毕业设计（论文）-2.0型卷扬机设计.doc

黄河科技学院毕业设计 说明书 第 1 页 20 型卷扬机设计型卷扬机设计 摘要摘要 本设计是一种建筑起重机械，用来提升物料、安装设备等作业，由机械动 力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置 。本设计采用了新型的制动 电机，节省了制动器，使得结构更加紧凑。其主要结构组成还有，减速、联 轴器、卷筒等。 动力传动部分主要有传动方案的设计、原始数据的计算、电动机的选择、 减速器的选择、动力方案的选择和强度校核。其中主要是传动方案的设计和 卷筒的结构设计。本设计 的步骤是从钢丝绳开始入手，然后依次对卷扬机的、 电动机、减速器、制动器、联轴器设计与选取。其中卷筒结构、卷筒轴、卷筒 毂的设计与校核最为主要，本设计重点做了介绍，其余部分有得只是略作分析。 关键词：关键词：卷扬机，制动电机，联轴器，卷筒 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 2 页 The design of 2.0 construction winches Author :wang yankun Tutor: kang hongwei Abstract The design is called construction winches, which is used to lift materials, to install the operation equipments .It is driven by mechanical power motor and by the winding rope device to complete the work. This design uses a new type of brake motor so as to save the brake, so the structure becomes more compact. The rest of the machine are reducer, coupling, reel and so on. The part of power transmission includes the design of the transmission, the calculation of initial data, the selection of motor reducer and power options .In the end it is strength check. This design of hoist starts from the wire rope, and next then turn on the winch reel, reel spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley reel machine-oriented design . The key is the structure design of the winch reel. The analysis of the rest are relatively simple. Key words: winch, motor, coupling,reel 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 3 页 目录 1 1 绪论绪论 .5 1.1 课题背景及目的 .5 1.2 现代卷扬机的发展现状 .5 2 2 传动方案的设计传动方案的设计.7 2.1 方案的初步设计 .7 2.2 方案的比较与方案的选择 .9 3 3 原始数据的计算原始数据的计算.10 4 4 电动机的选择电动机的选择.10 4.1 选择电动机应该综合考虑的问题 .10 4.2 电动机选择顺序 .11 4.3 电动机类型的选择 .11 4.4 电动机功率的选择 .13 4.5 电动机转速的选择 .13 4.6 电动机功率的计算 .14 5 5 减速器的选择减速器的选择 .15 5.1 减速器类型的选择 .15 5.2 减速器型号的选择 .16 6 6 联轴器的选择联轴器的选择.17 6.1 联轴器的种类 .17 6.2 联轴器传递的扭矩计算及选择 .17 7 7 零部件的设计计算零部件的设计计算.18 7.1 卷扬机工作级别与类别 .18 7.1.1 卷扬机利用等级.18 7.1.2 卷扬机的载荷状态.18 7.2 钢丝绳的选取 .20 7.2.1 钢丝绳的种类和构造.20 7.2.2 钢丝绳直径的计算.21 7.2.3 钢丝绳使用注意的事项.22 7.2.4 卷筒参数的设计.23 7.2.5 卷筒的结构设计.24 7.2.6 卷筒强度计算及检验.25 7.3 卷筒轴的设计计算 .26 7.3.1 卷筒轴的固定方式及受力分析.26 7.3.2 卷筒轴的设计.27 7.3.3 轴的校核.28 7.4 主要计算拉力 .29 8 8 轴承的选择与校核轴承的选择与校核 .30 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 4 页 9 9 卷扬机的安装及安装调试卷扬机的安装及安装调试.30 9.1 卷扬机的安装.30 9.2 卷扬机调试.30 1010 使用与操作使用与操作 .31 1111 安全保护安全保护 .31 11.1 电气安全保护.31 11.2 操作安全事项.32 结论结论.33 致谢致谢.34 参考文献参考文献.35 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 5 页 1 1 绪论绪论 1.1 课题背景及目的课题背景及目的 随着我国城市化不断向前发展，房地产行业的火爆，对建筑机械行业带 来了前所未有的机遇。但是问题也随之产生，怎样保证建筑机械的安全性称为 众多建筑机械公司的考虑的首要因素。其次为保护人类十分宝贵且有限的地球 资源，实现全球的可持续发展，提高操作人员的安全性和工作舒适性，努力达 到人与环境的亲和，很有必要按照现代的创新理念的标准来设计机械产品。 卷扬机是建筑工地上最常见、最普通的一种施工机械，也称绞车。可以单 独使用，也可以作为起重机的组成部分，卷扬机主要以电动机为动力，经过减 速装置后，驱动卷筒牵引钢丝绳，以实现重物的垂直与水平运输。卷扬机分为 手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主。电动卷扬机由电动机、 联轴节、制动器、减速器和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装 卸量大工作频繁的情况，调速性能好，能令空钩快速下降。 电动绞车广泛用于工作繁重和所需牵引力较大的场所。单卷筒电动绞车 的电动机经减速机带动卷筒，电动机与减速器输入轴之间装有制动器。为 适应提升、牵引和 回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。一 般额定载荷低于 10T 的绞车可以设计成电动绞车 。 本设计主要考虑到其较高的安全性及其结构紧凑性，采用目前比较先进 的电动机即：制动电机，配有 AZM 交流电磁制动器。目前国内已有先进的 制造技术。随着变频器技术的成熟和制动电机的普及，卷扬机的设计越来越 变的人性化和环保化。 1.2 现代卷扬机的发展现状现代卷扬机的发展现状 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 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 6 页 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。下面是卷扬机的主要发展趋势: （1）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。 进入新世纪以来，各行各业都有飞速发展，近些年数控机床的广泛应用， 信息技术和数控技术日趋成熟，使得机械制造的效率提高、成本降低，这些都 将推动卷扬机工业的发展。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，还可作现代化电控自动作 业线的配套设备。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 7 页 2 2 传动方案的设计传动方案的设计 机械通常是有原动机、传动系统、工作机和控制装置组成。传动系统介于 机械中原动机与工作机之间，主要用来讲原动机的运动和动力传给工作机，并 协调二者之间的转速和转矩。 传动系统的设计师机械设计工作的一个重要组成部分，是最具有创造性 的设计环节。传动方案的优劣，对机械的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸、 重量、制造成本、运转费用等均有一定程度的影响。任何机械传动系统的设计 方案都不是唯一的，在相同的条件下，可以有不同的传动设计方案，最后确定 的应是其中的最佳方案。 2.1 方案的初步设计方案的初步设计 根据参考各种资料和目前的卷扬机的结构，结合本设计的任务，目的和要 求，首先拟定以下三个方案： 采用开式齿轮传动，通过齿轮啮合传递转矩，另一方案是采用齿轮接盘来 传递转矩，此方案可以补偿安装误差。 传动方案 1：减速器采用展开式二级闭式齿轮传动，结构简单，在满足中 心距的条件下，由于齿轮和轴的减少，传动效率较高，但齿轮直径大，加工精 度不高，而且噪声较大，大齿轮在经济方面不理想，加工起来又比较困难，减 速箱的体积比较大，不利于安装。它的结构简图如图 2-1 所示： 输出轴 输入轴 中间轴 1 3 2 4 5 6 7 图 2-1 传动方案一 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 8 页 1.电动机 2、联轴器 3、制动器 4、减速器 5、绞筒 6、轴承 7、开 式齿轮 传动方案 2：减速器采用展开式三级闭式齿轮传动，特点：结构简单、效 率高、容易制造、使用寿命较长、维护方便，装拆容易，工作可靠。高速级齿 轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩下产生的扭转变形与轴在弯矩下产 生的弯曲变形可部分地相互抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象在满足 中心距的条件下，传动的齿轮的直径可以取小，这样可以使传动的传动比较精 确可靠，寿命长，结构紧凑，而且滑移齿轮操作方便不费力。其结构简图如图 2-2 所示: 中间轴 输入轴 中间轴 1 3 2 4 5 7 6 输出轴 图 2-2 传动方案二 1高速齿轮 2轴承 3齿轮 4齿轮 5轴承 6齿轮 7轴承 8 轴承 9轴承 10输出齿轮 11齿轮 12轴承 13轴承 14轴承 2 传动方案 3：减速器与卷筒采用齿轮接盘的形式： 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 9 页 图 2-3 齿轮接盘式传动 2.2 方案的比较与方案的选择方案的比较与方案的选择 方案一 首先，虽然能够完成工作机的性能要求，适合工况条件及工作可 靠且电动机价格低，但其转速较大，致使减速装置的结构复杂，成本较高，其 次齿轮传动要求制造安装精度较高，并且大的中心距会使其尺寸过大，从而使 成本增加。合理的传动方案，除了应满足工作机的性能要求、适合工况条件及 工作可靠外，还应使传动系统结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、效 率高激便于维修和使用等。 方案三采用制动电机，减少了制动器的安装，使得整个结构显得十分紧凑， 既满足了制动要求，又便于使用与维修，电动机与减速器用弹性套装销联轴器 相连，可以补偿安装误差，又有一定的缓冲和减震能力，此方案的卷扬机的卷 筒与低速轴的连接为带齿轮接盘的结构型式，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。在齿轮联轴器外侧，即靠近减速器的一侧装有剖分式密封盖，以防止 联轴器内的润滑油流出来和外面的灰尘进入。这种连接型式的优点是结构紧凑， 轴向尺寸小，分组性好，能补偿减速器与卷筒轴之间的安装误差是优先考虑的 方案。 、 综合其经济性，考虑其结构的复杂程度等各方面的因素，采用方案三. 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 10 页 3 3 原始数据的计算原始数据的计算 本设计是 2.0 型卷扬机，其主要设计数据有： 额定载荷 20KN 额定速度 36m/min 卷筒容绳量 190m 卷筒尺寸 250mm 由此得出：卷筒的转速 n=46r/min 工作机的输出功率 P=Fv100060=2036100060=12kw 4 4 电动机的选择电动机的选择 电动机是通用机械中应用极为广泛的原动机，是由专业生产厂家批量生产 的系列化定型产品。选择电动机时，应依据所选电动机的机械特性与工作机的 负载特性相匹配的原则来确定电动机的型号。 目前，建筑设备常用的电动机主要分两类：一类是驱动电机，一类是制动电机。驱动 电机是机械设备的主要动力源，包括各种类型的交、直流电动机。其中交流异步电动机较 之其它类型的电动机有结构简单，价格便宜，运行可靠，维修方便等优点。 4.1 选择电动机应该综合考虑的问题选择电动机应该综合考虑的问题 根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要 求，选择电动机的类型。 （1） 根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机 的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机的功率，并确定冷却通风方式。 所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取 0.8-0.9。过大的备有功率会使电 机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 11 页 验强度的生产机械造价提高。 （2） 根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及 腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要保护方式，选择电动机的结构型式。 （3） 根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压 等级和类型。 （4） 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统过渡过程性能的要 求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备 的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、 运行和维修费用、生产过程中前后电动机功率变化关系等各种因素。 4.2 电动机选择顺序电动机选择顺序 选择电动机的顺序，一般由有下图表示： 通过 不通过 合理 不合理 满足 不满足 适应 不可以 可以 可以 不可以 否 能 负荷率过低不通过 重选电动机功率 改变半速比或选用 转动惯 （或飞 轮矩2）小的电 动机 加速转矩 满足加速度要求下能 否加速转矩 电动机机械特性与负 载特性对比 决定 发热校验 功率数或改用 小电动 机 启动转矩、过载倍数、 加速转矩校验 根据负载转矩、调速范围、 启动频繁程度、初选电动 机功率 开始 选类型 是否充分满足调速范 围与调速精度的要求 经济性（价格、运行费 、维修费）合理与否 图 4-1 电动机的选择顺序 4.3 电动机类型的选择电动机类型的选择 根据负载类型：恒转矩和通风机负载特性的机械，选用机械特性为硬特性 的电动机较适宜；恒功率负载特性的机械，选用调励磁的变速直流电动机或带 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 12 页 有机械变速的交流异步电动机；负载平稳，对启动、制动无特殊要求的长期运 行的机械，小功率的选用普通笼型电动机，大功率的采用同步电动机；带周期 性变动负载的机械或启动条件沉重时大中功率的采用绕线型电动机，小功率， 经过载能力及启动条件校验通过的采用高转差率电动机，单纯因启动条件沉重 的机械，经启动条件校验通过的采用双笼型或深槽型电动机，如启动校验通不 过或启动时电网压降过大时，采用绕线型电动机；某些断续运行的机械虽无调 速要求，但采用交流电动机在发热、气动、制动特性等方面不能满足要求的或 技术经济指标过低时，采用直流电动机；只要求集中转速的小功率机械，采用 变换定子极数的多速笼型电动机；对调速平滑程度要求不高，且调速比不大时， 采用绕线型电动机或电磁调速电动机；调速范围在 1：3 以上需连续稳定平滑调 速的机械，采用直流电动机或变频调速电动机，需启动转矩大的机械，采用直 流串励电动机；某些特殊场所（如要求防爆）由徐平滑调速时，采用由变频电 源供电的笼型电动机；某些要求调速范围不大的大功率机械以及无频繁启动、 制动要求和无冲击负载的机械，采用带有串级调速装置的绕线型电动机，这样 可使电能回馈电网，提高经济指标；要求调速范围很大，且具有恒功率负载特 性的机械，采用机械电器联合调速型式，可节省电动机装机容量。 按环境条件选择电动机的类型：正常环境条件，一般防护型，可选各类 普通型电动机；、湿热带或潮湿场所，湿热带型，可选湿热带电动机和普通型 电动机加强防潮处理；干热带或高温车间，干热带型，可选干热带型电动机和 采用高温升等级绝缘材料的电动机或外加电动机管道通风。 根据本设计要求，选新型的制动异步电动机即：YEJ 系列电磁制动三相异 步电动机 其是 Y 系列三相异步电动机的派生系列产品，是在 Y 系列电动机的后 端附加同轴的电磁制动器而成。其功率等级、安装尺寸等与 Y 系列相同。目前， 电磁制动器有关交流和直流两种形式。 本系列电机适用于不含易燃、易爆和不含腐蚀性气体的环境，有快速制动、 准确定位、往复运转、防止滑行等要求的各种机械中作主传动或辅传动，如升 降机、运输机械、包装机械、印刷机械、食品机械、木工机械、减速机械、冶 金机械等。根据电动机的所需的功率选用型号为 YEJ200L-8 额定转速为 730r/min。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 13 页 本系列电动机部分产品已通过 CCC 中国国家强制性产品认证，获得了 CCC 认证证书。结构说明：电动机主体防护等级为 IP44，制动器部分为 IP23；电动 机冷却方式为 IC411（自扇冷式）；电动机绝缘等级为 B 级；使用条件：额定 电压：380V； 额定频率：50Hz；工作方式：S1（连续工作制）；海拔不超过 1000m；环境温度最高不超过 40，最低为-15；月平均最低温度不高于 25 时，月平均最高相对温度为 90%。 4.4 电动机功率的选择电动机功率的选择 标准电动机的功率由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或稍大 于工作要求的功率。功率小于工作要求，则不能保证工作正常工作，或使电动 机长期过载，发热大而过早损坏；功率过大则增加成本，并且由于功率和功率 因数低而造成浪费。电动机的功率主要由运行时发热条件限定，在不变或变化 很小的载荷下长期连续的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，电动机便 不会过热，通常不必校验发热和起动力矩。 4.5 电动机转速的选择电动机转速的选择 电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。在确定电动机额定转速 时，必须考虑机械减速机构的传动比值，两者相互配合，经过技术、经济全面 比较才能确定。通常，电动机转速不低于 500r/min，因为当功率一定时，电动 机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低，如选用高速电动 机，势必加大机械减速机构的传动比，致使机械传动部分复杂起来。 对于一些不需调速的高，中机械，如水泵、鼓风机、空气压缩机等，可 选用相应转速的电动机不经机械减速机构直接传动。需要调速的机械，电动机 额最高转速应与生产机械的转速相适应。若采用改变励磁的直流变速电动机时， 为充分利用电动机容量，应选好调磁调速的基速。又如某些轧钢机械、提升机 等，工作速度较低，经常处于频繁地正反转状态，为缩短正反转的过渡时间， 提高生产效率，降低消耗，并减小噪音，节省投资，选择适当的低速电动机， 采用无减速机的直接传动较为合理。 要求快速频繁启动、制动的机械，通常是电动机飞轮转矩与额定转速的 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 14 页 平方之积为最小时，能获得起制动最快的效果。在空载情况下起制动时，为达 到快速的目的，按下式考虑最为合理： 22 DNmmJ nJ n 所谓最佳传动比为： m j D J i J 电动机转子的转动惯量，DJ 2 kg mA 生产机械在机械轴上的转动惯量，mJ 2 kg mA 生产机械轴转速，mn /minr 电动机额定转速，Nn /minr 4.6 电动机功率的计算电动机功率的计算 计算电动机功率时，首先根据生产机械的负载功率初选电动机功率，在校 核初选电动机的过载能力、启动能力和发热。 首先算出生产机械静阻负载图 T=f(t)或 P=f(t)，然后根据本表公式出步计 算电动机的功率，根据计算功率并考虑一定余量再初选电动机的功率，随着调 速范围和启动频繁程度的提高，余量系数也应随之加大。 为了验算出电动机是否合适，需要根据负载状态、生产机械的工艺参数和 初选电动机的参数，根据本表公式计算电动机动态转矩和加减速时间，绘制电 动机转矩负载图或功率负载图（略） 。 电动机的功率主要由运行时发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长 期连续的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，电动机便不会过热，通常 不必校验发热和起动力矩。所需电动机功率为 w d p p 式中为工作机实际需要的电动机输出功率，kw；为工作机需要的输 d p w p 入功率，kw；为电动机工作机之间传动装置的总效率。 工作机所需功率应由机器工作阻力和运动参数计算求得， w p 1000 fv pw 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 15 页 式中 f 为工作机的阻力，N；v 为工作机的线速度，m/s；T 为工作机的阻 力矩，N.m；nw 为工作机的转速， ，r/m；为工作机的效率。 w 总效率 4321 为减速器的传动效率，为联轴器的传动效率，为卷筒的传动效率。 1 2 3 4 =0.96 0.99 0.99 0.95=0.89 4321 =20000 0.6/（1000 0.89）=13.49kw 1000 Fv p p w d 确定电动机的额定功率（kw） ，使 m p =（1-1.3） =（1-1.3） 8.95=13.49-17.5kw m p d p 综合以上分析，本设计采用 YEJ200L-8 制动电机，额定功率 15Kw，额定转 速 730r/min. 5 5 减速器的选择减速器的选择 减速装置是一般机械中不可缺少的，是低速机械部分不可缺少的一部分， 减速器的选择主要在是满足减速比的要求外，尽量追求经济、效益、工作可靠 等方面的协调。 5.1 减速器类型的选择减速器类型的选择 减速器的类型很多。常用减速器有以下分类、型式及其应用范围。 圆柱齿轮减速器：单级的传动比 i8-10,其轮齿可制成直齿、斜齿和人字 齿，传动轴线平行，结构简单，精度容易保证，应用较广，直齿一般用在圆周 速度 v8m/s，轻负荷场合，斜齿、人字齿，用在圆周速度 v=25-50m/s、重负 荷场合，但也用于重载低速；两级的有展开式、分流式、同轴线式和同轴分流 式之分，其中，展开式是两级减速其中最简单的一种，齿轮相对于轴承位不对 称，当轴产生弯曲变形时，载荷在齿宽上分布不均匀，因此，轴应设计的具有 较大的刚度，并尽量使高速级齿轮远离输入端，高速级可制成斜齿，低速级可 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 16 页 制成直齿，相对于分流式讲，用于载荷较平稳的场合；分流式与展开式相比， 齿轮与轴承对称布置，因此载荷沿齿宽分布均匀，轴承受载亦平均分配，中间 轴危险截面上的扭矩相当于轴所传递扭矩之半，高速级采用人字齿，低速级可 制成人字齿或直齿，结构较复杂，用于变载荷场合；同轴线式箱体长度较小， 当速比分配适当时，两对齿轮浸入油中深度大致相同，但减速器轴向尺寸和重 量较大，高速级齿轮的承载能力充分利用，中间轴承润滑困难，中间轴较长， 刚性差，载荷沿齿宽分布不均，由于两伸出轴在同一轴线上在很多场合能使设 备布置更为方便；同轴分流式啮合轮齿仅传递全部载荷的一半，输入和输出轴 只受扭矩，中间轴只受全部载荷的一半，故与传递同样功率的其他减速器相比， 轴径尺寸可缩小； 圆锥、圆锥-圆柱齿轮减速器也有单级、两级和三级之分。单级的轮齿可制 成直齿、斜齿、螺旋齿，两轴线垂直相交或成一定角度，制造安装较复杂，成 本高，所以仅在设备布置上必要时应用；两级圆锥-圆柱齿轮减速器同单级的相 同，圆锥齿轮应在高速级，使齿轮尺寸不至于太大，否则加工困难； 蜗轮、 ；齿轮-蜗轮减速器，有单级两级之分。单级又有三种形式：蜗杆下 置式就是蜗杆在涡轮下面，啮合出冷却和润滑都较好，蜗杆轴承润滑也方便， 但当蜗杆圆周速度太大时，搅油损耗较大，一般用于蜗杆圆周速度小于 5 米每 秒的情况下。蜗杆上置式装卸方便，蜗杆的圆周速度可高些，而且金属屑等杂 物掉入啮合处机会少；两级的蜗轮-蜗轮的传动比大，可达到 43-3600，结构紧 凑，但效率较低，为使高速级和低速级传动浸入油中深度大致相等，应使高速 级中心距为低速级中心距的一半左右。齿轮-蜗轮有齿轮传动在高速级和蜗轮传 动在高速级两种型式，前者结构紧凑，后者效率高。 ZL 型渐开线直齿圆柱齿轮减速器，主要用于矿山、冶金、起重运输等机械 设备，高速轴最高转速不超过 1500 转/分，工作环境温度为-40 到 45 摄氏度， 可正反两向运转。目前此减速器已经标准化生产。 由以上比较，结合本设计要求和工况等条件，本设计选择二级圆柱齿轮减 速器。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 17 页 5.2 减速器型号的选择减速器型号的选择 由卷筒的转速为 v=36m/min=0.6m/s =0.6/0.125=4.8rad/s r v w 则 =4.8 60/(23.14)=4.6r/min 2 2 w n 传动比 i= =730/46=15.8； 2 1 n n 选择型号为 ZL75 的减速器，其中传动比为 16. 6 6 联轴器的选择联轴器的选择 联轴器主要用于连接两轴以传递运动和转矩。联轴器具有补偿因制造和 安装误差而引起的两轴线偏移的功能，有些类型的联轴器还具有吸振、缓冲等 功能。对于传动系统联轴器的选择，首先应根据工作条件和使用要求选择联轴 器的类型，然后根据联轴器所传递的转矩、被联接轴的转速和直径确定其结构 尺寸，并按标准选定联轴器的型号。 中小型减速器的输入轴和输出轴均可选用弹性联轴器，其特点是装拆方便， 并能吸振缓冲。减速器输入轴可选用 TL 型弹性套柱销联轴器（GB4323-84） ； 减速器的输出轴可选用 HL 型柱销联轴器（GB5014-85） 。对于传递转矩大的且 两轴间有较大轴线偏移的，由于轴的转距相对较大，因此选用弹性套柱销联轴 器。 6.1 联轴器的种类联轴器的种类 联轴器的种类很多，常用的有：凸缘联轴器，鼓型齿式联轴器，滚子链联 轴器，万向联轴器，轮胎式联轴器梅花形弹性联轴器，膜片联轴器，蛇形弹簧 联轴器等多种型号。根据工作条件和使用要求，以及各类联轴器的性能和应用 本设计采用弹性套装销联轴器。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 18 页 6.2 联轴器传递的扭矩计算及选择联轴器传递的扭矩计算及选择 联轴器根据传递的扭矩和工作条件选择： 计算转矩按照下式计算： = ca TTKA 式中 T 为公称转矩，N.m；KA 为工作情况系数，查机械设计表 14-1 取为 2.3 公称转矩=9.551000000 =9.55100000012/730=160N.m 1 T n p 则 = KA =2.3160=368N.m 1ca T 1 T 因此选取型号为 LT8 弹性套柱销联轴器。公称转矩 710N.m,许用转速 3000r/min. 7 7 零部件的设计计算零部件的设计计算 7.1 卷扬机工作级别与类别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：A ，A ， A ，A ，A ， A ，A ，A ，八个工作级别。 12345 6 78 7.1.1 卷扬机利用等级 利用等级是表示卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应总工作循 环次数 N 表征。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 t 准备提拉时为止的全过程。卷扬机的寿命一般不少于 5 年，在这个期间内依据工 作频繁程度的不同，总工作循环 N 可分为 8 个利用等级，见表 7-1 根据本次设 t 计的建筑卷扬机的使用情况确定利用等级为 U5。 7.1.2 卷扬机的载荷状态 载荷状态表示建筑卷扬机钢丝绳承受拉力作用地轻重与频繁程度，它与整个 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 19 页 使用寿命期限内钢丝绳每次承受地拉力 F 与额定拉力 F 之比（F / F ）和钢丝 ieie 绳每次承受拉力 F 作用下地工作循环次数 n 与总工作循环次数 N 之比 iit （n /N ）有关。 it 载荷谱系数 K 可用下式计算：K ff m e i t i F F N n 式中 K 载荷谱系数； f n 在钢丝绳拉力 F 作用下的工作循环次数， ii n n ，nn； i12 n N 总的工作循环次数，N n n n n； tti12 n F 钢丝绳承受的第 i 个拉力，F F ，F ， F（N） ； ii12 n F 钢丝绳承受的额定拉力（N） ； e 在本设计中选择中等载荷，工作级别为 M5，总工作时间为 6400 小时。 表 7-1 卷扬机利用等级 利用等级 总工作循环数 Nt 说明 U0 1.610 4 U1 3.210 4 U 2 6.310 4 U3 1.2510 5 不经常使用 U4 2.510 5经常地轻闲地使用 U 5510 5经常地中等使用 U6 110 6有时频繁地使用 U7 210 6频繁地使用 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 20 页 。 载荷状 态 名义载荷谱系 数 Kp 当量拉力系 数 Kd 说明 Q （轻） 1 0.125 K 0.5 d 通常承受 1/3 的额定拉力，很少 承受额定拉力时使用 Q （中） 2 0.25 0.5K 0 d .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） 3 0.5 0.63K d 0.8 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 4 重） 1.0 0.8K 1 d 频繁地承受拉力或者额定拉力相 近时使用 表 7-2 载荷状态 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 21 页 7.2 钢丝绳的选取钢丝绳的选取 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。 7.2.1 钢丝绳的种类和构造 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。 7.2.2 钢丝绳直径的计算 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 maxmin Fcd 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 22 页 式中 Fmax钢丝绳最大静拉力(N)。由起升载荷（额定起重量，钢 丝绳悬挂部分的重量，滑轮组及其它吊具的重量）并考虑滑轮组效率相倍 率来确定； c钢丝绳选择系数，它与机构的工作级别、钢丝绳是否旋转及吊运物品 的性质等因素有关。目前，卷扬机还没有此系数的具体规定。 该设计卷扬机额定载荷 2 吨，采用单联滑轮起重滑轮组，所以每根承受载 荷 FmaxFe/2 10000N 该卷扬机用于建筑，所以工作级别为 M5，钢绳系数选择由 GB/T1955-2008 公 式 C=Kn/K01/2 可得： 其中 Kn 是钢丝绳的最小安全系数，按照表 4 选取为 4.0 K为钢丝绳的最小破断拉力系数，按照表 5 选取第三组 钢丝绳公称抗拉强度 R0 为 1570MPa。 则 C=Kn/K01/2=0.123 12.3 mm maxmin Fcd 所以钢丝绳选择 d=14 mm 卷扬机系多层缠绕钢丝绳受力比较复杂。为简化计算，钢丝绳选择多采 用安全系数法，这是种静力计算方法。 钢丝绳的安全系数按下式计算： p g r S nn F 式中整条钢丝绳的破断拉力，N； p S 卷扬机工作级别规定的最小安全系数； n 钢丝绳的额定拉力，N； r F 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 ，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于 M的钢丝绳直径。 n r F 优先选用不旋转的钢丝绳，按照 GB1102 的规定，钢丝绳选择型号为 124NAT 6 19S+FC 1570 ZZ 110 GB8918-2006 其破断拉力为 110KN。则 ng=110/20=5.55 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 23 页 符合要求 7.2.3 钢丝绳使用注意的事项 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 0.5 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。 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。 黄河科技学院毕业设计 说