卷扬机设计说明书

1前言

卷扬机是一种常见的提升设备，其主要是用电动机作为原动机。由于电动机

输出的转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，故必须设计减速的传动装置。传动装

置的设计有多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、涡轮蜗杆减速

器、二级齿轮减速器等等。通过合理的设计传动装置，使的卷扬机能够在特定的

工作环境下满足正常的工作要求。同时通过本课程设计将学过的基础理论知识进

行综合应用，培养结构设计，计算能力，熟悉一般的机械装置设计过程。

2目录

设计任务书……………………………………………………3

第一部分传动装置总体设计………………………………4

第二部分电动机的选择及传动比分配……………………4

第三部分V带设计…………………………………………7

第四部分齿轮的设计………………………………………9

第五部分轴的设计…………………………………………16

第六部分校核………………………………………………19

第七部分箱体及其它附件…………………………………21

总结……………………………………………………………23

参考文献………………………………………………………23

3设计任务书

1设计要求：

1.1卷扬机由电动机驱动，用于建筑工地提升物料，空载启动，连续

运转，工作平稳。

1.2室外工作，生产批量为5台。

1.3动力源为三相交流380/220V，电动机单向运转，载荷较平稳。

1.4工作期限为10年，每年工作300天，3班制工作，每班工作4小

时，检修期间隔为3年。1.5专业机械厂制造，可加工7、8级精度的齿轮、涡轮。

该装置的参考图如下：

2原

始技

术数

据

绳牵引力W/KN绳牵引力速度v/(m/s)卷筒直径D/mm

100.5470

3设计任务

3.1完成卷扬机总体传动方案设计和论证，绘制总体设计原理方案

图。

3.2完成卷扬机主要传动装置结构设计。

3.3完成装配图1章（A0或A1），零件图2张。传动装置

卷扬机原动机

w

联轴器

重物

43.4编写设计说明书。

第一部分传动装置总体设计

1.1传动方案

1.1.1组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。

1.1.2特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。

1.1.3确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级。

其传动方案如下：

η2

η3

η5

η4η1I

II

III

IVPdPw

2．方案论证

本设计中原动机为电动机，工作机为皮带输送机。传动方案采用了两级传动，

第一级传动为带传动，第二级传动为单级直齿圆柱齿轮减速器。

带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过

载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转

矩，减小带传动的结构尺寸。

齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用

最为广泛的机构之一。本设计采用的是展开式两级直齿轮传动。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，

此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

第二部分电动机的选择及传动比分配

52.1电动机的选择

2.1.1传动装置的总效率

542

34

21

按表2-5查得各部分效率为：V带传动效率为96.0

1，滚动轴承效率（一

对）99.0

2，闭式齿轮传动效率为97.0

3，联轴器效率为99.0

4，传动

滚筒效率为96.0

5，代入得

=825.096.099.097.099.096.024

2.1.2工作机所需的输入功率

w

dP

P，其中

1000)(FV

kwP

W所以





1000825.05.010103

dP6.06kw

使电动机的额定功率P

ed＝（1～1.3）P

d，由查表得电动机的额定功率P＝

7.5KW。

2.1.3确定电动机转速计算滚筒工作转速ninr

Dn

w/33.20

4705.01000605.0100060









：

由推荐的传动比合理范围，v带轮的传动比范围：2~4，二级圆柱齿轮

减速器的传动比一般范围：8~40，则总传动比的范围为，160~16'i,故电机的

可选转速为：min/3250~32533.20)160~16(''rnin

wd

2.1.4确定电动机型号

根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有750r/min，1000r/min，

1500r/min，3000r/min，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动

机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000r/min，根据所需的额定功率及

同步转速确定电动机的型号为Y160M-6，满载转速970r/min。

其主要性能：额定功率：7.5KW，满载转速970r/min，额定转矩2.0。

2.2计算总传动比及分配各级的传动比

62.2.1总传动比：i

a=970/20.33=47.71

2.2.2分配各级传动比

根据指导书，取V带的传动比3

0i，则减速器的传动比i为i=90.15

371.47

01

ii

a取两级援助齿轮减速器高速级的传动比

718.490.154.14.1

12ii则低速级的传动比为

376.3

71.490.15

1223

ii

i

2.3运动参数及动力参数计算

2.3.1电动机轴KWPP

d06.6

0

min/970

0rnn

m

mNmNT67.59

97006.6

9550

0

2.3.2Ⅰ轴（高速轴）

KWPP81.596.006.6

101

mN

nP

Tr

in

n



78.171

32381.5

95509550min/323

3970

11

1010

1

2.3.3Ⅱ轴（中间轴）

mN

nP

Tr

in

nKWPP



9.77

4.6858.5

95509550min/4.68

718.432358.597.099.081.5

22

2121

23212

2.3.4Ⅲ轴（低速轴）

7m

nP

Tr

in

nKWPP



20.2549

08.2036.5

95509550min/08.20

376.348.6836.597.099.058.5

33

3232

33223

2.3.5Ⅳ轴（滚筒轴）

mN

nP

TrnnKWPP



9.2496

08.2025.5

95509550min/08.2025.599.099.036.5

44

4343234

各轴运动和动力参数如下表轴名功率p/kw转矩T/N.M,转速n/(r/min)传动比

i效率

输入输出输入输出

电动机轴

1轴

2轴

3轴

滚筒轴5.81

5.58

5.36

5.256.06

5.75

5.52

5.30

5.20171.78

779

2549.2

2496.923.4

171.6561

777.15

2523.708

2471.931970

323

68.4

20.08

20.083

4.718

3.376

10.96

0.96

0.96

0.98

三、V带设计

3.1确定皮带轮

83.2确定v带的中心距和基准长度

dL

3.3验算小带轮上的包角

3.4计算带的根数z

3.5计算单根v带初拉力的最小值

min0F

3.6计算压轴力

pF

9第四部分齿轮的设计

4.1高速级齿轮传动的设计计算

4.1.1选择齿轮材料及精度等级

由于速度不高，故选取7级精度的齿轮，小齿轮的材料为40Cr（调质），硬

度为250HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为

40HBS。选取高速级中的小齿轮齿数为23，则大齿轮的齿数为33.10871.423，

圆整为108。

4.1.2按齿面接触强度设计

由（10-9a）：

32

1

11

32.2









HE

dtZ

uuKT

d



4.1.2.1试选载荷系数3.1

tK

4.1.2.2计算小齿轮转矩

mN

nP

T



55

115

110718.1

32381.5105.95105.95

4.1.2.3由表10-7选取齿宽系数1d

4.1.2.4由表10-6查的材料的弹性影响系数21

8.189MPaZ

E

4.1.2.5由图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限

MPa

HLim600

1；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa

HLim550

2

4.1.2.6由10-13计算应力循环次数

8

1110216.9)1030082(13236060

hjLnN；

88

210047.2

376.310912.6



N

4.1.2.7由图10-19取接触疲劳寿命系数90.0

1

HNK；95.0

2

HNK。

4.1.2.8计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S=1，由式10-12得