主動(dòng)軸 3、從動(dòng)軸 4、齒輪 3、棘輪機(jī)構(gòu) 11、齒輪 12、擋圈 14、以及齒輪 1 組成。主動(dòng)軸 3 和腳踏連接，可以由人直接驅(qū)動(dòng)。在工作狀態(tài)，主動(dòng)軸上的齒輪 1 同時(shí)帶動(dòng)裝在從動(dòng)軸上的齒輪 12 轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪 12 與軸采用螺紋連接，齒輪 12 正轉(zhuǎn)壓緊棘輪 11，帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪 3 再與大齒輪嚙合傳動(dòng)，再通過繞線部分參照?qǐng)D 1，主要由兩個(gè)大齒輪，兩個(gè)壓緊輪裝置 7，防護(hù)罩 4，彈簧 3 和彈簧 6 以及殼體組成，鋼絲繩繞在兩個(gè)齒輪的 繞線槽中。齒輪的繞線槽的截面成梯形狀，鋼絲繩在其中越壓越緊，從而保證鋼絲繩與齒輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，即不會(huì)打滑。兩個(gè)壓緊輪裝置 7 控制了鋼絲繩在線槽中的包角，從而確定了此部分的傳動(dòng)效率。防護(hù)罩4 能保證在齒輪 5 上穿鋼絲繩順利進(jìn)行，并且可以防止當(dāng)繩處于松弛狀態(tài)時(shí)，跑出繞線槽。 制動(dòng)部分主要有：圖 2 中棘輪機(jī)構(gòu) 11 和齒輪 12 組成，當(dāng)提升重物時(shí)，主動(dòng)軸上的齒輪 1 與從動(dòng)軸上的齒輪 12 嚙合，齒輪 12 與軸螺紋連接壓緊棘輪帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)軸停止時(shí)，棘輪受到棘爪的作用逆止，當(dāng)齒輪 12 反轉(zhuǎn)時(shí)，將棘輪松開，齒輪 12 被擋圈擋住時(shí) ，帶動(dòng)軸反轉(zhuǎn)將重物放下，當(dāng)主動(dòng)軸停轉(zhuǎn)時(shí)，由于重物的作用使軸反轉(zhuǎn)，使棘輪被壓緊制動(dòng)。 3.2 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 該升降機(jī)主要能實(shí)現(xiàn)二個(gè)功能：第一，人踩著腳踏能往上走，不踩的時(shí)候能自鎖停在原位；第二，人反踩腳踏能往下走，不踩的時(shí)候能自鎖停在原位；以下我將介紹實(shí)現(xiàn)這些功能的原理： 第一種功能的實(shí)現(xiàn)原理是：當(dāng)人踩腳踏時(shí)，踩腳踏的力通過一系列齒輪傳動(dòng)放大到足以克服整個(gè)升降機(jī)的重力，從而能往上走。當(dāng)人不踩腳踏時(shí)，在棘輪機(jī)構(gòu)作用的情況下，克服了整個(gè)機(jī)器的重力，從而使得升降機(jī)停在原位。 第二種功能的實(shí) 現(xiàn)原理與第一種一樣。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 4 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 4.1 確定總傳動(dòng)比 根據(jù)提升機(jī)的提升速度為 5m/s,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初定槽輪直徑為 110mm m i n/418.14055.014.32 083.060260 rRvn （ 4.1） 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)人蹬腳踏的速度為 70r/min，則總的傳動(dòng)比為 8 5 5.44 1 8.14 70 nni ma （ 4.2） 4.2 分配傳動(dòng)比 ai0i i （ 4.3） 式中0,ii分別為一級(jí)齒輪和二級(jí)齒輪的傳動(dòng)比。為使一級(jí)齒輪結(jié)構(gòu)不過大， 初步取0i 1.47，則二級(jí)齒輪傳動(dòng)比為 i 0/iia 3.302 （ 4.4） 4.3 各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)確定 4.3.1各軸轉(zhuǎn)速 n 0/inm 70/1.47 47.619r/min （ 4.5） n1/ in 47.619/3.302 14.421r/m 4.3.2各軸輸入功率 dP 0.1kW IPdp 23 0.1 0.98 0.99 0.097kW （ 4.6） PIP 23 0.097 0.99 0.97 0.093W PP 2 4=0.093 0.99 0.96 0.085kW 4.3.3 各軸輸出功率 PP 0.98=0.095 kW (4.7) PP 0.98=0.091kW PP 0.98=0.086kW 4.3.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 1T =dT0i 1 Nm (4.8) 主動(dòng)軸 的輸出轉(zhuǎn)矩 人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與計(jì)算設(shè)計(jì) 7 dT=9550mdnP =9550 0.1/70=13.64Nm （ 4.9） 所以 : TdT0i 1 =13.64 1.47 0.96= 19.25Nm TT 1i 1 2 =19.25 3.302 0.98 0.95=59.14Nm T=T3 4 =59.14 0.95 0.97=54.50Nm 輸出轉(zhuǎn)矩： TT 0.98=18.87 Nm （ 4.10） TT 0.98=57.97 Nm TT 0.98=53.41Nm 表 4-1運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸名 功率 P KW 轉(zhuǎn)矩 T Nm 轉(zhuǎn)速 r/min 輸入 輸出 輸入 輸出 主動(dòng)軸 0.1 13.64 70 1 軸 0.097 0.095 19.25 18.87 47.62 2 軸 0.093 0.091 59.14 57.96 14.42 3 軸 0.088 0.086 54.50 53.41 14.42 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 5 選擇鋼絲繩型號(hào) 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第 2 卷第 11 章 2、 1、 3 鋼絲繩直徑的計(jì)算與選擇選用鋼絲繩 的直徑。 鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按式 d= sc （ 5.1） d -鋼絲繩最小直徑 mm， C -選擇系數(shù) mm/ 21N S -鋼絲繩最大工作靜拉力 由表 8-1-15 可查的 C=0.140 安全系數(shù)為 9，由提升機(jī)重量為 350kg d =0.140x 10x350 =8.3 （ 5.2） 再由 2.1.5 一般用途鋼絲繩中，適用于機(jī)械建筑貨用索道 等行業(yè)使用的各種圓股鋼絲 繩 ,可選用鋼絲繩 6X37(b)類 典型結(jié)構(gòu)為 6X37(1+6+12+18) 人力提升機(jī)傳動(dòng)方案的擬定與計(jì)算設(shè)計(jì) 9 6 齒輪、棘輪的設(shè)計(jì) 6.1 主動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6.1.1 齒輪材料，熱處理及精度 考慮此減速器的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪 （ 1) 齒輪材料及熱處理 材料：高速級(jí)小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 小齒輪 280HBS 取小齒輪齒數(shù)1Z =17 高速級(jí)大齒輪選用 45 鋼正火，齒面硬度為 大齒輪 240HBS Z2 =i Z1 =1.47 17=24 （ 6.1） 取 Z2 =25. 齒輪精度 按 GB/T10095 1998，選擇 7 級(jí)，齒 根噴丸強(qiáng)化。 6.1.2初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2131 )(12HEHdtt ZZuuTKd （ 6.2） 確定各參數(shù)的值 : (1) 試選tK=1.6 查課本217P圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù) ZH =2.433 由課本215P圖 10-26 78.01 82.02 則 6.182.078.0 (2) 由課本202P公式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)數(shù) N1 =60n1 jhL =60 70 1（ 1 8 300 10 ） (6.3) =1.008 810 h N2 = =0.68 108 h (3) 查課本203P 10-19 圖 得： K1=0.93 K2=0.96 (4) 齒輪的疲勞強(qiáng)度極限 取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,應(yīng)用205P公式 10-12 得 : H 1 =SK HHN 1lim1=0.93 550=511.5 MPa (6.4) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 H 2 =SK HHN 2lim2=0.96 450=432 MPa (6.4) 許用接觸應(yīng)力 M P aHHH 75.4712/)4325.511(2/)( 21 (6.5) (5) 查課本由201P表 10-6 得： EZ =189.8MPa 由205P表 10-7 得 : d=1 T=95.5 105 11/nP =95.5 105 0.1/70 (6.6) =1.3 104 N.mm 6.1.3 設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 小齒輪的分度圓直徑 dt1 3 2 . 3 4 m m5.7471.818933.427.417.42.611101 . 3.612)(123 242131 HEHdttZZuuTKd (6.7) (2) 計(jì)算圓周速度 smnd t /12.0100060 703 4 . 7 14.13100060 11 (6.8) (3) 計(jì)算齒寬 b 和模數(shù)ntm 計(jì)算齒寬 b b=td d1=34.71mm (6.9) 計(jì)算摸數(shù) mn 初選螺旋角 =14 8 1 m m9.11714c o s71.34c o s11 oZdm tnt (6.10) (4) 計(jì)算齒寬與高之比 hb 齒高 h=2.25 ntm=