回轉工程鉆機主卷揚的設計【1噸電動工程鉆機卷揚機含6張cad圖紙】

1、<p>　　回轉工程鉆機主卷揚的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工程鉆機卷揚機是工程鉆機的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升水龍頭、鉆桿設備等設備的起吊工作，由人力或機械動力驅動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。本次設計的1噸電動工程鉆機卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、起升滑輪組

2、、吊鉤等組成。</p><p>　　本次設計的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚機的卷筒、卷筒心軸、電動機、減速器齒輪、減速器軸、制動器、聯(lián)軸器的設計和選擇。其中鋼絲繩的選擇、卷筒、卷筒軸、減速器的設計最為主要，其余部分有得只是略作分析。</p><p>　　本次設計的工程鉆機卷揚機由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，除了應用在工程鉆機上，

3、還可以可以應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面，但是此次設計的卷揚機主要運用于用于1噸的水龍頭鉆桿設備等設備的起吊工作。提升重物是卷揚機的一種主要功能，各類卷揚機的設計都是根據這一要求為依據的。</p><p>　　關鍵詞：卷揚機； 卷筒； 卷筒軸； 回轉工程鉆機</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The

4、 engineering drilling engineering drilling operation is an important component of the mast, with the masts, block and tackle the auxiliary equipment, used to improve the tap, drill pipe equipment hoisting equipment works

5、, by human or mechanical driving drum, winding ropes to complete the work of traction devices. The design of a ton of electric engineering drill hoist is from motor, even the shaft device, brake, reducer, drum, hoisting

6、belts and pulleys, hook etc. </p><p>　　This design steps starts from the wire rope, which in turn to hoist the drum, drum heart shaft, motor, gear reducer, gear reducer shaft coupling, brakes, the design and

7、 selection. Among them the choice of wire rope, drum, drum shaft, the design of the speed reducer most major, and the rest of you just slightly analysis. </p><p>　　The design of the drum machine because of i

8、ts simple structure, handling the installation of a flexible, convenient operation, simple maintenance, and operating environment features such as adaptability, can be applied to lifting metallurgical, construction, oper

9、ations and other water conservancy, but the design mainly used to improve the tap, drill pipe equipment hoisting equipment works for 1-ton overhead crane hoisting mechanism. Heavy winch upgrade is one of the main functio

10、ns of the design </p><p>　　Keywords: hoist; drum; drum shaft; reducer </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1卷揚機的設計參數1</p

11、><p>　　2卷揚機的整體結構概述2</p><p>　　2.1 電控卷揚機的介紹2</p><p>　　2.2 卷揚機的基本的結構及型式2</p><p>　　2.2.1 卷揚機的基本結構2</p><p>　　2.2.2 卷揚機的典型傳動型式2</p><p>　　3卷揚機的卷筒零件

12、的設計3</p><p>　　3.1 鋼絲繩的選擇3</p><p>　　3.1.1 鋼絲繩的種類和構造3</p><p>　　3.1.2 鋼絲繩直徑的選擇4</p><p>　　3.1.3 鋼絲繩的使用5</p><p>　　3.2 卷筒的結構設計及尺寸確定5</p><p>　　

13、3.2.1 卷筒的分類5</p><p>　　3.2.2 卷筒繩槽的確定6</p><p>　　3.2.3 卷筒的設計6</p><p>　　3.2.4 卷筒節(jié)徑設計6</p><p>　　3.2.5 卷筒的長度設計7</p><p>　　3.2.6 卷筒壁厚設計8</p><p>

14、　　3.2.7 卷筒強度計算及檢驗8</p><p>　　3.3 卷筒軸的設計計算和作用力計算9</p><p>　　3.3.1卷筒軸的介紹9</p><p>　　3.3.2 卷筒軸的計算9</p><p>　　3.3.3 心軸作用力計算10</p><p>　　3.3.4 心軸垂直面支承反力及彎矩10&l

15、t;/p><p>　　3.3.5 心軸水平面支承反力及彎矩支反力10</p><p>　　3.3.6 計算心軸工作應力11</p><p>　　3.3.7 心軸的疲勞強度計算12</p><p>　　3.3.8 心軸的靜強度計算12</p><p><b>　　4電動機選擇13</b><

16、;/p><p>　　5卷揚機的減速器的設計選擇14</p><p>　　5.1 卷揚機總傳動比14</p><p>　　5.1.1總傳動比的計算14</p><p>　　5.1.2 分配減速器的各級傳動比14</p><p>　　5.1.3 計算傳動裝置的運動和動力參數14</p><p>

17、;　　5.2減速器軸的設計15</p><p>　　5.2.1 計算各軸轉速15</p><p>　　5.2.2 計算各軸功率15</p><p>　　5.2.3計算各軸轉矩15</p><p>　　5.3 圓柱齒輪傳動的設計計算16</p><p>　　5.3.1 計算許用接觸應力16</p>

18、<p>　　5.3.2 計算許用彎曲應力17</p><p>　　5.4 齒輪參數設計17</p><p>　　5.4.1第一級傳動齒輪參數設計17</p><p>　　5.4.2 第二級傳動19</p><p>　　5.5 齒輪軸參數設計21</p><p>　　6制動器，聯(lián)軸器的選擇22&

19、lt;/p><p>　　6.1 制動器的分類及選擇22</p><p>　　6.2 聯(lián)軸器的選擇22</p><p><b>　　結 論24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致 謝26</b>

20、;</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，機械將會越來越取代人力，這也是機械行業(yè)飛速發(fā)展的后果，在機械的發(fā)展歷史中，新機械的發(fā)明有著舉足輕重的作用。但是，那些很久以前就被利用生產并一直延續(xù)到今天的機械，更是起著不可替代的作用，工程卷揚機就是一例。卷揚機的發(fā)展就像其他機械一樣，從開始的簡單到現(xiàn)在的復雜，從以前的機械動力到現(xiàn)在的

21、電力動力，從以前的人工操作到現(xiàn)在的電腦操作甚至智能操作。</p><p>　　提升重物是卷揚機的一種主要功能，所以各類卷揚機的設計都是根據這一要求為依據的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了卷揚機的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且靈活性較差，故一般中小型工程仍然廣泛應用卷揚機，汽車吊雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在工程中廣泛應用，故大多設備的安裝仍然是由卷揚機承擔的。卷揚機除在工程、設備安

22、裝等方面被廣泛應用外，在冶金、礦山、建筑、化工、水電、農業(yè)、軍事及交通運輸等行業(yè)亦被廣泛應用。</p><p>　　下面卷筒機的發(fā)展趨勢</p><p>　　大型化——由于基礎工業(yè)的發(fā)展，大型設備和機械構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產了60 t卷揚機，日本生產了32 t、50 t、60 t液壓和氣動卷揚機，美國生產了136 t和270 t卷揚機。</p&g

23、t;<p>　　采用先進電子技術——為了實現(xiàn)卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進的電子技術。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。</p><p>　　發(fā)展手提式卷揚機 ——為提高機械化水平，減輕工人勞動強度，國外大力發(fā)展小型手提式卷揚機，如以汽車蓄電池為動力的直流電動小型卷揚機，其電壓為12 V，質量為7.7—15.4 kg，拉力為3336—13344 N。</p>

24、<p>　　大力發(fā)展不帶動力源裝置的卷揚機——歐美國家非常重視發(fā)展借助汽車和拖拉機動力的卷揚機。此種卷揚機結構簡單，有一個卷筒和一個變速箱即可。</p><p><b>　　1卷揚機的設計參數</b></p><p>　　本設計的工程鉆機的的卷揚機設計的主要參數有：</p><p>　　額定起升重量： 1噸</p>

25、<p>　　起升高度： 6米</p><p>　　起升速度： 0.5米/秒</p><p>　　卷揚機用途：用于1噸的水龍頭和鉆桿的起吊工作的安裝作業(yè)</p><p>　　工作條件：不連續(xù)的啟動、工作環(huán)境無粉塵</p><p>　　2卷揚機的整體結構概述</p><p>　　2.1 電控卷揚機

26、的介紹 </p><p>　　此類卷揚機通過通電或斷電以實現(xiàn)卷揚機的工作或制動。本次設計的工程鉆機的卷揚機就屬于電控卷揚機。水龍頭和鉆桿等設備的提升或下降由電動機的正反轉來實現(xiàn)，操作簡單方便。本次設計的卷揚機主要采用電磁鐵制動器，并采用雙卷筒的形式。</p><p>　　圖1 工程鉆機主卷揚簡圖</p><p>　　1—電動機 2—聯(lián)軸器 3—制動器 4—減速器

27、5—聯(lián)軸器 6—卷筒 7—底座 8—支架</p><p>　　2.2 卷揚機的基本的結構及型式</p><p>　　2.2.1 卷揚機的基本結構</p><p>　　電動機正轉或反轉時，制動器松開，通過聯(lián)軸器帶動減速器高速軸，經減速器減速后由低速軸帶動卷筒旋轉，使鋼絲繩在卷筒上繞進或放出，從而使重物起升或下降。電動機停止轉動時，依靠制動器將高速軸的制動輪剎住，使懸吊

28、的重物停止在空中。</p><p>　　根據需要起升機構上還可裝設各種輔助裝置，如起重量限制器、起升高度限位器、速度限制器，使鋼絲繩順序排列在卷筒上的排繩裝置等。</p><p>　　2.2.2 卷揚機的典型傳動型式</p><p>　　一般制動器都安裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，相應的制動器尺寸小，重量輕。卷揚機的制動器必須采用常閉式的。制動力矩應保證有足

29、夠的制動安全系數。在電動機與減速機之間可用浮動軸連接，浮動軸的兩端為半齒輪連軸器。本卷揚機的卷筒與低速軸的連接為帶齒輪接盤的結構型式如圖2，卷筒軸左端用自位軸承支撐于減速器輸出軸的內腔軸承座中，低速軸的外緣制成外齒輪，它與固定在卷筒上的帶內齒輪的接盤相嚙合，形成一個齒輪連軸器傳遞扭矩，并可以補償一定的安裝誤差。</p><p>　　圖2 齒輪接盤連接形式</p><p>　　雙聯(lián)滑輪組一

30、方面使卷筒兩支撐上的受力不變，另一方面是使重物在起升過程中不作橫向移動，因此綜合考慮采用雙聯(lián)滑輪組的結構。</p><p>　　起升機構計算是在給定了設計參數，并將布置方案確定后進行的，通過計算選用機構中所需要的標準零部件，如電動機、制動器和聯(lián)軸器等。對于非標準零部件需進行單獨設計。</p><p>　　此卷揚機設計提升載荷1噸，主要用于工程鉆機的水龍頭和鉆桿的起吊作業(yè)，本卷揚機是現(xiàn)有設備

31、和材料拼湊而成，因此與標準的1噸卷揚機設計略有不同。</p><p>　　3卷揚機的卷筒零件的設計</p><p>　　3.1 鋼絲繩的選擇</p><p>　　卷揚機通過鋼絲繩升降、牽引重物，工作時鋼絲繩所受應力十分復雜，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與使用。</p><p>　　3.1

32、.1 鋼絲繩的種類和構造</p><p>　　鋼絲繩的種類．根據鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為：</p><p>　?。?）點接觸鋼絲繩 點接觸鋼絲繩股中各層鋼絲直徑均相同，而內外各層鋼絲的節(jié)距不同．因而相互交叉形成點接觸。其特點是接觸應力高．表面粗糙，鋼絲易折斷，使用壽命低。但制造工藝簡單，價格便宜。在實際中常發(fā)現(xiàn)這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎曲由于鋼絲間的點接觸、造成應力集中

33、而產生嚴重壓痕，由此導致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報廢。</p><p>　?。?）線接觸鋼絲繩 線接觸鋼絲繩股由不同直徑的鋼絲統(tǒng)制而成，每一層鋼絲的節(jié)距相等，由于外層鋼絲位于內層鋼絲之間的溝槽內，因此內外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應力，但它避免了應力集中，消除了鋼絲在接觸處的二次彎曲現(xiàn)象，減少了鋼絲間的摩擦阻力。使鋼絲繩在彎曲上有較大的自由度，從而顯著提高了抗疲勞強度，其壽

34、命通常高于點接觸鋼絲繩。由于線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。如果在破斷拉力相同的情況下選用線接觸鋼絲繩，可以采用較小的滑輪和卷筒直徑，從而使整個機構的尺寸減小。</p><p>　　卷楊機應優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。</p><p>　　3.1.2 鋼絲繩直徑的選擇</p><p>　　目前在工業(yè)化國家，對鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數法

35、。國際標準繩的選擇也推薦采用此方法。該方如下； 鋼絲繩直徑不應小于下式計算的最小直徑</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —鋼絲繩最大靜拉力(N)。</p><p>　　C—鋼絲繩選擇系數。</p><p>　　該設計卷揚機額定載荷1噸，采用雙聯(lián)滑輪起重滑輪組，所以每根承受載荷&l

36、t;/p><p>　　2.5KN （3-2）</p><p>　　該卷揚機用于工程鉆機的的水龍頭和鉆桿的起吊安裝作用，所以工作級別為M7，鋼繩系數選擇c＝0.123。</p><p>　　6.15mm

37、 （3-3）</p><p>　　所以鋼絲繩選擇d=7 mm。</p><p>　　按鋼絲繩所在機構工作級別來選鋼絲繩直徑時，所選的鋼絲繩拉斷力應</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中——所選用鋼絲繩最小拉斷力，N；</p><p>　　n

38、——安全系數，查機械設計手冊電子版（2008）選n=7</p><p>　　所以 7x2500=17.5KN （3-5）</p><p>　　又鋼絲繩最小拉斷力總和等于鋼絲繩最小拉斷力×1.134（纖維芯）或×1.214（鋼芯），本設計的鋼絲繩不接觸高溫所以選擇選擇纖維芯鋼絲繩，

39、所以鋼絲繩最小拉斷力總和為19.845 Kn</p><p><b>　　鋼絲繩型號選擇：</b></p><p>　　鋼絲繩6×7類7—NAT—NF—1470—ZS—23.9—17.20</p><p>　　(NAT光面鋼絲繩，NF天然纖維芯，1470Mpa鋼絲繩公稱抗拉強度，ZS右交互輾結構，23.9KN鋼絲繩最小破壞拉力，17.

40、20kg/100m鋼絲繩的 近似重量)</p><p>　　3.1.3 鋼絲繩的使用</p><p>　　鋼絲繩在工作時卷繞進出滑輪和卷筒，除產生拉應力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉等應力，應力情況是非常復雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復彎曲相擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。</p><p>　　在正確選擇鋼絲繩的結構和直徑之后，實際使用壽命的長短，在很大

41、程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護和保養(yǎng)及與相關機件的合理配置?？蓮囊韵聨追矫婵紤]該問題：</p><p>　　（1）滑輪和卷筒直徑D與鋼絲繩直徑d的比值大小對鋼絲繩的壽命影響較大，幾乎成平方關系。因此，選用較大的滑輪和卷簡直徑對鋼絲繩的壽命是有利的。使用中，應盡量減少鋼絲繩的彎折次數并盡量避免反向彎折。</p><p>　?。?）決定滑輪繩槽尺寸時，必須考慮鋼絲繩直徑較公稱直徑有6％~8％

42、的過盈量這一事實。過小的繩槽直徑會使鋼絲繩受到過度擠壓而提前斷絲，繩槽尺寸過大，又會使鋼絲繩在槽內的支承面積減小，增大鋼絲繩的接觸應力。合理的繩槽尺寸應比鋼絲繩的公稱直徑大10％左右。</p><p>　?。?）滑輪與卷筒的材料太硬，對鋼絲繩壽命不利。據有關資料表明：以鑄鐵代替鋼．可提高鋼絲繩的壽命約10％。</p><p>　?。?）為了長鋼絲繩的使用壽命，鋼絲繩在卷筒及繩輪上的偏角必須

43、保持在一定的限度之內，一般在0.5~2之間。</p><p>　?。?）良好的周期性潤滑是提高鋼絲繩使用壽命的一項重要因素。它可以防止銹蝕，減少鋼絲繩內外磨損。一般常用中、低粘度潤滑油和濾青質化合物。</p><p>　?。?）經常檢查鋼絲繩表面的磨損及斷絲，遇到問題及時解決。</p><p>　　3.2 卷筒的結構設計及尺寸確定</p><p&

44、gt;　　卷筒尺寸的由已知起升速度、起升高度和鋼絲繩的尺寸來確定。卷筒用來卷繞鋼絲繩，把原動機的驅動力傳遞給鋼絲繩，并把原動機的回轉運動變?yōu)樗枰闹本€運動。本次設計的卷筒是中空的圓柱形。</p><p>　　3.2.1 卷筒的分類</p><p>　　按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機構緊湊的情況下，為了

45、縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設計的起升重量為1噸，起升的速度為0.5米每秒，所以本次設計的卷筒采用單層繞。</p><p>　　3.2.2 卷筒繩槽的確定</p><p>　　卷筒繩槽槽底半徑R，槽深c 槽的節(jié)矩t 其尺寸關系為： </p><p>　　R=（0.54~0.6）d（d 為鋼絲繩直徑）

46、 （3-6）</p><p><b>　　繩槽深度：</b></p><p>　　標準槽： =（0.25~0.4）d （3-7）</p><p>　　深槽： =（0.6~0.9）d

47、 （3-8）</p><p><b>　　繩槽節(jié)距：</b></p><p>　　標準槽： ＝d＋（2~4） （3-9）</p><p>　　深槽： ＝d＋（6~8）

48、 (3-10）</p><p>　　卷筒槽多數采用標準槽，只有在使用過程中鋼絲繩有可能脫槽的情況才使用深槽，本設計選用標準槽，鋼絲繩直徑選用7 mm，</p><p>　　R=（0.54~0.6）d=（0.54~0.5）x7=3.78~4.2mm 取R=4mm （3-11）</p>

49、<p>　　c=（0.25~0.4）d =(0.25~0.4)x7=1.75~2.8mm 取c=2.3 mm （3-12）</p><p>　　所以t＝d＋（2~4）=9 mm</p><p>　　3.2.3 卷筒的設計</p><p>　　卷筒按照轉矩的傳遞方式來分．有端側板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內齒輪內嚙合式，

50、其共同特點是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉矩。本設計卷筒采用內齒輪嚙合式。 </p><p>　　卷筒的設計主要尺寸有節(jié)徑、卷筒長度 L 、卷筒壁厚 δ。</p><p>　　3.2.4 卷筒節(jié)徑設計</p><p>　　卷筒的節(jié)徑即卷筒的卷繞直徑，由設計知不能小于下式：</p><p><b>　　（3-13）</b>&l

51、t;/p><p>　　式中—按鋼絲繩中心計算的卷筒最小直徑，mm；</p><p>　　h — 與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數，根據工作環(huán)境級別為M7，查機械設計手冊（新編軟件版）2008，查得h=28 mm；</p><p>　　d — 鋼絲繩的直徑,mm。</p><p><b>　　按式計算：</b></p

52、><p>　?。?8x7=196 mm所以選取=200mm （3-14）</p><p>　　3.2.5 卷筒的長度設計</p><p>　　本設計采用雙聯(lián)滑輪組，如圖3</p><p><b>　　圖3 雙聯(lián)滑輪組</b></p><p>　　卷

53、筒的長度 （3-15）</p><p>　　式中L——卷筒總長度，mm；</p><p>　　—繩槽部分長度，其計算公式為</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　其中H—最大起升高度，本設計的起升高度為6000mm；<

54、/p><p>　　a—滑輪組倍 率，由于本設計采用的是雙聯(lián)滑輪組合，所以倍率為2.</p><p>　　—卷筒卷繞直徑，為200mm；</p><p>　　t— 繩槽節(jié)矩，為9mm；</p><p>　　n— 附加安全圈數，使鋼絲繩端受力減小，便于固定，通常取n＝1.5~3圈，本設計n取1.5。</p><p>　　—固定

55、鋼絲繩所需要的長度，一般取 ＝3t，mm；</p><p>　　—兩端的邊緣長度（包括凸臺在內），根據卷筒結構而定，46mm；</p><p>　　—卷筒中間無繩槽部分長度，由鋼絲繩的允許偏斜角α和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定。對于有螺旋槽的單層繞卷筒，鋼絲繩允許偏斜度通常為0.5~2，可知選取 ＝42 mm。</p><p>　　所以繩槽的長度 ： =186m

56、m</p><p>　　所以所設計的卷筒長度為L=560 mm</p><p>　　3.2.6 卷筒壁厚設計</p><p>　　本設計為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒，對于鑄鐵卷筒可按經驗公式初步確定，然后進行強度驗算。</p><p><b>　　對于鑄鐵筒壁</b></p><p>　　0

57、.02x200+(6~10)=12~14mm （3-17）</p><p>　　根據鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚12mm</p><p>　　所以卷筒的參數選擇為：繩槽節(jié)距t＝9 mm、槽底半徑 ＝2.3mm、卷筒節(jié)距=200 mm、卷筒長度L=560 mm、卷筒壁厚12mm。</p><p>　　3.2.7 卷筒強度計算

58、及檢驗</p><p>　　本設計的卷筒無特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇HT200的鑄鐵制造。一般卷筒壁厚相對于卷筒直徑較小，所以卷筒壁厚可以忽略不計，在鋼絲繩的最大拉力作用下，使卷筒產生壓應力、彎曲應力和扭曲應力。其中壓應力最大。當 3D時彎曲應力和扭曲應力的合成力不超過壓應力10%,所以當 3D時只計算壓應力即可。</p><p>　　本設計中L=560 mm D=200

59、mm，符合3D的要求，所以只計算壓應力即可。</p><p>　　當鋼絲繩單層卷繞時，卷筒所受壓應力按下式來計算：</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　其中 為鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應力，MPa；</p><p>　　為鋼絲繩最大拉力，為2500N；</p><

60、p>　　為卷筒壁厚，12mm；</p><p>　　A 為應力減小系數，一般取A=0.75，</p><p>　　為許用壓力，對于鑄鐵</p><p>　　t為繩槽節(jié)距，為9 mm。</p><p><b>　　為鑄鐵抗壓強度極限</b></p><p>　　所以 17.36Mpa</

61、p><p>　　查機械設計手冊（新編軟件版）2008，得知 195MPa，所以 39MPa。</p><p><b>　　所以 。</b></p><p>　　經檢驗計算，卷筒抗壓強度符合要求。</p><p>　　3.3 卷筒軸的設計計算和作用力計算</p><p>　　3.3.1卷筒軸的介紹<

62、;/p><p>　　卷筒軸是支持卷揚機正常工作的重要零件，合理設計與計算卷筒軸對卷揚機性能至關重要。常用的卷筒軸有固定卷筒軸和轉動卷筒軸，卷揚機卷筒工作時，鋼絲繩在卷簡上的位置是變化的。鋼絲繩拉力經卷筒及支承作用到軸上產生的力矩，其大小隨鋼絲繩在卷簡上位置的變化而不同。強度計算時應按鋼絲繩在卷筒上兩個極限位旨分別計算。</p><p>　　3.3.2 卷筒軸的計算</p><

63、;p>　　卷筒軸的可靠性對卷揚機安全、可靠的工作非常重要，因此應十分重視卷筒軸的結構設計和強度、剛度計算。卷筒軸的結構要簡單，應力要要減小，軸要分布均勻。卷筒軸不僅要計算疲勞強度，而且還要計算靜強度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。本次設計的卷筒軸用軸端擋板固定于卷筒上，是不動的心軸。</p><p>　　本設計以計算出的參數有：繩的額定拉力=2.5 kN，卷筒直 200 mm，鋼絲繩的直徑 7 mm，外

64、齒軸套齒輪分度圓直徑D＝125 mm，查機械設計手冊（新編軟件版）2008，軸的材質選擇45鋼，調制處理, 。</p><p>　　工作卷筒上所需要的功率： 1.23kw (3-19)</p><p>　　工作卷筒上的轉速： 48 r/min (3-20)</p><p>　　所以卷筒軸的最小

65、直徑的計算為 33m (3-21)</p><p>　　根據機械設計手冊（新編軟件版）2008，確定心軸的最小直徑為35mm,根據計算軸的各軸段的公式 (3-22)</p><p><b>　　求得各段軸的直徑為</b></p><p>　　根據的設計要求，心軸使用

66、的軸承位調心軸承，1370TN1。和選用的聯(lián)軸器和卷筒的結構確定心軸的長度。</p><p>　　21mm 84mm 363.5mm 82mm 28mm 21mm</p><p>　　所以心軸的總長度L=629.5mm。</p><p>　　3.3.3 心軸作用力計算</p><p>　　心軸的傳動轉矩: 248698N.mm

67、 (3-23)</p><p>　　齒輪圓周力： （3-24）</p><p>　　齒輪徑向力： （3-25）</p><p>　　3.3.4 心軸垂直面支承反力及彎矩</p&g

68、t;<p>　　根據受力分析知如圖4知， 60mm， 380mm，100mm</p><p><b>　　支反力如圖4—A，</b></p><p><b>　　（3-26）</b></p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><b&g

69、t;　　彎矩如圖4—C,</b></p><p><b>　?。?-28）</b></p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　3.3.5 心軸水平面支承反力及彎矩支反力</p><p>　　水平面支承反力如圖4—B</p><p>&l

70、t;b>　?。?-30）</b></p><p>　?。?289 N （3-31）</p><p><b>　　彎矩如圖4—D</b></p><p><b>　?。?-32）</b></p

71、><p><b>　?。?-33）</b></p><p><b>　　合成彎矩如下圖E</b></p><p><b>　?。?-34）</b></p><p><b>　?。?-35）</b></p><p>　　3.3.6 計算心

72、軸工作應力 </p><p>　　此軸為固定心鈾，只有彎矩，沒有轉矩。最大彎矩發(fā)生在剖面A處。設卷筒軸該剖面直徑為da，則彎曲應力為：</p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　　則：27mm<mm</b></p><p>　　所以所設計的心軸滿足設計的要求

73、</p><p>　　圖4 心軸的受力分析</p><p>　　3.3.7 心軸的疲勞強度計算 </p><p>　　卷筒軸的疲勞強度，應該用鋼絲繩的當量拉力進行計算，即</p><p><b>　?。?-37）</b></p><p>　　式中— 鋼絲繩的當量拉力，N；</p>

74、<p><b>　　— 當量拉力系數。</b></p><p>　　為使計算簡便，可假設＝1。由前述可知，心軸應力的性質可認為是按脈動循環(huán)規(guī)律變化，則</p><p>　　彎曲應力為27 Mpa （3-38）</p><p>　　平均應力和應力為=13.5 Mpa

75、 （3-39）</p><p>　　軸的形狀比較簡單，且為對稱結構，在A截面處尺寸有變化，則有應力集中存在，且該處彎矩最大，可以認為置截面是危險截面，應在此處計算軸的疲勞強度。</p><p>　　查得有效應力集中系數為＝1.88，表面狀態(tài)系數＝0.92，絕對尺寸系數 ＝0.78，等效系數＝0.34。</p><p>　　

76、疲勞強度計算的安全系數為</p><p>　　7.5 （3-40）</p><p>　　一般軸疲勞強度安全系數[S]=1.5~1.8，遠遠的大于軸的疲勞強度安全系數，所以該軸疲勞強度足夠。</p><p>　　3.3.8 心軸的靜強度計算 </p><p>　　卷筒軸的靜強度計算，需要用靜強度計算拉力，可按下式求得：<

77、/p><p><b>　?。?-41）</b></p><p>　　式中 — 靜強度計算最大拉力 ，N；</p><p>　　— 動載荷系數，查機械設計手冊（新編軟件版）2008。此處取 。</p><p><b>　　靜強度計算安全系數</b></p><p>　　1.9

78、 （3-42） </p><p>　　當時[S]=1.2~1.4，該軸靜強度足夠。</p><p>　　所以該軸符合本設計要求。</p><p><b>　　4電動機選擇</b></p><p>　　本設計1噸工程鉆機的卷揚機屬于非連續(xù)制工

79、作機械，因此，選擇電動機應與其工作特點相適應。本次設計的工程鉆機卷揚機選用起吊機械的專用其中三相交流異步電機，并且優(yōu)先選用YZR系類的的其中專用鉆機。</p><p>　　機構運轉時所需靜功率按下式計算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 Q— 額定起升載荷，為5000N；</p><

80、p>　　— 吊具自重，N；可取 ＝（0.02～0.04）Q；</p><p>　　— 起升速度，為0.5m/s；</p><p>　　— 機構總效率，可取η＝0.85～0.9。</p><p><b>　　所以 2.9 kN</b></p><p><b>　　計算電動機功率 </b><

81、/p><p>　　考慮到工作環(huán)境，對于中小型起重機其系數0.85~0.95，</p><p>　　所以 0.9x2.9=2.61kw</p><p>　　卷揚軸的轉速為=48r/min</p><p>　　所以電機的轉速=(8~40)x48=384~1920 r/min</p><p>　　選用：YZ系列冶金起重專用三項異

82、步電機，</p><p>　　型號：YZR-Z-132M</p><p>　　額定電壓：380V,</p><p>　　額定功率：3.7KW</p><p>　　轉速：1000轉/分</p><p>　　基準工作制為 —40%</p><p>　　5卷揚機的減速器的設計選擇</p>

83、<p>　　5.1 卷揚機總傳動比</p><p>　　5.1.1總傳動比的計算</p><p>　　按額定轉速初定總傳動比 ，總傳動比按下式計算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中i— 機構的總傳動比；</p><p>　　—電動機額定轉速 ，

84、1000r／min；</p><p>　　— 卷筒轉速 ，48r／min。</p><p>　　所以i= 20.833</p><p>　　因為電動機軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接，其傳動比1，</p><p>　　所以減速器的總傳動比i=20.833。本設計采用二級圓柱齒輪減速器。</p><p>　　5.1.2

85、分配減速器的各級傳動比</p><p>　　根據設計的要求和查機械設計手冊（新編軟件版）2008，</p><p>　　高速級傳動比 =1.4 ，式中 為低速級傳動傳動比。</p><p>　　即 = =1.4 （5-2）</p><

86、p>　　所以 =5.40 =3.86</p><p>　　5.1.3 計算傳動裝置的運動和動力參數</p><p>　　電動機到卷筒軸的總傳動效率為</p><p>　　式中: =0.99（齒形聯(lián)軸器）</p><p>　　=0.98（滾子軸承）</p><p>　　=0.97（齒輪精度為8級）</p

87、><p>　　=0.99（齒形聯(lián)軸器）</p><p>　　所以總傳動效率n= 0.88</p><p>　　卷筒軸所得到的功率為0.88=0.88*3.7=3.256 kW>2.9 kW</p><p>　　所以以上所選參數符合要求。</p><p>　　5.2減速器軸的設計</p><p>

88、;　　5.2.1 計算各軸轉速</p><p>　?、褫S1000r/min （5-3）</p><p>　　Ⅱ軸185r/min </p><p>　?、筝S48r/min

89、 </p><p>　　卷筒軸 48r/min </p><p>　　5.2.2 計算各軸功率</p><p>　?、褫S3.7x0.99=3.663kW

90、 （5-4）</p><p>　　Ⅱ軸3.48kW </p><p>　?、筝S3.31kW </p><p>　　卷筒軸

91、 </p><p>　　5.2.3計算各軸轉矩</p><p>　　電動機軸輸出轉矩為： </p><p>　?、褫S34.98N.m （5-5）</p><p>　?、蜉S179.57N.m

92、 </p><p>　?、筝S658.90N.m </p><p>　　卷筒軸639.26N.m </p><p>　　將計算結果列表如下表1</p><p>　　表1

93、傳動裝置的運動及動力參數</p><p>　　5.3 圓柱齒輪傳動的設計計算</p><p>　　5.3.1 計算許用接觸應力</p><p>　　此減速器的齒輪為一般機械零件，沒有特殊要求，從降低成本，減小結構和易于取材原則出發(fā)決定選用：</p><p>　　小齒輪采用45鋼，經調質處理，齒面的硬度為217~255HBS</p>

94、<p>　　大齒輪采用45鋼，經正火處理，齒面的硬度為169~217HBS</p><p>　　查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：</p><p>　　小齒輪 （217~255HBS） 580 MPa</p><p>　　大齒輪 （169~217HBS） 540 MPa</p><p>　　社工作的的時間為10年

95、，每天工作為8小時，每年工作為300天，</p><p>　　所以Ln=10x8x300=24000H</p><p>　　循環(huán)次數： </p><p>　　60njLn=1.44* (5-6)</p><p>　　2.67*

96、 </p><p>　　查《機械設計》 表10—19查得 =1.0 =1.08</p><p>　　取失效概率為1% ，安全系數SH=1.1</p><p><b>　　齒面接觸應力為</b></p><p>&

97、lt;b>　　(5-7)</b></p><p><b>　　、</b></p><p>　　取小值 =527.3 MPa</p><p>　　5.3.2 計算許用彎曲應力</p><p>　　小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為：</p><p>　　小齒輪 （217~255HB

98、S） =440 MPa</p><p>　　大齒輪 （169~217HBS） =420 MPa</p><p><b>　　1 1.4</b></p><p><b>　　齒輪彎曲應力為：</b></p><p><b>　　(5-8)</b></p>&

99、lt;p>　　取最小值= 300Mpa</p><p>　　5.4 齒輪參數設計</p><p>　　5.4.1第一級傳動齒輪參數設計</p><p><b>　　（1）初選參數</b></p><p><b>　　小齒輪齒數17</b></p><p>　　大齒輪齒數

100、 17*5.4=92</p><p><b>　　螺旋角</b></p><p>　?。?）按接觸強度結算 </p><p><b>　　(5-9)</b></p><p>　　所以 載荷系數： K=1.2</p><p>　　彈性系數： 189.8</p

101、><p>　　節(jié)點區(qū)域系數： 2.433 0.779</p><p>　　螺旋角系數： 0.992</p><p>　　所以 35.84mm</p><p><b>　?。?）主要尺寸計算</b></p><p>　　模數 2.07mm (5-

102、10)</p><p><b>　　取整=2mm</b></p><p>　　中心距110.68mm (5-11)</p><p>　　取整數 = 110 mm </p><p>　　計算實際螺旋角： (

103、5-12)</p><p>　　螺旋角沒有改變，所以系數 不在修正。</p><p><b>　　分度圓直徑</b></p><p><b>　　(5-13)</b></p><p><b>　　齒頂圓直徑 </b></p><p><b>　

104、　(5-14)</b></p><p><b>　　齒根圓直徑 </b></p><p><b>　　(5-15)</b></p><p><b>　　齒寬b</b></p><p><b>　　(5-16)</b></p>&l

105、t;p>　　經校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。</p><p><b>　　計算結果見下表2</b></p><p>　　表2 一級傳動中大小齒輪的基本參數及主要尺寸</p><p>　　5.4.2 第二級傳動</p><p><b>　?。?）初選參數</b></p><

106、p><b>　　小齒輪齒數20</b></p><p>　　大齒輪齒數 20X3.86=77</p><p><b>　　螺旋角</b></p><p>　　（2）按接觸強度結算 </p><p><b>　　(5-17)</b></p><p>

107、　　查教材 載荷系數: K=1.2</p><p>　　彈性系數: 189.8 </p><p>　　節(jié)點區(qū)域系數: 2.433 0.779</p><p>　　螺旋角系數： 0.992</p><p><b>　　所以 63.4mm</b></p><p><

108、b>　　（3）主要尺寸計算</b></p><p>　　模數： 3.12mm (5-18)</p><p><b>　　取整數 3 mm</b></p><p>　　中心距： 147.84mm (5-19)</p

109、><p>　　取整數 =148 mm</p><p>　　計算實際螺旋角： (5-20)</p><p>　　螺旋角改變不大，系數不在修正。 </p><p><b>　　分度圓直徑d</b></p><p><b>　　(5-21)</b&

110、gt;</p><p><b>　　齒頂圓直徑da</b></p><p><b>　　(5-22)</b></p><p><b>　　齒根圓直徑</b></p><p><b>　　(5-23)</b></p><p><

111、b>　　齒寬b</b></p><p><b>　　(5-24)</b></p><p>　　經校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。</p><p><b>　　計算結果見下表3</b></p><p>　　表3 二級傳動中大小齒輪的基本參數及主要尺寸</p><p

112、>　　5.5 齒輪軸參數設計</p><p>　　卷揚機的減速器的齒輪軸屬于一般機械零件，沒有特殊要求，所以軸的材料選用45鋼，粗加工后進行調質處理便能滿足要求。45鋼經調質處理硬度為217~255HBS。所以得</p><p>　　按扭轉強度計算軸的直徑</p><p>　　軸的最小直徑公式為：</p><p>　　其中系數A=118

113、~107 (5-25)</p><p>　　根據（5-25）計算得</p><p><b>　?、褫S，Ⅱ軸，Ⅲ軸</b></p><p>　　考慮到第一級傳動的小齒輪直徑較小，若使用鍵與軸連接齒輪強度不夠，所以把Ⅰ軸做成齒輪軸，Ⅰ軸軸頭安裝聯(lián)軸器，故將軸徑增加5%。估?、?/p>

114、軸軸徑為20mm，安裝軸承處軸徑為30mm，其它尺寸由結構而定。對于Ⅱ軸，估?、蜉S軸徑為35 mm，安裝軸承的直徑記為二軸的最小直徑，其它尺寸由結構而定。對于Ⅲ軸，估?、筝S軸徑為45 mm，安裝軸承處軸徑為65 mm，另一端為65 mm,其它尺寸由結構而定。</p><p>　　其他部件可以參考卷揚機專用減速器QJR型減速器而定。</p><p>　　所計算的減速器的外形尺寸為：505X1

115、90X320。</p><p>　　6制動器，聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　6.1 制動器的分類及選擇</p><p>　　按照制動器構造特征，可分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器四種。</p><p>　　在設計或選擇制動器時，主要依據是制動力矩。無論是標準制動器，還是自行設計的制動器都要做必要的發(fā)熱驗算。本設計選用短行

116、程交流電磁鐵塊式制動器如圖5，型號：TG2A—24。</p><p>　　圖5 短行程交流電磁鐵塊式制動器</p><p>　　6.2 聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　聯(lián)軸器根據傳遞的扭矩和工作條件選擇：</p><p><b>　　(6-1)</b></p><p>　　式中 T為所傳遞扭

117、矩的計算值</p><p><b>　　為實際作用的扭矩</b></p><p>　　為聯(lián)軸器規(guī)格表中允許傳遞的扭矩</p><p>　　為考慮聯(lián)軸器重要的系數，選=1.3</p><p>　　為考慮機構偶工作級別的系數，選=1.3</p><p>　　為考慮角度偏差的系數，選=1</p&g

118、t;<p>　　所以T=1.3X1.3X1X35.335=13.78 N.m小于CL型齒輪聯(lián)軸器的許用轉矩</p><p>　　查機械設計手冊（新編軟件版）2008，選用ＧＩ　CL1/ＧＩ?。茫蹋冢毙妄X輪聯(lián)軸器</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　工程鉆機卷揚機是工程鉆機的重要組成部分，配合井架、桅桿

119、、滑輪組等輔助設備，用來提升水龍頭、鉆桿設備等設備的起吊工作，本次設計的卷揚機主要采用的是雙聯(lián)滑輪的形式，這個可以提高在提取重物是能夠有效的使重物保持平衡，選用的鋼絲繩為線接觸鋼絲繩，此種鋼絲繩的內層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應力，但它避免了應力集中，消除了鋼絲在接觸處的二次彎曲現(xiàn)象，減少了鋼絲間的摩擦阻力，這樣可以增加了鋼絲繩的使用壽命。本次設計的卷筒與減速器的連接采用用的齒輪聯(lián)軸器的連接，采用此種連接方法比其他的連接方法更有效的提高

120、了傳動效率。但是本次設計由于時間緊促，還有很多不足的之處，有的地方設計的不到位，跟標準的1噸的工程鉆機卷揚機有一定的差距。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 紀名剛主編．機械設計（第8版）．北京：高等教育出版社，1997．</p><p>　　[2] 孫桓．機械原理（第7版）．北京：高等教育出版社，200

121、6．</p><p>　　[3] 羅伯特．機械設計中的機械零件(第三版)． 北京：機械工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[4] 中國機械學會．機械設計手冊（電子版）．北京：電子工業(yè)出版社，2008．</p><p>　　[5] 周紅軍，蔣國盛，張金昌．國產旋挖鉆機市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議[J]．探礦工</p><p>　　[6] 編寫

122、組．起重機設計手冊[M]．天津：機械工業(yè)出版社，1980．</p><p>　　[7] 胡宗武，顧迪民．起重機設計計算．北京：北京科學技術出版社，1989．</p><p>　　[8] 陳道南．起重運輸機械．北京：冶金工業(yè)出版社，1998．</p><p>　　[9] 成大先．機械設計手冊（第五版）．北京：化學工業(yè)出版社，2010．</p><p

123、>　　[10] 齒輪手冊編委會．《齒輪手冊》（第二版）．北京：機械工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[11] 羅伯特．機械設計中的機械零件(第三版)．北京：機械工業(yè)出版社，2004 ．</p><p>　　[12] 徐灝．疲勞強度設計．北京：機械工業(yè)出版社，1985．</p><p>　　[13] 羅圣國.機械設計課程設計指導書(第二版).北京：高等