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湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 1 1 緒 論 1.1 建筑卷揚(yáng)機(jī)的簡介 自從1955年沈陽國泰礦山機(jī)械廠試制了10馬力(約7.5kw)單筒卷揚(yáng)機(jī)，我國 的建筑卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)已有近50年的歷史，而真正定型生產(chǎn)還是在7O年代初的事。 80年代初我國的建筑卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)的研究才活躍起來，但和國外的建筑卷揚(yáng)機(jī)技 術(shù)相比落后至少3O年。在8O年代以前，我國還沒有制定有關(guān)建筑卷揚(yáng)機(jī)的國家 標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品規(guī)格五花八門，結(jié)構(gòu)與技術(shù)的維持基本上是根據(jù)日本JIS8OOl等40年 代落后標(biāo)準(zhǔn)及按蘇聯(lián)圖紙制造的1Oll、1012等落后機(jī)型，進(jìn)展十分緩慢。80年 代以后，是我國建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期。國家也制定了有關(guān) 建筑卷揚(yáng)機(jī)的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。1985年底，由行業(yè)組織9廠1所1校共同參加的卷 揚(yáng)機(jī)產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)，使卷揚(yáng)機(jī)的性能參數(shù)與經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合指標(biāo)達(dá)到了較為統(tǒng)一 的水平，也給使用和維修帶來了方便，促進(jìn)了卷揚(yáng)機(jī)的更新?lián)Q代。然后新產(chǎn)品 種數(shù)達(dá)到近十個(gè)，其中最具有代表性的產(chǎn)品有福建省建筑機(jī)械廠的行星傳動(dòng)卷 揚(yáng)機(jī)、昆明建筑機(jī)械廠的少齒差傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、長沙建筑機(jī)械研究所與福州市建 筑機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)的仿日本Seibu公司采用立式齒輪傳動(dòng)的電控卷揚(yáng)機(jī)．廣州市 一建公司機(jī)械廠的高速卷揚(yáng)機(jī)適應(yīng)高層建筑的多功能需要，而江蘇海門第三機(jī) 械廠引進(jìn)專利技術(shù)開發(fā)的系列多排頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)分為三大系列：即電 控、手控和微機(jī)程控三大類，其性能優(yōu)于代表國際先進(jìn)承平的Seibu“一” 字型卷 揚(yáng)機(jī)，使我國的建筑卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)跨入世界先進(jìn)行列。Stocky系列卷揚(yáng)機(jī)采用多 排頂桿蠕動(dòng)減速裝置，并將該減速裝置直接設(shè)置于卷筒內(nèi)，使設(shè)計(jì)的卷揚(yáng)機(jī)達(dá) 到體積小、重量輕、過載能力大、節(jié)省能源、工作安全可靠。根據(jù)用戶使用反 映卷揚(yáng)機(jī)采用錐形制動(dòng)電機(jī)后，由于一般建筑工地離變壓器較遠(yuǎn)，電纜壓降較 大，時(shí)常出現(xiàn)制動(dòng)器釋放不開，使得卷揚(yáng)機(jī)不能正常工作，因此又設(shè)計(jì)了一種 采用普通Y系列的、帶制動(dòng)器的“一” 字型卷揚(yáng)機(jī)，將多排頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)應(yīng)用在建 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 2 筑卷揚(yáng)機(jī)中，當(dāng)時(shí)使我國的卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)一改幾十年一貫制的落后狀態(tài)，一躍跨 入世界先進(jìn)行列，該產(chǎn)品的整機(jī)組合合理，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，過載能力強(qiáng)， 工作安全可靠．其中傳動(dòng)方式部分的設(shè)計(jì)構(gòu)思獨(dú)特、新穎、受力均勻、合理， 當(dāng)時(shí)屬國內(nèi)外首創(chuàng)。 Rotzler公司，I℃型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)用于汽車裝載機(jī)和船舶起 重機(jī)，也可用于打井機(jī)和特種提升設(shè)備。重量輕尺寸緊湊的結(jié)構(gòu)可提高起重機(jī) 起重能力，I℃卷揚(yáng)機(jī)減速箱的扭矩不斷受到檢測，并借助一種新型電子檢測控 制裝置(MCD)將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為線性模擬信號(hào)。該信號(hào)可整合到任何起重機(jī)的電 子控制系統(tǒng)中，使司機(jī)隨時(shí)能夠精確測定卷揚(yáng)機(jī)的負(fù)荷。利用該線性信號(hào)，在 卷揚(yáng)機(jī)負(fù)荷超過90％額定值時(shí)還可發(fā)出聲音或圖象警示。當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)提升或放下 重物時(shí)，或當(dāng)制動(dòng)使重物靜止時(shí)測定減速箱扭矩。新型電子控制系統(tǒng)可用來確 定最低吊鉤位置，防止操作者誤操作使鋼繩纏繞圈數(shù)少于安全必需的3圈。該卷 揚(yáng)機(jī)有3種規(guī)格，提升力7 KN、10KN和19 KN，最小型號(hào)重50Kg，長320 rain， 寬280 rain，高280 rain 。Demag公司推出了一種能頻繁、快速進(jìn)行提升作業(yè) 的高速提升裝置。一種能以70m／min的提升速度提升80kg物體，另一種以 35m／min的提升速度提升1 60 kg物體。這種裝置的速度是Demag DS1卷揚(yáng)機(jī)的5 倍?？捎糜诎l(fā)貨中心的貨物碼。聯(lián)合動(dòng)力產(chǎn)品公司(APPI)研制開發(fā)了一種帶式 葫蘆和卷揚(yáng)機(jī)系列產(chǎn)品，它用高強(qiáng)度編織帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼絲繩或起重環(huán)鏈，能 消除載荷回轉(zhuǎn)、鋼絲繩纏繞等問題，具有便于搬運(yùn)、安裝和檢查等優(yōu)點(diǎn)。該公 司還可根據(jù)用戶的要求，提供電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)和氣動(dòng)馬達(dá)作為傳動(dòng)部件，這 種帶式葫蘆的最大起重量為2.5 t，帶式卷揚(yáng)機(jī)為5.4t。 為了適應(yīng)我國建設(shè)任務(wù)具有量大、面廣、分散等特點(diǎn)，以及勞力資源豐富， 財(cái)力不足以及貫徹執(zhí)行機(jī)械化、半機(jī)械化與改良工具相結(jié)合的方針，實(shí)行多層 次的裝備政策和 近期內(nèi)以發(fā)展中、小型機(jī)械為主的方針要求，設(shè)計(jì)符合我國國 情的新的卷揚(yáng)機(jī)勢在必行，也是迫在眉睫的事。 隨著微機(jī)技術(shù)在世界的改變及在電路中的智能化，PLC 在電路中的運(yùn)用得到 了廣泛的應(yīng)用,而它可靠性高、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)、使用極方便的巨大優(yōu)越 性，迅速占領(lǐng)工業(yè)自控領(lǐng)域，成為工業(yè)自動(dòng)控制的首選產(chǎn)品，與機(jī)動(dòng)人、 CDM/CAM 并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 3 1.2 設(shè)計(jì)方法或技術(shù)路線： 1.2.1 設(shè)計(jì)要求 1）設(shè)計(jì)一臺(tái)帶排繩機(jī)構(gòu)的卷揚(yáng)機(jī) 2）要求能提升 5 噸的物體 1.2.2 各零部件的設(shè)計(jì) 1）電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算及選用： 電動(dòng)機(jī)的選取原則是在確保最大工作載荷轉(zhuǎn)矩的前提下，盡量選取最小功 率值的電動(dòng)機(jī)。同時(shí)充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)容許的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩能力，以適應(yīng)啟動(dòng)時(shí) 所需轉(zhuǎn)矩值的增大，為此應(yīng)優(yōu)先選用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和短時(shí)過載系數(shù)大的電動(dòng)機(jī)。 2）減速箱的參數(shù)設(shè)計(jì)與選用： 減速箱的選擇主要根據(jù)齒面性能，傳動(dòng)比等方面進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)中選擇 硬齒面及合適的傳動(dòng)比減速器作為卷揚(yáng)機(jī)的選型方案，其傳動(dòng)比需滿足設(shè)計(jì)要 求。 3）卷揚(yáng)機(jī)滾筒及排繩機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 卷揚(yáng)機(jī)滾筒的選擇主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要是考慮彎 曲校核、扭矩校核和壽命校核。 4）電動(dòng)機(jī)控制線路的設(shè)計(jì)及卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩的選擇： 卷揚(yáng)機(jī)繩徑的選擇依據(jù)是JG／T503 1—93《建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》4．1．1 條，根據(jù)安全系數(shù)來確定的。控制線路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、 快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)的要求。 1.2.3 擬采用的方法或技術(shù)路線 1）動(dòng)力及傳動(dòng)部分 采用合適的三相異步電機(jī)，通過減速箱驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 2）排繩機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)出排繩機(jī)構(gòu)，以減速箱齒輪提供的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)往復(fù)直線運(yùn) 動(dòng)，使得鋼絲繩能在卷揚(yáng)機(jī)卷筒上整齊排列 3）卷揚(yáng)機(jī) 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 4 對(duì)卷揚(yáng)機(jī)滾筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、壽命校核 4）采用繼電器和手動(dòng)按鈕設(shè)計(jì)三相異步電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、快轉(zhuǎn)和慢轉(zhuǎn)，完 成控制面板的設(shè)計(jì) 1.3 本設(shè)計(jì)的意義 隨著卷揚(yáng)機(jī)在工業(yè)的廣泛應(yīng)用，新的卷揚(yáng)機(jī)勢在必行，也是迫在眉睫的事 所以本設(shè)計(jì)就是為了更好地改善已往卷揚(yáng)機(jī)在工業(yè)中的缺點(diǎn)，如：鋼絲繩 在工作中由于受到擠壓而使其使用壽命下降，而采用排繩機(jī)構(gòu)進(jìn)行均勻排繩從 而提高了鋼絲繩的使用壽命。同樣在控制電路中，采用 plc 來進(jìn)行控制這樣能 減少電路中的繁鎖，跟據(jù)科學(xué)技術(shù)要從智能化和微型化進(jìn)行發(fā)展。從而改善了 采用繼電器來控制電路。并增強(qiáng)了控制的實(shí)時(shí)性，更能保證精度要求的產(chǎn)品質(zhì) 量。這樣也跟上了主流計(jì)算機(jī)發(fā)展的潮流、將生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理合二為一。 也就是迎合了全集成自動(dòng)化的概念，將數(shù)據(jù)處理、通信、控制程序統(tǒng)一起來了。 這也就是本設(shè)計(jì)的意義。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 5 2 卷揚(yáng)機(jī)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1：電動(dòng)機(jī)功率選擇、總傳動(dòng)比設(shè)計(jì)計(jì)算與校驗(yàn) 正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是：在電動(dòng)機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前 提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)功率。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類別有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。而它又分為三相異步電動(dòng) 機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)容易，運(yùn)行可靠，價(jià)格便宜，具 有較好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，而直流電動(dòng)機(jī)也結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，但由于長期 以來交流電動(dòng)的調(diào)速問題未能得到滿意的解決。因此，交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中使 用得最為廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。 卷揚(yáng)機(jī)屬于非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動(dòng)、制動(dòng)頻繁。因此，選擇電動(dòng)機(jī) 應(yīng)與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)。 卷揚(yáng)機(jī)主要采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)工作特點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)工作制應(yīng)考 慮選擇短時(shí)重復(fù)工作制 和短時(shí)工作制 ，并優(yōu)先選用 YZR（繞線轉(zhuǎn)子） 、3S2S YZ（籠型轉(zhuǎn)子）系列起重專用電動(dòng)機(jī)。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；根據(jù) 本設(shè)計(jì)要求，綜合以上分析，本設(shè)計(jì)主要選擇繞線轉(zhuǎn)子的短時(shí)重復(fù)工作制 。3S 2.1.1．電動(dòng)機(jī)功率的初選： 卷揚(yáng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率的初選可按所需的靜功率計(jì)算，然后根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作方 式類別進(jìn)一步確定電動(dòng)機(jī)的功率，并進(jìn)行必要的校驗(yàn)。 靜功率（單位：KW）計(jì)算公式為： ……………………(1)?60egvFP? 式中 ——鋼絲繩額定拉力（N） ；eF ——鋼絲繩額定速度（m/min） ；ev ——卷揚(yáng)機(jī)整機(jī)傳動(dòng)效率。? 這里的傳動(dòng)效率包括傳動(dòng)裝置、軸承、聯(lián)軸器、離合器和卷筒纏繞等的效 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 6 率。 .21???3567891041-電 動(dòng) 機(jī) 2彈 性 聯(lián) 軸 器 3-二 級(jí) 圓 柱 齒 輪 減 速 器 (同 軸 式 ) 4齒 輪 聯(lián) 軸 器5開 式 齒 輪 傳 動(dòng) 6卷 筒 7排 繩 器 導(dǎo) 輥 8雙 向 絲 杠 9-鏈 條0鏈 輪 圖 1 卷揚(yáng)機(jī)工作原理圖 根據(jù)《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－3 選取各傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率： 彈性聯(lián)軸器 ＝99％ ＝11?i 兩級(jí)圓柱齒輪減速器(同軸式) ＝93％ 22 齒式連軸器 ＝99％ ＝133i 開式齒輪傳動(dòng) ＝98％ 4?4 卷筒（滾動(dòng)軸承） ＝96％ 55i 鏈傳動(dòng) ＝94％ 66 絲杠 ＝40％8? 則總傳動(dòng)效率為： ＝0.8654321????? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 7 選取鋼絲繩的速度 ＝0.25m/s，則動(dòng)載系數(shù) ＝1.13ev? ＝ ＝14.24(KW)?60egFP?86.02519.4? 卷筒轉(zhuǎn)速： 310?eDvn? 式中 ——鋼絲繩額定速度（m/min） ；ev ——卷筒基準(zhǔn)層鋼絲繩中心直徑（mm） 。eD ＝ …………………(2)310??evn?3105.462?7.?min)/(1r 總傳動(dòng)比 edni 式中 ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min） ；de ——卷筒轉(zhuǎn)速（r/min） 。en ＝68.18gdi?1750 根據(jù)《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－7 可選取傳動(dòng)比 的兩級(jí)圓柱齒輪6082?i 減速器(同軸式)。 并取 ＝25，則開式齒輪傳動(dòng)比 ＝ ＝ =2.732i 4i321i??15.? 根據(jù)《電氣工程師手冊》表 7.6－4 可選?。?YR 系列繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速 ＝750 r/min；額定功率den P＝15KW；額定電壓：380V。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 8 2.2：鋼絲繩的計(jì)算及確定 2.2.1 材料和種類的分析 鋼絲繩由許多高強(qiáng)度鋼絲繩編繞而成，可單捻、雙捻成形。繩芯常采用天 然纖維芯（NF） 、合成纖維芯（SF） 、金屬絲繩芯（IWR）和金屬絲股芯（IWS） 。 纖維芯鋼絲繩具有較高的繞性和彈性，纏繞時(shí)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，但繞性較差。本設(shè) 計(jì)中卷揚(yáng)機(jī)為多層纏繞，更適合選用雙捻制天然纖維芯（NF）鋼絲繩。 根據(jù)鋼絲繞成股和股繞成繩的相互方向可分為：順捻鋼絲繩和交捻鋼絲繩。 順捻的特點(diǎn)是鋼絲繩繞性好，磨損小，使用壽命長，但容易松散和扭轉(zhuǎn)。它不 允許在無導(dǎo)軌的情況下作單獨(dú)提升，故在不松散的情況下或有剛性導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)用 為佳。交捻的與順捻的相比繞性和使用壽命相對(duì)要差，但由于繩與股的扭轉(zhuǎn)趨 勢相反，克服了扭轉(zhuǎn)和易松散的缺陷，故本設(shè)計(jì)優(yōu)先選用交捻鋼絲繩。 根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為：點(diǎn)接觸鋼絲繩、線接 觸鋼絲繩、點(diǎn)線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩。點(diǎn)接觸的特點(diǎn)是：接觸應(yīng)力高， 表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價(jià)格便宜。由于線接 觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積打，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，從而使整 個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸減小。點(diǎn)線接觸是一種混合結(jié)構(gòu)的鋼絲繩，里面是點(diǎn)接觸，外面 是線接觸。面接觸的接觸應(yīng)力比線接觸要小，從而進(jìn)一步改善了鋼絲繩的性能， 但鋼絲繩的繞性較差。由以上分析可知，卷揚(yáng)機(jī)宜選用不易松散和旋轉(zhuǎn)向小的 線接觸鋼絲繩。 綜上，本設(shè)計(jì)選用交捻制天然纖維芯（NF）線接觸鋼絲繩。 2.2.2 鋼絲繩的固定方法： 鋼絲繩在卷筒上的固定方式 鋼絲繩在卷筒上的固定應(yīng)保證工作安全可靠、便于檢查、裝拆及調(diào)整， 且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過份彎折。繩端常見的固定方式有：壓板固定和楔塊固 定兩類。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 9 a:壓板和螺釘繩端固定裝置對(duì)多層纏繞，螺釘頭不能露出卷筒表面。這種 繩端的固定方式，工作臺(tái)可靠，對(duì)鋼絲繩的損傷小，安裝方便，出繩方向容易 變換。 b:楔形塊固定裝置它是鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取 1：4～1:5,以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡單，但鋼絲繩允許的 直徑不能太大 AA 圖 2 鋼絲繩的固定方法 根據(jù)這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)所以應(yīng) a 方式。 2.2.3. 鋼絲繩直徑的確定： 卷揚(yáng)機(jī)系多層纏繞，鋼絲繩受力比較復(fù)雜。為簡化計(jì)算，鋼絲繩的選擇多 采用安全系數(shù)法，這是一種靜力計(jì)算方法。 鋼絲繩的安全系數(shù)按下公式計(jì)算 …………………………………………(3)??nFSepgs?? 式中 ——整條鋼絲繩的破斷拉力（N） ；p ——卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù)，見《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)??n 計(jì)》表 3－95； ——鋼絲繩的額定拉力（N） 。eF 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 10 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼絲繩需要承載 10 噸的拉力。即為額定拉力 eF =MG=5 9.8=4.9 （N）eF?310?410 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該卷揚(yáng)機(jī)屬于重載荷工作狀態(tài)，按利用等級(jí)和載荷狀態(tài)的 分類可將本設(shè)卷揚(yáng)機(jī)定為 工作級(jí)別。6A 根據(jù)《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－95 可查得 =6??n =4.9 6=2.94 ……………………(4)??epFnS???410?510 根據(jù)《建筑機(jī)械手冊》GB 1101－74 可選取 6 (19)系列鋼絲繩：? 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度：170 /fKg2m 鋼絲繩破斷拉力總和：38600 鋼絲繩直徑：23.5mm 由公式：鋼絲繩破斷拉力＝換算系數(shù) 鋼絲繩破斷拉力總和 ? 根據(jù)《建筑機(jī)械手冊》GB 1101－74 可查得 6 (19)系列鋼絲繩換算系數(shù)為? 0.85。 =38600 0.85=32810pS?fKg 鋼絲繩安全系數(shù) = = 6.69> =6 ……………… (5)gsneF4903281???n 故符合要求。 （注：1 9.8N）fg? 2.3：排繩機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。與屬于磨擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比， 鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象， 因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高； 又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；在同樣 使用的條件下，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。雖然齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、 工作可靠、壽命長、傳動(dòng)比穩(wěn)定。但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度高，價(jià)格較 貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。所以跟據(jù)各方面的原因選取鏈來作為傳 動(dòng)方式。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 11 1）卷揚(yáng)機(jī)工作時(shí)，為保證繩索始終與卷筒垂直，則 排繩裝置的鏈輪傳動(dòng)比公式應(yīng)為： …………………………(6) 12sZadpi?? 上式中： P一螺桿螺距mm ds一 纜繩直徑mm Z1一大鏈輪齒數(shù) Z2一小鏈輪齒數(shù) a一繩索間的間隙mm 卷筒所用繩索，當(dāng)ds小于20mm時(shí)，a一0.5mm 20—40mm時(shí)， a一1.0mm 大于40mm時(shí)， a一2.0mm 本次設(shè)計(jì)中a為1.0 mm 2)卷筒工作部分長度公式: mm)1.(???QadsL ds一 纜繩直徑mm a一繩索間的間隙mm Q一卷筒每層能排列繩徑的圈數(shù) Q為卷筒每層能排列繩徑的圈數(shù)，但實(shí)際上排繩時(shí)繩索是螺旋纏繞的，即 只能繞Q一1圈數(shù)) 3)梯形螺桿的有效長度: NPI5.0'? (N為不為零的正整數(shù)) 4)根據(jù)排繩的工作要求：卷簡工作部分長度應(yīng)等于梯形螺桿的有效長度則 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 12 有： ………………(7)NPIQadsL5.0')1.(???? 推出鏈輪傳動(dòng)比： 12sZ5.0adpi?? 在設(shè)計(jì)過程中因?yàn)殚_始未知數(shù)較多，先要估算i(傳動(dòng)比取得越小越好，一 般取2左右)， 然后根據(jù)前面的Q，再調(diào)整i，使N為正整數(shù)，再確定P，最后驗(yàn)算鏈輪強(qiáng)度。 卷揚(yáng)機(jī)基本參數(shù)如下： 卷筒負(fù)載(第一層) 49kN 額定速度：25m／min 鋼絲繩直徑：d=23.5mm 容繩量(共二層)Ls=128.53m 卷筒上每圈鋼絲繩間的間隙a取lmm 1、卷筒直徑： =446.5mmDk 2、卷筒長度 =800mmL1 3、每層纏繞圈數(shù)： 315.280ads???TLQ 4、卷筒工作部分長度： mm784)3(.()1(( ?????sL 5、初步取鏈輪傳動(dòng)比i=2 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 13 由： NQ5.01adpis??? 得 32.501.???iQN49)()(???adsiP 6、根據(jù)上述計(jì)算，鏈輪傳動(dòng)比i=2比較合適 7、選擇合適的鏈條： 以卷筒的負(fù)荷49KN的三分之一即16.3KN作為抗拉載荷，從GB／T 1243— 1997 表（一）中選擇對(duì)應(yīng)的單排鏈條型號(hào)為08B ，并查得鏈條節(jié)距p=12.7。 8、 大小鏈輪的齒數(shù)的確定 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)布置，小鏈輪是安裝在卷筒的輪轂上的，則初步將大鏈 輪的分度圓直徑定為267.19mm，則小鏈輪單位分度圓直徑為 038.217.96?PD 從 GB／T 1243—1997 附錄 A，根據(jù)單位分度圓直徑查表 A1，可得小鏈輪的 齒數(shù)為 Z2=67，則大鏈輪齒數(shù) Z1=Z2×i=67×2=134。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 14 3 卷筒及卷筒軸設(shè)計(jì) 3.1 卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 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(duì)卷揚(yáng)安全、可靠的工作至關(guān)重要，應(yīng)合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 3.1.1 材料與結(jié)構(gòu)的選用： 卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式多，按制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷 筒應(yīng)廣泛。卷揚(yáng)機(jī)卷筒大多為鑄卷筒，成本低，工藝性好。大噸位卷揚(yáng)機(jī)一般 采用鑄鋼卷筒，鑄鋼卷筒雖然承載能力較，但成本高?？紤]經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)計(jì)要 求，本設(shè)計(jì)跟據(jù)其在滿足要求的情況下選擇成本最低的材料。 并選取材料為 HT250 3.1.2 卷筒容繩尺寸參數(shù)： 卷筒容繩尺寸參數(shù)意義及表示方法 應(yīng)合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，參見右圖 3 所示 (1).卷筒節(jié)徑 D 跟據(jù)卷筒的設(shè)計(jì)要 求卷筒節(jié)徑與鋼絲繩的直徑 d 有關(guān)，而 卷節(jié)徑 D 應(yīng)滿足下公式 Ke? 圖 3 卷筒的結(jié)構(gòu)圖 式中 —卷筒直徑比，是與卷揚(yáng)機(jī)工作 eK —鋼絲繩的直徑（mm）d 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 15 級(jí)別有關(guān)的數(shù)，見《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》 表 3－107 《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－107 可得 ＝19eK 23.5 19＝446.5(mm)D?? 卷筒節(jié)徑 D 對(duì)筒壁和端板的設(shè)計(jì)具有重要意義，也影響鋼絲繩直徑的選擇。 D 值小，結(jié)構(gòu)自然緊湊，但單位長度的力較大，鋼絲繩壽命低。因此， 《建筑卷 揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－103 中規(guī)定的 D/d 值可認(rèn)是對(duì)應(yīng)一定工作級(jí)別的最小值。 查《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表－103 可得 ＝201eK 故 D＝20 23.5＝470(mm)? （2） 卷筒的直徑 = － ＝470－23.5＝446.5（mm）00Dd （3） 卷筒容繩寬度 tB 卷筒容繩寬度，一般可按下述關(guān)系確定： 03t? 式中 ——卷筒直徑（m）0D 446.5＝133.5(mm)tB3?? 卷揚(yáng)機(jī)卷筒壁厚的設(shè)計(jì)算中，通常卷筒長度都設(shè)計(jì)成小于其直徑的 3 倍， 甚至小徑 2 倍。因此此時(shí)的鋼繩拉力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的合成應(yīng)力較 小，故計(jì)算卷筒強(qiáng)度時(shí)可忽略不計(jì)簡化了設(shè)計(jì)計(jì)算?？紤]本設(shè)計(jì)為大噸位卷揚(yáng) 機(jī)， 過大會(huì)嚴(yán)重影響卷筒壽命，故取 即： <2 446.5＝893mmtBtB02D?tB? 取 =800(mm)t （4）卷筒邊緣直徑 卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板直徑，對(duì)于多層纏繞，位kD 防止鋼絲繩脫落，端側(cè)板徑應(yīng)大于鋼絲繩最外層繩圈直徑。端側(cè)板直徑用下式 計(jì)算： ＋ ……………… (8)sk?d4 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 16 式中 ——最外層鋼繩繩芯直徑，由下式確定： = ＋（ － ）sDsD02S1 。其中： ——鋼絲纏繞層數(shù)dS 設(shè)鋼絲繩纏繞層數(shù)為 2 層即 S=2 則 ＝446.5＋2 2－1） 23.5＝517（mm）s? 517＋423.5＝600（mm）kD? 卷筒纏繞層數(shù)計(jì)算公式： ……………… (9)dmDSkk20?? 式中 ——為保證鋼絲繩不越出端側(cè)板外緣的安全高度（mm） 。km 該值在繞中應(yīng)不小于 1.5 倍的鋼絲繩直徑，在多層纏繞中應(yīng)不小于 2 倍的鋼 絲繩徑。 取 ＝.5 ＝2.5 23.5＝58.75(mm)kd? 則由（a 可得： kDmS??20 求得 2 2 23.5+446.5+2 58.75=658kD? 綜上考慮取 ＝700（mm）k （5）卷筒容繩量 卷筒的容繩是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排列時(shí)，達(dá)到規(guī)定的纏繞層數(shù)所 能容納的鋼絲繩工作度的最大值。 卷筒的容繩量可下述方法計(jì)算： 第 層鋼絲繩繩直徑為i dSDii )12(0??? 式中 —— 層， ＝1，2，3， 、 、 、 。iS 第 層卷的鋼絲繩長度為： … (10)3010])2()[1/( ???dSdBLiti? 卷筒容繩量為實(shí)際容繩量應(yīng)加上鋼絲繩安全圈的長度（一般為 3 圈） ＝3.14 (100/23.5－1)[446.5+(2 1－1) 23.5] ＝61.10(m)1L??3? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 17 ＝3.14 (90/23.5－1)[ 446.5+(2 2－1) 23.5] ＝67.21(m)2L???310? ＝61.10+67.21 ＝128.31(m) 加上安全圈 3 圈，即 ＝439.9＋ ＝128.31＋3.14 23.5 3 128.53(m)L?d??10?? 3.1.3 卷筒的受力分析 筒是卷揚(yáng)機(jī)直接承載零件，受力比較復(fù)雜，分析清楚卷筒上所受的力，對(duì) 卷揚(yáng)機(jī)整設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。 (1) 絲繩拉力與卷筒支承處反力： 工作中，鋼絲繩拉力使卷筒像空心軸一樣被彎曲，支反力為 ，其彎矩隨鋼絲繩超繞位置不同而變化，具有瞬變效FLXRA??LRFB? 應(yīng)，另外卷筒自重也使卷筒產(chǎn)生彎曲。當(dāng) 時(shí)，由于彎矩較小，在強(qiáng)度計(jì)03DL? 算時(shí)通常忽略不。 （2）鋼絲繩拉力產(chǎn)在筒壁上的轉(zhuǎn)矩： 在鋼絲繩力的作用下，卷筒就好像空心軸一樣被扭轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)矩可 用下式計(jì)算：，該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的筒壁應(yīng)力較小，一般情況可忽略不計(jì)。 （3）卷筒筒壁的向壓力 ：q 由鋼絲纏繞產(chǎn)生的對(duì)筒壁外緣表面圓周方向的徑向壓力，除對(duì) 筒壁產(chǎn)生圓周方向擠壓應(yīng)力外，還將引起筒壁局部彎曲應(yīng)力，該力是影響筒壁 強(qiáng)度的重要因。 （4）鋼絲繩對(duì)端板產(chǎn)生的軸向推力 ：sN 該力是于鋼絲繩纏繞至端側(cè)板根部并向新的一層過渡過程中鋼 絲繩與側(cè)板之間楔入作用產(chǎn)生的，此力是計(jì)算端側(cè)板強(qiáng)度的主要外力。 3.1.4 卷筒強(qiáng)度計(jì)算校核 卷筒強(qiáng)度計(jì)算要包括兩個(gè)方面：一是筒壁的強(qiáng)度計(jì)算；二是端側(cè)板的強(qiáng)度 計(jì)算。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 18 (1).卷筒筒壁外面均布載荷 公式 的確定：q ………………(11)tDF02? （2） 卷筒壁的應(yīng)力： 按法國波坦公司于鋼制焊接卷筒的強(qiáng)度計(jì)算方法，確定卷筒壁的應(yīng)力。該 方法要求： 時(shí)，忽略絲繩拉力產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)，僅考慮鋼絲繩纏繞時(shí)03L? 的環(huán)向壓縮應(yīng)力和局部彎曲應(yīng)力卷筒筒壁強(qiáng)度的影響，鋼絲繩繞出處卷筒壓應(yīng) 力 按下式計(jì)算：c? tFec??5.0? 局部彎曲應(yīng)力按下式算： 3096.?Dew? （3）卷筒筒壁的厚度算 卷筒壁的強(qiáng)度下式計(jì)算： ………………… (12)][cesctFA???? 則筒壁厚度為 （mm）][cest? 式中 ——鋼絲繩的額定拉力（N） ； ——卷筒環(huán)向壓縮應(yīng)力：（ ） ；aMP ——多層纏繞系數(shù)，按《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 3－110 選??；sA ——鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距（mm） ， ；t dt01.? ——卷筒材料的許用應(yīng)力（ ） ，按《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》][c?aP 表 3－111 和 3－112 選取。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 19 查表可得： ＝120（ ） ＝1.6][c?aMPsA 則 )(97.26105.3.89461m???? 取 ＝27（mm） 由以上可算得： （ ）87.365.201.8945.???c?aMP （ ）0..46.34w a 卷筒壁強(qiáng)度條件應(yīng)滿足下述經(jīng)驗(yàn)公式： ][???wc 式中 ——材料的許用應(yīng)力（ ）][?aMP 材料許用應(yīng)力 按下式計(jì)算 ncbK?][ 式中 ——材料的強(qiáng)度極限（ ） ；b?aMP ——按工作級(jí)別選定的系數(shù)，見《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》c ——安全系數(shù)，取 ＝2.8。nKnK 查表可得： ＝200（ ） ＝1.25b?aMPc )(14.572.80][ a??? ＝51.9<57.14=wc?][? 3.1.5 卷筒筒壁的穩(wěn)定性估算 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 20 如果卷筒較長筒壁太薄，在過載或急劇制動(dòng)情況下，可能會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn) 象。一般認(rèn)為：對(duì)卷筒直徑大于 1200mm，容繩寬度大于卷筒直徑兩倍的大尺寸 卷筒，應(yīng)進(jìn)行卷筒壁的穩(wěn)定性驗(yàn)算。 穩(wěn)定性計(jì)算，可采用計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù) K 的方法 ……………(13)5.1~3??qPw 式中 K——穩(wěn)定性系數(shù)； ——失去穩(wěn)定時(shí)臨界壓力 。對(duì)鋼卷筒 ；wP)(aMP3042DPw?? ——卷筒壁單位壓力 ， ；q)(atDFqj0max2? ——卷筒壁厚（mm） ；? ——卷筒直徑（mm） ；0D ——鋼絲繩最大靜拉力（N） ；maxjF ——鋼絲繩節(jié)距（mm） ， ；t dt01.? ——鋼絲繩直徑（mm） 。d 87.925.46203?wP)(aMP 4.1.. aq?? 5~3748.129???K 設(shè)計(jì)滿足要求，筒壁穩(wěn)定。 3.2： 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于卷筒軸的可靠性對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的安全，可靠工作非常重要，因此應(yīng)十分重 視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)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(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度；此外， 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 21 對(duì)較長的軸還需校核軸的剛度。 由前面計(jì)算和查表我們可以得到： 鋼絲繩的額定拉力 =49KN，eF 卷筒直徑 ＝446.5mm，鋼絲繩直徑 ＝23.5mm，0Dd 直齒圓柱齒輪分度圓直徑 ＝400mm。1d 軸材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 ＝650 ， ＝360 ， =300 ， ＝100 。B?aMPs?aP1??aM0][b?aP 3.2.1 作用力計(jì)算 齒輪圓周力公式 ： ……………(14)??2,3112d DFTet ???????? = 40)5.3.6(9? =57.58（KN） 齒輪徑向力 ：??2,4?tgFr?? =57.58 =20.96（KN）??0 將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，見圖 4 圖縮示： 3.2.2 垂直面支承反力及彎矩 支反力，見圖 4.3 b6.950).85(teDVFR??? =42.96（KN）6.90).85(etCV??? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 22 =51.55（KN） 彎矩，見 4.3 圖 c =50 （51.55）=-2577.5 （KN.mm）CVARM50?? =60 42.96=2577.6（KN.mm）DB6 3.2.3 水平面支承反力及彎矩支反力（如圖 4.3）)(08.16.9250.6kNFRrDH???)(6.9..1rC 彎矩計(jì)算， )(9386.150mkNRMCHA ????.4.6DB ? 圖 4 心軸受力及彎矩圖 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 23 3.2.4 合成彎矩 見上圖 4.3 f )(16.27)93()5.27(22 mkNMAHVA ??????? ……… (15)48642BB 3.2.5.計(jì)算工作應(yīng)力 此軸為固定心軸，只有彎矩，沒有轉(zhuǎn)矩由上圖可知，最大彎矩發(fā)生在 剖面 A 處。設(shè)卷筒軸該剖面直徑為 ，則彎曲應(yīng)力公式 為Ad??2,4 ??031.bBbdM???)(aP 則 ………… (16)??30.bAb? )(12.6501.27633m??? 圓整后 =66mm，中間軸段 =66+5=71mmAdd 3.2.6 心軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算 查得有效應(yīng)力集中系數(shù) =1.88，表面狀態(tài)系數(shù) =0.92，絕卷筒軸的疲勞?K? 強(qiáng)度，應(yīng)該用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行計(jì)算，即 edFK? 式中 ——鋼絲繩的當(dāng)量拉力（N） ； ——當(dāng)量拉力系數(shù)，見《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》公式（2—11）d 為使計(jì)算簡便，可假使 =1。由前述可知，心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈dK 動(dòng)循環(huán)規(guī)律變化，則 。彎曲應(yīng)力為2bam?? = =96.08（ ） ………………… (17)31.0AdbMK??361.07?aMP 平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅 為ma? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 24 )(03.482.96abamMP??? 軸的形狀比較簡單，且為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在 A 截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集 中存在，且該處彎矩最大?？烧J(rèn)為 A 截面是危險(xiǎn)截面，應(yīng)在此處計(jì)算軸的疲勞 對(duì)尺寸系數(shù) =0.78，等效系數(shù) =0.34。???? 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為 = =2.25 ………(18)maKS???????1 05.43.05492.7801??? 一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)[S]=1.5~1.8，所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。 3.2.7 心軸的靜強(qiáng)度計(jì)算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，可按下式求得 ejF??max 式中 ——靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力（N） ；axj ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，見《建筑卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)》表 2—5。此處 =1.35? 靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 2.77 ………(19)WMSss/max??As/????361.0/2735.1 當(dāng) 時(shí)， =1.2~1.4，所以該軸靜強(qiáng)度足夠。6.0?bs??s 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 25 4 卷筒軸齒輪及排繩器設(shè)計(jì) 4.1：齒輪類型、精度級(jí)度、材料及齒數(shù)等設(shè)計(jì) 4.1.1 齒輪類型、精度級(jí)度、材料及齒數(shù)分析 據(jù)齒輪傳動(dòng)的受力分析直齒圓柱齒輪可知它由圓周力 與徑向力 ，斜Ft r 齒輪由圓周力 與徑向力 和軸向力 ，而圓錐齒輪由徑向力分力 和Ft ra r1 軸向分力 圓周力 ，而為了避免軸向力所以應(yīng)選用直齒圓柱齒輪。a1t （1）材料選擇：選擇小齒輪材料 40 （調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪rC 材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS。 （2）輸入功率 ＝12.98(KW)???P1321?? 齒數(shù)比 2.73iu （3）選小齒輪齒數(shù) ＝28，大齒輪齒數(shù) ＝ ＝2.73 28＝80 1Z2Z1u? 小齒輪轉(zhuǎn)速 ＝30inde?12570min)/(r （4）工作壽命：設(shè)工作壽命為 15 年（設(shè)每年工作 300 天） ，兩班制。 4.1.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版（10－9a）進(jìn)行計(jì)算，即：??2,3 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 26 ……………… (20)3211 )][(2.HEdtt ZuTKd????? 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值： (1) 試選載荷系數(shù) ＝1.3t (2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ………………(21)151/0.9nPT?? 12.98/30＝ （ ）510.9??6.4mN? (3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－7 可選取齒寬系數(shù) ＝1.2d? (4) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－6 查得材料的彈性影響系數(shù) ＝188（EZ ）2/1MP 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。aHP5601lim?? aHMP5102lim?? (5) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式 10－13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ＝60 30 1 (2 8 300 15)＝ … (22)hjLnN1??89. ＝73.2/09.82?704.5 (6) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ＝0.88；1HNK ＝ 1.14。2HNK (7) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1％，安全系數(shù) S＝1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式（10－12） 得 ＝ ＝493 ………………(23)SKHNH1lim1][??5608.?aMP ＝ ＝581 ………………(24)2li24. (8) 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值：td1][H? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 27 ………………(25)3211 )][(2.HEdtt ZuTKd????? ＝ ＝101.929 (mm)3 26493187.10.4. ??????? (9) 計(jì)算圓周速度 v ＝ 0.159(m/s) ……………(26)106??ndvt?10629.?sm/? (10) 計(jì)算齒寬 b ＝1.2 101.929＝122.31（mm）tdb1?? (11) 計(jì)算齒寬與齒高之比 t/ 模數(shù) ＝101.929/28＝3.64(mm)1zdmtt? 齒高 ＝2.25 3.64＝8.19(mm)th25.? b/h＝122.31/＝14.93(mm) (12) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=0.159(m/s)，7 級(jí)精度，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－8 查得動(dòng)載系 數(shù) ；05.1?VK 直齒輪，假設(shè) 。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－3 查得mNbFtA/10/? ＝1.1?FH 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－2 查得使用系數(shù) 5.1?AK 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－4 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布 置時(shí)， …………………(27)bKdH 3210.)6.01(8.2??????? 將數(shù)據(jù)代入后得 122.31＝1.6313210.).(. ??? 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 28 由 ， ＝1.631 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－13 得46.12/?hb?HK ＝1.612；?FK 故載荷系數(shù) ＝ 1.631＝2.826 ??HVAK????1.05. ………………(28) (13)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七 版式（10－10a ）得 ＝ ＝132(mm) …………(29)31/ttKd?3.1/826.9.01? (14)計(jì)算模數(shù) m ＝132/28＝4.7(mm)1/zd 4.1.3.齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式（10－5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 為：??2,3 ……………………(30)321][???????FSadYzKTm?? 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ＝440 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ＝ 330 ；1FE?aMP2FE?aMP (2) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版圖 10－18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ＝0.85；1FNK ＝0.88；2FNK (3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S＝ 1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版式（10－12）得 …………(31)KFENF11][???)(14.267.085aMP?? …………(32)..322S? (4) 計(jì)算載荷系數(shù) K 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 29 ＝ ＝2.792??FVAKK????1.05.62 (5) 查取齒形系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－5 查得 ；5.1??FY2.?F (6) 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第七版表 10－5 查得 ；6.1Sa7.12?SaY (7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較][FSaY? ＝ ＝0.01536 ……………………(33)1][FSaY?4.26715? ＝ ＝0.01894 ………………………(34)2][FSa.0 4.1.4 模數(shù) m 設(shè)計(jì) ＝ ＝7.49(mm)321][???????FSadYzKT??3260153.8.1479?? 對(duì)比計(jì)算大齒輪的數(shù)值大，結(jié)果由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于 由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度 所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑 （即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 7.49 并就近圓整為 標(biāo)準(zhǔn)值 m=8mm(機(jī)械原理第六版表 10—1)，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑的 d1=132mm，算出小齒輪齒數(shù)： ＝ 18mdz1?832? 大齒輪齒數(shù)： ＝2.73 18 5012uz? 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲 疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 30 4.1.5 齒輪幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 ＝18 8＝144（mm ）mzd1?? ＝50 8＝400(mm)2 2）計(jì)算中心距 ＝（144＋400）/2 ＝272（mm）/)(21da?? 3） 計(jì)算齒輪寬度 ＝1.2 144＝172.8(mm)1bd?? 取 ＝173(mm) ＝178（mm）2BB 4.1.6 齒輪驗(yàn)算 ＝ ＝56944.44(N)1dTFt?40.6? 465.57(N/mm) ……………………(35)bKtA?3.259 4.1.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)性 等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合地考慮上述各方面的因素。通 常是先按齒輪的直徑大小，先定合適的結(jié)構(gòu)形式，然后再根據(jù)薦用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 當(dāng)齒頂圓直徑 ≤160mm時(shí)，可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)齒頂圓直徑ad ≤50mm時(shí)，可以做成腹板式結(jié)構(gòu)，腹板上開的孔的數(shù)目按按結(jié)構(gòu)尺寸 大小ad 及需要而定。 當(dāng)齒頂圓直徑 400< <1000mm 時(shí)，可做成輪輻截面為 “十”字形的輪輻ad 式結(jié)構(gòu)的齒輪。 1，對(duì)于小齒輪來說由上述的結(jié)果可知： 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 31 =(z+2* )m；adah =（ 18+2*1）8=160mm； =（ 18+2*1）8=160mm；ad 由上面結(jié)論可知小齒輪可以做成實(shí)心式的結(jié)構(gòu)齒輪如下圖 5 圖 5 實(shí)心結(jié)構(gòu)齒輪 2，對(duì)于大齒輪來說由上述的結(jié)果可知： =(z+2* )m；adah =（ 50+2*1）8=416mm 由上面的結(jié)論可知： 由于齒頂圓直徑 比較大，齒輪可做成輪輻截面為“十”字形輪輻式結(jié)構(gòu)。ad 如下圖 6 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 32 △1D3lBC1△ 24HR∠ :0cda 圖 6 輪輻式大齒輪 Bl≥B;輪輻數(shù)常取為 6 4.2 排繩器的設(shè)計(jì) 大容繩量、大噸位的卷揚(yáng)機(jī)以及安裝使用的卷揚(yáng)機(jī)，為確保鋼絲繩排列整 齊，工作可靠，應(yīng)設(shè)置排繩裝置，即排繩器。本次設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)屬于大噸位、多 層纏繞卷揚(yáng)，所以需要設(shè)計(jì)一排繩器來防止繩子錯(cuò)亂排列。 4.2.1 工作原理： 排繩器主要由轉(zhuǎn)速調(diào)整箱、雙向傳動(dòng)絲杠、支承光杠、排繩導(dǎo)輥等組成。 排繩器的工作過程見下圖 7 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 33 23567891041-電 動(dòng) 機(jī) 彈 性 聯(lián) 軸 器 3-二 級(jí) 圓 柱 齒 輪 減 速 器 (同 軸 式 ) 4齒 輪 聯(lián) 軸 器5開 式 齒 輪 傳 動(dòng) 6卷 筒 7排 繩 器 導(dǎo) 輥 8雙 向 絲 杠 9-鏈 條0鏈 輪 圖 7 卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)原理圖 4.2.2 工作過程分析： 排繩的工作過程由圖 7 卷揚(yáng)機(jī)的傳動(dòng)原理圖可知，電機(jī) 1 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)彈 性聯(lián)軸器 2、二級(jí)圓柱齒輪減速器 3、齒輪聯(lián)軸器 4、和開式齒輪傳動(dòng)驅(qū)使卷筒 6 轉(zhuǎn)動(dòng)。鏈輪 10 與卷筒固聯(lián)一起隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)雙向絲桿 8 開始回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，迫 使排繩器導(dǎo)輥 7 作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行均勻地排繩。 顯然，若使鋼絲繩在卷筒上均勻纏繞，卷筒轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)使，鋼絲繩應(yīng)能移動(dòng)一 個(gè)纏繞節(jié)距。因此，必須保證卷筒與調(diào)整箱出軸（絲杠軸）之間具有準(zhǔn)確的傳 動(dòng)比，以使排繩導(dǎo)輥在雙向絲杠走過的距離與鋼絲繩實(shí)際的纏繞繩距相匹配。 本設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)系鋼絲繩多層纏繞，鋼絲繩工作時(shí)被擠壓，纏繞卷筒時(shí)排列的繩 距比鋼絲繩直徑略大一些，設(shè)計(jì)時(shí)，其繩距 t 繩 可近似取 t 繩 ＝d+(0.2~0.5)(mm)，或更大一些。 即：t 繩 =23.5+0.5=24（mm） 雙向絲杠總行程按下式計(jì)算： dBLK?? 式中 B——卷筒容繩寬度（mm） ； 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 34 d——鋼絲繩直徑（mm） 。 =800-23.5=776.5（mm）kL 而 又可寫成 =t 絲杠 nkLk? 式中 t 絲杠 ——絲杠螺紋螺距（mm） ； n——絲杠螺紋扣數(shù)。 776.5=24 n? 則可求得 n=32.35 取 n=33 在確定此行程時(shí)應(yīng)注意的問題是：當(dāng)?shù)?s 層鋼絲繩纏繞到卷筒一端極限位置 時(shí)，由于第 s 層鋼絲繩排列造成的斜角，使最后一個(gè)完整圈與卷筒端側(cè)板間有一 個(gè)楔形間隙。這樣鋼絲繩不能立即爬至第 s+1 層，而當(dāng)卷筒繼續(xù)轉(zhuǎn)過大約 120° ~180°時(shí)，方能爬上 s+1 層。為此，需要驅(qū)動(dòng)鋼絲繩的裝置在原位停留相應(yīng)的 時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用下面的措施來滿足過渡過程的需要。 在雙向絲杠兩端的轉(zhuǎn)向處（正反旋向螺紋交接過過渡處）增設(shè)一段圓弧槽。 近似取圓弧槽弧長如下： miDLm15.426 ???? 式中 ——雙向絲杠中徑（mm） ；mD ——卷筒、絲杠間的傳動(dòng)比。i 螺旋槽結(jié)構(gòu)采用 30o 梯形螺紋，螺牙高度 H =11mm，螺紋節(jié)距 P=22.5mm，α=8 o 4.2.3 強(qiáng)度計(jì)算校核 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)時(shí)， 主要承受扭矩及軸向壓力的作用， 同時(shí)在螺桿與螺母 之間有相對(duì)滑動(dòng)其失效形式是螺紋磨損。對(duì)于受力較大的傳力螺旋，還應(yīng)校核 螺桿危險(xiǎn)剖面及螺母螺皺牙的強(qiáng)度， 以防塑性變形或斷裂。由于本結(jié)構(gòu)傳動(dòng)精 度不高， 且使用軸徑較大轉(zhuǎn)速也低， 故對(duì)螺桿剛度， 臨界轉(zhuǎn)速不予考慮。 1. 螺桿強(qiáng)度計(jì)算: 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 35 根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其強(qiáng)度條件為： ][)4(3.1212 ?????dTQAca 式中: A一螺桿危險(xiǎn)剖面面積 mdA21 4?? Q一螺桿承受最大軸向力N d1一螺桿螺紋內(nèi)徑mm T一螺桿所受扭矩 N·mm2)( dQtgTv???? 一當(dāng)量摩擦角 當(dāng)量摩攘系數(shù)，對(duì)鋼一青銅，v?vvarctfvf 0.08～0.1C； 對(duì)淬火鋼一青銅， 0.06～0.08。?f ? 一許用應(yīng)力MPa 為材料屈服極限， 載荷穩(wěn)定][?53][∽q?q 時(shí)， 取大值。 對(duì)d 1的選取， 可根據(jù)螺桿穩(wěn)定性確定，根據(jù)螺桿柔度 值， 選取不同公s? 式計(jì)算。 iuls?? 式中: 一螺桿長度系數(shù)， 當(dāng)采用滾動(dòng)支承， 并且軸、徑向均有約束時(shí)， =0.5 一螺桿兩支承間距離 mml 一螺桿危險(xiǎn)剖面慣性半徑 mmi 4tdi? 時(shí)10??sn?2)(ulEIQ?? 式中：E一材料彈性模數(shù)E=3.06×10 8 MPa 湖南工學(xué)院畢業(yè)論文 36 I一危險(xiǎn)剖面慣性矩 mm 4641dI?? 時(shí)， 對(duì)35∽50號(hào)鋼10??sb?41)57.246(dQs???? 若 ， 可不必校核。0s 4.2.4 滑塊強(qiáng)度校核 對(duì)通常由鋼一青銅摩擦副組成的螺旋傳動(dòng)，其主要失效形式是磨損失效。 對(duì)磨損形式一般可分為:1、粘著磨損 2、磨粒磨損 3、腐蝕磨損 4、表面疲勞 磨損幾類主要磨損形式。綜合分析幾類磨損， 對(duì)本沒計(jì)， 粘著磨損是最主要 的失效形式， 因?yàn)檎持鴷?huì)產(chǎn)生材料撕脫