2×150KN-1.8m.min-9m固定卷扬式启闭机设计说明书.docx
2×150KN-1.8m.min-9m固定卷扬式启闭机设计6张CAD图
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2×150KN-1.8m.min-9m固定卷扬式启闭机设计6张CAD图,150,KN,1.8,min,固定,卷扬,启闭,设计,CAD
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2150KN-1.8m/min-9m 固定卷扬式启闭机设计摘要:平板式启闭机是作用于启闭平板式闸门的机械， 主要由卷筒驱动装置、制动装置、滑轮组和安全保护装置以及机架等部分组成。本次设计主要使用类比法，根据别人的经验，经过初步的设计和多次的校核计算，综合考虑启闭机使用的各种因素才设计出本产品。启闭机用于各种环境，所以该次设计需要交叉进行，本次设计主要针对卷筒的设计和计算，在本次设计中我选用了滑轮，并对滑轮的构造、材料的选择以及滑轮、滑轮轴承的校核。在满足强度要求和刚度稳定性为基础上，使本次设计在结构合理的前提下，既节省材料又可以降低成本。所以在考虑其实用性的前提下完成。因此很具有实用性价值。关键词：卷筒类比法The designing of the Flat Gate HoistAbstract:Flatbed hoist is acting on the flat type gate hoist machinery, mainly by the reel drive device, brakes, pulleys, and security devices and chassis and other components. This design is mainly used analogy, based on the experience of others, after a preliminary design and many of checking calculation, considering various factors hoist was used to design the product.Hoist used in various environments, so the second design requires cross, this design is mainly for design and calculation of the spool in this design I chose pulley, and pulley configuration, material selection and pulleys pulley bearing checking. To meet the strength and stiffness requirements on the basis of stability, so that this design at a reasonable premise structure, saving material and reducing costs. Therefore, in consideration of its usefulness to complete premise. So it has practical value letter.KEYWORD:Reel,Analogy目录摘要IABSTRACTII第一章 前言11.1 启闭机类型21.2 启闭机机构布置构造及工作原理21.3 启升机构布置3第二章 滑轮组装置52.1 滑轮52.1.1 滑轮构造5第三章 确定启闭机参数7第四章启闭机的设计及计算94.1 钢丝绳计算94.2 滑轮和卷筒的计算104.3 卷筒强度的计算124.4 电动机选择计算134.5 减速器选择计算164.6 开式齿轮选择计算174.7 制动器选择计算184.8 带制动轮联轴器选择214.9 卷筒支承轴计算224.10 卷筒与开式齿轮副大齿轮联接设计244.11 按联接螺栓剪应力设计选择螺栓的规格244.12 钢丝绳端头压板螺栓的设计计算264.13 安全行程装置27第五章 启闭机设计成果29第六章 致谢31主要参考文献列表40第一章前言1.1 启闭机的类型启闭机模式有很多种，最常见的有两种模式可以选择：后拉式普通卷扬启闭机和前拉式弧门启闭机这两种。该启闭机是没有动滑轮装置，钢丝绳与耳门，其结构很简单，适用于小型水利工程直接相连。普通的弧形闸门卷扬式启闭机用于较大容量的水利工程，起吊位置位于弧顶的主门梁，也就是拉后。虽然这个类型的启闭机启闭容量较大，但是弧门启闭机室的室顶部的旋转角度受限制，这种启闭机在大型水利工程使用起来排水更加复杂。本次设计的 QPK 快速卷扬式启闭机在使用双吊点单电力驱动即可，同时可以加入手动机构。适用于大，中，小型各种规模的水电站、水库、河流等水系工程以及灌溉行业。该系列启闭机结构设计的很紧凑灵活，可以根据实际情况进行具体的设计，在实际中运行稳定可靠，承载能力非常大，启闭非常的方便，灵活。安装和日常维护冶非常的简单方便等优点。在中国水利工程建设中发挥了中流砥柱的作用。水利水电工程将各种起重机械系统根据不同的用途分为两类：（ 1 ）固定类（即一台机器一门的布局）一个启闭机操作一扇闸门，启闭机只是作为一个起降机构而不具备水平移动机构，属于这一类的启闭机有：螺杆式启闭机，卷扬式启闭机固定，液压式启闭机。（ 2 ）走行类（即一台机器多门排列）当数台闸门由提升机操作，这除了闸门起升机构，但仍需要一个或两个走行机构。有一个行走型的机构是：台车式启闭机和单向门式启闭机;有两个行走机构的双向启闭机。1.2 启闭机的工作原理机和构布置构造由驱动机构的启闭机，起升机构，保护装置，机架和电气控制装置等组成。其中驱动装置包括电动机，制动器，减速器，中间轴。吊装的开式齿轮，卷筒， 卷筒轴等组成机制。保护装置则包括荷重限制传感器和高度指示器和 PLC 控制器等。固定卷扬式启闭机在通常情况下所使用的布局方式是开放式布局。这种设计主要运用于单吊点启闭机的闸门启闭机。其特点是设有一个大型起重机电动启闭机凯能力，提升扬程的高度，所有部分都安排在一个机架上。通过一个标准的齿轮减速电机和一对输出功率的开始，使得支撑轴旋转。滑轮组被布置在所述滑轮与电动机之间。过载切断中央装置设置在所述滑轮之间，垂直于所述滑轮和用于操作的平衡滑轮的轴。这种布置的优点是：结构紧凑，操作以及后期维修维护更加方便。1.3 启升机构的布置在电动机和卷轴之间起升机构通常是一个更高的效率标准的两级减速器。为了方便安装和检修，电机和减速机局弹性柱销联轴器，齿轮联轴器补偿性能， 这种安装模式结构简单便于检查维修同时用途广泛，质量寿命方面的问题，需要经常润滑齿轮联轴器。一般的高速轴上制动器的安装，会使得所需的制动力矩小，重量轻。经常被用作制动轮联轴器。带制动体的一半应装在减速机高速轴上，所以即使链接损坏， 制动装置仍然可以运作，为了确保安全机构。因为大型起重机设计为（Q = 2 150KN ）起升机，低速和增加线轴和电机之间的距离，除了使用标准双极减速机，分离齿轮也增大旋转。具体传输方案有以下几种：A 打开小齿轮减速机安装在悬臂，这个程序的结构比较简单，但由于轴端变形严重，使小齿轮沿齿宽方向受力不均匀，轮齿容易磨损。牙磨损小齿轮齿宽方向的变形。B 安装在对称的双枢轴打开小齿轮，通过齿轮力从而改善情况。C 在左端减速器齿轮轴的形式，轴也支持对减速器箱体外壳，这一计划将不仅受力更均匀的小齿轮，同时使得简单，结构紧凑。图 1-1传输方案由上图可得 d 图中设计方案。第二章 滑轮组装置2.1 滑轮2.1.1 滑轮的构造在起重机起升机构中,钢丝绳要先绕过几个滑轮,然后固定于卷筒上.滑轮根据其所属用途分成定滑轮以及动滑轮两种.定滑轮固定,用途是改变钢丝绳的方向;动滑轮安装在移动的心轴上,可以和定滑轮一起组成滑轮组用来达到省力、增加速度的目的。滑轮也常会被用来作为均衡滑轮来均衡两束钢丝绳的拉力。按滑轮的制造的工艺方法分为锻造滑轮、铸造滑轮以及焊接滑轮三种。本问中所使用的是铸造滑轮。滑轮组的组成部分下图 2-1 所示，其中包括轮缘、轮辐和轮毂三部。图 2.1图 2.2图 2-1滑轮组的构造一. 滑轮的槽形滑轮绳槽的形状和大小，对钢丝绳的使用寿命影响很大。 U 形槽，从而损坏绳子减到最少，它是一个圆弧形的底部有两个倾斜的侧壁（图 2-2）。对于开槽形状的要求是：1 钢丝绳及绳槽的接触面要足够大。圆周与绳索的接触所形成的角度必须是135 （通常为 120 150 ） 。直径和底绳的直径必须与每个其它线路， 应比滑轮绳底半径的半径稍大，一般取 R = （ 0.54 0.6 ）D ;有线取较大者直径比钢丝绳的直径更大的取 R 较小的值。比绳子的槽底直径的直径过大或过小都会加速底部的磨损。当底端太窄，变形引起的夹紧绳索的绳槽，以防止在正常转动;底部也一样，因为在平坦的绳状的分压，助长绳疲劳。另外，由于绳索摩擦轮的使用寿命。2 允许一定绳索斜交角（切线的角度为约 1/10） ，而不会导致钢丝绳和绳槽的侧壁摩擦角应该适合这个绳槽的侧壁。通常为 a = 35 45 。过小的角度，钢丝绳允许偏角减小;绳索（180 -a）中的接触角减小。3 绳槽深 H 应足够大 ，以防止绳子从槽中脱离。第三章 确定启闭机参数某水闸启闭机的标准为 2150kN 手、电两用固定卷扬式启闭机，共计 3 台一机一门启闭 3 扇平面钢闸门。启闭机设计参数列于表 3-1。表 3-1启闭机设计参数额定容量2150kN启门速度1.84m/min起升高度9m吊点距6.6 m考虑到每种类型的启闭机，该项目的实际情况，并最终确定工程设计为双层固定卷扬式启闭机所需启闭机设计参数的优点和缺点。 通过弹性柱销联轴器启闭机的电机驱动系统与制动轮，驱动两个斜齿圆柱齿轮减速机，驱动一个开式齿轮副，驱动卷筒，通过传动比为 2 的滑轮组，实现启闭的功能。启闭机传输对称地安排在一个单个电机驱动器两侧，链接使用中间轴，两吊点启闭的过程同步进行。 由电动机，制动器（带弹性柱销联轴器），齿轮减速机，开式齿轮副，齿轮联轴器，中间轴，卷筒，滑轮组，钢丝绳，负荷限制器， 行程控制装置等组成启闭机为主。 下面启闭机系统图 3-1 所示。卷简卷筒TO开式齿轮副钢丝绳；i 手开式齿轮副_L - - -装置一勹减速器电动机制动器（带弹性销联轴器）高度指示及行程控制器/钢丝绳滑轮组 勹。滑轮组y图 3-1启闭机系统简图第四章启闭机设计计算启闭机设计计算的过程主要是对电动机、制动器、减速器、开式齿轮副、钢丝绳等主要零部件进行的选型设计计算和强度设计计算。启闭机设计计算主要依据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011） 和水电站机电设计手册金属结构（二）。估计工作环境和情况对启闭机工作级别进行确定本工程启闭机设计要求为：总工作小时数：不大于 1600h（按 1600h 考虑）；起吊荷载：偶尔起吊最大工作荷载，一般情况下起吊中等荷载的启闭机。水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011）规定，启闭机的工作级别按照启闭机主起升机构的利用等级和载荷状态确定。根据设计要求，本工程启闭机的利用等级为 T2 级，载荷状态为 L2。根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011），利用等级为 T2 级、载荷状态为 L2 的启闭机，其工作级别为 Q1轻级。因此，确定本工程启闭机的工作级别为 Q1轻级，与之相对的，启闭机负载持续率取为 FC = 15% 。4.1 钢丝绳选型计算额定启门力： Q = 150KN 滑轮组倍率： m = 2动滑轮组及其他装置自重：取 Q 得 2%3% Q0 取为启门力的 2%，即Q0 = 3KN38滑轮组效率：hz = 0.966c 为滑轮组型系数单联为 1，双联为 2钢丝绳最大拉力： Smax= (Q + Q0 ) = 39.596KNcmhz钢丝绳规格而选择根据钢丝绳承受最大拉力 Smax 算钢丝绳的破坏拉力 f0 或S绳（查手册 379 页）即S最大 = Smax钢丝绳的破断拉力：S = f K S S 取 K=5， K =0.9K绳0最大绳PPS绳= f0 219.98KN 化成 kgf 单位S绳= f0 109.981000 9.8 = 22446.867因手册上查丝 ，所以求丝(kgf)由公式S绳 = a丝其中 a=0.85得丝 =26408.079（kgf）由丝 查首测由钢丝绳技术特性从而可以确定钢丝绳直径和钢丝绳规格，查水电站机电设计手册金属结构二p379381 页取钢丝绳 D=20mm，d=1.3mm， 总截面和 s=151.24 mm2 ，重量 g=142.9kg/ mm2 选用6 19(a) 类钢丝绳，公称抗拉强度 27950kgf，钢芯公称直径为 20mm 钢丝绳。4.2 滑轮和卷筒计算1.滑轮为了保证钢丝绳的使用寿命，按照表 3.2 选系数e = 20D min ed = 400mm滑轮根据水电站机电设计手册金属结构二初选 Dmin 20 400卷筒直径计算根据工程实际情况及启闭机设计参数（额定启门速度）、传动系统配置情况，启闭机采用两倍率滑轮组、双吊点、双支双绕钢丝绳牵引方式。卷筒结构如图 4-1 所示。图 4-1卷筒结构示意图根据起重机设计参数要求规定，卷筒的直径 D0 应满足：Pn15式中d钢丝绳的直径可计算得卷筒的名义直径 D0 20 20 = 400(mm)取D = 420mm卷筒直径 D0 = D- d = 400mm卷筒壁厚对于铸铁卷筒，根据经验公式卷筒的厚度可定为：=0.02D0+(68)mm又 D0 = 420mm卷筒长度 L于是 =14.4-16.4mm 取 15mm。卷筒的长度：L = 2l + 2h + 2e式中e-般取 ed，双绕卷筒中间预留的尺寸与钢绳容许偏角有关。h-卷筒与开式齿轮连接边的长度。由结构决定。l-绕钢丝绳绳槽部分长度。l=ntt-钢丝绳绳槽的中心距（即节距） 工作卷数 n0 可用下面公式求得：n = Ha0D 0式中 H、a、 D0 分别为启闭机的最大扬程（m）.滑轮组倍率及卷筒计算直径（m）可计算得工作卷数： n0=9 23.14 0.4 14实际卷数：n= n0+nn-考虑到钢丝绳用螺栓紧固所占的卷数及为了减小紧固钢丝绳螺栓压紧力预绕的卷数。一般取 n4 ，取 n=5故实际卷数 n=19l=nt=1922=418（mm）根据基础布置图，选择基本合适，其它长度可分别取为： e=150mmh=150mm卷筒总长为：L=2418+2150300=1486mm4.3 卷筒的强度计算卷筒强度验算应考虑三种应力，即筒壁压缩应力，扭转及弯曲应力。弯曲和扭转的合成应力一般不超过压应力的 1015%，故只计算压应力。在卷筒壁中，由于钢丝绳缠绕箍紧所产生的压力，外表面为P = 2Smax ,内表Dt面 P=0,其最大压应力在筒壁的内表面为：s 压 =Smax D(D -d) t一般卷筒壁厚与直径相比，相差很大，可近似认为 D/(D-)1，故上式可改写为:压=Smax t 压(N/mm2)而对于多层卷绕的卷筒，其压应力应按下式计算：= A Smax压dt 压(N/mm2)A考虑卷绕层数的卷绕系数。查表可得 A=1 Smax钢丝绳最大静拉力（N）T钢丝绳卷绕节距（mm） 卷筒壁厚（mm）压许用压应力(MPa)可计算得：1 39.596 103S压 =15 22=119.99MPa查表知 HT200: 压=176.5MPa显然压压，强度满足。1) 校核合成应力，计算简图见图。抗弯截面系数：3.14D3 D - 2d4 3.14 4003 400 - 2 15 4 W =1- =1- = 1.68106 N mm32D 32400 最大弯矩： Mw= SmaxL - l3 = 2.94 107 N gmm2n绳最大扭矩： M = S D = 1.58107 N mm合成应力：sF= 19.87MPaWs = s压6=29 MPasF s 合成应力强度校核合格。其它结构尺寸设计1、卷筒左右支臂长度 L1 、 L2根据实际结构，确定 L1 = L2 = 175 mm 。2、卷筒与开式齿轮副大齿轮联接螺栓分布圆直径 D考虑卷筒直径、大齿轮结构尺寸以及螺栓安装扳手空间，根据实际结构，确定 D = D0 + 2 60 = 520mm 。4.4 电动机选型设计计算根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011）要求，启闭机电动机选用起重及冶金用电动机，本工程启闭机电动机选择 YZ 型。电动机选型设计计算按静功率选型计算，按过载能力校验。4.4.1 电动机静功率选型计算选型计算公式为：Pc =F启V1020 h式中：Pc PnPc 电动机静功率计算值，kW；F启 起升荷载，取为启闭机的额定容量，N；F启 = 2 150000 = 300000N ；V 启门速度，m/s。V = 1.84 = 0.0306m / s ；60h 起升机构的效率，按左起升机构效率计算；Pn 启闭机额定负载持续率 FC = 15% 工况下电动机的额定功率，kW。h为启闭机起升系统各传动件传动效率的乘积，按下式确定：h=h联1 h减h开h卷h滑式中：h联1h减h开h卷h滑 电动机输出轴端弹性销联轴器的传动效率，取h联1 = 0.96 ； 减速器的传动效率，取h减 = 0.95 ； 开式齿轮副的传动效率，取h开 = 0.94 ； 卷筒的传动效率，取h卷 = 0.96 ； 滑轮组的传动效率，取h滑 = 0.99 。将上述各值代入式 4-2-2，得：h= 0.96 0.95 0.94 0.96 0.99 = 0.815电动机静功率选型计算参数及选型计算结果列于表 4-2-1。表 4-2-1电动机静功率选型计算参数及计算结果F 启（N）V(m/s)hPC（kW）3000000.03060.81511.04启闭机额定负载持续率 FC = 15% 工况下电动机的额定功率 Pn 11.04kW 。电动机额定参数为负载持续率 FC = 25% 时的参数。因此，应将所需要的电动机负载持续率 FC = 15% 工况下的额定功率转换为负载持续率 FC = 25% 时的额定功率，进行选型。其转计算公式为：Pn25 = Pn15式中：Pn25 Pn15 所需要的电动机在负载持续率 FC = 25% 时的额定功率， kW ； 所需要的电动机在负载持续率 FC = 15% 时的额定功率， kW 。Pn15 = Pn 13.4kW计算得 Pn 25= Pn15 6.63 kW据此，保险起见选择负载持续率 FC = 25% 时的额定功率为13kW 的电动机。选择型号为 YZ160L-6 型电动机，其额定转速为n = 870 转/ 分(rpm)4.4.2 电动机过载能力校验过载校验公式为:Pm =Hmlm F启V1020 h式中：Pm PnPm 电动机过载功率校验值，kW；H 系数，H=2.2；m 电动机个数，m=1；lm 基准负载持续率时，电动机转矩许用过载倍数，lm = 2.4 。其余符号意义及取值同前。电动机过载功率校验参数及校验成果列于表 4-2-2。表 4-2-2电动机过载能力校验参数及校验结果Pn（kW）HF 启 （N）V(m/s)mlmhPm（kW）11.042.23000000.030612.40.8156.72计算结果， Pm = 6.72kW 1.6d1 /(Z 2 - 3)(d1小齿轮的孔径)对于开式齿轮传动，通常取Z 2 17 20 ，可取Z2 = 17 由于齿数比 i=311.83/63=5.11 则可知： Z1 = 87则模数应满足： m 7.43 mm 根据水电站机电设计手册金属结构（二）， 2150kN 启闭机开式齿轮副模数取值为 m=10mm 或 m=12mm。取标准模数m = 10mm ,则其中心距为：a = m(Z1 + Z2 ) / 2 = 585mm 参照基础布施图，选择合适。齿宽 B 的选择对于开式大齿轮的齿宽一般略大于模数的 10 倍，故可取 B1=110mm 对于开式小齿轮则取：B2=B1+(515)mm=110mm分度圆直径的计算大齿轮分度圆直径：d1=mZ1=870mm 小齿轮分度圆直径：d2=mZ2=170mm齿轮材料的选择根据开式齿轮副齿轮的齿根弯曲疲劳强度以及齿轮副齿面接触疲劳强度设计开式齿轮副。开式齿轮副齿轮为直齿圆柱齿轮，大齿轮为铸造加工齿轮，小齿轮为锻造加工齿轮。因为启闭机开式齿轮副安装空间无限制，考虑到性能可靠性及加工经济性， 开式齿轮副采用软齿面设计。据此，大齿轮材质选用 ZG55B，热处理为正火+回火；小齿轮材质选用 45 钢，热处理为调质。齿轮副大、小齿轮齿面硬度及许用应力分列如下： 大齿轮齿硬度：HB197-218；小齿轮齿硬度：HB241-262.大齿轮许用应力：sF =129MPa，sH =860MPa；小齿轮：sF =190MPa，sH =1200MPa。对应于软齿面齿轮副传动，采用齿根弯曲疲劳强度设计，齿面接触疲劳强度校核。4.7.1 齿轮副齿轮齿根弯曲强度设计计算根据水电站机电设计手册金属结构（二）中的齿轮设计计算公式， 验证齿轮参数取值是否满足弯曲应力要求。齿根弯曲疲劳应力计算公式如下：式中：o =Pt s FmBYrcFsF 弯曲应力计算值，MPa；m 齿轮模数，mm。m = 10mm ；B 啮合齿宽，mm。 B = 110mm ；Y 齿形系数。大齿轮为 0.439，小齿轮为 0.301；r 磨损系数。根据启闭机实际工况，取磨损系数为r = 1.0 ；c 速度系数， c =6， v 为齿轮节圆上的圆周速度，m/s。c = 0.973 ；6 + vsF 齿轮材料的许用弯曲应力，MPa。大、小齿轮均为 129MPa。Pt 齿轮所传递的圆周力，N。根据 SL41-2011，开式齿轮所传递的圆周力取为额定启门力传递至开式齿轮副所承受圆周力的 11.2 倍，复核计算时取值为 1.2 倍。Pt 按下式计算：Pt = 1.2 300000 / 22 h卷h滑 R / r2式中：R 卷筒半径， mm 。 R = 200mm ；r2 大齿轮分度圆半径， mm 。r2 = 435mm ；h卷 卷筒传动效率。取h卷 = 0.96 ；h滑 滑轮组传动效率。取h卷 = 0.99 。代入各值，求得 Pt = 43538.8 N 。开式齿轮副齿轮弯曲强度设计计算参数值及计算结果列于表。开式齿轮副齿轮弯曲强度设计计算参数及计算结果YM(mm)B(mm)Pt(N)rcsF (MPa)sF(MPa)大齿轮0.4391011043538.81.00.97312992.7小齿轮0.301190135.1复核计算结果，大、小齿轮齿根弯曲应力均小于各自的许用应力，并且有一定裕度，表明齿轮副所选参数满足弯曲强度要求。4.7.2 齿轮副齿面接触疲劳强度校核根据水电站机电设计手册金属结构（二），齿面接触疲劳强度校核计算公式为：sH = 536.7 sH 式中：sH 接触应力计算值，MPa；B 啮合齿宽，mm。B=110mm；d1 齿轮副小齿轮节圆直径，mm。d1=170mm；i 齿轮副传动比。i = 5.11 ；sH 齿轮副材料的许用齿面接触应力，MPa。取齿轮副中许用接触应力较小者，即sH = 860MPa ；Pt 0 齿轮传递圆周力的疲劳计算基本荷载，N。根据 SL41-2011，齿轮传递圆周力的疲劳计算基本荷载取为额定启门力传递至该齿轮所受的圆周力的0.61 倍，复核计算时取值为 0.6 倍， Pt 0 = 21769.4 N 。开式齿轮副齿面接触疲劳强度复核计算参数值及计算结果列于表 4-5-2。表 4-5-2开式齿轮副齿面接触疲劳强度复核计算参数及计算结果Pt 0(N)B(mm)d1(mm)isH (MPa)sH(MPa)21769.41101705.11860624.7复核计算结果，齿轮副齿面接触应力小于其许用应力，并且有一定裕度，表明齿轮副所选参数满足接触强度要求。4.7.3 开式齿轮副设计成果综合以上齿轮副齿根弯曲疲劳及齿面接触疲劳强度计算结果，确定开式齿轮副设计成果如下：（1） 大齿轮采用铸造加工，材质为 ZG55B，正火+回火处理，齿面硬度HB197-218；小齿轮采用锻造加工，材质为 45 钢，调质处理，齿面硬度 HB241-262；（2） 大齿轮齿数为 87；小齿轮齿数为 17；（3） 齿轮副模数为 10mm，啮合齿宽为 110mm。4.8 带制动轮联轴器的选择带制动轮联轴器的选择计算应满足下述三个条件：（1） 联轴器的制动轮直径应与制动器制动闸瓦的直径相适应；（2） 联轴器的最大允许扭转力矩应大于等于实际传递扭转矩的两倍K= M m 2M（3） 联轴器的最大扭转力矩需大于所配用制动器的最大制动力矩M m MT联轴器所传递的扭矩可由下式计算：M=n8 M nn 轴节的安全系数。对起升机构 n=1.5 8性动载系数。8=1.22.0M n 电动机额定力矩传导计算零件上的力矩电动机额定力矩传到计算零件上的力矩为：M = 9550Ph0nn式中：P 电动机额定功率（KW）n电动机额定转速（n/min）h0 传动机构的效率h0 =0.828M n =955011.040.828/870=100.34(Nm)联轴器传递的扭矩：M=1.542.72=128.1(Nm) 故所选联轴器的最大扭转力矩： M n 128.1Nm选择联轴器的规格应当使得其实际转数不大于其许用的最高转数，故其许用最高转数n 870r/min, 查手册可选用鼓形齿联轴器 NGCL9 型， 公称转矩Tn=14000Nm,许用转速n=1500r/min4.9 卷筒支承轴的计算卷筒轴长度为 L轴 = L卷筒+ 两端支承长度=1836mm根据轴的弯曲应力设计卷筒轴直径d 。卷筒轴材质取为 45 钢，正火处理，根据水电站机电设计手册金属结构（二），取其屈服点sS = 290MPa ；根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011）的规定，卷筒轴按静强度复核，s = sS， n 为强度安全系数，弯n取n = 1.6 ，则轴得许用弯曲应力s弯 取值如下：s = 290 = 181.3MPa弯1.64.9.1 卷筒轴弯矩计算由轴承摩擦力而产生的扭矩过小，不计算卷筒轴的扭矩按下式计算：T= Smax DC2h3(kNm)式中：Smax 钢丝绳最大静拉力（kNm）D 卷筒直径（m）C引至卷筒的钢绳支数h3 卷筒效率查手册知：h3 =0.94代入数据，得：T=（39.5964202）/（20.94）=17692(Nm)根据载荷及其作用简图确定有代表的支承轴各断面直径，然后进行详细计算。轴受力示意图如下：1.初选轴径d A0 3 nPn-卷筒轴的转速P-卷筒轴传递的功率T-卷筒轴传递的扭矩P = Tn = 17692 2.8 = 5.18Kw95509550卷筒转速nt = mv / 3.14 d0 =2.8r/min轴采取 45#，查机械设计基础（第五版）表 14-2 取 A0=112 代入数据得5.18d1123 122.7 mm2.8取 d=130mm减速器低速轴（即开式齿轮小齿轮轴）上的扭矩为：ML = MT / i1h2 (KN m)i1 开式齿轮的传动比，i=6.0h2 开式齿轮的传动效率。查手册可知：h2 = 0.96MT = T代入数据可求得： ML = 3.07KN gM减速器高速轴（即电动机轴）上的扭矩为：M J = ML / i2h1 (KN m)i2 减速器的传动比，i=63h1 减速器的传动效率，由手册可查得：h1 = 0.95计算得MJ = 0.05 KN.M2.对轴的受力分析计算(1) 齿轮齿上作用的圆周力 P(KN) P=2M2/d1M2齿轮轴上的转矩D1小齿轮的直径可计算得： P=18.62KN(2) 钢丝绳最大拉力 Smax(KN)Smax=39.596KN(3) 卷筒与齿轮的重力 G1,G2(KN)G1=9KNG2=2KN(4) 左支承反力 RA :(2S+ G ) 1 L + (G - P)bRA =max1222L=83.02(KN)(5) 右支承反力 RB :RB =2Smax+G1+G2-P-RA=8.14 (KN)3. 轴的弯矩计算根据轴的受力特点，计算可能发生断裂的各危险截面上的弯矩。左端部分： M I = RAa1M II = RAa2a1 = 70mma2 = 135mmM 1 = 1789 KN mmM II = 3234 KN mmM= R a- (S+ 1 G )(a- a )a = 200mmIIIA 3max21323M III= 3145 KN mm右端部分： M I = RBb1M II = RBb2b1 = 70mmb2 = 135mmM 1 = 595 KN mmM II = 1200 KN mmM= R b- (S+ 1 G + G- P)(b - b )b = 200mmIIIB 3max212323M III = 956 KN mm4. 轴的弯曲应力根据公式：s弯 =p s弯 ，可计算得各危险截面轴的弯曲应力。Mnd 3左端部分：sI =32M Ip d 332= 13.9MpasPsIII= M Pp d 332= M IIIp d 332= 26.8Mpa= 38.23Mpa右端部分：sI =M Ip d 332= 9.31MpasP =M Pp d 332= 17.97MpasIII =M IIIp d 332= 18.34Mpa轴的材料为调质 45 钢，其许用弯曲应力:s弯 = 0.5sS =177.5Mpa,显然各截面轴的计算弯曲应力均小于其许用弯曲应力，轴满足要求。4.10 卷筒与开式齿轮副大齿轮的联接设计根据水电站机电设计手册金属结构（二），启闭机卷筒与开式齿轮副大齿轮采用螺栓联接。在分布圆周 D 上均布 6 只联接螺栓。由前文设计，确定出联接螺栓均布圆周直径 D = 520mm 。根据联接螺栓的剪应力及挤压应力，设计确定螺栓直径。根据水电站机电设计手册金属结构（二），联接螺栓取材可以是 Q235钢或 45 钢。本工程选取联接螺栓材质为 Q235。相应地，许用剪切应力取为t = 65MPa ， 许用挤压应力取为scm = 150MPa 。4.11 按联接螺栓剪应力设计选择螺栓规格卷筒与开式齿轮副大齿轮之间通过铰制孔以螺栓直接联接，螺栓剪应力设计计算简图如图 4-7-4 所示。 ab图 4-7-4联接螺栓剪应力设计计算简图根据水电站机电设计手册金属结构（二），联接螺栓剪应力设计计算公式为：d 式中：d1 螺栓光杆部分直径，mm；M 螺栓联接传递的扭矩，Nm， M = 2 Sn 螺栓个数，n=6；max D卷筒 = 15838.4 Nm； 2D布 联接螺栓分布直径，mm。 D布 = 520mm ；t 螺栓的许用剪应力，MPa。t = 65MPa 。计算得d 44.6 mm ，圆整取联接螺栓规格为M 45 .按联接螺栓挤压应力复核根据水电站机电设计手册金属结构（二），联接螺栓挤压应力复核计算公式为：scm= 2 103 MndLD布scm scm 式中：L 螺栓联接中螺栓传递扭矩部分的长度，L=30mm；scm 螺栓的许用挤压应力，取scm = 150MPa 。其余符号意义同前。计算得联接螺栓挤压应力scm = 7.5MPa scm 联接螺栓挤压应力满足要求。联接螺栓设计计算成果（1） 联接螺栓材质选用 Q235；（2） 联接螺栓为 6 只，均布在以卷筒轴心线为中心的f520mm 圆周上；（3） 联接螺栓规格为 M45，联接部分长度为 30mm。4.12 钢丝绳端头压板螺栓设计计算按压板螺栓的拉应力设计计算螺栓规格。根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011），钢丝绳端头压板螺栓材质选为 Q235，其许用拉应力sl = 90MPa ；压板槽形为圆弧形，取钢丝绳在卷筒上的包角a= 4p。压板螺栓设计计算简图如图 4-7-5 所示。图 4-7-5 压板螺栓复设计计算简图根据水利水电工程启闭机设计规范（SL41-2011），压板螺栓拉应力计算按下式进行：nd 2si = S max (0.529+0.686 )si si式中：d 螺栓直径，45mm；Smax 钢丝绳最大拉力，N， Smax = 39596N ；n 压板螺栓数量，n=6；L 摩擦力作用的力臂，mm，取 L=60mm；sl 许用拉应力，MPa。o = Smax (0.529 +L =4.7MPalnd 20.686)dsl sl 据此确定出压板螺栓规格为 M45，长度为 150mm。压板螺栓设计成果：螺栓材质 Q235，螺栓规格 M45150。4.13 安全行程装置本机的安全行程装置应当有高度指示器高度的限位
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