1、機械設計制造及自動化專業專 業 課 程 設 計 指 導 書 卷揚機設計陳德淑重慶大學機械工程學院機械設計制造及自動化系2014年9月目錄1、設計題目1.1卷揚機的設計性能參數1.2設計的內容1.3課程設計的工作計劃2、設計要求3、設計步驟3.1 方案設計3.2 牽引機構設計3.2.1 選擇電動機3.2.2 確定牽引機構的總傳動比并分配傳動比3.2.3 牽引機構的運動和動力參數計算3.2.4 聯軸器的選擇3.2.5 鋼絲繩的選擇3.2.6 卷筒結構設計3.2.7 制動器3.2.8 減速器傳動零件的設計計算3.3 繩輪系統設計3.4 牽引小車設計3.5 草圖繪制3.6主要零部件強度、剛度計算校核3

2、.7 圖樣繪制1、設計題目 為江邊某港設計一臺貨運卷揚機，用于將船上的貨物運到岸上倉庫。使用年限5年，平均每天工作16小時，每年工作300天。要求有足夠的運載能力，結構合理，維修方便，安全可靠。1.1卷揚機的設計性能參數 題 號參 數123456789101112131415限載量（噸）6665554.54.54.54443.53.53.5岸坡斜度（度）303030303030303030303030303030運行速度（米/分）152025152025202530202530253035運行距離（米）8080808080808080808080808080801.2設計的內容：1.2.1完成

3、卷揚機總體設計工況分析、功能原理設計，方案選擇，結構分析,力能參數計算（載荷計算、鋼繩、滑輪計算及選擇），計算電動機功率，確定電動機轉速，選定電動機型號，計算傳動系統的運動和動力參數（確定傳動系統總傳動比和分配各級傳動比，計算各軸功率、轉速和扭矩等）1.2.2傳動系統及運載小車設計。 設計并確定傳動件的參數和尺寸，設計軸并校核軸轂聯接強度，選擇軸承并驗算其壽命，選擇并校核聯軸器、制動器，繪制并完成總圖（包括標注尺寸，編寫技術條件、標題欄和明細表等）。1.2.3零部件工作圖設計。 部件圖完成運行小車設計或卷筒設計 零件工作圖由老師根據具體情況指定。1.2.4整理和編寫設計計算說明書（30頁以上）

4、；1.3課程設計的工作計劃：1.3.1 2015年9月28日,下達設計任務,介紹題目背景、課程設計指導書；1.3.2 2015年9月28日29日工況分析、功能原理設計，方案選擇，結構分析,力能參數計算（載荷計算、鋼繩、滑輪計算及選擇），電動機選擇；1.3.3 2015年9月30日2015年10月8日卷揚機系統設計，運載小車設計及主要零部件強度、剛度校核；1.3.4 2015年10月9日2015年10月21日繪制設計圖1.3.5 2015年10月22日23日整理設計計算說明書；1.3.6 2015年10月23日下午17：30分以前交設計資料。2、設計要求2.1 設計者應充分發揮主觀能動性和創造精

5、神，認真負責，一絲不茍，獨立按時完成設計，嚴禁抄襲和代作，按照給定任務制定相應的工作計劃和日程表開展設計工作。 2.2 質量要求：圖紙圖紙要合理選擇視圖和剖面，布局要合理，尺寸、技術性能、技術要求、標題欄和零件明細表要齊全、完整；零件結構工藝性要好，零件圖上要完整地標注出制造所需的材料、數量、尺寸、公差、表面要求、熱處理以及其他技術要求，所有圖紙一律用手工方法繪制。設計計算說明書設計計算說明書中方案分析要使用技術語言，深刻、全面，簡練，層次分明，文理通順，并盡量附機構簡圖說明；數據計算要準確，計算公式要注明來源；書寫要工整，插圖、表格應清晰規范，內容應包括：封面、目錄、任務書、正文、參考文獻目

6、錄，還可加前言、后語，如果要用計算機打印，其插圖、表格應布局合理、清晰、干凈。2.3 驗收提交 設計完成后，應將所有設計資料裝入資料袋，親自交給老師（不得代交）并接受老師面試。2.4 成績評定： 設計成績分為優秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。 設計成績由以下幾個方面綜合評定：工作表現，主要憑日常考勤、是否獨立完成來判定；獨立工作能力和創新能力；設計成果質量（含圖紙和設計計算說明書兩部分）；3、設計步驟3.1 方案設計確定設計方案前，應作如下準備工作：仔細閱讀設計任務書，明確設計的目的和意義，了解系統的要求和設計應達到的技術指標，根據目標任務收集準備設計資料：現場空間尺寸范圍、環境條件、對

7、象條件、同類設備的結構特點及使用情況、參考資料（參考書、文獻、機械設計手冊、結構圖冊等）。然后進行工況分析，分析系統的工作任務，載荷要求，運動特性，環境特點等，然后根據國內外類似設備的現有水平、結構特點及發展趨勢，結合本項目的要求進行分析比較，擇優確定一個最優方案。3.1.1 總體方案設計碼頭貨運卷揚機主要用于將船上的貨物運到岸上倉庫。在確定總體方案時，要考慮到所設計的卷揚機有足夠的運載能力，結構布局合理，盡量采用標準件和通用零件以降低制造成本，并且維修方便，安全可靠。3.1.2 運載小車分析先從運載小車入手，由于牽引小車在有坡度的地面上運行，小車車廂平面與四個滾輪軸線平面的夾角同地面坡度；考

8、慮牽引小車的方便和平穩性，在坡地上要鋪設兩條小車運行軌道（用工字形軌道鋼），軌道的寬度與運行小車滾輪輪距離相同，牽引運行小車的鋼絲繩要離地一定距離（防止鋼絲繩由于自重下垂而與地面摩擦），在軌道中央的適當位置要安設托繩輪。3.1.3牽引機構牽引機構采用電動機聯軸器（帶制動器）二級圓柱齒輪減速器聯軸器卷筒的形式。為了減小牽引機構的制動力矩，將制動器安置在機構高速軸上。電動機和卷筒可以安放在減速器的同側，也可以分別安放在減速器的兩側。為了減小外形輪廓尺寸，在減速器輸入軸和輸出軸中心距允許的情況下，最好將電動機和卷筒安放在減速器的同側。如果電動機和卷筒安放在減速器的同側要發生干涉，那么就必須將電動機和

9、卷筒分別安放在減速器的兩側。為了確保牽引小車的鋼絲繩在卷筒上卷繞均勻、排列整齊，避免鋼絲繩堆擠和松散，必須保證鋼絲繩出繩水平方向的偏斜角不超過允許的數值。對于光卷筒和多層繞卷筒，要求自然排繩的偏斜角1.5°，排繩器排繩的偏斜角°；對于螺旋槽卷筒，鋼絲繩繞進或繞出卷筒時，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側的角度3.5°。卷揚機系統布置可參考下示意圖：3.2 牽引機構設計3.2.1 選擇電動機電動機是系列化的標準產品。要根據工作載荷（大小、特性及其變化情況）、工作要求（轉速高低、允許誤差和調速要求、起動和反轉頻繁程度）、工作環境（塵土、油、水濺、高溫等）、安裝要求及尺寸、重量有無特

10、殊限制等條件從產品目錄中選擇電動機的類型和結構形式、容量（功率）和轉速，確定具體型號。3.2.1.1選擇電動機的類型和結構形式電動機的類型根據電流種類、工作條件及載荷特點等選擇。本設計沒有特殊要求，采用Y系列三相鼠籠型異步電動機比較合適，它具有高效、節能、起動轉矩大、噪音低、振動小、可靠性高以及使用維護方便等優點。由于卷揚機起動、制動和反轉頻繁，要求電動機轉動慣量小和過載能力大，應選用起重及冶金用三相異步電動機。為適應不同的安裝需要，同一類型的電動機結構又制成幾種安裝形式，各型號電動機的技術數據、外形及安裝尺寸可查閱設計手冊中的產品目錄獲得。3.2.1.2 確定電動機的容量電動機的容量（功率）

11、確定得是否合適，既影響電動機的工作，又影響經濟性。若容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作或因長期過載而使電動機過早損壞；若容量過大，不僅電動機價格高，其能力也不能充分利用，而且由于經常不在滿載下運行，其效率和功率因素都較低，這是不經濟的。電動機的容量主要由其運行時的發熱條件決定，只要電動機的負荷不超過其額定值，電動機便不會過熱。即按電動機的額定功率等于或略大于所需電動機功率即可。不必再作發熱計算。所需電動機功率為：式中 工作機構所需功率（kW）； 由電動機至工作機構的總效率。 工作機構所需功率，根據工作機構的工作阻力和運行參數求得。本設計中，可由給定的工作阻力（鋼絲繩的牽引力）和參數按

12、下式計算 （kW）式中 工作機構的線速度（m/s）工作機構的工作阻力（N）；式中 限載量； 運載小車自重； 地面坡度； 運載小車滾輪與軌道的滾動摩擦系數。總效率按下式計算 式中 分別為牽引機構中每個聯軸器、每對軸承和每一傳動機構的效率，其數值可查機械設計手冊獲取。3.2.1.3 確定電動機的轉速同類型的容量相同的電動機，有不同的轉速。低轉速電動機的極數多，外廓尺寸及重量都比較大，價格比較高，但傳動裝置的總傳動比及尺寸可以比較小，高轉速電動機則相反。所以電動機轉速的高低不僅影響其尺寸、重量和價格，同時也影響傳動裝置的總傳動比以及尺寸的大小，在確定電動機轉速時，應綜合考慮這些因素，進行分析比較，使

13、整個設計既合理又經濟。為此，可以根據卷筒的轉速和傳動機構的合理傳動比范圍算出電動機轉速的可選范圍，即 （r/min）式中 電動機可選轉速范圍（r/min）； 傳動裝置總傳動比的合理范圍；各級傳動機構傳動比的合理范圍；卷筒轉速（r/min）。通常多用同步轉速為1500和1000（r/min）的電動機，設計時應優先考慮。根據選定的電動機類型、結構、容量和轉速，查出電動機型號后，應將型號、性能參數和主要尺寸記下備用。3.2.2 確定牽引機構的總傳動比并分配傳動比 由選定的電動機的滿載轉速和卷筒轉速，可求得牽引機構的總傳動比為 總傳動比確定后，再進行傳動比的分配 對于二級圓柱齒輪減速器，一般兩級齒輪材

14、料相近，為使各級大齒輪浸油深度合理，即各級齒輪既得到充分潤滑又不致使某級大齒輪浸油過深而增加攪油損失，應使減速器內各級大齒輪直徑相近。在二級圓柱齒輪減速器中，低速級傳遞扭矩比較大，其中心距也比高速級大，為使兩級大齒輪直徑接近而低速級大齒輪直徑略大，必須使高速級傳動比大于低速級傳動比。推薦 3.2.3 牽引機構的運動和動力參數計算牽引機構的運動和動力參數計算，就是求出各軸的功率、轉速和扭矩，以進行各零件的設計計算。各軸的功率和扭矩以輸入端計，齒輪的設計計算也用此扭矩，以簡化計算。牽引機構的設計功率為所需電動機功率，這樣可以使設計的減速器既滿足使用要求，又尺寸較小，價格比較低。計算時，將牽引機構各

15、軸從高速到低速依次定為軸、軸，相鄰兩軸間的傳動比為，兩軸間的傳動效率，則各軸的功率、扭矩和轉速的關系為：3.2.3.1 各軸功率 （kW）式中 電動機至I軸間的傳動效率 （kW） （kW）其余類推。3.2.3.2 各軸扭矩電動機軸的輸出扭矩 （N.m） （N.m） （N.m） （N.m）其余類推。3.2.3.3 各軸轉速 （） （） （）其余類推。以上計算結構應整理列表。3.2.4 聯軸器的選擇 從聯軸器標準規格中選取，然后驗算所傳遞的轉矩，使其滿足 聯軸器規格參數表中給出的轉矩，N.m； 聯軸器的計算轉矩， 聯軸器的名義轉矩，N.m； K載荷系數，查機械設計手冊獲取。3.2.5 鋼絲繩的選擇

16、 鋼絲繩結構選用不旋轉的鍍鋅鋼絲繩。 鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按下公式確定 公式中 鋼絲繩最小直徑，mm； 鋼絲繩選擇系數，查起重機設計手冊獲取。3.2.6 卷筒結構設計 參照工程起重機教材。3.2.7 制動器制動器的選擇和校核則應包括如下計算：3.2.7.1 制動器產生的制動力矩3.2.7.2 制動彈簧作用力和彈簧安裝長度3.2.7.3 松閘條件。各類制動器的性能、規格和尺寸均有部頒標準。應根據機構所需的制動力矩選擇標準塊式制動器。3.2.8 減速器傳動零件的設計計算 參照機械設計課程設計。3.3 繩輪系統設計3.3.1 滑輪滑輪是用來導向和支承鋼絲繩，以一改變鋼絲繩的走向，滑輪組

17、還能達到省力或增速的目的。滑輪直徑的大小直接影響鋼絲繩的壽命，因而設計時應合理選用。一般按下列公式選用（注意：選用時是按照鋼絲繩中心計算的直徑D1）：D1min=h.d 公式中：D1min按鋼絲繩中心計算的滑輪的最小直徑（mm）; h與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數，按設計手冊選用； d鋼絲繩的直徑（mm）。3.3.2 鋼絲繩的卷繞形式 鋼絲繩的卷繞要保證：（1）鋼絲繩在卷筒上的偏斜角小于鋼絲繩的容許偏角（2）保證鋼絲繩在卷筒上不能亂繩；（3）鋼絲繩不能在地上與地直接拖行，牽引空間不能對給周圍環境遺留過大的障礙。3.3.3 支承滑輪、托輪的支架要有足夠的剛度。3.3.4鋼絲繩的固定 鋼絲繩

18、在卷筒上的固定和繩頭的固定要按照規定，不允許出現滑頭。3.4 牽引小車 牽引小車要有足夠的容量、結構的剛度足夠、強度要足夠等。3.5 草圖繪制 根據上述計算數據和工藝性要求，將初定設計方案所繪制的機構簡圖結構化。但只作為草圖，為下一步主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、鍵等）強度、剛度計算校核提供條件。3.6主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、鍵等）強度、剛度計算校核根據草圖結構尺寸進行主要零部件（含軸類、軸承、齒輪、蝸桿蝸輪、絲桿螺母、鍵等）的強度、剛度計算校核，當強度、剛度不滿足工藝要求時，應在設計草圖上對結構尺寸進行修改，直到合理為止。3.8 圖樣繪制當必要的計算已經完成、主要的零部件校核合格后