【正文】 圖 5— 3 軸的彎矩圖 作用力計算 齒輪圓周力： 12t TF d? （ 5— 1） ＝12 22e DdFd??????? ＝ ? ?30 345 16580?? ＝ （ KN） 5 噸電動卷揚機的設計 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。 查機械設計手冊、機械傳動設計手冊、起重機設計手冊，初步得到心軸各段5 噸電動卷揚機的設計 直徑和長度，如圖 52 所示 ,本設計心 軸左邊選用調(diào)心滾子軸承圓柱孔 20200 型，右邊選用調(diào)心球軸承圓柱孔 10000（ TN M）型。根據(jù)受力分析可知，當鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應按有極限位置進行軸的強度計算。 由圖 5— 1 可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。卷筒軸不僅要計算疲勞強度，而且還要計算靜強度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。 5 噸電動卷揚機的設計 圖 5— 1 卷 筒軸的類型 a: 軸固定式 b、 c: 軸轉(zhuǎn)動式 卷筒軸的設計計算 由于卷筒軸的可靠性對卷揚機安全、可靠的工作非常重要，因此應十分重視卷筒軸的結(jié)構設計和強度、剛度計算。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。 c 圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。對于轉(zhuǎn)動心軸，其彎曲應力一般為 對稱循環(huán)變化；對固定心軸，其應力循環(huán)特征為 01r? ?? ，視具體的載荷性質(zhì)而定。由卷揚機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。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。 卷筒軸的受力分析與工作應力分析 常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式（圖 5— 1）兩種情況。 所以 ? ? ? ?bc? 經(jīng)檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。 本設計中 L=1000mm D=400 mm，符合 L ? 3 0D 的要求，所以只計算壓應力即可。其中壓應力最大。本設計的卷筒五特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇 HT200 的鑄鐵制造。 選取標準卷筒長度為 1000mm 卷筒壁厚設計 本設計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)驗公式初步確定，然后進行強度驗算。 0 0HaL n tD????????? ＝ 400 2140 000 ??????? ?? ??=380mm。 按式計算： 0minD hd? ＝ 28 14 ＝ 392（ mm） 選取 0D =400（ mm） 卷筒的長度設計 本設計采用雙聯(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； 5 噸電動卷揚機的設計 0D — 卷筒卷繞直徑； t — 繩槽節(jié)矩， 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和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定。 圖 4— 2 內(nèi)齒嚙合式卷筒 卷筒的設計主要尺寸有節(jié)徑 0D 、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ。本設計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。繩槽的形狀分別為標準繩槽和深槽兩種，如圖（ 4— 1）。繩槽在卷筒上的卷繞方向可以制成左旋或右旋。由于鋼絲繩和卷筒表面之間接觸應力較高，相鄰繩圈在工作時又有摩擦，鋼絲繩使用壽命就要降低 。 5 噸電動卷揚機的設計 按照卷筒的表面分，有光卷筒和帶螺旋槽卷筒兩種。只有在繞繩量特別大或特別要求機構緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。 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。 卷筒用來卷繞鋼絲繩，把原動機的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)樗枰闹本€運動。 鋼絲繩的報廢處理，可參考有關標準相資料。 （ 6）在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應選用鍍鋅鋼絲繩。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。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內(nèi)外磨損。 （ 4）為保證鋼絲 繩在繩筒上平滑纏繞，避免各圈鋼絲繩間相互摩擦及多層纏繞錘擊和堆繞現(xiàn)象，延長鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須保持在一定的限度之內(nèi)，一般在 ? — 2? 之間。 （ 3）滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。過小的繩槽直徑會使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽5 噸電動卷揚機的設計 尺寸過大，又會使鋼絲繩在槽內(nèi)的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應力。 使用中，應盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。因此，選用較大的滑輪和卷簡直徑對鋼絲繩的壽命是有利的。 在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構和直徑之后，實際使用壽命的長短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護和保養(yǎng)及與相關機件的合理配置。實踐表明，由于鋼絲繩反復彎曲相擠 壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。 maxmin Fcd 〓 ＝ 12500 ＝ mm 所以鋼絲繩選擇 d=14 mm。可參考機械設計手冊第二冊進 行選取。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)，它與機構的工作級別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運物品的性質(zhì)等因素有關。國際標準繩的選擇也推薦采用此方法。 [M〕的鋼絲繩直徑。 rF — 鋼絲繩的額定拉力 (力 )。 鋼絲繩的安全系數(shù)按下式計算： ? ?pg rSnnF?? （ 3— 1） 式中 pS — 整條鋼絲繩的破斷拉力 (N)。 鋼絲繩直徑的選擇 卷揚機系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復雜。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 整個機構的尺寸減小。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度，其壽命通常高于點接觸鋼絲繩。 (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。但制造工藝簡單，價格便宜。 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。 (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）。但容易松散和扭轉(zhuǎn)。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。卷揚機系多層纏繞．更適合選用多捻制金屬絲芯鋼絲繩。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)。因此，應特別重視鋼絲繩的合理選擇與使用。工作時鋼絲繩所受應力十分復雜。 此卷揚機設計提升載荷 5 噸，主要用于煉鋼廠 5 噸橋式起重機上，本卷揚機是5 噸電動卷揚機的設計 利用煉鋼廠現(xiàn)有設備和材料拼湊而成，因此與標準的 5 噸卷揚機設計略有不同。 起升機構計算是在給定了設計參數(shù)，并將布置方案確定后進行的，通過計算選用機構選用機構中所需要的標準零部件，如電動機、制動器、減速器和聯(lián)軸器等。大起重量采用較大的倍率，可避免采用過粗的鋼絲繩。但由于雙聯(lián)滑輪組的倍率比單聯(lián)滑輪組小一倍，起升機構的傳動比也需要增大一倍，這就使機構尺寸增 大，所以其他的起重機采用單聯(lián)滑輪組，此次設計的是 5 噸橋式起重機的卷揚機，因此選用雙聯(lián)滑輪組，如圖（ 2— 3）。 5 噸電動卷揚機的設計 滑輪組型式（單聯(lián)或雙聯(lián)）和它的倍率對起升機構的尺寸也有很大的影響。 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，引起整個機構龐大。這種連接型式的優(yōu)點是結(jié)構緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差。本卷揚機的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結(jié)構型式，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。 為使機構布置方便并增大補償能力，在電動機與減速機之間可用浮動軸連接，浮動軸的兩端 為半齒輪連軸器。制動力矩應保證有足夠的制動安全系數(shù)。這樣，即使聯(lián)軸器被損壞，制動器仍可把卷筒制動住，以確保機構的安全。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一半兼作制動輪。齒輪連軸器的壽命與安裝質(zhì)量有關，并且需要 經(jīng)常潤滑。為便于安裝，在電動機與減速機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。 起升機構的典型傳動型式 在電動機與卷筒之間通常采用效率較高的起重用標準兩級減速器。電動機停止轉(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。 5 噸電動卷揚機的設計 此次設計的電動 5 噸卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導向滑輪、起升滑輪組、釣鉤等組成（如圖 21）。 為保證各卷筒的運動或停止，其離合和制動裝置都直接安裝在卷筒上。要在電動機和卷筒之間實現(xiàn)其運動的聯(lián)接或分離，通常采用離臺器或差動輪系。 （ 6）活齒行星傳動 又叫頂桿蠕動 傳動，它的加工相對比較方便。 （ 5）諧波傳動 此傳動的傳動比大，嚙合齒數(shù)多，所以承載能力大，故其體積、質(zhì)量可更小。 上述擺線針輪行星傳動和少齒差行星傳動的輸出機構是很重要的一環(huán)，可實現(xiàn)偏心輸出的機構有很多，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，卷揚機生產(chǎn)廠家比較難以達到。這種傳動可把傳動系統(tǒng)放在卷筒里面，可減小卷揚機體積。 （ 2）漸開線圓柱齒輪行星傳動 常見的有封閉型 2K— H 型行星輪系和 3K型行星輪系傳動的卷揚機。由于此類卷揚機的電動機軸線與卷筒軸線為同軸，故習慣上把這類卷揚機叫做一字型結(jié)構卷揚機。由于錐形轉(zhuǎn)子電動機是靠轉(zhuǎn)子軸向移動來實現(xiàn)制動或松開的，可省略單獨的制動器，在結(jié)構上就要求電動機與傳動系統(tǒng)間能做軸向相對移動。按設計規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力 F＞ 120kN 的卷揚機上，均應安裝排繩器。 圖 14 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機簡圖 1— 電動機 2— 聯(lián)軸器 3— 制動器 4— 減速器 5— 開式齒輪傳動 6— 卷筒 （ 4）蝸桿減速器加開式齒輪傳動的卷揚機。 圖 13 圓柱齒輪減速器快速卷揚機簡圖 1— 電動機 2— 聯(lián)軸器 3— 制動器 4— 減速器 5— 聯(lián)軸器 6— 卷筒 7— 底座 8— 支架 （ 2）蝸桿減速器慢速卷揚機。此類卷揚機大多是單卷筒的。物料的提升或下降由電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，操作簡單方便。我們將其分為電控卷揚機和溜放型卷揚機兩類。 卷揚機雖然可以分成很多種類，實際上由 于應用情況的復雜，很難把它們絕對分清，而且一臺卷揚機往往幾種工作都要做，所以在卷揚機的設計上對用途分得并不清楚，而是按要求高的來設計，這樣能使卷揚機實現(xiàn)一機多用，得到更廣5 噸電動卷揚機的設計 泛的應用。 （ 3）曳引物品 因為此項工作一般是在水平或傾斜方向進行的，為使物品能前后運動，則要求卷揚機的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作。 （ 1）提升重物 要求有一定的速度和較高的安全性。 （