机械毕业设计（论文）-卷扬机设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2009届本科生毕业设计第84页- 84 - - 84 -*Page 8411/17/2019- 84 - 1 概述1.1卷扬机的应用场合卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用与物料提升、水平和倾斜拽引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。卷扬机除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、水电、农业、军事、化工及交通运输等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，矿井的物料提升，水平、倾斜牵引运输，矿车调度、回柱，船舶上锚链的提升等。全套图纸，加1538937061.2卷扬机的主要类型 1）按钢丝绳额定拉力分按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分为15级：5，7.5，10，12.5，16，20，25，32，50，80，120，160，200，320，500KN。2）按钢丝绳额定速度分l 慢速卷扬机 绳速l 中速卷扬机 绳速l 快速卷扬机 绳速l 高速卷扬机 绳速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，再增加的卷筒大多是辅助用卷筒，筒径相对要小些。4）按动力源分l 手动卷扬机 用于无动力源的小型卷扬机l 电动卷扬机 大多数卷扬机多属于此类l 内燃卷扬机 用于无电源的地方l 气动卷扬机 用于不能使用电源的地方l 液压卷扬机 与其他设备配套使用而有液压源的地方5）按传动形式分l 开式齿轮传动 最早的形式。目前用于手动卷扬机l 闭式齿轮传动 主要为快速单筒卷扬机，应用广泛6）按控制方法分 l 手动卷扬机l 电控卷扬机l 液控卷扬机l 气控卷扬机l 自动控制卷扬机7）按用途分l 提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生产率，冰要求高的安全性，以防坠落。l 设备安装 一般设备的质量都较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；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。l 拽引物品 因为此项工作一般式在水平和倾斜方向进行的，为师物品能前后运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作l 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。1.3国内卷扬机概况我国在很久以前的古代，就知道采用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高工作效率。但由于旧中国的工业落后，劳动力便宜，所以在物料的提升和搬运过程中大都是靠工人的肩挑背扛，而卷扬机只有在一些大型企业中才被使用，应用很少，而且所适用的卷扬机也均为国外生产，国内基本没有生产卷扬机的厂家。我国的卷扬机生产是解放后才开始的，已有近60年的历史。50年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划的需要，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，传动形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。随着生产的发展，到了60年代，卷扬机的生产和使用越来越多。为了协调生产，主要卷扬机生产厂家（阜新矿山机械厂、天津卷扬机厂、山西机器厂、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下。为了发展卷扬机的生产，行业组织了相关厂家的人员对全国卷扬机的生产和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、1t、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、定性生产的新阶段。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，操纵用手扳刹车带制动。慢速卷扬机的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器）、电磁铁制动结构。这两种基型一直到今天还在生产。为了适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了JB926-74建筑卷扬机形式与基本参数和JB1803-76建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。随着部标准的颁布，使卷扬机有了大发展的基础。为了满足经济发展的需要，各厂家相继生产了20t和32t卷扬机。从70年代末开始，我国实行了改革开放政策，国民经济大发展，作为国民经济的动力，煤炭产业现代化和机械化的要求日益强烈，许多产品逗进行了防爆改造，从而进入到煤矿井下，其中卷扬机是最成功的一种产品，JD系列的调度卷扬机和JH系列的回柱卷扬机至今还在大量的生产，是矿山井下，运输调度不可替代的机械设备。但这种设备的自动化的程度不高，无法实现无人值守的自动操作，往往由于卷扬机操作工的操作失误或精神不集中造成安全生产事故。矿山卷扬机的发展是伴随着煤炭产业发展，九十年代中后期，是我国煤炭生产的一个低潮，矿用卷扬机的发展十分缓慢，没有什么新的结构，产品出现。但是，2000年以后，国际油价居高不下，煤炭再一次被人们所重视，煤炭价格一路上涨，卷扬机等一系列的矿山机电产品需求量剧增，促进了卷扬机的发展，这一时期卷扬机品种增加，自动化水平增加，新结构、新功能不断出现，但是仍然具有一定的技术瓶颈，即自动控制设备的防爆问题。现在，变频调速技术和PLC控制技术十分的成熟，但是，也只是在矿井的主井和副井的提升系统中得到了最广泛的最成熟的应用。然而，自动化和数字化是矿井发展的必然趋势，为了实现这一目的，矿山设备的自动化和数字化是实现这一目的的基础。本设计也力求用最成熟的PLC控制技术，实现矿井水仓的无人值守，达到牵引卷扬机能够根据水位自动提升和下降泵房的目的，探索一条能够实现卷扬机自动化控制的路径。1.4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，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的卷扬机控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些卷扬机控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态， 进而大大提高钻井效率。下面简单介绍一下几个国家上产卷扬机的状况。一、日本日本东明治30年代开始制造和使用卷扬机。据日本荷艺机械研究所核计，19701975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、核艺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。北川铁工所是一家大型生产厂。其生产的卷扬机品种系列比较齐全，主要有：1）动力卷扬机 粉BF、MF、DF三种形式。功率为3.744KW,钢丝绳拉力从580044100N，有18格规格。BF型式V型带传动，MF型单筒开式齿轮传动，DF型是双筒开始齿轮传动。其结构特点是全部为标准型，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。鼓形离合器采用单椎体式，摩擦材料采用带型树脂。2)电动卷扬机 该厂生产的电动机为KW型，功率3.711KW,拉力6000142100，四种规格。其结构特点是：全封闭式内齿轮传动;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；最大特点是卷筒可缠绕89层，容绳量大，适于高层建筑使用。3）大型电动卷扬机 主要用于提升大型重物或设备，可两档机械变速，设有电磁铁制动器、手制动器和棘轮制动器，以确保安全。远藤钢机公司有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装在机座里。二、美国美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（BEEBE）国家有限公司、哲恩（THERN）有限公司。贝波国际有限公司成立于1919年，有七十多家的设计和生产实践经验。主要产品有：气动链式卷扬机，防爆拖式气动卷扬机，驳船卷扬机（手动、气动、电动、液压），电动链式卷扬机，电动葫芦，电动卷扬机，手动卷扬机，液压卷扬机，水平卷扬机，手动链式卷扬机，棘轮牵引器，空中吊运车。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：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。其中直接驱动式电动卷扬机的传动式全封闭式行星齿轮传动，传动系统全部装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢焊接而成。美国除上述两家公司外，比较重要的生产厂家还有布劳斯公司、赛林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索艺德公司等。三、法国法国生产卷扬机的厂家很多，其中包腾公司就是生成卷扬机的主要厂家之一。包腾公司主要生产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。LUSW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建筑机械配套。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和液压技术的优点，性能比较好。PC卷扬机可五档变速器，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提升电动机驱动卷扬机。电动机带动直齿减速器，用锥齿轮电动卷筒。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。1.5卷扬机发展趋势1.大型化 由于基础工业大发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型卷扬机的发展。2.采用先进电子技术 为了实现卷扬机的自动控制和遥控，广泛采用先进的电子技术，传感器技术，可编程控制技术。3.发展手提式卷扬机 为了提高机械化程度，减轻工人的劳动强度，大力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.大力发展不带动力源装置的卷扬机 此种卷扬机借助汽车和拖拉机动力，结构简单，有一个卷筒和一个减速器即可。2钢丝绳的选择2.1钢丝绳的选择方法卷扬机通过钢丝绳升降、拽引重物。工作时钢丝绳多层缠绕所受应力十分复杂，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和实用。钢丝绳钢丝绳直径（以下简称绳径）的选取，是卷扬机设计的第一步。直径的选择直接影响卷筒的直径及相关尺寸的确定，还关系到卷扬机能否正常的运行。在以往起重类，卷扬机书目及卷扬机设计规范中，绳径的选择有两种方法，这两种方法是：安全系数法 （3.1）选择系数法 （3.2）式中 整条钢丝绳的破断拉力（）； 卷扬机工作级别规定的最小安全系数； 选定钢丝绳的安全系数； 钢丝绳的额定拉力（）；钢丝绳最小直径（）； 钢丝绳选择系数，它由机构的工作级别、钢丝绳是否旋转以及吊运物品的性质等因素有关； 钢丝绳最大工作拉力（）。由起升载荷（额定起重量，钢丝绳悬挂部分的重量，滑轮组及其他吊具的重量）并考虑滑轮组效率和倍率还确定。2.1.1安全系数法该方法是一种静力计算方法，间接选择绳径。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安全系数，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于的绳径。该方法是沿用多年的传统方法，它具有简化计算、资料系统、齐全、完整的特点，基本上能满足现有国产绳径的选择，是一种比较成熟的选择方法。它的不足之处就是选择过程比较繁琐，必须经过多次的试算才能选出，而且是间接选择的。2.1.2选择系数法目前在工业化国家，对绳径的选择普遍采用这种方法。国际标准ISO4308（钢丝绳的选择）也推荐采用此方法。这种方法能直接计算出绳径，比间接选择要方便的多，简单明了而且直观，一旦查到了选择系数就能很容易的把绳径计算出来。但目前两个规范（GB/T3811-1983和GB13752-1992）上提供的选择系数都有很大的局限性，远远不能满足选择钢丝绳的需要。因为它们没有把现有的国产钢丝绳的各种规格型号，不同绳芯，不同的钢丝抗拉强度的选择系数统统列出来。2.2钢丝绳选择经过综合比较并查阅资料，本设计采用第一种方法即安全系数法。煤矿安全规程的规定专为升降物料用的提升钢丝绳的安全系数不得低于6.5 。由设计要求可求得钢丝绳的额定拉力=60KN，钢丝绳的破断拉力=选型结果：24.5ZAA 619+FC 1770 ZZ 521 GB/T16269-1996主要参数如下：钢丝绳直径：d=24.5mm钢丝直径：1.6mm钢丝总断面积：229.09参考重力： 钢丝绳公称抗拉强度：1550 N/该型号的钢丝绳具有如下的特点：是一种镀铬钢丝绳，提高了钢丝绳的耐腐蚀性，适用于室外，潮湿的环境中；是一种面接触钢丝绳，这种钢丝绳的接触应力小，进一步改善了钢丝绳的性能；绳芯采用天然纤维芯，具有较高的挠性和弹性，缠绕时弯曲应力较小；采用右同向捻，钢丝绳的挠性好，磨损小，使用寿命长，因泵房采用刚性导轨，克服了松散性和扭转性。2.3钢丝绳强度校核折减系数钢丝绳破断拉力总和折减后319.5KN=300KN所以强度足够2.4钢丝绳在卷筒上的固定2.4.1钢丝绳在卷筒上的固定方式钢丝绳在卷筒上固定应保证工作时安全可靠，便于检查、装拆及调整，且固定处不应使钢丝绳过分弯折。钢丝绳常用的固定方式有：楔块固定和压板固定两类。1.楔块固定钢丝绳通过楔块固定在卷筒上。楔块的斜度通常取1：41：5，以满足自锁条件。这种绳端的固定方式比较简单，但钢丝绳允许的直径不能太大。2.压板和螺钉绳端固定装置钢丝绳端从端侧板预留斜孔中引出至板外，通过压板和螺钉把绳端固定。为安全起见，压板数目至少为两个。这种绳端的固定方式，卷筒结构简单，对铸造卷筒及钢板焊接卷筒都适用。本设计中就采用此种固定方式。斜孔角度为45，斜孔的边缘倒圆角，这样可保证钢丝绳平缓的缠绕在卷筒上，避免了钢丝绳的损伤。2.4.2钢丝绳固定端承载能力验算国家标准规定，钢丝绳在卷筒上的安全圈数不得小于3圈。在保留两圈的情况下，应能承受1.25倍的钢丝绳额定拉力。当钢丝绳安全圈数不少于3圈时，固定端处的拉力可按欧拉公式计算 （3.4）式中 钢丝绳端处拉力（）；最大静强度计算拉力， 为动载系数，可按表2.1进行选取，取。为钢丝绳额定拉力（），；自然对数底数，；钢丝绳与滚筒表面的摩擦系数，计算时取；钢丝绳安全圈在卷筒上的包角，安全圈数不少于3圈。若取3圈，则。结果 由计算可知，钢丝绳固定端处的连接强度不容忽视。根据计算结果可计算绳端紧固件。2.4.3钢丝绳的出绳方向及其偏角钢丝绳的出绳方向一般为水平方向，并从卷筒下方出绳，这样可以得到比较小的侧翻力矩。但也可以从其他方向出绳，此时，钢丝绳倾斜，必然要产生向上的分力，使地脚螺栓的受力状态发生变化。为了确保钢丝绳在卷筒上缠绕均匀、对称、排列整齐，避免堆积、松散图3.2 钢丝绳卷放偏角定滑轮卷筒排绳器定滑轮卷筒和乱绳。钢丝绳水平方向卷放偏角值必须符合表2.2的规定。表3.2 卷放偏角的规定值表3.2 卷放偏角排绳方式允许偏角自然排绳排绳器排绳钢丝绳的偏斜角可由导绳定滑轮旋转中心线到卷筒轴线或排绳器导绳轮轴线的距离来保证。即 （3.4）如果偏角过大，会造成各圈钢丝绳之间留有较大的缝隙，当新的一层钢丝绳向下面一层缠绕时就会嵌压进入钢丝绳之间的缝隙，造成严重“锤击”，很容易引起乱绳并增加钢丝绳的磨损。如果偏角过小，则钢丝绳缠绕到卷筒边缘时，可能会产生从下向上的绳圈堆积现象，特别是当导向定滑轮对卷筒不对中时，情况更为严重。当钢丝绳堆积上有两三层后又突然坠落，将产生很大的冲击力。这种现象对钢丝绳寿命和卷筒强度都有很大影响。严重的堆积还会造成钢丝绳越出卷筒段侧板，引起事故。所以有必要规定一个最小的缠绕偏斜角，推荐采用。3 卷筒设计计算卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为卷扬机的重要零件，对卷扬机安全可靠的工作至关重要，应该合理地进行设计。图3.1 卷筒容绳尺寸参数及结构示意图3.1卷筒结构卷筒结构形式多样，可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。卷扬机卷筒大多为铸造卷筒，成本低，工艺性好，但质量大，适用于中小型卷扬机。大吨位卷扬机一般采用铸钢卷筒。铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本较高，若工艺允许，可采用钢板焊接结构。按照卷筒缠绕层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。卷扬机主要使用多层缠绕卷筒。按照卷筒内部是否带有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。无论是卷筒内的环向筋还是纵向筋，均增加了知道难度，同时在筋板和筒壁的连接处还会引起应力集中。本次设计中不采用带筋板卷筒。按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒和分体式卷筒。卷扬机吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。对较大吨位的卷筒，常做成分体装配形式，这样可以简化工艺，减轻重量。本次设计的卷扬机，吨位较小，故采用整体式卷筒，简化结构和安装工艺。按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式。这种卷筒的特点是卷筒轴只承受弯矩，不承受转矩。3.2卷筒容绳尺寸参数计算3.2.1卷筒节径卷筒节径对筒壁和端侧板的设计具有重要意义。值小，结构自然紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝绳寿命低。卷筒节径应满足下式 式中 筒绳直径比，是卷扬机工作级别有关的系数，范围； 钢丝绳直径（），。结果 取整 卷筒的直径=D-d=524-24.5=500mm3.2.2卷筒容绳宽度卷筒容绳宽度，一般可按下述关系式确定 式中 H提升高度（），H=50000； 钢丝绳直径（），； 卷筒节径（），； 卷筒直径（），。结果 卷扬机卷筒壁厚的设计计算中，通常卷筒长度都设计成小于其直径的3倍，甚至小于其直径的2倍。因为此时的钢丝绳拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小，故计算卷筒强度时可忽略不计，简化设计计算。3.2.3钢丝绳缠绕层数按照常规，同时根据煤矿安全规程规定，钢丝绳的缠绕层数最好不要超过5层，控制在5层，据卷筒的容绳量为150m及以上的设计条件可知，每一层的缠绕圈数n：圈每层缠绕的长度：=1981.6则钢丝绳的缠绕层数为：圈3.2.4确定卷筒各直径（1）钢丝绳在卷筒上的最小缠绕直径（2）钢丝绳在卷筒上的最大缠绕直径式中：-钢丝绳每层降低系数，0.9=（3）钢丝绳在卷筒上的平均缠绕直径=568.6（4）卷筒的边缘外径=720.5取3.2.5卷筒筒壳厚度材料选用灰口铸铁HT200卷筒壁的强度按下式计算 (4.4)则筒壁厚度为 (4.5)式中 钢丝绳的额定拉力（）,；卷筒壁环向压缩应力（）；多层缠绕系数，；钢丝绳轴向卷绕节距（）,；卷筒材料的许用应力（），根据小卷扬机工作级别，选取。结果 取整3.2.6卷筒端侧板厚度考虑到结构尺寸、压力、载荷等影响因素，端侧板厚度计算公式为 (4.6)式中：综合影响系数，； 端侧板材料的许用应力，。结果：取整卷筒直径大小对端侧板强度影响较大，且卷筒筒壁和端侧板过度处的圆角半径对端侧板强度有重要影响，所以不能取得太小。过渡圆角半径取在范围内比较合适，取。4、电动机的选择4.1卷筒转速 根据工作机构-卷筒的直径及钢丝绳绳速计算卷筒转速：式中：-钢丝绳绳速，-卷筒直径，根据计算结果，准备选用1000 r/min的YB隔爆系列异步电动机，因此初步的总传动比，选用三级展开式圆柱齿轮减速器。虽然采用了低转速的电动机，增加了电机成本，但是传动系统简单，减少了齿轮等零件的数量，一定程度上提高了机械效率，降低了零件加工使用的费用并提高了系统的可靠性，总和衡量寿命周期总成本不会增加。4.2选型设计计算负载功率： 式中：-额定拉力，=60000N -钢丝绳绳速， -传动机构效率-弹性联轴器效率，=0.99-滚动轴承效率，=0.99-闭式圆柱齿轮效率，=0.97-卷筒钢丝绳缠绕效率，=0.96-开式圆柱齿轮效率，=0.95则 =0.78则 根据卷扬机的工作情况，去功率储备系数k=1故则电动机选型为YB180L-8具体参数如下：额定功率（KW）： 15额定转速（r/min）: 970额定电压（V）: 380额定电流（A）: 31.6最大转矩/额定转矩（NM）: 2效率: 0.895功率因数: 0.81该型号属YB系列电机。该系列电动机是全封闭、外扇冷鼠笼隔爆型三相电机。它具有高效、高的起动力矩、低噪音、振动小、性能好、温升速度大、先进隔爆结构等特点。安装尺寸符合IEC标准， 功率与机座号的配置关系符合DIN标准。YB系列电机的防爆性能符合中国国家标准GB3838.1-83爆炸性环境用防爆电气设备通用要求和GB3836.2-83爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备。可用于引燃温度高于135，1级区域或2级区域的气体爆炸性危险场所。该型电动机的工作条件为：1.环境空气温度：随季节而变化,但不会超过+40C；2.海拔高度：不超过1000M；3.最湿月月平均再高相对湿度为90%；4.额定频率：50HZ；5.防护等级：IP44；6.绝缘等级：F；7.冷却方式：IC441；8.工作方式：S1。5 减速器的设计计算5.1传动方式的拟定减速器是应用于电动机和卷筒之间的独立的传动装置。其主要功能是降低转速，增大转矩，以满足对机械的各种要求。实践表明，传动装置设计得合理与否，对整部装置的性能，成本以及整体尺寸都有很大影响。因此，合理地设计传动装置是整部机器设计工作中的重要环节，即合理地拟定传动方案又是保证传动装置设计质量的基础。根据设计要求，可得到如下的传动方案：（1）、不需要立式结构,故采用卧式减速器；（2）、行星传动结构紧凑，但成本高，维护困难；锥齿轮及蜗杆传动方式的输入轴与输出轴垂直，与卷筒配合布置较复杂，加工也较困难，效率低，故拟采用圆柱齿轮传动，圆柱齿轮传动具有成本低，设计制造维护都很方便的优点；（3）、根据工作机构卷筒的直径及钢丝绳绳速计算卷筒转速（4）、为了便于加工拆卸及维护，采用水平剖分式；（5）、功率小，转速也较低，所以轴承全部采用深沟球轴承；（6）、电动机和输入轴之间采用弹性套柱销联轴器（GB4323-84），卷筒与减速器之间采用开始齿轮传动连接。5.2总传动比及传动比分配5.1.1总传动比按额定转速初定传动比，总传动比按下式计算 (5.3)式中 电动机额定转速，； 卷筒转速，结果 5.1.2传动比分配总传动比等于各级传动比的连乘积，即 (5.4)合理分配传动比是设计的一个重要步骤。如果把传动比分配得合理时，传动系统结构紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好；但传动比分配不合理，则结果正好相反，所以传动比分配应尽量遵循以下原则：1. 各级传动比最好在推荐的范围内选取，以符合各种传动形式的特点；2. 应充分发挥各级传动的承载能力。可按满足某一质量指标分配传动比，如按外啮合接触强度相等原则分配传动比；3. 传动零件之间不应造成相互干涉碰撞，如卷扬机的开式齿轮传动，若传动比太小，大齿轮直径小于卷筒直径，则会使小齿轮与卷筒产生干涉；4. 各级传动尺寸要协调、合理，使得各传动部分从动齿轮的浸油深度相近，各级齿轮得到方便、充分的润滑，减小搅油损失；5. 应使传动装置的总体尺寸紧凑，质量最小。图5.2 三级圆柱齿轮减速器传动比分配图设计时，卷扬机的实际传动比的准确值必须在各级传动零件具体参数确定后才能计算出来，故应验算卷筒轴实际转速是否在允许误差范围呢，如不满足要求，应重新调整传动比，一般情况下，设计时允许卷筒有（3%5%）的转速误差。减速器为三级展开式圆柱齿轮减速器，其传动比按图5.2选取分配。由图5.2得，传动比分配见表5.2。将闭式齿轮传动部分的传动比全部取整，只在开式齿轮传动部分才将传动比取小数，这样分配便于了加工和计算，减小了传动速度误差。表5.2 圆柱齿轮减速器传动比的分配总传动比第一级传动比第二级传动比第三级传动比开式传动比1534.984.023.022.55.2传动装置运动参数计算5.2.1各轴转速计算第轴转速（输入轴）第轴转速（中间轴）第轴转速（中间轴）第轴转速（输出轴）第轴转速（卷筒轴） 5.2.2各轴功率计算第轴功率（输入轴）第轴功率（中间轴）第轴功率（中间轴）第轴功率（输出轴）第轴功率（卷筒轴）式中 弹性联轴器效率，； 深沟球滚动轴承效率，； 闭式圆柱齿轮效率（按8级精度），； 开式加工圆柱齿轮效率（按8级精度），；5.2.3各轴扭矩计算第轴扭矩（输入轴）第轴扭矩（中间轴）第轴扭矩（中间轴第轴扭矩（输出轴）第轴扭矩（卷筒轴）表5.3各轴转速、输出功率、输出扭矩表轴号转速输出功率输出扭矩传动比（输入轴）97014.3140.81（中间轴）19413.7674.44.98（中间轴）48.513.22599.24.02（输出轴）16.212.57368.83.02（卷筒轴）6.511.316602.32.55.3传动装置运动参数校核5.3.1第一级齿轮传动校核：设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N由式： = 接触强度寿命系数：查图得：接触强度最小安全系数：SHmin=1许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 N/mm=29411/1.4=210 N/mm2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按Vt= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径d，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=21大轮齿数: 齿数比u :传动比误差u/u:合格 小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则： 齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: mm圆周速度：与故取v=4m/s相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式： 齿形系数:查机械设计手册小齿轮：=2.57大齿轮：=2.21应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮：重合度：=1.73重合度系数： 故：所以齿根弯曲强度满足 SHmin=1=1=21=105=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.2第二级齿轮传动校核：设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N由式： = 接触强度寿命系数：查图得：接触强度最小安全系数：SHmin=1许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 N/mm=29411/1.4=210 N/mm2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按Vt= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=25大轮齿数: 齿数比u :小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则： 齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式： 齿形系数:查机械设计手册小齿轮：=2.57大齿轮：=2.21应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮：重合度：=1.72重合度系数： 则：所以齿根弯曲强度满足SHmin=1=1=25=101=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.3第三级齿轮传动校核：设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N由式： = 接触强度寿命系数：查图得：接触强度最小安全系数：SHmin=1许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 N/mm=29411/1.4=210 N/mm2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按Vt= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=25大轮齿数: 齿数比u :小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则： 齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式： 齿形系数:查机械设计手册小齿轮：=2.57大齿轮：=2.21应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮：重合度：=1.7重合度系数： 则：所以齿根弯曲强度满足SHmin=1=1=25=76=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.4第四级齿轮传动校核设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N由式： = 接触强度寿命系数：查图得：接触强度最小安全系数：SHmin=1许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 N/mm=29411/1.4=210 N/mm2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按Vt= (0.0130.022) 参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=27大轮齿数: 齿数比u :小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则： 齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式： 齿形系数:查机械设计手册小齿轮：=2.57大齿轮：=2.21应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮：重合度：=1.7重合度系数： 则：所以齿根弯曲强度满足SHmin=1=1=27=68=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.5齿轮传动主要参数 根据计算整理得到齿轮具体参数如下表：表5.5 齿轮参数表名称代号12345678齿数211052510125762768模数（）45710分度圆直径（）84420125505175532270680齿宽（）7568105100145140223216齿顶高（）45710齿根高（）56.258.7512.5全齿高（）911.2515.7522.5齿顶圆直径（）92428135515189546290700齿根圆直径（）74410112.5492.5157.5514.5245655传动比4.984.023.022.5齿数比543.042.52中心距（）252315353.5475应力角（）205.4轴的设计计算轴是卷扬机中重要零件之一。其主要功能是支撑回转运动的零件，并传递运动和动力。轴通过轴承与卷筒或减速器箱体相联，装在轴上的零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基础的轴系部件。因此，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须计及轴系零（部）件对轴的影响。设计轴时，应解决的主要问题有结构设计和工作能力计算两个方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。而对刚度较高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高度运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防发生共振而破坏。5.4.1轴的材料选择卷扬机中轴的材料应具有足够的