卷扬机传动系统的设计-毕业设计Word文件下载.doc
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联轴器;
减速箱
ABSTRACT
Winchasthenameimplied,iscomposedofmechanicalpowerdrivendrum,windingropetocompletetheworkofthetractiondevice.Itcanenhancethevertical,horizontalorinclineddraggingweight.Withthewinchiswidelyusedinconstructionmachinery,peopleputforwardhigherrequesttothewinchsystemtechnicalindex.winchsystemrequirementshaveenoughtractionforce,enoughstrengthandrigidity,reliablebrakingsystemandhighcontrolprecision.Thewinchdesignvariety,themaindesignforJMserieswinchisgearreducerdrivewinchtransmissionsystem.Mainlyusedforwinching,pull,push,unloadingheavytowing.Suchasinstallingandremovingoflargeandmedium-sizedconcrete,steelstructureandmechanicalequipment.Applicabletocivilbuildingconstructionandinstallationcompany,factory,mineandinstallationengineering.
keywords:
winch;
geartransmission;
reducercoupling
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
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
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
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)。
表1.1卷扬机主参数系列单位为kN
主参数名称
数值
额定载荷
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;
2)快速卷扬机绳速;
3)高速卷扬机绳速;
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;
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,总工作的循环数可分为8个等级,见下表(1.2)。
表1.2建筑卷扬机的利用等级
利用等级
总工作循环次数
说明
U0
不经常使用
U1
U2
U3
U4
经常的清闲的使用
U5
经常的中等使用
U6
有时频繁的使用
U7
频繁的使用
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)。
表1.3建筑卷扬机工作级别和用途
类别
工作级别
举例
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
工程安装
A3~A5
经常中等使用,中等载荷状态的快速建筑卷扬机
经常频繁使用,重级载荷状态的快速和慢速建筑卷扬机
A4~A6
有时经常频繁使用,中等载荷状态的快速卷扬机
与井字架,人字架等配合使垂直吊运
A6~A8
斜坡曳引、牵引、冷拉钢筋、冲爪、拉桩
41
2卷扬机的基本结构设计
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。
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
2)钢丝绳的速度
由于钢丝绳的速度,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:
图2.1二级圆柱齿轮传动
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。
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:
式(2.1)
式中——整条钢丝绳的破短拉力(N);
——钢丝绳的额定拉力;
——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;
kN
钢丝绳不应小于下式计算的最小值:
式中——钢丝绳的最大工作拉力(kN)
——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
卷筒节径应满足下式
式(2.2)
式中——筒绳直径比,由建筑卷扬机设计查表得
——钢丝绳直径(mm)
则 取
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