1849_2.0型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)

1849_2.0型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì),_2,卷揚(yáng)機(jī),設(shè)計(jì) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 1 頁2．0 型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是一種建筑起重機(jī)械，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)，由機(jī) 械 動(dòng)力 驅(qū) 動(dòng) 卷 筒 、 卷 繞 繩 索 來 完 成 牽 引 工 作 的 裝 置 。 本 設(shè) 計(jì) 采 用 了 新 型 的 制 動(dòng)電 機(jī) ， 節(jié) 省 了 制 動(dòng) 器 ， 使 得 結(jié) 構(gòu) 更 加 緊 湊 。 其 主 要 結(jié) 構(gòu) 組 成 還 有 ， 減 速 、 聯(lián)軸 器 、 卷 筒 等 。動(dòng) 力 傳 動(dòng) 部 分 主 要 有 傳 動(dòng) 方 案 的 設(shè) 計(jì) 、 原 始 數(shù) 據(jù) 的 計(jì) 算 、 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 、減 速 器 的 選 擇 、 動(dòng) 力 方 案 的 選 擇 和 強(qiáng) 度 校 核 。 其 中 主 要 是 傳 動(dòng) 方 案 的 設(shè) 計(jì) 和卷 筒 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 。 本 設(shè) 計(jì) 的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的、電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器、聯(lián)軸器設(shè)計(jì)與選取。其中卷筒結(jié)構(gòu)、卷筒軸、卷筒轂的設(shè)計(jì)與校核最為主要，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)做了介紹，其余部分有得只是略作分析。關(guān)鍵詞：卷揚(yáng)機(jī)，制動(dòng)電機(jī)，聯(lián)軸器，卷筒黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 2 頁The design of 2.0 construction winchesAuthor :wang yankunTutor: kang hongweiAbstractThe design is called construction winches, which is used to lift materials, to install the operation equipments .It is driven by mechanical power motor and by the winding rope device to complete the work. This design uses a new type of brake motor so as to save the brake, so the structure becomes more compact. The rest of the machine are reducer, coupling, reel and so on.The part of power transmission includes the design of the transmission, the calculation of initial data, the selection of motor reducer and power options .In the end it is strength check. This design of hoist starts from the wire rope, and next then turn on the winch reel, reel spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley reel machine-oriented design . The key is the structure design of the winch reel. The analysis of the rest are relatively simple. Key words: winch, motor, coupling,reel黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 3 頁目錄1 緒論 ..............................................................51.1 課題背景及目的 ................................................51.2 現(xiàn)代卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................52 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) ....................................................72.1 方案的初步設(shè)計(jì) ................................................72.2 方案的比較與方案的選擇 ........................................93 原始數(shù)據(jù)的計(jì)算 ...................................................104 電動(dòng)機(jī)的選擇 .....................................................104.1 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)該綜合考慮的問題 ................................104.2 電動(dòng)機(jī)選擇順序 ...............................................114.3 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 ............................................114.4 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 .............................................134.5 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 ............................................134.6 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算 .............................................145 減速器的選擇 .....................................................155.1 減速器類型的選擇 ............................................155.2 減速器型號(hào)的選擇 ............................................166 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................176.1 聯(lián)軸器的種類 ................................................176.2 聯(lián)軸器傳遞的扭矩計(jì)算及選擇 ...................................177 零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................187.1 卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別與類別 .........................................187.1.1 卷揚(yáng)機(jī)利用等級(jí) ............................................187.1.2 卷揚(yáng)機(jī)的載荷狀態(tài) ..........................................187.2 鋼絲繩的選取 .................................................207.2.1 鋼絲繩的種類和構(gòu)造 .......................................207.2.2 鋼絲繩直徑的計(jì)算 ..........................................217.2.3 鋼絲繩使用注意的事項(xiàng) ......................................227.2.4 卷筒參數(shù)的設(shè)計(jì) ............................................237.2.5 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................247.2.6 卷筒強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn) .......................................257.3 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................267.3.1 卷筒軸的固定方式及受力分析 ................................267.3.2 卷筒軸的設(shè)計(jì) .............................................277.3.3 軸的校核 ..................................................287.4 主要計(jì)算拉力 .................................................298 軸承的選擇與校核 .................................................30黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁9 卷揚(yáng)機(jī)的安裝及安裝調(diào)試 ...........................................309.1 卷揚(yáng)機(jī)的安裝 ..................................................309.2 卷揚(yáng)機(jī)調(diào)試 ....................................................3010 使用與操作 ......................................................3111 安全保護(hù) ........................................................3111.1 電氣安全保護(hù) .................................................3111.2 操作安全事項(xiàng) .................................................32結(jié)論 ...............................................................33致謝 ...............................................................34參考文獻(xiàn) ...........................................................35黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 5 頁1 緒論1.1 課題背景及目的隨著我國城市化不斷向前發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)的火爆，對(duì)建筑機(jī)械行業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇。但是問題也隨之產(chǎn)生，怎樣保證建筑機(jī)械的安全性稱為眾多建筑機(jī)械公司的考慮的首要因素。其次為保護(hù)人類十分寶貴且有限的地球資源，實(shí)現(xiàn)全球的可持續(xù)發(fā)展，提高操作人員的安全性和工作舒適性，努力達(dá)到人與環(huán)境的親和，很有必要按照現(xiàn)代的創(chuàng)新理念的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品。卷揚(yáng)機(jī)是建筑工地上最常見、最普通的一種施工機(jī)械，也稱絞車。可以單獨(dú)使用，也可以作為起重機(jī)的組成部分，卷揚(yáng)機(jī)主要以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，經(jīng)過減速裝置后，驅(qū)動(dòng)卷筒牽引鋼絲繩，以實(shí)現(xiàn)重物的垂直與水平運(yùn)輸。卷揚(yáng)機(jī)分為手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)和電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)兩種?，F(xiàn)在以電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)為主。電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動(dòng)器、減速器和卷筒組成，共同安裝在機(jī)架上。對(duì)于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調(diào)速性能好，能令空鉤快速下降。電 動(dòng) 絞 車 廣 泛 用 于 工 作 繁 重 和 所 需 牽 引 力 較 大 的 場(chǎng) 所 。 單 卷 筒 電 動(dòng) 絞 車的 電 動(dòng) 機(jī) 經(jīng) 減 速 機(jī) 帶 動(dòng) 卷 筒 ， 電 動(dòng) 機(jī) 與 減 速 器 輸 入 軸 之 間 裝 有 制 動(dòng) 器 。 為適 應(yīng) 提 升 、 牽 引 和 回 轉(zhuǎn) 等 作 業(yè) 的 需 要 ， 還 有 雙 卷 筒 和 多 卷 筒 裝 置 的 絞 車 。 一般 額 定 載 荷 低 于 10T 的 絞 車 可 以 設(shè) 計(jì) 成 電 動(dòng) 絞 車 。本 設(shè) 計(jì) 主 要 考 慮 到 其 較 高 的 安 全 性 及 其 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 性 ， 采 用 目 前 比 較 先 進(jìn)的 電 動(dòng) 機(jī) 即 ： 制 動(dòng) 電 機(jī) ， 配 有 AZM 交 流 電 磁 制 動(dòng) 器 。 目 前 國 內(nèi) 已 有 先 進(jìn) 的制 造 技 術(shù) 。 隨 著 變 頻 器 技 術(shù) 的 成 熟 和 制 動(dòng) 電 機(jī) 的 普 及 ， 卷 揚(yáng) 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 越 來 越變 的 人 性 化 和 環(huán) 保 化 。1.2 現(xiàn)代卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀提升重物是卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)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(yáng)機(jī)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(yīng)用卷揚(yáng)機(jī)，汽車吊雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎?，而不能在工程黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 6 頁中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚(yáng)機(jī)承擔(dān)的。卷揚(yáng)機(jī)除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用。下面是卷揚(yáng)機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì):（1）大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和機(jī)械構(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 60 t 卷揚(yáng)機(jī)，日本生產(chǎn)了 32 t、50 t、60 t 液壓和氣動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，美國生產(chǎn)了 136 t 和 270 t 卷揚(yáng)機(jī)。 （2） 采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的自動(dòng)控制和遙控，國外廣泛采用了先進(jìn)的電子技術(shù)。對(duì)大型卷揚(yáng)機(jī)安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對(duì)安全可靠。（3） 發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為提高機(jī)械化水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚(yáng)機(jī)，如以汽車蓄電池為動(dòng)力的直流電動(dòng)小型卷揚(yáng)機(jī)，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(dòng)力源裝置的卷揚(yáng)機(jī) 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機(jī)動(dòng)力的卷揚(yáng)機(jī)。此種卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有一個(gè)卷筒和一個(gè)變速箱即可。進(jìn)入新世紀(jì)以來，各行各業(yè)都有飛速發(fā)展，近些年數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)和數(shù)控技術(shù)日趨成熟，使得機(jī)械制造的效率提高、成本降低，這些都將推動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)工業(yè)的發(fā)展。提升重物是卷揚(yáng)機(jī)的一種主要功能，所以各類卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)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(yáng)機(jī)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(yīng)用卷揚(yáng)機(jī)，汽車吊 雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎?，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚(yáng)機(jī)承擔(dān)的。卷揚(yáng)機(jī)除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用，還可作現(xiàn)代化電控自動(dòng)作業(yè)線的配套設(shè)備。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 7 頁2 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)機(jī)械通常是有原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作機(jī)和控制裝置組成。傳動(dòng)系統(tǒng)介于機(jī)械中原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間，主要用來講原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工作機(jī)，并協(xié)調(diào)二者之間的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師機(jī)械設(shè)計(jì)工作的一個(gè)重要組成部分，是最具有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。傳動(dòng)方案的優(yōu)劣，對(duì)機(jī)械的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸、重量、制造成本、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等均有一定程度的影響。任何機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案都不是唯一的，在相同的條件下，可以有不同的傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案，最后確定的應(yīng)是其中的最佳方案。2.1 方案的初步設(shè)計(jì)根據(jù)參考各種資料和目前的卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的任務(wù)，目的和要求，首先擬定以下三個(gè)方案：采用開式齒輪傳動(dòng)，通過齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，另一方案是采用齒輪接盤來傳遞轉(zhuǎn)矩，此方案可以補(bǔ)償安裝誤差。傳動(dòng)方案 1：減速器采用展開式二級(jí)閉式齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在滿足中心距的條件下，由于齒輪和軸的減少，傳動(dòng)效率較高，但齒輪直徑大，加工精度不高，而且噪聲較大，大齒輪在經(jīng)濟(jì)方面不理想，加工起來又比較困難，減速箱的體積比較大，不利于安裝。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-1 所示：輸出軸輸入軸 中間軸324567圖 2-1 傳動(dòng)方案一黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 8 頁1.電動(dòng)機(jī) 2、聯(lián)軸器 3、制動(dòng)器 4、減速器 5、絞筒 6、軸承 7、開式齒輪傳動(dòng)方案 2：減速器采用展開式三級(jí)閉式齒輪傳動(dòng)，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、容易制造、使用壽命較長(zhǎng)、維護(hù)方便，裝拆容易，工作可靠。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形與軸在彎矩下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地相互抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象在滿足中心距的條件下，傳動(dòng)的齒輪的直徑可以取小，這樣可以使傳動(dòng)的傳動(dòng)比較精確可靠，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，而且滑移齒輪操作方便不費(fèi)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-2 所示 : 中間軸輸入軸 中間軸1324 576輸出軸圖 2-2 傳動(dòng)方案二1—高速齒輪 2—軸承 3—齒輪 4—齒輪 5—軸承 6—齒輪 7—軸承 8—軸承 9—軸承 10—輸出齒輪 11—齒輪 12—軸承 13—軸承 14—軸承 2傳動(dòng)方案 3：減速器與卷筒采用齒輪接盤的形式：黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 9 頁圖 2-3 齒輪接盤式傳動(dòng)2.2 方案的比較與方案的選擇方案一 首先，雖然能夠完成工作機(jī)的性能要求，適合工況條件及工作可靠且電動(dòng)機(jī)價(jià)格低，但其轉(zhuǎn)速較大，致使減速裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，其次齒輪傳動(dòng)要求制造安裝精度較高，并且大的中心距會(huì)使其尺寸過大，從而使成本增加。合理的傳動(dòng)方案，除了應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求、適合工況條件及工作可靠外，還應(yīng)使傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、效率高激便于維修和使用等。方案三采用制動(dòng)電機(jī)，減少了制動(dòng)器的安裝，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)顯得十分緊湊，既滿足了制動(dòng)要求，又便于使用與維修，電動(dòng)機(jī)與減速器用彈性套裝銷聯(lián)軸器相連，可以補(bǔ)償安裝誤差，又有一定的緩沖和減震能力，此方案的卷揚(yáng)機(jī)的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結(jié)構(gòu)型式，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內(nèi)腔軸承座中，低速軸的外緣制成外齒輪，它與固定在卷筒上的帶內(nèi)齒輪的接盤相嚙合，形成一個(gè)齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補(bǔ)償一定的安裝誤差。在齒輪聯(lián)軸器外側(cè)，即靠近減速器的一側(cè)裝有剖分式密封蓋，以防止聯(lián)軸器內(nèi)的潤滑油流出來和外面的灰塵進(jìn)入。這種連接型式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補(bǔ)償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差是優(yōu)先考慮的方案。 、綜合其經(jīng)濟(jì)性，考慮其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等各方面的因素，采用方案三.黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 10 頁3 原始數(shù)據(jù)的計(jì)算本設(shè)計(jì)是 2.0 型卷揚(yáng)機(jī)，其主要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有：額定載荷 20KN額定速度 36m/min 卷筒容繩量 190m 卷筒尺寸 250mm由此得出：卷筒的轉(zhuǎn)速 n=46r/min工作機(jī)的輸出功率 P=Fv×1000／60=20 ×36×1000／60=12kw4 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)是通用機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛的原動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)依據(jù)所選電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)的負(fù)載特性相匹配的原則來確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。目前，建筑設(shè)備常用的電動(dòng)機(jī)主要分兩類：一類是驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一類是制動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是機(jī)械設(shè)備的主要?jiǎng)恿υ?，包括各種類型的交、直流電動(dòng)機(jī)。其中交流異步電動(dòng)機(jī)較之其它類型的電動(dòng)機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。4.1 選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)該綜合考慮的問題根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)的類型。（1） 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)的功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取 0.8-0.9。過大的備有功率會(huì)使電機(jī)效率降低，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 11 頁驗(yàn)強(qiáng)度的生產(chǎn)機(jī)械造價(jià)提高。（2） 根據(jù)使用場(chǎng)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(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。（3） 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因數(shù)的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。（4） 根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)過渡過程性能的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。除此之外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)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(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過程中前后電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。4.2 電動(dòng)機(jī)選擇順序選擇電動(dòng)機(jī)的順序，一般由有下圖表示： 通 過 不 通 過合 理不 合 理滿 足不 滿 足適 應(yīng) 不 可 以 可 以 可 以 不 可 以 否能負(fù) 荷 率 過 低 不 通 過 重 選 電 動(dòng) 機(jī) 功 率改 變 半 速 比 或 選 用轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 　 （ 或 飛輪 矩 ^2） 小 的 電動(dòng) 機(jī) 加 速 轉(zhuǎn) 矩滿 足 加 速 度 要 求 下 能否 加 速 轉(zhuǎn) 矩電 動(dòng) 機(jī) 機(jī) 械 特 性 與 負(fù)載 特 性 對(duì) 比 決 定發(fā) 熱 校 驗(yàn)功 率 數(shù) 或 改 用％ 小 電 動(dòng)機(jī) 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 、 過 載 倍 數(shù) 、加 速 轉(zhuǎn) 矩 校 驗(yàn)根 據(jù) 負(fù) 載 轉(zhuǎn) 矩 、 調(diào) 速 范 圍 、啟 動(dòng) 頻 繁 程 度 、 初 選 電 動(dòng)機(jī) 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(jì) 性 （ 價(jià) 格 、 運(yùn) 行 費(fèi)、 維 修 費(fèi) ） 合 理 與 否圖 4-1 電動(dòng)機(jī)的選擇順序4.3 電動(dòng)機(jī)類型的選擇根據(jù)負(fù)載類型：恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性的機(jī)械，選用機(jī)械特性為硬特性的電動(dòng)機(jī)較適宜；恒功率負(fù)載特性的機(jī)械，選用調(diào)勵(lì)磁的變速直流電動(dòng)機(jī)或帶黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁有機(jī)械變速的交流異步電動(dòng)機(jī)；負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)無特殊要求的長(zhǎng)期運(yùn)行的機(jī)械，小功率的選用普通籠型電動(dòng)機(jī)，大功率的采用同步電動(dòng)機(jī)；帶周期性變動(dòng)負(fù)載的機(jī)械或啟動(dòng)條件沉重時(shí)大中功率的采用繞線型電動(dòng)機(jī)，小功率，經(jīng)過載能力及啟動(dòng)條件校驗(yàn)通過的采用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，單純因啟動(dòng)條件沉重的機(jī)械，經(jīng)啟動(dòng)條件校驗(yàn)通過的采用雙籠型或深槽型電動(dòng)機(jī)，如啟動(dòng)校驗(yàn)通不過或啟動(dòng)時(shí)電網(wǎng)壓降過大時(shí)，采用繞線型電動(dòng)機(jī)；某些斷續(xù)運(yùn)行的機(jī)械雖無調(diào)速要求，但采用交流電動(dòng)機(jī)在發(fā)熱、氣動(dòng)、制動(dòng)特性等方面不能滿足要求的或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)過低時(shí)，采用直流電動(dòng)機(jī)；只要求集中轉(zhuǎn)速的小功率機(jī)械，采用變換定子極數(shù)的多速籠型電動(dòng)機(jī)；對(duì)調(diào)速平滑程度要求不高，且調(diào)速比不大時(shí)，采用繞線型電動(dòng)機(jī)或電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)；調(diào)速范圍在 1：3 以上需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的機(jī)械，采用直流電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械，采用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)；某些特殊場(chǎng)所（如要求防爆）由徐平滑調(diào)速時(shí)，采用由變頻電源供電的籠型電動(dòng)機(jī)；某些要求調(diào)速范圍不大的大功率機(jī)械以及無頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)要求和無沖擊負(fù)載的機(jī)械，采用帶有串級(jí)調(diào)速裝置的繞線型電動(dòng)機(jī)，這樣可使電能回饋電網(wǎng)，提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；要求調(diào)速范圍很大，且具有恒功率負(fù)載特性的機(jī)械，采用機(jī)械電器聯(lián)合調(diào)速型式，可節(jié)省電動(dòng)機(jī)裝機(jī)容量。按環(huán)境條件選擇電動(dòng)機(jī)的類型：正常環(huán)境條件，一般防護(hù)型，可選各類普通型電動(dòng)機(jī)；、濕熱帶或潮濕場(chǎng)所，濕熱帶型，可選濕熱帶電動(dòng)機(jī)和普通型電動(dòng)機(jī)加強(qiáng)防潮處理；干熱帶或高溫車間，干熱帶型，可選干熱帶型電動(dòng)機(jī)和采用高溫升等級(jí)絕緣材料的電動(dòng)機(jī)或外加電動(dòng)機(jī)管道通風(fēng)。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選新型的制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)即：YEJ 系列電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī) 其是 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)的派生系列產(chǎn)品，是在 Y 系列電動(dòng)機(jī)的后端附加同軸的電磁制動(dòng)器而成。其功率等級(jí)、安裝尺寸等與 Y 系列相同。目前，電磁制動(dòng)器有關(guān)交流和直流兩種形式。本系列電機(jī)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(dòng)、準(zhǔn)確定位、往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)、防止滑行等要求的各種機(jī)械中作主傳動(dòng)或輔傳動(dòng)，如升降機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、食品機(jī)械、木工機(jī)械、減速機(jī)械、冶金機(jī)械等。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的所需的功率選用型號(hào)為 YEJ200L-8 額定轉(zhuǎn)速為730r/min。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 13 頁本系列電動(dòng)機(jī)部分產(chǎn)品已通過 CCC 中國國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證，獲得了 CCC認(rèn)證證書。結(jié)構(gòu)說明：電動(dòng)機(jī)主體防護(hù)等級(jí)為 IP44，制動(dòng)器部分為 IP23；電動(dòng)機(jī)冷卻方式為 IC411（自扇冷式）；電動(dòng)機(jī)絕緣等級(jí)為 B 級(jí)；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 25℃時(shí)，月平均最高相對(duì)溫度為 90%。4.4 電動(dòng)機(jī)功率的選擇標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的功率由額定功率表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)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(dòng)機(jī)長(zhǎng)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(fèi)。電動(dòng)機(jī)的功率主要由運(yùn)行時(shí)發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長(zhǎng)期連續(xù)的機(jī)械，只要其電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過熱，通常不必校驗(yàn)發(fā)熱和起動(dòng)力矩。4.5 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定的。在確定電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，必須考慮機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)全面比較才能確定。通常，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于 500r/min，因?yàn)楫?dāng)功率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價(jià)格愈貴，而且效率也較低，如選用高速電動(dòng)機(jī)，勢(shì)必加大機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，致使機(jī)械傳動(dòng)部分復(fù)雜起來。對(duì)于一些不需調(diào)速的高，中機(jī)械，如水泵、鼓風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等，可選用相應(yīng)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)不經(jīng)機(jī)械減速機(jī)構(gòu)直接傳動(dòng)。需要調(diào)速的機(jī)械，電動(dòng)機(jī)額最高轉(zhuǎn)速應(yīng)與生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。若采用改變勵(lì)磁的直流變速電動(dòng)機(jī)時(shí)，為充分利用電動(dòng)機(jī)容量，應(yīng)選好調(diào)磁調(diào)速的基速。又如某些軋鋼機(jī)械、提升機(jī)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(shí)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(dāng)?shù)牡退匐妱?dòng)機(jī)，采用無減速機(jī)的直接傳動(dòng)較為合理。要求快速頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的機(jī)械，通常是電動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速的黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 14 頁平方之積為最小時(shí)，能獲得起制動(dòng)最快的效果。在空載情況下起制動(dòng)時(shí)，為達(dá)到快速的目的，按下式考慮最為合理： 22DNmJn?所謂最佳傳動(dòng)比為： ji?電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，DJ— 2kgA生產(chǎn)機(jī)械在機(jī)械軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，m 2km生產(chǎn)機(jī)械軸轉(zhuǎn)速，n— /inr電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，Nm4.6 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，首先根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載功率初選電動(dòng)機(jī)功率，在校核初選電動(dòng)機(jī)的過載能力、啟動(dòng)能力和發(fā)熱。首先算出生產(chǎn)機(jī)械靜阻負(fù)載圖 T=f(t)或 P=f(t)，然后根據(jù)本表公式出步計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率，根據(jù)計(jì)算功率并考慮一定余量再初選電動(dòng)機(jī)的功率，隨著調(diào)速范圍和啟動(dòng)頻繁程度的提高，余量系數(shù)也應(yīng)隨之加大。為了驗(yàn)算出電動(dòng)機(jī)是否合適，需要根據(jù)負(fù)載狀態(tài)、生產(chǎn)機(jī)械的工藝參數(shù)和初選電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，根據(jù)本表公式計(jì)算電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和加減速時(shí)間，繪制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖或功率負(fù)載圖（略） 。電動(dòng)機(jī)的功率主要由運(yùn)行時(shí)發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長(zhǎng)期連續(xù)的機(jī)械，只要其電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過熱，通常不必校驗(yàn)發(fā)熱和起動(dòng)力矩。所需電動(dòng)機(jī)功率為 ?wdp?式中 為工作機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率，kw ； 為工作機(jī)需要的輸dp wp入功率，kw； 為電動(dòng)機(jī)工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。?工作機(jī)所需功率 應(yīng)由機(jī)器工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算求得，w?10fvpw?黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁式中 f 為工作機(jī)的阻力，N；v 為工作機(jī)的線速度，m/s；T 為工作機(jī)的阻力矩，N.m；nw 為工作機(jī)的轉(zhuǎn)速， ，r/m； 為工作機(jī)的效率。w?總效率 4321??為減速器的傳動(dòng)效率， 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率， 為卷筒的傳動(dòng)效率。1?23 4=0.96 0.99 0.99 0.95=0.89432?=20000 0.6/（1000 0.89）=13.49kw?10Fvpwd??確定電動(dòng)機(jī)的額定功率 （kw） ，使mp=（1-1.3） =（1-1.3） 8.95=13.49-17.5kwmpd綜合以上分析，本設(shè)計(jì)采用 YEJ200L-8 制動(dòng)電機(jī)，額定功率 15Kw，額定轉(zhuǎn)速 730r/min.5 減速器的選擇減速裝置是一般機(jī)械中不可缺少的，是低速機(jī)械部分不可缺少的一部分，減速器的選擇主要在是滿足減速比的要求外，盡量追求經(jīng)濟(jì)、效益、工作可靠等方面的協(xié)調(diào)。5.1 減速器類型的選擇減速器的類型很多。常用減速器有以下分類、型式及其應(yīng)用范圍。圓柱齒輪減速器：?jiǎn)渭?jí)的傳動(dòng)比 i≤8-10,其輪齒可制成直齒、斜齒和人字齒，傳動(dòng)軸線平行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度容易保證，應(yīng)用較廣，直齒一般用在圓周速度 v≤8m/s，輕負(fù)荷場(chǎng)合，斜齒、人字齒，用在圓周速度 v=25-50m/s、重負(fù)荷場(chǎng)合，但也用于重載低速；兩級(jí)的有展開式、分流式、同軸線式和同軸分流式之分，其中，展開式是兩級(jí)減速其中最簡(jiǎn)單的一種，齒輪相對(duì)于軸承位不對(duì)稱，當(dāng)軸產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，載荷在齒寬上分布不均勻，因此，軸應(yīng)設(shè)計(jì)的具有較大的剛度，并盡量使高速級(jí)齒輪遠(yuǎn)離輸入端，高速級(jí)可制成斜齒，低速級(jí)可黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 16 頁制成直齒，相對(duì)于分流式講，用于載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合；分流式與展開式相比，齒輪與軸承對(duì)稱布置，因此載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載亦平均分配，中間軸危險(xiǎn)截面上的扭矩相當(dāng)于軸所傳遞扭矩之半，高速級(jí)采用人字齒，低速級(jí)可制成人字齒或直齒，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用于變載荷場(chǎng)合；同軸線式箱體長(zhǎng)度較小，當(dāng)速比分配適當(dāng)時(shí)，兩對(duì)齒輪浸入油中深度大致相同，但減速器軸向尺寸和重量較大，高速級(jí)齒輪的承載能力充分利用，中間軸承潤滑困難，中間軸較長(zhǎng)，剛性差，載荷沿齒寬分布不均，由于兩伸出軸在同一軸線上在很多場(chǎng)合能使設(shè)備布置更為方便；同軸分流式嚙合輪齒僅傳遞全部載荷的一半，輸入和輸出軸只受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸徑尺寸可縮??；圓錐、圓錐-圓柱齒輪減速器也有單級(jí)、兩級(jí)和三級(jí)之分。單級(jí)的輪齒可制成直齒、斜齒、螺旋齒，兩軸線垂直相交或成一定角度，制造安裝較復(fù)雜，成本高，所以僅在設(shè)備布置上必要時(shí)應(yīng)用；兩級(jí)圓錐-圓柱齒輪減速器同單級(jí)的相同，圓錐齒輪應(yīng)在高速級(jí)，使齒輪尺寸不至于太大，否則加工困難；蝸輪、 ；齒輪-蝸輪減速器，有單級(jí)兩級(jí)之分。單級(jí)又有三種形式：蝸桿下置式就是蝸桿在渦輪下面，嚙合出冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便，但當(dāng)蝸桿圓周速度太大時(shí)，攪油損耗較大，一般用于蝸桿圓周速度小于 5 米每秒的情況下。蝸桿上置式裝卸方便，蝸桿的圓周速度可高些，而且金屬屑等雜物掉入嚙合處機(jī)會(huì)少；兩級(jí)的蝸輪-蝸輪的傳動(dòng)比大，可達(dá)到 43-3600，結(jié)構(gòu)緊湊，但效率較低，為使高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)浸入油中深度大致相等，應(yīng)使高速級(jí)中心距為低速級(jí)中心距的一半左右。齒輪-蝸輪有齒輪傳動(dòng)在高速級(jí)和蝸輪傳動(dòng)在高速級(jí)兩種型式，前者結(jié)構(gòu)緊湊，后者效率高。ZL 型漸開線直齒圓柱齒輪減速器，主要用于礦山、冶金、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備，高速軸最高轉(zhuǎn)速不超過 1500 轉(zhuǎn)/分，工作環(huán)境溫度為-40 到 45 攝氏度，可正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。目前此減速器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。由以上比較，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求和工況等條件，本設(shè)計(jì)選擇二級(jí)圓柱齒輪減速器。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 17 頁5.2 減速器型號(hào)的選擇由卷筒的轉(zhuǎn)速為 v=36m/min=0.6m/s=0.6/0.125=4.8rad/srvw?則 =4.8 60/(2 3.14)=4.6r/min?2n?傳動(dòng)比 i= =730/46=15.8；1選擇型號(hào)為 ZL75 的減速器，其中傳動(dòng)比為 16.6 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器主要用于連接兩軸以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器具有補(bǔ)償因制造和安裝誤差而引起的兩軸線偏移的功能，有些類型的聯(lián)軸器還具有吸振、緩沖等功能。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)軸器的選擇，首先應(yīng)根據(jù)工作條件和使用要求選擇聯(lián)軸器的類型，然后根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩、被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速和直徑確定其結(jié)構(gòu)尺寸，并按標(biāo)準(zhǔn)選定聯(lián)軸器的型號(hào)。中小型減速器的輸入軸和輸出軸均可選用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)是裝拆方便，并能吸振緩沖。減速器輸入軸可選用 TL 型彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB4323-84） ；減速器的輸出軸可選用 HL 型柱銷聯(lián)軸器（GB5014-85） 。對(duì)于傳遞轉(zhuǎn)矩大的且兩軸間有較大軸線偏移的，由于軸的轉(zhuǎn)距相對(duì)較大，因此選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。6.1 聯(lián)軸器的種類聯(lián)軸器的種類很多，常用的有：凸緣聯(lián)軸器，鼓型齒式聯(lián)軸器，滾子鏈聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，輪胎式聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，蛇形彈簧聯(lián)軸器等多種型號(hào)。根據(jù)工作條件和使用要求，以及各類聯(lián)軸器的性能和應(yīng)用本設(shè)計(jì)采用彈性套裝銷聯(lián)軸器。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁6.2 聯(lián)軸器傳遞的扭矩計(jì)算及選擇聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇：計(jì)算轉(zhuǎn)矩按照下式計(jì)算：=caTKA?式中 T 為公稱轉(zhuǎn)矩，N.m；KA 為工作情況系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 14-1取為 2.3公稱轉(zhuǎn)矩 =9.55 1000000 =9.55 1000000 12/730=160N.m1?np?則 = KA =2.3 160=368N.mcaT因此選取型號(hào)為 LT8 彈性套柱銷聯(lián)軸器。公稱轉(zhuǎn)矩 710N.m,許用轉(zhuǎn)速 3000r/min.7 零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算7.1 卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別與類別為了合理設(shè)計(jì)、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚(yáng)機(jī)根據(jù)利用等級(jí)與載荷狀態(tài)劃分為：A ，A ， A ，A ，A ， A ，A ，A ，八個(gè)工作級(jí)別。123456787.1.1 卷揚(yáng)機(jī)利用等級(jí)利用等級(jí)是表示卷揚(yáng)機(jī)使用的頻繁程度，以其在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)應(yīng)總工作循環(huán)次數(shù) N 表征。而一個(gè)工作循環(huán)是指從一個(gè)載荷準(zhǔn)備提拉時(shí)開始到下一個(gè)載荷t準(zhǔn)備提拉時(shí)為止的全過程。卷揚(yáng)機(jī)的壽命一般不少于 5 年，在這個(gè)期間內(nèi)依據(jù)工作頻繁程度的不同，總工作循環(huán) N 可分為 8 個(gè)利用等級(jí)，見表 7-1 根據(jù)本次設(shè)t計(jì)的建筑卷揚(yáng)機(jī)的使用情況確定利用等級(jí)為 U5。7.1.2 卷揚(yáng)機(jī)的載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)表示建筑卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承受拉力作用地輕重與頻繁程度，它與整個(gè)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁使用壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受地拉力 F 與額定拉力 F 之比（F / F ）和鋼絲i eie繩每次承受拉力 F 作用下地工作循環(huán)次數(shù) n 與總工作循環(huán)次數(shù) N 之比i i t（n /N ）有關(guān)。it載荷譜系數(shù) K 可用下式計(jì)算：K ＝∑ f f ????????????meitiFN式中 K ——載荷譜系數(shù)；fn ——在鋼絲繩拉力 F 作用下的工作循環(huán)次數(shù)，i in ＝n ，n ···n ；i12N ——總的工作循環(huán)次數(shù)，N ＝∑n ＝n ＋ n ＋··· n ；t ti12F ——鋼絲繩承受的第 i 個(gè)拉力，F(xiàn) ＝ F ，F(xiàn) ，··· F （N） ；i iF ——鋼絲繩承受的額定拉力（N） ；e在本設(shè)計(jì)中選擇中等載荷，工作級(jí)別為 M5，總工作時(shí)間為 6400 小時(shí)。表 7-1 卷揚(yáng)機(jī)利用等級(jí)利用等級(jí) 總工作循環(huán)數(shù) Nt 說明U0 1.6×104U1 3.2×10U 2 6.3×104U3 1.25×105不經(jīng)常使用U4 2.5×10 經(jīng)常地輕閑地使用U 5 5×105經(jīng)常地中等使用U6 1×106有時(shí)頻繁地使用U7 2×10 頻繁地使用黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 20 頁。載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù) Kp當(dāng)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(shí)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(shí)承受額定拉力時(shí)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(shí)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(shí)使用表 7-2 載荷狀態(tài)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 21 頁7.2 鋼絲繩的選取卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時(shí)鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對(duì)外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重，因此，應(yīng)特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。7.2.1 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(diǎn)接觸鋼絲繩 點(diǎn)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(diǎn)接觸。其特點(diǎn)是接觸應(yīng)力高．表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。在實(shí)際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時(shí)由于鋼絲間的點(diǎn)接觸、造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報(bào)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(yīng)力，但它避免了應(yīng)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(qiáng)度，其壽命通常高于點(diǎn)接觸鋼絲繩。由于線接觸鋼絲繩比點(diǎn)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(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸減小。卷?xiàng)顧C(jī)應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。7.2.2 鋼絲繩直徑的計(jì)算目前在工業(yè)化國家，對(duì)鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法。國際標(biāo)準(zhǔn)繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小直徑maxinFcd〓黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 22 頁式中 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(jī)構(gòu)的工作級(jí)別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)及吊運(yùn)物品的性質(zhì)等因素有關(guān)。目前，卷揚(yáng)機(jī)還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。該設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)額定載荷 2 噸，采用單聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷Fmax＝Fe/2＝ 10000N 該卷揚(yáng)機(jī)用于建筑，所以工作級(jí)別為 M5，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(qiáng)度 R0 為 1570MPa。則 C=[Kn/K’0]1/2=0.123＝12.3 mm maxinFcd〓所以鋼絲繩選擇 d=14 mm卷揚(yáng)機(jī)系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，鋼絲繩選擇多采用安全系數(shù)法，這是—種靜力計(jì)算方法。鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計(jì)算：??pgrSnF??式中 —整條鋼絲繩的破斷拉力，N；pS—卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù)；??n—鋼絲繩的額定拉力，N；rF設(shè)計(jì)時(shí)，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優(yōu)先選用不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩，按照 GB1102 的規(guī)定，鋼絲繩選擇型號(hào)為 124NAT 6 19S+FC 1570 ZZ 110 GB8918-2006 其破斷拉力為 110KN。則 ng=110/20=5.5>5?黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 23 頁符合要求7.2.3 鋼絲繩使用注意的事項(xiàng)鋼絲繩在工作時(shí)卷繞進(jìn)出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實(shí)踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)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(shí)，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(dá)到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會(huì)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(shí)際使用壽命的長(zhǎng)短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護(hù)和保養(yǎng)及與相關(guān)機(jī)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(duì)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(jiǎn)直徑對(duì)鋼絲繩的壽命是有利的。故設(shè)計(jì)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(yáng)機(jī)的工作級(jí)別有關(guān)。使用中，應(yīng)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(shí)，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(shí)。過小的繩槽直徑會(huì)使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽尺寸過大，又會(huì)使鋼絲繩在槽內(nèi)的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應(yīng)力。合理的繩槽尺寸應(yīng)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(duì)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(zhǎng)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(xiàng)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 24 頁（6）在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。（7） 經(jīng)常檢查鋼絲繩是否與別的機(jī)件摩擦，重新更換新繩時(shí)必須核對(duì)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(shí)解決。7.2.4 卷筒參數(shù)的設(shè)計(jì)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(jī)大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機(jī)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(shè)計(jì)采用多層繞。（1）卷筒容繩尺寸參數(shù)1)卷筒節(jié)徑卷筒節(jié)徑 D 應(yīng)滿足式 D≥ ekd式中 -與卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù) D-卷筒節(jié)徑，mmek由 GB8918-2006 表 6 得D= =19 14=266ed?2）卷筒容繩寬度<3 =3 250=750mm ，取 =620mm。tB0DtB3）卷筒邊緣直徑 dDsk4??其中 =210+(2 4-1) 12=294mm??Ss120????則 =294+4 12=342 取為 350mmdDsk4?4）卷繞層數(shù) S由 S≤Dk－Do－2Mk／2d可得 S≤4.1，取 S=4????12101??????????sDdBLtsi?黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 25 頁7.2.5 卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卷筒按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分．有端側(cè)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(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計(jì)卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。如圖 7-3。圖 7-3 齒嚙合式卷筒卷筒的設(shè)計(jì)主要尺寸有卷筒長(zhǎng)度 L 、卷筒壁厚 δ（1）卷筒的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用單聯(lián)滑輪組，卷筒的長(zhǎng)度 L =1.1ZP=1.1lP /?n(D+nd)式中 —卷筒總長(zhǎng)度，mm；Z—每層圈數(shù)，mm；n—卷繞層數(shù)；—卷筒卷繞直徑，mm；0DP—繩槽節(jié)距，mm；l—卷筒容繩量；由此計(jì)算得 ＝870mm。L（2）卷筒壁厚設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為了延長(zhǎng)鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對(duì)于鑄鐵卷筒可按經(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于鑄鐵筒壁 mm ??0.26~10D???根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)小于 12 mm，所以 15mm??黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 26 頁所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距 t＝16 mm、槽底半徑 ＝4 mm、卷筒節(jié)距1c＝250 mm、卷筒長(zhǎng)度 L=870 mm、卷筒壁厚 mm。0D5??7.2.6 卷筒強(qiáng)度計(jì)算及檢驗(yàn)卷筒材料一般采用不低于 HT200 的鑄鐵，特殊需要時(shí)可采用 ZG230-450、ZG270-500 鑄鋼或 Q235-A 焊接制造。本設(shè)計(jì)的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇 HT200 的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對(duì)于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計(jì)，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力。其中壓應(yīng)力最大。當(dāng) 3 時(shí)彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力的合成力不超過壓應(yīng)力 10%,所以當(dāng)L?0D L3 時(shí)只計(jì)算壓應(yīng)力即可。0本設(shè)計(jì)中 L=870 mm D=250 mm，符合 3 的要求，所以只計(jì)算壓應(yīng)L?0D力即可。當(dāng)鋼絲繩單層卷繞時(shí)，卷筒所受壓應(yīng)力按下式來計(jì)算：=A ???tF?max??bc其中 為鋼絲繩單層卷繞時(shí)卷筒所受壓應(yīng)力，MPa；?為鋼絲繩最大拉力，N；maxF為卷筒壁厚，mm；?A 為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取 A=0.75為許用壓力，對(duì)于鑄鐵 =??bc ??bc?5?為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限b?所以 =A 32 MPa??tF?max??bc?查教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知 195MPa，所以 39MPa。所以卷筒的壁厚b????bc??強(qiáng)度滿足要求黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 27 頁7.3 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算卷筒軸是支持卷揚(yáng)機(jī)正常工作的重要零件，合理設(shè)計(jì)與計(jì)算卷筒軸對(duì)卷揚(yáng)機(jī)性能至關(guān)重要。7.3.1 卷筒軸的固定方式及受力分析常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動(dòng)式兩種情況。卷揚(yáng)機(jī)卷筒工作時(shí)，鋼絲繩在卷簡(jiǎn)上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡(jiǎn)上位置的變化而不同。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個(gè)極限位旨分別計(jì)算。由卷揚(yáng)機(jī)工作情況和軸的受力分析可知，a、b 因卷筒軸主要承受彎矩，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的心軸。a 圖為固定心軸，b 圖為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對(duì)稱循環(huán)變化；對(duì)固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為 ，視具體的載荷性質(zhì)而定。對(duì)固定心軸的疲勞失效而言，最危險(xiǎn)的01r??應(yīng)力情況是脈動(dòng)循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應(yīng)力以按脈動(dòng)循環(huán)處理為宜。c 圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動(dòng)循環(huán)