5吨卷扬机设计【三维SW】【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 摘要 随着社会的发展，机械将会越来越取代人力，这也是机械行业飞速发展的后果，在机械的发展历史中，新机械的发明有着举足轻重的作用。但是，那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械，更是起着不可替代的作用，卷扬机就是一例。卷扬机的发展就像其他机械一样，从开始的简单到现在的复杂，从以前的机械动力到现在的电力动力，从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。本设计就传统的卷扬机说起，一直到现在以及将来的发展。 本设计主要设计了 5 吨卷扬机的卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器以及滑轮组。其中卷筒和卷筒轴的设计最为主要， 本设计重点做了介绍。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。 关键词： 卷扬机；卷筒；卷筒轴；滑轮组 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 s be to be in a on to is be is an is on to to on to as as as as as as is is 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 摘 要 . . 第一章 概论 . 1 扬机发展概况 . 1 扬机的应用 . 1 扬机的发展概况 . 1 外卷扬机概况 . 3 扬机的发展趋势 . 5 扬机主要类型 . 5 动卷扬机基本结构 . 7 控卷扬机 . 7 有电磁铁制动器的卷扬机 . 8 用锥形转子电动机的卷扬机 . 9 放型卷扬机 . 10 第二章 起升机构的组成及型式 . 10 升机构的组成 . 10 升机构的典型传动型式 . 12 第三章 钢丝绳的选择 . 14 丝绳的种类和构造 . 14 丝绳直径的选择 . 15 丝绳的使用 . 17 第四章 卷筒的结构设计及尺寸确定 . 18 筒的分类 . 18 筒绳槽的确定 . 19 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 筒的设计 . 20 筒节径 设计 . 20 筒长度的计算 . 21 筒壁厚的计算 . 22 筒强度的计算 . 23 第五章 卷筒轴的设计计算 . 24 筒轴的受力分析与工作应力分析 . 24 筒轴的设计计算 . 25 用力计算 . 25 直面支承反力及弯矩 . 27 平面支承反力及弯矩支反力 . 27 算工作应力 . 28 轴的疲劳强度计算 . 28 轴的静强度计算 . 30 第六章 电动机的选择 . 30 动机选择 . 30 算电动机的发热条件 . 32 第七章 减速器的设计计算 . 32 速器总传动比计算 . 32 速器的计算 . 33 配 减速器的各级传动比 . 33 算传动装置的运动和动力参数 . 33 柱齿轮的设计计算 . 35 轮的参数设计 . 36 轮轴的参数设计 . 41 第八章 滑轮及 吊钩选择 . 42 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 轮的结构与材料 . 42 轮的直径计算 . 44 钩的结构 . 44 钩的计算 . 45 第九章 制动器、联轴器的选择 . 46 动器分类、特点及其选择 . 46 动器 工作原理 . 47 轴器的选择 . 47 第十章 小车行走机构设计 . 48 道 . 49 轮与车轮组 . 49 轮直径的计算 . 49 第十一章 安全设计及电气控制 . 50 全设计 . 50 气控制 . 51 第十二章 卷杨机的安全技术 . 52 谢词 . 53 参考文献 . 54 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 第一章 概 论 扬机发展概况 卷扬机的应用 卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械 的重要组成部分，配合井（门）架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、操作方便、维护保养简单、使用成本低、可靠性高等优点，广泛应用于建筑、水利、冶金起重作业。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且灵活性较差，故一般中小型工程仍然广泛应用卷扬机，汽车吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在工程中广泛应用，故大多设备的安装仍然 是由卷扬机承担的。卷扬机除在工程、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。 卷扬机的发展概况 在很久以前的古代，就知道来用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高劳动生产率。在我国，解放前卷扬机只有在一些大型企业中才被使用，应用很少，而且所使用的卷扬机也均为国外生产，国内基本上没有生产卷扬机的厂家。 我国卷扬机的生产是解放后才开始的。 50 年代为满足恢复经济的需要和第需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 一个五年计划的得要，卷扬机的生产被提到了日程上。原沈 阳国泰机器厂 (阜新矿山机械厂前身 )等成批仿制了两种卷扬机，一种为日本的 动力卷扬机，它是一种原动机为电动机动型式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快速卷扬机，另一种是按苏联图纸制造的 1011 型和 1012 型普通蜗杆传动、电控慢速卷扬机。由于当时生产力不高，卷扬机的需求量亦不多，故这段时间国内卷扬机的生产主要是仿制。 随着生产力的发展，到了 60 年代，卷扬机的生产和使用越来越多。为了协调生产，卷扬机主要生产厂家 (阜新矿山机械厂、天津卷扬机厂、山西机器广、宝鸡起重运输机厂 等 )组成了卷扬机行业组织，隶属于第一机械工业部矿山机械行业。为了发展卷扬机的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国卷扬机的生产相应用情况进行了调查。在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了 3t 电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推广。 从 70 年代起，我国卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上， 1973 年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了卷扬机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速卷扬机的基型采 用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手板刹车带制动 (如图 1慢速卷扬机的基型式为闭式传动 (圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器 )、电磁铁制动结构。这两种基型一直到现今还在生产。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 74卷扬机型式与基本参数和 76卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德机械研究所 (长沙机械研究院前身 )领导。随着部标准的颁布，使卷扬机有了大发展的基础。在此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反应 塔，塔的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的卷扬机，因而各厂家相继生产了 20t 和 32t 卷扬机 (图 1 2)，满足了经济发展的需要。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 国外卷扬机概况 在国外，卷扬机的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中，工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也在不断更新，下面介绍一下几个外国主要生产的卷扬机的状况。 （一） 美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波 (际有限公司、哲恩 (限公司等。 贝波国际有限公司成 立于 1919 年，有七十多年的设计和生产实践经验。主要产品有，气动链式卷扬机 40t)，防爆拖式气动卷扬机 (30t)，驳船卷扬机 (手动、气动、电动、液压， 25 75t)，电动链式卷扬机 (20t)，电动葫芦 (15t)电动卷扬机 (手动卷扬机 75t)，液压卷扬机 (1 10t )，水平卷扬机 (1 9t)，手动链式卷扬机（ 100t），棘轮牵引器 (1 1. 75t)，空中用运车 (20t)等。 哲恩有限公司是美国较大的生产起重设备的公 司，主要产品有各种手动卷扬机、电动卷扬机、提升机械及起重机。手动卷扬机的主要品种有：直齿传动卷扬机、蜗杆传动卷扬机；电动卷扬机的主要品种有：蜗杆传动系列、直齿齿轮传动系列、齿轮蜗杆传动组合系列、直接驱动系列、链传动系列。 美国除上述两家公司外，比较重要的生产厂家还有布劳斯公司、赛林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索艺德公司等。 （二）日本 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计，19701975 年间卷扬机的产量增加 据日本通产省机械核计月报载，仅1977 年单纯土建卷扬机的产量就达 12 万台，产值约 100 亿日元。 日本卷扬机行业由机械技术部会、荷役机械技术委员会领导。主要生产厂家有北川铁工所、远藤钢机、南星、越野总业、艺浦、松岗产业等 80 多个厂家。 北川铁工所是一家大型生产厂。其生产的卷扬机品种系列比较齐全，主要有： 1动力卷扬机 分 种型式。功率为 44丝绳拉力从 5880 44l 00N。有 18 个规格。 F 型是 V 型带传动， 是单筒开式齿轮传动， 是双筒开式齿轮传动。其结构持点是全部为标准型，采用改进了的 螺旋顶丝式离合器操纵，因而操作简便，易调整；鼓形离合器采用单锥体式，摩擦材料采用带型树脂。 2电动卷扬机 该厂生产的电动卷扬帆为 ，功率 11力 6000 142100N，四种规格。其结构特点是：全封闭内齿轮传动；电动机在一端，减速器、制动器和操作部分在另一端，中间是卷筒，一字型布置，按钮操作，可远距离遥控；最大特点是卷简可缠绕 8 9 层容绳量大，适于高层卷扬使用。 远滕钢机公司有 60 多年历史，它是日本唯一生产特殊电动卷扬机的公司。卷扬机采用起重电动机，卷扬机可两档 变速，排绳器装在上部，是单螺旋轴双导向杆式结构，机座全部是焊接结构，所有机械与电器部分都装在机座里。 (三 )法国 法国生产卷扬机的厂家很多，其中包藤 (司就是生产卷扬机的主要广家之一，主要生产 列、 列、 列和 列卷扬机。 卷扬机轻巧紧凑，效率高，安全可靠，可遥控操作。这种卷扬机能够比较理想地与各种机械配套。 卷扬机可两档变速，采用液压控制。液压系统可同时控制两个机械制动器。 卷扬机综合了电气技术 (包括电子技术系统 )和液 压技术的优点，性能比较好。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 卷扬机是三速电动卷扬机，远距离遥控操作，空载高速下降，提高了生产率。电控齿轮换档 (采用延时继电器 )起吊位置精确，运动缓和，传动件在油池里工作，停车缓慢，避免磨损电磁刹车。 卷扬机可五档变速，三个低速档和两个高速档。由两个独立的装有电磁刹车系统的提升电动机驱动卷扬机。电动机带动直齿减速器，用锥齿轮带动卷筒。 其他国家，如俄罗斯、英国、挪威、瑞典、加拿大、德国等也都生产着不同用途的各种型号的卷扬机。 卷扬机的发展趋势 1 大型化 由于基础工业的发展，大型设备和机械构件要求整体安装，促进了大型卷扬机的发展。目前，俄罗斯已生产了 60t 卷扬机，日本生产了 32t、 50t、 60t 液压和气动卷扬机，美国生产了 136t 和 270t 卷扬机。 2采用先进电子技术 为了实现卷扬机的自动控制和遥控，国外广泛采用了先进的电子技术。对大型卷扬机安装了电器连锁装置，以保证绝对安全可靠。 3发展手提式卷扬机 为提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外大力发展小型手提式卷扬机，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机 ，其电压为 12V，质量为 力为 3336 13344N。 4大力发展不带动力源装置的卷扬机 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力的卷扬机。此种卷扬机结构简单，有一个卷筒和一个变速箱即可。 卷扬机主要类型 卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同使用条件，卷扬机亦制造成各种不同机型的产品。机型的分类方法很多，目前大致按下述方法分类。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 按钢丝绳额定拉力 F 分 按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按 1955 88卷扬机中规定为 5， 10， 16， 20， 25， 32， 50， 80， 120， 160， 200， 320，500 15 级。此参数为卷扬机的主要参数。 2 按钢丝绳速度 v 分 钢丝绳在基准层上的出绳速度是卷扬机的又一项主要参数，根据钢丝绳的速度分为： （ 1）慢速卷扬机 绳速 v 9 15m （ 2）中速卷扬机 绳速 v 15 30m 3）快速眷扬机 绳速 v 30 45m 4）高速卷扬机 绳速 v 45m 为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其速度可调，有双速、三速和多速几种类型。 3 按卷筒数目分 一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分为单筒卷扬机、双筒卷扬机和多筒卷扬机三类。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是辅助卷筒，筒径相对要小些。 4 按动力源分 由于工作环境不同，所用的动力源亦不同。 （ 1）手动卷扬机 用于无动力来源地区的小型卷扬机； （ 2）电动卷扬机 大多数卷扬机皆属于此类； （ 3）内燃机卷扬机 用于无电源的地方； （ 4）气动卷扬机 用于不能使用电源的地方； （ 5）液压 卷扬机 用于与其他设备配套使用而有液压源的场合。 5 按传动形式分 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 1）开式齿轮传动 最早的形式，目前主要用于手动卷扬机； （ 2）闭式圆柱齿轮传动 主要为快速单筒卷扬机应用广泛。 （ 3）圆锥 圆柱齿轮减速器 （ 4）蜗杆传动减速器 （ 5）圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动 （ 6）蜗杆减速器加开式齿轮传动 （ 7）行星齿轮传动 （ 8）液压传动 6 按控制方法分 （ 1）手控卷扬机 由人工操纵闸把控制卷杨机提升或下放重物。 （ 2）电控卷扬机 用电控钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作。 （ 3）液控卷扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。 （ 4）气控卷杨机 （ 5）自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。 7 按用途分 卷扬机由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异。 （ 1）提升重物 要求有一定的速度和较高的安全性。 （ 2）设备安装 一般设备的质量都较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；为保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。 （ 3）曳引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品能前后运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均 能工作。 （ 4） 打桩 要求卷扬机把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落体下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放性能。 卷扬机虽然可以分成很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把它们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在卷扬机的设计上对用途分得并不清楚，而是按要求高的来设计，这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 泛的应用。 电动卷扬机基本结构 电动卷扬机由于操作方法不同，其结构相差很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放型卷扬机两类。 控卷扬机 此类卷扬机通 过通电或断电以实现卷扬机的工作或制动。物料的提升或下降由电动机的正反转来实现，操作简单方便。其制动型式主要有电磁铁制动器和锥形转子电动机两类，下面就这两种制动型式卷扬机的常见类型作介绍。此类卷扬机大多是单卷筒的。 带有电磁铁制动器的卷扬机 （ 1） 圆柱齿轮减速器快速卷扬机 (图 1 图 1柱齿轮减速器快速卷扬机简图 1 电动机 2 联轴器 3 制动器 4 减速器 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 5 联轴器 6 卷筒 7 底座 8 支架 （ 2）蜗杆减速器慢速卷扬机。 （ 3）圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机 (图 1 图 1圆柱齿轮减速器加开式齿轮传功的卷场机简图 1 电动机 2 联轴器 3 制动器 4 减速器 5 开式齿轮传动 6 卷筒 （ 4）蜗杆减速器加开式齿轮传动的卷扬机。 对一些起重量大的卷扬机，为使钢丝绳在卷简上排列整齐，需要安装排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力 F 120卷扬机上，均应安装排绳器。 采用锥形转子电动机的卷扬机 此类卷扬机利用锥形转子电动机本身所具有的制动性能来实现卷扬机的制动。 由于锥形转子电动机是靠转子轴向移动来实现制动或松开的，可省略单独的制动器，在结构上就要求电动机与传动系统间能做轴向相对移动。一般，轴向移动是通过可移式联轴器把电动机轴的运动传递到传动系统来实现的。由于此类卷扬机的电动机轴线与卷筒轴线为同轴，故习惯上把这类卷扬机叫做一字型结构卷扬机。根据传动系统的不同，其可分为： （ 1）定轴轮系传动 这是 1988 年行业组织的系列设计中的一种机型。 （ 2）渐开线圆柱齿轮行星传动 常见的有封闭型 2K H 型行星轮系和 3纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 型行星轮系传动的卷扬机。 （ 3）接线针 轮传动 由于摆线针轮传动一级减速的减速比比较大，故采用一级减速即可。这种传动可把传动系统放在卷筒里面，可减小卷扬机体积。 （ 4）少齿差行星传动 少齿差传动可得到大的传动比，并可把传动系统放在卷筒内，使结构紧凑。 上述摆线针轮行星传动和少齿差行星传动的输出机构是很重要的一环，可实现偏心输出的机构有很多，但考虑到加工和效率的原因，目前采用较多的是销轴式，但其加工精度及热处理要求较高，卷扬机生产厂家比较难以达到。所以有的厂家采用了零齿差传动输出机构，其设计较为复杂，但加工较为容易，效果亦不错。 （ 5）谐波传动 此传动的传动比大，啮合齿数多，所以承载能力大，故其体积、质量可更小。但其柔轮的要求较高，生产较为困难。 （ 6）活齿行星传动 又叫顶杆蠕动传动，它的加工相对比较方便。 放型卷扬机 此类卷扬机提升重物的下降不是利用电动机反转来实现而是靠置物的重力下降，并带动卷简反转，此时电动机不转。要在电动机和卷筒之间实现其运动的联接或分离，通常采用离台器或差动轮系。由于电动机和卷筒可分可合，因此卷筒的数目可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的运动，则此类卷扬机可设计成单 卷筒、双卷筒和多卷筒的型式。 为保证各卷筒的运动或停止，其离合和制动装置都直接安装在卷筒上。 第二章 起升机构的组成及型式 起升机构的组成 起升机构是使重物作升降运动的机构，它是任何起重机必不可少和最主要最基本的机构。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 此次设计的电动 5 吨卷扬机是由电动机、连轴器、制动器、减速器、卷筒、导向滑轮、起升滑轮组、钓钩等组成（如图 2 图 2起升机构示意图 1 电动机 2 联轴器 3 减速器 4 卷筒 5 导向滑轮 6 滑轮组 7 吊钩 电动机正转或反转时，制动器松开， 通过带制动轮的联轴器带动减速器高速轴，经减速器减速后由低速轴带动卷筒旋转，使钢丝绳在卷筒上绕进或放出，从而使重物起升或下降。电动机停止转动时，依靠制动器将高速轴的制动轮刹住，使悬吊的重物停止在空中。 根据需要起升机构上还可装设各种辅助装置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器和钢丝绳作多层卷绕时，使钢丝绳顺序排列在卷筒上的排绳装置等。 起升机构的典型传动型式 在电动机与卷筒之间通常采用效率较高的起重用标准两级减速器。要求低速时可采用三级大传动比减速器。为便于安装，在电动机与减速机 之间常采用具有补偿性能的弹性柱销连轴器或齿轮连轴器。前者构造简单并能起缓冲作用，但弹性橡胶圈的使用寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮连轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。 一般制动器都安装在高速轴上，这样所需要的制动力矩小，相应的制动器尺需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 寸小，重量轻。经常利用联轴器的一半兼作制动轮。带制动轮的半体应安装在减速器高速轴上。这样，即使联轴器被损坏，制动器仍可把卷筒制动住，以确保机构的安全。 起升机构的制动器必须采用常闭式的。制动力矩应保证有足够的制动安全系数。在重要的起升机构中有时设两 个制动器，而第二个制动器可安装在减速器高速轴的令一伸出端或装设在电动机的尾部出轴上。 为使机构布置方便并增大补偿能力，在电动机与减速机之间可用浮动轴连接，浮动轴的两端为半齿轮连轴器。 卷筒与减速器低速轴之间的连接型式很多。本卷扬机的卷筒与低速轴的连接为带齿轮接盘的结构型式，卷筒轴左端用自位轴承支撑于减速器输出轴的内腔轴承座中，低速轴的外缘制成外齿轮，它与固定在卷筒上的带内齿轮的接盘相啮合，形成一个齿轮连轴器传递扭矩，并可以补偿一定的安装误差。在齿轮联轴器外侧，即靠近减速器的一侧装有剖分式密封盖， 以防止联轴器内的润滑油流出来和外面的灰尘进入。这种连接型式的优点是结构紧凑，轴向尺寸小，分组性好，能补偿减速器与卷筒轴之间的安装误差。如图（ 2 图 2 用齿轮接盘连接型式 卷筒的直径一般尽量选用允许的较小值，因为随着卷筒直径的增加，扭矩和减速传动比也增大，引起整个机构庞大。但在起升高度较大时，往往用增大卷筒直径的方法以减小其长度。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 滑轮组型式（单联或双联）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影响。在桥式起重机中采用双联滑轮组，一方面使卷筒两支撑上的受力不变，也就是使运行小车两边的轨道轮 压不变，这对桥架和小车车架受力使有利的；另一方面是使重物在起升过程中不作横向移动。但由于双联滑轮组的倍率比单联滑轮组小一倍，起升机构的传动比也需要增大一倍，这就使机构尺寸增大，所以其他的起重机采用单联滑轮组，此次设计的是 5 吨桥式起重机的卷扬机，因此选用双联滑轮组，如图（ 2 3）。 图 2 3