4.1 电动机的选择 .................................................. 16 4.1.1 选择电动机类型和机构形式 ................................. 16 4.1.2 功率的计算 ............................................... 16 4.1.3 电动机功率的选择 ......................................... 16 4.2 传动装置总传动比与分配传动比的确定 ............................ 17 4.2.1 总传动比 ................................................. 17 4.2.2 分配减速器的各级传动比 ................................... 17 4.3 传动装置运动和动力参数的计算 .................................. 18 4.3.1 各轴转速 ................................................. 18 4.3.2 各轴的输入功率 ........................................... 18 4.3.3 各轴的输入转矩 ........................................... 18 4.4 传动零件的设计计算 ............................................ 19 4.4.1 第一级齿轮传动的设计 ..................................... 19 4.4.2 第二级齿轮传动的设计 ..................................... 21 4.5.3 齿轮轴的校核 ............................................. 23 4.5 减速器的结构设计 .............................................. 26 4.6 滚动轴承的选择计算 ............................................ 27 4.7 减速器的润滑 .................................................. 28 4.9 开式齿轮传动的设计 ............................................ 30 5其他零件的设计 ...................................................... 33 5.1 制动器的设计计算 .............................................. 33 5.1.2 制动器制动力矩的确定 ..................................... 33 5.1.2 制动器的发热计算 ......................................... 34 5.2 联轴器的设计 .................................................. 35 5.2.1 联轴器转矩的计算 ......................................... 35 5.3 吊钩、滑轮组的设计 ............................................ 36 5.3.1 起重吊钩 ................................................. 36 5.3.2 滑轮组的设计 ............................................. 36 5.3.3 排绳器的设计 ............................................. 37 6本卷扬机的使用与维修简介 ............................................ 39 6.1 建筑卷扬机的安装和调试 ........................................ 39 6.2 建筑卷扬机的一般操作规程 ...................................... 39 6.3 建筑卷扬机的维护 .............................................. 40 6.4 建筑卷扬机的安全技术 .......................................... 41
IV
结 论 ................................................................ 42 致 谢 ................................................................ 43 参考文献 ............................................................. 44
V
1 前言
1 前 言
1.1 建筑卷扬机的发展状况
1.1.1 建筑卷扬机的应用
建筑卷扬机是一种应用于起重的设备，由于它结构简单、搬运安装灵活、维护保养比较简单、操作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。
建筑卷扬机的主要功能是提升重物，所以各类卷扬机都以这一要求为依据的。虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的部分工作。如塔吊用于建筑工地上的物料和物件的提升工作。由于它的成本高一般在大型的建筑中使用，而且其灵活性比较差，所以需卷扬机来做辅助提升。建筑卷扬机之外还用于林业集材的工作。建筑业的冷拉钢筋，还有小型矿井物料提升和打桩的工作。由于建筑卷扬机具有非常多的用途，所以它不仅用于建筑业，而且在冶金，化工，水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。
1.1.2 建筑卷扬机发展的概况
中国古代人很久以前就已经知道了利用轳辘等来提升重物，应为它不仅能减轻体力劳动强度还可以提高劳动生产率。但是那个时候我国工业水平比较低，因此那个时候我们使用的卷扬机基本上都来自外国，一直到50年代的时候我国才逐渐开始生产卷扬机。到了70年代以后，中国卷扬机的生产才不断进入了技术改善及多品种开发的新阶段。
1978年开始，我国开始实行改革开放政策，国民经济大力发展，建筑行业发展迅速，由于建筑业对卷扬机的需求很大，所以建筑业的发展在很大程度上促进了卷扬机的生产和发展，卷扬机生产厂商如雨后春笋般出现了。经过30多年的发展我国卷扬机的生产技术已经趋于成熟。现在卷扬机的品种越来越多，卷扬机使用也越来越普遍。虽然现在的工业机械化程度已经很高了，但是卷扬机这种使用便捷的设备仍然不能淘汰。
1.1.3 外国卷扬机的发展概况
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，虽然工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也不断更新，但仍不能淘汰这样的行之有效的简单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。 1)美国
美国卷扬机生产厂家也有几百家，其中美国大型的卷扬机生产厂家有贝波国际有限公司，公司的主要产品有电动卷扬机，手动卷扬机。手动卷扬机主要品种有蜗杆传动系列，直齿圆柱齿轮系列，齿轮蜗杆传动组合系列，直接驱动系列，链传动系
1
商丘工学院本科毕业论文（设计）
列。其中直间驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，传动系列全部全部安装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢焊接而成。 2）日本
在明治时期，日本就已经开始了对卷扬机的制造及使用。根据日本有关机构统计和核实，日本仅在1970至1975五年间，日本卷扬机的产量就猛增了62.5%。当时日本的卷扬机行业全由机械技术部会和荷役机械技术委员会来领导。主要的生产厂家有北川铁工所,远藤钢机,南星,越野总业,松岗产业等80多个产业。根据日本的通产省机械核计月报记载,一年中单单土卷扬机年产量就已经达到12万多台,生产值大约有100亿日元。 3）法国
法国也是世界上主要的卷扬机生产国家之一，因此卷扬机生产厂家也很多,其中生产卷扬机的主要厂商之一包藤公司最有名。这个公司主要生产KUSW系列卷扬机，LMD系列卷扬机，PC系列卷扬机和RCS系列卷扬机。 4）国外卷扬机的发展趋势
(1)生产大型化 伴随着基础工业的发展，越来越多的大型设备和建筑构件都要求整体进行安装，因此一定程度上也促进了卷扬机向大型化方向发展。目前为止，俄罗斯已经生产了六十吨的卷扬机，日本生产了三十二吨,五十吨,六十吨的液压和气动卷扬机，还有美国生产的136t与270t的超重量级的卷扬机。
(2)采用先进的电子信息技术 为满足现实中自动化控制和遥控的需要，有些国家的卷扬机生产厂家运用电子技术对大型卷扬机安装了电气联锁设备，来保证可靠的操作安全性能。
(3)发展手提式卷扬机 为了充分满足提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外发展小型手提式卷扬机，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机。
(4)大力发展不带电源装置的卷扬机 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。
1.2 建筑卷扬机的主要类型
建筑卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同的使用条件，建筑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，目前可以按下述方法分类。
1.2.1 建筑卷扬机的主参数
建筑卷扬机的主要参数为额定载荷。主参数系列见表（1.1）。
2
编码
2015-JX-LW 080202-141 专业代码 本科毕业论文（设计）
卷扬机传动系统的设计
学 院 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 提交日期
机械工程学院 机械设计制造及其自动化 6111030141 白永欣 樊广福 刘晓丽 2015年 4月10日
诚 信 承 诺 书
本人郑重承诺和声明:
我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。
毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日
摘 要
卷扬机顾名思义，是由机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。随着卷扬机被广泛应用于工程建筑机械，人们对卷扬机系统的技术指标提出了更高的要求。卷扬机系统要求要有足够的牵引力、足够的强度和刚度、可靠的制动系统和高控制精度等。卷扬机种类繁多，本次设计主要针对JM系列卷扬机即齿轮减速机传动卷扬机传动系统的设计。主要用于卷扬、拉卸、推、拖重物。如各种大中型砼、钢结构及机械设备的安装和拆卸。适用于建筑安装公司、矿区、工厂的土木建筑及安装工程。
关键词：卷扬机;齿轮传动;联轴器;减速箱
I
ABSTRACT
Winch as the name implied, is composed of mechanical power driven drum, winding rope to complete the work of the traction device. It can enhance the vertical, horizontal or inclined dragging weight. With the winch is widely used in construction machinery, people put forward higher request to the winch system technical index. winch system requirements have enough traction force, enough strength and rigidity, reliable braking system and high control precision. The winch design variety, the main design for JM series winch is gear reducer drive winch transmission system. Mainly used for winching, pull, push, unloading heavy towing. Such as installing and removing of large and medium-sized concrete, steel structure and mechanical equipment. Applicable to civil building construction and installation company, factory, mine and installation engineering.
keywords: winch; gear transmission; reducer coupling
II
目 录
1 前言 ............................................................... 1 1.1 建筑卷扬机的发展状况 ........................................... 1 1.1.1 建筑卷扬机的应用 .......................................... 1 1.1.2 建筑卷扬机发展的概况 ...................................... 1 1.1.3 外国卷扬机的发展概况 ...................................... 1 1.2 建筑卷扬机的主要类型 ........................................... 2 1.2.1 建筑卷扬机的主参数 ........................................ 2 1.2.2 卷扬机按额定速度的分类 .................................... 3 1.2.3 卷扬机按卷筒数目的分类 .................................... 3 1.2.4 卷扬机按动力源的分类 ...................................... 3 1.2.5 卷扬机按传动形式的分类 .................................... 3 1.2.6 按控制方法的分类 .......................................... 3 1.2.7 卷扬机的用途 .............................................. 4 1.3 建筑卷扬机的计算基础 ........................................... 4 1.3.1 建筑卷扬机的类别和工作级别 ................................ 4 1.3.2 利用等级 .................................................. 4 1.3.3 建筑卷扬机分类 ............................................ 5 2卷扬机的基本结构设计 ................................................ 6 2.1 电控卷扬机 ..................................................... 6 2.2 溜放型建筑卷扬机 ............................................... 7 2.3 本设计的总体确定 ............................................... 7 2.4 卷扬机传动系统总体方案的确定 ................................... 7 2.4.1 系统方案总体评价 .......................................... 8 3钢丝绳的选择和卷筒的设计 ............................................ 9 3.1 钢丝绳的选择 ................................................... 9 3.1.1 钢丝绳的种类和构造 ........................................ 9 3.1.2 钢丝绳直径的选择 .......................................... 9 3.2 卷筒的设计 ..................................................... 9 3.2.1 卷筒的材料 ............................................... 10 3.2.2 卷筒容绳尺寸计算 ......................................... 10 3.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 ..................... 11 3.3 卷筒轴的设计 .................................................. 12 ４减速器和开式齿轮的设计 ............................................. 16
III
1 前言
表1.1 卷扬机主参数系列 单位为 kN 主参数名称 额定载荷 数 值 5,7.5,10,12.5,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400 注：高速和快速卷扬机的额定载荷应大于200kN，溜放卷扬机的额定载荷应不大于100kN 1.2.2 卷扬机按额定速度的分类
卷扬机的钢丝绳的出绳速度是卷扬机的一项主要的参数。由钢丝绳的速度建筑卷扬机可分为：
1)慢速卷扬机 绳速v?20mmin；2)快速卷扬机 绳速v?20~50mmin； 3)高速卷扬机 绳速v?50mmin；
为满足特殊情况的需要，此外还有调速卷扬机，基准层钢丝绳有二个或二个以上稳定运行速度的卷扬机。
1.2.3 卷扬机按卷筒数目的分类
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、和多筒卷扬机三大类。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，再增加的卷筒大都是辅助用卷筒，卷筒相对要小些。
1.2.4 卷扬机按动力源的分类
由于卷扬机的工作环境和动力源不同卷扬机可分为：
1)手动卷扬机 主要在无动力来源的地区使用的一种小型的卷扬机； 2)电动卷扬机 由电动机驱动装置使卷筒回转的卷扬机； 3)内燃机卷扬机 一种由内燃机作为驱动装置的卷扬机； 4)气动卷扬机 采用气动设备作为驱动装置的一种卷扬机； 5)液压卷扬机 利用液压设备如液压马达等作为动力源的卷扬机；
1.2.5 卷扬机按传动形式的分类
1)开式齿轮传动 结构简单最早应用于手动卷扬机； 2)闭式圆柱齿轮传动 主要应用于单筒卷扬机且使用最为广泛； 3)圆锥—圆柱齿轮传动减速器 适用于入轴、出轴成直角布置的机械传动中； 4)蜗杆传动减速器 5)圆柱齿轮减少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
1.2.6 按控制方法分
1)手动控制的卷扬机 主要用人工控制操纵闸来控制卷扬机的升降；
3
商丘工学院本科毕业论文（设计）
2)电动控制的卷扬机 用电控制磁铁制动器使卷扬机工作； 3)液动控制卷的扬机 用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动； 4)气动控制的卷扬机 以空气压缩机提供的压缩气体为动力源； 5)自动控制的卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。
1.2.7 卷扬机的用途
1)提升重物 要求卷扬机系统有足够的牵引力、大限度的调速范围、可靠的安全性能。
2)设备安装 重型设备的安装一般要求卷扬机具有较大的提升能力；为了保证安
装精度，需要高精准的速度控制性能；为了预防突发事件的发生，卷扬机的安全性要求更高。
3)曳引物品 一般应用于水平方向和斜面上物体的牵引，为满足其使用性能要求
卷扬机能实现正反转控制。
4)打桩 为实现预期的功能使物体具备足够的动能和冲击力，实现打桩的目
标则要求卷扬机具有溜放的功能。
建筑卷扬机虽然可以分很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把他们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚。卷扬机重在传动系统和结构的设计从而可以实现不同环境和领域的应用。
1.3 建筑卷扬机的计算基础
1.3.1 建筑卷扬机的类别和工作级别
工作级别可作为设计计算的依据，也可以作为用户选择和使用卷扬机的参考。卷扬机的工作级别按其总工作时间和载荷状态分为 M1～M8共8个级别。
1.3.2 利用等级
利用等级是指建筑卷扬机的使用频繁程度的大小，它用设计的使用年限内应总工的作循环系数Nt来表示。
一个工作循环是说从一个物体准备提拉时开始到下一个物体准备提拉时为止的全过程。
建筑卷扬机的使用寿命一般不得少于5年，在卷扬机的使用寿命内根据卷扬机的工作频繁程度的大小，总工作的循环数Nt可分为8个等级，见下表（1.2）。
4
1 前言
表1.2 建筑卷扬机的利用等级 利用等级 U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 总工作循环次数Nt 说明 不经常使用 经常的清闲的使用 经常的中等使用 有时频繁的使用 频繁的使用 1.6?104 3.2?104 6.3?104 1.25?105 2.5?105 5?105 1?106 2?106 1.3.3 建筑卷扬机分类
建筑卷扬机按工作级别和用途可分为四种类型，（见表1.3）。
类别 表1.3建筑卷扬机工作级别和用途 工作级别 说明 A1～A4 不经常使用,轻或中等载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机 经常中等使用，中等载荷状态的快速建筑卷扬机 举例 工程安装 经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机 I II A3～A5 III A4～A6 有时经常频繁使用，与井字架，人字架等中等载荷状态的快配合使垂直吊运 速卷扬机 经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机 斜坡曳引、牵引、冷拉钢筋、冲爪、拉桩 IV
A6～A8
5
商丘工学院本科毕业论文（设计）
2 卷扬机的基本结构设计
电动卷扬机由于操作方法的不同，其结构相差很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放卷扬机两类。
2.1 电控卷扬机
此类建筑卷扬机通过通电和断电以实现卷扬机的工作和制动。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。其制动形式主要有电磁铁制动器和锥型转子电动机两类。此类卷扬机大多是单卷筒的。 1）有电磁铁制动器的卷扬机; 2）圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机； 3）蜗杆减速器慢速建筑卷扬机；
4）圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动的建筑卷扬机； 5）蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机；
对一些起重量大的建筑卷扬机，为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，需要安排排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力F?120kN的建筑卷扬机上，均应安装排绳器。
锥形转子电动机的建筑卷扬机
此类卷扬机采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来实现制动和分开的，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递传动系统来实现的。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作一字型结构卷扬机。根据传动系统的不同，其可分为：
1）定轴轮系传动 这是1988年行业组织的系列设计的一种机型。 2）渐开线齿轮行星传动 常见的有封闭形2k-H型行星轮系和3k型行星轮系传
动的建筑卷扬机。
3）摆线针轮传动 由于摆线针轮传动一级减速的减速比比较大，故采用 一级减速即可，这种传动可把传动系统放在卷筒里 面，可减小卷扬机体积。
4）少齿差行星传动 少齿差传动可得到大的传动比，并可把传动系统放在 卷筒内，使结构紧凑。
5）谐波传动 此传动的传动比大，啮合齿数多，所以承载能力大故 其体积、质量可更小。但其柔韧的要求较高，生产 较为困难。
6）活齿行星传动 又叫顶杆挪动传动，它的加工相对比较方便。
6
2卷扬机的基本结构设计
2.2 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。
为保证各卷筒的运动或停止，其离合器和制动装置都直接安装在卷筒上。
2.3 本设计的总体确定
本卷扬机设计的主要参数：
1）钢丝绳的拉力FN?50kN
2）钢丝绳的速度V?18mmin
由于钢丝绳的速度V?18mmin，由建筑卷扬机设计查得该卷扬机为慢速卷扬机。
按动力源分该卷扬机设计为电动卷扬机。
按传动形式分该卷扬机设计为二级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动卷扬机。 按控制方法分该卷扬机设计为电控卷扬机（用电钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作）。
2.4 卷扬机传动系统总体方案的确定
电动机→传动系统→执行机构，初选三种传动方案，如下：
1.电动机 2.制动器 3.减速器 4.联轴器 5.卷筒 图2.1 二级圆柱齿轮传动
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商丘工学院本科毕业论文（设计）
图2.3 二级圆柱圆锥齿轮传动
图2.2 蜗杆蜗轮传动
2.4.1 系统方案总体评价
比较上述方案，在图2.2中，此方案为整体布局小，传动不平稳，虽然可以
实现较大的传动比，但是传动效率低。图2.1中的方案结构简单，且传动平稳，适合要求。图2.3中的方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别的是 直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。
综上所述传动方案采用图2.1所示的二级圆柱齿轮传动。
8
3 钢丝绳的选择和卷筒的设计
3钢丝绳的选择和卷筒的设计
建筑卷扬机通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所所应力十分复杂，加之对外界影响因素比较敏感，一旦失败，后果十分严重。因此，应特别重视选择与使用。
3.1 钢丝绳的选择
3.1.1 钢丝绳的种类和构造
钢丝绳是由许多高强度钢上编绕而成，可单捻、也可双捻成行。绳芯采用天然纤维芯（NF）、合成纤维芯（SF）、金属纤维芯（IWR）和金属丝股芯（IWS）。
纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性，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，但扰性较差。建筑卷扬机系多层缠绕，更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳。
钢丝绳的种类，根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分：（1）顺捻钢丝绳 、（2）交捻钢丝绳。
因为交捻钢丝绳在卷扬机设计中应优先考虑，故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制金属丝芯钢丝绳。
3.1.2 钢丝绳直径的选择
钢丝绳的安全系数按下式计算：
spfe
ngs???n? 式（2.1）
式中sp——整条钢丝绳的破短拉力（N）；
fe——钢丝绳的额定拉力；
?n?——卷扬机工作级别规定的最小安全系数； 机械手册查表得卷扬机的工作级别为A6，则选取安全系数[n]=5； sp?f?n sp?300kN
e??钢丝绳不应小于下式计算的最小值：
dmin?cs
dmin?0.103650?23.769
式中S——钢丝绳的最大工作拉力（kN）
c——钢丝绳的选取系数，经查表c=0.1036
机械手册查表得d=24(mm),钢丝绳的抗拉强度为1570Mpa，使用双捻制金属丝芯钢丝绳。
3.2 卷筒的设计
由于建筑卷扬机的卷筒系钢丝绳采用的是多层缠绕，因此它所受的应力十分复
9
商丘工学院本科毕业论文（设计）
杂。卷筒是卷扬机很重要的零件，它对卷扬机操作的安全性和工作的可靠性非常重要，因此应该合理地进行设计。
3.2.1 卷筒的材料
由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料Q235。
3.2.2 卷筒容绳尺寸计算
卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。 a) 卷筒节径D
卷筒节径D 应满足下式 D?Ked 式（2.2）
式中Ke——筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得Ke?19
d 则D
——钢丝绳直径（mm）
?19?24?456 取D?459mm
D0?D?d?459?24?435mm
b) 卷筒容绳宽度Bt
卷筒容绳宽度Bt，一般可以由下式确定
Bt?3D0 式（2.3）
式中D0——卷筒直径（mm）
则Bt?3?435 取Bt?800 c) 卷筒边缘直径Dk
卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径．端侧板直径用下式计算
Dk?Ds?4d 式（2.4） 式中Ds——最外层钢丝绳直径，由下式确定Ds?D0??2S?1?d
S
——钢丝绳缠绕层数
则Dk?603?96 取DK?700
d)缠绕层数S
缠绕层数S按下式计算
S?DK?D0?2mK 式（2.5）
2d
式中mK——为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm） 计算得mK?1.5d?24?1.5?36mm
700?435?2?36?4.52 取S?4 则S?2?24e)卷筒容绳量L
卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时，达到规定的缠绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值。
10
3 钢丝绳的选择和卷筒的设计
卷筒容绳量按下式计算:
i层钢丝绳绳芯直径为
Di?D0??2Si?1?d 式（2.6）
第
式中的Si——第i层，i?1,2,3,?S
则 D1?435??2?1??24?459mm
D2?435??4?1??24?483mm D3?435??6?1??24?507mm D4?435??8?1??24?531mm
第i层钢丝绳长度为:
L1??(80024?1)?435??2?1?24??10?3?46.60mm
Li??(Btd?1)?D0??2Si?1?d??10?3 式（2.7）
L2??(80024?1)?435??4?1?24??10?3?51.47mmL3??(80024?1)?435??6?1?24??10?3?56.35mmL4??(80024?1)?435??8?1?24??10?3?61.22mm
卷筒容绳量为:
L?L1?L2???Li
L?46.0?51.47?56.35?56.35?61.22
L?215mm
3.2.3 卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算 1)多层缠绕系数As的确定
多层缠绕系数As的理论计算
1??1?S??21??1????1? 式（2.8） As?? S1???1???2??1?S??1???2?式中S——钢丝绳的缠绕层数
E'F''??
Et?De?0?18
dE'F''??2''
D0E
——钢丝绳的缠绕节距 t?0.01d?0.24mm
?——卷筒的壁厚(mm)
D0——卷筒的直径(mm) D0?435mm d——钢丝绳的直径(mm) d?24mm
'' E——钢丝绳纵向弹性模量(Mpa) E?100Gpa
其中t 11
商丘工学院本科毕业论文（设计）
——钢丝绳横向弹性模量(Mpa) E''?600Mpa
Gpa E——卷筒材料的弹性模量(Mpa) E?1202''
F——钢丝绳的断面积(mm)
E
''
则As?1.55
Fe 式（2.9）
2)卷筒的厚度设计
卷筒厚度为??Ast??c? 式中
建筑卷扬机设计查得??c??183Mpa
50000 则??1.15 ??14mm
0.24?183003) 卷筒壁的强度计算 式（2.10）
Fe——钢丝绳的额定拉力(N)
Fe???c? t?50000?c?1.15??171.43Mpa
0.24?14?c?As 经强度计算较合适无需调整。
3.3 卷筒轴的设计
由于卷筒轴的可靠性对卷扬机的的安全，可靠性非常重要，因此十分重视卷筒
轴的结构设计和强度，刚性计算。卷筒轴的结构，应力求简单，合理，应力集中应尽可能小。卷筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；次外，对较长的轴还需校核轴的刚度。
在卷筒轴的设计上轴的材料采用45钢，调质处理
0pa由机械设计手册查得?B?650Mpa ?S?36M
0pa0pa ??1?30M ??b?0?65M
已知钢丝绳的额定拉力为Fe?50kN，卷筒的直径D0?435mm，钢丝绳的直径
d?24mm，圆柱齿轮的分度圆直径d6?710mm
1)作用力的计算
?Dd?2Fe?0???22??50??435?24??34.9(kN) 式 齿轮圆周力：Ft?（2.11） d6710 齿轮径向力：Fr?Ft?tg??34.9?tg20。?12.7(kN)
将轴上的所有的作用力分解为垂直平面的力和水平平面的力，如图3-1所示：
2)垂直面支承反力及弯矩 (1)支反力：
12
3 钢丝绳的选择和卷筒的设计
RDV??866?60?Fe?50FtRCV
?45.19(kN) 式（2.12）
986?866?60?Ft?50Fe?29.37(kN) ?986 (2) 弯矩：
MAV?50RCV?60???29.37???176.8（2.13） 2(kN?mm) 式
图3.1 卷筒心轴受力图
3) 水平面支承反力及弯矩
支反力：
RDH?RCH50Fr?0.77(kN) 式（2.14） 986926Fr??11.93(kN)
986 13
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弯矩计算：
MAH?50RCH?60?11.93?715.8(kN?mm)MBH?50RDH?60?0.77?46.2(kN?mm)
4) 合成弯矩
MA2?M2AV?M2AH?715.82???1762.8??1902.6(kN?mm)
MB?M2BV?M2BH?46.22?2711.42?2711.8(kN?mm) 式（2.15）5)计算工作应力
此轴为固定心轴,只有弯矩,没有转矩.由上图可知最大的弯矩发生在剖面B处.设卷筒轴发生在剖面直径为dB,则弯矩为：
MB?B????b?0 30.1dBMB2711.8?1033dB?3??67.4mm
0.1??b?00.1?100 则圆正后dB?65mm,中间轴段do?65?5?70mm.
6)心轴疲劳强度计算
卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既： Fd
?Kd?Fe
式中Fd——钢丝绳的当量拉力(N)
Kd——当量拉力系数，由建筑卷扬机设计查得Kd?1
Fd?1?50?50kN
? 平均应力?m和应力幅?a??m?b
2K?M1?2711.8 ?b?d3B? 式（2.16） ?98.75Mpa30.1?650.1db
?a??m??b2?98.75?49.37Mpa 2 疲劳强度计算安全系数： S????1K??3001.88?49.37?0.34?48.550.78?0.92?2.126 式（2.17）
????a????m——应力集中系数 K??1.88
?——表面状态系数 ??0.92 ??——绝对尺寸系数 ???0.78 ??——等效系数 ???0.34 一般轴的疲劳强度安全系数?S??1.5~1.8，经校核轴的强度够用。
由机械手册查得K?
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3 钢丝绳的选择和卷筒的设计
7)心轴强度校核计算
Fjmax???Fe
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)
?
——动载系数，有建筑卷扬机设计查得??1.35
?W3601.35?2711.8?1.64 式（2.18）
0.1?552 静强度计算安全系数:
SS??
?MB?S 当
?S时，??S??1.2~1.4，所以经校核轴的强度足够。
?b?0.6
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４减速器和开式齿轮的设计
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动，蜗轮传动或齿轮－蜗轮传动所组合的独立部件，常在动力机与工作机之间为减速的传动装置；在少数情况下也用作增速的传动装置。减速器由于结构紧凑，效率教高，传递运动正确可靠，使用维修简单，并可成批生产，故在现代机械中应用最光。减速器类型很多，有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，蜗杆减速器等。
最常用的卷扬机主减速器有蜗杆减速器或一级和二级齿轮减速器。由于考虑到所传递的功率和传动比。在本卷扬机设计课题中采用的是二级圆柱齿轮减速器。
4.1 电动机的选择
4.1.1 选择电动机类型和机构形式
电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品。机械设计中需要根据工作机的工作情况和运动，动力参数，合理选择电动机类型，结构形式，传递的功率和转速，确定电动机的型号。
根据电动机的分类电动机分为交流电动机与直流电动机，工业上一般都采用交流电动机。交流电动机又分为两种，异步电动机与同步电动机，其中异步电动机又分笼型异步电动机和绕线型异步电动机。应用最广泛的是普通笼型异步电动机。一般情况下没有特殊情况下，工业上一般会首选Ｙ型笼型三相异步电动机。因其具有高效，节能，噪音小，振动小，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无特殊要求的各种机械设备。
建筑卷扬机属于非连续工作机械，而且启动，制动频繁。多数情况下选用ＹＺＲ（绕线转子）电动机。在本设计中选择电动机为ＹＺＲ系列的３８０Ｖ三相绕线型电动机。
4.1.2 功率的计算
电动机的功率选择是否合适将直接影响到电动机的工作性能和经济性能。如果选用额定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚至使电动机长期过载过早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功率，则电动机的价格高，功率未得到充分的利用。从而增加电能的消耗，造成浪费。
4.1.3 电动机功率的选择
1)建筑卷扬机电动机的功率按所需的静功率计算，静功率（单位：kW）计算公式为：
pd?pw? 式（4.1）
式中 pw——工作机所需工作效率；
?——由电动机到工作机的总效率；
工作机所需工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得：
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4 减速器和开式齿轮的设计
FW?VWpw?1000??W?50000?0.3?17.61kW1000?0.8501 式（4.2）
式中FW——工作机的阻力（N）；
——工作机的线速度（m/s）；
?W——工作机的效率；
VW其中?w??1??2??
33?0.8501
?1、?2、?3、?4分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。 取?1=0.99，?2=0.96，?3=0.97（齿轮的精度为8级），?4=0.98（滚动
轴承）。
2)确定电动机的转速
卷筒轴的工作转速为:
60?1000v60?1000?0.3??13.27r n?
min 式（4.3）??d3.14?435经查表：一级开式齿轮的传动比ia?3~7,二级圆拄齿轮减速器的传动比
i?8~40，总的传动比合理范围为ia?24~280，故电动机的转速的可选范围为：
)?13.27?318.48~3715.6r nd?ia?n?(24~280 式（4.4）
min根据工况和计算所选电动机见表4-1:
表4.1电动机的主要参数 型号 YZR200L 额定功率(kW) 22 转速r/min 960 4.2 传动装置总传动比与分配传动比的确定
4.2.1 总传动比
根据电动机的转速与工作机的主动轴的转速，传动装置的总传动比为
n ia?m 式（4.5）
n式中nm——电动机的转速 n——卷筒的主轴转速
960rnmmin?72.34
ia??n13.27rmin总的传动比是各级传动比i0、i1、i2??in相乘的结果，即
ia?i0?i1 式（4.6）
ia72.34??2.84 i025.54.2.2 分配减速器的各级传动比
使减速器装置不至于过大初步取i0?25.5 则i? 17
商丘工学院本科毕业论文（设计）
大容量绳、大功率的建筑卷扬机（一般Fe?120kN）以及安装使用的卷扬机，为确保钢丝绳的排列整齐，工作可靠，应设置排绳装置，即排绳器。排绳器主要由离合器、转速调整箱、双向传动丝杠、支撑光杠、排绳器导辊等组成，排绳器的工作过程见P186（建筑卷扬机设计指导书）所示。电机1的旋转运动经三级圆锥圆柱齿轮减速器、联轴器、开式齿轮传动驱使卷筒传动。链轮7于卷筒固连在一起随之转动，迫使排绳器导辊12往复直线运动进行均匀的排绳。爪型离合器在停车的情况下，用来调节钢丝绳与卷筒的相对位置，可保证钢丝绳均匀的缠绕在卷筒上。
虽然，若使钢丝绳在卷筒上均匀缠绕，卷筒转一转时，钢丝绳应能移动一个缠绕节距。因此必须保证卷筒与调整箱出轴（丝杠轴）之间具有正确的传动比，以使传动导辊在双向丝杠走过的距离与钢丝绳实际的缠绕距离相匹配。建筑卷扬机系钢丝绳多层缠绕，钢丝绳工作时被挤压，缠绕卷筒时排列的绳距与钢丝绳的直径应该稍微大一点，在设计排绳器时，其绳距t绳?d??0.2~0.5?(mm)，或略大一些。 双向丝杠总行程按下式计算：
Lk?B?D 式（5.9） 式中 B------卷筒容绳宽度（mm）B=1500mm d-------钢丝绳直径（mm） d=24mm 则 Lk?B?D?1500?24?1476mm
在确定此行程时应注意的问题是：当第S层钢丝绳缠绕到卷筒一端极限位置时，由于第S层钢丝绳排列造成的斜角，使最后一个完整圈与卷筒端侧板间留有一个锲形间隙。怎样钢丝绳不能爬到第S+1层，而当卷筒继续转过大约120。~180。时，方能爬上S+1层，为此，需要驱动钢丝绳的装置在原位停留相应的时间。
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6 本卷扬机的使用与维修简介
6本卷扬机的使用与维修简介
建筑卷扬机的正确使用和维护对于保证生产安全和机器使用寿命具有重要意义。
6.1 建筑卷扬机的安装和调试
建筑卷扬机在安装、拆卸和搬运时，不得过分倾斜，必须平稳地起动，不得发生冲击和猛烈的震动。
建筑卷扬机在安装中可作为移动使用或固定使用。做移动使用的须将建筑卷扬机固定在方枕木排上，并将木排与底座用钢索与地锚连接牢固，不能有松动现象。固定使用的可用混凝土地基，用水平仪找好水准线，在灌注水泥时须预先留出截面为A?B（mm2）的方孔，A，B尺寸及孔数视地脚螺栓定，当装好地脚螺栓后。再将水泥注入孔中，待硬化后再缓慢均匀的旋紧螺母。地基孔深H可视当地土壤情况决定。
在建筑卷扬机安装后使用前要作好以下各项检查和调整工作。检查与观察轴承、减速器箱内的齿轮啮合面是否清洁、清除赃物，润滑油应当充足，建筑卷扬机工作应安全可靠，这主要取决与制动装置以及其他相关机件的正确动作，因此在使用前，必须做好检查和调整工作；检查制动闸瓦与制动轮的接触面积应不小于总面积的80%，松闸时制动闸瓦全部脱离制动，并保持一定的径向间隙，不同卷扬机的间隙大小不一，按技术要求决定。制动器的调正应以连杆和调节螺钉来进行。
建筑卷扬机在开动使用前，应首先做好空载运转和空载运转工作，并满足下面要求才能正常工作：
1)制动器平稳安全可靠，动作正确灵活。
2)各传动部分和润滑部分动作灵活，无过大噪声和卡住现象。 3)各联接部分没有松动现象。
6.2 建筑卷扬机的一般操作规程
1)建筑卷扬机操作应由经过训练并熟悉安全操作规程的工人来担任,并应负有以下责任:
(1) 操纵建筑卷扬机。
(2)随时检查建筑卷扬机工作是否正确,周期有无故障,环境是否清洁。 (3)随时检查卷扬机的润滑情况,并及时加油。 (4)随时对建筑卷扬机维护,及时排除故障。
(5)注意吊起的重量是否在额定拉力以内,否则不能工作。 (6)必须注意制动装置的正确性。 (7)遵守安全技术规程。
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商丘工学院本科毕业论文（设计）
2)准备工作
(1)检查本机安置是否正确,螺栓联接处是否牢固紧密,要注意电动机的螺栓紧固情况。
(2)检查钢丝绳在卷筒上固定得是否牢固,位置是否正确,钢丝绳是否有断丝情况。 (3)用无负荷的起动试验检查起重机件及控制器的正常性和转向的正确性。 (4)如果电器设备是由电动机、控制箱、交流凸轮控制器、制动电磁铁所组成的，凸轮控制器的手把要在“0”位上。 3)操作
(1)起动 工作结束后,打开电阻箱门,将空气开关合上阀,接通电源。按需要的
方向转动控制器手轮直到电动机达到稳定运转,而此时转子回路中附加电阻被切除。 (2)正常停车 常情况下停车,只将控制器的手轮搬到“0”位即可.此时电阻器的电逐渐被加入转子回路中,电动机转速降低,电磁铁断电,制动器工作,主机停车。 (3)事故停车 生电器事故时,如过载、失压（一般降低额定电压10%）、零压箱内的空气开关断路器的脱扣器即动作，借以切断电源使主机停车，保护了电动机及电器设备。如长时间停车时应打开空气开关，切断电源。
6.3 建筑卷扬机的维护
1）正常运转情况下,每隔一定时间(大约一年左右)进行一次大修或在一个工期结束后大修一
次,更换磨损的轴承及其他易损零件,平时发现问题要随时维修。
2）筑卷扬机长期不用,再用时应按新安装的建筑卷扬机或大修后检查试验方法进行,运输保养建筑卷扬机时,应放在干燥处,各部件应有良好的防潮,防腐等措施。 3）卷扬机的运行过程中,随时观察和检查制动器、离合器、停止器的作用及磨损情况，及时排除故障。
4）拆装过程中,注意配合表面不要碰伤,检查摩擦表面磨损情况等,如影响机器使用应技术更换。
5）筑卷扬机在工作中容易发生的故障及处理方法：
(1)制动器磨损后间隙过大,影响制动可靠性,应及时调整间隙或更换元件。 (2)轴承由于磨损或润滑不良产生过热,应视其情况,改善润滑或更换元件。 (3)因固定轴承的螺栓不紧造成轴承发生振动,应及时旋紧螺栓。
(4)由于过载电动机发热或电动机轴承发热,需停车冷却,按时加油,减少负载。 6）检查电气设备之前,必须事先打开电源开关,电器必须保持清洁,为此必须定期清洁清除灰尘、脏物、油腻等，不允许触头有油，烧损或氧化的接点应用细砂纸磨平，绝缘圈不准用汽油洗，为防止衔铁铁锈芯接触面生锈，应定期用机器润滑油，然后擦干净，电阻器铸铁铁片各段应经常检查是否断裂。
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6 本卷扬机的使用与维修简介
当电动机在额定载荷下运行，最大允许不平衡电压为5%，不平衡电流为10%，此时应注意电动机的旋转声音是否有异常，电刷和滑环间有无火花，注意电动机是否发热不得超过允许值。
6.4 建筑卷扬机的安全技术
1)操作人员在工作中一定要严格遵守操作过程，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源。 2)建筑卷扬机在工作时，不许将任何物体靠近建筑卷扬机，或者落在建筑卷扬 机上。
3)建筑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)起吊重物有较长时间不卸时，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)如果带重物跑车时，不得用停止器，而只能用制动器逐渐加力制动。如果用 力过猛，就会使机器受损。
8)起动设备和电动机应接地，电器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。 11)严禁接地线与三箱四线制中线联接，各种电气线路必须设短路保护。
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结论
结 论
从上述章节的分析计算中，可以看到卷扬机在理论上是可行的。在设计中主要是对卷扬机的传动、总体和工作机构的设计。在设计的过程中我觉得建筑卷扬机的机械化程度不高，有的卷扬机操控也较繁琐。在本设计中对传动部分和控制部分进行了一些改进。
卷扬机的传动部分采用的是二级齿轮减速器加开式齿轮传动。在设计传动部分时由于考虑到总体结构的大小。原先的一级齿轮减速器由于结构较大，后采用了二级齿轮减速器加开式齿轮传动。由于我过分的注重总体结构的大小，所以在设计减速器时对减速器的润滑和密封考虑的不太全面。这也是设计中所存在和以后需改进的主要问题。
对于卷扬机的制动部分设计中采用了液压推杆制动器。采用了该制动器使卷扬机的总体结构变得简单，对卷扬机的操作更方便。同时对卷扬机的制动更加的可靠。
毕业设计已经结束，通过这次毕业设计使我提高了分析问题、解决问题及实际动手的能力，最重要的是此次毕业设计使我把理论和实践有机的结合在一起是真正的实际和理论的统一。它是使我从学生渡过社会的毕业设计。总之，毕业设计是对我四年来是最好的检验。
由于本人知识水平有限，错误在所难免，在此请众位老师和同学多多指正和批评！
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