【正文】 延續(xù)到今天的機(jī)械，更是起著不可替代的作用，卷揚(yáng)機(jī)就是一例。卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展就像其他機(jī)械一樣，從開始的簡單到現(xiàn)在的復(fù)雜，從以前的機(jī)械動(dòng)力到現(xiàn)在的電力動(dòng)力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至智能操作。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。 Reel axis。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚(yáng)機(jī)的部分工作，但由于塔5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 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(yīng)用卷揚(yáng)機(jī)，汽車吊雖然靈活方便，但也因?yàn)槌杀咎撸荒茉诠こ讨袕V泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚(yáng)機(jī)承擔(dān)的。 我國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)是解放后才開始的。 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，到了 60 年代，卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)和使用越來越多。 從 70 年代起，我國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多的新階段 。這兩種基型一直到現(xiàn)今還在生產(chǎn)。 國外卷揚(yáng)機(jī)概況 在國外，卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。主要產(chǎn)品有，氣動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī) [— 40t)，防爆拖式氣動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) (— 30t)，駁船卷5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 揚(yáng)機(jī) (手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓， 25— 75t)，電動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī) (— 20t)，電動(dòng)葫蘆 (— 15t)．電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) (— )，手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) — 75t)，液壓卷揚(yáng)機(jī) (1— 10t )，水平卷揚(yáng) 機(jī) (1— 9t)，手動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī)（ — 100t），棘輪牽引器 (1— 1. 75t)，空中用運(yùn)車 (— 20t)等。藝德公司等。 日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會、荷役機(jī)械技術(shù)委員會領(lǐng)導(dǎo)。功率為 — 44kw，鋼 絲繩拉力從 5880— 44l 00N。 2．電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī) 該廠生產(chǎn)的電動(dòng)卷揚(yáng)帆為 KW 型，功率 — 11kw，拉力 6000— 142100N，四種規(guī)格。 (三 )法國 法國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家很多，其中包藤 (POTAIN)公司就是生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的主要廣家之一，主要生產(chǎn) KUSW 系列、 LMD 系列、 PC 系列和 RCS 系列卷揚(yáng)機(jī)。液壓系統(tǒng)可同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)械制動(dòng)器。 RCS 型卷揚(yáng)機(jī)可五檔變速，三個(gè)低速檔和兩個(gè)高速檔。 卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展趨勢 1． 大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和機(jī)械構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。 3．發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為提高機(jī)械化水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚(yáng)機(jī)，如以汽車蓄電池為動(dòng)力的直流電動(dòng)小型卷揚(yáng)機(jī)，其電壓為 12V，質(zhì)量為 —，拉力為 3336— 13344N。機(jī)型的 分類方法很多，目前大致按下述方法分類。 2 按鋼絲繩速度 v 分 鋼絲繩在基準(zhǔn)層上的出繩速度是卷揚(yáng)機(jī)的又一項(xiàng)主要參數(shù)，根據(jù)鋼絲繩的速度分為： （ 1）慢速卷揚(yáng)機(jī) 繩速 v＝ 9— 15m／ min。卷揚(yáng)機(jī)按卷筒數(shù)5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 目可分為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)和多筒卷揚(yáng)機(jī)三類。 5 按傳動(dòng)形式分 （ 1）開式齒輪傳動(dòng) 最早的形式，目前主要用于手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)； （ 2）閉式圓柱齒輪傳動(dòng) 主要為快速單筒卷揚(yáng)機(jī)應(yīng)用廣泛。 （ 4）氣控卷?xiàng)顧C(jī) （ 5）自動(dòng)控制卷揚(yáng)機(jī) 用限位器來控制卷揚(yáng)機(jī)的工作。 （ 3）曳引物品 因?yàn)榇隧?xiàng)工作一般是在水平或傾斜方向進(jìn)行的，為使物品能前后運(yùn)動(dòng)，則要求卷揚(yáng)機(jī)的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作。我們將其分為電控卷揚(yáng)機(jī)和溜放型卷揚(yáng)機(jī)兩類。此類卷揚(yáng)機(jī)大多是單卷筒的。 圖 14 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機(jī)簡圖 1— 電動(dòng)機(jī) 2— 聯(lián)軸器 3— 制動(dòng)器 4— 減速器 5— 開式齒輪傳動(dòng) 6— 卷筒 （ 4）蝸桿減速器加開式齒輪傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。由于錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)是靠轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)或松開的，可省略單獨(dú)的制動(dòng)器，在結(jié)構(gòu)上就要求電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)間能做軸向相對移動(dòng)。 （ 2）漸開線圓柱齒輪行星傳動(dòng) 常見的有封閉型 2K— H 型行星輪系和 3K型行星輪系傳動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。 上述擺線針輪行星傳動(dòng)和少齒差行星傳動(dòng)的輸出機(jī)構(gòu)是很重要的一環(huán)，可實(shí)現(xiàn)偏心輸出的機(jī)構(gòu)有很多，但考慮到加工和效率的原因，目前采 用較多的是銷軸式，但其加工精度及熱處理要求較高，卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)廠家比較難以達(dá)到。 （ 6）活齒行星傳動(dòng) 又叫頂桿蠕動(dòng)傳動(dòng)，它的加工相對比較方便。 為保證各卷筒的運(yùn)動(dòng)或停止，其離合和制動(dòng)裝置都直接安裝在卷筒上。電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠制動(dòng)器將高速軸的制動(dòng)輪剎住，5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 使懸吊的重物停止在空中。為便于安裝，在電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間常采用具有補(bǔ)償性能的彈性柱銷連軸器或齒輪連軸器。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一半兼作制動(dòng)輪。制動(dòng)力矩應(yīng)保證有足夠的制動(dòng)安全系數(shù)。本卷揚(yáng)機(jī)的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結(jié)構(gòu)型式，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內(nèi)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(nèi)齒輪的接盤相嚙合，形成一個(gè)齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補(bǔ)償一定的安裝誤差。 5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 圖 22 用齒輪接盤連接型式 卷筒的直徑一般盡量選用允許的較小值，因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，扭矩和減速傳動(dòng)比也增大，引起整個(gè)機(jī)構(gòu)龐大。但由于雙聯(lián)滑輪組的倍率比單聯(lián)滑輪組小一倍，起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比也需要增大一倍，這就使機(jī)構(gòu)尺寸增大，所以其他的起重機(jī)采用單聯(lián)滑輪組，此次設(shè)計(jì)的是 5 噸橋式起重機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)，因此選用雙聯(lián)滑輪組，如圖（ 2— 3）。 起升機(jī)構(gòu)計(jì)算是在給定了設(shè)計(jì)參數(shù)，并將布置方案確定后進(jìn)行的，通過計(jì)算選用機(jī)構(gòu)選用機(jī)構(gòu)中所需要的標(biāo)準(zhǔn)零部件，如電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器和聯(lián)軸器等。工作時(shí)鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜。繩芯常采用天然纖維芯 (NF)、合成纖維芯 (SF)、金屬絲繩芯 (IWR)相金屬絲股芯 (IWS)。此類鋼絲繩鋼絲繞成股和股繞成繩的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。 (2)交捻鋼絲繩 交捻鋼絲繩，又分為右交互捻 (ZS)和左交互捻（ SZ）。但制造工藝簡單，價(jià)格便宜。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(qiáng)度，其壽命通常高于點(diǎn)接觸鋼絲繩。 鋼絲繩直徑的選擇 卷揚(yáng)機(jī)系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復(fù)雜。 rF — 鋼絲繩的額定拉力 (力 )。國際標(biāo)準(zhǔn)繩的選擇也推薦采用此方法。可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二冊進(jìn)行選取。目前我國生產(chǎn)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。 鋼絲繩的報(bào)廢處理，可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相資料。 卷筒的分類 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。 按照卷筒的表面分，有光卷筒和帶螺旋槽卷筒兩種。繩槽在卷筒上的卷繞方向可以制成左旋或右旋。本設(shè)計(jì)卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。 按式計(jì)算： 0minD hd? ＝ 28 14 ＝ 392（ mm） 選取 0D =400（ mm） 卷筒的長度設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)滑輪組，如圖 4— 3 圖 4— 3 雙聯(lián)滑輪組 卷筒的長度 ? ?0 1 2 32L L l l l? ? ? ? （ 4— 7） 式中 L— 卷筒總長度； 0L — 繩槽部分長度，其值為： 0 0HaL n tD????????? （ 4— 8） 其中 H— 最大起升高度； a— 滑輪組倍率； 0D — 卷筒卷繞直徑； t — 繩槽節(jié)矩， 5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) n — 附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩端受力減小，便于固定，通常取 n＝ ～ 3 圈； 1l — 固定鋼絲繩所需要的長度，一般取 1l ＝ 3t； 2l — 兩端的邊緣長度（包括凸臺在內(nèi)），根據(jù)卷筒結(jié)構(gòu)而定； 3l — 卷筒中間無繩槽部分長度，由鋼絲繩的允許偏斜角α和卷筒軸到動(dòng)滑輪軸的最小距離決定。 選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒長度為 1000mm 卷筒壁厚設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)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(jīng)驗(yàn)公式初步確定，然后進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。其中壓應(yīng)力最大。 所以 ? ? ? ?bc? 經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)算，卷筒抗壓強(qiáng)度符合要求。鋼絲繩拉力經(jīng)卷筒及支承作用到軸上產(chǎn)生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。對于轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，其彎曲應(yīng)力一般為對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應(yīng)力循環(huán)特征為 01r? ?? ，視具體的載荷性質(zhì)而定。由此可知，卷筒軸在正常使用條件下，最終將發(fā)生疲勞破壞 。卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時(shí)，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。 圖 5— 3 軸的彎矩圖 作用力計(jì)算 齒輪圓周力： 12t TF d? （ 5— 1） ＝12 22e DdFd??????? ＝ ? ?30 345 16580?? ＝ （ KN） 5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 齒輪徑向力： rtF F tg?? （ 5— 2） ＝ ? ＝ （ KN） 垂直面支承反力及彎矩 支反力，簡圖 8— 3b。由圖 8— 3 可知．最大彎矩發(fā)生在剖面 B 處。彎曲應(yīng)力為 BKMd? ? （ 5— 15） ＝ 331 55??? ＝ （ MP） 平均應(yīng)力 m? 和應(yīng)力幅 a? 為 2bmn????? （ 5— 17） ＝ ＝ （ MP） 軸的形狀比較簡單，且為對稱結(jié)構(gòu)，在 B 截面處尺寸有變化，則有應(yīng)力集中存在，且該處彎矩最 大，可以認(rèn)為置截面是危險(xiǎn)截面，應(yīng)在此處計(jì)算袖的疲勞強(qiáng)度。此處取 ?? 。對這類靜不定問題可用三彎矩方程方法計(jì)算軸受力，同時(shí)在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮軸的結(jié)構(gòu)、支承型式以及底座的剛。 所以該軸符合本設(shè)計(jì)要求。 5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)為 1amS K?? ???? ? ?????? （ 5— 18） ＝ 300 ? ? ?? ＝ 一般軸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) ? ? ~ ? ，所以該軸疲勞強(qiáng)度足夠。 為使計(jì)算簡便，可假設(shè) dK ＝ 1。 50AV CVMR? （ 5— 5） ＝ ? ?50 ?? ＝ （ KN mm） 60BV DVMR? （ 5— 6） ＝ 60 ? ＝ （ KN mm） 水平面支承反力及彎矩支反力 ， 水平面支承反力見圖 5— 3d。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊、起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊，初步得到心軸各段5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 直徑和長度，如圖 52 所示 ,本設(shè)計(jì)心軸左邊選用調(diào)心滾子軸承圓柱孔 20210 型，右邊選用調(diào)心球軸承圓柱孔 10000（ TN M）型。 由圖 5— 1 可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動(dòng)的心軸。 5 噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì) 圖 5— 1 卷筒軸的類型 a: 軸固定式 b、 c: 軸轉(zhuǎn)動(dòng)式 卷筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于卷筒軸的可靠性對卷揚(yáng)機(jī)安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)算。 c 圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。由卷揚(yáng)機(jī)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。 卷筒軸的受力分析與工作應(yīng)力分析 常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動(dòng)式（圖 5— 1）兩種情況。 本設(shè)計(jì)中 L=1000mm