卷扬机结构设计全解
发布时间:2022-08-04 08:16:52 来源:华体会体育app官网 作者:华体会体育官网APP下载
内容简介:  随着社会的发展,机械将会越来越取代人力,这也是机械行业飞 速发展的后果,在机械的发展历史中,新机械的发明有着举足轻重的 作用。但是,那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械, 更是起着不可替代的作用,卷扬机就是一例。卷扬机的发展就像其他 机械一样,从开始的简单到现在的复杂,从以前的机械动力到现在的 电力动力,从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。本设 计就传统的卷扬机说起,一直到现在以及将来的发展。  本设计主要设计了卷扬机的卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器以及 滑轮组。其中卷筒和卷筒轴的设计最为主要,本设计重点做了介绍...

  随着社会的发展,机械将会越来越取代人力,这也是机械行业飞 速发展的后果,在机械的发展历史中,新机械的发明有着举足轻重的 作用。但是,那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械, 更是起着不可替代的作用,卷扬机就是一例。卷扬机的发展就像其他 机械一样,从开始的简单到现在的复杂,从以前的机械动力到现在的 电力动力,从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。本设 计就传统的卷扬机说起,一直到现在以及将来的发展。

  本设计主要设计了卷扬机的卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器以及 滑轮组。其中卷筒和卷筒轴的设计最为主要,本设计重点做了介绍。 其余部分由于篇幅有限,只是略作分析。

  1.1.1 卷扬机的应用 卷扬机又称绞车,是起重垂直运输机械的重要组成部分,配合井

  (门)架、桅杆、滑轮组等辅助设备,用来提升物料、安装设备等作 业。由于它结构简单、操作方便、维护保养简单、使用成本低、可靠 性高等优点,广泛应用于建筑、水利、冶金起重作业。

  提升重物是卷扬机的一种主要功能,所以各类卷扬机的设计都是 根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部 分工作,但由于塔吊成本高,一股在大型工程中使用,而且灵活性较 差,故一般中小型工程仍然广泛应用卷扬机,汽车吊虽然灵活方便, 但也因为成本太高,而不能在工程中广泛应用,故大多设备的安装仍 然是由卷扬机承担的。卷扬机除在工程、设备安装等方面被广泛应用 外,在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行 业亦被广泛应用。 1.1.2 卷扬机的发展概况

  在很久以前的古代,就知道来用辘轳等来提升重物,以减轻体力 劳动的强度和提高劳动生产率。在我国,解放前卷扬机只有在一些大 型企业中才被使用,应用很少,而且所使用的卷扬机也均为国外生产, 国内基本上没有生产卷扬机的厂家。

  我国卷扬机的生产是解放后才开始的。50 年代为满足恢复经济的 需要和第一个五年计划的得要,卷扬机的生产被提到了日程上。原沈 阳国泰机器厂(阜新矿山机械厂前身)等成批仿制了两种卷扬机,一种 为日本的 JIS8001 型动力卷扬机,它是一种原动机为电动机动型式是 开式圆柱齿轮传动,双锥体摩擦离合器,操作为手扳脚踩的快速卷扬

  毕业论文 机,另一种是按苏联图纸制造的 1011 型和 1012 型普通蜗杆传动、电 控慢速卷扬机。由于当时生产力不高,卷扬机的需求量亦不多,故这 段时间国内卷扬机的生产主要是仿制。

  随着生产力的发展,到了 60 年代,卷扬机的生产和使用越来越 多。为了协调生产,卷扬机主要生产厂家(阜新矿山机械厂、天津卷扬 机厂、山西机器广、宝鸡起重运输机厂等)组成了卷扬机行业组织,隶 属于第一机械工业部矿山机械行业。为了发展卷扬机的生产,行业组 织了有关厂家的人员对全国卷扬机的生产相应用情况进行了调查。在 调查的基础上,开始自行设计和制造新的卷扬机,先后试制了 0.5t、 lt、3t 电动卷扬机,但由于对当时各厂家的生产能力估计不足,无法 推广。

  从 70 年代起,我国卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的 新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上,1973 年,由卷扬机行业组 织了有关厂家和院校联合进行了卷扬机基型设计,并充分考虑到了当 时中小厂家的生产能力。快速卷扬机的基型采用半开半闭式齿轮传动, 离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构,操纵用手板刹车带制动(如图 1-1)。慢速卷扬机的基型式为闭式传动(圆柱齿轮传动或蜗杆传动减 速器)、电磁铁制动结构。这两种基型一直到现今还在生产。为适应生 产发展的需要,当时第一机械工业部发布了 JB926—74《卷扬机型式 与基本参数》和 JBl803—76《卷扬机技术条件》两个部标准,并把卷 扬机行业划归常德机械研究所(长沙机械研究院前身)领导。随着部标 准的颁布,使卷扬机有了大发展的基础。在此期间,由于石化工业的 发展,大型设备很多,都需要吊装,如一些大型反应塔,塔的高度达 七八十米,质量达五六百吨,就需要有大型吊装用的卷扬机,因而各 厂家相继生产了 20t 和 32t 卷扬机(图 1—2),满足了经济发展的需要。

  1.1.3 国外卷扬机概况 在国外,卷扬机的品种繁多,应用也很广泛。在西方技术先进的

  国家中,工业水平先进,机械化程度不断提高,起重设备也在不断更 新,下面介绍一下几个外国主要生产的卷扬机的状况。

  1) 美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家,主要有贝波(BEEBE)国际有限 公司、哲恩(THERN)有限公司等。 贝波国际有限公司成立于 1919 年,有七十多年的设计和生产实 践经验。主要产品有,气动链式卷扬机[0.25—40t),防爆拖式气动 卷扬机(0.5—30t),驳船卷扬机(手动、气动、电动、液压,25—75t), 电动链式卷扬机(0.25—20t),电动葫芦(0.25—15t).电动卷扬机 (0.25—12.5t),手动卷扬机 0.25—75t),液压卷扬机(1—10t ),水 平卷扬机(1—9t),手动链式卷扬机(0.5—100t),棘轮牵引器(1— 1. 75t),空中用运车(0.5—20t)等。 哲恩有限公司是美国较大的生产起重设备的公司,主要产品有各 种手动卷扬机、电动卷扬机、提升机械及起重机。手动卷扬机的主要 品种有:直齿传动卷扬机、蜗杆传动卷扬机;电动卷扬机的主要品种 有:蜗杆传动系列、直齿齿轮传动系列、齿轮蜗杆传动组合系列、直 接驱动系列、链传动系列。

  日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究 所核计,1970~1975 年间卷扬机的产量增加 62.5%。据日本通产省机 械核计月报载,仅 1977 年单纯土建卷扬机的产量就达 12 万台,产值 约 100 亿日元。

  日本卷扬机行业由机械技术部会、荷役机械技术委员会领导。主 要生产厂家有北川铁工所、远藤钢机、南星、越野总业、艺浦、松岗 产业等 80 多个厂家。

  (1).动力卷扬机 分 BF、MF、DF 三种型式。功率为 3.7—44kw, 钢丝绳拉力从 5880—44l 00N。有 18 个规格。F 型是 V 型带传动,MF 型是单筒开式齿轮传动,DF 型是双筒开式齿轮传动。其结构持点是全 部为标准型,采用改进了的螺旋顶丝式离合器操纵,因而操作简便, 易调整;鼓形离合器采用单锥体式,摩擦材料采用带型树脂。

  (2).电动卷扬机 该厂生产的电动卷扬帆为 KW 型,功率 3.7— 11kw,拉力 6000—142100N,四种规格。其结构特点是:全封闭内齿 轮传动;电动机在一端,减速器、制动器和操作部分在另一端,中间 是卷筒,一字型布置,按钮操作,可远距离遥控;最大特点是卷简可 缠绕 8—9 层.容绳量大,适于高层卷扬使用。

  远滕钢机公司有 60 多年历史,它是日本唯一生产特殊电动卷扬 机的公司。ENDO 型卷扬机采用起重电动机,卷扬机可两档变速,排绳 器装在上部,是单螺旋轴双导向杆式结构,机座全部是焊接结构,所 有机械与电器部分都装在机座里。

  毕业论文 法国生产卷扬机的厂家很多,其中包藤(POTAIN)公司就是生产卷

  扬机的主要广家之一,主要生产 KUSW 系列、LMD 系列、PC 系列和 RCS 系列卷扬机。

  KUSW 型卷扬机轻巧紧凑,效率高,安全可靠,可遥控操作。这种 卷扬机能够比较理想地与各种机械配套。

  LMD 型卷扬机可两档变速,采用液压控制。液压系统可同时控制 两个机械制动器。LMD 型卷扬机综合了电气技术(包括电子技术系统) 和液压技术的优点,性能比较好。

  PC 型卷扬机是三速电动卷扬机,远距离遥控操作,空载高速下降, 提高了生产率。电控齿轮换档(采用延时继电器).起吊位置精确,运 动缓和,传动件在油池里工作,停车缓慢,避免磨损电磁刹车。

  RCS 型卷扬机可五档变速,三个低速档和两个高速档。由两个独 立的装有电磁刹车系统的提升电动机驱动卷扬机。电动机带动直齿减 速器,用锥齿轮带动卷筒。

  其他国家,如俄罗斯、英国、挪威、瑞典、加拿大、德国等也都 生产着不同用途的各种型号的卷扬机。 1.1.4 卷扬机的发展趋势

  1). 大型化 由于基础工业的发展,大型设备和机械构件要求整体安装,促进 了大型卷扬机的发展。目前,俄罗斯已生产了 60t 卷扬机,日本生产 了 32t、50t、60t 液压和气动卷扬机,美国生产了 136t 和 270t 卷扬 机。 2).采用先进电子技术 为了实现卷扬机的自动控制和遥控,国外广泛采用了先进的电子 技术。对大型卷扬机安装了电器连锁装置,以保证绝对安全可靠。

  3).发展手提式卷扬机 为提高机械化水平,减轻工人劳动强度,国外大力发展小型手提

  毕业论文 式卷扬机,如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机,其电压为 12V,质量为 7.7—15.4Kg,拉力为 3336—13344N。

  4).大力发展不带动力源装置的卷扬机 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力的卷扬机。此种卷 扬机结构简单,有一个卷筒和一个变速箱即可。

  卷扬机由于应用范围较广,为适应各种不同使用条件,卷扬机亦 制造成各种不同机型的产品。机型的分类方法很多,目前大致按下述 方法分类。 1.2.1 按钢丝绳额定拉力 F 分

  按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按 1955—88 《卷扬机》中规定为 5,7.5,10,12.5,16,20,25,32,50,80, 120,160,200,320,500kN 共 15 级。此参数为卷扬机的主要参数。 1.2.2 按钢丝绳速度 v 分

  钢丝绳在基准层上的出绳速度是卷扬机的又一项主要参数,根据 钢丝绳的速度分为:

  为适应特殊需要,还有一种变速卷扬机,其速度可调,有双速、 三速和多速几种类型。 1.2.3 按卷筒数目分

  一台卷扬机上卷筒数目的多少,直接影响到卷扬机的结构。卷扬 机按卷筒数目可分为单筒卷扬机、双筒卷扬机和多筒卷扬机三类。目 前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机.其卷筒都是工作卷筒,再增加

  毕业论文 的卷筒大多是辅助卷筒,筒径相对要小些。 1.2.4 按动力源分

  由于工作环境不同,所用的动力源亦不同。 1)手动卷扬机 用于无动力来源地区的小型卷扬机; 2)电动卷扬机 大多数卷扬机皆属于此类; 3)内燃机卷扬机 用于无电源的地方; 4)气动卷扬机 用于不能使用电源的地方; 5)液压卷扬机 用于与其他设备配套使用而有液压源的场合。 1.2.5 按传动形式分

  1)开式齿轮传动 最早的形式,目前主要用于手动卷扬机; 2)闭式圆柱齿轮传动 主要为快速单筒卷扬机应用广泛。 3)圆锥—圆柱齿轮减速器 4)蜗杆传动减速器 5)圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动 6)蜗杆减速器加开式齿轮传动 7)行星齿轮传动 8)液压传动 1.2.6 按控制方法分

  1)手控卷扬机 由人工操纵闸把控制卷杨机提升或下放重物。 2)电控卷扬机 用电控钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作。 3)液控卷扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。 4)气控卷杨机 5)自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。 1.2.7 按用途分

  提升能力;为保证安装精度,其速度就不能太高;为防止坠落,其安 全性要求更高。

  3)曳引物品 因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的,为 使物品能前后运动,则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作。

  4) 打桩 要求卷扬机把重物提升到一定高度后,能使重物成自 由落体下降,实现打桩工作,即要求卷扬机具有溜放性能。

  卷扬机虽然可以分成很多种类,实际上由于应用情况的复杂,很难 把它们绝对分清,而且一台卷扬机往往几种工作都要做,所以在卷扬 机的设计上对用途分得并不清楚,而是按要求高的来设计,这样能使 卷扬机实现一机多用,得到更广泛的应用。

  电动卷扬机由于操作方法不同,其结构相差很大。我们将其分为 电控卷扬机和溜放型卷扬机两类。 1.3.1 电控卷扬机

  此类卷扬机通过通电或断电以实现卷扬机的工作或制动。物料的 提升或下降由电动机的正反转来实现,操作简单方便。其制动型式主 要有电磁铁制动器和锥形转子电动机两类,下面就这两种制动型式卷 扬机的常见类型作介绍。此类卷扬机大多是单卷筒的。

  (一)带有电磁铁制动器的卷扬机 1) 圆柱齿轮减速器快速卷扬机(图 1-3)。

  毕业论文 2)蜗杆减速器慢速卷扬机。 3)圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机(图 1-4)。

  4)蜗杆减速器加开式齿轮传动的卷扬机。 对一些起重量大的卷扬机,为使钢丝绳在卷简上排列整齐,需要 安装排绳器。按设计规范要求,在钢丝绳拉力 F>120kN 的卷扬机上, 均应安装排绳器。 (二)采用锥形转子电动机的卷扬机 此类卷扬机利用锥形转子电动机本身所具有的制动性能来实现卷 扬机的制动。由于锥形转子电动机是靠转子轴向移动来实现制动或松 开的,可省略单独的制动器,在结构上就要求电动机与传动系统间能 做轴向相对移动。一般,轴向移动是通过可移式联轴器把电动机轴的 运动传递到传动系统来实现的。由于此类卷扬机的电动机轴线与卷筒 轴线为同轴,故习惯上把这类卷扬机叫做一字型结构卷扬机。 1.3.2 溜放型建筑卷扬机 此类建筑卷扬机提升重物的下降不是利用电动机的反转来是实 现,而是靠重物的重力下降的,并带动卷筒反转,此时电动机不转。 要在电动机和卷筒之间实现其运动的连接或分离,通常采用离合器和 差动轮系。由于电动机和卷筒可分可合,因此卷筒的数目可以增多, 而各卷筒又可各自完成自己的运动,则此类卷扬机可设计成单卷筒、 双卷筒和多卷筒的形式。

  起升机构是使重物作升降运动的机构,它是任何起重机必不可少 和最主要最基本的机构。

  电动机正转或反转时,制动器松开,通过带制动轮的联轴器带动 减速器高速轴,经减速器减速后由低速轴带动卷筒旋转,使钢丝绳在 卷筒上绕进或放出,从而使重物起升或下降。电动机停止转动时,依 靠制动器将高速轴的制动轮刹住,使悬吊的重物停止在空中。

  根据需要起升机构上还可装设各种辅助装置,如起重量限制器、 起升高度限位器、速度限制器和钢丝绳作多层卷绕时,使钢丝绳顺序 排列在卷筒上的排绳装置等。

  在电动机与卷筒之间通常采用效率较高的起重用标准两级减速器。要 求低速时可采用三级大传动比减速器。为便于安装,在电动机与减速机之 间常采用具有补偿性能的弹性柱销连轴器或齿轮连轴器。前者构造简单并 能起缓冲作用,但弹性橡胶圈的使用寿命不长;后者坚固耐用,应用最广。 齿轮连轴器的寿命与安装质量有关,并且需要经常润滑。

  一般制动器都安装在高速轴上,这样所需要的制动力矩小,相应的制 动器尺寸小,重量轻。经常利用联轴器的一半兼作制动轮。带制动轮的半 体应安装在减速器高速轴上。这样,即使联轴器被损坏,制动器仍可把卷 筒制动住,以确保机构的安全。

  起升机构的制动器必须采用常闭式的。制动力矩应保证有足够的制动 安全系数。在重要的起升机构中有时设两个制动器,而第二个制动器可安 装在减速器高速轴的令一伸出端或装设在电动机的尾部出轴上。

  为使机构布置方便并增大补偿能力,在电动机与减速机之间可用浮动 轴连接,浮动轴的两端为半齿轮连轴器。

  卷筒与减速器低速轴之间的连接型式很多。本卷扬机的卷筒与低速轴 的连接为带齿轮接盘的结构型式,卷筒轴左端用自位轴承支撑于减速器输 出轴的内腔轴承座中,低速轴的外缘制成外齿轮,它与固定在卷筒上的带 内齿轮的接盘相啮合,形成一个齿轮连轴器传递扭矩,并可以补偿一定的 安装误差。在齿轮联轴器外侧,即靠近减速器的一侧装有剖分式密封盖, 以防止联轴器内的润滑油流出来和外面的灰尘进入。这种连接型式的优点 是结构紧凑,轴向尺寸小,分组性好,能补偿减速器与卷筒轴之间的安装 误差。如图(2-2)。

  卷筒的直径一般尽量选用允许的较小值,因为随着卷筒直径的增 加,扭矩和减速传动比也增大,引起整个机构庞大。但在起升高度较 大时,往往用增大卷筒直径的方法以减小其长度。

  滑轮组型式(单联或双联)和它的倍率对起升机构的尺寸也有很 大的影响。在桥式起重机中采用双联滑轮组,一方面使卷筒两支撑上 的受力不变,也就是使运行小车两边的轨道轮压不变,这对桥架和小 车车架受力使有利的;另一方面是使重物在起升过程中不作横向移动。 但由于双联滑轮组的倍率比单联滑轮组小一倍,起升机构的传动比也 需要增大一倍,这就使机构尺寸增大,所以其他的起重机采用单联滑 轮组,此次设计的是 5 吨桥式起重机的卷扬机,因此选用双联滑轮组, 如图(2—3)。

  滑轮组的倍率的确定对钢丝绳的拉力、卷筒直径与长度、减速机 构的传动比以及机构的总体尺寸有很大的影响。大起重量采用较大的 倍率,可避免采用过粗的钢丝绳。有时在采用较大的滑轮组倍率的同 时相应的降低了起升速度的方式来提高起重量,可以使起升机构达到 通用性,即将同一起升机构用于不同的起重量,这是在系列设计时常 采用的方法。

  起升机构计算是在给定了设计参数,并将布置方案确定后进行的, 通过计算选用机构选用机构中所需要的标准零部件,如电动机、制动 器、减速器和联轴器等。对于非标准零部件需进行单独设计。

  此卷扬机设计提升载荷 5 吨,主要用于炼钢厂 5 吨桥式起重机上, 本卷扬机是利用炼钢厂现有设备和材料拼凑而成,因此与标准的 5 吨 卷扬机设计略有不同。

  额定起升重量: 5 吨 起升高度: 14 米 起升速度: 12 米/分 卷扬机用途: 用于 5 吨桥式吊车起升机构 工作条件: 频繁启动 粉尘量大

  卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所受应力十分 复杂。加之对外界影响因素比较敏感,一旦失效,后果十分严重。因 此,应特别重视钢丝绳的合理选择与使用。

  钢丝绳由许多高强度钢丝编绕而成,可单捻、亦可双捻成形。绳芯常 采用天然纤维芯(NF)、合成纤维芯(SF)、金属丝绳芯(IWR)相金属丝股芯 (IWS)。纤维芯钢丝绳具有较高的挠性和弹性,缠绕时弯曲应力较小,但 不能承受横向压力,金属丝芯钢丝绳强度较高,能承受高温和横向压力, 但挠性较差。卷扬机系多层缠绕.更适合选用多捻制金属丝芯钢丝绳。

  钢丝绳的种类,根据钢丝绕成股和股绕成绳的相互方向可分力: 1)顺捻钢丝绳 顺捻钢丝绳义分为右同向捻(ZS)和左同向捻(SS)。 此类钢丝绳钢丝绕成股和股绕成绳的旋转方向是一致的。其特点是:钢丝 绳挠性好.磨损小,使用寿命长。但容易松散和扭转。它不允许在无导轨 情况下作单独提升,故在不松散的情况下或有刚性导轨时应用为宜。 2)交捻钢丝绳 交捻钢丝绳,又分为右交互捻(ZS)和左交互捻(SZ)。 钢丝绳钢丝绕成股与股绕成绳的方向相反,它的挠性与使用寿命都较顺捻 钢丝绳差.但绳与股的扭转趋势相反,克服了扭转和易松散的缺陷,故卷 扬机应优先选用。

  毕业论文 钢丝绳的种类.根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同又可分为: (1)点接触钢丝绳 点接触钢丝绳绳股中各层钢丝直径均相同,而内

  外各层钢丝的节距不同.因而相互交叉形成点接触。其特点是接触应力 高.表面粗糙,钢丝易折断,使用寿命低。但制造工艺简单,价格便宜。 在实际中常发现这种钢丝绳在受拉、尤其是受弯时由于钢丝间的点接触、 造成应力集中而产生严重压痕,由此导致钢丝疲劳断裂而使钢丝绳过早报 废。

  (2)线接触钢丝绳 线接触钢丝绳绳股由不同直径的钢丝统制而成, 每一层钢丝的节距相等,由于外层钢丝位于内层钢丝之间的沟槽内,因此 内外层钢丝间形成线接触。这种钢丝绳的内层钢丝虽承受比外层钢丝稍大 的应力,但它避免了应力集中,消除了钢丝在接触处的二次弯曲现象,减 少了钢丝间的摩擦阻力。使钢丝绳在弯曲上有较大的自由度,从而显著提 高了抗疲劳强度,其寿命通常高于点接触钢丝绳。由于线接触钢丝绳比点 接触钢丝绳的有效钢丝总面积大,因而承载能力高。如果在破断拉力相同 的情况下选用线接触钢丝绳,可以采用较小的滑轮和卷筒直径,从而使整 个机构的尺寸减小。卷杨机应优先选用线 钢丝绳直径的选择

  Fr —钢丝绳的额定拉力(力)。 设计时,钢丝绳的额定拉力为已知,将额定拉力乘以规定的最小

  的钢丝绳直径。 目前在工业化国家,对钢丝绳直径的选择普遍采用选择系数法。

  所以钢丝绳选择 d=14 mm。 按钢丝绳所在机构工作级别来选钢丝绳直径时,所选的钢丝绳拉 断力应满足下式:(机械设计手册第二册)

  又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力×1.134(纤维芯) 或 × 1.214 ( 钢 芯 ), 所 以 钢 丝 绳 最 小 拉 断 力 总 和 为 87.5 × 1.134=99.225KN (本设计中钢丝绳不接触高温,横向压力较小,选用纤维芯钢丝绳) 查机械设计手册,钢丝绳型号选择: 钢丝绳 6×19(a)类 14—NAT—FC—1470—ZS—102—79.5 型号解释如下: 14—钢丝绳直径

  ZS—捻向(左交互捻) 102—钢丝绳最小破段拉力 KN 79.5—单位长度重量 kg/100m

  钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒,除产生拉应力外,还有挤 压、弯曲、接触和扭转等应力,应力情况是非常复杂的。实践表明, 由于钢丝绳反复弯曲相挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原 因。钢丝绳破坏时,外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂,随着断 丝数的增多,破坏速度逐渐加快,达到一定限度后,仍继续使用,就

  在正确选择钢丝绳的结构和直径之后,实际使用寿命的长短,在 很大程度上取决于钢丝绳在使用中的维护和保养及与相关机件的合理 配置。可从以下几方面考虑该问题:

  1)滑轮和卷筒直径 D 与钢丝绳直径 d 的比值大小对钢丝绳的寿命 影响较大,几乎成平方关系。因此,选用较大的滑轮和卷简直径对钢 丝绳的寿命是有利的。故设计中规定了卷筒直径和钢丝绳直径的最小 比值(D/d),与卷扬机的工作级别有关。

  使用中,应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折。 2)决定滑轮绳槽尺寸时,必须考虑新钢丝绳直径较公称直径有 6% —8%的过盈量这一事实。过小的绳槽直径会使钢丝绳受到过度挤压而 提前断丝,绳槽尺寸过大,又会使钢丝绳在槽内的支承面积减小,增 大钢丝绳的接触应力。合理的绳槽尺寸应比钢丝绳的公称直径大 10% 左右。 3)滑轮与卷筒的材料太硬,对钢丝绳寿命不利。据有关资料表明: 以铸铁代替钢.可提高钢丝绳的寿命约 10%。 4)为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕,避免各圈钢丝绳间相互摩擦 及多层缠绕锤击和堆绕现象,延长钢丝绳的使用寿命,钢丝绳在卷筒 及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度之内,一般在 0.5 —2 之间。 5)良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一项重要因素。它 可以防止锈蚀,减少钢丝绳内外磨损。一般常用中、低粘度润滑油和 滤青质化合物。目前我国生产的“钢丝绳油’’属于中等粘度油,适用 于各种股捻钢丝绳的润滑。其附着力大,不易滑落或与水起作用,且 含有防锈剂,是一种良好的润滑剂。 6)在室外、润湿或腐蚀介质存在的环境里,应选用镀锌钢丝绳。 7)经常检查钢丝绳是否与别的机件摩擦,重新更换新绳时必须核 对新绳与原绳的型式直径是否相同;经常检查钢丝绳表面的磨损及断

  卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和钢丝绳的尺寸来确定。 卷筒用来卷绕钢丝绳,把原动机的驱动力传递给钢丝绳,并把原 动机的回转运动变为所需要的直线运动。卷筒通常是中空的圆柱形, 特殊要求的卷筒也有做成圆锥或曲线 卷筒的分类

  按照钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分,卷筒分单层绕和多层绕两种。 一般起重机大多采用单层绕卷筒。只有在绕绳量特别大或特别要求机 构紧凑的情况下,为了缩小卷筒的外形尺寸,才采用多层绕的方式。 本设计采用单层绕。

  按照卷筒的表面分,有光卷筒和带螺旋槽卷筒两种。光卷筒用于 多层卷绕,其结构比较简单,钢丝绳按螺旋形紧密地排列在卷筒表面

  毕业论文 上,绳圈的节矩等于钢丝绳的直径。由于钢丝绳和卷筒表面之间接触 应力较高,相邻绳圈在工作时又有摩擦,钢丝绳使用寿命就要降低。 为了使钢丝绳在卷筒表面上排列整齐,单层绕卷筒一般都有螺旋槽, 有了绳槽后,使钢丝绳与卷筒的接触面积增加,因而减小了它们之间 的接触应力,也消除了在卷筒卷绕过程中绳圈间可能产生的摩擦,因 此提高了钢丝绳的使用寿命,目前,多层绕卷筒也制成带绳槽的,更 为合理。绳槽在卷筒上的卷绕方向可以制成左旋或右旋。单联滑轮组 的卷筒只有一条螺旋绳槽;双联滑轮的卷筒,两侧应分别右一条左旋 和右旋的绳槽。绳槽的形状分别为标准绳槽和深槽两种,如图(4—1)。

  —5) 卷筒槽多数采用标准槽,只有在使用过程中钢丝绳有可能脱槽的情况 才使用深槽,本设计选用标准槽,钢丝绳直径选用 14mm,

  卷筒按照转矩的传递方式来分.有端侧板周边大齿轮外啮合式 和筒端或筒内齿轮内啮合式,其共同特点是卷筒轴只承受弯矩,不承 受转矩。本设计卷筒采用内齿轮啮合式。如图(4—2)

  h — 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数,根据工作环 境级别为 M7 ,查机械设计手册 h=28;

  l3 —卷筒中间无绳槽部分长度,由钢丝绳的允 许偏斜角α和卷筒轴到动滑轮轴的最小距离决定。对于有螺旋 槽的单层绕卷筒,钢丝绳允许偏斜度通常为 1:10,查机械设 计手册可知,选取 l3 =100 mm。

  本设计为了延长钢丝绳的寿命,采用铸铁卷筒,对于铸铁卷筒可 按经验公式初步确定,然后进行强度验算。

  查机械设计手册第二册可知,卷筒材料一般采用不低于 HT200 的铸铁,特殊需要时可采用 ZG230-450、ZG270-500 铸钢或 Q235-A 焊接制造。本设计的卷筒五特殊需要,额定起重重量不是很大,所以 选择 HT200 的铸铁制造。

  一般卷筒壁厚相对于卷筒直径较小,所以卷筒壁厚可以忽略不计, 在钢丝绳的最大拉力作用下,使卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应 力。其中压应力最大。当 L 3 D0 时弯曲应力和扭曲应力的合成力不 超过压应力 10%,所以当 L 3 D0 时只计算压应力即可。

  Fmax 为钢丝绳最大拉力(N) 为卷筒壁厚 A 为应力减小系数,一般取 A=0.75

  卷筒轴是支持卷扬机正常工作的重要零件,合理设计与计算卷筒 轴对卷扬机性能至关重要。

  常用的卷筒轴分轴固定式轴转动式(图 5—1)两种情况。卷扬机 卷筒工作时,钢丝绳在卷简上的位置是变化的。钢丝绳拉力经卷筒及 支承作用到轴上产生的力矩,其大小随钢丝绳在卷简上位置的变化而 不同。强度计算时应按钢丝绳在卷筒上两个极限位旨分别计算。由卷 扬机工作情况和轴的受力分析可知,a、b 因卷筒轴主要承受弯矩,可 简化为简单的心轴。a 图为固定心轴,b 图为转动心轴。对于转动心 轴,其弯曲应力一般为对称循环变化;对固定心轴,其应力循环特征 为 0 r 1,视具体的载荷性质而定。对固定心轴的疲劳失效而言, 最危险的应力情况是脉动循环变化,为安全起见,卷筒的固定心轴应 力以按脉动循环处理为宜。c 图卷筒轴既受弯又受扭,为转轴。其弯 曲应力的应力性质为对称循环变应力,而扭转剪应力的应力性质可视 为脉动循环变化。由此可知,卷筒轴在正常使用条件下,最终将发生 疲劳破坏。但也不排除在超载或意外情况下发生静强度破坏。

  本设计以计算出的参数有:绳的额定拉力 Fr =1.25104 KN,卷 筒直径 D0 400mm,钢丝绳的直径 d 14mm,外齿轴套齿轮分度圆 直径 D=224mm,查机械传动设计手册,轴的材质选择 45 钢,调制

  轴承圆柱孔 20000 型,右边选用调心球轴承圆柱孔 10000(TN1、M)

  圆整后 dB =75 (mm),中间轴段 d0 =75+15=90 (mm) 5.2.5 心轴的疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该用钢丝绳的当量拉力进行计算,即

  查得有效应力集中系数尺 K =1.88,表面状态系数 =0.92,绝 对尺寸系数 =0.78,等效系数小 =0.34。 疲劳强度计算的安全系数为

  毕业论文 5.2.6 心轴的静强度计算 卷筒轴的静强度计算,需要用静强度计算拉力,可按下式求得:

  式中 Fjmax — 静强度计算最大拉力 (N); — 动载荷系数,查手册。此处取 1.35 。

  正确选择电动机额定功率的原则是:在电动机能够满足机械负载 要求的前提下,最经济、最合理地决定电动机功率。

  本设计 5 吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械,而且起动、 制动频繁,工作粉尘量大。因此,选择电动机应与其工作特点相适应。

  S3 和短时工作制 S2 ,并优先选用 YZR(绕线转子)、YZ(笼型转子)系列 起重专用电动机。多数情况下选用绕线转子电动机;在工作条件较轻,

  虑到多方面因素,其电动机工作制也允许选择连续工作制 S1 。本设计 电动机工作制度为断时工作制,因此不用考虑电动机的发热计算。

  — 机构总效率,它包括滑轮组的效率、导向滑轮效率、 卷筒的机械效率和传动机构的机械效率。初步计算

  考虑到工作环境,查起重机课程设计,对于中小型起重机其系数 K d =0.8,

  均工作时间的比值,查表 tq tg =0.1 时, =0.87. 由以上计算解结果可知初选电动机能满足发热要求,即 NxNe 。

  毕业论文 因为电动机轴到减速器高速轴由齿轮链接盘连接,其传动比 i0 =1,

  所以减速器的总传动比 i =35.43。查机械设计手册,采用二级圆柱齿轮 减速器。

  7.2.3 圆柱齿轮传动的设计计算 此减速器的齿轮为一般机械零件,没有特殊要求,从降低成本,

  减小结构和易于取材原则出发决定选用: 小齿轮 45 钢,调质,齿面硬度 217~255HBS 大齿轮 45 钢,正火,齿面硬度 169~217HBS

  轴的材料选用 45 钢,粗加工后进行调质处理便能满足要求。45 钢经 调质处理硬度为 217~255HBS。

  考虑到第一级传动的小齿轮直径较小,若使用键与轴连接齿轮强 度不够,所以把Ⅰ轴做成齿轮轴,Ⅰ轴轴头安装联轴器,故将轴径增 加 5%。估取Ⅰ轴轴径为 30mm,安装轴承处轴径为 28mm,其它尺寸由 结构而定具体如附图所示。

  Ⅱ轴: 估取Ⅱ轴轴径为 48mm,安装轴承处轴径为 45mm,其它尺 寸由结构而定具体如附图所示。

  Ⅲ轴:估取Ⅲ轴轴径为 80mm,靠近齿轮盘接手的安装轴承处轴径 为 80mm,另一端为 75mm,其它尺寸由结构而定具体如附图所示。 其他部件参考起重机专用减速器 QJR 型减速器而定。

  滑轮是用来支承钢丝绳和改变钢丝绳运动方向的部件。钢丝绳绕 过若干动滑轮和定滑组成的滑轮组,可以起到省力和增速的作用(卷扬 机使用滑轮组主要起省力作用),它是起重机械的重要组成部分。

  直径较小的滑轮可做成实体轮(图 8—1a);直径较大的应做成辐 板轮(图 8—1b)或幅条轮;对于大型或单件生产的滑轮可用型钢焊接 而成。

  图 8—1 a 实体轮 b 辐板轮 滑轮尺寸的表示方法主要有绳槽尺寸和滑轮直径。滑轮绳槽尺寸 应能保证钢丝绳顺利绕过并使接触面积尽可能大。绳槽半径是根据钢 丝绳直径最大允许偏差为7%确定的。故槽底半径 R 稍大于钢丝绳直 径。滑轮绳槽的结构及剖面尺寸见图 8—2。

  滑轮的直径大小对于钢丝绳的寿命影响很大。增大滑轮的直径可 以降低钢丝绳的弯曲应力和挤压应力,试验证明,卷绕和松开钢丝绳

  吊钩本身是一个零件,它与动滑轮组合形成吊钩组。通用吊钩已 经标准化。设计时,一般根据额定起重量 Q 按照有关标准选取。必要 时,可将吊钩视为曲梁进行强度计算。

  吊钩断裂可能导致重大的人身和设备事故,因此,吊钩的材料要 求没有突然断裂的危险。强度材料一般对裂纹与缺陷很敏感,材料的

  毕业论文 强调越高,突然断裂的可能性也越大,因此吊钩选用优质低碳镇静钢 或低碳合金钢。锻造通常选用 20 号钢,20SiMn 等制造。

  吊钩沟孔尺寸根据能容纳两根系物绳或专用吊具的尺寸确定。查 起重机设计手册吊钩的主要尺寸可按经验公式初步确定:(本设计选用 单钩)

  制动器按用途可分为停止制动、支持制动和下降制动三种。停止 和支持式制动器具有停止和支持重物悬挂在空中的作用;而下降式制 动器除具有前者停止运动的作用外,还具有调节机构运动的作用。

  按照工作状态,制动器又可分为常闭式和常开式。常闭式制动器 经常处于合闸状态,当机构运转时。可利用人力、电磁力等外力使制 动器松闸。而常开式与此相反,它经常处于松闸状态,只有施加外力 时才能合闸。

  按照制动器构造特征,又可分为带式制动器、块式制动器、蹄式 制动器和盘式制动器四种。

  卷扬机至少要装一套常闭式的支持制动器,并常采用带式制动器 和外抱块式制动器,小吨位卷扬机亦可采用蹄式制动器。

  在设计或选择制动器时,主要依据是制动力矩。无论是标准制动 器,还是自行设计的制动器都要做必要的发热验算。本设计选用短行 程交流电磁铁块式制动器,型号:TKT300/200。

  短行程交流电磁铁块式制动器的构造简图如下,工作原理:图中 直径为 D 的圆周表示与机构传动轴相联系的制动轮,制动瓦块 2 与制 动臂 1 铰接相连。主弹簧 4 用来产生制动力矩。主弹簧右端顶在框架 6 上(框架 6 与左制动臂固接在一起),推杆 5 与有制动臂连在一起。 上闸制动时,主弹簧的压力左推推杆 5、右推框架 6,从而带动左右

  毕业论文 制动臂及其瓦块压向制动轮,实现制动。当机构工作时,机构电动机 通电,与电动机相联系的电磁铁 7 也通电而产生磁力,磁铁吸引衔铁 8 统饺点作逆时针转动,并压迫推杆向右移动,使主弹簧进一步压缩, 这时在副弹簧及电磁铁自重偏心的作用下,左右制动臂张开,制动器 松问。如果一旦发生事故,电机断电,制动器也立即上闸,这是一种 常闭式制动器。

  卷扬机使用的联轴器主要用来联接两个两根同轴线布置或基本平 行的轴,传递扭矩同时补偿少许角度和径向偏差,有时还能改善传递 装置的动态特性。常用的联轴器有齿轮联轴器、梅花弹性联轴器、弹 性柱销联轴器、尼龙柱销联轴器、万向联轴器、耦合器等。

  1.操作人员在工作中一定要严格遵守操作规程,做好交接工作, 在工作时必须要给周围工作人员发出信号,不得靠近机器,操作人员 离开机器时必须切断电源。

  3.卷扬机在工作时严禁突然断电, 4.在重物下滑时,不许钢丝绳张力松弛,卷筒上留的钢丝绳至少 在 3 圈以上。 5.起吊重物又较长时间不卸时。应使停止器合上。开车前应首先 将停止器脱离开。 6.在起重物下或起重物桅杆下不得站人,更不允许起吊载人。 7 卷扬机在工作过程中,不得斜拉,牵引重物。 8.起动设备和电动机应接地,电气控制箱在操作时不许打开。 9.当发现机器有任何故障或损坏时不得继续使用。 10.在提升的极限高度处应设限位开关以防止过卷,造成设备损 坏。

  经过大学的学习,让我对机械设计与制造方面的知识有了一个系 统而又全面的认识。毕业设计是我们学习中一个重要的实践性环节, 是一个综合性很强的设计任务,它为我们以后从事技术工作打下了一 个良好的基础,对我们掌握所学知识情况进行了全面而又直观的检测。 为了能够较好的完成这次毕业设计,我投入了万分的精力作了充分的 准备工作。

  首先,我先针对毕业课题来考虑,在指导老师的指点和帮助下, 对所需的资料进行搜集和整理,根据设计的要求,再对资料做一个简 单的归类。

  其次,根据指导老师给出的设计任务要求,先制定设计的总体方 案,按照指导老师要求的设计进度,一步步的完成此次的设计任务。

  毕业设计虽已结束,但想想我在其中所学到的知识,所遇到的困 难,仍记忆犹新。它让我明白了无论是设计新产品,还是改造老产品, 都是一个复杂的技术过程,容不的半点含糊。设计人员应先明白设计 的目的,了解产品的价值和实用性。其次,要对设计的产品进行构思, 确定总体方案,查阅资料,最后编写设计说明书,进行绘图。

  我的指导老师贾是位认真、负责的好老师。我感谢贾老师在这次 毕业设计中给我的莫大帮助,在此我忠心的感谢四年来在我学习和生 活中帮助过我的所有的老师和同学。