〔大学论文〕JM型建筑卷扬机设计（含word文档） .pdf

摘要 虽如今工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬 机这行之有效的机械设备。本人所研究的是 jm 建筑卷扬机。jm 系列属慢速卷扬机。在本 设计中主要对卷扬机传动部分、工作机构及卷扬机的主体部分进行设计。在传动部分采用 的是二级齿轮减速器和开式齿轮传动，工作部分的卷筒采用的是焊接式卷筒。该卷扬机的 主要特点是结构简单，操作方便。 此机器的主要功能：在建筑业的冷拉钢筋提升重物，在林业的集材工作，同时在水电、 农业等行业均能被采用。 该类机器的发展趋势应该向大型化、采用先进电子控制、手提式卷扬机、不带电源装 置的卷扬机的方向发展。 关键词关键词：卷扬机；设计；发展；功能 abstractabstractabstractabstract although the level of advanced industrial today, the increasingly mechanized, lifting equipment constantly updated, but still can not hoist it out of effective machinery and equipment. i studied the building is jm winch. jm series is a slow hoist. during the design of the main part of the hoist drive, work and the winch the main part of the design. in part using a transmission gear reducer and two open-gear transmission, the working part of the reel is used in welding-reel. the main characteristics of the hoist structure is simple, easy to operate. the primary function of this machine: the construction industry in the cold-drawn steel weights increase, the skidding in forestry work, while in the water and electricity, agriculture and other industries can be used. the development trend of such machines to be large, the use of advanced electronic control, portable winch, non-power devices in the direction of the winch. keykeykeykey words:words:words:words: winchdesigndevelopmentfunction 目录 1 绪论.1 1.1 建筑卷扬机的发展状况.1 1.1.1 建筑卷扬机的应用1 1.1.2 建筑卷扬机的发展概况1 1.1.3 国外卷扬机的概况1 1.2 建筑卷扬机的主要类型.2 1.2.1 按钢丝绳额定拉力f分.2 1.2.2 按钢丝绳额定速度v分.2 1.2.3 按卷筒数目分3 1.2.4 按动力源分3 1.2.5 按传动形式分3 1.2.6 按控制方法分3 1.2.7 按用途分3 1.3 建筑卷扬机的计算基础.4 1.3.1 建筑卷扬机工作级别与类别4 1.3.2 利用等级4 1.3.3 建筑卷扬机分类4 2 卷扬机的基本结构设计6 2.1 电控卷扬机.6 2.2 溜放型建筑卷扬机.6 2.3 本设计的总体确定.7 2.4 卷扬机的总体结构设计.7 3 钢丝绳的选择和卷筒的设计8 3.1 钢丝绳的选择.8 3.1.1 钢丝绳的种类和构造8 3.1.2 钢丝绳直径的选择8 3.2 卷筒的设计.8 3.2.1 卷筒的材料9 3.2.2 卷筒容绳尺寸计算9 3.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算10 3.3 卷筒轴的设计. 11 减速器和开式齿轮的设计.15 4.1 电动机的选择.15 4.1.1 选择电动机类型和机构形式15 4.1.2 功率的计算15 4.1.3 电动机功率的选择15 4.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.16 4.2.1 总传动比16 4.2.2 分配减速器的各级传动比16 4.3 计算传动装置的运动和动力参数.17 4.3.1 各轴转速17 4.3.2 各轴的输入功率17 4.3.3 各轴的输入转矩17 4.4 传动零件的设计计算.18 4.4.1 第一级齿轮传动的设计18 4.4.2 第二级齿轮传动的设计20 4.5.3 齿轮轴的校核22 4.5 减速器的结构设计.25 4.6 滚动轴承的选择计算.26 4.7 减速器的润滑.27 4.9 开式齿轮传动的设计.29 5 其他零件的设计32 5.1 制动器的设计计算.32 5.1.2 制动器制动力矩的确定32 5.1.2 制动器的发热计算33 5.2 联轴器的设计.34 5.2.1 联轴器转矩的计算34 5.3 吊钩、滑轮组的设计.35 5.3.1 起重吊钩35 5.3.2 滑轮组的设计35 5.3.3 排绳器的设计36 6 本卷扬机的使用与维修简介38 6.1 建筑卷扬机的安装和调试.38 6.2 建筑卷扬机的一般操作规程.38 6.3 建筑卷扬机的维护.39 6.4 建筑卷扬机的安全技术.40 结 论.41 致谢.42 参参参参考文献.43 附录.44 附录.51 1 绪论 1.1 建筑卷扬机的发展状况 1.1.1 建筑卷扬机的应用 建筑卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操 作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢 筋、设备安装等工作中。 提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的。 虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的工作。如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的 提升工作。由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，也需卷扬机做辅助 提升用。建筑卷扬机还用于林业的集材工作。建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的物料提升和 打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以不仅用于建筑业，而且在冶金，化工， 水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。 1.1.2 建筑卷扬机的发展概况 我国在古代就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产效率。 我国由于旧中国工业落后。使用的卷扬机均为国外生产，至 50 年代我国的卷扬机生产才 开始的。从 70 年代起，我国卷扬机的生产才进入了技术提高，品种增加的新阶段。 从 70 年代末期开始，中国实行改革开放政策国民经济大力发展，基本建设任务增多 许多，促使卷扬机的大量生产，生产厂家也逐渐增多。至今卷扬机的生产与设计已较为成 熟，现如今卷扬机的品种繁多和使用较广泛。虽然现在的工业水平先进机械化程度不断提 高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机的行之有效的机械设备。 1.1.3 国外卷扬机的概况 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，虽然工业水 平先进，机械化程度不断提高，起重设备也不断更新，但仍不能淘汰这样的行之有效的简 单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。 （一）美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家， 主要有贝波 （beebe） 国际有限公司， 哲恩 （thern） 有限公司等。 贝波国际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。手动卷扬机重要品种有蜗杆传动系列，直齿圆柱齿轮系 列，齿轮蜗杆传动组合系列，直接驱动系列，链传动系列。其中直间驱动式电动卷扬机的 传动是全封闭行星齿轮传动，传动系列全部全部安装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢 焊接而成。 （二）日本 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 62.5%.据日本通产省机械核计月报载,接年单纯土卷扬机的产量就 达 12 万台,生产值约 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,松岗产业等 80 多个产业。 （三）法国 法国生产卷扬机的厂家很多,其中包藤(potain)公司就是生产卷扬机的主要国家之 一。包藤公司主要生产 kusw 系列卷扬机，lmd 系列卷扬机，pc 系列卷扬机和 rcs 系 列卷扬机。 （四）国外卷扬机的发展趋势 1大型化由于基础工业的发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型 卷扬机的发展。目前，俄罗斯已生产了 60t 的卷扬机，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自动控制和遥控，国外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，以保证绝对的安全可靠。 3发展手提式卷扬机为了提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外发展小型手 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。 4大力发展不带电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。 1.2 建筑卷扬机的主要类型 建筑卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同的使用条件，建筑卷扬机亦制造成各 种不同机型的产品。机型的分类方法很多，目前可以按下述方法分类。 1.2.1 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 gb195588建筑卷扬机中 规定为 5、7.5 、10 、12.5、 16 、20 、25、 32 、50 、80 、120 、160 、200 、320、 500kn 共 15 级。此参数为建筑卷扬机的主要参数。 1.2.2 按钢丝绳额定速度v分 钢丝绳在基准层上的出绳速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳的速度可 分为： 1慢速卷扬机绳速 min 159 m v=； 2中速卷扬机绳速 min 3015 m v=； 3快速卷扬机绳速 min 4530 m v=； 4高速卷扬机绳速 min 45mv； 为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其变速可调，有双速、三速和多速几种类型。 1.2.3 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、和多筒卷扬机三大类。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，再增加的卷筒大都是辅助用卷筒，卷筒相对要小些。 1.2.4 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液压卷扬机与其他设备配合使用而有液压源的场合； 1.2.5 按传动形式分 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为快速单筒卷扬机，应用广泛； 3圆锥圆柱齿轮传动减速器 4蜗杆传动减速器 5圆柱齿轮减少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 1.2.6 按控制方法分 1手控卷扬机由人工操作纵闸把控制卷扬机提升或下放重物。 2电控卷扬机用电控制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气控卷扬机 5自动控制卷扬机用限位器来控制卷扬机的工作。 1.2.7 按用途分 卷扬机由于其用途不同，使其条件的差异，其结构设计上也有差异。 1、提升重物要求有一定的速度，以利于提高生产率，并要求高的安全性，以 防坠落。 2、设备安装一般设备的质量较大，则要求卷扬机具有较大的提升能 力；以保证安装精度，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的高度后，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功能。 建筑卷扬机虽然可以分很多种类， 实际上由于应用情况的复杂， 很难把他们绝对分清， 而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚， 而是要求高的来设计。这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。 1.3 建筑卷扬机的计算基础 1.3.1 建筑卷扬机工作级别与类别 为了合理的设计、制造、使用及提高零件三化标准，建筑卷扬机根据利用等级与载荷 状态划分为：a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8 八个等级。 1.3.2 利用等级 利用等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循 环系数 t n表示。 而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全 过程。 建筑卷扬机的寿命一般不少于 5 年，在这个期间内根据工作频繁程度的不同，总工作 的循环数可分为 8 个等级，见下表（1-1） 。 表 1-1 建筑卷扬机的利用等级 利用等级 总工作循环次数 t n 说明 u0 4 106 . 1 不经常使用 u1 4 102 . 3 u2 4 103 . 6 u3 5 1025. 1 u4 5 105 . 2 经常的清闲的使用 u5 5 105 经常的中等使用 u6 6 101 有时频繁的使用 u7 6 102 频繁的使用 1.3.3 建筑卷扬机分类 建筑卷扬机按工作级别和用途可分为四种类型， （见表 1-2） 。 表 1-2 建筑卷扬机工作级别和用途 类别工作级别说明举例 i a1a4不经常使用，轻或中等 载荷状态的快速和慢速 建筑卷扬机 工程安装 ii a3a5经常中等使用，中等载 荷状态的快速建筑卷扬 机 经常频繁使用，重级载 荷状态的快速和慢速建 筑卷扬机 iii a4a6有时经常频 繁使用，中 等载荷状态的快速卷扬 机 与井字架，人字架等配 合使垂直吊运 iva6a8经常频繁使用，重级载 荷状态的快速和慢速建 筑卷扬机 斜坡曳引、牵引、冷拉 钢筋、冲爪、拉桩 2 卷扬机的基本结构设计 电动卷扬机由于操作方法的不同，其结构相差很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放 卷扬机两类。 2.1 电控卷扬机 此类建筑卷扬机通过通电和断电以实现卷扬机的工作和制动。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。其制动形式主要有电磁铁制动器和锥型转子电动 机两类。此类卷扬机大多是单卷筒的。 1）有电磁铁制动器的卷扬机 1.圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机； 2.蜗杆减速器慢速建筑卷扬机； 3.圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的建筑卷扬机； 4.蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机； 对一些起重量大的建筑卷扬机，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安排排绳器。按设 计规范要求，在钢丝绳拉力knf120的建筑卷扬机上，均应安装排绳器。 （一）锥形转子电动机的建筑卷扬机 此类卷扬机采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来实现制动和分开的，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 运动传递到传递传动系统来实现的。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作一字型结构卷扬机。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 系列设计的一种机型。 2）渐开线齿轮行星传动常见的有封闭形 2k-h 型行星轮系和 3k 型行星轮系传动的 建筑卷扬机。 3）摆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。 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。但其柔韧的要求较高，生产较为困难。 6）活齿行星传动又叫顶杆挪动传动，它的加工相对比较方便。 2.2 溜放型建筑卷扬机 此类建筑卷扬机提升重物的下降不是利用电动机的反转来是实现，而是靠重物的重 力下降的，并带动卷筒反转，此时电动机不转。要在电动机和卷筒之间实现其运动的连接 或分离，通常采用离合器和差动轮系。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 筒的形式。 为保证各卷筒的运动或停止，其离合器和制动装置都直接安装在卷筒上。 2.3 本设计的总体确定 本卷扬机设计的主要参数： 1）钢丝绳的拉力knfn50= 2）钢丝绳的速度 s m v18= 由于钢丝绳的速度 s m v18=，由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为中速卷扬机。 按动力源分该卷扬机设计为电动卷扬机。 按传动形式分该卷扬机设计为二级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动卷扬机。 按控制方法分该卷扬机设计为电控卷扬机（用电钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作） 。 2.4 卷扬机的总体结构设计 由于卷扬机是二级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动卷扬机故简易示图如下图： 图 2-1 卷扬机的简易示图 1.电动机 2.制动器 3.减速器 4.联轴器 5.卷筒 3 钢丝绳的选择和卷筒的设计 建筑卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所所应力十分复杂，加之对外 界影响因素比较敏感，一旦失败，后果十分严重。因此，应特别重视选择与使用。 3.1 钢丝绳的选择 3.1.1 钢丝绳的种类和构造 钢丝绳是由许多高强度钢上编绕而成，可单捻、也可双捻成行。绳芯采用天然纤维芯 （nf） 、合成纤维芯（sf） 、金属纤维芯（iwr）和金属丝股芯（iws） 。 纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性，缠绕时弯曲应力较小。但不能承受横向压力；金 属丝芯钢丝绳强度较高，能承受高温和横向压力，但扰性较差。建筑卷扬机系多层缠绕， 更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳。 钢丝绳的种类， 根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分： （1） 顺捻钢丝绳 、 （2） 交捻钢丝绳。 因为交捻钢丝绳在卷扬机设计中应优先考虑，故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制金属 丝芯钢丝绳。 3.1.2 钢丝绳直径的选择 钢丝绳的安全系数按下式计算： n f s n e p gs =式（2.1） 式中 p s整条钢丝绳的破短拉力（n） ； e f钢丝绳的额定拉力； n卷扬机工作级别规定的最小安全系数； 机械手册查表得卷扬机的工作级别为 a6，则选取安全系数n=5； ns e fp 300 p skn 钢丝绳不应小于下式计算的最小值： scd= min 769.23501036 . 0 min =d 式中s钢丝绳的最大工作拉力（kn） c钢丝绳的选取系数，经查表=0.1036 机械手册查表得 d=24(mm),钢丝绳的抗拉强度为 1570mp，使用双捻制金属丝芯钢丝 绳。 3.2 卷筒的设计 建筑卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为卷扬机的重要零件， 对卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应合理的进行设计。 3.2.1 卷筒的材料 由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取 材料 q235. 3.2.2 卷筒容绳尺寸计算 卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。 a) 卷筒节径d 卷筒节径d应满足下式 dkd e 式（2.2） 式中 e k筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得19= e k d钢丝绳直径（mm） 则4562419=d取mmd459= mmddd43524459 0 = b) 卷筒容绳宽度 t b 卷筒容绳宽度 t b，一般可以由下式确定 0 3dbt式 （2.3） 式中 0 d卷筒直径（mm） 则4353 t b取800= t b c) 卷筒边缘直径 k d 卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算 ddd sk 4+式（2.4） 式中 s d最外层钢丝绳直径，由下式确定()dsdds12 0 += s钢丝绳缠绕层数 则96603+ k d取700= k d d) 缠绕层数s 缠绕层数s按下式计算 d mdd s kk 2 2 0 式（2.5） 式中 k m为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm） 计算得mmdmk365 . 1245 . 1= 则52 . 4 242 362435700 s取4=s e)卷筒容绳量l 卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时，达到规定的缠绕层数所能容纳 的钢丝绳工作长度的最大值 卷筒容绳量按下式计算: 第i层钢丝绳绳芯直径为 ()dsdd ii 12 0 +=式（2.6） 式中的 i s第i层，si, 3 , 2 , 1= 则()mmd4592412435 1 =+= ()mmd48324144352=+= ()mmd5072416435 3 =+= ()mmd5312418435 4 =+= 第i层钢丝绳长度为: () 3 0 1012) 1( +=dsddbl iti 式 （2.7） ()mml60.46102412435) 124800( 3 1 =+= ()mml47.51102414435) 124800( 3 2 =+= ()mml35.56102416435) 124800( 3 3 =+= ()mml22.61102418435) 124800( 3 4 =+= 卷筒容绳量为: i llll+= 21 22.6135.5635.5647.51 0 . 46+=l mml215= 3.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 a)多层缠绕系数 s a的确定 多层缠绕系数 s a的理论计算 () () () + + + + =1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 s s s s a 式 （2.8） 式中s钢丝绳的缠绕层数 et fe = 18 0 = d d e 2 0 ed fe = 其中t钢丝绳的缠绕节距mmdt24. 001. 0= 卷筒壁厚)(mm 0 d卷筒直径)(mmmmd435 0 = d钢丝绳直径)(mmmmd24= e钢丝绳纵向弹性模量)(mpagpae100 = e钢丝绳横向弹性模量)(mpampae600 = e卷筒材料的弹性模量)(mpagpae120= f钢丝绳的断面积)( 2 mm 则55 . 1 = s a b)卷筒的厚度设计 卷筒厚度为 c e s t f a 式（2.9） 式中 e f钢丝绳的额定拉力)(n 建筑卷扬机设计查得mpa c 183= 则 1830024 . 0 50000 15 . 1 mm14= c) 卷筒壁的强度计算式（2.10） c e sc t f a = mpa c 43.171 1424 . 0 50000 15 . 1 = = 经强度计算较合适无需调整。 3.3 卷筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的的安全，可靠性非常重要，因此十分重视卷筒轴的结 构设计和强度，刚性计算。卷筒轴的结构，应力求简单，合理，应力集中应尽可能小。卷 筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；次外，对较长的轴还需校核轴的刚度。 在卷筒轴的设计上轴的材料采用45钢，调质处理 由机械设计手册查得mpa b 650=mpa s 360= mpa300 1= mpa b 650 0 = 已知钢丝绳的额定拉力为knfe50=，卷筒的直径mmd435 0 =，钢丝绳的直径 mmd24=，圆柱齿轮的分度圆直径mmd710 6 = a) 作用力的计算 齿轮圆周力： () )( 9 . 34 710 244355022 2 6 0 kn d dd f f e t = + = + =式（2.11） 齿轮径向力：)( 7 . 1220 9 . 34kntgtgff tr = 。 将轴上的所有的作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，如图 3-1 所示： b) 垂直面支承反力及弯矩 支反力： () )(19.45 986 5060866 kn ff r te dv = + =式 （2.12） () )(37.29 986 5060866 kn ff r et cv = + = 弯矩： ()(8 .176237.296050mmknrm cvav =式 （2.13） 如图 3-1 卷筒心轴受力图 c) 水平面支承反力及弯矩 支反力： )(77 . 0 986 50 kn f r r dh =式（2.14） )(93.11 986 926 kn f r r ch = 弯矩计算： )( 8 . 71593.116050mmknrm chah = )( 2 . 4677 . 0 6050mmknrm dhbh = e) 合成弯矩 ()( 6 . 1902 8 . 1762 8 . 715 2 222 mmknmmmahav a =+= 50kn 80060126 39.4kn rch rdh mah mah bv fr ma mb m ft 715.8 12.7kn 715.8 1902.6 2711.8 （kn.mm) （kn.mm) （kn.mm) )(8 .27114 .27112 .46 2222 mmknmmmbhbv b =+=式 （2.15） f)计算工作应力 此轴为固定心轴,只有弯矩,没有转矩.由上图可知最大的弯矩发生在剖面b 处.设卷筒轴发生在剖面直径为 b d,则弯矩为： 0 3 1 . 0 b b b b d m = mm m d b b b 4 . 67 1001 . 0 10 8 . 2711 1 . 0 3 3 3 0 = = 则圆正后mmdb65=,中间轴段mmdo70565=+=. g)心轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既： edd fkf= 式中 d f钢丝绳的当量拉力)(n d k当量拉力系数，由建筑卷扬机设计查得1= d k knfd50501= 平均应力 m 和应力幅 2 b ma = mpa d mk b bd b 75.98 651 . 0 8 . 27111 1 . 0 33 = = =式（2.16） mpa b ma 37.49 2 75.98 2 = 疲劳强度计算安全系数： 126 . 2 55.4834 . 0 37.49 92 . 0 78 . 0 88 . 1 300 1 = + = + = ma k s 式（2.17） 由机械手册查得 k应力集中系数88 . 1 = k 表面状态系数92 . 0 = 绝对尺寸系数78 . 0 = 等效系数34 . 0 = 一般轴的疲劳强度安全系数 8 . 15 . 1=s，经校核轴的强度够用。 h)心轴强度校核计算 卷筒轴的静强度计算，需要用静强度计算拉力，可按下式求得： ej ff= max 式中 maxj f静强度计算最大拉力)(n 动载系数，有建筑卷扬机设计查得35 . 1 = 静强度计算安全系数: 64 . 1 551 . 0 8 . 271135 . 1 360 2 = = w m s b s s 式（2.18） 当6 . 0 b s 时，4 . 12 . 1= s ，所以经校核轴的强度足够。 减速器和开式齿轮的设计 减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮蜗轮传动所组合的 独立部件，常在动力机与工作机之间为减速的传动装置；在少数情况下也用作增速的传动 装置减速器由于结构紧凑，效率教高，传递运动正确可靠，使用维修简单，并可成批生 产，故在现代机械中应用最光减速器类型很多，有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器， 蜗杆减速器等 最常用的卷扬机主减速器有蜗杆减速器或一级和二级齿轮减速器由于考虑到所传递 的功率和传动比在本卷扬机设计课题中采用的是二级圆柱齿轮减速器 4.1 电动机的选择 4.1.1 选择电动机类型和机构形式 电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品机械设计中需要根据工作机 的工作情况和运动，动力参数，合理选择电动机类型，结构形式，传递的功率和转速，确 定电动机的型号。 电动机有交流电动机和直流电动机之分，工业上采用交流电动机交流电动机有异步电 动机和同步电动机两类，异步电动机又分笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机 应用最广泛如无特殊需要，一般忧先选用型笼型三相异步电动机，因其具有高效，节 能，噪音小，振动小，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无 特殊要求的各种机械设备。 建筑卷扬机属于非连续工作机械，而且启动，制动频繁多数情况下选用（绕 线转子）电动机在本设计中选择电动机为系列的三相绕线型电动机。 4.1.2 功率的计算 电动机的功率选择是否合适将直接影响到电动机的工作性能和经济性能。如果选用额 定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚至使电动机长期过载过 早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功率，则电动机的价格高，功率未得到充 分的利用。从而增加电能的消耗，造成浪费。 4.1.3 电动机功率的选择 1.建筑卷扬机电动机的功率按所需的静功率计算，静功率（单位：kw）计算公式为： w p d p=式 （4.1） 式中 w p工作机所需工作效率； 由电动机到工作机的总效率； 工作机所需工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得： kwp w ww vf w 61.17 8501 . 0 1000 3 . 050000 1000 = = 式 （4.2） 式中 w f工作机的阻力（n）； w v工作机的线速度（m/s） ； w 工作机的效率； 其中8501 . 0 3 3 21 =w 1 、 2 、 3 、 4 分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。 取 1 =0.99， 2 =0.96， 3 =0.97（齿轮的精度为 8 级）， 4 =0.98（滚动轴承） 。 2.确定电动机的转速 卷筒轴的工作转速为: min 27.13 43514 . 3 3 . 0100060100060 r d v n= = = 式（4.3） 经查表：一级开式齿轮的传动比73= a i ,二级圆拄齿轮减速器的传动比 8=i40，总的传动比合理范围为28024= a i，故电动机的转速的可选范围 为： min 6 . 371548.31827.13)28024( r nin ad =式 （4.4） 根据工况和计算所选电动机见表 4-1: 表 4-1 电动机的主要参数 型号额定功率(kw)转速 r/min yzr200l22960 4.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4.2.1 总传动比 由电动机的转速和工作机的主动轴的转速，可得到传动装置的总传动比为 n n i m a =式（4.5） 式中 m n电动机的转速 n卷筒的主轴转速 34.72 min 27.13 min 960 = r r n n i m a 总传动比为各级传动比 n iiii 210 、的乘积，既 10 iiia=式 （4.6） 4.2.2 分配减速器的各级传动比 使减速器装置不至于过大初步取 5 . 25 0 =i则84 . 2 5 . 25 34.72 0 = i i i a 按 展 开 式 布 置 ， 考 虑 润 滑 条 件 ， 为 使 两 级 大 齿 轮 相 近 ， 查 得75 . 5 1 =i则 43. 4 75 . 5 5 . 25 1 0 2 = i i i 4.3 计算传动装置的运动和动力参数 为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率） 如将传动装置各 轴由高速至低速依次定为、轴。 0201 ii、相邻两轴间传动比 0201 、相邻两轴间传动效率 0201 tt、轴的输入功率（kw） 0201 pp、各轴之间的输入转矩（n.m） 0201 nn、各轴的转速（r/min） 则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和参数 4.3.1 各轴转速 轴min/960 1 rn= 轴min/96.166 75 . 5 960 1 1 2 r i n n= 轴 min/69.37 43 . 4 96.166 2 2 3 r i n n= 轴 84 . 2 69.37 3 3 4 = i n nmin/27.13r 4.3.2 各轴的输入功率 轴轴的输入功率： 轴kwpp d 34.2198 . 0 99 . 0 22 211 = 轴kwpp29.2097 . 0 98 . 0 34.21 3212 = 轴kwpp 9 . 1897 . 0 98 . 0 29.20 2 3 2 223 = 轴kwpp97.1797 . 0 98 . 0 9 . 18 3234 = 式中 d p电动机的出功率（kw） 1 联轴器的传动效率99 . 0 1 = 2 轴承的传动效率98 . 0 2 = 3 齿轮的传动效率97 . 0 3 = 同一根轴的输出功率与输入功率的数值不同，需要精确计算时取不同的数值。 4.3.3 各轴的输入转矩 电动机的输出转矩： mn n t m pd d .85.218 960 22 95509550=式 （4.7） 轴轴的输入转矩： mnitt d .67.21699 . 0 185.218 101 = mnitt.28.118497 . 0 98 . 0 75 . 5 67.216 12112 = mnitt.46.488798 . 0 97 . 0 43 . 4 28.1184 2 23223 = mnitt.70.1319497 . 0 98 . 0 84 . 2 46.4887 34334 = 表 4-2 运动和动力参数计算结果整理于下表: 轴名 效率 p（kw） 转矩 t（n.m）转速 n（r/min） 传动比效率 输入输出输入输出 电动 机轴 22216.6796010.97 轴21.3420.70216.67210.17960 5.570.95 轴20.2919.281184.281125.07166.96 4.430.93 轴18.917.584887.464545.3437.69 2.840.95 轴17.9717.0713194.7012534.9713.27 4.4 传动零件的设计计算 传动装置包括各种类型的零件，其中决定其工作性能，结构简单和尺寸大小的主要是 传动零件。支撑零件和联接零件都是要根据零件的要求来设计，因此一般应先设计计算传 动零件，确定其尺寸，参数，材料和结构。为了使设计减速器时的原始条件比较准确，应 该先设计减速器外的传动零件，如联轴器等。 4.4.1 第一级齿轮传动的设计 1)材料的选择 应传动尺寸和批量较小,小齿轮设计成齿轮轴,齿轮的材料用 40cr，硬度为 241hb 286hb，平均取为 260hb，大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度为 229286hb， 平均取 240hb。 2)轮传动的计算 转矩mn n p t m d .218850 960 22000 95509550 1 =式（4.8） 齿宽系数 d 由机械手册查表得0 . 1=d 接触疲劳极限 limh 由机械手册查表得mpa h 710 1lim = mpa h 580 2lim = 初步计算的许用接触应力mpa hh 6399 . 0 1lim1 mpa hh 5229 . 0 2lim2 3)初步计算小齿轮分度圆直径 mmd u ut ad hd d 41.80 75 . 5 175 . 5 5221 218850 82 1 1 3 2 3 2 1 1 + = + 式 (4.9) 取mmd82 1= d a值由机械手册查得82,13= d a取 初步取齿宽mmdb d 82821 11 = 4) 校核计算 a)确定中心距: ()()mmi d a75.27675 . 5 1 2 82 1 2 1 1 1 =+=+式(4.10) 选取mma280 1= b)圆周速度: sm nd v/27 . 4 100060 96085 100060 11 = = = 式(4.11) c)计算齿数 21 zz 、 和模数 1 m和螺旋角 1 1262275 . 5 ,22 121 =zizz、 1 . 4 20 82 1 1 = z d mt 则由机械手册查得4= n m =84012 1 . 4 4 arccos t n m m （和估计值接近） d)齿轮的传动的载荷计算 1工作载荷 n d t ft54170 80 21667022 1 1 1 = =式(4.12) 1 21 1 cos 11 2 . 388 . 1 += zz a 69 . 1 84012cos 112 1 20 1 2 . 388 . 1 = += 齿向载荷分布系数 h k由机械设计手册查得取 bc d b bakh 3 2 1 1 10+ += 式(4.13) 481 . 1 321061 . 0 116 . 0 17 . 1 32 =+= 载荷系数： hhva kkkkk= 1 44 . 3 481 . 1 29 . 1 2 . 15 . 1= 重合度系：77 . 0 3 69 . 1 4 3 4 1 1 = = = a z 螺旋角系数：99 . 0 68.12coscos 11 = 。 z 弹性系数 e z由机械设计手册查得mpaze 8 . 189= 节点区域系数 h z由机械设计手册查得3 . 2= h z 接触最小安全系数 limh s由机械设计手册查得05 . 1 lim = h s 接触寿命系数 n z由机械设计手册查得18 . 1 1=n z 31 . 1 2 = n z mpa s z h nh h 798 05 . 1 18 . 1 710 lim 11lim 1 = = mpa s z h nh h 723 05 . 1 31 . 1 580 lim 22lim 2 = = 验算： u u bd kt zzzz ehh 12 2 1 1 + = 75 . 5 175 . 5 8282 21885044 . 3 2 99 . 0 77 . 0 8 . 1895 . 2 2 1 + = h 21 12.601 hh mpa= 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。 4.4.2 第二级齿轮传动的设计 小齿轮的材料用 40cr，硬度为 241hb 286hb，平均取为 260hb，调质量处理，大 齿轮用 45 钢，调质量处理。硬度为 229286hb，平均取 240hb。 齿宽系数 d 由机械手册查表得0 . 1=d 接触疲劳极限 limh 由机械手册查表得mpa h 710 1lim = mpa h 580 2lim = 初步计算的许用接触应力mpa hh 6399 . 0 1lim1 mpa hh 5229 . 0 2lim2 1) 转矩mn n p t m d .1160574 9 . 166 20290 95509550 1 = 2）初步计算小齿轮分度圆直径 mmd u ut ad hd d 3 . 144 43 . 4 143 . 4 5221 1160574 82 1 2 3 2 3 2 1 2 + = + 取：mmd145 2 = d a值由机械手册查得82,130= d a取 初步取齿宽mmdb d 1451451 11 = 3) 校核计算 1)确定中心距 : ()()mmi d a 7 . 39343 . 4 1 2 145 1 2 2 2 2 =+=+ 选取：mma395 2 = 2)圆周速度: sm nd v/27 . 1 100060 96.166145 100060 22 = = = 4)计算齿数 43,z z和模数 2 m和螺旋角 2 18.1152643 . 4 ,26 243 =zizz、 取115 4 =z 64 . 5 26 145 3 2 = z d mt 则由机械手册查得5 . 5= n m =44712 64 . 5 5 . 5 arccos t n m m （和估计值接近） 5）工作载荷 n d t ft 9 . 16007 145 116057422 3 2 2 = = 2 43 2 cos 11 2 . 388 . 1 += zz a 69 . 1 44712co