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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
湖 南 科 技 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）
題目
慢動卷揚(yáng)機(jī)的傳動設(shè)計(jì)
作者
廖彪
學(xué)院
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)號
1103010215
指導(dǎo)教師
康煜華
二〇一五 年 五 月 八 日
目 錄
第一章 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.1卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用場合．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
1.2卷揚(yáng)機(jī)的主要類型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
1.3國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)的概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.4國外卷揚(yáng)機(jī)的概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
1.5卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
第二章 電動機(jī)的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.1卷筒轉(zhuǎn)速．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
2.2選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
第三章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.1傳動方式擬定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.1.1總傳動比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.1.2傳動比的分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.2傳動裝置運(yùn)動參數(shù)的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.1各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.2各軸功率的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
3.2.3各軸扭矩的計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.3傳動裝置運(yùn)動參數(shù)的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.3.1第一級齒輪傳動的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.3.2第二級齒輪傳動的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
3.3.3第三級齒輪傳動的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
3.3.4第四級齒輪傳動的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
3.3.5齒輪傳動的主要參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
3.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25
3.4.1軸的材料選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
3.4.3軸的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
3.4.4軸的彎矩圖和扭矩圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
3.5滾動軸承的選擇及校核計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
3.5.1軸承的類型選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
3.5.2滾動軸承常見的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
3.5.3滾動軸承校核計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41
3.6鍵連接校核計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 46
3.7聯(lián)接螺栓校核計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 48
3.7.1計(jì)算工作剪力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48
3.7.2螺栓剪切強(qiáng)度的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49
3.8減速器的潤滑和密封．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
3.8.1減速器潤滑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
3.8.2減速器密封．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
3.9減速器箱體及附件的選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
3.9.1減速器箱體的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
3.9.2減速器附件的選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51
第四章 聯(lián)軸器與制動器的選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
4.1聯(lián)軸器選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
4.2制動器選型設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
4.2.1制動器選型計(jì)算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
第五章 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55
參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56
致 謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57
第一章 概述
1.1卷揚(yáng)機(jī)的應(yīng)用場合
卷揚(yáng)機(jī)是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡單、操作方便、價(jià)格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用與物料提升、水平和傾斜拽引重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。
卷揚(yáng)機(jī)除在建筑工地、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、水電、農(nóng)業(yè)、軍事、化工及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中亦廣泛應(yīng)用，如高爐料鐘和物料的提升，礦井的物料提升，水平、傾斜牽引運(yùn)輸，礦車調(diào)度、回柱，船舶上錨鏈的提升等。
1.2卷揚(yáng)機(jī)的主要類型
1）按鋼絲繩額定拉力分
按鋼絲繩在基準(zhǔn)層上所能承受的最大拉力來區(qū)分為15級：5，7.5，10，12.5，16，20，25，32，50，80，120，160，200，320，500KN。
2）按鋼絲繩額定速度分
l 慢速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 中速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 快速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
l 高速卷揚(yáng)機(jī) 繩速
3）按卷筒數(shù)目分
一臺卷揚(yáng)機(jī)上卷筒數(shù)目的多少，直接影響到卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。卷揚(yáng)機(jī)按卷筒數(shù)目可分為單筒卷揚(yáng)機(jī)、雙筒卷揚(yáng)機(jī)和多筒卷揚(yáng)機(jī)三類。目前生產(chǎn)的大多數(shù)是單筒和雙筒卷揚(yáng)機(jī)，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大多是輔助用卷筒，筒徑相對要小些。
4）按動力源分
l 手動卷揚(yáng)機(jī) 用于無動力源的小型卷揚(yáng)機(jī)
l 電動卷揚(yáng)機(jī) 大多數(shù)卷揚(yáng)機(jī)多屬于此類
l 內(nèi)燃卷揚(yáng)機(jī) 用于無電源的地方
l 氣動卷揚(yáng)機(jī) 用于不能使用電源的地方
l 液壓卷揚(yáng)機(jī) 與其他設(shè)備配套使用而有液壓源的地方
5）按傳動形式分
l 開式齒輪傳動 最早的形式。目前用于手動卷揚(yáng)機(jī)
l 閉式齒輪傳動 主要為快速單筒卷揚(yáng)機(jī)，應(yīng)用廣泛
6）按控制方法分
l 手動卷揚(yáng)機(jī)
l 電控卷揚(yáng)機(jī)
l 液控卷揚(yáng)機(jī)
l 氣控卷揚(yáng)機(jī)
l 自動控制卷揚(yáng)機(jī)
7）按用途分
l 提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生產(chǎn)率，冰要求高的安全性，以防墜落。
l 設(shè)備安裝 一般設(shè)備的質(zhì)量都較大，則要求卷揚(yáng)機(jī)具有較大的提升能力；為保證安裝精度，其速度就不能太高；為防止墜落，其安全性要求更高。
l 拽引物品 因?yàn)榇隧?xiàng)工作一般式在水平和傾斜方向進(jìn)行的，為師物品能前后運(yùn)動，則要求卷揚(yáng)機(jī)的卷筒正反轉(zhuǎn)均能工作
l 打樁 要求卷揚(yáng)機(jī)把重物提升到一定高度后，能使重物成自由落體下降，實(shí)現(xiàn)打樁工作，即要求卷揚(yáng)機(jī)具有溜放性能。
1.3國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)概況
我國在很久以前的古代，就知道采用轆轤等來提升重物，以減輕體力勞動的強(qiáng)度和提高工作效率。但由于舊中國的工業(yè)落后，勞動力便宜，所以在物料的提升和搬運(yùn)過程中大都是靠工人的肩挑背扛，而卷揚(yáng)機(jī)只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應(yīng)用很少，而且所適用的卷揚(yáng)機(jī)也均為國外生產(chǎn)，國內(nèi)基本沒有生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家。
我國的卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)是解放后才開始的，已有近60年的歷史。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個(gè)五年計(jì)劃的需要，卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機(jī)器廠等成批仿制了兩種卷揚(yáng)機(jī)，一種為日本的JIS8001型動力卷揚(yáng)機(jī)，它是一種原動機(jī)為電動機(jī)，傳動形式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速卷揚(yáng)機(jī)；另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚(yáng)機(jī)。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到了60年代，卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)和使用越來越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，主要卷揚(yáng)機(jī)生產(chǎn)廠家組成了卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)組織，隸屬于第一機(jī)械工業(yè)部礦山機(jī)械行業(yè)下。為了發(fā)展卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)，行業(yè)組織了相關(guān)廠家的人員對全國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計(jì)和制造新的卷揚(yáng)機(jī)，先后試制了0.5t、1t、3t電動卷揚(yáng)機(jī)，但由于對當(dāng)時(shí)各廠家的生產(chǎn)能力估計(jì)不足，無法推廣。
從70年代起，我國卷揚(yáng)機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多、定性生產(chǎn)的新階段。在各廠自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，1973年，由卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進(jìn)行了卷揚(yáng)機(jī)基型設(shè)計(jì)，并充分考慮到了當(dāng)時(shí)中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖倬頁P(yáng)機(jī)的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操縱用手扳剎車帶制動。慢速卷揚(yáng)機(jī)的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到今天還在生產(chǎn)。為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時(shí)第一機(jī)械工業(yè)部發(fā)布了JB926-74《建筑卷揚(yáng)機(jī)形式與基本參數(shù)》和JB1803-76《建筑卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)條件》兩個(gè)部標(biāo)準(zhǔn)，并把卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)劃歸常德建筑機(jī)械研究所（長沙建筑機(jī)械研究院前身）領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使卷揚(yáng)機(jī)有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t卷揚(yáng)機(jī)。
從70年代末開始，我國實(shí)行了改革開放政策，國民經(jīng)濟(jì)大發(fā)展，作為國民經(jīng)濟(jì)的動力，煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和機(jī)械化的要求日益強(qiáng)烈，許多產(chǎn)品逗進(jìn)行了防爆改造，從而進(jìn)入到煤礦井下，其中卷揚(yáng)機(jī)是最成功的一種產(chǎn)品，JD系列的調(diào)度卷揚(yáng)機(jī)和JH系列的回柱卷揚(yáng)機(jī)至今還在大量的生產(chǎn)，是礦山井下，運(yùn)輸調(diào)度不可替代的機(jī)械設(shè)備。但這種設(shè)備的自動化的程度不高，無法實(shí)現(xiàn)無人值守的自動操作，往往由于卷揚(yáng)機(jī)操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產(chǎn)事故。
礦山卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展是伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，九十年代中后期，是我國煤炭生產(chǎn)的一個(gè)低潮，礦用卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展十分緩慢，沒有什么新的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品出現(xiàn)。但是，2000年以后，國際油價(jià)居高不下，煤炭再一次被人們所重視，煤炭價(jià)格一路上漲，卷揚(yáng)機(jī)等一系列的礦山機(jī)電產(chǎn)品需求量劇增，促進(jìn)了卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展，這一時(shí)期卷揚(yáng)機(jī)品種增加，自動化水平增加，新結(jié)構(gòu)、新功能不斷出現(xiàn)，但是仍然具有一定的技術(shù)瓶頸，即自動控制設(shè)備的防爆問題?，F(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)十分的成熟，但是，也只是在礦井的主井和副井的提升系統(tǒng)中得到了最廣泛的最成熟的應(yīng)用。然而，自動化和數(shù)字化是礦井發(fā)展的必然趨勢，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，礦山設(shè)備的自動化和數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)這一目的的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)也力求用最成熟的PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井水倉的無人值守，達(dá)到牽引卷揚(yáng)機(jī)能夠根據(jù)水位自動提升和下降泵房的目的，探索一條能夠?qū)崿F(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)自動化控制的路徑。
1.4國外卷揚(yáng)機(jī)概況
在國外，卷揚(yáng)機(jī)的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國家中，鉆機(jī)制造商德國Wirth公司、Bentec公司以及美國Varco公司擁有先進(jìn)的卷揚(yáng)機(jī)控制技術(shù)、電動機(jī)四象限傳動技術(shù)以及電子(自動) 司鉆控制技術(shù)。這些卷揚(yáng)機(jī)控制系統(tǒng)能根據(jù)鉆壓、機(jī)械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)控制鉆井鋼絲繩的連續(xù)遞送以保持穩(wěn)定的鉆井狀態(tài)， 進(jìn)而大大提高鉆井效率。下面簡單介紹一下幾個(gè)國家上產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的狀況。
一、日本
日本東明治30年代開始制造和使用卷揚(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷藝機(jī)械研究所核計(jì)，1970~1975年間卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加62.5%。據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計(jì)月報(bào)載，僅1977年單純土建卷揚(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)12萬臺，產(chǎn)值約100億日元。
日本卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會、核藝機(jī)械技術(shù)委員會領(lǐng)導(dǎo)。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機(jī)、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個(gè)廠家。
北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷揚(yáng)機(jī)品種系列比較齊全，主要有：
1）動力卷揚(yáng)機(jī) 粉BF、MF、DF三種形式。功率為3.7~44KW,鋼絲繩拉力從5800~44100N，有18格規(guī)格。BF型式V型帶傳動，MF型單筒開式齒輪傳動，DF型是雙筒開始齒輪傳動。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是全部為標(biāo)準(zhǔn)型，采用改進(jìn)了的螺旋頂絲式離合器操縱，因而操作簡便，易調(diào)整。鼓形離合器采用單椎體式，摩擦材料采用帶型樹脂。
2)電動卷揚(yáng)機(jī) 該廠生產(chǎn)的電動機(jī)為KW型，功率3.7~11KW,拉力6000~142100，四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：全封閉式內(nèi)齒輪傳動;電動機(jī)在一端，減速器、制動器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置；按鈕操作，可遠(yuǎn)距離遙控；最大特點(diǎn)是卷筒可纏繞8~9層，容繩量大，適于高層建筑使用。
3）大型電動卷揚(yáng)機(jī) 主要用于提升大型重物或設(shè)備，可兩檔機(jī)械變速，設(shè)有電磁鐵制動器、手制動器和棘輪制動器，以確保安全。
遠(yuǎn)藤鋼機(jī)公司有60多年歷史，它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動卷揚(yáng)機(jī)的公司。ENDO型卷揚(yáng)機(jī)采用起重電動機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導(dǎo)向桿式結(jié)構(gòu)，機(jī)座全部是焊接結(jié)構(gòu)，所有機(jī)械與電器部分裝在機(jī)座里。
二、美國
美國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家有近百家，主要有貝波（BEEBE）國家有限公司、哲恩（THERN）有限公司。
貝波國際有限公司成立于1919年，有七十多家的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品有：氣動鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī)，防爆拖式氣動卷揚(yáng)機(jī)，駁船卷揚(yáng)機(jī)（手動、氣動、電動、液壓），電動鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī)，電動葫蘆，電動卷揚(yáng)機(jī)，手動卷揚(yáng)機(jī)，液壓卷揚(yáng)機(jī)，水平卷揚(yáng)機(jī)，手動鏈?zhǔn)骄頁P(yáng)機(jī)，棘輪牽引器，空中吊運(yùn)車。
哲恩有限公司是美國較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動卷揚(yáng)機(jī)、電動卷揚(yáng)機(jī)、提升機(jī)械及起重機(jī)。手動卷揚(yáng)機(jī)的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅(qū)動系列、鏈傳動系列。其中直接驅(qū)動式電動卷揚(yáng)機(jī)的傳動式全封閉式行星齒輪傳動，傳動系統(tǒng)全部裝在卷筒里面，機(jī)架和卷筒用高強(qiáng)度鋼焊接而成。
美國除上述兩家公司外，比較重要的生產(chǎn)廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索藝德公司等。
三、法國
法國生產(chǎn)卷揚(yáng)機(jī)的廠家很多，其中包騰公司就是生成卷揚(yáng)機(jī)的主要廠家之一。包騰公司主要生產(chǎn)KUSW系列卷揚(yáng)機(jī)、LMD系列卷揚(yáng)機(jī)、PC系列卷揚(yáng)機(jī)和RCS系列卷揚(yáng)機(jī)。
LUSW型卷揚(yáng)機(jī)輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚(yáng)機(jī)能夠比較理想地與各種建筑機(jī)械配套。
LMD型卷揚(yáng)機(jī)可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)械制動器。LMD型卷揚(yáng)機(jī)綜合了電氣技術(shù)和液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，性能比較好。
PC卷揚(yáng)機(jī)可五檔變速器，三個(gè)低速檔和兩個(gè)高速檔。由兩個(gè)獨(dú)立的裝有電磁剎車系統(tǒng)提升電動機(jī)驅(qū)動卷揚(yáng)機(jī)。電動機(jī)帶動直齒減速器，用錐齒輪電動卷筒。
其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的各種型號的卷揚(yáng)機(jī)。
1.5卷揚(yáng)機(jī)發(fā)展趨勢
1.大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)大發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型卷揚(yáng)機(jī)的發(fā)展。
2.采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的自動控制和遙控，廣泛采用先進(jìn)的電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，可編程控制技術(shù)。
3.發(fā)展手提式卷揚(yáng)機(jī) 為了提高機(jī)械化程度，減輕工人的勞動強(qiáng)度，大力發(fā)展小型手提式卷揚(yáng)機(jī)，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚(yáng)機(jī)。
4.大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚(yáng)機(jī) 此種卷揚(yáng)機(jī)借助汽車和拖拉機(jī)動力，結(jié)構(gòu)簡單，有一個(gè)卷筒和一個(gè)減速器即可。
-58-
第二章 電動機(jī)的選擇
2.1卷筒轉(zhuǎn)速
根據(jù)工作機(jī)構(gòu)-卷筒的直徑和鋼絲繩繩速來計(jì)算卷筒轉(zhuǎn)速：
（2.1）
式中：--鋼絲繩的繩速，
--卷筒的直徑，
由計(jì)算結(jié)果，準(zhǔn)備選用1000 r/min的YB隔爆系列異步電動機(jī)，所以初步的總傳動比，選用三級展開式圓柱齒輪減速器。雖然采用了低轉(zhuǎn)速電動機(jī)，增加了電機(jī)成本，但是傳動系統(tǒng)更加簡單，減少了齒輪等零件數(shù)量，一定程度上提高了機(jī)械效率，降低了零件加工使用的費(fèi)用而且提高了系統(tǒng)的可靠性，總衡量壽命周期總成本不會增加。
2.2選型設(shè)計(jì)
計(jì)算負(fù)載功率：
（2.2）
式中：--額定拉力，=60000N
--鋼絲繩繩速，
--傳動機(jī)構(gòu)效率
（2.3）
--彈性聯(lián)軸器效率，=0.99
--滾動軸承效率，=0.99
--閉式圓柱齒輪效率，=0.97
--卷筒鋼絲繩纏繞效率，=0.96
--開式圓柱齒輪效率，=0.95
則 =0.78
則
根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)的工作情況，去功率儲備系數(shù)k=1
故
則電動機(jī)選型為YB180L-8
具體參數(shù)如下：
額定功率（KW）： 15
額定轉(zhuǎn)速（r/min）: 970
額定電壓（V）: 380
額定電流（A）: 31.6
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩（NM）: 2
效率: 0.895
功率因數(shù): 0.81
該型號屬YB系列電機(jī)。該系列電動機(jī)是全封閉、外扇冷鼠籠隔爆型三相電機(jī)。它具有高效、高的起動力矩、低噪音、振動小、性能好、溫升速度大、先進(jìn)隔爆結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)， 功率與機(jī)座號的配置關(guān)系符合DIN標(biāo)準(zhǔn)。YB系列電機(jī)的防爆性能符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3838.1-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》和GB3836.2-83《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備隔爆型電氣設(shè)備》?？捎糜谝紲囟雀哂?35℃，1級區(qū)域或2級區(qū)域的氣體爆炸性危險(xiǎn)場所。
該型電動機(jī)的工作條件為：
1.環(huán)境空氣溫度：隨季節(jié)而變化,但不會超過+40°C；
2.海拔高度：不超過1000M；
3.最濕月月平均再高相對濕度為90%；
4.額定頻率：50HZ；
5.防護(hù)等級：IP44；
6.絕緣等級：F；
7.冷卻方式：IC441；
8.工作方式：S1。
第三章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1傳動方式的擬定
減速器是應(yīng)用于電動機(jī)和卷筒之間的獨(dú)立的傳動裝置。其主要功能是降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，以滿足對機(jī)械的各種要求。實(shí)踐表明，傳動裝置設(shè)計(jì)得合理與否，對整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設(shè)計(jì)傳動裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地?cái)M定傳動方案又是保證傳動裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可得到如下的傳動方案：
（1）、不需要立式結(jié)構(gòu),故采用臥式減速器；
（2）、行星傳動結(jié)構(gòu)緊湊，但成本高，維護(hù)困難；錐齒輪及蝸桿傳動方式的輸入軸與輸出軸垂直，與卷筒配合布置較復(fù)雜，加工也較困難，效率低，故擬采用圓柱齒輪傳動，圓柱齒輪傳動具有成本低，設(shè)計(jì)制造維護(hù)都很方便的優(yōu)點(diǎn)；
（3）、根據(jù)工作機(jī)構(gòu)——卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計(jì)算卷筒轉(zhuǎn)速
（4）、為了便于加工拆卸及維護(hù)，采用水平剖分式；
（5）、功率小，轉(zhuǎn)速也較低，所以軸承全部采用深溝球軸承；
（6）、電動機(jī)和輸入軸之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB4323-84），卷筒與減速器之間采用開始齒輪傳動連接。
3.2總傳動比及傳動比分配
3.1.1總傳動比
按額定轉(zhuǎn)速初定傳動比，總傳動比按下式計(jì)算
(3.1)
式中 ——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，；
——卷筒轉(zhuǎn)速，
結(jié)果
3.1.2傳動比分配
總傳動比等于各級傳動比的連乘積，即
(3.2)
合理分配傳動比是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟。如果把傳動比分配得合理時(shí)，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但傳動比分配不合理，則結(jié)果正好相反，所以傳動比分配應(yīng)盡量遵循以下原則：
1. 各級傳動比最好在推薦的范圍內(nèi)選取，以符合各種傳動形式的特點(diǎn)；
2. 應(yīng)充分發(fā)揮各級傳動的承載能力?？砂礉M足某一質(zhì)量指標(biāo)分配傳動比，如按外嚙合接觸強(qiáng)度相等原則分配傳動比；
3. 傳動零件之間不應(yīng)造成相互干涉碰撞，如卷揚(yáng)機(jī)的開式齒輪傳動，若傳動比太小，大齒輪直徑小于卷筒直徑，則會使小齒輪與卷筒產(chǎn)生干涉；
4. 各級傳動尺寸要協(xié)調(diào)、合理，使得各傳動部分從動齒輪的浸油深度相近，各級齒輪得到方便、充分的潤滑，減小攪油損失；
5. 應(yīng)使傳動裝置的總體尺寸緊湊，質(zhì)量最小。
設(shè)計(jì)時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)的實(shí)際傳動比的準(zhǔn)確值必須在各級傳動零件具體參數(shù)確定后才能計(jì)算出來，故應(yīng)驗(yàn)算卷筒軸實(shí)際轉(zhuǎn)速是否在允許誤差范圍呢，如不滿足要求，應(yīng)重新調(diào)整傳動比，一般情況下，設(shè)計(jì)時(shí)允許卷筒有±（3%～5%）的轉(zhuǎn)速誤差。
減速器為三級展開式圓柱齒輪減速器，其傳動比按圖3.2選取分配。
由圖3.2得，傳動比分配見表3.2。將閉式齒輪傳動部分的傳動比全部取整，只在開式齒輪傳動部分才將傳動比取小數(shù)，這樣分配便于了加工和計(jì)算，減小了傳動速度誤差。
總傳動比
第一級傳動比
第二級傳動比
第三級傳動比
開式傳動比
153
4.98
4.02
3.02
2.5
表3.2 圓柱齒輪減速器傳動比的分配
圖3.2 三級圓柱齒輪減速器傳動比分配圖
3.2傳動裝置運(yùn)動參數(shù)計(jì)算
3.2.1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
第Ⅰ軸轉(zhuǎn)速（輸入軸）
第Ⅱ軸轉(zhuǎn)速（中間軸）
第Ⅲ軸轉(zhuǎn)速 （中間軸）
第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速（輸出軸）
第Ⅴ軸轉(zhuǎn)速 （卷筒軸）
3.2.2各軸功率計(jì)算
第Ⅰ軸功率（輸入軸）
第Ⅱ軸功率（中間軸）
第Ⅲ軸功率（中間軸）
第Ⅳ軸功率（輸出軸）
第Ⅴ軸功率（卷筒軸）
式中 ——彈性聯(lián)軸器效率，；
——深溝球滾動軸承效率，；
——閉式圓柱齒輪效率（按8級精度），；
——開式加工圓柱齒輪效率（按8級精度），；
3.2.3各軸扭矩計(jì)算
第Ⅰ軸扭矩（輸入軸）
第Ⅱ軸扭矩（中間軸）
第Ⅲ軸扭矩（中間軸
第Ⅳ軸扭矩（輸出軸）
第Ⅴ軸扭矩（卷筒軸）
軸號
轉(zhuǎn)速
輸出功率
輸出扭矩
傳動比
Ⅰ（輸入軸）
970
14.3
140.8
1
Ⅱ（中間軸）
194
13.7
674.4
4.98
Ⅲ（中間軸）
48.5
13.2
2599.2
4.02
Ⅳ（輸出軸）
16.2
12.5
7368.8
3.02
Ⅴ（卷筒軸）
6.5
11.3
16602.3
2.5
表3.3各軸轉(zhuǎn)速、輸出功率、輸出扭矩表
3.3傳動裝置運(yùn)動參數(shù)校核
3.3.1第一級齒輪傳動校核：
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)
大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式： （3.3）
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式 （3.4）
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動精度等級，按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級，小輪分度圓直徑d，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=21
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
傳動比誤差Δu/u:合格
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù)=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
mm
圓周速度：
與故取v=4m/s相近
齒寬:
大輪齒寬： 小輪齒寬：
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪：=2.57 大齒輪：=2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪： 大齒輪：
重合度：
=1.73
重合度系數(shù)：
故：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.2第二級齒輪傳動校核：
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式：
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動精度等級，按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級，小輪分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=25
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度：
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬： 小輪齒寬：
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪：=2.57 大齒輪：=2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪： 大齒輪：
重合度：
=1.72
重合度系數(shù)：
則：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.3第三級齒輪傳動校核：
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式：
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動精度等級，按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級，小輪分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=25
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度：
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3) 、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪：=2.57 大齒輪：=2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪： 大齒輪：
重合度：
=1.7
重合度系數(shù)：
則：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
3.3.4第四級齒輪傳動校核
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì) 大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式：
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm =294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動精度等級，按
Vt= (0.0130.022) ××
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級，小輪分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=27
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距
載荷系數(shù)
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù)=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度：
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬： 小輪齒寬：
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪：=2.57 大齒輪：=2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
小齒輪： 大齒輪：
重合度：
=1.7
重合度系數(shù)：
則：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求
3.3.5齒輪傳動主要參數(shù)
根據(jù)計(jì)算整理得到齒輪具體參數(shù)如下表：
表3.5 齒輪參數(shù)表
名稱
代號
1
2
3
4
5
6
7
8
齒數(shù)
21
105
25
101
25
76
27
68
模數(shù)（）
4
5
7
10
分度圓直徑（）
84
420
125
505
175
532
270
680
齒寬（）
75
68
105
100
145
140
223
216
齒頂高（）
4
5
7
10
齒根高（）
5
6.25
8.75
12.5
全齒高（）
9
11.25
15.75
22.5
齒頂圓直徑（）
92
428
135
515
189
546
290
700
齒根圓直徑（）
74
410
112.5
492.5
157.5
514.5
245
655
傳動比
4.98
4.02
3.02
2.5
齒數(shù)比
5
4
3.04
2.52
中心距（）
252
315
353.5
475
應(yīng)力角（）
20
3.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸是卷揚(yáng)機(jī)中重要零件之一。其主要功能是支撐回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件，并傳遞運(yùn)動和動力。
軸通過軸承與卷筒或減速器箱體相聯(lián)，裝在軸上的零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了一個(gè)以軸為基礎(chǔ)的軸系部件。因此，在軸的設(shè)計(jì)中，不能只考慮軸本身，還必須計(jì)及軸系零（部）件對軸的影響。
設(shè)計(jì)軸時(shí)，應(yīng)解決的主要問題有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩個(gè)方面的內(nèi)容。
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，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動穩(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。而對剛度較高的軸（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。對高度運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動穩(wěn)定性計(jì)算，以防發(fā)生共振而破壞。
3.4.1軸的材料選擇
卷揚(yáng)機(jī)中軸的材料應(yīng)具有足夠的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，并具有一定的韌性、耐磨性和抗腐蝕性。選擇軸的材料時(shí)除首先滿足使用要求外，還要考慮軸材料的工藝性及經(jīng)濟(jì)性等。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故而應(yīng)用廣泛，其中最常見的是45號鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸和重量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
在一般工作溫度先（低于200℃），碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，因此不能單為提高軸的剛度而采用合金鋼。
合金鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。
綜合考慮使用工況，載荷分布及整體的經(jīng)濟(jì)性，軸全部采用45號鋼制成，并進(jìn)行調(diào)制處理。
卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮如下幾點(diǎn)：
1） 便于起吊和安裝；
2） 卷筒軸的斷面變化不應(yīng)太劇烈，并要防止其他類型的、過大的應(yīng)力集中；
3） 卷筒軸的加工和熱處理需要嚴(yán)格遵守規(guī)程，并于機(jī)械加工前在軸頭切樣檢驗(yàn)，此外還應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)；
4） 卷筒軸的材料選擇最常用的45號結(jié)構(gòu)鋼，并進(jìn)行調(diào)制和表面淬火處理。
牽引卷揚(yáng)機(jī)中共有各種軸6根，其中齒輪軸2根。卷筒軸為心軸，其余皆為轉(zhuǎn)軸。各軸的設(shè)計(jì)校核驗(yàn)算有許多相似之處，這里只詳細(xì)介紹承受較大載荷的減速器輸出軸和卷筒軸的設(shè)計(jì)和校核驗(yàn)算。
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)圖
1． 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長度
段該段用于裝聯(lián)軸器，根據(jù)參數(shù)選取聯(lián)軸器型號為LX2彈性柱銷聯(lián)軸器，
段 軸間高度，孔倒角取3，，則，
段 該段將安裝深溝球軸承，據(jù)，選用深溝球軸承6212，
段 該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段 該段將安裝小齒輪，
段 該段同，選用深溝球軸承6212，
見圖3.1
圖3.2 中間軸2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2． 中間軸2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝深溝球軸承，據(jù)，選用深溝球軸承6212，
段該段用于安裝大齒輪2，
段：該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段該段將安裝小齒輪3，
段 該段同，選用深溝球軸承6212，
見圖3.2
圖3.3 中間軸3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3． 中間軸3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝深溝球軸承，據(jù)，選用深溝球軸承6215，
段該段用于安裝大齒輪4，
段：該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段該段將安裝小齒輪5，
段 該段同，選用深溝球軸承6215，
見圖3.3
圖3.4 輸出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4． 中間軸4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長度
段 該段將安裝開式小齒輪,采用冷壓或熱壓裝配，傳遞的扭矩較大，故該段的直徑應(yīng)較大，該段的長度應(yīng)略小于開式小齒輪的齒寬，以便于開式小齒輪的拆裝。
段 該段將安裝軸端軸承透蓋，該段的表面質(zhì)量低于前一段，為簡化制造工藝，此段的直徑應(yīng)大于前一段，而且，該段有密封要求，根據(jù)選用的密封件的公稱直徑作為該段的直徑；該段的長度應(yīng)便于軸承透蓋的安裝，則，
段 該段將安裝深溝球軸承，據(jù)，選用深溝球軸承6224，
段 該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段 該段將安裝大齒輪6，
段 該段同，選用深溝球軸承6224，
見圖3.4
3.4.3軸的校核
1.計(jì)算各軸齒輪作用力
1）輸入軸
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
2）中間軸2
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
3）中間軸3
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
4）中間軸4
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
3.4.4軸的彎矩圖和扭矩圖
1.輸入軸
（1）求軸承支反力
H水平面：
V垂直面：
（2）齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面：
V垂直面：
(3)合成彎矩：
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，C處為危險(xiǎn)截面，其處當(dāng)量彎矩為：
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得，由表8.7查得材料許用應(yīng)力，由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖：
輸入軸1校核圖
2.中間軸2
（1）求軸承支反力
H水平面：
=
=－0.07KN
=
=7.52KN
V垂直面：
=
=－0.02KN
=
=2.72KN
（2）齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面：
大齒輪處：
小齒輪處：
V垂直面：
大齒輪處：
小齒輪處：
(3)合成彎矩：
大齒輪處:
小齒輪處：
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，C處為危險(xiǎn)截面，其處當(dāng)量彎矩為：
大齒輪處：
小齒輪處：
由此可知,小齒輪處即剖面C處為危險(xiǎn)截面
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得，由表8.7查得材料許用應(yīng)力，由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖：
中間軸2校核圖
3.中間軸3
（1）求軸承支反力
H水平面：
=
=0.85KN
=
=18KN
V垂直面：
=
=0.33KN
=
=6.6KN
（2）齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面：
大齒輪處:
小齒輪處：
V垂直面：
大齒輪處:
小齒輪處:
(3)合成彎矩：
大齒輪處:
小齒輪處：
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，C處為危險(xiǎn)截面，其處當(dāng)量彎矩為：
大齒輪處：
小齒輪處：
由此可知,小齒輪處即剖面C處為危險(xiǎn)截面
軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得，由表8.7查得材料許用應(yīng)力，由式
所以該軸強(qiáng)度滿足要求
具體參數(shù)見下圖：
中間軸3的校核圖
4.輸出軸4
（