20噸單滾筒絞車設(shè)計(jì)

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20噸單滾筒絞車設(shè)計(jì)論文.doc

20噸單滾筒絞車設(shè)計(jì)

目   錄

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章 緒論……………………………………………………………………………1

1.1絞車的簡介………………………………………………………………………2

1.2擬定絞車系統(tǒng)圖……………………………………………………………3

第2章卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………5

2.1 常見卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案及分析 ………………………………………………5

    2.1.1 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案比較 ………………………………………5

    2.1.2卷筒軸及件速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則……………………6

    2.1.3液壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的分類……………………………………………………7

    2.1.4液壓式行星齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案………………………………8

2.2本設(shè)計(jì)所采用的方案…………………………………………………………10

2.3卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)注意事宜…………………………………………………10

第3章卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)組成及工作過程分析……………………………………………12

   3.1卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的組成…………………………………………………………………12

   3.2卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)工作過程分析…………………………………………………………12

       3.2.1卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的工作周期……………………………………………………12

       3.2.2載荷升降過程的動(dòng)力分析………………………………………………12

第4章卷揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選用……………………………………15

4.1卷揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)……………………………………………………………15

4.1.1卷揚(yáng)機(jī)卷筒組的分類和特點(diǎn)……………………………………………15

4.1.2卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………15

4.2鋼絲繩的選擇…………………………………………………………………19

第5章液壓馬達(dá)和平衡閥的選擇…………………………………………………20

5.1液壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算………………………………………………………20

5.1.1液壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn)…………………………………………………20

5.1.2液壓馬達(dá)的選用…………………………………………………………20

       5.1.3馬達(dá)的驗(yàn)算………………………………………………………………20

5.2平衡閥的計(jì)算與選用…………………………………………………………23

5.2.1平衡閥的功能簡介………………………………………………………23

5.2.2平衡閥的選用……………………………………………………………23

第6章制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與選用………………………………………………………25

6.1制動(dòng)器的作用、特點(diǎn)及動(dòng)作方式………………………………………………25

6.2制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………26

6.2.1制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算…………………………………………………………26

6.2.2制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)選用………………………………………………………26

6.2.3制動(dòng)盤有效摩擦直徑計(jì)算………………………………………………26

6.2.4制動(dòng)器散熱的驗(yàn)算………………………………………………………27

6.2.5全盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………30

第7章離合器的設(shè)計(jì)與選用………………………………………………………31

7.1離合器的功用、特點(diǎn)與分類…………………………………………………31

7.2圓盤離合器主要性能參數(shù)的計(jì)算……………………………………………32

7.2.1離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩………………………………………………………32

7.2.2圓盤摩擦片的主要尺寸關(guān)系……………………………………………32

7.2.3摩擦式離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩………………………………………………33

7.2.4圓盤摩擦離合器壓力的計(jì)算……………………………………………34

第8章軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………36

8.1軸的材料………………………………………………………………………36

8.2軸的工作能力的計(jì)算…………………………………………………………36

8.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………39

8.3.1擬定軸上零件的裝配方案………………………………………………39

8.3.2根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度…………………………40

8.3.3軸上零件的周向定位……………………………………………………40

結(jié)論………………………………………………………………………………………33

參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………36

致謝………………………………………………………………………………………38

附錄………………………………………………………………………………………40

第一章  緒   論

1.1絞車的簡介

在起重機(jī)械中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷揚(yáng)式，而這樣的機(jī)器叫做卷揚(yáng)機(jī)又叫絞車。

卷揚(yáng)機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具掛梁等多種形式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)載限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。

卷揚(yáng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有三種，分別為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。

內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置集中傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)，這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動(dòng)，需依靠傳動(dòng)環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和換向，這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速困難，操縱麻煩，屬于淘汰類型。目前只有少數(shù)地方應(yīng)用。

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是卷揚(yáng)機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)的工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的卷揚(yáng)機(jī)中，常采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能，操縱簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。

液壓驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在建筑卷揚(yáng)機(jī)中獲得日益廣泛的應(yīng)用。

1.2擬定絞車系統(tǒng)圖

系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡要說明如下：（見圖1.1）

液壓馬達(dá)9的排量切換由二位四通電磁換向閥5實(shí)現(xiàn)，控制壓力由液壓馬達(dá)9自身提供，為了防止下放時(shí)因超越負(fù)載作用而失速，在馬達(dá)回油路上設(shè)置了外控式平衡

閥4。另外，為了提高系統(tǒng)工作可靠性，以防污染和過熱造成的故障，在回油路上設(shè)置了回油過濾器7及冷卻器8。三位四通電磁換向閥9的中位機(jī)能為K型，所以，絞車停止待命時(shí)，液壓泵可以中位低壓卸荷，有利于節(jié)能。

表1.2絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序

工  況 電磁鐵

1YA 2YA 3YA

滿載卷揚(yáng)上升 - + -

空包下放 + - -

停止 - - +

由表1.2可知：當(dāng)電磁鐵2YA通電時(shí)，三位四通電磁換向閥5切換至右位，液壓油經(jīng)過單向閥進(jìn)入液壓馬達(dá)2，驅(qū)動(dòng)滾筒卷揚(yáng)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁鐵1YA通電時(shí)，負(fù)載由平衡閥支撐的同時(shí)快速下放，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，電磁鐵3YA通電，制動(dòng)器制動(dòng)

參考文獻(xiàn)

[1]張質(zhì)文,虞和謙,王金諾,包起帆主編.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:中國鐵道出版社,1997

[2]顏榮慶,李自光,賀尚紅主編.現(xiàn)代工程機(jī)械液壓與液力系統(tǒng).北京:人民交通出版社,2001

[3]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第四版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002

[4]徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991

[5]章日晉主編.機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987

[6]吳宗澤主編.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988

[7]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第三版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1993

[8]汝元功,唐照民主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:高等教育出版社,1995

[9]花家壽編.新型聯(lián)軸器與離合器.上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991

[10]機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)/中國機(jī)械工程學(xué)會(huì),中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會(huì).中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典.南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2002

[11][蘇]隆赫年柯B Л,馬克西莫維奇B A,特羅伊茨基A B,特羅春И Π,波季施柯A B,阿符拉緬柯Л A.機(jī)械零件圖冊(cè).吳克敏等譯.北京:人民教育出版社,1959 

致   謝

三個(gè)月緊張而充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次設(shè)計(jì)中我收獲頗多。畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于我們每一個(gè)大學(xué)生來說都是非常重要。它不僅是對(duì)我們大學(xué)四年學(xué)過的各科知識(shí)的綜合運(yùn)用，而且是把我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的一次檢驗(yàn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我重溫了一遍大學(xué)的課程如機(jī)械制圖、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)等專業(yè)知識(shí)，還涉及了一些以前從未深入了解的知識(shí)，使我開闊了眼界，并增長了知識(shí)，對(duì)自己的所學(xué)進(jìn)一步鞏固，為畢業(yè)后走向社會(huì)工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。

在單滾筒絞車設(shè)計(jì)過程中，除了應(yīng)用到以前學(xué)過的專業(yè)知識(shí)，我還查閱了大量的相關(guān)資料，使我對(duì)這一領(lǐng)域有了一定的了解和認(rèn)識(shí)并掌握了查找資料這項(xiàng)基本技能。在設(shè)計(jì)過程中，第一次將自己所學(xué)的理論知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)際中，使理論知識(shí)在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)。使我學(xué)會(huì)面對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題，如何去分析、并最終解決問題。而且培養(yǎng)了我精益求精、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真對(duì)待問題的工作精神，并且鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨(dú)立解決問題的能力。

此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能如此順利的完成，完全得力于指導(dǎo)老師胡天明老師的充分指導(dǎo)，提出了許多寶貴的建議，改正了許多錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)更加合理、完善。同時(shí)各位同學(xué)也給予了很多建議和幫助，在此對(duì)老師和同學(xué)們表示深切而誠摯的謝意！

1 20 噸單滾筒絞車設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………………… Ⅰ ……………………………………………………………………………Ⅱ 第 1 章 緒論 …………………………………………………………………………… 1 車的簡介……………………………………………………………………… 2 定絞車系統(tǒng)圖…………………………………………………………… 3 第 2 章卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 5 見卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案及分 析 ……………………………………………… 5 揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案比較 ……………………………………… 5 筒軸及件速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則…………………… 6 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的分類…………………………………………………… 7 壓式行星齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案……………………………… 8 設(shè)計(jì)所采用的方案………………………………………………………… 10 揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)注意事宜………………………………………………… 10 第 3章卷 揚(yáng)機(jī)構(gòu)組成及工作過程分析 …………………………………………… 12 揚(yáng)機(jī)構(gòu)的組成………………………………………………………………… 12 揚(yáng)機(jī)構(gòu)工作過程分析………………………………………………………… 12 揚(yáng)機(jī)構(gòu)的工作周期…………………………………………………… 12 荷升降過程的動(dòng)力分析……………………………………………… 12 第 4 章卷揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選用 …………………………………… 15 揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)…………………… ……………………………………… 15 揚(yáng)機(jī)卷筒組的分類和特點(diǎn)…………………………………………… 15 筒設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………… 15 絲繩的選擇………………………………………………………………… 19 第 5 章液壓馬達(dá)和平衡閥的選擇 ………………………………………………… 20 2 壓馬達(dá)的選用與驗(yàn)算……………………………………………………… 20 壓馬達(dá)的分類及特點(diǎn)………………………………………………… 20 壓馬達(dá)的選用…………… …………………………………………… 20 達(dá)的驗(yàn)算……………………………………………………………… 20 衡閥的計(jì)算與選用………………………………………………………… 23 衡閥的功能簡介……………………………………………………… 23 衡閥的選用…………………………………………………………… 23 第 6 章制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與選用 ……………………………………………………… 25 點(diǎn)及動(dòng)作方式……………………………………………… 25 動(dòng)器的 設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………… 26 動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算………………………………………………………… 26 動(dòng)盤的設(shè)計(jì)選用……………………………………………………… 26 動(dòng)盤有效摩擦直徑計(jì)算……………………………………………… 26 動(dòng)器散熱的驗(yàn)算……………………………………………………… 27 盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 30 第 7 章離合器的設(shè)計(jì)與選用 ……………………………………………………… 31 合 器的功用、特點(diǎn)與分類………………………………………………… 31 盤離合器主要性能參數(shù)的計(jì)算…………………………………………… 32 合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩……………………………………………………… 32 盤摩擦片的主要尺寸關(guān)系…………………………………………… 32 擦式離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩……………………………………………… 33 盤摩擦離合器壓力的計(jì)算…………………………………………… 34 第 8 章軸的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 36 的材料……………………………………………………………………… 36 的工作能力的計(jì)算………………………………………………………… 36 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 39 定軸上零件的裝配方案……………………………………………… 39 據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度………………………… 40 上零件的周向定位…………………………………………………… 40 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………… 33 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 36 3 致謝 ……………………………………………………………………………………… 38 附錄 ……………………………………………………………………………………… 40 第一章 緒 論 車的簡介 在起重機(jī)械中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷揚(yáng)式，而這樣的機(jī)器叫做卷揚(yáng)機(jī)又叫絞車。 卷揚(yáng)機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件 。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具掛梁等多種形式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)載限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。 卷揚(yáng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有三種，分別為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置集中傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)，這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動(dòng)，需依 靠傳動(dòng)環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和換向，這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速困難，操縱麻煩，屬于淘汰類型。目前只有少數(shù)地方應(yīng)用。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是卷揚(yáng)機(jī)的主要驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)的工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的卷揚(yáng)機(jī)中，常采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能，操縱簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)中應(yīng)用廣泛。 液壓驅(qū)動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓 驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在建筑卷揚(yáng)機(jī)中獲得日益廣泛的應(yīng)用。 4 定絞車系統(tǒng)圖 系統(tǒng)的工作原理及其特點(diǎn)簡要說明如下：（見圖 液壓馬達(dá) 9 的排量切換由二位四通電磁換向閥 5 實(shí)現(xiàn)，控制壓力由液壓馬達(dá) 9自身提供，為了防止下放時(shí)因超越負(fù)載作用而失速，在馬達(dá)回油路上設(shè)置了外控式平衡 閥 4。另外，為了提高系統(tǒng)工作可靠性，以防污染和過熱造成的故障，在回油路上設(shè)置了回油過濾器 7及冷卻器 8。三位四通電磁換向閥 9的中位機(jī)能為 以，絞車停止待命時(shí)，液壓泵可以中位低壓卸荷，有利于節(jié)能。 表 工 況 電磁鐵 1載卷揚(yáng)上升 - + - 空包下放 + - - 停止 - - + 由表 電磁鐵 2位四通電磁換向閥 5切換至右位，液壓油經(jīng)過單向閥進(jìn)入液壓馬達(dá) 2，驅(qū)動(dòng)滾筒卷揚(yáng)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁鐵 1電時(shí)，負(fù)載由平衡閥支撐的同時(shí)快速下放，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，電磁鐵 3動(dòng)器制動(dòng) 。 5 圖 片式摩擦離合 器 2、液壓馬達(dá) 3、 6、溢流閥 4、外控式平衡閥 5、 三位四通電磁換向閥 7、回油過濾器 8冷卻器 9、液壓馬達(dá) 10、油箱 6 圖 路圖 7 第二章 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 卷揚(yáng)機(jī)方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)：機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式；安裝位置的限制條件和機(jī)型種類與參數(shù)匹配等。 見卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析 液壓式卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案比較 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)和卷筒組安裝相對(duì)位置不同，卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)布置方案的基本型有并軸式和同軸式兩種。而這兩種基本型中又有單卷筒和雙卷筒之分。下面介紹幾種常見的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)方案。 圖 軸布置單卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu) 圖 們的卷筒軸與原動(dòng)機(jī)軸線并列平行布置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 為了提高取物裝置在空載或輕載時(shí)的下降速度，有的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)設(shè)置了重力下降裝置（圖 在卷筒上裝有帶式制動(dòng)器和內(nèi)漲式摩擦離合器。當(dāng)離合器分離時(shí)，驅(qū)動(dòng)卷筒的動(dòng)力源被切斷，卷筒處于浮動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)可利用裝在卷筒上的帶式制動(dòng)器控制取物裝置以重力快速下降。 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問題是卷筒軸與減速器輸出軸的連接方式。圖 a）、（ b）所示方案，它們是把 卷筒安裝在減速器輸出軸的延長部分上，從力學(xué)觀點(diǎn) 8 看，屬于三支點(diǎn)的超靜定軸，減小了軸承受的彎矩。但是，這種結(jié)構(gòu)對(duì)安裝精度要求很高，而且使的卷筒組和減速器的裝配很不方便，減速器也不能獨(dú)立進(jìn)行裝配和試運(yùn)轉(zhuǎn)，更換軸承也較困難。然而，它的外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，適用于中小型建筑機(jī)械的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)。 圖 c）、（ d）所示方案，卷筒組與減速器輸出端均采用了補(bǔ)償式連接。圖 c）減速器的輸出軸利用齒輪連軸節(jié)與卷筒連接，且直接把動(dòng)力傳遞給卷筒。圖 d）是采用十字滑塊聯(lián)軸節(jié)將卷筒和減速器輸出軸連成一體，卷筒軸的 右端伸入到減速器輸出軸上的聯(lián)軸節(jié)半體中心孔內(nèi)，構(gòu)成了軸的一個(gè)支點(diǎn)，輸出軸和卷筒軸均為筒支結(jié)構(gòu)，構(gòu)造緊湊，制造、安裝均有良好的分組性。 并軸布置雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)（圖 由一臺(tái)液壓馬達(dá)通過二級(jí)齒輪減速器分別驅(qū)動(dòng)裝在兩根平行軸上的主、副卷筒。在這兩個(gè)卷筒上分別裝有離合器和制動(dòng)器。通過液壓操縱系統(tǒng)的控制可使主、副卷筒獨(dú)立動(dòng)作，并能實(shí)現(xiàn)重力下降。 圖 軸布置雙卷筒卷揚(yáng)機(jī)構(gòu) 雙卷筒集中驅(qū)動(dòng)，可減少一套液壓馬達(dá)及傳動(dòng)裝置。 筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則 綜上所 述，卷筒軸與減速器輸出軸連接方式設(shè)計(jì)的基本原則是： 1． 盡量避免采用多支點(diǎn)的超靜定軸。因?yàn)槎嘀С悬c(diǎn)受力復(fù)雜且軸安裝精度 不易保證。 2． 優(yōu)先采用減速器輸出端直接驅(qū)動(dòng)卷筒的連接方式，使卷筒軸不傳遞扭距， 盡可能避免卷筒軸收彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合作用，以減少軸的直徑。 3． 使機(jī)構(gòu)有良好的總成分組行，以利制造、安裝、調(diào)試和維修。 9 4． 結(jié)構(gòu)緊湊、構(gòu)造簡單，工作安全可靠。 5． 卷筒組與減速器輸出軸優(yōu)先采用補(bǔ)償式連接，這樣，在安裝時(shí)允許總成 間有小量的軸向、徑向和角度位移，以補(bǔ)償安裝位置誤差和機(jī)件的變形。 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的分類 近年來 普遍采用了行星齒輪傳動(dòng)的多速卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，利用控制多泵合流和液壓馬達(dá)的串并聯(lián)或采用變量液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的多種工作速度，從而實(shí)現(xiàn)輕載高速、重載低速，提高工作效率，以滿足各種使用要求。 液壓傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)可分為下列幾種形式： 由于選用的液壓馬達(dá)的形式不同，液壓起升機(jī)構(gòu)可分為高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)和低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)兩種形式。 高速液壓馬達(dá)傳動(dòng)需要通過減速器帶動(dòng)起升卷筒。減速器可采用批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)減速器，通常有圓柱齒輪式，蝸輪蝸桿式和行星齒輪式減速器。這種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)是液壓馬達(dá)本身重量輕、體積小，容積 效率高，生產(chǎn)成本較低。但整個(gè)液壓起升機(jī)構(gòu)重量較重，體積較大。 低速大扭矩馬達(dá)傳動(dòng)可直接或通過一級(jí)開式圓柱齒輪帶動(dòng)起升卷筒。雖然低速馬達(dá)本身體積和重量較大，但不用減速器，使整個(gè)液壓起升機(jī)構(gòu)重量減輕，體積減小。并使傳動(dòng)簡單、零件少，起動(dòng)性能和制動(dòng)性能好，對(duì)液壓油的污染敏感性小。殼轉(zhuǎn)的內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩馬達(dá)，可以裝在卷筒內(nèi)部，由馬達(dá)殼體直接帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于布置。 圖 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 (一 ) 壓式行星齒輪傳動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 液壓多速卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)有多種布置方案 ，如： 10 1、液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器分別布置在卷筒的兩側(cè)，即對(duì)稱布置（圖 2、液壓馬達(dá)和制動(dòng)器分別布置在卷筒的兩側(cè)，行星減速器裝在卷筒內(nèi)部（圖 圖 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 (二 ) 圖 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 (三 ) 3、液壓馬達(dá)、制動(dòng)器布置在卷筒同一側(cè)，行星減速器裝在卷筒內(nèi)（圖 4、 液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器均裝入卷筒內(nèi)部（圖 11 圖 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 (四 ) 二三方案屬于同一類型，由于行星減速器裝在卷筒 內(nèi)，所以體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊，但由于卷筒內(nèi)的空間位置受到限制，要求安裝精度高，零件加工工藝復(fù)雜，軸承的選擇較困難，維修不方便。它們的不同處是制動(dòng)器的安裝位置，方案二顯得對(duì)稱性好。 方案四顯然較方案二、方案三的外形尺寸更小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。但是它除了有二、三方案中的問題外，還存在制動(dòng)器和液壓馬達(dá)的散熱性極差，檢修調(diào)試也很不方便。 圖 壓卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)布置方案 (五 ) 二、三、四方案均屬同軸式布置，即使液壓馬達(dá)和卷筒軸在同一中心線上，總 12 成組裝時(shí)要保證規(guī)定的同心度。 5．液壓馬達(dá)、制動(dòng)器和行星減速器都布置在卷筒的同一側(cè)（圖 這種布置形式，機(jī)構(gòu)的軸向尺寸較大，維修不太方便，同時(shí)也會(huì)給總體布置帶來一定困難。但它易于加工和裝配，總成分組性較好。 設(shè)計(jì)所采用的方案 本設(shè)計(jì)給出的馬達(dá)的排量為 520ml/r，工作壓力為 此選用低速大扭矩馬達(dá)， 采用低速方案，不選用減速器。傳動(dòng)方案根據(jù)比較選用如（圖 示，多片盤式制動(dòng)器安裝在馬達(dá)上，聯(lián)軸器內(nèi)置于卷筒內(nèi)。此方案整體體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊。 圖 設(shè)計(jì)所采用 的方案 揚(yáng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)注意事宜 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的方案的設(shè)計(jì)除認(rèn)真考慮以上問題外，還要酌情處理好以下事宜。 1、分配機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比時(shí)，級(jí)差不宜過大，一般可采取從原動(dòng)機(jī)至卷筒逐級(jí)降低傳動(dòng)比的分配方法。 2、卷筒直徑盡量選取最小許用值，因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，扭矩和傳動(dòng)比也隨之增大，引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸膨脹。但在起升高度大的情況下，為了不使卷筒長度過大，有時(shí)采用加大直徑的辦法來增加卷筒的容繩量。 3、對(duì)于具有多種替換工作裝置的機(jī)械，卷筒的構(gòu)造應(yīng)能提供快速換裝的措施，如制成剖分組合式 卷筒等。 4、滑輪組的倍率對(duì)機(jī)構(gòu)的影響較大。因此，滑輪組的倍率不宜取得過大。 一般當(dāng)起升載荷 50QP ，滑輪組的倍率宜取 2， 250QP ，倍率取 3~6，載荷量更大時(shí)，倍率可取 8 以上。 5、卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器是確保工作安全可靠的關(guān)鍵部件。支持制動(dòng)器一般應(yīng)裝在扭矩最小的驅(qū)動(dòng)軸上，這樣可減少制動(dòng)器的尺寸。但是若采用制動(dòng)力矩大、體積小結(jié) 13 構(gòu)簡單的鉗盤式制動(dòng)器時(shí)，可將其裝在卷筒的側(cè)板上，以提高卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的可靠性。 對(duì)于 起吊危險(xiǎn)物品的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置兩套制動(dòng)裝置。 14 第三章 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)組成及工作過程分析 揚(yáng)機(jī)構(gòu)的組成 根據(jù)選用的低速方案分析卷揚(yáng)機(jī)由液壓馬達(dá)、長閉多片盤式制動(dòng)器、離 合器、卷筒、支承軸、平衡閥和機(jī)架等部件組成。 揚(yáng)機(jī)構(gòu)工作過程分析 揚(yáng)機(jī)構(gòu)的工作周期 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)是周期性作業(yè)。一個(gè)工作周期為：啟動(dòng)加速（ 0→ a）、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（ a→ b）和制動(dòng)減速（ b→ c）三個(gè)過程（ 圖 載荷由靜止?fàn)顟B(tài)被加速到穩(wěn)定工作速度（穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)）時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間稱為 啟動(dòng)時(shí)間，從 a到 動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間直接影響卷揚(yáng)機(jī)的工作過程，設(shè)計(jì)時(shí)可通過計(jì)算選取較為適合的時(shí)間。 圖 揚(yáng)機(jī)構(gòu)工作過程曲線 荷升降過程的動(dòng)力分析 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)帶載作變速運(yùn)動(dòng)（起動(dòng)或制動(dòng)）時(shí)，作用在機(jī)構(gòu)上的載荷除靜力外，還有作加速運(yùn)動(dòng)（或減速運(yùn)動(dòng)）質(zhì)量產(chǎn)生的動(dòng)載荷。 1． 起升起動(dòng)過程 15 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)帶載提升時(shí)，載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)速度 時(shí)，懸掛載荷的 鋼絲繩拉力（圖 ： P??式中 起升載荷； 由加速運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力。 在起升起動(dòng)時(shí)，慣性力方向與起升載荷方向相同，使鋼絲繩拉力增加。 圖 物升降過程的動(dòng)力分析 （ a）起升起動(dòng)；（ b）起升制動(dòng)；（ c）下降起動(dòng)；（ d）下降制動(dòng) 2、 起升制動(dòng)過程 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)由勻速運(yùn)動(dòng)制動(dòng)減速到靜止的過程稱為起升制動(dòng)過程。此時(shí)，懸掛重物的鋼絲繩拉力 P??（圖 由于減速運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力使鋼絲繩拉力減小。 3、下降啟動(dòng)過程 將載荷從靜止?fàn)顟B(tài)加速下降到勻速的過程稱為下降起動(dòng)過程（圖 此時(shí)，慣性為向與載荷鋼絲繩拉力減小，即 P?? 16 卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)懸吊載荷以勻速下降時(shí)，將制動(dòng)器上閘，使載荷由勻速下降減速到靜止?fàn)顟B(tài)的過程稱為下降制動(dòng)過程（圖 此時(shí)因慣性力使鋼絲繩拉力增加，即 P??。 綜上分析可得如下結(jié)論：起升起動(dòng)和下降制動(dòng)是卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)最不利的兩個(gè)工作過程，起升起動(dòng)時(shí)原動(dòng)機(jī)要克服的阻力距是靜阻力矩與最大慣性阻力距之和。因此，原動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩m a xq j M??下降制動(dòng)是制動(dòng)器最不利的工作過程，所以，卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)支持制動(dòng)器的制動(dòng)力矩 m a xZ j M??才能將運(yùn)動(dòng)的物品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)的停住。 式中 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)載荷勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜阻力矩； 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)的最大慣性阻力矩。 顯然，上述兩種工作過程是決定卷揚(yáng)機(jī)原動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器性能以及對(duì)機(jī)構(gòu)的零部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。 17 第四章 卷揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)和鋼絲繩的選用 揚(yáng)機(jī)卷筒的設(shè)計(jì) 揚(yáng)機(jī)卷筒組的分類和特點(diǎn) 卷筒是起升機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。常用卷筒組類型有齒輪連接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。 齒輪連接盤式卷筒組為封閉式傳動(dòng)，分組性好，卷筒軸不承受扭矩，是目前橋式起重機(jī)卷筒組的典型結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒。 周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動(dòng)速比大、轉(zhuǎn)速低的場合，一般為開式傳動(dòng)，卷筒軸只承受彎矩。 短軸式卷筒組采用分開的短軸代替整根卷筒長軸。減速器側(cè)短軸采用鍵與 過盈配合與卷筒法蘭盤剛性連接，減速器通過鋼球或圓柱銷與底架鉸接；支座側(cè)采用定軸式或轉(zhuǎn)軸式短軸，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，調(diào)整安裝比較方便。 內(nèi)裝行星齒輪式卷筒組輸入軸與卷筒同軸線布置，行星減速器置于卷筒內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，但制造與裝配精度要求較高，維修不便，常用于結(jié)構(gòu)要求緊湊、工作級(jí)別為 下的機(jī)構(gòu)中。 根據(jù)鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數(shù)分單層繞卷筒和多層繞卷筒。由于本設(shè)計(jì)的卷繞層數(shù)為三層，因此采用多層卷筒。根據(jù)鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯(lián)卷筒（一根鋼絲繩分支繞入卷筒）和雙卷筒（兩根鋼絲繩分支同時(shí)繞 入卷筒）。單聯(lián)卷筒可以單層繞或多層繞，雙聯(lián)卷筒一般為單層繞。起升高度大時(shí)，為了減小雙聯(lián)卷筒長度，有將兩個(gè)多層繞卷筒同軸布置，或平行布置外加同步裝置的實(shí)例。 多層卷筒可以減小卷筒長度，使機(jī)構(gòu)緊湊，但鋼絲繩磨損加快，工作級(jí)別 上的機(jī)構(gòu)不宜使用。 筒設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)工作狀況和起升載荷確定卷揚(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別，根據(jù)表查得汽車、輪胎、履帶、鐵路起重機(jī)，安裝及裝卸用吊鉤式，利用等級(jí) 荷情況 作級(jí)別 1． 卷筒名義直徑 D ( 1)D e d?? 18 式中 e —— 卷筒直徑比，由表選取 ; D —— 卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）（ ; d —— 鋼絲繩直徑 ( e 根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)工作級(jí)別 用 e =25，根據(jù)已知得 d =8數(shù)值代入式中得 D =（ 25*8=192據(jù)所得的數(shù)據(jù)選卷筒名義直徑 D =200 卷筒最小直徑的計(jì)算： 中 按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪的最小直徑 d—— 鋼絲繩直徑 h— — 系數(shù)值； 根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別為 F 8× 8=144 D＞ 以卷筒直徑符合條件。 2． 卷筒長度 L 確定 由于采用多層卷繞卷筒 L，由下式 1 . 1()n D ?? ?(1 . 1 ~ 1 . 2 )? 式中 l —— 多層卷繞鋼繩總長度（ 根據(jù)已知卷筒容繩量為 27m，所以 l =27m， 把數(shù)據(jù)代入式中得 31 . 1 2 7 1 0 9 . 63 ( 2 0 0 8 )L ?? ? ??? ? ?=多層卷繞卷筒長度 L =200 3、繩槽的選擇 單層卷繞卷筒表面通常切出導(dǎo)向螺旋槽，繩槽分為標(biāo)準(zhǔn)槽和深槽兩種形式，一般情況都采用標(biāo)準(zhǔn)槽。當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險(xiǎn)時(shí)（例如起升機(jī)構(gòu)卷筒， 鋼絲繩向上引出的卷筒）以及高速機(jī)構(gòu)中，采用深槽。 多層卷繞卷筒表面以往都推薦做成光面，為了減小鋼絲繩磨損。但實(shí)踐證明，帶 19 螺旋槽的卷筒多層卷繞時(shí)，由于繩槽保證第一層鋼絲繩排列整齊，有利于以后各層鋼絲繩的整齊卷繞。光面卷筒極易使鋼絲繩多層卷繞時(shí)雜亂無序，由此導(dǎo)致的鋼絲繩磨損遠(yuǎn)大于有繩槽的卷筒。 帶繩槽單層繞雙聯(lián)卷筒，可以不設(shè)擋邊，因?yàn)殇摻z繩的兩頭固定在卷筒的兩端。多層繞卷筒兩端應(yīng)設(shè)擋邊，以防止鋼絲繩脫出筒外，檔邊高度應(yīng)比最外層鋼絲繩高出(1~1.5)d 。 （ 1）繩槽半徑 R 根據(jù)下式 ( 0 . 5 3 ~ 0 . 5 6 ) 取 R=數(shù)值代入得 R=8=槽節(jié)距 P=d+（ 2～ 4） P=8+2=10槽深度 h=（ d 取 h=8= （ 2）卷筒上有螺旋槽部分長0()3 式中0D——0D=，卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑（ 20 1z——1z ?固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取1Z?2； 把數(shù)據(jù)代入式中得 302 7 1 0( ) 1 03 2 8L ????? ? ?=此可取 0L=170 （ 3）繩槽表面精度： 2 級(jí) —— 4、卷筒壁厚 ? 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計(jì)算式子： 0 . 0 2 ( 6 ~ 1 0 )D? ??數(shù)值代入式中有 ? ==12選用 ? =12 5、鋼絲繩允許偏角 鋼絲繩繞進(jìn)或繞出 卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于 對(duì)于光面卷筒和多層繞卷筒，鋼絲繩與垂直于卷筒軸的平面的偏角推薦不大于 2o，以避免亂繩。 布置卷繞系統(tǒng)時(shí)，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出滑輪槽的最大偏角推薦不大于 5o，以避免槽口損壞和鋼繩脫槽。 6、卷筒強(qiáng)度計(jì)算 卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，其中壓縮應(yīng)力最大。當(dāng) 3時(shí)，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的 10% ~ 15% ， 只計(jì)算壓應(yīng)力即可。當(dāng) 3時(shí)，要考慮彎曲應(yīng)力。對(duì)尺寸較大，壁厚較薄的卷筒還需對(duì)筒壁進(jìn)行抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算。 由于所設(shè)計(jì)的卷筒直徑 D =200L =2003 。所以只計(jì)算壓應(yīng)力即可。 卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面壓應(yīng)力c?按下式計(jì) 算： m a ]p?????式中c?—— 卷筒壁壓應(yīng)力（ 21 鋼絲繩最大靜拉力（ N）； 1A—— 應(yīng)力減小系數(shù)，在繩圈拉力作用下，筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形，使繩圈緊度降低，鋼絲繩拉力減小，一般取1 ； 2A—— 多層卷繞系數(shù)。多層卷繞時(shí)，卷筒外層繩圈的箍緊力壓縮下層鋼絲繩，使各層繩圈的緊度降低，鋼絲繩拉力減小，筒壁壓應(yīng)力不與卷繞層數(shù)成正比2 []c? —— 許用壓應(yīng)力，對(duì)鑄鐵 []c? /5b?? ，b?為鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限，對(duì)鋼[]c? /2s?? ， s? 為鋼的屈服極限。 取1 ，2根據(jù)已知卷筒底層拉力 1100算得m a x 1 1 0 0 9 . 8 0 7 1 0 7 8 7 . 7? ?，把各數(shù)代入式中： 1 0 7 8 7 . 70 . 7 5 1 . 81 2 1 0c? ?? ?=據(jù)所計(jì)算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 800 2 ，其抗壓強(qiáng)度極限[]b? 800， /5b? 160， c? = 圖 式制動(dòng)器制動(dòng)盤受力圖 盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)公式： 軸向推力2 210?摩擦盤有效面直徑?當(dāng) ，可取2? 式中 計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ； yR、 摩擦面的外、內(nèi)半徑 盤式取 (1 . 2 ~ 2 . 5 ) 軸向推力 N ； n —— 摩 擦副數(shù)目； ? —— 摩擦系數(shù)。 根 據(jù) 前 面 的 計(jì) 算46 所以取332223?= 33222 =數(shù)值代入前式得： 21 4 3 0 . 4 5 105 0 . 4 5 7 . 4 7??? =據(jù)所計(jì) 算的軸向推力 33 第七章 離合器的設(shè)計(jì)與選用 合器的功用、特點(diǎn)與分類 離合器是一種通過各種操縱方式，實(shí)現(xiàn)主從動(dòng)部分在同軸線上傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)具有接合或分離功能的裝置。離合器有各種不同的用途，根據(jù)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間或機(jī)械中各部件之間的工作要求，離合器可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)起動(dòng)或停止，以及改變傳動(dòng)件的工作狀態(tài)，達(dá)到改變傳動(dòng)比，如傳動(dòng)件之間相對(duì)同步或超越運(yùn)動(dòng)。此外，離合器還可以作為起動(dòng)或過載時(shí)控制傳遞轉(zhuǎn)矩大小的安全 保護(hù)裝置等。 按離合器接合元件傳動(dòng)的工作原理，可分為嵌合式離合器和摩擦式離合器，按實(shí)現(xiàn)離、合動(dòng)作的過程可分為操縱式和自控式，按離合器的操縱方式，則可分為機(jī)械式、氣壓式、液壓式和電磁式等，按結(jié)構(gòu)還可分為多種不同的形式。 1． 對(duì)離合器的基本要求 （ 1） 離、合迅速，平穩(wěn)無沖擊，分離徹底，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。 （ 2） 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，慣性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。 （ 3） 接合元件耐磨性高，使用壽命長，散熱條件好。 （ 4） 操縱方便省力，制造容易，調(diào)整維修方便。 2． 影響離合器選擇的因素 a． 原動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能 b． 離合器的受載特性 c． 接合元件的性質(zhì) d． 操縱方式 e． 環(huán)境條件 3． 離合器的選擇和工作性能參數(shù) a． 離合器的型式 b． 離合器的工作容量 c． 摩擦功和溫升 d． 接合元件的使用壽命 e． 離合器的轉(zhuǎn)速和影響性 按要求，本設(shè)計(jì)采用機(jī)械操縱式多片圓盤摩擦離合器，屬摩擦式離合器。 34 盤離合器主要性能參數(shù)的計(jì)算 合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 對(duì)于摩擦式離合器 c K? ? () 式中 ——)； T —— 離合器的理論轉(zhuǎn)矩，對(duì)于摩擦式離合器可取運(yùn)轉(zhuǎn)中最大工作轉(zhuǎn)矩或接合過程中工作轉(zhuǎn)矩與慣性轉(zhuǎn)矩之和 ()； K —— 工作情況系數(shù)，其值與原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的類型、離合器的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)。通常對(duì)干式摩擦式離合器，可取較大的值，對(duì)濕式摩擦式離合器，可取較小的值； 離合器接合頻率系數(shù)； 滑動(dòng)速度系數(shù)。 根據(jù)以前求得 T =，按表取 ，，數(shù)值代入式中得： 1 . 2 5 1 0 0 4 . 8 51 1 . 3 5? ? = 盤摩擦片的主要尺寸關(guān)系 圖 盤摩擦片尺寸圖 摩擦片內(nèi)徑1 35 干式 1 (1 2 )式 1 (2 ~ 3)中 —— d 為軸的直徑（ 由已知得 d =60入式中得1 2 55D ??=110擦面外徑2 ~ 2 )數(shù)據(jù)代入式中得2 2 110D ??=220擦片數(shù)目 z 332132 [ ] ( )p R R K??? ?? 式中 摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù)，對(duì)于每小時(shí)接合次數(shù)小于 50 次的干式和濕式離合器取 1，對(duì)于每小時(shí)接合次數(shù)超過 50 次的濕式離合器，按表查。 ? —— 摩擦系數(shù)； p —— 摩擦面的壓力 2/N 表查得 ? =p = N 把以前計(jì)算的各值代入式中得： 333 9 3 0 . 4 1 22 0 . 2 0 . 3 5 (1 1 0 5 5 ) 1z ? ?? ? ? ? ? ?= z=6。 擦式離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩 離合器摩擦面上的摩擦轉(zhuǎn)矩對(duì)（圖 示的摩擦盤為 vT ??N 式中 A—— 摩擦器的總摩擦面積 2221()A z R R???2 z —— 摩擦面數(shù)； 1R、2R—— 摩擦盤工作面的內(nèi)、外半徑 36 當(dāng)量摩擦半徑 3212221()23 ( )??圖 擦盤尺寸關(guān)系 根據(jù)前面計(jì)算1R=92R=136z =15，把數(shù)值代入式中得： 226 (1 1 0 5 5 )A ?? ? ? ?= 217097333222 (1 1 0 6 0 )3 (1 1 0 6 0 )?=表查得 ? =p = N 把取的數(shù)據(jù)和計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式中得： 0 . 2 0 . 3 5 4 . 7 3 1 7 0 9 7 3 8 2 . 5 9 8 7 . 3 6T N m? ? ? ? ? ? ? ? 離合器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩通過計(jì)算得 9 3 0 . 4 1 2 m??，由上式計(jì)算得摩擦轉(zhuǎn)矩9 8 7 T N m? ??。 ? ，因此，數(shù)據(jù)選用的合格。 盤摩擦離合器壓力的計(jì)算 a．摩擦面的壓緊力 Q m?? N 式中 m—— 摩擦面對(duì)數(shù)， 1（ z 為摩擦片數(shù)）。 37 其他符號(hào)見以前式子。 按前面計(jì)算得 9 3 0 . 4 1 2 m??，? =m=6，把數(shù)據(jù)代入到式子中得： 9304128 2 0 ??=b．摩擦工作面的平均壓力 p []2? 2/N 式中 b —— 摩擦面的寬度 1b R R??。 b 經(jīng)計(jì)算得 1 1 0 6 0 5 0b m m? ? ? ，把各項(xiàng)數(shù)值代入式中得： 1 1 2 7 7 . 72 5 0 8 4 . 5p ????? [ ] 2/N 因?yàn)?[]，所以校驗(yàn)合格。 38 第八章 軸的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)和其他零件的設(shè)計(jì)相似，包括材料的選用、工作能力的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾方面的內(nèi)容。 的材料 由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度 ，故采用碳鋼制造的軸尤為廣泛，因此軸的材料選擇 45 號(hào)鋼并采用正火處理。 的工作能力的計(jì)算 軸的工作能力的計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度，這時(shí)需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形，對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還需進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。 1、求出軸上的轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 由于軸通過聯(lián)軸器和馬達(dá)直接相連，故 中 馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)矩（ ）； 馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速（ /。 把數(shù)值代入式中得： 1440 N m? ? ? 1 7 5 / m i n r?? 2、求作用在軸上的各作用力 由于軸帶動(dòng)聯(lián)軸器、卷筒轂、和離合器轉(zhuǎn)動(dòng)方案見（圖 因此，軸只受扭矩作用，由于軸除受自身重力和軸上各部件的壓力外不再受徑向力作用，因此軸所受的徑向力可忽略不記 39 圖 設(shè)計(jì)軸的裝配方案 圖 3、初步確定軸的最小直徑 根據(jù)式子 39550000[]0 . 2? ? ?式中T?—— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （ ； T —— 軸所受的扭矩（ N ） 軸的抗扭截面系數(shù)（ 3； n —— 軸的轉(zhuǎn)速（ r/ 40 P —— 軸傳遞的功率（ ； d —— 計(jì)算截面處軸的直徑（ []? —— 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（ 。 由上式得軸的直徑 3 95500000 ] ?=3 ]據(jù)軸的選用材料查表得 []? =40把數(shù)據(jù)代入式中得 3 14400 0d ? ?=軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱，對(duì)于直徑100d 的軸如有多個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)增大為 10% ~ 15% ，故 (1 1 2 ) = 輸出軸的最小直徑顯然是安裝離合器處軸的直徑I 為了使所選的軸的直徑I 離合器的孔徑及液壓馬達(dá)的軸徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取離合器的型號(hào)，綜合考慮以上幾種因素選取 d=60 5、校核軸的強(qiáng)度 按下式計(jì)算 22221()( ) 4 ( ) [ ]2 W??????? ? ? ? 式中— 軸的計(jì)算應(yīng)力（ ； M—— 軸所受的彎矩（ N ）； T—— 軸所受的扭矩（ N ）； W—— 軸的抗彎截面系數(shù)（ 3； ? —— 折合系數(shù)； 1[]??—— 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力。 由于本設(shè)計(jì)中軸只受扭矩的作用因此 0M? ，由下式計(jì)算： 21() []???? 41 圖 彎、抗扭計(jì)算截面圖 軸的抗彎截面系數(shù)依照（圖 按下式計(jì)算： 32()3 2 2d b t d tW d? ???把數(shù)帶入式中計(jì)算得： 其中 b=18， t= = 0 折合系數(shù) ? 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)， 把計(jì)算的值和已知的值代入式中得： 24( 0 . 3 1 7 1 5 0 0 0 ) 2 1 . 72 . 3 1 0 P a?????根據(jù)軸的材料按表選1[]??=255因此1[]??，故安全。 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 定軸上零件的裝配方案 軸的結(jié)構(gòu)形式與軸上主要零件的位置及裝配方案有關(guān)。確定裝配方案就是定出軸上主要的裝配方向、 順序及相互關(guān)系。擬定裝配方案時(shí)，一般要考慮幾個(gè)方案，分析 42 比較后選定。本設(shè)計(jì)的方案如（圖 裝配方案為摩擦片離合器、軸承、軸承端蓋、支架、卷筒轂、卷筒按從左到右的方向裝配，左端為卷筒、套筒、多盤式摩擦制動(dòng)器按從左到右方向裝配。 據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度 （ 1）按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩0多片式摩擦離合器，與之相匹配的選取最小軸徑ⅠⅡd ?=60軸配合的轂孔長度 l=70以?、瘼騦 ?=153 （ 2）初步選擇滾動(dòng)軸承，因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，根據(jù)軸徑及軸承標(biāo)準(zhǔn)，由設(shè)計(jì)手冊(cè)中初步選取 7313C，其尺寸為 d× D× B=65× 140× 33，所以?、颌骴 ?=65Ⅲl ?=32 （ 3）由卷筒轂的寬度及軸承定位需要一定的軸肩，?、螈鬱 ?=84Ⅳl ?=47時(shí)根據(jù)卷筒的寬度和卷筒轂的寬度?、簪鮠 ?=92Ⅴl ?=136理ⅤⅥd ?=84ⅥL ?=45 （ 4）根據(jù)選擇的多盤式摩擦制動(dòng)器及在軸上安裝的位置選取ⅥⅦd ?=80Ⅶl ?=166 （ 5）根據(jù)軸承?、鳍鴇 ?=65Ⅷl ?=34 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 上零件的周向定位 制動(dòng)器、卷筒輪轂和離合器與軸的周向定位均采用平鍵連接。由于連接制動(dòng)器、卷筒輪轂和離合器的軸的工作狀況都一樣，所以采用的鍵的類型都一樣。卷筒輪轂的鍵由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得平鍵截面 1 8 1 1b h m m m m? ? ? ( 1 0 9 5 1 9 9 0 ) ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長 32準(zhǔn)鍵長 1 0 9 6 1 9 9 0 ），輪轂與軸的配合公差為 H8/合器與軸聯(lián)接，選用平鍵 181163合器與軸配合為 H8/動(dòng)器與軸連接，選用平鍵 221270動(dòng)器與軸配合為 H8/動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 43 參考文獻(xiàn) [1]張質(zhì)文 ,虞和謙 ,王金諾 ,包起帆主編 機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 中國鐵道出版社 ,1997 [2]顏榮慶 ,李自光 ,賀尚紅主編 北京 :人民交通出版社 ,2001 [3]成大先主編 第四版 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2002 [4]徐灝主編 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1991 [5]章日晉主編 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1987 [6]吳宗澤主編 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1988 [7]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院主編 第三版 化學(xué)工業(yè)出版社 ,1993 [8]汝元功 ,唐照民主編 北京 :高等教育出版社 ,1995 [9]花家壽編 上海 :上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 ,1991 [10]機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) /中國機(jī)械工程學(xué)會(huì) ,中國機(jī)械設(shè)計(jì)大典編委會(huì) 南昌 :江西科學(xué)技術(shù)出版社 ,2002 [11][蘇 ]隆赫年柯 B Л,馬克西莫維奇 B A,特羅伊茨基 A B,特羅春 И Π,波季施柯 A B,阿符拉緬柯 Л 吳克敏等譯 人民教育出版社 ,1959 44 致 謝 三個(gè)月緊張而充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了 ，在這次設(shè)計(jì)中我收獲頗多。 畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于我們每一個(gè)大學(xué)生來說都是非常重要。它不僅是對(duì)我們大學(xué)四年學(xué)過的各科知識(shí)的綜合運(yùn)用，而且是把我們所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的一次檢驗(yàn)。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我重溫了一遍大學(xué)的課程如機(jī)械制圖、理論力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)等專業(yè)知識(shí)，還涉及了一些以前從未深入了解的知識(shí)，使我開闊了眼界，并增長了知識(shí)，對(duì)自己的所學(xué)進(jìn)一步鞏固，為畢業(yè)后走向社會(huì)工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。 在單滾筒絞車設(shè)計(jì)過程中，除了應(yīng)用到以前學(xué)過的專業(yè)知識(shí)，我還查閱了大量的相關(guān)資料，使我對(duì)這一領(lǐng)域有了一定的了解和認(rèn) 識(shí)并掌握了查找資料這項(xiàng)基本技能。在設(shè)計(jì)過程中，第一次將自己所學(xué)的理論知識(shí)真正運(yùn)用到實(shí)際中，使理論知識(shí)在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)。使我學(xué)會(huì)面對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題，如何去分析、并最終解決問題。而且培養(yǎng)了我精益求精、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真對(duì)待問題的工作精神， 并且鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨(dú)立解決問題的能力。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能如此順利的完成，完全得力于指導(dǎo)老師胡天明老師的充分指導(dǎo)，提出了許多寶貴的建議，改正了許多錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)更加合理、完善。同時(shí)各位同學(xué)也給予了很多建議和幫助，在此對(duì)老師和同學(xué)們表示深切而誠摯的謝意！