电动葫芦的设计计算电动起重机械毕业设计论文.doc

电动葫芦的设计计算摘要电动葫芦是一种最普通的成批生产的电动起重机械。由于它具有尺寸小，重量轻.结构紧凑,操作维修方便等特点，所以广泛使用于冶金、机械制造、化工、建筑、林业、交通、轻工、国防、水电等国民经济部门。它是集电动机，减速器和钢丝绳卷筒（或环链）为一体的小型起重设备，配合单梁桥式或门式起重机，组成一个完整的起重机械。近年来，我国电动葫芦的发展速度很快，但和国外同类产品相比，存在很大的差距。本设计首先分析了国内外电动葫芦的发展状况，比较其差别，从而最终确定了对传统圆柱齿轮减速器的改进。目的就是为了提高生产率、合理使用设备、节省劳动力，实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转，适应自动化、智能化、集成化和信息化的发展趋势。通过综合比较分析各种传动装置，最终选定了环锥行星无级变速器传动装置，选定钢丝绳，计算和校核卷筒，选择和校核电动机，最终完成电动葫芦的设计计算。关键词：电动葫芦 减速器 环锥行星无级变速器目录摘要IABSTRCATII1 绪论11.1 概述11.2 起重机发展趋势11.2.1 技术发展趋势11.2.2产品发展趋势21.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向31.3.1 CD1型钢丝绳电动葫芦存在的不足41.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向51.4 本课题的主要研究内容62 传动方案的拟订72.1.分析各种传动方案的利弊72.1.1齿轮传动72.1.2机械无级变速72.2 拟订传动方案83 设计计算93.1钢丝绳的选择计算93.1.1 钢丝绳类型的选择93.1.2 钢丝绳直径的计算93.1.3 钢丝绳型号的选择103.2卷筒的设计计算与校核103.2.1卷筒直径的计算103.2.2卷筒长度的计算113.2.3 卷筒壁厚的计算113.2.4卷筒强度的校核113.2.5卷筒稳定性校验123.3电动机选择与校核123.3.1 电动机静功率的计算123.3.2电动机功率的选择133.3.3 电动机过载能力的校验133.3.4 电动机发热校验144变速器的设计计算154.1 计算变速器传动比154.2 选取变速器的传动类型和传动简图154.3 按最大传动能力设计行星锥环无级变速器步骤164.3.1 确定安装的锥数164.3.2 行星锥环无级变速器最大传动能力计算164.4 验算A、B、E点处的油膜厚度194.4.1接触点的当量曲率半径194.4.2 无量纲速度、载荷、和材料参数214.4.3 接触区中央最小油膜厚度、膜厚比224.5 轴承和轴的校核224.5.1深沟球轴承6006 GB/T276-1994的校核224.5.2角接触球轴承7206 GBT292-1994的校核234.5.3 中间轴的校核245结论和展望265.1结论265.2 展望26致谢27参考文献271 绪论1.1 概述起重机械是用来对物料进行起重，运输，装卸和作业的机械。它可以完成靠人力所无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率，已经在国民经济的多个领域得到了广泛的应用。它是一种循环的，间歇动作的，短程搬运物料的机械。一个工作循环一般包括上料，运送，卸料和回到原位的过程。在循环与循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作的时候，各机构通常是处于启动，制动以及正向，反向等相互交替的运动状态之中。起重机械的种类很多，通常按用途和构造特征来对其进行分类。按用途来分的话，可以分为通用起重机，建筑起重机，冶金起重机，铁路起重机，造船起重机，甲板起重机等等。按构造特征来分的话，可以分为轻小型起重机，桥式起重机，臂架式起重机，固定式起重机和运行式起重机。我们所改进设计的电动葫芦属于轻小型起重机械，它主要配合单梁桥式或门式起重机来组成一个完整的起重机械。然而随着时代的发展，电动葫芦也开始向大起重量，大提升高度发展，其结构形式也在不断的更新，从而使电动葫芦的品种和应用范围日益扩大。1.2 起重机发展趋势起重运输机械在国外称为物料搬运机械。由于新材料、新工艺、新设备和以计算机为基础的信息和控制技术的发展和应用，物料搬运系统的改进已成为这些国家进一步提高生产率和降低生产成本十分重要的方面，越来越引起重视。我国起重运输机械行业要向大型化、节能化、智能化和成套化方向发展。我国有关部门出台的起重运输机械行业的“十五”发展规划，对该行业的技术发展趋势，优先发展的重点产品以及建议淘汰的产品，作了详细规定。1.2.1 技术发展趋势1向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。目前，世界上最大的浮游起重机起重量达6500吨，最大的履带起重机重量为3000吨，最大桥式起重机起重量为1200吨。带式输送机最大带宽达3.2米，输送能力最大为3.7万吨/时，单机最大距离超过30公里。自动化立体库堆垛机最大运行速度达240米/分。2向自动化、智能化、集成化和信息化发展。将机械技术和电子技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。目前已出现了能自动装卸物料、有精确位置检测和有自动过程控制的桥式起重机用于自动化生产线。起重机上还装有微机自诊断监控系统，对自身的运行状态进行监测和维护。3向成套化、系统化、综合化和规模化发展。将各种起重运输机械的单机组合为成套系统，加强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。通过计算机模拟与仿真，寻求参数与机种的最佳匹配与组合，发挥最佳效用。重点发展的有港口散料和集装箱装卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输部门和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。4向模块化、组合化、系列化和通用化发展。许多通用起重运输机械是成系列成批量的产品，为了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要。也可使单件小批量生产起重运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。5向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。有相当批量的起重运输机械是在一般的车间和仓库等处使用，用于代替人力和提高生产效率，但工作并不十分频繁。为了考虑综合效益，要求这部分起重运输机械尽量减少外形尺寸，简化结构，降低造价和使用维护费用，按最新设计理论开发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品其自重轻 60。由于自重轻、轮压小、外形尺寸小，使厂房建筑结构的建造费用和起重机运行费用也大大减少。6采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。进一步应用计算机技术，不断提高产品的设计水平与精度。开展对起重运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究，开展对可靠性的试验研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等，利用C AD提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。7采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机电仪一体化技术，提高使用性能和可靠性。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。今后还会更加注重起重运输机械的安全性、重视司机的工作条件。1.2.2产品发展趋势起重运输机械行业优先发展的重点产品，应具备产品的性能指标高、性能稳定和运行效率高等特点。为适应时代需求，这些产品还必须达到环保效能好、节能、机电一体化程度高和操作性能好等要求，是用户优先选择的技术水平高的产品或是新型的国内空白产品。这些产品包括：1港口散料装卸成套设备，包括：（40006000t/h）连续装船机、（12502400t/h）桥式抓斗卸船机、（40006000t/h）悬臂斗轮取料机、（40006000t/h）大跨度门式取料机、双车三车不摘钩翻车机、散粮码头装卸系统机电总体设计及控制技术、（5001000t/h）夹带式卸船机及（10001500t/h）波状挡边带式提升机等。2大型露天矿连续、半连续开采工艺运输成套设备，包括：（40006000t/h）大型排土机、带宽B3000mm胶带输送机、机电总体设计技术及压带式大倾角胶带输送机等。3混匀料场成套设备，包括：1500t/h刮板式混匀取料机、1500t/h滚筒式混匀料机、1500t/h摇臂式混匀堆料机等。4固体垃圾分拣处理系统，包括：给料机、圆筒式筛分机、堆肥倒堆机、垃圾压装机和自动化垃圾搬运起重机等。5集装箱装卸运输成套设备，包括：轮胎式集装箱起重机、超大箱大伸距岸边起重机、集装箱叉车及铁路集装箱起重机等。6仓储及自动化运输成套设备，包括：标准系列自动化立体仓库、自动化立体停车库、无轨巷道堆垛机系列、自动搬动车系统、大规模流水生产线电控及管理系统、积放式悬挂输送机（单车吊重501250kg，速度1020m/min）、重型板式输送机（单件载荷5002000kg、速度0.55.5 m/min）和各种型式货架储存系统等。7三峡工程及其他重点工程有关设备开发，包括：起重量1.15万吨、提升高度113米的升船机可靠性研究及设备研制、大型火电站中的输煤、给煤设备、堆取料设备和专用起重机设备、核电站用高精度定位、高可靠性的环形起重机、装卸料机及其他核级要求的起重设备等。8具有发展前景、市场看好的特色产品，包括：1）DX型钢丝绳芯带式输送机；2)自移可转式胶带输送机；3)耐腐蚀的螺旋输送机；4)超高温埋刮板输送机；5)各种旅游与货运索道；6)容器式管道输送系统；7)工业自动灌装、码垛成套设备；8)垃圾处理专用抓斗起重机；9)轻小型起重设备；10)大型冶金起重机；防爆起重机；高速行李输送系统；柔性启制动装置；称量与配制样系统；大规格垂直挡边输送机；多用途门座起重机；集装箱式包装机；气垫式皮带机电子秤等。9重要基础零部件，包括：1)硬齿面减速器；2)液力减速器；3) 高速大功率耦合器；4)液压缓冲器；5)索道专用新型抱索器，脱挂器；6)盘式制动器；7)集装箱吊具；8)自锁式夹轨器；9)液粘传动装置等。1.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向钢丝绳电动葫芦作为一种轻小型起重设备，广泛用于国民经济各个领域，而国内钢丝绳电动葫芦的发展却比较缓慢。上世纪60年代到70年代初，我国从前苏联引进了TV型钢丝绳电动葫芦，70年代初我国自行设计了CD1型钢丝绳电动葫芦取代TV型钢丝绳电动葫芦，至目前为止CD1型钢丝绳电动葫芦在国内生产制造、使用已达30多年的历史。其间，曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术，但均未获得广泛的推广应用。钢丝绳电动葫芦技术水平在国内发展迟缓，其原因是多方面的： 1) 国内钢丝绳电动葫芦企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础较低； 2) 近20年来，国内经济体制由计划经济转向市场经济，许多国营企业在转制初期不可能将大量的资金投入到产品开发上；3) CD1型钢丝绳电动葫芦目前仍有一定的市场占有率。然而，随着技术的成熟完善和用户对产品的性价比的越来越挑剔，国内钢丝绳电动葫芦已开始不再适应人们的要求。图1.3-1 CD型电动葫芦1.3.1 CD1型钢丝绳电动葫芦存在的不足1. 系列化问题、品种少、规格不齐：CD1型钢丝绳电动葫芦起重量只有0.5 t、1t、2t、3 t、5t、10t，6种，起升高度的覆盖范围为6-30m，起升速度：1-5t单速为8m/min，双速为8/08m/min，10t单速7m/min，双速为7/07m/min。虽然国内一些厂家在10t基础上发展看了16t、20t扩充系列的大吨位电动葫芦，但仍不能形成较完整的钢丝绳电动葫芦产品系列，与国外的起重量范围025-80t及多种起升高度和起升速度组合相比存在很大的差距。2. 工作级别：CD1型钢丝绳电动葫芦没有进行工作级别的划分，不适应实际使用工况，多数情况下造成使用不合理。按新的工作级别划分规则，CD1型钢丝绳电动葫芦的工作级别为M3，而国外的钢丝绳电动葫芦能适应的工作级别范围为M3，M6。3. 基型的变换：CD1型钢丝绳电动葫芦滑轮组结构形式及倍率单一(0.5t-5 t滑轮组倍率为2/1；10t倍率为4/2)。安装方式只有悬挂和固定式2种，变化少，可开发功能低。而国外钢丝绳电动葫芦滑轮组结构及倍率组合方式多样，安装方式除悬挂与固定式外，还有低净空安装、双吊点形式及其他特殊用途的钢丝绳电动葫芦。而CD1型钢丝绳电动葫芦在这些方面基本是空白。4. 结构设计：CD1型钢丝绳电动葫芦的结构设计虽然较TV型钢丝绳电动葫芦有了较大改进，但其外形美观性差，圆形结构不便于安装、运输，外形的局限性严重阻碍了基型的变化。而国外的钢丝绳电动葫芦，多为方形结构设计，既美观便于安装、运输，还能很好地适应模块化设计，便于基型的组合和变换，大大拓宽了钢丝绳电动葫芦的使用范围。5. 配套电动机：CD1型钢丝绳电动葫芦配套的锥形转子电机，单速为4极，双速为1/10的子母机，而国外钢丝绳电动葫芦电机采用2极电机，双速采用双绕组和变极式，这样结构简单、体积小、自重轻，有利于降低制造成本。另外，CD1型钢丝绳电动葫芦配套电机在绝缘等级和防护等级及噪声方面与国外葫芦相比差距仍很大。6. 减速器：CD1型钢丝绳电动葫芦减速器制 造精度和传动效率低，噪声大，齿轮参数设计不甚合理，特别反映在有效提高承载能力和各级齿轮与齿轮副之间的强度均等方面。7. 安全保护措施：CD1型钢丝绳电动葫芦只有上、下限位保护，超载保护。而国外钢丝绳电动葫芦除有上述保护功能，还具有错相、缺相、过热、多制动系统保护等。8. 电气控制：CD1型钢丝绳电动葫芦电控箱外观协调性差，电气元件的使用寿命较低，故障率高。9. 零部件设计：CD1型钢丝绳电动葫芦的吊钩、电动小车装置等关键零部件，成组设计及互换性较差，且结构较笨重。1.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向1. 系列设计合理化: 推荐参数：起重量从0.25-80t，起升高度6-63m，利用较少的基型覆盖整个系列。起升速度多样化推荐值：单速8m/min、10m/min、12.5m/min；双速1/10、1/3、1/4速比变化。双速方案应考虑子母机、双绕组及变极式，或采用变频无极调速技术。设计时参考GB3811-1983起重机设计规范工作级别划分，将工作级别覆盖范围扩充到M3-M6。2. 结构形式应能满足多种工况如：低净空、双吊点等多种安装固定方式；可遥控操纵、绝缘型、防腐防潮、耐高温高热、防爆等多种功能的产品。3. 外形设计改变传统的圆形设计，采用方形结构形式，模块化设计，增加零部件的通用性: 布置方式由原来的电机一中间轴一减速器一卷筒的形式，改为电机一减速器一卷筒的布置方式，既有利于有效地提高钢丝绳电动葫芦起升高度，又避免高速轴长轴传动，可提高运行的平稳性和可靠性，降低制造成本。增加滑轮倍率范围，提高单机使用范围。4. 采用优质高强度钢丝绳：按GB38111983标准要求，在满足抗拉强度安全系数的前提下，尽可能减小钢丝绳直径，采用相适应的卷筒直径与钢丝绳直径之比及滑轮直径与钢丝绳直径之比，以利于缩小整机结构和自重。5. 优化齿轮设计提高齿轮的承载能力：齿轮可采用40Cr或42CrMn、40MnB材质，调质和表面淬火处理或氮化，原采用的20CrMnTi或20MnTiB材质虽然在齿轮的抗弯强度和接触强度方面较理想，但是受国内基础加工水平影响，齿轮加工精度低，渗碳淬火热处理变形量难控制，后序又无磨齿工艺，难免存在齿轮噪声大、效率低等缺点。新材质及热处理方法已在国内许多厂家推广。此外，采用硬齿面与中硬齿面配对啮合的齿轮副，高速级齿轮采用剃齿工艺，齿轮螺旋角选在12度左右，这些都是提高齿轮传动平稳性的有效途径。齿轮传动箱体、箱盖结构设计应有利于噪声的吸收与减振，传动轴承应提高精度等级。6. 电机采用2、4、6极锥形转子电机以适用各种不同工：电机绝缘等级应提高至F级和11级，防护等级提高至IP54；电机设置过热保护元件；电机的设计应考虑有效提高有用功率，降压能力和起、制动能力；提高电机设计温升，充分发挥电机的潜能；电机的降噪除了在设计、加工、制造精度上要提高外，还应从设计上考虑降低电磁噪声和风道涡流噪声的措施。电机的设计也应遵循工作级别划分原则，提高单机使用用途。7. 增加电气保护措施：除上下限位保护外，还应增加超载保护(个别情况下考虑欠载保护)；错相、缺相、失压保护；吊钩防脱绳保护。开发多制动功能机型如：双制动(电机锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动)；三制动(锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动+卷筒上安全闸)。根据用户需要增加起升高度、负载数字显示功能。8. 高耐磨、高强度导绳器材料及导绳器导绳性能一直是国内许多生产电动葫芦的企业探讨的课题，目前，国内已掌握了一部分成功经验。9. 其他零部件如吊钩、小车等设计要考虑成组性和通用性。10. 提高配套件如钢丝绳、轴承等标准件质量。11. 提高接触器、变压器等电控元件的机械寿命和电寿命，电控箱的外形设计应考虑与葫芦塞体的协调。12. 注重整机的油漆，包装等外观品质。1.4 本课题的主要研究内容本课题将首先分析目前国内外起重机的发展现状与电动葫芦的特点，针对10吨电动葫芦减速器原方案进行改进设计，完成改进后进行电动葫芦变速器的结构设计和关键零部件设计计算，并进行结构改进。根据以上思想，毕业设计主要完成工作如下：1. 通过调研了解国内外电动葫芦的发展现状以及其结构特点；2. 分析比较各种传动方案的利弊，根据改进的思想，最终选定环锥行星无级变速器的传动方案。3. 参考上届同学的电动葫芦原方案进行改进设计,对其进行校验修改，并在其基础上提出改进。具体修改和增加如：4. 完成毕业论文。2 传动方案的拟订2.1.分析各种传动方案的利弊2.1.1齿轮传动齿轮传动是一种最常用的机械传动方式具有可靠性好、传动平稳、传动效率高等优点，但目前所具有的各种形式的齿轮传动而言，传动比相对固定，无法实现转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转。2.1.2机械无级变速机械无级变速器有摩擦式、链式、带式和脉动式四大类，约30多种结构型式。(1)摩擦式无级变速器摩擦式无级变速器是指利用主、从动刚性元件(或通过中间元件)在接触处产生的摩擦力和润滑油膜牵引力进行传动，并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速的一种变速器。摩擦式无级变速器由三部分组成：传递运动和动力的摩擦变速传动机构；保证产生摩擦力所需的加压装置；实现变速的调速机构。它具有各种不同的结构类型，一般可分为：直接传动式，即主、从动摩擦元件直接接触传动；中间元件式，即主、从动元件通过中间元件进行传动；行星传动式，即中间元件作行星运动的传动机构。目前，国内应用较广或已形成系列进行生产的主要有：锥盘环盘式(干式、湿式)、多盘式(Beier型、转环直动式、钢球锥轮式、菱锥式、行星锥盘式(DISC型)和行星环锥式(RX型)无级变速器等。(2)链式无级变速器链式无级变速器是一种利用链轮和钢质挠性链条作为传动元件来传递运动和动力的机械变速装置。它属于开发较早#应用较多的一种通用型变速器。链式无级变速器由链轮和链条构成的传动机构、调速机构和链条张紧加压机构三部分组成。它是通过主、从动链轮的两对锥盘的轴向移动实现调速的。按链条结构形式可分为以下几类：滑片链无级变速器、滚柱链无级变速器、套环链无级变速器、摆销链无级变速器等几种。前两种变速器发展比较成熟，应用广泛，后两种变速器体现了链式无级变速器的发展方向。(3)带式无级变速器它与链式变速器相似，其变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。其工作原理是利用传动带左右两侧面与锥盘接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离以调整它们与传动带的接触位置和工作半径，从而实现无级变速。它由于具有结构简单，工作平稳等优点，在机械无级变速器中可以说是应用最广的一种!带式无级变速器根据传动带的形状不同：可分为平带无级变速器和V带无级变速器两种类型。（4）脉动式无级变速器变速传动机构主要由35相连杆机构组成，或者是连杆与凸轮和齿轮等机构的组合，其工作原理和连杆机构相同，但需配置输出机构。脉动式无级变速器也是由传动机构、输出机构和调速机构三个基本部分组成的!。与摩擦式无级变速器相比，由于其传动机构采用几何封闭的低副机构，故具有工作可靠，承载能力高、变速性能稳定的特点，此外还具有结构简单、体积较小、制造方便和成本较低等优点。由上分析可知，机械式无级变速器结构简单，价格低廉，维修方便，传动效率高，适应性强，转速稳定，传动比好，工作特性可以是恒功率的，也可以是恒转矩的，适用于条件恶劣的应用工况。可以实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转，而且向自动化、智能化、集成化和信息化发展的趋势。2.2 拟订传动方案根据电动葫芦短期间歇工作方式的特点，以及改进思想要求的结构紧凑，体积小，质量轻，减速器传动比大，实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转等特点。据5 P5表1-4中的各传动类型的工作特点可知，环锥行星无级变速器传动形式较适于短期间断的工作方式，并且结构紧凑，传动比大实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转等特点。其传动简图如下所示：图2.2-1环锥行星无级变速器传动简图3 设计计算3.1钢丝绳的选择计算本改进设计的电动葫芦的参数如下：起重量 Q=10t，起升高度 H=18m，起升速度 v=7m/min，工作级别为A5。参照新乡起重机同等起重吨位的电葫芦，选用双联滑轮组方案，其滑轮组倍率m=i/2=2,其示意图如下：图5-1 双联滑轮组为减少卷筒轴向尺寸和电动葫芦的长度而采用多层卷绕，并且在卷筒上开深螺旋槽以使各层钢丝绳在卷筒上都排列整齐。 3.1.1 钢丝绳类型的选择参照3 P33表2-1，当起升用多层卷绕时，选择型号如6×19W+1WR的钢丝绳（即钢丝绳结构形式为6股，每股19丝瓦林吞式金属丝芯）3.1.2 钢丝绳直径的计算参照3 P37式(2-4)估算法确定钢丝绳直径： (1)式中： - 钢丝绳最大工作静拉力（KN） d - 钢丝绳直径（cm）其中， (2)式中： - 起重量（KN），- 吊具自重（KN），m - 滑轮组倍率- 滑轮组效率，-导向滑轮组效率查2 P90表8-5取=2.2%Q；查2 P79表8-4可知，当m=2时，双联滑轮组效率=0.99，且由于本设计不采用导向滑轮，故， =1。由此计算得故，解得d1.5911cm=15.9110mm故，取钢丝绳直径 d=16mm3.1.3 钢丝绳型号的选择16NAT6×(9+9+1)W+IWR1670ZS150 GB 8918-88 即，钢丝绳直径为16mm，表面状态为光面钢丝，结构形式为6股，每股19（9+9+1）丝钢丝，粗细型，金属丝芯，钢丝工程抗拉强度为1670，捻向为右交互捻，钢丝最小破段拉力为150kN。3.2卷筒的设计计算与校核卷筒的作用是在起升机构中卷绕钢丝绳，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。本卷筒采用多层卷绕方式，且为了使钢丝绳不发生脱槽以及排列整齐，在其上开有深螺旋槽。采用铸造的加工方法制造各卷筒组件，然后用螺钉联结起来。3.2.1卷筒直径的计算根据起重机设计规范的规定，卷筒的卷绕直径（即计算直径）Do不能小于规定的值，即，根据3 P53， (3)式中： - 按钢丝绳中心计算的卷筒最小直径(mm)h- 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，见3 P44表3-2，取h=18d- 钢丝绳直径（mm）,由已选定的钢丝绳可知d=16mm则，= 18×16mm=288mm卷筒直径D（槽底直径）按下式计算，即 =(18-1)×16=272mm设计时，取Do=300mm ，D=284mm3.2.2卷筒长度的计算双联卷筒的长度（见示意图）计算公式如下： (4)图5.2.2-1 双联卷筒由于计算中某些参数无法确定，故，参照卫华集团调研所得图纸中设计方案的长度数据为初始数据，选卷筒长度L=875mm，L3=58mm。3.2.3 卷筒壁厚的计算卷筒壁厚可先按经验公式初步确定，然后进行强度校核。对于钢卷筒：d=16mm铸造卷筒考虑工艺要求，其壁厚不应小于12mm，故，选用钢卷符合要求。3.2.4卷筒强度的校核卷筒在钢丝绳的拉力作用下，产生弯曲、扭转和压应力。其中压应力最大，它是由钢丝绳缠绕箍紧所产生的。这三种应力并不是在任何情况下都需要校核。1) 卷筒长度L3D弯曲和扭转的合成应力一般不超过压应力的10% 15% ，允许只计算压应力。由于本卷筒长度L小于三倍卷筒直径D，所以只需计算压应力。2) 卷筒长度L>3D还需计算有弯曲力矩产生的弯曲应力由于本卷筒L=875mm>3D=3×272mm=816mm，故，按2）来校验卷筒强度，参照2 P217 卷筒强度校验方法校验如下，当L>3D时，应验算由弯矩和扭矩产生的换算应力 （kg/cm²） (5)式中： - 换算力矩（·）， 其中,故得,=129545.8653（·）W - 卷筒断面抗弯模数（cm³），其值为，（cm³）式中：D - 卷筒绳槽底径（cm） 卷筒内径（cm）于是解得： - 许用应力（kg/cm²）对于钢， s/2.5（s为屈服强度）对于铸铁， b/6（b为抗拉强度）本设计采用的是铸钢卷筒，材料为Q235，许用应力=235/2.5MPa=94MPa，因为，换=25.4741MPa=94MPa，所以，强度校验合格。3.2.5卷筒稳定性校验对于大尺寸卷筒（D1200mm，L2D）尤其是钢板焊接的大尺寸薄壁卷筒，需对卷筒进行稳定性验算。由于本卷筒直径小于1200毫米，且是铸造卷筒，故不进行卷筒的抗压稳定性验算。3.3电动机选择与校核3.3.1 电动机静功率的计算参照3 P123式（6-1）电动机静功率， (6)式中：起升载荷（N）及起升速度（m/s）机构总效率，为滑轮组效率，见3 P50表3-3，取=0.99为导向滑轮效率，因无导向滑轮，取=1为卷筒效率，取=1为传动效率，参照1 P9表（1-1），大致取=0.80则, =14.73 kW3.3.2电动机功率的选择电动机的稳态平均功率PW为， （kW） (7)式中：G 稳态负载平均系数，见3 P124表（6-3），于3 P124表（6-4）选择JC(%)=25,CZ=150,G=G2于3 P124表（6-3），选择G=G2=0.8则，=由=11.785 kW , JC(%)=25,CZ=150 ,参照4 P233 表2-6-1，选择CD1,MD1型电动葫芦用锥形转子电动机：ZD51-4, 额定功率13 kW , 额定转速1400r/min,最大转矩3.0倍，堵转电流180A，效率 81% 功率因素 0.82，静制动力矩 147.10N·m，转动惯量为1.100Kg·。3.3.3 电动机过载能力的校验参照4 P42 电动机起升机构的过载校验，校验如下：校验公式为， (8)式中： - 基准接电持续率时，电动机的额定功率（）- 起升载荷（N）V - 物品起升速度（m/s） - 机构总效率- 基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数H - 系数（绕线转子异步电动机为2.1，笼型异步电动机为2.2，直流电动机为1.4）m - 电动机个数故，电动机过载校验合格。3.3.4 电动机发热校验参照4 P42 发热校验的简易法：认为K=1.7，这样对应所需CZ值，即可查出允许输出功率值P，当PPs时，电动机发热校验合格。其中,13Kw (9)故，电动机发热校验合格。4变速器的设计计算4.1 计算变速器传动比变速器传动比的计算公式为， (10)式中： - 电动机额定转速（r/min）- 卷筒转速（r/min）其中： (11)式中：a - 滑轮组倍率v - 起升速度（r/s）- 卷筒卷绕直径（m）则，=14.5 （r/min）4.2 选取变速器的传动类型和传动简图根据改进设计思想：减速器要能适应短期间歇工作，且要结构紧凑，体积和质量较小，传动比较大，传递效率较高。据5 P5表1-4中的各传动类型的工作特点可知，环锥行星无级变速器传动较适于短期间歇的工作方式，且结构紧凑，传动比大，可实现在转速的连续变化和在任意传动位置下的稳定运转等特点。其传动原理为：电动机通过输入轴将动力传递给太阳轮1，再借滚动副处的牵引力，经z个均布装在浮动转臂H上的行星锥2、外环4驱动太阳轮3，最后传给花键轴将动力输出。调速时，经蜗杆、蜗轮、齿轮、驱动齿条带着外环4作轴向移动，以改变外环4和行星锥正锥的接触半径，由于力平衡的条件同时也改变了主动轮和弧锥部分的接触半径，从而达到无级变速的目的。其传动简图如下所示： 图5.4.2-1 3Z-I型行星齿轮传动4.3 按最大传动能力设计行星锥环无级变速器步骤4.3.1 确定安装的锥数根据6表1可以选取锥高系数µ=0.15，顶锥角2=130°，从而查表得出安装的最多锥数，为了使摩擦传动更加平稳，传递更大的力，取N=8.4.3.2 行星锥环无级变速器最大传动能力计算1） 行星锥环无级变速器受力分析下图1在轴向截面内，输入轮A，输出轮B，调速环E在接触点分别以力作用在行星轮上，三力汇交。其矢量方程为 （1）由图2力的多边形可以看出 （2） （2）式表明在传动中，调速环和行星锥接触点E处产生的正压力最大。用正玄定理表达各力之间的关系为 （3）2） 调速环和行星锥之间的最大接触应力和最大正压力行星锥的运动可视为刚体绕定点转动。可以证明，当调速环位置确定时行星锥和调速环E的接触点X在速度瞬心轴上，即X点的速度为0。X点从行星锥小端移向锥大端，B轮输出的转速由大到小，输出的转矩由小到大。因此，调速环在行星锥大端接触时，X点的正压力最大。根据弹性力学理论的分析，行星锥和调速环初始接触为点接触，加载传动时，其接触点变成为一椭圆面，椭圆中心接触应力最大。其表达式为 （4）式中a、b为接触区椭圆的长、短轴半径。 （5） (6) (7)式中：调速环接触点处主平面内最大曲率半径： 调速环接触点处主平面内最小曲率半径； 行星锥接触点处主平面内最大曲率半径； 行星锥接触点处主平面内最小曲率半径, （8）当接触点在锥大端时，有表达式：=18/cos65=42.59mm （9）将、和代人（7）式，得 （10）初始选定=10得：=55°m、n由6表2求出，m=1.62, n=0.68 对于钢质调速环和行星锥，其弹性模量，泊松比。 由（6）式得 (11)将（10）、（11）式代人（5）式，并使 （12）将（12）代人（4）式得最大接触应力表达式 （13）用许用接触应力代替最大接触应力并整理得最大正压力表达式 （14）3）行星锥环无级变速器最大传动能力 由式（3）得 （15） 在保障调速环和行星锥接触点E处不打滑且满足接触强度条件下A轴输入的最大功率为 (16)将（15）式代人（26）式得： （17）将（14）式代人（17）式得： （18）已知该传动的输入功率P1=13Kw，输入转速为n1=1400r/min，提升速度为v=7m/min, 查5p35表2-4取工作情况系数S=1.25查5P38表2-7取牵引系数=0.1查5P37表2-5得点接触许用接触应力 将上面数据代入18得=15.94mm4.4 验算A、B、E点处的油膜厚度4.4.1接触点的当量曲率半径 由各传动元件接触点的曲率半径计算各接触点的运动方向当量曲率半径和垂直运动方向的曲率半径。上图1所示，在输入盘与行星锥接触点A处式中： ， ，在调速环与行星锥接触点E处在输出盘与行星锥接触点B处各点的接触椭圆率计算公式为 （19）将数值代入（19）式得 ，=0.32 ，=0.1164.4.2 无量纲速度、载荷、和材料参数（1）无量纲速度参数 （20）式中：为大气压力下润滑油的粘度，取.在A点、E点、B点各传动元件运动方向滚动速度如下： 在输入盘与行星锥接触点A处 （21）