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I摘 要虽如今工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机这行之有效的机械设备。本人所研究的是 JM 建筑卷扬机。JM 系列属慢速卷扬机。在本设计中主要对卷扬机传动部分、工作机构及卷扬机的主体部分进行设计。在传动部分采用的是二级齿轮减速器和开式齿轮传动，工作部分的卷筒采用的是焊接式卷筒。该卷扬机的主要特点是结构简单，操作方便。此机器的主要功能：在建筑业的冷拉钢筋提升重物，在林业的集材工作，同时在水电、农业等行业均能被采用。该类机器的发展趋势应该向大型化、采用先进电子控制、手提式卷扬机、不带电源装置的卷扬机的方向发展。关键词关键词：卷扬机；设计；发展；功能IIAbstractAlthough the level of advanced industrial Today, the increasingly mechanized, lifting equipment constantly updated, but still can not hoist it out of effective machinery and equipment. I studied the building is JM winch. JM series is a slow hoist. During the design of the main part of the hoist drive, work and the winch the main part of the design. In part using a transmission gear reducer and two open-gear transmission, the working part of the reel is used in welding-reel. The main characteristics of the hoist structure is simple, easy to operate. The primary function of this machine: the construction industry in the cold-drawn steel weights increase, the skidding in forestry work, while in the water and electricity, agriculture and other industries can be used. The development trend of such machines to be large, the use of advanced electronic control, portable winch, non-power devices in the direction of the winch. Key words: winch design development functionIII目 录1 绪论.11.1 建筑卷扬机的发展状况.11.1.1 建筑卷扬机的应用.11.1.2 建筑卷扬机的发展概况.11.1.3 国外卷扬机的概况.11.2 建筑卷扬机的主要类型.21.2.1 按钢丝绳额定拉力F分.21.2.2 按钢丝绳额定速度v分.21.2.3 按卷筒数目分.31.2.4 按动力源分.31.2.5 按传动形式分.31.2.6 按控制方法分.31.2.7 按用途分.31.3 建筑卷扬机的计算基础.41.3.1 建筑卷扬机工作级别与类别.41.3.2 利用等级.41.3.3 建筑卷扬机分类.42 卷扬机的基本结构设计.62.1 电控卷扬机.62.2 溜放型建筑卷扬机.62.3 本设计的总体确定.72.4 卷扬机的总体结构设计.73 钢丝绳的选择和卷筒的设计.83.1 钢丝绳的选择.83.1.1 钢丝绳的种类和构造.83.1.2 钢丝绳直径的选择.83.2 卷筒的设计.83.2.1 卷筒的材料.93.2.2 卷筒容绳尺寸计算.93.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算.103.3 卷筒轴的设计.11减速器和开式齿轮的设计.154.1 电动机的选择.154.1.1 选择电动机类型和机构形式.154.1.2 功率的计算.154.1.3 电动机功率的选择.15IV4.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.164.2.1 总传动比.164.2.2 分配减速器的各级传动比.164.3 计算传动装置的运动和动力参数.174.3.1 各轴转速.174.3.2 各轴的输入功率.174.3.3 各轴的输入转矩.174.4 传动零件的设计计算.184.4.1 第一级齿轮传动的设计.184.4.2 第二级齿轮传动的设计.204.5.3 齿轮轴的校核.224.5 减速器的结构设计.254.6 滚动轴承的选择计算.264.7 减速器的润滑.274.9 开式齿轮传动的设计.295 其他零件的设计.325.1 制动器的设计计算.325.1.2 制动器制动力矩的确定.325.1.2 制动器的发热计算.335.2 联轴器的设计.345.2.1 联轴器转矩的计算.345.3 吊钩、滑轮组的设计.355.3.1 起重吊钩.355.3.2 滑轮组的设计.355.3.3 排绳器的设计.366 本卷扬机的使用与维修简介.386.1 建筑卷扬机的安装和调试.386.2 建筑卷扬机的一般操作规程.386.3 建筑卷扬机的维护.396.4 建筑卷扬机的安全技术.40结 论.41致 谢.42参参考文献.43附录.44附录.511 1 绪论1.1 建筑卷扬机的发展状况1.1.1 建筑卷扬机的应用建筑卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的。虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的工作。如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的提升工作。由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，也需卷扬机做辅助提升用。建筑卷扬机还用于林业的集材工作。建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的物料提升和打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以不仅用于建筑业，而且在冶金，化工，水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。1.1.2 建筑卷扬机的发展概况我国在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生产效率。我国由于旧中国工业落后。使用的卷扬机均为国外生产，至 50 年代我国的卷扬机生产才开始的。从 70 年代起，我国卷扬机的生产才进入了技术提高，品种增加的新阶段。从 70 年代末期开始，中国实行改革开放政策国民经济大力发展，基本建设任务增多许多，促使卷扬机的大量生产，生产厂家也逐渐增多。至今卷扬机的生产与设计已较为成熟，现如今卷扬机的品种繁多和使用较广泛。虽然现在的工业水平先进机械化程度不断提高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机的行之有效的机械设备。1.1.3 国外卷扬机的概况在国外，卷扬机的品种繁多，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，起重设备也不断更新，但仍不能淘汰这样的行之有效的简单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。（一）美国美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（BEEBE）国际有限公司，哲恩（THERN）有限公司等。贝波国际有限公司是美国较大的生产起重设备的公司，主要产品有各种手动卷扬机，电动卷扬机，提升机械及起重机。手动卷扬机重要品种有蜗杆传动系列，直齿圆柱齿轮系列，齿轮蜗杆传动组合系列，直接驱动系列，链传动系列。其中直间驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，传动系列全部全部安装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢焊接而成。2（二）日本日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计，19701975年间卷扬机的产量增加 62.5%.据日本通产省机械核计月报载,接年单纯土卷扬机的产量就达 12 万台,生产值约 100 亿日元。日本卷扬机行业由机械技术部会,荷役机械技术委员会领导.主要生产厂家有北川铁工所,远藤钢机,南星,越野总业,松岗产业等 80 多个产业。（三）法国法国生产卷扬机的厂家很多,其中包藤(POTAIN)公司就是生产卷扬机的主要国家之一。包藤公司主要生产 KUSW 系列卷扬机，LMD 系列卷扬机，PC 系列卷扬机和 RCS 系列卷扬机。（四）国外卷扬机的发展趋势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，促进了大型卷扬机的发展。目前，俄罗斯已生产了 60t 的卷扬机，日本生产了 32t,50t,60t 液压和气动卷扬机，美国生产了 136t 和 270t 卷扬机。2采用先进电子技术 为了实现自动控制和遥控，国外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，以保证绝对的安全可靠。3发展手提式卷扬机 为了提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外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。4大力发展不带电源装置的卷扬机 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。1.2 建筑卷扬机的主要类型建筑卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同的使用条件，建筑卷扬机亦制造成各种不同机型的产品。机型的分类方法很多，目前可以按下述方法分类。1.2.1 按钢丝绳额定拉力分F按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按 GB195588建筑卷扬机中规定为 5、7.5 、10 、12.5、 16 、20 、25、 32 、50 、80 、120 、160 、200 、320 、500KN 共 15 级。此参数为建筑卷扬机的主要参数。1.2.2 按钢丝绳额定速度 分v钢丝绳在基准层上的出绳速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳的速度可分为：1慢速卷扬机 绳速；min159mv 2中速卷扬机 绳速；min3015mv 33快速卷扬机 绳速；min4530mv 4高速卷扬机 绳速；min45mv 为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其变速可调，有双速、三速和多速几种类型。1.2.3 按卷筒数目分一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分为单筒卷扬机、双筒卷扬机、和多筒卷扬机三大类。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大都是辅助用卷筒，卷筒相对要小些。1.2.4 按动力源分由于工作环境不同，所用的动力源亦不同；1手动卷扬机 用于无动力来源地区的小型卷扬机；2电动卷扬机 大多数卷扬机皆属于此类；3内燃机卷扬机 用于无电源的地方；4气动卷扬机 用于不能使用电源的地方；5液压卷扬机 与其他设备配合使用而有液压源的场合；1.2.5 按传动形式分1开式齿轮传动 最早的形式。目前主要用于手动卷扬机；2闭式圆柱齿轮传动 主要为为快速单筒卷扬机，应用广泛；3圆锥圆柱齿轮传动减速器4蜗杆传动减速器5圆柱齿轮减少速器加开式齿轮传动6蜗杆减速器加开式齿轮传动7行星齿轮传动1.2.6 按控制方法分1手控卷扬机 由人工操作纵闸把控制卷扬机提升或下放重物。2电控卷扬机 用电控制磁铁制动器使卷扬机工作。3液控卷扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。4气控卷扬机5自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。1.2.7 按用途分卷扬机由于其用途不同，使其条件的差异，其结构设计上也有差异。41、提升重物 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。2、设备安装 一般设备的质量较大，则要求卷扬机具有较大的提升能 力；以保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。3、曳引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品前后 运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作。4、打桩 要求卷扬机把重物提升到一定的高度后，能使重物成自由落体 下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放功能。建筑卷扬机虽然可以分很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把他们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚，而是要求高的来设计。这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。1.3 建筑卷扬机的计算基础1.3.1 建筑卷扬机工作级别与类别为了合理的设计、制造、使用及提高零件三化标准，建筑卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为：A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8 八个等级。1.3.2 利用等级利用等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环系数表示。tN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。建筑卷扬机的寿命一般不少于 5 年，在这个期间内根据工作频繁程度的不同，总工作的循环数可分为 8 个等级，见下表（1-1） 。表 1-1 建筑卷扬机的利用等级利用等级总工作循环次数tN说明U04106 . 1不经常使用U14102 . 3U24103 . 6U351025. 1U45105 . 2经常的清闲的使用U55105经常的中等使用U66101有时频繁的使用U76102频繁的使用1.3.3 建筑卷扬机分类5建筑卷扬机按工作级别和用途可分为四种类型， （见表 1-2） 。 表 1-2 建筑卷扬机工作级别和用途类别工作级别说明举例IA1A4不经常使用，轻或中等载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机工程安装IIA3A5经常中等使用，中等载荷状态的快速建筑卷扬机经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机IIIA4A6有时经常频 繁使用，中等载荷状态的快速卷扬机与井字架，人字架等配合使垂直吊运IVA6A8经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机斜坡曳引、牵引、冷拉钢筋、冲爪、拉桩62 卷扬机的基本结构设计电动卷扬机由于操作方法的不同，其结构相差很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放卷扬机两类。2.1 电控卷扬机 此类建筑卷扬机通过通电和断电以实现卷扬机的工作和制动。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。其制动形式主要有电磁铁制动器和锥型转子电动机两类。此类卷扬机大多是单卷筒的。1）有电磁铁制动器的卷扬机1.圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机；2.蜗杆减速器慢速建筑卷扬机；3.圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的建筑卷扬机；4.蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机；对一些起重量大的建筑卷扬机，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安排排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力的建筑卷扬机上，均应安装排绳器。KNF120（一）锥形转子电动机的建筑卷扬机此类卷扬机采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来实现制动和分开的，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递传动系统来实现的。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作一字型结构卷扬机。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 系列设计的一种机型。2）渐开线齿轮行星传动 常见的有封闭形 2K-H 型行星轮系和 3K 型行星轮系传动的建筑卷扬机。3）摆线针轮传动 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。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。但其柔韧的要求较高，生产较为困难。6）活齿行星传动 又叫顶杆挪动传动，它的加工相对比较方便。2.2 溜放型建筑卷扬机 此类建筑卷扬机提升重物的下降不是利用电动机的反转来是实现，而是靠重物的重7力下降的，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连接或分离，通常采用离合器和差动轮系。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，则此类卷扬机可设计成单卷筒、双卷筒和多卷筒的形式。为保证各卷筒的运动或停止，其离合器和制动装置都直接安装在卷筒上。2.3 本设计的总体确定本卷扬机设计的主要参数： 1）钢丝绳的拉力KNFN50 2）钢丝绳的速度smV18由于钢丝绳的速度，由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为中速卷扬机。smV18按动力源分该卷扬机设计为电动卷扬机。按传动形式分该卷扬机设计为二级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动卷扬机。按控制方法分该卷扬机设计为电控卷扬机（用电钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作） 。2.4 卷扬机的总体结构设计 由于卷扬机是二级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动卷扬机故简易示图如下图：图 2-1 卷扬机的简易示图1.电动机 2.制动器 3.减速器 4.联轴器 5.卷筒83 钢丝绳的选择和卷筒的设计建筑卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所所应力十分复杂，加之对外界影响因素比较敏感，一旦失败，后果十分严重。因此，应特别重视选择与使用。3.1 钢丝绳的选择 3.1.1 钢丝绳的种类和构造钢丝绳是由许多高强度钢上编绕而成，可单捻、也可双捻成行。绳芯采用天然纤维芯（NF） 、合成纤维芯（SF） 、金属纤维芯（IWR）和金属丝股芯（IWS） 。纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性，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，但扰性较差。建筑卷扬机系多层缠绕，更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳。钢丝绳的种类，根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分：（1）顺捻钢丝绳 、 （2）交捻钢丝绳。因为交捻钢丝绳在卷扬机设计中应优先考虑，故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制金属丝芯钢丝绳。3.1.2 钢丝绳直径的选择钢丝绳的安全系数按下式计算： 式 nfsnepgs（2.1）式中整条钢丝绳的破短拉力（N） ；ps钢丝绳的额定拉力；ef 卷扬机工作级别规定的最小安全系数； n机械手册查表得卷扬机的工作级别为 A6，则选取安全系数n=5； KN nsefp300ps钢丝绳不应小于下式计算的最小值： scdmin769.23501036. 0mind式中钢丝绳的最大工作拉力（KN）S钢丝绳的选取系数，经查表=0.1036c机械手册查表得 d=24(mm),钢丝绳的抗拉强度为 1570MP，使用双捻制金属丝芯钢丝绳。93.2 卷筒的设计建筑卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为卷扬机的重要零件，对卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应合理的进行设计。3.2.1 卷筒的材料由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料 Q 卷筒容绳尺寸计算卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。a) 卷筒节径 D 卷筒节径 应满足下式D 式dKDe（2.2）式中筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得eK19eK 钢丝绳直径（mm）d 则 取4562419dmmd459mmdDD435244590b) 卷筒容绳宽度tB卷筒容绳宽度，一般可以由下式确定tB 式03DBt（2.3）式中卷筒直径（mm）0D则取4353tB800tBc) 卷筒边缘直径kD卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算 式dDDsk4（2.4）式中最外层钢丝绳直径，由下式确定sDdSDDs120 钢丝绳缠绕层数S则 取96603kD700KDd) 缠绕层数S缠绕层数按下式计算 式SdmDDSKK220（2.5）式中为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm）Km10 计算得mmdmK365 . 1245 . 1 则 取52. 4242362435700S4Se)卷筒容绳量L卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时，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 卷筒容绳量按下式计算: 第 层钢丝绳绳芯直径为i 式dSDDii120（2.6） 式中的第 层，iSiSi, 3 , 2 , 1则 mmD45924124351mmD48324144352mmD50724164353mmD53124184354 第 层钢丝绳长度为:i 式301012) 1(dSDdBLiti（2.7） mmL60.46102412435) 124800(31mmL47.51102414435) 124800(32mmL35.56102416435) 124800(33mmL22.61102418435) 124800(34 卷筒容绳量为:iLLLL21 22.6135.5635.5647.510 .46LmmL2153.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 a)多层缠绕系数的确定sA多层缠绕系数的理论计算sA 式111111111222SSSsA（2.8）式中钢丝绳的缠绕层数SEtFE 11180dDe 20 EDFE 其中钢丝绳的缠绕节距 tmmdt24. 001. 0 卷筒壁厚)(mm 卷筒直径 0D)(mmmmD4350 钢丝绳直径 d)(mmmmd24 钢丝绳纵向弹性模量 E)(MpaGpaE100 钢丝绳横向弹性模量 E)(MpaMpaE600 卷筒材料的弹性模量 E)(MpaGpaE120钢丝绳的断面积 F)(2mm 则55. 1sA b)卷筒的厚度设计 卷筒厚度为 式 cestFA（2.9） 式中钢丝绳的额定拉力eF)(N 建筑卷扬机设计查得 Mpac183 则1830024. 05000015. 1mm14C) 卷筒壁的强度计算 式（2.10） cesctFAMpac43.1711424. 05000015. 1 经强度计算较合适无需调整。3.3 卷筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的的安全，可靠性非常重要，因此十分重视卷筒轴的结构设计和强度，刚性计算。卷筒轴的结构，应力求简单，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；次外，对较长的轴还需校核轴的刚度。在卷筒轴的设计上轴的材料采用钢，调质处理45由机械设计手册查得 MpaB650MpaS360 Mpa3001 Mpab650012已知钢丝绳的额定拉力为，卷筒的直径，钢丝绳的直径KNFe50mmD4350，圆柱齿轮的分度圆直径mmd24mmd7106a) 作用力的计算 齿轮圆周力： 式)(9 .34710244355022260KNddDFFet（2.11） 齿轮径向力：)(7 .12209 .34KNtgtgFFtr。将轴上的所有的作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，如图 3-1 所示：b) 垂直面支承反力及弯矩 支反力： 式)(19.459865060866KNFFRteDV（2.12）)(37.299865060866KNFFRetCV 弯矩： 式)(8 .176237.296050mmKNRMCVAV（2.13）13如图 3-1 卷筒心轴受力图c) 水平面支承反力及弯矩 支反力： 式)(77. 098650KNFRrDH（2.14）)(93.11986926KNFRrCH 弯矩计算： )(8 .71593.116050mmKNRMCHAH)(2 .4677. 06050mmKNRMDHBHe) 合成弯矩 )(6 .19028 .17628 .7152222mmKNMMMAHAVA 式)(8 .27114 .27112 .462222mmKNMMMBHBVB（2.15）f)计算工作应力 50KN8006012639.4KNRCHRDHMAHMAHBVFrMAMBMFt715.812.7KN715.81902.62711.8（KN.mm)（KN.mm)（KN.mm)14此轴为固定心轴,只有弯矩,没有转矩.由上图可知最大的弯矩发生在剖面处.设卷筒轴发生在剖面直径为,则弯矩为： BBd 031 . 0bBBBdM mmMdbBB4 .671001 . 0108 .27111 . 03330 则圆正后,中间轴段.mmdB65mmdo70565 g)心轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既： eddFKF 式中钢丝绳的当量拉力dF)(N当量拉力系数，由建筑卷扬机设计查得dK1dKKNFd50501 平均应力和应力幅m2bma 式MpadMKbBdb75.98651 . 08 .271111 . 033（2.16） Mpabma37.49275.982 疲劳强度计算安全系数： 式126. 255.4834. 037.4992. 078. 088. 13001maKS（2.17）由机械手册查得应力集中系数 K88. 1K 表面状态系数 92. 0 绝对尺寸系数 78. 0 等效系数 34. 0一般轴的疲劳强度安全系数，经校核轴的强度够用。 8 . 15 . 1Sh)心轴强度校核计算 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：ejFFmax式中静强度计算最大拉力maxjF)(N 动载系数，有建筑卷扬机设计查得35. 1 静强度计算安全系数:15 式64. 1551 . 08 .271135. 13602WMSBSS（2.18） 当时，所以经校核轴的强度足够。6 . 0bS 4 . 12 . 1S16减速器和开式齿轮的设计减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮蜗轮传动所组合的独立部件，常在动力机与工作机之间为减速的传动装置；在少数情况下也用作增速的传动装置减速器由于结构紧凑，效率教高，传递运动正确可靠，使用维修简单，并可成批生产，故在现代机械中应用最光减速器类型很多，有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，蜗杆减速器等最常用的卷扬机主减速器有蜗杆减速器或一级和二级齿轮减速器由于考虑到所传递的功率和传动比在本卷扬机设计课题中采用的是二级圆柱齿轮减速器4.1 电动机的选择4.1.1 选择电动机类型和机构形式电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品机械设计中需要根据工作机的工作情况和运动，动力参数，合理选择电动机类型，结构形式，传递的功率和转速，确定电动机的型号。电动机有交流电动机和直流电动机之分，工业上采用交流电动机交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最广泛如无特殊需要，一般忧先选用型笼型三相异步电动机，因其具有高效，节能，噪音小，振动小，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无特殊要求的各种机械设备。建筑卷扬机属于非连续工作机械，而且启动，制动频繁多数情况下选用（绕线转子）电动机在本设计中选择电动机为系列的三相绕线型电动机。4.1.2 功率的计算电动机的功率选择是否合适将直接影响到电动机的工作性能和经济性能。如果选用额定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚至使电动机长期过载过早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功率，则电动机的价格高，功率未得到充分的利用。从而增加电能的消耗，造成浪费。4.1.3 电动机功率的选择1.建筑卷扬机电动机的功率按所需的静功率计算，静功率（单位：KW）计算公式为： 式wpdp （4.1）17式中 工作机所需工作效率；wp由电动机到工作机的总效率；工作机所需工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得： 式KWpWWWVFw61.178501. 010003 . 0500001000（4.2）式中工作机的阻力（N）；WF 工作机的线速度（M/S） ；WV 工作机的效率；W其中8501. 03321w 、分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。1234 取=0.99，=0.96，=0.97（齿轮的精度为 8 级），=0.98（滚动轴承）1234。2.确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为: 式min27.1343514. 33 . 0100060100060rdvn（4.3）经查表：一级开式齿轮的传动比,二级圆拄齿轮减速器的传动比73ai，总的传动比合理范围为，故电动机的转速的可选范围8i4028024ai为： 式min6 .371548.31827.13)28024(rninad（4.4）根据工况和计算所选电动机见表 4-1:表 4-1 电动机的主要参数型号额定功率(KW)转速 r/minYZR200L229604.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比4.2.1 总传动比由电动机的转速和工作机的主动轴的转速，可得到传动装置的总传动比为 式nnima（4.5）式中电动机的转速mn 卷筒的主轴转速n18 34.72min27.13min960rrnnima总传动比为各级传动比的乘积，既niiii210、 式10iiia（4.6）4.2.2 分配减速器的各级传动比使减速器装置不至于过大初步取则5 .250i84. 25 .2534.720iiia按展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮相近，查得则75. 51i43. 475. 55 .25102iii4.3 计算传动装置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率） 如将传动装置各轴由高速至低速依次定为、轴。相邻两轴间传动比0201ii 、相邻两轴间传动效率0201、轴的输入功率（kw）0201TT 、各轴之间的输入转矩（N.m）0201pp 、各轴的转速（r/min）0201nn 、则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和参数4.3.1 各轴转速轴 min/9601rn 轴 min/96.16675. 5960112rinn轴 min/69.3743. 496.166223rinn轴 84. 269.37334innmin/27.13r4.3.2 各轴的输入功率轴轴的输入功率：轴 kwppd34.2198. 099. 022211轴 kwpp29.2097. 098. 034.21321219轴 kwpp9 .1897. 098. 029.20232223轴 kwpp97.1797. 098. 09 .183234式中电动机的出功率（KW）dp联轴器的传动效率199. 01轴承的传动效率298. 02 齿轮的传动效率397. 03同一根轴的输出功率与输入功率的数值不同，需要精确计算时取不同的数值。4.3.3 各轴的输入转矩电动机的输出转矩： 式mNnTmPdd.85.2189602295509550（4.7）轴轴的输入转矩：mNiTTd.67.21699. 0185.218101 mNiTT.28.118497. 098. 075. 567.21612112mNiTT.46.488798. 097. 043. 428.1184223223mNiTT.70.1319497. 098. 084. 246.488734334表 4-2 运动和动力参数计算结果整理于下表:效率P（Kw）转矩T（N.m）轴名输入输出输入输出转速N（r/min）传动比效率电动机轴22216.6796010.97轴21.3420.70216.67210.179605.570.95轴20.2919.281184.281125.07166.964.430.93轴18.917.584887.464545.3437.69轴17.9717.0713194.7012534.9713.272.840.954.4 传动零件的设计计算传动装置包括各种类型的零件，其中决定其工作性能，结构简单和尺寸大小的主要是传动零件。支撑零件和联接零件都是要根据零件的要求来设计，因此一般应先设计计算传动零件，确定其尺寸，参数，材料和结构。为了使设计减速器时的原始条件比较准20确，应该先设计减速器外的传动零件，如联轴器等。4.4.1 第一级齿轮传动的设计 1)材料的选择应传动尺寸和批量较小,小齿轮设计成齿轮轴,齿轮的材料用 40Cr，硬度为241HB 286HB，平均取为 260HB，大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度为229286HB，平均取 240HB。2)轮传动的计算 转矩 式mNnPTmd.21885096022000955095501（4.8）齿宽系数由机械手册查表得d0 . 1d接触疲劳极限由机械手册查表得limHMpaH7101lim MpaH5802lim初步计算的许用接触应力MpaHH6399 . 01lim1 MpaHH5229 . 02lim23)初步计算小齿轮分度圆直径 式 (4.9)mmduuTAdHdd41.8075. 5175. 552212188508211323211取mmd821 值由机械手册查得 dA82,13dA取 初步取齿宽 mmdbd82821114) 校核计算a)确定中心距 : 式(4.10)mmida75.27675. 5128212111选取mma2801b)圆周速度: 式(4.11)smndv/27. 41000609608510006011c)计算齿数和模数和螺旋角21zz、1m11262275. 5,22121zizz、1 . 4208211zdmt则由机械手册查得4nm21（和估计值接近）840121 . 44arccostnmmd)齿轮的传动的载荷计算1工作载荷 式(4.12)NdTFt541708021667022111 1211cos112 . 388. 1zza 69. 184012cos11212012 . 388. 1 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取HK 式(4.13)bCdbBAKH321110481. 1321061. 0116. 017. 132载荷系数： HHVAKKKKK1 44. 3481. 129. 12 . 15 . 1 重合度系： 77. 0369. 143411aZ 螺旋角系数： 99. 068.12coscos11。z弹性系数由机械设计手册查得EZMpaZE8 .189 节点区域系数由机械设计手册查得HZ3 . 2HZ 接触最小安全系数由机械设计手册查得limHS05. 1limHS 接触寿命系数由机械设计手册查得NZ18. 11NZ 31. 12NZMpaSZHNHH79805. 118. 1710lim11lim1MpaSZHNHH72305. 131. 1580lim22lim2 验算： uubdKTZZZZEHH1221175. 5175. 5828221885044. 3299. 077. 08 .1895 . 221H2112.601HHMpa 计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。4.4.2 第二级齿轮传动的设计小齿轮的材料用 40Cr，硬度为 241HB 286HB，平均取为 260HB，调质量处理，大22齿轮用 45 钢，调质量处理。硬度为 229286HB，平均取 240HB。齿宽系数由机械手册查表得d0 . 1d接触疲劳极限由机械手册查表得limHMpaH7101lim MpaH5802lim初步计算的许用接触应力MpaHH6399 . 01lim1 MpaHH5229 . 02lim21) 转矩 mNnPTmd.11605749 .166202909550955012）初步计算小齿轮分度圆直径 mmduuTAdHdd3 .14443. 4143. 4522111605748212323212 取： mmd1452 值由机械手册查得dA82,130dA取 初步取齿宽 mmdbd1451451113) 校核计算1)确定中心距 :mmida7 .39343. 41214512222选取： mma39522)圆周速度:smndv/27. 110006096.166145100060224)计算齿数和模数和螺旋角43,zz2m2 取18.1152643. 4,26243zizz、1154z64. 52614532zdmt则由机械手册查得5 . 5nm（和估计值接近）4471264. 55 . 5arccostnmm5）工作载荷 NdTFt9 .160071451160574223222432cos112 . 388. 1zza 69. 144712cos11512612 . 388. 1。23 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取HK33233210bCdbBAKH 44. 11801061. 0116. 017. 132载荷系数： 2HHVAKKKKK 34. 344. 129. 12 . 15 . 1 重合度系： 88. 0369. 143422az 螺旋角系数： 99. 044712coscos22。z弹性系数由机械设计手册查得EZMpaZE8 .189 节点区域系数由机械设计手册查得HZ5 . 2HZ 接触最小安全系数由机械设计手册查得limHS05. 1limHS 接触寿命系数由机械设计手册查得NZ18. 1NZ 接触寿命系数由机械设计手册查得NZ18. 11NZ 31. 12NZMpaSZHNHH79805. 118. 1710lim11lim1MpaSZHNHH72305. 131. 1580lim22lim2验算： uubdKTZZZZEHH1221243. 4143. 414514521885044. 3299. 088. 08 .1895 . 222H23 .250HHMpa计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。表 4-3 减速器中齿轮的主要参数名称符号单位1Z3Z3Z4Z螺旋角度840128401244712。44712。法向模数nmmm445 . 55 . 5法向压力角n度。20。20。20。20分度圆直径dmm82478145645齿数z个2212626115齿宽bmm9282155145244.5.3 齿轮轴的校核在二级齿轮减速器传动中，中间轴所受的力较复杂.因此对中间轴进行校核,如能满足要求,减速器中的轴均能满足要求.减速器的轴采用 45 钢,调质处理.由机械手册查表得: MpaB650MpaS360 Mpa3001Mpab6500已知中间轴的 输出功率为 19.28Kw，转速为 166.96r/min.a) 作用力的计算25图 4-1 减速器中间齿轮轴的受力分析图 式npT61055. 9（4.14）mmNnpT.101 . 196.16628.1995500001055. 966 齿轮的圆周力： 式2ZNdTFt5 .4602478102 . 22622YABCD115.5145.5145.5RAZZRBzRAYRBYT11T11Ft2Fr2Ft3Fr3xFt2Ft3RAYRBYa)b)XYZ平面11800260000（N.mm)Fr2Fr3RAZRBz1010000180000（N.mm)10100001800000（N.mm)1100000（N.mm)11000008360001560000c)XAZ平面d)合成弯矩e)扭矩f)当量弯矩26（4.15） 齿轮的径向力: 2ZNFFtr171784012cos20tan22式（4.16） 齿轮的轴向力: 式2ZNFFtx5 .103584012tan22（4.17） 齿轮的圆周力： 3ZNdTFt4 .15172145102 . 22633齿轮的径向力: 3ZNFFtr8 .566244712cos20tan33齿轮的轴向力: 3ZNFFtx3 .344444712tan33b) 垂直面支承反力及弯矩（见图 4-1） 式NRAY4 .1024065 .1248 .56625 .723 .3444605 .10355 .2491717（4.18）NRBY7 .18034065 .945 .4602605 .10355 .723 .34445 .2198 .5662弯矩见图（见图 4-1） 式mmNRMAYCZ.108 .115 .1153（4.19）mmNRMBYDZ.106 . 25 .1455c) 平面支承反力及弯矩（见图 4-1） 支反力： 式mmNFFRttAZ.3 .88294065 .1455 .29022（4.20）mmNFFRttBZ.1 .126704065 .1455 .29022 弯矩计算： 式mmNRMAZAH.1001. 15 .1156（4.21）mmNRMBZBH.108 . 15 .1456d) 合成弯矩： 式mmNMC.1001. 11001. 1)108 .11(62623（4.22）mmNMD.108 . 1)108 . 1 (106 . 2(6262527e) 应力校核系数: 式 46. 065030001 -b（4.23）f)当量转矩: 式mmNT.506000101 . 146. 06（4.24）g) 当量弯矩: 在大齿轮轴劲中间截面处： 式NmmTMM836326506000665887)(22221（4.25） 在右轴劲中间截面处：NmmTMM15461785060001461037)(22222h) 校核轴颈 式4 .371 . 06508363261 . 033111Mdmm804 .37（4.26） 2 .671 . 065015461781 . 033122Mdmm1202 .67经校核较合适无需调整。4.5 减速器的结构设计减速器机构因其类型、用途不同而已。但无论何种类型的减速器，其基本结构都是由轴系部件、箱体及附件三大部分组成。1 轴系部件轴系部件包括传动件、轴和轴承等组合。(a)传动件减速器箱外传动件包括有链轮、带轮等；箱内传动件有圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮等。传动件决定减速器的技术特性。通常根据传动件的种类命名减速器。(b)轴传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率。减速器普遍采用阶梯轴。传动件和轴多以平健连接。(c)轴承组合 （1）轴承 轴承支撑轴的部件。由于滚动轴承摩擦系数比普通滑动轴承小，运动28精度高，在轴颈尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可使减速器轴向结构紧凑，润滑、维护简便等，所以减速器广泛采用滚动轴承（简称轴承） 。 （2）轴承盖 轴承盖用来固定轴承，承受轴向力，以及调整轴向间隙。轴承盖嵌入式和凸缘式两种。凸缘式调整轴向间隙方便，密封性好；嵌入式质量较轻。 （3）密封 在输入和输出轴外伸出，为防止灰尘、水气及其它杂质浸入轴承，引起轴承加剧磨损和腐蚀，以及防止润滑剂外漏，需在轴承盖孔中设置密封装置。 (4)调整垫片 为了调整调整轴向间隙，有时也为了调整传动件（如圆锥齿轮、蜗轮）的轴向位置，需放置调整垫片。调整垫片由若干薄钢片组成。2 箱体减速器箱体是用以支持和固定轴系零件，保证传动件的啮合精度、良好润滑及密封的重要零件。箱体质量约占减速器总质量的 50%。因此，箱体结构对减速器的工作性能、加工工艺、材料消耗、质量及成本等有很大的影响。减速器箱体按毛坯制造工艺和材料种类可以分为铸造箱体和焊接箱体。铸造箱体材料铸铁（HT200、HT150） ，铸造箱体较易获得合理和复杂的结构形状，刚度好易进行切削加工；但铸造周期长，质量较大，因而多用于成批生产。焊接箱体比铸造箱体壁厚薄，质量轻 1/4-1/2,生产周期短，多用于单件小批生产。减速器箱体从结构上可以分为剖分式箱体和整体式箱体。剖分式箱体的剖分面多为水平面，与传动件轴心线平面重合。一般减速器只有一个剖封面。对于大型立式减速器，为便于制造和加工，也可采用两个剖分面。3.附件为了使减速器具备较完善的性能，如注油、排油、通气、吊运、检查传动件啮合情况，保证加工精度和装拆方便等，在减速器箱体上常需设置某些装置或零件，将这些装置和零件及箱体上相应的局部结构统称为附属装置或简称为附件。它们包括：视孔、通气器、游标、定位销、起盖螺钉、吊运装置、油杯等。减速器的机体是用于支持和固定轴系的零件，是保证传动零件的啮合精度，良好的润滑和密封的重要零件，其重量约占减速器总重量的 50%。因此，机体结构对减速器的工作性能，加工工艺，材料消耗，重量及成本等有很大的影响。机体材料采用灰铁（HT150 或 HT200）制造。4.6 滚动轴承的选择计算a)滚动轴承的类型选择有手册查得，选取深沟球轴承原则：（1）轴承载荷 （2）轴承的转速 （3）调心选择29 （4）安装和拆卸这里选取的的轴承的代号为 6316 的深沟球轴承基本额定载荷 KNCr122KNCr5 .860b)滚动轴承的计算滚动轴承疲劳寿命的基本计算公式为： 式)(10PCL（4.27）其中寿命系数 查得3当量载荷（N）P基本额定载荷（N）C轴承左端受力 右端受力NFA5 .4602NFB4 .15172因 又 式arYFxFp0aF（4.28）故左端NFpa5 .4602右端NFpa4 .15172其中 X，Y 由表选取，1x0Y KNccr1223故左端轴承疲劳寿命 式rL6310109 . 1)6025. 4122000(（4.29） 右端轴承疲劳寿命 rL5310102 . 5)1724.15122000(故由公式 得 式3610)(6010pcnLh（4.30） 左端 hLh5557)5 .4602122000(96.16660103610右端 hLh5340)4 .15172122000(96.166601036104.7 减速器的润滑减速器传动件和轴承都需要良好的润滑；其目的的是为减少摩擦、磨损，提高效率，30防锈，冷却和散热。减速器润滑对减速器的结构设计有直接的影响，如油面高度和需油量的确定，关系到箱体高度的设计；轴承的润滑方式影响到轴承的轴向位置和阶梯轴的轴向尺寸等。因此，在设计减速器结构前，应先确定减速器润滑的有关问题。1.传动件的润滑绝大多数减速器传动件都采用油润滑。其润滑方式多为浸油润滑。对高速传动，则为压力喷油润滑。a)浸油润滑浸油润滑是将传动件一部分浸入油中，传动件回转时，粘在其上的润滑油将带到啮合区进行润滑。同时，油尺上的油被甩到箱壁上，可以散热。这种润滑方式适用于齿轮圆周速度，蜗杆圆周速度的场合。smv/12smv/10箱体内要有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要。为了避免油搅动时沉渣泛起，齿轮奥油池的距离大于 3050mm，为保证传动件充分润滑且避免搅油损失过大，应当要有合适的浸油深度。b)喷油润滑c)当齿轮圆周速度，或蜗杆圆周速度时，粘在传动件上的油由于smv/12smv/10离心力作用易被甩掉，粘合区得不到可靠供油，而且搅油使油温升高，此时应用喷油润滑，即利用液压泵润滑油通过油嘴喷至啮合区对传动件润滑。2.滚动轴承的润滑对齿轮减速器，当浸油齿轮的圆周速度时，滚动轴承易采用油脂润滑；当smv/2齿轮的圆周速度时，滚动轴承易采用油润滑。smv/2对蜗杆减速器，下置式蜗杆轴承用浸油润滑，蜗轮轴承采用油脂润滑或刮板润滑。1)油脂润滑 油脂润滑易于密封，结构简单、维护方便。采用油脂润滑时，滚动轴承的内径和转数的积一般不易超过。为防止箱内油进入轴承而使油脂稀释流出，ndmin/.1025rmm 应在箱体内侧设封油盘。2）飞溅润滑减速器内主要有一个传动零件的圆周速度，即可利用浸油穿的教案旋转使smv/2润滑油飞溅润滑轴承。一般情况下，在箱体剖分上制出有油沟，使溅到箱盖内壁上的油流入油沟，从油沟导入轴承。当传动件时，分溅的油形成油雾，可以直接润滑轴承，此时无需制出油沟。smv/33)刮板润滑下置蜗杆的圆周速度时，但蜗杆位置低，可以直接润滑轴承，飞溅的油难smv/2以达到蜗轮轴承，此时轴系可以采用刮板润滑。314）浸油润滑下置蜗杆轴承的润滑是常见的浸油润滑方式。表 4-4 在本设计中用到的标准零件如下图：零件名称个数材料备注螺栓 M20x12010GB5780-86键 32x631铸钢GN1096-96键 28x1001铸钢GN1096-96键 32x1101铸钢GN1096-96键 25x501铸钢GN1096-96垫圈 326HT500GB95-85垫片 M2214GB93-87-6深沟球轴承 63161GB/T276-93深沟球轴承 63101GB/T276-93深沟球轴承 63201GB/T276-93螺钉 M208GB65-85螺钉 M164GB65-85圆柱销 A8x302GB117-864.9 开式齿轮传动的设计1.齿轮材料的选择小齿轮的材料用 40Cr，硬度为 241HB 286HB，平均取为 260HB，调质量处理，大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度为 229286HB，平均取 240HB。齿宽系数由机械手册查表得d0 . 1d40Cr 的接触疲劳极限由机械手册查表得limHMpaH6101lim MpaH4802lim初步计算的许用接触应力MpaHH5499 . 01lim1 MpaHH4329 . 02lim21) 转矩 mNnPTmd.107 . 469.37189009550955061对于硬齿面闭式传动，传动尺寸有可能要取决于软齿弯曲疲劳强度，故齿数不宜过多。故取305Z2）校核计算 a) 初步计算模数 式YYYZKTmSAFAFd32512（4.31）齿形系数 查表得FaY46. 2FaY32应力修正系数 查表得saY65. 1saY重合度系数 Y68. 075. 175. 025. 0Y载荷系数 K2HHVAKKKKK 45. 349. 129. 12 . 15 . 1齿宽系数 d7 . 0d3325168. 065. 146. 24809007 . 047500045. 322YYYZKTmSAFAFd76. 8m故齿轮模数9mc) 许用弯曲应力的计算 minlimFXNFFSYY 弯曲疲劳极限 查得limFMpaF600lim 弯曲寿命系数 NY0 . 1NY 尺寸系数 XY0 . 1XY弯曲最小安全系数 FMINS25. 1FMINSMpaSYYFXNFF48025. 1600minlimd）工作载荷 NdTF33571280470000022533 。20cos112 . 388. 1553zza 73. 120cos8513012 . 388. 1。 齿向载荷分布系数由机械设计手册查得取HK 33233210bCdbBAKH 49. 12801061. 0116. 017. 132 载荷系数 2HHVAKKKKK 45. 349. 129. 12 . 15 . 1 重合度系 76. 0373. 143433az弹性系数由机械设计手册查得EZMpaZE8 .18933 节点区域系数由机械设计手册查得HZ5 . 2HZ 接触最小安全系数由机械设计手册查得limHS05. 1limHS 接触寿命系数由机械设计手册查得NZ18. 1NZ 接触寿命系数由机械设计手册查得NZ18. 11NZ 31. 12NZ MpaSZHNHH5 .65805. 118. 1610lim11lim1 MpaSZHNHH9 .59805. 131. 1480lim22lim2 验算 uubdKTZZZEH122532 84. 2184. 2266266470000044. 3276. 08 .1895 . 222H245.544HHMpa计算结果表明，接触疲劳强度比较合适，无须调整。表 4-5 开式齿轮的主要参数：名称符号单位5Z6Z 续表 4-5名称符号单位5Z6Z模数nmmm99分度圆直径dmm270765齿数z个3085齿宽bmm290280345 其他零件的设计制动器是功能是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态功能的装置，集工作装置和安全装置于一体，是保证机器安全正常工作的重要部件。很多机械产品上采用的制动器已发展成为制动系统，即完成制动过程的操纵或控制系统、制动装置以及其他一些辅助设备等，组成了一个完整独立的制动工作系统。例如气动制动器或气动操纵、控制和辅助装置；液压制动系统，包括液压制动器和液压操纵、控制和辅助装置。制动技术的发展，使制动系统成为集机械、电、液、材料、计算机技术于一体的现代化装置。制动器的设计，应考虑制动器的类型、性能如何满足配套主机的要求，以及可靠性和经济性。例如：起重运输机用的制动器要求制动力矩随外载荷变化而变化、有制动衬垫磨损的自动补偿装置以及遥控系统等；飞机的制动系统要求能适应各种跑道路面的条件，改变自动力矩大小，保证飞机轮胎不被跑道擦伤而导致爆破，矿井巷道内下运带式输送机的制动，为防止爆炸，采用液体制动原理，成为机、电、液、联合制动系统等。为了确保卷扬机的安全，可靠地工作，必须装设制动器。建筑卷扬机至少要装一套常闭式的支持制动器，并常采用带式制动器和外抱式制动器。在本设计中才用 YWZ 推杆制动器。5.1 制动器的设计计算35常用的外抱块式制动器已经标准化，已有多种产品可以选用。这类产品在电控卷扬机上应用普通，可根据计算制动力矩初选型号，然后进行发热校核计算。在制动器的选用上选择 YWZ 推杆制动器，YWZ 推杆制动器的主要应用特点是：动作平稳，无噪声，寿命长，尺寸小，重量轻；动作快，每小时可以接触 2000 次，补偿型单推杆能自动补偿闸瓦磨损，不需经常调整和维修；可调型单推杆，上升下降时间可调，其范围为 0.51.0S;安全可靠.用于较高的制动器.起升,运行及旋转机构均适用.5.1.2 制动器制动力矩的确定a) 制动器制动力矩根据下式确定 式tjzKTT)(25855014774375. 1mmNTjz（5.1） 式中换算到制动轮上的载荷转矩tT)(mmN iTTt)(14774381. 034.7213194700mmNTt式中垂直载荷对其轴的转矩；T)(mmN 制动轴到载荷轴间的传动比； i34.72i 从制动轴到载荷轴之间的机械效率； 85. 0制动安全系数，由建筑卷扬机设计查得K75. 1Kb)制动器型号的选择由于常用的制动器已经标准化因此它的设计型号选择后的校核设计应保证计算出的制动器的制动力矩公式 式ejzTT（5.2）式中为由标准系列表中所选制动器的额定制动力矩；eT上式所得，有离合器制动器选用手册查得该卷扬机的制动器选mmNTjz55.258用型号的制动器25300YWZ制动轮直径mmD300mmB14015.1.2 制动器的发热计算a)下降控制用制动器对于下降制动器或在温度较高环境中频繁使用的制动器需进行热平衡计算，使制动时产生的热量通过辐射和对流散发到周围的空气中，以保证制动装置的正常工作 1)制动时制动轮每小时能发出的中热量,制动时间产生的热量应由制动轮全部散发，即 式321WWWW散（5.3）36 式中制动时制动轮每小时散发的热量；散W)hKJ（ 制动时制动轮每小时通过辐射散发的热量；1W)hKJ（ 制动轮时停止时每小时通过自然对流散发的热量；2W)hKJ（ 制动轮旋转时每小时通过强迫对流散发的热量。2W)hKJ（424122111100273100273)(ttSCSCW 式中制动器摩擦复面材料的温度；由建筑卷扬机设计查表得；1tCt01220 环境温度； ；2tCt0220 光亮面的辐射系数； 1C)(44. 521chmKJC黑暗面的辐射系数； 2C)(1822chmKJC制动轮的光亮面面积； 1S)(2m制动轮的光亮面面积； 1S)(2mcFttSW121312 式中自然对流散热系数； 取1)(2chmKJ93.201 制动轮总面积（被摩擦复面材料覆盖的面积不计在内）；3S)(2m 电动机负载持续率。cF cFttSW21423)(hKJ 式中强迫对流散热系数 ；2)(2chmKJ78. 027 .25 v 制动轮外圆周表面线速度；V)(sm 制动轮缘的内外圆柱表面积。4S)(2m 2)下降控制制动器每小时制动产生的热量 式310zHQWd制（5.4） 式中当量载荷；dQ)(N 到制动停止时的载荷下降平均高度；H)(m 从载荷轴到制动轮轴的机械传动效率； 每小时下降控制制动次数。Z 3)热平衡条件 制动过程中产生的热量应小于制动轮散发的热量，即制W 式321WWWWW散制（5.5） 5.2 联轴器的设计联轴器为机械式联轴器的简称，它主要用来作为传动系的轴向联接，也可用作回转 37件间的相互联接，是机械设备的重要部件，应用广泛。联轴器的种类很多，根据不同的情况.正确选用联轴器将会况对机械设备的良好工作状况及性能具有重要的影响。5.2.1 联轴器转矩的计算 联轴器的选用是根据负荷情况，计算转矩轴端直径，工作转速及工作条件和环境等因素进行考虑。联轴器的计算转矩公式： 式nHwcTnPKnPKKTT70209550（5.6） 式中联轴器的计算转矩；cT)(mN 联轴器的理论转矩；T)(mN 联轴器的公称转矩；nT)(mN 驱动功率；wP)(kWKWPW22 驱动功率；HP)(kW 联轴器的工作转速度；n)min(r960n)min(r 联轴器的工作情况系数。 K1KmNnPKKTTwc9 .21896022955019550由选用的液压推杆制动器可知道制动轮的直径25300YWZmmD3000故在本卷扬机设计中选用型带制动轮弹性柱销联轴器。3HLL型带制动轮弹性柱销联轴器的主要尺寸和基本参数见下表：3HLL表 5-1型带制动轮弹性柱销联轴器的主要参数:3HLL型号公称转矩)(mNTn许用转速 )min(rn0D)(mmD)(mmB)(mm转动惯量)(2mkg 质量m)(kg 续表 5-13HLL630190031516013208.13255.3 吊钩、滑轮组的设计5.3.1 起重吊钩吊钩采用专用的材料，常用整体锻造或用厚钢板切割而成。钩号 0.0640 的吊钩采用模锻；钩号 10250 的采用自由锻；38钩号 0.065 直柄单钩，柄端结构为型式 ，用与轻小型起重设备；钩号 612 柄端结构为型式，用与起重机械或轻小型起重设备；钩号 40250 柄端结构为型式，用与起重机械；钩号 0.065 柄断为年普通螺纹；钩号 6250 柄端为梯形螺纹；选取吊钩强度等级为 M 级，由表取得材料 Q235 钢机构工作级别 3M因起重量=额定拉力=50KN故选取钩号为 1 的起重吊钩。5.3.2 滑轮组的设计 1）滑轮结构和材料 滑轮常装在固定心轴上，简单的滑轮常采用滑动轴承，目前使用滑轮绝大多数采用滚动轴承。滑轮类型 滑轮材料 用途实体滑轮 Q235A 、T150 滑轮直径，轻级或mmD350中级类型的起重设备。铸造滑轮 QT450-10 中型滑轮，滑轮直径mmD350 ZG235-45 一般铸成幅板上带孔和筋或铸成轮幅结构，承载能力较大； ZG270-500 ZG35Mn焊接滑轮 Q235A 大型滑轮，滑轮直径mmD800注：滑轮的轮毂与轴孔直径比一般为（1.5-1.8）:1;2)滑轮直径的选用的系列和匹配滑轮的名义直径为滑轮的槽底直径 D,该值的大小与钢丝绳的疲劳强度有关,所以不能选取太小,但选取时是按照钢丝绳中心处的计算直径 D; 式dKDe1min（5.7） 式中 d钢丝绳的直径（mm）; 与建筑卷扬机的工作级别和钢丝绳的结构有关的系数，其值可按表1eK中取得，此处建筑卷扬机的工作级别为，则；6A201eK39 故mmmmD3504802420min0 则选取铸造滑轮，材料选取 ZG270-500；3）滑轮组的种类 钢丝绳依次饶过若干定滑轮组成的装置称为滑轮组。滑轮组按构成形式不同可分为单联滑轮和双联滑轮组，建筑卷扬机广泛采用带有导向滑轮的单联滑轮组。4）滑轮组的倍率对于单联滑轮组，倍率 a 等于承载分支数；cZ即cZa 此处倍率=4；cZa 由表查得可知滑轮组的倍率为%5 .97n5）滑轮组绳索最大拉力maxF 式naKQGF)(8 . 90max（5.8）式中 Q起重质量（） ；kg 取物装置（如吊钩组等）质量。 （可忽略不计） ；0Gkg 滑轮组倍率；a 滑轮组型式系数，当采用单联滑轮组时，K=1；K 滑轮组效率；n故 NF50268 . 95 .9750000max5.3.3 排绳器的设计大容量绳、大功率的建筑卷扬机（一般）以及安装使用的卷扬机，为确KNFe120保钢丝绳的排列整齐，工作可靠，应设置排绳装置，即排绳器。排绳器主要由离合器、转速调整箱、双向传动丝杠、支撑光杠、排绳器导辊等组成，排绳器的工作过程见P186（建筑卷扬机设计指导书）所示。电机 1 的旋转运动经三级圆锥圆柱齿轮减速器、联轴器、开式齿轮传动驱使卷筒传动。链轮 7 于卷筒固连在一起随之转动，迫使排绳器导辊 12 往复直线运动进行均匀的排绳。爪型离合器在停车的情况下，用来调节钢丝绳与卷筒的相对位置，可保证钢丝绳均匀的缠绕在卷筒上。虽然，若使钢丝绳在卷筒上均匀缠绕，卷筒转一转时，钢丝绳应能移动一个缠绕节距。因此必须保证卷筒与调整箱出轴（丝杠轴）之间具有正确的传动比，以使传动导辊在双向丝杠走过的距离与钢丝绳实际的缠绕距离相匹配。建筑卷扬机系钢丝绳多层缠绕，钢丝绳工作时被挤压，缠绕卷筒时排列的绳距与钢丝绳直径略大一些，设计排绳器时，40其绳距，或略大一些。)(5 . 02 . 0mmdt绳双向丝杠总行程按下式计算： 式DBLk（5.9） 式中 B-卷筒容绳宽度（mm）B=1500mm d-钢丝绳直径（mm） d=24mm 则 mmDBLk1476241500在确定此行程时应注意的问题是：当第 S 层钢丝绳缠绕到卷筒一端极限位置时，由于第 S 层钢丝绳排列造成的斜角，使最后一个完整圈与卷筒端侧板间留有一个锲形间隙。怎样钢丝绳不能爬到第 S+1 层，而当卷筒继续转过大约时，方能爬上 S+1 层，。180120为此，需要驱动钢丝绳的装置在原位停留相应的时间。6 本卷扬机的使用与维修简介建筑卷扬机的正确使用和维护对于保证生产安全和机器使用寿命具有重要意义。6.1 建筑卷扬机的安装和调试41建筑卷扬机在安装、拆卸和搬运时，不的过分倾斜，必须平稳地起动，不的发生冲击和猛烈的震动。建筑卷扬机在安装中可作为移动使用或固定使用。做移动使用的须将建筑卷扬机固定在方枕木排上，并将木排与底座用钢索与地锚连接牢固，不能有松动现象。固定使用的可用混凝土地基，用水平仪找好水准线，在灌注水泥时须预先留出截面为A B（）的方孔，A，B 尺寸及孔数视地脚螺栓定，当装好地脚螺栓后。再将水泥注2mm入孔中，待硬化后再缓慢均匀的旋紧螺母。地基孔深 H 可视当地土壤情况决定。在建筑卷扬机安装后使用前要作好以下各项检查和调整工作。检查与观察轴承、减速器箱内的齿轮啮合面是否清洁、清除赃物，润滑油应当充足，建筑卷扬机工作应安全可靠，这主要取决与制动装置以及其他相关机件的正确动作，因此在使用前，必须做好检查和调整工作；检查制动闸瓦与制动轮的接触面积应不小于总面积的 80%，松闸时制动闸瓦全部脱离制动，并保持一定的径向间隙，不同卷扬机的间隙大小不一，按技术要求决定。制动器的调正应以连杆和调节螺钉来进行。建筑卷扬机在开动使用前，应首先做好空载运转和空载运转工作，并满足下面要求才能正常工作：(1)制动器平稳安全可靠，动作正确灵活。(2)各传动部分和润滑部分动作灵活，无过大噪声和卡住现象。(3)各联接部分没有松动现象。6.2 建筑卷扬机的一般操作规程1.建筑卷扬机操作应由经过训练并熟悉安全操作规程的工人来担任,并应负有以下责任: (1) 操纵建筑卷扬机。 (2)随时检查建筑卷扬机工作是否正确,周期有无故障,环境是否清洁。 (3)随时检查卷扬机的润滑情况,并及时加油。 (4)随时对建筑卷扬机维护,及时排除故障。 (5)注意吊起的重量是否在额定拉力以内,否则不能工作。 (6)必须注意制动装置的正确性。 (7)遵守安全技术规程。2.准备工作(1)检查本机安置是否正确,螺栓联接处是否牢固紧密,要注意电动机的螺栓紧固情况。 (2)检查钢丝绳在卷筒上固定得是否牢固,位置是否正确,钢丝绳是否有断丝情况。 (3)用无负荷的起动试验检查起重机件及控制器的正常性和转向的正确性。 (4)如果电器设备是由电动机、控制箱、交流凸轮控制器、制动电磁铁所组成的，42凸轮控制器的手把要在“0”位上。3.操作 (1)起动 工作结束后,打开电阻箱门,将空气开关合上阀,接通电源. 按需要的方向转动控制器手轮直到电动机达到稳定运转,而此时转子回路中附加电阻被切除. (2)正常停车 常情况下停车,只将控制器的手轮搬到“0”位即可.此时电阻器的电阻逐渐被加入转子回路中,电动机转速降低,电磁铁断电,制动器工作,主机停车. (3)事故停车 生电器事故时,如过载、失压（一般降低额定电压 10%） 、零压箱内的空气开关断路器的脱扣器即动作，借以切断电源使主机停车，保护了电动机及电器设备。如长时间停车时应打开空气开关，切断电源。6.3 建筑卷扬机的维护1）正常运转情况下,每隔一定时间(大约一年左右)进行一次大修或在一个工期结束后大修一次,更换磨损的轴承及其他易损零件,平时发现问题要随时维修.2）筑卷扬机长期不用,再用时应按新安装的建筑卷扬机或大修后检查试验方法进行,运输保养建筑卷扬机时,应放在干燥处,各部件应有良好的防潮,防腐等措施.3）卷扬机的运行过程中,随时观察和检查制动器、离合器、停止器的作用及磨损情况，及时排除故障。4）拆装过程中,注意配合表面不要碰伤,检查摩擦表面磨损情况等,如影响机器使用应技术更换.5）筑卷扬机在工作中容易发生的故障及处理方法:(1)制动器磨损后间隙过大,影响制动可靠性,应及时调整间隙或更换元件.(2)轴承由于磨损或润滑不良产生过热,应视其情况,改善润滑或更换元件.(3)因固定轴承的螺栓不紧造成轴承发生振动,应及时旋紧螺栓.(4)由于过载电动机发热或电动机轴承发热,需停车冷却,按时加油,减少负载.6）检查电气设备之前,必须事先打开电源开关,电器必须保持清洁,为此必须定期清洁清除灰尘、脏物、油腻等，不允许触头有油，烧损或氧化的接点应用细砂纸磨平，绝缘圈不准用汽油洗，为防止衔铁铁锈芯接触面生锈，应定期用机器润滑油，然后擦干净，电阻器铸铁铁片各段应经常检查是否断裂。当电动机在额定载荷下运行，最大允许不平衡电压为 5%，不平衡电流为 10%，此时应注意电动机的旋转声音是否有异常，电刷和滑环间有无火花，注意电动机是否发热不得超过允许值。6.4 建筑卷扬机的安全技术431 操作人员在工作中一定要严格遵守操作过程，做好交接工作，在工作时必须要给周围工作人员发出信号，不得靠近机器，操作人员离开机器时必须切断电源。2 建筑卷扬机在工作时，不许将任何物体靠近建筑卷扬机，或者落在建筑卷扬机上。3 建筑卷扬机在工作时严禁突然断电。4 在重物下滑时，不许钢丝绳张力松弛，卷筒上留的钢丝绳至少在 3 圈以上。5 起吊重物有较长时间不卸时，应使停止器合上。开车前应首先将停止器脱离开。6 在起重物下或起重物桅杆下不得站人，更不允许起吊载人。7 如果带重物跑车时，不得用停止器，而只能用制动器逐渐加力制动。如果用力过猛，就会使机器受损。8 起动设备和电动机应接地，电器控制箱在操作时不许打开。9 当发现机器有任何故障或损坏时不得继续使用。10 在提升的极限高度处应设限位开关以防止过卷，造成设备损坏。11 严禁接地线与三箱四线制中线联接，各种电气线路必须设短路保护。结 论从上述章节的分析计算中，可以看到卷扬机在理论上是可行的。在设计中主要是对卷扬机的传动、总体和工作机构的设计。在设计的过程中我觉得建筑卷扬机的机械化程44度不高，有的卷扬机操控也较繁琐。在本设计中对传动部分和控制部分进行了一些改进。卷扬机的传动部分采用的是二级齿轮减速器加开式齿轮传动。在设计传动部分时由于考虑到总体结构的大小。原先的三级齿轮减速器由于结构较大，后采用了二级齿轮减速器加开式齿轮传动。由于我过分的注重总体结构的大小，所以在设计减速器时对减速器的润滑和密封考虑的不太全面。这也是设计中所存在和以后需改进的主要问题。对于卷扬机的制动部分设计中采用了液压推杆制动器。采用了该制动器使卷扬机的总体结构变得简单，对卷扬机的操作更方便。同时对卷扬机的制动更加的可靠。毕业设计已经结束，通过这次毕业设计使我提高了分析问题、解决问题及实际动手的能力，最重要的是此次毕业设计使我把理论和实践有机的结合在一起是真正的实际和理论的统一。它是使我从学生渡过社会的毕业设计。总之，毕业设计是对我四年来是最好的检验。由于本人知识水平有限，错误在所难免，在此请众位老师和同学多多指正和批评！致 谢 本人初次设计卷扬机时，觉得此方面的知识太少，无从下手。时间在无奈中慢慢流45逝。指导我的徐老师，耐心指导我，在卷扬机结构设计中，当我无法得知其中原理后，徐老师有循循善诱，才使我有了更深的理解。在绘图过程中，徐老师不辞劳苦的指导我，使我从对 CAD 的懵懂到对 CAD 的熟练使用。让我在绘图过程中，取得了惊人的进步。在此，我表达中心的感谢！在几个月的论文设计中，徐老师严谨的学术作风、治学态度，严实的工作作风，以及平易近人的师长风范给我造就了良好的设计环境。徐老师不仅关心我的设计，还在生活上给了我无微不至的关怀，这些都是我不断前进的动力，必将对我今后的学习和生活受益匪浅，我将终生学习和铭记。在此，谨向徐老师的培育之恩表示最深的谢意！再次感谢学校又给我们一次锻炼的机会，让我们又一次运用所学的知识应用于实践中。感谢学校对我四年的培养，让我在学校里不仅学到专业知识，还学到了一些为人处世的道理，让我们以后多了一些适应社会的本领，我不会辜负学校对我的期望，在以后的人生道路中会用自己的知识为学校争光，为社会和祖国的建设做贡献，努力使自己成为四有新人。再次感谢学校、老师对我们的厚爱!参考文献参考文献1 齐国治. 建筑卷扬机设计D.机械工业出版社,1996.462 邱宣怀.机械设计D.高等教育出版社,2006.3 龚桂义.机械设计课程设计指导书D.高等教育出版社，1982.4 龚桂义.机械设计课程设计图册D.哈尔滨工业出版社，1982.5 成大先.机械设计手册D.化学工业出版社,1993.6 汪恺. 机械设计标准应用手册D.机械工业出版社,1997.7 周明衡.离合器制动器选用手册D.化学工业出版社,2003.8 刘鸿文.材料力学D.高等教育出版社,1992.9 甘永力.几何量公差和配合D.上海科技出版社,2001.10 胡家秀.简明机械零件设计使用手册D.机械工业出版社,1999.11 成大先.机械设计手册(新版)D.机械工业出版社,200312 (苏)扎布隆斯基.机械零件D.余梦生等编1992.13 (美)希格利,米什克.机械设计通用手册D.河海大学机械学院译.1993附录Machinery product scheme modern times design 47procedures and developing trendAbstract: Be based on the type designing that the scholar carries out the main thought characteristic time machinery product design at present at home and abroad , summarizing product scheme design procedures for systematization , structure modularization , owing to product characteristic knowledge and four kinds intelligence. The characteristic pointing out four kinds method and their organic connection thinning out mutually, suggest that the product scheme designs the effort direction that the computer realizes.Keywords: Machinery product; Scheme design procedures; Developing trendForewordScience and technologys development , the product function demand at full speed increase by gradually, complexity increases , phase, life-span shortens , renovates and upgrades speed to be accelerated. But, product design, especially scheme machinery product design means , need being to look like being unable to do as well as one would wish , being unable to keep abreast with development of the times. At present, computer-aid product design plotting, designs that the comparison calculating , processing fabrication , the production planning to already studies, wins initial success together broad and thorough, but product exploitation initial stage scheme computer-aid design can satisfy the need designing that but far from. For this purpose, the author goes ahead in the basis having read large amount of document , summarizes that the scheme having summed up the method adopting time the design designing that the scholar carries out a scheme at home and abroad, and having discussed the organic connection and machinery product between various method designs the developing trend that the computer realizes.The scheme designs the what be used method principal character , can the scheme modern times design procedures be summarized for below-mentioned 4-big type according to the product designing that the scholar carries out machinery at present at home and abroad. 1. systematization design proceduresMain systematization design procedures characteristic is: Be systematic design to consider as from the composition some designing a key element one , every is designing that the key element has independent character , one by one, the key element there is existing organic connection in, and is having arrangement of ideas, all design key elements combine being OK to realize the mission designing what system necessaries to be completed the day afer tomorrow.1.1 designs element law48With five solutions designing that the element (function , effect , effect carrier , form element and surface parameter ) describes a productafter thinking that five the value designing an element of a product ascertain that, all product characteristic and characteristic value are to already have ascertained that. The plain that our country also has to design that the scholar has adopt similar method to describe a product is understood. 1.2 artworks build model lawThe design developing analyses and guides system KALEIT, use clear artwork of arrangement of ideas to describe out product function structure and their pertinent abstract information, artwork-rization linkup having realized system structure , function relation between building the model, and the function. 。Will design that partition Cheng assists method and information to exchange two aspect, the structure making use of Nijssen information analysis method to be able to adopt graphical symbol , having the be rich in content semanteme model , characteristics such as being able to describe integrated condition , being able to divide the room restraining a type , being able to realize relations being tied in wedlock arbitrarily, with the relation having designed that method solves and IT carries out integration , having realized the information designing the different in process abstract tier artwork-rization build a model.1.3 conception designs lawThe product scheme is designed dividing into conception and is designs two stages. The plain being that the mission exploring , choosing satisfied design and constituting demands understands the mission making up a mental outline of a stage. The plain being a stage then realize conception concretely understands design stage job.1.4 matrixes design lawAdopt the request function logic tree in the process of scheme design (and or the tree) describes the interrelation between the request , the function , get the function design disaggregation satisfying a request , form the different design plan. The logic tree builds request function correlation matrix again according to request function , to describe the complicated relation between satisfying what request needs a function, relation indicating that the request and the function thin out one to one correspondences out.Kotaetal looks on the matrix as the basis that machinery system scheme designs , space breaks up machinery system design for function son space , every son space expresses a module that the scheme designs only, in abstract stage high-rise , every design that the module uses the vector moving transition matrix and one but carrying out the constraint handling to indicate that; 49Hanging down in abstract stage every designs that the module is indicated that the matrix and one move equation for the parameter tier.1.5 interlinking pursue lawsAnd divide the function being composed of system component into various types such as producing an energy , consuming an energy , changing the energy form , transferring an energy, the function borrowing interlinking picture expressing a component unties, hope will combine owing to the functional model and interlinking picture , the automation realizing the function structure generates the automatic switching between preparing the function structure and interlinking picture , explores the method designing a schemes muchly from interlinking picture creation.2. structure modularize design proceduresSuggest that from the angle planning a product: Definition takes functional-rization product mix as basis when designing a mission , quote already some products untying the mission describing design (if the part component being applied or used universally waits) , is able to remove the contradiction there existing in possibility in designing a mission right away in product plan stage the product being to consider mark of mission each if existence is corresponding right away when breaking up a mission is untied , such,early phase forecasts efficiency , cost , develop and adjustment designing that process is hit by a plans , improve the cost designing efficiency and the reliability designing that , reducing at the same time also a new products from this. Feldmann will describe that the function-rization product mix designing a missions stratifies into four layers, (1) product- (2) functions composition- (3) main functions module- (4) functions components. And adopt the be oriented to application structure-rization characteristic catalogue, the determining the nature and quantify being in progress to function component being more concrete describe that. Develop out implement software STRAT being fit to develop early phase and to design initial stage usage in the product at the same time.Think that major functions can adopt already some products in special use machinery solution, but have special use function however minority that the new model explains, therefore, adopt functional-rization product mix , creating risk to the design appraising special use machinerys, is very advantageous in special use machinery design.3product characteristic knowledge-based design proceduresOwing to product characteristic knowledge design procedures main part, the characteristic is: Use computer to be able to language describe that product characteristic distinguishing and their knowledge and experience designing the field experts, the scheme building the 50corresponding knowledge base and reasoning machine , making use of the field knowledge already storing and the reasoning mechanism building to realize the computer-aid products again designs that.That machinery system scheme is designed is to judge by characteristic had by product mainly , the type, number deducing amounts and decision of strategic importance , accomplishing organization is synthetical as well as knowledge and experience designing the field experts are in progress. Be just going to realize this one stage computer-aid design , must study knowledge automation gain , express , integrated being in harmony managing and be put into use. For this purpose, design that the scholar works specifically for machinery system scheme designs that the knowledge automation handles the research having made a great quantity at home and abroad, method but induction adopting is several below-mentioned species.3.1 codes lawAnd change the function (the shorter form function is basic) according to motion that organization is carried out classifying, the system scheme making use of a code to describe that the function composes in reply yuan ategory of institution , building up organization from this designs the expert system knowledge base. The binary logic speculate is looked at and appraised here on the basis, with mixing up synthesis deciding principle being tied in wedlock, the scheme having built the reasoning mechanism being the expert systems turn and having been used for quad place special use machine tool designs middle.Principle making use of biological evolution theory , making the living things body so that can evolve by natural selection and the generative propagation, before organization scheme design middle, apply the network picture to comment on method that the organization structure is expressed for topology picture , pass the code technology again, the binary system number changing organization structure and function into individual chromosome goes visiting, work out and adaptive value according to design demand , apply biological evolution theory to breed mechanism under the control of, means such as alternate by choosing, suddenly mutant , the unadaptable individual eliminating adaptive value low, Quick evolution process gets adaptability with the pole optimum individual, namely accord with design demand organization scheme most.3.2 knowledge mixed types representationThe scheme specifically for complicated machinery system is designed , adopt the mixed type knowledge to express way describing that knowledge of all kinds in designing that is suitable to especially , this gets to some extent already common view of a lot of our country design scholar.51In developing the complicated product scheme designing intelligence decision-making hold out system DMDSS, knowledge expression method such as regulation , frame , process and neural networks is tied in wedlock organically in description together, with the knowledge adapting to the type designing middle diversity. Express (regulation , frame and process method) with various unitary knowledge , use the frame slot to express attribute of the marriage partner according to be geared to the needs of marriage partner programming principle, use development of regulation expression marriage partner characteristic, to use process to express the knowledge treatment, the knowledge being composed of one kind of mixed type develops out the be geared to the needs of marriage partner numerical control milling planer speed change box scheme express a pattern, and successful designing intelligent system GBCDIS and speed change box physical design expert system GBSDES .3.3 makes use of knowledge-based exploitation implementIn the shaft coupling CAD system, make use of knowledge-based exploitation implement NEXPERT-OBJECT , having established the be geared to the needs of marriage partner design procedures data base , having provided the broad and reliable design procedures fair amount of confidence for the designer carries out shaft coupling scheme design and physical design by the aid of be geared to the needs of marriage partner method. And need the content designing that owing to that knowledge is in progress in the slide way making use of NEXPERT to describe a straight line then being designed, solution exploring out from this knowledge-based, the slide way developing out a straight line designs the expert system.3.4 designs catalogue lawAnd the structural function module , function explain yuan and organization forms the style going forward one by one three steps to design a catalogue, the catalogue the style going forward one by one this three steps is designed designs the systematic knowledge base and the implement developing assisting designing that as mechanical drive principle scheme intelligence.3.5 example-based methodIn the knowledge base developing the expert system who designs a type, adopt the fundamental predicate to describe design demand , design condition and the scheme choosing, use framed structure to describe the project example and the various concept entity , to do match product design demand by the fact that the technology produces candidate solution owing to the example reasoning.4. intellectualized design procedures52Main intellectualized design procedures characteristic is: According to design procedures learning theory, draw support from Sanwei artwork software , intellectualized the technology designing the software and suppositional real , the product conception , the structure describing a products developing design expression as well as multi-media , the hypermedia implement carry out a products.5. design procedures commentary and developing trend of all kindsTo sum up ,systematization design procedures will design that the mission arrives at the partition carrying out arrangement of ideas concretely (from the mission request designing that to scheme or structure realizing that mission) from the abstract , will design out every layer of target and method wanting to come true , will go from the easy to the difficult and complicated , together from the abstract till every being contacted concretely tier organically, make entire design process systematization, make to design that computer-aid having law but the process following , having method but leaning on , designing that easily comes true.Machinery product scheme designs that the method having no way to adopt the pure mathematics to perform mathematical calculations generally is in progress , also is difficult to use mathematic model to carry out entire description , needs but the reasoning and decision-making carrying out formalized description according to product characteristic , is in progress by the aid of knowledge and experience designing an experts. The scheme therefore, wanting to realize the computer-aid product is designed, must resolve computer memory and wield the parties concerned such as product design knowledge and expert design decision-making problem, form product characteristic knowledge-based design procedures from this.Being deserving to be mentioned: As said or narrated above various method is really not completely isolated, between method of all kinds all existence connection on certain degree, implication has systematization thought right away time the module dividing structure if in structure modularization design procedures, need generally also intellectualized one of the basis designing that wielding systematization and structure modularization method , being a scheme besides, at the same time owing to product characteristic knowledge design when the knowledge base and reasoning machine building the product characteristic and designing method. The scheme designs middle in machinery product , regard the part being applied or used universally , component or organization in common use being able to realize the specially appointed function as structure module , apply the person to systematization and designing that concre in connection with arrangement of ideas designs middle, structure modularization method melts soon among systematization design procedures, not only can swear to design that normalizing, and can 53facilitate design process, raise the design cost designing efficiency and mass , reducing.Machinery product scheme designs that the direction cooperating and design fabrication need forges ahead towards computer-aid realization , intellectualized design and satisfied strange land exactly, software studying starting is later since the product scheme designs the computer realization methods , not having the scheme design implement mature , being able to achieve the aforementioned objectives at present. The author thinks that four kinds type design procedures are to reach this one effective target approach in the culture applying synthetically. The field relating that though these method synthesis applies is more, not only be connected with machinery design field knowledge, and dealing with system engineering theory , artificial intelligence theory , every aspect fields knowledge such as computer soft hardware project , network technology, but still is direction the product scheme must make great efforts as designing that. The research in this respect already wins initial success abroad , our country designs that the scholar realizes that the CAD technology and the international exchange the significance working together also already, the measure ought to adopt and their measure ought adopt附录机械产品方案的现代设计方法及发展趋势54摘要摘要：根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能四种类型。指出四种法的特点及其相互间的有机联系，提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势引言科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型1、系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于 70 年代由德国学者 Pahl 和 Beitz 教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准 VDI2221 技术。1.1设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。1.2图形建模法55研制的“设计分析和引导系统 KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用 Nijssen 信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。1.3“构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。1.4矩阵设计法在方案设计过程中采用“要求功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求功能”逻辑树建立“要求功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。Kotaetal 将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。1.5键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，
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