1848_1.6型卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計(jì),_1,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 頁前 言隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械將會(huì)越來越取代人力，這也是機(jī)械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機(jī)械的發(fā)展歷史中，新機(jī)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(jī)械，更是起著不可替代的作用，卷揚(yáng)機(jī)就是一例。卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展就像其他機(jī)械一樣，從開始的簡(jiǎn)單到現(xiàn)在的復(fù)雜，從以前的機(jī)械動(dòng)力到現(xiàn)在的電力動(dòng)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(yáng)機(jī)又稱絞車，是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搬運(yùn)安裝靈活、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、使用成本低、對(duì)作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。本設(shè)計(jì)就傳統(tǒng)的卷揚(yáng)機(jī)說起，一直到現(xiàn)在以及將來的發(fā)展。卷揚(yáng)機(jī)是起重垂直運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設(shè)備，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。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撸荒茉诠こ讨袕V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。下面卷筒機(jī)的發(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)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 2 頁大型卷揚(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。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 3 頁1 卷揚(yáng)機(jī)的整體概述1.1 電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)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(yáng)機(jī)和溜放型卷揚(yáng)機(jī)兩類。1.1.1 電控卷揚(yáng)機(jī)此類卷揚(yáng)機(jī)通過通電或斷電以實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的工作或制動(dòng)。物料的提升或下降由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單方便。其制動(dòng)型式主要有電磁鐵制動(dòng)器和錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)兩類，下面就這兩種制動(dòng)型式卷揚(yáng)機(jī)的常見類型作介紹。此類卷揚(yáng)機(jī)大多是單卷筒的。1.1.2 帶有電磁鐵制動(dòng)器的卷揚(yáng)機(jī)1. 圓柱齒輪減速器快速卷揚(yáng)機(jī)，如圖 2-1。圖 2-1 圓柱齒輪減速器快速卷揚(yáng)機(jī)簡(jiǎn)圖1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—制動(dòng)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(yáng)機(jī)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 4 頁3. 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，如圖 2-2。圖 2-2 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場(chǎng)機(jī)簡(jiǎn)圖1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—制動(dòng)器4—減速器 5—開式齒輪傳動(dòng) 6—卷筒 4. 蝸桿減速器加開式齒輪傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。對(duì)一些起重量大的卷揚(yáng)機(jī)，為使鋼絲繩在卷簡(jiǎn)上排列整齊，需要安裝排繩器。按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力 F＞120 kN 的卷揚(yáng)機(jī)上，均應(yīng)安裝排繩器。1.1.3 采用錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)此類卷揚(yáng)機(jī)利用錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)本身所具有的制動(dòng)性能來實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的制動(dòng)。由于錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)是靠轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)或松開的，可省略單獨(dú)的制動(dòng)器，在結(jié)構(gòu)上就要求電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)間能做軸向相對(duì)移動(dòng)。一般，軸向移動(dòng)是通過可移式聯(lián)軸器把電動(dòng)機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)傳遞到傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。由于此類卷揚(yáng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸線與卷筒軸線為同軸，故習(xí)慣上把這類卷揚(yáng)機(jī)叫做一字型結(jié)構(gòu)卷揚(yáng)機(jī)。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的不同，其可分為：黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 5 頁1. 定軸輪系傳動(dòng) 這是 1988 年行業(yè)組織的系列設(shè)計(jì)中的一種機(jī)型。2. 漸開線圓柱齒輪行星傳動(dòng) 常見的有封閉型 2K—H 型行星輪系和 3K 型行星輪系傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。3. 接線針輪傳動(dòng) 由于擺線針輪傳動(dòng)一級(jí)減速的減速比比較大，故采用一級(jí)減速即可。這種傳動(dòng)可把傳動(dòng)系統(tǒng)放在卷筒里面，可減小卷揚(yáng)機(jī)體積。4. 少齒差行星傳動(dòng) 少齒差傳動(dòng)可得到大的傳動(dòng)比，并可把傳動(dòng)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(dòng)和少齒差行星傳動(dòng)的輸出機(jī)構(gòu)是很重要的一環(huán)，可實(shí)現(xiàn)偏心輸出的機(jī)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(yáng)機(jī)生產(chǎn)廠家比較難以達(dá)到。所以有的廠家采用了零齒差傳動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但加工較為容易，效果亦不錯(cuò)。5. 諧波傳動(dòng) 此傳動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng) 又叫頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)，它的加工相對(duì)比較方便。1.1.4 溜放型卷揚(yáng)機(jī)此類卷揚(yáng)機(jī)提升重物的下降不是利用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)．而是靠置物的重力下降，并帶動(dòng)卷簡(jiǎn)反轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。要在電動(dòng)機(jī)和卷筒之間實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接或分離，通常采用離臺(tái)器或差動(dòng)輪系。由于電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)，則此類卷揚(yáng)機(jī)可設(shè)計(jì)成單卷筒、雙卷筒和多卷筒的型式。為保證各卷筒的運(yùn)動(dòng)或停止，其制動(dòng)裝置都直接安裝在聯(lián)軸器上。1.2 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 八個(gè)工作級(jí)別。在本設(shè)計(jì)中我選擇中等載荷，工作級(jí)別為 M4，總工作時(shí)間為 3200 小時(shí)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(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)使用黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 7 頁2 零部件的計(jì)算2.1 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。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(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。2.1.2 鋼絲繩的選取目前在工業(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)算的最小直徑黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(jī)構(gòu)的工作級(jí)別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運(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 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(yáng)機(jī)用于建筑，所以工作級(jí)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(qiáng)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(hào)為 12 NAT 6 19S+FC 1570 ZZ 80.5 GB8918-2006?其破斷拉力為 80.5KN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黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 9 頁設(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則 =80.5/16=5.03>5 復(fù)合要求。g2.1.3 鋼絲繩的使用鋼絲繩在工作時(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。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(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。2.2 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。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(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= =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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(jì)算=[（210+6）/2] 1.6=172.8N.m312?????????ejeFD?其中 Te 為額定扭矩，N.m；Dj 為基準(zhǔn)層繩心直徑，mm。2.計(jì)算扭矩分為疲勞強(qiáng)度計(jì)算扭矩和靜強(qiáng)度計(jì)算扭矩：A.疲勞強(qiáng)度計(jì)算扭矩 Td=[（210+6）/2] 9.6=1036.8N.m3102?????????ejdFT?式中 為疲勞強(qiáng)度計(jì)算扭矩，N.m；dB.靜強(qiáng)度計(jì)算扭矩 Tjmax=[（210+6）/2] 18.6=2000 N.m3maxmax102?????????jjj FDT ?式中 為靜強(qiáng)度計(jì)算扭矩，N.m。axj2.2.3 卷筒筒壁及側(cè)板的計(jì)算1.卷筒筒厚鑄造卷筒壁厚的強(qiáng)度按照下式驗(yàn)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(yīng)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(jì)算黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁卷筒側(cè)板根部強(qiáng)度按照下式計(jì)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(yīng)力；可按照下式計(jì)算??e?=ekb,式中 為鑄造材料的抗拉強(qiáng)度極限，MPa，取為 230MPa；,為安全系數(shù)，按卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別對(duì)鑄鐵取 =4j jk則 =230/4=57.5MPa；??jbek,??則 = =11.3 取為 12mm21???????enzFB?215.7604.???????2.3 原動(dòng)機(jī)的選擇1. 選擇電動(dòng)機(jī)的類型選擇電動(dòng)機(jī)的類型主要根據(jù)工作機(jī)載荷特性，有無沖擊、過載情況、調(diào)速范圍、啟動(dòng)制動(dòng)的頻繁程度以及電網(wǎng)供電狀況等。對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的機(jī)械，應(yīng)選用機(jī)械特性為硬特性的電動(dòng)機(jī)；對(duì)恒功率負(fù)載特性的機(jī)械，應(yīng)選用變速直流電動(dòng)機(jī)或帶機(jī)械變速的交流異步電動(dòng)機(jī)。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)負(fù)載，價(jià)格較高，因此當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)能滿足工作機(jī)械要求時(shí)，一班不采用直流電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)一般采用三項(xiàng)交流電源，如無特殊要求均應(yīng)采用三項(xiàng)交流電動(dòng)機(jī)。其中，以三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多，常用的為 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。此外，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、濕度、通風(fēng)及有無防塵防爆等特殊要求，選擇不同的防護(hù)性能的外殼結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動(dòng)機(jī)與被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的連接形式，決定器安裝方式，一般采用臥式。2. 電動(dòng)機(jī)功率的選擇黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 13 頁標(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。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，wpkw?10fvpw?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 54321??為軸承的傳動(dòng)效率， 、 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率， 為減速器的傳動(dòng)1?34 5?效率， 為卷筒的傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定功率 （kw） ，使mp=（1-1.3） =（1-1.3） 8.95=8.95-11.635kwmpd?查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 19-4 取 =11kw，選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(dòng)比 i= =1460/45.5=32.1；1選擇型號(hào)為 ZQ40 的減速器，其中傳動(dòng)比為 31.5.2.5 制動(dòng)器、聯(lián)軸器的選擇按照制動(dòng)器構(gòu)造特征，可分為帶式制動(dòng)器、塊式制動(dòng)器、蹄式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器四種。在設(shè)計(jì)或選擇制動(dòng)器時(shí)，主要依據(jù)是制動(dòng)力矩。無論是標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器，還是自行設(shè)計(jì)的制動(dòng)器都要做必要的發(fā)熱驗(yàn)算。本設(shè)計(jì)采用磁鐵式制動(dòng)器，型號(hào)：TJ2A-200/100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 11/1460=71.952N.m1?np?則 = KA =2.3 71.952=165.5N.mcaT選取型號(hào)為 LX4 和 LX6 彈性柱銷聯(lián)軸器。2.6 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)安全、可靠的工作非常重要，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)盡可能簡(jiǎn)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，對(duì)較長(zhǎng)的軸還需校核軸的剛度。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁本設(shè)計(jì)以計(jì)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(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，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(dòng)的心軸。計(jì)算時(shí)應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個(gè)極限位置分別計(jì)算。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時(shí)，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時(shí)，卷筒支承作用到心軸的力，可簡(jiǎn)化為作用于軸承寬度中點(diǎn)的集中力。1. 軸上零件的布置對(duì)于卷筒軸，安裝一個(gè)聯(lián)軸器，一個(gè)卷筒，兩個(gè)支架。2. 為便于軸上零件的安裝，把軸設(shè)計(jì)成階梯軸后段軸的直徑大于前端軸的直徑。3. 各段軸的長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)過程中，在確定各軸段的直徑后，就應(yīng)該進(jìn)入畫圖階段，要邊計(jì)算邊畫圖，邊畫圖邊計(jì)算。根據(jù)軸結(jié)構(gòu)的需要，各軸段的長(zhǎng)度確定如下：=30mm， =120mm， =570mm， =70mm， =40mm， =30mm，1L23L45L6=50mm， =142mm。784. 計(jì)算支反力及彎矩計(jì)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(duì)稱布置，只受一個(gè)力，故=16000N/2=8000NBVAF?黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 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(xiǎn)截面及校核其強(qiáng)度A 支架處截面的應(yīng)力=44.33MPa31.0d??B 支架處截面的應(yīng)力=44.33MPa3.M由于 =55MPa，則軸的強(qiáng)度滿足要求。??1??5 計(jì)算拉力計(jì)算拉力是指作用在基準(zhǔn)層上的拉力，分為疲勞計(jì)算拉力，靜強(qiáng)度計(jì)算拉力和試驗(yàn)拉力1）疲勞計(jì)算拉力這是用來計(jì)算卷揚(yáng)機(jī)零件疲勞、磨損和發(fā)熱的一種計(jì)算拉力，它所考慮的工況是卷揚(yáng)機(jī)在正常工作情況下鋼絲繩承受的拉力，疲勞計(jì)算拉力采用當(dāng)量拉力，按下式計(jì)算確定= =0.6 16000=9600NdFeK?式中 -鋼絲繩的當(dāng)量拉力，N。2）靜強(qiáng)度計(jì)算拉力靜強(qiáng)度計(jì)算拉力是考慮卷揚(yáng)機(jī)正常作業(yè)時(shí)可能出現(xiàn)的最大拉力，此時(shí)零件的強(qiáng)度不得超過材料的許用應(yīng)力，可按下式計(jì)算=maxjF?e其中 是動(dòng)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(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 17 頁6 試驗(yàn)拉力卷揚(yáng)機(jī)的強(qiáng)度用試驗(yàn)拉力進(jìn)行計(jì)算，取下面兩種情況中的大者。A．靜載荷試驗(yàn)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(dòng)載荷試驗(yàn)拉力：動(dòng)載試驗(yàn)拉力為鋼絲繩額定拉力的 110%，按照下式計(jì)算：=1.1 =1.1 16000N=17600NvdFe?則卷揚(yáng)機(jī)強(qiáng)度按照靜載荷試驗(yàn)拉力計(jì)算。C.許用應(yīng)力和安全系數(shù)靜強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力與安全系數(shù)靜強(qiáng)度計(jì)算滿足下式[ ]= =355/1.5=236.67MPa?Ks式中[σ]為塑性材料的許用應(yīng)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(jì)算的許用應(yīng)力與安全系數(shù)當(dāng)零件應(yīng)力不是單向應(yīng)力時(shí)，應(yīng)按合適的強(qiáng)度理論予以合成。卷筒軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈動(dòng)循環(huán)規(guī)律變化，則 。彎曲2bmn??應(yīng)力為＝26.6 Mpa 30.1dBbKM??平均應(yīng)力 和應(yīng)力幅 為ma＝13.3 Mpa ） 2bn??軸的形狀比較簡(jiǎn)單，且為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在 B 截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集中存在，且該處彎矩最大，可以認(rèn)為置截面是危險(xiǎn)截面，應(yīng)在此處計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度。查得有效應(yīng)力集中系數(shù)尺 ＝1.88，表面狀態(tài)系數(shù) ＝0.92，絕對(duì)尺寸系數(shù)K??黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁＝0.78，等效系數(shù)小 ＝0.34。????疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為＝7 1amSK????????一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) ，所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。??.5~88.軸承的選擇選擇型號(hào)為 1218 的調(diào)心球軸承滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算由下式可得通過計(jì)算得 =139589hhL該軸承符合要求。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁3 電氣與安全保護(hù)3.1 電源3.1.1 采用 380v，50Hz 的三項(xiàng)交流電源。3.1.2 電動(dòng)機(jī)接線端處的電壓變化應(yīng)不超過額定值的±10%。3.1.3 電路上應(yīng)設(shè)電源總開關(guān)，要能方便的接通和切斷電源。3.1.4 移動(dòng)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(shí)鋼絲繩拉力能達(dá)到額定拉力的 110%2.當(dāng)電壓值為額定電壓的 90%時(shí)，鋼絲繩拉力仍然達(dá)到額定拉力值3.保證啟動(dòng)和制動(dòng)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(yīng)滿足以下要求：1. 必須設(shè)有停尸所有運(yùn)動(dòng)的急停按鈕，并能切斷總電源2. 按鈕應(yīng)能點(diǎn)動(dòng)6.3 配電箱3.3.1 配電箱的結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足卷揚(yáng)機(jī)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(yīng)設(shè)鎖閉裝置3.3.2 配電箱內(nèi)部應(yīng)涂絕緣漆，其防護(hù)等級(jí)不低于 GB1498 中規(guī)定的 IP44 級(jí)。箱體內(nèi)應(yīng)由足夠的空間，電氣元件的布置應(yīng)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(dòng)作產(chǎn)生的熱量，電弧，振動(dòng)和磁場(chǎng)不得影響其他元件的正常功能，不得引發(fā)誤動(dòng)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(biāo)志。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 20 頁3.4 電氣安全保護(hù)3.4.1 卷揚(yáng)機(jī)電氣系統(tǒng)必須有短路與過載保護(hù)性能。短路保護(hù)用自動(dòng)開關(guān)過載保護(hù)用熱繼電器3.4.2 電壓指示應(yīng)有欠壓和失壓保護(hù)以及缺斷相保護(hù)3.4.3 必須在操縱人員方便的地方設(shè)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(yīng)滿足下列要求：1. 卷揚(yáng)機(jī)機(jī)座必須可靠接地，并有明顯的接地標(biāo)志，接地螺釘不小于 M8，且防松和防銹。2. 卷揚(yáng)機(jī)所有電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地3. 接地導(dǎo)線用銅導(dǎo)線黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 21 頁設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我深刻的體會(huì)到：畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前沒有發(fā)現(xiàn)的知識(shí)方面的問題，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中都冒出來了。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也明顯的感覺到受到了很多周圍同學(xué)的幫助，同學(xué)之間相互探討，相互幫助，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)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(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 22 頁致謝我要感謝，非常感謝我的導(dǎo)師康紅偉老師。他為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵(lì)你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會(huì)以“專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)” 嚴(yán)格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤色，康老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。正是康老師的無私幫助與熱忱鼓勵(lì)，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(xué)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(jìn)出他們的寢室專門為我配備了一把鑰匙，而且四臺(tái)電腦的密碼也都一一告知于我，任我選用，讓很非常感動(dòng)。對(duì)學(xué)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(dòng)的，主動(dòng)與老師同學(xué)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(xué)院機(jī)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(xué)生活，感謝我的家人和那些永遠(yuǎn)也不能忘記的朋友，他們的支持與情感，是我永遠(yuǎn)的財(cái)富。 謝謝！謝謝！黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 23 頁參考文獻(xiàn)[1]齒輪手冊(cè)編委會(huì) 齒輪手冊(cè)（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[2]羅伯特 機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)械零件（第三版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[3]徐灝 疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1985[4]徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第一版） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1992[5]陸玉 何再洲 佟延偉 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2007[7]陳裕成 建筑機(jī)械與設(shè)備 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