【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(diǎn)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(jī)中應(yīng)用比較廣泛，其分組性能好，為封閉式傳動(dòng)，但是在檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒。 卷筒最小直徑的設(shè)計(jì) 計(jì)算 根據(jù) GB／ T38111988規(guī)定，按鋼絲繩中心來計(jì)算卷筒的最小直徑，即： hdD ?min （ ） 式中 Dmin按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪和卷筒的最小直徑 d鋼絲繩的直徑 h與機(jī)構(gòu)工作級(jí)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(shí)效處理以消除內(nèi)應(yīng)力，鑄鋼件應(yīng)進(jìn)行退火處理。在本設(shè)計(jì)中選用 HT 300 卷筒長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)行單層卷繞。一般采用標(biāo) 準(zhǔn)槽，只有當(dāng)鋼絲繩有脫落危險(xiǎn)是才采用深槽。在起重高度較高時(shí)，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(jìn)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(jī)。 10 在實(shí)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(zhǎng)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(jì)的提升機(jī) 構(gòu)，考慮到壽命，采用單層單聯(lián)卷筒。 由表 ，可一計(jì)算出卷筒的長(zhǎng)度： 卷筒上有螺旋槽部分的長(zhǎng)度 L0： mmpzD aHL 21020310ma x0 ?????????? ?? ??????????? ??? ? 卷筒的總長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng)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(jì)計(jì)算 對(duì)于卷筒的壁厚 ? 可按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，然后再進(jìn)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(qiáng)度計(jì)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(dāng) DL 3? 時(shí)，彎曲和扭應(yīng)力的合成應(yīng)力不超過 10%壓應(yīng)力，所以當(dāng) DL 3?時(shí)只計(jì)算壓應(yīng)力即可。當(dāng) DL 3? 時(shí)還要考慮彎曲應(yīng)力。 由前面數(shù)據(jù)可知， DL 3? ,對(duì)于單層卷繞時(shí)，壓應(yīng)力按一下公式計(jì)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(duì)鑄鐵 ? ? 5bbc ?? ? b? 為鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限，查表得MPab 250?? 故得 MPabc 50?? 計(jì)算得 ? ?bcMP a ?? ????? 39。1 滿足強(qiáng)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(jì) 由于卷筒已經(jīng)制定了專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而卷筒轂尚未制定新的標(biāo)準(zhǔn)，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(jì) 和卷筒轂一樣，齒輪連接盤沒有制定新的標(biāo)準(zhǔn)，而有些配合尺寸得根據(jù)卷筒進(jìn)行設(shè)定，結(jié)合表 設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(jiǎn)單。 本設(shè)計(jì)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(hào) 6 卷筒軸的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件，卷揚(yáng)機(jī)的軸對(duì)卷揚(yáng)機(jī)正常工作來說起了非常重要的作用，合力設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)的軸對(duì)卷揚(yáng)機(jī)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(dòng)式兩種情況，在本設(shè)計(jì)中利用了齒輪連接盤結(jié)構(gòu)，卷筒軸是轉(zhuǎn)動(dòng)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(jiǎn)化為心軸，且為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)心軸而言，其彎曲應(yīng)力性質(zhì)一般是對(duì)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(qiáng)度破壞。 當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)工作時(shí)，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(shí)，鋼絲繩在卷筒上的位置是變化的，從而，鋼絲繩拉力對(duì)卷筒軸的力矩也是變化的，所以在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)是按鋼絲繩在兩個(gè)極限位置分別 計(jì)算的。由受力分析知，當(dāng)鋼絲繩在右極限時(shí)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(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)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(jì)中的卷筒軸選用 45剛，并調(diào)質(zhì)處理。并通過查機(jī)械手冊(cè)可?。?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(jì)好的卷筒、齒輪連接盤等設(shè)計(jì)出軸的長(zhǎng)度見圖 （ a）。 近似計(jì)算軸頸 根據(jù)卷筒軸受力情況，按彎轉(zhuǎn)合成力矩近似計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算 軸的安全系數(shù)校核計(jì)算包括兩個(gè)方面：疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)和靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核計(jì)算。疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核是經(jīng)過初步計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算之后，根據(jù)軸的實(shí)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(jì)算軸的危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)是否滿足。靜強(qiáng)度安全系數(shù) 校核是根據(jù)軸材料的屈服強(qiáng)度和軸上擢用的最大瞬時(shí)載荷（包括動(dòng)載荷和沖擊載荷），計(jì)算軸危險(xiǎn)截面處的靜強(qiáng)度安全系數(shù)。 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 15 疲勞強(qiáng)度校核判斷的根據(jù)為 ??SS? 。當(dāng)該試不能滿足時(shí)，應(yīng)改進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度是根據(jù)長(zhǎng)期工作在軸上的最大變載荷進(jìn)行校核計(jì)算的，在本設(shè)計(jì)中，卷筒軸的疲勞強(qiáng)度用鋼絲繩的當(dāng)量拉力進(jìn)行 計(jì)算，即 maxFKF dd ? ,式中 Kd 為當(dāng)量拉力系數(shù)，這里去 1?dK ，從而可得到一下計(jì)算： 在本心軸上， C點(diǎn)承受的載荷和彎矩最大，故只需對(duì) C點(diǎn)軸頸進(jìn)行校核，由前面知mmdc 85? ，通過查機(jī)械手冊(cè)，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(jī)械手冊(cè)查得為 53600mm2 心軸的應(yīng)力性質(zhì)是按脈動(dòng)循環(huán)變化的，所以 MP aam a x ??? ??? 軸為實(shí)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(qiáng)度的安全系數(shù)為： ????maKS ?????????? 式中 ??1? 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限，查得取 270MPa