外文資料翻譯譯文
建筑卷揚機結(jié)構(gòu)改進(jìn)
近幾年來，建筑卷揚機得到了較大的發(fā)展，但由于各種原因，我國目前生產(chǎn)的建筑卷揚機還存在著品種雜亂、同一噸位產(chǎn)品的傳動型式結(jié)構(gòu)差別大，選用不便、維修困難，系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度低等問題。
許多建筑機械廠在80 年代末期生產(chǎn)的JK1卷揚機大都是新外型，結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，技術(shù)參數(shù)比較先進(jìn)，使用性能良好，制動可靠，維修方便，操作靈活。但經(jīng)多年生產(chǎn)，也發(fā)現(xiàn)存在一些問題，為此，我們進(jìn)行了以下改進(jìn)：
1 、減速箱體密封性能改進(jìn)
在JKI卷揚機使用過程中發(fā)現(xiàn)減速箱體滲漏油，部位集中在高速軸與輸出軸的密封處及輸出軸與箱體之間。經(jīng)分析測量，發(fā)現(xiàn)滲漏油的原因是軸承蓋與輸出軸之間毛氈密封不可靠，密封效果達(dá)不到設(shè)計要求；而高速軸與輸出軸之間滲油主要原因是孔套內(nèi)外徑的圓柱度及同軸度未達(dá)到設(shè)計要求的精度，而要達(dá)到圖紙設(shè)計精度要求需增加磨削工序和配套工藝裝備，這樣增加了制造成本。因此，我們對這兩處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在孔套的外徑上加工密封槽，放置0 型密封圈，這樣既降低孔套外徑形位精度且密封效果良好。另外把軸承蓋的毛氈密封改為0 型密封，效果良好。
2、聯(lián)軸器型式的改進(jìn)
JKI 卷揚機原設(shè)計采用輪胎式聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，彈性好，扭轉(zhuǎn)剛度小，減振能力強，補償兩軸相對位移量大；但徑向外形尺寸大，附加軸向載荷大，且輪胎易老化，在實際使用中，拆裝復(fù)雜，增加了裝配難度。經(jīng)對目前國內(nèi)生產(chǎn)的聯(lián)軸器比較，改用了梅花型彈性聯(lián)軸器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、彈性好、扭轉(zhuǎn)剛度小等優(yōu)點，而且外形尺寸小、軸向載荷小、拆裝簡單、彈性元件使用壽命長。通過幾年使用證明，梅花型彈性聯(lián)軸器安全性、可靠性都優(yōu)于原設(shè)計的輪胎式聯(lián)軸器。
3 、齒輪材料的改進(jìn)
JKI 卷揚機原設(shè)計齒輪材料為ZG340 ~ 640（ZG55），加工工藝性差，鑄造缺陷造成很高的廢品率，生產(chǎn)成本很高。用OT700-2 球墨鑄鐵取代ZG55，采用球鐵齒輪。校核其接觸強度和彎曲強度都好于鑄鋼齒輪，鑄造廢品率也大大降低，機加工工藝性也有了一定的改善。
4、 控制電路的改進(jìn)
JKI 卷揚機原設(shè)計采用電磁起動器控制電路，安全性差，事故較頻繁。根據(jù)GBI3329—9I《建筑卷揚機安全規(guī)程》和JG/T503I—93《建筑卷揚機設(shè)計規(guī)范》，進(jìn)行了重新設(shè)計。新設(shè)計的電控箱采用一個主接觸器和一對控制電機正反轉(zhuǎn)的接觸器，另加熱繼電器作過載保護(hù)，控制采用按鈕盒，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，在電控箱中預(yù)留了接線端子，可串接上、下限位和極限裝置。為實現(xiàn)與我廠生產(chǎn)的SSI00提升機配套使用，還增加了相序繼電器。改進(jìn)后的電控箱能實現(xiàn)急停短路、過載和失壓、零位、缺斷相保護(hù)，增強了使用安全性和可靠性，完善了整機技術(shù)性能，在用戶中樹立了良好的信譽，提高了我廠卷揚機在市場的占有率。
5、采用少齒差傳動機構(gòu)
利用采用少齒差傳動機構(gòu)的優(yōu)越性可改進(jìn)和提高建筑機械等設(shè)備的傳動結(jié)構(gòu)技術(shù)性能，將漸開線少齒差行星齒輪傳動應(yīng)用于建筑卷揚機的動力傳輸系統(tǒng)，是使傳統(tǒng)卷揚機減小體積、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低成本、提高性能的有效途徑，具有廣闊的前景。
5、1 齒輪正確嚙合傳動的前提下的變位系數(shù)的選擇
齒輪正確嚙合傳動的前提下，在設(shè)計少齒差減速機構(gòu)時通過改變內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)可以得到不同的傳動比，如果內(nèi)齒輪齒數(shù)（Z 2）不變，其外齒輪齒數(shù)（Z 1）越大，則其齒數(shù)差（Z1）越小，傳動比也就越大。但對于齒頂高h(yuǎn) a= 1 ，原始齒形角α = 20 的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪傳動副，在Z1小到一定程度時由于內(nèi)外齒輪的齒廓發(fā)生重迭，則無法按原設(shè)計的中心距進(jìn)行裝配。為了在Z1很小時內(nèi)外齒輪副仍能正常嚙合傳動，現(xiàn)有兩條途徑可循；一是降低齒頂高度，采用短齒齒形以消除齒廓重迭；二是通過選擇適當(dāng)?shù)淖兾幌禂?shù)，增大內(nèi)齒輪齒間寬度，減少外齒輪齒頂厚度，從齒間間隙上消除齒廓重迭。實施中可同時采用上述兩種方法，以期達(dá)到最佳嚙合傳動的效果。值得注意的是，當(dāng)內(nèi)外齒輪副采用短齒齒形且內(nèi)外齒輪進(jìn)行變位后，其齒厚、齒高、公法線長度、中心距、嚙合角及嚙合性能等都同時發(fā)生改變，由此內(nèi)外齒輪變位系數(shù)的選擇就成了關(guān)鍵。
5、2 齒輪變位的合適范圍
齒輪變位后應(yīng)保證齒頂高系數(shù)Se ／m =0. 4 ，且齒頂部分仍為漸開線齒廓。一般少齒差建筑卷揚機的技術(shù)參數(shù)選擇均能滿足要求，故可省略檢驗。
5、3 內(nèi)齒輪傳動副的干涉
根據(jù)傳動比及強度計算等條件決定了少齒差傳動副的主要技術(shù)參數(shù)后，能否保證其順利安裝和正常運轉(zhuǎn)關(guān)鍵是考慮其它不發(fā)生干涉的條件是否也能滿足要求。
（1）漸開線干涉在Z 2一定的條件下Z 1大于一定值，漸開線干涉就不會發(fā)生。由于少齒差齒輪傳動中內(nèi)外齒輪的齒數(shù)較接近，且Z 1一直大于發(fā)生漸開線干涉的極限值，所以此條件無須驗算。
（2）過渡干涉因為插切內(nèi)齒輪插齒刀的頂高比正常齒高出一個齒頂間隙的高度，而且少齒差內(nèi)外齒輪副采用短齒制齒形（h a=0. 8 ），所以無論對于內(nèi)齒和外齒發(fā)生過渡干涉的可能性都很小，實際節(jié)點對方齒相碰設(shè)計中也可以免于驗算。
（3）齒頂相碰裝配，內(nèi)齒輪副時為防止發(fā)生圖1 所示的情況，即節(jié)點對方的齒頂相碰，保證正常運轉(zhuǎn)，須使內(nèi)齒輪副節(jié)點對方的齒頂徑向間隙合理，應(yīng)予檢驗。
6、加工注意事項
少齒差傳動建筑卷揚機在加工制作中與其它傳動方式的卷揚機有許多不同，應(yīng)予注意。
6、1 選材合理
JK1 型建筑卷揚機采用的是銷軸式少齒差傳動機構(gòu)，其零件材料的選擇既要考慮到機械設(shè)備的使用要求、加工制作工藝條件，更要考慮到所選材料在技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)成本上的合理性。經(jīng)多方比較筆
者認(rèn)為，其主傳動軸、行星齒輪等零件可選用45號鋼或40cr 鋼，銷軸、銷軸套可選用Gcrl5 ，銷軸改用45 號、銷軸套改用40cr 鋼仍可滿足使用要求；輸出軸可選用ZG45 或ZG55 ，內(nèi)齒輪宜選用Tl20 -l 或T60 （70 、80 ）-2 ；其余支撐件和卷筒可選用HT200 等，這樣既可降低成本又可確保機械性能。值得注意的是必須對其進(jìn)行合理的熱處理，才能充分發(fā)揮所選材料的優(yōu)良性能，對于鑄、鍛、焊件一定要進(jìn)行時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力、改善加工性能、防止機加工后變形。
6、2 精度適當(dāng)
適當(dāng)?shù)募庸ぞ仁谴_保產(chǎn)品質(zhì)量性能的前提。少齒差傳動結(jié)構(gòu)緊湊、形位公差要求較高，除軸徑公差、一般耦合件可按常規(guī)要求選擇外還應(yīng)注意下列幾點。
（l）內(nèi)外齒輪的加工精度不宜低于Gbl0095 -88 中的7 -8 級精度，其齒厚偏差可依據(jù)側(cè)隙要求在FL 或GM 中靈活選擇，如877HK 等。
（2）行星輪銷孔、輸出軸及銷軸架銷孔的孔徑公差可按H8 選取，銷軸軸徑可按h7、銷軸套外徑可按f 7選取。值得注意的是以上三者的同軸度誤差孔位分布誤差應(yīng)盡可能地小，一般銷孔相鄰誤差。累積誤差公差分別控制在0. 04mm 和0. 08mm 以內(nèi)，否則可能造成較大聲響，影響其傳輸性能。
（3）行星輪銷孔的公稱尺寸除按銷軸套外徑加兩倍偏心距外還應(yīng)增加適當(dāng)?shù)难a償量，引入是為了補救銷軸、銷孔、銷套的加工和裝配誤差， 過小則需提高相關(guān)件的加工精度，否則裝配困難、運轉(zhuǎn)卡塞；過大可能導(dǎo)致銷軸負(fù)載不均，易造成軸斷或套裂。
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2．0型卷揚機設(shè)計
摘 要
本設(shè)計是一種建筑起重機械，用來提升物料、安裝設(shè)備等作業(yè)，由機械動力驅(qū)動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。本設(shè)計采用了新型的制動電機，節(jié)省了制動器，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。其主要結(jié)構(gòu)組成還有，減速、聯(lián)軸器、卷筒等。
動力傳動部分主要有傳動方案的設(shè)計、原始數(shù)據(jù)的計算、電動機的選擇、減速器的選擇、動力方案的選擇和強度校核。其中主要是傳動方案的設(shè)計和卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本設(shè)計的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚機的、電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器設(shè)計與選取。其中卷筒結(jié)構(gòu)、卷筒軸、卷筒轂的設(shè)計與校核最為主要，本設(shè)計重點做了介紹，其余部分有得只是略作分析。
關(guān)鍵詞：卷揚機，制動電機，聯(lián)軸器，卷筒
THE DESIGN OF 2.0 CONSTRUCTION WINCHES
ABSTRACT
The design is called construction winches, which is used to lift materials, to install the operation equipments .It is driven by mechanical power motor and by the winding rope device to complete the work. This design uses a new type of brake motor so as to save the brake, so the structure becomes more compact. The rest of the machine are reducer, coupling, reel and so on.
The part of power transmission includes the design of the transmission, the calculation of initial data, the selection of motor reducer and power options .In the end it is strength check. This design of hoist starts from the wire rope, and next then turn on the winch reel, reel spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley reel machine-oriented design . The key is the structure design of the winch reel. The analysis of the rest are relatively simple.
KEY WORDS: winch,motor,coupling,reel
目錄
第一章 緒論 1
1.1課題研究的背景及目的 1
第二章 傳動方案的設(shè)計 3
2.1 方案的初定 3
2.2 對比選方案 5
第三章 算初始數(shù)據(jù)的計算 6
第四章 電動機的選擇 6
4.1 選電機 6
4.2 挑選次序 7
4.3 定電機類型 7
4.4 挑功率 8
4.5 挑轉(zhuǎn)速 9
4.6 電動機做功效率的挑選 10
第五章 聯(lián)軸器 11
5.1 型號挑選 11
5.2 扭矩與工作條件 11
第六章 減速器的選擇 12
6.1 類型的選擇 12
6.2 型號的選擇 13
第七章 卷揚機的工作級別 14
7.1卷揚機工作級別與類別 14
7.1.2絞車可承載荷 14
7.2鋼絲繩的選取 16
7.2.1 鋼絲繩的種類 16
7.2.2鋼絲繩直徑計算 17
7.2.3鋼絲繩使用的注意事項 18
7.2.4卷筒的參數(shù) 19
7.2.5設(shè)計卷筒構(gòu)件 20
7.2.6 卷筒強度校核 21
7.3設(shè)計卷軸 21
7.3.1卷筒軸的固定與受力分析 22
7.3.2 設(shè)計卷軸 22
7.3.3軸的校準(zhǔn) 24
7.4計算拉力 24
第八章 卷揚機安裝調(diào)試 25
8.1卷揚機的組裝 25
8.2卷揚機的調(diào)整安裝 26
第九章 安全使用與操作 26
第十章 絞車安全防護(hù) 27
10.1電氣裝置的安全防護(hù)措施 27
10.2操作安全事項 27
結(jié)論 28
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
附錄1 31
附錄2 37
VIII
第一章 緒論
1.1課題研究的背景及目的
隨著我國城市化不斷向前發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)的火爆，對建筑機械行業(yè)帶來了前所未有的機遇。但是問題也隨之產(chǎn)生，怎樣保證建筑機械的安全性稱為眾多建筑機械公司的考慮的首要因素。其次為保護(hù)人類十分寶貴且有限的地球資源，實現(xiàn)全球的可持續(xù)發(fā)展，提高操作人員的安全性和工作舒適性，努力達(dá)到人與環(huán)境的親和，很有必要按照現(xiàn)代的創(chuàng)新理念的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計機械產(chǎn)品。
卷揚機是建筑工地上最常見、最普通的一種施工機械，也稱絞車。可以單獨使用，也可以作為起重機的組成部分，卷揚機主要以電動機為動力，經(jīng)過減速裝置后，驅(qū)動卷筒牽引鋼絲繩，以實現(xiàn)重物的垂直與水平運輸。卷揚機分為手動卷揚機和電動卷揚機兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚機為主。電動卷揚機由電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、減速器和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調(diào)速性能好，能令空鉤快速下降。
電動絞車廣泛用于工作繁重和所需牽引力較大的場所。單卷筒電動絞車的電動機經(jīng)減速機帶動卷筒，電動機與減速器輸入軸之間裝有制動器。為適應(yīng)提升、牽引和回轉(zhuǎn)等作業(yè)的需要，還有雙卷筒和多卷筒裝置的絞車。一般額定載荷低于10T的絞車可以設(shè)計成電動絞車。
本設(shè)計主要考慮到其較高的安全性及其結(jié)構(gòu)緊湊性，采用目前比較先進(jìn)的電動機即：制動電機，配有AZM交流電磁制動器。目前國內(nèi)已有先進(jìn)的制造技術(shù)。隨著變頻器技術(shù)的成熟和制動電機的普及，卷揚機的設(shè)計越來越變的人性化和環(huán)保化。
提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設(shè)計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，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)用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚機承擔(dān)的。卷揚機除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用。下面是卷揚機的主要發(fā)展趨勢:
（1）大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備和機械構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產(chǎn)了60 t卷揚機，日本生產(chǎn)了32 t、50 t、60 t液壓和氣動卷揚機，美國生產(chǎn)了136 t和270 t卷揚機。
（2） 采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實現(xiàn)卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進(jìn)的電子技術(shù)。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。
（3） 發(fā)展手提式卷揚機 為提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機，其電壓為12 V，質(zhì)量為7.7—15.4 kg，拉力為3336—13344 N。
（4）大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機 歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機動力的卷揚機。此種卷揚機結(jié)構(gòu)簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。
進(jìn)入新世紀(jì)以來，各行各業(yè)都有飛速發(fā)展，近些年數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)和數(shù)控技術(shù)日趨成熟，使得機械制造的效率提高、成本降低，這些都將推動卷揚機工業(yè)的發(fā)展。提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設(shè)計都是根據(jù)這一要求為依據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，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)用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應(yīng)用，故大多設(shè)備的安裝仍然是由卷揚機承擔(dān)的。卷揚機除在工程、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛應(yīng)用，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設(shè)備。
第二章 傳動方案的設(shè)計
機械通常由原動機、傳動系統(tǒng)、工作機器和控制裝置組成。傳動系統(tǒng)是機械中原動機和工作機器之間的傳動系統(tǒng)，主要用來討論原動機對機床的運動和功率，以及兩者之間的轉(zhuǎn)速和力矩的協(xié)調(diào)。
傳動系統(tǒng)的設(shè)計者是機械設(shè)計工作的重要組成部分，是最具創(chuàng)造性的設(shè)計環(huán)節(jié)。該傳動方案的優(yōu)缺點對其工作性能、工作可靠性、型材尺寸、重量、制造成本、運行成本等有一定的影響。任何機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案都不是唯一的，在相同的條件下，可以有不同的傳動設(shè)計方案，最終確定哪種方案應(yīng)該是最佳方案。
2.1 方案的初定
在參考各種材料的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前絞車的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合本設(shè)計的任務(wù)、目的和要求，首次提出了以下三種方案：
采用開式齒輪傳動，通過齒輪嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，另一方案是采用齒輪接盤來傳遞轉(zhuǎn)矩，此方案可以補償安裝誤差。
傳動方案1：減速器采用展開式二級閉式齒輪傳動，結(jié)構(gòu)簡單，在滿足中心距的條件下，由于齒輪和軸的減少，傳動效率較高，但齒輪直徑大，加工精度不高，而且噪聲較大，大齒輪在經(jīng)濟(jì)方面不理想，加工起來又比較困難，減速箱的體積比較大，不利于安裝。它的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示：
圖2-1傳動方案一
1.電動機 2、聯(lián)軸器 3、制動器 4、減速器 5、絞筒 6、軸承 7、開式齒輪
傳動方案2：減速器采用展開式三級閉式齒輪傳動，特點：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命較長、維護(hù)方便，裝拆容易，工作可靠。高速級齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形與軸在彎矩下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地相互抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象在滿足中心距的條件下，傳動的齒輪的直徑可以取小，這樣可以使傳動的傳動比較精確可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，而且滑移齒輪操作方便不費力。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示:
圖2-2傳動方案二
1.電動機 2、聯(lián)軸器 3、制動器 4、減速器 5、絞筒 6、軸承 7、開式齒輪
傳動方案3：減速器與卷筒采用齒輪接盤的形式：
圖2-3齒輪接盤式傳動
2.2對比選方案
方案一 首先，雖然能夠完成工作機的性能要求，適合工況條件及工作可靠且電動機價格低，但其轉(zhuǎn)速較大，致使減速裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，其次齒輪傳動要求制造安裝精度較高，并且大的中心距會使其尺寸過大，從而使成本增加。合理的傳動方案，除了應(yīng)滿足工作機的性能要求、適合工況條件及工作可靠外，還應(yīng)使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、效率高激便于維修和使用等。
方案三采用制動電機，減少了制動器的安裝，使得整個結(jié)構(gòu)顯得十分緊湊，既滿足了制動要求，又便于使用與維修，電動機與減速器用彈性套裝銷聯(lián)軸器相連，可以補償安裝誤差，又有一定的緩沖和減震能力，此方案的卷揚機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，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差是優(yōu)先考慮的方案。
綜合其經(jīng)濟(jì)性，考慮其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等各方面的因素，采用方案三.
第三章 算初始數(shù)據(jù)的計算
本設(shè)計是2.0型卷揚機，其主要設(shè)計數(shù)據(jù)有：
額定載荷 20KN
額定速度 36m/min
卷筒容繩量 190m
卷筒尺寸 250mm
由此得出：卷筒的轉(zhuǎn)速n=46r/min，工作機的輸出功率P=Fv×1000／60=20×36×1000／60=12kw
第四章 電動機的選擇
電機是一般機械中廣泛使用的原動機。它是由專業(yè)廠家批量生產(chǎn)的一系列定型產(chǎn)品。在選擇電機時，應(yīng)根據(jù)所選電機的機械特性與工作機器的負(fù)載特性相匹配的原則來確定電機的類型。目前，建筑設(shè)備中常用的電機主要分為兩類：一是驅(qū)動電機，二是制動電機。驅(qū)動電機是機械設(shè)備的主要動力源，包括各種類型的交流電機和直流電機。該交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠、維修方便等優(yōu)點。
4.1選電機
根據(jù)機械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機的類型。
根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電動機的功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8-0.9。過大的備有功率會使電機效率降低，對于感應(yīng)電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗強度的生產(chǎn)機械造價提高。根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要保護(hù)方式，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)過渡過程性能的要求，以及機械減速機構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。
除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價格、建設(shè)費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后電動機功率變化關(guān)系等各種因素。
4.2 挑選次序
圖4-1電動機的選擇順序
4.3 定電機類型
根據(jù)負(fù)載類型：恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機負(fù)載特性的機械，選用機械特性為硬特性的電動機較適宜；恒功率負(fù)載特性的機械，選用調(diào)勵磁的變速直流電動機或帶有機械變速的交流異步電動機；負(fù)載平穩(wěn)，對啟動、制動無特殊要求的長期運行的機械，小功率的選用普通籠型電動機，大功率的采用同步電動機；帶周期性變動負(fù)載的機械或啟動條件沉重時大中功率的采用繞線型電動機，小功率，經(jīng)過載能力及啟動條件校驗通過的采用高轉(zhuǎn)差率電動機，單純因啟動條件沉重的機械，經(jīng)啟動條件校驗通過的采用雙籠型或深槽型電動機，如啟動校驗通不過或啟動時電網(wǎng)壓降過大時，采用繞線型電動機；某些斷續(xù)運行的機械雖無調(diào)速要求，但采用交流電動機在發(fā)熱、氣動、制動特性等方面不能滿足要求的或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)過低時，采用直流電動機；只要求集中轉(zhuǎn)速的小功率機械，采用變換定子極數(shù)的多速籠型電動機；對調(diào)速平滑程度要求不高，且調(diào)速比不大時，采用繞線型電動機或電磁調(diào)速電動機；調(diào)速范圍在1：3以上需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的機械，采用直流電動機或變頻調(diào)速電動機，需啟動轉(zhuǎn)矩大的機械，采用直流串勵電動機；某些特殊場所（如要求防爆）由徐平滑調(diào)速時，采用由變頻電源供電的籠型電動機；某些要求調(diào)速范圍不大的大功率機械以及無頻繁啟動、制動要求和無沖擊負(fù)載的機械，采用帶有串級調(diào)速裝置的繞線型電動機，這樣可使電能回饋電網(wǎng)，提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；要求調(diào)速范圍很大，且具有恒功率負(fù)載特性的機械，采用機械電器聯(lián)合調(diào)速型式，可節(jié)省電動機裝機容量。
按環(huán)境條件選擇電動機的類型：正常環(huán)境條件，一般防護(hù)型，可選各類普通型電動機；、濕熱帶或潮濕場所，濕熱帶型，可選濕熱帶電動機和普通型電動機加強防潮處理；干熱帶或高溫車間，干熱帶型，可選干熱帶型電動機和采用高溫升等級絕緣材料的電動機或外加電動機管道通風(fēng)。
根據(jù)本設(shè)計要求，選新型的制動異步電動機即：YEJ系列電磁制動三相異步電動機 其是Y系列三相異步電動機的派生系列產(chǎn)品，是在Y系列電動機的后端附加同軸的電磁制動器而成。其功率等級、安裝尺寸等與Y系列相同。目前，電磁制動器有關(guān)交流和直流兩種形式。
本系列電機適用于不含易燃、易爆和不含腐蝕性氣體的環(huán)境，有快速制動、準(zhǔn)確定位、往復(fù)運轉(zhuǎn)、防止滑行等要求的各種機械中作主傳動或輔傳動，如升降機、運輸機械、包裝機械、印刷機械、食品機械、木工機械、減速機械、冶金機械等。根據(jù)電動機的所需的功率選用型號為YEJ200L-8額定轉(zhuǎn)速為730r/min。
本系列電動機部分產(chǎn)品已通過CCC中國國家強制性產(chǎn)品認(rèn)證，獲得了CCC認(rèn)證證書。結(jié)構(gòu)說明：電動機主體防護(hù)等級為IP44，制動器部分為IP23；電動機冷卻方式為IC411（自扇冷式）；電動機絕緣等級為B級；使用條件：額定電壓：380V； 額定頻率：50Hz；工作方式：S1（連續(xù)工作制）；海拔不超過1000m；環(huán)境溫度最高不超過40℃，最低為-15℃；月平均最低溫度不高于25℃時，月平均最高相對溫度為90%。
4.4挑功率
標(biāo)準(zhǔn)電動機的功率由額定功率表示。所選電動機的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。功率小于工作要求，則不能保證工作正常工作，或使電動機長期過載，發(fā)熱大而過早損壞；功率過大則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費。電動機的功率主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)的機械，只要其電動機的負(fù)載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩。
4.5挑轉(zhuǎn)速
電動機額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時，必須考慮機械減速機構(gòu)的傳動比值，兩者相互配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)全面比較才能確定。通常，電動機轉(zhuǎn)速不低于500r/min，因為當(dāng)功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，而且效率也較低，如選用高速電動機，勢必加大機械減速機構(gòu)的傳動比，致使機械傳動部分復(fù)雜起來。
對于一些不需調(diào)速的高，中機械，如水泵、鼓風(fēng)機、空氣壓縮機等，可選用相應(yīng)轉(zhuǎn)速的電動機不經(jīng)機械減速機構(gòu)直接傳動。需要調(diào)速的機械，電動機額最高轉(zhuǎn)速應(yīng)與生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。若采用改變勵磁的直流變速電動機時，為充分利用電動機容量，應(yīng)選好調(diào)磁調(diào)速的基速。又如某些軋鋼機械、提升機等，工作速度較低，經(jīng)常處于頻繁地正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，為縮短正反轉(zhuǎn)的過渡時間，提高生產(chǎn)效率，降低消耗，并減小噪音，節(jié)省投資，選擇適當(dāng)?shù)牡退匐妱訖C，采用無減速機的直接傳動較為合理。
要求快速頻繁啟動、制動的機械，通常是電動機飛輪轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速的平方之積為最小時，能獲得起制動最快的效果。在空載情況下起制動時，為達(dá)到快速的目的，按下式考慮最為合理：
所謂最佳傳動比為：
電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，
生產(chǎn)機械在機械軸上的轉(zhuǎn)動慣量，
生產(chǎn)機械軸轉(zhuǎn)速，
電動機額定轉(zhuǎn)速，
4.6電動機做功效率的挑選
計算電動機功率時，首先根據(jù)生產(chǎn)機械的負(fù)載功率初選電動機功率，在校核初選電動機的過載能力、啟動能力和發(fā)熱。
首先算出生產(chǎn)機械靜阻負(fù)載圖T=f(t)或P=f(t)，然后根據(jù)本表公式出步計算電動機的功率，根據(jù)計算功率并考慮一定余量再初選電動機的功率，隨著調(diào)速范圍和啟動頻繁程度的提高，余量系數(shù)也應(yīng)隨之加大。
為了驗算出電動機是否合適，需要根據(jù)負(fù)載狀態(tài)、生產(chǎn)機械的工藝參數(shù)和初選電動機的參數(shù)，根據(jù)本表公式計算電動機動態(tài)轉(zhuǎn)矩和加減速時間，繪制電動機轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖或功率負(fù)載圖（略）。
電動機的功率主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連續(xù)的機械，只要其電動機的負(fù)載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和起動力矩，所需電動機功率：
式中為工作機實際需要的電動機輸出功率，kw；為工作機需要的輸入功率，kw；為電動機工作機之間傳動裝置的總效率。
工作機所需功率應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得，
式中 f為工作機的阻力，N；v為工作機的線速度，m/s；T為工作機的阻力矩，N.m；為工作機的轉(zhuǎn)速，r/m；為工作機的效率，總效率
為減速器的傳動效率，為聯(lián)軸器的傳動效率，為卷筒的傳動效率。
=0.960.990.990.95=0.89
=200000.6/（10000.89）=13.49kw
確定電動機的額定功率（kw），使
=（1-1.3） =（1-1.3）8.95=13.49-17.5kw
綜合以上分析，本設(shè)計采用YEJ200L-8制動電機，額定功率15Kw，額定轉(zhuǎn)速730r/min.
第五章 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器主要用于連接兩軸以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器具有補償因制造和安裝誤差而引起的兩軸線偏移的功能，有些類型的聯(lián)軸器還具有吸振、緩沖等功能。對于傳動系統(tǒng)聯(lián)軸器的選擇，首先應(yīng)根據(jù)工作條件和使用要求選擇聯(lián)軸器的類型，然后根據(jù)聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩、被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速和直徑確定其結(jié)構(gòu)尺寸，并按標(biāo)準(zhǔn)選定聯(lián)軸器的型號。
中小型減速器的輸入軸和輸出軸均可選用彈性聯(lián)軸器，其特點是裝拆方便，并能吸振緩沖。減速器輸入軸可選用TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB4323-84）；減速器的輸出軸可選用HL型柱銷聯(lián)軸器（GB5014-85）。對于傳遞轉(zhuǎn)矩大的且兩軸間有較大軸線偏移的，由于軸的轉(zhuǎn)距相對較大，因此選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。
5.1 型號挑選
聯(lián)軸器的種類很多，常用的有：凸緣聯(lián)軸器，鼓型齒式聯(lián)軸器，滾子鏈聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，輪胎式聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器，蛇形彈簧聯(lián)軸器等多種型號。根據(jù)工作條件和使用要求，以及各類聯(lián)軸器的性能和應(yīng)用本設(shè)計采用彈性套裝銷聯(lián)軸器。
5.2扭矩與工作條件
聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩和工作條件選擇
計算轉(zhuǎn)矩按照下式計算：
=
式中T為公稱轉(zhuǎn)矩，N.m；KA為工作情況系數(shù)，查《機械設(shè)計》表14-1取為2.3
公稱轉(zhuǎn)矩=9.551000000 =9.55100000012/730=160N.m
則 = KA =2.3160=368N.m
因此選取型號為LT8彈性套柱銷聯(lián)軸器。公稱轉(zhuǎn)矩710N.m,許用轉(zhuǎn)速3000r/min.
第六章 減速器的選擇
減速裝置是一般機械中不可缺少的，是低速機械部分不可缺少的一部分，減速器的選擇主要在是滿足減速比的要求外，盡量追求經(jīng)濟(jì)、效益、工作可靠等方面的協(xié)調(diào)。
6.1 類型的選擇
減速器的類型很多。常用減速器有以下分類、型式及其應(yīng)用范圍。
圓柱齒輪減速器：單級的傳動比i≤8-10,其輪齒可制成直齒、斜齒和人字齒，傳動軸線平行，結(jié)構(gòu)簡單，精度容易保證，應(yīng)用較廣，直齒一般用在圓周速度v≤8m/s，輕負(fù)荷場合，斜齒、人字齒，用在圓周速度v=25-50m/s、重負(fù)荷場合，但也用于重載低速；兩級的有展開式、分流式、同軸線式和同軸分流式之分，其中，展開式是兩級減速其中最簡單的一種，齒輪相對于軸承位不對稱，當(dāng)軸產(chǎn)生彎曲變形時，載荷在齒寬上分布不均勻，因此，軸應(yīng)設(shè)計的具有較大的剛度，并盡量使高速級齒輪遠(yuǎn)離輸入端，高速級可制成斜齒，低速級可制成直齒，相對于分流式講，用于載荷較平穩(wěn)的場合；分流式與展開式相比，齒輪與軸承對稱布置，因此載荷沿齒寬分布均勻，軸承受載亦平均分配，中間軸危險截面上的扭矩相當(dāng)于軸所傳遞扭矩之半，高速級采用人字齒，低速級可制成人字齒或直齒，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用于變載荷場合；同軸線式箱體長度較小，當(dāng)速比分配適當(dāng)時，兩對齒輪浸入油中深度大致相同，但減速器軸向尺寸和重量較大，高速級齒輪的承載能力充分利用，中間軸承潤滑困難，中間軸較長，剛性差，載荷沿齒寬分布不均，由于兩伸出軸在同一軸線上在很多場合能使設(shè)備布置更為方便；同軸分流式嚙合輪齒僅傳遞全部載荷的一半，輸入和輸出軸只受扭矩，中間軸只受全部載荷的一半，故與傳遞同樣功率的其他減速器相比，軸徑尺寸可縮小。
圓錐、圓錐-圓柱齒輪減速器也有單級、兩級和三級之分。單級的輪齒可制成直齒、斜齒、螺旋齒，兩軸線垂直相交或成一定角度，制造安裝較復(fù)雜，成本高，所以僅在設(shè)備布置上必要時應(yīng)用；兩級圓錐-圓柱齒輪減速器同單級的相同，圓錐齒輪應(yīng)在高速級，使齒輪尺寸不至于太大，否則加工困難。
蝸輪、齒輪-蝸輪減速器，有單級兩級之分。單級又有三種形式：蝸桿下置式就是蝸桿在渦輪下面，嚙合出冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便，但當(dāng)蝸桿圓周速度太大時，攪油損耗較大，一般用于蝸桿圓周速度小于5米每秒的情況下。蝸桿上置式裝卸方便，蝸桿的圓周速度可高些，而且金屬屑等雜物掉入嚙合處機會少；兩級的蝸輪-蝸輪的傳動比大，可達(dá)到43-3600，結(jié)構(gòu)緊湊，但效率較低，為使高速級和低速級傳動浸入油中深度大致相等，應(yīng)使高速級中心距為低速級中心距的一半左右。齒輪-蝸輪有齒輪傳動在高速級和蝸輪傳動在高速級兩種型式，前者結(jié)構(gòu)緊湊，后者效率高。
ZL型漸開線直齒圓柱齒輪減速器，主要用于礦山、冶金、起重運輸?shù)葯C械設(shè)備，高速軸最高轉(zhuǎn)速不超過1500轉(zhuǎn)/分，工作環(huán)境溫度為-40到45攝氏度，可正反兩向運轉(zhuǎn)。目前此減速器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
由以上比較，結(jié)合本設(shè)計要求和工況等條件，本設(shè)計選擇二級圓柱齒輪減速器。
6.2 型號的選擇
由卷筒的轉(zhuǎn)速為v=36m/min=0.6m/s
=0.6/0.125=4.8rad/s
則 =4.860/(23.14)=4.6r/min
傳動比i= =730/46=15.8；
選擇型號為ZL75的減速器，其中傳動比為16.
第七章 卷揚機的工作級別
7.1卷揚機工作級別與類別
7.1.1 卷揚機等級
為了合理設(shè)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：A ，A， A，A ，A， A ，A ，A ，八個工作級別。
利用等級是表示卷揚機使用的頻繁程度，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。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7-1根據(jù)本次設(shè)計的建筑卷揚機的使用情況確定利用等級為U5。
7.1.2絞車可承載荷
載荷狀態(tài)表示建筑卷揚機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）有關(guān)。
載荷譜系數(shù)K可用下式計算：K＝∑
式中 K——載荷譜系數(shù)；
n——在鋼絲繩拉力F作用下的工作循環(huán)次數(shù)，n＝n，n···n；
N——總的工作循環(huán)次數(shù)，N＝∑n＝n＋ n＋··· n；
F——鋼絲繩承受的第i個拉力，F(xiàn)＝ F ，F(xiàn)，··· F（N）；
F——鋼絲繩承受的額定拉力（N）；
在本設(shè)計中選擇中等載荷，工作級別為M5，總工作時間為6400小時。
利用等級
總工作循環(huán)數(shù)N
說明
U
1.6×10
不經(jīng)常使用
U
3.2×10
U
6.3×10
U
1.25×10
U
2.5×10
經(jīng)常地輕閑地使用
U
5×10
經(jīng)常地中等使用
U
1×10
有時頻繁地使用
U
2×10
頻繁地使用
表7-1 卷揚機利用等級
載荷狀態(tài)
名義載荷譜系數(shù)Kp
當(dāng)量拉力系數(shù)K
說明
Q（輕）
0.125
K≤0.5
通常承受1/3的額定拉力，很少承受額定拉力時使用
Q（中）
0.25
0.5＜K≤0.63
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）
0.5
0.63＜K≤0.8
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（特重）
1.0
0.8＜K≤1
頻繁地承受拉力或者額定拉力相近時使用
表7-2 載荷狀態(tài)
7.2鋼絲繩的選取
卷揚機通過鋼絲繩升降、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。
7.2.1 鋼絲繩的種類
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，從而使整個機構(gòu)的尺寸減小。
卷楊機應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。
7.2.2鋼絲繩直徑計算
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
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)，它與機構(gòu)的工作級別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)及吊運物品的性質(zhì)等因素有關(guān)。目前，卷揚機還沒有此系數(shù)的具體規(guī)定。
該設(shè)計卷揚機額定載荷2噸，采用單聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷
Fmax＝Fe/2＝ 10000N
該卷揚機用于建筑，所以工作級別為M5，鋼繩系數(shù)選擇由GB/T1955-2008公式C=[Kn/K’0]1/2可得：
其中Kn是鋼絲繩的最小安全系數(shù)，按照表4選取為4.0，K’為鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)，按照表5選取第三組，鋼絲繩公稱抗拉強度R0為1570MPa。
則C=[Kn/K’0]1/2=0.123
＝12.3 mm
所以鋼絲繩選擇d=14 mm
卷揚機系多層纏繞．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：
式中—整條鋼絲繩的破斷拉力，N；
—卷揚機工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù)；
—鋼絲繩的額定拉力，N；
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)，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。優(yōu)先選用不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩，按照GB1102的規(guī)定，鋼絲繩選擇型號為124NAT 619S+FC 1570 ZZ 110 GB8918-2006 其破斷拉力為110KN。則n=110/20=5.5>5 符合要求。
7.2.3鋼絲繩使用的注意事項
鋼絲繩在工作時卷繞進(jìn)出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)彎曲相擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。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(dá)到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破斷。
在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)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(hù)和保養(yǎng)及與相關(guān)機件的合理配置?？蓮囊韵聨追矫婵紤]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。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。故設(shè)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)。使用中，應(yīng)盡量減少鋼絲繩的彎折次數(shù)并盡量避免反向彎折。
（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。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(yīng)力。合理的繩槽尺寸應(yīng)比鋼絲繩的公稱直徑大10％左右。
（3） 滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。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％。
（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0.5~2之間。
（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。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內(nèi)外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質(zhì)化合物。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。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。
（6）在室外、潤濕或腐蝕介質(zhì)存在的環(huán)境里，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。
（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。
7.2.4卷筒的參數(shù)
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。一般起重機大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機構(gòu)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。本設(shè)計采用多層繞。
（1）卷筒容繩尺寸參數(shù)
1)卷筒節(jié)徑
卷筒節(jié)徑D應(yīng)滿足式D≥
式中 -與卷揚機工作級別有關(guān)的系數(shù)D-卷筒節(jié)徑，mm
由GB8918-2006表6得
D= =1914=266
2）卷筒容繩寬度
<3 =3250=750mm ，取=620mm。
3）卷筒邊緣直徑
其中 =210+(24-1) 12=294mm
則 =294+412=342 取為350mm
4）卷繞層數(shù)S
由S≤Dk－Do－2Mk／2d
可得S≤4.1，取S=4
7.2.5設(shè)計卷筒構(gòu)件
卷筒按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分．有端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式，其共同特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計卷筒采用內(nèi)齒輪嚙合式，如圖7-3。
圖 7-3齒嚙合式卷筒
卷筒的設(shè)計主要尺寸有卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ
（1）卷筒的長度設(shè)計
本設(shè)計采用單聯(lián)滑輪組，卷筒的長度 L=1.1ZP=1.1lP /pn(D+nd)
式中 L—卷筒總長度，mm；
Z—每層圈數(shù)，mm；
n—卷繞層數(shù)；
—卷筒卷繞直徑，mm；
P—繩槽節(jié)距，mm；
l—卷筒容繩量；
由此計算得 ＝870mm。
（2）卷筒壁厚設(shè)計
本設(shè)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(jìn)行強度驗算。
對于鑄鐵筒壁：
mm
根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)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＝4 mm、卷筒節(jié)距＝250 mm、卷筒長度L=870 mm、卷筒壁厚 mm。
7.2.6 卷筒強度校核
卷筒材料一般采用不低于HT200的鑄鐵，特殊需要時可采用ZG230-450、ZG270-500鑄鋼或Q235-A焊接制造。本設(shè)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。
一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產(chǎn)生壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力。其中壓應(yīng)力最大。當(dāng)3時彎曲應(yīng)力和扭曲應(yīng)力的合成力不超過壓應(yīng)力10%,所以當(dāng)3時只計算壓應(yīng)力即可。
本設(shè)計中L=870 mm D=250 mm，符合3的要求，所以只計算壓應(yīng)力即可。
當(dāng)鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應(yīng)力按下式來計算：
=A
其中 為鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應(yīng)力，MPa；
為鋼絲繩最大拉力，N；
為卷筒壁厚，mm；
A 為應(yīng)力減小系數(shù)，一般取A=0.75
為許用壓力，對于鑄鐵=
為鑄鐵抗壓強度極限
所以 =A32 MPa
查教材機械設(shè)計基礎(chǔ)知195MPa，所以39MPa。所以卷筒的壁厚強度滿足要求。
7.3設(shè)計卷軸
卷筒軸是支持卷揚機正常工作的重要零件，合理設(shè)計與計算卷筒軸對卷揚機性能至關(guān)重要。
7.3.1卷筒軸的固定與受力分析
常用的卷筒軸分軸固定式軸轉(zhuǎn)動式兩種情況。卷揚機卷筒工作時，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。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。強度計算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位旨分別計算。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。a圖為固定心軸，b圖為轉(zhuǎn)動心軸。對于轉(zhuǎn)動心軸，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，視具體的載荷性質(zhì)而定。對固定心軸的疲勞失效而言，最危險的應(yīng)力情況是脈動循環(huán)變化，為安全起見，卷筒的固定心軸應(yīng)力以按脈動循環(huán)處理為宜。c圖卷筒軸既受彎又受扭，為轉(zhuǎn)軸。其彎曲應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)為對稱循環(huán)變應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力性質(zhì)可視為脈動循環(huán)變化。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。但也不排除在超載或意外情況下發(fā)生靜強度破壞。
圖 7-4的類型
a: 軸固定式 b、c: 軸轉(zhuǎn)動式
7.3.2 設(shè)計卷軸
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(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度、剛度計算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。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。
本設(shè)計以計算出的參數(shù)有：繩的額定拉力＝20kN，卷筒直徑250mm，鋼絲繩的直徑14 mm，查機械傳動設(shè)計手冊，軸的材質(zhì)選擇45鋼，調(diào)制處理，MPa，MPa，MPa，MPa。
由圖7-4可知，該卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。計算時應(yīng)按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位置分別計算。根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強度計算。
（1） 軸上零件的布置
對于卷筒軸，一端采用自位軸承加上一個內(nèi)齒輪與外齒輪相嚙合傳遞轉(zhuǎn)矩，另一端用軸承支架固定，為便于軸上零件的安裝，把軸設(shè)計成階梯軸后段軸的直徑大于前端軸的直徑。
（2） 軸的各段長度
在設(shè)計過程中，在確定各軸段的直徑后，就應(yīng)該進(jìn)入畫圖階段，要邊計算邊畫圖邊計算。根據(jù)軸結(jié)構(gòu)的需要，各軸段的長度確定如下：
L1=30mm，L2=230mm，L3=565mm，L4=80mm，L5=28mm，
（3）支反力與彎矩的計算
1）垂直平面內(nèi)的支反力：
卷筒受力為20000N,求支反力：對稱布置，只受一個力，故FAv=FBv=20000N/2=10000N
2) 求垂直平面的彎矩：
由于受到的彎矩為兩支架處,支架A處的彎矩為：MA =100000.87=8700N.m,支架B處的彎矩為MB=8700 N.m
確定危險截面及校核其強度：
支架處截面的應(yīng)力σA=MA/0.1d 3=253MPa，支架處截面的應(yīng)力σB=MB/0.1d 3=253MPa
7.3.3軸的校準(zhǔn)
心軸應(yīng)力的性質(zhì)可認(rèn)為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則。彎曲應(yīng)力為
＝39.8 Mpa
平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為
＝19.9 Mpa
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)為此截面是危險截面，應(yīng)在此處計算軸的疲勞強度。
查得有效應(yīng)力集中系數(shù)尺＝1.82，表面狀態(tài)系數(shù)＝0.92，絕對尺寸系數(shù)＝0.67，特性系數(shù)＝0.1。
疲勞強度計算的安全系數(shù)：
＝5.5
一般軸疲勞強度安全系數(shù)，所以該軸疲勞強度足夠。
7.4計算拉力
計算拉力是指作用在基準(zhǔn)層上的拉力，分為疲勞計算拉力，靜強度計算拉力和試驗拉力
（1）疲勞計算拉力
這是用來計算卷揚機零件疲勞、磨損和發(fā)熱的一種計算拉力，它所考慮的工況是卷揚機在正常工作情況下鋼絲繩承受的拉力，疲勞計算拉力采用當(dāng)量拉力，按下式計算確定
Fd==0.620000=12000N，式中Fd-鋼絲繩的當(dāng)量拉力，N。
（2）靜強度計算拉力
靜強度計算拉力是考慮卷揚機正常作業(yè)時可能出現(xiàn)的最大拉力，此時零件的強度不得超過材料的許用應(yīng)力，可按下式計算：
=
其中是動載荷系數(shù)，由JG/T5031-93中表5選取
=1.05+0.40×（vh-0.20）=1.05+0.4×（0.6-0.20）=1.21
則Fjmax=Fe=1.21 20000=24200
（3）試驗拉力
卷揚機的強度用試驗拉力進(jìn)行計算，取下面兩種情況中的大者。
1） 靜載荷試驗拉力：靜載荷為鋼絲繩額定拉力的125%按照下式確定：
=1.25=1.2520000N=25000N
2）動載荷試驗拉力：動載試驗拉力為鋼絲繩額定拉力的110%，按照下式計算：
=1.1=1.120000N=22000N。
根據(jù)最小軸端的直徑，選擇型號為1214的調(diào)心球軸承，此軸承的優(yōu)點是可以保證一定的同軸度，提高運轉(zhuǎn)精度。
滾動軸承的壽命計算由下式可得
通過計算得Lh=169596h，該軸承符合要求。
第八章 卷揚機安裝調(diào)試
8.1卷揚機的組裝
(1)絞車安裝地點應(yīng)平整、寬敞，便于操作和觀察。
(2)滾筒應(yīng)與滑輪或掛鉤對中，此中線力求與絞車軸線垂直。
(3)絞車使用場合流動性較大時，可用木板或槽鋼作底盤，將絞車堅固其上，再用地錨固定起來，長期定點使用的絞車可安裝于混凝土地基上。絞車安裝必須穩(wěn)定、可靠、絞車正常運轉(zhuǎn)時底座不得有明顯的振動。
8.2卷揚機的調(diào)整安裝
絞車在安裝前應(yīng)首先按使用說明書的要求檢查各部件是否齊全，查看在運輸過程中有無損傷或丟失零件。確認(rèn)無問題后，再按操作方法的要求進(jìn)行空運轉(zhuǎn)試驗，試驗時應(yīng)使絞車正反轉(zhuǎn)15分鐘，如發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象應(yīng)停車檢查，并在檢查調(diào)整后再進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗，直至運轉(zhuǎn)正常為止。
當(dāng)在地面或井下作永久性安裝時，必須把絞車固地安裝在地基上，安裝地點應(yīng)平整且便于操作和觀察，正常運轉(zhuǎn)時絞車不得有明顯的振動。當(dāng)絞車在井下作臨時性安裝時，可用地錨固定，并用木樁頂住。絞車的安裝位置應(yīng)盡量使其出繩方向與卷筒軸線垂直，以有利于排繩。絞車在使用前應(yīng)仔細(xì)檢查其剎車裝置，確認(rèn)剎車靈活可靠后方可投入使用。
第九章 安全使用與操作
卷揚機的使用對安全性要求較高，因此在使用前必須做好檢查以確保其無安全威脅，檢查事項有以下幾點：
（1）檢查鋼絲繩接頭是否牢固，支座螺栓和地腳螺栓是否緊固，絞車安裝是否牢靠。
（2）檢查調(diào)整剎車機構(gòu)使之達(dá)到靈活、可靠。
（3）檢查鋼絲繩，不準(zhǔn)有結(jié)節(jié)，扭繞現(xiàn)象，如有一個節(jié)距內(nèi)斷絲超過10%應(yīng)予更換。
（4）檢查電器線路，電機和按鈕應(yīng)接地良好，安全可靠。
（5）在卷筒起動或停止時，其速度須逐漸增加或減少，不允許急驟的開車、停車，以防損壞傳動件。
第十章 絞車安全防護(hù)
10.1電氣裝置的安全防護(hù)措施
配電箱內(nèi)部應(yīng)涂絕緣漆，其防護(hù)等級不低于GB1498中規(guī)定的IP44級。箱體內(nèi)應(yīng)由足夠的空間，電氣元件的布置應(yīng)保證有足夠的拆檢修距離和電器元件要求的安全間隔，各元件動作產(chǎn)生的熱量，電弧，振動和磁場不得影響其他元件的正常功能，不得引發(fā)誤動作。
配電箱的金屬殼體必須有接地螺釘，且不小于M8，并有明顯的接地標(biāo)志。
接地應(yīng)滿足下列要求：
（1）卷揚機機座必須可靠接地，并有明顯的接地標(biāo)志，接地螺釘不小于M8，且防松和防銹。
（2）卷揚機所有電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地。
（3） 接地導(dǎo)線用銅導(dǎo)線。
10.2操作安全事項
卷揚機使用時應(yīng)經(jīng)常檢查繩頭是否牢靠、鋼絲繩是否變形或亂繩。如果因鋼絲繩變形而產(chǎn)生亂繩時，必須立即更換新鋼絲繩。交接班時，須把本班發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象向下一班交代清楚，以便及時檢查排除。當(dāng)停車時間過長時，應(yīng)清除絞車及電機上的灰江，并在加工表面涂上保護(hù)油，以防銹蝕。
結(jié)論
通過這次畢業(yè)設(shè)計我深刻的體會到：畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前沒有發(fā)現(xiàn)的知識方面的問題，在畢業(yè)設(shè)計中都冒出來了。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計我也明顯的感覺到受到了很多周圍同學(xué)的幫助，同學(xué)之間相互探討，相互幫助，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。
在畢業(yè)設(shè)計過程中感到的確覺得困難比較多，總有“行百里者半九十”的感覺。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。
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致謝
畢業(yè)設(shè)計期間在導(dǎo)師張老師的悉心指導(dǎo)下完成了這篇論文。張老師在多次詢問查看我的研究進(jìn)度，給我指點出了我的錯誤與不足，并幫助我一點一點去改正完善，張老師的精心點撥讓我受益很多。我對張老師的感激之情是無法用言語表達(dá)完的。四年寶貴的大學(xué)生活匆匆而至,在此畢業(yè)論文完成之際,我由衷的向過去給予我關(guān)心和鼓勵的老師表示真摯的感謝.尤其是張老師的悉心指導(dǎo),從畢業(yè)論文的開題，修改,張老師一次次耐心認(rèn)真得給我提建議,幫助我改正文中的錯誤以及改進(jìn)寫作內(nèi)容,而且對格式的問題也細(xì)心幫助我糾正,使我理清了寫作思路,最后完成畢業(yè)論文的寫作.張老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,對我今后的學(xué)習(xí)和工作都有著巨大的影響。
附錄1 外文原文
Structure improvement of construction winches
In recent years, construction winches have achieved great development, but due to various reasons, China's current production of construction