【正文】 電動卷揚機的設計 目錄 一， 設計題目 主要參數(shù)及工作環(huán)境 主要要求 二， 卷揚機整體結(jié)構(gòu)的確定 擬定傳動結(jié)構(gòu)方案 選擇傳動機構(gòu)方案 三， 電動卷揚機工作級別的確定 電動卷揚機的 利用等級 機構(gòu)的載荷狀態(tài) 機構(gòu)的工作類型 四， 提升機構(gòu)中主要零件的設計 鋼絲繩的設計 鋼絲繩的概述 提升機構(gòu)及受力分析 鋼絲繩選擇的計算 鋼絲繩的校核 卷筒 的設計 卷筒的類型概述 卷筒最小直徑的設計計算 卷筒材料的選擇 卷筒長度的設計計算 卷筒壁厚的設計計算 卷筒轂的結(jié)構(gòu)設計 齒輪連接盤的設計 鋼絲繩在卷筒上的固定 卷筒軸的設計 卷筒軸的受力分析 卷筒軸材料的初步選用及相關(guān)已知數(shù)據(jù) 近似計算軸頸 軸安全系數(shù)的校核計算 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 軸靜強度安全系數(shù)的校核 滑輪的設計 滑輪最小直徑計算 滑輪結(jié)構(gòu)和材料 吊鉤的選用 五， 傳動裝置的設計 電動機的選擇 電動機的類型概述 根據(jù)功率選擇電動機 2 減速器的設計計算 電動卷揚機傳動比的分配 減速器中各軸的轉(zhuǎn)速的計算 減速器各軸 功率計算 圓柱齒輪傳動的設計計算 高速級齒輪材料的選擇 高速級齒輪初步計算 高速級齒輪接觸面疲勞強度的計算 確定高速級傳動主要尺寸 高速級齒輪齒根彎曲疲勞強度驗算 低速級齒輪的設計 減速器軸的初步設計計算 減速器的選擇 制動器的選擇 制動器概述 制動器的計算及選擇 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的分類及其有點 聯(lián)軸器類型的確定 聯(lián)軸器的選用計算 聯(lián)軸器的強度驗算 六，電動卷揚機控制系統(tǒng)的設計 電動卷揚機的控制電路 基于 PLC 的系統(tǒng)編程 附錄 參考文獻 3 第一章 題目的設計 主要參數(shù)及工作環(huán)境 對于某建筑工地塔吊式提升機構(gòu)電動卷揚的的設計，其主要參數(shù)及工作環(huán)境境如下： 起升物額定重量： 6 噸 起升最大高度： 25 米 起升速度： 12 米 ／ 分 工作環(huán)境及條件：大量粉塵，頻繁啟動，工作年限為 5 年 主要要求 本設計的主要要求： 提升的重物在卷筒的中心面上垂直運動； 起升機構(gòu)的制動器必須采用常閉式的； 制動力矩應保證有足夠的制動安全系數(shù)。 第二章 電動卷揚機整體結(jié)構(gòu)的確定 擬定的傳動結(jié)構(gòu)方案 a) b) 4 c) d) e) 選擇傳動機構(gòu)方案 本設計是電控式單筒卷揚機，這種卷揚機通過電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制物料的上升和下 5 降，其制動方式是采用電磁鐵制動器控制，這里用聯(lián)軸器的一半兼作制動器。 本設計中沒有考慮錐齒 輪減速器的傳動，因為用錐齒輪減速器時，電機和卷筒安裝交錯，占的空間相對較大；考慮到經(jīng)濟等因數(shù)，也沒有采用蝸桿渦輪減速器，而直接采用了斜齒圓柱齒輪減速器傳動。 a) 圖中，電動機通過制動器與減速器相連，電動機和卷筒的排列較緊湊，圓柱齒輪易于加工，但減速器的傳動比和結(jié)構(gòu)尺寸比較大；減速器輸出軸直接與卷筒軸通過聯(lián)軸器連接，所需轉(zhuǎn)矩大。 b) 圖中，圖中，電動機通過制動器，再通過帶傳動的方式與減速器輸入軸連接。帶傳動能緩沖、吸震，過載是起安全保護的作用，但是結(jié)構(gòu)寬度和長度尺寸較大，另外，帶傳動不宜在惡劣的環(huán)境下工作，例如這種長 期運用于戶外的情況。 c) 圖中，減速器的輸出軸通過鏈傳動帶動卷揚機的卷筒，鏈傳動傳動尺寸較緊湊，效率高，可在較高溫度和濕度的環(huán)境中工作。但是，鏈傳動瞬時速度不均勻。 d) 圖中，減速器輸出軸通過一級齒輪傳動，為外捏合方式，要用開式齒輪傳動。 e) 圖中，減速器輸出軸與卷筒采用內(nèi)捏合齒輪，這里直接采用帶齒輪的連接盤結(jié)構(gòu)代替。使結(jié)構(gòu)顯得緊湊，也能傳動較大的力矩。通過密封，防止齒輪類的潤滑油泄漏和外界灰塵進入，加到了齒輪的壽命 綜合考慮本題要求和工作環(huán)境，根據(jù)以上所列舉方案，可選擇方案 e。 第三章 電動卷 揚機工作級別與類別的確定 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： A1 ， A2 ， A3 ， A4 ， A5 ， A6 ， A7 ， A8 ，八個工作級別 。本設計卷揚機額定工年限為 5年，沒天工作 8小時計算，一共工作小時數(shù) t: ht 1 2 0 0 083 0 05 ???? 電動卷揚機的 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(nèi)應總工作循環(huán)次數(shù) Nt表征。 根據(jù)本設計題目，頻繁的使用，可選其利用等級為 U7 總循環(huán)次數(shù) Nt=2 106 機構(gòu)的載荷狀態(tài) 機構(gòu)的載荷狀態(tài)是表示卷揚機鋼絲繩承受拉力作 用的輕重與頻繁程度，它在整個使壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受拉力 F與額定拉力 F′之比和鋼絲繩每次承受拉力 F作用下的工作循環(huán)次數(shù) n與中工作循環(huán)次數(shù) N之比有關(guān)。 載荷譜系數(shù) Kf的計算表達式如下 : 6 ????????? ??????? 39。FFNnK iif 式中： Kf載荷譜系數(shù) ni 在鋼絲繩拉力 第 i次作用力（ Fi ）下的 循環(huán)次數(shù)， ni ＝ n1 ， n2 Fi 鋼絲繩承受的第 i個拉力， Fi ＝ F1 ， F2 ， Fn （ N）； F39。鋼絲繩承受的額定拉力（ N）； N總的工作循環(huán)次數(shù)。 卷揚機的載荷狀態(tài)可根據(jù)鋼絲繩的受力情況和頻繁程度，按名義載荷系數(shù)譜 Kf可分為四個等級，根據(jù)本設計的要求，通過查表可得出本設計的載荷狀態(tài)為 Q2（受中等載荷），可取出 Kf=,Kd=,Kd為當量拉力系數(shù)。 機構(gòu)的工作類型 機構(gòu)的工作類型是根據(jù)機構(gòu)利用級別和載荷情況來進行分類的 。機構(gòu)利用級別根據(jù)總運轉(zhuǎn)小時數(shù)和理論平均日工作小時數(shù)來劃分的。共分為 10 個等級： T0T9。 根據(jù)表 （ GB／ T38111983)可查得選用利用級別為 T7. 載荷情況是表面機構(gòu)承受的最大載荷及載荷變化程度，載荷分為四個等級： L2(機構(gòu)經(jīng)常承受中等載荷，較少承受最大載荷 )。 根據(jù)機構(gòu)的利用級別和機構(gòu)的載荷情況，機構(gòu)的工作類型分為 8個等級： M1M8。由表（ GB／ T38111983）可查得機構(gòu)的工作類別為 M7。 第四章 提升機構(gòu)中主要零件的設計 鋼絲繩的選用 鋼絲繩新標準為 GB／ T89111996優(yōu)質(zhì)鋼絲繩。 它適用于機械、建筑、船舶、漁業(yè)、礦業(yè)、鉆井、索道及纜車等用途使用的各種圓股鋼絲繩和異型股鋼絲繩。但不包括航空鋼絲繩和電梯鋼絲繩。 鋼絲繩的概述 鋼絲繩按其繩和股的斷面、股數(shù)和股外層鋼絲的數(shù)目分類。在圓股和異型股鋼絲繩中，如果需要方?jīng)]有明確要求某種結(jié)構(gòu)的鋼絲繩時，在同一類別中，結(jié)構(gòu)由供方確定。 按鋼絲繩捻發(fā)分為右交互捻、左交互捻、右同向捻和左同向捻。同向捻是股與繩的捻向相同，分左、右同向捻。這種鋼絲繩鋼絲之間接觸較好，表面比較平滑，擾性好，磨損小， 7 使用壽命長，但是有旋轉(zhuǎn)，容易松散的傾向， 故在自由懸掛重物起重機中不宜采用。 交互捻是股與繩的捻向相反，分左、右交互捻。這種鋼絲繩雖然剛性大，使用壽命短，但是不容易旋轉(zhuǎn)、松散，故在起重機中應用較多。 鋼絲繩鋼絲之間的接觸狀態(tài)分，有點接觸、線接觸和面接觸三種： 點接觸鋼絲繩、鋼絲之間的比壓力較大，雖然撓性好，但是易斷裂。 線接觸鋼絲繩，繩的結(jié)構(gòu)較密實，強度有所提高。撓性差，但是鋼絲繩的壽命有很大的提高，在起重機中應用廣泛。 面接觸鋼絲繩，繩的結(jié)構(gòu)密實，剛性大，強度很高，可承受橫向力，大多應用于索多呈面接觸的鋼絲繩。 鋼絲繩芯的材料也有不同的種類，包括纖維芯，鋼絲芯等。 提升機構(gòu)及受力分析： 根據(jù)本設計要求，設計提升機構(gòu)如下： 1電動機， 2聯(lián)軸器， 3減速器， 4卷筒 ， 5導向滑輪， 6滑輪組 7吊鉤， 8重物 提升機構(gòu)的受力分析： 由圖可知 : NGFFF 39。m a x ?????? 8 鋼絲繩選擇的計算 按 GB／ T38111983計算，計算方法如下： maxFcd? 式中 d鋼絲繩的最小直徑（ mm） C選擇系數(shù)（ Nmm ） Fmax鋼絲繩的最大靜拉力（ N） 鋼絲繩的選擇系數(shù) c與機構(gòu)的工作級別有關(guān)，按表 ?c 和最小安全系數(shù) n: 7?n 代人數(shù)值可得： mmd 9 4 0 01 2 ??? 通過查表取最小直徑為： 22mm 通過查表試選用 )(196 a? 類的，鋼絲繩公稱抗拉強度為 1470MPa的纖維芯鋼絲繩，其對應最小破斷力為 234kN。 鋼絲繩的校核 按鋼絲繩所在機構(gòu)的工作級別有關(guān)的安全系數(shù)來選擇的鋼絲繩直徑時，所選用的鋼絲繩拉力還要滿足下式： max0 nFF ? 式中 F0所選用鋼絲繩的最小破斷拉力（ N） n 安全系數(shù) 9 由前面數(shù)值計算可得 kNF 2340 ? 0m a x 0 52 9 4 0 07 FkNnF ???? 故滿足條件。 綜上所訴，選用鋼絲繩的型號為： 22 NAT6?19S+FC ／ T89181996 卷筒的設計