機械設(shè)計說明書-5噸卷揚機設(shè)計

5噸電動卷揚機的設(shè)計2008.4PAGE摘要隨著社會的發(fā)展，機械將會越來越取代人力，這也是機械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機械的發(fā)展歷史中，新機械的發(fā)明有著舉足輕重的作用。但是，那些很久以前就被利用生產(chǎn)并一直延續(xù)到今天的機械，更是起著不可替代的作用，卷揚機就是一例。卷揚機的發(fā)展就像其他機械一樣，從開始的簡單到現(xiàn)在的復(fù)雜，從以前的機械動力到現(xiàn)在的電力動力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至智能操作。本設(shè)計就傳統(tǒng)的卷揚機說起，一直到現(xiàn)在以及將來的發(fā)展。本設(shè)計主要設(shè)計了5噸卷揚機的卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器以及滑輪組。其中卷筒和卷筒軸的設(shè)計最為主要，本設(shè)計重點做了介紹。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。關(guān)鍵詞：卷揚機；卷筒；卷筒軸；滑輪組AbstractAlongwithsociety'sdevelopment,themachinerywillbeablemoreandmoretosubstituteforthemanpower,thisalsowillbethemechanicalprofessionrapiddevelopmentconsequence,inthemachinerysubstitutionmanpowerdevelopmenthistory,thenewmachineryinventionhasthepivotalfunction.But,theseveryforalongtimeonandcontinuecontinuouslyusingtheproductiontotodaymachinery,isplayingtherolewhichcannotbesubstituted,thehoistisanexample.Thehoistdevelopmentislikelysameonothermachineries,fromstartssimplyuntilpresentcomplex,frombeforehandmanpowertopresentelectricpower,frombeforehandmanualcontroltopresentcomputeroperationevenintelligenceoperation.Thisdesignmentionsonthetraditionalhoist,continuouslytopresentaswellasfuturedevelopment.Thedesigninstructionbooklethasmainlydesigned5tonhoistreels,thereelaxis,aswellastheblockandtackle.Reelaswellasthereelaxisdesignismostmain,thisdesignhasmadetheintroductionwithemphasis.Becauseotherpartsthelengthislimited,onlymakestheanalysisslightly.Keywords:Windlass;Reel;Reelaxis;Blockandtackle目錄摘要 ⅠAbstract Ⅱ第一章概論 11.1卷揚機發(fā)展概況 11.1.1卷揚機的應(yīng)用 11.1.2卷揚機的發(fā)展概況 11.1.3國外卷揚機概況 31.1.4卷揚機的發(fā)展趨勢 51.2卷揚機主要類型 51.3電動卷揚機基本結(jié)構(gòu) 71.3.1電控卷揚機 71.3.2帶有電磁鐵制動器的卷揚機 81.3.3采用錐形轉(zhuǎn)子電動機的卷揚機 91.3.4溜放型卷揚機 10第二章起升機構(gòu)的組成及型式 102.1起升機構(gòu)的組成 102.2起升機構(gòu)的典型傳動型式 12第三章鋼絲繩的選擇 143.1鋼絲繩的種類和構(gòu)造 143.2鋼絲繩直徑的選擇 153.3鋼絲繩的使用 17第四章卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定 184.1卷筒的分類 184.2卷筒繩槽的確定 194.3卷筒的設(shè)計 204.3.1卷筒節(jié)徑D0的設(shè)計 204.3.2卷筒長度的計算 214.3.3卷筒壁厚的計算 224.4卷筒強度的計算 23第五章卷筒軸的設(shè)計計算 245.1卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析 245.2卷筒軸的設(shè)計計算 255.2.1作用力計算 255.2.2垂直面支承反力及彎矩 275.2.3水平面支承反力及彎矩支反力 275.2.4計算工作應(yīng)力 285.2.5心軸的疲勞強度計算 285.2.6心軸的靜強度計算 30第六章電動機的選擇 306.1電動機選擇 306.2驗算電動機的發(fā)熱條件 32第七章減速器的設(shè)計計算 327.1減速器總傳動比計算 327.2減速器的計算 337.2.1分配減速器的各級傳動比 337.2.2計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 337.2.3圓柱齒輪的設(shè)計計算 357.2.4齒輪的參數(shù)設(shè)計 367.2.5齒輪軸的參數(shù)設(shè)計 41第八章滑輪及吊鉤選擇 428.1滑輪的結(jié)構(gòu)與材料 428.2滑輪的直徑計算 448.3吊鉤的結(jié)構(gòu) 448.4吊鉤的計算 45第九章制動器、聯(lián)軸器的選擇 469.1制動器分類、特點及其選擇 469.2制動器工作原理 479.3聯(lián)軸器的選擇 47第十章小車行走機構(gòu)設(shè)計 4810.1軌道 4910.2車輪與車輪組 4910.3車輪直徑的計算 49第十一章安全設(shè)計及電氣控制 5011.1安全設(shè)計 5011.2電氣控制 51第十二章卷楊機的安全技術(shù) 52謝詞 53參考文獻(xiàn) 54第一章概論1.1卷揚機發(fā)展概況1.1.1卷揚機的應(yīng)用卷揚機又稱絞車，是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于建筑、水利、冶金起重作業(yè)。提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設(shè)計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應(yīng)用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚機承擔(dān)的。卷揚機除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用。1.1.2卷揚機的發(fā)展概況在很久以前的古代，就知道來用轆轤等來提升重物，以減輕體力勞動的強度和提高勞動生產(chǎn)率。在我國，解放前卷揚機只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應(yīng)用很少，而且所使用的卷揚機也均為國外生產(chǎn)，國內(nèi)基本上沒有生產(chǎn)卷揚機的廠家。我國卷揚機的生產(chǎn)是解放后才開始的。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個五年計劃的得要，卷揚機的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠(阜新礦山機械廠前身)等成批仿制了兩種卷揚機，一種為日本的JIS8001型動力卷揚機，它是一種原動機為電動機動型式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速卷揚機，另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機。由于當(dāng)時生產(chǎn)力不高，卷揚機的需求量亦不多，故這段時間國內(nèi)卷揚機的生產(chǎn)主要是仿制。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，到了60年代，卷揚機的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，卷揚機主要生產(chǎn)廠家(阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廣、寶雞起重運輸機廠等)組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)。為了發(fā)展卷揚機的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對全國卷揚機的生產(chǎn)相應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計和制造新的卷揚機，先后試制了0.5t、lt、3t電動卷揚機，但由于對當(dāng)時各廠家的生產(chǎn)能力估計不足，無法推廣。從70年代起，我國卷揚機的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。在各廠自行設(shè)計和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，1973年，由卷揚機行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進(jìn)行了卷揚機基型設(shè)計，并充分考慮到了當(dāng)時中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖倬頁P機的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操縱用手板剎車帶制動(如圖1-1)。慢速卷揚機的基型式為閉式傳動(圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器)、電磁鐵制動結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到現(xiàn)今還在生產(chǎn)。為適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時第一機械工業(yè)部發(fā)布了JB926—74《卷揚機型式與基本參數(shù)》和JBl803—76《卷揚機技術(shù)條件》兩個部標(biāo)準(zhǔn)，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德機械研究所(長沙機械研究院前身)領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使卷揚機有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。在此期間，由于石化工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備很多，都需要吊裝，如一些大型反應(yīng)塔，塔的高度達(dá)七八十米，質(zhì)量達(dá)五六百噸，就需要有大型吊裝用的卷揚機，因而各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t卷揚機(圖1—2)，滿足了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。1.1.3國外卷揚機概況在國外，卷揚機的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國家中，工業(yè)水平先進(jìn)，機械化程度不斷提高，起重設(shè)備也在不斷更新，下面介紹一下幾個外國主要生產(chǎn)的卷揚機的狀況。（一）美國美國生產(chǎn)卷揚機的廠家有近百家，主要有貝波(BEEBE)國際有限公司、哲恩(THERN)有限公司等。貝波國際有限公司成立于1919年，有七十多年的設(shè)計和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。主要產(chǎn)品有，氣動鏈?zhǔn)骄頁P機[0.25—40t)，防爆拖式氣動卷揚機(0.5—30t)，駁船卷揚機(手動、氣動、電動、液壓，25—75t)，電動鏈?zhǔn)骄頁P機(0.25—20t)，電動葫蘆(0.25—15t)．電動卷揚機(0.25—12.5t)，手動卷揚機0.25—75t)，液壓卷揚機(1—10t)，水平卷揚機(1—9t)，手動鏈?zhǔn)骄頁P機（0.5—100t），棘輪牽引器(1—1.75t)，空中用運車(0.5—20t)等。哲恩有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動卷揚機、電動卷揚機、提升機械及起重機。手動卷揚機的主要品種有：直齒傳動卷揚機、蝸桿傳動卷揚機；電動卷揚機的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅(qū)動系列、鏈傳動系列。美國除上述兩家公司外，比較重要的生產(chǎn)廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索·藝德公司等。（二）日本日本從明治30年開始制造和使用卷揚機。據(jù)日本荷役機械研究所核計，1970~1975年間卷揚機的產(chǎn)量增加62.5％。據(jù)日本通產(chǎn)省機械核計月報載，僅1977年單純土建卷揚機的產(chǎn)量就達(dá)12萬臺，產(chǎn)值約100億日元。日本卷揚機行業(yè)由機械技術(shù)部會、荷役機械技術(shù)委員會領(lǐng)導(dǎo)。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個廠家。北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷揚機品種系列比較齊全，主要有：1．動力卷揚機分BF、MF、DF三種型式。功率為3.7—44kw，鋼絲繩拉力從5880—44l00N。有18個規(guī)格。F型是V型帶傳動，MF型是單筒開式齒輪傳動，DF型是雙筒開式齒輪傳動。其結(jié)構(gòu)持點是全部為標(biāo)準(zhǔn)型，采用改進(jìn)了的螺旋頂絲式離合器操縱，因而操作簡便，易調(diào)整；鼓形離合器采用單錐體式，摩擦材料采用帶型樹脂。2．電動卷揚機該廠生產(chǎn)的電動卷揚帆為KW型，功率3.7—11kw，拉力6000—142100N，四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)特點是：全封閉內(nèi)齒輪傳動；電動機在一端，減速器、制動器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置，按鈕操作，可遠(yuǎn)距離遙控；最大特點是卷簡可纏繞8—9層．容繩量大，適于高層卷揚使用。遠(yuǎn)滕鋼機公司有60多年歷史，它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動卷揚機的公司。ENDO型卷揚機采用起重電動機，卷揚機可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導(dǎo)向桿式結(jié)構(gòu)，機座全部是焊接結(jié)構(gòu)，所有機械與電器部分都裝在機座里。(三)法國法國生產(chǎn)卷揚機的廠家很多，其中包藤(POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷揚機的主要廣家之一，主要生產(chǎn)KUSW系列、LMD系列、PC系列和RCS系列卷揚機。KUSW型卷揚機輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚機能夠比較理想地與各種機械配套。LMD型卷揚機可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時控制兩個機械制動器。LMD型卷揚機綜合了電氣技術(shù)(包括電子技術(shù)系統(tǒng))和液壓技術(shù)的優(yōu)點，性能比較好。PC型卷揚機是三速電動卷揚機，遠(yuǎn)距離遙控操作，空載高速下降，提高了生產(chǎn)率。電控齒輪換檔(采用延時繼電器)．起吊位置精確，運動緩和，傳動件在油池里工作，停車緩慢，避免磨損電磁剎車。RCS型卷揚機可五檔變速，三個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統(tǒng)的提升電動機驅(qū)動卷揚機。電動機帶動直齒減速器，用錐齒輪帶動卷筒。其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的各種型號的卷揚機。1.1.4卷揚機的發(fā)展趨勢1．大型化由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和機械構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了60t卷揚機，日本生產(chǎn)了32t、50t、60t液壓和氣動卷揚機，美國生產(chǎn)了136t和270t卷揚機。2．采用先進(jìn)電子技術(shù)為了實現(xiàn)卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進(jìn)的電子技術(shù)。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。3．發(fā)展手提式卷揚機為提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機，其電壓為12V，質(zhì)量為7.7—15.4Kg，拉力為3336—13344N。4．大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機動力的卷揚機。此種卷揚機結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。1.2卷揚機主要類型卷揚機由于應(yīng)用范圍較廣，為適應(yīng)各種不同使用條件，卷揚機亦制造成各種不同機型的產(chǎn)品。機型的分類方法很多，目前大致按下述方法分類。1按鋼絲繩額定拉力F分按鋼絲繩在基準(zhǔn)層上所能承受的最大拉力來區(qū)分。按1955—88《卷揚機》中規(guī)定為5，7.5，10，12.5，16，20，25，32，50，80，120，160，200，320，500kN共15級。此參數(shù)為卷揚機的主要參數(shù)。2按鋼絲繩速度v分鋼絲繩在基準(zhǔn)層上的出繩速度是卷揚機的又一項主要參數(shù)，根據(jù)鋼絲繩的速度分為：（1）慢速卷揚機繩速v＝9—15m／min;（2）中速卷揚機繩速v＝15—30m／min（3）快速眷揚機繩速v＝30—45m／min（4）高速卷揚機繩速v≥45m／min。為適應(yīng)特殊需要，還有一種變速卷揚機，其速度可調(diào)，有雙速、三速和多速幾種類型。3按卷筒數(shù)目分一臺卷揚機上卷筒數(shù)目的多少，直接影響到卷揚機的結(jié)構(gòu)。卷揚機按卷筒數(shù)目可分為單筒卷揚機、雙筒卷揚機和多筒卷揚機三類。目前生產(chǎn)的大多數(shù)是單筒和雙筒卷揚機．其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是輔助卷筒，筒徑相對要小些。4按動力源分由于工作環(huán)境不同，所用的動力源亦不同。（1）手動卷揚機用于無動力來源地區(qū)的小型卷揚機；（2）電動卷揚機大多數(shù)卷揚機皆屬于此類；（3）內(nèi)燃機卷揚機用于無電源的地方；（4）氣動卷揚機用于不能使用電源的地方；（5）液壓卷揚機用于與其他設(shè)備配套使用而有液壓源的場合。5按傳動形式分（1）開式齒輪傳動最早的形式，目前主要用于手動卷揚機；（2）閉式圓柱齒輪傳動主要為快速單筒卷揚機應(yīng)用廣泛。（3）圓錐—圓柱齒輪減速器（4）蝸桿傳動減速器（5）圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動（6）蝸桿減速器加開式齒輪傳動（7）行星齒輪傳動（8）液壓傳動6按控制方法分（1）手控卷揚機由人工操縱閘把控制卷楊機提升或下放重物。（2）電控卷揚機用電控鈕控制電磁鐵制動器使卷揚機工作。（3）液控卷揚機用壓力油控制卷揚機卷筒的離合和制動。（4）氣控卷楊機（5）自動控制卷揚機用限位器來控制卷揚機的工作。7按用途分卷揚機由于其用途不同，使用條件的差異，其結(jié)構(gòu)設(shè)計上也有差異。（1）提升重物要求有一定的速度和較高的安全性。（2）設(shè)備安裝一般設(shè)備的質(zhì)量都較大，則要求卷揚機具有較大的提升能力；為保證安裝精度，其速度就不能太高；為防止墜落，其安全性要求更高。（3）曳引物品因為此項工作一般是在水平或傾斜方向進(jìn)行的，為使物品能前后運動，則要求卷揚機的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作。（4）打樁要求卷揚機把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落體下降，實現(xiàn)打樁工作，即要求卷揚機具有溜放性能。卷揚機雖然可以分成很多種類，實際上由于應(yīng)用情況的復(fù)雜，很難把它們絕對分清，而且一臺卷揚機往往幾種工作都要做，所以在卷揚機的設(shè)計上對用途分得并不清楚，而是按要求高的來設(shè)計，這樣能使卷揚機實現(xiàn)一機多用，得到更廣泛的應(yīng)用。1.3電動卷揚機基本結(jié)構(gòu)電動卷揚機由于操作方法不同，其結(jié)構(gòu)相差很大。我們將其分為電控卷揚機和溜放型卷揚機兩類。1.3.1電控卷揚機此類卷揚機通過通電或斷電以實現(xiàn)卷揚機的工作或制動。物料的提升或下降由電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，操作簡單方便。其制動型式主要有電磁鐵制動器和錐形轉(zhuǎn)子電動機兩類，下面就這兩種制動型式卷揚機的常見類型作介紹。此類卷揚機大多是單卷筒的。1.3.2帶有電磁鐵制動器的卷揚機（1）圓柱齒輪減速器快速卷揚機(圖1-3)。圖1-3圓柱齒輪減速器快速卷揚機簡圖1—電動機2—聯(lián)軸器3—制動器4—減速器5—聯(lián)軸器6—卷筒7—底座8—支架（2）蝸桿減速器慢速卷揚機。（3）圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動的卷揚機(圖1-4)。圖1-4圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機簡圖1—電動機2—聯(lián)軸器3—制動器4—減速器5—開式齒輪傳動6—卷筒（4）蝸桿減速器加開式齒輪傳動的卷揚機。對一些起重量大的卷揚機，為使鋼絲繩在卷簡上排列整齊，需要安裝排繩器。按設(shè)計規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力F＞120kN的卷揚機上，均應(yīng)安裝排繩器。1.3.3采用錐形轉(zhuǎn)子電動機的卷揚機此類卷揚機利用錐形轉(zhuǎn)子電動機本身所具有的制動性能來實現(xiàn)卷揚機的制動。由于錐形轉(zhuǎn)子電動機是靠轉(zhuǎn)子軸向移動來實現(xiàn)制動或松開的，可省略單獨的制動器，在結(jié)構(gòu)上就要求電動機與傳動系統(tǒng)間能做軸向相對移動。一般，軸向移動是通過可移式聯(lián)軸器把電動機軸的運動傳遞到傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)的。由于此類卷揚機的電動機軸線與卷筒軸線為同軸，故習(xí)慣上把這類卷揚機叫做一字型結(jié)構(gòu)卷揚機。根據(jù)傳動系統(tǒng)的不同，其可分為：（1）定軸輪系傳動這是1988年行業(yè)組織的系列設(shè)計中的一種機型。（2）漸開線圓柱齒輪行星傳動常見的有封閉型2K—H型行星輪系和3K型行星輪系傳動的卷揚機。（3）接線針輪傳動由于擺線針輪傳動一級減速的減速比比較大，故采用一級減速即可。這種傳動可把傳動系統(tǒng)放在卷筒里面，可減小卷揚機體積。（4）少齒差行星傳動少齒差傳動可得到大的傳動比，并可把傳動系統(tǒng)放在卷筒內(nèi)，使結(jié)構(gòu)緊湊。上述擺線針輪行星傳動和少齒差行星傳動的輸出機構(gòu)是很重要的一環(huán)，可實現(xiàn)偏心輸出的機構(gòu)有很多，但考慮到加工和效率的原因，目前采用較多的是銷軸式，但其加工精度及熱處理要求較高，卷揚機生產(chǎn)廠家比較難以達(dá)到。所以有的廠家采用了零齒差傳動輸出機構(gòu)，其設(shè)計較為復(fù)雜，但加工較為容易，效果亦不錯。（5）諧波傳動此傳動的傳動比大，嚙合齒數(shù)多，所以承載能力大，故其體積、質(zhì)量可更小。但其柔輪的要求較高，生產(chǎn)較為困難。（6）活齒行星傳動又叫頂桿蠕動傳動，它的加工相對比較方便。1.3.4溜放型卷揚機此類卷揚機提升重物的下降不是利用電動機反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)．而是靠置物的重力下降，并帶動卷簡反轉(zhuǎn)，此時電動機不轉(zhuǎn)。要在電動機和卷筒之間實現(xiàn)其運動的聯(lián)接或分離，通常采用離臺器或差動輪系。由于電動機和卷筒可分可合，因此卷筒的數(shù)目可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的運動，則此類卷揚機可設(shè)計成單卷筒、雙卷筒和多卷筒的型式。為保證各卷筒的運動或停止，其離合和制動裝置都直接安裝在卷筒上。第二章起升機構(gòu)的組成及型式2.1起升機構(gòu)的組成起升機構(gòu)是使重物作升降運動的機構(gòu)，它是任何起重機必不可少和最主要最基本的機構(gòu)。此次設(shè)計的電動5噸卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組、釣鉤等組成（如圖2-1）。圖2-1起升機構(gòu)示意圖1—電動機2—聯(lián)軸器3—減速器4—卷筒5—導(dǎo)向滑輪6—滑輪組7—吊鉤電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，制動器松開，通過帶制動輪的聯(lián)軸器帶動減速器高速軸，經(jīng)減速器減速后由低速軸帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩在卷筒上繞進(jìn)或放出，從而使重物起升或下降。電動機停止轉(zhuǎn)動時，依靠制動器將高速軸的制動輪剎住，使懸吊的重物停止在空中。根據(jù)需要起升機構(gòu)上還可裝設(shè)各種輔助裝置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器和鋼絲繩作多層卷繞時，使鋼絲繩順序排列在卷筒上的排繩裝置等。2.2起升機構(gòu)的典型傳動型式在電動機與卷筒之間通常采用效率較高的起重用標(biāo)準(zhǔn)兩級減速器。要求低速時可采用三級大傳動比減速器。為便于安裝，在電動機與減速機之間常采用具有補償性能的彈性柱銷連軸器或齒輪連軸器。前者構(gòu)造簡單并能起緩沖作用，但彈性橡膠圈的使用壽命不長；后者堅固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪連軸器的壽命與安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤滑。一般制動器都安裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，相應(yīng)的制動器尺寸小，重量輕。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一半兼作制動輪。帶制動輪的半體應(yīng)安裝在減速器高速軸上。這樣，即使聯(lián)軸器被損壞，制動器仍可把卷筒制動住，以確保機構(gòu)的安全。起升機構(gòu)的制動器必須采用常閉式的。制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。在重要的起升機構(gòu)中有時設(shè)兩個制動器，而第二個制動器可安裝在減速器高速軸的令一伸出端或裝設(shè)在電動機的尾部出軸上。為使機構(gòu)布置方便并增大補償能力，在電動機與減速機之間可用浮動軸連接，浮動軸的兩端為半齒輪連軸器。卷筒與減速器低速軸之間的連接型式很多。本卷揚機的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結(jié)構(gòu)型式，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內(nèi)腔軸承座中，低速軸的外緣制成外齒輪，它與固定在卷筒上的帶內(nèi)齒輪的接盤相嚙合，形成一個齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補償一定的安裝誤差。在齒輪聯(lián)軸器外側(cè)，即靠近減速器的一側(cè)裝有剖分式密封蓋，以防止聯(lián)軸器內(nèi)的潤滑油流出來和外面的灰塵進(jìn)入。這種連接型式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差。如圖（2-2）。圖2-2用齒輪接盤連接型式卷筒的直徑一般盡量選用允許的較小值，因為隨著卷筒直徑的增加，扭矩和減速傳動比也增大，引起整個機構(gòu)龐大。但在起升高度較大時，往往用增大卷筒直徑的方法以減小其長度?；喗M型式（單聯(lián)或雙聯(lián)）和它的倍率對起升機構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機中采用雙聯(lián)滑輪組，一方面使卷筒兩支撐上的受力不變，也就是使運行小車兩邊的軌道輪壓不變，這對橋架和小車車架受力使有利的；另一方面是使重物在起升過程中不作橫向移動。但由于雙聯(lián)滑輪組的倍率比單聯(lián)滑輪組小一倍，起升機構(gòu)的傳動比也需要增大一倍，這就使機構(gòu)尺寸增大，所以其他的起重機采用單聯(lián)滑輪組，此次設(shè)計的是5噸橋式起重機的卷揚機，因此選用雙聯(lián)滑輪組，如圖（2—3）。圖2—3雙聯(lián)滑輪組1、動滑輪2、定滑輪3、卷筒滑輪組的倍率的確定對鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長度、減速機構(gòu)的傳動比以及機構(gòu)的總體尺寸有很大的影響。大起重量采用較大的倍率，可避免采用過粗的鋼絲繩。有時在采用較大的滑輪組倍率的同時相應(yīng)的降低了起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計時常采用的方法。起升機構(gòu)計算是在給定了設(shè)計參數(shù)，并將布置方案確定后進(jìn)行的，通過計算選用機構(gòu)選用機構(gòu)中所需要的標(biāo)準(zhǔn)零部件，如電動機、制動器、減速器和聯(lián)軸器等。對于非標(biāo)準(zhǔn)零部件需進(jìn)行單獨設(shè)計。此卷揚機設(shè)計提升載荷5噸，主要用于煉鋼廠5噸橋式起重機上，本卷揚機是利用煉鋼廠現(xiàn)有設(shè)備和材料拼湊而成，因此與標(biāo)準(zhǔn)的5噸卷揚機設(shè)計略有不同。此次設(shè)計的卷揚機設(shè)計的主要參數(shù)有：額定起升重量：5噸起升高度：14米起升速度：12.5米/分卷揚機用途：用于5噸橋式吊車起升機構(gòu)工作條件：頻繁啟動粉塵量大第三章鋼絲繩的選擇卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物。工作時鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜。加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重。因此，應(yīng)特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。3.1鋼絲繩的種類和構(gòu)造鋼絲繩由許多高強度鋼絲編繞而成，可單捻、亦可雙捻成形。繩芯常采用天然纖維芯(NF)、合成纖維芯(SF)、金屬絲繩芯(IWR)相金屬絲股芯(IWS)。纖維芯鋼絲繩具有較高的撓性和彈性，纏繞時彎曲應(yīng)力較小，但不能承受橫向壓力，金屬絲芯鋼絲繩強度較高，能承受高溫和橫向壓力，但撓性較差。卷揚機系多層纏繞．更適合選用多捻制金屬絲芯鋼絲繩。鋼絲繩的種類，根據(jù)鋼絲繞成股和股繞成繩的相互方向可分力：(1)順捻鋼絲繩順捻鋼絲繩義分為右同向捻（ZS）和左同向捻(SS)。此類鋼絲繩鋼絲繞成股和股繞成繩的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。其特點是：鋼絲繩撓性好．磨損小，使用壽命長。但容易松散和扭轉(zhuǎn)。它不允許在無導(dǎo)軌情況下作單獨提升，故在不松散的情況下或有剛性導(dǎo)軌時應(yīng)用為宜。(2)交捻鋼絲繩交捻鋼絲繩，又分為右交互捻(ZS)和左交互捻（SZ）。鋼絲繩鋼絲繞成股與股繞成繩的方向相反，它的撓性與使用壽命都較順捻鋼絲繩差．但繩與股的扭轉(zhuǎn)趨勢相反，克服了扭轉(zhuǎn)和易松散的缺陷，故卷揚機應(yīng)優(yōu)先選用。鋼絲繩的種類．根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為：(1)點接觸鋼絲繩點接觸鋼絲繩繩股中各層鋼絲直徑均相同，而內(nèi)外各層鋼絲的節(jié)距不同．因而相互交叉形成點接觸。其特點是接觸應(yīng)力高．表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價格便宜。在實際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點接觸、造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報廢。(2)線接觸鋼絲繩線接觸鋼絲繩繩股由不同直徑的鋼絲統(tǒng)制而成，每一層鋼絲的節(jié)距相等，由于外層鋼絲位于內(nèi)層鋼絲之間的溝槽內(nèi)，因此內(nèi)外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內(nèi)層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應(yīng)力，但它避免了應(yīng)力集中，消除了鋼絲在接觸處的二次彎曲現(xiàn)象，減少了鋼絲間的摩擦阻力。使鋼絲繩在彎曲上有較大的自由度，從而顯著提高了抗疲勞強度，其壽命通常高于點接觸鋼絲繩。由于線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。如果在破斷拉力相同的情況下選用線接觸鋼絲繩，可以采用較小的滑輪和卷筒直徑，從而使整個機構(gòu)的尺寸減小。卷楊機應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。3.2鋼絲繩直徑的選擇卷揚機系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復(fù)雜。為簡化計算，鋼絲繩選擇多采用安全系數(shù)法，這是—種靜力計算方法。鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計算：（3—1）式中—整條鋼絲繩的破斷拉力(N)?！頁P機工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)。—鋼絲繩的額定拉力(力)。設(shè)計時，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規(guī)定的最小安全系數(shù)，然后從產(chǎn)品目錄中選擇一種破斷拉力不小于·[M〕的鋼絲繩直徑。目前在工業(yè)化國家，對鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法。國際標(biāo)準(zhǔn)繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下；（機械設(shè)計手冊第二冊）鋼絲繩直徑不應(yīng)小于下式計算的最小直徑（3—2）式中Fmax—鋼絲繩最大靜拉力(N)。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛部分的重量，滑輪組及其它吊具的重量）并考慮滑輪組效率相倍率來確定；c—鋼絲繩選擇系數(shù)，它與機構(gòu)的工作級別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運物品的性質(zhì)等因素有關(guān)。目前，卷揚機還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定?？蓞⒖紮C械設(shè)計手冊第二冊進(jìn)行選取。該設(shè)計卷揚機額定載荷5噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷Fmax＝F總＝1.25×N，該卷揚機用于冶金行業(yè)鑄造用，所以工作級別為M7，查機械設(shè)計手冊第二冊鋼繩系數(shù)選擇c＝0.123。＝0.123×＝13.78mm所以鋼絲繩選擇d=14mm按鋼絲繩所在機構(gòu)工作級別來選鋼絲繩直徑時，所選的鋼絲繩拉斷力應(yīng)滿足下式：（機械設(shè)計手冊第二冊）F0nFmax（3—3）式中F0——所選用鋼絲繩最小拉斷力（N）n——安全系數(shù)，查手冊選n=7所以F07×1.25×=8.75×N=87.5KN又鋼絲繩最小拉斷力總和等于鋼絲繩最小拉斷力×1.134（纖維芯）或×1.214（鋼芯），所以鋼絲繩最小拉斷力總和為87.5×1.134=99.225KN（本設(shè)計中鋼絲繩不接觸高溫，橫向壓力較小，選用纖維芯鋼絲繩）查機械設(shè)計手冊，鋼絲繩型號選擇：鋼絲繩6×19（a）類14—NAT—FC—1470—ZS—102—79.5型號解釋如下：14—鋼絲繩直徑NAT—鋼絲表面狀態(tài)（光面鋼絲）FC—鋼絲繩的結(jié)構(gòu)形式（纖維芯）1470—鋼絲公稱強度（）ZS—捻向（左交互捻）102—鋼絲繩最小破段拉力KN79.5—單位長度重量kg/100m3.3鋼絲繩的使用鋼絲繩在工作時卷繞進(jìn)出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)彎曲相擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。鋼絲繩破壞時，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達(dá)到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破斷。在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和直徑之后，實際使用壽命的長短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護(hù)和保養(yǎng)及與相關(guān)機件的合理配置。可從以下幾方面考慮該問題：（1）滑輪和卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值大小對鋼絲繩的壽命影響較大，幾乎成平方關(guān)系。因此，選用較大的滑輪和卷簡直徑對鋼絲繩的壽命是有利的。故設(shè)計中規(guī)定了卷筒直徑和鋼絲繩直徑的最小比值（D/d），與卷揚機的工作級別有關(guān)。使用中，應(yīng)盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。（2）決定滑輪繩槽尺寸時，必須考慮新鋼絲繩直徑較公稱直徑有6％—8％的過盈量這一事實。過小的繩槽直徑會使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽尺寸過大，又會使鋼絲繩在槽內(nèi)的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應(yīng)力。合理的繩槽尺寸應(yīng)比鋼絲繩的公稱直徑大10％左右。（3）滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。據(jù)有關(guān)資料表明：以鑄鐵代替鋼．可提高鋼絲繩的壽命約10％。（4）為保證鋼絲繩在繩筒上平滑纏繞，避免各圈鋼絲繩間相互摩擦及多層纏繞錘擊和堆繞現(xiàn)象，延長鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須保持在一定的限度之內(nèi)，一般在0.5—2之間。（5）良好的周期性潤滑是提高鋼絲繩使用壽命的一項重要因素。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內(nèi)外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質(zhì)化合物。目前我國生產(chǎn)的“鋼絲繩油’’屬于中等粘度油，適用于各種股捻鋼絲繩的潤滑。其附著力大，不易滑落或與水起作用，且含有防銹劑，是一種良好的潤滑劑。（6）在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。（7）經(jīng)常檢查鋼絲繩是否與別的機件摩擦，重新更換新繩時必須核對新繩與原繩的型式直徑是否相同；經(jīng)常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。鋼絲繩的報廢處理，可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相資料。第四章卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸確定卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和鋼絲繩的尺寸來確定。卷筒用來卷繞鋼絲繩，把原動機的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)樗枰闹本€運動。卷筒通常是中空的圓柱形，特殊要求的卷筒也有做成圓錐或曲線形的。4.1卷筒的分類按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機構(gòu)緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設(shè)計采用單層繞。按照卷筒的表面分，有光卷筒和帶螺旋槽卷筒兩種。光卷筒用于多層卷繞，其結(jié)構(gòu)比較簡單，鋼絲繩按螺旋形緊密地排列在卷筒表面上，繩圈的節(jié)矩等于鋼絲繩的直徑。由于鋼絲繩和卷筒表面之間接觸應(yīng)力較高，相鄰繩圈在工作時又有摩擦，鋼絲繩使用壽命就要降低。為了使鋼絲繩在卷筒表面上排列整齊，單層繞卷筒一般都有螺旋槽，有了繩槽后，使鋼絲繩與卷筒的接觸面積增加，因而減小了它們之間的接觸應(yīng)力，也消除了在卷筒卷繞過程中繩圈間可能產(chǎn)生的摩擦，因此提高了鋼絲繩的使用壽命，目前，多層繞卷筒也制成帶繩槽的，更為合理。繩槽在卷筒上的卷繞方向可以制成左旋或右旋。單聯(lián)滑輪組的卷筒只有一條螺旋繩槽；雙聯(lián)滑輪的卷筒，兩側(cè)應(yīng)分別右一條左旋和右旋的繩槽。繩槽的形狀分別為標(biāo)準(zhǔn)繩槽和深槽兩種，如圖（4—1）。圖4—1（a）標(biāo)準(zhǔn)繩槽（b）深繩槽4.2卷筒繩槽的確定查機械設(shè)計手冊知，卷筒繩槽槽底半徑R，槽深c槽的節(jié)矩t其尺寸關(guān)系為：R=（0.54~0.6）d（d為鋼絲繩直徑）（4—1）繩槽深度：標(biāo)準(zhǔn)槽：=（0.25~0.4）d（mm）（4—2）深槽：=（0.6~0.9）d（mm）（4—3）繩槽節(jié)距：標(biāo)準(zhǔn)槽：＝d＋（2～4）（mm）（4—4）深槽：＝d＋（6～8）（mm）（4—5）卷筒槽多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽，本設(shè)計選用標(biāo)準(zhǔn)槽，鋼絲繩直徑選用14mmR=（0.54~0.6）dmm=7.56~8.4mm取R=8mmc=（0.25~0.4）dmm=3.5~5.6mm取c=4mmt＝d＋（2～4）mm=16mm4.3卷筒的設(shè)計卷筒按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分．有端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式，其共同特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。如圖（4—2）。圖4—2內(nèi)齒嚙合式卷筒卷筒的設(shè)計主要尺寸有節(jié)徑、卷筒長度L、卷筒壁厚δ。4.3.1卷筒節(jié)徑卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，查機械設(shè)計手冊知不能小于下式：（4—6）式中—按鋼絲繩中心計算的卷筒最小直徑（mm）；h—與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境級別為，查機械設(shè)計手冊h=28；d—鋼絲繩的直徑（mm）。按式計算：＝28×14＝392（mm）選取=400（mm）4.3.2本設(shè)計采用雙聯(lián)滑輪組，如圖4—3圖4—3雙聯(lián)滑輪組卷筒的長度（4—7）式中L—卷筒總長度；—繩槽部分長度，其值為：（4—8）其中H—最大起升高度；a—滑輪組倍率；—卷筒卷繞直徑；t—繩槽節(jié)矩，n—附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩端受力減小，便于固定，通常取n＝1.5～3圈；—固定鋼絲繩所需要的長度，一般?。?t；—兩端的邊緣長度（包括凸臺在內(nèi)），根據(jù)卷筒結(jié)構(gòu)而定；—卷筒中間無繩槽部分長度，由鋼絲繩的允許偏斜角α和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定。對于有螺旋槽的單層繞卷筒，鋼絲繩允許偏斜度通常為1：10，查機械設(shè)計手冊可知，選取＝100mm。＝=380mm。＝3t=48mm所以＝2×（380+48+20）＋100＝996mm選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒長度為1000mm4.3本設(shè)計為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對于鑄鐵卷筒可按經(jīng)驗公式初步確定，然后進(jìn)行強度驗算。對于鑄鐵筒壁厚mm（4—9）根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)小于12mm，mm＝0.02×400＋（6～10）＝8+7＝15mm所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距t＝16mm、槽底半徑＝4mm、卷筒節(jié)距＝400mm、卷筒長度L=1000mm、卷筒壁厚mm4.4卷筒強度計算查機械設(shè)計手冊第二冊可知，卷筒材料一般采用不低于HT200的鑄鐵，特殊需要時可采用ZG230-450、ZG270-500鑄鋼或Q235-A焊接制造。本設(shè)計的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇HT200的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力。其中壓應(yīng)力最大。當(dāng)3時彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力的合成力不超過壓應(yīng)力10%,所以當(dāng)3時只計算壓應(yīng)力即可。本設(shè)計中L=1000mmD=400mm，符合3的要求，所以只計算壓應(yīng)力即可。當(dāng)鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應(yīng)力按下式來計算：=A（4—10）其中為鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應(yīng)力（）為鋼絲繩最大拉力（N）為卷筒壁厚A為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取A=0.75為許用壓力，對于鑄鐵=為鑄鐵抗壓強度極限所以=A=0.7539查教材機械設(shè)計基礎(chǔ)知195，所以39。所以經(jīng)檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。第五章卷筒軸的設(shè)計計算卷筒軸是支持卷揚機正常工作的重要零件，合理設(shè)計與計算卷筒軸對卷揚機性能至關(guān)重要。5.1卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式（圖5—1）兩種情況。卷揚機卷筒工作時，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。強度計算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位旨分別計算。由卷揚機工作情況和軸的受力分析可知，a、b因卷筒軸主要承受彎矩，可簡化為簡單的心軸。a圖為固定心軸，b圖為轉(zhuǎn)動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為，視具體的載荷性質(zhì)而定。對固定心軸的疲勞失效而言，最危險的應(yīng)力情況是脈動循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應(yīng)力以按脈動循環(huán)處理為宜。c圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動循環(huán)變化。由此可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞破壞。但也不排除在超載或意外情況下發(fā)生靜強度破壞。圖5—1卷筒軸的類型a:軸固定式b、c:軸轉(zhuǎn)動式5.2卷筒軸的設(shè)計計算由于卷筒軸的可靠性對卷揚機安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度、剛度計算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計算疲勞強度，而且還要計算靜強度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。本設(shè)計以計算出的參數(shù)有：繩的額定拉力＝KN，卷筒直徑400mm，鋼絲繩的直徑14mm，外齒軸套齒輪分度圓直徑D＝224mm，查機械傳動設(shè)計手冊，軸的材質(zhì)選擇45鋼，調(diào)制處理，，，，。由圖5—1可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。計算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位置分別計算。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強度計算。計算時，卷筒支承作用到心軸的力，可簡化為作用于軸承寬度中點的集中力，左端距支承點72.5mm，右端距支承點202.5查機械設(shè)計手冊、機械傳動設(shè)計手冊、起重機設(shè)計手冊，初步得到心軸各段直徑和長度，如圖5-2所示,本設(shè)計心軸左邊選用調(diào)心滾子軸承圓柱孔20000型，右邊選用調(diào)心球軸承圓柱孔10000（TN1、M）型。圖5-2心軸的各部分尺寸將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，見圖5—3所示。圖5—3軸的彎矩圖5.2.1齒輪圓周力：（5—1）＝＝＝18.7（KN）齒輪徑向力：（5—2）＝18.7tg20＝6.8（KN）5.2.2支反力，簡圖8—3b。（5—3）＝26.92（KN）（5—4）＝15.63（KN）彎矩，見圖8—3c（5—5）＝＝-781.5（KNmm）（5—6）＝60＝1615.2（KNmm）水平面支承反力及彎矩支反力，水平面支承反力見圖5—3d。（5—7）＝＝0.382（KN）（5—8）＝＝6.42（KN）彎矩計算，見圖8—3e（5—9）＝506.42＝321（KNmm）（5—10）＝600.382＝22.9（KNmm）合成彎矩，見圖8—3f（5—11）＝＝844.8（KNmm）（5—12）＝＝1615.3（KNmm）5.2.4此軸為固定心鈾，只有彎矩，沒有轉(zhuǎn)矩。由圖8—3可知．最大彎矩發(fā)生在剖面B處。設(shè)卷筒軸該剖面直徑為，則彎曲應(yīng)力為：（5—13）則：＝＝74.46（mm）圓整后＝75（mm），中間軸段＝75＋15＝90（mm）5.2.5卷筒軸的疲勞強度，應(yīng)該用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計算，即（5—14）式中—鋼絲繩的當(dāng)量拉力(N)；—當(dāng)量拉力系數(shù)。為使計算簡便，可假設(shè)＝1。由前述可知，心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則。彎曲應(yīng)力為（5—15）＝＝97.1（MP）平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為（5—17）＝＝48.55（MP）軸的形狀比較簡單，且為對稱結(jié)構(gòu)，在B截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集中存在，且該處彎矩最大，可以認(rèn)為置截面是危險截面，應(yīng)在此處計算袖的疲勞強度。查得有效應(yīng)力集中系數(shù)尺＝1.88，表面狀態(tài)系數(shù)＝0.92，絕對尺寸系數(shù)＝0.78，等效系數(shù)?。?.34。疲勞強度計算的安全系數(shù)為（5—18）＝＝2.1一般軸疲勞強度安全系數(shù)，所以該軸疲勞強度足夠。5.2.6卷筒軸的靜強度計算，需要用靜強度計算拉力，可按下式求得：（5—19）式中—靜強度計算最大拉力(N)；—動載荷系數(shù)，查手冊。此處取。靜強度計算安全系數(shù)（5—20）＝＝＝2.75當(dāng)時，該軸靜強度足夠。所以該軸符合本設(shè)計要求。此外，還有些卷筒軸、具有多支承，如三支承。對這類靜不定問題可用三彎矩方程方法計算軸受力，同時在設(shè)計中還應(yīng)考慮軸的結(jié)構(gòu)、支承型式以及底座的剛度等問題。第六章電動機選擇6.1電動機選擇正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動機功率。本設(shè)計5噸橋式吊車卷揚機屬于非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機應(yīng)與其工作特點相適應(yīng)。查機械設(shè)計手冊，吊車用卷揚機主要采用三相交流異步電動機。根據(jù)吊車行業(yè)的工作特點，電動機工作制應(yīng)考慮選擇短時重復(fù)工作制和短時工作制，并優(yōu)先選用YZR(繞線轉(zhuǎn)子)、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列起重專用電動機。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動機；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時，亦可采用籠型轉(zhuǎn)子電動機。對于小噸位卷揚機，考慮到多方面因素，其電動機工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設(shè)計電動機工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。機構(gòu)運轉(zhuǎn)時所需靜功率按下式計算：（kW）（6—1）式中—額定起升載荷（N）；—吊具自重（N），可取＝（0.02～0.04）；—起升速度；—機構(gòu)總效率，它包括滑輪組的效率、導(dǎo)向滑輪效率、卷筒的機械效率和傳動機構(gòu)的機械效率。初步計算時，對于圓柱齒輪減速器傳動的起升機構(gòu)，可?。?.85～0.9。＝=6.311（KN）計算電動機功率考慮到工作環(huán)境，查起重機課程設(shè)計，對于中小型起重機其系數(shù)=0.8，所以0.86.311=5.049查《機械設(shè)計手冊》應(yīng)選用：YZ系列冶金起重專用三項異步電機，型號：YZ160L—8額定電壓：380V,額定功率：7.5KW轉(zhuǎn)速：705轉(zhuǎn)/分效率：82.4%基準(zhǔn)工作制為—40%6.2驗算電動機發(fā)熱條件查起重機課程設(shè)計知：按等效功率求得：當(dāng)Jc=40%時，所需的等效功率Nx=（6—2）=0.750.876.311=4.12KW其中為工作類型系數(shù)，=0.75系數(shù)根據(jù)值查得。為起重機機構(gòu)平均啟動時間與平均工作時間的比值，查表=0.1時，=0.87.由以上計算解結(jié)果可知初選電動機能滿足發(fā)熱要求，即Nx<Ne。第七章減速器的設(shè)計計算7.1卷揚機總傳動比計算按額定轉(zhuǎn)速初定總傳動比，總傳動比按下式計算：（7—1）式中—機構(gòu)的總傳動比；—電動機額定轉(zhuǎn)速(r／min)；—卷筒轉(zhuǎn)速(r／min)?？砂聪率接嬎悖海?—2）式中—起升滑輪組倍率；—卷筒的計算直徑（mm）；—起升速度。＝＝19.9（r/min）==35.437.2減速器的計算因為電動機軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接，其傳動比=1，所以減速器的總傳動比=35.43。查機械設(shè)計手冊，采用二級圓柱齒輪減速器。7.2.1分配減速器的各級傳動比查機械設(shè)計基礎(chǔ)實訓(xùn)教程，按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比=1.4，式中為低速級傳動傳動比。即==1.4（7—3）所以==5.03=7.037.2.2電動機到卷筒軸的總傳動效率為查機械設(shè)計手冊知：=0.99（齒形聯(lián)軸器）=0.98（滾子軸承）=0.97（齒輪精度為8級）=0.99（齒形聯(lián)軸器）所以總傳動效率=0.99=0.88卷筒軸所得到的功率為0.88=0.887.5=6.61KW>6.311KW所以以上所選參數(shù)符合要求。（為電動機功率）（1）計算各軸轉(zhuǎn)速Ⅰ軸(r/min)Ⅱ軸（r/min）Ⅲ軸（r/min）卷筒軸（r/min）（2）計算各軸功率Ⅰ軸（KW）Ⅱ軸(KW)Ⅲ軸(KW)卷筒軸(KW)（3）計算各軸轉(zhuǎn)矩電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩為：（N.m）Ⅰ軸（N.m）Ⅱ軸=100.67.040.980.97=673.1（N.m）Ⅲ軸=673.15.030.980.97=3218.5（N.m）卷筒軸（N.m）將計算數(shù)值列表如下：軸號功率P（KW）轉(zhuǎn)矩T(N.m)轉(zhuǎn)速傳動比i效率電機軸7.5101.670510.99Ⅰ軸7.425100.67057.040.97Ⅱ軸7.1673.1100.145.030.97Ⅲ軸6.73128.519.910.99卷筒軸6.633122.519.97.2.3此減速器的齒輪為一般機械零件，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)和易于取材原則出發(fā)決定選用：小齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度217~255HBS大齒輪45鋼，正火，齒面硬度169~217HBS(1)計算許用接觸應(yīng)力查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：小齒輪（217~255HBS）=580MPa大齒輪（169~217HBS）=540MPa循環(huán)次數(shù)：N1=60njLn（7—4）=607051(1052402)=1.76N2==2.5由教材查得ZN1=1.0ZN2=1.08SH=1.1齒面接觸應(yīng)力為==527.3Mpa（7—5）==530.2MPa取小值==527.3MPa(2)計算許用彎曲應(yīng)力查教材，小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為：小齒輪（217~255HBS）=440MPa大齒輪（169~217HBS）=420MPaYN1=YN2=1SF=1.4齒輪彎曲應(yīng)力為：==314.3Mpa（7—6）==300Mpa齒輪參數(shù)設(shè)計（一）第一級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù)=17大齒輪齒數(shù)==177.04=119螺旋角（2）按接觸強度結(jié)算（7—7）查教材載荷系數(shù)K=1.2彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.464=0.779螺旋角系數(shù)=0.992取=1所以=52.2（mm）（3）主要尺寸計算模數(shù)（mm）（7—10）取整數(shù)（mm）中心距（mm）（7—11）取整數(shù)（mm）計算實際螺旋角：（7—12）=螺旋角改變不大，系數(shù)、、、不在修正。分度圓直徑d=51.5(mm)=360.7(mm)齒頂圓直徑da(mm)(mm)齒根圓直徑（mm）（mm）齒寬b（mm）（mm）經(jīng)校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。查機械設(shè)計手冊確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計算結(jié)果見下表：項目小齒輪大齒輪材料及熱處理45鋼調(diào)質(zhì)45鋼正火基本參數(shù)齒數(shù)17119法面模數(shù)（mm）3分度圓法面壓力角20°螺旋角及方向9.2°左9.2°右法面齒頂高系數(shù)11法面齒隙系數(shù)0.250.25主要尺寸中心距205齒寬56.551.5分度圓直徑51.5360.7齒頂圓直徑56.5366.7齒根圓直徑44353.2（二）第二級傳動（1）初選參數(shù)小齒輪齒數(shù)=20大齒輪齒數(shù)==205.03=100螺旋角（2）按接觸強度結(jié)算查教材載荷系數(shù)K=1.2彈性系數(shù)=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)=2.464=0.779螺旋角系數(shù)=0.992取=1所以=101.1（mm）（3）主要尺寸計算模數(shù)（mm）取整數(shù)（mm）中心距（mm）取整數(shù)（mm）計算實際螺旋角：=螺旋角改變不大，系數(shù)、、、不在修正。分度圓直徑d=101.7(mm)=508.3(mm)齒頂圓直徑da(mm)(mm)齒根圓直徑（mm）（mm）齒寬b（mm）（mm）經(jīng)校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。查機械設(shè)計手冊確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FH計算結(jié)果見下表：項目小齒輪大齒輪材料及熱處理45鋼調(diào)質(zhì)45鋼正火基本參數(shù)齒數(shù)20100法面模數(shù)（mm）5分度圓法面壓力角20°螺旋角及方向10.39°左10.39°右法面齒頂高系數(shù)11法面齒隙系數(shù)0.250.25主要尺寸中心距305齒寬106.7101.7分度圓直徑101.7508.3齒頂圓直徑111.7518.3齒根圓直徑89.2495.8齒輪軸參數(shù)設(shè)計起重機減速器的齒輪軸屬于一般機械零件，沒有特殊要求，所以軸的材料選用45鋼，粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理便能滿足要求。45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理硬度為217~255HBS。查教材，（1）按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑查機械設(shè)計手冊軸的最小直徑公式為：（7—13）其中系數(shù)A=118~107Ⅰ軸=25.87~23.45(mm)Ⅱ軸=48.8~44.3(mm)Ⅲ軸=82.1~74.4(mm)考慮到第一級傳動的小齒輪直徑較小，若使用鍵與軸連接齒輪強度不夠，所以把Ⅰ軸做成齒輪軸，Ⅰ軸軸頭安裝聯(lián)軸器，故將軸徑增加5%。估?、褫S軸徑為30mm，安裝軸承處軸徑為28mm，其它尺寸Ⅱ軸：估?、蜉S軸徑為48mm，安裝軸承處軸徑為45mm，其它尺寸由結(jié)構(gòu)而定具體如附圖所示。Ⅲ軸：估?、筝S軸徑為80mm，靠近齒輪盤接手的安裝軸承處軸徑為80mm，另一端為75mm其他部件參考起重機專用減速器QJR型減速器而定。所計算的減速器的外形尺寸為：974335594。第八章滑輪及吊鉤的選擇滑輪是用來支承鋼絲繩和改變鋼絲繩運動方向的部件。鋼絲繩繞過若干動滑輪和定滑組成的滑輪組，可以起到省力和增速的作用(卷揚機使用滑輪組主要起省力作用)，它是起重機械的重要組成部分。8.1滑輪結(jié)構(gòu)與材料直徑較小的滑輪可做成實體輪（圖8—1a）；直徑較大的應(yīng)做成輻板輪(圖8—1滑輪常裝在固定的心軸上。簡單的滑輪常采用滑動軸承，目前使用的滑輪絕大多數(shù)采用滾動軸承。圖8—1a實體輪b輻板輪滑輪尺寸的表示方法主要有繩槽尺寸和滑輪直徑?；喞K槽尺寸應(yīng)能保證鋼絲繩順利繞過并使接觸面積盡可能大。繩槽半徑是根據(jù)鋼絲繩直徑最大允許偏差為+7％確定的。故槽底半徑R稍大于鋼絲繩直徑?；喞K槽的結(jié)構(gòu)及剖面尺寸見圖8—2。圖8—2滑輪繩槽剖面圖滑輪材料見表8—3。表8—3滑輪材料8.2滑輪直徑的計算滑輪的直徑大小對于鋼絲繩的壽命影響很大。增大滑輪的直徑可以降低鋼絲繩的彎曲應(yīng)力和擠壓應(yīng)力，試驗證明，卷繞和松開鋼絲繩時，在鋼絲上產(chǎn)生彎曲疲勞，特別是擠壓疲勞對鋼絲的斷折起了決定性的作用。為了使鋼絲繩具有一定的使用壽命，滑輪的直徑不能過小?；喌淖钚≈睆讲荒苄∮谝?guī)定數(shù)值，即：（8—1）式中—滑輪的最小直徑；—鋼絲繩的直徑；—與卷揚機工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，查機械設(shè)計手冊=25。＝25×14＝350（mm）所以定滑輪的直徑選用標(biāo)準(zhǔn)直徑：350查機械設(shè)計手冊選用滑輪型號為：滑輪A14×350-45JB-T9005.3-1999型號意義如下：8.3吊鉤的構(gòu)造及材料吊鉤本身是一個零件，它與動滑輪組合形成吊鉤組。通用吊鉤已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)計時，一般根據(jù)額定起重量Q按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取。必要時，可將吊鉤視為曲梁進(jìn)行強度計算。吊鉤斷裂可能導(dǎo)致重大的人身和設(shè)備事故，因此，吊鉤的材料要求沒有突然斷裂的危險。強度材料一般對裂紋與缺陷很敏感，材料的強調(diào)越高，突然斷裂的可能性也越大，因此吊鉤選用優(yōu)質(zhì)低碳鎮(zhèn)靜鋼或低碳合金鋼。鍛造通常選用20號鋼，20SiMn等制造。8.4吊鉤的計算吊鉤溝孔尺寸根據(jù)能容納兩根系物繩或?qū)Ｓ玫蹙叩某叽绱_定。查起重機設(shè)計手冊吊鉤的主要尺寸可按經(jīng)驗公式初步確定：（本設(shè)計選用單鉤）圖6—1吊鉤溝孔直徑（單鉤）：（8—2）式中m—額定起重重量（t）。＝67.08~78.26（mm）本設(shè)計選用D=72mm鉤口尺寸：（8—3）＝54（mm）其它尺寸：h＝1×72＝72＝2×＝144＝36所以選用吊鉤型號為：直柄單鉤LM006-M型號意義為：第九章制動器，聯(lián)軸器的選擇9.1制動器的分類、特點及選擇制動器按用途可分為停止制動、支持制動和下降制動三種。停止和支持式制動器具有停止和支持重物懸掛在空中的作用；而下降式制動器除具有前者停止運動的作用外，還具有調(diào)節(jié)機構(gòu)運動的作用。按照工作狀態(tài)，制動器又可分為常閉式和常開式。常閉式制動器經(jīng)常處于合閘狀態(tài)，當(dāng)機構(gòu)運轉(zhuǎn)時?？衫萌肆Α㈦姶帕Φ韧饬κ怪苿悠魉砷l。而常開式與此相反，它經(jīng)常處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能合閘。按照制動器構(gòu)造特征，又可分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器四種。卷揚機至少要裝一套常閉式的支持制動器，并常采用帶式制動器和外抱塊式制動器，小噸位卷揚機亦可采用蹄式制動器。在設(shè)計或選擇制動器時，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標(biāo)準(zhǔn)制動器，還是自行設(shè)計的制動器都要做必要的發(fā)熱驗算。本設(shè)計選用短行程交流電磁鐵塊式制動器，型號：TKT300/200。如圖9—1。圖9—1短行程交流電磁鐵塊式制動器9.2制動器的工作原理短行程交流電磁鐵塊式制動器的構(gòu)造簡圖如下，工作原理：圖中直徑為D的圓周表示與機構(gòu)傳動軸相聯(lián)系的制動輪，制動瓦塊2與制動臂1鉸接相連。主彈簧4用來產(chǎn)生制動力矩。主彈簧右端頂在框架6上(框架6與左制動臂固接在一起)，推桿5與有制動臂連在一起。上閘制動時，主彈簧的壓力左推推桿5、右推框架6，從而帶動左右制動臂及其瓦塊壓向制動輪，實現(xiàn)制動。當(dāng)機構(gòu)工作時，機構(gòu)電動機通電，與電動機相聯(lián)系的電磁鐵7也通電而產(chǎn)生磁力，