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摘 要
人力提升機(jī)在國內(nèi)尚無申請專利，運(yùn)用較多的是電力提升機(jī)和電力升降機(jī)。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。任務(wù)來源于社會生產(chǎn)實(shí)踐。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。在無電源供應(yīng)的情況下可人力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。
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。
首先，以機(jī)械原理以及機(jī)械設(shè)計(jì)的理論知識為依據(jù)，對齒輪渦輪蝸桿傳動(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。再根據(jù)離合的原理選擇合適的離合方式和機(jī)構(gòu)。用所學(xué)的工程圖學(xué)和三維制圖的知識畫出裝配圖，和零件圖。最后運(yùn)用三維軟件運(yùn)動(dòng)仿真的功能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可行性。
本設(shè)計(jì)內(nèi)容包括一級齒輪傳動(dòng)，二級齒輪傳動(dòng)，鋼絲繩的繞法，離合器的設(shè)計(jì)，扇形齒輪傳動(dòng)，蝸桿和蝸桿的自鎖。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)。
本設(shè)計(jì)的特色在于：第一，運(yùn)用簡單的齒輪之間傳動(dòng)比的變化，將人力放大。實(shí)現(xiàn)人力能夠帶動(dòng)機(jī)器升降；第二，扇形齒輪的運(yùn)用，減小結(jié)構(gòu)，同時(shí)起來離合的作用；第三，蝸桿和蝸桿的嚙合起到自鎖的作用，比起蝸桿蝸輪的自鎖功能雖有所欠缺但是相比較而言結(jié)構(gòu)會簡化很多，尺寸會精巧甚多。
關(guān)鍵詞：升降機(jī)；齒輪；傳動(dòng)；蝸桿；自鎖；
ABSTRACT
Human elevator has no patent in China, more electricity and power lift hoist have been used. The design of the structure is the traditional combination of innovative ideas and results. Mission is from the practice of social production. 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
This design is mainly taking into account the implementation of function, size limits, structure, simple operation.
First, 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. Finally, we use three-dimensional motion simulation software features for motion simulation, the feasibility of achieving the design. 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.
The design features at: First, the use of a simple gear transmission ratio between the changes in the human enlarge can bring the machine down to achieve human; Second, the use of fan gear, reducing the structure, while the role of up clutch; Third, the meshing worm and worm play a role in self-locking, compared to the self-locking worm gear despite the lack of structure, but the comparison will be simplified a lot, the size will be compact many.
Keywords: hoist；gear；transfer motion; worm; self-locking;
V
目錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
目錄 V
1. 緒論 1
1.1 設(shè)計(jì)背景 1
1.2 設(shè)計(jì)目的 1
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 2
2.機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提升 3
2.1 工作原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 3
2.2 設(shè)計(jì)方案的制定 5
2.3 人力提升機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確 5
2.3.1確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳 5
2.3.2設(shè)定傳動(dòng)裝置的動(dòng)力參數(shù) 6
3. 齒輪的設(shè)計(jì) 8
3.1主動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.2 從動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 11
3.3 扇形齒輪的設(shè)計(jì) 15
4. 軸瓦軸承和軸鍵的設(shè)計(jì)和校核 20
4.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 20
4.1.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核 20
4.1.2 軸瓦壽命校核： 22
4.2 中間軸的設(shè)計(jì) 24
4.2.1 中間軸的設(shè)計(jì)與校核 24
4.2.2 軸瓦壽命校核： 29
4.2.3 鍵的設(shè)計(jì)與校核： 31
4.3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 31
4.3.1 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核 31
4.3.2 軸瓦壽命校核 33
4.3.3 鍵的設(shè)計(jì)與校核 36
5 傳動(dòng)系統(tǒng)零件的選擇和設(shè)計(jì) 37
5.1選擇鋼絲繩的型號 37
5.2 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 37
5.3 潤滑密封設(shè)計(jì) 39
5.4 聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 40
結(jié)論與展望 41
致謝 43
參考文獻(xiàn) 44
人力提升機(jī)的整體設(shè)計(jì)
1. 緒論
1.1 設(shè)計(jì)背景
隨著我國建筑業(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)管理清洗所需的高處作業(yè)提升機(jī)已經(jīng)被廣大的用戶所采用。租賃高處作業(yè)提升機(jī)的市場正在我國城鄉(xiāng)建設(shè)市場逐步形成。用提升機(jī)取代傳統(tǒng)的腳手架和大繩高處作業(yè)省時(shí)，省工、省費(fèi)用，且移動(dòng)方便，使用、安全，大大的減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工進(jìn)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用提升機(jī)施工，其施工費(fèi)用僅是腳手架的70﹪，生產(chǎn)率是腳手架的三倍。但是，由于多種原因，建筑施工中高處作業(yè)提升機(jī)墜落事故時(shí)有發(fā)生，這不僅造成人身傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，面對高處作業(yè)提升機(jī)使用日益增多的今天，提升機(jī)產(chǎn)品安全質(zhì)量成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。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)提升機(jī)產(chǎn)品安全性能的開發(fā)，同時(shí)，確保提升機(jī)產(chǎn)品安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范國內(nèi)提升機(jī)市場。必須保證高處作業(yè)提升機(jī)安裝后符合安全要求，加大對施工操作人員高空提升機(jī)安全操作培訓(xùn)，使作業(yè)人員熟悉、掌握提升機(jī)結(jié)構(gòu)、性能和操作規(guī)范以確保安全。
1.2 設(shè)計(jì)目的
這次設(shè)計(jì)的目的是在于鞏固所學(xué)的知識，開拓視野，培養(yǎng)同學(xué)們的動(dòng)手能力，增強(qiáng)同學(xué)們的獨(dú)立思考能力和學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)合作精神。而畢業(yè)設(shè)計(jì)在學(xué)業(yè)即將完成，充分掌握所學(xué)的所有課程，并結(jié)合實(shí)際成產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上而進(jìn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是每一位即將面臨畢業(yè)的學(xué)生在整個(gè)大學(xué)期間對所學(xué)知識的一個(gè)綜合應(yīng)用，它嚴(yán)格要求學(xué)生要全心的投入，并盡可能的熟練的應(yīng)用所學(xué)的知識，力求這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的結(jié)束。
實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我們學(xué)習(xí)了三年時(shí)間的理論知識，若不將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，那么也是枉然，還是沒有什么收獲。所以，學(xué)以致用是唯一可以對所學(xué)知識的的一個(gè)實(shí)實(shí)在在的交代。我們在這次設(shè)計(jì)目的在于以下：
1）最首要的目的在于開動(dòng)同學(xué)們獨(dú)立思考，積極運(yùn)用所學(xué)知識和綜合運(yùn)用知識以及獨(dú)立思考和分析，解決問題的能力。
2）會觀察零件，研究特點(diǎn)及構(gòu)造，另外，要知其內(nèi)部組織情況，受力、承載情況，以及合適的應(yīng)用場合。
3）要在設(shè)計(jì)的過程中，同學(xué)們掌握并熟應(yīng)用，查閱有關(guān)手冊、圖表等有關(guān)資料的能力。
4）進(jìn)一步來培養(yǎng)學(xué)生們觀察零件以及視圖、制圖、應(yīng)用和撰寫技術(shù)文件，說明的一些基本技能。
5）在設(shè)計(jì)的過程中要培養(yǎng)學(xué)生們嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及充分應(yīng)用所學(xué)知識的能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)校結(jié)束了全部的理論課程和相應(yīng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)后進(jìn)行的一項(xiàng)大型綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在能將所學(xué)理論知識全面應(yīng)用并合理解決實(shí)際問題的工程實(shí)踐過程中不可或缺的、較系統(tǒng)的工程化訓(xùn)練，是完成工程師初步訓(xùn)練的重要步驟。
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容
本設(shè)計(jì)內(nèi)容包括一級齒輪傳動(dòng)，二級齒輪傳動(dòng)，鋼絲繩的繞法，離合器的設(shè)計(jì)，扇形齒輪傳動(dòng)，蝸桿和蝸桿的自鎖。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)。
本設(shè)計(jì)的特色在于：第一，運(yùn)用簡單的齒輪之間傳動(dòng)比的變化，將人力放大。實(shí)現(xiàn)人力能夠帶動(dòng)機(jī)器升降；第二，扇形齒輪的運(yùn)用，減小結(jié)構(gòu)，同時(shí)起來離合的作用；第三，蝸桿和蝸桿的嚙合起到自鎖的作用，比起蝸桿蝸輪的自鎖功能雖有所欠缺但是相比較而言結(jié)構(gòu)會簡化很多，尺寸會精巧甚多。
2.機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提升
2.1 工作原理及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)
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.離合控制部分。
傳動(dòng)部分主要是在主軸箱內(nèi)，如圖.2。所示，由主動(dòng)軸、蝸桿、蝸桿、兩個(gè)齒輪、摩擦片和、 蝶形彈簧以及輸出軸組成。主動(dòng)軸和腳踏連接，可以由人直接驅(qū)動(dòng)。在工作狀態(tài)，主動(dòng)軸上的齒輪同時(shí)帶動(dòng)裝在蝸桿和蝸桿上的兩齒輪傳動(dòng)，從而帶動(dòng)了兩蝸和的同向轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿通過由摩擦片和、蝶形彈簧組成的離合部分將動(dòng)力傳到輸出軸上，再通過齒輪的傳動(dòng)，輸出軸上的齒輪傳遞到圖2.1中處于上方的齒輪。
繞線部分參照圖2.1，主要由兩個(gè)齒輪，兩個(gè)壓緊輪裝置，防護(hù)罩，彈簧和彈簧以及殼體組成，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滑動(dòng)，即不會打滑。兩個(gè)壓緊輪裝置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)罩能保證在齒輪上穿鋼絲繩順利進(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。
離合控制部分主要有：圖.2中裝在蝸桿上的摩擦片，輸出軸，嵌套在輸出軸上的摩擦片和蝶形彈簧，以及圖中軸、扇形齒輪、離合控制軸、推力軸承、控制手柄組成。離合發(fā)生在如圖2.2中兩個(gè)摩擦片接觸的地方，當(dāng)?shù)螐椈商幱诒粔壕o狀態(tài)時(shí)，在兩摩擦片的作用下就能處于工作狀態(tài)，即離合器處于“合”的狀態(tài)；反之就處于非工作狀態(tài)，即處于“離”的狀態(tài)。蝶形彈簧的壓緊與放松狀態(tài)我們靠轉(zhuǎn)動(dòng)控制手柄來實(shí)現(xiàn)，控制手柄通過軸帶動(dòng)扇形齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒輪通過與離合控制器的齒輪嚙合，帶動(dòng)離合控制器的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過螺紋連接裝在外殼上的離合控制器由于轉(zhuǎn)動(dòng)而沿著螺紋方向移動(dòng)，從而通過頂在推力軸承上圖2.2中所示的輸出軸來壓緊或者放松碟形彈簧。
該升降機(jī)主要能實(shí)現(xiàn)三個(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；第三，能自由低速的往下走。我們把前面兩個(gè)功能叫做該升降機(jī)處于工作狀態(tài)的功能，而把最后一個(gè)功能稱之為非工作狀態(tài)的功能。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)，在兩個(gè)蝸桿嚙合有自鎖作用的情況下，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。
第三種功能的實(shí)現(xiàn)原理是：當(dāng)工作人員將控制手柄往自身方向拉時(shí)，離合器處于“離”的狀態(tài)，即此時(shí)圖2.1 中兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不影響到主軸箱里的傳動(dòng)，機(jī)器將加速下落：當(dāng)工作人員松開控制手柄時(shí)，離合器處于“合”的狀態(tài)，機(jī)器將減速下落。于是工作人員可以通過控制手柄來控制升降機(jī)的下落。
圖2.1 提升機(jī)結(jié)構(gòu)圖
圖2.2 提升機(jī)原理圖
2.2 設(shè)計(jì)方案的制定
由方案想到滑輪組結(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)
離合控制：由汽車離合原理，將之稍加改動(dòng)。手柄相當(dāng)于檔位桿，操縱離合器的“開”與“合”離合打開時(shí)，滑輪組上的齒輪不能與輸出軸上的齒輪嚙合，不能傳動(dòng)不能制動(dòng)，由于機(jī)器和人員的自身重力，將加速下降，當(dāng)離合器合上時(shí)，齒輪嚙合正常進(jìn)行，能制動(dòng)能
傳動(dòng)，機(jī)器又回減速下落直到停住。
2.3 人力提升機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確
2.3.1確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳
（1）?確定總傳動(dòng)比
由提升機(jī)提升的線速度為m/min,初定線槽直徑為m。
即 (2.1)
假設(shè)人蹬腳踏的轉(zhuǎn)速為,所以總的傳動(dòng)比為
(2.2)
（2） ?分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比
(2.3)
式中分別為一級齒輪和二級齒輪的傳動(dòng)比。為使一級齒輪結(jié)構(gòu)不過大，初步
，則二級齒輪傳動(dòng)比為
2.3.2設(shè)定傳動(dòng)裝置的動(dòng)力參數(shù)
（1） 各軸轉(zhuǎn)速
?
?
（2） 各軸輸入功率
則各軸的輸出功率：??
（3） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
主動(dòng)軸的輸出轉(zhuǎn)矩=9550 =9550×0.1/75=12.73N·m
所以:
輸出轉(zhuǎn)矩：
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表2-1，
表2-1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速r/min
輸入
輸出
輸入
輸出
主動(dòng)軸
0.1
12.73
75
1軸
0.095
0.093
18.34
17.97
51
2軸
0.087
0.091
54.8
53.7
15.89
3軸
0.077
0.089
48.94
47.97
15.89
3. 齒輪的設(shè)計(jì)
3.1主動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
1. 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)。
(1)考慮到人力提升機(jī)的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
(2)提升機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高故選用7級精度(GB10095-88)。
(3)材料選擇，由課本(機(jī)械設(shè)計(jì)，以下都是)P119 表10-1，選小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，
硬度280HBS,大齒輪材料為45號鋼(調(diào)質(zhì))，硬度240HBS二者材料硬度相差40HBS。
(4)選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)，取。
2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由課本公式進(jìn)行計(jì)算：即
(3.1)
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。
1）試選載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
(3.2)
3）由課本表選取齒寬系
4）由表查的材料的彈性影響系數(shù)
5）由圖按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6）由式，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
(3.3)
(3.4)
7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%安全系數(shù)S=1,由式10-12得
(3.5)
(3.6)
(2)計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值
(3.7)
2）計(jì)算圓周速度
(3.8)
3）計(jì)算齒寬
(3.9)
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
(3.10)
齒高
(3.11)
(3.12)
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù),7級精度，由圖10-8查的動(dòng)載系數(shù)；
直齒輪；
由表查的使用系數(shù)；
由表用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)
由 ，，查圖，得
故載荷系數(shù)
(3.13)
6）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式10-10a得
9
(3.14)
7）計(jì)算模數(shù)
(3.15)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
(3.16)
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限。
2）由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式得
(3.17)
(3.18)
4）計(jì)算載荷系數(shù)
(3.19)
5）查取齒形系數(shù)，由表查得
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表查得
7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
(3.20)
(3.21)
大齒輪的數(shù)值大，所以選用。
(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算
(3.22)
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按 接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)
，取齒
大齒輪齒數(shù)
取齒
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
4.幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
(3.23)
(3.24)
(2) 計(jì)算中心距
(3.25)
（3）計(jì)算齒輪寬度
取 (3.26)
3.2 從動(dòng)軸上齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
1. 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)。
(1)考慮到人力提升機(jī)的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用直齒圓柱齒輪傳 動(dòng)。
(2)提升機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高故選用7級精度(GB10095-88)。
(3)材料選擇，由課本(機(jī)械設(shè)計(jì)，以下都是) 表10-1，選小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度280HBS,大齒輪材料為45號鋼(調(diào)質(zhì))，硬度240HBS二者材料硬度相差40HBS。
(4)選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)，取。
2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由課本公式進(jìn)行計(jì)算：即
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。
1）試選載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3）由課本表選取齒寬系
4）由表查的材料的彈性影響系數(shù)。
5）由圖按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6）由式，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%安全系數(shù)S=1,由式10-12得
(2)計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高 ,
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù),級精度，由圖10-8查的動(dòng)載系數(shù)；
直齒輪；
由表查的使用系數(shù)；
由表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)
由 ，查圖，得
故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式得
7）計(jì)算模數(shù)
3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限。
2）由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
5）查取齒形系數(shù)，由表查得
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表查得
7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大，所以選用。
（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得模數(shù)并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按 接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
，取齒
大齒輪齒數(shù)
取齒
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
4. 幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
(2) 計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取
3.3 扇形齒輪的設(shè)計(jì)
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
1）齒輪材料及熱處理
? 1）材料：高速級小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為小齒輪,取小齒齒數(shù)，高速級大齒輪選用號鋼正火，齒面硬度為大齒輪,取大齒齒數(shù)，取
2）齒輪精度
按GB/T10095－1998，選擇7級，齒根噴丸強(qiáng)化。
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)
確定各參數(shù)的值:
1）試選
2) 查課本圖 選取區(qū)域系數(shù)
3) 由課本圖查得 則
4）查課本圖得
5) 齒輪的疲勞強(qiáng)度極限
取失效概率為,安全系數(shù),應(yīng)用課本公式得:
[]==0.93×550=511.5
[]==0.96×450=432
許用接觸應(yīng)力
6）查課本表得： ，由表得:
3. 設(shè)計(jì)計(jì)算
1）小齒輪的分度圓直徑
2）計(jì)算圓周速度
3) 計(jì)算齒寬和模數(shù)
計(jì)算齒寬
計(jì)算摸數(shù)
初選螺旋角
4) 計(jì)算齒寬與高之比
齒高
5) 計(jì)算縱向重合度
6) 計(jì)算載荷系數(shù)
使用系數(shù)
根據(jù)級精度, 查課本表得
動(dòng)載系數(shù)
查課本由表得的計(jì)算公式:
查課本由表得:
查課本由表得:
故載荷系數(shù):
7) 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
d=d= mm
8) 計(jì)算模數(shù)
4. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式
(1) 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值
1) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩,確定齒數(shù)z
因?yàn)槭怯昌X面，故取
傳動(dòng)比誤差?
，允許
????? 2)?計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
3) 初選齒寬系數(shù)
?? 按對稱布置，由表查得
4) 初選螺旋角
? 初定螺旋角
5) 載荷系數(shù)K
6) 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
查課本由表得:
齒形系數(shù)
?應(yīng)力校正系數(shù)
??7) 重合度系數(shù)
端面重合度近似為
因?yàn)?，則重合度系數(shù)為
8) 螺旋角系數(shù)Y
?軸向重合度
9) ?計(jì)算大小齒輪的
?安全系數(shù)由表查得
查課本由表得到彎曲疲勞強(qiáng)度極限??????????????????
小齒輪 大齒輪
查課本由表得彎曲疲勞壽命系數(shù):
取彎曲疲勞安全系數(shù)
大齒輪的數(shù)值大.選用.
(2)設(shè)計(jì)計(jì)算
1)計(jì)算模數(shù)
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑,于是由:
取 那么
? 2) 幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算中心距
將中心距圓整為按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多,故參數(shù),,等不必修正.
計(jì)算大.小齒輪的分度圓直徑
計(jì)算齒輪寬度
圓整的
4. 軸瓦軸承和軸鍵的設(shè)計(jì)和校核
4.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
4.1.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
1.主動(dòng)軸設(shè)計(jì)：從右向左
1) 材料：選用號鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本第頁表取
2) 各軸段直徑的確定：據(jù)課本第頁式得：
（4.1）
段裝配軸瓦的段所以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二卷第七章表取。段裝軸瓦且，所以取。段是裝配齒輪段，取。
3） 確定各軸長度，由前面齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)分配各軸長度，， 。
2. 校核該軸和軸瓦：，， 。
作用在齒輪上的圓周力為： （4.2）
徑向力為 （4.3）
軸向力 （4.4）
求垂直面的支反力：
（4.5）
（4.6）
求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖：
（4.7）
（4.8）
求水平面的支承力：
由得
（4.9）
（4.10）
求并繪制水平面彎矩圖：
（4.11）
（4.12）
求在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力：
（4.13）
（4.14）
求并繪制力產(chǎn)生的彎矩圖：
（4.15）
（4.16）
在處產(chǎn)生的彎矩：
（4.17）
求合成彎矩圖：
考慮最不利的情況，把與直接相加。
（4.18）
求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：
從圖可見，處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）
（4.19）
計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑：
因?yàn)椴牧线x擇調(diào)質(zhì)，查課本頁表得，許用彎曲應(yīng)力，則：
（4.20）
因?yàn)椋栽撦S是安全的。
4.1.2 軸瓦壽命校核：
軸承壽命可由式進(jìn)行校核，由于軸瓦主要承受徑向載荷的作用，所以，查課本頁表，取取
按最不利考慮，則有： （4.21）
（4.22）
因?yàn)?
（4.23）
查課本表，取
（4.24）
則 (4.25)
，因此所該軸承符合要求。
彎矩及軸的受力分析圖如圖4.1所示：
圖4.1 軸的受力分析及彎矩圖
結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示
圖4.2 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖
4.2 中間軸的設(shè)計(jì)
4.2.1 中間軸的設(shè)計(jì)與校核
1）材料：選用號鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本表取 。
2）各軸段直徑的確定，根據(jù)課本式得
，段要裝配軸承，所以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二卷第 七章表取，再查表選用軸承，取。
裝配齒輪和蝸桿且，取，。
段主要是定位高速級大齒輪，所以取，。
段裝配高速級大齒輪，取，。
3）校核該軸和軸承，，，
作用在，齒輪上的圓周力：
徑向力：
軸向力：
求垂直面的支反力
計(jì)算垂直彎矩：
求水平面的支承力：
計(jì)算、繪制水平面彎矩圖：
求合成彎矩圖，按最不利情況考慮：
求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：
從圖可見，,處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）
計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑：
截面:
截面:
由于，所以該軸是安全的。
精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。
對段的左端進(jìn)行安全校核計(jì)算。
抗彎截面系數(shù)，按表中的公式計(jì)算
抗扭截面系數(shù)
段的右側(cè)的彎矩為
段的扭矩
段的彎曲應(yīng)力
段右側(cè)的扭切應(yīng)力
軸的材料為號鋼，調(diào)制處理，由課本表軸的常用材料性能表查得：
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，按手冊查取，因
經(jīng)差值后，可查得
由手冊可得軸性系數(shù)為
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 (4.26)
由手冊得尺寸系數(shù)，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)
軸按磨削加工，由手冊得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按手冊得綜合系數(shù)為
(4.27)
(4.28)
又由手冊得材料特性系數(shù)，取 ，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按公式則得
(4.29)
(4.30)
(4.31)
所以它是安全的。
對段右側(cè)的軸的安全校核
抗彎截面系數(shù)，按表中的公式計(jì)算
抗扭截面系數(shù)
段的右側(cè)的彎矩為
段的扭矩
段的彎曲應(yīng)力
段右側(cè)的扭切應(yīng)力
過盈配合處的值，由手冊用差值法求出，并取,于是得，，
軸按磨削加工，由手冊得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按手冊得綜合系數(shù)為
又由手冊得材料特性系數(shù)，取 ，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按公式則得
所以它是安全的。
4.2.2 軸瓦壽命校核：
軸承壽命可由式進(jìn)行校核，由于軸瓦主要承受徑向載荷的作用，所以，查課本頁表，取取
按最不利考慮，則有：
因?yàn)?
查課本表，取
則
，因此所該軸承符合要求。
彎矩及軸的受力分析圖如圖4.3所示：
圖4.3 軸的受力分析及彎矩圖
結(jié)構(gòu)圖如圖4.4所示
圖4.4 中間軸的結(jié)構(gòu)圖
4.2.3 鍵的設(shè)計(jì)與校核
已知，查課本表，所以取：，取,。因?yàn)辇X輪材料為號鋼，查課本表，得。
根據(jù)普通平鍵連接的條件為
所以所選鍵為:
4.3 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
4.3.1 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
1）材料：選用號鋼調(diào)質(zhì)處理。查課本表取 。
2）各軸段直徑的確定，根據(jù)課本式得
，段要裝配軸承，所以查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二卷第 七章表取，再查表選用軸承，取。
裝配齒輪和蝸桿且，取，。
段要裝配軸承，所以取，。
3）校核該軸和軸承，，
作用在齒輪上的圓周力為：
徑向力為
軸向力
求垂直面的支反力：
求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖：
求水平面的支承力：
由得
求并繪制水平面彎矩圖：
求在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力：
求并繪制力產(chǎn)生的彎矩圖：
在處產(chǎn)生的彎矩：
求合成彎矩圖：
考慮最不利的情況，把與直接相加。
求危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：
從圖可見，處截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為：（取折合系數(shù)）
計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑：
因?yàn)椴牧线x擇調(diào)質(zhì)，查課本頁表得，許用彎曲應(yīng)力，則：
因?yàn)?，所以該軸是安全的。
4.3.2 軸瓦壽命校核
軸承壽命可由式進(jìn)行校核，由于軸瓦主要承受徑向載荷的作用，所以，查課本頁表，取取
按最不利考慮，則有：
因?yàn)?
查課本表，取
則
，因此所該軸承符合要求。
彎矩及軸的受力分析圖如圖4.5所示。
圖4.5 從動(dòng)軸的受力分析及彎矩圖
結(jié)構(gòu)圖如圖4.6所示
圖4.6 從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)圖
4.3.3 鍵的設(shè)計(jì)與校核
已知，查課本表，所以?。?，取,。因?yàn)辇X輪材料為號鋼，查課本表，得。
根據(jù)普通平鍵連接的條件為
所以所選鍵為:
5 傳動(dòng)系統(tǒng)零件的選擇和設(shè)計(jì)
5.1選擇鋼絲繩的型號
初定齒輪槽的寬度為15和提升的重量為350Kg，選擇鋼絲繩的型號。由于鋼絲繩的型號是國標(biāo)，所以查找手冊《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第五版第二卷第八章2.1.3鋼絲繩直徑的計(jì)算選擇，選用鋼絲繩直徑。
鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力，按公式
式中 ——鋼絲繩最小直徑 mm
——選擇系數(shù) mm/N
——鋼絲繩最大工作靜拉力
由表8-1-15可查的=0.140,安全系數(shù)為9。由提升機(jī)提升重量為350kg
(5.1)
在由表2.1.5一般用途鋼絲繩中適用于機(jī)械建筑貨運(yùn)索道等行業(yè)使用的各種圓股鋼絲繩，可選用鋼絲繩6×37（b）類，其典型結(jié)構(gòu)為6×37（1+6+12+18）。
5.2 箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
人力提升機(jī)的箱體采用鑄造制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)為了保證齒輪佳合質(zhì)量，
大端蓋分機(jī)體采用配合。
1. 機(jī)體有足夠的剛度
在機(jī)體為加肋，外輪廓為長方形，增強(qiáng)了軸承座剛度。
2. 考慮到機(jī)體內(nèi)零件的潤滑，密封散熱。
因其傳動(dòng)件速度小于，故采用侵油潤油，同時(shí)為了避免油攪得沉渣濺起，齒頂?shù)接统氐酌娴木嚯x為。
為保證機(jī)蓋與機(jī)座連接處密封，聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗糙度為。
3. 機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性.
鑄件壁厚為，圓角半徑為。機(jī)體外型簡單，拔模方便。
4. 對附件設(shè)計(jì)
視孔蓋和窺視孔
在機(jī)蓋頂部開有窺視孔，能看到 傳動(dòng)零件齒合區(qū)的位置，并有足夠的空間，以便于能伸入進(jìn)行操作，窺視孔有蓋板，機(jī)體上開窺視孔與凸緣一塊，有便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封，蓋板用鑄鐵制成，用M10緊固。
油螺塞：
放油孔位于油池最底處，并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè)，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊，由機(jī)械加工成螺塞頭部的支承面，并加封油圈加以密封。
油標(biāo)：
油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。
油尺安置的部位不能太低，以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出。
通氣孔：
由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)體內(nèi)溫度升高，氣壓增大，為便于排氣，在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器，以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡。
蓋螺釘：
啟蓋螺釘上的螺紋長度要大于機(jī)蓋聯(lián)結(jié)凸緣的厚度。
釘桿端部要做成圓柱形，以免破壞螺紋。
位銷：
為保證剖分式機(jī)體的軸承座孔的加工及裝配精度，在機(jī)體聯(lián)結(jié)凸緣的長度方向各安裝一圓錐定位銷，以提高定位精度。
吊鉤：
在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán)，用以起吊或搬運(yùn)較重的物體。
減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸如下：
表5-1 減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸表
名稱
符號
計(jì)算公式
結(jié)果
箱座壁厚
箱蓋壁厚
箱蓋凸緣厚度
箱座凸緣厚度
箱座底凸緣厚度
地腳螺釘直徑
地腳螺釘數(shù)目
查手冊
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接螺栓直徑
軸承端蓋螺釘直徑
視孔蓋螺釘直徑
定位銷直徑
續(xù)表5-1
，，至外機(jī)壁距離
查機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表
，至凸緣邊緣距離
查機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表
外機(jī)壁至軸承座端面距離
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
10
機(jī)蓋，機(jī)座肋厚
9
軸承端蓋外徑
軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離
5.3 潤滑密封設(shè)計(jì)
對于人力提升機(jī)，因?yàn)閭鲃?dòng)裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，所以采用脂潤滑，箱體內(nèi)選用中的號潤滑，裝至規(guī)定高度。
油的深度為
所以
其中油的粘度大，化學(xué)合成油，潤滑效果好。
密封性來講為了保證機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接處密封，聯(lián)接
凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接表面應(yīng)精創(chuàng)，其表面粗度應(yīng)為
密封的表面要經(jīng)過刮研，而且，凸緣連接螺柱之間的距離不宜過大，為，并均已