排缆机构设计

1、第1章绪论1.1 课题设计背景及意义：我国的建筑卷扬机生产已有近40年的历史.而真正定型生产还是在70年代初的事。80年代初我国的建筑卷扬机技术的研究才活跃起来，但和国外的建筑卷扬机技术相比落后至少30年。我国目前生产使用的建筑卷扬机还是70年代定型的产品。在80年代以前，我国还没有制定有关建筑卷扬机的国家标准，也缺少建筑卷扬机的设计、试验、生产、使用规范。全国处于无标准可循，呈现出放任自流状态，产品规格五花八门，结构与技术基本上维持根据日本JIS8001等40年代落后标准及按苏联图纸制造的1011、1012等落后机型，进展十分缓慢。80年代以后，各种竞争机制的引入，科技是第一生产力的概念逐渐

2、被人们所认识，所接受。是我国建筑卷扬机设计制造技术发展最快的时期。国家也制定了有关建筑卷扬机的配套标准、规范。新产品种数近十个，其中最具有代表性的产品有福建省建筑机械厂的行星传动卷扬机、昆明建筑机械厂的少齿差传动卷扬机、长沙建筑机械研究所与福州市建筑机械厂联合开发的仿日本Seib必司采用立式齿轮传动的电控卷扬机.广州市一建公司机械厂的高速卷扬机适应高层建筑的多功能需要，而江苏海门第三机械厂引进专利技术开发的系列多排顶杆蠕动传动的卷扬机分为三大系列：即电控、手控和微机程控三大类，其练台性能优于代表国际先进承平的Seib字型卷扬机，使我国的建筑卷扬机技术跨人世界先进行列。1991年10月通过的省科

3、委组织的专家鉴定意见：该产品整机组合合理、结构紧凑、重量轻、过载能力强、工作安全可靠，与同类产品相比，居国内先进水平，其中传动方式部分的设计构思独特、新颖，受力均匀、合理，属国内外首创。目前国内外广泛使用的建筑用卷扬机，一般均有电机、制动器、独立的减速箱、钢纯卷筒、底架等组成。它们的减速箱通常采用笨重的齿轮减速箱或蜗轮蜗杆减速箱，电机与减速箱、钢纯卷筒的安装形式一般有“n型、J”型、型等。普遍存在的不足是：体积大、过载能力差、噪音大、效率低、使用寿命短、工作不够安全可靠等，有些产品还已列入国家淘汰产品。国内外的卷扬机设计都在致力于缩小体积、减轻重量，提高承载能力，节省能源，工作安全可靠，但都没

4、有理想的可供选择的卷筒内藏减速传动装置，而使设计、试制工作遇到困难。Stocky系列卷扬机采用多排顶杆蠕动减速装置，并将该减速装置直接设置于卷筒内，使设计的卷扬机达到体积小、重量轻、过载能力大、节省能源、工作安全可靠。它的结构是：由减速装置内藏于钢绳卷筒内的钢绳卷筒、左右支架、底架及锥形制动电机呈一字型设置，便于安装运输，力求最佳外型结构形式。当今世界是科技突飞猛进的时代，技术的更新更是日新月异。我们应该把握有利时机，瞄准国际先进水平，从宏观上及时修订新的建筑卷扬机国家标准，以替代8函准。技术进步的主要表现是逐步制订一整套先进标准，用于指导卷扬机的设计生产，使产品质量日益提高，且标准的制订、修

5、改尽量地走在设计的前头，向世界先进水平靠拢，以促进我国的建筑卷扬机技术不断更新，不断发展。生产厂家应该及时掌握市场动态，及时引进先进技术。市场的竞争实际上是科技的竞争，邓小平的“科学技术是第一生产力”的理论越来越被实践所检验，并由实践得到证实。我们的企业只有不断更新现有技术，才能立于不败之地，再也不能让像老式“J”型卷扬机一统天下几十年的落后状态重现。本文主要是对建筑卷扬机的设计，本文设计了一套用于建筑工程中的建筑卷扬机起重载荷为5吨，因为起重载荷较大，从而须设计排纯机构使钢丝绳达到最优排列，提高生产的效率。1.1.2建筑卷扬机的主要类型建筑卷扬机由于应用范围广泛，为适应各种不同使用条件，建筑

6、卷扬机制造成各种不同机型的产品。1 .按钢丝纯额定拉力F分按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分，按GB1955-88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。此参数为卷扬机的主要参数。2 .按钢丝纯额定速度v分钢丝纯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：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19-34m/min的卷扬机。3 .按卷筒数目分一台卷扬机数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。卷扬机按卷筒数目可分

7、为单卷扬机、双筒卷扬机和多筒卷扬机三类。目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机，具卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是辅助卷筒，筒径相对要小些。4 .按动力源分由于工作环境不同，所用的动力源也不同。手动卷扬机用于无动力来源地区的小型卷扬机；电动卷扬机大多数卷扬机皆属于此类；内燃机卷扬机用于无电源的地方；气动卷扬机用于不能使用电源的地方；液压卷扬机与其他设备配备使用而有液压源的场合。5 .按传动形式分开式齿轮传动最早的形式。目前主要用于手动卷扬机；闭式圆柱齿轮传动主要为快速单筒卷扬机，应用广泛。6 .按控制方法分手控卷扬机由人工操纵阀把控制卷扬机提升或下放重物；电控扭控制用电控扭控制电磁铁制动器使卷

8、扬机工作；液控卷扬机用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动；气控卷扬机自动控制卷扬机用限位器来控制卷扬机的工作。7 .按用途分卷扬机由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异。提升重物（物料和构件）要求有一定的速度，以利于提高生产率，并要求高的安全性，以防坠落。设备安装一般设备的质量都较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；为保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。曳引物品因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品能前后运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作。打桩要求卷扬机把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落体下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放性能。

9、8 .2本章小结建筑机械是开发自然资源和向自然界的深度与广度进军的有力技术装备，是基本建设机械化施工的关键所在。建筑机械被广泛应用于农林水力、冶金建筑、能源矿产、交通及国防工程等部门，直接反映了一个国家自然资源开发与基本建设能力的水平。第二章动力及传动机构的计算设计2.1:电动机的确定：根据卷扬机的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制S3和短时工作制S2,并优先选用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；根据本设计要求，综合以上分析，本设计主要选择绕线转子的短时重复工作制S3。建筑卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁。故此次设计

10、采用三相交流异步电动机。卷扬机电动机功率的初选可按所需的静功率计算，然后根据电动机工作方式类别进一步确定电动机的功率，并进行必要的校验。静功率（单位：KW）计算公式为：PgFeve60000424(2-1)式中：Fe钢丝绳额定拉力（N）；ve钢丝纯额定速度（m/min）;卷扬机整机传动效率。这里的传动效率包括传动装置、轴承、联轴器、离合器和卷筒缠绕等的效率。1L,.424（2-2）根据建筑卷扬机的设计选取各传动件的传动效率:弹性联轴器%=99%i2=1卷筒（滚动轴承）。2=97%i5=1链传动3=94%i6=2.5两组8级精度齿轮传动4=97%97%i7=25丝杠5=45%则总传动效率为：=1

11、2=96%选取钢丝绳的速度ve=0.55m/s,则动载系数中=1.094Feve4.9100.5560P=e-=25.52(KW)600006000096%卷筒转速:ne=v-103二De式中ve钢丝纯额定速度(m/min)；De卷筒基准层钢丝纯中心直径(mm)。D-Ked式中Ke一筒绳直经比，是与卷扬机工作级别有关系的系数。Ke为13.5。d一钢丝绳直经ne=-'103="55°父103之9.72之10(r/min)427(23)：De二1080根据机械设计手册表7.64可选取：马达类型：轴向柱塞马达适用工况：结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速较高负载大，有变

12、速要求,负载转矩较小，低速平稳性高应用范围：起重机、绞车型号额定压力/Mpa转速/(r/min)排量/(ml/r)输出转矩/(N.m)柱塞马达1JMD161030020061404714300额定压力P=16mpa排量=1600ml/r设计柱塞马达功率P=pXq=16X106X1600M0q=25.6kw(p为q为排量)电动机2-弹性联轴器3-二级圆柱齿轮减速器4-齿轮联轴器5-开式齿轮传动6-卷筒7、8-链传动9-调整箱10-离合器11-排绳器导辗12-双向丝杠图2-1卷扬机工作原理图2.2减速器类型的确定：减速器主要由传动零件齿轮、轴、轴承、箱体及其附件所组成。本次设计的卷扬机选用双级圆柱

13、齿轮传达动力。因为该类减速器的长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等。下图为双级圆柱齿轮减速器的结构图，其基本结构有三大部分：1）齿轮、轴及轴承组合；2）箱体；3）减速器附件。技术特性功率B输入轴转速r双举总传动比i7P办iJ,1J,“,L1R11.11技术要求,装配前箱体与其它铸件不加工面应清理干净，除去毛'边毛剌，并浸涂防锈漆；.零件在装配前用煤油清洗，轴承用汽油清洗干净，晾干后应涂油；3.齿轮装配后应用涂色法检查接触斑点，圆柱齿轮沿齿高不力、于40%，沿齿长不小于3%；4.调整.固定轴承时应留有轴向间隙0.2-0.5mm;5.减速器内装N220L业齿轮油，油量达到规定深度；6.箱

14、体内壁涂耐油油漆；7.减速器剖分面，各接触面及密封处均不允许漏油，箱体剖分面涂以密至5f胶或水玻璃，不允许使用其它任何填充材;8.按试验规程进行试验.9.高速轴应采用两端全对称结构，当一端损坏时便于调用；图2-2双级减速器结构图箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器,为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。上图中的箱体是由灰铸铁制造的。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联

15、接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。图中减速器下箱座底面是采用两纵向长条形加工基面。为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。1）检查孔为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设

16、置检查孔。图中检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。2）通气器减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。3）轴承盖为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。图中采用的是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承方便，但和嵌入式轴承盖相比，零件数目较多，尺寸较大，外观不平整。4）定位销为保证每次

17、拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。图中采用的两个定位圆锥销，安置在箱体纵向两侧联接凸缘上，对称箱体应呈对称布置，以免错装。5）油面指示器检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位，装设油面指示器，图中采用的油面指示器是油标尺。6）放油螺塞换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。7）启箱螺钉为加强密封效果，通常在装配时于箱体剖分面上涂以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此常

18、在箱盖联接凸缘的适当位置，加工出12个螺孔，旋入启箱用的圆柱端或平端的启箱螺钉。旋动启箱螺钉便可将上箱盖顶起。小型减速器也可不设启箱螺钉，启盖时用起子撬开箱盖，启箱螺钉的大小可同于凸缘联接螺栓。8）起吊装置当减速器重量超过25kg时，为了便于搬运，在箱体设置起吊装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。图中上箱盖装有两个吊环螺钉，下箱座铸出四个吊钩。2.3 钢丝绳的设计计算:钢丝绳是起重机械中最常见的挠性件，由许多高强度钢丝绳编绕而成，可单捻、双捻成形。纯芯常采用天然纤维芯（NF）、合成纤维芯（SF）、金属丝纯芯（IWR）和金属丝股芯（IWS）。纤维芯钢丝绳具有较高的绕性和弹性，缠绕时弯曲应力较小，但

19、不能承受横向压力。金属丝芯钢丝纯强度较高，能承受高温和横向压力，但绕性较差。本设计中卷扬机为多层缠绕，更适合选用双捻制金属丝芯钢丝纯。根据钢丝绕成股和股绕成纯的相互方向可分为：顺捻钢丝绳和交捻钢丝纯。顺捻的特点是钢丝纯绕性好，磨损小，使用寿命长，但容易松散和扭转。它不允许在无导轨的情况下作单独提升，故在不松散的情况下或有刚性导轨时应用为佳。交捻的与顺捻的相比绕性和使用寿命相对要差，但由于纯与股的扭转趋势相反，克服了扭转和易松散的缺陷，故本设计优先选用交捻钢丝纯。根据钢丝纯中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为：点接触钢丝绳、线接触钢丝纯、点线接触钢丝绳、面接触钢丝绳。点接触的特点是：接触应力高，表

20、面粗糙，钢丝易折断，使用寿命低。但制造工艺简单，价格便宜。由于线接触钢丝纯比点接触钢丝绳的有效钢丝总面积打，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纯，可以采用较小的滑轮和卷筒，从而使整个机构的尺寸减小。点线接触是一种混合结构的钢丝纯，里面是点接触，外面是线接触。面接触的接触应力比线接触要小，从而进一步改善了钢丝纯的性能，但钢丝纯的绕性较差。由以上分析可知，卷扬机宜选用不易松散和旋转向小的线接触钢丝纯。综上所述，本次设计中初步选用：交捻制金属丝芯线接触钢丝纯。2.3.1 钢丝绳直径的确定：卷扬机钢丝绳基于多层缠绕，钢丝绳的受力则比较复杂。为简化计算，钢丝纯的选择多采用安全系数法

21、，这是一种静力计算方法。根据设计要求，钢丝绳需要承载5吨的拉力。即为额定拉力FeFe=MG=5103>9.8=4.9104（N）根据设计要求，该卷扬机属于中载荷工作状态，按利用等级和载荷状态的分类可将本设计卷扬机定为A4工作级别。钢丝绳直径：80mm钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒，除产生拉应力外，还有挤压、弯曲、接触和扭转等应力，应力情况是非常复杂的。实践表明，由于钢丝绳反复弯曲和挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原因。钢丝绳破坏时、外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂，随着断丝的数目增多，破坏的速度逐渐加快，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

22、直经之后，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相关机件的合理配置。钢丝绳在卷筒上的固定应保证工作时安全可靠、便于检查、装拆及调整，且固定处不应使钢丝纯过份弯折。绳端常见的固定方式有：压板固定和楔块固定两类。通过比较，本次设计中采用的固定方试为压板固定。结构方式如下图所示：J-旋转<图2-3钢丝纯固定图钢丝纯纯端从端侧板预留斜孔中引出至板外，通过压板和螺钉把绳端正固定。为了安全起见，压板数目至少为两个。这种纯端的固定方式，卷筒结构简单，对铸造卷筒及钢板焊接卷策都适应。2.4 制动器的确定：制动器的原理和形式各有不同，但制动过程最终是设备上摩擦片和制动盘（轮）的

23、接触过程，从制动器得到信号到摩擦片接触制动盘这一段时间称为制动器的响应时间，摩擦片接触制动盘到制动盘的旋转停下来是制动器的做功时间，这两段时间的和可称为“制动时间”。从制动的目的来看，制动时间越短越好。但从制动的原理来说，运动的能量在短时间消失，必然有一个能量的释放或转化过程。对于起重机械主起升机构来讲，高速端的工作制动器制动力矩小，但制动盘速度快、行程长，所以能量的转化相对来说合理一些；而低速端的紧急制动器制动力矩大，制动盘速度慢、行程短，能量的释放就剧烈，引起的冲击将是破坏性的。结合本次设计的需要本次设计选用YW系列电力液压块式制动器。因为该系列制动器广泛用于起重，运输，冶金，矿山及建筑机

24、械中各种机构的减速和停车制动。具有制动平稳，安全可靠，维修方便，耗能少，寿命长，无噪音等优点。制动衬垫为卡装饰整体成型结构，更换十分方便，快捷。其操作次数每小时可答次数720次，符合JB-ZQ6333-86S标准。采用单推杆电力液压推动器作为驱动装置的制动器与采用双推杆的制动器相比，具有动作速度快、使用寿命长、允许的最高操作频率高等优异的技术指标。使用条件和规程：环境温度：-25CN+45C-空气相对湿度不大于90%-在无爆炸危险的介质中，且介质中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体和导电尘埃的环境中-安装地点的海拔高度符合GB755-87标准；用于三相380V50H及流电源。工作原理与结构特征：1

25、、结构特征制动器主要由底座、制动臂、制动瓦、弹簧、杠杆、推动器等部分组成。推动器主要由两部分组成，驱动电机及器身（离心泵），器身部分由盖、缸、活塞、叶轮及转达轴组成。2、工作原理当推动器通电时，电动机带动转轴及转轴上的叶轮旋转，在活塞内产生压力，使固定在活塞的推杆迅速上升，推动连接杠杆压缩主弹簧使制动瓦张开，机构得以运动推动器断电时，主弹簧的力将制动瓦压紧于机构的制动轮上使机构停止运动。3.安装尺寸可曳器组号罚SiTiJmL力乐<N.m)晅距(mm)ADCdEFGJ1Hhi1KMn土崎LQrwt-ifiO/isucO-S346陌160137141609。15595132551301456

26、2S-160/25TMQG15443537rwt-pwis1251.0-200137uLJ90：sc器jISO1三三14S82&YwZj-200252253玛154*4043YWZ.-25G?5Z2S1.251002SC田G三10TOO20510047S19065100ISO10$，；¥WZt-25045<00f空!*wYWZ»*3t5/25统tr25SlO3315用博245120345固33522S8C支。2SO1072YWZf-3T5M5&3C565176SK7&YWWl315,取12505802IC5M1(Mrwz1-400/45&

27、;3C1.6600160400176223m14fl310,4C6S52B01002702751210?-400/901250610於$2107W1曲YWZl400T25180C2547001砧YTO-50C9016OD1.6i700wc2102236S18035515079133513G32533Q16202YWZlSGCT侬?25072025425B4522CWZi-500180315C72085022卮YWZ；-3012528002Qfl15N5。630254274702201801025425170：40040020*¥W2l&30.1g40coeis254W253s

28、tYWZ630-3207100875375103C38SYWZ,-710/10045GD209052307102542752D240500IK11454751904504522S475YWZi-&00320100W之SH70320800375275952即TSO1245S3021052051030溺2.6链传动的设计计算链传动属于具有中间绕性件的啮合传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。与齿轮传动先比，链传动的制造与安装精度要求较低；链轮齿受力情况较好：有一定的缓冲和减震性能；中心局可大而结构轻便。与摩擦型带传动相比，链传动的平均传动比准确；传动效率高；链条对轴的拉力较小；同样使用条

29、件下，结构尺寸更为紧凑；止匕外，链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节工作量较小，并且能在恶劣环境条件下工作。链传动的应用范围很广。通常中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动，环境恶劣的开式传动，低速重载传动，润滑良好的高速传动等都可成功的采用链传动。1）卷扬机工作时，为保证绳索始终与卷筒垂直，则排绳装置的链轮传动比应为：15.3(29)pZ21=dsaZi上式中：P螺杆螺距（mmds缆绳直径（mmZi大链轮齿数Z2小链轮齿数a筒上每圈钢丝纯间的间隙（mm卷筒所用绳索，当ds、于20mm时，as0.5mm20s40mm时，as1.0mm大于40mm时，as2.0mm本次设计中a为4.0mm2）卷

30、筒工作部分长度：L=（ds+a）.（Q1）mm15.3（210）（Q为卷筒每层能排列绳的圈数，但实际上排纯时纯是螺旋缠绕的，即只能绕Q-1圈数）3）梯形螺杆的有效长度：I'=0.5NP15.3（211）（N为不为零的正整数）4）根据排纯的工作要求：卷简工作部分长度应等于梯形螺杆的有效长度则有：L=(dsa).(Q-1)=I'=0.5NP15.3(212)推出链轮传动比:pQ-1Z21=dsa0.5N乙15.3(213)卷扬机基本参数如下：卷筒直径：D=1000mm卷筒长度Lt=1800mm钢丝绳直径：d=80mm卷扬机增设参数如下：缆绳缠绕层数：n=5筒上每圈钢丝纯间的间隙：a

31、=4mm卷筒第一层负载：49kN额定速度：33m/min1、容纯量（共五层）：LT（nn(DT+nds)T460m10002、每层缠绕圈数:cLT1800Q二二21dsa8043、卷筒工作部分长度:L=(dsa).(Q-1)=(804).(21-1)=1680mm4、初步取丝杠螺距P=30mmi二一二二dsa0.5N305i=一=一8414(Q-1)(dsa)2084=1120.5P0.5306、根据上述计算，链传动传动比i=0比较合适147、选择合适的链条:以卷筒的负荷49KN的三分之一即16.3KN作为抗拉载荷，从（机械设计手册GB/T12432006表6.2-2中选择对应的单排链条型号为

32、08B,并查得链条节距p=12.7。8、链轮的齿数的确定根据卷扬机的结构布置,链轮是安装在卷筒的轮毂上的，则初步将链轮的分度圆直径定为d=180mmd=sin180z180180z=-P=.12.7sinsind180齿数取整数z=45=44.4829.螺杆轴向工作速度的确定Vxdsa0.084八=0.014m/ststs为卷筒转一圈的时间从GB/T12431997附录A,根据单位分度圆直径查表A1,可得小链轮的齿数为Z2=67,则大链轮齿数Z1=Z2Xi=67&5=167.5,由于大链轮齿数不是整数，须调整小链轮的齿数，为Z2=68,则大链轮齿数为170。第三章卷筒的设计计算3.1轴

33、的设计计算由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的安全，可靠工作非常重要，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；止匕外，对较长的轴还需校核轴的刚度。已知:钢丝绳的额定拉力Fe=49KN,卷筒直径D0=1000mm,钢丝绳直径d=80mm,直齿圆柱齿轮分度圆直径d1=180mm。轴材料选45钢，调质处理。<TB=650MPa,<Ts=360MPa,<T=300MPa,<Tb0=100MPa。asaaa该卷筒轴用轴端挡板固定于焊接的钢板支架上，是不动的心轴。对其强度校核应按钢丝绳在

34、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，因此应按右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50mm,右端距支承点60mm。图3-1卷筒轴系结构1.作用力计算：齿轮圆周力:F"2Td1Dd2Fe22d14169(31)齿轮径向力:Fr=Fttg;_49(100080)180=294(KN)=49tg20=17.82(KN)将轴上所有作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，见右图缩示:2 .垂直面支承反力及弯矩求支反力，见右图b(778.550)Fe-50Ft吗Rdv=4(38

35、88.54(32)-3)Rcv=42.93(KN)(778.560)Ft-60Fe888.5=42.93(KN)求弯矩，见右图cMAV=50RcV=50M(-42.93)=-2456.5(KN.mm)4169(3-4)Mbv=60Rdv=60父(-42.93)=2575.8(KN.mm)3 .水平面支承反力及弯矩求支反力，见右图dRDH=皿=细888.5888.54169(3-5)RCH838.5Fr888.5838.517.82888.5：16.82(KN)弯矩计算，见上图e4169(3-6)Mah=50Rch=5016.82=841(KNmm)Mbh=60Rdh=601=60(KNmm)求

36、合成弯矩：见上图fMA=fMAV+MAh=V2456.52+8412=2596.47(kNmm)-4169(37)MB=，M；V+M2H=V2575.82+602=2576.5(kNmm)4 .工作应力的计算此轴为固定心轴，只有弯矩，没有转矩。由上图可知，最大弯矩发生在剖面B处设卷筒轴该剖面直径为dB,则弯曲应力为林产"4%MA2596.510170则：db>3(：=-=3f=63.796(mm)4J(39)0.1上/0.1100圆整后dB=66mm,中间轴段d0=66-5=61mm5 .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Fd=KdFe417

37、0(3-10)式中：Fd钢丝绳的当量拉力（N）;Kd当量拉力系数，见建筑卷扬机的设计公式（210）为使计算简便，可假使Kd=1o由前述可知，心轴应力的性质可认为是按脉动循环规律变化'则"二a=£。弯曲应力为KMa0.1dB12596.471030.1663=99.04(MPa)4170(311)平均应力m和应力幅3为:0b99.04、二m=；：a-=45.52(MPa)22轴的形状比较简单，且为对称结构，在A截面处尺寸有变化，则有应力集中存在，且该处弯矩最大。可认为A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K二二1.88,表面状态系数一：=0.

38、92,绝对尺寸系数=0.78,等效系数：?.=0.34o疲劳强度计算的安全系数为：Sd=-78300=2.234170(312)寸二a"m0245.520.3445.05股轴疲劳强度安全系数S=1.51.8,所以该轴疲劳强度足够。6.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：.170_Fjmax=邛Fe4(313)式中：Fjma二一静强度计算最大拉力(N)；中动载荷系数，见建筑卷扬机的设计表25。此处取呼=1.35静强度计算安全系数:Ss-二一一Mmax/WMA/W4170(314)=1.99360_一，_31.352596.47/0.164因为有”/%

39、M0.6时，ts=1.21.4,所以该轴静强度足够。3.2卷筒的设计计算:卷筒的类型较多，最常用的是齿轮连接盘式和周边大齿轮式两种，具结构特点是卷筒轴不受转矩，只承受弯矩。带周边大齿轮的卷筒多用于传动速比大，转速低的卷筒。周边大齿轮，一般均为开始传动。在起重高度较高时，为了缩小卷筒尺寸,可采用表用带导向螺旋槽或光面卷筒，进行多层卷绕，钢丝绳可以紧密排列。按制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。卷扬机卷筒大多为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。大吨位卷扬机一般采用铸钢卷筒，铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本高。考虑经济效益和设计要求，本设计采用铸铁结构。并选取材料为HT20001 .卷

40、筒容绳尺寸参数卷筒容纯尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定，参见右图所示。图3-1卷筒容绳尺寸参数示意图(1)卷筒名义直径D1Di=hdh与机构工作级别和钢绳结构有关的系数选取值小，结构自然紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝纯寿命低。规定的Di/d值可认为是对应一定工作级别的最小值。h=20D=2080=1600mm,因为设计需要在这里取D=1080mm2 2)卷筒的直径DD=Dd4080-80=1mm0(3)卷筒容纯宽度Bt卷筒容纯宽度Bt,一般可按下述关系确定：Bt<3DB<31000=3000mm卷扬机卷筒壁厚的设计计算中，通常卷筒长度都设计成小于其直径的3倍，甚至小于其直

41、径的2倍。因此此时的钢丝纯拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小，故计算卷筒强度时可忽略不计，简化了设计计算。考虑本设计为大吨位卷扬机，Bt过大会严重影响卷筒寿命，故取Bt<2D即：Bt<2黑1000=2000mm取Bt=1800(mm)(4)卷筒边缘直径Dk卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径，对于多层缠绕，位防止钢丝绳脱落，端侧板直径应大于钢丝纯最外层纯圈直径。端侧板直径用下式计算：Dk>Ds+4dDs=D(2n-1)dDs最外层缆绳纯芯直径n钢丝绳缠绕层数设钢丝绳缠绕层数为5层，即n=5WJDs=1000+(25-1)父80=1720(mm)Dk>1720+480=2

42、040(mm)卷筒缠绕层数计算公式：Dk-D-2mkn-2dmk为保证钢丝绳不越出端侧板外缘的安全高度(mm)。(该值在单层缠绕中应不小于1.5倍的钢丝绳直径，在多层缠绕中应不小于2倍的钢丝绳直径。)Mmk=2.5d=2.580=200mmDk-n2dD2mk求得Dk-5280+1000+2200=2200综上考虑，取Dk=2400(mm)(5)卷筒容纯量L卷筒的容纯量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排列时，达到规定的缠绕层数所能容纳的钢丝纯工作长度的最大值。卷筒的容纯量可按下述方法计算：第i层钢丝纯纯芯直径为Dj=D(-1d)式中Si第i层，i=1,2,3So第i层卷筒的钢丝绳长度为：Li=n(巨

43、-1)D+(2q1)dx10”d卷筒容纯量为：L=L1L2L=£n(一1)D+(i2-nd1)f10i4d实际容纯量应再加上钢丝绳安全圈的长度(一般为3圈)18003L1=U(1)1000+(2父1-1)8010=76.34(m)801800.3L2=：(1)1000(22-1)8010=87.65(m)8018003L3=：(1)1000(23-1)8010=98.96(m)80,18003L4=：(1)1000(24-1)8010=110.27(m)8018003L5=-：(1)1000(25-1)8010=121.58(m)80L=LiL2L3L4L5=76.34+87.65+

44、98.96+110.27+121.58=494.49(m)再加上安全圈3圈，即504.67(m)L=494.49+3二D1=494.49+3二108010NTh.七1FX重也会使卷筒产生弯曲。当LM3D时,图5-1卷筒受力图卷筒受力分析图2 .卷筒的受力分析：卷筒是卷扬机直接承载零件，受力比较复杂，分析清楚卷筒上所受的力，对卷扬机整机设计具有十分重要的意义。(1)钢丝纯拉力与卷筒支承处反力：工作中，钢丝绳拉力使卷筒像空心轴一样被弯曲，支反力为Ra=上含FX_Rb=XF,其弯矩随钢丝绳超绕位置不同而变化，具有瞬变效应，另外卷筒自由于弯矩较小，在强度计算时通常忽略不计(2)钢丝绳拉力产生在筒壁上的

45、转矩:在钢丝绳拉力的作用下，卷筒就好像空心轴一样被扭转，其转矩可用下式计算：T=F父"，该转矩产生的筒壁应力较小，一般情况可忽略不计。(3)卷筒筒壁的径向压力q:由钢丝绳缠绕产生的对筒壁外缘表面圆周方向的径向压力，除对筒壁产生圆周方向的挤压应力外，还将引起筒壁局部弯曲应力，该力是影响筒壁强度的重要因素。(4)钢丝纯对端侧板产生的轴向推力Ns:该力是由于钢丝绳缠绕至端侧板根部并向新的一层过渡过程中钢丝绳与侧板之间的楔入作用产生的，此力是计算端侧板强度的主要外力。3 .卷筒强度计算：卷筒强度计算主要包括两个方面：一是筒壁的强度计算；二是端侧板的强度计算（1）卷筒筒壁的厚度计算卷筒壁的强度

46、按下式计算：“Fe，-c=A1A<CCt、卷筒层数n123>4>5系数A11.752.02.252.5A与卷绕层数有关的系数A应力减小系数，一般取A=0.75Fe钢丝绳最大静拉力（N）t钢丝绳卷绕截距（mm）-卷筒壁厚（mm）七许用压应力（Mpa）,查机械设计手册取2c=144Mpa根据卷筒壁内表面最大压应力确定卷筒厚度为：、一AA-Ft。49000、一0.752.57.60mm1.0580144根据卷筒材料直径确定卷筒壁厚度为:、-0.02D(610)=0.021000(610)=2630mm综上所述6=30mm（2）卷筒壁内表面最大压应力：通常，卷筒内表面合成应力比外表面

47、大，强度验算时可以只计算内表面应力。LE3D时，忽略钢丝绳拉力产生的弯曲和扭转，仅考虑钢丝绳缠绕时的环向压缩应力和局部弯曲应力对卷筒筒壁强度的影响，按下式计算：二c=A1A臭=0.752.549000-=36.46mpat301.0580-w=0.96-Fe=0.96=49000=9.05mpa.D31000303卷筒壁强度条件应满足下述经验公式：与十仃WM。材料的许用应力(MPa)材料许用应力。按下式计算：r.>_Cb'-二KcKn二b材料的强度极限九一一按工作级别选定的系数Kn安全系数查机械设计手册：Ob=200(MPa),Kc=1,Kn=2.8200二-71.43(MPa)

48、2.81仃c+bw=45.5d71=43故设计满足要求。(3)卷筒端侧板厚度计算BSF。端侧板的强度:-一二h2h-,Fe-Bs/F式中Bs综合影响系数h卷筒端侧板厚度；二一一端侧板材料的许用应力查机械设计手册：Bs=0.942,2=77h>.49000M0.942/77上24.4取h=25mm4卷筒筒壁的稳定性估算如果卷筒较长、筒壁太薄，在过载或急剧制动情况下，可能会出现失稳现象稳定性计算，可采用计算稳定性系数K的方法。K=1.31.5qk稳定性系数；.132300q=二3.15Mpa10001.0580Pw失去稳定时临界压力（MPa）。对铸铁卷筒儿=（2500032500）Rq卷筒壁

49、单位压力（Mpa）,q=2F吧；Dt-卷筒壁厚（mm）；D卷筒直径（mm）；Fmax钢丝绳最大静拉力（N）；t钢丝绳节距（mm）,t=1.01d;d钢丝绳直径（mm）。、.3303Pw=(2500032500)3=(2500032500)3=(5.47.0)Mpa=Pw5.4K=q3.15：1.711.31.5R500由上计算可知设计满足要求，筒壁稳定第四章排绳器的设计计算4.1 工作原理大容纯量、大吨位的卷扬机以及安装使用的卷扬机，为确保钢丝绳排列整齐，工作可靠，应设置排纯装置，即排纯器，通过对比，在本次设计中采用双向螺杆排绳机构。双向螺杆排绳机构作与其它类型排纯机构相比，具有承载能力高、可

50、靠性好、传动平稳、结构简单等优点。双向螺杆转动时，梭形块在螺旋槽内滑动。在螺杆顶端螺旋槽交接处用弧形连接，以便滑块通过，实现反向。排绳器主要转速调整箱、双向传动丝杠、支承光杠、排纯导辗等组成。排绳器的工作过程见下图：电动机2-弹性联轴器3-二级圆柱齿轮减速器4-齿轮联轴器5-开式齿轮传动6-卷筒7、8-链传动9-调整箱10-离合器11-排绳器导辐12-双向丝杠图4-1排绳器工作原理图电动机1的旋转运动经过圆柱齿轮减速器、联轴器、开式齿轮传动驱使卷筒转动。链轮7与卷筒固联一起随之转动，经链传动把运动传至调整箱，传动双向丝杠9开始做回转运动，迫使排绳器导辗11作往复直线运动进行均匀的排纯。分析：显

51、然，若使钢丝绳在卷筒上均匀缠绕，卷筒转一圈，使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）之间具有准确的传动比，以使排纯导辗在双向丝杠走过的距离与钢丝绳实际的缠绕绳距相匹配。本设计卷扬机系钢丝绳多层缠绕，钢丝绳工作时被挤压，缠绕卷筒时排列的纯距比钢丝绳直径略大一些，设计时,其纯距t纯可近似取t=d+（0.20.5）（mm）,或更大一些。4.2 双向滑动螺杆结构设计双向丝杠总行程Lk=B_d=1800-80=1720mmB卷筒容绳宽度（mm）d钢丝绳直径（mm）Lk又可写成Lk=PxnI”1720n=57.33则可求得n=57.3取n=58P30P丝杠螺纹螺距（mm）n丝

52、杠螺纹扣数图7-2丝杆结构图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有一个楔形间隙。这样钢丝绳不能立即爬至第s+1层，而当卷筒继续转过大约120。180。时，方能爬上s+1层。为此，需要驱动钢丝绳的装置在原位停留相应的时间。本设计采用下面的措施来满足过渡过程的需要。4.3强度计算螺母所用的材料一般比螺杆的材料软，所以磨损主要发生在螺母的螺纹表面。影响螺纹磨损的因素很多，目前尚缺乏完善的计算方法，故通常用限制螺纹表面的压强不超过材料的许用压强来进行计算，即P<Po螺杆直径可按下式计算：(4-21)d

53、2>0,8(mm)'Pp式中：d2为螺纹中径(mm);Pp为许用压强(N/mm2),查表4-6;h为螺纹的工作高度(mm),对矩形、梯形螺纹h=0,5P,锯齿螺纹h=0.75P,P为螺矩(mm);也为螺母高度系数，对整体螺母取巾=1.52.5,剖分式螺母或受载较大的取巾=2.53.5;传动精度较高、载荷较大、要求寿命较长时取巾=4。根据公式算得螺纹中径d2后，应按标准选取相应的公称直径d及螺距P。由于圈数愈多各圈受力愈不均匀，所以螺纹圈数一般不宜超过10圈。表4-6滑动螺旋传动的许用压强PP螺纹副材料滑动速度(m/min)许用压强,2、(N/mm)螺纹材料滑动速度(m/min)许用压强,2、(N/mm)铜对青铜低速<