趸船多工位起重卷扬机的设计和分析【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 ni 科生毕业设计（论文） 趸船多工位起重卷扬机的设计和分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 学 摘 要 随着社会的发展，为了提高生产力，机械逐渐取代了人力。而在很久以前发明的卷扬机，更 是沿用至今。卷扬机，用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备。卷扬机可以垂直提 升、水平牵引。 本次设计通过运用自己所学过的专业知识和三维软件使用能力，将趸船多工位起重卷扬机设 计出来。主要设计了卷扬机的卷筒、传动轴、卷筒轴、链轮、驱动装置和制动装置。其中卷筒轴、 转动块和止动 轮的设计最为重要。通过使用 立出三维模型，装配。随后对重要部分 的零件的受力情况与使用寿命进行分析和计算。其余部由其他同学设计制造。同时，通过这次的 设计，巩固了自己 4 年来所学到的知识。 关键词： 卷扬机；卷筒；卷筒轴；转动块；止动轮 I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 i s in to a to a to to or We by d to of of of is By to d of of of of by At in I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 目 录 1 1 2 3 动机的选择 3 速箱的选择 3 3 支架和底架的设计 4 5 5 动块的结构组成 5 动块的固定 6 动块的运动分析 6 擦驱动力矩的计算 7 8 动块的结构组成 8 动轮的固定 9 动轮的运动分析 9 动轮摩擦力矩的计算 1 0 11 择轴的材料 11 算齿轮上作用力的大小 11 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 算轴承的支反力 12 弯矩图 14 扭矩图 15 算危险截面的计算弯矩 1 5 核轴的强度 16 16 的选用 1 7 1 7 吊重物从 5m 高度自由 下放时的分析和计算 18 吊重物从 10m 高度自由下放时的分析和计算 18 结论及尚存在问题 19 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 参考文献 20 致 谢 21 附 录 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 趸船多工位起重卷扬机的设计和分析 姓名：李朗辉 学号： 2010334118 班级： 10 机械 3 班 本次毕业设计主题是通过查阅相关资料与文献卷扬机进行三维设计，利用自己在学校学习到 的专业知识，和计算机绘图能力等因素所确立的。 卷扬机，用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。可单独使用，也 可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、运输方便且成本低而 被广泛使 用。主要应于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖。 我国的卷扬机生产是解放后才开始的，随着生产的发展，到 60 年代，卷扬机的生产和使用 越来越多。到 70 年代，我国卷扬机进入新的时代技术提高，品种增多，改革开放后，为使卷扬 机的设计和生产规范化，国家颁布了各种标准。 在国外卷扬机趋向大型化、采用先进电子技术、发展手提式卷扬机、发展不带动力源装置的 卷扬机。 而本设计的趸船多工位起重卷扬机，能够通过绳索控制趸船的吊架在同一时间进行左右和上 下方向的运动。 趸船多工位起重卷扬机，包括卷筒、传动 装置、转动块和制动装置，卷筒与止动装置的止动 轮固定连接，转动块与止动轮间安装有离合装置，所述掣动装置包括包裹在止动轮上掣动张合钢 环，掣动张合钢环的一端连接在机架上，另一端与常闭控制锁连接。在止动轮静止或不工作状态 时，掣动装置的掣动张合钢环是紧紧包裹掣动轮，阻止卷筒转动的，防止物体从高处堕下，避免 意外事故的发生。在止动轮工作状态是，转动块上的张合钢环撑开，压逼着止动轮，使卷筒随同 转动块转动。因此具有操作方便，稳定可靠且安全的优点。 卷扬机的基本组成如下图 2示。卷扬机通过发动机和变速箱，带动卷扬机的输入轴转动。 然后通过齿轮传动带动卷筒轴转动，随后使卷筒转动，拉动绳索，使吊架运动。卷扬机上装有四 个卷筒，各个卷筒上装有制动装置和转动块。通过单独对制动装置和转动块的控制，从而实现卷 筒的多工位运动。 卷扬机上再加装一对大小链轮，通过液压控制，使链轮运动或停止，从而控制卷筒反方向运 动和重物的下降速度。 通过绳索的牵引，使趸船机架可以同时在左右和上下方向运动，从而提高工作的效率。 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 图 2扬机的基本组成 机械传动装 置位于原动机和工作机之间，用以传递运动和动力或改变运动方式。所以，传动 装置方案设计是否合理，对整个机械的工作性能、尺寸、重量和成本等影响很大，因此传动方案 设计是整个机械设计中最关键的环节。 齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点，因此在传动装 置中采用齿轮传动。 在设计多级传动的传动装置时，分配传动比是设计中的一个重要问题。传动比分配得不合理， 会造成结构尺寸大、相关尺寸不协调、成本高、制造和安装不方便等问题。因此，卷扬机中各齿 轮的齿数、模数和传动比如表 3示。 趸 船多工位起重卷扬机的传动方案如图 3示。 表 3各齿轮的齿数和模数 齿 轮 Z 1 3 5 齿 数 7 37 29 66 30 51 模 数 外购（日野） m=12 m=16 传动比 I V V 5 6 i3 i3 4 4 3 2 2 1 变 发 3动系统机构运动简图 2 I 箱 速 机 动 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 动机的选择 发动机选用玉柴 号柴油机，主要技术参数为： （ 1）标定功率 /转速（ r/ 206/2100； （ 2）最大扭矩 /转速（ Nm/ r/ 1180/ 1600；（经计算，当转速为 1600r/出最大 扭矩 1180 Nm 时，输出功率为 （ 3）净质量（ 880； （ 4）排放：国 /国。 图 4号发动机转速扭矩（功率）特性曲线参考图 速箱的选择 发动机选用东风汽车变速箱有限公司的 列产品中型号为 17变速箱， 其主要技术参数为： （ 1）额定输入扭距（ Nm）： 1200； （ 2）外形总长（ 824 （ 3）总成质量（ 260 速比：变速箱各档位速比见表 4 表 4东风 17变速箱各档位速比 各轴的运动和动力参数汇总于表 5 表 5各轴的运动和动力参数 轴号 I 速 n/(r/最高 最低 2100 34 34 功率 P/（ 206 84 最小 矩 T/(最大 档位 八档 七档 六档 五档 四档 三档 二档 一档 倒档 速 比 1 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 卷筒卷筒所需驱动转矩 T 5 当起吊重物重心距卷筒中心最大（ 450起吊重物的质量为 12 吨时，由式（ 5卷 卷筒 卷筒轴输出转矩最小为 大 为 选用的发动机和变速箱合适。 起吊重物的速度 2 当卷筒轴转速最高，且钢丝绳距卷筒中心最大（ 450，起吊重物速度 v 最大，则由式 （ 5 v 最大 900 290 349mm/s 。 当卷筒轴转速最低，且钢丝绳距卷筒中心最小（ 230，起吊重物速度 v 最小，则由式 （ 5 v 最小 460 12 717mm/s 。 结论：选用的发动机和变速箱合适。 支架和底架的设计 图 6体外支架和底架结构 箱体、外支架和底架的结构如上图 6体包括齿轮箱底座、齿轮箱上盖和外置齿轮箱。 箱体是减速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受 作用在减速器上载荷的重要零件。箱体底座还兼作润滑油的油箱，具有充分润滑和很好密封箱内 零件的作用。为了保证传动零件的正确对位，底座与箱盖合箱后，边缘应平齐，相互错位每边不 得大于 1承孔中心线与剖分面的不重合度应小于 为了便于轴系部件的安装和拆 卸，箱体做成剖分式，由箱体和箱盖组成，取轴的中心所在平 面为剖分面。箱座和箱盖采用普通螺栓连接，用圆锥销定位。 箱体采用钢板焊接而成，箱体上的轴承支座也采用焊接的方式与箱体连接在一齐。 4 4 I 所需要的驱动转矩为 。 d (5买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 底架用于箱体和卷筒的固定，因此采用槽钢焊接而成。 为了保证箱体强度，焊缝均为坡口是 5连续焊缝，焊缝不允许有影响强度的裂纹、夹 渣、虚焊等缺陷。而且箱体的密封度必须保证箱体内部灌装润滑油后不出现渗漏。 底座与箱盖和外置齿轮箱结合后，先打上定位销，并用螺栓紧固，再进行镗孔和孔端面的加 工。 卷筒轴外支 架是支撑卷筒的重要零件之一，因此使用高强度的钢板焊接在一齐。为了满足卷 筒轴的运动，支架上焊有轴承支座。它与底架采用螺栓与螺母的方式连接。 图 7筒的剖面图 图 7筒的三维设计 卷筒的三维图如上图 7图 7示。在卷筒的制造上，因为尺寸精度要求不会太高，因 此我们选用铸造的方法来制造，但为了保证卷筒的强度，铸件不能有冷隔、裂纹、缩孔和疏松等 缺陷。为了满足卷筒的容绳量，卷筒的外直径为 1080筒直径为 460 动块的结构组成 转动块的组成如下图 8紧箍液压缸的组成如下图 8示。 123456789图 8动块的组成 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 动块的固定 123456图 8紧箍液压缸 图 8动块通过膨紧套固定在卷筒轴上。 动块的运动分析 转动块的固定 图 8动块的三维图 转动块的三维图如上图 8示。转动块通过胀紧套使传动板与卷筒轴连接，让转动块随着 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 卷筒轴的转动而转动。 当卷筒需要进行运动的时候，通过液压缸的增压，由油缸顶杆通过顶杆连接轴，推动驱动臂， 使膨紧箍向外弯曲变形，压紧在卷筒上，同时止动轮上的油缸降压，使刹车膨紧箍与卷筒分离， 从而带动卷筒的转动。 当卷筒静止时，控制液压缸降压，压缩状态的的大压缩弹簧还原变形，使驱动臂往回收，膨 紧箍向里弯曲变形，压缩状态的的小压缩弹簧还原变形，使压簧杆座 回收，使摩擦片与与卷筒分 离，转动块空转，卷筒通过制动装置的控制，停止运动。 擦驱动力矩的计算 卷筒通过转动块驱动，转动块上装有英国 擦片，摩擦片通过油缸压紧在卷筒止车轮 毂的内圆柱面上，使卷筒随转动块转动。摩擦片与轮毂的摩擦系数为 度范围在 0C 到 800C。转动块驱动摩擦片（一半）的计算简图如图 8示。 油缸压力油的压力 4 设油缸压力油的压力为常用的 100 10由式（ 8作用在摩擦片上的推力 4 Y Y q O O F （ a） 受力分析图 （ b） 微段计算图 图 8动块驱动摩擦片（一半）计算简图 已知卷筒摩擦圆柱面直径为 840摩擦片与轮毂均匀接触，接触面上单位长度正压力为 q N/正压力水平分力的合力与油缸作用在摩擦片上的推力 F 相平衡。取摩擦片一微段带 图 3(b)，则有 （ 8 2 2 801 摩擦片的摩擦力矩 2 1802 由式（ 8转动块的摩擦片能够产生的摩擦力矩为 T 840 25663N m 。 7 2 d （ 8 2 80 为 。 d F d 145 由式（ 8 。 2 50265 qmm d d （ 8 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 则转动块的驱动力矩 2T 为 51326卷筒的驱动力矩为： 由式（ 5 卷筒 2T 51326Nm 。 （ 8 得 得 M M 设当起吊重物重心距卷筒中心为最大（ 450，可起吊重物的质量为 M 当起吊重物重心距卷筒中心为最小（ 230，可起吊重物的质量为 M 大卷筒可起吊重物的重量至少为 11639 最小 ，则由式（ 8 最大 ，则由式（ 8 若欲使起吊重物的重量至少为 12000需提高液压缸压力油的压力，由式（ 5，此 卷筒 2 840 2 d 80 由于油缸压力油的压力最高可达到 120要使大卷筒起吊重物的重量达到 12 吨，仍然 有一定的富裕量。 的设计与分析 动块的结构组成 止动轮装置的组成如下图 9图 9示。 123456图 9动轮的组成 8 M T 51326 116391326 。 最大 时卷筒所需转矩 。 52920 T26460Nm 264601000 q01q 由式（ 8，油缸作用在摩擦片上的推力 。 4F 451825 由式（ 8，油缸压力油的压力 。 2 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 动轮的固定 1234 567图 9车油缸的组成 图 9动轮的固定 如上图 9图 9示，止动轮的一端由螺栓和螺母通过固定梁和固定梁支座固定在底架 上 ，另一端用常控锁连接在卷筒上。 动轮的运动分析 图 9动轮的三维图 止动轮的三维图如上图 9图 9示。当卷筒运动时，控制液压缸增，通过油缸螺杆撑 开刹车膨紧箍，使刹车膨紧箍向外弯曲变形，使摩擦片与与卷筒分离，同时，转动块上弹液压缸 压力增大，使驱动膨紧箍压紧卷筒，从而使卷筒进入工作状态。 当卷筒需要静止的时候，通过对刹车油缸的减压，压缩状态的油缸弹簧还原变形，拉紧刹车 9 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 膨紧箍，使膨紧箍向内弯曲变形，使摩擦片压紧在卷 筒上，同时，转动块上的液压缸压力降低， 驱动膨紧箍与卷筒分离，从而使卷筒静止。 动轮摩擦力矩的计算 卷筒两侧装有止动轮，通过止动轮外包裹的张合钢环刹车，张合钢环上装有英国 擦 片，摩擦片通过油缸压紧在止动轮的外圆柱面上。摩擦片与止动轮的摩擦系数为 度范围 在 0C 到 800C。一侧张合钢环上的刹车摩擦片的计算简图如图 9示。 Y Y l q O O 25 25 F F （ a） 受力分析图 （ b） 微段计算图 图 9动轮刹车摩擦片计算简图 油缸产生的液压张力 4 4 张合钢环油缸的缸径 D 为 100塞杆直径 d 为 60压力油的压力 p 为 50 4 4 作用在张合钢环上的弹簧合力 F 弹簧 应小于液压张力 F 张力 。 已知卷筒止动轮摩擦圆柱面直径为 1080摩擦片与止动轮均匀接触，接触面 上单位长 度正压力为 q N/正压力竖直分力的合力与作用在张合钢环上的弹簧合力 F 弹簧 的竖直合力 平衡。取摩擦片一微段带 图 9-5(b)。 由式（ 8 弹簧 234 弹簧 由于卷筒两侧均有止动轮，故止动轮的刹车力矩 2T 为 簧 卷筒的止动轮的刹 止动轮 弹簧 弹簧 设当起吊重物重心距卷筒中心为最大（ 450，可刹住起吊重物的质量为 M 最小 ，则由 10 （ 9 2 F 则摩擦片接触面上单位长度正压力 。 弹簧 由式（ 8止动轮摩擦片能够产生的摩擦力矩为： 。 车力矩为： 。 d d 2 2 D d F p 2 2 100 60 张力 F 525133N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 式（ 5 M 最小 T 止 动轮 簧 簧 即卷筒可刹住的起吊重物重量至少为 簧 12000 若欲使起吊重物的重量至少为 12000此处压缩弹簧所产生的压力为 即欲将 12 吨的起吊重物刹住，油缸处弹簧的预紧力要大于 18265N。 F 弹簧 18265N 。 在这个卷扬机上，卷筒轴起着重要的作用，它是整个机器的输出轴，是直接带动卷筒和重物 运动的物体， 所以卷筒轴的设计尤为重要。卷筒轴的装配图如下图 10 126230； 34 56232； 6732236 图 10筒轴装配图 择轴的材料 卷筒轴选用调质处理的 45 钢，其抗拉强度极限 =640称循环的许用弯曲应力 =60 算齿轮上作用力的大小 齿轮分度圆直径 d mz b 10 T 最大 则，由式（ 10卷 筒轴上大齿轮的分度圆直径为 d 1651816 在 起 吊 重 量 为 12 吨 、 钢 丝 绳 距 卷 筒 中 心 450 ， 齿 轮 传 递 的 转 矩 最 大 ， 即 T 卷筒轴 52920N m 。 齿轮的圆周力 d 816 齿轮的径向力 （ 10 11 2T （ 10 t 2529201000 F 129706N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 则由式（ 10，卷筒上大齿轮的径向力 F r 12970647209N 。 当 一侧卷筒吊起 12 吨重物并刹停，另一端卷筒正在吊起 12 吨重物时，卷筒轴的受力最大， 其所受载荷示意图如图 9示，图中 150130828401 150313 算轴承的支反力 图 10筒轴受力示意图 设从左至右滚动轴承的支反力分别为 R A 、 R B 、 R C 和 R D ，则卷筒轴计算简图如图 10示。 由于卷筒轴所受径向力左右基本对称，因此可近似认为 R A =R D ， R B = 图 10筒轴计算简图 由于该轴为静不定结构，不能由静力学平衡方程解出，须利用变形协调方程。现假设解除 B 处支承，以支反力 代替，以（ I、（ V、（ B、（ C 分别 表示轴上 I、 V、 B、 C 处载荷各自单独作用时 B 处的挠度，由于 B 处实际为轴承支 承，不应有垂直位移，则 f B (I (f B )(f B )(f B V) (B (f B )C 0 （ 10 轴的截面惯性矩 64 查手册知 45 钢弹性模量 E 210径取平均值 160式（ 10卷筒轴的截面 64 则，刚度系数 210 10 32169909 0 N 轴上 I 处载荷单独作用时 B 处的挠度 6b 12 l f x al b x x 4 d I 4 160 惯性矩 。 3 12 2 I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 已 知 P 60000N 、 x 150 130 828 401 1509 l 3481 a 150 130 280 b l a 3481280 3201 由 式 （ 10 得 ， 轴 上 I 处 载 荷 单 独 作 用 时 B 处 的 挠 度 为 ： 600003201 3481 3 2 2 3 。 f BI 60 3481 3201 1509 2803481 3201 1509 1509 上 载荷单独作用时 B 处的挠度 6b x al 2 b x x 3 （ 10 已 知 P 60000N 、 x 150 130 828 401 1509 l 3481 。 a L 2 150 130 828 1108mm b l a 3481 1108 2373由 式 （ 10 得 ， 轴 上 载 荷 单 独 作 用 时 B 处 的 挠 度 为 ： f B 6000 2373 610 3481 3481 2373 1509 1108 3481 2 2373 1509 1509 3 轴上 B 处载荷单独作用时 B 处的挠度 f B B 已 知 、 l 2 x 2 b 、 （ 10 、 P RB x L 2 L 4 150 130 828 401 1509mm l 3481a L 2 L 3 150 130 828 401 1509 b l a 34811509 1972 由 式 （ 10 得 ， 轴 上 B 处 载 荷 单 独 作 用 时 B 处 的 挠 度 为 ： f BB R B 19721509 12 3481 1509 2 1972 0 4 60 3481 轴上 载荷单独作用时 B 处的挠度 知 、 l 2 x 2 b 、 （ 10 、 P 47209N x 150 130 828 401 1509mm l 3481a L 2 L 4 150 130 828 401150 1659 b l a 34811659 1822 由 式 （ 10 得 ， 轴 上 载 荷 单 独 作 用 时