I摘 要雖如今工業(yè)水平先進，機械化程度不斷提高，起重設備不斷更新，但仍不能淘汰卷揚機這行之有效的機械設備。本人所研究的是 JM 建筑卷揚機。JM 系列屬慢速卷揚機。在本設計中主要對卷揚機傳動部分、工作機構及卷揚機的主體部分進行設計。在傳動部分采用的是二級齒輪減速器和開式齒輪傳動，工作部分的卷筒采用的是焊接式卷筒。該卷揚機的主要特點是結構簡單，操作方便。此機器的主要功能：在建筑業(yè)的冷拉鋼筋提升重物，在林業(yè)的集材工作，同時在水電、農(nóng)業(yè)等行業(yè)均能被采用。該類機器的發(fā)展趨勢應該向大型化、采用先進電子控制、手提式卷揚機、不帶電源裝置的卷揚機的方向發(fā)展。關鍵詞：卷揚機；設計；發(fā)展；功能IIAbstractAlthough the level of advanced industrial Today, the increasingly mechanized, lifting equipment constantly updated, but still can not hoist it out of effective machinery and equipment. I studied the building is JM winch. JM series is a slow hoist. During the design of the main part of the hoist drive, work and the winch the main part of the design. In part using a transmission gear reducer and two open-gear transmission, the working part of the reel is used in welding-reel. The main characteristics of the hoist structure is simple, easy to operate. The primary function of this machine: the construction industry in the cold-drawn steel weights increase, the skidding in forestry work, while in the water and electricity, agriculture and other industries can be used. The development trend of such machines to be large, the use of advanced electronic control, portable winch, non-power devices in the direction of the winch. Key words: winch design development functionIII目 錄1 緒論 .11.1 建筑卷揚機的發(fā)展狀況 .11.1.1 建筑卷揚機的應用 11.1.2 建筑卷揚機的發(fā)展概況 11.1.3 國外卷揚機的概況 11.2 建筑卷揚機的主要類型 .21.2.1 按鋼絲繩額定拉力 F分 .21.2.2 按鋼絲繩額定速度 v分 .21.2.3 按卷筒數(shù)目分 31.2.4 按動力源分 31.2.5 按傳動形式分 31.2.6 按控制方法分 31.2.7 按用途分 31.3 建筑卷揚機的計算基礎 .41.3.1 建筑卷揚機工作級別與類別 41.3.2 利用等級 41.3.3 建筑卷揚機分類 42 卷揚機的基本結構設計 62.1 電控卷揚機 .62.2 溜放型建筑卷揚機 .62.3 本設計的總體確定 .72.4 卷揚機的總體結構設計 .73 鋼絲繩的選擇和卷筒的設計 83.1 鋼絲繩的選擇 .83.1.1 鋼絲繩的種類和構造 83.1.2 鋼絲繩直徑的選擇 83.2 卷筒的設計 .83.2.1 卷筒的材料 93.2.2 卷筒容繩尺寸計算 93.2.3 卷筒筒壁的厚度計算和卷筒壁的強度計算 103.3 卷筒軸的設計 .11４減速器和開式齒輪的設計 .154.1 電動機的選擇 .154.1.1 選擇電動機類型和機構形式 154.1.2 功率的計算 154.1.3 電動機功率的選擇 154.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 .164.2.1 總傳動比 16IV4.2.2 分配減速器的各級傳動比 164.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) .174.3.1 各軸轉速 174.3.2 各軸的輸入功率 174.3.3 各軸的輸入轉矩 174.4 傳動零件的設計計算 .184.4.1 第一級齒輪傳動的設計 184.4.2 第二級齒輪傳動的設計 204.5.3 齒輪軸的校核 224.5 減速器的結構設計 .254.6 滾動軸承的選擇計算 .264.7 減速器的潤滑 .274.9 開式齒輪傳動的設計 .295 其他零件的設計 325.1 制動器的設計計算 .325.1.2 制動器制動力矩的確定 325.1.2 制動器的發(fā)熱計算 335.2 聯(lián)軸器的設計 .345.2.1 聯(lián)軸器轉矩的計算 345.3 吊鉤、滑輪組的設計 .355.3.1 起重吊鉤 355.3.2 滑輪組的設計 355.3.3 排繩器的設計 366 本卷揚機的使用與維修簡介 386.1 建筑卷揚機的安裝和調(diào)試 .386.2 建筑卷揚機的一般操作規(guī)程 .386.3 建筑卷揚機的維護 .396.4 建筑卷揚機的安全技術 .40結 論 .41致 謝 .42參考文獻 .43附錄１ .44附錄２ .5111 緒論1.1 建筑卷揚機的發(fā)展狀況1.1.1 建筑卷揚機的應用建筑卷揚機是一種起重設備，由于具有結構簡單、搬運安裝靈活、維護保養(yǎng)簡單、操作方便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點，所以被廣泛應用于提升重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設備安裝等工作中。提升重物是建筑卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然現(xiàn)在塔吊，汽車吊取代了建筑卷揚機的工作。如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的提升工作。由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且靈活性較差，也需卷揚機做輔助提升用。建筑卷揚機還用于林業(yè)的集材工作。建筑業(yè)的冷拉鋼筋，小型礦井的物料提升和打樁等工作。正因為建筑卷揚機具有多種用途，所以不僅用于建筑業(yè)，而且在冶金，化工，水電，農(nóng)業(yè)和軍事等行業(yè)亦被廣泛使用。1.1.2 建筑卷揚機的發(fā)展概況我國在古代就知道采用轤轆等來提升重物，以減輕體力勞動的強度和提高生產(chǎn)效率。我國由于舊中國工業(yè)落后。使用的卷揚機均為國外生產(chǎn)，至 50 年代我國的卷揚機生產(chǎn)才開始的。從 70 年代起，我國卷揚機的生產(chǎn)才進入了技術提高，品種增加的新階段。從 70 年代末期開始，中國實行改革開放政策國民經(jīng)濟大力發(fā)展，基本建設任務增多許多，促使卷揚機的大量生產(chǎn)，生產(chǎn)廠家也逐漸增多。至今卷揚機的生產(chǎn)與設計已較為成熟，現(xiàn)如今卷揚機的品種繁多和使用較廣泛。雖然現(xiàn)在的工業(yè)水平先進機械化程度不斷提高，起重設備不斷更新，但仍不能淘汰卷揚機的行之有效的機械設備。1.1.3 國外卷揚機的概況在國外，卷揚機的品種繁多，應用也很廣泛。在西方技術先進的國家中，雖然工業(yè)水平先進，機械化程度不斷提高，起重設備也不斷更新，但仍不能淘汰這樣的行之有效的簡單機械設備。下面介紹一下幾個主要國家生產(chǎn)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。貝波國際有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設備的公司，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。手動卷揚機重要品種有蝸桿傳動系列，直齒圓柱齒輪系列，齒輪蝸桿傳動組合系列，直接驅(qū)動系列，鏈傳動系列。其中直間驅(qū)動式電動卷揚機的傳動是全封閉行星齒輪傳動，傳動系列全部全部安裝在卷筒里面，機架和卷筒用高強度鋼焊接而成。2（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,接年單純土卷揚機的產(chǎn)量就達 12 萬臺,生產(chǎn)值約 100 億日元。日本卷揚機行業(yè)由機械技術部會,荷役機械技術委員會領導.主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所,遠藤鋼機,南星,越野總業(yè),松崗產(chǎn)業(yè)等 80 多個產(chǎn)業(yè)。（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)卷揚機的主要國家之一。包藤公司主要生產(chǎn) KUSW 系列卷揚機，LMD 系列卷揚機，PC 系列卷揚機和 RCS 系列卷揚機。（四）國外卷揚機的發(fā)展趨勢1．大型化 由于基礎工業(yè)的發(fā)展，大型設備和建筑構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了 60t 的卷揚機，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．采用先進電子技術 為了實現(xiàn)自動控制和遙控，國外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，以保證絕對的安全可靠。3．發(fā)展手提式卷揚機 為了提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外發(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。4．大力發(fā)展不帶電源裝置的卷揚機 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。1.2 建筑卷揚機的主要類型建筑卷揚機由于應用范圍較廣，為適應各種不同的使用條件，建筑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，目前可以按下述方法分類。1.2.1 按鋼絲繩額定拉力 分F按鋼絲繩在基準層上所能承受的最大拉力來區(qū)分。按 GB1955—88《建筑卷揚機》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)為建筑卷揚機的主要參數(shù)。1.2.2 按鋼絲繩額定速度 分v鋼絲繩在基準層上的出繩速度是建筑卷揚機的又一項主要參數(shù)。根據(jù)鋼絲繩的速度可分為：1． 慢速卷揚機 繩速 ；min15~9v?2．中速卷揚機 繩速 ；3033．快速卷揚機 繩速 ；min45~30v?4．高速卷揚機 繩速 ；?為適應特殊需要，還有一種變速卷揚機，其變速可調(diào)，有雙速、三速和多速幾種類型。1.2.3 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構。卷揚機按卷筒數(shù)目可分為單筒卷揚機、雙筒卷揚機、和多筒卷揚機三大類。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，再增加的卷筒大都是輔助用卷筒，卷筒相對要小些。1.2.4 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 與其他設備配合使用而有液壓源的場合；1.2.5 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 主要為為快速單筒卷揚機，應用廣泛；3．圓錐—圓柱齒輪傳動減速器4．蝸桿傳動減速器5．圓柱齒輪減少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1.2.6 按控制方法分1．手控卷揚機 由人工操作縱閘把控制卷揚機提升或下放重物。2．電控卷揚機 用電控制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．氣控卷揚機5．自動控制卷揚機 用限位器來控制卷揚機的工作。1.2.7 按用途分卷揚機由于其用途不同，使其條件的差異，其結構設計上也有差異。41、提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生產(chǎn)率，并要求高的安全性，以防墜落。2、設備安裝 一般設備的質(zhì)量較大，則要求卷揚機具有較大的提升能 力；以保證安裝精度，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行的，為使物品前后 運動，則要求卷揚機的卷筒正反轉均能工作。4、打樁 要求卷揚機把重物提升到一定的高度后，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功能。建筑卷揚機雖然可以分很多種類，實際上由于應用情況的復雜，很難把他們絕對分清，而且一臺卷揚機往往幾種工作都要做，所以在建筑卷揚機的設計上對用途分得并不清楚，而是要求高的來設計。這樣能使卷揚機實現(xiàn)一機多用，得到更廣泛的應用。1.3 建筑卷揚機的計算基礎1.3.1 建筑卷揚機工作級別與類別為了合理的設計、制造、使用及提高零件三化標準，建筑卷揚機根據(jù)利用等級與載荷狀態(tài)劃分為：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7 、A8 八個等級。1.3.2 利用等級利用等級是表示建筑卷揚機使用的頻繁程度，以其在設計壽命期內(nèi)應完成的總工作循環(huán)系數(shù) 表示。tN而一個工作循環(huán)是指從一個載荷準備提拉時開始到下一個載荷準備提拉時為止的全過程。建筑卷揚機的壽命一般不少于 5 年，在這個期間內(nèi)根據(jù)工作頻繁程度的不同，總工作的循環(huán)數(shù)可分為 8 個等級，見下表（1-1） 。表 1-1 建筑卷揚機的利用等級利用等級 總工作循環(huán)次數(shù) tN說明U0 4106.?不經(jīng)常使用U1 23U2 .U3 5U4 10. 經(jīng)常的清閑的使用U5 ?經(jīng)常的中等使用U6 6有時頻繁的使用U7 2頻繁的使用1.3.3 建筑卷揚機分類5建筑卷揚機按工作級別和用途可分為四種類型， （見表 1-2） 。表 1-2 建筑卷揚機工作級別和用途類別 工作級別 說明 舉例IA1~A4 不經(jīng)常使用，輕或中等載荷狀態(tài)的快速和慢速建筑卷揚機工程安裝A3~A5 經(jīng)常中等使用，中等載荷狀態(tài)的快速建筑卷揚機經(jīng)常頻繁使用，重級載荷狀態(tài)的快速和慢速建筑卷揚機IA4~A6 有時經(jīng)常頻 繁使用，中等載荷狀態(tài)的快速卷揚機與井字架，人字架等配合使垂直吊運VA6~A8 經(jīng)常頻繁使用，重級載荷狀態(tài)的快速和慢速建筑卷揚機斜坡曳引、牽引、冷拉鋼筋、沖爪、拉樁62 卷揚機的基本結構設計電動卷揚機由于操作方法的不同，其結構相差很大。我們將其分為電控卷揚機和溜放卷揚機兩類。2.1 電控卷揚機此類建筑卷揚機通過通電和斷電以實現(xiàn)卷揚機的工作和制動。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。其制動形式主要有電磁鐵制動器和錐型轉子電動機兩類。此類卷揚機大多是單卷筒的。1）有電磁鐵制動器的卷揚機1.圓柱齒輪減速器快速建筑卷揚機；2.蝸桿減速器慢速建筑卷揚機；3.圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動的建筑卷揚機；4.蝸桿減速器加開式齒輪傳動的建筑卷揚機；對一些起重量大的建筑卷揚機，為使鋼絲繩在卷筒上排列整齊，需要安排排繩器。按設計規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力 的建筑卷揚機上，均應安裝排繩器。KNF120?（一）錐形轉子電動機的建筑卷揚機此類卷揚機采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來實現(xiàn)制動和分開的，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遞傳動系統(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作一字型結構卷揚機。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 系列設計的一種機型。2）漸開線齒輪行星傳動 常見的有封閉形 2K-H 型行星輪系和 3K 型行星輪系傳動的建筑卷揚機。3）擺線針輪傳動 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)，使結構緊湊。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。但其柔韌的要求較高，生產(chǎn)較為困難。6）活齒行星傳動 又叫頂桿挪動傳動，它的加工相對比較方便。2.2 溜放型建筑卷揚機此類建筑卷揚機提升重物的下降不是利用電動機的反轉來是實現(xiàn)，而是靠重物的重7力下降的，并帶動卷筒反轉，此時電動機不轉。要在電動機和卷筒之間實現(xiàn)其運動的連接或分離，通常采用離合器和差動輪系。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、雙卷筒和多卷筒的形式。為保證各卷筒的運動或停止，其離合器和制動裝置都直接安裝在卷筒上。2.3 本設計的總體確定本卷揚機設計的主要參數(shù)：1）鋼絲繩的拉力 KNF50?2）鋼絲繩的速度 smV18由于鋼絲繩的速度 ，由建筑卷揚機設計查得該卷揚機為中速卷揚機。按動力源分該卷揚機設計為電動卷揚機。按傳動形式分該卷揚機設計為二級圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動卷揚機。按控制方法分該卷揚機設計為電控卷揚機（用電鈕控制電磁鐵制動器使卷揚機工作） 。2.4 卷揚機的總體結構設計由于卷揚機是二級圓柱齒輪減速器和開式齒輪傳動卷揚機故簡易示圖如下圖：圖 2-1 卷揚機的簡易示圖1.電 動 機 2制 動 器 3.減 速 器 4聯(lián) 軸 器 5卷 筒83 鋼絲繩的選擇和卷筒的設計建筑卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物。工作時鋼絲繩所所應力十分復雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失敗，后果十分嚴重。因此，應特別重視選擇與使用。3.1 鋼絲繩的選擇 3.1.1 鋼絲繩的種類和構造鋼絲繩是由許多高強度鋼上編繞而成，可單捻、也可雙捻成行。繩芯采用天然纖維芯（NF） 、合成纖維芯（SF ） 、金屬纖維芯（IWR）和金屬絲股芯（IWS） 。纖維芯鋼絲具有較高的擾性和彈性，纏繞時彎曲應力較小。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，但擾性較差。建筑卷揚機系多層纏繞，更合適選用雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。鋼絲繩的種類，根據(jù)鋼絲繩繞成股和股繞成繩的互相方向可分：（1）順捻鋼絲繩 、 （2）交捻鋼絲繩。因為交捻鋼絲繩在卷揚機設計中應優(yōu)先考慮，故在本設計上鋼絲繩的選取是雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。3.1.2 鋼絲繩直徑的選擇鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計算：式??nfsepg??（2.1）式中 ——整條鋼絲繩的破短拉力（N） ；ps——鋼絲繩的額定拉力；ef——卷揚機工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)；??n機械手冊查表得卷揚機的工作級別為 A6，則選取安全系數(shù) [n]=5；KN??nsefp??30?ps鋼絲繩不應小于下式計算的最小值：cd?min769.251.0式中 ——鋼絲繩的最大工作拉力（KN）＿S——鋼絲繩的選取系數(shù)，經(jīng)查表Ｃ=0.1036c機械手冊查表得 d=24(mm),鋼絲繩的抗拉強度為 1570MP，使用雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。93.2 卷筒的設計建筑卷揚機卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應力非常復雜。它作為卷揚機的重要零件，對卷揚機安全、可靠的工作至關重要，應合理的進行設計。3.2.1 卷筒的材料由于考慮到卷筒材料具有良好的鑄造性和焊接工藝性，且貨源廣泛，在本設計中選取材料 Q235.3.2.2 卷筒容繩尺寸計算卷筒容繩尺寸參數(shù)意義及表示方法應符合國家標準規(guī)定。a) 卷筒節(jié)徑 D卷筒節(jié)徑 應滿足下式式dKDe?（2.2）式中 ——筒繩直徑比，由建筑卷揚機設計查表得eK 19?eK——鋼絲繩直徑（mm）d則 取 456219??? md45mD30?b) 卷筒容繩寬度 tB卷筒容繩寬度 ，一般可以由下式確定式0Dt?（2.3）式中 ——卷筒直徑（mm）0D則 取435??tB80?tBc) 卷筒邊緣直徑 k卷筒邊緣直徑即卷筒端側板直徑．端側板直徑用下式計算式dDsk4??（2.4）式中 ——最外層鋼絲繩直徑，由下式確定sD??dSDs120???——鋼絲繩纏繞層數(shù)S則 取9603??k 7Kd) 纏繞層數(shù)纏繞層數(shù) 按下式計算 式dmS20??（2.5）式中 ——為保證鋼絲繩不越出端側板外圓的的安全高度（mm）Km10計算得 mdmK365.124.???則 取370???S 4?Se)卷筒容繩量 L卷筒容繩量是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排練時，達到規(guī)定的纏繞層數(shù)所能容納的鋼絲繩工作長度的最大值．卷筒容繩量按下式計算:第 層鋼絲繩繩芯直徑為i式??dSDii120???（2.6）式中的 ——第 層，iS?,3則 ??m4592451??8312???D076384第 層鋼絲繩長度為:i式????3012)1( ?????dSdBLiti?（2.7）m60.4435281 ?75)( 32 ?????L .126103 ?????284卷筒容繩量為: iL??21.613567.50.6??Lm3.2.3 卷筒筒壁的厚度計算和卷筒壁的強度計算a)多層纏繞系數(shù) 的確定sA多層纏繞系數(shù) 的理論計算式?????????????1122SSs ?（2.8）式中 ——鋼絲繩的纏繞層數(shù)S??EtF'?11180?dDe'20'EF?其中 ——鋼絲繩的纏繞節(jié)距 t mdt24.01.?——卷筒壁厚?)(m——卷筒直徑 0DD350——鋼絲繩直徑 d——鋼絲繩縱向彈性模量 'E)(MpaGpaE1'?——鋼絲繩橫向彈性模量 ' 6'——卷筒材料的彈性模量 20——鋼絲繩的斷面積 'F)(2m則 5.1?sAb)卷筒的厚度設計卷筒厚度為 式??cestF???（2.9）式中 ——鋼絲繩的額定拉力e)(N建筑卷揚機設計查得 ??Mpac183?則 024.51???m4?C) 卷筒壁的強度計算 式（2.10）??cesctFA????Mpa43.172.051??經(jīng)強度計算較合適無需調(diào)整。3.3 卷筒軸的設計由于卷筒軸的可靠性對卷揚機的的安全，可靠性非常重要，因此十分重視卷筒軸的結構設計和強度，剛性計算。卷筒軸的結構，應力求簡單，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；次外，對較長的軸還需校核軸的剛度。在卷筒軸的設計上軸的材料采用 鋼，調(diào)質(zhì)處理45由機械設計手冊查得 MpaB60??MpaS360??31???b512已知鋼絲繩的額定拉力為 ，卷筒的直徑 ，鋼絲繩的直徑KNFe50?mD4350?，圓柱齒輪的分度圓直徑md24? md716a) 作用力的計算齒輪圓周力： 式??)(9.34710245260 KNdDFet ????????????（2.11）齒輪徑向力： )(.9.3tgtr?。?將軸上的所有的作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，如圖 3-1 所示：b) 垂直面支承反力及彎矩支反力：式??)(19.459860KNFRteDV????（2.12） )(37.2etC彎矩：式??)(8.16.9605 mKNRMVAV ?????（2.13）13如圖 3-1 卷筒心軸受力圖c) 水平面支承反力及彎矩支反力：式)(7.09865KNFRrDH?（2.14） )(3.12rC彎矩計算：)(8.7593.1605mKNRMCHA ???? )(2.460DHB ??e) 合成彎矩??.190222 mKNAVA ????式)(8746BHB??（2.15）f)計算工作應力 50KN806012639.4KNRCH RDHMAHMAHBVFrMBMFt71582.KN715.89026271.8（ KN.m)（ KN.m)（14此軸為固定心軸,只有彎矩,沒有轉矩.由上圖可知最大的彎矩發(fā)生在剖面處.設卷筒軸發(fā)生在剖面直徑為 ,則彎矩為： BBd??031.0bM?????mdbB4.67.827.30????則圓正后 ,中間軸段 .mB65?do05?g)心軸疲勞強度計算卷筒軸的疲勞強度,應該為鋼絲繩的當量拉力進行計算,既：edFK?式中 ——鋼絲繩的當量拉力 )(N——當量拉力系數(shù)，由建筑卷揚機設計查得 1?dKd501??平均應力 和應力幅m?2bma??式MpadMKbBb 75.9861.0.33??（2.16）bma.4275.98???疲勞強度計算安全系數(shù)：式126.5.483.07.492.07811 ??????maKS?????（2.17）由機械手冊查得 ——應力集中系數(shù) .?K——表面狀態(tài)系數(shù) 920??——絕對尺寸系數(shù) ?? 78.?——等效系數(shù) ?34??一般軸的疲勞強度安全系數(shù) ，經(jīng)校核軸的強度夠用。??8.1~5?Sh) 心軸強度校核計算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： ejF??max式中 ——靜強度計算最大拉力maxjF)(N——動載系數(shù)，有建筑卷揚機設計查得? 35.1??靜強度計算安全系數(shù):15式64.15.0827135.62???WMSBS??（2.18）當 時， ，所以經(jīng)校核軸的強度足夠。6.0?bS???4.~1S16４減速器和開式齒輪的設計減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動，蝸輪傳動或齒輪－蝸輪傳動所組合的獨立部件，常在動力機與工作機之間為減速的傳動裝置；在少數(shù)情況下也用作增速的傳動裝置．減速器由于結構緊湊，效率教高，傳遞運動正確可靠，使用維修簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機械中應用最光．減速器類型很多，有圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪減速器，蝸桿減速器等．最常用的卷揚機主減速器有蝸桿減速器或一級和二級齒輪減速器．由于考慮到所傳遞的功率和傳動比．在本卷揚機設計課題中采用的是二級圓柱齒輪減速器．4.1 電動機的選擇4.1.1 選擇電動機類型和機構形式電動機是常用的原動機，并且是系列化和標準化的產(chǎn)品．機械設計中需要根據(jù)工作機的工作情況和運動，動力參數(shù)，合理選擇電動機類型，結構形式，傳遞的功率和轉速，確定電動機的型號。電動機有交流電動機和直流電動機之分，工業(yè)上采用交流電動機．交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類，異步電動機又分籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動機應用最廣泛．如無特殊需要，一般憂先選用Ｙ型籠型三相異步電動機，因其具有高效，節(jié)能，噪音小，振動小，安全可靠的特點，且安裝尺寸和功率等級符合國際標準，適用于無特殊要求的各種機械設備。建筑卷揚機屬于非連續(xù)工作機械，而且啟動，制動頻繁．多數(shù)情況下選用ＹＺＲ（繞線轉子）電動機．在本設計中選擇電動機為ＹＺＲ系列的３８０Ｖ三相繞線型電動機。4.1.2 功率的計算電動機的功率選擇是否合適將直接影響到電動機的工作性能和經(jīng)濟性能。如果選用額定功率小于工作機所需要的功率，就不能保證工作機正常工作，甚至使電動機長期過載過早損害，如果選用額定功率大于工作機所需要的功率，則電動機的價格高，功率未得到充分的利用。從而增加電能的消耗，造成浪費。4.1.3 電動機功率的選擇1.建筑卷揚機電動機的功率按所需的靜功率計算，靜功率（單位：KW）計算公式為：式?wpd?（4.1）17式中 ——工作機所需工作效率；wp——由電動機到工作機的總效率；?工作機所需工作效率，應由工作阻力和運動參數(shù)計算求得：式KWWVFw61.7850.130?????（4.2）式中 ——工作機的阻力（N） ；——工作機的線速度（M/S） ；——工作機的效率；W?其中 8501.321???w、 、 、 分別為聯(lián)軸器、卷筒、齒輪傳動和軸承的傳動效率。4取 =0.99， =0.96， =0.97（齒輪的精度為 8 級） ， =0.98（滾動軸承）4?。2.確定電動機的轉速卷筒軸的工作轉速為:式min27.1345.3.06106rdvn??????（4.3）經(jīng)查表：一級開式齒輪的傳動比 ,二級圓拄齒輪減速器的傳動比~ai，總的傳動比合理范圍為 ，故電動機的轉速的可選范圍~8?i4080為：式min6.37154.27.13)80~24( rniad ????（4.4）根據(jù)工況和計算所選電動機見表 4-1:表 4-1 電動機的主要參數(shù)型號 額定功率(KW) 轉速 r/minYZR200L 22 9604.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比4.2.1 總傳動比由電動機的轉速和工作機的主動軸的轉速，可得到傳動裝置的總傳動比為式nima?（4.5）式中 ——電動機的轉速mn——卷筒的主軸轉速1834.72min.13960??rnia總傳動比為各級傳動比 的乘積，既i??20、、式1a?（4.6）4.2.2 分配減速器的各級傳動比使減速器裝置不至于過大初步取 則5.20?i 84.253.70?ia按展開式布置，考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪相近，查得 則.1i43.75.210?i4.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)為進行傳動件的設計計算，要推算出各軸的轉速和轉矩（或功率） ．如將傳動裝置各軸由高速至低速依次定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸。相鄰兩軸間傳動比?021i、相鄰兩軸間傳動效率??、軸的輸入功率（kw）?T、各軸之間的輸入轉矩（N.m）?021p、各軸的轉速（r/min）?n、則可按電動機軸至工作機運動傳遞路線推算，得到各軸的運動和參數(shù)．4.3.1 各軸轉速Ⅰ軸 min/9601rn?Ⅱ軸 in/96.175.2riⅢ軸 i/.34.23in?Ⅳ軸 ＝8.69734?imin/2.1r4.3.2 各軸的輸入功率Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入功率：Ⅰ軸 kwpd 34.2198.0211 ?????Ⅱ軸 734.219Ⅲ軸 kwp9.187.09.202323 ?????Ⅳ軸 8.14式中 ——電動機的出功率（KW）dp——聯(lián)軸器的傳動效率1?9.01——軸承的傳動效率2 2??—— 齒輪的傳動效率3 7.3同一根軸的輸出功率與輸入功率的數(shù)值不同，需要精確計算時取不同的數(shù)值。4.3.3 各軸的輸入轉矩電動機的輸出轉矩：式mNnTmPdd .8521960590????（4.7）Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入轉矩： mNiTd .67219.085.2101 ????.28486712?i 6.43.233? .039.44表 4-2 運動和動力參數(shù)計算結果整理于下表:效率P（Kw）轉矩T（N.m）軸名輸入 輸出 輸入 輸出轉速N（r/min）傳動比 效率 ?電動機軸22 216.67 960 1 0.97Ⅰ軸 21.34 20.70 216.67 210.17 9605.57 0.95Ⅱ軸 20.29 19.28 1184.28 1125.07 166.964.43 0.93Ⅲ軸 18.9 17.58 4887.46 4545.34 37.69Ⅳ軸 17.97 17.07 13194.70 12534.97 13.272.84 0.954.4 傳動零件的設計計算傳動裝置包括各種類型的零件，其中決定其工作性能，結構簡單和尺寸大小的主要是傳動零件。支撐零件和聯(lián)接零件都是要根據(jù)零件的要求來設計，因此一般應先設計計算傳動零件，確定其尺寸，參數(shù)，材料和結構。為了使設計減速器時的原始條件比較準20確，應該先設計減速器外的傳動零件，如聯(lián)軸器等。4.4.1 第一級齒輪傳動的設計 1)材料的選擇應傳動尺寸和批量較小,小齒輪設計成齒輪軸,齒輪的材料用 40Cr，硬度為241HB～ 286HB，平均取為 260HB，大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229～286HB，平均取 240HB。2)輪傳動的計算轉矩 式mNnPTmd .21850965091 ???（4.8）齒寬系數(shù) 由機械手冊查表得d?.1?d接觸疲勞極限 由機械手冊查表得limH?MpaH70li?582m?初步計算的許用接觸應力 ??H6399.01li1??23)初步計算小齒輪分度圓直徑式 (4.9)??mduTAHd41.80 75.2180332? ????????取 ?值由機械手冊查得 d 8,3??dA取??初步取齒寬 mbd211??4) 校核計算a)確定中心距 :式(4.10)????ia75.6.2811 ?????選取 0b)圓周速度 :式(4.11)smndv /27.410698516????c)計算齒數(shù) 和模數(shù) 和螺旋角21z、 m?16.,2?zi、 4081dt則由機械手冊查得 4?n21（和估計值接近）????84012.arcos?tnm?d)齒輪的傳動的載荷計算1．工作載荷 式(4.12)NdTFt 541708261???21cos.3?????????????????za69.18400.8?????齒向載荷分布系數(shù) 由機械設計手冊查得取?HK式(4.13)bCdbBA3211?????????481.0607?????載荷系數(shù)： ?HV???1.348.29.5重合度系： 713411??aZ??螺旋角系數(shù)： 9.06.coss。?z彈性系數(shù) 由機械設計手冊查得E MpaZE8節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由機械設計手冊查得HZ3.2?H接觸最小安全系數(shù) 由機械設計手冊查得limS5.1limS接觸壽命系數(shù) 由機械設計手冊查得N.1N2Z??paSH79805.lim11 ????MN3.li22驗算： ubdKTZEH121 ????????75.804.39.078.95.21 ???H??260HMpa?計算結果表明，接觸疲勞強度比較合適，無須調(diào)整。4.4.2 第二級齒輪傳動的設計小齒輪的材料用 40Cr，硬度為 241HB～ 286HB，平均取為 260HB，調(diào)質(zhì)量處理，大22齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)量處理。硬度為 229～286HB，平均取 240HB。齒寬系數(shù) 由機械手冊查表得d?0.1??d接觸疲勞極限 由機械手冊查表得limH?MpaH7lim?582初步計算的許用接觸應力 ??H6399.1li1??021) 轉矩 NnPTmd .074.591 ??2）初步計算小齒輪分度圓直徑??duAHd3.14 43.1521682 321? ????????。? m5?值由機械手冊查得dA8,0??d取?初步取齒寬 bd14511??3) 校核計算1)確定中心距 : ????mia7.39.22??????選取： m3952)圓周速度: sndv /27.106.14062????4)計算齒數(shù) 和模數(shù) 和螺旋角43,z?取8.53.,224??zi、 154?z64dmt則由機械手冊查得 5.?n（和估計值接近）??7124.arcos?t?5）工作載荷 NdTFt 9.601532???2432 cos.8?????????????????za69.171526.1????。23齒向載荷分布系數(shù) 由機械設計手冊查得取?HK323210bCdbBA??????????4.1806172???載荷系數(shù)： ?HVAK???49.5??重合度系： 803422?az??螺旋角系數(shù)： 9.71coss??。??彈性系數(shù) 由機械設計手冊查得EZMpaZE.?節(jié)點區(qū)域系數(shù) 由機械設計手冊查得H52H接觸最小安全系數(shù) 由機械設計手冊查得limS0.1lim?S接觸壽命系數(shù) 由機械設計手冊查得N8.N接觸壽命系數(shù) 由機械設計手冊查得Z1Z3.2??MpaSHN79805.lim11 ????.8li22驗算： ubdKTZEH12????????43.5480.39.08.15.2 ???H??230HMpa?計算結果表明，接觸疲勞強度比較合適，無須調(diào)整。表 4-3 減速器中齒輪的主要參數(shù)名稱 符號 單位 1Z33Z4螺旋角 ?度 ??8402??????4712。 ??。法向模數(shù) nm5法向壓力角?度 。 。 。0。2分度圓直徑d82478146齒數(shù) z個 615齒寬 bm95244.5.3 齒輪軸的校核在二級齒輪減速器傳動中，中間軸所受的力較復雜.因此對中間軸進行校核,如能滿足要求,減速器中的軸均能滿足要求.減速器的軸采用 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理.由機械手冊查表得:MpaB650??MpaS360??31?b5][已知中間軸的 輸出功率為 19.28Kw，轉速為 166.96r/min.a) 作用力的計算25圖 4-1 減速器中間齒輪軸的受力分析圖式npT??6105.9（4.14） mN.10.96.128950. 66 ???齒輪 的圓周力： 式2Z NdTFt .47812.2??YA BCD15.145.145.RAZZ RBzAY RYT1 T1Ft2r2Ft3r3 xFt2 Ft3RAY RBYa)b)XYZ平 面 180 260 （ N.m)Fr2 Fr3RAZ RBz10 180 （ N.m)10 180 （ N.m)10 （ N.m)108360 1560c)XAZ平 面d)合 成 彎 矩e)扭 矩f)當 量 彎 矩26（4.15） 齒輪 的徑向力: 2Z NFtr178402cosan??????式（4.16）齒輪 的軸向力: 式2Z NFtx 5.103842an2?????（4.17）齒輪 的圓周力： 3dTt .715.63??齒輪 的徑向力: Z NFtr 8.242cos0an?????齒輪 的軸向力: 3 tx 3.4713??b) 垂直面支承反力及彎矩（見圖 4-1）式NRAY 4.1024065.8.625.5.1.24917 ??????（4.18）BY 7.83.940.13.723.8.56 ??彎矩見圖（見圖 4-1）式mNRMAYCZ.8.53??（4.19） BD.106.245c) 平面支承反力及彎矩（見圖 4-1）支反力：式mNFRttAZ .38294065292?????（4.20） ttBZ .1670.1.22?彎矩計算：式mNRMAZH5??（4.21） B.108.46d) 合成彎矩：式??C .)108.( 62623?????（4.22） mNMD .108.).(6.( 6265