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I 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) JK 型建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計 THE DESIGN OF JK STRUCTURAL WINDLASS 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 院 名 稱 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 指 導(dǎo) 教 師 II 目 錄 第 1 章 緒論 ...................................................................................................................................1 11 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .....................................................................................................1 111 建筑卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用 ...................................................................................................1 112 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展概況 ...........................................................................................1 113 國外卷揚(yáng)機(jī)的概況 ...................................................................................................1 12 建筑卷揚(yáng)機(jī)的主要類型 .....................................................................................................2 第 2 章 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...............................................................................................5 21 本設(shè)計的總體確定 .............................................................................................................5 22 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................................................................................5 第 3 章 鋼絲繩的選擇和卷筒的設(shè)計 .........................................................................................6 31 鋼絲繩的選擇 .....................................................................................................................6 311 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 ...............................................................................................6 312 鋼絲繩直徑的選擇 ...................................................................................................6 32 卷筒的設(shè)計 .........................................................................................................................7 321 卷筒的材料 ...............................................................................................................7 322 卷筒容繩尺寸計算 ...................................................................................................7 卷筒筒壁的厚度計算和卷筒壁的強(qiáng)度計算 ......................................................9 33 卷筒軸的設(shè)計 ...................................................................................................................10 第章 減速器的設(shè)計 .............................................................................................................15 電動機(jī)的選擇 ................................................................................................................15 選擇電動機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式 ............................................................................15 功率的計算 ........................................................................................................15 413 電動機(jī)功率的選擇 .................................................................................................15 42 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 .......................................................................16 421 總傳動比 .................................................................................................................17 4分配減速器的各級傳動比 ..................................................................................17 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) ................................................................................17 各軸轉(zhuǎn)速 ............................................................................................................18 各軸的輸入功率 ................................................................................................18 433 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 .........................................................................................................18 44 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...........................................................................................................19 傳動零件的設(shè)計計算 ....................................................................................................19 4..第一級齒輪傳動的設(shè)計 ..........................................................................................19 第二級齒輪傳動的設(shè)計 ....................................................................................22 4.5.3 齒輪軸的校核 .............................................................................................................24 4.5.4 滾動軸承的選擇計算 ................................................................................................28 標(biāo)準(zhǔn)件表 ....................................................................................................................................30 第 5 章 其他零件的設(shè)計 .........................................................................................................31 III 5.1 制動器的分類、特點(diǎn)及其選擇 .........................................................................................31 52 制動器的設(shè)計計算 ...........................................................................................................32 52制動器制動力矩的確定 ........................................................................................32 2制動器的發(fā)熱計算 ..............................................................................................33 53 聯(lián)軸器的設(shè)計 ...................................................................................................................34 531 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的計算 .................................................................................................34 第六章 排繩器的設(shè)計 .............................................................................................................36 第七章 建筑卷揚(yáng)機(jī)使用與維護(hù)簡介 ...................................................................................37 7.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)使用 ..............................................................................................................37 7.1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的安裝與調(diào)試 ......................................................................................37 7.1.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)一般操作規(guī)程 ........................................................................................37 7.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的維護(hù)與安全技術(shù) ......................................................................................38 7.2.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的維護(hù) ....................................................................................................38 7.2.2 建筑卷揚(yáng)機(jī)的安全技術(shù) ..........................................................................................39 結(jié)論 ...............................................................................................................................................40 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................41 致 謝 ...........................................................................................................................................42 附錄 ...............................................................................................................................................43 附錄 1.........................................................................................................................................43 附錄 2.........................................................................................................................................55 IV 摘 要 隨著人類文明發(fā)展，建筑工作愈來愈頻繁，古老的起重裝置已不能滿足現(xiàn)代話作業(yè) 的需要，大型塔吊和汽吊又有其相對的局限性，于是卷揚(yáng)機(jī)以起靈活方便，成本相對小 等特點(diǎn)孕育而生了。 建筑卷揚(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡單、操 作方便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于諸多工作中。提升重物是其主 要功能提升重物。本課題簡要介紹了建筑卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，給出了建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè) 計，并對卷筒的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行了說明。本課題重點(diǎn)在于一控制方便和節(jié)省資源為主要設(shè) 計特點(diǎn)對建筑卷揚(yáng)機(jī)制動和傳動部分進(jìn)行了設(shè)計和校核。 本課題主要設(shè)計齒輪和軸還有卷筒的結(jié)構(gòu)尺寸，確定了齒輪傳動的各主要參數(shù),對驅(qū) 動機(jī)構(gòu)中的各部件進(jìn)行了選型,設(shè)計,校核。 關(guān)鍵詞 卷揚(yáng)機(jī)； 減速器； 軸； 齒輪； 設(shè)計 V Abstract Along with the development of human civilization, construction work have bec -ome more and more frequent ,Lifting the ancient device has been unable to meet the mo- dern needs of the operation so large tower crane hoists and steam has its limitations relative ,So hoist to take flexible, cost is relatively small and breed characteristics of Health. Winch is a construction lifting equipment, the structure is simple, flexible hand- ling installation, maintenance is simple and convenient to operate, low price and high relia bility, which is widely used in many work .Upgrade heavy Its main function is to upgrade heavy loads. This paper describes the construction hoist the structure and ch -aracteristics of a given construction hoist the design, Reel also the design features a summary statement. This paper focus is a convenient control and save resources as the main design features of the construction hoist the part of the design and verification . The design of the main gear and shaft design still reel size of the structure to de- termine the gear transmission of the main parameters, to drive the various components of the selection, design and verification. Keywords Windlass shaft gear reducer design 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 1 章 緒論 11 建筑卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 111 建筑卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用 建筑卷揚(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡單、 操作方便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于提升重物、打樁、集材、冷 拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。 提升重物是建筑卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)做 輔助提升用。建筑卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)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。 112 建筑卷揚(yáng)機(jī)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(qiáng)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(yáng)機(jī)均為國外生產(chǎn)，至 50 年代我國的卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)才 開始的。從 70 年代起，我國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)才進(jìn)入了技術(shù)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(jì)大力發(fā)展，基本建設(shè)任務(wù)增多 許多，促使卷揚(yáng)機(jī)的大量生產(chǎn)。生產(chǎn)廠家也逐漸增多。至今卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)與設(shè)計已較為 成熟，現(xiàn)如今卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多和使用較廣泛。雖然現(xiàn)在的工業(yè)水平先進(jìn)機(jī)械化程度不 斷提高，起重設(shè)備不斷更新，但仍不能淘汰卷揚(yáng)機(jī)的行之有效的機(jī)械設(shè)備。 113 國外卷揚(yáng)機(jī)的概況 在國外，卷揚(yáng)機(jī)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，雖然工業(yè) 水平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備也不斷更新，但仍不能淘汰這樣的行之有效 的簡單機(jī)械設(shè)備。下面介紹一下幾個主要國家生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的狀況。 （一）美國 美國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)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(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動卷揚(yáng)機(jī)， 電動卷揚(yáng)機(jī)，提升機(jī)械及起重機(jī)。手動卷揚(yáng)機(jī)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(yáng) 機(jī)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(jī)架和卷筒用高 強(qiáng)度鋼焊接而成。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （二）日本 日本從明治 30 年開始制造和使用卷揚(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷役機(jī)械研究所核計，19701975 年間卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加 62.5%.據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計月報載,接年單純土卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就 達(dá) 12 萬臺,生產(chǎn)值約 100 億日元。 日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會,荷役機(jī)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(jī),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(yáng)機(jī)的廠家很多,其中包藤(POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的主要國家之一。 包藤公司主要生產(chǎn) KUSW 系列卷揚(yáng)機(jī)，LMD 系列卷揚(yáng)機(jī)，PC 系列卷揚(yáng)機(jī)和 RCS 系列卷揚(yáng)機(jī)。 （四）國外卷揚(yáng)機(jī)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)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了 大型卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了 60t 的卷揚(yáng)機(jī)，日本生產(chǎn)了 32t,50t,60t 液 壓和氣動卷揚(yáng)機(jī)，美國生產(chǎn)了 136t 和 270t 卷揚(yáng)機(jī)。 2采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實現(xiàn)自動控制和遙控，國外采用了先進(jìn)的電子技術(shù)。 對大型卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī) 為了提高機(jī)械化水平，減輕工人勞動強(qiáng)度，國外發(fā)展小 型手提式卷揚(yáng)機(jī)，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚(yáng)機(jī)。 4大力發(fā)展不帶電源裝置的卷揚(yáng)機(jī) 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機(jī)動力 的卷揚(yáng)機(jī)。此種卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。 12 建筑卷揚(yáng)機(jī)的主要類型 建筑卷揚(yáng)機(jī)由于應(yīng)用范圍較廣，為適應(yīng)各種不同的使用條件，建筑卷揚(yáng)機(jī)亦制造成 各種不同機(jī)型的產(chǎn)品。機(jī)型的分類方法很多，目前可以按下述方法分類。 121 按鋼絲繩額定拉力 分F 按鋼絲繩在基準(zhǔn)層上所能承受的最大拉力來區(qū)分。按 GB195588建筑卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)的主要參數(shù)。 122 按鋼絲繩額定速度 分v 鋼絲繩在基準(zhǔn)層上的出繩速度是建筑卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī) 繩速 ；min159v 2中速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；30 3快速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；i4 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 4高速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 ；min45v 為適應(yīng)特殊需要，還有一種變速卷揚(yáng)機(jī)，其變速可調(diào)，有雙速、三速和多速幾種類 型。 123 按卷筒數(shù)目分 一臺卷揚(yáng)機(jī)上卷筒數(shù)目的多少，直接影響到卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)按卷筒數(shù)目可分 為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)、和多筒卷揚(yáng)機(jī)三大類。目前生產(chǎn)的大多數(shù)是單筒和雙筒卷 揚(yáng)機(jī)，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。 124 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(yáng)機(jī) 用于無動力來源地區(qū)的小型卷揚(yáng)機(jī)； 2電動卷揚(yáng)機(jī) 大多數(shù)卷揚(yáng)機(jī)皆屬于此類； 3內(nèi)燃機(jī)卷揚(yáng)機(jī) 用于無電源的地方； 4氣動卷揚(yáng)機(jī) 用于不能使用電源的地方； 5液壓卷揚(yáng)機(jī) 與其他設(shè)備配合使用而有液壓源的場合。 125 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(yáng)機(jī)； 2閉式圓柱齒輪傳動 主要為為快速單筒卷揚(yáng)機(jī)，應(yīng)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 126 按控制方法分 1手控卷揚(yáng)機(jī) 由人工操作縱閘把控制卷揚(yáng)機(jī)提升或下放重物。 2電控卷揚(yáng)機(jī) 用電控制磁鐵制動器使卷揚(yáng)機(jī)工作。 3液控卷揚(yáng)機(jī) 用壓力油控制卷揚(yáng)機(jī)卷筒的離合和制動。 4氣控卷揚(yáng)機(jī) 5自動控制卷揚(yáng)機(jī) 用限位器來控制卷揚(yáng)機(jī)的工作。 127 按用途分 卷揚(yáng)機(jī)由于其用途不同，使其條件的差異，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，以利于提高生產(chǎn)率，并要求高的安全性，以防墜 落。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 (2)設(shè)備安裝 一般設(shè)備的質(zhì)量較大，則要求卷揚(yáng)機(jī)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(jìn)行的，為使物品前后運(yùn)動，則 要求卷揚(yáng)機(jī)的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作。 (4)打樁 要求卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)具有溜放功能。 建筑卷揚(yáng)機(jī)雖然可以分很多種類，實際上由于應(yīng)用情況的復(fù)雜，很難把他們絕對分 清，而且一臺卷揚(yáng)機(jī)往往幾種工作都要做，所以在建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計上對用途分得并不 清楚，而是要求高的來設(shè)計。這樣能使卷揚(yáng)機(jī)實現(xiàn)一機(jī)多用，得到更廣泛的應(yīng)用。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 2 章 卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 建筑卷揚(yáng)機(jī)由于應(yīng)用廣泛，為適應(yīng)各種不同使用條件，建筑卷揚(yáng)機(jī)亦制造各種不同 的機(jī)型的產(chǎn)品。 21 本設(shè)計的總體確定 本卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計的主要參數(shù)： （1）鋼絲繩的拉力 KNF30 （2）鋼絲繩的速度 1minV 由于鋼絲繩的速度 ，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計查得該卷揚(yáng)機(jī)為快速卷揚(yáng)機(jī)。s3 按動力源分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計為電動卷揚(yáng)機(jī)。 按傳動形式分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計為二級圓柱齒輪減速器。 按控制方法分該卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計為電控卷揚(yáng)機(jī)（用電鈕控制電磁鐵制動器使卷揚(yáng)機(jī)工作） 。 22 卷揚(yáng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于卷揚(yáng)機(jī)是二級圓柱斜齒輪減速器傳動卷揚(yáng)機(jī) 故簡易圖如下圖（圖 2-1） 12345 圖 2-1 傳動裝置簡圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 1.電動機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.減速器 4.制動器 5.卷筒 第 3 章 鋼絲繩的選擇和卷筒的設(shè)計 建筑卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩升降、牽引重物。工作時鋼絲繩所所應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對 外界影響因素比較敏感，一旦失敗，后果十分嚴(yán)重。因此，應(yīng)特別重視選擇與使用。 31 鋼絲繩的選擇 311 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 鋼絲繩是由許多高強(qiáng)度剛上編繞而成，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(yīng)力較小。但不能承受橫向壓力； 金屬 絲芯鋼絲繩強(qiáng)度較高，能承受高溫和橫向壓力，但擾性較差。建筑卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先考慮，故在本設(shè)計上鋼絲繩的選取是雙捻制 金屬絲芯鋼絲繩。 312 鋼絲繩直徑的選擇 鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計算： 式（3.1）nf snepgs 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(yáng)機(jī)工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)n 機(jī)械手冊查表得卷揚(yáng)機(jī)的工作級別為 A6，則選取安全系數(shù) =6n KNnsefp30ps 鋼絲繩不應(yīng)小于下式計算的最小值： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 式（3.2）scdminmd4.18306.min 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 =0.1036c 機(jī)械手冊查表得 d=19(mm),鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度為 1770MPa，使用雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。 32 卷筒的設(shè)計 建筑卷揚(yáng)機(jī)卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應(yīng)力非常復(fù)雜。它作為卷揚(yáng)機(jī)的重要零件， 對卷揚(yáng)機(jī)安全、可靠的工作至關(guān)重要，應(yīng)合理的進(jìn)行設(shè)計。 321 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(shè)計中選 取材料 Q235 極限應(yīng)力 、MpaB3.49paS5.267 322 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(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 a) 卷筒節(jié)徑 D 卷筒節(jié)徑 應(yīng)滿足下式 式（3.3）dKe 式中 筒繩直徑比，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計查表得eK19e 鋼絲繩直徑（mm）d 則 取 3619m36dD420 b) 卷筒容繩寬度 tB 卷筒容繩寬度 ，一般可以由下式確定 式(3.4)03t 式中 卷筒直徑（mm） 0D 則 取361t mBt60 C) 卷筒邊緣直徑 k 卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板直徑端側(cè)板直徑用下式計算 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 式(3.5)dDsk4 式中 最外層鋼絲繩直徑，由下式確定sD021sSd 鋼絲繩纏繞層數(shù)S 則 取47519kmK6 d) 纏繞層數(shù) 纏繞層數(shù) 按下式計算 式(3.6)dDSKK20 式中 為保證鋼絲繩不越出端側(cè)板外圓的的安全高度（mm）Km 計算得 mK3819 則 取7.423460S 4S e) 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(dá)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(3.7)dSDii 120 式中的 第 層， 。iS13、 、 、 則 m69421 D 361437 42895 第 層鋼絲繩長度為i 式(3.8)30(1)210it iLBdDSd 2(6019)34298.1L m33 6495 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 34(6019)342819045.68L m 卷筒容繩量為 式(3.9)12iLL 34.6258.34.958.605 109m 卷筒筒壁的厚度計算和卷筒壁的強(qiáng)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(3.10) 11222SSSs 式中 鋼絲繩的纏繞層數(shù)S 式(3.11)EtF 式(3.12)180dDe 式(3.13)20 其中 鋼絲繩的纏繞節(jié)距 t 1.09.tdm 卷筒壁厚)(m 卷筒直徑 0D0342D 鋼絲繩直徑 d 鋼絲繩縱向彈性模量 E)(Mpa1EGpa 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 1.5sA b)卷筒的厚度設(shè)計 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 卷筒厚度為 式(3.14)escFAt 式中 鋼絲繩的額定拉力eF)(N 建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計查得c138cMpa 則 301.59.184m C) 卷筒壁的強(qiáng)度計算 式(3.15) ecscFAt301.5128.49.Mpa 經(jīng)強(qiáng)度計算較合適無需調(diào)整。 33 卷筒軸的設(shè)計 由于卷筒軸的可靠性對卷揚(yáng)機(jī)的的安全，可靠性非常重要，因此十分重視卷筒軸的 結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度，剛性計算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力求簡單，合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。 卷筒軸不僅要計算疲勞強(qiáng)度，而且還要計算靜強(qiáng)度；次外，對較長的軸還需校核軸的剛 度。 在卷筒軸的設(shè)計上軸的材料采用 鋼，調(diào)質(zhì)處理45 由機(jī)械設(shè)計手冊查得 60BMpa360Spa 135bM 已知鋼絲繩的額定拉力為 ，卷筒的直徑 ，鋼絲繩的直徑eFKN042Dm19dm 軸徑的估算： 6339.5102TPdCnn 式中：C與軸材料有關(guān)的系數(shù)； P軸傳遞的功率； n軸的轉(zhuǎn)速 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 315.92.8dm 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 扭 距合 成 彎 距 平 面平 面 當(dāng) 量 彎矩 圖 2-1 卷筒軸受力分析 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 a) 作用力的計算 02534219.7()etADdFKN31.7()rtKN 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(2-1)所示： b) 垂直面支承反力及彎矩 支反力，見圖(2-1) 49021.3()58etDVFRKNteC 彎矩，見圖（2-1） 9021.397()AYCYMRKNm80BD c) 水平面支承反力及彎矩 支反力，見圖(2-1) 904.8()58rDZCZFRKN 彎矩計算,見圖(2-1) .32()AZBCHMm d) 合成彎矩,見圖(2-1) 22219741965.()AYAZ KN302BB f) 應(yīng)力校核系數(shù) -10.465b 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 0.4629.TNm 當(dāng)量彎矩 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 22221()1965.490.317..MT KNm23.8KNm 校核軸徑 31331472.107.0.65Md323321.86..01 經(jīng)校核較合適無需調(diào)整。 g)軸疲勞強(qiáng)度計算 卷筒軸的疲勞強(qiáng)度,應(yīng)該為鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計算,既 式(3.16)edFK 式中 鋼絲繩的當(dāng)量拉力dF)(N 當(dāng)量拉力系數(shù)，由建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計查得K1.75dK1.7534.2d 平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅mbam33.06.94.0.1dBbbKMMpa .17.2am 疲勞強(qiáng)度計算安全系數(shù) 1300.511.897..4197.3072amSK 由機(jī)械手冊查得 應(yīng)力集中系數(shù) 8K 表面狀態(tài)系數(shù) 0.2 絕對尺寸系數(shù) 7 等效系數(shù) .34 一般軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) ，經(jīng)校核軸的強(qiáng)度夠用。1.58S 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 h)軸強(qiáng)度校核計算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計算，需要用靜強(qiáng)度計算拉力，可按下式求得： 式(3.17)ejFmax 式中 靜強(qiáng)度計算最大拉力maxjF)(N 動載系數(shù)，有建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計查得1.35 靜強(qiáng)度計算安全系數(shù) 2601.3527.8151.64SSBMW 當(dāng) 時， ，所以經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠。0.6Sb2S 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第章 減速器的設(shè)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(dú)立部件，常在動力機(jī)與工作機(jī)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(jié)構(gòu)緊湊，效率教高，傳遞運(yùn)動正確可靠，使用維修簡單，并可 成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)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(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)設(shè)計課題中采用的是二級圓柱齒輪減速器 電動機(jī)的選擇 選擇電動機(jī)類型和機(jī)構(gòu)形式 電動機(jī)是常用的原動機(jī)，并且是系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計中需要根據(jù)工作機(jī) 的工作情況和運(yùn)動，動力參數(shù)，合理選擇電動機(jī)類型，結(jié)構(gòu)形式，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速， 確定電動機(jī)的型號 電動機(jī)有交流電動機(jī)和直流電動機(jī)之分，工業(yè)上采用交流電動機(jī)交流電動機(jī)有異步 電動機(jī)和同步電動機(jī)兩類，異步電動機(jī)又分籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電 動機(jī)應(yīng)用最廣泛如無特殊需要，一般憂先選用型籠型三相異步電動機(jī)，因其具有高 效，節(jié)能，噪音小，振動小，安全可靠的特點(diǎn)，且安裝尺寸和功率等級符合國際標(biāo)準(zhǔn)， 適用于無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備 建筑卷揚(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)工作機(jī)械，而且啟動，制動頻繁多數(shù)情況下選用（繞 線轉(zhuǎn)子）電動機(jī)在本設(shè)計中選擇電動機(jī)為系列的三相繞線型電動機(jī) 功率的計算 電動機(jī)的功率選擇是否合適將直間影響到電動機(jī)的工作性能和經(jīng)濟(jì)性能。如果選用額 定功率小于工作機(jī)所需要的功率，就不能保證工作機(jī)正常工作，甚至使電動機(jī)長期過載 過早損害，如果選用額定功率大于工作機(jī)所需要的功率，則電動機(jī)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(fèi)。 413 電動機(jī)功率的選擇 (1) 建筑卷揚(yáng)機(jī)電動機(jī)的功率按所需的靜功率計算，靜功率（單位：KW）計算公式 為： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 式（4.1）wpd 式中 工作機(jī)所需工作效率。wp 由電動機(jī)到工作機(jī)的總效率。 工作機(jī)所需工作效率，應(yīng)由工作阻力和運(yùn)動參數(shù)計算求得： 式（4.2）1030.518WFVwp KW 式中 工作機(jī)的阻力（N） 。 工作機(jī)的線速度（M/S） 。V 工作機(jī)的效率。 其中 34120.851w 、 、 、 分別為聯(lián)軸器、卷筒、齒輪傳動和軸承的傳動效率。34 取 =0.99， =0.96， =0.97（齒輪的精度為 8 級） ， =0.98（滾動軸承） 。1234 (2) 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速為 式（4.3）601601.528.7min3.4vrnd 經(jīng)查表：二級圓拄齒輪減速器的傳動比 ，故電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的可選范圍為：i0 式（4.4）in8.1392.749.28)0( rniad 根據(jù)工況和計算所選電動機(jī)為: 表 4-1 電動機(jī)參數(shù) 型號 額定功率(KW) 轉(zhuǎn)速 r/min YZR200L 22 960 42 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 1軸 2軸 3軸 圖 4-1 減速器簡圖 421 總傳動比 由電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和工作機(jī)的主動軸的轉(zhuǎn)速，可得到傳動裝置的總傳動比為 式（4.5）nima 式中 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速mn 卷筒的主軸轉(zhuǎn)速 960in3.2528.7mmarni 總傳動比為各級傳動比 的乘積，既10、、 式（4.6）ii 4分配減速器的各級傳動比 使減速器高速軸不至于過大初步取 則05.2i03.256.ai 計算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 為進(jìn)行傳動件的設(shè)計計算，要推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（或功率） 如將傳動裝置各 軸由高速至低速依次定為 1、2、3、4 軸。 相鄰兩軸間傳動比021i、 相鄰兩軸間傳動效率、 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 軸的輸入功率（）012T、 各軸之間的輸入轉(zhuǎn)矩（）p、 各軸的轉(zhuǎn)速（r/min）012n、 則可按電動機(jī)軸至工作機(jī)運(yùn)動傳遞路線推算，得到各軸的運(yùn)動和參數(shù) 各軸轉(zhuǎn)速 1 軸 1960/minnr 2 軸 212/i5ri 3 軸 2398.7/in6.ni 各軸的輸入功率 1 軸4 軸的輸入功率： 1 軸 118.6209718.64dpkw 2 軸 223 7.52 3 軸 3.5.9k 4 軸 42316901.p w 式中 電動機(jī)的出功率（KW）d 聯(lián)軸器的傳動效率1 1. 軸承的傳動效率2 2098 齒輪的傳動效率33.7 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。 433 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩： 式（4-7dP18.6295055.390dmTNmn ） 1 軸4 軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 10185.230.971.6dTi Nm 229768275.3 33..4i4418091.0T Nm 運(yùn)動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理于下表 表 4-2 減速器運(yùn)動和動力參數(shù) 效率 P（Kw） 轉(zhuǎn)矩 T（N.m）軸名 輸入 輸出 輸入 輸出 轉(zhuǎn)速 N（r/min ） 傳動比 效率 電動機(jī) 軸 18.62 185.23 960 1 0.97 1 軸 18.06 17.88 179.67 177.97 960 6.65 0.97 2 軸 17.52 17.34 1211.49 1199.37 200.84 5 0.97 3 軸 16.99 16.82 5618.38 5562.19 28.89 卷筒軸 15.99 15.83 5286.33 5233.47 28.89 1 0.96 44 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 減速器的機(jī)體是用于支持和固定軸系的零件，是保證傳動零件的嚙合精度，良好的 潤滑和密封的重要零件，其重量約占減速器總重量的 50%。因此，機(jī)體結(jié)構(gòu)對減速器的工 作性能，加工工藝，材料消耗，重量及成本等有很大的影響。 機(jī)體材料采用灰鐵（HT150 或 HT200）制造。 傳動零件的設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計，因此一般應(yīng)先設(shè)計計 算傳動零件，確定其尺寸，參數(shù)，材料和結(jié)構(gòu)。為了使設(shè)計減速器時的原始條件比較準(zhǔn) 確，應(yīng)該先設(shè)計減速器外的傳動零件，如聯(lián)軸器等。 4..第一級齒輪傳動的設(shè)計 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 (1)材料的選擇 應(yīng)傳動尺寸和批量較小,故小齒輪選擇 40Cr，調(diào)質(zhì)處理,硬度為 241HB286HB,平 均值為 260HB,大齒輪用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 229HB286GB,平均取為 240HB (2)輪傳動的計算 轉(zhuǎn)矩 式（.8）mNnPTmd .K85.2196059501 齒寬系數(shù) 由機(jī)械手冊查表得d.d 接觸疲勞極限 由機(jī)械手冊查表得liHMpaHlim 初步計算的許用接觸應(yīng)力 H4509.0 為綜合系數(shù)由機(jī)械手冊查表得k2k 3)初步計算小齒輪分度圓直徑 式(4.9)mdu KTHd71.02 714508..271991 33li21 取 5 初步取齒寬 圓整為110.854dbm1b 4) 校核計算 a)確定中心距 : 式(4.10)10513522dai m b)圓周速度: 式(4.11)120596.28/601dnv s c)計算齒數(shù) 和模數(shù) 和螺旋角1z、 m 1.初選 。 、 則 215.2015i 模數(shù) 則取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)12cos3cos4.9amz 。 51m 則 .11215012.z。 取 4Z 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 所以 12419.5.zi 取 則 取 105102z 齒數(shù)比 與 的要求相比誤差率 0%,5.2z1.i 可用 .521z、 2.螺旋角的計算 式(4.12)11211 ()5(20)coscos1.23mza。 d)齒輪的傳動的載荷計算 1工作載荷 式（4.13） NdTFt 35016.178921 式（4.14） 1211 cos. za 6.040.38。 齒向載荷分布系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊查得取HK 式（4.15） 231110HbABCbd 23.70.6840.85.6 載荷系數(shù) HVAKK1 91..13.5 重合度系 106.Z 螺旋角系數(shù) 11cos2.9z。 彈性系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊查得EMpaE8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊查得H.45HZ 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 接觸最小安全系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊查得limHSlim1.05HS 接觸壽命系數(shù) 由機(jī)械設(shè)計手冊查得NZ6.NZ 許用接觸應(yīng)力 計算： 式（4.16