建筑卷扬机执行机构方案及总体设计.docx

青岛理工大学毕业设计（论文）说明书毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械062 姓名 林倩倩 下发日期题目建筑卷扬机执行机构方案及总体设计专题建筑卷扬执行机构方案设计主要内容及要求主要技术参数进度及完成日期教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语评定成绩指导教师给定成绩(30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩（40%）总 评答辩委员会主席签字摘要建筑卷扬机是一种起重设备，除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中亦广泛应用，而且正发挥着越来越大的作用。建筑卷扬机的种类、结构、设计、计算及应用需要我们充分的了解，在对建筑卷扬机的总体设计中，从各个部件出发，主要叙述了电动机功率选择、总传动比计算与校验；减速器的设计；钢丝绳的选择包括了钢丝绳的选取、使用及在卷筒上的固定；卷筒的设计计算涉及卷筒结构和常用材料、卷筒容绳尺寸参数；最后是有关离合器与制动器的设计，主要采用了圆锥摩擦离合器和带式制动器。其中，对建筑卷扬机传动系统的设计又作为重点进行了详细阐述，对减速器进行了具体的设计计算，传动比的分配计算，展开式两级圆柱齿轮减速器的选择设计，还有关于轴、轴承和减速器其他附件的设计。通过该建筑卷扬机的设计，为从事建筑卷扬机的研究、设计和制造提供了一定的参考价值。关键词：曲柄；电能；钢丝绳；卷筒；减速器 AbstractWinch is a construction lifting equipment, in addition to the construction sites, equipment installation and so on, which is widely used in metallurgy, mining and other industries too, and is playing an increasingly important role. Winch the type of construction, structure, design, calculation and application we need to fully understand that the overall design of the building winch, from various parts described the choice of the main electrical power, the transmission ratio calculation and validation; reducer design; ropes choose including the selection of a rope, use and reel in the fixed reel; reel involved in the calculations, the design and structure commonly used materials, rope reel capacity size parameters; is the last of the clutch and brake design, the main cone used friction with brake and clutch. The winch on the construction of the transmission system is designed to focus on the details, the reducer for a specific design, the transmission ratio of distribution, the two start-cylinder gear reducer design options, the shaft, bearings and other reducer annex design. Through the design of the building winch, winch engaged in the construction of the research, design and manufacturing to provide a certain value.Key words: winch；electrical power；rope；reel； clutch； bkrae； reducer目录摘要Abstract目录第1章 概论1.1筑卷扬机的应用1.2建筑卷扬机的发展概况1.3建筑卷扬机的发展趋势第2章 建筑卷扬机分类及结构2.1卷扬机设计参数2.2电动卷扬机的分类第3章 建筑卷扬机的设计计算 3.1 建筑卷扬机总体方案设计3.2工作级别的划分3.3电动机的选择3.4减速器的设计3.7离合器的选择3.8制动器设计计算第4章执行机构的设计计算4.1吊钩组的设计4.2滑轮组胡设计4.3钢丝绳的选取4.4卷筒的选择与计算参考文献附录：英文附录：译文后记第1章 概 论1.1建筑卷扬机的应用建筑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、操作力便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。 提升重物是建筑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、汽车吊等取代了建筑卷扬机的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料和构件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，故一般中小型建筑仍然广泛应用建筑卷扬机，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需用建筑卷扬机作辅助提升用；汽车吊升虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在建筑业中被广泛应用，所以大型设备的安装仍然是由建筑卷扬机承担的。建筑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、矿山等行业中亦广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升，船舶上做模的提升等。建筑卷扬机用于提升重物时，需要有门字架、桅杆等配套设备方能实现。建筑卷扬机还可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或职曳引置物的工作和打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。1.2建筑卷扬机的发展概况 我国在很久以前的古代，就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高劳动生产率。而后期卷扬机应用很少，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建筑的需要，卷扬机的生产放提到了日程上。 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了。为了协调生产，主要卷扬机生产厂家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。从70年代起，我国建筑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。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了JB92674建筑卷扬机型式与基本参数和JBl80376建筑卷扬机技术条件两个部标准。随着部标准的颁布，使建筑卷扬机有了大发展的基础。 从70年代末期开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基本建设任务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产卷扬机的厂家亦随之大量增加。为使设计和生产规范化，国家颁布了GBl95580建筑卷扬机、JJ383建筑卷扬机设计规范。随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产广家成立了厂属研究所，开发了如高速卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、圆弧齿轮传动、圆弧齿轮圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。为使卷扬机发展规范化，又相继颁布了一系列有关建筑卷扬机的标准，有GBl95586建筑卷扬机、GB694786建筑卷扬机试验规范和方法、GB7902.287建筑卷扬机术语、GBl332791建筑卷扬机安全规程、JGT 503193建筑卷扬机设计规范等。1.3卷扬机的发展趋势在国外，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，起重设备也在不断更新，但仍不能完全淘汰卷扬机这样的行之有效的简单机械设备。美国生产建筑卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波国际有限公司、哲恩有限公司等，日本从明治30年开始制造和使用卷扬机，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，法国生产卷扬机的厂家很多，其中包藤公司就是生产卷扬机的主要厂家之一。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。对于建筑卷扬机的发展趋势可描述如下：1）大型化 由于基础工业的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。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370t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l2v，质量为7.715.4千克，拉力为333613344N。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。第2章 建筑卷扬机分类及结构筑卷扬机电于应用范围较广，为适应各种不同使用条件建筑卷扬机亦制造成各种不同的机型产品。2.1卷扬机具体型号本次设计的卷扬机的型号为JM-0.5T。一、 钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。按GBl95588建筑卷扬机中规定为5，75，10，125，16，20，25，32，50，80，120， 160，200，320，500kN共15级。此参数为建筑卷扬机的主要参数。本次设计产品为钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力5KN。二、 钢丝绳在基准层上的出绳的速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。根据钢丝绳速度可分为：1慢速卷扬机 绳速 v915 mmin；2中速卷扬机 绳速 v1530 mmin；3快速卷扬机 绳速 v3045mmin；4高速卷扬机 绳速 v45mmin以上。 本次设计产品为慢速建筑卷扬机，取15mmin。三、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种。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。 本次设计产品为单筒卷扬机。四、按动力源分，由于工作环境不同，所用的动力源也不同 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 大多数卷扬机都属于此类； 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 与其他设备配套使用而有液压源的场合。本次设计产品为电动卷扬机。五、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 主要为快速单简卷扬机，应用广泛。（1）圆柱齿轮减速器（图21）（2）一字型同轴齿轮传动 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（图22）8液压传动 本次设计产品为闭式圆柱齿轮传动卷扬机。图21圆柱齿轮减速器卷扬机图22 3K行星齿轮传动卷扬机六、按控制方法分1手控卷扬机 由人工操纵杆把控制卷扬机提升或下放重物2电控卷扬机 用电控按钮控制电磁铁制动器使卷扬机工作3液控卷扬机 用压力油来控制卷扬机卷筒的离合和制动。4气控卷扬机5自动控制卷扬机 用限位器来控制卷扬机的工作。本次设计产品为电控卷扬机。七、按卷扬机由于其用途不同，使用条件的差异，其结构设计上也有差异 1提升重物(物料和构件) 要求有一定的速度以利于提高生产率，并要求高的安全性，以防坠落。 2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。 3拽引物品 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。建筑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，所以在建筑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。表2-1设计要素设计要素参数钢丝绳额定拉力F6KN钢丝绳额定速度vv15mmin卷筒数目单筒动力源电控卷扬机传动形式圆柱齿轮减速器控制方法电控卷扬机用途提升重物2.2 电动卷扬机基本类型的选择 电动卷扬机由于操作方法不同，其结构相差也很大。我们将其分为电控卷扬机和溜放型卷扬机两类 2.2.1电控建筑卷扬机 此类建筑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，此类卷扬机大多是单卷筒的。下面简单介绍一下。 一、带有制动器的卷扬机 1圆柱齿轮减速器快速建筑卷扬机（图23）2蜗杆减速器慢速建筑卷扬机。3圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机(图24)。4蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机(图25)。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，需要安装排绳器。按设计规范要求，在钢丝绳拉力120kN的建筑卷扬机上，均应安装排绳器。 23 圆柱齿轮减速器建筑卷扬机简图1电动机 2联轴器 3制动器 4减速器5联轴器 6卷筒 7底座 8支架二、采用锥形转子电动机的建筑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问能做轴向相对移动。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饥。根据传动系统的不同，其可分为：1 定轴轮系传动（图26）2 渐开线圆柱齿轮行星传动（图27）3 摆线针轮传动4 少齿差行星传动5 谐波传动6 活齿行星传动图 24 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机简图1电动机 2联轴器 3制动器 4减速器 5开式齿轮传动 6卷筒 图 25 蜗杆减速器加开式齿轮传动的建筑卷扬机简图1电动机 2联轴器 3制动器 4蜗杆减速器 5开式齿轮传动 6卷筒 图26 定轴轮系传动卷扬机简图 图27 2KH型行星轮系卷扬机简图1电动机 2联轴器 3减速部分 1电动机 2联轴器 3，4第一，二4卷筒 5支架 6机座 行星传动5卷筒 6支架 7机座 2.2.2溜放型建筑卷扬机此类卷扬机提升重物的下降不是利用电动机反转来实现，而是靠重物的重力下降，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联接或分离，通常采用离合器或差动轮系。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、双卷筒和多卷筒的型式。为保证各卷筒的运动或停止，其离合和制动装置都直接安装在卷筒上。1定轴齿轮传动(图28) 此传动由闭式减速器加开式圆柱齿轮传动来实现。卷筒和转轴之间采用一个离台器，目前主要采用的是单圆锥摩擦离合器和涨闸式离合器。制动器装在卷筒上，目前主要为制动带闸。为保证提升重物和人身安全，防止重物下坠，此类卷扬机上都装有棘爪止动器。 图28 定轴齿轮传动卷扬机简图 图29轴转轮系传动卷扬机简图 1-电动机2-联轴器3-减速器4-开式齿轮传动 1-电动机2-左支架3-卷筒制动闸5-锥形摩擦锥6-移动螺旋7-制动闸8-卷筒 4-卷筒5-第一级行星传动6-第二级9-前筒离合杠杆10-后筒离合杠杆 行星传动7-离合闸带8-右支架9-底座11-离合手把12-制动手把 2 周转轮系传动(图29) 此类卷扬机一般采用二级封闭行星传动。其卷筒与轮系的内齿圈固接成一体。这种卷扬机可实现不停的重物提升和下放。 以上所介绍的卷扬机的基本结构不尽相同，各有各的优点。本次设计选取其中比较简单的圆柱齿轮减速器慢速建筑卷扬机（参考图23）其额定牵引力取32KN，平均绳速取15mmin。单筒快速卷扬机。即JK3.2型。其特点为制动灵活可靠，操作方便。是建筑，桥梁，安装工程等作业场所垂直提升，水平，斜坡托运的理想工具。但注意，不能载人。第3章 建筑卷扬机的设计计算 3.1建筑卷扬机方案设计3.1.1卷扬机传动方案的选择行星传动与普通圆柱齿轮传动比较，尺寸小，重量轻，但制造精度要求高，结构较复杂，对于本设计不适用。蜗杆传动的效率低，而且蜗杆传动布置为“T”字型，占用空间大。两级直齿圆柱齿轮传动，结构简单，效率高，传动平稳，加工简单。但不适宜高速重载，由于本设计的速度和载荷都不大。所以经过比较确定为两级圆柱齿轮传动。3.1.2卷扬机整体布置方案的选择方案一 闭式传动起升机构构造型式 （如图3-1）图3-1闭式传动起升机构构造型式1-电动机；2-半齿联轴器；3-浮动轴；4-带制动轮的半齿联轴器；5-制动器；6-减速器；7-卷筒；8-轴承座该方案由一个大齿轮固定在卷筒上，转矩通过开式齿轮由减速器传给卷筒。这种布置占用空间小，对小传动并不适合。方案二 带有开式齿轮传动的起升机构构造型式 （如图3-2）图3-2带有开式齿轮传动的起升机构构造型式1-电动机；2-弹性柱销联轴器或带制动轮的全齿联轴器；3-制动器；4-减速器；5-开式齿轮；6-卷筒；7-轴承座卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，卷筒所受弯矩较大。方案三 闭式传动起升机构构造型式 （如图3-3）图3-3闭式传动起升机构构造型式1-电动机；2-带制动轮的弹性柱销联轴器或全齿联轴器；3-制动器；4-减速器；5-全齿联轴器；6-轴承座；7-卷筒转矩通过连轴器传给卷筒，卷筒轴上有两处支撑。由于低速级转矩大，联轴器尺寸也很大，再加上两处支撑，在轴向布置上占用很大空间。卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，布置合理。经过上述三个方案比较，最终确定为方案三。3.2工作级别的划分 为了合理地设计、制造、使用及提高零件三化水平，建筑卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为：AI，A2，A3，A4, A5,A6,A7,A8等工作级别。如图（3-4）：图34 建筑卷扬机工作级别的划分3.2.1利用等级 利用等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数Ni表示。而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。建筑卷扬机的寿命一般不少于5年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环数从可分为8个利用等级，参考机械工业出版社出版的建筑卷扬机设计中利用等级的相关表格，选取利用等级U3。因为不大经常使用。3.3.2载荷状态载荷状态表示建筑卷扬机钢丝绳承受拉力作用的轻重与频繁程度，它与整个使用寿命期限内钢丝纪每次承受的拉力与额定拉力之比和钢丝绳每次承受拉力作用下的工作循环次数、与总工作循环次数之比有关。总结以上条件，得出本次设计的卷扬机为工程安装型，选工作级别为A3。3.3 电动机的选择 电动机选择的原则：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，最为经济合理地决定电动机功率。 建筑卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。 建筑卷扬机主要采用三相交流异步电动机。根据建筑行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制和短时工作制并优先，选用冶金及起重用异步电动机YZR(绕线转子) 、YZ(笼型转子)系列专用电动机。其特点示有良好的密封性，其防护等级为IP54。3.3.1电动机功率的选择 建筑卷扬机电动机功率的初选可以按所需的静功率计算，然后根据其工作方式进一步确定并校核。 计算公式为P= Feve60000=6000*1560000*0.9=1.6KW式中 钢丝绳额定拉力 6KN; 钢丝绳额定速度 15m/min; 建筑卷扬机整机传动效率。这里包括传动装置，轴承，连轴器，离合器，卷筒缠绕等总的效率。在这里初步取90。3.3.2电动机工作制的选择电动机工作时，负载持续时间的长短对电动机的发热情况影响很大，因而对决定电动机的功率也有很大影响。按电动机发热的不同情况，电动机分三种工作制，即连续工作制、短时工作制和短时重复工作制。 建筑卷扬机所用电动机工时间短，电动机温升来不及达到稳定值；停车时间亦短，电动机也来不及完全冷却到周圈环境温度，所以稳定温升为一温度区间，在这种情况下。一般都选择短时重复工作制。我国专门生产了标准短时重复工作制电动机，标准负载持续Fc别为：15，25，40，60。而且同一台电动机Fc不同，担负的负载也不同。对于短时重复工作制，应尽量选择此类电动机。通过对功率的计算和工作制的选择，本次设计选取的电动机所选具体型号为Y112M-6。其基本参数为：表3-1电动机参数机座号功率/KW转速 r/min转动惯量kg转子绕线开路电压/VY112M-62.29600.013845注：按基准工作制（工作制,Fc=40）编制。一 电动机的校核 电动机校验主要是指电动机热功率的校验。一般按发热校验电动机的功率，并根据负载性质、电动机类型作过载能力校验，如果采用笼型异步电动机，则还需作起动能力校验。校验的结果应满足：在额定负载工况工作时，电动机不出现过热现象；在设计极限要求情况下，电动机的最大转矩或起动转矩应保证建筑卷扬机负载顺利起动，特别是悬空重物的再次起动。 在校验时，建筑卷扬机要求的负载持续率Fc值和每小时起动次数Z值应根据实际工作情况进行计算。具体的电动机发热验算：按系数法进行电动机发热计算，参考文献 陈道南，盛汉中等编注起重运输机械冶金工业出版设，1988年 式620 式中 电动机的发热功率； 机构的静载荷功率，参考文献倪庆兴，王焕勇主编起重机械上海交通大学出版社，1900年 电动机静功率 取1.5，则2.21.51.47KW； 考虑工作级别不同条件下换算时的换算系数。查参考文献【3】表64得0.75； 考虑其电动机工作时间对发热影响得系数。查参考文献【3】表66得取1.2 将数值代入上式得故所选电动机发热条件通过。3.4减速器的设计减速器是应用于原动机和工作机之间的独立传动装置。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。3.4.1 传送比的计算和分配按额定转速初定总传动比：已知 要求电动机额定转速940r/min； 钢丝绳速度15m/min。参考常用减速器的类型，两级圆柱齿轮减速器可实现这一范围的传动比。其主要类型有展开式，分流式，同轴式。其各自特点为：展开式 两级展开式圆柱齿轮减速器的结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此，轴应设计有较大的钢度。高速齿轮布置在远离转矩输入处。建2议用在载荷比较平稳的场合，高速级做成斜齿，低速级可做成直齿。分流式 结构比较复杂，低速级做成人字齿时相对轴承是对称的，载荷沿齿宽分布均匀，中间轴危险截面上转矩对于轴所传递的转矩减半，一般用在变载荷场合。当高速级采用人字齿，结构不合理，一般不用。同轴式 减速起的长度较短，载荷分布也均匀。但轴向尺寸和重量较大。并限制了传动布置的灵活性。经过分析，最后决定选择展开式两级圆柱齿轮减速器。分配传动比： 考虑润滑条件，为使两级大齿轮直径相近，取=1.4. 则=7.48 =5.353.4.2传动装置轴的运动和动力参数 表3-2轴的动力参数轴名功率P ( KW)转矩T ( Nmm)转速n (r/min)电动机轴2.222351.06383940I轴2.17822127.55319940II轴2.07157337.7014125.67III轴1.968800173.921623.49卷筒1.909776328.738723.493.4.3 减速器齿轮的选择和计算一、高速级齿轮的计算由表41知输入功率2.178KW,小齿轮转速940r/min,传动比i7.48。1、选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。按前提示高速级选择斜齿圆柱齿轮传动；根据卷扬机工作环境，选择其减速器为7级精度（GB10095-88）；材料选择。小齿轮材料选40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC；初选小齿轮齿数24，则 达齿轮齿数为247.48179.5。考虑两齿数最好为互质数，选179；选螺旋角。初选14度。二、低速级齿轮的计算由表41知输入功率2.07KW,小齿轮转速125.67r/min,传动比i5.351、选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数。(1)低速级选择斜齿圆柱齿轮传动；(2)精度依然选7级；(3)材料选择。跟高速一样，选大、小齿轮材料选40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC(4)初选小齿轮齿数24，则 达齿轮齿数为245.35128.4。考虑两齿数最好为互质数，选129。3.5离合器设计手控建筑卷扬机常使用圆锥摩擦离合器，并配以带式制动器进行工作。圆锥摩擦离合器分单锥式和双锥式，见图3-5。建筑卷扬机以使用单锥式为多。建筑卷扬机亦有使用涨圈摩擦离合器的，但目前使用较少。圆锥摩擦离合器的结构简单，接合比较平稳，脱开后能保持摩擦面完全分离。但对轴的偏心比较敏感，锥体加工要求高。由于圆锥摩擦离合器的接触面积小，在传递大转矩时，外形尺寸较大，结构不紧凑，接合平稳性降低。因此，仅适用于中小吨位的卷扬机。 图3-5 圆锥摩擦离合器 a) 单锥式 b) 双锥式3.5.1圆锥摩擦离合器的结构及工作原理如图3-12所示，卷筒左端是摩擦离合器和制动器，右端是棘轮停止器。摩擦离合器的圆锥面和制动器的摩擦面就是卷筒凸缘的内外表面。摩擦块与开式传动的大齿轮联为一体。通过操纵手柄2（图3-7）使多线螺旋12（图3-6）旋转，带动顶杆10（图3-6）作轴向运动，推动推进板9和垫圈8，使卷筒沿轴向向左移动与锥形摩擦面紧密结合，从而使卷筒转动。制动前，必须先打开离合器，此时需按相反方向转动离合器操纵手柄2，通过弹簧5的反作用力使卷筒与大齿轮脱离接触。几乎同时，带式制动器上闸进行制动。为使制动更加可靠，又使用了棘轮停止器。3.5.2圆锥摩擦离合器的参数确定一、摩擦面的平均直径 摩擦面的平均直径用下式计算Dm=(D1+D2)/2=(46)d (mm)式中 D2、D1圆锥工作面的大端和小端直径（mm）； d离合器轴径（mm）。 Dm值也可根据具体结构确定。图 3-6 离合器、制动器、停止器组合系统1主轴 2齿轮 3制动轮 4摩擦木 5弹簧 6卷筒 7棘轮 8垫圈 9推进板 10顶杆 11顶丝箱 12顶丝 13摆动臂 14连杆 15推力球轴承 16弹簧压盖 17调整螺栓 图3-7 离合器、制动器操纵系统简图1制动器操纵手柄 2离合器操纵手柄 3连接头 4连接杆 5连接螺杆 6制动闸带 7弹簧二、摩擦面的工作宽度 圆锥面母线工作部分宽度用下式计算 b=（0.150.25）Dm (mm)三、摩擦锥的半锥角 为避免离合器接合后锥面自锁不易脱开，通常取摩擦锥半角arctgu式中 u离合器接合面的摩擦系数； 摩擦锥半锥角。上述参数，是离合器设计的重要几何参数。3.6制动器设计为了确保卷扬机安全，可靠地工作，必须装设制动器。3.6.1制动器分类、特点及其选择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中午悬挂在空中的作用；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。按照制动器结构特征，又分为带式制动器、块式制动器、蹄式制动器和盘式制动器四种。建筑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。一、带式制动器带式制动器主要适合中小吨位的建筑卷扬机。因其结构简单，常将制动轮与卷筒做成一体。1、带式制动器的类型及工作原理带式制动器是用挠性钢带包围制动轮，而带的一端或两端固接在杠杆上，操纵杠杆使带压紧制动轮产生摩擦力，从而达到制动轮的目的，见图3-8。带式制动器常见有简单式、综合式和差动式三种类型。为了增加摩擦系数，在带的工作表面上装有摩擦材料，如皮革、石棉和辊压带等。当制动器松闸时，应使制动带与带轮间形成11.5mm的径向间隙。为了使制动带均匀脱开，沿制动带包角圆段上装设若干弹簧，通过弹簧的径向拉力，使制动闸带均匀脱离制动轮。拧动调整螺栓来调节带与轮的径向间隙。图 3-8 制动操纵装置1制动操纵手柄 2制动器手柄座 3棘爪操纵拉杆 4棘爪操纵座 5制动闸带 6操纵制动连杆 7操纵离合连杆 8棘爪 9棘轮 10弹簧图 3-9 制动带与杠杆的联接型式a) 刚性联接 b) 螺纹联接2、制动带与杠杆的联接 制动带的两端采用专门的联接件与杠杆联接，见图3-9。其中一端作刚性固接，见图3-9a；另一端利用螺纹联接，见图3-9b。联接处的铆钉应按剪切强度验算，对于材料Q215A、Q235A的铆钉，杠杆与制动带联接结构处的螺栓应进行疲劳强度计算。必要时，还需对传力杠杆刚度进行校核。当松闸时，带与制动轮摩擦面之间的退距大小应能根据制动状态随时进行调节。制动过程应力求平稳，但退距过大，制动灵敏性差，制动器容易发热或制动操作困难。对较大吨位的卷扬机，其制动力用手进行控制比较困难，可靠性也较差，这时可采用机械或电液控制的方法。二、外抱块式制动器常用的外抱块式制动器已经标准化，已有多种类型产品可供选用。这类制动器在电控卷扬机上应用普遍，可根据计算制动力矩初选型号，然后进行发热校核计算。在这就不具体阐述了。第4章 执行机构的设计计算 4.1吊钩组设计吊钩组是起重机械上应用最普遍的取物装置，它由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴以及拉板等零件组成。目前常用的吊钩有单钩和双钩。4.1.1 吊钩型式及特点模锻单钩制造简单，在中小起重机械（80吨以下）上广泛采用。双钩制造较单钩复杂，但受力对称，钩体材料较能充分利用，主要在大型其中机械（起重量80吨以上）上采用。成批生产以采用模锻为宜。叠片式吊钩（板钩）是由切割成形的多片钢板铆接而成，并在吊钩口上装护垫，这样可减小钢丝绳磨损，使载荷也能均匀的传到每片钢板上。叠片式吊钩制造方便，由于钩板不会同时断裂，故工作可靠性较整体锻造吊钩为高。缺点是：只能做成矩形截面，钩体材料不能充分利用，自重较大，高度尺寸也大。叠片式吊钩主要用于大起重量或冶金起重机上。在长钩型吊钩组中，吊钩横梁与滑轮轴合成一体，结构简单，零件较少，整体尺寸较小，这对充分利用起升高度是有利的，在钢丝绳分支数为偶数（一般为4）时应用较多。短钩型吊钩组零件数量多，高度尺寸大，但横向尺寸较小，对减小钢丝绳偏角有利且不受分支数限制，故应用较广。直柄单钩的结构形式按照锻造方法的不同及有无凸耳分四种：LM型、LMD型、LY型及LYD型。标记方法：标记示例：钩号0.06，强度等级为M的不带凸耳模锻直柄单钩：直柄单钩 LM0.06M GB10051.5钩号250、强度等级为T的带凸耳自由锻直柄单钩：直柄单钩 LYD250TGB10051.5钩号0.0640的吊钩采用模锻，钩号10250的吊钩采用自由锻造。钩号0.065直柄单钩，柄端结构为型式，用于轻小型起重设备；钩号612柄端结构为型式，用于起重机械和轻小型起重设备；钩号40250柄端结构为型式，用于起重机械。钩号0.065柄端为普通螺纹；钩号6250柄端为梯形圆螺纹。直柄单钩的结构形式和结构尺寸根据参考文献1表8.1-85和表8.1-89（GB/T10051.5-1988）选取。吊钩采用专用材料，常用整体锻造或用厚钢板切割而成。依据吊钩材料屈服强度极限不同，将其机械性能分为五个强度等级。在不同的强度等级和机构的工作级别下，各种吊钩的起重量可以查表获得。4.4.2 吊钩组零件材料卷扬机吊钩除承受物品重量外还要承受起升机构启动与制动时引起的冲击载荷作用，故吊钩材料应有较高的机械强度与冲击韧性。卷扬机吊钩组零件的常用材料如下：锻造吊钩：采用20号钢、20SiMn、36MnSi。吊钩螺母：采用20号钢。板钩：采用C3、20号钢、16Mn，并使钩板的高度方向与钢板轧制方向一致。吊钩横梁与滑轮轴：采用45号钢。吊钩拉板：采用C3、16Mn。叉子：采用20号钢。4.4.3吊钩组的选择吊钩是根据吊钩的起重量来选取的。根据起吊的最大重量为0.5吨，由参考文献2附表8，选取5吨吊钩组。得其质量，两动滑轮间距l0=200mm表4-1 5吨吊钩组的主要尺寸名称图形图号主要尺寸（mm）DSHHHHHlLlLL5吨吊钩组5-1G13856572135524131520012075主要尺寸轴承质量KgLLBBbeDDDDD型号数量405304824004508210/2131/499图4-1 5吨吊钩组其中吊钩为LM2.5-T。4.2 滑轮组的设计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轮组成滑轮组，滑轮组可以起到省力和增速的作用（建筑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。4.2.1滑轮结构与材料直径较小的滑轮可做成实体轮，（见下图4-2a）；直径较大的应做成辐板轮，（见下图4-2b）或辐条轮；对于大型或单件生产的滑轮可采用型钢与钢板焊接而成。图4-2a实体轮 图4-2b辐板轮滑轮常装在固定的心轴上。简单的滑轮常采用滑动轴承，目前使用的滑轮绝大多数采用滚动轴承。滑轮材料见下表4-2。表4-2 滑轮材料滑轮类型常用材料用途实体滑轮15，Q235小型滑轮滑轮直径D350mm铸造