【正文】 — 安全系數(shù)，查手冊選 n=7 所以 F0? 7 410 = kN （ 46） 又鋼絲繩最小拉斷力總和等于鋼絲繩最小拉斷力 （纖維芯）或 （鋼河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 芯），所以鋼絲繩最小拉斷力總和為 kN （本設計中鋼絲繩不接觸高溫，橫向壓力較小，選用纖維芯鋼絲繩） 鋼絲繩型號選擇： 鋼絲繩 6 19（ a）類 14— NAT— FC— 1470— ZS— 102— 鋼絲繩的使用 鋼絲繩在工作時卷繞進出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生拉應力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應力，應力情況是非常復雜的。鋼絲繩破壞時，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破斷。可從以下幾方面考慮該問題： 1. 滑輪和卷筒直徑 D與鋼絲繩直徑 d的比值大小對鋼絲繩的壽命影響較大，幾乎成平方關(guān)系。故設計中規(guī)定了卷筒直徑和鋼絲繩直徑的最小比值（ D/d），與卷揚機的工作級別有關(guān)。 2. 決定滑輪繩槽尺寸時，必須考慮 鋼絲繩直徑較公稱直徑有 6％ ~8％的過盈量這一事實。合理的繩槽尺寸應比鋼絲繩的公稱直徑大 10％左右。據(jù)有關(guān)資料表明：以鑄鐵代替鋼．可提高鋼絲繩的壽命約 10％。 5. 良好的周期性潤滑是提高鋼絲繩使用壽命的一項重要因素。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質(zhì)化合物。其附著力大，不易滑落或與水起作用，且含有防銹劑，是一種良好的潤滑劑。 7. 經(jīng)常檢查鋼絲繩是否與別的機件摩擦，重新更換新繩時必須核對新繩與原繩的型式直徑是否相同；經(jīng)常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。 卷筒的結(jié)構(gòu)設計及尺寸確定 卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和鋼絲繩的尺寸來確定。卷筒通常是中空的圓柱形，特殊要求的卷筒也有做成圓錐或曲線形的。一般起重機大多采用單層繞卷筒。本設計采用單層繞。本設計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式。 圖 41 內(nèi)齒嚙合式卷 卷筒的設計主要尺寸有節(jié)徑 0D 、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ。 d — 鋼絲繩的直徑 ,mm。對于 有螺旋槽的單層繞卷筒，鋼絲繩允許偏斜度通常為 1： 10， 可知 選取 3l ＝ 100 mm。 1l ＝ 3t=48 mm 所以 L ＝ 996 mm。 對于鑄鐵筒壁 ? ? 6 ~ 10D? ?? mm （ 418） 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應小于 12 mm， 所以 ?? 15mm 所以卷筒的參數(shù)選擇為：繩槽節(jié)距 t＝ 16 mm、槽底半徑 1c ＝ 4 mm、卷筒節(jié)距 0D ＝400 mm、卷筒長度 L=1000 mm、卷筒壁厚 15?? mm。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。其中壓應力最大。 本設計中 L=1000 mm D=400 mm，符合 L ? 3 0D 的要求，所以只計算 壓應力即可。 所以 ? ? ? ?bc? 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 30 經(jīng)檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。 卷筒軸的受力計算及工作應力計算 常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式（ 如圖 43）兩種情況。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。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。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。 c圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。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。 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 圖 43 卷筒軸的類型 ： a: 軸固定式 b、 c: 軸轉(zhuǎn)動式 卷筒軸的設計 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(gòu)設計和強度、剛度計算。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。 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。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。 查機械設計手冊、機械傳動設計手冊、起重機設計手冊，初步得到心軸各段直徑和長度 。 心軸 作用力計算 齒輪圓周力： 1122 22etDdFTFdd????????? ＝ kN （ 420） 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 33 齒輪徑向力： rtF Ftg?? ＝ kN （ 421） 心軸 垂直面支承反力及彎矩 支反力， 如 下 圖 35b。 50AV CVMR? ＝ kN? mm （ 424） 60BV DVMR? ＝ kN? mm （ 425） 心軸 水平面支承反力及彎矩支反力 水平面支承反力 如下 圖 45d。由 下 圖 45 可知．最大彎矩發(fā)生在剖面 B處。 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 36 為使計算簡便，可假設 dK ＝ 1。彎曲應力為 BKMd? ?＝ Mpa （ 434） 平均應力 m? 和應力幅 a? 為 2bmn?????＝ Mpa （ 435） 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，則有應力集中存在 ，且該處彎矩最大，可以認為置截面是危險截面，應在此處計算 軸 的疲勞強度。 疲勞強度計算的安全系數(shù)為 1amS K?? ???? ? ??????＝ （ 436） 一般軸疲勞強度安全系數(shù) ? ? ~ ? ，所以該軸疲勞強度足夠。此處取 ?? 。 所以該軸符合本設計要求。對這類靜不定問題可用三彎矩方程方法計算軸受力，同時在設計中還應考慮軸的結(jié)構(gòu)、支承型式以及底座的剛度等問題。 本設計 5噸橋式吊車卷揚機屬于非連續(xù)制工作機械，而且起動 、制動頻繁，工作粉塵量大。 吊車用卷揚機主要采用三相交流異步電動機。多數(shù)情況下選用繞線轉(zhuǎn)子電動機；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時，亦可采用籠型轉(zhuǎn)子電動機。本設計電動機工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。初步計算時，對于圓柱齒輪減速器傳動的起升機構(gòu)，可取 ? ＝～ 。 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 39 所以 i? 減速器的計算 因為電動機軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接，其傳動比 0i =1， 所以減速器的總傳動比 i =。 分配減速器的各級傳動比 按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比 1i = ，式中 2i 為低速級傳動傳動比。（ dP 為電動機功率） （ 1） 計算各軸轉(zhuǎn)速 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 40 Ⅰ軸 1 0dnn i??705 r/min （ 442a） Ⅱ軸 121 nn i?? r/min （ 442b） Ⅲ軸 232 nn i?? r/min （ 443c） 卷筒軸 ?? nn r/min （ 443d） （ 2） 計算各軸功率 Ⅰ軸 1 01 1 P p??? ? ? ? ? kW （ 444a） Ⅱ軸 2 1 12 1 2 3 P P? ? ?? ? ? ? ? ? kW （ 444b） Ⅲ軸 3 2 23 2 2 3 P P? ? ?? ? ? ? ? ? kW （ 444c） 卷筒軸 4 3 4 ?? ? ? kW （ 444d） （ 3） 計算各軸轉(zhuǎn)矩 電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩為： 9550 dddpT n?? Ⅰ軸 1 0 1 T i ?? ? ? ? （ 445a） Ⅱ軸 2 1 1 12 1 1 2 3 67 3. 1T T i T i? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 445b） Ⅲ軸 3 2 2 23 2 2 2 3 T i T i? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 445c） 卷筒軸 4 3 2 4 31 22 .5TT ??? ? ? ? （ 445d） 圓柱齒輪傳動的設計計算 此減速器的齒輪為一般機械零件，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)和易于取材原則出發(fā)決定選用： 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 41 小齒輪 45鋼，調(diào)質(zhì)，齒面硬度 217~255 HBS 大齒輪 45鋼，正火，齒面硬度 169~217 HBS （ 1） 計算許用接觸應力 ??? 查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為： 小齒輪 （ 217~255HBS） 1limH? =580 MPa 大齒輪 （ 169~217HBS） 2limH? =540 MPa 循環(huán)次數(shù)： N1=60njLn== 910? (446a) N2 =11Ni = 810? (446b) 由教材查得 ZN1= ZN2= SH= 齒面接觸應力為 ? ?1H? = 1 lim1NHHZ S? = Mpa (447a) ? ?2H? = 2 lim2NHHZ S? = Mpa (447b) 取小值 ??? =? ?1H? = MPa （ 2） 計算許用彎曲應力 ? ?F? 小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為： 小齒輪 （ 217~255HBS） 1limF? =440 MPa 大齒輪 （ 169~217HBS） 2limF? =420 MPa YN1= YN2=1 SF= 齒輪彎曲應力為： ? ?1F? =1 lim1NFFYS? = Mpa (448a) ? ?2F? = 2 lim2NFFY S? =300 Mpa (448b) 河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文） 42 齒輪參數(shù)設計 1. 第一級傳動 （ 1）初選參數(shù) 小齒輪齒數(shù) 1Z =17 大齒輪齒數(shù) 2Z = 1Z 1i =17? =119 螺旋角 10? ?? （ 2）按接觸強度結(jié)算 1d 1d ? ?3 21 )()1(2HHEdZZZZuuTK ?? ??? ???? (449) 所以 載荷系數(shù) K= 彈性系數(shù) EZ = 2/mmN 節(jié)點區(qū)域系數(shù) HZ = ?Z = 螺旋角系數(shù) ?Z = 取 d? =1 所以13 23 )( )195.( ????????? = mm （ 3）主要尺寸計算 模數(shù) 111c o s 5 2 .2 c o s 1 0 3 .0 217n dm Z ?