0.75型卷揚機設計【絞車】【載荷7.5KN; 速度30m min; 卷筒容繩量100m; 卷筒尺寸φ180mm】【說明書+CAD】
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0.75型卷揚機設計
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第 IV 頁
0.75型卷揚機設計
摘 要
卷揚機又稱絞車。是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)，由人力或機械動力驅動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜曳引重物的簡單起重機械。分手動和電動兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚機為主。本設計采用了新型的制動電機，節(jié)省了制動器，使得結構更加緊湊，提高了安全可靠系數(shù)，這也是機械行業(yè)的一個發(fā)展趨勢。其主要結構組成還有，減速器、聯(lián)軸器、卷筒。
本次設計的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚機的卷筒、卷筒心軸、制動電動機、減速器的設計計算選取。其中卷筒、卷筒軸、減速器的設計最為主要，本設計重點做了介紹，其余部分有得只是略作分析。
本次設計的卷筒機由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，可以應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。提升重物是卷揚機的一種主要功能，各類卷揚機的設計都是根據這一要求為依據的。
關鍵詞：卷揚機，制動電機，卷筒，卷筒軸，減速器
The design of 0.75construction winches
Author: Li Lei
Tutor: Kang Hongwei
Abstract
Also known the hoist another name is winch. Vertical lifting transport machinery is an important component of the tie in with the derrick, mast, pulley blocks, and auxiliary equipment, used to enhance the materials, installation of equipment operations, from human or mechanical power-driven drum, winding traction rope to complete the installation work. Two types of the hoist are manual and electric two kinds. and Now to the main electric winch. The design of the 5-ton electric hoist motor contions electromotor 、coupling、arrester、retarder、drum、boom sheave 、a system of pulleys set、hook, etc.
This design of hoist is start from the wire rope, and next then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley drum machine-oriented design and selection. On drum, drum shaft, drum hub, most major reducer design, the design are focus introduced, and the rest is just a little something for analysis.
The design of the drum machine because of its simple structure, handling the installation of a flexible, convenient operation, simple maintenance, and operating environment features such as adaptability, can be applied to lifting metallurgical, construction, operations and other water conservancy, but the design mainly applied to the drum machine for 5-ton overhead crane hoisting mechanism. Heavy winch upgrade is one of the main functions of the design of various types of winches are based on based on this request.
Key words: hoist，brake motor， drum，drum shaft，retarder
目錄
1緒論 1
2 卷揚機的整體概述 3
2.1電動卷揚機的基本結構 3
2.1.1電控卷揚機 3
2.1.2帶有電磁鐵制動器的卷揚機 3
2.1.3采用錐形轉子電動機的卷揚機 4
2.1.4溜放型卷揚機 5
2.2卷揚機工作級別與類別 5
3 零部件的計算 7
3.1 鋼絲繩的選取 7
3.1.1鋼絲繩的種類和構造 7
3.1.2鋼絲繩直徑的選擇 7
3.1.3鋼絲繩的使用 9
3.2 卷筒的結構設計及尺寸確定 10
3.2.1卷筒的分類 10
3.2.2卷筒繩槽尺寸的確定 10
3.2.3卷筒的設計 10
3.2.4卷筒的強度校核 12
3.3卷筒軸的設計計算 13
3.4軸承的選擇 16
3.5電動機的選擇 16
3.5.1選擇電動機應該綜合考慮的問題 17
3.5.2電動機選擇順序 17
3.5.3電動機類型的選擇 18
3.5.4電動機功率的選擇 19
3.5.5電動機轉速的選擇 19
3.5.6電動機功率的計算 20
3.6 減速器的選擇 21
3.7 聯(lián)軸器的選擇 22
4 卷揚機的安裝使用及安全操作規(guī)程 23
4.1 卷揚機的安裝及安裝調試 23
4.1.1卷揚機的安裝 23
4.1.2卷揚機調試 23
4.2卷揚機使用與操作 23
4.3電氣安全保護 24
總結 25
致謝 26
參考文獻 27
第 27 頁
1緒論
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。
卷揚機又稱絞車，是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，廣泛應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。本設計就傳統(tǒng)的卷揚機說起，一直到現(xiàn)在以及將來的發(fā)展。卷揚機是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點。
提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設計都是根據這一要求為依據的。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用，故大多設備的安裝仍然是由卷揚機承擔的。卷揚機除在工程、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應用。
下面卷筒機的發(fā)展趨勢
1、大型化
由于基礎工業(yè)的發(fā)展，大型設備和機械構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產了60 t卷揚機，日本生產了32 t、50 t、60 t液壓和氣動卷揚機，美國生產了136 t和270 t卷揚機。
2、采用先進電子技術
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的電子技術。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12 V，質量為7.7—15.4 kg，拉力為3336—13344 N。
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。此種卷揚機結構簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。
2 卷揚機的整體概述
2.1電動卷揚機的基本結構
電動卷揚機由于操作方法不同，其結構相差很大。我們將其分為電控卷揚機和溜放型卷揚機兩類。
2.1.1 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。
2.1.2 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，如圖2.1。
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
圖2.1 圓柱齒輪減速器快速卷揚機簡圖
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，如圖2.2。
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
圖2.2 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機簡圖
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。按設計規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力F＞120 kN的卷揚機上，均應安裝排繩器。
2.1.3 采用錐形轉子電動機的卷揚機
此類卷揚機利用錐形轉子電動機本身所具有的制動性能來實現(xiàn)卷揚機的制動。由于錐形轉子電動機是靠轉子軸向移動來實現(xiàn)制動或松開的，可省略單獨的制動器，在結構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，故習慣上把這類卷揚機叫做一字型結構卷揚機。根據傳動系統(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，使結構緊湊。
上述擺線針輪行星傳動和少齒差行星傳動的輸出機構是很重要的一環(huán)，可實現(xiàn)偏心輸出的機構有很多，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，卷揚機生產廠家比較難以達到。所以有的廠家采用了零齒差傳動輸出機構，其設計較為復雜，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、質量可更小。但其柔輪的要求較高，生產較為困難。
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。
2.1.4 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來實現(xiàn)．而是靠置物的重力下降，并帶動卷簡反轉，此時電動機不轉。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。
2.2卷揚機工作級別與類別
為了合理設計、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚機根據利用等級與載荷狀態(tài)劃分為 八個工作級別。由表2.1本設計中我選擇中等載荷，工作級別為M4，總工作時間為3200小時。
表2.1 載荷狀態(tài)
載荷狀態(tài)
名義載荷譜系數(shù)Kp
當量拉力系數(shù)K
說明
Q（輕）
0.125
K≤0.5
通常承受1/3的額定拉力，很少承受額定拉力時使用
Q（中）
0.25
0.5＜K≤0.63
通常承受（1/3～2/3）的額定拉力，有時承受額定拉力時使用
Q（重）
0.5
0.63＜K≤0.8
通常承受2/3以上的額定拉力，較多承受額定拉力時使用
Q（特重）
1.0
0.8＜K≤1
頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用
3 零部件的計算
3.1 鋼絲繩的選取
卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應力十分復雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴重，因此，應特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。
3.1.1 鋼絲繩的種類和構造
鋼絲繩的種類．根據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、造成應力集中而產生嚴重壓痕，由此導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層鋼絲之間的溝槽內，因此內外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應力，但它避免了應力集中，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，從而使整個機構的尺寸減小。
卷楊機應優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。
3.1.2鋼絲繩直徑的選擇
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。國際標準繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應小于下式計算的最小直徑
（3.1）
式中 —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)，它與機構的工作級別、鋼絲繩是否旋轉以及吊運物品的性質等因素有關。目前，卷揚機還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。
該設計卷揚機額定載荷0.75噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷
＝Fe＝ 1875N
該卷揚機用于一般提升重物，所以工作級別為M4，鋼繩系數(shù)選擇公式為
（3.2）
式中 Kn是鋼絲繩的最小安全系數(shù)，按照建筑卷揚機設計規(guī)范表4選取為4.0；
為鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)，按照建筑卷揚機卷筒的設計規(guī)范表5選取第三組 ，取=0.330；
鋼絲繩公稱抗拉強度R。為1570MPa。
則： =0.088
＝3.8105 mm
所以鋼絲繩選擇d=6 mm。
按照鋼絲繩所在機構工作級別來選擇鋼絲繩直徑時，所選的鋼絲繩拉斷力應滿足下式：
n （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=4。
所以 F04×0.875×=7.5kN
又鋼絲繩最小拉斷力總和等于鋼絲繩最小拉斷力×1.214（纖維芯）或×1.308（鋼芯），本次設計中選用纖維芯鋼絲繩，所以鋼絲繩最小拉斷力總和為9.105 kN。
本次設計中選用纖維芯鋼絲繩從產品目錄中選擇一種總破斷拉力不小于9.105KN的鋼絲繩。（本設計中鋼絲繩不接觸高溫，橫向壓力小，選用纖維芯鋼絲繩）。
鋼絲繩型號選擇為：
鋼絲繩6×19（a）類6—NAT—FC—1570—ZS—18.7—13GB/T20118-2006。
3.1.3 鋼絲繩的使用
鋼絲繩在工作時卷繞進出滑輪和卷筒，除產生拉應力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉等應力，應力情況是非常復雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復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構和直徑之后，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和保養(yǎng)及與相關機件的合理配置。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。使用中，應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的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應力。合理的繩槽尺寸應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。據有關資料表明：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，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，減少鋼絲繩內外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質化合物。目前我國生產的“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、潤濕或腐蝕介質存在的環(huán)境里，應選用鍍鋅鋼絲繩。
7、 經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；經常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。
3.2 卷筒的結構設計及尺寸確定
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，把原動機的驅動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機的回轉運動變?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。
3.2.1 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。本設計采用多層繞。
3.2.2卷筒繩槽尺寸的確定
卷筒繩槽槽底半徑R，槽深c 槽的節(jié)矩t 其尺寸關系為：
R=（0.54~0.6)d （d為鋼絲繩直徑） （3.4）
繩槽深度：標準槽： =（0.25~0.4）d （3.5）
深槽： =（0.6~0.9）d （3.6）
繩槽節(jié)距：標準槽： p＝d＋（2~4） （3.7）
深槽： p＝d＋（6~8） （3.8）
卷筒槽多數(shù)采用標準槽，只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽，本設計選用標準槽，鋼絲繩直徑選用6 mm，
R=（0.53~0.56）d=3.18~3.36mm
取R=3mm。
c=（0.25~0.4）d =1.5~2.4 mm
取c=2 mm 。
所以繩槽節(jié)距 p＝d＋(2~4)=8mm。
3.2.3卷筒的設計
卷筒按照轉矩的傳遞方式來分．有端側板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內齒輪內嚙合式，其共同特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉矩。本設計卷筒采用內齒輪嚙合式。
1、卷筒節(jié)徑D的設計
卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，由設計知不能小于下式：
（3.9）
式中 —按鋼絲繩中心計算的卷筒最小直徑，mm；
h — 與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數(shù)，根據工作環(huán)境級別為，查機械設計手冊h=16 mm;
d — 鋼絲繩的直徑,mm。
按式計算：
＝96 mm
由已知取=180mm
2、卷筒的長度設計
本設計采用雙聯(lián)滑輪組。
由卷筒長度計算公式 L = 1.1ZP = （3.10）
P = (1.1~1.2)d （3.11）
Z = （3.12）
其中 Z----每層圈數(shù)；
n----卷繞層數(shù)
L---卷筒總繞繩長度，L= Hm;
H----最大提升高度，mm；
M----滑輪組倍率；
D----卷筒卷繞直徑，mm；
P----繩槽節(jié)矩，mm.。
本次設計中取n=3 ， 已知卷筒容繩量l = 100m，
所以 Z ==54
L = 1.1ZP1.1x54x8=475mm。
選取標準卷筒長度為480mm小于3D=3x180=540mm符合條件。
3、卷筒壁厚設計
本設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驗公式初步確定，然后進行強度驗算。
對于鑄鐵筒壁
mm （3.13）
根據鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應小于12 mm，所以13mm
4、卷筒側板的設計
卷筒邊緣直徑+4d （3.14）
卷筒最外層鋼絲繩繩心直徑=D+（2n-1）d=230mm，所以卷筒邊緣直徑+4d=254。
本次設計中取卷筒側壁直徑為260mm。
所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距p＝8 mm、卷筒節(jié)距＝180mm、卷筒長度L=480 mm、卷筒壁厚 mm、側壁直徑260mm。
3.2.4卷筒的強度校核
卷筒材料一般采用不低于HT150的鑄鐵，特殊需要時可采用ZG230-450、ZG270-500鑄鋼或Q235-A焊接制造。本設計的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇HT150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，使卷筒產生壓應力、彎曲應力和扭曲應力。其中壓應力最大。當3時彎曲應力和扭曲應力的合成力不超過壓應力10%,所以當3時只計算壓應力即可。
本設計中L=480 mm D=180 mm，符合3的要求，所以只計算壓應力即可。
當鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應力按下式來計算：
=A （3.15）
其中 ----鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應力，MPa；
----鋼絲繩最大拉力，N；
----卷筒壁厚，mm；
A---- 應力減小系數(shù)，取A=2；
----許用壓力，對于鑄鐵=；
----鑄鐵抗壓強度極限。
所以 =A=36 MPa ≤39 MPa，
查教材機械設計基礎知195MPa，所以39MPa。
所以 ，經檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。
3.3卷筒軸的設計計算
由于卷筒軸的可靠性對卷揚機安全、可靠的工作非常重要，因此應十分重視卷筒軸的結構設計和強度、剛度計算。卷筒軸的結構，應盡可能簡單、合理，應力集中應盡可能小。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。
本設計以計算出的參數(shù)有：繩的額定拉力＝7.5KN，卷筒直徑180mm，鋼絲繩的直徑6 mm，查機械傳動設計手冊，軸的材質選擇45鋼，調制處理，MPa，MPa，MPa，MPa。
該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。計算時應按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位置分別計算。根據受力分析可知，當鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應按有極限位置進行軸的強度計算。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。
1、軸上零件的布置
對于卷筒軸，安裝連接一個齒輪接盤聯(lián)軸器，一個卷筒，一個支架。
2、為便于軸上零件的安裝，把軸設計成階梯軸后段軸的直徑大于前端軸的直徑。
3、各段軸的長度
在設計過程中，在確定各軸段的直徑后，就應該進入畫圖階段，要邊計算邊畫圖，邊畫圖邊計算。
根據軸結構的需要，各軸段的長度確定如下：
=20mm，=138mm，=305mm，=65mm，=20mm 。
各軸徑如下：=50mm ,=55mm ,=66mm , =55mm ,=50mm
4、計算支反力及彎矩
計算垂直平面內的支反力及彎矩
卷筒受力為7500N
（1）求支反力：對稱布置，只受一個力，故：
（2）求垂直平面的彎矩
由于受到的彎矩為兩支架處
受力點A處的彎矩為 =37500.404=1515000N.mm，
支架B處的彎矩為=1515000 N.mm。
（3）確定危險截面及校核其強度
1）支架處截面的應力
σA=/0.1=121.2MPa
2）支架處截面的應力
σB=MB/0.1=121.2MPa
由于[]=300MPa，則軸的強度滿足要求。
5、計算拉力
計算拉力是指作用在基準層上的拉力，分為疲勞計算拉力，靜強度計算拉力和試驗拉力。
（1）疲勞計算拉力
這是用來計算卷揚機零件疲勞、磨損和發(fā)熱的一種計算拉力，它所考慮的工況是卷揚機在正常工作情況下鋼絲繩承受的拉力，疲勞計算拉力采用當量拉力，按下式計算確定：
Fd=Kd*Fe=0.67500=4500N
式中Fd-鋼絲繩的當量拉力，N。
（2）靜強度計算拉力
靜強度計算拉力是考慮卷揚機正常作業(yè)時可能出現(xiàn)的最大拉力，此時零件的強度不得超過材料的許用應力，可按下式計算
= （3.16）
式中 是動載荷系數(shù)，由JG/T5031-93中表5選取
=1.05+0.40（vh-0.20）=1.05+0.4（0.5-0.20）=1.17
則：==1.177500=8775。
6、試驗拉力
卷揚機的強度用試驗拉力進行計算，取下面兩種情況中的大者。
（1）靜載荷試驗拉力：靜載荷為鋼絲繩額定拉力的125%按照下式確定：
=1.25=1.257500N=9375N。
（2）動載荷試驗拉力：動載試驗拉力為鋼絲繩額定拉力的110%，按照下式計算：=1.1=1.17500N=8250N。
則卷揚機強度按照靜載荷試驗拉力計算。
7、靜強度計算的許用應力與安全系數(shù)
靜強度計算滿足下式
[σ]= /K=355/1.5=236.67MPa
式中 [σ]為塑性材料的許用應力，MPa；
塑性材料的屈服極限，MPa；
K為安全系數(shù)由JG/T5031-93表6中取為1.5。
8、疲勞計算的許用應力與安全系數(shù)
當零件應力不是單向應力時，應按合適的強度理論予以合成。
心軸應力的性質可認為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則。彎曲應力為：
= =24.5 Mpa
平均應力和應力幅為：
＝13.3 Mpa
軸的形狀比較簡單，且為對稱結構，在B截面處尺寸有變化，則有應力集中存在，且該處彎矩最大，可以認為置截面是危險截面，應在此處計算軸的疲勞強度。
查得有效應力集中系數(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)小＝0.34。
疲勞強度計算的安全系數(shù)為
＝6
一般軸疲勞強度安全系數(shù)，所以該軸疲勞強度足夠。
3.4軸承的選擇
選擇型號為1210的調心球軸承
滾動軸承的壽命計算由下式可得：
（3.17）
通過計算得：=139589h，
該軸承符合要求。
3.5電動機的選擇
電動機是通用機械中應用極為廣泛的原動機，是由專業(yè)生產廠家批量生產的系列化定型產品。選擇電動機時，應依據所選電動機的機械特性與工作機的負載特性相匹配的原則來確定電動機的型號。
目前，建筑設備常用的電動機主要分兩類：一類是驅動電機，一類是制動電機。驅動電機是機械設備的主要動力源，包括各種類型的交、直流電動機。其中交流異步電動機較之其它類型的電動機有結構簡單，價格便宜，運行可靠，維修方便等優(yōu)點。
3.5.1 選擇電動機應該綜合考慮的問題
根據機械的負載性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求，選擇電動機的類型。
1、根據負載轉矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉矩，選擇電動機的功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.8-0.9。過大的備有功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉矩校驗強度的生產機械造價提高。
2、根據使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要保護方式，選擇電動機的結構型式。
3、根據企業(yè)的電網電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。
4、根據生產機械的最高轉速和對電力傳動調速系統(tǒng)過渡過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機額定轉速。
除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產品價格、建設費用、運行和維修費用、生產過程中前后電動機功率變化關系等各種因素。
3.5.2電動機選擇順序
選擇電動機的順序，一般由有下圖3.1表示：
圖3.1 電動機選擇流程
3.5.3 電動機類型的選擇
根據負載類型：恒轉矩和通風機負載特性的機械，選用機械特性為硬特性的電動機較適宜；恒功率負載特性的機械，選用調勵磁的變速直流電動機或帶有機械變速的交流異步電動機；負載平穩(wěn)，對啟動、制動無特殊要求的長期運行的機械，小功率的選用普通籠型電動機，大功率的采用同步電動機；帶周期性變動負載的機械或啟動條件沉重時大中功率的采用繞線型電動機，小功率，經過載能力及啟動條件校驗通過的采用高轉差率電動機，單純因啟動條件沉重的機械，經啟動條件校驗通過的采用雙籠型或深槽型電動機，如啟動校驗通不過或啟動時電網壓降過大時，采用繞線型電動機；某些斷續(xù)運行的機械雖無調速要求，但采用交流電動機在發(fā)熱、氣動、制動特性等方面不能滿足要求的或技術經濟指標過低時，采用直流電動機；只要求集中轉速的小功率機械，采用變換定子極數(shù)的多速籠型電動機；對調速平滑程度要求不高，且調速比不大時，采用繞線型電動機或電磁調速電動機；調速范圍在1：3以上需連續(xù)穩(wěn)定平滑調速的機械，采用直流電動機或變頻調速電動機，需啟動轉矩大的機械，采用直流串勵電動機；某些特殊場所（如要求防爆）由徐平滑調速時，采用由變頻電源供電的籠型電動機；某些要求調速范圍不大的大功率機械以及無頻繁啟動、制動要求和無沖擊負載的機械，采用帶有串級調速裝置的繞線型電動機，這樣可使電能回饋電網，提高經濟指標；要求調速范圍很大，且具有恒功率負載特性的機械，采用機械電器聯(lián)合調速型式，可節(jié)省電動機裝機容量。
按環(huán)境條件選擇電動機的類型：正常環(huán)境條件，一般防護型，可選各類普通型電動機；、濕熱帶或潮濕場所，濕熱帶型，可選濕熱帶電動機和普通型電動機加強防潮處理；干熱帶或高溫車間，干熱帶型，可選干熱帶型電動機和采用高溫升等級絕緣材料的電動機或外加電動機管道通風。
根據本設計要求，選新型的制動電動機即：YEJ系列電磁制動三相異步電動機 其是Y系列三相異步電動機的派生系列產品，是在Y系列電動機的后端附加同軸的電磁制動器而成。其功率等級、安裝尺寸等與Y系列相同。目前，電磁制動器有關交流和直流兩種形式。
本系列電機適用于不含易燃、易爆和不含腐蝕性氣體的環(huán)境，有快速制動、準確定位、往復運轉、防止滑行等要求的各種機械中作主傳動或輔傳動，如升降機、運輸機械、包裝機械、印刷機械、食品機械、木工機械、減速機械、冶金機械等。根據電動機的所需的功率選用型號為YEJ200L-8額定轉速為730r/min。
本系列電動機部分產品已通過CCC中國國家強制性產品認證，獲得了CCC認證證書。結構說明：電動機主體防護等級為IP44，制動器部分為IP23；電動機冷卻方式為IC411（自扇冷式）；電動機絕緣等級為B級；使用條件：額定電壓：380V； 額定頻率：50Hz；工作方式：S1（連續(xù)工作制）；海拔不超過1000m；環(huán)境溫度最高不超過40℃，最低為-15℃；月平均最低溫度不高于時，月平均最高相對溫度為90%。
3.5.4 電動機功率的選擇
標準電動機的功率由額定功率表示。所選電動機的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。功率小于工作要求，則不能保證工作正常工作，或使電動機長期過載，發(fā)熱大而過早損壞；功率過大則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費。電動機的功率主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩。
3.5.5 電動機轉速的選擇
電動機額定轉速是根據生產機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉速時，必須考慮機械減速機構的傳動比值，兩者相互配合，經過技術、經濟全面比較才能確定。通常，電動機轉速不低于500r/min，因為當功率一定時，電動機的轉速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，而且效率也較低，如選用高速電動機，勢必加大機械減速機構的傳動比，致使機械傳動部分復雜起來。
對于一些不需調速的高，中機械，如水泵、鼓風機、空氣壓縮機等，可選用相應轉速的電動機不經機械減速機構直接傳動。需要調速的機械，電動機額最高轉速應與生產機械的轉速相適應。若采用改變勵磁的直流變速電動機時，為充分利用電動機容量，應選好調磁調速的基速。又如某些軋鋼機械、提升機等，工作速度較低，經常處于頻繁地正反轉狀態(tài)，為縮短正反轉的過渡時間，提高生產效率，降低消耗，并減小噪音，節(jié)省投資，選擇適當?shù)牡退匐妱訖C，采用無減速機的直接傳動較為合理。
要求快速頻繁啟動、制動的機械，通常是電動機飛輪轉矩與額定轉速的平方之積為最小時，能獲得起制動最快的效果。在空載情況下起制動時，為達到快速的目的，按下式考慮最為合理：
（3.18）
所以，最佳傳動比為： （3.19）
式中 電動機轉子的轉動慣量， kg?m2；
生產機械在機械軸上的轉動慣量，kg?m2；
生產機械軸轉速，；
電動機額定轉速，。
3.5.6電動機功率的計算
計算電動機功率時，首先根據生產機械的負載功率初選電動機功率，在校核初選電動機的過載能力、啟動能力和發(fā)熱。
首先算出生產機械靜阻負載圖T=f(t)或P=f(t)，然后根據本表公式出步計算電動機的功率，根據計算功率并考慮一定余量再初選電動機的功率，隨著調速范圍和啟動頻繁程度的提高，余量系數(shù)也應隨之加大。為了驗算出竄電動機是否合適，需要根據負載狀態(tài)、生產機械的工藝參數(shù)和初選電動機的參數(shù)，根據本表公式計算電動機動態(tài)轉矩和加減速時間，繪制電動機轉矩負載圖或功率負載圖（略）。
本設計是0.75型卷揚機，其主要設計數(shù)據有：
額定載荷 7.5KN；
額定速度 30m/min。
由此得出：卷筒的轉速n=53r/min；
線速度V=0.5m/s；
卷筒的功率 =Fv=7.5KN×0.5m/s=3.75kw。
工作機所需功率應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得
P=Fv/1000η （3.20）
（3.21）
式中 F為工作機的阻力，N；
v為工作機的線速度，m/s；
T為工作機的阻力矩，N.m；
為工作機的轉速，r/m；
ηw為工作機的效率。
總效率 ηw= （3.22）
式中，=0.99為聯(lián)軸器的傳動效率，=0.96為卷筒效率，=0.99為調心球軸承效率，=0.97為齒輪傳動效率。
所以：
ηw==0.86
P=Fv/1000η =3.75Kw/0.86=4.4kw
確定電動機的額定功率P（kw），
查《機械設計課程設計》表19-4取Pm=5.5kw。
所以，選擇制動電動機型號為YEJ160M-8功率為5.5Kw,同步轉速為750r/min,滿載轉速為n1=720 r/min，軸徑D為42mm。
3.6減速器的選擇
由卷筒的轉速為v=30m/min=0.5m/s
=v/c=30/0.18=53r/min
又有YEJ160M-8電機轉速=720r/min
傳動機構總傳動比i=n1/n2=720/53=13.58；
選擇型號為ZQ350的減速器。高速軸徑=40mm，低速軸徑=55mm。
3.7聯(lián)軸器的選擇
本次設計選用LT彈性套柱銷聯(lián)軸器式，該聯(lián)軸器是適用范圍很廣的普通彈性聯(lián)軸器，具有一般減震和一定的兩軸偏移補償能力，拆裝維修方便，適應正反轉多變，起動頻繁的場合，工作溫度-20~70℃，傳遞扭矩為6.3~16000N.M，適用YJZ性軸孔。
聯(lián)軸器根據傳遞的扭矩和工作條件選擇：
計算轉矩按照下式計算：
Tca=T （3.23）
式中 T為公稱轉矩，N?m；
為工作情況系數(shù)，查《機械設計》表14-1取=2.3;
公稱轉矩T1=9550P/n=95505.5/720=72.9N.m；
則Tca1= T1=2.372.9=167.67N.m；
根據選擇制動電機和減速器型號尺寸應選用LT7彈性套柱銷聯(lián)軸器。
4 卷揚機的安裝使用及安全操作規(guī)程
4.1 卷揚機的安裝及安裝調試
4.1.1卷揚機的安裝
1、絞車安裝地點應平整、寬敞，便于操作和觀察。
2、滾筒應與滑輪或掛鉤對中，此中線力求與絞車軸線垂直。
3、絞車使用場合流動性較大時，可用木板或槽鋼作底盤，將絞車堅固其上，再用地錨固定起來，長期定點使用的絞車可安裝于混凝土地基上。絞車安裝必須穩(wěn)定、可靠、絞車正常運轉時底座不得有明顯的振動。
4.1.2 卷揚機調試
絞車在安裝前應首先按使用說明書的要求檢查各部件是否齊全，查看在運輸過程中有無損傷或丟失零件。確認無問題后，再按操作方法的要求進行空運轉試驗，試驗時應使絞車正反轉15分鐘，如發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象應停車檢查，并在檢查調整后再進行空轉試驗，直至運轉正常為止。
當在地面或井下作永久性安裝時，必須把絞車固地安裝在地基上，安裝地點應平整且便于操作和觀察，正常運轉時絞車不得有明顯的振動。當絞車在井下作臨時性安裝時，可用地錨固定，并用木樁頂住。絞車的安裝位置應盡量使其出繩方向與卷筒軸線垂直，以有利于排繩。絞車在使用前應仔細檢查其剎車裝置，確認剎車靈活可靠后方可投入使用。
4.2 卷揚機使用與操作
卷揚機的使用對安全性要求較高，因此在使用前必須做好檢查以確保其無安全威脅，檢查事項有以下幾點：
1、檢查鋼絲繩接頭是否牢固，支座螺栓和地腳螺栓是否緊固，絞車安裝是否牢靠；
2、檢查調整剎車機構使之達到靈活、可靠；
3、檢查鋼絲繩，不準有結節(jié)，扭繞現(xiàn)象，如有一個節(jié)距內斷絲超過10%應予更換；
4、檢查電器線路，電機和按鈕應接地良好，安全可靠；
5、在卷筒起動或停止時，其速度須逐漸增加或減少，不允許急驟的開車、停車，以防損壞傳動件。
4.3 電氣安全保護
此部卷揚機采用380v，50Hz的三項交流電源。電動機接線端處的電壓變化應不超過額定值的±10%。電路上應設電源總開關，要能方便的接通和切斷電源。移動電纜選用YCW型重型橡膠套電纜。
電氣控制系統(tǒng)與操縱裝置：
1、電氣控制系統(tǒng)
在額定電壓時鋼絲繩拉力能達到額定拉力的110%，當電壓值為額定電壓的90%時，鋼絲繩拉力仍然達到額定拉力值，保證啟動和制動加減速度不超過0.8m/s，鋼絲繩被載荷曳引的放出速度不得大于額定速度的130%
2、操縱裝置
操縱裝置必須設有停止所有運動的急停按鈕，并能切斷總電源按鈕應能點動。配電箱內部應涂絕緣漆，其防護等級不低于GB1498中規(guī)定的IP44級。箱體內應由足夠的空間，電氣元件的布置應保證有足夠的拆檢修距離和電器元件要求的安全間隔，各元件動作產生的熱量，電弧，振動和磁場不得影響其他元件的正常功能，不得引發(fā)誤動作。
卷揚機電氣系統(tǒng)必須有短路與過載保護性能：短路保護用自動開關，過載保護用熱繼電器，應有欠壓和失壓保護以及缺斷相保護。
卷揚機接地應滿足下列要求：
（1）卷揚機機座必須可靠接地，并有明顯的接地標志，接地螺釘不小于M8，且防松和防銹；
（2）卷揚機所有電氣設備的金屬外殼應可靠接地；
（3）接地導線用銅導線。
總結
? 經過三個月緊張的設計，我終于完了0.75噸卷揚機的設計，這次設計著重對卷揚機卷筒部分做了詳細的分析、計算。
在這次設計過程中我查閱了大量的有關資料，這是對我的查閱資料的能力作了一次全面的檢驗。在設計過程中我充分利用了書本上的知識，大膽對以往的設計進行改進、創(chuàng)新。經過指導老師的多次指導，和對設計內容的多次修改，最終確定了設計方案。在指導老師的幫助下，檢查出了圖紙和計算中的一些錯誤，并作出了相應的修改，在這個過程中，有過很多失敗的經歷，在失敗中我吸取了經驗教訓，進一步培養(yǎng)了我對機械行業(yè)的興趣，也鍛煉了我不怕吃苦、不輕言放棄的精神。
在設計中我自始自終才能全身心地投入，由于這學期基本沒有其它學習任務，所以我始終把設計放在第一位。雖然設計過程中碰到了比較多的困難，但我都在指導老師的指導和鼓勵下一一克服了，正是在指導老師的幫助下我才能夠順利完成這次設計。
然而在這次設計過程中也暴露了不少問題。如在知識方面，機械繪圖過程中發(fā)現(xiàn)制圖基本功不夠太扎實，容易產生一些細節(jié)上的錯誤，考慮問題不夠全面；在個有素質能力方面，發(fā)現(xiàn)自己有時候容易產生急躁情緒，缺乏足夠的耐心。
設計中所得到的心得體會，經驗教訓我會在將來的工作實際中吸取教訓，克服困難，努力提高自己。
致 謝
經過半年的忙碌和工作，本次設計已經接近尾聲，作為一個本科生的設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同一組的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師康紅偉老師?？道蠋熎饺绽锕ぷ鞣倍?，但在我做設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是康老師仍然細心地糾正程序中的錯誤。除了敬佩康老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次要感謝我的同學對我無私的幫助，特別是在制圖軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計，我要感謝我的母?！S河科技學院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家！
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