卷扬机设计说明书.pdf

1、河 南 理 工 大 学 毕 业 设 计 论 文1摘 要卷 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 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 。 垂 直 提 升 、 水 平 或 倾 斜 曳 引 重 物 的 简 单 起 重 机 械 。 分 手 动 和 电动 两 种 。 现 在 以 电 动 卷 扬 机 为 主 。 本 次 设 计 的 5 吨 电 动 卷 扬

2、机 是 由 电 动 机 、 连 轴 器 、 制 动器 、 减 速 器 、 卷 筒 、 导 向 滑 轮 、 起 升 滑 轮 组 、 吊 钩 等 组 成 。本 次 设 计 的 步 骤 是 从 钢 丝 绳 开 始 入 手 ， 然 后 依 次 对 卷 扬 机 的 卷 筒 、 卷 筒 心 轴 、 电 动 机 、 减速 器 齿 轮 、 减 速 器 轴 、 制 动 器 、 联 轴 器 以 及 卷 筒 机 的 导 向 滑 轮 设 计 与 选 取 。 其 中 卷 筒 、 卷 筒轴 、 卷 筒 毂 、 减 速 器 的 设 计 最 为 主 要 ， 本 设 计 重 点 做 了 介 绍 ， 其 余 部 分 有 得 只

3、是 略 作 分 析 。本 次 设 计 的 卷 筒 机 由 于 它 结 构 简 单 、 搬 运 安 装 灵 活 、 操 作 方 便 、 维 护 保 养 简 单 、 对 作 业 环境 适 应 能 力 强 等 特 点 ， 可 以 应 用 于 冶 金 起 重 、 建 筑 、 水 利 作 业 等 方 面 ， 但 是 此 次 设 计 的 卷 筒机 主 要 运 用 于 用 于 5吨 桥 式 吊 车 起 升 机 构 。 提 升 重 物 是 卷 扬 机 的 一 种 主 要 功 能 ， 各 类 卷 扬 机的 设 计 都 是 根 据 这 一 要 求 为 依 据 的 。关 键 词 ： 卷 扬 机 ， 卷 筒 ， 卷

4、筒 轴 ， 减 速 器河 南 理 工 大 学 毕 业 设 计 论 文2第 一 章 绪 论1.2 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-JK

5、5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

6、 两 个 卷 筒 容 纳 钢 丝 绳 。特 殊 卷 扬 机 型 号 有河 南 理 工 大 学 毕 业 设 计 论 文3第 二 章 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 轴 由 齿 轮 链 接 盘 连 接 ；起 升 机 构 的

7、 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 筒河南理工大学本科毕业设计（论文）12第 三 章 卷 扬 机 的 整 体 结 构 概 述第 四 章 主 体 零 件 的 设 计4.1 钢 丝 绳 的 选 择卷 扬 机 通 过 钢 丝

8、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 。4.1.1 钢 丝 绳 的 种 类 和 构 造钢 丝 绳 的 种 类 根 据 钢 丝 绳 中 钢 丝 与 钢 丝 的 接 触 状 态 不 同 又 可 分 为 ：（ 1） 点 接 触 钢 丝 绳 点 接 触 钢 丝 绳 绳 股 中 各 层 钢 丝 直 径 均 相 同 ， 而 内 外 各 层 钢丝 的 节 距 不 同 因 而 相

9、 互 交 叉 形 成 点 接 触 。 其 特 点 是 接 触 应 力 高 表 面 粗 糙 ， 钢 丝 易折 断 ， 使 用 寿 命 低 。 但 制 造 工 艺 简 单 ， 价 格 便 宜 。 在 实 际 中 常 发 现 这 种 钢 丝 绳 在 受 拉 、尤 其 是 受 弯 时 由 于 钢 丝 间 的 点 接 触 、 造 成 应 力 集 中 而 产 生 严 重 压 痕 ， 由 此 导 致 钢 丝 疲劳 断 裂 而 使 钢 丝 绳 过 早 报 废 。（ 2） 线 接 触 钢 丝 绳 线 接 触 钢 丝 绳 绳 股 由 不 同 直 径 的 钢 丝 统 制 而 成 ， 每 一 层 钢 丝 的节 距 相

10、 等 ， 由 于 外 层 钢 丝 位 于 内 层 钢 丝 之 间 的 沟 槽 内 ， 因 此 内 外 层 钢 丝 间 形 成 线 接 触 。这 种 钢 丝 绳 的 内 层 钢 丝 虽 承 受 比 外 层 钢 丝 稍 大 的 应 力 ， 但 它 避 免 了 应 力 集 中 ， 消 除 了钢 丝 在 接 触 处 的 二 次 弯 曲 现 象 ， 减 少 了 钢 丝 间 的 摩 擦 阻 力 。 使 钢 丝 绳 在 弯 曲 上 有 较 大的 自 由 度 ， 从 而 显 著 提 高 了 抗 疲 劳 强 度 ， 其 寿 命 通 常 高 于 点 接 触 钢 丝 绳 。 由 于 线 接 触钢 丝 绳 比 点 接

11、 触 钢 丝 绳 的 有 效 钢 丝 总 面 积 大 ， 因 而 承 载 能 力 高 。 如 果 在 破 断 拉 力 相 同的 情 况 下 选 用 线 接 触 钢 丝 绳 ， 可 以 采 用 较 小 的 滑 轮 和 卷 筒 直 径 ， 从 而 使 整 个 机 构 的 尺寸 减 小 。河南理工大学本科毕业设计（论文）13卷 杨 机 应 优 先 选 用 线 接 触 钢 丝 绳 。4.1.2 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

12、 法 。钢 丝 绳 的 安 全 系 数 按 下 式 计 算 ： pg rSn nF （ 4-1）式 中 pS 整 条 钢 丝 绳 的 破 断 拉 力 ， N； n 卷 扬 机 工 作 级 别 规 定 的 最 小 安 全 系 数 ；rF 钢 丝 绳 的 额 定 拉 力 ， N；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 n ， 然后 从 产 品 目 录 中 选 择 一 种 破 断 拉 力 不 小 于 rF M 的 钢 丝 绳 直 径 。目 前 在 工 业 化 国 家 ， 对 钢 丝 绳 直 径 的 选 择 普 遍

13、 采 用 选 择 系 数 法 。 国 际 标 准 绳 的选 择 也 推 荐 采 用 此 方 法 。 该 方 如 下 ； 钢 丝 绳 直 径 不 应 小 于 下 式 计 算 的 最 小 直 径maxmin Fcd （ 4-2）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

14、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Fmax 41 F 总 1.25 410 N （ 4-3）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 c 0.123。maxmin Fcd 13.78 mm （ 4-4）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

15、径 时 ， 所 选 的 钢 丝 绳 拉 断 力 应 满 足 下 式 ：河南理工大学本科毕业设计（论文）14F0 n Fmax （ 4-5）式 中 F0 所 选 用 钢 丝 绳 最 小 拉 断 力 ， N；n 安 全 系 数 ， 查 手 册 选 n=7所 以 F07 1.25 410 =87.5 kN （ 4-6）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 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

16、 较 小 ， 选 用 纤 维 芯 钢 丝 绳 ）钢 丝 绳 型 号 选 择 ：钢 丝 绳 6 19（ a） 类 14 NAT FC 1470 ZS 102 79.54.1.3 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

17、 于 疲 劳 和 磨 损首 先 开 始 断 裂 ， 随 着 断 丝 数 的 增 多 ， 破 坏 速 度 逐 渐 加 快 ， 达 到 一 定 限 度 后 ， 仍 继 续 使用 ， 就 会 造 成 整 根 绳 的 破 断 。在 正 确 选 择 钢 丝 绳 的 结 构 和 直 径 之 后 ， 实 际 使 用 寿 命 的 长 短 ， 在 很 大 程 度 上 取决 于 钢 丝 绳 在 使 用 中 的 维 护 和 保 养 及 与 相 关 机 件 的 合 理 配 置 。 可 从 以 下 几 方 面 考 虑 该问 题 ：1. 滑 轮 和 卷 筒 直 径 D 与 钢 丝 绳 直 径 d的 比 值 大 小 对 钢

18、 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 6 8 的 过 盈 量这 一 事 实 。 过 小 的 绳

19、槽 直 径 会 使 钢 丝 绳 受 到 过 度 挤 压 而 提 前 断 丝 ， 绳 槽 尺 寸 过 大 ， 又会 使 钢 丝 绳 在 槽 内 的 支 承 面 积 减 小 ， 增 大 钢 丝 绳 的 接 触 应 力 。 合 理 的 绳 槽 尺 寸 应 比 钢丝 绳 的 公 称 直 径 大 10 左 右 。3. 滑 轮 与 卷 筒 的 材 料 太 硬 ， 对 钢 丝 绳 寿 命 不 利 。 据 有 关 资 料 表 明 ： 以 铸 铁 代 替钢 可 提 高 钢 丝 绳 的 寿 命 约 10 。河南理工大学本科毕业设计（论文）154. 为 保 证 钢 丝 绳 在 绳 筒 上 平 滑 缠 绕 ， 避 免

20、 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 0.52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

21、 ， 适 用 于 各 种 股 捻 钢 丝 绳 的 润 滑 。 其 附 着 力 大 ， 不易 滑 落 或 与 水 起 作 用 ， 且 含 有 防 锈 剂 ， 是 一 种 良 好 的 润 滑 剂 。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

22、废 处 理 ， 可 参 考 有 关 标 准 相 资 料 。4.2 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 或 曲 线 形 的 。4.2.1 卷 筒 的 分 类按 照 钢 丝 绳 在 卷 筒 上 的 卷

23、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 。 只 有 在 绕 绳 量 特 别 大 或 特 别 要 求 机 构 紧 凑 的 情 况 下 ， 为 了 缩 小 卷筒 的 外 形 尺 寸 ， 才 采 用 多 层 绕 的 方 式 。 本 设 计 采 用 单 层 绕 。4.2.2 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 ） （ 4-7）河南理工大学本科毕业设计（论文）16绳 槽 深

24、度 ： 标 准 槽 ： 1c =（ 0.250.4） d （ 4-8）深 槽 ： 2c =（ 0.60.9） d （ 4-9）绳 槽 节 距 ： 标 准 槽 ： 1t d （ 24） （ 4-10）深 槽 ： 2t d （ 68） （ 4-11）卷 筒 槽 多 数 采 用 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 （ 4-12）c=（ 0.250.4） d =3.55.6 mm取

25、c=4 mm （ 4-13）所 以 t d （ 24） =16 mm4.2.3 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 计 卷 筒 采 用 内 齿 轮 啮 合式 。 如 图 4-1。图 4-1 内 齿 啮 合 式 卷卷 筒 的 设 计 主 要 尺 寸 有 节 径 0D 、 卷 筒 长 度 L 、 卷 筒 壁 厚 。河南理工大学本科毕业设计（论文）174.2.4 卷 筒 节

26、径 设 计卷 筒 的 节 径 即 卷 筒 的 卷 绕 直 径 ， 由 设 计 知 0D 不 能 小 于 下 式 ：0minD hd （ 4-14）式 中 0minD 按 钢 丝 绳 中 心 计 算 的 卷 筒 最 小 直 径 ， mm；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 7M ，查 机 械 设 计 手 册 h=28 mm;d 钢 丝 绳 的 直 径 ,mm。按 式 计 算 ：0minD hd 392 mm所 以 选 取 0D =400 mm （ 4-15）4.2.5 卷 筒 的 长 度 设 计本 设 计 采 用 双

27、 联 滑 轮 组 ， 如 图 4-2图 4-2 双 联 滑 轮 组卷 筒 的 长 度 0 1 2 32L L l l l （ 4-16）河南理工大学本科毕业设计（论文）18L 卷 筒 总 长 度 ， mm；0L 绳 槽 部 分 长 度 ， 其 计 算 公 式 为 ：0 0HaL n tD （ 4-17）其 中 H 最 大 起 升 高 度 ， mm；a 滑 轮 组 倍 率 ；0D 卷 筒 卷 绕 直 径 ， mm；t 绳 槽 节 矩 ， mm；n 附 加 安 全 圈 数 ， 使 钢 丝 绳 端 受 力 减 小 ， 便 于 固 定 ， 通 常 取n 1.53圈 ；1l 固 定 钢 丝 绳 所 需

28、要 的 长 度 ， 一 般 取 1l 3t， mm；2l 两 端 的 边 缘 长 度 （ 包 括 凸 台 在 内 ） ， 根 据 卷 筒 结 构 而 定 ， mm；3l 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 动 滑 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 3l 100 mm。 0 0HaL n tD =380 mm。1l 3t=48 mm所 以 L 996 mm。选 取 标 准 卷 筒 长 度 为 100

29、0 mm河南理工大学本科毕业设计（论文）194.2.6 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 0.02 610D mm （ 4-18）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 t 16 mm、 槽 底 半 径 1c 4 mm、 卷 筒 节 距 0D 400 mm、 卷 筒 长

30、 度 L=1000 mm、 卷 筒 壁 厚 15 mm。4.2.7 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

31、 卷 筒 产 生 压 应 力 、 弯 曲 应 力 和 扭 曲 应 力 。 其 中 压 应 力 最 大 。 当 L 3 0D时 弯 曲 应 力 和 扭 曲 应 力 的 合 成 力 不 超 过 压 应 力 10%,所 以 当 L 3 0D 时 只 计 算 压 应 力即 可 。本 设 计 中 L=1000 mm D=400 mm， 符 合 L 3 0D 的 要 求 ， 所 以 只 计 算 压 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 tFmax bc （ 4-19）其 中 为 钢 丝 绳 单 层 卷 绕 时 卷 筒 所 受

32、 压 应 力 ， MPa；maxF 为 钢 丝 绳 最 大 拉 力 ， N； 为 卷 筒 壁 厚 ， mm；A 为 应 力 减 小 系 数 ， 一 般 取 A=0.75 bc 为 许 用 压 力 ， 对 于 铸 铁 bc = 5b河南理工大学本科毕业设计（论文）20b 为 铸 铁 抗 压 强 度 极 限所 以 =A tFmax bc 39 MPa查 教 材 机 械 设 计 基 础 知 b 195MPa， 所 以 bc 39MPa。所 以 bc经 检 验 计 算 ， 卷 筒 抗 压 强 度 符 合 要 求 。4.3 卷 筒 轴 的 设 计 计 算卷 筒 轴 是 支 持 卷 扬 机 正 常 工 作

33、 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 。4.3.1 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 4-3） 两 种 情 况 。 卷 扬 机 卷 筒 工 作 时 ， 钢丝 绳 在 卷 简 上 的 位 置 是 变 化 的 。 钢 丝 绳 拉 力 经 卷 筒 及 支 承 作 用 到 轴 上 产 生 的 力 矩 ， 其大 小 随 钢 丝 绳 在 卷 简 上 位 置 的 变 化 而 不 同 。 强 度 计 算 时 应 按 钢 丝 绳 在 卷 筒 上 两 个

34、 极 限位 旨 分 别 计 算 。 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 0 1r ， 视 具 体 的 载 荷 性质 而 定 。 对 固 定 心 轴 的 疲 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 ，

35、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 。河南理工大学本科毕业设计（论文）21图 4-3 卷 筒 轴 的 类 型 ：a: 轴 固 定 式 b、 c: 轴

36、 转 动 式4.3.2 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 、 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 rF 41.25 10

37、 kN， 卷 筒 直 径 0D 400mm，河南理工大学本科毕业设计（论文）22钢 丝 绳 的 直 径 d 14mm， 外 齿 轴 套 齿 轮 分 度 圆 直 径 D 224mm， 查 机 械 传 动 设 计 手 册 ，轴 的 材 质 选 择 45 钢 ， 调 制 处 理 ， 650 B MPa， 360S MPa， 1 300 MPa， 0 100b MPa。由 图 5 1 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

38、 知 ， 当 钢 丝 绳 位 于 右 极 限位 置 时 ， 心 轴 受 力 较 大 ， 因 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 4-4 心 轴 的 各 部 分 尺 寸将 轴 上 所 有 作 用 力

39、 分 解 为 垂 直 平 面 的 力 和 水 平 平 面 的 力 ， 如 下 图 4-5 所 示 。4.3.3 心 轴 作 用 力 计 算齿 轮 圆 周 力 ： 1 122 2 2et D dFTF d d 18.7 kN （ 4-20）河南理工大学本科毕业设计（论文）23齿 轮 径 向 力 ： r tF Ftg 6.8 kN （ 4-21）4.3.4心 轴 垂 直 面 支 承 反 力 及 弯 矩支 反 力 ， 如 下 图 3-5b。 780 50 50890e tDV F FR 26.92 kN （ 4-22） 780 60 60890t eCV F FR 15.63 kN （ 4-23）弯

40、 矩 ， 如 下 图 3-5c。50AV CVM R -781.5 kNmm （ 4-24）60BV DVM R 1615.2 kNmm （ 4-25）4.3.5 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。50890rDH FR 0.382 kN （ 4-26）840890rCH FR 6.42 kN （ 4-27）弯 矩 计 算 ， 如 下 图 4-5e 50AH CHM R 321 kNmm （ 4-28）60BH DHM R 22.9 kNmm （ 4-29）合 成 弯 矩 ， 如 下 图 4-5f 2 2A AV AHM

41、 M M 844.8 kNmm （ 4-30）2 2B BV BHM M M 1615.3 kNmm （ 4-31）河南理工大学本科毕业设计（论文）244.3.6 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 4-5 可 知 最 大 弯 矩 发 生 在 剖 面 B处 。 设 卷 筒 轴 该 剖 面 直 径 为 Bd ， 则 弯 曲 应 力 为 ： 3 00.1Bb bBMd （ 4-32）则 ： 300.1 BB hMd 74.46 mm 图 4-5 轴 的 弯 矩 图圆 整 后 Bd 75 mm， 中 间 轴 段 0d 75

42、 15 90 mm河南理工大学本科毕业设计（论文）25图 4-54.3.7 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d d eF K F （ 4-33）式 中 dF 钢 丝 绳 的 当 量 拉 力 ， N；dK 当 量 拉 力 系 数 。河南理工大学本科毕业设计（论文）26为 使 计 算 简 便 ， 可 假 设 dK 1。 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 2bm n 。 弯 曲 应 力 为30.1d Bb BK Md 97

43、.1 Mpa （ 4-34）平 均 应 力 m 和 应 力 幅 a 为 2bm n 48.55 Mpa（ 4-35）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 K 1.88， 表 面 状 态 系 数 0.92， 绝 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

44、1a mS K 2.1 （ 4-36）一 般 轴 疲 劳 强 度 安 全 系 数 1.51.8S ， 所 以 该 轴 疲 劳 强 度 足 够 。4.3.8 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 ：maxj eF F（ 4-37）式 中 maxjF 静 强 度 计 算 最 大 拉 力 ， N； 动 载 荷 系 数 ， 查 手 册 。 此 处 取 1.35 。静 强 度 计 算 安 全 系 数 max /ssS M W /sBM W 2.75河南理工大学本科毕业设计（论文）27（ 4-38）当 /

45、0.6s b 时 1.21.4S ， 该 轴 静 强 度 足 够 。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 。4.4 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

46、决 定 电 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 3S 和 短 时 工 作 制 2S ， 并 优 先 选 用 YZR(绕 线 转 子 )、YZ(笼 型 转 子 )系 列 起 重 专 用 电

47、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 1S 。 本 设 计 电 动 机 工 作 制 度 为 断 时 工 作制 ， 因 此 不 用 考 虑 电 动 机 的 发 热 计 算 。机 构 运 转 时 所 需 静 功 率 按 下 式 计 算 ： 01000j Q Q vN （ 4-39）式 中 Q 额 定 起 升 载 荷 ，

48、N；0Q 吊 具 自 重 ， N； 可 取 0Q （ 0.02 0.04） Q；v 起 升 速 度 ， m 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 0.85 0.9。河南理工大学本科毕业设计（论文）28所 以 jN 6.311 kN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 dK =0.8，所 以 eN 0.86.311=5.049选 用 ： YZ系 列 冶 金 起 重 专 用 三 项 异 步 电 机 ，型 号 ： YZ160L 8，额 定 电 压 ： 380V,额 定 功 率 ： 7.5KW转 速 ：