1847_0.75型卷揚機設計

1847_0.75型卷揚機設計,_0,75,卷揚機,設計 單位代碼 0 2 學 號 080105033 分 類 號 TH6 密 級 畢 業(yè) 設 計 說 明 書0.75 型卷揚機設計院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 李 磊 指 導 教 師 康 紅 偉2012 年 5 月 15 日 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 I 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(qū) 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 。 現(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(jù)這一要求為依據(jù)的。關鍵詞：卷揚機，制動電機，卷筒，卷筒軸，減速器 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 II 頁The design of 0.75construction winchesAuthor: Li Lei Tutor: Kang HongweiAbstractAlso 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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 III 頁目錄1 緒論 ..............................................................12 卷揚機的整體概述 ..................................................32.1 電動卷揚機的基本結構 .........................................32.1.1 電控卷揚機 .............................................32.1.2 帶有電磁鐵制動器的卷揚機 ...............................32.1.3 采用錐形轉(zhuǎn)子電動機的卷揚機 .............................42.1.4 溜放型卷揚機 ...........................................52.2 卷揚機工作級別與類別 .........................................53 零部件的計算 ......................................................73.1 鋼絲繩的選取 ................................................73.1.1 鋼絲繩的種類和構造 .....................................73.1.2 鋼絲繩直徑的選擇 .......................................73.1.3 鋼絲繩的使用 ...........................................93.2 卷筒的結構設計及尺寸確定 ...................................103.2.1 卷筒的分類 ............................................103.2.2 卷筒繩槽尺寸的確定 ....................................103.2.3 卷筒的設計 ............................................103.2.4 卷筒的強度校核 ........................................123.3 卷 筒軸的設計計算 ............................................133.4 軸承的選擇 ..................................................163.5 電動機的選擇 ................................................163.5.1 選擇電動機應該綜合考慮的問題 ..........................173.5.2 電動機選擇順序 ........................................173.5.3 電動機類型的選擇 ......................................183.5.4 電動機功率的選擇 ......................................193.5.5 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 ......................................193.5.6 電動機功率的計算 ......................................203.6 減速器的選擇 ...............................................213.7 聯(lián)軸器的選擇 ...............................................224 卷揚機的安裝使用及安全操作規(guī)程 ...................................234.1 卷揚機的安裝及安裝調(diào)試 .....................................234.1.1 卷揚機的安裝 ..........................................234.1.2 卷揚機調(diào)試 ............................................234.2 卷揚機使用與操作 ............................................234.3 電氣安全保護 ................................................24總結 ...............................................................25 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 IV 頁致謝 ...............................................................26參考文獻 ...........................................................27 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 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(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(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(nóng)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(chǎn)了 60 t 卷揚機，日本生產(chǎn)了 32 t、50 t、60 t 液壓和氣動卷揚機，美國生產(chǎn)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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁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(zhì)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。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁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(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。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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁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(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(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。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁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。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(chǎn)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(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。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(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(jù)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。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁表 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)Kd說明Q （輕）10.125 K ≤0.5d通常承受 1/3 的額定拉力，很少承受額定拉力時使用Q （中）20.250.5＜K ≤0.6d3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）30.50.63＜K ≤0.d8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）41.0 0.8＜K ≤1d頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁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(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(chǎn)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(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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁（3.1） maxinFcd〓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maxF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(zhuǎn)以及吊運物品的性質(zhì)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 maxF41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）?RKn/'?C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K?三組 ，取 =0.330；鋼絲繩公稱抗拉強度 R。為 1570MPa。則： =0.088?Kn/'?C＝3.8105 mm maxiFcd〓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）0F?max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 F0 4×0.875× =7.5kN ?410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(chǎn)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） 。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁鋼絲繩型號選擇為：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(chǎn)生拉應力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)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?？蓮囊韵聨追矫婵紤]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(nèi)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(jù)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(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。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁6、在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應選用鍍鋅鋼絲繩。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。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(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。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）1深槽： =（0.6~0.9）d 2c（3.6）繩槽節(jié)距：標準槽： p ＝d＋（2~4） （3.7） 1深槽： p ＝d＋（6~8） （3.8） 2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。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁3.2.3 卷筒的設計卷筒按照轉(zhuǎn)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(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。本設計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。1、卷筒節(jié)徑 D 的設計0卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，由設計知 不能小于下式：0D（3.9） 0minhd?式中 —按鋼絲繩中心計算的卷筒最小直徑，mm；0minDh — 與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境級別為 ，查7M機械設計手冊 h=16 mm;d — 鋼絲繩的直徑,mm。按式計算：＝96 mm0minDhd?由已知取 =180mm 0D2、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 = ??ndDlp??1.（3.10）P = (1.1~1.2)d （3.11）Z = （3.12）)(ndDl??其中 Z----每層圈數(shù)；n----卷繞層數(shù)L---卷筒總繞繩長度，L= H m;max 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁H ----最大提升高度，mm；maxM----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)(ndD??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(jīng)驗公式初步確定，然后進行強度驗算。對于鑄鐵筒壁 mm （3.13） ??0.26~10D???根據(jù)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）akD?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a+4d=254。akD?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0DL=480 mm、卷筒壁厚 mm、側壁直徑 260mm。13??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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應力、彎曲應力和扭曲應力。其中壓應力最大。當 3L?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0D L?0D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。L?0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） ???tF?max??bc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；maxF----卷筒壁厚， mm；?A---- 應力減小系數(shù)，取 A=2；----許用壓力，對于鑄鐵 = ；??bc ??bc?5?----鑄鐵抗壓強度極限。b?所以 =A =36 MPa ≤ 39 MPa，tF??max??bc??查教材機械設計基礎知 195MPa，所以 39MPa。b??bc?所以 ，經(jīng)檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。????bc3.3 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rF0D?繩的直徑 6 mm，查機械傳動設計手冊，軸的材質(zhì)選擇 45 鋼，調(diào)制處理，d? 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁MPa， MPa， MPa， MPa。650??B360S?130?????01b??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(jù)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(jù)軸結構的需要，各軸段的長度確定如下：=20mm， =138mm， =305mm， =65mm， =20mm 。1L23L45L各軸徑如下： =50mm , =55mm , =66mm , =55mm , =50mm1d23d45d4、計算支反力及彎矩計算垂直平面內(nèi)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： NFBVA37502/750??（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 =3750 0.404=1515000N.mm，AM?支架 B 處的彎矩為 =1515000 N.mm。B（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 =121.2MPaA31d 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁2）支架處截面的應力σB=MB/0.1 =121.2MPa35d由于[ ]=300MPa，則軸的強度滿足要求。1-?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=0.6 7500=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）maxjFe?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： = =1.17 7500=8775。maxjFe?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 =1.25 7500N=9375N。ajFe?（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 =1.1 7500N=8250N。vde則卷揚機強度按照靜載荷試驗拉力計算。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁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=236.67MPas?式中 [σ]為塑性材料的許用應力，MPa；塑性材料的屈服極限，MPa；s?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(zhì)可認為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則 。彎曲應力為：2bmn??= =24.5 Mpa b?351.0MBKd平均應力 和應力幅 為：m?a＝13.3 Mpa 2bmn??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)K??＝0.78，等效系數(shù)小 ＝0.34。???疲勞強度計算的安全系數(shù)為＝6 1amSK????????一般軸疲勞強度安全系數(shù) ，所以該軸疲勞強度足夠。??1.5~83.4 軸承的選擇選擇型號為 1210 的調(diào)心球軸承滾動軸承的壽命計算由下式可得： 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁（3.17）通過計算得： =139589h，hL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(chǎn)廠家批量生產(chǎn)的系列化定型產(chǎn)品。選擇電動機時，應依據(jù)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(qū)動電機，一類是制動電機。驅(qū)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(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機的類型。1、根據(jù)負載轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩校驗強度的生產(chǎn)機械造價提高。2、根據(jù)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(jù)企業(yè)的電網(wǎng)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(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)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(zhuǎn)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(chǎn)品價格、建設費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后電動機功率變化關系等各種因素。 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁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：通 過 不 通 過合 理不 合 理滿 足不 滿 足適 應 不 可 以 可 以 可 以 不 可 以 否能負 荷 率 過 低 不 通 過 重 選 電 動 機 功 率改 變 半 速 比 或 選 用轉(zhuǎn) 動 慣 　 （ 或 飛輪 矩 ^2） 小 的 電動 機 加 速 轉(zhuǎn) 矩滿 足 加 速 度 要 求 下 能否 加 速 轉(zhuǎn) 矩電 動 機 機 械 特 性 與 負載 特 性 對 比 決 定發(fā) 熱 校 驗功 率 數(shù) 或 改 用％ 小 電 動機 啟 動 轉(zhuǎn) 矩 、 過 載 倍 數(shù) 、加 速 轉(zhuǎn) 矩 校 驗根 據(jù) 負 載 轉(zhuǎn) 矩 、 調(diào) 速 范 圍 、啟 動 頻 繁 程 度 、 初 選 電 動機 功 率開 始選 類 型是 否 充 分 滿 足 調(diào) 速 范圍 與 調(diào) 速 精 度 的 要 求經(jīng) 濟 性 （ 價 格 、 運 行 費、 維 修 費 ） 合 理 與 否圖 3.1 電動機選擇流程3.5.3 電動機類型的選擇根據(jù)負載類型：恒轉(zhuǎn)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(diào)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(jīng)過載能力及啟動條件校驗通過的采用高轉(zhuǎn)差率電動機，單純因啟動條件沉重的機械，經(jīng)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(wǎng)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(diào)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(jīng)濟指標過低時，采用直流電動機；只要求集中轉(zhuǎn)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(diào)速平滑程度要求不高，且調(diào)速比不大時，采用繞線型電動機或電磁調(diào)速電動機；調(diào)速范圍在 1：3 以上需連續(xù)穩(wěn)定平滑 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁調(diào)速的機械，采用直流電動機或變頻調(diào)速電動機，需啟動轉(zhuǎn)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(diào)速時，采用由變頻電源供電的籠型電動機；某些要求調(diào)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(diào)速裝置的繞線型電動機，這樣可使電能回饋電網(wǎng)，提高經(jīng)濟指標；要求調(diào)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(diào)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(jù)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(chǎn)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(zhuǎn)、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(jù)電動機的所需的功率選用型號為 YEJ200L-8 額定轉(zhuǎn)速為 730r/min。本系列電動機部分產(chǎn)品已通過 CCC 中國國家強制性產(chǎn)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%。?253.5.4 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 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁械，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(zhuǎn)速的選擇電動機額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時，必須考慮機械減速機構的傳動比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術、經(jīng)濟全面比較才能確定。通常，電動機轉(zhuǎn)速不低于 500r/min，因為當功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)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(diào)速的高，中機械，如水泵、鼓風機、空氣壓縮機等，可選用相應轉(zhuǎn)速的電動機不經(jīng)機械減速機構直接傳動。需要調(diào)速的機械，電動機額最高轉(zhuǎn)速應與生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)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(diào)磁調(diào)速的基速。又如某些軋鋼機械、提升機等，工作速度較低，經(jīng)常處于頻繁地正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，為縮短正反轉(zhuǎn)的過渡時間，提高生產(chǎn)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(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)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）22DNmJn?所以，最佳傳動比為： mjDJi?（3.19）式中 電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量， kg?m2；DJ—生產(chǎn)機械在機械軸上的轉(zhuǎn)動慣量， kg?m2；m生產(chǎn)機械軸轉(zhuǎn)速， ；n/minr電動機額定轉(zhuǎn)速， 。N—3.5.6 電動機功率的計算計算電動機功率時，首先根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)機械靜阻負載圖 T=f(t)或 P=f(t)，然后根據(jù)本表公式出步計算電動 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁機的功率，根據(jù)計算功率并考慮一定余量再初選電動機的功率，隨著調(diào)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(jù)負載狀態(tài)、生產(chǎn)機械的工藝參數(shù)和初選電動機的參數(shù)，根據(jù)本表公式計算電動機動態(tài)轉(zhuǎn)矩和加減速時間，繪制電動機轉(zhuǎn)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(jù)有：額定載荷 7.5KN；額定速度 30m/min。 由此得出：卷筒的轉(zhuǎn)速 n=53r/min； 線速度 V=0.5m/s；卷筒的功率 =Fv=7.5KN×0.5m/s=3.75kw。wP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）nP950T?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(zhuǎn)速，r/m；wnηw 為工作機的效率?？傂?ηw= 2?314（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(diào)心球軸承效1?2?3率， =0.97 為齒輪傳動效率。4所以：ηw= =0.862?314P=Fv/1000η =3.75Kw/0.86=4.4kw 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁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(zhuǎn)速為 750r/min,滿載轉(zhuǎn)速為 n1=720 r/min，軸徑 D 為 42mm。3.6 減速器的選擇由卷筒的轉(zhuǎn)速為 v=30m/min=0.5m/s=v/c=30/ 0.18=53r/min卷n?又有 YEJ160M-8 電機轉(zhuǎn)速 =720r/min1n傳動機構總傳動比 i=n1/n2=720