卷扬机设计说明书

1、目目 录录 摘要摘要 1 1 绪绪 论论.1 1 1.1 卷扬机的分类及特性1 1.2 卷扬机的常见类型：3 1.3 国内卷扬机发展概况4 2 2 卷扬机的设计参数卷扬机的设计参数.5 5 3 3 主体零件的设计主体零件的设计 .1212 3.1 钢丝绳的选择 12 3.2 卷筒的结构设计及尺寸确定 15 3.3 卷筒轴的设计计算 20 3.4 电动机选择 26 3.5 减速器的设计计算 27 3.6 制动器，联轴器的选择 36 4 4 小车行走机构设计小车行走机构设计 .3838 4.1 轨道 38 4.2 车轮与车轮组 38 4.3 车轮直径的计算 39 总总 结结 .4040 致致 谢谢

2、 .4141 参考文献参考文献 .4242 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 1 1 绪绪 论论 1.1 卷扬机的分类及特性卷扬机的分类及特性 垂直提升、水平或倾斜拽引重物。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、齿轮箱 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。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。 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

3、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

4、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 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 2 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。 Jm 系

5、列为齿轮减速机传动卷扬机。主要用于卷扬、拉卸、推、拖重物。如各种 大中型砼、钢结构及机械设备的安装和拆卸。适用于建筑安装公司、矿区、工厂的土木建 筑及安装工程。 由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。 同轴卷扬机：（又叫微型卷扬机）电机与钢丝绳在同一传动轴上，轻便 小巧，节省空间 （其吨位包括（200 公斤、250 公斤、300 公斤、500 公斤、750 公斤、1000 公斤等） 慢速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约 712m/min 的卷扬机。 快速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约 30m/min 的卷扬机。 电动卷扬机：由电动机作为动力，通过驱动装置使卷筒回转的卷扬机。

6、 调速卷扬机：速度控制可以调节的卷扬机 手摇卷扬机：以人力作为动力，通过驱动装置使卷筒回转的卷扬机。 大吨位非标卷扬机：主要用于卷扬、拉卸、推、拖重物。如各种大中型 砼、钢结构及机械设备的安装和拆卸。其结构特点是钢丝绳排列有序、有吊安 装可靠、适用于码头、桥梁、港口等路桥工程及大型厂矿安装设备.就是一种利 用外力（例如电动机）驱动他运转，然后通过电磁制动器和抱死制动器控制其 在无动力下不自由运转，同时经过电动机的带动减速后，驱动一个轮盘运转， 轮盘上可以卷钢索或者其他东西。 通常提升高于 30 吨的卷扬机为大吨位卷扬机，生产大吨位的卷扬机技术 在中国只有少数，目前最大吨位是 65 吨。主要细分

7、为 JK（快速） ， JM、JMW（慢速） ，JT（调速） ，JKL、2JKL 手控快速等系列卷扬机，广泛应用于 工矿、冶金、起重、建筑、化工、路桥、水电安装等起重行业。 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 3 1.2 卷扬机的常见类型卷扬机的常见类型： 常见的卷扬机吨位有：0.3T 卷扬机 0.5T 卷扬机 1T 卷扬机 1.5T 卷扬机 2T 卷扬机 3T 卷扬机 5T 卷扬机 6T 卷扬机 8T 卷扬机 10T 卷扬机 15T 卷扬机 20T 卷扬机 25T 卷扬机 30T 卷扬机。从是否符合国家标准的角度：卷扬机可分为国 标卷扬机、非标卷扬机常见卷扬机型号有 1、JK0.5

8、-JK5 单卷筒快速卷扬机 2、JK0.5-JK12.5 单卷筒慢速卷扬机 3、JKL1.6-JKL5 溜放型快速卷扬机 4、JML5、JML6、JML10 溜放型打桩用卷扬机 5、2JK2-2JML10 双卷筒卷扬机 6、JT800、JT700 型防爆提升卷扬机 7、JK0.3-JK15 电控卷扬机 9、非标卷扬机 其中 Jk 表示快速卷扬机，jm 表示慢速卷扬机，jt 表示防爆卷扬机，单 卷筒表示一个卷筒容纳钢丝绳，双卷筒表示两个卷筒容纳钢丝绳。 液压卷扬机优点： 相比传统的电动卷扬机（电动绞车） ，液压卷扬机（液压绞车）有很多优 点： 1. 过载保护 2. 冲击防护 3. 防爆性能。国标

9、卷扬机指符合国家标准的卷扬机，非标卷扬机是指厂 家自己定义标准的卷扬机）通常只有具有生产证的厂商才可以生产国标卷扬机， 价格也比非标卷扬机贵一些。注意事项 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 4 1.3 国内卷扬机发展概况国内卷扬机发展概况 我国卷扬机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，卷扬机的生产被提到了日程上。由于当时生产力不 高，卷扬机的需求量亦不多，故这段时间国内卷扬机的生产主要是仿制。 随着生产的发展，到了 60 年代，卷扬机的生产和使用越来越多了。为了发展 卷扬机的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国卷扬机的生产和应用情况

10、进 行了调查。在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了 0.5t、1t、3t 电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推 广。 从 70 年代起，我国卷扬机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，1973 年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联 合进行了卷扬机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速卷 扬机的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构， 操作用手板刹车带制动。 。随着部标准的颁布，使卷扬机有了大发展的基础。在 此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反应 塔，塔

11、的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的卷扬机， 因而各厂家相继生产了 20t 和 30t 卷扬机，满足了经济发展的需要。 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，生产卷扬机的厂家亦随之 大量增加。为使卷扬机的生产满足日益增加的需求和解决中小厂家设计力量薄 弱的情况，1988 年卷扬机行业组织了九厂一所一校成立了卷扬机系列设计组， 对单筒快速建筑卷扬机起重质量从 0.5t 到 2.5t 的机型进行了系列设计。这次 设计分两种机型，一种为基本型（电控卷扬机） ，一种为溜放型（手控卷扬机） 。 设计既考虑到技术发

12、展的趋势，又考虑到厂家的生产能力。因此基本型为一字 型布置，采用二级或三级圆柱斜齿轮传动，电制动锥形转子电动机；溜放型采 用封闭式二级行星齿轮传动，普通 Y 系列电动机，用手操作两条制动带控制工 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 5 作和制动。这两种机型结构紧凑，加工简单，操作方便，体积小，重量轻. 2 卷扬机的设计参数卷扬机的设计参数 本设计卷扬机设计的主要参数有： 额定起升重量： 5 吨 起升高度： 14 米 起升速度： 12.5 米/分 卷扬机用途： 用于 5 吨桥式吊车起升机构 工作条件： 频繁启动 粉尘量大 设计的主要要求： 本设计为有轨运行机构； 电动机轴到减速器高速

13、轴由齿轮链接盘连接； 起升机构的制动器必须采用常闭式的； 制动力矩应保证有足够的制动安全系数。 设计的主要内用： 用 AutoCAD 设计绞车各部分结构，并绘制图纸； 选用钢丝绳、电动机，主轴强度、滚筒直径和长度； 绘制总装图、主轴图、固定滚筒部件图等； 设计主轴、滚筒 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 12 3 主体零件的设计主体零件的设计 3.1 钢丝绳的选择钢丝绳的选择 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钢丝绳的种类和构

14、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 （2）线接触钢丝绳 卷杨机应优先选用线接触钢丝绳。 3.1.2 钢丝绳直径的选择钢丝绳直径的选择 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： （3- p g r S nn F 1） 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 n r F 青岛

15、理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 13 直径。 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 （3- maxmin Fcd 2） 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、钢丝绳是否旋转以及吊运 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 5 吨，采用双联滑轮起重滑轮组，所以每根承受 载荷 FmaxF 总 1.2

16、5 N （3- 4 1 4 10 3） 该卷扬机用于冶金行业铸造用，所以工作级别为 M7，钢绳系数选择 c0.123。 =13.78 mm （3- maxmin Fcd 4） 所以钢丝绳选择 d=14 mm。 按钢丝绳所在机构工作级别来选钢丝绳直径时，所选的钢丝绳拉断力应 满足下式： F0 n Fmax （3- 5） 式中 F0所选用钢丝绳最小拉断力，N； 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 14 n安全系数，查手册选 n=7 所以 F071.25=87.5 kN （3- 4 10 6） 又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力1.134（纤维芯）或 1.214（钢芯） ，所以钢

17、丝绳最小拉断力总和为 99.225 kN （本设计中钢丝绳不接触高温，横向压力较小，选用纤维芯钢丝绳） 钢丝绳型号选择： 钢丝绳 619（a）类 14NATFC1470ZS10279.5 3.1.3 钢丝绳的使用钢丝绳的使用 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

18、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 青岛理工大学琴

19、岛学院专科毕业设计说明书（论文） 15 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

20、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。 钢丝绳的报废处理，可参考有关标准相资料。 3.2 卷筒的结构设计及尺寸确定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

21、或曲线形的。 3.2.1 卷筒的分类卷筒的分类 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，本设计采用单层绕。 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 16 3.2.2 卷筒绳槽的确定卷筒绳槽的确定 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） （3-7） 绳槽深度：标准槽： =（0.250.4）d 1 c （3-8） 深槽： =（0.60.9）d 2 c （3-9） 绳槽节距：标准槽： d（24） （3- 1 t 10） 深槽： d（68） 2 t （3-11） 卷筒槽多数采用

22、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 14 mm， R=（0.540.6）d=7.568.4 mm 取 R=8 mm （3- 12） c=（0.250.4）d =3.55.6 mm 取 c=4 mm （3- 13） 所以 td（24）=16 mm 3.2.3 卷筒的设计卷筒的设计 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 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 17 计卷筒采用内齿轮啮合式。如图 3-1。 图 3-1 内齿啮合式卷 卷筒的设计主要

23、尺寸有节径 、卷筒长度 L 、卷筒壁厚 。 0 D 3.2.4 卷筒节径设计卷筒节径设计 卷筒的节径即卷筒的卷绕直径，由设计知不能小于下式： 0 D （3-14） 0min Dhd 式中 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径，mm； 0min D 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=28 mm; 7 M d 钢丝绳的直径,mm。 按式计算： 392 mm 0min Dhd 所以选取=400 mm （3-15） 0 D 3.2.5 卷筒的长度设计卷筒的长度设计 本设计采用双联滑轮组，如图 3-2 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 18 图

24、3-2 双联滑轮组 卷筒的长度 （3- 0123 2LLlll 16） 卷筒总长度，mm；L 绳槽部分长度，其计算公式为： 0 L （3- 0 0 Ha Ln t D 17） 其中 最大起升高度，mm；H 滑轮组倍率；a 卷筒卷绕直径，mm； 0 D 绳槽节矩，mm；t 附加安全圈数，使钢丝绳端受力减小，便于固定，通常取n n1.53 圈； 固定钢丝绳所需要的长度，一般取 3t，mm； 1 l 1 l 两端的边缘长度（包括凸台在内） ，根据卷筒结构而定， 2 l 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 19 mm； 卷筒中间无绳槽部分长度，由钢丝绳的允许偏斜角 和卷筒轴到 3 l 动滑

25、轮轴的最小距离决定。对于有螺旋槽的单层绕卷筒，钢丝绳允许偏斜 度通常为 1：10，可知选取100 mm。 3 l =380 mm。 0 0 Ha Ln t D 3t=48 mm 1 l 所以 996 mm。L 选取标准卷筒长度为 1000 mm 3.2.6 卷筒壁厚设计卷筒壁厚设计 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 （3-18）0.026 10D 根据铸造工艺的要求，铸铁卷筒的壁厚不应小于 12 mm，所以15mm 所以卷筒的参数选择为：绳槽节距 t16 mm、槽底半径4 mm、卷筒 1 c 节距400 mm、

26、卷筒长度 L=1000 mm、卷筒壁厚 mm。 0 D15 3.2.7 卷筒强度计算及检验卷筒强度计算及检验 卷筒材料一般采用不低于 HT200 的铸铁，特殊需要时可采用 ZG230- 450、ZG270-500 铸钢或 Q235-A 焊接制造。本设计的卷筒五特殊需要，额 定起重重量不是很大，所以选择 HT200 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 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 20 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%,L 0 D 所以当3

27、时只计算压应力即可。L 0 D 本设计中 L=1000 mm D=400 mm，符合3的要求，所以只计算压L 0 D 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 （3-19） t F max bc 其中 为钢丝绳单层卷绕时卷筒所受压应力，MPa； 为钢丝绳最大拉力，N； max F 为卷筒壁厚，mm； A 为应力减小系数，一般取 A=0.75 为许用压力，对于铸铁= bc bc 5 b 为铸铁抗压强度极限 b 所以 =A39 MPa t F max bc 查教材机械设计基础知195MPa，所以39MPa。 b bc 所以 bc 经检验计算，卷筒抗压强度符合要求。 3.3

28、 卷筒轴的设计计算卷筒轴的设计计算 卷筒轴是支持卷扬机正常工作的重要零件，合理设计与计算卷筒轴对卷 扬机性能至关重要。 3.3.1 卷筒轴的受力计算及工作应力计算卷筒轴的受力计算及工作应力计算 常用的卷筒轴分轴固定式轴转动式（如图 3-3）两种情况。卷扬机卷筒 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 21 工作时，钢丝绳在卷简上的位置是变化的。由卷扬机工作情况和轴的受力 分析可知，a、b 因卷筒轴主要承受弯矩，可简化为简单的心轴。a 图为固 定心轴，b 图为转动心轴。对于转动心轴，其弯曲应力一般为对称循环变 化；对固定心轴，其应力循环特征为，视具体的载荷性质而定。01r 对固定心轴的疲

29、劳失效而言，最危险的应力情况是脉动循环变化，为安全 起见，卷筒的固定心轴应力以按脉动循环处理为宜。c 图卷筒轴既受弯又 受扭，为转轴。其弯曲应力的应力性质为对称循环变应力，而扭转剪应力 的应力性质可视为脉动循环变化。由此可知，卷筒轴在正常使用条件下， 最终将发生疲劳破坏。但也不排除在超载或意外情况下发生静强度破坏。 图 3-3 卷筒轴的类型： a: 轴固定式 b、c: 轴转动式 3.3.2 卷筒轴的设计卷筒轴的设计 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、 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文）

30、22 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kN，卷筒直径 r F 4 1.25 10 400 mm，钢丝绳的直径14 mm，外齿轴套齿轮分度圆直径 D224 0 D d 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。650 B 360 S 1 300 0 100 b 由图 51 可知，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

31、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，左端距支承点 72.5 mm，右端距支承点 202.5 mm。查机 械设计手册、机械传动设计手册、起重机设计手册，初步得到心轴各段直 径和长度。 图 3-4 心轴的各部分尺寸 3.3.3 心轴作用力计算心轴作用力计算 齿轮圆周力： 18.7 kN （3- 11 2 222 e t Dd F T F dd 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 23 20） 齿轮径向力： 6.8 kN （3- rt FFtg 21） 3.3.4 心轴垂直面支承反力及弯矩心轴垂直面支承反力及弯矩 支反

32、力，如下图 3-5b。 26.92 kN （3- 7805050 890 et DV FF R 22） 15.63 kN （3- 7806060 890 te CV FF R 23） 弯矩，如下图 3-5c。 -781.5 kN mm （3-50 AVCV MR 24） 1615.2 kN mm （3-60 BVDV MR 25） 3.3.5 心轴水平面支承反力及弯矩支反力心轴水平面支承反力及弯矩支反力 水平面支承反力如下图 4-5d。 0.382 kN （3- 50 890 r DH F R 26） 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 24 6.42 kN （3- 840 890

33、 r CH F R 27） 弯矩计算，如下图 3-5e 321 kN mm （3-50 AHCH MR 28） 22.9 kN mm （3-60 BHDH MR 29） 合成弯矩，如下图 4-5f 844.8 kN mm （3- 22 AAVAH MMM 30） 1615.3 kN mm （4- 22 BBVBH MMM 31） 3.3.6 计算心轴工作应力计算心轴工作应力 此轴为固定心铀，只有弯矩，没有转矩。由下图 3-5 可知最大弯矩发 生在剖面 B 处。设卷筒轴该剖面直径为，则弯曲应力为： B d （3-32） 30 0.1 B bb B M d 则： 74.46 mm 3 0 0.1

34、B B h M d 圆整后 75 mm，中间轴段751590 mm B d 0 d 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 25 图 3-5 轴的弯矩图 3.3.7 心轴的疲劳强度计算心轴的疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度，应该用钢丝绳的当量拉力进行计算，即 （3- dde FK F 33） 式中 钢丝绳的当量拉力，N； d F 当量拉力系数。 d K 为使计算简便，可假设1。由前述可知，心轴应力的性质可认 d K 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 26 为是按脉动循环规律变化，则。弯曲应力为 2 b mn 97.1 Mpa （3- 3 0.1 dB b B K M d 3

35、4） 平均应力和应力幅为 m a =48.55 Mpa （3- 2 b mn 35） 轴的形状比较简单，且为对称结构，在 B 截面处尺寸有变化，则 有应力集中存在，且该处弯矩最大，可以认为置截面是危险截面，应在此 处计算轴的疲劳强度。 查得有效应力集中系数尺1.88，表面状态系数0.92，绝K 对尺寸系数0.78，等效系数小0.34。 疲劳强度计算的安全系数为 2.1 （3-36） 1 am S K 一般轴疲劳强度安全系数，所以该轴疲劳强度足够。 1.5 1.8S 3.3.8 心轴的静强度计算心轴的静强度计算 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： （3-37） maxje

36、FF 式中 静强度计算最大拉力 ，N； maxj F 动载荷系数，查手册。此处取。1.35 静强度计算安全系数 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 27 =2.75 （3- max/ s s S MW / s B MW 38） 当时，该轴静强度足够。/0.6 sb 1.2 1.4S 所以该轴符合本设计要求。 此外，还有些卷筒轴、具有多支承，如三支承。对这类静不定问 题可用三弯矩方程方法计算轴受力，同时在设计中还应考虑轴的结构、支 承型式以及底座的刚度等问题。 3.4 电动机选择电动机选择 正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要求的 前提下，最经济、最合理地决定电

37、动机功率。 本设计 5 吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频 繁，工作粉尘量大。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。 吊车用卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根据吊车行业的工作特 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 3 S 2 S 选用 YZR(绕线转子)、YZ(笼型转子)系列起重专用电动机。多数情况下选 用绕线转子电动机；在工作条件较轻，接电次数较少时，亦可采用笼型转 子电动机。对于小吨位卷扬机，考虑到多方面因素，其电动机工作制也允 许选择连续工作制。本设计电动机工作制度为断时工作制，因此不用考 1 S 虑电动机的发热计算。 机构运转时所需静功率

38、按下式计算： （3- 0 1000 j QQv N 39） 式中 额定起升载荷，N；Q 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 28 吊具自重，N；可取（0.020.04）； 0 Q 0 QQ 起升速度，；vm s 机构总效率，它包括滑轮组的效率、导向滑轮效率、卷筒的机 械效率和传动机构的机械效率。初步计算时，对于圆柱齿轮减速器传动的 起升机构，可取0.850.9。 所以6.311 kN j N 计算电动机功率 jde NKN 考虑到工作环境，对于中小型起重机其系数=0.8， d K 所以 0.8 6.311=5.049 e N 选用：YZ 系列冶金起重专用三项异步电机， 型号：YZ1

39、60L8， 额定电压：380V, 额定功率：7.5KW 转速：705 转/分 效率：82.4% 基准工作制为40% 3 S 3.5 减速器的设计计算减速器的设计计算 3.5.1 卷扬机总传动比计算卷扬机总传动比计算 按额定转速初定总传动比 ，总传动比按下式计算： （3-40） 0 d n i n 式中 机构的总传动比；i 电动机额定转速 ，rmin； d n 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 29 卷筒转速 ，rmin。 0 n 所以 35.43i 3.5.2 减速器的计算减速器的计算 因为电动机轴到减速器高速轴由齿轮链接盘连接，其传动比=1， 0 i 所以减速器的总传动比 =3

40、5.43。本设计采用二级圆柱齿轮减速器。i 3.5.3 分配减速器的各级传动比分配减速器的各级传动比 按浸油润滑条件考虑取高速级传动比 =1.4，式中为低速级传动传 1 i 2 i 2 i 动比。 即 =1.4 i 1 i 2 i 2 2 i 所以 =7.03 =5.03 1 i 2 i 3.5.4 计算传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数 电动机到卷筒轴的总传动效率为 4 2 3 3 21 式中：=0.99（齿形联轴器） 1 =0.98（滚子轴承） 2 =0.97（齿轮精度为 8 级） 3 =0.99（齿形联轴器） 4 所以总传动效率=0.99=0.8899 . 0 97 .

41、 0 98 . 0 23 卷筒轴所得到的功率为 0.88=0.88 7.5=6.61 kW6.311 kW d P 所以以上所选参数符合要求。 （为电动机功率） d P （1） 计算各轴转速 轴 r/min （34- 1 0 d n n i 705 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 30 42a） 轴 r/min （3- 1 2 1 100.14 n n i 42b） 轴 r/min （3- 2 3 2 19.9 n n i 43c） 卷筒轴 r/min （3- 9 . 19 34 nn 43d） （2） 计算各轴功率 轴 kW （3- 1011 7.425 dd PPp 44a

42、） 轴 kW （3- 2112123 7.1pPP 44b） 轴 kW （3- 3223223 6.7PPP 44c） 卷筒轴 kW （3- 434 6.63PP 44d） （3）计算各轴转矩 电动机轴输出转矩为： N.m9550101.6 d d d p T n 轴 N.m （3- 101 100.6 d TTi 45a） 轴 N.m （3- 211121123 673.1TT iT i 45b） 轴 N.m （3- 322232223 3218.5TT iT i 45c） 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 31 卷筒轴 N.m （3- 4324 3122.5TT 45d） 3

43、.5.5 圆柱齿轮传动的设计计算圆柱齿轮传动的设计计算 此减速器的齿轮为一般机械零件，没有特殊要求，从降低成本，减小结 构和易于取材原则出发决定选用： 小齿轮 45 钢，调质，齿面硬度 217255 HBS 大齿轮 45 钢，正火，齿面硬度 169217 HBS （1）计算许用接触应力 查教材，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为： 小齿轮 （217255HBS） =580 MPa 1limH 大齿轮 （169217HBS） =540 MPa 2limH 循环次数： N1=60njLn=1.76 (3-46a) 9 10 N2 =2.5 (3-46b) 1 1 N i 8 10 由教材查得 ZN

44、1=1.0 ZN2=1.08 SH=1.1 齿面接触应力为 =527.3 Mpa (3-47a) 1H 1lim1NH H Z S =530.2 Mpa (3-47b) 2H 2lim2NH H Z S 取小值=527.3 MPa 1H （2）计算许用弯曲应力 F 小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为： 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 32 小齿轮 （217255HBS） =440 MPa 1limF 大齿轮 （169217HBS） =420 MPa 2limF YN1= YN2=1 SF=1.4 齿轮弯曲应力为： = =314.3 Mpa (3-48a) 1F 1lim1NF

45、F Y S =300 Mpa (3-48b) 2F 2lim2NF F Y S 3.5.6 齿轮参数设计齿轮参数设计 1. 第一级传动 （1）初选参数 小齿轮齿数=17 1 Z 大齿轮齿数=17 7.04=119 2 Z 1 Z 1 i 螺旋角10 （2）按接触强度结算 1 d (3-49) 1 d 3 2 1 )( ) 1(2 H HE d ZZZZ u uTK 所以 载荷系数 K=1.2 弹性系数=189.8 E Z 2 /mmN 节点区域系数=2.464 =0.779 H Z Z 螺旋角系数=0.992 Z 取=1 d 所以： 1 d 3 2 3 ) 3 . 527 992 . 0 77

46、9. 0464 . 2 8 . 189 ( 95 . 3 1 ) 195. 3(10 6 . 1002 . 12 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 33 =52.2 mm （3）主要尺寸计算 mm (3-50) 1 1 1 cos52.2 cos10 3.02 17 n d m Z 取整数 mm3 1 n m mm (3-51)15.207 cos )( 2 1 211 1 ZZm a n 取整数 mm205 1 a 计算实际螺旋角： = (3-52) 1 211 2 )( arccos a ZZmn 9.2 螺旋角改变不大，系数、不在修正。 E Z H Z Z Z 分度圆直径

47、d =51.5 mm (3-53) 0 11 1 2 . 9cso mZ d n =360.7 mm (3-54) 0 12 2 2 . 9cso mZ d n 齿顶圆直径 da mm (3-55a) 5 . 56132 5 . 512 111 anna hmdd mm (3-55b) 7 . 366132 7 . 3602 122 anna hmdd 齿根圆直径 f d mm (3-56a)44)25 . 0 1 (32 5 . 51)(2 * 111 nannf chmdd mm (3-56b) 2 . 353)25 . 0 1 (32 7 . 360)(2 * 122 nannf chm

48、dd 齿宽 b mm (3-57a) 5 . 51 5 . 511 12 db d mm (3-57b) 5 . 565 21 bb 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 34 经校核计算，齿根弯曲强度足够使用。 确定齿轮精度等级及侧隙分别为： 小齿轮：8GJ 大齿轮：8FH 计算结果见下表 3-1： 表 3-1 一级传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸 项目小齿轮大齿轮 材料及热处理45 钢调质 45 钢正 火 齿数 17119 法面模数（mm） 3 分度圆法面压力角 20 螺旋角及方向9.2左9.2右 法面齿顶高系数 11 基本参 数 法面齿隙系数 0.250.25 中心距 205

49、 齿宽 56.551.5 分度圆直径 51.5360.7 齿顶圆直径 56.5366.7 主要尺 寸 齿根圆直径 44353.2 2. 第二级传动 （1）初选参数 小齿轮齿数=20 1 Z 大齿轮齿数=20 5.03=100 2 Z 1 Z 2 i 螺旋角10 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 35 （2）按接触强度结算 2 d d (3-58a) 3 2 2 )( ) 1(2 H HE d ZZZZ u uTK 查教材 载荷系数 K=1.2 弹性系数=189.8 E Z 2 /mmN 节点区域系数=2.464 =0.779 H Z Z 螺旋角系数=0.992 Z 取=1 d 2

50、 d 3 2 3 ) 3 . 527 992 . 0 779 . 0 464 . 2 8 . 189 ( 95 . 3 1 ) 195 . 3 (10 1 . 6732 . 12 =101.1mm （3- 58b） （3）主要尺寸计算 模数 mm (3-59) 2 2 1 cos101.1 cos10 5.13 20 n d m Z 取整数（mm）5 2 n m 中心距 mm (3-60)63.304 cos )( 2 1 212 2 ZZm a n 取整数 mm305 1 a 计算实际螺旋角： = (3-61) 2 212 2 )( arccos a ZZmn 10.39 螺旋角改变不大，系

51、数、不在修正。 E Z H Z Z Z 分度圆直径 d 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 36 =101.7 mm (3-62a) 12 1 10.39 n Zm d cso =508.3 mm (3-62b) 22 2 10.39 n Zm d cso 齿顶圆直径 da mm (3-63a) 7 . 111152 7 . 1012 111 anna hmdd mm (3-63b) 3 . 518132 3 . 5082 122 anna hmdd 齿根圆直径 f d mm (3-64a) 2 . 89)25 . 0 1 (52 7 . 101)(2 * 111 nannf ch

52、mdd mm (3-64b)85.495)25 . 0 1 (52 3 . 508)(2 * 122 nannf chmdd 齿宽 b mm (3-65a) 7 . 101 7 . 1011 12 db d mm (3-65b) 7 . 1065 21 bb 经校核计算，齿根弯曲强度足够使用。 确定齿轮精度等级及侧隙分别为： 小齿轮：8GJ 大齿轮：8FH 计算结果见下表 3-2： 表 3-2 二级传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸 项目小齿轮大齿轮 材料及热处理45 钢调质45 钢正火 齿数 20100 法面模数（mm） 5 基本参 数 分度圆法面压力角 20 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设

53、计说明书（论文） 37 螺旋角及方向10.39左10.39右 法面齿顶高系数 11 法面齿隙系数 0.250.25 中心距 305 齿宽 106.7101.7 分度圆直径 101.7508.3 齿顶圆直径 111.7518.3 主要尺 寸 齿根圆直径 89.2495.8 3.5.7 齿轮轴参数设计齿轮轴参数设计 起重机减速器的齿轮轴属于一般机械零件，没有特殊要求，所以轴的材 料选用 45 钢，粗加工后进行调质处理便能满足要求。45 钢经调质处理硬 度为 217255HBS。所以可得 650MPa B 360MPa S 1 300MPa 1 60MPa 按扭转强度计算轴的直径： 轴的最小直径公式

54、为： (3-66) 3 min n p Ad 其中系数 A=118107 轴 =25.8723.45 mm (3-67a) 3 min1 705 425 . 7 )107118(d 轴 =48.844.3 mm (3-67b) 3 min2 14.100 1 . 7 )107118(d 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 38 轴 =82.174.4 mm (3-67c) 3 min3 9 . 19 7 . 6 )107118(d 考虑到第一级传动的小齿轮直径较小，若使用键与轴连接齿轮强度不够， 所以把轴做成齿轮轴，轴轴头安装联轴器，故将轴径增加 5%。估取 轴轴径为 30 mm，

55、安装轴承处轴径为 28 mm，其它尺寸由结构而定。对于 轴，估取轴轴径为 48 mm，安装轴承处轴径为 45 mm，其它尺寸由结 构而定。对于轴，估取轴轴径为 80 mm，靠近齿轮盘接手的安装轴承 处轴径为 80 mm，另一端为 75 mm,其它尺寸由结构而定。其他部件可以参 考起重机专用减速器 QJR 型减速器而定。所计算的减速器的外形尺寸为： 974 335 594。 3.6 制动器，联轴器的选择制动器，联轴器的选择 3.6.1 制动器的分类及选择制动器的分类及选择 在设计或选择制动器时，主要依据是制动力矩。无论是标准制动器， 还是自行设计的制动器都要做必要的发热验算。本设计选用短行程交流

56、电 磁铁块式制动器，型号：TKT300/200。如图 3-6。 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 39 图 3-6 短行程交流电磁铁块式制动器 3.6.2 联轴器的选择联轴器的选择 联轴器根据传递的扭矩和工作条件选择： (3-68) tt TTkkkT 321 式中 T 为所传递扭矩的计算值 为实际作用的扭矩 t T 为联轴器规格表中允许传递的扭矩 t T 为考虑联轴器重要的系数，选=1.3 1 k 1 k 为考虑机构偶工作级别的系数，选=1.3 2 k 2 k 为考虑角度偏差的系数，选=1 3 k 3 k 所以1.3 1.3 1 101.6=171.7 N.m 小于 CL 型齿

57、轮联轴器的许用转T 矩 查起重机设计手册，选用 CL1 型齿轮联轴器。 青岛理工大学琴岛学院专科毕业设计说明书（论文） 40 4 小车行走机构设计小车行走机构设计 运行机构主要用作水平运移物品以及调整卷扬机的工作位置。在每 个工作循环中起重机都要吊重物运行，则称为工作性运行，桥式起重机运 行动作仅用来调整起重机的工作位置，称为非工作性运行。 运行机构分为有轨运行机构和无轨机构两种，前者依靠刚性车轮沿着 专门铺设的轨道运行。由于有轨运行范围比较固定，便于配电，故一般用 电机驱动。后者流动性大，故依靠汽车或者履带运行。本设计为有轨运行 机构。 运行机构包括运行支承装置和运行驱动装置。 4.1 轨道轨道 桥式起重机所用的轨道有铁路钢轨（P 型） 、起重