毕业设计JM3建筑卷扬机设计说明书.docx
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毕业设计JM3建筑卷扬机设计说明书
目录
摘要（中文）··························································Ⅰ
摘要（外文）··························································Ⅱ
1.绪论······························································1
1.1引言···························································1
1.2卷扬机的定义及分类············································1
1.2.1按钢丝绳额定拉力
分·······································1
1.2.2按钢丝绳额定速度
分········································1
1.2.3按卷筒数目分···············································1
1.2.4按动力源分·················································2
1.2.5按传动方式分···············································2
1.2.6按控制方法分···············································2
1.2.7按用途分···················································2
1.3国内外研究应用现状与发展趋····································3
1.3.1研究应用现状分析···········································3
1.3.2建筑卷扬机的发展状况·······································3
1.3.3国外卷扬机的发展状况·······································3
2.钢丝绳的选择与使用················································4
2.1钢丝绳的选择··················································4
2.2钢丝绳的使用··················································5
3.卷筒的设计························································6
3.1卷筒的材料····················································6
3.2卷筒绳容尺寸计算··············································7
3.3卷筒轴的设计··················································73.3.1心轴的作用力···············································8
3.3.2心轴垂直面支撑反力及弯矩···································8
3.3.3心轴水平支撑反力与及弯矩支反力·····························9
3.3.4心轴工作应用···············································93.3.5心轴的疲劳强度计算········································10
3.3.6心轴的静强度计算··········································10
4.电机及运动参数设计计算···········································11
4.1电机的选择····················································11
4.2计算传动装置的运动和动力参数··································12
4.2.1各轴的转速················································12
4.2.2各轴输入功率··············································12
4.2.3各轴输入转矩··············································12
5.传动零件的设计···················································12
5.1齿轮的设计····················································13
5.1.1第一级齿轮的设计··········································135.1.2第二级齿轮的设计··········································19
5.1.3第三级齿轮的设计··········································25
5.2各轴的设计···················································30
5.2.1Ⅰ轴的设计················································30
5.2.2Ⅱ轴的设计················································31
5.2.3Ⅲ轴的设计················································32
5.2.4Ⅳ轴的设计················································35
6.减速箱的设计·····················································36
6.1加速箱体尺寸·················································36
6.2减速箱各部分附属零件设计·····································37
6.3制动器联轴器的选择···········································38
6.4润滑方式的确定···············································39
总结·······························································40
参考文献···························································41
致谢·······························································42
JM3卷扬机设计
摘要
虽如今工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机这行之有效的机械设备。
本人所研究的是JM建筑卷扬机。
JM系列属慢速卷扬机。
在本设计中主要对卷扬机传动部分、工作机构及卷扬机的主体部分进行设计。
在传动部分采用的是二级齿轮减速器和开式齿轮传动，工作部分的卷筒采用的是焊接式卷筒。
该卷扬机的主要特点是结构简单，操作方便。
此机器的主要功能：
在建筑业的冷拉钢筋提升重物，在林业的集材工作，同时在水电、农业等行业均能被采用。
该类机器的发展趋势应该向大型化、采用先进电子控制、手提式卷扬机、不带电源装置的卷扬机的方向发展。
关键词：
卷扬机,设计,发展,功能
JM3HOISTDESIGN
Abstract
AlthoughthelevelofadvancedindustrialToday,theincreasinglymechanized,liftingequipmentconstantlyupdated,butstillcannothoistitoutofeffectivemachineryandequipment.IstudiedthebuildingisJMwinch.JMseriesisaslowhoist.Duringthedesignofthemainpartofthehoistdrive,workandthewinchthemainpartofthedesign.Inpartusingatransmissiongearreducerandtwoopen-geartransmission,theworkingpartofthereelisusedinwelding-reel.Themaincharacteristicsofthehoiststructureissimple,easytooperate.
Theprimaryfunctionofthismachine:
theconstructionindustryinthecold-drawnsteelweightsincrease,theskiddinginforestrywork,whileinthewaterandelectricity,agricultureandotherindustriescanbeused.
Thedevelopmenttrendofsuchmachinestobelarge,theuseofadvancedelectroniccontrol,portablewinch,non-powerdevicesinthedirectionofthewinch.
KEYWORDS:
winch,design,development,function
1绪论
1.1引言
建筑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，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。
提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的。
虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的工作。
如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的提升工作。
由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，也需卷扬机做辅助提升用。
建筑卷扬机还用于林业的集材工作。
建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的物料提升和打桩等工作。
正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以不仅用于建筑业，而且在冶金，化工，水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。
1.2卷扬机的分类
建筑卷扬机由于应用范围较广，为适应各种不同的使用条件，建筑卷扬机亦制造成各种不同机型的产品。
机型的分类很多，目前可以按下述方法分类。
1.2.1按钢丝绳额定拉力
分
按钢丝绳在基准层上所能承受的最大拉力来区分。
按GB1955—88《建筑卷扬机》中规定为5、7.5、10、12.5、16、20、25、32、50、80、120、160、200、320、500KN共15级。
此参数为建筑卷扬机的主要参数。
1.2.2按钢丝绳额定速度
分
钢丝绳在基准层上的出绳速度是建筑卷扬机的又一项主要参数。
根据钢丝绳的速度可分为：
1．慢速卷扬机绳速
；
2．中速卷扬机绳速
；
3．快速卷扬机绳速
；
4．高速卷扬机绳速
；
为适应特殊需要，还有一种变速卷扬机，其变速可调，有双速、三速和多速几种类型。
1.2.3按卷筒数目分
一台卷扬机上卷筒数目的多少，直接影响到卷扬机的结构。
卷扬机按卷筒数目可分为单筒卷扬机、双筒卷扬机、和多筒卷扬机三大类。
目前生产的大多数是单筒和双筒卷扬机，其卷筒都是工作卷筒，再增加的卷筒大都是辅助用卷筒，卷筒相对要小些。
1.2.4按动力源分
由于工作环境不同，所用的动力源亦不同；
1．手动卷扬机用于无动力来源地区的小型卷扬机；
2．电动卷扬机大多数卷扬机皆属于此类；
3．内燃机卷扬机用于无电源的地方；
4．气动卷扬机用于不能使用电源的地方；
5．液压卷扬机与其他设备配合使用而有液压源的场合；
1.2.5按传动形式分
1．开式齿轮传动最早的形式。
目前主要用于手动卷扬机；
2．闭式圆柱齿轮传动主要为为快速单筒卷扬机，应用广泛；
3．圆锥—圆柱齿轮传动减速器
4．蜗杆传动减速器
5．圆柱齿轮减少速器加开式齿轮传动
6．蜗杆减速器加开式齿轮传动
7．行星齿轮传动
1.2.6按控制方法分
1．手控卷扬机由人工操作纵闸把控制卷扬机提升或下放重物。
2．电控卷扬机用电控制磁铁制动器使卷扬机工作。
3．液控卷扬机用压力油控制卷扬机卷筒的离合和制动。
4．气控卷扬机
5．自动控制卷扬机用限位器来控制卷扬机的工作。
1.2.7按用途分
卷扬机由于其用途不同，使其条件的差异，其结构设计上也有差异。
1、提升重物要求有一定的速度，以利于提高生产率，并要求高的安全性以
防坠落。
2、设备安装一般设备的质量较大，则要求卷扬机具有较大的提升能力；以保证安装精度，其速度就不能太高；为防止坠落，其安全性要求更高。
3、曳引物品因为此项工作一般是在水平或倾斜方向进行的，为使物品前后运动，则要求卷扬机的卷筒正反转均能工作。
4、打桩要求卷扬机把重物提升到一定的高度后，能使重物成自由落体下降，实现打桩工作，即要求卷扬机具有溜放功能。
建筑卷扬机虽然可以分很多种类，实际上由于应用情况的复杂，很难把他们绝对分清，而且一台卷扬机往往几种工作都要做，所以在建筑卷扬机的设计上对用途分得并不清楚，而是要求高的来设计。
这样能使卷扬机实现一机多用，得到更广泛的应用。
1.3国内外研究应用现状与发展趋势
1.3.1研究应用现状分析
建筑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，所以被广泛应用于提升重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。
提升重物是建筑卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机是根据这一要求为依据的。
虽然现在塔吊，汽车吊取代了建筑卷扬机的工作。
如塔吊在建筑工地上用于物料和物件的提升工作。
由于塔吊成本高一般在大型建筑中使用，而且灵活性较差，也需卷扬机做辅助提升用。
建筑卷扬机还用于林业的集材工作。
建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的物料提升和打桩等工作。
正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以不仅用于建筑业，而且在冶金，化工，水电，农业和军事等行业亦被广泛使用。
1.3.2建筑卷扬机的发展概况
我国在古代就知道采用轳辘等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高生产效率。
我国由于旧中国工业落后。
使用的卷扬机均为国外生产，至50年代我国的卷扬机生产才开始的。
从70年代起，我国卷扬机的生产才进入了技术提高，品种增加的新阶段。
从70年代末期开始，中国实行改革开放政策国民经济大力发展，基本建设任务增多许多，促使卷扬机的大量生产，生产厂家也逐渐增多。
至今卷扬机的生产与设计已较为成熟，现如今卷扬机的品种繁多和使用较广泛。
虽然现在的工业水平先进机械化程度不断提高，起重设备不断更新，但仍不能淘汰卷扬机的行之有效的机械设备。
1.3.3国外卷扬机的概况
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，虽然工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也不断更新，但仍不能淘汰这样的行之有效的简单机械设备。
下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。
（一）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）有限公司等。
贝波国际有限公司是美国较大的生产起重设备的公司，主要产品有各种手动卷扬机，电动卷扬机，提升机械及起重机。
手动卷扬机重要品种有蜗杆传动系列，直齿圆柱齿轮系列，齿轮蜗杆传动组合系列，直接驱动系列，链传动系列。
其中直间驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，传动系列全部全部安装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢焊接而成。
（二）日本
日本从明治30年开始制造和使用卷扬机。
据日本荷役机械研究所核计，1970～1975年间卷扬机的产量增加62.5%.据日本通产省机械核计月报载,接年单纯土卷扬机的产量就达12万台,生产值约100亿日元。
日本卷扬机行业由机械技术部会,荷役机械技术委员会领导.主要生产厂家有北川铁工所,远藤钢机,南星,越野总业,松岗产业等80多个产业。
（三）法国
法国生产卷扬机的厂家很多,其中包藤（POTAIN）公司就是生产卷扬机的主要国家之一。
包藤公司主要生产KUSW系列卷扬机，LMD系列卷扬机，PC系列卷扬机和RCS系列卷扬机。
（四）国外卷扬机的发展趋势
1．大型化由于基础工业的发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型卷扬机的发展。
目前，俄罗斯已生产了60t的卷扬机，日本生产了32t,50t,60t液压和气动卷扬机，美国生产了136t和270t卷扬机。
2．采用先进电子技术为了实现自动控制和遥控，国外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，以保证绝对的安全可靠。
3．发展手提式卷扬机为了提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外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。
4．大力发展不带电源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。
2钢丝绳的选择
2.1钢丝绳的直径选择
卷扬机系多层缠绕．钢丝绳受力比较复杂。
为简化计算，钢丝绳选择多采用安全系数法，这是—种静力计算方法。
钢丝绳的安全系数按下式计算：
Ng=P/F≥[n]（4-1）
式中
—整条钢丝绳的破断拉力，N；
—卷扬机工作级别规定的最小安全系数；
—钢丝绳的额定拉力，N；
设计时，钢丝绳的额定拉力为已知，将额定拉力乘以规定的最小安全系数
，然后从产品目录中选择一种破断拉力不小于
·[M〕的钢丝绳直径。
目前在工业化国家，对钢丝绳直径的选择普遍采用选择系数法。
国际标准绳的选择也推荐采用此方法。
该方如下；钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径
（4-2）
式中Fmax—钢丝绳最大静拉力（N）。
由起升载荷（额定起重量，钢丝绳悬挂部分的重量，滑轮组及其它吊具的重量）并考虑滑轮组效率相倍率来确定；
c—钢丝绳选择系数，它与机构的工作级别、钢丝绳是否旋转以及吊运物品的性质等因素有关。
目前，卷扬机还没有此系数的具体规定。
该设计卷扬机额定载荷30KN，采用起重滑轮，所以每根承受载荷
Fmax＝0.5F总＝15KN（4-3）
由卷扬机工作级得知，钢绳系数选择c＝0.123。
＝15.1mm（4-4）
所以钢丝绳选择d=15.5mm。
按钢丝绳所在机构工作级别来选钢丝绳直径时，所选的钢丝绳拉断力应满足下式：
F0
nFmax（4-5）
式中F0——所选用钢丝绳最小拉断力，N；
n——安全系数，查手册选n=7
所以F0
7×1.5×
=105kN（4-6）
又钢丝绳最小拉断力总和等于钢丝绳最小拉断力×1.134（纤维芯）或×1.214（钢芯），所以钢丝绳最小拉断力总和为119.07kN
（本设计中钢丝绳不接触高温，横向压力较小，选用纤维芯钢丝绳）
2.2钢丝绳的使用
钢丝绳在工作时卷绕进出滑轮和卷筒，除产生拉应力外，还有挤压、弯曲、接触和扭转等应力，应力情况是非常复杂的。
实践表明，由于钢丝绳反复弯曲相挤压所造成的金属疲劳是钢丝绳破坏的主要原因。
钢丝绳破坏时，外层钢丝由于疲劳和磨损首先开始断裂，随着断丝数的增多，破坏速度逐渐加快，达到一定限度后，仍继续使用，就会造成整根绳的破断。
在正确选择钢丝绳的结构和直径之后，实际使用寿命的长短，在很大程度上取决于钢丝绳在使用中的维护和保养及与相关机件的合理配置。
可从以下几方面考虑该问题：
1.滑轮和卷筒直径D与钢丝绳直径d的比值大小对钢丝绳的寿命影响较大，几乎成平方关系。
因此，选用较大的滑轮和卷简直径对钢丝绳的寿命是有利的。
故设计中规定了卷筒直径和钢丝绳直径的最小比值（D/d），与卷扬机的工作级别有关。
使用中，应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折。
2.决定滑轮绳槽尺寸时，必须考虑钢丝绳直径较公称直径有6％~8％的过盈量这一事实。
过小的绳槽直径会使钢丝绳受到过度挤压而提前断丝，绳槽尺寸过大，又会使钢丝绳在槽内的支承面积减小，增大钢丝绳的接触应力。
合理的绳槽尺寸应比钢丝绳的公称直径大10％左右。
3.滑轮与卷筒的材料太硬，对钢丝绳寿命不利。
据有关资料表明：
以铸铁代替钢．可提高钢丝绳的寿命约10％。
4.为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕，避免各圈钢丝绳间相互摩擦及多层缠绕锤击和堆绕现象，延长钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在卷筒及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度之内，一般在
之间。
5.良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一项重要因素。
它可以防止锈蚀，减少钢丝绳内外磨损。
一般常用中、低粘度润滑油和滤青质化合物。
目前我国生产的“钢丝绳油’’属于中等粘度油，适用于各种股捻钢丝绳的润滑。
其附着力大，不易滑落或与水起作用，且含有防锈剂，是一种良好的润滑剂。
6.在室外、润湿或腐蚀介质存在的环境里，应选用镀锌钢丝绳。
7.经常检查钢丝绳是否与别的机件摩擦，重新更换新绳时必须核对新绳与原绳的型式直径是否相同；经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝，遇到问题及时解决。
钢丝绳的报废处理，可参考有关标准相资料。
3卷筒的设计
建筑卷扬机卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。
它作为卷扬机的重要零件，对卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应合理的进行设计。
3.1卷筒的材料
由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料Q235.
3.2卷筒容绳尺寸计算
卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。
（1）卷筒的名义直径是D1
根据卷扬机的设计用途可知选择工作级别为M5，所以h=18
此处使用标准槽，所以槽深度为
，安全起见取槽深度为6.2mm
此设计使用钢制卷筒，所以卷筒的厚度为15.5mm
选取卷筒直径为
，所以选择卷筒直径是300mm。
绳槽节距为
，P选择为18mm
由于已知卷筒的绳容量是
，可知根据关系卷筒长度
结合卷筒外形的考虑可知道当n=5的时候L=501.1mm
所以选择L=500mm
卷筒的外侧边缘高度为
所以取H=267mm
3.3卷筒
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