1849_2.0型卷揚機設計

1849_2.0型卷揚機設計,_2,卷揚機,設計 畢業(yè)設計文獻翻譯院 （ 系 ） 名 稱 工 學 院 機 械 系專 業(yè) 名 稱 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化學 生 姓 名 王 燕 坤指 導 教 師 康 紅 偉2012 年 03 月 10 日黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁2．0 型卷揚機設計摘要本設計是一種建筑起重機械，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)，由機 械 動力 驅 動 卷 筒 、 卷 繞 繩 索 來 完 成 牽 引 工 作 的 裝 置 。 本 設 計 采 用 了 新 型 的 制 動電 機 ， 節(jié) 省 了 制 動 器 ， 使 得 結 構 更 加 緊 湊 。 其 主 要 結 構 組 成 還 有 ， 減 速 、 聯(lián)軸 器 、 卷 筒 等 。動 力 傳 動 部 分 主 要 有 傳 動 方 案 的 設 計 、 原 始 數(shù) 據(jù) 的 計 算 、 電 動 機 的 選 擇 、減 速 器 的 選 擇 、 動 力 方 案 的 選 擇 和 強 度 校 核 。 其 中 主 要 是 傳 動 方 案 的 設 計 和卷 筒 的 結 構 設 計 。 本 設 計 的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚機的、電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器設計與選取。其中卷筒結構、卷筒軸、卷筒轂的設計與校核最為主要，本設計重點做了介紹，其余部分有得只是略作分析。關鍵詞：卷揚機，制動電機，聯(lián)軸器，卷筒黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁The design of 2.0 construction winchesAuthor :wang yankunTutor: kang hongweiAbstractThe design is called construction winches, which is used to lift materials, to install the operation equipments .It is driven by mechanical power motor and by the winding rope device to complete the work. This design uses a new type of brake motor so as to save the brake, so the structure becomes more compact. The rest of the machine are reducer, coupling, reel and so on.The part of power transmission includes the design of the transmission, the calculation of initial data, the selection of motor reducer and power options .In the end it is strength check. This design of hoist starts from the wire rope, and next then turn on the winch reel, reel spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley reel machine-oriented design . The key is the structure design of the winch reel. The analysis of the rest are relatively simple. Key words: winch, motor, coupling,reel黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁目錄1 緒論 ..............................................................51.1 課題背景及目的 ................................................51.2 現(xiàn)代卷揚機的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................52 傳動方案的設計 ....................................................72.1 方案的初步設計 ................................................72.2 方案的比較與方案的選擇 ........................................93 原始數(shù)據(jù)的計算 ...................................................104 電動機的選擇 .....................................................104.1 選擇電動機應該綜合考慮的問題 ................................104.2 電動機選擇順序 ...............................................114.3 電動機類型的選擇 ............................................114.4 電動機功率的選擇 .............................................134.5 電動機轉速的選擇 ............................................134.6 電動機功率的計算 .............................................145 減速器的選擇 .....................................................155.1 減速器類型的選擇 ............................................155.2 減速器型號的選擇 ............................................166 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................176.1 聯(lián)軸器的種類 ................................................176.2 聯(lián)軸器傳遞的扭矩計算及選擇 ...................................177 零部件的設計計算 .................................................187.1 卷揚機工作級別與類別 .........................................187.1.1 卷揚機利用等級 ............................................187.1.2 卷揚機的載荷狀態(tài) ..........................................187.2 鋼絲繩的選取 .................................................207.2.1 鋼絲繩的種類和構造 .......................................207.2.2 鋼絲繩直徑的計算 ..........................................217.2.3 鋼絲繩使用注意的事項 ......................................227.2.4 卷筒參數(shù)的設計 ............................................237.2.5 卷筒的結構設計 ............................................247.2.6 卷筒強度計算及檢驗 .......................................257.3 卷筒軸的設計計算 .............................................267.3.1 卷筒軸的固定方式及受力分析 ................................267.3.2 卷筒軸的設計 .............................................277.3.3 軸的校核 ..................................................287.4 主要計算拉力 .................................................298 軸承的選擇與校核 .................................................30黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁9 卷揚機的安裝及安裝調試 ...........................................309.1 卷揚機的安裝 ..................................................309.2 卷揚機調試 ....................................................3010 使用與操作 ......................................................3111 安全保護 ........................................................3111.1 電氣安全保護 .................................................3111.2 操作安全事項 .................................................32結論 ...............................................................33致謝 ...............................................................34參考文獻 ...........................................................35黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁1 緒論1.1 課題背景及目的隨著我國城市化不斷向前發(fā)展，房地產行業(yè)的火爆，對建筑機械行業(yè)帶來了前所未有的機遇。但是問題也隨之產生，怎樣保證建筑機械的安全性稱為眾多建筑機械公司的考慮的首要因素。其次為保護人類十分寶貴且有限的地球資源，實現(xiàn)全球的可持續(xù)發(fā)展，提高操作人員的安全性和工作舒適性，努力達到人與環(huán)境的親和，很有必要按照現(xiàn)代的創(chuàng)新理念的標準來設計機械產品。卷揚機是建筑工地上最常見、最普通的一種施工機械，也稱絞車?？梢詥为毷褂茫部梢宰鳛槠鹬貦C的組成部分，卷揚機主要以電動機為動力，經過減速裝置后，驅動卷筒牽引鋼絲繩，以實現(xiàn)重物的垂直與水平運輸。卷揚機分為手動卷揚機和電動卷揚機兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚機為主。電動卷揚機由電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、減速器和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調速性能好，能令空鉤快速下降。電 動 絞 車 廣 泛 用 于 工 作 繁 重 和 所 需 牽 引 力 較 大 的 場 所 。 單 卷 筒 電 動 絞 車的 電 動 機 經 減 速 機 帶 動 卷 筒 ， 電 動 機 與 減 速 器 輸 入 軸 之 間 裝 有 制 動 器 。 為適 應 提 升 、 牽 引 和 回 轉 等 作 業(yè) 的 需 要 ， 還 有 雙 卷 筒 和 多 卷 筒 裝 置 的 絞 車 。 一般 額 定 載 荷 低 于 10T 的 絞 車 可 以 設 計 成 電 動 絞 車 。本 設 計 主 要 考 慮 到 其 較 高 的 安 全 性 及 其 結 構 緊 湊 性 ， 采 用 目 前 比 較 先 進的 電 動 機 即 ： 制 動 電 機 ， 配 有 AZM 交 流 電 磁 制 動 器 。 目 前 國 內 已 有 先 進 的制 造 技 術 。 隨 著 變 頻 器 技 術 的 成 熟 和 制 動 電 機 的 普 及 ， 卷 揚 機 的 設 計 越 來 越變 的 人 性 化 和 環(huán) 保 化 。1.2 現(xiàn)代卷揚機的發(fā)展現(xiàn)狀提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁中廣泛應用，故大多設備的安裝仍然是由卷揚機承擔的。卷揚機除在工程、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應用。下面是卷揚機的主要發(fā)展趨勢:（1）大型化 由于基礎工業(yè)的發(fā)展，大型設備和機械構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產了 60 t 卷揚機，日本生產了 32 t、50 t、60 t 液壓和氣動卷揚機，美國生產了 136 t 和 270 t 卷揚機。 （2） 采用先進電子技術 為了實現(xiàn)卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進的電子技術。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。（3） 發(fā)展手提式卷揚機 為提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機，其電壓為 12 V，質量為 7.7—15.4 kg，拉力為 3336—13344 N。（4）大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機動力的卷揚機。此種卷揚機結構簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。進入新世紀以來，各行各業(yè)都有飛速發(fā)展，近些年數(shù)控機床的廣泛應用，信息技術和數(shù)控技術日趨成熟，使得機械制造的效率提高、成本降低，這些都將推動卷揚機工業(yè)的發(fā)展。提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應用卷揚機，汽車吊 雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應用，故大多設備的安裝仍然是由卷揚機承擔的。卷揚機除在工程、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應用，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設備。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁2 傳動方案的設計機械通常是有原動機、傳動系統(tǒng)、工作機和控制裝置組成。傳動系統(tǒng)介于機械中原動機與工作機之間，主要用來講原動機的運動和動力傳給工作機，并協(xié)調二者之間的轉速和轉矩。傳動系統(tǒng)的設計師機械設計工作的一個重要組成部分，是最具有創(chuàng)造性的設計環(huán)節(jié)。傳動方案的優(yōu)劣，對機械的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸、重量、制造成本、運轉費用等均有一定程度的影響。任何機械傳動系統(tǒng)的設計方案都不是唯一的，在相同的條件下，可以有不同的傳動設計方案，最后確定的應是其中的最佳方案。2.1 方案的初步設計根據(jù)參考各種資料和目前的卷揚機的結構，結合本設計的任務，目的和要求，首先擬定以下三個方案：采用開式齒輪傳動，通過齒輪嚙合傳遞轉矩，另一方案是采用齒輪接盤來傳遞轉矩，此方案可以補償安裝誤差。傳動方案 1：減速器采用展開式二級閉式齒輪傳動，結構簡單，在滿足中心距的條件下，由于齒輪和軸的減少，傳動效率較高，但齒輪直徑大，加工精度不高，而且噪聲較大，大齒輪在經濟方面不理想，加工起來又比較困難，減速箱的體積比較大，不利于安裝。它的結構簡圖如圖 2-1 所示：輸出軸輸入軸 中間軸324567圖 2-1 傳動方案一黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁1.電動機 2、聯(lián)軸器 3、制動器 4、減速器 5、絞筒 6、軸承 7、開式齒輪傳動方案 2：減速器采用展開式三級閉式齒輪傳動，特點：結構簡單、效率高、容易制造、使用壽命較長、維護方便，裝拆容易，工作可靠。高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩下產生的扭轉變形與軸在彎矩下產生的彎曲變形可部分地相互抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象在滿足中心距的條件下，傳動的齒輪的直徑可以取小，這樣可以使傳動的傳動比較精確可靠，壽命長，結構緊湊，而且滑移齒輪操作方便不費力。其結構簡圖如圖2-2 所示 : 中間軸輸入軸 中間軸1324 576輸出軸圖 2-2 傳動方案二1—高速齒輪 2—軸承 3—齒輪 4—齒輪 5—軸承 6—齒輪 7—軸承 8—軸承 9—軸承 10—輸出齒輪 11—齒輪 12—軸承 13—軸承 14—軸承 2傳動方案 3：減速器與卷筒采用齒輪接盤的形式：黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁圖 2-3 齒輪接盤式傳動2.2 方案的比較與方案的選擇方案一 首先，雖然能夠完成工作機的性能要求，適合工況條件及工作可靠且電動機價格低，但其轉速較大，致使減速裝置的結構復雜，成本較高，其次齒輪傳動要求制造安裝精度較高，并且大的中心距會使其尺寸過大，從而使成本增加。合理的傳動方案，除了應滿足工作機的性能要求、適合工況條件及工作可靠外，還應使傳動系統(tǒng)結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、效率高激便于維修和使用等。方案三采用制動電機，減少了制動器的安裝，使得整個結構顯得十分緊湊，既滿足了制動要求，又便于使用與維修，電動機與減速器用彈性套裝銷聯(lián)軸器相連，可以補償安裝誤差，又有一定的緩沖和減震能力，此方案的卷揚機的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結構型式，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內腔軸承座中，低速軸的外緣制成外齒輪，它與固定在卷筒上的帶內齒輪的接盤相嚙合，形成一個齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補償一定的安裝誤差。在齒輪聯(lián)軸器外側，即靠近減速器的一側裝有剖分式密封蓋，以防止聯(lián)軸器內的潤滑油流出來和外面的灰塵進入。這種連接型式的優(yōu)點是結構緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差是優(yōu)先考慮的方案。 、綜合其經濟性，考慮其結構的復雜程度等各方面的因素，采用方案三.黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁3 原始數(shù)據(jù)的計算本設計是 2.0 型卷揚機，其主要設計數(shù)據(jù)有：額定載荷 20KN額定速度 36m/min 卷筒容繩量 190m 卷筒尺寸 250mm由此得出：卷筒的轉速 n=46r/min工作機的輸出功率 P=Fv×1000／60=20 ×36×1000／60=12kw4 電動機的選擇電動機是通用機械中應用極為廣泛的原動機，是由專業(yè)生產廠家批量生產的系列化定型產品。選擇電動機時，應依據(jù)所選電動機的機械特性與工作機的負載特性相匹配的原則來確定電動機的型號。目前，建筑設備常用的電動機主要分兩類：一類是驅動電機，一類是制動電機。驅動電機是機械設備的主要動力源，包括各種類型的交、直流電動機。其中交流異步電動機較之其它類型的電動機有結構簡單，價格便宜，運行可靠，維修方便等優(yōu)點。4.1 選擇電動機應該綜合考慮的問題根據(jù)機械的負載性質和生產工藝對電動機的啟動、制動、反轉、調速等要求，選擇電動機的類型。（1） 根據(jù)負載轉矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉矩，選擇電動機的功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取 0.8-0.9。過大的備有功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉矩校黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁驗強度的生產機械造價提高。（2） 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要保護方式，選擇電動機的結構型式。（3） 根據(jù)企業(yè)的電網電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。（4） 根據(jù)生產機械的最高轉速和對電力傳動調速系統(tǒng)過渡過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機額定轉速。除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產品價格、建設費用、運行和維修費用、生產過程中前后電動機功率變化關系等各種因素。4.2 電動機選擇順序選擇電動機的順序，一般由有下圖表示： 通 過 不 通 過合 理不 合 理滿 足不 滿 足適 應 不 可 以 可 以 可 以 不 可 以 否能負 荷 率 過 低 不 通 過 重 選 電 動 機 功 率改 變 半 速 比 或 選 用轉 動 慣 　 （ 或 飛輪 矩 ^2） 小 的 電動 機 加 速 轉 矩滿 足 加 速 度 要 求 下 能否 加 速 轉 矩電 動 機 機 械 特 性 與 負載 特 性 對 比 決 定發(fā) 熱 校 驗功 率 數(shù) 或 改 用％ 小 電 動機 啟 動 轉 矩 、 過 載 倍 數(shù) 、加 速 轉 矩 校 驗根 據(jù) 負 載 轉 矩 、 調 速 范 圍 、啟 動 頻 繁 程 度 、 初 選 電 動機 功 率開 始選 類 型是 否 充 分 滿 足 調 速 范圍 與 調 速 精 度 的 要 求經 濟 性 （ 價 格 、 運 行 費、 維 修 費 ） 合 理 與 否圖 4-1 電動機的選擇順序4.3 電動機類型的選擇根據(jù)負載類型：恒轉矩和通風機負載特性的機械，選用機械特性為硬特性的電動機較適宜；恒功率負載特性的機械，選用調勵磁的變速直流電動機或帶黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁有機械變速的交流異步電動機；負載平穩(wěn)，對啟動、制動無特殊要求的長期運行的機械，小功率的選用普通籠型電動機，大功率的采用同步電動機；帶周期性變動負載的機械或啟動條件沉重時大中功率的采用繞線型電動機，小功率，經過載能力及啟動條件校驗通過的采用高轉差率電動機，單純因啟動條件沉重的機械，經啟動條件校驗通過的采用雙籠型或深槽型電動機，如啟動校驗通不過或啟動時電網壓降過大時，采用繞線型電動機；某些斷續(xù)運行的機械雖無調速要求，但采用交流電動機在發(fā)熱、氣動、制動特性等方面不能滿足要求的或技術經濟指標過低時，采用直流電動機；只要求集中轉速的小功率機械，采用變換定子極數(shù)的多速籠型電動機；對調速平滑程度要求不高，且調速比不大時，采用繞線型電動機或電磁調速電動機；調速范圍在 1：3 以上需連續(xù)穩(wěn)定平滑調速的機械，采用直流電動機或變頻調速電動機，需啟動轉矩大的機械，采用直流串勵電動機；某些特殊場所（如要求防爆）由徐平滑調速時，采用由變頻電源供電的籠型電動機；某些要求調速范圍不大的大功率機械以及無頻繁啟動、制動要求和無沖擊負載的機械，采用帶有串級調速裝置的繞線型電動機，這樣可使電能回饋電網，提高經濟指標；要求調速范圍很大，且具有恒功率負載特性的機械，采用機械電器聯(lián)合調速型式，可節(jié)省電動機裝機容量。按環(huán)境條件選擇電動機的類型：正常環(huán)境條件，一般防護型，可選各類普通型電動機；、濕熱帶或潮濕場所，濕熱帶型，可選濕熱帶電動機和普通型電動機加強防潮處理；干熱帶或高溫車間，干熱帶型，可選干熱帶型電動機和采用高溫升等級絕緣材料的電動機或外加電動機管道通風。根據(jù)本設計要求，選新型的制動異步電動機即：YEJ 系列電磁制動三相異步電動機 其是 Y 系列三相異步電動機的派生系列產品，是在 Y 系列電動機的后端附加同軸的電磁制動器而成。其功率等級、安裝尺寸等與 Y 系列相同。目前，電磁制動器有關交流和直流兩種形式。本系列電機適用于不含易燃、易爆和不含腐蝕性氣體的環(huán)境，有快速制動、準確定位、往復運轉、防止滑行等要求的各種機械中作主傳動或輔傳動，如升降機、運輸機械、包裝機械、印刷機械、食品機械、木工機械、減速機械、冶金機械等。根據(jù)電動機的所需的功率選用型號為 YEJ200L-8 額定轉速為730r/min。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁本系列電動機部分產品已通過 CCC 中國國家強制性產品認證，獲得了 CCC認證證書。結構說明：電動機主體防護等級為 IP44，制動器部分為 IP23；電動機冷卻方式為 IC411（自扇冷式）；電動機絕緣等級為 B 級；使用條件：額定電壓：380V；　額定頻率：50Hz；工作方式：S1（連續(xù)工作制）；海拔不超過1000m；環(huán)境溫度最高不超過 40℃，最低為-15℃；月平均最低溫度不高于 25℃時，月平均最高相對溫度為 90%。4.4 電動機功率的選擇標準電動機的功率由額定功率表示。所選電動機的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。功率小于工作要求，則不能保證工作正常工作，或使電動機長期過載，發(fā)熱大而過早損壞；功率過大則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費。電動機的功率主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩。4.5 電動機轉速的選擇電動機額定轉速是根據(jù)生產機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉速時，必須考慮機械減速機構的傳動比值，兩者相互配合，經過技術、經濟全面比較才能確定。通常，電動機轉速不低于 500r/min，因為當功率一定時，電動機的轉速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，而且效率也較低，如選用高速電動機，勢必加大機械減速機構的傳動比，致使機械傳動部分復雜起來。對于一些不需調速的高，中機械，如水泵、鼓風機、空氣壓縮機等，可選用相應轉速的電動機不經機械減速機構直接傳動。需要調速的機械，電動機額最高轉速應與生產機械的轉速相適應。若采用改變勵磁的直流變速電動機時，為充分利用電動機容量，應選好調磁調速的基速。又如某些軋鋼機械、提升機等，工作速度較低，經常處于頻繁地正反轉狀態(tài)，為縮短正反轉的過渡時間，提高生產效率，降低消耗，并減小噪音，節(jié)省投資，選擇適當?shù)牡退匐妱訖C，采用無減速機的直接傳動較為合理。要求快速頻繁啟動、制動的機械，通常是電動機飛輪轉矩與額定轉速的黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁平方之積為最小時，能獲得起制動最快的效果。在空載情況下起制動時，為達到快速的目的，按下式考慮最為合理： 22DNmJn?所謂最佳傳動比為： ji?電動機轉子的轉動慣量，DJ— 2kgA生產機械在機械軸上的轉動慣量，m 2km生產機械軸轉速，n— /inr電動機額定轉速，Nm4.6 電動機功率的計算計算電動機功率時，首先根據(jù)生產機械的負載功率初選電動機功率，在校核初選電動機的過載能力、啟動能力和發(fā)熱。首先算出生產機械靜阻負載圖 T=f(t)或 P=f(t)，然后根據(jù)本表公式出步計算電動機的功率，根據(jù)計算功率并考慮一定余量再初選電動機的功率，隨著調速范圍和啟動頻繁程度的提高，余量系數(shù)也應隨之加大。為了驗算出電動機是否合適，需要根據(jù)負載狀態(tài)、生產機械的工藝參數(shù)和初選電動機的參數(shù)，根據(jù)本表公式計算電動機動態(tài)轉矩和加減速時間，繪制電動機轉矩負載圖或功率負載圖（略） 。電動機的功率主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩。所需電動機功率為 ?wdp?式中 為工作機實際需要的電動機輸出功率，kw ； 為工作機需要的輸dp wp入功率，kw； 為電動機工作機之間傳動裝置的總效率。?工作機所需功率 應由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得，w?10fvpw?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁式中 f 為工作機的阻力，N；v 為工作機的線速度，m/s；T 為工作機的阻力矩，N.m；nw 為工作機的轉速， ，r/m； 為工作機的效率。w?總效率 4321??為減速器的傳動效率， 為聯(lián)軸器的傳動效率， 為卷筒的傳動效率。1?23 4=0.96 0.99 0.99 0.95=0.89432?=20000 0.6/（1000 0.89）=13.49kw?10Fvpwd??確定電動機的額定功率 （kw） ，使mp=（1-1.3） =（1-1.3） 8.95=13.49-17.5kwmpd綜合以上分析，本設計采用 YEJ200L-8 制動電機，額定功率 15Kw，額定轉速 730r/min.5 減速器的選擇減速裝置是一般機械中不可缺少的，是低速機械部分不可缺少的一部分，減速器的選擇主要在是滿足減速比的要求外，盡量追求經濟、效益、工作可靠等方面的協(xié)調。5.1 減速器類型的選擇減速器的類型很多。常用減速器有以下分類、型式及其應用范圍。圓柱齒輪減速器：單級的傳動比 i≤8-10,其輪齒可制成直齒、斜齒和人字齒，傳動軸線平行，結構簡單，精度容易保證，應用較廣，直齒一般用在圓周速度 v≤8m/s，輕負荷場合，斜齒、人字齒，用在圓周速度 v=25-50m/s、重負荷場合，但也用于重載低速；兩級的有展開式、分流式、同軸線式和同軸分流式之分，其中，展開式是兩級減速其中最簡單的一種，齒輪相對于軸承位不對稱，當軸產生彎曲變形時，載荷在齒寬上分布不均勻，因此，軸應設計的具有較大的剛度，并盡量使高速級齒輪遠離輸入端，高速級可制成斜齒，低速級可黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁制成直齒，相對于分流式講，用于載荷較平穩(wěn)的場合；分流式與展開式相比，齒輪與軸承對稱布置，因此載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載亦平均分配，中間軸危險截面上的扭矩相當于軸所傳遞扭矩之半，高速級采用人字齒，低速級可制成人字齒或直齒，結構較復雜，用于變載荷場合；同軸線式箱體長度較小，當速比分配適當時，兩對齒輪浸入油中深度大致相同，但減速器軸向尺寸和重量較大，高速級齒輪的承載能力充分利用，中間軸承潤滑困難，中間軸較長，剛性差，載荷沿齒寬分布不均，由于兩伸出軸在同一軸線上在很多場合能使設備布置更為方便；同軸分流式嚙合輪齒僅傳遞全部載荷的一半，輸入和輸出軸只受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸徑尺寸可縮小；圓錐、圓錐-圓柱齒輪減速器也有單級、兩級和三級之分。單級的輪齒可制成直齒、斜齒、螺旋齒，兩軸線垂直相交或成一定角度，制造安裝較復雜，成本高，所以僅在設備布置上必要時應用；兩級圓錐-圓柱齒輪減速器同單級的相同，圓錐齒輪應在高速級，使齒輪尺寸不至于太大，否則加工困難；蝸輪、 ；齒輪-蝸輪減速器，有單級兩級之分。單級又有三種形式：蝸桿下置式就是蝸桿在渦輪下面，嚙合出冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便，但當蝸桿圓周速度太大時，攪油損耗較大，一般用于蝸桿圓周速度小于 5 米每秒的情況下。蝸桿上置式裝卸方便，蝸桿的圓周速度可高些，而且金屬屑等雜物掉入嚙合處機會少；兩級的蝸輪-蝸輪的傳動比大，可達到 43-3600，結構緊湊，但效率較低，為使高速級和低速級傳動浸入油中深度大致相等，應使高速級中心距為低速級中心距的一半左右。齒輪-蝸輪有齒輪傳動在高速級和蝸輪傳動在高速級兩種型式，前者結構緊湊，后者效率高。ZL 型漸開線直齒圓柱齒輪減速器，主要用于礦山、冶金、起重運輸?shù)葯C械設備，高速軸最高轉速不超過 1500 轉/分，工作環(huán)境溫度為-40 到 45 攝氏度，可正反兩向運轉。目前此減速器已經標準化生產。由以上比較，結合本設計要求和工況等條件，本設計選擇二級圓柱齒輪減速器。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁5.2 減速器型號的選擇由卷筒的轉速為 v=36m/min=0.6m/s=0.6/0.125=4.8rad/srvw?則 =4.8 60/(2 3.14)=4.6r/min?2n?傳動比 i= =730/46=15.8；1選擇型號為 ZL75 的減速器，其中傳動比為 16.6 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器主要用于連接兩軸以傳遞運動和轉矩。聯(lián)軸器具有補償因制造和安裝誤差而引起的兩軸線偏移的功能，有些類型的聯(lián)軸器還具有吸振、緩沖等功能。對于傳動系統(tǒng)聯(lián)軸器的選擇，首先應根據(jù)工作條件和使用要求選擇聯(lián)軸器的類型，然后根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的轉矩、被聯(lián)接軸的轉速和直徑確定其結構尺寸，并按標準選定聯(lián)軸器的型號。中小型減速器的輸入軸和輸出軸均可選用彈性聯(lián)軸器，其特點是裝拆方便，并能吸振緩沖。減速器輸入軸可選用 TL 型彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB4323-84） ；減速器的輸出軸可選用 HL 型柱銷聯(lián)軸器（GB5014-85） 。對于傳遞轉矩大的且兩軸間有較大軸線偏移的，由于軸的轉距相對較大，因此選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。6.1 聯(lián)軸器的種類聯(lián)軸器的種類很多，常用的有：凸緣聯(lián)軸器，鼓型齒式聯(lián)軸器，滾子鏈聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，輪胎式聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，蛇形彈簧聯(lián)軸器等多種型號。根據(jù)工作條件和使用要求，以及各類聯(lián)軸器的性能和應用本設計采用彈性套裝銷聯(lián)軸器。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁6.2 聯(lián)軸器傳遞的扭矩計算及選擇聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇：計算轉矩按照下式計算：=caTKA?式中 T 為公稱轉矩，N.m；KA 為工作情況系數(shù)，查《機械設計》表 14-1取為 2.3公稱轉矩 =9.55 1000000 =9.55 1000000 12/730=160N.m1?np?則 = KA =2.3 160=368N.mcaT因此選取型號為 LT8 彈性套柱銷聯(lián)軸器。公稱轉矩 710N.m,許用轉速 3000r/min.7 零部件的設計計算7.1 卷揚機工作級別與類別為了合理設計、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚機根據(jù)利用等級與載荷狀態(tài)劃分為：A ，A ， A ，A ，A ， A ，A ，A ，八個工作級別。123456787.1.1 卷揚機利用等級利用等級是表示卷揚機使用的頻繁程度，以其在設計壽命期內應總工作循環(huán)次數(shù) N 表征。而一個工作循環(huán)是指從一個載荷準備提拉時開始到下一個載荷t準備提拉時為止的全過程。卷揚機的壽命一般不少于 5 年，在這個期間內依據(jù)工作頻繁程度的不同，總工作循環(huán) N 可分為 8 個利用等級，見表 7-1 根據(jù)本次設t計的建筑卷揚機的使用情況確定利用等級為 U5。7.1.2 卷揚機的載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)表示建筑卷揚機鋼絲繩承受拉力作用地輕重與頻繁程度，它與整個黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁使用壽命期限內鋼絲繩每次承受地拉力 F 與額定拉力 F 之比（F / F ）和鋼絲i eie繩每次承受拉力 F 作用下地工作循環(huán)次數(shù) n 與總工作循環(huán)次數(shù) N 之比i i t（n /N ）有關。it載荷譜系數(shù) K 可用下式計算：K ＝∑ f f ????????????meitiFN式中 K ——載荷譜系數(shù)；fn ——在鋼絲繩拉力 F 作用下的工作循環(huán)次數(shù)，i in ＝n ，n ···n ；i12N ——總的工作循環(huán)次數(shù)，N ＝∑n ＝n ＋ n ＋··· n ；t ti12F ——鋼絲繩承受的第 i 個拉力，F(xiàn) ＝ F ，F(xiàn) ，··· F （N） ；i iF ——鋼絲繩承受的額定拉力（N） ；e在本設計中選擇中等載荷，工作級別為 M5，總工作時間為 6400 小時。表 7-1 卷揚機利用等級利用等級 總工作循環(huán)數(shù) Nt 說明U0 1.6×104U1 3.2×10U 2 6.3×104U3 1.25×105不經常使用U4 2.5×10 經常地輕閑地使用U 5 5×105經常地中等使用U6 1×106有時頻繁地使用U7 2×10 頻繁地使用黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁。載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù) Kp當量拉力系數(shù) Kd說明Q （輕）10.125 K ≤0.5 通常承受 1/3 的額定拉力，很少承受額定拉力時使用Q （中）20.25 0.5＜K ≤0d.63通常承受（1/3～2/3）的額定拉力，有時承受額定拉力時使用Q （重）30.5 0.63＜K ≤d0.8通常承受 2/3 以上的額定拉力，較多承受額定拉力時使用Q （特4重）1.0 0.8＜K ≤1d頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用表 7-2 載荷狀態(tài)黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁7.2 鋼絲繩的選取卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應力十分復雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴重，因此，應特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。7.2.1 鋼絲繩的種類和構造鋼絲繩的種類．根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為：(1)．點接觸鋼絲繩 點接觸鋼絲繩繩股中各層鋼絲直徑均相同，而內外各層鋼絲的節(jié)距不同．因而相互交叉形成點接觸。其特點是接觸應力高．表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價格便宜。在實際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點接觸、造成應力集中而產生嚴重壓痕，由此導致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報廢。(2)．線接觸鋼絲繩 線接觸鋼絲繩繩股由不同直徑的鋼絲統(tǒng)制而成，每一層鋼絲的節(jié)距相等，由于外層鋼絲位于內層鋼絲之間的溝槽內，因此內外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應力，但它避免了應力集中，消除了鋼絲在接觸處的二次彎曲現(xiàn)象，減少了鋼絲間的摩擦阻力。使鋼絲繩在彎曲上有較大的自由度，從而顯著提高了抗疲勞強度，其壽命通常高于點接觸鋼絲繩。由于線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。如果在破斷拉力相同的情況下選用線接觸鋼絲繩，可以采用較小的滑輪和卷筒直徑，從而使整個機構的尺寸減小。卷楊機應優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。7.2.2 鋼絲繩直徑的計算目前在工業(yè)化國家，對鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法。國際標準繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應小于下式計算的最小直徑maxinFcd〓黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁式中 Fmax—鋼絲繩最大靜拉力(N) 。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛部分的重量，滑輪組及其它吊具的重量）并考慮滑輪組效率相倍率來確定；c—鋼絲繩選擇系數(shù)，它與機構的工作級別、鋼絲繩是否旋轉及吊運物品的性質等因素有關。目前，卷揚機還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。該設計卷揚機額定載荷 2 噸，采用單聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷Fmax＝Fe/2＝ 10000N 該卷揚機用于建筑，所以工作級別為 M5，鋼繩系數(shù)選擇由 GB/T1955-2008 公式 C=[Kn/K’0]1/2 可得：其中 Kn 是鋼絲繩的最小安全系數(shù)，按照表 4 選取為 4.0K’為鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)，按照表 5 選取第三組 鋼絲繩公稱抗拉強度 R0 為 1570MPa。則 C=[Kn/K’0]1/2=0.123＝12.3 mm maxinFcd〓所以鋼絲繩選擇 d=14 mm卷揚機系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復雜。為簡化計算，鋼絲繩選擇多采用安全系數(shù)法，這是—種靜力計算方法。鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計算：??pgrSnF??式中 —整條鋼絲繩的破斷拉力，N；pS—卷揚機工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)；??n—鋼絲繩的額定拉力，N；rF設計時，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規(guī)定的最小安全系數(shù)，然后從產品目錄中選擇一種破斷拉力不小于 · [M〕的鋼絲繩直徑。??n rF優(yōu)先選用不旋轉的鋼絲繩，按照 GB1102 的規(guī)定，鋼絲繩選擇型號為 124NAT 6 19S+FC 1570 ZZ 110 GB8918-2006 其破斷拉力為 110KN。則 ng=110/20=5.5>5?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 23 頁符合要求7.2.3 鋼絲繩使用注意的事項鋼絲繩在工作時卷繞進出滑輪和卷筒，除產生拉應力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉等應力，應力情況是非常復雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復彎曲相擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。鋼絲繩破壞時，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破斷。在正確選擇鋼絲繩的結構和直徑之后，實際使用壽命的長短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護和保養(yǎng)及與相關機件的合理配置。可從以下幾方面考慮該問題：（1）滑輪和卷筒直徑 D 與鋼絲繩直徑 d 的比值大小對鋼絲繩的壽命影響較大，幾乎成平方關系。因此，選用較大的滑輪和卷簡直徑對鋼絲繩的壽命是有利的。故設計中規(guī)定了卷筒直徑和鋼絲繩直徑的最小比值（D/d） ，與卷揚機的工作級別有關。使用中，應盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。（2）決定滑輪繩槽尺寸時，必須考慮鋼絲繩直徑較公稱直徑有 6％~8％的過盈量這一事實。過小的繩槽直徑會使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽尺寸過大，又會使鋼絲繩在槽內的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應力。合理的繩槽尺寸應比鋼絲繩的公稱直徑大 10％左右。（3） 滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。據(jù)有關資料表明：以鑄鐵代替鋼．可提高鋼絲繩的壽命約 10％。（4） 為保證鋼絲繩在繩筒上平滑纏繞，避免各圈鋼絲繩間相互摩擦及多層纏繞錘擊和堆繞現(xiàn)象，延長鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須保持在一定的限度之內，一般在 0.5 ~2 之間。?（5）良好的周期性潤滑是提高鋼絲繩使用壽命的一項重要因素。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質化合物。目前我國生產的“鋼絲繩油’ ’屬于中等粘度油，適用于各種股捻鋼絲繩的潤滑。其附著力大，不易滑落或與水起作用，且含有防銹劑，是一種良好的潤滑劑。黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 24 頁（6）在室外、潤濕或腐蝕介質存在的環(huán)境里，應選用鍍鋅鋼絲繩。（7） 經常檢查鋼絲繩是否與別的機件摩擦，重新更換新繩時必須核對新繩與原繩的型式直徑是否相同；經常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。7.2.4 卷筒參數(shù)的設計按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機構緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設計采用多層繞。（1）卷筒容繩尺寸參數(shù)1)卷筒節(jié)徑卷筒節(jié)徑 D 應滿足式 D≥ ekd式中 -與卷揚機工作級別有關的系數(shù) D-卷筒節(jié)徑，mmek由 GB8918-2006 表 6 得D= =19 14=266ed?2）卷筒容繩寬度<3 =3 250=750mm ，取 =620mm。tB0DtB3）卷筒邊緣直徑 dDsk4??其中 =210+(2 4-1) 12=294mm??Ss120????則 =294+4 12=342 取為 350mmdDsk4?4）卷繞層數(shù) S由 S≤Dk－Do－2Mk／2d可得 S≤4.1，取 S=4????12101??????????sDdBLtsi?黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 25 頁7.2.5 卷筒的結構設計卷筒按照轉矩的傳遞方式來分．有端側板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內齒輪內嚙合式，其共同特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉矩。本設計卷筒采用內齒輪嚙合式。如圖 7-3。圖 7-3 齒嚙合式卷筒卷筒的設計主要尺寸有卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ（1）卷筒的長度設計本設計采用單聯(lián)滑輪組，卷筒的長度 L =1.1ZP=1.1lP /?n(D+nd)式中 —卷筒總長度，mm；Z—每層圈數(shù)，mm；n—卷繞層數(shù)；—卷筒卷繞直徑，mm；0DP—繩槽節(jié)距，mm；l—卷筒容繩量；由此計算得 ＝870mm。L（2）卷筒壁厚設計本設計為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對于鑄鐵卷筒可按經驗公式初步確定，然后進行強度驗算。對于鑄鐵筒壁 mm ??0.26~10D???根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應小于 12 mm，所以 15mm??黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 26 頁所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距 t＝16 mm、槽底半徑 ＝4 mm、卷筒節(jié)距1c＝250 mm、卷筒長度 L=870 mm、卷筒壁厚 mm。0D5??7.2.6 卷筒強度計算及檢驗卷筒材料一般采用不低于 HT200 的鑄鐵，特殊需要時可采用 ZG230-450、ZG270-500 鑄鋼或 Q235-A 焊接制造。本設計的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇 HT200 的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產生壓應力、彎曲應力和扭曲應力。其中壓應力最大。當 3 時彎曲應力和扭曲應力的合成力不超過壓應力 10%,所以當L?0D L3 時只計算壓應力即可。0本設計中 L=870 mm D=250 mm，符合 3 的要求，所以只計算壓應L?0D力即可。當鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應力按下式來計算：=A ???tF?max??bc其中 為鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應力，MPa；?為鋼絲繩最大拉力，N；maxF為卷筒壁厚，mm；?A 為應力減小系數(shù)，一般取 A=0.75為許用壓力，對于鑄鐵 =??bc ??bc?5?為鑄鐵抗壓強度極限b?所以 =A 32 MPa??tF?max??bc?查教材機械設計基礎知 195MPa，所以 39MPa。所以卷筒的壁厚b????bc??強度滿足要求黃 河 科 技 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 27 頁7.3 卷筒軸的設計計算卷筒軸是支持卷揚機正常工作的重要零件，合理設計與計算卷筒軸對卷揚機性能至關重要。7.3.1 卷筒軸的固定方式及受力分析常用的卷筒軸分軸固定式軸轉動式兩種情況。卷揚機卷筒工作時，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經卷筒及支承作用到軸上產生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。強度計算時應按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位旨分別計算。由卷揚機工作情況和軸的受力分析可知，a、b 因卷筒軸主要承受彎矩，可簡化為簡單的心軸。a 圖為固定心軸，b 圖為轉動心軸。對于轉動心軸，其彎曲應力一般為對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應力循環(huán)特征為 ，視具體的載荷性質而定。對固定心軸的疲勞失效而言，最危險的01r??應力情況是脈動循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應力以按脈動循環(huán)處理為宜。c 圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉軸。其彎曲應力的應力性質為對稱循環(huán)變應力，而扭轉剪應力的應力性質可視為脈動循環(huán)