1、 湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业 设计 快速卷扬机的设计 THEDESIGN OF THE FAST HOIST 学生姓名 ： 学 号： 年级专业 及班级 ： 指导老师 及职称： 学 院： 湖南 长沙 提交日期： 2015 年 5 月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由
2、本人承担。 毕业 设计 作者签名： 2015 年 5 月 31 日 1 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 2 卷扬机的概况 2 2.1 卷扬机的发展 2 2.2 国外卷扬机概况 3 2.3 卷扬机的发展趋势 4 2.4 电动卷扬机基本结构 4 2.4.1 带有电磁铁制动器的卷扬机 4 2.4.2 采用锥形转子电动机的卷扬机 4 3 起升机构的组成及型式 5 3.1 起升机构的组成 5 3.2 起升机构的典型传动型式 6 4 钢丝绳的选择 8 4.1 钢丝绳的种类和构造 8 4.2 钢丝绳直径的选择 9 4.3 钢丝绳的使用 10 5 卷筒的结 构设计及尺寸确定 11 5.1 卷筒的分
3、类 11 5.2 卷筒绳槽的确定 11 5.3 卷筒的设计 12 5.3.1 卷筒节径的设计 12 5.3.2 卷筒长度的设计 13 5.3.3 卷筒壁厚设计 14 5.4 卷筒强度计算 14 2 6 电动机选择 15 7 传动系统的设计计算 16 7.1 卷扬机总传动比计算及分配 16 7.2 计算卷扬机传动系统的运动和动力参数 17 7.3 减速器的计算 17 7.3.1 减速器齿轮副的计算 17 7.3.2 减速器高速轴的计算 22 7.3.2 减速器低速 轴的计算 26 7.4 开式齿轮副的计算 28 8 滚筒轴的设计计算 33 8.1 卷筒轴的受力分析与工作应力分析 33 8.2 卷
4、筒轴的设计计算 33 9 制动器的选择 36 10 卷杨机的安全技术 37 参考文献 37 致谢 38 1 快速卷扬机的设计 学 生 ： 指导老师： (湖南农业大学 工学院，长沙 410128) 摘要 ： 随着社会的发展，人力将会慢慢被机械取代，这也是机械行业飞速发展的必然结果。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 ， 其中，卷扬机就是一例。卷扬机是一种起重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低廉和可靠性高等优点，所以被广泛应用于诸多工作中。卷扬机的发展就像其他机械一样
5、，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。本次设计选取了卷扬机中的快速卷扬机这个类别进行设计。主要设计了快速卷扬机的卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器以及滑轮组。其中卷筒、卷筒轴和减速器的设计最为主要，本设计重点做了介绍。其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。 关键词 ： 卷扬机；卷筒；卷筒轴；减速器 The Design of the Fast Hoist Student: Tutor: (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, C
6、hina) Abstract:With the development of the society, manpower will slowly replaced by machine, this is an inevitable result of rapid the development of mechanical industry. In the history of mechanical process, the invention of new machine plays a important role, however, those who has long been used
7、 for production and has been continued use to todays machine play an irreplaceable role, the hoist is an example of them. Hoist is a kind of lifting equipment, because of its simple structure, flexible handling installation, convenient operation, low cost and high reliability etc, they are widely us
8、ed in a lot of work. The development of the hoist is similar with other machinery, from the previous simple structure to modern complex structure, from the previous mechanical power to modern electric power, from the 2 previous manual operation to modern computer operation even intelligent operation
9、. This paper selected design the fast hoist in all the hoist category. This paper mainly introduced the design of the drum in fast hoist, drum shaft, drum hub, reducer, and block and tackle. The design of drum, drum shaft and the reducer has been emphasis introduced and take an important section of
10、this paper. The rest analysis slightly as space is limited. Key words:Hoist; Drum; Drum shaft; reducer 1 前言 卷扬机 ， 用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、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。可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖 1。 提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各
11、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，一般 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 建筑 、 水利工程、 矿山 等方面被广泛应用外，在 设备安装、 冶金、化工、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。 快速卷扬机 是指绳速 v 在 30-45m/min的卷扬机， 提升速度快、工作效率高是其特点。 作为一种高效率的 起重设备 ，在 许多行业 中应用广泛。本 论文 将 对快速卷扬机进行 设计
12、 ，介绍该 卷扬机 的设计方法和设计步骤，其中包括 快速 卷扬机 工况分析、主要零件的设计 、 零件 的装配 以及性能验算等 2。 2 卷扬机的概况 2.1 卷扬机的 发展 在很久以前的古代，就知道来用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高劳动生产率。 在我国， 解放 前卷扬机只有在一些大型企业中才被使用， 应用很少，而且所使用的卷扬机也均为国外生产，国内基本上没有生产卷扬机的厂家。 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的要 求 ，卷扬机的生产被提到了日程上。原沈阳国泰机器厂 （ 阜新矿山机械厂3 前身 ） 等成批仿制了两种卷扬机，一种为日本
13、的 JIS8001 型动力卷扬机，它是一种原动机为电动机 动型式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快 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。 20 世纪 80 年代以后，各种竞争机制的引入，科技是第一生产力的概念逐渐被人们所认识 、 所接受。这一时期是我国 卷扬机设计制造技术发展最快的时期，这时国家也制定了有关 卷扬机的配套标准、规范。新产品种数近十个，使我国的卷扬机技术跨人世界先进行列。 目前国内外广泛使用的卷扬机，一般均有电机、制动器、
14、独立的减速箱、钢绳卷筒、底架等组成。它们的减速箱通常采用 笨重的齿轮减速箱或蜗轮蜗杆减速箱，电机与减速箱、钢绳卷筒的安装形式一般有 “ n 型、 J 型 ” 等。普遍存在的不足是 ： 体积大、过载能力差、噪音大、效率低、使用寿命短、工作不够安全可靠等，有些产品还已列入国家淘汰产品 3。 2.2 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，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，下面介绍一下几个外国主要生产的卷扬机的状况。 （ 1） 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
15、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 （ 0.25-40t） 、 防爆拖式气动卷扬机 （ 0.5-30t） 、 驳船卷扬机 （ 手动、气动、电动、液压 ， 25-75t） 、 电动链式卷扬机 （ 0.25-20t） 、 电动葫芦 （ 0.25-15t） 、 电动卷扬机 （ 0.25-12.5t） 、 手动卷扬机 （ 0.25-75t） 、 液压卷扬机 （ 1-10t） 、 水平卷扬机 （ 1-9t） 、手动链式卷扬机 （ 0.5-100t） 、 棘轮牵引器 （ 1-1.75t） 等。 （ 2） 法国 ： 法国生产卷扬机的
16、厂家很多，其中包藤 （ POTAIN） 公司就是生产卷扬机的主要广家之一 ， 主要生产 KUSW 系列、 PC 系列 等 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机械配套。 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，4 停车缓慢，避免磨损电磁刹车。 其他国家，如俄罗斯、 日本、 英国、挪威、瑞典、加拿大、德国等也都生产着不同用途的各种型号的卷扬机 4。 2.3 卷扬机的发展趋势 （ 1）大型化 ： 由于基础工业的发展，
17、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。 （ 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。 （ 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 7.7-15.4Kg，拉力为 3336-13344N。 （ 4） 大力发展不带动力源
18、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 3。 2.4 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。 电控 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。 2.4.1 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 1。 （ 2） 蜗杆减速器慢速卷扬机。 （ 3）
19、圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机 ，如 图 2。 （ 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 F120kN的卷扬机上，均应安装排绳器。 2.4.2 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 5 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 支架图 图 1 圆柱齿轮减速器快速卷扬机简图 Fig 1 Cylin
20、drical gear reducer fast hoist diagram 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 图 2 圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动的卷扬机简图 Fig 2 Cylindrical gear reducer with opengeartransmission diagram of the hoist 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。 3 起升机构的组成及型
21、式 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 6 t 快速 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 ， 如图 3。 6 1 电动机 ； 2 联轴器 和制动器； 3 减速器 ； 4 卷筒 ； 5 导向滑轮 ； 6 滑轮组 ； 7 吊钩 图 3 起升机构示意图 Fig 3 Hoisting mechanism diagram 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
22、。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。 3.2 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。 使用开式齿轮传动时， 因减速器传动比较小， 可采用一级减速器。 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
