1848_1.6型卷揚機設計

1848_1.6型卷揚機設計,_1,卷揚機,設計 黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁前 言隨著社會的發(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(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的電子技術(shù)。對黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁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(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(jié)構(gòu)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1 卷揚機的整體概述1.1 電動卷揚機的基本結(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。1.1.1 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。1.1.2 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。圖 2-1 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。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁3. 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動的卷揚機，如圖 2-2。圖 2-2 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。1.1.3 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(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：黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁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(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)廠家比較難以達到。所以有的廠家采用了零齒差傳動輸出機構(gòu)，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。1.1.4 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，其制動裝置都直接安裝在聯(lián)軸器上。1.2 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。在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 1.1 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 ≤0.5 通常承受 1/3 的額定拉力，很少承受額定拉力時使用Q （中）20.25 0.5＜K ≤0d.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）30.5 0.63＜K ≤d0.8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4重）1.0 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2 零部件的計算2.1 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。2.1.1 鋼絲繩的種類和構(gòu)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(gòu)的尺寸減小。卷楊機應優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。2.1.2 鋼絲繩的選取目前在工業(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maxinFcd〓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。該設計卷揚機額定載荷 1.6 噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷＝ ＝ 4000N maxF41e該卷揚機用于建筑，所以工作級別為 M4，鋼繩系數(shù)選擇由 GB/T1955-2008公式 C=[Kn/K’0]1/2 可得：其中 Kn 是鋼絲繩的最小安全系數(shù)，按照表 4 選取為 4.0K’為鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)，按照表 5 選取第三組 鋼絲繩公稱抗拉強度 R0 為 1570MPa。則 C=[Kn/K’0]1/2=0.084＝10.62 mm maxinFcd〓所以鋼絲繩選擇 d=12 mm鋼絲繩選擇型號為 12 NAT 6 19S+FC 1570 ZZ 80.5 GB8918-2006?其破斷拉力為 80.5KN卷揚機系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復雜。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：??pgrSnF??式中 —整條鋼絲繩的破斷拉力，N；pS—卷揚機工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)；??n—鋼絲繩的額定拉力，N；rF黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁設計時，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。??n rF則 =80.5/16=5.03>5 復合要求。g2.1.3 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(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和保養(yǎng)及與相關(guān)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(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(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。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁其附著力大，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。2.2 卷筒參數(shù)的設計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。本設計采用多層繞。2.2.1 卷筒容繩尺寸參數(shù)1.卷筒節(jié)徑卷筒節(jié)徑 D 應滿足式 D≥ ekd式中 -與卷揚機工作級別有關(guān)的系數(shù) D-卷筒節(jié)徑，mmek由 GB8918-2006 表 6 得D= =12 16=192ed?2.卷筒容繩寬度3，取 S=4????12101??????????sDdBLtsi?則卷筒邊緣直徑 dsk4?其中 =210+(2 4-1) 12=294mm??Ss120????則 =294+4 12=342 取為 350mmdDsk4?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁2.2.2 作用于卷筒上的扭矩1.額定扭矩 0T額定扭矩按照下式計算=[（210+6）/2] 1.6=172.8N.m312?????????ejeFD?其中 Te 為額定扭矩，N.m；Dj 為基準層繩心直徑，mm。2.計算扭矩分為疲勞強度計算扭矩和靜強度計算扭矩：A.疲勞強度計算扭矩 Td=[（210+6）/2] 9.6=1036.8N.m3102?????????ejdFT?式中 為疲勞強度計算扭矩，N.m；dB.靜強度計算扭矩 Tjmax=[（210+6）/2] 18.6=2000 N.m3maxmax102?????????jjj FDT ?式中 為靜強度計算扭矩，N.m。axj2.2.3 卷筒筒壁及側(cè)板的計算1.卷筒筒厚鑄造卷筒壁厚的強度按照下式驗算, ??csenctFA?????其中 為多層卷繞系數(shù)按照 GB8918-2006 表 取 1.55nA2D為鋼絲繩軸向彎繞節(jié)距， =1.01d=1.01 12=12.12mmst st?為材料的許用應力，MPa，由于卷筒選取為鑄鐵材料，則??c?=160MPa；則 =1.55 16000/(12.12 160)=11.6，取為 12mm??csentFA????2.卷筒側(cè)板板厚計算黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁卷筒側(cè)板根部強度按照下式計算 ??21???????enzFB??式中 為側(cè)板根部厚度，mm；z?為綜合影響系數(shù)，從 JG/T5031-93 表 A3 中選取，取為 0.4615；nB為鑄造材料的許用應力；可按照下式計算??e?=ekb,式中 為鑄造材料的抗拉強度極限，MPa，取為 230MPa；,為安全系數(shù)，按卷揚機工作級別對鑄鐵取 =4j jk則 =230/4=57.5MPa；??jbek,??則 = =11.3 取為 12mm21???????enzFB?215.7604.???????2.3 原動機的選擇1. 選擇電動機的類型選擇電動機的類型主要根據(jù)工作機載荷特性，有無沖擊、過載情況、調(diào)速范圍、啟動制動的頻繁程度以及電網(wǎng)供電狀況等。對恒轉(zhuǎn)矩負載特性的機械，應選用機械特性為硬特性的電動機；對恒功率負載特性的機械，應選用變速直流電動機或帶機械變速的交流異步電動機。由于直流電動機需要直流電源，結(jié)構(gòu)負載，價格較高，因此當交流電動機能滿足工作機械要求時，一班不采用直流電動機?，F(xiàn)場一般采用三項交流電源，如無特殊要求均應采用三項交流電動機。其中，以三相異步電動機應用最多，常用的為 Y 系列三相異步電動機。此外，根據(jù)電動機的工作環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、濕度、通風及有無防塵防爆等特殊要求，選擇不同的防護性能的外殼結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動機與被驅(qū)動機械的連接形式，決定器安裝方式，一般采用臥式。2. 電動機功率的選擇黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁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。所需電動機功率為?wdp?式中 為工作機實際需要的電動機輸出功率，kw ； 為工作機需要的輸wp入功率，kw； 為電動機工作機之間傳動裝置的總效率。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，wpkw?10fvpw?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；nw 為工作機的轉(zhuǎn)速， ，r/m； 為工作機的效率。w?總效率 54321??為軸承的傳動效率， 、 為聯(lián)軸器的傳動效率， 為減速器的傳動1?34 5?效率， 為卷筒的傳動效率。2=0.99 0.96 0.99 0.99 0.96=0.89425431???=16000 0.5/（1000 0.8942）=8.95kw?0Fvpwd確定電動機的額定功率 （kw） ，使mp=（1-1.3） =（1-1.3） 8.95=8.95-11.635kwmpd?查《機械設計課程設計》表 19-4 取 =11kw，選取電動機型號為 160M-4mp功率為 11Kw,同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速為 =1460 r/min，軸徑 D 為1n42mm。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁2.4 減速器的選擇由卷筒的轉(zhuǎn)速為 v=29.5m/min=0.5m/s=0.5/0.105=4.76rad/srvw?則 =4.76 60/(2 3.14)=45.5r/min?2n?傳動比 i= =1460/45.5=32.1；1選擇型號為 ZQ40 的減速器，其中傳動比為 31.5.2.5 制動器、聯(lián)軸器的選擇按照制動器構(gòu)造特征，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。在設計或選擇制動器時，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標準制動器，還是自行設計的制動器都要做必要的發(fā)熱驗算。本設計采用磁鐵式制動器，型號：TJ2A-200/100聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇：計算轉(zhuǎn)矩按照下式計算：=caTKA?式中 T 為公稱轉(zhuǎn)矩，N.m；KA 為工作情況系數(shù)，查《機械設計》表 14-1取為 2.3公稱轉(zhuǎn)矩 =9.55 1000000 =9.55 1000000 11/1460=71.952N.m1?np?則 = KA =2.3 71.952=165.5N.mcaT選取型號為 LX4 和 LX6 彈性柱銷聯(lián)軸器。2.6 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(jié)構(gòu)設計和強度、剛度計算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，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。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁本設計以計算出的參數(shù)有：繩的額定拉力 ＝4000N，卷筒直徑rF210mm，鋼絲繩的直徑 12 mm，查機械傳動設計手冊，軸的材質(zhì)選擇0D?d?45 鋼，調(diào)制處理， MPa， MPa， MPa，650?B360S?130???MPa。??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，安裝一個聯(lián)軸器，一個卷筒，兩個支架。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(jié)構(gòu)的需要，各軸段的長度確定如下：=30mm， =120mm， =570mm， =70mm， =40mm， =30mm，1L23L45L6=50mm， =142mm。784. 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 16000NA. 求支反力：對稱布置，只受一個力，故=16000N/2=8000NBVAF?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁B. 求垂直平面的彎矩由于受到的彎矩為兩支架處支架 A 處的彎矩為 =8000 0.404=3232000N.mmAM?支架 B 處的彎矩為 =3232000 N.mmBC. 確定危險截面及校核其強度A 支架處截面的應力=44.33MPa31.0d??B 支架處截面的應力=44.33MPa3.M由于 =55MPa，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= =0.6 16000=9600NdFeK?式中 -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=maxjF?e其中 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（0.49-0.20）=1.166則 = =1.166 16000=18600maxjF?e?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁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。A．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 16000N=20000NajFe?B.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 16000N=17600NvdFe?則卷揚機強度按照靜載荷試驗拉力計算。C.許用應力和安全系數(shù)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[ ]= =355/1.5=236.67MPa?Ks式中[σ]為塑性材料的許用應力，MPa；σs 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 1.57.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。卷筒軸應力的性質(zhì)可認為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則 。彎曲2bmn??應力為＝26.6 Mpa 30.1dBbKM??平均應力 和應力幅 為ma＝13.3 Mpa ） 2bn??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??黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁＝0.78，等效系數(shù)小 ＝0.34。????疲勞強度計算的安全系數(shù)為＝7 1amSK????????一般軸疲勞強度安全系數(shù) ，所以該軸疲勞強度足夠。??.5~88.軸承的選擇選擇型號為 1218 的調(diào)心球軸承滾動軸承的壽命計算由下式可得通過計算得 =139589hhL該軸承符合要求。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁3 電氣與安全保護3.1 電源3.1.1 采用 380v，50Hz 的三項交流電源。3.1.2 電動機接線端處的電壓變化應不超過額定值的±10%。3.1.3 電路上應設電源總開關(guān)，要能方便的接通和切斷電源。3.1.4 移動電纜選用 YCW 型重型橡膠套電纜。3.2 電氣控制系統(tǒng)與操縱裝置3.2.1 電氣控制系統(tǒng)1.在額定電壓時鋼絲繩拉力能達到額定拉力的 110%2.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3.保證啟動和制動加減速度不超過 0.8m/s24.鋼絲繩被載荷曳引的放出速度不得大于額定速度的 130%3.2.2 操縱裝置操縱裝置應滿足以下要求：1. 必須設有停尸所有運動的急停按鈕，并能切斷總電源2. 按鈕應能點動6.3 配電箱3.3.1 配電箱的結(jié)構(gòu)應能滿足卷揚機工作環(huán)境的要求：1.防跌落物2.防雨、防塵3.配電箱箱門應設鎖閉裝置3.3.2 配電箱內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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。3.3.3 配電箱的金屬殼體必須有接地螺釘，且不小于 M8，并有明顯的接地標志。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁3.4 電氣安全保護3.4.1 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(guān)過載保護用熱繼電器3.4.2 電壓指示應有欠壓和失壓保護以及缺斷相保護3.4.3 必須在操縱人員方便的地方設置緊急情況下可以迅速切斷總電源的緊急開關(guān)3.4.4 接地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. 接地導線用銅導線黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁設計總結(jié)通過這次畢業(yè)設計我深刻的體會到：畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前沒有發(fā)現(xiàn)的知識方面的問題，在畢業(yè)設計中都冒出來了。通過這次畢業(yè)設計，我們才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。通過這次畢業(yè)設計我也明顯的感覺到受到了很多周圍同學的幫助，同學之間相互探討，相互幫助，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在畢業(yè)設計過程中感到的確覺得困難比較多，總有“行百里者半九十”的感覺。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁致謝我要感謝，非常感謝我的導師康紅偉老師。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業(yè)標準” 嚴格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，康老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是康老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝康老師。 我要感謝，非常感謝我的同學們。他們?yōu)槲姨峁┝藢懽髡撐牡闹匾ぞ摺娔X。甚至為了讓我方便進出他們的寢室專門為我配備了一把鑰匙，而且四臺電腦的密碼也都一一告知于我，任我選用，讓很非常感動。對學弟們的支持和幫助表示萬分感謝。 我要感謝，非常感謝自己。在論文的寫作過程中，自己總是積極主動的，主動與老師同學們溝通，不恥下問。通過寫作論文，我更加深刻理解了“態(tài)度決定一切”這句話。 我要感謝，非常感謝工學院機械系的那些人，那些事，那些記憶。 最后，我要感謝，非常感謝四年的大學生活，感謝我的家人和那些永遠也不能忘記的朋友，他們的支持與情感，是我永遠的財富。 謝謝！謝謝！黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 23 頁參考文獻[1]齒輪手冊編委會 齒輪手冊（第二版）北京：機械工業(yè)出版社，2004[2]羅伯特 機械設計中的機械零件（第三版）北京：機械工業(yè)出版社，2004[3]徐灝 疲勞強度設計 北京：機械工業(yè)出版社 1985[4]徐灝 機械設計手冊（第一版） 北京：機械工業(yè)出版社 1992[5]陸玉 何再洲 佟延偉 機械設計課程設計 北京：機械工業(yè)出版社 2000[6]機械設計手冊編委會 機械設計手冊 北京：機械工業(yè)出版社 2007[7]陳裕成 建筑機械與設備 北京：北京理工大學出版社 2009[8]蒲良貴 紀名剛 機械設計 北京：高等教育出版社 2006[9]孔慶華 母福生劉傳紹 極限配合與測量技術(shù)基礎 上海：同濟大學出版社2008[10]張順心 工程圖學基礎 北京：機械工業(yè)出版社 2007[11]Manually operated windlass mechanism for portable elevators application filed apr.19.1913[12]Automatic braking arrangement for a windlass Jan van Gennep,715 Laurel Ave, Menlo Park, Calif.94025 Mar.20,1975[13]AUTOMATIC INHAUL WINCH SYSTEM William C.Lane,Dallas,Tex Otis Engineering Corporation,Dallas,Tex.Aug.18.1987[本文由勵志天下 http://www.shszc.com 整理發(fā)布,版權(quán)歸原作者所