【文章內(nèi)容簡介】 小型卷揚機(jī)，其電壓為 12V，質(zhì)量為 ～，拉力為 3336～13344N。4．大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機(jī) 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機(jī)動力的卷揚機(jī)。此種卷揚機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 6 頁 共 45 頁第 2 章 卷揚機(jī)的整體結(jié)構(gòu)概述 電動卷揚機(jī)方案討論電控此類卷揚機(jī)通過通電或斷電以實現(xiàn)卷揚機(jī)的工作或制動。物料的提升或下降由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，操作簡單方便 【5】 。其制動型式主要有電磁鐵制動器和錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī)兩類，下面就這兩種制動型式卷揚機(jī)的常見類型作介紹。此類卷揚機(jī)大多是單卷筒的。根據(jù)設(shè)計要求擬定以下兩種方案：方案一：圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動的卷揚機(jī)如圖 。圖 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機(jī)簡圖1—電動機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—制動器4—減速器 5—開式齒輪傳動 6—卷筒 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 7 頁 共 45 頁方案二：蝸桿減速器加開式齒輪傳動的建筑卷揚機(jī)如圖 圖 蝸桿減速器加開式齒輪傳動的建筑卷揚機(jī)簡圖1—電動機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—制動器4—蝸桿減速器 5—開式齒輪傳動 6—卷筒方案對比方案一：此方案由電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、圓柱齒輪減速器、開式齒輪傳動、卷筒等構(gòu)件組成。該方案采用的圓柱齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)簡單，效率較高，傳動較為平穩(wěn)的優(yōu)點。此種減速器不適應(yīng)高速重載的工況要求，而且直齒圓柱齒輪占據(jù)空間較大。 方案二：此方案由電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、蝸桿減速器、開式齒輪傳動、卷筒等構(gòu)件組成。該方案采用蝸桿齒輪減速器傳動效率低，空間布置困難，占用空間大。兩種方案的差別在于減速器的選擇。而減速器的選擇差別導(dǎo)致了卷揚機(jī)的基本結(jié)構(gòu)的差別。在空間布置上，圓柱齒輪減速器更適用于本設(shè)計。同時，圓柱齒輪傳動效率高，傳動平穩(wěn)適用于卷揚機(jī)的工作環(huán)境。綜上所述，本設(shè)計卷揚機(jī)的基本結(jié)構(gòu)采用圓柱齒輪減速器加開式齒輪的卷揚機(jī)。 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 8 頁 共 45 頁 卷揚機(jī)工作級別與類別為了合理設(shè)計、制造、使用及提高零件三化水平，卷揚機(jī)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12345678【6】 。 利用等級利用等級是表示卷揚機(jī)使用的頻繁程度，以其在設(shè)計壽命期內(nèi)應(yīng)總工作循環(huán)次數(shù) N 表征。t而一個工作循環(huán)是指從一個載荷準(zhǔn)備提拉時開始到下一個載荷準(zhǔn)備提拉時為止的全過程。卷揚機(jī)的壽命一般不少于 5 年，在這個期間內(nèi)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 21t表 21 卷揚機(jī)利用等級利用等級 總工作循環(huán)數(shù) Nt 說明10 410 U 10 4105不經(jīng)常使用U 10 經(jīng)常地輕閑地使用U 55105經(jīng)常地中等使用U61106有時頻繁地使用U7210 頻繁地使用根據(jù)本次設(shè)計的建筑卷揚機(jī)的使用情況確定利用等級為 U7。 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 9 頁 共 45 頁 載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)表示建筑卷揚機(jī)鋼絲繩承受拉力作用地輕重與頻繁程度，它與整個使用壽命期限內(nèi)鋼絲繩每次承受地拉力 F 與額定拉力 F 之比（F / F ）和鋼絲繩i eie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（n /N ）i i tit有關(guān) 【9】 。載荷譜系數(shù) K 可用下式計算：fK ＝∑ (21)f ????????????meitiFNn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)，n ＝n ，n n ；i i 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卷揚機(jī)的載荷狀態(tài)可根據(jù)鋼絲繩承受的拉力（載荷）大小和頻繁程度，按名義載荷譜系數(shù) K 分為四級，見表 22。f表 22 載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù) K f當(dāng)量拉力系數(shù) Kd說明Q （輕） K ≤ 通常承受 1/3 的額定拉力，很少承受額定拉力時使用Q （2中） ＜K ≤d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） ＜K d≤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 （4特重） ＜K ≤d1頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 10 頁 共 45 頁如果鋼絲繩在拉力 F 作用下的時間為 t ,可以得出當(dāng)量拉力系數(shù) K ，按公式i i d21 計算。K ＝ (21)dmnittt Ft ????21333式中 K ——當(dāng)量拉力系數(shù)；d t ——F 作用下的時間；ii t ＝ t ，t ，ti12n根據(jù)載荷譜系數(shù)的分級可以得出相應(yīng)的當(dāng)量拉力系數(shù) K 。d根據(jù)本次設(shè)計要求確定建筑卷揚機(jī)的載荷狀態(tài)為 Q （中） ，2K ＝ ，K ＝。fd 起升機(jī)構(gòu)的組成及型式 起升機(jī)構(gòu)的組成起升機(jī)構(gòu)是使重物作升降運動的機(jī)構(gòu)，它是任何起重機(jī)必不可少和最主要最基本的機(jī)構(gòu)。此次設(shè)計的電動 5 噸卷揚機(jī)是由電動機(jī)、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導(dǎo)向滑輪、起升滑輪組、釣鉤等組成，其各方面的機(jī)構(gòu)分布可以參考如下圖 所示。圖 起升機(jī)構(gòu)示意圖1—電動機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—減速器 4 —卷筒5—導(dǎo)向滑輪 6—滑輪組 7—吊鉤 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 11 頁 共 45 頁電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，制動器松開，通過帶制動輪的聯(lián)軸器帶動減速器高速軸，經(jīng)減速器減速后由低速軸帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩在卷筒上繞進(jìn)或放出，從而使重物起升或下降。電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，依靠制動器將高速軸的制動輪剎住，使懸吊的重物停止在空中 【10】 。 根據(jù)需要起升機(jī)構(gòu)上還可裝設(shè)各種輔助裝置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器和鋼絲繩作多層卷繞時，使鋼絲繩順序排列在卷筒上的排繩裝置等。 起升機(jī)構(gòu)的典型傳動型式在電動機(jī)與卷筒之間通常采用效率較高的起重用標(biāo)準(zhǔn)兩級減速器。要求低速時可采用三級大傳動比減速器。為便于安裝，在電動機(jī)與減速機(jī)之間常采用具有補償性能的彈性柱銷連軸器或齒輪連軸器。前者構(gòu)造簡單并能起緩沖作用，但彈性橡膠圈的使用壽命不長；后者堅固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪連軸器的壽命與安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤滑。一般制動器都安裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，相應(yīng)的制動器尺寸小，重量輕。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一半兼作制動輪。帶制動輪的半體應(yīng)安裝在減速器高速軸上。這樣，即使聯(lián)軸器被損壞，制動器仍可把卷筒制動住，以確保機(jī)構(gòu)的安全。起升機(jī)構(gòu)的制動器必須采用常閉式的。制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。在重要的起升機(jī)構(gòu)中有時設(shè)兩個制動器，而第二個制動器可安裝在減速器高速軸的另一伸出端或裝設(shè)在電動機(jī)的尾部出軸上。為使機(jī)構(gòu)布置方便并增大補償能力，在電動機(jī)與減速機(jī)之間可用浮動軸連接，浮動軸的兩端為半齒輪連軸器。由于卷筒與減速器低速軸之間的連接型式很多。本卷揚機(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(cè)，即靠近減速器的一側(cè)裝有剖分式密封蓋，以防止聯(lián)軸器內(nèi)的潤滑油流出來和外面的灰塵進(jìn)入。這種連接型式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，軸向尺寸小，分組性好， 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 12 頁 共 45 頁能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差。如下圖 。圖 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，因為隨著卷筒直徑的增加，扭矩和減速傳動比也增大，引起整個機(jī)構(gòu)龐大。但在起升高度較大時，往往用增大卷筒直徑的方法以減小其長度?；喗M型式（單聯(lián)或雙聯(lián)）和它的倍率對起升機(jī)構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機(jī)中采用雙聯(lián)滑輪組，一方面使卷筒兩支撐上的受力不變，也就是使運行小車兩邊的軌道輪壓不變，這對橋架和小車車架受力是有利的；另一方面是使重物在起升過程中不作橫向移動。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)計的是 噸橋式起重機(jī)的卷揚機(jī)，因此選用雙聯(lián)滑輪組。 滑輪組的倍率的確定對鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長度、減速機(jī)構(gòu)的傳動比以及機(jī)構(gòu)的總體尺寸有很大的影響。大起重量采用較大的倍率，可避免采用過粗的鋼絲繩。有時在采用較大的滑輪組倍率的同時相應(yīng)的降低了起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機(jī)構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機(jī)構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計時常采用的方法。起升機(jī)構(gòu)計算是在給定了設(shè)計參數(shù)，并將布置方案確定后進(jìn)行的，通過計算選用機(jī)構(gòu)中所需要的標(biāo)準(zhǔn)零部件，如電動機(jī)、制動器、減速器和聯(lián)軸器等。對于非標(biāo)準(zhǔn)零部件需進(jìn)行單獨設(shè)計。 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 13 頁 共 45 頁第三章 主體零件的設(shè)計 鋼絲繩的分類和選型卷揚機(jī)通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重，因此，應(yīng)特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用 【11】 。 鋼絲繩的種類和構(gòu)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(nèi)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(yīng)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(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕，由此導(dǎo)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(nèi)層鋼絲之間的溝槽內(nèi)，因此內(nèi)外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內(nèi)層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應(yīng)力，但它避免了應(yīng)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(qiáng)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 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 14 頁 共 45 頁承載能力高。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(jī)構(gòu)的尺寸減小。本設(shè)計卷楊機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。 鋼絲繩直徑的選擇卷揚機(jī)系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復(fù)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： (31) ??pgrSnF??式中 —整條鋼絲繩的破斷拉力，N；pS—卷揚機(jī)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(shè)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) ，??n然后從產(chǎn)品目錄中選擇一種破斷拉力不小于 [M〕的鋼絲繩直徑。rF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(biāo)準(zhǔn)繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應(yīng)小于下式計算的最小直徑 (32) maxinFcd〓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(jī)構(gòu)的工作級別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運物品的性質(zhì)等因素有關(guān)。目前，卷揚機(jī)還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。該設(shè)計卷揚機(jī)額定載荷 噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷Fmax＝ 41F 總＝ 103N (33)該卷揚機(jī)用于冶金行業(yè)鑄造用，所以工作級別為 M5，鋼繩系數(shù)選擇 噸卷揚機(jī)設(shè)計第 15 頁 共 45 頁c＝。 maxinFcd〓= (34)所以鋼絲繩選擇 d=6 mm。按鋼絲繩所在機(jī)構(gòu)工作級別來選鋼絲繩直徑時，所選的鋼絲繩拉斷力應(yīng)滿足下式： F0?