.0型卷扬机设计毕业设计说明书.doc

黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 1绪论随着社会的发展，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。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、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点，广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。本设计就传统的卷扬机说起，一直到现在以及将来的发展。卷扬机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。 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11、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 t卷扬机，日本生产了32 t、50 t、60 t液压和气动卷扬机，美国生产了136 t和270 t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12 V，质量为7.715.4 kg，拉力为333613344 N。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。2 卷扬机的整体概述2.1电动卷扬机的基本结构3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。2.1.1 电控卷扬机 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。2.1.2 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，如图2.1。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支架图2.1 圆柱齿轮减速器快速卷扬机简图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，如图2.2。 图2.2 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传功的卷场机简图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F120 kN的卷扬机上，均应安装排绳器。2.1.3 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2KH型行星轮系和3K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。2.2卷扬机工作级别与类别为了合理设计、制造、使用及提高零件三化水平，卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为 八个工作级别。由表2.1本设计中我选择中等载荷，工作级别为M4，总工作时间为3200小时。表2.1 载荷状态载荷状态名义载荷谱系数Kp当量拉力系数K说明Q（轻）0.125K0.5通常承受1/3的额定拉力，很少承受额定拉力时使用Q（中）0.250.5K0.63通常承受（1/32/3）的额定拉力，有时承受额定拉力时使用Q（重）0.50.63K0.8通常承受2/3以上的额定拉力，较多承受额定拉力时使用Q（特重）1.00.8K1频繁地承受拉力或者额定拉力相近时使用3 零部件的计算3.1 钢丝绳的选取 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。3.1.1 钢丝绳的种类和构造【2】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 点接触钢丝绳绳股中各层钢丝直径均相同，而内外各层钢丝的节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、尤其是受弯时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。3.1.2钢丝绳直径的选择2 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钢绳系数选择公式为 （3.2）式中 Kn是钢丝绳的最小安全系数，按照建筑卷扬机设计规范表4选取为4.0； 为钢丝绳的最小破断拉力系数，按照建筑卷扬机卷筒的设计规范表5选取第三组 ，取=0.330； 钢丝绳公称抗拉强度R。为1570MPa。则： =0.088 5.080 mm 所以钢丝绳选择d=6 mm。 按照钢丝绳所在机构工作级别来选择钢丝绳直径时，所选的钢丝绳拉断力应满足下式： n （3.3）式中 F0所选用钢丝绳最小拉断力，N； n安全系数，查手册选n=4。所以 F040.875=10.0kN 又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力1.214（纤维芯）或1.308（钢芯），本次设计中选用纤维芯钢丝绳，所以钢丝绳最小拉断力总和为12.14 kN。本次设计中选用纤维芯钢丝绳从产品目录中选择一种总破断拉力不小于12.14KN的钢丝绳。（本设计中钢丝绳不接触高温，横向压力小，选用纤维芯钢丝绳）。3.1.3 钢丝绳的使用7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。钢丝绳破坏时，外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂，随着断丝数的增多，破坏速度逐渐加快，达到一定限度后，仍继续使用，就会造成整根绳的破断。 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D与钢丝绳直径d的比值大小对钢丝绳的寿命影响较大，几乎成平方关系。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。故设计中规定了卷筒直径和钢丝绳直径的最小比值（D/d），与卷扬机的工作级别有关。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68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、 为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕，避免各圈钢丝绳间相互摩擦及多层缠绕锤击和堆绕现象，延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0.52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。目前我国生产的“钢丝绳油属于中等粘度油，适用于各种股捻钢丝绳的润滑。其附着力大，不易滑落或与水起作用，且含有防锈剂，是一种良好的润滑剂。6、 在室外、润湿或腐蚀介质存在的环境里，应选用镀锌钢丝绳。7、 经常检查钢丝绳是否与别的机件摩擦，重新更换新绳时必须核对新绳与原绳的型式直径是否相同；经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝，遇到问题及时解决。3.2 卷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。卷筒通常是中空的圆柱形，特殊要求的卷筒也有做成圆锥或曲线形的。3.2.1 卷筒的分类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。本设计采用多层绕。3.2.2卷筒绳槽尺寸的确定4卷筒绳槽槽底半径R，槽深c 槽的节矩t 其尺寸关系为： R=（0.540.6)d （d为钢丝绳直径） （3.4） 绳槽深度：标准槽： =（0.250.4）d （3.5）深槽： =（0.60.9）d （3.6）绳槽节距：标准槽： pd（24） （3.7） 深槽： pd（68） （3.8） 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6 mm，R=（0.530.56）d=3.183.36mm 取R=3mm。 c=（0.250.4）d =1.52.4 mm 取c=2 mm 。 所以绳槽节距 pd(24)=8mm。3.2.3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。1、卷筒节径D的设计 卷筒的节径即卷筒的卷绕直径，由设计知不能小于下式： （3.9） 式中 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径，mm； 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，查机械设计手册h=16 mm; d 钢丝绳的直径,mm。按式计算： 96 mm由已知取=180mm 2、卷筒的长度设计 本设计采用双联滑轮组。 由卷筒长度计算公式 L = 1.1ZP = （3.10）P = (1.11.2)d （3.11）Z = （3.12）其中 Z-每层圈数； n-卷绕层数 L-卷筒总绕绳长度，L= Hm; H-最大提升高度，mm；M-滑轮组倍率；D-卷筒卷绕直径，mm；P-绳槽节矩，mm.。本次设计中取n=3 ， 已知卷筒容绳量l = 100m，所以 Z =54L = 1.1ZP1.1x54x8=475mm。 选取标准卷筒长度为480mm小于3D=3x180=540mm符合条件。3、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 mm （3.13） 根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚不应小于12 mm，所以13mm4、卷筒侧板的设计卷筒边缘直径+4d （3.14）卷筒最外层钢丝绳绳心直径=D+（2n-1）d=230mm，所以卷筒边缘直径+4d=254mm。本次设计中取卷筒侧壁直径为260mm。所以卷筒的参数选择为：绳槽节距p8 mm、卷筒节距180mm、卷筒长度L=480 mm、卷筒壁厚 mm、侧壁直径260mm。3.2.4卷筒的强度校核卷筒材料一般采用不低于HT150的铸铁，特殊需要时可采用ZG230-450、ZG270-500铸钢或Q235-A焊接制造。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HT150的铸铁制造。一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3时弯曲应力和扭曲应力的合成力不超过压应力10%,所以当3时只计算压应力即可。本设计中L=480 mm D=180 mm，符合3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：=A （3.15） 其中 -钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力，MPa； -钢丝绳最大拉力，N； -卷筒壁厚，mm； A- 应力减小系数，取A=2； -许用压力，对于铸铁=； -铸铁抗压强度极限。 所以 =A=36 MPa 39 MPa，查教材机械设计基础知195MPa，所以39MPa。所以 ，经检验计算，卷筒抗压强度符合要求。3.3卷筒轴的设计计算 由于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，应尽可能简单、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；此外，对较长的轴还需校核轴的刚度。本设计以计算出的参数有：绳的额定拉力10KN，卷筒直径180mm，钢丝绳的直径6 mm，查机械传动设计手册，轴的材质选择45钢，调制处理，MPa，MPa，MPa，MPa。 该卷筒轴用轴端挡板固定于卷筒上，是不动的心轴。计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位置分别计算。根据受力分析可知，当钢丝绳位于右极限位置时，心轴受力较大，因此应按有极限位置进行轴的强度计算。计算时，卷筒支承作用到心轴的力，可简化为作用于轴承宽度中点的集中力。1、轴上零件的布置 对于卷筒轴，安装连接一个齿轮接盘联轴器，一个卷筒，一个支架。2