电动葫芦设计
题目：根据下列条件设计电动葫芦起升机构的齿轮减速器。已知：额定起重量Q＝6t，起升高度H ＝9m，起升速度v＝8m／min，工作类型为中级：JC％＝25％，电动葫芦用于机械加工车间，交流电源(380V)。
解：
(一)拟订传动方案，选择电动机及计算运动和动力参数
1．拟订传动方案
采用图4-l所示传动方案，为了减小齿轮减速器结构尺寸和重量，应用斜齿圆柱齿轮传动。
2．选择电动机
按式(4-2)、式(4-7)和式(4-8)，起升机构静功率
而总起重量
Q”=Q+Q’=60000+0.02×60000=61200N
起升机构总效率
η0=η7η5η1=0.98×0.98×0.90=0.864
故此电动机静功率
按式(4-9)，并取系数K e＝0.90，故相应于JC％＝25％的电动机
P jC=K e P0=0.90×9.44=8.5 kW
按表4-3选ZD141-4型锥形转子电动机，功率P jc＝13 kW，转速n jc＝1400 r／min。
3．选择钢丝绳
按式(4-1)。钢丝绳的静拉力
按式(4-3)，钢丝绳的破断拉力
按标准[2]选用6×37钢丝绳，其直径d＝18mm，断面面积d＝89.49mm2，公称抗拉强度σ＝1770MPa，破断拉力Q s＝204200N。
4．计算卷简直径
按式(4-4)，卷筒计算直径
D0＝ed＝20×18＝360 mm
按标准取D0＝355mm。
按式(4-6)，卷筒转速
5．确定减速器总传动比及分配各级传动比
总传动比
这里n3为电动机转速，r／min。
在图4-3所示电动葫芦齿轮减速器传动比分配上没有一个固定的比例关系。设计时可参考一般三级圆柱齿轮减速器按各级齿轮齿面接触强度相等，并获得较小外形尺寸和重量的分配原则来分配各级传动比，也可以参考现有系列结构参数拟定各级齿轮传动比和齿轮齿数(表4-2)。现按表4-2，根据起重量Q，拟定各级传动比(图4-4)和齿数。
第一级传动比
第二级传动比
第三级传动比
这里Z A、Z B、Z C、Z D、Z E和Z F分别代表图4-4中的齿轮A、B、C、D、E和F的齿数。
减速器实际总传动比
i=i AB·i CD·i EF=5.92×3.58×4.54=96.22
传动比相对误差
Δi不超过土3％，适合。
6．计算各轴转速、功率和转矩 轴I(输入轴)： 轴Ⅱ(输入轴)： 轴Ⅲ(输入轴)： 轴Ⅳ(输入轴)：
这里，各级齿轮传动效率取为0.97。计算结果列于下表：
(二)高速级齿轮传动设计
因起重机起升机构的齿轮所承受载荷为冲击性质，为使结构紧凑，齿轮材料均用20CrMnTi ，渗碳淬火，齿面硬度HRC58～62，材料抗拉强度σB =1100MPa ，屈服极限σs =850MPa 。齿轮精度选为8级(GBl0095—88)。
考虑到载荷性质及对高硬度齿面齿轮传动，因此设计时应以抗弯强度为主，小轮应采用少齿数大模数原则，各轮齿数如前所述。并初选螺旋角β＝9°。
●对于齿轮A 和B
1．按齿面接触强度条件设计 小轮分度圆直径
t d 1≥
mm Z Z T K H E
H e d t 2
13
][12⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛•+•σμμεφ
确定式中各参数：
(1)载荷系数K t 对起重机，载荷冲击较大，初选载荷系数K t ＝2。 (2)齿轮A 转矩T A T A ＝T 1＝64.39 ×103N ·mm 。 (3)齿宽系数φd 取φd =1。
(4)端面重合度εα 由资料显示或有关计算公式求得εα＝1.67。 (5)齿数比u 对减速传动，u ＝i ＝5.92。 (6)节点区域系数Z H Z H ＝2.47。 (7)材料弹性系数Z E Z E ＝189.8MPa 。 (8)材料许用接触应力[σ] H 式中参数如下：
①试验齿轮接触疲劳极限应力[σ] Hlim ＝1450MPa ； ②接触强度安全系数S H ＝1.25； ③接触强度寿命系数K HN ：因电动葫芦的齿轮是在变载条件下工作的，对电动葫芦为中级工作类型，其载荷图谱如图4-6所示，如用转矩了代替图中的载荷Q(因转矩了与载荷Q 成正比)，则当量接触应力循环次数为：
对齿轮A ：
式中 n 1——齿轮A(轴1)转速，n 1＝1400r ／min ； i ——序数，i ＝1，2，…，k ； t i ——各阶段载荷工作时间，h ，
T i ——各阶段载荷齿轮所受的转矩，N ·m ；
T max ——各阶段载荷中，齿轮所受的最大转矩，N ·m 。
故此
N HA =60×1400×6000×(13
×0.20＋0.53
×0.20＋0.253
×0.10＋0.053
×0.50)
=1.142×108
对齿轮B ：
查得接触强度寿命系数K HNA ＝1.08，K HNB ＝1.23。 由此得齿轮A 的许用接触应力 齿轮B 的许用接触应力
因齿轮A 强度较弱，故以齿轮A 为计算依据。
把上述各值代入设计公式，得小齿轮分度圆直径
t d 1≥
2
33
12538.18947.292.5192.567.111039.6422⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯=29.33 mm
(9)计算：齿轮圆周速度 (10)精算载荷系数K
查得工作情况系数K A ＝1.25。按
100v z 1＝100
15
.212⨯＝0.258查得动载荷系数K v ＝1.020齿间载荷分配系数K H α＝1.07。齿向载荷分布系数K H β＝1.18。故接触强度载荷系数
K=K A K v K H αK H β=1.25×1.020×1.07×1.18=1.61
按实际载荷系数K 修正齿轮分度圆直径 齿轮模数
2．按齿根弯曲强度条件设计 齿轮模数
n m ≥⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛F Sa
Fa d Y Y z Y KT ][cos 22121σεφβαβ 确定式中各参数：
(1)参数K 、T 1、β、φd 、z 1和εα各值大小同前。
(2)螺旋角影响系数Y β 因齿轮轴向重合度εβ＝0.318φd z 1tan β＝0.318 × 1×12×tan9°=0.604，查得Y β=0.96。
(3)齿形系数Y Fa 因当量齿数
由电算式计算得齿形系数Y FaA ＝3.47，查表得Y FaB ＝2.24。
(4)应力校正系数Y Sa 根据电算公式(或查手册)得 (5)许用弯曲应力[σ]F
式中σFlim ——试验齿轮弯曲疲劳极限，σFlim ＝850MPa ； S F ——弯曲强度安全系数，S F ＝1.5；
K FN ——弯曲强度寿命系数，与当量弯曲应力循环次数有关。
对齿轮A ：
式中各符号含义同前。仿照确定N HA 的方式，则得
N FA =60×1400×6000×(16×0.20＋0.56×0.20＋0.256×0.10＋0.056
×0.50)
=1.02×108
对齿轮B ：
因N FA >N 0＝3×106，N FB >N 0＝3×106，故查得弯曲强度寿命系数K FA ＝1，K FB ＝1。 由此得齿轮A 、B 的许用弯曲应力
式中系数0.70是考虑传动齿轮A 、B 正反向受载而引入的修正系数。
