毕业设计（论文）5吨电动卷扬机设计.doc

摘 要卷扬机又称绞车。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，由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。垂直提升、水平或倾斜曳引重物的简单起重机械。分手动和电动两种。现在以电动卷扬机为主。本次设计的5吨电动卷扬机是由电动机、连轴器、制动器、减速器、卷筒、导向滑轮、起升滑轮组、吊钩等组成。本次设计的步骤是从钢丝绳开始入手，然后依次对卷扬机的卷筒、卷筒心轴、电动机、减速器齿轮、减速器轴、制动器、联轴器以及卷筒机的导向滑轮设计与选取。其中卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器的设计最为主要，本设计重点做了介绍，其余部分有得只是略作分析。本次设计的卷筒机由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、对作业环境适应能力强等特点，可以应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面，但是此次设计的卷筒机主要运用于用于5吨桥式吊车起升机构。提升重物是卷扬机的一种主要功能，各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。关键词：卷扬机，卷筒，卷筒轴，减速器 AbstractAlso known the hoist another name is winch. Vertical lifting transport machinery is an important component of the tie in with the derrick, mast, pulley blocks, and auxiliary equipment, used to enhance the materials, installation of equipment operations, from human or mechanical power-driven drum, winding traction rope to complete the installation work. Vertical, horizontal or inclined simple tractor Lifting heavy objects. Two types of the hoist are manual and electric two kinds. and Now to the main electric winch. The design of the 5-ton electric hoist motor contions electromotor 、coupling、arrester、retarder、drum、boom sheave 、a system of pulleys set、hook, etc.This design of hoist is start from the wire rope, and next then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley drum machine-oriented design and selection. On drum, drum shaft, drum hub, most major reducer design, the design are focus introduced, and the rest is just a little something for analysis.The design of the drum machine because of its simple structure, handling the installation of a flexible, convenient operation, simple maintenance, and operating environment features such as adaptability, can be applied to lifting metallurgical, construction, operations and other water conservancy, but the design mainly applied to the drum machine for 5-ton overhead crane hoisting mechanism. Heavy winch upgrade is one of the main functions of the design of various types of winches are based on based on this request.KEY WORDS: hoist；drum; drum shaft; retarder第一章 绪 论1.1卷扬机的分类及特性垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。现在以电动卷扬机为主。电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好，能令空钩快速下降。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。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。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、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点，广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。本设计就传统的卷扬机说起，一直到现在以及将来的发展。卷扬机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。 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。 卷扬机的分类及其不同特性卷扬机包括建筑卷扬机,同轴卷扬机 主要产品有：JM电控慢速大吨位卷扬机、JM电控慢速卷扬机、JK电控高速卷扬机、 JKL手控快速溜放卷扬机、2JKL手控双快溜放卷扬机、电控手控两用卷扬机、JT调速卷扬机、KDJ微型卷扬机等，仅能在地上使用，可以通过修改用于船上。它以电动机为动力，经弹性联轴节，三级封闭式齿轮减速箱，牙嵌式联轴节驱动卷筒，采用电磁制动。该产品通用性高、结构紧凑、体积小、重量轻、起重大、使用转移方便，被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。Jm系列为齿轮减速机传动卷扬机。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。由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。同轴卷扬机：（又叫微型卷扬机）电机与钢丝绳在同一传动轴上，轻便小巧，节省空间（其吨位包括（200公斤、250公斤、300公斤、500公斤、750公斤、1000公斤等）慢速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约712m/min的卷扬机。快速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约30m/min的卷扬机。电动卷扬机：由电动机作为动力，通过驱动装置使卷筒回转的卷扬机。调速卷扬机：速度控制可以调节的卷扬机手摇卷扬机：以人力作为动力，通过驱动装置使卷筒回转的卷扬机。大吨位非标卷扬机：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。其结构特点是钢丝绳排列有序、有吊安装可靠、适用于码头、桥梁、港口等路桥工程及大型厂矿安装设备.就是一种利用外力（例如电动机）驱动他运转，然后通过电磁制动器和抱死制动器控制其在无动力下不自由运转，同时经过电动机的带动减速后，驱动一个轮盘运转，轮盘上可以卷钢索或者其他东西。通常提升高于30吨的卷扬机为大吨位卷扬机，生产大吨位的卷扬机技术在中国只有少数，目前最大吨位是65吨。主要细分为JK（快速），JM、JMW（慢速），JT（调速），JKL、2JKL手控快速等系列卷扬机，广泛应用于工矿、冶金、起重、建筑、化工、路桥、水电安装等起重行业。1.2卷扬机的常见类型：常见的卷扬机吨位有：0.3T卷扬机 0.5T卷扬机 1T卷扬机 1.5T卷扬机 2T卷扬机 3T卷扬机 5T卷扬机 6T卷扬机 8T卷扬机 10T卷扬机 15T卷扬机 20T卷扬机 25T卷扬机 30T卷扬机。从是否符合国家标准的角度：卷扬机可分为国标卷扬机、非标卷扬机常见卷扬机型号有1、JK0.5-JK5单卷筒快速卷扬机2、JK0.5-JK12.5单卷筒慢速卷扬机3、JKL1.6-JKL5溜放型快速卷扬机4、JML5、JML6、JML10溜放型打桩用卷扬机5、2JK2-2JML10双卷筒卷扬机6、JT800、JT700型防爆提升卷扬机7、JK0.3-JK15 电控卷扬机9、非标卷扬机其中Jk表示快速卷扬机，jm表示慢速卷扬机，jt表示防爆卷扬机，单卷筒表示一个卷筒容纳钢丝绳，双卷筒表示两个卷筒容纳钢丝绳。特殊卷扬机型号有液压卷扬机优点：相比传统的电动卷扬机（电动绞车），液压卷扬机（液压绞车）有很多优点：1. 过载保护2. 冲击防护3. 防爆性能。国标卷扬机指符合国家标准的卷扬机，非标卷扬机是指厂家自己定义标准的卷扬机）通常只有具有生产证的厂商才可以生产国标卷扬机，价格也比非标卷扬机贵一些。注意事项1.3 国内卷扬机发展概况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，卷扬机的生产被提到了日程上。原沈阳国泰机器厂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，操作为手板脚踩的快速卷扬机；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。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（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，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，操作用手板刹车带制动。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JB1803-76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。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30t卷扬机，满足了经济发展的需要。 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GB1955-80建筑卷扬机、JJ3-83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，不少生产厂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、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧齿圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。为使卷扬机的生产满足日益增加的需求和解决中小厂家设计力量薄弱的情况，1988年卷扬机行业组织了九厂一所一校成立了卷扬机系列设计组，对单筒快速建筑卷扬机起重质量从0.5t到2.5t的机型进行了系列设计。这次设计分两种机型，一种为基本型（电控卷扬机），一种为溜放型（手控卷扬机）。设计既考虑到技术发展的趋势，又考虑到厂家的生产能力。因此基本型为一字型布置，采用二级或三级圆柱斜齿轮传动，电制动锥形转子电动机；溜放型采用封闭式二级行星齿轮传动，普通Y系列电动机，用手操作两条制动带控制工作和制动。这两种机型结构紧凑，加工简单，操作方便，体积小，重量轻，一般中小企业均可生产，满足了生产的需要又实现了技术的进步。为使卷扬机发展规范化，又相继颁布了一系列有关卷扬机的标准。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，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。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。（一） 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(0.2540t)，防爆拖式气动卷扬机(0.530t)，驳船卷扬机(手动、气动、电动、液压，2575t)，电动链式卷扬机(0.2520t)，电动葫芦(0.2515t)，电动卷扬机(12.5t)，手动卷扬机(75t)，液压卷扬机(110t)，水平卷扬机(9t)，手动链式卷扬机(0.5100t)，棘轮牵引器(1.75t)，空中吊运车(0.520t)。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。其中直接驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，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。（二） 日本日本从明治30年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计，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年单纯土建筑卷扬机的产量就达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、远滕钢机、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 分BF、MF、DF三种型式。功率为3.744kW，钢丝绳拉力从588044100N，有18个规格。BF型是V型带传动，MF型是单筒开式齿轮传动，DF型式双筒开式齿轮传动。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作，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机为KM型，功率3.711kW，拉力6000142100N，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、手制动器和棘轮停止器，以确保安全。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。南星株式会社是一个专业化生产各种类型卷扬机的厂家，创业于1948年，生产各种从0.510t的建筑用卷扬机和1520t的各种拖曳式卷扬机。产品的主要特点是：1) 采用一轴支撑两个卷筒的结构，用一轴齿轮传动装置可操作两个卷筒。卷筒离合器采用高质量的衬垫材料，提高了使用寿命；2) 采用五级可换向的齿轮减速器，能获得与负荷相适应的合理速度和拉力。（三） 法国法国生产卷扬机的厂家很多，其中包滕(POTAIN)公司就是生产卷扬机的主要厂家之一。包滕公司主要生产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。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(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、瑞典、加拿大、德国等业都生产着不同用途的各种型号的卷扬机。（四） 国外卷扬机的发展趋势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12V，质量为7.715.4kg，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。1.5卷扬机使用时的注意事项：（1）卷筒上的钢丝绳应排列整齐，如发现重叠和斜绕时，应停机重新排列。严禁在转动中用手、脚拉踩钢丝绳。钢丝绳不许完全放出，最少应保留三圈。（2）钢丝绳不许打结、扭绕，在一个节距内断线超过10%时，应予更换。（3）作业中，任何人不得跨越钢丝绳，物体（物件）提升后，操作人员不得离开卷扬机。休息时物件或吊笼应降至地面。（4）作业中，司机、信号员要同吊起物保持良好的可见度，司机与信号员应密切配合，服从信号统一指挥。（5）作业中如遇停电情况，应切断电源，将提升物降至地面。（6）工作中要听从指挥人员的信号，信号不明或可能引起事故时应暂停操作，待弄清情况后方可继续作业。（7）作业中突然停电，应立即拉开闸刀，将运送物放下。（8）作业完毕、应将料盘落地、关锁电箱。（9）钢丝绳在使用过程中与机械的磨损.自燃的腐蚀局部损害难免，应间隔时间段涂刷保护油。(10)严禁超载使用(11)使用过程中要注意不要出现打结.压扁.电弧打伤.化学介质的侵蚀。(12)不得直接吊装高温物体，对于有棱角的物体要加护板。(13)使用过程中应经常检查所使用的钢丝绳，达到报废标准应立即报废。噪声巨大的原因:A.采用箱形结构，不是所有焊缝都进行连续焊接，各个底盘焊缝的长短、高低位置不同，底盘刚性存在较大个体差异，有的则产生共鸣效应，机器如有一点震动噪声就被放大；B.由钢板焊成，不具备吸震消声功能，如果其固有频率与齿轮啮合频率接近就可能造成个别机器因齿轮弱小震动引发较大共震，引起噪声值上升。第二章 卷扬机的设计参数本设计卷扬机设计的主要参数有：额定起升重量： 5吨起升高度： 14米起升速度： 12.5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 粉尘量大设计的主要要求：本设计为有轨运行机构；电动机轴到减速器高速轴由齿轮链接盘连接；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。设计的主要内用：用AutoCAD设计绞车各部分结构，并绘制图纸；选用钢丝绳、电动机，主轴强度、滚筒直径和长度；绘制总装图、主轴图、固定滚筒部件图等；设计主轴、滚筒第三章 卷扬机的整体结构概述3.1 电动卷扬机基本结构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。 3.1.1 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。3.1.2 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，如图3-1。图3-1 圆柱齿轮减速器快速卷扬机简图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（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，如图3-2。图3-2 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传功的卷场机简图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（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F120 kN的卷扬机上，均应安装排绳器。3.1.3 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。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中的一种机型。 2. 渐开线圆柱齿轮行星传动 常见的有封闭型2KH型行星轮系和3K型行星轮系传动的卷扬机。 3. 接线针轮传动 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。 上述摆线针轮行星传动和少齿差行星传动的输出机构是很重要的一环，可实现偏心输出的机构有很多，但考虑到加工和效率的原因，目前采用较多的是销轴式，但其加工精度及热处理要求较高，卷扬机生产厂家比较难以达到。所以有的厂家采用了零齿差传动输出机构，其设计较为复杂，但加工较为容易，效果亦不错。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。但其柔轮的要求较高，生产较为困难。6. 活齿行星传动 又叫顶杆蠕动传动，它的加工相对比较方便。3.1.4 溜放型卷扬机 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置物的重力下降，并带动卷简反转，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，通常采用离台器或差动轮系。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。3.2卷扬机工作级别与类别为了合理设计、制造、使用及提高零件三化水平，卷扬机根据利用等级与载荷状态划分为：A ，A， A，A ，A， A ，A ，A ，八个工作级别。3.2.1 利用等级利用等级是表示卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应总工作循环次数N表征。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。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N可分为8个利用等级，见表3.1表3.1 卷扬机利用等级利用等级总工作循环数N说明U1.6×10不经常使用U3.2×10 U6.3×10U1.25×10U2.5×10经常地轻闲地使用U5×10经常地中等使用U1×10有时频繁地使用U2×10频繁地使用根据本次设计的建筑卷扬机的使用情况确定利用等级为U7。3.2.2载荷状态载荷状态表示建筑卷扬机钢丝绳承受拉力作用地轻重与频繁程度，它与整个使用寿命期限内钢丝绳每次承受地拉力F与额定拉力F之比（F/ F）和钢丝绳每次承受拉力F作用下地工作循环次数n与总工作循环次数N之比（n/N）有关。载荷谱系数K可用下式计算：K 式中 K载荷谱系数； n在钢丝绳拉力F作用下的工作循环次数，nn，n···n； N总的工作循环次数，Nnn n··· n； F钢丝绳承受的第i个拉力，F F ，F，··· F（N）； F钢丝绳承受的额定拉力（N）；卷扬机的载荷状态可根据钢丝绳承受的拉力（载荷）大小和频繁程度，按名义载荷谱系数K分为四级，见表3.2。表3.2 载荷状态载荷状态名义载荷谱系数K当量拉力系数K说明Q（轻）0.125K0.5通常承受1/3的额定拉力，很少承受额定拉力时使用Q（中）0.250.5K0.63通常承受（1/32/3）的额定拉力，有时承受额定拉力时使用Q（重）0.50.63K0.8通常承受2/3以上的额定拉力，较多承受额定拉力时使用Q（特重）1.00.8K1频繁地承受拉力或者额定拉力相近时使用如果钢丝绳在拉力F作用下的时间为t,可以得出当量拉力系数K，按公式 计算。 K 式中 K当量拉力系数； tF作用下的时间； tt，t，···t根据载荷谱系数的分级可以得出相应的当量拉力系数K。根据本次设计要求确定建筑卷扬机的载荷状态为Q（中），K0.5，K0.8。3.3 起升机构的组成及型式3.3.1 起升机构的组成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。此次设计的电动5吨卷扬机是由电动机、连轴器、制动器、减速器、卷筒、导向滑轮、起升滑轮组、钓钩等组成，其各方面的机构分布可以参考如下图3-3所示。图3-3 起升机构示意图1电动机 2联轴器 3减速器 4 卷筒5导向滑轮 6滑轮组 7吊钩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。 3.3.2 起升机构的典型传动型式 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另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。由于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。如下图3-4。图 3-4 用齿轮接盘连接型式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是有利的；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，如下图3-5。 图 3-5 双联滑轮组 1、动滑轮 2、定滑轮 3、卷筒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。第四章 主体零件的设计4.1 钢丝绳的选择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。4.1.1 钢丝绳的种类和构造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接触钢丝绳。4.1.2 钢丝绳直径的选择 卷扬机系多层缠绕钢丝绳受力比较复杂。为简化计算，钢丝绳选择多采用安全系数法，这是种静力计算方法。 钢丝绳的安全系数按下式计算： （4-1）式中整条钢丝绳的破断拉力，N；卷扬机工作级别规定的最小安全系数；钢丝绳的额定拉力，N；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 · M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。国际标准绳的选择也推荐采用此方法。该方如下； 钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径 （4-2）式中 Fmax钢丝绳最大静拉力(N)。由起升载荷（额定起重量，钢丝绳悬挂部分的重量，滑轮组及其它吊具的重量）并考虑滑轮组效率相倍率来确定；c钢丝绳选择系数，它与机构的工作级别、钢丝绳是否旋转以及吊运物品的性质等