【正文】 卷筒的類型概述 卷筒的類型較多，最常用的是齒輪連接盤式和周邊大齒輪式兩種，其結(jié)構(gòu)特點是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。齒輪連接盤式卷筒在起重機中應(yīng)用比較廣泛，其分組性能好，為封閉式傳動，但是在檢修時需沿軸向外移卷筒。 卷筒最小直徑的設(shè)計 計算 根據(jù) GB／ T38111988規(guī)定，按鋼絲繩中心來計算卷筒的最小直徑，即： hdD ?min （ ） 式中 Dmin按鋼絲繩中心計算的滑輪和卷筒的最小直徑 d鋼絲繩的直徑 h與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，按表 h值為 。 將數(shù)值代如上式可得： mmD 9 in ??? 由表 mmD 500min ? 卷筒材料的選擇 鑄造卷筒的材料應(yīng)采用不低于 GB／ T9493中規(guī)定的 HT 200灰鑄鐵，或者 GB／ T11352中規(guī)定的 ZG 270500鑄鋼。鑄鐵件需經(jīng)時效處理以消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件應(yīng)進行退火處理。在本設(shè)計中選用 HT 300 卷筒長度的設(shè)計計算 卷筒有單層卷繞單聯(lián)卷筒、單層卷繞雙聯(lián)卷筒。 卷筒表面帶有螺旋槽，鋼絲繩進行單層卷繞。一般采用標 準槽，只有當鋼絲繩有脫落危險是才采用深槽。在起重高度較高時，為了縮小卷筒尺寸，可采用表面帶導(dǎo)向螺旋槽或光面卷筒，進行多層卷繞，但鋼絲繩磨損較快。這種卷筒適用于慢速度和工作類型較輕的起重機。 10 在實際作業(yè)中，鋼絲繩排列凌亂，互相交叉擠壓，鋼絲繩壽命降低。 目前，多層卷繞卷筒大多數(shù)制成帶有繩槽，第一層鋼絲繩卷繞入螺旋槽，第二層鋼絲繩一相同的螺旋方向卷繞入內(nèi)層鋼絲繩形成的螺旋溝，鋼絲繩的接觸情況大為改善，延長了鋼絲繩的使用壽命。多層卷繞卷筒兩端要設(shè)擋板，其高度比最外層鋼絲繩高出（ ） d。 根據(jù)前面設(shè)計的提升機 構(gòu)，考慮到壽命，采用單層單聯(lián)卷筒。 由表 ，可一計算出卷筒的長度： 卷筒上有螺旋槽部分的長度 L0： mmpzD aHL 21020310ma x0 ?????????? ?? ??????????? ??? ? 卷筒的總長度： 210 2 LLLLd ??? ??? 上面兩式中 D卷筒的名義直徑（卷筒槽底部直徑） 查表 H= d鋼絲繩直徑 Hmax最大起升高度 dDD ??0 卷筒計算直徑 ?z 為固定鋼絲繩的安全圈數(shù) a 滑輪組倍率 L1 無繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定，這里試取 為 92mm L2固定鋼絲繩所需長度， PL 32? p繩槽槽距，可由表 25?p 將數(shù)據(jù)帶入 ? 式可得： mmL d 8 0 52539025 5 0 ?????? 卷筒壁厚的設(shè)計計算 對于卷筒的壁厚 ? 可按經(jīng)驗公式進行計算，然后再進行校核。 ? ? ? ?10~61010~ ???? D? 根據(jù)鑄造工藝的要求，卷筒的壁厚不得小于 12mm,去卷筒壁厚 mm20?? 11 卷筒的強度計算： 若忽略卷筒的自重力，卷筒在鋼絲繩最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓、彎曲和扭 應(yīng)力，其中壓應(yīng)力最大。當 DL 3? 時，彎曲和扭應(yīng)力的合成應(yīng)力不超過 10%壓應(yīng)力，所以當 DL 3?時只計算壓應(yīng)力即可。當 DL 3? 時還要考慮彎曲應(yīng)力。 由前面數(shù)據(jù)可知， DL 3? ,對于單層卷繞時，壓應(yīng)力按一下公式計算 ? ?bcpFA ??? ?? m ax139。1 式中 39。1? 單層卷繞卷筒的壓應(yīng)力 （ MPa） Fmax鋼絲繩的最大拉力 （ N） ? 卷筒壁厚 （ mm） A1應(yīng)力減小系數(shù)，一般取 ?A ? ?bc? 許用壓應(yīng)力，對鑄鐵 ? ? 5bbc ?? ? b? 為鑄鐵的抗壓強度極限，查表得MPab 250?? 故得 MPabc 50?? 計算得 ? ?bcMP a ?? ????? 39。1 滿足強度要求。 卷筒結(jié)構(gòu)及尺寸見附錄圖 3，卷筒部分的裝配圖。 卷筒轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于卷筒已經(jīng)制定了專業(yè)標準，而卷筒轂尚未制定新的標準，所以有寫尺寸要根據(jù)卷 筒尺寸，結(jié)合表 ，繪出圖形見附錄圖 1。 齒輪連接盤的設(shè)計 和卷筒轂一樣，齒輪連接盤沒有制定新的標準，而有些配合尺寸得根據(jù)卷筒進行設(shè)定，結(jié)合表 設(shè)計的齒輪連接盤見附錄圖 2 鋼絲繩在卷筒上的固定 鋼絲繩在卷筒上的固定必須 安全可靠，壓板固定是最常用的方法，它的結(jié)構(gòu)簡單，檢查拆裝方便，但是不能用于多層卷繞的卷筒。多層卷繞卷筒采用楔形固定，他的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另種方法也使用于多層卷繞卷筒，將鋼絲繩引入卷筒內(nèi)部或端部，再用壓板固定，它的結(jié)構(gòu)比較簡單。 本設(shè)計中選用壓板固定，鋼絲繩的壓板按表 ，這中壓板適用于各種圓股鋼絲 12 繩的繩端固定。則選擇壓板序號 6 卷筒軸的設(shè)計 軸是組成機械的一個重要零件，卷揚機的軸對卷揚機正常工作來說起了非常重要的作用，合力設(shè)計卷揚機的軸對卷揚機的性能來說很重要。 卷筒軸的受力 分析 常用的卷筒軸有固定式和轉(zhuǎn)動式兩種情況，在本設(shè)計中利用了齒輪連接盤結(jié)構(gòu)，卷筒軸是轉(zhuǎn)動式的。由卷筒的工作情況和受力分析知，卷筒軸主要受彎矩，可簡化為心軸，且為轉(zhuǎn)動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸而言，其彎曲應(yīng)力性質(zhì)一般是對稱循環(huán)應(yīng)變。從而可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞損壞，但是也不排除其在超載荷或者意外情況下的靜強度破壞。 當卷揚機工作時，鋼絲繩的作用力通過卷筒傳到卷筒軸上；由于卷筒旋轉(zhuǎn)時，鋼絲繩在卷筒上的位置是變化的，從而，鋼絲繩拉力對卷筒軸的力矩也是變化的，所以在強度計算時是按鋼絲繩在兩個極限位置分別 計算的。由受力分析知，當鋼絲繩在右極限時卷筒軸的受力最大，其受力圖見圖 （ a）。 卷筒軸材料的初步選用及相關(guān)已知數(shù)據(jù) 軸的材料種類很多，設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟合理。軸的常用材料是 3 4 50優(yōu)質(zhì)炭素結(jié)構(gòu)鋼，最常用的是 45鋼。 在本設(shè)計中的卷筒軸選用 45剛，并調(diào)質(zhì)處理。并通過查機械手冊可取： MPab 650?? MPas 360?? 彎曲疲勞極限 2701??? 需用靜應(yīng)力 ? ? MPa2601 ??? 需用疲勞應(yīng)力? ? MPa1501 ??? 。有前面的數(shù)據(jù)，繩子的額定拉力 NF 29400max ? ，鋼絲繩的直徑mmd 22? ,卷筒直徑 mmD 500? 。根據(jù)已經(jīng)設(shè)計好的卷筒、齒輪連接盤等設(shè)計出軸的長度見圖 （ a）。 近似計算軸頸 根據(jù)卷筒軸受力情況，按彎轉(zhuǎn)合成力矩近似計算軸頸。將軸上所有作用力分解為垂直平面的力和水平平面的力，如圖 。 心軸作用力的計算： 13 齒輪盤齒輪的圓周力： kNDdFdTFt 2222 m a x11 ??????? ??? 齒輪徑向力： kNaFF tr a a n 0 ???? 垂直面（ cv）的支承反力圖 ：由 0?DM 得： 905 a x ?????? AD CDFBDFF rAV ? 同理， 0?AM 可得： kNFDV ????? 垂直面的彎矩 圖：（ c） mmkNABFM AVBV ??? mmkNCDFM DVCV ??? 0 0 4 水平面支承反力，如圖 d ： kNADABFF rDH ?? kNADBDFF rAH ?? 水平面的彎矩，圖 mmkNABFM AHBH ??? 6 6 9 mmkNCDFM DHCH ??? 9 9 14 圖 合成彎矩，圖 mmkNMMM BHBVB ???? 9 2 622 mmkNMMM CHCVC ???? 0 2 422 由公式可計算出 B、 C兩處軸的最小直徑 ? ? mmMd BB 103 13 ????? 取 mmdB 51? ? ? mmMd Cc 103 13 ????? 取 mmdc 65? 調(diào)整后取 mmdB 75? mmdc 85? 軸安全系數(shù)的校核計算 軸的安全系數(shù)校核計算包括兩個方面：疲勞強度安全系數(shù)和靜強度安全系數(shù)校核計算。疲勞強度安全系數(shù)校核是經(jīng)過初步計算和結(jié)構(gòu)計算之后，根據(jù)軸的實際尺寸、承受的彎矩圖考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素以及軸材料的疲勞極限，計算軸的危險截面處的疲勞安全系數(shù)是否滿足。靜強度安全系數(shù) 校核是根據(jù)軸材料的屈服強度和軸上擢用的最大瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷），計算軸危險截面處的靜強度安全系數(shù)。 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 15 疲勞強度校核判斷的根據(jù)為 ??SS? 。當該試不能滿足時，應(yīng)改進軸的結(jié)構(gòu)以降低應(yīng)力集中；也可以采用熱處理、表面強化處理等工藝措施以及加大軸頸、改用較好材料等方法解決。軸的疲勞強度是根據(jù)長期工作在軸上的最大變載荷進行校核計算的，在本設(shè)計中，卷筒軸的疲勞強度用鋼絲繩的當量拉力進行 計算，即 maxFKF dd ? ,式中 Kd 為當量拉力系數(shù)，這里去 1?dK ，從而可得到一下計算： 在本心軸上， C點承受的載荷和彎矩最大，故只需對 C點軸頸進行校核，由前面知mmdc 85? ，通過查機械手冊，選用 1422???hb 的普通圓頭平鍵， 則 mmt 9? 。 最大應(yīng)力， M P aWM C m a x ??? 式中 ??CM 軸頸 C處的彎矩 W為截面 C處的抗彎截面系數(shù)，有機械手冊查得為 53600mm2 心軸的應(yīng)力性質(zhì)是按脈動循環(huán)變化的，所以 MP aam a x ??? ??? 軸為實心軸，但 C截面有鍵槽，所以有應(yīng)力集中存在，軸頸表面通過車床精車即可。疲勞強度的安全系數(shù)為： ????maKS ?????????? 式中 ??1? 對稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限，查得取 270MPa