小型卷扬机结构设计

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 thenturn 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目录前言21 绪论 4卷扬机的分类、特性及常见类型 41.2 国内外卷扬机发展概况 81.3 卷扬机的结构概述 162 卷扬机方案设计 23卷扬机的设计参数 错误 ! 未定义书签。电动机选择 24减速器的设计计算 253 小车行走机构设计 373.1 轨道 373.2 车轮与车轮组 383.3 车轮直径的计算 384 卷扬机主要零零部件的设计 394.1 钢丝绳的选择 394.2 卷筒的结构设计及尺寸确定 444.3 卷筒轴的设计计算 494.4 制动器，联轴器的选择 565 卷扬机使用时的注意事项 57结论59致谢60参考文献 61、八前言随着社会的发展，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。下面卷筒机的发展趋势A. 大型化由于基础工业的发展， 大型设备和机械构件要求整体安装， 促进了 大型卷扬机的发展。目前，俄罗斯已生产了 60 t 卷扬机，日本生产了 32 t 、50 t、60 t 液压和气动卷扬机，美国生产了 136 t 和 270 t 卷扬 机。B 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C 发展手提式卷扬机15.4 kg ，拉力为 3336 13344 N 。D 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 绪论1.1 卷扬机的分类、特性及常见类型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。 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。 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。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。力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。 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（吨位包括（ 200 公斤、 250 公斤、 300 公斤、 500 公斤、 750 公 斤、 1000 公斤等） 速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约 712m/min 的卷扬机。 速卷扬机：卷筒上的钢丝绳额定速度约 30m/min 的卷扬机。 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。 卷扬机：速度控制可以调节的卷扬机 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。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。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D、JML5、JML6 、JML10 溜放型打桩用卷扬机E、2JK2-2JML10 双卷筒卷扬机F、JT800 、 JT700 型防爆提升卷扬机G、JK0.3-JK15 电控卷扬机H、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。 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：A. 过载保护B. 冲击防护C. 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I. 2 国内外卷扬机发展概况1.2.1 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.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。A 美国美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（BEEB巳国际有限 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。B 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， 1970 1975 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：a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。b 电动卷扬机 该厂生产的电动卷扬机为 KM 型，功率 3.7 11kW ，拉力 6000 142100N ，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。b 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。C 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、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。D 国外卷扬机的发展趋势a 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。b 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。c 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7.7，拉力为333613344N。d 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。1.3卷扬机的结构概述电动卷扬机由于操作万法不同，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。A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。B带有电磁铁制动器的卷扬机a.圆柱齿轮减速器快速卷扬机，如图1-1。图2-1圆柱齿轮减速器快速卷扬机简图5联轴器 6卷筒 7 底座 8支架b. 蜗杆减速器慢速卷扬机。c. 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机，如图 1-2 。图 1-2 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d. 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 F 120 kN的卷扬机上， 均应安装排绳器。C 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：a. 定轴轮系传动 这是 1988 年行业组织的系列设计中的一种机b. 渐开线圆柱齿轮行星传动 常见的有封闭型 2K H 型行星轮 系和 3K 型行星轮系传动的卷扬机。c. 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。d. 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。e. 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。f. 活齿行星传动 又叫顶杆蠕动传动，它的加工相对比较方便。D 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。卷扬机起升结构的组成及型式A 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 1-3 所示。图 1-3 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。B 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令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1-4。图1-4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 受力使有利的；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1-5 o图1-5 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。2 卷扬机方案设计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2.2电动机选择正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要 求的前提下，最经济、最合理地决定电动机功率。本设计5吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制 动频繁，工作粉尘量大。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。吊车用卷扬机主要采用三相交流异步电动机。 根据吊车行业的工作 特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制S3和短时工作制S2，并优先选用YZR（绕线转子）、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 采用笼型转子电动机。对于小吨位卷扬机，考虑到多方面因素，其电动 机工作制也允许选择连续工作制S o本设计电动机工作制度为断时工作制，因此不用考虑电动机的发热计算。 机构运转时所需静功率按下式计算：(2-1 )式中Q Q v N j j 1000Q 额定起升载荷，N ;Qo 吊具自重，N ;可取Qo =( 0.020.04) Q ;v 起升速度，m；s;机构总效率，它包括滑轮组的效率、导向滑轮效率、卷筒的 机械效率和传动机构的机械效率。 初步计算时，对于圆柱齿轮减速器传 动的起升机构，可取 =0.850.9。所以 Nj 6.311 kN计算电动机功率Ne KdNj考虑到工作环境，对于中小型起重机其系数Kd=0.8，所以Ne选用：YZ系列冶金起重专用三项异步电机，型号：YZ160L 8，额定电压：380V,转速：705转/分效率：82.4%基准工作制为S3 40%2.3减速器的设计计算卷扬机总传动比计算按额定转速初定总传动比，总传动比按下式计算:ndno(2-2 )式中i机构的总传动比；几一电动机额定转速 ，r/min ；n0 卷筒转速 ,r/ min。所以i232减速器的计算因为电动机轴到减速器高速轴由齿轮链接盘连接，其传动比io=1 ,所以减速器的总传动比i =35.43。本设计采用二级圆柱齿轮减速233分配减速器的各级传动比按浸油润滑条件考虑取高速级传动比ii i2，式中i2为低速级传动传 动比。即i=iii26.311 kW所以以上所选参数符合要求。（Pd为电动机功率）A.计算各轴转速nd705 r/min(2-4a )II轴ni1100.14 r/min(2-4b )n3i219.9 r/min(2-4c )卷筒轴n4n319.9 r/min(2-4d )2.计算各轴功率RPd01Pd7.425 kW(2-5a )P21237.1 kW(2-5b )P223P2236.7 kW(2-5c )卷筒轴P36.63kW(2-5d )3.计算各轴转矩电动机轴输出转矩为:Td9550 也 101.6I轴TiTd io1 100.6 N.m(2-6a )U轴T2T1 i112 T1 i 1 23673.1 N.m(2-6b )川轴T3T2 i223T2i2233218.5N.m (2-6c )卷筒轴T4T3243122.5N.m(2-6d )将计算数值列表如卜表1-1 :表1-1传动装置的运动及动力参数轴号功率P(KW)转矩T(N.m)转速传动比i效率电机轴7051I轴705n轴川轴1卷筒轴235齿轮传动的设计计算此减速器的齿轮为一般机械零件，没有特殊要求，从降低成本，减小结构和易于取材原则出发决定选用：小齿轮45钢，调质，齿面硬度217255 HBS大齿轮45钢，正火，齿面硬度169217 HBSA.计算许用接触应力查教材，小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为:小齿轮(217255HBS大齿轮(169217HBS循环次数：N1N2 = N1108L由教材查得Zn1Zn2Sh)Himi =580 MPa)Hlim2 =540 MPa910 (2-7a)(2-7b)齿面接触应力为1HZn1H lim1ShZN 2=527.3 MpaH lim 2Sh=530.2 Mpa(2-8a)(2-8b)取小值 =h 1=527.3 MPaB.计算许用弯曲应力f小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳极限分别为：小齿轮 (217255HBS )Flim1 =440 MPa大齿轮 (169217HBS )Flim2=420 MPaYN1 = Y N2 =1Sf齿轮弯曲应力为:(2-9a)F 1=Yn1 FHm1 =314.3 MpaSfYn2 Flim2 =300 MpaSf(2-9b)齿轮参数设计A.第一级传动 1 ）初选参数小齿轮齿数乙=17大齿轮齿数乙二乙ii=177.04=119螺旋角 102 ）按接触强度结算d1d 32K T1 (u (ZeZhZZ )2(2-10)弹性系数ZE N / mm2节点区域系数Zh =2.464螺旋角系数Z取d=1所以=52.2 mm3）主要尺寸计算模数mnld1 cos52.2 cos103.02 mm17(2-11)取整数mni 3 mm(2-12)中心距a1 1 mn1(Zl 乙)207.15 mm2 cos取整数a1 205 mm计算实际螺旋角：(2-13)mn1（ Z1 Z2）arccos2 12 = 9.22a1螺旋角改变不大，系数Ze、Zh、Z、Z不在修正分度圆直径dd1 Z 先=51.5 mm（2-14a）cso9.2(2-14b)Z2 mn0 =360.7 mm cso9.20齿顶圆直径da(2-15a)da1d1 2mn1 han 51.5 2 3 1 56.5 mmda2 d22mn1 han360.7 2 3 1 366.7 mm(2-15b)齿根圆直径dfmmdf1 d1 2mn1(h*n c；) 51.5 2 3 (1 0.25)44 (2-16a)d f 2d22mni (hanCn)360.7 2 3 (10.25)353.2mm(2-16b)齿宽bb2d di1 51.5 51.5mm(2-17a)bib2 556.5 mm(2-17b)经校核计算，齿根弯曲强度足够使用确定齿轮精度等级及侧隙分别为：小齿轮：8GJ大齿轮：8FH计算结果见下表1-2 :表1-2一级传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸项目小齿轮大齿轮材料及热处理45钢调质45钢正火基本参数齿数17119法面模数（mm ）3分度圆法面压力角20 螺旋角及方向。左。右法面齿顶高系数11法面齿隙系数主要尺中心距205分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径44B.第二级传动1 ）初选参数小齿轮齿数乙=20大齿轮齿数 乙=乙i2=205.03=100螺旋角 102 )按接触强度结算d2(2-18a)d23 2K T2 (U 1)(ZEZHZZ )2Vd uH弹性系数Ze N/mm2节点区域系数Zh =2.464 Z螺旋角系数Z取d=1所以d23 2 1.2 673.1 103 (3.95 1)(189.8 2.464 0.779 0.992)2 1 3.95(527.3)=101.1 mm3）主要尺寸计算模数(2-19)取整数mn25 (mm )中心距a21 W 乙)304.63 mm2 cos(2-20)取整数ai305 mmd2 cos 101.1 cos10m；2-5.13 mm乙20计算实际螺旋角:螺旋角改变不大,arccos切=10.392；2(2-21)系数Ze、Zh、Z、Z不在修正。分度圆直径d(2-22a)d 1 乙 =101.7 mmcso10.39d 2 乙 =508.3cso10.39mm(2-22b)齿顶圆直径dada1d12m；1 h；n101.7 2 5 1 111.7 mm(2-23a)d；2 d2 2m；1 h；508.3 2 3518.3 mm(2-23b)齿根圆直径dfdf1 d12m；1(h；c：)101.7 2(1 0.25) 89.2mm (2-24a)df2 d2 2mm(h；n c；)508.35 (10.25)495.85 mm(2-24b)齿宽bb2d d11 101.7 101.7 mm(2-25a)(2-25b)b1 b25 106.7 mm经校核计算，齿根弯曲强度足够使用。确定齿轮精度等级及侧隙分别为：小齿轮：8GJ大齿轮：8FH计算结果见下表1-3 :表1-3二级传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸项目小齿轮大齿轮材料及热处理45钢调质45钢正火基本参数齿数20100法面模数（mm ）5分度圆法面压力角20 螺旋角及方向。左。右法面齿顶高系数11法面齿隙系数主要尺寸中心距305齿宽分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿轮轴参数设计起重机减速器的齿轮轴属于一般机械零件， 没有特殊要求，所以轴的材料选用45钢，粗加工后进行调质处理便能满足要求。45钢经调质处 理硬 度 为 217255HBS。 所 以 可得b 650MPa S 360MPa 1 300MPa J 60MPa按扭转强度计算轴的直径轴的最小直径公式为：d min 噸（2-26）其中系数A=118107d1 min；7 425(118107)V7T05=25.8723.45mm轴 d2min (11810珅希=48.8443mmd3min (118107)3 6.7 =82.174.4 mm 19.9(2-27a)(2-27b)(2-27c)考虑到第一级传动的小齿轮直径较小，若使用键与轴连接齿轮强度不够，所以把I轴做成齿轮轴，I轴轴头安装联轴器，故将轴径增加5%估取I轴轴径为30 mm，安装轴承处轴径为28 mm，其它尺寸由结构而定。对于U轴，估取U轴轴径为48 mm，安装轴承处轴径为45 mm，其它尺寸由结构而定。对于川轴，估取川轴轴径为 80 mm，靠近齿轮盘接手的安装轴承处轴径为 80 mm ，另一端为 75 mm, 其它尺寸由结构而其他部件可以参考起重机专用减速器 QJR 型减速器而定。所计算的减速器的外形尺寸为： 974 335 594 。3 小车行走机构设计运行机构主要用作水平运移物品以及调整卷扬机的工作位置。在每 个工作循环中起重机都要吊重物运行，则称为工作性运行，桥式起重机 运行动作仅用来调整起重机的工作位置，称为非工作性运行。运行机构分为有轨运行机构和无轨机构两种，前者依靠刚性车轮沿 着专门铺设的轨道运行。由于有轨运行范围比较固定，便于配电，故一 般用电机驱动。后者流动性大，故依靠汽车或者履带运行。本设计为有 轨运行机构。运行机构包括运行支承装置和运行驱动装置。3.1 轨道桥式起重机所用的轨道有铁路钢轨（ P 型）、起重机专用钢轨（ QU型）以及方钢或扁钢，本设计采用起重机专用钢轨（ QU 型）3.2 车轮与车轮组车轮材料一般选用 ZG55 U铸钢。对于轮压较大的车轮可采用合金钢，在本设计中，由于起吊重量比较小， 所以材料选用45号钢。为了提 高车轮的使用寿命，车轮的踏面应进行热处理，表面硬度为HB300350。淬火深度不小于15 mm，并均匀的过渡到未淬火层。桥式起重机的车轮按用途分为三种类型： 行走式车轮，通常为桥式、门式起重机的大、小车车轮使用范围较广； 挂式车轮，在单梁起重机工字钢下翼缘上运行； 槽滑轮式车轮，用于缆索起重机的承载索上。本设计采用轨道上行走式车轮。3.3车轮直径的计算车轮的最大轮压：小车自重估取为 Gx =2000 kg，假定轮压均布,PmaxGx =1875 kg，载荷率-QGx50002000查起重机课程设计，当运行速度小于60 m/min，Gx1.6 时工作类型为中级，车轮直径选为D=350 mm。装配选用双圆头平键，轴承型号：33118E （圆锥滚子轴承）。装配图如3 1图 3 1 主动轮装配根据小车行走所需转矩，以及小车行走速度，选用电动机Y3100L2 8 ，功率为 1.1 kW ，转速为 680 r/min; 减速器 QJR 200 3 1 .5 ，传动比为 31.5。 电机及减速器的选用与前面所述基本相同，在 这里不作赘述。4 卷扬机主要零零部件的设计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 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：A 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。B 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