32吨卷扬机设计与制造.docx

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32吨卷扬机设计与制造

目　　　录

摘　　要

垂直提升机的重要组成部件是卷扬机。

而垂直提升机是在大批量提升重物时使用的机器。

建筑卷扬机是一种超重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材冷拉钢筋、设备安装等工作中。

建筑卷扬机可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或倾斜曳引重物的工作和打桩等工作。

正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业中也广泛应用。

建筑卷扬机除了在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中也广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升等。

建筑卷扬机用于提升重物时，需要门字架、桅杆等配套设备方能实现。

本文从标准件电动机、减速器、联轴器、制动器等的选择，卷筒设计及其加工工艺等多方面，阐述了垂直提升机设计与制造的全过程。

尤其在工艺规程设计中，我们运用了大量的科学的加工理论及计算公式，选择了基面，制定了工艺路线确定了机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后确定了切削用量及基本工时。

关键词：

卷扬机卷筒工序尺寸

前言

毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课之后进行的。

它是一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。

毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所掌握的基础理论课，技术理论知识和基本技能来分析和解决工程技术问题的能力，使我们建立正确的工程设计思想。

通过毕业设计我们把理论与实践相结合，初步学会了如何编写技术文件、正确使用技术资料手册及相关的工具书，培养了我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，进一步巩固和提高自己所掌握的基础知识、基本理论和基本技能，提高自己的设计、计算、制图以及计算机绘图的能力。

从一名学生向一名工程技术人员转变的过渡过程。

本次设计的题目为活塞杆零件制造工艺规程的制订，是理论性、应用性、实践性、综合性的设计过程。

本设计得到孙海燕老师的悉心指导，并提出了许多宝贵意见和建议，在此深表谢意。

由于实践经验不足，设计能力有限，设计中错误难免，敬请批评、指正。

1卷扬机的工作级别

1.1卷扬机的利用等级

利用等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数Nt表征。

而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。

建筑卷扬机的寿命一般不少于5年，在这个期间内依据工作频率程度的不同，总工作循环Nt可分为8个等级。

因卷扬机的实际使用情况无法统计确定，则假定JK3.2吨卷扬机的使用情况为:

每日平均使用时间为4—6小时，使用寿命期限内总使用时间为3200—6400小时，则总的使用寿命为5年；设计寿命期内总工作循环次数Ni=250000次，属于经常轻闲使用情况，由此确定JK3.2吨卷扬机的利用等级为U4。

建筑卷扬机利用等级

利用等级

总工作循环次数N2

利用等级

总工作循环次

数Nt

说明

U0

1.6x10

U4

2.5x10

经常地轻闲地使用

U1

3.2x10

U5

5x10

经常地中地使用

U2

6.3x10

U6

1x10

有时频繁地使用

U3

1.25x10

U7

2x10

频繁地使用

1.2卷扬机的载荷状态

载荷状态表明卷扬机钢丝绳承受拉力的大小与频繁程度，它于整个使用寿命期限内钢丝绳每次承受的拉力Fi额定拉力Fe之比（Fi/Fe）和钢丝绳每次承受拉力Fi作用F的工作循环次数ni，与总工作循环次数Nt之比（ni/Nt）有关。

因设计时不知其实际载荷状态，则假定JK3.2卷扬机通常承受1/3—2/3的额定载荷，载荷谱系数Kp=0.25,当量拉力系数Kp=0.6,JK3.2卷扬机的载荷状态为中级Q2。

1.3工作级别

按利用等级和载荷状态的不同，可将建筑卷扬机分为A1—A8，八个工作级别。

JK3.2吨卷扬机利用等级U4,载荷状态Q2则根据GB/T5031-93《建筑卷扬机设计规范》该JK3.2吨卷扬机的工作级别为A5级.

⑷计算拉力

计算拉力是指作用在基准层上钢丝绳拉力,分为疲劳计算拉力、静强度计算拉力和实验拉力。

1疲劳计算拉力Fd

疲劳计算拉力采用当量拉力，考虑的工况是卷扬机在正常工作情况下钢丝绳承的拉力。

Fd=Kd*Fe=0.9*32KN=28.8KN

2静强度计算拉力Fjmax

静强度计算拉力是考虑卷扬机作业可能出现的最大拉力，此时零件的强度不得超过材料的许用拉力。

动载系数按规范取φ=1.6

Fjmax=Fe=1.6*32KN=51.2KN

3试验拉力

卷扬机的强度用试验拉力进行验算,取下面两种情况的计算.

静载试验拉力Fsj

Fsj=1.25Fe=1.25*32KN=40KN

动载荷试验拉力Fsd

Fsd=1.1Fe=1.1*32KN=35.2KN

1．电机　2．弹性联轴器　3．减速器　4．过轮

5．主轴装置　6．离合螺旋　7．带式制动器

图1　原传动及工作原理图

2选择减速器

由于本减速器用于各种起重运输机械及其它各种机械中作为减速之用。

所以选择其型号为ZQ350。

该系列圆柱齿轮减速机是两级三轴圆柱渐开线齿轮传动，箱体结构为水平分割全封闭式，机械性能好，工作可靠，维护方便。

本机还具有过载能力强，耐冲击、惯性力矩小，适用于起重频繁和正、反向运转的特点。

其联动方式可用联轴器直接联动，也可用链条、皮带挠性联动。

ZQ型两级传动的外啮合渐开线圆柱齿轮减速器。

主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。

（具体参数计算如下）

卷筒转速nj（r/min）

nj=

=

=26.54（r/min）

卷扬机总传动比i

i=ne/nj=940/26.54=35.42

取减速器的速比ij=35.42

考虑是普通减速器，无特殊的要求帮采用软齿轮转动，由表知选大、小齿轮材料为45号钢小齿轮调制处理，硬度为240HBS，大齿轮正火处理200HBS。

由于本卷扬机主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。

减速器的型号为ZQ—350—35.42。

3卷筒的设计

建筑卷扬机的重要零件，对建筑卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应该合理地进行设计。

3.1卷筒的结构

按照结构形式较多，可按下述方法分类：

按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。

铸造卷筒应用广泛。

建筑卷扬机卷筒大多数为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。

大吨位建筑卷扬机一般采用铸钢卷筒，铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本较高，若工艺允许，可改用钢板焊接结构。

按照卷筒绕线层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。

建筑卷扬机主要使用多层缠绕卷筒。

按照卷筒内部是否有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。

无论是卷筒内的环向筋还是纵向筋，均增加了制造难度，同时在筒壁的连接处还会引起应力集中。

目前的设计趋势，主张取消纵向盘和环向筋。

按照结构的整体性，卷筒可分整体式卷筒和分体装配式卷筒。

卷扬机吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。

对吨位较大的卷筒，常做成分体装配形式，这样可简化工艺，减轻重量。

按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒或筒内齿轮内啮合式。

3.2卷筒容蝇尺寸参数

卷筒容蝇尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定，参见下图：

⑴卷筒节径D

卷筒节径D应满足下式

D≥Ked

式中Ke——筒绳直径比，是与卷扬机工作级别有关的系数。

d——钢丝绳直径

卷筒节径D对筒壁和端侧板的设计具有重要意义，也影响钢丝绳直径的选择。

D值小结构自然紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝绳寿命低。

对于JK3.2吨卷扬机的工作级别为A5级,卷筒节径系数Ke≥19。

取卷筒直径D0=250mm,则卷筒节径D=D0+d=250+13=263mm.

D>Ked符合规范要求。

⑵卷筒容绳宽度Bt

卷筒容绳宽度Bt，一般可按下述关系式确定

Bt<3D0=705mm取Bt=660mm

式中D0——卷筒直径（mm）。

建筑卷扬机卷筒壁厚的设计计算中，通常卷筒长度都设计成小于其直径的3倍，甚至小于其直径的2倍。

因为此时的钢丝绳拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小，故计算卷筒强度时时可忽略不计，简化了设计计算。

⑶卷筒边缘直径Dk

卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径。

对于多层缠绕，为了防止钢丝绳脱落，端板直径应大于钢丝绳最外层绳圈直径。

端侧板直径用下式计算

Dk≥DS+3d=315+3*13=354mm

Ds=D0+（2s-1）d=250+65=315mm

式中Ds——最外层钢丝绳芯直径，由下式确定：

Ds=D0+（2s-1）d0其中：

S—钢丝绳缠绕层数。

⑷缠绕层数S

卷筒缠绕层数S按下式计算

S≤

=

=3取S=3

⑸卷筒容绳量L

的容绳量指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排列时，达到规定的绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值。

卷筒的容绳量可按下述方法计算：

第i层钢丝绳芯直径为

Di=D0+（2si-1）d

式中Si——第i层，i=1,2,3,…S。

第i层卷筒的钢丝绳长度为

Li=

（Bt/d-1）[D0+（2Si-1）d]*10

卷筒容绳量为

L=L1+L2+…+Li

=

（

=145mm

实际容绳量应再加上钢丝绳安全圈的长度（一般为3圈）。

⑹卷扬机的额定速度

根据GB/T1955-2002《建筑卷扬机》3.1条规定，JK1.6卷扬机的基准层取为3层。

额定速度指基准层的速度。

Ve=n电*

[D0+（2S-1）d/i总

=960*3.14[250+（2*3-1）*13]/41.17=24（m/min）

3.3卷筒扭矩的计算

卷筒是卷扬机直接承载零件，受力比较复杂，分析清楚卷筒上所受的力，对卷扬机整机设计具有十分重要的意义。

1额定扭矩Te

Te=

*Fe=

Fe=

*32=5200（Nm）

2疲劳强度计算扭矩Td

Td=Dj*Fd*10

/2=315*9.6*10

*10

/2=1512（Nm）

3静强度计算扭矩Tjmax

Tjmax=Dj*Fjmax*10

/2*10

=315/2*19.7=3103（Nm）

3.4卷筒强度的计算

①卷筒壁厚δ

An——多层卷绕系数，按规范取An=1.45

tz——钢丝材料轴向卷绕节距tz=1.01d

[

c]——卷筒材料HT200许用应力[

c]=150Mpa

δ≥An*F/（tz[

]）=1.45*32000/（1.01*13*150）=23.6（mm）

取δ=15mm

②卷筒侧板根部厚δ2

δ2≥

=

=14.1（mm）

按标准圆整取δ2=12mm

[σe]——HT200许用应力

[σe]——σb/kj=200/3=67（Mpa）

Bn——综合影响系数。

HT200取Bn=0.44

4选择电动机

根据工作机构的特点、工作环境、工作载荷的大小和性质等条件，选择电动机类型和结构型式、功率、转速，确定电机型号。

（1）选择电动机的类型和结构型式

电机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置等）。

载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起、制动频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件确定。

电动机分为直流电动机和交流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此无特殊要求时不宜采用。

生产单位一般采用三相交流电源，如无特殊要求均应采用三相交流电动机。

其中以三相异步电动机应用最多，常用的为Y系例三相异步电动机。

当电动机需经常起动、制动和正、反转时（例如起重机），