【正文】 絞盤的鋼纜纏繞在卷軸上的圈數(shù)越多外圈的拉力越小而卷軸長(zhǎng)的絞盤可以減少纏繞的圈數(shù)來(lái)增加外圈的牽引力同一絞盤使用較短的鋼纜要比較長(zhǎng)的鋼纜的外圈牽引力更大 本次設(shè)計(jì)將以北京 JEEP 中的牧馬人做參考設(shè)計(jì)該越野車型的絞盤系統(tǒng) 31 越野車絞盤設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 設(shè)計(jì)參數(shù)如下 車型北京 JEEP 牧馬人系列 整車噸位 1920Kg 北京 JEEP 牧馬人系列車型如圖 4 所示 圖 4 北京 JEEP 牧馬人車型 設(shè)計(jì)要求 當(dāng)四輪中任一輪子或兩前后輪同時(shí)陷入泥濘中到輪軸中心位置時(shí)改越野車絞盤能實(shí)施自救對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核 32 越野車絞盤輸入動(dòng)力方案選擇 在 12 現(xiàn)有絞盤形式及分類中敘述到絞盤的形式有多種所以對(duì)應(yīng)的輸入動(dòng)力有多種其中 PTO 絞盤 絞盤牽引力 N 牽引速度 ms 電動(dòng)機(jī)的效率 估算牽引力 F Gsinα 牽引力與水平夾角最小值α 15176。 G 19200Nm v 005ms 查手 冊(cè)得 095 代入數(shù)據(jù)得 Pw 80KW 又電動(dòng)機(jī)所需輸出功率為 P 93KW 查得其中 086 根據(jù)《小功率電機(jī)的選用和應(yīng)用技術(shù)》初選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y160L6 在額定工作制即 JC 100 時(shí)功率為 11KW 轉(zhuǎn)速為 970rmin 34 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 341 確定總傳動(dòng)比 1．如圖所示絞盤工作時(shí)齒輪 3 固定不動(dòng)則 式中齒輪 1 的轉(zhuǎn)速單位為 rmin 行星架的轉(zhuǎn)速單位 rmin 齒輪 3 的轉(zhuǎn)速單位為 rmin 圖 5 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 ① 又有 ② 先定各齒輪的齒數(shù)為 18 72 162 且各齒輪的模數(shù)均相等將數(shù)據(jù)代入①式中有 則 97rmin 代入②式中有 定 22 則 取 230 則 342 多級(jí)復(fù)合輪系減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 第一級(jí)行星減速器的總傳動(dòng)比為 第二級(jí)定軸減速器的總傳動(dòng)比為 則總的傳動(dòng)比為 所以減速器的傳動(dòng)誤差為 顯然所以齒數(shù)設(shè)計(jì)合理 343 齒輪模數(shù)的確定以及強(qiáng)度校核 1 齒輪 12 和 3 的設(shè)計(jì) ① 選定齒輪類型精度等級(jí)材料和熱加工方法 減速器所有齒輪均采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 由于絞盤為一般工作機(jī)器工作轉(zhuǎn)速較低所有選用的齒輪精度為 7 級(jí) 齒輪 1 的材料為 38CrMoAlA 齒輪 2 的材料為 40Cr 齒輪 3 的材料為 45 鋼 齒輪 1 采用調(diào)質(zhì)處理熱加工后硬度不低于 280HBS 齒輪 2 也采用調(diào)質(zhì)處理熱加工硬度不低于 240HBS 齒輪 3 也采用調(diào)質(zhì)處理熱加工硬度不低于 200HBS 兩者材料的硬度 差保持在 40～ 60HBS 之間 ② 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 由于該絞盤為中級(jí)工作類型查設(shè)計(jì)手冊(cè)選取載荷系數(shù) 11 電機(jī)正常工作時(shí)輸出扭矩為其中為電機(jī)的額定功率為電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速代入數(shù)據(jù)計(jì)算有 由于齒輪 1 作懸臂布置查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取齒寬系數(shù) 09 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的材料彈性影響系數(shù) 160 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得各齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 減速器每天工作 8 各小時(shí)每年 300 天工作壽命 10 年 其中為齒輪 1的轉(zhuǎn)速 j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈同一齒面的嚙合次數(shù)代入數(shù)據(jù)計(jì)算 有 60 而 將 930rmin 代入計(jì)算可得 3643rmin 且有 那么 60 由 0 知 0 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得兩齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù) 092 097 計(jì)算大小齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 11 有 計(jì)算 計(jì)算齒寬 b 計(jì)算圓周速度 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 395 ms7 級(jí)精度查設(shè)計(jì)手冊(cè)的動(dòng)載荷系數(shù)對(duì)于直齒輪有由于小齒輪相對(duì)支撐作非對(duì)稱布置查得 132 124 則 m．按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度 圓直徑 n．計(jì)算模數(shù) m ③ 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 13 則 計(jì)算載荷系數(shù) K K 查取齒形系數(shù) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 計(jì)算大小齒輪的并加以比較 1 齒輪 2 齒輪 3 齒輪 顯然 3 齒輪的數(shù)值較大 h．計(jì)算模數(shù) m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 所得的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所算得的模數(shù)而實(shí)際情況中齒輪喪失工作能力主要為齒根折斷因此以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為準(zhǔn)考慮到模數(shù)小的 齒輪加工困難裝配不便所以取模數(shù)為 m 3mm i．計(jì)算齒寬 bb 取齒輪 1 的寬度為 名 稱 代 號(hào) 齒輪 1 齒輪 2 齒輪 3 齒 數(shù) Z 18 72 162 模 數(shù) mmm 3 壓力角 20 20 20 分度圓直徑 dmm 54 216 486 齒頂高 mm 3 3 375 齒根高 mm 375 375 3 齒全高 hmm 675 675 675 齒頂圓直徑 mm 60 222 4785 齒根圓直徑 mm 465 2085 492 齒距 pmm 942 齒厚 smm 471 齒槽寬 emm 471 頂隙 cmm 075 中心距 amm 135 j．該對(duì)齒輪的幾何尺寸如下表 2 齒輪 45 和 6 的設(shè)計(jì) ① 選定齒輪類型精度等級(jí)材料和熱加工方法 a 減速器所有齒輪均采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 b 由于絞盤為一般工作機(jī)器工作轉(zhuǎn)速較低所有選用的齒輪精度為 7 級(jí) c 齒輪 4 的材料為 38CrMoAlA 齒輪 5 的材料為 40Cr 齒輪 6 的材料為 45 鋼 d 齒輪 4 采用調(diào)質(zhì)處理熱加工后硬度不低于 280HBS 齒輪 5 也采用調(diào)質(zhì)處理熱加工硬度不低于 240HBS齒輪 6也采用調(diào)質(zhì)處理熱加工硬度 不低于 200HBS兩者材料的硬度差保持在 40～ 60HBS 之間 ② 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 由于該絞盤為中級(jí)工作類型查設(shè)計(jì)手冊(cè)選取載荷系數(shù) 11 齒輪 4 傳遞的扭矩為 但對(duì)于齒輪 4 而言載荷有 2 條流向所以齒輪 5 上單個(gè)齒實(shí)際傳遞的扭矩為 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取齒寬系數(shù) 11 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的材料彈性影響系數(shù) 170 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得兩齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù) 09 計(jì)算大小齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 11 有 計(jì)算 計(jì)算齒寬 b 計(jì)算圓周速度 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 035 ms7 級(jí)精度查設(shè)計(jì)手冊(cè)的動(dòng)載荷系數(shù)對(duì)于直齒輪有由于小齒輪相對(duì)支撐作非對(duì)稱布置查得 125 120 則 m．按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 n．計(jì)算模數(shù) m ③ 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由公式 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 12 則 計(jì)算載荷系數(shù) K K 查取齒形系數(shù) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 計(jì)算大小齒輪的并加以比較 小齒輪 4 大齒輪 5 大齒輪 6 顯然大齒輪的數(shù)值較大 h．計(jì)算模數(shù) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 所得的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所算得的模數(shù)而實(shí)際情況中齒輪喪失工作能力主要為齒根折斷因此以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)為準(zhǔn)考慮到模數(shù)小的齒輪加工困難裝配不便所以取模數(shù)為 m 3mm i．計(jì)算齒寬 bb 取齒輪 4 的寬度為 j．該對(duì)齒輪的幾何尺寸如下表 名 稱 代 號(hào) 齒輪 4 齒輪 5 齒輪 6 齒 數(shù) Z 22 104 230 模 數(shù) mmm 3 壓力角 20 分度圓直徑 dmm 66 312 690 齒頂高 mm 3 3 375 齒根高 mm 375 375 3 齒全高 hmm 675 675 675 齒頂圓直徑 mm 72 318 6825 齒根圓直徑 mm 585 3045 696 齒距 pmm 942 齒厚 smm 471 齒槽寬 emm 471 頂隙 cmm 075 中心距 amm 189 523 軸的設(shè)計(jì)軸上零件的選用以及強(qiáng)度校核 1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核 軸的結(jié)構(gòu)及其軸上零件的布置如下圖所示 圖 6 軸 1 絞盤在正常工作的情況下軸 1 所受的軸向力為 N 考慮到卷筒以及鋼絲繩的自重取 8300N 由受力模型可計(jì)算得 N 則 N 軸的近似受力模型如下圖所示 圖 7 軸 1 的受力示意圖 其中為軸的橫截面上的剪力 M 為軸橫截面上的彎矩 T 為軸的扭矩 那么軸所受的最大彎曲應(yīng)力為 軸所受的最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 選取軸 1 的材料為 45 號(hào)鋼其許用彎曲應(yīng)力為〔 ] 65Mpa 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力〔 ] 35Mpa 軸上的聯(lián)軸器為 TL6 型彈性套柱銷聯(lián)軸器標(biāo)記為 TL6 聯(lián)軸器 軸上的彈性擋圈均為 A 型軸用彈性擋圈標(biāo)記為 軸用彈性擋圈 GBT 89411986 40 軸上所用的軸承均為 6008 型軸承標(biāo)記為 深溝球軸承 6008 GBT2761994 軸上的鍵為普通 A 型平鍵標(biāo)記為 GBT 1096 鍵 2 軸的設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核 軸的結(jié)構(gòu)及其軸上零件的布置如下圖所示 圖 8 軸 2 F 為絞盤提升重物時(shí)作用于軸上的外力為支持對(duì)軸的作用力為卷筒內(nèi)部零件在絞盤工作時(shí)作用于軸的力 有 8300 ① 84 197 ② 聯(lián)立得 F1 582236N F2 24776N 軸的近似受力模型如 下圖所示 圖 9 軸 2 的受力示意圖 那么軸所受的最大彎曲應(yīng)力為 軸所受的最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 選取軸 3 的材料為 38 siMnMo 其許用彎曲應(yīng)力為 [σ ] 115Mpa 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 [] 68 Mpa 35 工作裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇 351 鋼絲繩 鋼絲繩是拉力機(jī)械中使用最為廣泛的傳動(dòng)撓性件其優(yōu)點(diǎn)是卷繞性好承載能力大自重輕運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)無(wú)噪音