卷扬机传动方案设计

前言

卷扬机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合井架桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、使用成本低、对作业环境适应能力强等特点，广泛应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面。

提升重物是卷扬机的一种主要功能，所以各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且灵活性较差，故一般中小型工程仍然广泛应用卷扬机，汽车起吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在工程中广泛应用，故大多设备的安装仍然是由卷扬机承担的。卷扬机除在工程、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。

由于我们知识经验有限，设计上难免存在不足之处，希望老师多加指正。

产品名称：电动卷扬机

设计要求：额定起升重量5吨

起升速度12.5m/min

工作条件：频繁启动，粉尘量大

第一部分功能分析

卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种，本文以电动卷扬机为例作介绍。电动卷扬机主要由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好。对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。

图1 功能结构图

1—电动机2—联轴器3—减速器4 —卷筒5—导向滑轮6—滑轮组7—吊钩

卷扬机黑箱图

第二部分设计方案

1.方案选择

系统总体方案为：电动机→传动系统→执行机构，初选三种方案，如下：

方案1 如图2所示

图2 方案1

描述：该方案由一个大齿轮固定在卷筒上，转矩通过开式齿轮由减速器传给卷筒。这种布置占用空间小，对小传动并不适合。

方案2 如图3所示

扭矩

钢丝绳

动能齿轮

传动

系统

电机

图3 方案2

描述：该方案卷筒直接支承在减速器输出轴上，结构简单，占用空间小，结构部件少，卷筒所受弯矩较大。

方案3 如图4所示

图4 方案3

描述：该方案转矩通过连轴器传给卷筒，卷筒轴上有两处支撑。由于低速级转矩大，联轴器尺寸也很大，再加上两处支撑，在轴向布置上占用较大空间。

经过上述三个方案比较，综合考虑到各个部件的使用寿命及整体结构的大小，最终确定采用方案三。此方案中减速器采用二级齿轮减速，蜗轮蜗杆减速器虽然可以实现较大的传动比，整体布局也小，但传动不平稳，传动效率低；若为二级圆柱圆锥减速器，圆锥齿轮加工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。所以，最红采用二级圆柱齿轮减速器。

2.参数确定

1)电动机选择

本设计5吨桥式吊车卷扬机属于非连续制工作机械，而且起动、制动频繁，工作粉尘量大。因此，选择电动机应与其工作特点相适应，采用三相交流异步电动机。

p d=p w

η=F w×v w

1000η

式中，p w—工作机所需工作功率

η—由电动机到工作机的总效率，取η=0.85

选取电机功率N=15KW，转速750rpm

2)钢丝绳直径的选择

n g=s p

f e

≥[n]

式中，s p—整条钢丝绳的破断拉力((N)

f e—钢丝绳的额定拉力

[n]—卷扬机工作级别规定的最小安全系数，则选取安全系数[n]=7该设计卷扬机额定载荷5吨，采用双联滑轮起重滑轮组

d min=C√S=0.1036√1.25×10^4=11.58mm

式中，S—钢丝绳的最大拉力((KN)

C—钢丝绳的选取系数，经查表C=0.1036

s p≥[n]s=7×1.25×104=87.5 kN

钢丝绳型号选择：钢丝绳6×19（a），直径为14mm

3)卷筒的结构设计

1、卷筒节径D

卷筒节径D应满足计算式D≥K e d

式中：K e—筒绳直径比，由建筑卷扬机设计查表得K e =19

d—钢丝绳直径(mm)

D≥K e d=19×14=266

D0=D−d=266−14=252，取D0=250

2、卷筒容绳宽度B t

卷筒容绳宽度B t应满足计算式B t≤3D0=3×250=750，取B t=600

3.减速器的设计

1)传动比计算

图5 减速器简图总传动比计算式：i=n d

n0

式中：i—机构的总传动比

n d—电动机额定转速，r/min

n0—卷筒转速，r/min，

故绞车提升时滚筒的转速度有：2nπ×d

2

=v

n o=2×12.5

3.14×0.25

=32 r/min

i=n d

n0

=750/32= 23.4375

取i0=4，i1=i

i0=93.75

5.25

=5.85

2)各轴转速

轴1：n1=750 r/min

轴2：n2=750/4= 187.5 r/min

轴3：n3=32.05 r/min

卷筒轴：n4=32.05 r/min

3)各轴功率

轴1：P1= P d*η1=15×0.99=14.85 KW

轴2：P 2= P1*η2=14.85×0.98=14.553 KW

轴3：P 3= P2*η3=14.553×0.97=14.116 KW 卷筒轴：P 3= P4*η4=14.116×0.99=13.975 KW

4)各轴转矩

电动机轴输出转矩为：T d=9550P d

n d =9550×15

750

=191 N·m

轴1：T1= T d*η1=191×0.99=189.09 N·m

轴2：T2= T1*η2*i1=189.09×0.98×4=741.233 N·m

轴3：T3= T2*η3* i2=741.233×0.97×9=4206.125 N·m 卷筒轴：T4= T3÷η4=4206.125÷0.99=4248.612 N·m

5)齿轮传动的设计计算

传动中大小齿轮的基本参数及主要尺寸