專業(yè)課程設(shè)計2015指導(dǎo)書

1、機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)專 業(yè) 課 程 設(shè) 計 指 導(dǎo) 書 卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計陳德淑重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及自動化系2014年9月目錄1、設(shè)計題目1.1卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計性能參數(shù)1.2設(shè)計的內(nèi)容1.3課程設(shè)計的工作計劃2、設(shè)計要求3、設(shè)計步驟3.1 方案設(shè)計3.2 牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計3.2.1 選擇電動機(jī)3.2.2 確定牽引機(jī)構(gòu)的總傳動比并分配傳動比3.2.3 牽引機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力參數(shù)計算3.2.4 聯(lián)軸器的選擇3.2.5 鋼絲繩的選擇3.2.6 卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.7 制動器3.2.8 減速器傳動零件的設(shè)計計算3.3 繩輪系統(tǒng)設(shè)計3.4 牽引小車設(shè)計3.5 草圖繪制3.6主要零部件強(qiáng)度、剛度計算校核3

2、.7 圖樣繪制1、設(shè)計題目 為江邊某港設(shè)計一臺貨運(yùn)卷揚(yáng)機(jī)，用于將船上的貨物運(yùn)到岸上倉庫。使用年限5年，平均每天工作16小時，每年工作300天。要求有足夠的運(yùn)載能力，結(jié)構(gòu)合理，維修方便，安全可靠。1.1卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計性能參數(shù) 題 號參 數(shù)123456789101112131415限載量（噸）6665554.54.54.54443.53.53.5岸坡斜度（度）303030303030303030303030303030運(yùn)行速度（米/分）152025152025202530202530253035運(yùn)行距離（米）8080808080808080808080808080801.2設(shè)計的內(nèi)容：1.2.1完成

3、卷揚(yáng)機(jī)總體設(shè)計工況分析、功能原理設(shè)計，方案選擇，結(jié)構(gòu)分析,力能參數(shù)計算（載荷計算、鋼繩、滑輪計算及選擇），計算電動機(jī)功率，確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速，選定電動機(jī)型號，計算傳動系統(tǒng)的運(yùn)動和動力參數(shù)（確定傳動系統(tǒng)總傳動比和分配各級傳動比，計算各軸功率、轉(zhuǎn)速和扭矩等）1.2.2傳動系統(tǒng)及運(yùn)載小車設(shè)計。 設(shè)計并確定傳動件的參數(shù)和尺寸，設(shè)計軸并校核軸轂聯(lián)接強(qiáng)度，選擇軸承并驗算其壽命，選擇并校核聯(lián)軸器、制動器，繪制并完成總圖（包括標(biāo)注尺寸，編寫技術(shù)條件、標(biāo)題欄和明細(xì)表等）。1.2.3零部件工作圖設(shè)計。 部件圖完成運(yùn)行小車設(shè)計或卷筒設(shè)計 零件工作圖由老師根據(jù)具體情況指定。1.2.4整理和編寫設(shè)計計算說明書（30頁以上）

4、；1.3課程設(shè)計的工作計劃：1.3.1 2015年9月28日,下達(dá)設(shè)計任務(wù),介紹題目背景、課程設(shè)計指導(dǎo)書；1.3.2 2015年9月28日29日工況分析、功能原理設(shè)計，方案選擇，結(jié)構(gòu)分析,力能參數(shù)計算（載荷計算、鋼繩、滑輪計算及選擇），電動機(jī)選擇；1.3.3 2015年9月30日2015年10月8日卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，運(yùn)載小車設(shè)計及主要零部件強(qiáng)度、剛度校核；1.3.4 2015年10月9日2015年10月21日繪制設(shè)計圖1.3.5 2015年10月22日23日整理設(shè)計計算說明書；1.3.6 2015年10月23日下午17：30分以前交設(shè)計資料。2、設(shè)計要求2.1 設(shè)計者應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造精

5、神，認(rèn)真負(fù)責(zé)，一絲不茍，獨(dú)立按時完成設(shè)計，嚴(yán)禁抄襲和代作，按照給定任務(wù)制定相應(yīng)的工作計劃和日程表開展設(shè)計工作。 2.2 質(zhì)量要求：圖紙圖紙要合理選擇視圖和剖面，布局要合理，尺寸、技術(shù)性能、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件明細(xì)表要齊全、完整；零件結(jié)構(gòu)工藝性要好，零件圖上要完整地標(biāo)注出制造所需的材料、數(shù)量、尺寸、公差、表面要求、熱處理以及其他技術(shù)要求，所有圖紙一律用手工方法繪制。設(shè)計計算說明書設(shè)計計算說明書中方案分析要使用技術(shù)語言，深刻、全面，簡練，層次分明，文理通順，并盡量附機(jī)構(gòu)簡圖說明；數(shù)據(jù)計算要準(zhǔn)確，計算公式要注明來源；書寫要工整，插圖、表格應(yīng)清晰規(guī)范，內(nèi)容應(yīng)包括：封面、目錄、任務(wù)書、正文、參考文獻(xiàn)目

6、錄，還可加前言、后語，如果要用計算機(jī)打印，其插圖、表格應(yīng)布局合理、清晰、干凈。2.3 驗收提交 設(shè)計完成后，應(yīng)將所有設(shè)計資料裝入資料袋，親自交給老師（不得代交）并接受老師面試。2.4 成績評定： 設(shè)計成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。 設(shè)計成績由以下幾個方面綜合評定：工作表現(xiàn)，主要憑日?？记?、是否獨(dú)立完成來判定；獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力；設(shè)計成果質(zhì)量（含圖紙和設(shè)計計算說明書兩部分）；3、設(shè)計步驟3.1 方案設(shè)計確定設(shè)計方案前，應(yīng)作如下準(zhǔn)備工作：仔細(xì)閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計的目的和意義，了解系統(tǒng)的要求和設(shè)計應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)任務(wù)收集準(zhǔn)備設(shè)計資料：現(xiàn)場空間尺寸范圍、環(huán)境條件、對

7、象條件、同類設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用情況、參考資料（參考書、文獻(xiàn)、機(jī)械設(shè)計手冊、結(jié)構(gòu)圖冊等）。然后進(jìn)行工況分析，分析系統(tǒng)的工作任務(wù)，載荷要求，運(yùn)動特性，環(huán)境特點(diǎn)等，然后根據(jù)國內(nèi)外類似設(shè)備的現(xiàn)有水平、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，結(jié)合本項目的要求進(jìn)行分析比較，擇優(yōu)確定一個最優(yōu)方案。3.1.1 總體方案設(shè)計碼頭貨運(yùn)卷揚(yáng)機(jī)主要用于將船上的貨物運(yùn)到岸上倉庫。在確定總體方案時，要考慮到所設(shè)計的卷揚(yáng)機(jī)有足夠的運(yùn)載能力，結(jié)構(gòu)布局合理，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用零件以降低制造成本，并且維修方便，安全可靠。3.1.2 運(yùn)載小車分析先從運(yùn)載小車入手，由于牽引小車在有坡度的地面上運(yùn)行，小車車廂平面與四個滾輪軸線平面的夾角同地面坡度；考

8、慮牽引小車的方便和平穩(wěn)性，在坡地上要鋪設(shè)兩條小車運(yùn)行軌道（用工字形軌道鋼），軌道的寬度與運(yùn)行小車滾輪輪距離相同，牽引運(yùn)行小車的鋼絲繩要離地一定距離（防止鋼絲繩由于自重下垂而與地面摩擦），在軌道中央的適當(dāng)位置要安設(shè)托繩輪。3.1.3牽引機(jī)構(gòu)牽引機(jī)構(gòu)采用電動機(jī)聯(lián)軸器（帶制動器）二級圓柱齒輪減速器聯(lián)軸器卷筒的形式。為了減小牽引機(jī)構(gòu)的制動力矩，將制動器安置在機(jī)構(gòu)高速軸上。電動機(jī)和卷筒可以安放在減速器的同側(cè)，也可以分別安放在減速器的兩側(cè)。為了減小外形輪廓尺寸，在減速器輸入軸和輸出軸中心距允許的情況下，最好將電動機(jī)和卷筒安放在減速器的同側(cè)。如果電動機(jī)和卷筒安放在減速器的同側(cè)要發(fā)生干涉，那么就必須將電動機(jī)和

9、卷筒分別安放在減速器的兩側(cè)。為了確保牽引小車的鋼絲繩在卷筒上卷繞均勻、排列整齊，避免鋼絲繩堆擠和松散，必須保證鋼絲繩出繩水平方向的偏斜角不超過允許的數(shù)值。對于光卷筒和多層繞卷筒，要求自然排繩的偏斜角1.5，排繩器排繩的偏斜角；對于螺旋槽卷筒，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度3.5。卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)布置可參考下示意圖：3.2 牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計3.2.1 選擇電動機(jī)電動機(jī)是系列化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。要根據(jù)工作載荷（大小、特性及其變化情況）、工作要求（轉(zhuǎn)速高低、允許誤差和調(diào)速要求、起動和反轉(zhuǎn)頻繁程度）、工作環(huán)境（塵土、油、水濺、高溫等）、安裝要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的

10、類型和結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速，確定具體型號。3.2.1.1選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式電動機(jī)的類型根據(jù)電流種類、工作條件及載荷特點(diǎn)等選擇。本設(shè)計沒有特殊要求，采用Y系列三相鼠籠型異步電動機(jī)比較合適，它具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪音低、振動小、可靠性高以及使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。由于卷揚(yáng)機(jī)起動、制動和反轉(zhuǎn)頻繁，要求電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，應(yīng)選用起重及冶金用三相異步電動機(jī)。為適應(yīng)不同的安裝需要，同一類型的電動機(jī)結(jié)構(gòu)又制成幾種安裝形式，各型號電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)、外形及安裝尺寸可查閱設(shè)計手冊中的產(chǎn)品目錄獲得。3.2.1.2 確定電動機(jī)的容量電動機(jī)的容量（功率）確定得是否合適，既影響電動機(jī)的工作，

11、又影響經(jīng)濟(jì)性。若容量小于工作要求，則不能保證工作機(jī)的正常工作或因長期過載而使電動機(jī)過早損壞；若容量過大，不僅電動機(jī)價格高，其能力也不能充分利用，而且由于經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，其效率和功率因素都較低，這是不經(jīng)濟(jì)的。電動機(jī)的容量主要由其運(yùn)行時的發(fā)熱條件決定，只要電動機(jī)的負(fù)荷不超過其額定值，電動機(jī)便不會過熱。即按電動機(jī)的額定功率等于或略大于所需電動機(jī)功率即可。不必再作發(fā)熱計算。所需電動機(jī)功率為：式中 工作機(jī)構(gòu)所需功率（kW）； 由電動機(jī)至工作機(jī)構(gòu)的總效率。 工作機(jī)構(gòu)所需功率，根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的工作阻力和運(yùn)行參數(shù)求得。本設(shè)計中，可由給定的工作阻力（鋼絲繩的牽引力）和參數(shù)按下式計算 （kW）式中 工作機(jī)構(gòu)的線

12、速度（m/s）工作機(jī)構(gòu)的工作阻力（N）；式中 限載量； 運(yùn)載小車自重； 地面坡度； 運(yùn)載小車滾輪與軌道的滾動摩擦系數(shù)?？傂拾聪率接嬎?式中 分別為牽引機(jī)構(gòu)中每個聯(lián)軸器、每對軸承和每一傳動機(jī)構(gòu)的效率，其數(shù)值可查機(jī)械設(shè)計手冊獲取。3.2.1.3 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速同類型的容量相同的電動機(jī)，有不同的轉(zhuǎn)速。低轉(zhuǎn)速電動機(jī)的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都比較大，價格比較高，但傳動裝置的總傳動比及尺寸可以比較小，高轉(zhuǎn)速電動機(jī)則相反。所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速的高低不僅影響其尺寸、重量和價格，同時也影響傳動裝置的總傳動比以及尺寸的大小，在確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速時，應(yīng)綜合考慮這些因素，進(jìn)行分析比較，使整個設(shè)計既合理又經(jīng)濟(jì)。為此，可以根據(jù)

13、卷筒的轉(zhuǎn)速和傳動機(jī)構(gòu)的合理傳動比范圍算出電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即 （r/min）式中 電動機(jī)可選轉(zhuǎn)速范圍（r/min）； 傳動裝置總傳動比的合理范圍；各級傳動機(jī)構(gòu)傳動比的合理范圍；卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）。通常多用同步轉(zhuǎn)速為1500和1000（r/min）的電動機(jī)，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮。根據(jù)選定的電動機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量和轉(zhuǎn)速，查出電動機(jī)型號后，應(yīng)將型號、性能參數(shù)和主要尺寸記下備用。3.2.2 確定牽引機(jī)構(gòu)的總傳動比并分配傳動比 由選定的電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和卷筒轉(zhuǎn)速，可求得牽引機(jī)構(gòu)的總傳動比為 總傳動比確定后，再進(jìn)行傳動比的分配 對于二級圓柱齒輪減速器，一般兩級齒輪材料相近，為使各級大齒輪浸油深度合理，

14、即各級齒輪既得到充分潤滑又不致使某級大齒輪浸油過深而增加攪油損失，應(yīng)使減速器內(nèi)各級大齒輪直徑相近。在二級圓柱齒輪減速器中，低速級傳遞扭矩比較大，其中心距也比高速級大，為使兩級大齒輪直徑接近而低速級大齒輪直徑略大，必須使高速級傳動比大于低速級傳動比。推薦 3.2.3 牽引機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力參數(shù)計算牽引機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力參數(shù)計算，就是求出各軸的功率、轉(zhuǎn)速和扭矩，以進(jìn)行各零件的設(shè)計計算。各軸的功率和扭矩以輸入端計，齒輪的設(shè)計計算也用此扭矩，以簡化計算。牽引機(jī)構(gòu)的設(shè)計功率為所需電動機(jī)功率，這樣可以使設(shè)計的減速器既滿足使用要求，又尺寸較小，價格比較低。計算時，將牽引機(jī)構(gòu)各軸從高速到低速依次定為軸、軸，相鄰兩

15、軸間的傳動比為，兩軸間的傳動效率，則各軸的功率、扭矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：3.2.3.1 各軸功率 （kW）式中 電動機(jī)至I軸間的傳動效率 （kW） （kW）其余類推。3.2.3.2 各軸扭矩電動機(jī)軸的輸出扭矩 （N.m） （N.m） （N.m） （N.m）其余類推。3.2.3.3 各軸轉(zhuǎn)速 （） （） （）其余類推。以上計算結(jié)構(gòu)應(yīng)整理列表。3.2.4 聯(lián)軸器的選擇 從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格中選取，然后驗算所傳遞的轉(zhuǎn)矩，使其滿足 聯(lián)軸器規(guī)格參數(shù)表中給出的轉(zhuǎn)矩，N.m； 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩， 聯(lián)軸器的名義轉(zhuǎn)矩，N.m； K載荷系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計手冊獲取。3.2.5 鋼絲繩的選擇 鋼絲繩結(jié)構(gòu)選用不旋轉(zhuǎn)的鍍鋅鋼絲繩。

16、 鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按下公式確定 公式中 鋼絲繩最小直徑，mm； 鋼絲繩選擇系數(shù)，查起重機(jī)設(shè)計手冊獲取。3.2.6 卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 參照工程起重機(jī)教材。3.2.7 制動器制動器的選擇和校核則應(yīng)包括如下計算：3.2.7.1 制動器產(chǎn)生的制動力矩3.2.7.2 制動彈簧作用力和彈簧安裝長度3.2.7.3 松閘條件。各類制動器的性能、規(guī)格和尺寸均有部頒標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)所需的制動力矩選擇標(biāo)準(zhǔn)塊式制動器。3.2.8 減速器傳動零件的設(shè)計計算 參照機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計。3.3 繩輪系統(tǒng)設(shè)計3.3.1 滑輪滑輪是用來導(dǎo)向和支承鋼絲繩，以一改變鋼絲繩的走向，滑輪組還能達(dá)到省力或增速的目的?；喼睆降?/p>

17、大小直接影響鋼絲繩的壽命，因而設(shè)計時應(yīng)合理選用。一般按下列公式選用（注意：選用時是按照鋼絲繩中心計算的直徑D1）：D1min=h.d 公式中：D1min按鋼絲繩中心計算的滑輪的最小直徑（mm）; h與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，按設(shè)計手冊選用； d鋼絲繩的直徑（mm）。3.3.2 鋼絲繩的卷繞形式 鋼絲繩的卷繞要保證：（1）鋼絲繩在卷筒上的偏斜角小于鋼絲繩的容許偏角（2）保證鋼絲繩在卷筒上不能亂繩；（3）鋼絲繩不能在地上與地直接拖行，牽引空間不能對給周圍環(huán)境遺留過大的障礙。3.3.3 支承滑輪、托輪的支架要有足夠的剛度。3.3.4鋼絲繩的固定 鋼絲繩在卷筒上的固定和繩頭的固定要按照規(guī)定，不允許出現(xiàn)滑頭。3.4 牽引小車 牽引小車要有足夠的容量、結(jié)構(gòu)的剛度足夠、強(qiáng)度要足夠等。3.5 草圖繪制 根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)和工藝性要求，將初定設(shè)計方案所繪制的機(jī)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)化。但只作為草圖，為下一步主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、鍵等）強(qiáng)度、剛度計算校核提供條件。3.6主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、鍵等）強(qiáng)度、剛度計算校核根據(jù)草圖結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、蝸桿蝸輪、絲桿螺母、鍵等）的強(qiáng)度、剛度計算校核，當(dāng)強(qiáng)度、剛度不滿足工藝要求時，應(yīng)在設(shè)計草圖上對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行修改，直到合理為止。3.8 圖樣繪制當(dāng)必要的計算已經(jīng)完成、主要的零部件校核合格后，