毕业设计（论文）-电动绞车主系统的设计

电动绞车主系统的设计摘 要电动绞车是一种起重设备，除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中亦广泛应用，而且正发挥着越来越大的作用。电动绞车的种类、结构、设计、计算及应用需要我们充分的了解，在对建筑卷扬机的总体设计中，从各个部件出发，主要叙述了电动机功率选择、总传动比计算与校验；减速器的设计；钢丝绳的选择包括了钢丝绳的选取、使用及在卷筒上的固定；卷筒的设计计算涉及卷筒结构和常用材料、卷筒容绳尺寸参数；最后是有关离合器与制动器的设计，主要采用了圆锥摩擦离合器和带式制动器。其中，对电动绞车传动系统的设计又作为重点进行了详细阐述，对减速器进行了具体的设计计算，传动比的分配计算，展开式两级圆柱齿轮减速器的选择设计，还有关于轴、轴承和减速器其他附件的设计。通过该绞车的设计，为从事这方面的研究、设计和制造提供了一定的参考价值。这份毕业设计报告着重是针对电动绞车的总体及传动系统设计，对其进行了研究、设计，从而更好地了解绞车的种类、结构、设计与计算及应用。关键词：绞车；电功率；减速器；绳；盘；离合器；制动器AbstractWinch is a construction lifting equipment, in addition to the construction sites, equipment installation and so on, which is widely used in metallurgy, mining and other industries too, and is playing an increasingly important role. Winch the type of construction, structure, design, calculation and application we need to fully understand that the overall design of the building winch, from various parts described the choice of the main electrical power, the transmission ratio calculation and validation; reducer design; ropes choose including the selection of a rope, use and reel in the fixed reel; reel involved in the calculations, the design and structure commonly used materials, rope reel capacity size parameters; is the last of the clutch and brake design, the main cone used friction with brake and clutch. The winch on the construction of the transmission system is designed to focus on the details, the reducer for a specific design, the transmission ratio of distribution, the two start-cylinder gear reducer design options, the shaft, bearings and other reducer annex design. Through the design of the building winch, winch engaged in the construction of the research, design and manufacturing to provide a certain value.Key words：winch; electrical; power; reducer; rope; reel; clutch; brake目 录摘 要11 概论11.1 电动绞车的应用11.2 电动绞车的发展概况11.3 绞车的发展趋势22 电动绞车的基本类型及基本结构22.1 电动绞车的具体型号22.2 电动绞车基本类型选择53 电动绞车的总体设计103.1 工作级别的划分103.2 电动机的选择103.3 减速器的设计123.4 钢丝绳的选择123.5 卷筒设计计算184 传动系统设计计算214.1 传送比的计算和分配214.2 传动装置轴的运动和动力参数224.3 减速器齿轮选择与计算234.4 轴的设计和校核314.5 轴承的选取与校核334.6 减速器其他附件的设计355结语37参考文献38致 谢39中国地质大学长城学院2012届毕业设计1 概论1.1 电动绞车的应用电动绞车是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作力便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。提升重物是电动绞车的一种主要功能，所以各类绞车的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了绞车的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料和构件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，故一般中小型建筑仍然广泛应用电动绞车，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需用电动绞车作辅助提升用；汽车吊升虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在建筑业中被广泛应用，所以大型设备的安装仍然是由电动绞车承担的。绞车除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升，船舶上做模的提升等。电动绞车用于提升重物时，需要有门字架、桅杆等配套设备方能实现。电动绞车还可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或职曳引置物的工作和打桩等工作。正因为电动绞车具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。1.2 电动绞车的发展概况我国在很久以前的古代，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劳动生产率。而后期绞车应用很少，而且所使用的绞车也均为国外生产，国内基本上没有生产绞车的厂家。我国绞车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一个五年计划建筑的需要，电动绞车的生产放提到了日程上。 随着生产的发展，到了60年代，电动绞车的生产和使用越来越多了。为了协调生产，主要绞车生产厂家组成了绞车行业组织（隶属于第一机械工业部矿山机械行业）。为了发展绞车的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国绞车的生产和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电动绞车。从70年代起，我国电动绞车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。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了JB92674绞车型式与基本参数和JBl80376绞车技术条件两个部标准。随着部标准的颁布，使电动绞车有了大发展的基础。从70年代末期开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基本建设任务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产电动绞车的厂家亦随之大量增加。为使设计和生产规范化，国家颁布了GBl95580电动绞车、JJ383电动绞车设计规范。随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产广家成立了厂属研究所，开发了如高速电动绞车、变速电动绞车、自动限位电动绞车等新产品，以及谐波传动、圆弧齿轮传动、圆弧齿轮圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的电动绞车。为使电动绞车发展规范化，又相继颁布了一系列有关电动绞车的标准，有GBl95586电动绞车、GB694786绞车试验规范和方法、GB7902.287绞车术语、GBl332791绞车安全规程、JGT 503193电动绞车设计规范等。1.3 绞车的发展趋势在国外，绞车的品种繁多，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，起重设备也在不断更新，但仍不能完全淘汰绞车这样的行之有效的简单机械设备。美国生产电动绞车的厂家有近百家，主要有贝波国际有限公司、哲恩有限公司等，日本从明治30年开始制造和使用绞车，北川铁工所是一家大型生产厂，其生产的绞车品种系列比较齐全，法国生产绞车的厂家很多，其中包藤公司就是生产绞车的主要厂家之一。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绞车。对于电动绞车的发展趋势可描述如下：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，促进了大型绞车的发展。目前，俄罗斯已生产了60t绞车，日本生产了32t、50t、60t液压和气动绞车，美国生产了136t和370t绞车。2）采用先进电子技术，为了实现绞车的自动控制和遥控，国外广泛采用了先进的电子技术。对大型绞车安装了电器连锁装置，以保证绝对安全可靠。3）发展手提式绞车，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绞车，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型绞车，其电压为l2v，质量为7.715.4千克，拉力为333613344N。4)大力发展不带动力源装置的绞车，欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力的绞车。此种绞车结构简单，有一个卷筒和一个变速箱即可。2 电动绞车的基本类型及基本结构电动绞车由于应用范围较广，为适应各种不同使用条件。绞车亦制造成各种不同的机型产品。2.1 电动绞车的具体型号(1) 钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按GBl95588绞车中规定为5，75，10，125，16，20，25，32，50，80，120， 160，200，320，500kN共15级。此参数为电动绞车的主要参数。本次设计产品为钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力32KN。(2)钢丝绳在基准层上的出绳的速度是电动绞车的又一项主要参数。根据钢丝绳速度可分为： 慢速绞车 绳速 v915 mmin； 中速绞车 绳速 v1530 mmin； 快速绞车 绳速 v3045mmin； 高速绞车 绳速 v45mmin以上。 本次设计产品为单速，不可调，快中速电动绞车，取30 mmin。(3)按卷筒数目分一台绞车上卷筒数目的多少，直接影响到绞车的结构。绞车按卷筒数目可分为单筒绞车，双筒绞车和多筒绞车三种。目前生产的大多数是单筒和双筒绞车。其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是辅助用卷筒，筒径相对要小些。本次设计产品为单筒绞车。(4)按动力源分，由于工作环境不同，所用的动力源也不同 手动绞车 用于无动力来源地区的小型绞车； 电动绞车 大多数绞车都属于此类； 内燃机绞车 用于无电源的地方； 气动绞车 用于不能使用电源的地方； 液压绞车 与其他设备配套使用而有液压源的场合本次设计产品为电动绞车(5)按传动形式分开式齿轮传动，最早的形式。目前主要用于手动绞车；闭式圆柱齿轮传动 主要为快速单简绞车，应用广泛。1)圆柱齿轮减速器（图21）2)一字型同轴齿轮传动 圆锥圆柱齿轮减速器蜗杆传动减速器圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动蜗杆减速器加开式齿轮传动行星齿轮传动（图22）液压传动本次设计产品为闭式圆柱齿轮传动卷扬机。图 21 圆柱齿轮减速器绞车图 22 3K行星齿轮传动绞车(6)按控制方法分手控绞车 由人工操纵杆把控制绞车提升或下放重物。电控绞车 用电控按钮控制电磁铁制动器使绞车工作。液控绞车 用压力油来控制绞车卷筒的离合和制动。气控绞车自动控制绞车 用限位器来控制绞车的工作。本次设计产品为电控绞车。（7）绞车由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异：提升重物(物料和构件) 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。 设备安装，一般设备的质量都较大，则要求绞车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。 拽引物品，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，则要求绞车的卷筒正反转均能工作。打桩，要求绞车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，即要求绞车具有溜放性能。 建筑绞车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，而且一台绞车往往几种工作都要做，所以在建筑绞车的设计上对用途分得并不清楚，而是按要求高的来设计，这样能使绞车实现一机多用，得到更广泛的应用。2.2电动绞车基本类型选择电动绞车由于操作方法不同，其结构相差也很大。我们将其分为电控绞车和溜放型绞车两类。2.2.1电控绞车此类建筑绞车通过通电或断电以实现绞车的工作或制动。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，此类绞车大多是单卷筒的。下面简单介绍一下。 (1)带有制动器的绞车 圆柱齿轮减速器快速建筑绞车（图23） 蜗杆减速器慢速建筑绞车。 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的建筑绞车(图24)。 蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑绞车(图25)。对一些起重量大的建筑绞车，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安装排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力7120kN的建筑绞车上，均应安装排绳器。(2)采用锥形转子电动机的建筑绞车此类绞车利用锥形转子电动机本身所具有的制动性能来实现绞车的制动。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问能做轴向相对移动。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。由于此类绞车的电动机轴线与卷筒轴线为同轴，故习惯上把这类绞车叫做一字型结构绞车。根据传动系统的不同，其可分为：定轴轮系传动（图26）23 圆柱齿轮减速器建筑绞车简图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 渐开线圆柱齿轮行星传动（图27） 摆线针轮传动 少齿差行星传动 谐波传动 活齿行星传动 图 24 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的绞车简图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 图25定轴轮系传动简图 图26 2KH型行星轮系简图图 27 蜗杆减速器加开式齿轮传动的绞车简图1电动机 2联轴器 3制动器 4蜗杆减速器 5开式齿轮传动 6卷筒2.2.2溜放型电动绞车此类绞车提升重物的下降不是利用电动机反转来实现，而是靠重物的重力下降，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联接或分离，通常采用离合器或差动轮系。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，则此类绞车可设计成单卷筒、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。(1)定轴齿轮传动(图28) 此传动由闭式减速器加开式圆柱齿轮传动来实现。卷筒和转轴之间采用一个离台器，目前主要采用的是单圆锥摩擦离合器和涨闸式离合器。制动器装在卷筒上，目前主要为制动带闸。为保证提升重物和人身安全，防止重物下坠，此类绞车上都装有棘爪止动器。图28 定轴齿轮传动绞车简图 图29轴转轮系传动绞车简图 1电动机 2联轴器 3减速器 4开式齿轮传动 1电动机 2左支架 3卷筒制动闸5锥形摩擦锥 6移动螺旋 7制动闸 8卷筒 4卷筒 5第一级行星传动9前筒离合杠杆 10后筒离合杠杆 6第二级行星传动 7离合闸带11离合手把 12制动手把 8右支架 9底座(2) 周转轮系传动(图29) 此类绞车一般采用二级封闭行星传动。其卷筒与轮系的内齿圈固接成一体。这种绞车可实现不停的重物提升和下放。 以上所介绍的绞车的基本结构不尽相同，各有各的优点。本次设计选取其中比较简单的圆柱齿轮减速器快速建筑绞车（参考图23）其额定牵引力取32KN，平均绳速取30 m/min。单筒快速卷扬机。即JK3.2型。其特点为制动灵活可靠，操作方便。是建筑，桥梁，安装工程等作业场所垂直提升，水平，斜坡托运的理想工具。但注意，不能载人。3 电动绞车的总体设计3.1工作级别的划分为了合理地设计、制造、使用及提高零件三化水平，建筑卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为：AI，A2，A3，A4, A5,A6,A7,A8等工作级别。如图：图31 绞车的工作级别的划分3.1.1利用等级利用等级是表示建筑绞车使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数Ni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。建筑绞车的寿命一般不少于5年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环数从可分为8个利用等级，利用等级的相关表格，选取利用等级U3。为不大经常使用。3.1.2载荷状态载荷状态表示建筑绞车钢丝绳承受拉力作用的轻重与频繁程度，它与整个使用寿命期限内钢丝纪每次承受的拉力与额定拉力之比和钢丝绳每次承受拉力作用下的工作循环次数、与总工作循环次数之比有关。总结以上条件，得出本次设计的绞车为工程安装型，选工作级别为A3。3.2 电动机的选择电动机选择的原则：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最为经济合理地决定电动机功率。 建筑绞车属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。建筑绞车主要采用三相交流异步电动机。根据建筑行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制和短时工作制并优先选用冶金及起重用异步电动机YZR(绕线转子) 、YZ(笼型转子)系列专用电动机。其特点示有良好的密封性，其防护等级为IP54。3.2.1电动机功率的选择建筑绞车电动机功率的初选可以按所需的静功率计算，然后根据其工作方式进一步确定并校核。 计算公式为P= = 公式（3-1）式中 钢丝绳额定拉力32KN; 钢丝绳额定速度 30m/min; 建筑绞车整机传动效率。这里包括传动装置，轴承，连轴器，离合器，卷筒缠绕等总的效率。在这里初步取903.2.2电动机工作制的选择电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而对决定电动机的功率也有很大影响。按电动机发热的不同情况，电动机分三种工作制，即连续工作制、短时工作制和短时重复工作制。建筑绞车所用电动机工时间短，电动机温升来不及达到稳定值；停车时间亦短，电动机也来不及完全冷却到周圈环境温度，所以稳定温升为一温度区间，在这种情况下。一般都选择短时重复工作制。我国专门生产了标准短时重复工作制电动机，标准负载持续Fc别为：15，25，40，60。而且同一台电动机Fc不同，担负的负载也不同。对于短时重复工作制，应尽量选择此类电动机。通过对功率的计算和工作制的选择，本次设计选取的电动机为YZR系列绕线转子电动机，其有较高的机械强度和过载能力，并且转动惯量小，适合频繁启动。所选具体型号为YZR200L。其基本参数见表3-1：表3-1电动机参数机座号功率/KW转速 r/min转动惯量kg转子绕线开路电压/V200L229640.67200注：按基准工作制（工作制,Fc=40%）。3.2.3电动机的校核电动机校验主要是指电动机热功率的校验。一般按发热校验电动机的功率，并根据负载性质、电动机类型作过载能力校验，如果采用笼型异步电动机，则还需作起动能力校验。校验的结果应满足：在额定负载工况工作时，电动机不出现过热现象；在设计极限要求情况下，电动机的最大转矩或起动转矩应保证建筑绞车负载顺利起动，特别是悬空重物的再次起动。 在校验时，建筑绞车要求的负载持续率Fc值和每小时起动次数Z值应根据实际工作情况进行计算。具体的电动机发热验算：按系数法进行电动机发热计算， 公式（3-2）式中 电动机的发热功率； 机构的静载荷功率，参考文献倪庆兴，王焕勇主编起重机械上海交通大学出版社，1900年电动机静功率取1.5，则14.67KW； 考虑工作级别不同条件下换算时的换算系数。得0.75； 考虑其电动机工作时间对发热影响得系数。得取1.2。将数值代入上式得故所选电动机发热条件通过。3.3 减速器的设计减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置。其主要功能是降低转速，增大转矩，以满足对机械的各种要求。减速器的设计计算详见第四章的传动系统的设计计算。3.4 钢丝绳的选择3.4.1钢丝绳的选取 钢丝绳由许多高强度钢丝编绕而成，可单捻、亦可双捻成形。绳芯常采用天然纤维芯（NF）、合成纤维芯（SF）、金属丝绳芯（IWR）和金属丝股芯（IWS）。纤维芯钢丝绳具有较高的挠性和弹性，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，但挠性较差。建筑绞车系多层缠绕，更适合选用双捻制金属丝芯钢丝绳。 钢丝绳的种类，根据钢丝绕成股和股绕成绳的相互方向可分为：(1)顺捻钢丝绳 顺捻钢丝绳（图32a）又分为右同向捻(ZZ)和左同向捻（SS）。此类钢丝绳钢丝绕成股和股绕成绳的旋转方向是一致的。其特点是：钢丝绳挠性好，磨损小，使用寿命长，但容易松散和扭转。它不允许在无导轨情况下作单独提升，故在不松散的情况下或有刚性导轨时应用为宜。(2)交捻钢丝绳 交捻钢丝绳（图32b）又分为右交互捻（ZS）和左交互捻（SZ）。钢丝绳钢丝绕成股与股绕成绳的方向相反，它的挠性与使用寿命都较顺捻钢丝绳差，但由于绳与股的扭转趋势相反，克服了扭转和易松散的缺陷，故绞车应优先选用。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（图33a）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，由于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（图34）绳股由不同直径的钢丝绕制而成，每一层钢丝的节距相等。由于外层钢丝绳位于内层钢丝之间的沟槽内，因此内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，从而显著使提高了抗疲劳强度，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。建筑绞车应优先选用线接触钢丝绳。(3)点、线接触钢丝绳 点、线接触钢丝绳（图33b）是一种混合结构的钢丝绳。它里边是点接触，外边为西鲁式线接触。 (4)面接触钢丝绳 面接触钢丝绳（图35）是新发展起来的产品，由异型断面的钢丝组成。钢丝之间的接触应力比线接触钢丝绳要小，从而进一步改善了钢丝绳的性能，但钢丝绳的挠性差。图32 钢丝绳的捻制方向 图33 点接触和点、线接触钢丝绳图34 线接触钢丝绳图35 面接触钢丝绳钢丝绳直径的选择；绞车系多层缠绕，钢丝绳受力比较复杂。为简化计算，钢丝绳的选择多采用安全系数法，这是一种静力计算方法。钢丝绳的安全系数按下式计算 公式（3-3）式中 Sp整条钢丝绳的破断拉力（N） n绞车工作级别规定的最小安全系数 Fe钢丝绳的额定拉力（N）设计时，钢丝绳的额定拉力为已知，将额定拉力乘以规定的最小安全系数n，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于Fen的钢丝绳直径。3.4.2钢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和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。可从以下几方面着手考虑该问题：(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筒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），见表3-2。D/d与卷扬机的工作级别有关。 表3-2 系数Ke1工作级别 A1 A2 A3 A4A6 A7A8 Ke1 14 16 19 20 22(2)决定滑轮绳槽尺寸时，必须考虑新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、潮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。3.4.3钢丝绳在卷筒上的固定(1)钢丝绳在卷筒上的固定方式钢丝绳在卷筒上的固定应保证工作时安全可靠、便于检查、装拆及调整，且固定处不应使钢丝绳过份弯折。绳端常见的固定方式有：压板固定和楔块固定两类。压板和螺钉绳端固定装置图3-6a中，钢丝绳绳端从端侧板预留斜孔中引出至板外，通过压板和螺钉把绳端固定。为安全起见，压板数目至少为两个。这种绳端的固定方式，卷筒结构简单，对铸造卷筒及钢板焊接卷筒都适用。设计时应注意斜孔的角度不能太大，一般要小于45；斜孔的边缘处应倒出圆角，以保证钢丝绳平缓地缠绕在卷筒上，避免损伤钢丝绳。斜孔的出绳方向，可根据需要决定。图3-6b中，钢丝绳直接在卷筒上用压板固定，适用单层缠绕。图3-6c中，钢丝绳在卷筒端部的V型孔内，用压板和螺钉固定。对多层缠绕，螺钉头不能露出卷筒表面。这种绳端的固定方式，工作可靠，对钢丝绳的损伤小，安装、固定方便，出绳方向容易变换。图 3-6 钢丝绳绳端的固定方式 a) 、b)、 c) 压板式固定 d) 楔块式固定楔形块固定装置图3-6d中，钢丝绳通过楔块固定在卷筒上。楔块的斜度通常取1：41：5，以满足自锁条件。这种绳端的固定方式比较简单，但钢丝绳允许的直径不能太大。（二）钢丝绳固定端承载能力验算国家标准规定，建筑绞车钢丝绳在卷筒上的安全圈数不得小于3圈。在保留两圈的情况下，应能承受1.25倍的钢丝绳额定拉力。当钢丝绳安全圈数不少于3圈时，固定端处的拉力可按欧拉公式计算 公式（3-4） 公式（3-5）式中 Fu钢丝绳绳端处拉力（N）； Fjmax最大静强度计算拉力； u钢丝绳与卷筒表面的摩擦系数，计算时可取u0.16； 钢丝绳安全圈在卷筒上的包角，安全圈数应不少于3圈。按规定，在保留钢丝绳两圈安全圈的情况下，固定处应能承受1.25倍额定拉力而不失效。为此应用1.25倍的钢丝绳额定拉力对钢丝绳固定处进行承载能力验算。设Fg为钢丝绳固定端拉力，则 公式（3-6）为使固定端联接可靠，应使该处的摩擦力大于绳端拉力，即 Ff Fg式中Ff钢丝绳固定处的摩擦力（N）。3.5 卷筒设计计算建筑绞车卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为建筑绞车的重要零件，对建筑绞车安全、可靠的工作至关重要，应合理地进行设计。3.5.1卷筒结构及常用材料(1)卷筒结构卷筒结构形式较多。可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒（图3-7）和焊接卷筒（图3-8）。铸造卷筒应用广泛。建筑绞车卷筒大多为铸造卷筒，成本低，工艺性好。大吨位建筑绞车一般采用铸钢卷筒，铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本较高，若工艺允许，可改用铸钢焊接结构。图37 铸造卷筒 图38 焊接卷筒按照卷筒缠绕层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。建筑绞车主要使用多层缠绕卷筒。图39 带筋板卷筒按照卷筒内部是否带筋板，可分为带筋板卷筒（图3-9）和不带筋板卷筒。无论是卷筒内部的环向筋还是纵向筋，均增加了制造难度，同时在筒壁和筋板的连接处还会引起应力集中。目前的设计趋势，主张取消纵向筋和环向筋。按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒（图3-7）和分体装配式卷筒（图3-8）。绞车吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。对吨位较大的卷筒，常做成分体装配形式，这样可简化工艺，减轻重量。按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式（图3-8）和筒端或筒内齿轮内啮合式（图3-10）。两卷筒的共同特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。 图310 齿轮盘式卷筒(2)卷筒常用材料常用的卷筒材料见下表表3-3 常用卷筒材料 材料极限应力 铸 造 卷 筒 焊 接 卷 筒HT200QT450-10ZG270-500ZG310-570Q2352016Mn 200 450 500 570440.3460.6585.9 310 270 310267.5304.5360.3上述卷筒材料具有良好的铸造工艺性或焊接工艺性，且货源广泛，并为我国许多厂家所采用。(3)卷筒容绳尺寸参数卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定，参见图3-7所示。卷筒节径D卷筒节径D应满足下式 D Ked 公式（3-7）式中 Ke卷绳直径比，是与绞车工作级别有关的系数，可查表得到。 d钢丝绳直径（mm）。卷筒节径D对筒壁和端侧板的设计具有重要意义，也影响钢丝绳直径的选择。D值小，结构紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝绳寿命低。因此，D/d值可认为是对应一定工作级别的最小值，如结构需要完全可以增大该值。卷筒容绳宽度Bt，一般可按下述关系式确定 Bt3D 公式（3-8）式中 D卷筒直径（mm）。建筑绞车卷筒壁厚的设计计算中，通常卷筒长度都设计成小于直径的3倍，甚至小于直径的2倍。因此此时的钢丝绳拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小，故计算卷筒强度时可忽略不计，简化了设计计算。卷筒边缘直径Dk卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径。对于多层缠绕，为防止钢丝绳脱落，端侧板直径应大于钢丝绳最外层绳圈直径。端侧板直径用下式计算 DkDs+4d 公式（3-9）式中 Ds最外层钢丝绳绳芯直径。缠绕层数S卷筒缠绕层数S按下式计算S(Dk D。2mk)/2d 公式（3-10）式中 mk为保证钢丝绳不越出端侧板外缘的安全高度（mm）。该值在单层缠绕中应不小于1.5倍的钢丝绳直径，在多层缠绕中应不小于2倍的钢丝绳直径。 卷筒容绳量L 卷筒的容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排列时，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。卷筒的容绳量可按下述方法计算：第i层钢丝绳绳芯直径为Di=D。+（2Si1） 公式（3-11）式中 Si第i层，i=1，2，3，第i层卷筒的钢丝绳长度为Li=（Bt/d1）D。+(2Si1)d10-3（m）卷筒容绳量为L=L1+L2+Li 公式（3-12）实际容绳量应再加上钢丝绳安全圈的长度（一般为3圈）。4 传动系统设计计算传动装置在原动机与工作机之间传递运动与动力，并借以改变运动的形式、速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件（齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动等）和支承件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在机器中占很大比重，其性能和质量对机器的工作影响很大。因此合理设计传动方案具有重要意义。传动装置中广泛采用减速器，它是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置。其主要功能是降低转速，增大转矩，以满足对机械的各种要求。4.1 传送比的计算和分配按额定转速初定总传动比：已知要求电动机额定转速964r/min；钢丝绳速度30m/min。根据计算，初取卷筒直径350mm，钢丝绳直径17mm.按照钢丝绳缠绕2圈时进行计算：卷筒转速为n= (r/min) 总传动比参考常用减速器的类型，两级圆柱齿轮减速器可实现这一范围的传动比。其主要类型有展开式，分流式，同轴式。其各自特点为：展开式 ：级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此，轴应设计有较大的钢度。高速齿轮布置在远离转矩输入处。建议用在载荷比较平稳的场合，高速级做成斜齿，低速级可做成直齿。分流式 ：结构比较复杂，低速级做成人字齿时相对轴承是对称的，载荷沿齿宽分布均匀，中间轴危险截面上转矩对于轴所传递的转矩减半，一般用在变载荷场合。当高速级采用人字齿，结构不合理，一般不用。同轴式：减速起的长度较短，载荷分布也均匀。但轴向尺寸和重量较大。并限制了传动布置的灵活性。经过分析，最后决定选择展开式两级圆柱齿轮减速器。分配传动比： 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取=1.4. 则=7.48 =5.354.2 传动装置轴的运动和动力参数4.2.1轴的转速I轴 =964r/minII轴 r/minIII轴 24.1r/min4.2.2轴的输入功率I轴 II轴 III轴 卷筒 4.2.3轴的输入转矩 电动机的输入转矩217946.058 则 I轴 II轴 1534205.8III轴 7802525.8卷筒 7570010.5式中、分别代表连轴器，轴承，齿轮传动和卷筒的传动效率。取0.99，0.98，0.97，0.96。 将上述计算结果汇于下表4-1:轴名功率P ( KW)转矩T ( Nmm)转速n (r/min)电动机轴22217946.058964I轴21.78215766.6964II轴20.701534205.8128.88III轴19.687802525.824.1卷筒19.097570010.524.1表4-1 运动和动力参数4.3 减速器齿轮选择与计算4.3.1低速级齿轮的计算由表41知输入功率21.78KW,小齿轮转速964r/min,传动比i7.48。选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。 按前提示高速级选择斜齿圆柱齿轮传动； 根据绞车工作环境，选择其减速器为7级精度（GB10095-88）； 材料选择。小齿轮材料选40Cr（调质），硬度为280HB，大齿轮因为外形比较大选用铸钢，经退火，常化处理后调质，硬度可达240HB；初选小齿轮齿数24，则 达齿轮齿数为247.48179.5。考虑两齿数最好为互质数，选179；选螺旋角。初选14度。(1)按齿面接触强度计算 根据参考公式 公式（4-1） 确定公式种的各计算数值1）选载荷系数1.62）小齿轮传递的转矩查表41得215766.6 Nmm.3）取齿宽系数14）齿数比u传动比i5）=2.436）1.757）材料的弹性影响系数188.98）按齿面硬度查小齿轮的接触疲劳强度极限600MPa;大齿轮的触疲劳强度极限550MPa.计算应力循环次数，按工作寿命15年，每年工作300天，每天10小时 =609641030015=2.6109 ； 3.48108。 接触疲劳寿命=0.92,=1.08.9）计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1，安全系数S1。 计算1) 试算小齿轮圆直径61.26mm2) 计算圆周速度 3) 计算齿宽b和模数m mm4）计算纵向重合度0.3181240.251.9035）计算载荷系数K取使用系数=1.根据v3.09m/min,7级精度。动载系数=1.1由文献11表104查得的计算公式。 =1.12+0.18+(1+0.6)+0.2361.26=1.42 查得=1.35 查得=1.4 故