最新版2吨卷扬机设计与制造.docx
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最新版2吨卷扬机设计与制造
摘要.2
前言.3
1卷扬机的工作级别4
⑴卷扬机的利用等级.4
⑵卷扬机的载荷状态.4
⑶工作级别.5
2选择减速器6
3卷筒的设计7
3.1卷筒的结构7
3.2卷筒容蝇尺寸参数7
3.3卷筒扭矩的计算10
3.4卷筒强度的计算10
4选择电动机.11
5钢丝绳的选择.16
6卷筒轴的设计.18
7制动器的选用.21
8卷扬机使用安全常识.22
致谢.25
参考文献.26
垂直提升机的重要组成部件是卷扬机。
而垂直提升机是在大批量提升重物时使用的机器。
建筑卷扬机是一种超重设备，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。
建筑卷扬机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、倾斜运输等水平或倾斜曳引重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中也广泛应用。
建筑卷扬机除了在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中也广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升等。
建筑卷扬机用于提升重物时，需要门字架、桅杆等配套设备方能实现。
本文从标准件电动机、减速器、联轴器、制动器等的选择，卷筒设计及其加工工艺等多方面，阐述了垂直提升机设计与制造的全过程。
尤其在工艺规程设计中，我们运用了大量的科学的加工理论及计算公式，选择了基面，制定了工艺路线确定了机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后确定了切削用量及基本工时。
关键词：
卷扬机卷筒工序尺寸
.言
毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。
它是一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。
毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所掌握的基础理论课，技术理论知识和基本技能来分析和解决工程技术问题的能力，使我们建立正确的工程设计思想。
通过毕业设计我们把理论与实践相结合，初步学会了如何编写技术文件、正确使用技术资料手册及相关的工具书，培养了我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，进一步巩固和提高自己所掌握的基础知识、基本理论和基本技能，提咼自己的设计、计算、制图以及计算机绘图的能力。
从一名学生向一名工程技术人员转变的过渡过程。
本次设计的题目为活塞杆零件制造工艺规程的制订，是理论性、应用性、实践性、综合性的设计过程。
本设计得到孙海燕老师的悉心指导，并提出了许多宝贵意见和建议，在此深表谢意。
由于实践经验不足，设计能力有限，设计中错误难免，敬请批评、指正。
1卷扬机的工作级别
1.1卷扬机的利用等级
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。
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率程度的不
同，总工作循环Nt可分为8个等级。
因卷扬机的实际使用情况无法统计确定，则假定JK3.2吨卷扬机的使用情况为：
每日平均使用时间为4—6小时，使用寿命期限内总使用时间为3200—6400小时，则总的使用寿命为5年；设计寿命期内总工作循环次数N=250000次，属于经常轻闲使用情况，由此确定JK3.2吨卷扬机的利用等级为14。
建筑卷扬机利用等级
利用等级
总工作循环次数
N2
利用等级
总工作循环次
数Nt
说明
匕
1.6x104
U4
2.5x105
经常地轻闲地使
用
U
54
3.2x105
U5
5x105
经常地中地使用
lb
6.3x104
d
1x106
有时频繁地使用
U3
1.25x105
2x106
频繁地使用
1.2卷扬机的载荷状态
载荷状态表明卷扬机钢丝绳承受拉力的大小与频繁程度，它于整个使用寿命期限内钢丝绳每次承受的拉力Fi额定拉力Fe之比（Fi/Fe）和钢丝绳每次承受拉力F作用F的工作循环次数ni，与总工作循环次数N之比（ni/Nt）有关。
因设计时不知其实际载荷状态，则假定JK3.2卷扬机通常承受1/3—2/3的额定载荷，载荷谱系数《=0.25,当量拉力系数
Kf0.6,JK3.2卷扬机的载荷状态为中级Q2。
1.3工作级别
按利用等级和载荷状态的不同，可将建筑卷扬机分为Ai—A,八个工作级别。
JK3.2吨卷扬机利用等级U4,载荷状态Q则根据GB/T5031-93《建筑卷扬机设计规范》该JK3.2吨卷扬机的工作级别为A级.
⑷计算拉力
计算拉力是指作用在基准层上钢丝绳拉力，分为疲劳计算拉力、静强度计算拉力和实验拉力。
1疲劳计算拉力Fd
疲劳计算拉力采用当量拉力，考虑的工况是卷扬机在正常工作情况下钢丝绳承的拉力。
Fd**Fe=0.9*32KN=28.8KN
2静强度计算拉力Fmax
静强度计算拉力是考虑卷扬机作业可能出现的最大拉力，此时零件的强度不得超过材料的许用拉力。
动载系数按规范取©=1.6
Rmax=Fe=1.6*32KN=51.2KN
3试验拉力
卷扬机的强度用试验拉力进行验算，取下面两种情况的计算.
静载试验拉力F.
Fsj=1.25Fe=1.25*32KN=40KN
动载荷试验拉力Fsd
Fsd=1.1Fe=1.1*32KN=35.2KN
1•电机2•弹性联轴器3•减速器4•过轮
5•主轴装置6•离合螺旋7•带式制动器
图1原传动及工作原理图
2选择减速器
由于本减速器用于各种起重运输机械及其它各种机械中作为减速之用。
所以选择其型号为ZQ350该系列圆柱齿轮减速机是两级三轴圆柱渐开线齿轮传动，箱体结构为水平分割全封闭式，机械性能好，工作可靠，维护方便。
本机还具有过载能力强，耐冲击、惯性力矩小，适用于起重频繁和正、反向运转的特点。
其联动方式可用联轴器直接联动，也可用链条、皮带挠性联动。
ZQ型两级传动的外啮合渐开线圆柱齿轮减速器。
主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。
（具体参数计算如下）
25*103
3.14*300
=26.54（r/min）
卷筒转速nj（r/min）
Dj
卷扬机总传动比i
i=ne/nj=940/26.54=35.42
取减速器的速比ij=35.42
考虑是普通减速器，无特殊的要求帮采用软齿轮转动，由表知选大、小齿轮材料为45号钢小齿轮调制处理，硬度为240HBS大齿轮正火处理200HBS
由于本卷扬机主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。
减速器的型号为ZQ-350—35.42。
3卷筒的设计
建筑卷扬机的重要零件，对建筑卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应该合理地进行设计。
3.1卷筒的结构
按照结构形式较多，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。
建筑卷扬机卷筒大多数为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。
大吨位建筑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，可改用钢板焊接结构。
按照卷筒绕线层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。
建筑卷扬机主要使用多层缠绕卷筒。
按照卷筒内部是否有筋板，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，均增加了制造难度，同时在筒壁的连接处还会引起应力集中。
目前的设计趋势，主张取消纵向盘和环向筋。
按照结构的整体性，卷筒可分整体式卷筒和分体装配式卷筒。
卷扬机吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。
对吨位较大的卷筒，常做成分体装配形式，这样可简化工艺，减轻重量。
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或筒内齿轮内啮合式。
3.2卷筒容蝇尺寸参数
卷筒容蝇尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定，参见下图：
⑴卷筒节径D卷筒节径D应满足下式
D>Ked
式中Ke――筒绳直径比，是与卷扬机工作级别有关的系数。
d——钢丝绳直径
卷筒节径D对筒壁和端侧板的设计具有重要意义，也影响钢丝绳直径的选择。
D值小
结构自然紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝绳寿命低。
对于JK3.2吨卷扬机的工作级别为A5级,卷筒节径系数&>19。
取卷筒直径D=250mm则卷筒节径D=D+d=250+13=263mm.
D>Kd符合规范要求。
⑵卷筒容绳宽度Bt
卷筒容绳宽度B，一般可按下述关系式确定
Bt<3D=705mm取B=660mm
式中Db——卷筒直径（mr）
建筑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，故计算卷筒强度时时可忽略不计，简化了设计计算。
⑶卷筒边缘直径B
卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径。
对于多层缠绕，为了防止钢丝绳脱落，端板直径应大于钢丝绳最外层绳圈直径。
端侧板直径用下式计算
Dk>DS+3d=315+3*13=354mm
Ds=D+（2s-1）d=250+65=315mm
式中Ds——最外层钢丝绳芯直径，由下式确定：
DS=D0+（2s-1）d0其中：
S—钢丝绳缠绕层数⑷缠绕层数S
卷筒缠绕层数S按下式计算
Dk
取S=3
Do2mik=3542502*13
"2d2*13
⑸卷筒容绳量L
的容绳量指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排列时，达到规定的绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值。
卷筒的容绳量可按下述方法计算：
第i层钢丝绳芯直径为
D=D+（2si-1）d
式中S――第i层，i=1,2,3,…S。
第i层卷筒的钢丝绳长度为
Li=（Bt/d-1）[D0+（2Si-1）d]*10
卷筒容绳量为
L=L1+L2+Li
SzBt3
=（—1）[D0（2Si1）d*10
I1d
=145mm
实际容绳量应再加上钢丝绳安全圈的长度（一般为3圈）。
⑹卷扬机的额定速度
根据GB/T1955-2002《建筑卷扬机》3.1条规定，JK1.6卷扬机的基准层取为3层。
额定速
度指基准层的速度。
Ve=n电*[D0+（2S-1）d/i总
=960*3.14[250+（2*3-1）*13]/41.17=24（m/min）
3.3卷筒扭矩的计算
卷筒是卷扬机直接承载零件，受力比较复杂，分析清楚卷筒上所受的力，对卷扬机整机设计具有十分重要的意义。
1额定扭矩Te
Te=D^*Fe=D0（2S1）dFe=25^-（2*^J）^l3*32=5200（Nm）
222
2疲劳强度计算扭矩Td
Td=D*Fd*103/2=315*9.6*103*103/2=1512（Nm）
3静强度计算扭矩Tmax
Tjmax=D*Fjmax*103/2*103=315/2*19.7=3103（Nm）
3.4卷筒强度的计算
1卷筒壁厚S
A――多层卷绕系数，按规范取A=1.45
tz——钢丝材料轴向卷绕节距tz=1.01d
[c]——卷筒材料HT200许用应力[c]=150Mpa
A*F/（tz[c]）=1.45*32000/（1.01*13*150）=23.6（mm）取S=15mm
2卷筒侧板根部厚S2
S2>,BnFe/[e]='0.44*32000/67=14.1（mm
按标准圆整取S2=12mm
[（Te]——HT200许用应力
[te]tb/kj=200/3=67（Mpa）
Bn——综合影响系数。
HT200取Bn=0.44
4选择电动机
根据工作机构的特点、工作环境、工作载荷的大小和性质等条件，选择电动机类型和结构型式、功率、转速，确定电机型号。
（1）选择电动机的类型和结构型式电机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置等）。
载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起、制动频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件确定。
电动机分为直流电动机和交流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此无特殊要求时不宜采用。
生产单位一般采用三相交流电源，如无特殊要求均应采用三相交流电动机。
其中以三相异步电动机应用最多，常用的为Y系例三相异步电动机。
当电动机需经常起动、制动和正、反转时（例如起重机），要求电动机有较小的转动惯量和较大的过载能力，因此应采用起重及冶金用的三相异步电动机，常用的型号有YZ或YZR系例。
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S和短时工作制S,并优先选用YZR（绕线形转子）YZ（笼型转子）系列，起重专用电动机，多数情况下选用绕线转子电动机，在工作条件较轻，接电次数较少时，亦可选用绕线转子电动机，对于小吨位建筑卷扬机考虑到多方面因素，电动机工作制也允许选择连续工作制Si如选择丫系列三相异步电动机。
电动机的特点用途及使用条件
类别
系列名称
特点用途
使用条件及工作方
式
符号含义
该系列电动
1、海拔不超过
丫型异步电动
机为封闭自
1000m
机
扇冷笼型三
2、环境温度不咼于
IP44为4级
相异步电动
140C
方固体，4级防
机，效率咼、
3、额定电压380v,
水
节能、堵转矩
允许电压偏差土
S—短时座
般异步
丫系列（IP44）
高，噪声低、
5%
M—中机座
电动机
三相异步电
振动小，运行
4、额定频率50HZ
L长机座
动机
安全可靠，能
允许频率偏差1%
s—连续要作
防灰尘、铁屑
5、3KW以下的为丫
制
或其他杂物
接，4KW以上的为
侵入电机内
△接法。
部，还能适用
6绝缘等级：
B级。
于灰尘多尘
7、工作方式：
连续
飞溅的场合，
（S1）。
防护等级好。
冶金及起
重用异步
电动机
YZRYZ系列冶金及起重用三相异步电动机
YZR系列为绕线转子电动机，YZ系列为笼型转子电动机YZRYZ系列电动机适用于各种型式起重机械及其他类似设备的专用产品。
具有较大的过载能力和较高的机械强度,因此它特别适用于那些短时或断
续运转、频繁起动制动、有过载负何及显著振动的场合。
绝缘等级为F级，环境温度不超过
40C，绝缘等级为H级，环境温度不超过60C。
工作方式：
S3基准负荷连续率
为40%还有S、
S3、S
等工作制。
其他参考丫系列三相异电动。
z—冶金起重用
R转子为绕线型
S—短时工作制
S短时重复工作制
s—带起动的断续周期工作制
s—带电制动的断续周期工作制
类别
系列名称
特点及用途
使用条件及工作方式
符号含义
冶金及起
重用异步
电动机
YZD系列起
重用多速三相异步电动机
该系列电动机为起重用变极多速笼型转子三相异步电动机，是在YZ系列上的派生具有YZ系列特点，适用于起重机械、建筑等。
防护等级
为IP44。
绝缘等级为F1其他参
见YZRYZ及Y系列
（IP44）
D多速，其他同上。
YZRV系列涡
流制动三相
异步电动机
电动机YZR系列绕线转子三相异步电动机和感应式涡流制动器组成，适用于频繁起动、制动工作场合，调速范围可以从电动机额定转速调到同步转速的
115-1/10防护等级IP44，
IP54冶金，涡流制动防护等级IP00
绝缘等级F、H（冶金），
其他参见YZRY系列
（IP44
V—涡流
制动，其
他上
注：
YZRYZ系列电动机是按设计，并取代JZRZJZRHZJZ2系列的更新换代产品,
更新产品YZRZYZ2系列电动机也即将投放市场
工作机所需有效功率Pw应由工作机的工作阻力和运动参数计算求得：
"FV/1000KW
32kn24m/min
=KW
1000
=7.7kw
式中：
F——工作机的工作阻力，N;
V――工作机的线速度，M/S;
电动机的工作功率P。
二P/na
电动机到卷筒轴的总效率na=nixn2xn3xn4xn5
由表得n1=0.96,n2=0.98（滚子轴承），n3=0.98（齿轮精度为8级），n4=0.99（凸缘联轴器），n5=0.98（V带传动比）。
2
na=0.96x0.97x0.98x0.99x0.98=0.86
Po=7.1/na=6.1KW
容量相同的同类电动机，其同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min和750r/min四种，电动机的转速越高，则极数越少，尺寸和重量越小，价格也越低，但机械传动装置的总传动比增大，传动级数要增多，传动尺寸和成本都要增加，所以选择电动机转速时，必须做全面分析比较，通常多用同步转速为1000r/min和1500r/min两种。
综合表电动机的特点用途及使用条件，选择电动机的型号为丫132S-46.1KW.
五、钢丝绳的选择
建筑卷扬机通过钢丝绳升降重物。
工作时钢丝绳所受应力十分复杂，加之结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。
线接触钢丝绳股断面的结构又可分为三种型式：
1西鲁式（外粗式）代号为S,其特点是耐磨性好，但性差，对于多层缠绕。
当卷筒与钢丝绳直径比较大时，选用S型较适宜。
2瓦林吞式（又称粗细式）代号W其特点是煌面充填系数高，承载能力大，这种钢丝绳为建筑卷扬机广泛采用。
建筑卷扬机宜先用不建筑卷扬机为多层缠绕，应选用双捻制线接触的西鲁式钢丝绳。
JK1.6吨卷扬机选用13NAT6*37S+FC177钢丝绳。
A5级工作的卷扬机钢丝绳的安全系数
[K]=5最小钢丝破断拉力S=98.7（kn）
Ks=Sp/Fe=98.7/16=6.16>[K]
卷扬机所选钢丝绳的安全系数符合规范要求。
⑴钢丝绳固定端部的计算拉力Fg
钢丝绳与卷筒表面磨擦系数=0.16
钢丝绳在卷筒上的包角a=4
125*F
Fg=Fma/ea=洽e=0.167Fe=0.167*32=5.33（KN）
e'
⑵固定端承载能力的的验算
钢丝绳螺栓采用M12性能等级cs=315Mpa级，螺栓预紧力为F0
F0=0.7*cs*As=0.7*315*84.3=18.6（KN）
压板处磨擦力Fy
Fy=Fo=O.16*18.6=2.97（KN）
Fy>Fg
因此，固定端承载能力满足要求•
⑶钢丝绳出绳方向及其卷放偏斜角
卷扬机钢丝绳的出绳方向为水平方向，并且从卷扬机卷筒下方出绳，钢丝的卷放偏斜
角<2°。
如图所示
导向定滑轮
Ld>B―*103=66013*103=9.5（m）
2tg2tg2
应保证导向滑轮中心线到卷筒轴线的距离大于9.5米,即可保证卷放偏斜角<2°.
⑷钢丝绳使用时应注意的问题：
1、为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕，避免各圈钢丝绳间相互磨擦及多层缠绕锤击和堆绕
现象，延长钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在卷筒及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度
之内，一般在0.5°-2。
之间。
2、良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一需重要因素。
它可以防止锈蚀，减少钢丝绳内外磨损。
一般常用中、低粘度润滑油和滤青质化合物。
目前我国生产的“钢丝绳油”属于中等粘度油，适用于各种股捻钢丝绳的润滑，其附着力大，不易滑落或与水起作用，且含有防锈剂，是一种良好的润滑剂。
3、在室外、潮湿或腐蚀介质存在的环境里，应选用镀锌钢丝绳。
4、经常检查钢丝绳是否与别的机件磨擦，重新更新更换新绳时必须核对新绳与原绳的型
式、直径是否相同；经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝，遇到问题及时解决。
5、使用中，应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折。
6、国家标准规定，建筑卷扬机钢丝绳在卷筒上安全圈数不得小于3圈。
在保留两圈的情况下，应承受1.25倍的钢丝绳额定拉力。
六、卷筒轴的设计
rI
如图卷筒轴系结构及心轴受力及弯矩
①已知参数
额定拉力Fe=32kN;轴材料45号调质处理；cb=650Mpa；cs=360Mpa；c1=300Mpa;[c
b]=100Mpa
②作用力的计算
由图可知，轴左端为调心轴承，右端通过减速机外齿轮内的调心轴承支承，并通过健将轴的转矩传到卷筒，此轴为不等径轴，此处轴端直径较小，且有键槽，因此右端受力最大，此轴系转轴，工作时同时承受弯矩和转矩作用，应按弯扭合成进行轴的强度计算，因为此轴与减速机低速轴系同一根轴，轴中弯曲应力，应按对称循环变应力处理，而扭转剪应力,由于转矩方向不变，可认为是脉动循环应力，为此根据第三强度理论，可直接求得当量弯矩，计算时，卷筒作用到转轴的力可简化为作用于支承面宽度中点的集中力，并且把它简化为受集中力的简支梁，左端支承点750mm右端支承点85mm求支反力：
静强度计算拉力F=19.7（kN）
835
19.7*750.
Rd==17.7（kN）
835
M=RX（0=2*X=2*750=1500（N.mm见图4c
M=R（1-X）（a当x=e时，M=0
轴端平键传递的转矩为：
T=9550*P=9550*上5=2947（N.m）见图4dn24.3
弯扭合成弯矩M合=..M；T2
=15002
29472=3306（N.m）见图4e
3
计算卷筒直径：
4
考虑到此处有一个增键槽,应增大5%取db=65mm.
5卷筒轴的疲劳强度计算：
卷筒轴弯曲应力为对称循环,平均应力cn=0=0
=63.3Mpa
__M
（TbE=Cmax
Z
=1500*10
查表得Z=23.7cm3,ZP=50.7cm3.
c=0.78o
ca=cbB=63.3Mpa
1.8
0.78*0.92
63.3
查得有效应力集中系数心=1.8,表面状态系数B=0.92,绝对尺寸影响系数&
Sc=
因为cm=0
般轴疲劳强度安全系数[Sp]=1.5-1.8,所以该轴疲劳强度足够
6卷筒轴的静强度计算
S：
S2'Ssp
max
S
bB
360
63.3
=5.7
Ss=
=0.58s
max
3570000
=0.58*360
70
=3
Z50700
、5.723.82
5.7*3.8
=3.14
静强度的许用安全系数
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