回转工程钻机主卷扬的设计【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 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 论 文 题目 回转工程钻机主卷扬的设计 系 别 工程技术系 专 业 机 械设计制造及其自动化 学生姓名 罗金华 学 号 05208323 指导教师 王胜曼 职 称 讲师 2012 年 5 月 5 日需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 回转工程钻机主卷扬的设计 摘 要 工程钻机卷扬机 是工程钻机的重要组成部分，配合井架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升水龙头、钻杆设备等设备的起吊工作， 由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。 本次设计的 1吨电动工程钻机卷扬机是由电动机、连轴器、制动器、减速器、卷筒、起升滑轮组、吊钩等组成。 本次设计的步骤是从钢丝绳开始入手，然后依次对卷扬机的卷筒、卷筒心轴、电动机、减速器齿轮、减速器轴、制动器、联轴器的设计和选择。其中钢丝绳的选择、卷筒、卷筒轴、减速器的设计最为主要，其余部分有得只是略作分析。 本次设计的工程钻机卷扬机由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、对作业环境适应能力强等特点，除了应用在工程钻机上，还可以可以应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面，但是此次设计的卷扬机主要运用 于用于 1吨的水龙头钻杆设备等设备的起吊工作。提升重物是卷扬机的一种主要功能，各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。 关键词 ：卷扬机； 卷筒； 卷筒轴； 回转工程钻机 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 he is an of to by or to of of a of is in to of of of of of of a as be to to is of of of of on on 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 前 言 .卷扬机的设计参数 .卷扬机的整体结构概述 .控卷扬机的介绍 . 2 扬机的基本的结构及型式 . 2 扬机的基本结构 . 2 扬机的典型传动型式 . 2 3卷扬机的卷筒零件的设计 .丝绳的选择 . 3 丝绳的种类和构造 . 3 丝绳直径的选择 . 4 丝绳的使用 . 5 筒的结构设计及尺寸确定 . 5 筒的分类 . 5 筒绳槽的确定 . 6 筒的设计 . 6 筒节径设计 . 6 筒的长度设计 . 7 筒壁厚设计 . 8 筒强度计算及检验 . 8 筒轴的设计计算和作用力计算 . 9 . 9 筒轴的计算 . 9 轴作用力计算 . 10 轴垂直面支承反力及弯矩 . 10 轴水平面支承反力及弯矩支反力 . 10 算心轴工作应力 . 心轴的疲劳强度计算 . 12 轴的静强度计算 . 12 4电动机选择 .卷扬机的减速器的设计选择 .扬机总传动比 . 14 . 14 配减速器的各级传动比 . 14 算传动装置的运动和动力参数 . 14 器轴的设计 . 15 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 算各轴转速 . 15 算各轴功率 . 15 . 15 柱齿轮传动的设计计算 . 16 算许用接触应力 . 16 算许用弯曲应力 . 17 轮参数设计 . 17 . 17 二级传动 . 19 轮轴参数设计 . 21 6制动器，联轴器的选择 .动器的分类及选择 . 22 轴器的选择 . 22 结 论 .考文献 . 谢 .要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 前 言 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，工程卷扬机就是一例。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。 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。 下面卷筒机的发展趋势 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 60 本生产了 32 t、 50 t、 60 国生产了 136 70 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。 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 12 V，15.4 力为 3336 13344 N。 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。 1 卷扬机的设计参数 本设计的工程钻机的的卷扬机设计的主要参数有： 额定起升重量： 1吨 起升高度： 6米 起升速度： /秒 卷扬机用途：用于 1 吨的水龙头和钻杆的起吊工作的安装作业 工作条件：不连续的启动、工作环境无粉尘 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 2 卷扬机的整体结构概述 控卷扬机的介绍 此类卷扬机通过通电或断电以实现卷扬机的工作或制动。本次设计的工程钻机的卷扬机就属于电控卷扬机。水龙头和钻杆等设备的提升或下降由电动机的正反转来实现，操作简单方便。本次设计的卷扬机主要采用电磁铁制动器，并采用双卷筒的形式。 图 1 工程钻机主卷扬简图 1 电动机 2 联轴器 3 制动器 4 减速器 5 联轴器 6 卷筒 7 底座 8 支架 扬机的基本的结构及型式 扬机的基本结构 电动机正转或反转时，制动器松开，通过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，使钢丝绳顺序排列 在卷筒上的排绳装置等。 扬机的典型传动型式 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 一般制动器都安装在高速轴上，这样所需要的制动力矩小，相应的制动器尺寸小，重量轻。卷扬机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。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如图 2，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。 图 2 齿轮接盘连接形式 双联滑轮组一方面使卷筒两支撑上的受力不变，另一方面是使重物在起升过程中不作横向移动，因此综合考虑采用双联滑轮组的结构。 起升机构计算是在给定了设计参数，并将布置方案确定后进行的，通过计算选用机构中所需要的标准零部件，如电动机、制动器和联轴器等。对于非标准零部件需进行单独设计。 此卷扬机设计提升载荷 1吨，主要用于工程钻机的水龙头和钻杆的起吊作业，本卷扬机是现有设备和材料拼凑而成，因此与标准的 1吨卷扬机设计略有不同。 3 卷扬机的卷筒零件的设计 丝绳的选择 卷扬机通过钢丝绳升降、 牵引重物，工作时钢丝绳所受应力十分复杂，加之对外界影响因素比较敏感，一旦失效，后果十分严重，因此，应特别重视钢丝绳的合理选择与使用。 丝绳的种类和构造 钢丝绳的种类根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为： （ 1）点接触钢丝绳 点接触钢丝绳股中各层钢丝直径均相同，而内外各层钢丝的节中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 距不同因而相互交叉形成点接触。其特点是接触应力高表面粗糙，钢丝易折断，使用寿命低。但制造工艺简单，价格便宜。在实际中常发现这种钢丝绳在受拉、尤其是受弯曲由于钢丝间的点接触、造成应力集中而产生严重压痕，由此 导致钢丝疲劳断裂而使钢丝绳过早报废。 （ 2）线接触钢丝绳 线接触钢丝绳股由不同直径的钢丝统制而成，每一层钢丝的节距相等，由于外层钢丝位于内层钢丝之间的沟槽内，因此内外层钢丝间形成线接触。这种钢丝绳的内层钢丝虽承受比外层钢丝稍大的应力，但它避免了应力集中，消除了钢丝在接触处的二次弯曲现象，减少了钢丝间的摩擦阻力。使钢丝绳在弯曲上有较大的自由度，从而显著提高了抗疲劳强度，其寿命通常高于点接触钢丝绳。由于线接触钢丝绳比点接触钢丝绳的有效钢丝总面积大，因而承载能力高。如果在破断拉力相同的情况下选用线接触钢丝绳，可 以采用较小的滑轮和卷筒直径，从而使整个机构的尺寸减小。 卷杨机应优先选用线接触钢丝绳。 丝绳直径的选择 目前在工业化国家，对钢丝绳直径的选择普遍采用选择系数法。国际标准绳的选择也推荐采用此方法。该方如下； 钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径 错误 !未找到引用源。 （ 3 式中 钢丝绳最大 静拉力 (N)。 C 钢丝绳选择系数。 该设计卷扬机额定载荷 1吨，采用双联滑轮起重滑轮组，所以每根承受载荷 总1 误 !未找到引用源。 （ 3 该卷扬机用于工程钻机的的水龙头和钻杆的起吊安装作用，所以工作级别为 绳系数选择 c c （ 3 所以钢丝绳选择 d=7 按钢丝绳所在机构工作级别来选钢丝绳直径时，所选的钢丝绳拉断力应 错误 !未找到引用源。 （ 3 式中 所选用钢丝绳最小 拉断力， N； n 安全系数，查机械设计手册电子版（ 2008）选 n=7 所以 错误 !未找到引用源。 7 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 （ 3 又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力 维芯）或 芯），本设计的钢丝绳不接触高温所以选择选择纤维芯钢丝绳，n 钢丝绳型号选择： 钢丝绳 6 7类 7 1470 然纤维芯， 1470交互辗结构，00近似重量 ) 丝绳的使用 钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒，除产生拉应力外，还有挤压、弯曲、接触和扭转等应力，应力情况是非常复杂的。实践表明，由于钢丝绳反复弯曲相挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原因。 在正确选择钢丝绳的结构和直径之后，实际使用寿命的长短，在很大程度上取决于钢丝绳在使用中的维护和保养及 与相关机件的合理配置。可从以下几方面考虑该问题： （ 1）滑轮和卷筒直径 乎成平方关系。因此，选用较大的滑轮和卷简直径对钢丝绳的寿命是有利的。使用中，应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折。 （ 2）决定滑轮绳槽尺寸时，必须考虑钢丝绳直径较公称直径有 6 8的过盈量这一事实。过小的绳槽直径会使钢丝绳受到过度挤压而提前断丝，绳槽尺寸过大，又会使钢丝绳在槽内的支承面积减小，增大钢丝绳的接触应力。合理的绳槽尺寸应比钢丝绳的公称直径大 10左右。 （ 3）滑轮与卷 筒的材料太硬，对钢丝绳寿命不利。据有关资料表明：以铸铁代替钢可提高钢丝绳的寿命约 10。 （ 4）为了长钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在卷筒及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度之内，一般在 2 之间。 （ 5）良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一项重要因素。它可以防止锈蚀，减少钢丝绳内外磨损。一般常用中、低粘度润滑油和滤青质化合物。 （ 6）经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝，遇到问题及时解决。 筒的结 构设计及尺寸确定 卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和钢丝绳的尺寸来确定。卷筒用来卷绕钢丝绳，把原动机的驱动力传递给钢丝绳，并把原动机的回转运动变为所需要的直线运动。本次设计的卷筒是中空的圆柱形。 筒的分类 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分，卷筒分单层绕和多层绕两种。一般起重机大多采用单层绕卷筒。只有在绕绳量特别大或特别要求机构紧凑的情况下，为了缩小卷筒的外形尺寸，才采用多层绕的方式。本设计的起升重量为 1吨，起升的速度为 每秒，所以本次设计的卷筒采用单层绕。 筒绳槽的确定 卷 筒绳槽槽底半径 R，槽深 c 槽的节矩 t 其尺寸关系为： R=（ d（ d 为钢丝绳直径） （ 3 绳槽深度： 标准槽： 错误 !未找到引用源。 =（ d （ 3 深槽： 错误 !未找到引用源。 =（ d （ 3 绳槽节距： 标准槽： 错误 !未找到引用源。 d（ 24） （ 3 深槽： 错误 !未找到引用源。 d（ 68） (3 卷筒槽多数采用标准槽，只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况才使用深槽，本设计选用标准槽，钢丝绳直径选用 7 R=（ d=（ R=4 （ 3 c=（ d =(.4) c=2.3 （ 3 所以 t d（ 24） =9 卷筒的设计 卷筒按照转矩的传递方式来分有端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式，其共同特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。本设计卷筒采用内齿轮啮合式。 卷筒的设计主要尺寸有节径 0D 、卷筒长度 L 、卷筒壁厚 。 筒节径设计 卷筒的节径即卷筒的卷绕直径，由设计知 0D 不能小于下式： （ 3 式中 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径， 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，根据工作环境级别为 机械设计手册（新编软件版） 2008，查得 h=28 d 钢丝绳的直径 , 按式计算： 2896 以选取 0D =200 （ 3 筒的长度设计 本设计采用双联滑轮组，如图 3 图 3 双联滑轮组 卷筒的长度 32102 （ 3 式中 L 卷筒总长度， 0L 绳槽部分长度，其计算公式为 （ 3 其中 H 最大起升高度，本设计的起升高度为 6000 a 滑轮组倍 率，由于本设计采用的是双联滑轮组合，所以倍率为 2. 0D 卷筒卷绕直径，为 200 t 绳槽节矩，为 9 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 n 附加安全圈数，使钢丝绳端受力减小，便于固定，通常取 n 圈，本设计 错误 !未找到引用源。 固定钢丝绳所需要的长度，一般取 错误 !未找到引用源。 3t， 错误 !未找到引用源。 两端的边缘长度（包括凸台在内），根据卷筒结构而定， 46 错误 !未找到引用源。 卷筒中间无绳槽部分长度，由钢丝绳的允许偏斜角和卷筒轴到动滑轮轴的最小距离决定。对于有螺旋槽的单层绕卷筒，2 ，可知选取 错误 !未找到引用源。 42 所以绳槽的长度 ： 186以所设计的卷筒长度为 L=560 卷筒壁厚设计 本设计为了延长钢丝绳的寿命，采用铸铁卷筒，对于铸铁卷筒可按经验公式初步确定，然后进行强度验算。 对于铸铁筒壁 )106( 610)=1214 （ 3 根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚 12以卷筒的参数选择为：绳槽节距 t 9 底半径 错误 !未找到引用源。 筒节距 0D =200 筒长度 L=560 筒壁厚 12 筒强度计算及检验 本设计的卷筒无特殊需要，额定起重重量不是很大，所以选择 般卷筒壁厚相对于卷筒直径较小，所以卷筒壁厚 可以忽略不计，在钢丝绳的最大拉力作用下，使卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应力。其中压应力最大。当 错误 !未找到引用源。30%,所以当 L 错误 !未找到引用源。 3 本设计中 L=560 D=200 合 L 3D 的要求，所以只计算压应力即可。 当钢丝绳单层卷绕时，卷筒所受压应力按下式来计算： 3 其中 错误 !未找到引用源。 为钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力， 钢丝绳最大拉力，为 2500N； 为卷筒壁厚， 12 A 为应力减小系数，一般取 A= 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 为许用压力，对于铸铁 2 9 错误 !未找到引用源。 为铸铁抗压强度极限 所以 错误 !未找到引用源。 机械设计手册（新编软件版） 2008，得知 错误 !未找到引用源。 195以 错误 !未找到引用源。 39 所以 错误 !未找到引用源。 。 经检验计算，卷筒抗压强度符合要求。 筒轴的设计计算和作用力计算 筒轴的介绍 卷筒轴是支持卷扬机正常工作的重要零件，合理设计与计算卷筒轴对卷扬机性能至关重要。常用的卷筒轴有固定卷筒轴和转动卷筒轴，卷扬机卷筒工作时，钢丝绳在卷简上的位置是变化的。钢丝绳拉力经卷筒及支承作用到轴上产生的力矩，其大小随钢丝绳在卷简上位置的变化而不同。强度计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位旨分别计算。 筒轴的计算 卷筒轴的可靠性对卷扬机安全、可靠的工作非常重要，因此应十分重视卷筒轴的结构设 计和强度、刚度计算。卷筒轴的结构要简单，应力要要减小，轴要分布均匀。卷筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；此外，对较长的轴还需校核轴的刚度。本次设计的卷筒轴用轴端挡板固定于卷筒上，是不动的心轴。 本设计以计算出的参数有：绳的额定拉力 2.5 筒直 错误 !未找到引用源。200 丝绳的直径 错误 !未找到引用源。 7 齿轴套齿轮分度圆直径 D 125 机械设计手册（新编软件版） 2008，轴的材质选择 45钢，调制处理 , 00,300,360,650 1 。 工作卷筒上所需要的功率： 错误 !未找到引用源。 10001 (3工作卷筒上的转速： 100060 x r/ (3中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 所以卷筒轴的最小直径的计算为 33m i n (3根据机械设计手册（新编软件版） 2008，确定心轴的最小直径为 35据计算轴的各轴段的公式 (3求得各段轴的直径为 5,42,46,50,42 65432 根据的设计要求，心轴使用的轴承位调心轴承， 1370选用的联轴器和卷筒的结构确定心轴的长度。 1L 212L 843L 4L 825L 286L 21以心轴的总长度 L= 轴作用力计算 心轴的传动转矩 : 1 (3齿轮圆周力： t 39802 1 （ 3 齿轮径向力： 450 （ 3 轴垂直面支承反力及弯矩 根据受力分析知如图 4知， 1L 60 2L 3803L 100反力如图 4 A， 0 3 7 5331 （ 3 5 9 53 （ 3 弯矩如图 4 C, （ 3 （ 3 轴水平面支承反力及弯矩支反力 水平面支承反力如图 4 B 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 错误 !未找到引用源。 622 （ 3 1289 N （ 3 弯矩如图 4 D （ 3 （ 3 合成弯矩如下图 E 022 （ 3 （ 3 算心轴工作应力 此轴为固定心铀，只有弯矩，没有转矩。最大弯矩发生在剖面 卷筒轴该剖面直径为 弯曲应力为： （ 3 则： 3 d 27 国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 15 所以以上所选参数符合要求。 速器轴的设计 算各轴转速 轴 01 d 1000r/ （ 5 轴 112 85r/ 轴 223 8r/ 卷筒轴 34 误 !未找到引用源。 48r/ 算各轴功率 轴 011 d （ 5 轴 3111212 轴 3222323 卷筒轴 算各轴转矩 电动机轴输出转矩为： 轴 11 （ 5 轴 12112 轴 23223 卷筒轴 4234 将