1、- 85 -*Page 853/5/2022- 85 - 1 概述1.1卷揚機的應用場合卷揚機是一種起重設備，由于具有結構簡單、搬運安裝靈活、維護保養簡單、操作方便、價格低廉和可靠性高等優點，所以被廣泛應用與物料提升、水平和傾斜拽引重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設備安裝等工作中。卷揚機除在建筑工地、設備安裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、水電、農業、軍事、化工及交通運輸等行業中亦廣泛應用，如高爐料鐘和物料的提升，礦井的物料提升，水平、傾斜牽引運輸，礦車調度、回柱，船舶上錨鏈的提升等。1.2卷揚機的主要類型 1）按鋼絲繩額定拉力分按鋼絲繩在基準層上所能承受的最大拉力來區分為15級：5，7.5，1

2、0，12.5，16，20，25，32，50，80，120，160，200，320，500KN。2）按鋼絲繩額定速度分l 慢速卷揚機 繩速l 中速卷揚機 繩速l 快速卷揚機 繩速l 高速卷揚機 繩速3）按卷筒數目分一臺卷揚機上卷筒數目的多少，直接影響到卷揚機的結構。卷揚機按卷筒數目可分為單筒卷揚機、雙筒卷揚機和多筒卷揚機三類。目前生產的大多數是單筒和雙筒卷揚機，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 手動卷揚機 用于無動力源的小型卷揚機l 電動卷揚機 大多數卷揚機多屬于此類l 內燃卷揚機 用于無電源的地方l 氣動卷揚機 用于不能使用電源的地方l 液壓卷

3、揚機 與其他設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。目前用于手動卷揚機l 閉式齒輪傳動 主要為快速單筒卷揚機，應用廣泛6）按控制方法分 l 手動卷揚機l 電控卷揚機l 液控卷揚機l 氣控卷揚機l 自動控制卷揚機7）按用途分l 提升重物 要求有一定的速度，以利于提高生產率，冰要求高的安全性，以防墜落。l 設備安裝 一般設備的質量都較大，則要求卷揚機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 因為此項工作一般式在水平和傾斜方向進行的，為師物品能前后運動，則要求卷揚機的卷筒正反轉均能工作l 打樁 要求卷揚機把重物

4、提升到一定高度后，能使重物成自由落體下降，實現打樁工作，即要求卷揚機具有溜放性能。1.3國內卷揚機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度和提高工作效率。但由于舊中國的工業落后，勞動力便宜，所以在物料的提升和搬運過程中大都是靠工人的肩挑背扛，而卷揚機只有在一些大型企業中才被使用，應用很少，而且所適用的卷揚機也均為國外生產，國內基本沒有生產卷揚機的廠家。我國的卷揚機生產是解放后才開始的，已有近60年的歷史。50年代為滿足恢復經濟的需要和第一個五年計劃的需要，卷揚機的生產被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠（阜新礦山機械廠前身）等成批仿制了兩種卷揚機，一種為日本的JI

5、S8001型動力卷揚機，它是一種原動機為電動機，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機；另一種是按蘇聯圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機。隨著生產的發展，到了60年代，卷揚機的生產和使用越來越多。為了協調生產，主要卷揚機生產廠家（阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廠、寶雞起重運輸機廠等）組成了卷揚機行業組織，隸屬于第一機械工業部礦山機械行業下。為了發展卷揚機的生產，行業組織了相關廠家的人員對全國卷揚機的生產和應用情況進行了調查。在調查的基礎上，開始自行設計和制造新的卷揚機，先后試制了0.5t、1t、3t電動卷揚機，但由于對當時各廠

6、家的生產能力估計不足，無法推廣。從70年代起，我國卷揚機的生產進入了技術提高、品種增多、定性生產的新階段。在各廠自行設計和生產的基礎上，1973年，由卷揚機行業組織了有關廠家和院校聯合進行了卷揚機基型設計，并充分考慮到了當時中小廠家的生產能力?？焖倬頁P機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構，操縱用手扳剎車帶制動。慢速卷揚機的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結構。這兩種基型一直到今天還在生產。為了適應生產發展的需要，當時第一機械工業部發布了JB926-74建筑卷揚機形式與基本參數和JB1803-76建筑卷揚機技術條件兩個部標準，并把卷揚機行業

7、劃歸常德建筑機械研究所（長沙建筑機械研究院前身）領導。隨著部標準的頒布，使卷揚機有了大發展的基礎。為了滿足經濟發展的需要，各廠家相繼生產了20t和32t卷揚機。從70年代末開始，我國實行了改革開放政策，國民經濟大發展，作為國民經濟的動力，煤炭產業現代化和機械化的要求日益強烈，許多產品逗進行了防爆改造，從而進入到煤礦井下，其中卷揚機是最成功的一種產品，JD系列的調度卷揚機和JH系列的回柱卷揚機至今還在大量的生產，是礦山井下，運輸調度不可替代的機械設備。但這種設備的自動化的程度不高，無法實現無人值守的自動操作，往往由于卷揚機操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產事故。礦山卷揚機的發展是伴隨著煤炭

8、產業發展，九十年代中后期，是我國煤炭生產的一個低潮，礦用卷揚機的發展十分緩慢，沒有什么新的結構，產品出現。但是，2000年以后，國際油價居高不下，煤炭再一次被人們所重視，煤炭價格一路上漲，卷揚機等一系列的礦山機電產品需求量劇增，促進了卷揚機的發展，這一時期卷揚機品種增加，自動化水平增加，新結構、新功能不斷出現，但是仍然具有一定的技術瓶頸，即自動控制設備的防爆問題?，F在，變頻調速技術和PLC控制技術十分的成熟，但是，也只是在礦井的主井和副井的提升系統中得到了最廣泛的最成熟的應用。然而，自動化和數字化是礦井發展的必然趨勢，為了實現這一目的，礦山設備的自動化和數字化是實現這一目的的基礎。本設計也力求

9、用最成熟的PLC控制技術，實現礦井水倉的無人值守，達到牽引卷揚機能夠根據水位自動提升和下降泵房的目的，探索一條能夠實現卷揚機自動化控制的路徑。1.4國外卷揚機概況在國外，卷揚機的品種繁多，應用也很廣泛。在西方技術先進的國家中，鉆機制造商德國Wirth公司、Bentec公司以及美國Varco公司擁有先進的卷揚機控制技術、電動機四象限傳動技術以及電子(自動) 司鉆控制技術。這些卷揚機控制系統能根據鉆壓、機械鉆速、轉盤轉速和扭矩等參數控制鉆井鋼絲繩的連續遞送以保持穩定的鉆井狀態， 進而大大提高鉆井效率。下面簡單介紹一下幾個國家上產卷揚機的狀況。一、日本日本東明治30年代開始制造和使用卷揚機。據日本荷

10、藝機械研究所核計，19701975年間卷揚機的產量增加62.5%。據日本通產省機械核計月報載，僅1977年單純土建卷揚機的產量就達12萬臺，產值約100億日元。日本卷揚機行業由機械技術部會、核藝機械技術委員會領導。主要生產廠家有北川鐵工所、遠藤鋼機、南星、越野總業、藝浦、松崗產業等80多個廠家。北川鐵工所是一家大型生產廠。其生產的卷揚機品種系列比較齊全，主要有：1）動力卷揚機 粉BF、MF、DF三種形式。功率為3.744KW,鋼絲繩拉力從580044100N，有18格規格。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。其結構特點是全部為標準型，采用改進了的螺旋頂絲式離合

11、器操縱，因而操作簡便，易調整。鼓形離合器采用單椎體式，摩擦材料采用帶型樹脂。2)電動卷揚機 該廠生產的電動機為KW型，功率3.711KW,拉力6000142100，四種規格。其結構特點是：全封閉式內齒輪傳動;電動機在一端，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，可遠距離遙控；最大特點是卷筒可纏繞89層，容繩量大，適于高層建筑使用。3）大型電動卷揚機 主要用于提升大型重物或設備，可兩檔機械變速，設有電磁鐵制動器、手制動器和棘輪制動器，以確保安全。遠藤鋼機公司有60多年歷史，它是日本唯一生產特殊電動卷揚機的公司。ENDO型卷揚機采用起重電動機，卷揚機可兩檔變速，排繩器裝

12、在上部，是單螺旋軸雙導向桿式結構，機座全部是焊接結構，所有機械與電器部分裝在機座里。二、美國美國生產卷揚機的廠家有近百家，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，有七十多家的設計和生產實踐經驗。主要產品有：氣動鏈式卷揚機，防爆拖式氣動卷揚機，駁船卷揚機（手動、氣動、電動、液壓），電動鏈式卷揚機，電動葫蘆，電動卷揚機，手動卷揚機，液壓卷揚機，水平卷揚機，手動鏈式卷揚機，棘輪牽引器，空中吊運車。哲恩有限公司是美國較大的生產起重設備的公司，主要產品有各種手動卷揚機、電動卷揚機、提升機械及起重機。手動卷揚機的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪

13、傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅動系列、鏈傳動系列。其中直接驅動式電動卷揚機的傳動式全封閉式行星齒輪傳動，傳動系統全部裝在卷筒里面，機架和卷筒用高強度鋼焊接而成。美國除上述兩家公司外，比較重要的生產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、法國法國生產卷揚機的廠家很多，其中包騰公司就是生成卷揚機的主要廠家之一。包騰公司主要生產KUSW系列卷揚機、LMD系列卷揚機、PC系列卷揚機和RCS系列卷揚機。LUSW型卷揚機輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚機能夠比較理想地與各種建筑機械配套。LMD型卷揚機可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統可同時控

14、制兩個機械制動器。LMD型卷揚機綜合了電氣技術和液壓技術的優點，性能比較好。PC卷揚機可五檔變速器，三個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統提升電動機驅動卷揚機。電動機帶動直齒減速器，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、德國等也都生產著不同用途的各種型號的卷揚機。1.5卷揚機發展趨勢1.大型化 由于基礎工業大發展，大型設備和建筑構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發展。2.采用先進電子技術 為了實現卷揚機的自動控制和遙控，廣泛采用先進的電子技術，傳感器技術，可編程控制技術。3.發展手提式卷揚機 為了提高機械化程度，減輕工人的勞動強度，大力發展小型手提式卷

15、揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機。4.大力發展不帶動力源裝置的卷揚機 此種卷揚機借助汽車和拖拉機動力，結構簡單，有一個卷筒和一個減速器即可。2鋼絲繩的選擇2.1鋼絲繩的選擇方法卷揚機通過鋼絲繩升降、拽引重物。工作時鋼絲繩多層纏繞所受應力十分復雜，加之對外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴重。因此應特別重視鋼絲繩的合理選擇和實用。鋼絲繩鋼絲繩直徑（以下簡稱繩徑）的選取，是卷揚機設計的第一步。直徑的選擇直接影響卷筒的直徑及相關尺寸的確定，還關系到卷揚機能否正常的運行。在以往起重類，卷揚機書目及卷揚機設計規范中，繩徑的選擇有兩種方法，這兩種方法是：安全系數法 （3.1）選擇系數法

16、 （3.2）式中 整條鋼絲繩的破斷拉力（）； 卷揚機工作級別規定的最小安全系數； 選定鋼絲繩的安全系數； 鋼絲繩的額定拉力（）；鋼絲繩最小直徑（）； 鋼絲繩選擇系數，它由機構的工作級別、鋼絲繩是否旋轉以及吊運物品的性質等因素有關； 鋼絲繩最大工作拉力（）。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛部分的重量，滑輪組及其他吊具的重量）并考慮滑輪組效率和倍率還確定。2.1.1安全系數法該方法是一種靜力計算方法，間接選擇繩徑。設計時，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規定的最小安全系數，然后從產品目錄中選擇一種破斷拉力不小于·的繩徑。該方法是沿用多年的傳統方法，它具有簡化計算、資料系統、齊全、

17、完整的特點，基本上能滿足現有國產繩徑的選擇，是一種比較成熟的選擇方法。它的不足之處就是選擇過程比較繁瑣，必須經過多次的試算才能選出，而且是間接選擇的。2.1.2選擇系數法目前在工業化國家，對繩徑的選擇普遍采用這種方法。國際標準ISO4308（鋼絲繩的選擇）也推薦采用此方法。這種方法能直接計算出繩徑，比間接選擇要方便的多，簡單明了而且直觀，一旦查到了選擇系數就能很容易的把繩徑計算出來。但目前兩個規范（GB/T3811-1983和GB13752-1992）上提供的選擇系數都有很大的局限性，遠遠不能滿足選擇鋼絲繩的需要。因為它們沒有把現有的國產鋼絲繩的各種規格型號，不同繩芯，不同的鋼絲抗拉強度的選擇

18、系數統統列出來。2.2鋼絲繩選擇經過綜合比較并查閱資料，本設計采用第一種方法即安全系數法。煤礦安全規程的規定專為升降物料用的提升鋼絲繩的安全系數不得低于6.5 。由設計要求可求得鋼絲繩的額定拉力=60KN，鋼絲繩的破斷拉力=選型結果：24.5ZAA 6×19+FC 1770 ZZ 521 GB/T16269-1996主要參數如下：鋼絲繩直徑：d=24.5mm鋼絲直徑：1.6mm鋼絲總斷面積：229.09參考重力： 鋼絲繩公稱抗拉強度：1550 N/該型號的鋼絲繩具有如下的特點：是一種鍍鉻鋼絲繩，提高了鋼絲繩的耐腐蝕性，適用于室外，潮濕的環境中；是一種面接觸鋼絲繩，這種鋼絲繩的接觸應力

19、小，進一步改善了鋼絲繩的性能；繩芯采用天然纖維芯，具有較高的撓性和彈性，纏繞時彎曲應力較?。徊捎糜彝蚰?，鋼絲繩的撓性好，磨損小，使用壽命長，因泵房采用剛性導軌，克服了松散性和扭轉性。2.3鋼絲繩強度校核折減系數鋼絲繩破斷拉力總和折減后319.5KN>=300KN所以強度足夠2.4鋼絲繩在卷筒上的固定2.4.1鋼絲繩在卷筒上的固定方式鋼絲繩在卷筒上固定應保證工作時安全可靠，便于檢查、裝拆及調整，且固定處不應使鋼絲繩過分彎折。鋼絲繩常用的固定方式有：楔塊固定和壓板固定兩類。1.楔塊固定鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取1：41：5，以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡單，但鋼

20、絲繩允許的直徑不能太大。2.壓板和螺釘繩端固定裝置鋼絲繩端從端側板預留斜孔中引出至板外，通過壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見，壓板數目至少為兩個。這種繩端的固定方式，卷筒結構簡單，對鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。本設計中就采用此種固定方式。斜孔角度為45°，斜孔的邊緣倒圓角，這樣可保證鋼絲繩平緩的纏繞在卷筒上，避免了鋼絲繩的損傷。2.4.2鋼絲繩固定端承載能力驗算國家標準規定，鋼絲繩在卷筒上的安全圈數不得小于3圈。在保留兩圈的情況下，應能承受1.25倍的鋼絲繩額定拉力。當鋼絲繩安全圈數不少于3圈時，固定端處的拉力可按歐拉公式計算 （3.4）式中 鋼絲繩端處拉力（）；最大靜強度計算拉力

21、， 為動載系數，可按表2.1進行選取，取。為鋼絲繩額定拉力（），；自然對數底數，；鋼絲繩與滾筒表面的摩擦系數，計算時取；鋼絲繩安全圈在卷筒上的包角，安全圈數不少于3圈。若取3圈，則。結果 由計算可知，鋼絲繩固定端處的連接強度不容忽視。根據計算結果可計算繩端緊固件。2.4.3鋼絲繩的出繩方向及其偏角鋼絲繩的出繩方向一般為水平方向，并從卷筒下方出繩，這樣可以得到比較小的側翻力矩。但也可以從其他方向出繩，此時，鋼絲繩傾斜，必然要產生向上的分力，使地腳螺栓的受力狀態發生變化。為了確保鋼絲繩在卷筒上纏繞均勻、對稱、排列整齊，避免堆積、松散圖3.2 鋼絲繩卷放偏角定滑輪卷筒排繩器定滑輪卷筒和亂繩。鋼絲繩水

22、平方向卷放偏角值必須符合表2.2的規定。表3.2 卷放偏角的規定值表3.2 卷放偏角排繩方式允許偏角自然排繩排繩器排繩鋼絲繩的偏斜角可由導繩定滑輪旋轉中心線到卷筒軸線或排繩器導繩輪軸線的距離來保證。即 （3.4）如果偏角過大，會造成各圈鋼絲繩之間留有較大的縫隙，當新的一層鋼絲繩向下面一層纏繞時就會嵌壓進入鋼絲繩之間的縫隙，造成嚴重“錘擊”，很容易引起亂繩并增加鋼絲繩的磨損。如果偏角過小，則鋼絲繩纏繞到卷筒邊緣時，可能會產生從下向上的繩圈堆積現象，特別是當導向定滑輪對卷筒不對中時，情況更為嚴重。當鋼絲繩堆積上有兩三層后又突然墜落，將產生很大的沖擊力。這種現象對鋼絲繩壽命和卷筒強度都有很大影響。嚴

23、重的堆積還會造成鋼絲繩越出卷筒段側板，引起事故。所以有必要規定一個最小的纏繞偏斜角，推薦采用。3 卷筒設計計算卷揚機卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應力非常復雜。它作為卷揚機的重要零件，對卷揚機安全可靠的工作至關重要，應該合理地進行設計。圖3.1 卷筒容繩尺寸參數及結構示意圖3.1卷筒結構卷筒結構形式多樣，可按下述方法分類：按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷筒應用廣泛。卷揚機卷筒大多為鑄造卷筒，成本低，工藝性好，但質量大，適用于中小型卷揚機。大噸位卷揚機一般采用鑄鋼卷筒。鑄鋼卷筒雖然承載能力較大，但成本較高，若工藝允許，可采用鋼板焊接結構。按照卷筒纏繞層數的不同可分為單層纏繞卷筒和多層

24、纏繞卷筒。卷揚機主要使用多層纏繞卷筒。按照卷筒內部是否帶有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒。無論是卷筒內的環向筋還是縱向筋，均增加了知道難度，同時在筋板和筒壁的連接處還會引起應力集中。本次設計中不采用帶筋板卷筒。按照結構的整體性，卷筒可分為整體式卷筒和分體式卷筒。卷揚機噸位比較小時，卷筒常采用整體結構。對較大噸位的卷筒，常做成分體裝配形式，這樣可以簡化工藝，減輕重量。本次設計的卷揚機，噸位較小，故采用整體式卷筒，簡化結構和安裝工藝。按照轉矩的傳遞方式來分，常采用端側板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內齒輪內嚙合式。這種卷筒的特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉矩。3.2卷筒容繩尺寸參數計算3.2.

25、1卷筒節徑卷筒節徑對筒壁和端側板的設計具有重要意義。值小，結構自然緊湊，但單位長度上的力較大，鋼絲繩壽命低。卷筒節徑應滿足下式 式中 筒繩直徑比，是卷揚機工作級別有關的系數，范圍； 鋼絲繩直徑（），。結果 取整 卷筒的直徑=D-d=524-24.5=500mm3.2.2卷筒容繩寬度卷筒容繩寬度，一般可按下述關系式確定 式中 H提升高度（），H=50000； 鋼絲繩直徑（），； 卷筒節徑（），； 卷筒直徑（），。結果 卷揚機卷筒壁厚的設計計算中，通常卷筒長度都設計成小于其直徑的3倍，甚至小于其直徑的2倍。因為此時的鋼絲繩拉力產生的扭剪應力和彎曲應力的合成應力較小，故計算卷筒強度時可忽略不計，簡化

26、設計計算。3.2.3鋼絲繩纏繞層數按照常規，同時根據煤礦安全規程規定，鋼絲繩的纏繞層數最好不要超過5層，控制在5層，據卷筒的容繩量為150m及以上的設計條件可知，每一層的纏繞圈數n：圈每層纏繞的長度：=1981.6則鋼絲繩的纏繞層數為：圈3.2.4確定卷筒各直徑（1）鋼絲繩在卷筒上的最小纏繞直徑（2）鋼絲繩在卷筒上的最大纏繞直徑式中：-鋼絲繩每層降低系數，0.9=（3）鋼絲繩在卷筒上的平均纏繞直徑=568.6（4）卷筒的邊緣外徑=720.5取3.2.5卷筒筒殼厚度材料選用灰口鑄鐵HT200卷筒壁的強度按下式計算 (4.4)則筒壁厚度為 (4.5)式中 鋼絲繩的額定拉力（）,；卷筒壁環向壓縮應力

27、（）；多層纏繞系數，；鋼絲繩軸向卷繞節距（）,；卷筒材料的許用應力（），根據小卷揚機工作級別，選取。結果 取整3.2.6卷筒端側板厚度考慮到結構尺寸、壓力、載荷等影響因素，端側板厚度計算公式為 (4.6)式中：綜合影響系數，； 端側板材料的許用應力，。結果：取整卷筒直徑大小對端側板強度影響較大，且卷筒筒壁和端側板過度處的圓角半徑對端側板強度有重要影響，所以不能取得太小。過渡圓角半徑取在范圍內比較合適，取。4、電動機的選擇4.1卷筒轉速 根據工作機構-卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計算卷筒轉速：式中：-鋼絲繩繩速，-卷筒直徑，根據計算結果，準備選用1000 r/min的YB隔爆系列異步電動機，因此初步的

28、總傳動比，選用三級展開式圓柱齒輪減速器。雖然采用了低轉速的電動機，增加了電機成本，但是傳動系統簡單，減少了齒輪等零件的數量，一定程度上提高了機械效率，降低了零件加工使用的費用并提高了系統的可靠性，總和衡量壽命周期總成本不會增加。4.2選型設計計算負載功率： 式中：-額定拉力，=60000N -鋼絲繩繩速， -傳動機構效率-彈性聯軸器效率，=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 根據卷揚機的工作情況，去功率儲備系數k=1故則電動機選型為YB180L-8具體參數如下：額定功率（KW）： 15額

29、定轉速（r/min）: 970額定電壓（V）: 380額定電流（A）: 31.6最大轉矩/額定轉矩（NM）: 2效率: 0.895功率因數: 0.81該型號屬YB系列電機。該系列電動機是全封閉、外扇冷鼠籠隔爆型三相電機。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、先進隔爆結構等特點。安裝尺寸符合IEC標準， 功率與機座號的配置關系符合DIN標準。YB系列電機的防爆性能符合中國國家標準GB3838.1-83爆炸性環境用防爆電氣設備通用要求和GB3836.2-83爆炸性環境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備。可用于引燃溫度高于135，1級區域或2級區域的氣體爆炸性危險場所。該型電動機的

30、工作條件為：1.環境空氣溫度：隨季節而變化,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.防護等級：IP44；6.絕緣等級：F；7.冷卻方式：IC441；8.工作方式：S1。5 減速器的設計計算5.1傳動方式的擬定減速器是應用于電動機和卷筒之間的獨立的傳動裝置。其主要功能是降低轉速，增大轉矩，以滿足對機械的各種要求。實踐表明，傳動裝置設計得合理與否，對整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設計傳動裝置是整部機器設計工作中的重要環節，即合理地擬定傳動方案又是保證傳動裝置設計質量的基礎。根據設計

31、要求，可得到如下的傳動方案：（1）、不需要立式結構,故采用臥式減速器；（2）、行星傳動結構緊湊，但成本高，維護困難；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，設計制造維護都很方便的優點；（3）、根據工作機構卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計算卷筒轉速（4）、為了便于加工拆卸及維護，采用水平剖分式；（5）、功率小，轉速也較低，所以軸承全部采用深溝球軸承；（6）、電動機和輸入軸之間采用彈性套柱銷聯軸器（GB4323-84），卷筒與減速器之間采用開始齒輪傳動連接。5.2總傳動比及傳動比分配5.1.1總傳動比按額定轉速初定

32、傳動比，總傳動比按下式計算 (5.3)式中 電動機額定轉速，； 卷筒轉速，結果 5.1.2傳動比分配總傳動比等于各級傳動比的連乘積，即 (5.4)合理分配傳動比是設計的一個重要步驟。如果把傳動比分配得合理時，傳動系統結構緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但傳動比分配不合理，則結果正好相反，所以傳動比分配應盡量遵循以下原則：1. 各級傳動比最好在推薦的范圍內選取，以符合各種傳動形式的特點；2. 應充分發揮各級傳動的承載能力?？砂礉M足某一質量指標分配傳動比，如按外嚙合接觸強度相等原則分配傳動比；3. 傳動零件之間不應造成相互干涉碰撞，如卷揚機的開式齒輪傳動，若傳動比太小，大齒輪直徑小于卷筒直徑，

33、則會使小齒輪與卷筒產生干涉；4. 各級傳動尺寸要協調、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. 應使傳動裝置的總體尺寸緊湊，質量最小。圖5.2 三級圓柱齒輪減速器傳動比分配圖設計時，卷揚機的實際傳動比的準確值必須在各級傳動零件具體參數確定后才能計算出來，故應驗算卷筒軸實際轉速是否在允許誤差范圍呢，如不滿足要求，應重新調整傳動比，一般情況下，設計時允許卷筒有±（3%5%）的轉速誤差。減速器為三級展開式圓柱齒輪減速器，其傳動比按圖5.2選取分配。由圖5.2得，傳動比分配見表5.2。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

34、才將傳動比取小數，這樣分配便于了加工和計算，減小了傳動速度誤差。表5.2 圓柱齒輪減速器傳動比的分配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1534.984.023.022.55.2傳動裝置運動參數計算5.2.1各軸轉速計算第軸轉速（輸入軸）第軸轉速（中間軸）第軸轉速（中間軸）第軸轉速（輸出軸）第軸轉速（卷筒軸） 5.2.2各軸功率計算第軸功率（輸入軸）第軸功率（中間軸）第軸功率（中間軸）第軸功率（輸出軸）第軸功率（卷筒軸）式中 彈性聯軸器效率，； 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），；5.2.3各軸扭矩計算第軸扭矩（輸

35、入軸）第軸扭矩（中間軸）第軸扭矩（中間軸第軸扭矩（輸出軸）第軸扭矩（卷筒軸）表5.3各軸轉速、輸出功率、輸出扭矩表軸號轉速輸出功率輸出扭矩傳動比（輸入軸）97014.3140.81（中間軸）19413.7674.44.98（中間軸）48.513.22599.24.02（輸出軸）16.212.57368.83.02（卷筒軸）6.511.316602.32.55.3傳動裝置運動參數校核5.3.1第一級齒輪傳動校核：設計項目及說明結果1)、選擇齒輪材料，確定許用應力由表6.2選： 小齒輪40Cr 調質大齒輪45 正火應力循環次數N由式： = 接觸強度壽命系數：查圖得：接觸強度最小安全系數：SHmin

36、=1許用接觸應力: 接觸疲勞極限 :查機械設計圖6-4: 由式 則： 許用彎曲應力由式：彎曲疲勞極限查機械設計圖6-7： 彎曲強度壽命系數： 查機械設計圖6-8: 彎曲強度尺寸系數:查機械設計圖6-9(設模數小于5): 彎曲強度最小安全系數 則：=378×1×1/1.4=270 N/mm=294×1×1/1.4=210 N/mm2)、按齒面接觸疲勞強度設計計算。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，由機械設計式6-5： 齒寬系數按齒輪相對軸承為非

37、對稱布置，取小輪齒數:在推薦值20-40中選=21大輪齒數: 齒數比u :傳動比誤差u/u:合格 小輪轉距:載荷系數K： 使用系數： 查機械設計表6.3，=1 動載荷系數：由推薦值選=1.2齒間載荷分配系數由：=0得=1.1齒向載荷分布系數：由推薦值選=1.1則載荷系數:=1×1.2×1.1×1.1=1.45材料彈性系數：查表得=節點區域系數：查機械設計手冊（），=2.5重合度系數：由推薦值：0.850.92選=0.87則： 齒輪模數： (圓整后的值)小齒輪分度圓直徑：大齒輪分度圓直徑：標準中心距: mm圓周速度：與故取v=4m/s相近齒寬:大輪齒寬：小輪齒寬：3

38、)、齒根彎曲疲勞強度計算： 由式： 齒形系數:查機械設計手冊小齒輪：=2.57大齒輪：=2.21應力修正系數：查機械設計手冊小齒輪：大齒輪：重合度：=1.73重合度系數： 故：所以齒根彎曲強度滿足 SHmin=1=1=21=105=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.2第二級齒輪傳動校核：設計項目及說明結果1)、選擇齒輪材料，確定許用應力由表6.2選： 小齒輪40Cr 調質大齒輪45 正火應力循環次數N由式： = 接觸強度壽命系數：查圖得：接觸強度最小安全系數：SHmin=1許用接觸應力: 接觸疲勞極限 :查機械設計圖6-4: 由式 則： 許用彎

39、曲應力由式：彎曲疲勞極限查機械設計圖6-7： 彎曲強度壽命系數： 查機械設計圖6-8: 彎曲強度尺寸系數:查機械設計圖6-9(設模數小于5): 彎曲強度最小安全系數 則：=378×1×1/1.4=270 N/mm=294×1×1/1.4=210 N/mm2)、按齒面接觸疲勞強度設計計算。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，由機械設計式6-5： 齒寬系數按齒輪相對軸承為非對稱布置，取小輪齒數:在推薦值20-40中選=25大輪齒數: 齒數比u :小輪

40、轉距:載荷系數K： 使用系數： 查機械設計表6.3，=1 動載荷系數：由推薦值選=1.2齒間載荷分配系數由：=0得=1.1齒向載荷分布系數：由推薦值選=1.1則載荷系數:=1×1.2×1.1×1.1=1.45材料彈性系數：查表得=節點區域系數：查機械設計手冊（），=2.5重合度系數：由推薦值：0.850.92選=0.87則： 齒輪模數： (圓整后的值)小齒輪分度圓直徑：大齒輪分度圓直徑：標準中心距: 圓周速度：與故取相近齒寬:大輪齒寬：小輪齒寬：3)、齒根彎曲疲勞強度計算： 由式： 齒形系數:查機械設計手冊小齒輪：=2.57大齒輪：=2.21應力修正系數：查機械設

41、計手冊小齒輪：大齒輪：重合度：=1.72重合度系數： 則：所以齒根彎曲強度滿足SHmin=1=1=25=101=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.3第三級齒輪傳動校核：設計項目及說明結果1)、選擇齒輪材料，確定許用應力由表6.2選： 小齒輪40Cr 調質大齒輪45 正火應力循環次數N由式： = 接觸強度壽命系數：查圖得：接觸強度最小安全系數：SHmin=1許用接觸應力: 接觸疲勞極限 :查機械設計圖6-4: 由式 則： 許用彎曲應力由式：彎曲疲勞極限查機械設計圖6-7： 彎曲強度壽命系數： 查機械設計圖6-8: 彎曲強度尺寸系數:查機械設計圖6

42、-9(設模數小于5): 彎曲強度最小安全系數 則：=378×1×1/1.4=270 N/mm=294×1×1/1.4=210 N/mm2)、按齒面接觸疲勞強度設計計算。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，由機械設計式6-5： 齒寬系數按齒輪相對軸承為非對稱布置，取小輪齒數:在推薦值20-40中選=25大輪齒數: 齒數比u :小輪轉距:載荷系數K： 使用系數： 查機械設計表6.3，=1 動載荷系數：由推薦值選=1.2齒間載荷分配系數由：=0得=1.

43、1齒向載荷分布系數：由推薦值選=1.1則載荷系數:=1×1.2×1.1×1.1=1.45材料彈性系數：查表得=節點區域系數：查機械設計手冊（），=2.5重合度系數：由推薦值：0.850.92選=0.87則： 齒輪模數： (圓整后的值)小齒輪分度圓直徑：大齒輪分度圓直徑：標準中心距: 圓周速度：與故取相近齒寬:大輪齒寬：小輪齒寬：3)、齒根彎曲疲勞強度計算： 由式： 齒形系數:查機械設計手冊小齒輪：=2.57大齒輪：=2.21應力修正系數：查機械設計手冊小齒輪：大齒輪：重合度：=1.7重合度系數： 則：所以齒根彎曲強度滿足SHmin=1=1=25=76=1=1.2=

44、1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.4第四級齒輪傳動校核設計項目及說明結果1)、選擇齒輪材料，確定許用應力由表6.2選： 小齒輪40Cr 調質大齒輪45 正火應力循環次數N由式： = 接觸強度壽命系數：查圖得：接觸強度最小安全系數：SHmin=1許用接觸應力: 接觸疲勞極限 :查機械設計圖6-4: 由式 則： 許用彎曲應力由式：彎曲疲勞極限查機械設計圖6-7： 彎曲強度壽命系數： 查機械設計圖6-8: 彎曲強度尺寸系數:查機械設計圖6-9(設模數小于5): 彎曲強度最小安全系數 則：=378×1×1/1.4=270 N/mm=294

45、15;1×1/1.4=210 N/mm2)、按齒面接觸疲勞強度設計計算。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，由機械設計式6-5： 齒寬系數按齒輪相對軸承為非對稱布置，取小輪齒數:在推薦值20-40中選=27大輪齒數: 齒數比u :小輪轉距:載荷系數K： 使用系數： 查機械設計表6.3，=1 動載荷系數：由推薦值選=1.2齒間載荷分配系數由：=0得=1.1齒向載荷分布系數：由推薦值選=1.1則載荷系數:=1×1.2×1.1×1.1=1.45材料彈性系

46、數：查表得=節點區域系數：查機械設計手冊（），=2.5重合度系數：由推薦值：0.850.92選=0.87則： 齒輪模數： (圓整后的值)小齒輪分度圓直徑：大齒輪分度圓直徑：標準中心距: 圓周速度：與故取相近齒寬:大輪齒寬：小輪齒寬：3)、齒根彎曲疲勞強度計算： 由式： 齒形系數:查機械設計手冊小齒輪：=2.57大齒輪：=2.21應力修正系數：查機械設計手冊小齒輪：大齒輪：重合度：=1.7重合度系數： 則：所以齒根彎曲強度滿足SHmin=1=1=27=68=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.57=2.215.3.5齒輪傳動主要參數 根據計算整理得到齒輪具體參數如下表：

47、表5.5 齒輪參數表名稱代號12345678齒數211052510125762768模數（）45710分度圓直徑（）84420125505175532270680齒寬（）7568105100145140223216齒頂高（）45710齒根高（）56.258.7512.5全齒高（）911.2515.7522.5齒頂圓直徑（）92428135515189546290700齒根圓直徑（）74410112.5492.5157.5514.5245655傳動比4.984.023.022.5齒數比543.042.52中心距（）252315353.5475應力角（）205.4軸的設計計算軸是卷揚機中重要零件之

48、一。其主要功能是支撐回轉運動的零件，并傳遞運動和動力。軸通過軸承與卷筒或減速器箱體相聯，裝在軸上的零件都圍繞軸心線作回轉運動，形成了一個以軸為基礎的軸系部件。因此，在軸的設計中，不能只考慮軸本身，還必須計及軸系零（部）件對軸的影響。設計軸時，應解決的主要問題有結構設計和工作能力計算兩個方面的內容。軸的結構設計是根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩定性等方面的計算。多數情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。而對剛度較高的軸（如車床主軸）和受力大的細長軸，還應進行剛度計算，以防止工作時產生過大的彈性變形。對高度運轉的軸，還應進行振動穩定性計算，以防發生共振而破壞。5.4.1軸的材料選擇卷揚機中軸的材料應具有足夠的靜強度和疲勞強