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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
本次設(shè)計(jì)的海洋絞車主傳動系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上采用了6臺電動機(jī)同時驅(qū)動，為避免電機(jī)工作時相互之間產(chǎn)生干涉，在選擇機(jī)架時我們在參考外國的設(shè)計(jì)時還采取了一些自己的想法，在保留外國的一些結(jié)構(gòu)的同時，也加入了一些自己的檢算。在選取傳動比的時候，也大膽的將齒輪的傳動比加大到5.28，并且采取了兩種方式進(jìn)行對齒輪的核算。在選取大齒輪的時候，也對大齒輪的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參考。為保持齒輪在卷筒上的穩(wěn)定性，將齒輪的一部分切掉，使其在與卷筒的固定時出現(xiàn)一個相互咧和的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)卷筒時，在參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊的同時對卷筒的整體強(qiáng)度進(jìn)行了加強(qiáng)，采用了在卷筒的內(nèi)部加入了一些環(huán)狀的加強(qiáng)筋。在卷筒的兩端分別焊接兩個端面的結(jié)構(gòu)。并且將兩端的軸也分別焊在這兩邊的端面結(jié)構(gòu)上。為保證卷筒的強(qiáng)度，在軸與卷筒的外壁之間還加上了加強(qiáng)筋。跟國內(nèi)的卷筒相比，這個卷筒的強(qiáng)度要高出很多，而且這個卷筒外表面是不需要做纜繩槽的，因?yàn)樵谶@個卷筒的上面會在加上一個專門做的槽套。
關(guān)鍵字；海洋絞車 主傳動系統(tǒng)
Abstract
The design of marine winch main drive system, in the structure of the 6 sets of motor drive, at the same time, to avoid motor mutual interference, in the choice of frame we in foreign reference design has also taken some of their own ideas, in retain foreign some structure at the same time, also add some own checking calculation. In the selection of the transmission ratio, it is also bold to increase the transmission ratio of the gear to 5.28, and took two ways to gear accounting. In the selection of the large gear, but also to the large gear mechanism for reference. In order to keep the gear on the drum of stability, gear for a cut, the reel fixed when a blanket and the structure. In the design of the drum, the overall strength of the drum is enhanced while the reference machine design manual is used, and some ring reinforcement is added to the drum.. At the ends of the drum, the structure of the two ends is welded. And the ends of the shaft are also welded on both sides of the structure of the end. In order to guarantee the strength of the drum, the reinforcing bar is also added between the shaft and the outer wall of the drum.. Compared with domestic drum, the drum strength to a much higher and the outside of the drum surface is don't need to make cable trough, because on top of the drum will in with a specially made sleeve groove.
Keywords; marine winch; main drive system
目錄
摘要 I
第一章 緒論 - 1 -
第二章 海洋絞車總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 - 2 -
第一節(jié) 傳動機(jī)構(gòu) - 2 -
1.1、多電機(jī)+多行星減速器+固定輪系+主軸支撐 - 2 -
1.2、多電機(jī)+多減速器+固定輪系+轉(zhuǎn)盤軸承支撐 - 2 -
1.3、多電機(jī)+固定輪系+行星減速器+主軸支撐 - 3 -
第二節(jié) 排纜系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) - 4 -
2.1平行排纜結(jié)構(gòu) - 4 -
2.2 垂直排纜結(jié)構(gòu) - 5 -
第三章 主要參數(shù)的計(jì)算 - 6 -
第一節(jié) 滾筒尺寸 - 6 -
第二節(jié) 電機(jī)功率 - 7 -
第三節(jié) 主傳動系統(tǒng)傳動比 - 8 -
第四節(jié) 絞車扭矩校核 - 9 -
第四章 關(guān)鍵零部件選型與計(jì)算 - 10 -
第一節(jié) 變頻電機(jī) - 10 -
第二節(jié) 行星減速器 - 10 -
第三節(jié) 齒輪的設(shè)計(jì) - 11 -
方案一 - 11 -
方案二 - 21 -
第四節(jié) 軸承選型與壽命計(jì)算 - 30 -
4.1、軸承的選擇 - 30 -
4.2、校核軸承工作壽命為 - 33 -
4.3、軸承靜載荷計(jì)算 - 34 -
結(jié)論 - 35 -
參考文獻(xiàn) - 36 -
致謝 - 37 -
II
第一章 緒論
隨著我們對未知世界的探索越來越深入，從地球到地下，從地表到太空都需要更多更好的機(jī)器作為探索未知世界的工具。在對海洋的探索過程中，海洋絞車就起到了非常大的作用。
目前我國使用的大部分海洋絞車都主要依靠從外國進(jìn)口，國內(nèi)在這一塊的自主研發(fā)、制造技術(shù)都還顯得非常的不成熟。我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是在借鑒外國的海洋絞車主傳動系統(tǒng)作為參考，在了解了國外的海洋絞車的主要結(jié)構(gòu)以后，在對自己的部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)過程中，對于部分機(jī)構(gòu)我進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，例如在安排卷筒上面的通孔時（通孔是為了將臍帶纜從卷筒內(nèi)部接出來，從而將里面的信號通過臍帶纜傳送出來），要求通孔的位置必須在靠近卷筒的端部，這樣的話就有可能與端部的加強(qiáng)筋產(chǎn)生干涉。但我不原本梯形的加強(qiáng)筋變?yōu)榱巳切尉筒豢赡艹霈F(xiàn)這種情況了。在我的設(shè)計(jì)里，電機(jī)的數(shù)量達(dá)到了6臺。這在一般的國內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)里，并不是很常見。在對于卷筒的強(qiáng)度問題上我采取的方法是在卷筒的兩端焊接上一個可以安裝并且能受力的端面，在卷筒的內(nèi)部焊接上足夠的加強(qiáng)筋，同時將兩者用于卷筒上可以將卷筒的強(qiáng)度提高很多倍。為保證齒輪有一個比較密封的工作環(huán)境，還專門將卷筒的一端外面一部分進(jìn)行加長，保證給齒輪一個相對較好的工作環(huán)境。對于齒輪的設(shè)計(jì)時，在依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊設(shè)計(jì)出了齒輪合適的強(qiáng)度、齒數(shù)、分度圓等等的時候，將齒輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改變。將齒輪切掉一部分，保證大齒輪在與卷筒的配合更加緊湊。為了保證底架的強(qiáng)度，再次我采用了H型鋼，通過焊接的方式焊接出一個底座，并且對底座進(jìn)行加強(qiáng)，。在底座的兩邊加上加強(qiáng)筋。為保證整個整體與其他部分的連接，在底架的兩端分別再焊接4塊鋼板，并將其打上孔。
第二章 海洋絞車總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
第一節(jié) 方案選擇
1、多電機(jī)+多行星減速器+固定輪系+主軸支撐
丹麥MacArtney公司的新一代海洋絞車主傳動系統(tǒng)采用的就是這種結(jié)構(gòu)形式。每臺電機(jī)的主軸直接與1臺行星減速器相連，每個行星減速器輸出軸上安裝1個小齒輪，6個小齒輪以外嚙合方式同時驅(qū)動1個大齒輪（6個小齒輪和1個小齒輪形成1個固定輪系減速），大齒輪直接安裝在卷筒上，絞車卷筒通過主軸支撐在機(jī)架上。這種傳動方案的機(jī)械傳動原理如圖2.1所示。
圖2.1 多電機(jī)+多行星減速器+固定輪系+主軸支撐的傳動原理圖
這種傳動機(jī)構(gòu)的部件之間連接很緊密，結(jié)構(gòu)比較緊湊，行星減速器可以直接從市場上采購標(biāo)準(zhǔn)行星減速器，卷筒通過主軸支撐，支撐結(jié)構(gòu)比較簡單，支撐軸承比較小，光電滑環(huán)可以直接安裝在卷筒支撐主軸內(nèi)。6個電機(jī)均勻布置在卷筒上，工作卷筒受力均衡，無偏應(yīng)力。與卷筒連接的大齒輪可以直接固定在卷筒上，卷筒主軸上基本上只承受彎矩不承受扭矩，受力狀態(tài)較好。
2、多電機(jī)+多減速器+固定輪系+轉(zhuǎn)盤軸承支撐
英國的Slingsby Aviation公司生產(chǎn)的絞車就是采用這種結(jié)構(gòu)形式，即2臺電機(jī)分別連接2臺減速器，再通過中間傳動件驅(qū)動2個小齒輪，2個小齒輪驅(qū)動轉(zhuǎn)盤軸承外齒圈（形成固定輪系），絞車卷筒直接固定在轉(zhuǎn)盤軸承外圈上，轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈固定在機(jī)架上，絞車卷筒是通過2個轉(zhuǎn)盤軸承支撐在機(jī)架上，不需要卷筒主軸。
這種傳動結(jié)構(gòu)的絞車將電機(jī)反向布置在卷筒的下方，可以縮短絞車軸向尺寸，或增大卷筒長度以增大纜繩儲繩量；該結(jié)構(gòu)直接通過2個大的轉(zhuǎn)盤軸承將卷筒與機(jī)架相連，卷筒不需要通過主軸支撐，減少了卷筒主軸，簡化了主軸結(jié)構(gòu)，降低了轉(zhuǎn)動慣量；因電機(jī)布置在卷筒下方，工作時卷筒會承受一定的側(cè)應(yīng)力。
這種傳動方案的機(jī)械傳動原理如圖2.2所示。
圖2.2 多電機(jī)+多減速器+固定輪系+轉(zhuǎn)盤軸承支撐方案傳動原理圖
3、多電機(jī)+固定輪系+行星減速器+主軸支撐
株洲立達(dá)公司曾做過類似這種傳動結(jié)構(gòu)形式的煤礦絞車，與此不同的是株洲立達(dá)采用的多臺（6臺）液壓馬達(dá)驅(qū)動而不是多臺電機(jī)驅(qū)動絞車。這種傳動結(jié)構(gòu)形式實(shí)際上是將丹麥MacArtney絞車傳動結(jié)構(gòu)的1、2級傳動反過來做，即電機(jī)連接小齒輪，小齒輪驅(qū)動大齒輪，大齒輪與行星減速器輸入軸連接，行星減速器輸出軸與卷筒連接。這種傳動方案的機(jī)械傳動原理如圖2.3所示。
圖2.3 多電機(jī)+固定輪系+行星減速器+主軸支撐方案傳動原理圖
這種傳動結(jié)構(gòu)實(shí)際上是也可認(rèn)為是將方案（1）中的多個行星減速器合并成1個大的行星減速器，減少了行星減速器的個數(shù)。同樣具有部件之間連接很緊密，結(jié)構(gòu)比較緊湊，卷筒通過主軸支撐，支撐結(jié)構(gòu)比較簡單，支撐軸承比較小，光電滑環(huán)可以直接安裝在卷筒支撐主軸內(nèi)，卷筒受力均衡，無偏應(yīng)力等特點(diǎn)。但行星減速器需要定制，且卷筒需要通過與行星減速器輸出主軸相連的卷筒主軸來傳遞扭矩進(jìn)行驅(qū)動，因此卷筒主軸不僅會承受很大的彎矩而且還會承受很大的扭矩，受力狀態(tài)不好。
4、多電機(jī)+多行星減速器+固定輪系（內(nèi)嚙合）+轉(zhuǎn)盤軸承支撐
這種傳動結(jié)構(gòu)是在綜合上述幾種傳動結(jié)構(gòu)之后的提出擬采用的一種新的傳動結(jié)構(gòu)形式，第1級傳動采用方案1中電機(jī)直接連接行星減速器，第2級的固定輪系傳動采用齒輪內(nèi)嚙合形式，即多個小齒輪同時驅(qū)動轉(zhuǎn)盤軸承的帶齒輪內(nèi)圈，卷筒固定在轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈上，轉(zhuǎn)盤軸承外圈固定在機(jī)架上，絞車卷筒通過2個轉(zhuǎn)盤軸承進(jìn)行支撐。這種傳動方案的機(jī)械傳動原理如圖2.4所示。
圖2.4 多電機(jī)+多行星減速器+固定輪系（內(nèi)嚙合）+轉(zhuǎn)盤軸承支撐傳動原理圖
這種傳動結(jié)構(gòu)集中了上述幾種方案的優(yōu)點(diǎn):機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、受力均衡、運(yùn)動平穩(wěn),且標(biāo)準(zhǔn)部件多，而且固定輪系改為內(nèi)嚙合方式可以增大對卷筒的驅(qū)動力矩。電機(jī)和行星減速器可以直接采購，轉(zhuǎn)盤軸承也可以直接訂購，大齒輪（內(nèi)齒）由轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈自帶，對于主傳動系統(tǒng)只剩下設(shè)計(jì)制造小齒輪，因此從制造角度來說，相對會比較方便和容易，同時也省掉了絞車卷筒主軸。
第二節(jié) 排纜系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)
1、平行排纜結(jié)構(gòu)
平行排纜結(jié)構(gòu)，纜繩張力直接作用到了絞車卷筒上，排纜機(jī)構(gòu)只需對纜繩側(cè)向施加一個較小的力，驅(qū)動纜繩側(cè)移就可實(shí)現(xiàn)排纜動作，因此這種結(jié)構(gòu)的排纜機(jī)構(gòu)受力較小，排纜機(jī)構(gòu)可以做比較小巧，電機(jī)、絲桿和導(dǎo)向桿都可以做得很小，因此制造成本較低。但纜繩在絞車卷筒長度方向上來回移動，纜繩與A型架的天輪之間的偏角不恒定、會不斷變化，對起吊物的收放會產(chǎn)生一定影響。
2、垂直排纜結(jié)構(gòu)
，這種結(jié)構(gòu)的排纜機(jī)構(gòu)起吊物的重量先作用在排纜機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪上，再通過轉(zhuǎn)輪將纜繩張力作用到卷筒上，這樣排纜機(jī)構(gòu)所受的拉力和彎矩非常大，因此這種排纜機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向桿和絲桿必須做得很大。這種結(jié)構(gòu)形式因排纜機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪與A型架的天輪幾乎始終在同一平行線上，因此，纜繩與A型架的天輪之間不會產(chǎn)生偏角，對起吊物的平穩(wěn)收放非常有利。
垂直排纜結(jié)構(gòu)又有如下2種形式：
（1）導(dǎo)向桿布置在絞車側(cè)邊，這種結(jié)構(gòu)形式絞車的排纜機(jī)構(gòu)所承受的較大的拉力只作用在絞車的一側(cè)，致使絞車受力不平衡。且這種結(jié)構(gòu)形式增大了絞車的寬度，但同時也給電器控制柜的安裝提供了空間。
（2）導(dǎo)向桿布置在絞車中間，這種結(jié)構(gòu)形式絞車的受力相對比較平衡，且可以減少絞車的寬度。
綜上分析，考慮到本次研發(fā)是第1次研發(fā)海洋絞車且經(jīng)費(fèi)受限，宜采用結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本較低的結(jié)構(gòu)形式，因此本次研發(fā)絞車的排纜機(jī)械結(jié)構(gòu)宜采用平行排纜的結(jié)構(gòu)方案。如果從絞車使用性能角度考慮宜采用垂直排纜的結(jié)構(gòu)方案，且適宜采用導(dǎo)向桿布置在絞車中間的結(jié)構(gòu)形式。
第三章 主要參數(shù)的計(jì)算
第一節(jié) 滾筒尺寸的確定
根據(jù)直徑DLS=32mm臍帶纜最小彎曲半徑要求（最小彎曲直徑>900mm）,確定滾筒直徑為D1=1600mm。
按儲纜總層數(shù)N=10層纜繩長度達(dá)Ls=4500m,、
滾筒儲纜第10層直徑為：
計(jì)算絞車滾筒長度Lg：
式（3.1）
故滾筒長度Lg取2500
滾筒底層能存儲纜繩列數(shù)為：列，
底層儲纜長度為：
式（3.2）
儲纜10層時的可儲存纜繩總長度：
滾筒法蘭直徑： 取2.4米
最終確定滾筒尺寸如下:
（1）卷筒直徑：1600mm
（2）卷筒長度： 2500mm
（3）卷筒法蘭直徑：2400mm
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本--起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械零部件操作件和小五金，可選
卷筒類型為B型卷筒
由資料可知，臍帶纜直徑為28mm，最小彎曲半徑為900mm，所以在此，臍帶纜的直徑為32mm，可取卷筒的直徑d=1600mm
則根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本--起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械零部件操作件和小五金表8.1-51可得D=1600mm時的其它相關(guān)尺寸
D=1600mm
所以
該卷筒的壁厚為
第二節(jié) 電機(jī)功率
絞車主傳動總效率：
式（3.3）
—雙級行星減速器效率，取0.93； —開式圓柱齒輪傳動效率，取0.94；
—滾子軸承效率，取0.96； —絞車卷筒效率，取0.94
絞車所需輸入總功率：
式（3.4）
每臺電機(jī)功率為：P/6=42.2Kw,取45Kw電機(jī)。
絞車輸入總功率為：456=270Kw。
電機(jī)類型選：交流變頻電機(jī) 45kW 6臺，極對數(shù)4/2,380-440v
電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速：nd=1500rpm
電機(jī)額定輸出扭矩：
第三節(jié) 主傳動系統(tǒng)傳動比
1、以卷筒底層直徑為準(zhǔn)，提升速度72m/min,
滾筒轉(zhuǎn)速為：
式（3.5）
總傳動比：
2、卷筒中間層（第5層）直徑為：
，
按最大提升速度v=60m/min，
滾筒轉(zhuǎn)速為：
總傳動比：
3、以卷筒外層直徑為準(zhǔn)，提升速度60m/min,
滾筒轉(zhuǎn)速為：
總傳動比：
綜合三種情況,總傳動比確定為i=153
第四節(jié) 絞車扭矩校核：
絞車滾筒最底層承受200KN載荷所需扭矩為：
絞車滾筒最外層承受138KN載荷所需扭矩為：
絞車滾筒的驅(qū)動扭矩為：
式（3.6）
扭矩滿足要求
絞車滾筒中間層（第5層）最大承受載荷為：
絞車滾筒最外層（第10層）最大承受載荷為：
第四章 關(guān)鍵零部件選型與計(jì)算
第一節(jié) 變頻電機(jī)
經(jīng)過前期調(diào)研考查，初步選定電機(jī)型號為：YR250M2-4
電機(jī)結(jié)構(gòu)和外形尺寸查表可得：
功率45KW 轉(zhuǎn)速1480r/min 電流85.9A 效率0.915 功率因數(shù)（cosф）0.87
最大轉(zhuǎn)矩3 轉(zhuǎn)子電壓340V 轉(zhuǎn)子電流81A 噪聲（聲功功率dB）94
轉(zhuǎn)動慣量2.37 質(zhì)量490kg
卷筒的側(cè)面積
6臺電動機(jī)的的總共側(cè)面積
選擇YR250M2-4 且機(jī)座無底腳、端蓋上有凸緣的安裝方式
第二節(jié) 行星減速器
已知條件
從運(yùn)機(jī)：卷筒
工作時間：每日連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)24小時
低速軸轉(zhuǎn)速：50r/min
低速軸實(shí)際所需轉(zhuǎn)矩：
電機(jī)頻率為50Hz 4級電機(jī)
輸出軸聯(lián)接方式：聯(lián)軸器聯(lián)接（無軸向力)
選型
a、 使用系數(shù)
K=1.2
b、輸出轉(zhuǎn)速50r/min、電機(jī)頻率為50Hz、4級，計(jì)算傳動比1500/50=30，選傳動比為30
C、電動機(jī)的功率為45Kw
d、按表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四卷16-2-138
直聯(lián)型減速器查表后所選減速器的參數(shù)為
傳動比43 輸出轉(zhuǎn)速35r/min 電機(jī)功率45Kw 輸出轉(zhuǎn)矩11405N*M 機(jī)型8225 使用系數(shù)K=1.058
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第四卷表15-2-106 可得擺線針輪減速器直聯(lián)型8225型號的尺寸
第三節(jié) 齒輪的設(shè)計(jì)
方案一
已知輸入功率,小齒輪的轉(zhuǎn)速35r/min，傳動比i=3.56，由電動機(jī)驅(qū)動，工作壽命為8000h
1、選定齒輪的類型，精度等級，材料及齒數(shù)
1）為避免產(chǎn)生額外的力，我們選擇直齒圓柱齒輪傳動
2）我國國標(biāo)GB10095-88中，對漸開線圓柱齒輪規(guī)定了12個精度等級，第l級精度最高，第12級最低。齒輪精度等級主要根據(jù)傳動的傳遞的功率、圓周速度、使用條件以及其它經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求決定。6級是高精度等級，用于高速、分度等要求高的齒輪傳動，一般 機(jī) 械 中 常 用7～8級 ，對 精 度 要 求不 高 的低速齒輪可使用9～12級。
齒輪每個精度等級的公差根據(jù)對運(yùn)動準(zhǔn)確性、傳動平穩(wěn)性和載荷分布均勻性等三方面要求，劃分成三個公差組，即第I公差組、第II公差組、第III公差組。在一般情況下，可選三個公差組為同一精度等級，但也容許根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級的公差組組合。
齒輪傳動的側(cè)隙是指一對齒輪在嚙合傳動中，工作齒廓相互接觸時，在兩基圓柱的內(nèi)公切面上，兩個非工作因廓之間的最小距離。規(guī)定側(cè)隙，可避免因制造、安裝誤差以及熱膨脹或承載變形等原因而導(dǎo)致輪齒卡住。合適的側(cè)隙可通過適當(dāng)?shù)凝X厚極限偏差和中心距極限偏差來保證，齒輪副的實(shí)際中心距越大，齒厚越小，其側(cè)隙就越大。
故選7級精度
3）材料的選擇根據(jù)表10-1 選
小齒輪選40Cr，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：241-286HBS，齒面硬度48-55HRC；
大齒輪選45#鋼，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：217-255HBS，齒面硬度40-50HRC。
4）選小齒輪的齒數(shù)為，大齒輪的齒數(shù),取
2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由以下設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
式（4.1）
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選擇載荷系數(shù)
2）計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩
式（4.2）
3）由下表
圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 表4.2
裝置狀況
兩支承相對于小齒輪做對稱布置
兩支承相對于小齒輪做不對稱布置
小齒輪懸臂布置
注：
1）大、小齒輪皆為硬齒面時，應(yīng)取表中偏下限值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為軟齒面時，可取表中偏上限的數(shù)值
2）括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時b為人字齒輪的總寬度。
3）金屬切削機(jī)床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時，可小到0.2）非金屬齒輪可取 則選取齒寬系數(shù)=0.5由下表
彈性影響系數(shù) 表4.3
材料
齒輪材料
彈性模量E/MPa
配對齒輪材料
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鑄鋼
鍛鋼
夾布塑膠
鍛鋼
162.0
181.4
188.9
189.8
56.4
鑄鋼
161.4
180.5
188
--
--
球墨鑄鐵
156.6
173.9
--
灰鑄鐵
143.7
注;表中所列夾布塑膠的泊松比為0.5，其余材料的均為0.3
由上表可得材料的彈性影響系數(shù)
5）由圖《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著圖10-21 （d）齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
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) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
式（4.3）
為齒輪的轉(zhuǎn)速(單位為r/min）
J為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)
為齒輪的工作壽命（單位為h）
7) 由下圖《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，主編紀(jì)名剛 圖10-19 接觸疲勞壽命系數(shù)
則可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0.01，安全系數(shù)S,對于接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故可取。但對彎曲疲勞強(qiáng)度來說，如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起嚴(yán)重的事故，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時
所以在此取，則
（2） 計(jì)算
1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中的最小值
取
2） 計(jì)算圓周速度
式（4.4）
3） 計(jì)算齒寬
式（4.5）
4)計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù) 式（4.6）
齒高
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)， 7級精度，由下圖《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，主編紀(jì)名剛 圖10-8 動載系數(shù)值
查得動載荷系數(shù)為
又由齒間載荷分配系數(shù) 表4.4
精度等級組
5
6
7
8
5級或更低
經(jīng)表面硬化的斜齒輪
1.0
1.1
1.2
1.4
未經(jīng)表面硬化的斜齒輪
1.0
1.1
1.2
注：
1）對直齒輪及其修行齒輪，取==1；
2）如大、小齒輪精度等級不同時，按精度等級較低者取值；
3）為按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時用的齒間載荷分配系數(shù)，為按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時用的齒間載荷分配系數(shù)。
所以==1
查表使用系數(shù)
《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，主編紀(jì)名剛 表10-2 使用系數(shù), 則使用系數(shù)
又有表《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，主編紀(jì)名剛 表10-4 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載荷分布系數(shù)， 可查得
用插值法查得7級精度
KHβ=1.155
又由 KHβ=1.155、查圖《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著，主編紀(jì)名剛 圖10-13 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)
所以載荷系數(shù)
式（4.7）
6) 按實(shí)際的載荷校正所算得的分度圓直徑
式（4.8）
7） 計(jì)算模數(shù)
3、 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由公式得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為
式（4.9）
(1)確定公式內(nèi)的各個計(jì)算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及其機(jī)械零件教研室 編著 主編 濮良貴 紀(jì)名剛圖10-20C p208 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《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及其機(jī)械零件教研室 編著 主編 濮良貴 紀(jì)名剛 圖10-18
取彎曲疲勞壽命系數(shù),
3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則
4） 計(jì)算載荷系數(shù)K
式（4.10）
5)查取齒形系數(shù)，齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表4.5
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2.97
2.91
2.85
2.80
2.76
2.72
2.69
2.65
2.62
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表4.6
26
27
28
29
30
35
40
45
50
2.60
2.57
2.55
2.53
2.52
2.45
2.40
2.35
2.32
1.595
1.60
1.61
1.62
1.625
1.65
1.67
1.68
1.70
齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 表4.7
60
70
80
90
100
150
200
2.28
2.24
2.22
2.20
2.18
2.14
2.12
2.06
1.73
1.75
1.77
1.78
1.79
1.83
1.865
1.97
6）查上表取應(yīng)力校正系數(shù)
7）計(jì)算大、小齒輪的
大齒輪的數(shù)值大
(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)m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)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（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)大于等于11.89，并就近圓整為m=16，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪的齒數(shù)
式（4.11）
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，即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 式（3-18）
式（4.12）
（3）計(jì)算齒輪寬度
式（4.13）
方案二
已知小齒輪的傳遞額定功率p=45Kw，小齒輪轉(zhuǎn)速為52r/min，傳動比為153/29=5.28，滿載工作時間8000h
1）選擇材料，確定實(shí)驗(yàn)齒輪的疲勞極限應(yīng)力參考表16.2-59、60、65，選擇出齒輪的材料為：
小齒輪選40Cr，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：241-286HBS，齒面硬度48-55HRC；
大齒輪選45#鋼，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：217-255HBS，齒面硬度40-50HRC。
查圖可得：KFN=1.0，KHN=1.05；
；（小齒輪質(zhì)量等級取中，大齒輪取低）
；（小齒輪質(zhì)量等級取中，大齒輪取低）
2) 按接觸疲勞強(qiáng)度初步確定中心距，并初選主要參數(shù)
按表4.8
圓柱齒輪傳動簡化設(shè)計(jì)計(jì)算公式 表4.8
齒輪類型
接觸強(qiáng)度
彎曲強(qiáng)度
直齒輪
斜齒輪
人字齒輪
式中的符號
a--中心距，mm
--小齒輪分度圓直徑，mm
--分別為端面模數(shù)及法面模數(shù)（mm)
--小齒輪齒數(shù)
--齒寬系數(shù)
--齒數(shù)比，
--復(fù)合齒形系數(shù)
--許用接觸應(yīng)力（），簡化計(jì)算中近似取為試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力（)，為接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)，可取
--許用彎曲應(yīng)力（），簡化計(jì)算中近似取，為齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值，為抗彎強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)，可取
--小齒輪傳遞的額定轉(zhuǎn)矩（）
--載荷系數(shù)，若原動機(jī)采用電動機(jī)或汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)，一般可取K=1.2--2。當(dāng)載荷平穩(wěn)，精度較高（6級以上）、速度較低、齒輪對稱與軸承分布時，應(yīng)取較小值，對直齒輪應(yīng)取較大值。若采用單缸內(nèi)燃機(jī)，應(yīng)將K值加到1.2倍左右
注：
1）各式里“”，“+”號用于外嚙合齒輪傳動，“-”號用于內(nèi)嚙合齒輪傳動
2）接觸強(qiáng)度計(jì)算公式中，應(yīng)代入及中的最小值；抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式中應(yīng)代入及中的較大值
故選公式
式（4.14）
式中 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩:
式（4.15）
尺寸的轉(zhuǎn)矩
在此減速器的效率為0.93
所以
載荷系數(shù)K： 式（4.16）
：KA ——使用系數(shù)；Kv ——動載系數(shù)；Kα——齒間載荷分配；Kβ——齒向載荷分布系
查手冊有：
使用系數(shù) 表4.9
載荷狀態(tài)
工作機(jī)器
原動機(jī)
電動機(jī)、均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)
蒸汽機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)液壓裝置
多缸內(nèi)燃機(jī)
單缸內(nèi)燃機(jī)
均勻平穩(wěn)
電動機(jī)、均勻傳送的帶式運(yùn)送機(jī)或板式輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)、輕型升降機(jī)、包裝機(jī)、機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、通風(fēng)機(jī)、均勻密度材料攪拌機(jī)等
1.00
1.10
1.25
1.50
輕微沖擊
不均勻傳送的帶式輸送機(jī)或板式輸送機(jī)、機(jī)床的主傳動機(jī)構(gòu)、重型升降機(jī)、工業(yè)與礦用風(fēng)機(jī)、重型離心機(jī)、變密度材料攪拌機(jī)等
1.25
1.35
1.50
1.75
中等沖擊
橡膠擠壓機(jī)、橡膠和塑料做間斷工作的攪拌機(jī)、輕型球磨機(jī)、木工機(jī)械、鋼柸初軋機(jī)、提升裝置、單缸活塞泵等
1.50
1.60
1.75
2.00
嚴(yán)重沖擊
挖掘機(jī)、重型球磨機(jī)、橡膠揉合機(jī)、破碎機(jī)、重型給水泵、旋轉(zhuǎn)式鉆探裝置、壓磚機(jī)、帶材冷軋機(jī)、壓柸機(jī)等
1.75
1.85
2.00
2.25或更大
KA=1.5； Kv=1.25； KHα= KFα=1.2； KHβ=1.155 KFβ=1.12
所以K=2.52
齒寬系數(shù)，取=0.4
齒數(shù)比u：暫取u=i=5.28
許用接觸應(yīng)力：按表
式（4.17）
取最小安全系數(shù)，按大齒輪計(jì)算
將以上數(shù)據(jù)代入計(jì)算中心距的公式得
圓整為標(biāo)準(zhǔn)中心距
a =710mm
按經(jīng)驗(yàn)公式，
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
初取
式（4.18）
取，取
壓力角：取標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°；
精求螺旋角
所以
式（4.19）
齒輪的許用應(yīng)力：
式（4.20）
式中：S——疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，取：SH=1；SF=1.5；
KN——壽命系數(shù)，循環(huán)次數(shù)
查圖可得：KFN=1.0，KHN=1.05；
；（小齒輪質(zhì)量等級取中，大齒輪取低）
；（小齒輪質(zhì)量等級取中，大齒輪取低）
(1) 計(jì)算載荷
式中：KA ——使用系數(shù)；Kv ——動載系數(shù)；Kα——齒間載荷分配；Kβ——齒向載荷分布系
查手冊有：KA=1.5； Kv=1.25； KHα= KFα=1.2； KHβ=1.155 KFβ=1.12
()
（2）按彎曲疲勞強(qiáng)度校核
式（4.21）
；
查圖得：
強(qiáng)度不滿足，故將小齒輪尺寸改為29mm
則取，取
壓力角：取標(biāo)準(zhǔn)壓力角20°；
=2.25=2.2512.57=28.283mm
所以不滿足要求
所以將大齒輪的材料也改成40Cr
所以
則則齒輪的材料為
小齒輪選40Cr，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：241-286HBS，齒面硬度48-55HRC；
大齒輪也選40Cr，熱處理選調(diào)制后表面淬火，齒芯硬度：241-286HBS，齒面硬度48-55HRC；
則校核通過
此時
（3）按接觸疲勞強(qiáng)度校核
式（4.22）
查表和圖得：
校核滿足條件
第四節(jié) 軸承選型與壽命計(jì)算
4.1、軸承的選擇：
卷筒的總體積
又因?yàn)榫硗驳牟牧蠟镼345號鋼，Q345號鋼的密度為，
即
所以
卷筒的重量為
1)重量為17270Kg，滾筒支撐距離為3565mm；卷筒法蘭與支撐最小距離為245mm；
4500米的臍帶纜重量為：4500×3.3=14850Kg；
絞車安全工作載荷：138 kN
最大靜張力(卷筒載荷)： 200 KN；
纜繩對滾筒拉力方向按與滾筒重力方向垂直計(jì)算（這樣計(jì)算結(jié)果偏于安全）
則軸承在兩個極限狀態(tài)受力情況如下：
2） 卷筒的體積
式（4.23）
將所選材料變成灰鑄鐵 HT200，其密度為
即
所以卷筒的總重量為
綜上，將卷筒的材料定為Q345號鋼
（1）纜繩全部放出（第1層），
卷筒重量分到軸承上的徑向力為：F1=17270×9.8÷2=484623N=84.623KN；
纜繩載荷分到軸承上的最大徑向力為：
軸承所受最大徑向力為
（2）纜繩全部收回（第10層），
卷筒重量分到軸承上的徑向力為：F1=（17270+14850）×9.8÷2=157388N=157.388KN；
纜繩載荷分到軸承上的最大徑向力為：
軸承所受最大徑向力為
所以軸承所受的最大徑向力為
已知的條件是：
軸承的直徑d=320mm 軸承受的徑向載荷
因?yàn)殡姍C(jī)的轉(zhuǎn)速為1480r/min，該傳動系統(tǒng)的總傳動比為153， 所以該軸承的轉(zhuǎn)速，要求的壽命
參考相關(guān)資料，取d=320的調(diào)心滾子軸承，按表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本 成大先主編的軸承部分表6-2-77預(yù)選軸承的代號為23064，其計(jì)算系數(shù)e=0.26，
軸承所受的軸向力比較小，取零，即
對于只能承受純徑向載荷的軸承
則它的當(dāng)量動載荷
根據(jù)式 式（4.24）
式中：C---基本額定動載荷計(jì)算值，N；
P---當(dāng)量動載荷，
P-當(dāng)量動載荷，N
-徑向載荷，N
-軸向載荷，N
X-徑向動載荷系數(shù)；
Y-軸向動載荷系數(shù)
---壽命因數(shù)，按表取數(shù)值
---速度因數(shù)，按表取數(shù)值
---力矩載荷系數(shù)，力矩載荷較小時，=1.5，力矩載荷較大時=2
---沖擊載荷系數(shù)，按表取數(shù)值
---溫度因數(shù)，按表取數(shù)值
---軸承尺寸及其性能表中所列徑向基本額定 動載荷，N
---軸承尺寸及其性能表中所列軸向基本額定動載荷，N
參考資料先將軸承選為調(diào)心滾子軸承
查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊單行本 成大先 主編 軸承部分表6-2-8到6-2-11可得：
=2.3 =1.435 =2 =1.8 =1
則
又因?yàn)?
,故預(yù)選的23068型號的調(diào)心滾子軸承合適
基本參數(shù)為
軸承型號:23064
基本參數(shù)：d=320；D=480；B=121；
基本額定載荷Cr=1380KN；C0r=3260KN
極限轉(zhuǎn)速：脂：400r/min；油：500 r/min；
其他尺寸：r=4；
安裝尺寸：da=338；Da=462；ra=3
計(jì)算系數(shù):e=0.26；Y1=2.6；Y2=3.8；Y0=2.5；
4.2、校核軸承工作壽命為：
式（4.25）
為指數(shù)，對于求軸承，=3，對于滾子軸承，=
4.3、 軸承靜載荷計(jì)算
靜載荷安全系數(shù)為：
式（4.26）
軸承滿足要求。
結(jié)論
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我再一次復(fù)習(xí)了以前很多學(xué)過的東西。并且在很多以前學(xué)習(xí)的時候覺得并不重要的知識，這次在實(shí)踐中都得以運(yùn)用。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，幾乎讓我了解了一個對于我完全全新的東西--海洋絞車。在做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，很多都東西我都太過于死板。就比如說，電機(jī)的數(shù)量在此之前基本上接觸的都是一個設(shè)計(jì)一臺電機(jī)。但這次的設(shè)計(jì)，一個構(gòu)建既然要安裝6臺電機(jī)。在在我以前是不敢想像的。還有一點(diǎn)就是對與傳動比的選擇，以前接觸的大部分傳動比都不超過3，但這次我的傳動比都取到了5點(diǎn)多。要不是指導(dǎo)老師說可以取這么多，我還真的不敢取這么大的傳動比。但要不取這么大的傳動比，其他的地方就沒有辦法在接著計(jì)算下去了。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時候，剛開始畫圖成了我一件非常有難度的事情。因?yàn)楸緛砭蛯ψ鲌D軟件不是很熟悉，在加上又蠻久沒有實(shí)際畫過了。在做3維圖時，很多地方都是改了一遍又一遍，問了一次又一次。真的是一筆一筆的將三維圖慢慢的畫下去。在畫cad時也是一樣，對于很多構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)畫法都不是很清楚，導(dǎo)致了很多的錯誤。就僅僅是畫圖、改圖差不多就花費(fèi)了我1個多月的時間。但現(xiàn)在畫完了，確實(shí)感覺到相比與以前自己的作圖能力確實(shí)有了很大的提高。
在對于海洋絞車這一塊，目前的應(yīng)用前景是非常不錯的。首先，隨著科技的進(jìn)步，大家對能源的需求等等很多方面都表明，海洋將是解決很多問題的主要戰(zhàn)場。因此，對海洋的開發(fā)也是未來必然的選擇。開發(fā)海洋時，海洋絞車又是不可或缺的機(jī)器。而且，目前國內(nèi)對于海洋絞車這一塊還是比較欠缺的。
參考文獻(xiàn)
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致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，確實(shí)是咨詢了很多人。在這些人里面，幫助我最大的就是我的指導(dǎo)老師。
這次的設(shè)計(jì)在我們這組中我不是基礎(chǔ)最好的，也不是最聰明的。但我應(yīng)該是問老師比較多的。很多次我都有問題，每次都去。老師每次都很耐心，每次都是很和氣的跟我指出問題的所在。然后再叫我回去修改。有的時候一次問題太多，回去的時候沒有全部修改完，等到下次再去的時候，可能上次還有幾個問題沒有解決，老師還是很耐心的把那個問題再一次指出來，讓我回去再回去繼續(xù)修改。在對與整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的理解我也是在老師講解了好幾遍以后才大概的有了一個概念，在給我講解的過程中很多地方我聽不懂，然后老師又回過去，給我看他自己做的三維圖，對著圖在給我講解，一直到我理解了為止。
其次還要感謝的就是我的同學(xué)了，在自己畫圖的過程中，很多不懂得地方都是通過咨詢他們來解決的。
最后，感謝所有為了我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成的所有付出過的老師和同學(xué)們。謝謝。
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