一种卷扬机的结构设计及优化
机械毕业设计948建筑卷扬机及其排绳机构的设计说明书
1 绪论1.1建筑卷扬机的简介自从1955年沈阳国泰矿山机械厂试制了10马力(约7.5kw)单筒卷扬机，我国的建筑卷扬机生产已有近50年的历史，而真正定型生产还是在7O年代初的事。
80年代初我国的建筑卷扬机技术的研究才活跃起来，但和国外的建筑卷扬机技术相比落后至少3O年。
在8O年代以前，我国还没有制定有关建筑卷扬机的国家标准，产品规格五花八门，结构与技术的维持基本上是根据日本JIS8OOl等40年代落后标准及按苏联图纸制造的1Oll、1012等落后机型，进展十分缓慢。
80年代以后，是我国建筑卷扬机设计制造技术发展最快的时期。
国家也制定了有关建筑卷扬机的配套标准、规范。
1985年底，由行业组织9厂1所1校共同参加的卷扬机产品系列设计，使卷扬机的性能参数与经济效益结合指标达到了较为统一的水平，也给使用和维修带来了方便，促进了卷扬机的更新换代。
然后新产品种数达到近十个，其中最具有代表性的产品有福建省建筑机械厂的行星传动卷扬机、昆明建筑机械厂的少齿差传动卷扬机、长沙建筑机械研究所与福州市建筑机械厂联合开发的仿日本Seibu公司采用立式齿轮传动的电控卷扬机．广州市一建公司机械厂的高速卷扬机适应高层建筑的多功能需要，而江苏海门第三机械厂引进专利技术开发的系列多排顶杆蠕动传动的卷扬机分为三大系列：即电控、手控和微机程控三大类，其性能优于代表国际先进承平的Seibu“一”字型卷扬机，使我国的建筑卷扬机技术跨入世界先进行列。
Stocky系列卷扬机采用多排顶杆蠕动减速装置，并将该减速装置直接设置于卷筒内，使设计的卷扬机达到体积小、重量轻、过载能力大、节省能源、工作安全可靠。
根据用户使用反映卷扬机采用锥形制动电机后，由于一般建筑工地离变压器较远，电缆压降较大，时常出现制动器释放不开，使得卷扬机不能正常工作，因此又设计了一种采用普通Y系列的、带制动器的“一”字型卷扬机，将多排顶杆蠕动传动应用在建筑卷扬机中，当时使我国的卷扬机技术一改几十年一贯制的落后状态，一跃跨入世界先进行列，该产品的整机组合合理，结构紧凑，重量轻，过载能力强，工作安全可靠．其中传动方式部分的设计构思独特、新颖、受力均匀、合理，当时属国内外首创。
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析
龙门式起重机的结构设计与性能优化分析龙门式起重机是一种常见的大型起重设备，广泛应用于港口、工地、仓库等场所。
在结构设计和性能优化方面，龙门式起重机需要综合考虑其承载能力、稳定性、工作效率和安全性等因素。
一、结构设计1. 主梁设计：主梁是龙门式起重机的主要承载结构，需要按照所需的起重能力和跨度进行合理设计。
主梁材料通常选择钢结构，高强度、刚性好，能够满足起重机的工作要求。
2. 支腿设计：龙门式起重机通常有两根支腿，支腿的设计需要考虑平衡起重机的重心，稳定机身。
支腿通常采用跨字式结构，可以提供更好的稳定性。
3. 提升机构设计：提升机构是起重机的核心部分，需要具备良好的承载能力和操作灵活性。
提升机构包括卷扬机、钢丝绳、滑轮等组成，能够提供可靠的起升功能。
4. 小车设计：小车是起重机上横移的装置，通常由电动机、行走轮、驱动机构等组成。
小车设计应考虑平稳移动、灵活操作和较大的承载能力。
二、性能优化分析1. 结构强度优化：通过材料选取和结构设计优化，提高起重机的结构强度和刚度，使其能够承受更大的起重能力和外力冲击。
2. 运动性能优化：通过优化起重机的运动机构，减小摩擦力和阻力，提高起重机的运动速度和精度，提高工作效率。
3. 能耗优化：采用先进的节能技术，如变频调速技术和能量回收技术，减少起重机的能耗，降低运营成本。
4. 安全性优化：加强起重机的安全保护装置，如限位器、断路器、防碰撞装置等，确保起重过程中的安全性。
5. 自动化控制优化：应用自动化控制系统，提高起重机的智能化水平，实现远程控制和自动化操作，降低人为操作错误的风险。
6. 维护性优化：设计起重机时，考虑易维修性和易保养性，减少故障发生的可能性，并方便维修和维护工作的进行。
结构设计和性能优化是龙门式起重机研发过程中重要的一环。
通过合理的结构设计和性能优化，可以提升起重机的承载能力、工作效率和安全性，满足不同场所的具体需求。
同时，结构设计和性能优化也应考虑可持续性发展的原则，采用环保和节能的设计理念，为工业发展和环境保护做出贡献。
钢丝绳卷扬机的优化设计
137中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.03 （下）1 卷扬机基本原理1.1 卷扬机结构在工业生产与建设行业运用的钢丝绳卷扬机，其主要结构涉及能源电动机、齿轮转动、起升滑轮组和吊钩以及连接的联轴器、制动器、钢丝绳卷筒和减速器等部位组成。
1.2 卷扬机工作原理在卷扬机的实际作业中，其主要通过卷筒的旋转来实现钢丝绳的控制，以此控制重物上升与下降的起重设备。
同时，电石生产中卷扬机作为一种简单的起重牵引设备，其实际的应用相当广泛，并且工作原理主要借助电机的减速传动，通过收放钢丝绳来拉动电石锅，借助不同的运作实现电石牵引小车方向的改变，从而让电石锅按照预先规定的路径进行运动。
2 卷扬机优化方向在卷扬机的设计上，当前，主要问题涉及排绳问题与噪音问题。
排绳问题主要是卷扬机的钢丝绳在工作的情况下，容易造成损坏问题、乱绳问题和咬绳问题。
其主要的发生原因在于，其实际的工作过程中，钢钢丝绳卷扬机的优化设计赵大喜（甘肃金泥化工有限责任公司，甘肃 金昌 737100）摘要：随着我国经济建设的快速发展，钢丝绳卷扬机作为一种常见的起重机械设备，其被广泛应用到电石生产领域。
卷扬机的优化设计不仅能够让卷扬机在工业领域应用的优势增加，同时，也能为方便生产与保护环境做出重要贡献。
因此，本文主要对卷扬机的优化设计进行研究分析，再通过对卷扬机的工作原理进行详细阐述，通过对其噪音与排绳进行优化设计，以此实现卷扬机的优化，从而为工业生产领域与建设领域的良好应用提供保障。
关键词：卷扬机；优化设计；噪音排绳；研究分析中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）03（下）-0137-02丝绳受到外界方向变化与大小不变的作用力，对卷扬机钢丝绳的排布造成扰乱影响，从而在换向的情况下出现乱绳与咬绳的情况。
由于排绳问题其主要是钢丝绳和卷筒在工作中其受力不均匀，导致钢丝绳与卷筒之间的摩擦力快速增加，致使钢丝绳的磨损加剧，进而影响卷扬机在工作上存在动作不稳定的情况，也造成了钢丝绳的使用寿命快速缩短。
顶管工程卷扬机方案
顶管工程卷扬机方案一、引言随着现代城市化建设的不断推进，地下管道网络得到了广泛的应用，而顶管工程作为地下管道敷设的一种重要方法，具有施工速度快、工程质量高、对地面交通影响小等优势。
在顶管工程中，卷扬机是一种重要的施工设备，其作用是将管道或其他构件从地下提升至地面，完成敷设或更换工作，因此卷扬机的性能和可靠性对顶管工程的顺利进行具有重要意义。
本文将对顶管工程卷扬机的方案进行详细的介绍，包括卷扬机的工作原理、结构设计、选型原则、安装和维护等方面，希望能够为相关工程技术人员提供参考和指导。
二、工作原理顶管工程卷扬机主要用于地下管道或构件的提升作业，其工作原理主要由电机、齿轮箱、卷筒和钢丝绳等部分组成。
电机通过传动系统驱动齿轮箱输出动力，齿轮箱再带动卷筒旋转，卷筒上绕绕着钢丝绳，通过钢丝绳的牵引完成管道或构件的提升。
另外，卷扬机还配有制动系统和安全装置，保证提升作业的安全可靠。
三、结构设计1. 电机：卷扬机的电机通常采用交流电机或直流电机，根据实际施工需求选用合适功率和转速的电机，并配备电机保护装置，以确保在工作过程中不会因电机过载或短路等原因受损。
2. 齿轮箱：齿轮箱是卷扬机的传动部件，其结构设计应考虑传动效率高、噪音低、寿命长等因素，选用优质的齿轮轴承和润滑系统，同时设计齿轮箱的结构应紧凑，便于安装和维护。
3. 卷筒：卷筒是卷扬机核心部件，其结构应考虑承载能力、自重、强度等因素，确保在提升作业中不会因卷筒变形或断裂等原因引发安全事故，同时要注意卷筒的表面光滑度和防腐蚀性能，以延长使用寿命。
4. 钢丝绳：钢丝绳是卷扬机的提升装置，其选用原则应考虑拉力强、耐磨损、耐腐蚀等性能，同时要根据工程需要选择合适直径和长度的钢丝绳，以满足提升作业的实际需求。
5. 制动系统和安全装置：卷扬机在提升作业中需要具备良好的制动系统，以确保在断电或其他突发情况下能够及时停止卷筒的旋转，避免管道或构件坠落造成伤害。
另外，卷扬机还需要配备各种安全装置，如限位开关、过载保护器、紧急停车按钮等，保证提升作业的安全可靠。
卷扬机的组成
卷扬机的组成
卷扬机是一种用于举升和悬吊重物的机械设备，一般由以下几个主要组成部分组成：
1.驱动装置：卷扬机通常使用电动机作为驱动装置，也可以使用其他形式的驱动装置，如液压或空气动力。
驱动装置负责提供动力以使卷扬机开始运行。
2.卷筒：卷筒是卷扬机最重要的部分，它是一个笼状的结构，重物可以通过绳索或钢缆绕在卷筒上，卷筒会转动以提升或放下重物。
卷筒通常由钢制而成，具有充足的强度和耐用性。
3.绞盘：绞盘是驱动卷筒旋转的装置，它通过传递动力给卷筒使其旋转。
绞盘通常由齿轮、传动轴和传动机构组成。
4.绳索/钢缆：绳索或钢缆用于将重物系在卷筒上，并通过卷扬机的运动来提升或放下重物。
它们需要具备足够的强度和耐久性，以确保安全可靠的操作。
5.控制系统：卷扬机通常配备有控制系统，用于控制卷绳的升降速度和方向。
这可以通过按钮、开关或遥控器来实现。
控制系统还可以包括安全装置，如限位开关和载荷传感器，以确保卷扬机在安全范围内操作。
一种卷扬机的结构设计及优化
一种卷扬机的结构设计及优化王小明;倪受东;程鹏【摘要】在卷扬机的设计过程中，必须避免出现钢丝绳乱绳、咬绳等现象，提出了一种带有凸轮排绳机构的卷扬机，卷筒作为其关键的设计部件，传统设计方法大多是凭经验确定其厚度，这种设计方法过于保守，而利用ANSYS软件对卷筒进行静力分析，在满足强度和稳定性要求的前提下，得到卷筒厚度的最优结果，既减轻了卷筒重量、又降低了制造成本。
【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2014(000)015【总页数】3页(P113-115)【关键词】卷扬机;凸轮;卷筒;优化;ANSYS【作者】王小明;倪受东;程鹏【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院，南京211816【正文语种】中文【中图分类】TH2110 引言卷扬机是用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备，虽然现在塔吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊体积大，而且其灵活性较差，一般在大型建筑中使用，而且其成本高，一般中小型建筑行业仍然广泛应用建筑卷扬机，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需要建筑卷扬机作辅助提升用，而卷扬机又有“矿井咽喉”之称，因此，卷扬机被广泛应用于建筑、采矿等领域。
卷扬机的性能、工作效率，安全可靠性等，都对建筑或矿山生产和人员、设备的安全起着重要的影响，基于此设计了一种合理的卷扬机结构，可适用于各类含有卷筒的矿山机械、工程机械、建筑机械等领域。
1 卷扬机的工作原理如图1所示，这种卷扬机由驱动电机、卷绳筒、钢丝绳、制动系统、排绳机构、安全开关等机构及控制系统组成。
带减速箱及安全制动的电机安装在电机支座上，通过变频器控制电机速度，电机轴经减速箱减速后与链条连接，带动链轮转动，使与链轮同轴安装的卷筒同步转动，当电机正转或者反转时，缠绕在卷筒上的钢丝绳带动吊篮上升或下降运动，从而实现对物料、设备或施工人员的提升与下放。
卷扬机排绳机构说明书
1 绪论1.1建筑卷扬机的简介随着微机技术在世界的改变及在电路中的智能化，PLC在电路中的运用得到了广泛的应用,而它可靠性高、能经受恶劣环境的考验、使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品，与机动人、CDM/CAM 并称为工业生产自动化的三大支柱。
1.2设计方法或技术路线：1.2.1设计要求1）设计一台带排绳机构的卷扬机2）要求能提升5吨的物体1.2.2各零部件的设计1）电动机的功率计算及选用：2）减速箱的参数设计与选用：减速箱的选择主要根据齿面性能，传动比等方面进行选择。
本设计中选择硬齿面及合适的传动比减速器作为卷扬机的选型方案，其传动比需满足设计要求。
3）卷扬机滚筒及排绳机构的设计：卷扬机滚筒的选择主要包括结构设计和强度设计，强度设计主要是考虑弯曲校核、扭矩校核和寿命校核。
4）电动机控制线路的设计及卷扬机钢丝绳的选择：卷扬机绳径的选择依据是JG／T503 1—93《建筑卷扬机设计规范》4．1．1条，根据安全系数来确定的。
控制线路的设计实现三相异步电机的正、反转、快转和慢转的要求。
1.2.3拟采用的方法或技术路线1）动力及传动部分采用合适的三相异步电机，通过减速箱驱动卷扬机转动2）排绳机构设计出排绳机构，以减速箱齿轮提供的动力，驱动排绳机构往复直线运动，使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列3）卷扬机对卷扬机滚筒进行结构设计和强度、寿命校核4）采用继电器和手动按钮设计三相异步电机的正、反转、快转和慢转，完成控制面板的设计1.3本设计的意义随着卷扬机在工业的广泛应用，所以本设计就是为了更好地改善已往卷扬机在工业中的缺点，如：钢丝绳在工作中由于受到挤压而使其使用寿命下降，而采用排绳机构进行均匀排绳从而提高了钢丝绳的使用寿命。
同样在控制电路中，采用plc来进行控制这样能减少电路中的繁锁，跟据科学技术要从智能化和微型化进行发展。
从而改善了采用继电器来控制电路。
并增强了控制的实时性，更能保证精度要求的产品质量。
慢动卷扬机传动装置的设计
目录一、设计任务书 (2)二、传动装置的总体设计 (2)（一）传动方案拟定 (2)（二）电动机的选择 (3)（三）传动装置的总传动比的计算和分配 (5)三、传动零件的设计计算 (7)（一）V型带及带轮的设计计算 (7)（二）高速级斜齿轮副的设计计算 (9)（三）低速级直齿轮的设计计算 (12)四、轴系零件的设计计算 (17)（一）、输入轴的设计计算 (17)(二)、中间轴的设计计算 (22)（三）、输出轴的设计计算 (26)（四）滚动轴承的校核 (30)1、高速轴上轴承的寿命计算 (30)2、中间轴上轴承的寿命计算 (32)3、低速轴上轴承的寿命计算 (34)（五）联轴器和键联接的选用说明和计算 (35)五、减速器的润滑设计 (37)六、箱体、机架及附件的设计 (38)（一）、减速器箱体的结构设计 (38)（二）、减速器箱体的附件设计 (39)结束语 (43)参考书目及文献 (44)一、设计任务书１、原始数据钢绳拉力F（kN）28钢绳速度V（m/min）20滚筒直径D（mm）300２、已知条件1）钢绳拉力F；2）钢绳速度V；3）滚筒直径D；4）工作情况：单班制，间歇工作，经常正反转，启动和制动，载荷变动小；5）工作环境：室内，灰尘较大，环境最高温度35°C左右，三相交流电；6）使用折旧期10年，3年大修一次；7）制造条件及生产批量：专门机械厂制造，小批量生产。
8）提升速度允许误差±5% 。
３、参考传动方案二、传动装置的总体设计（一）传动方案拟定1、由参考方案可知电动机经联轴器将动力直接传到高速轴上，然后通过二级圆柱齿轮减速器减速。
考虑到二级圆柱齿轮减速器的传动比不宜过大，否则会导致减速器尺寸很大。
因此在参考方案的基础上添加一个带传动。
2、将带传动布置于高速级带传动的承载能力小，传递相同转矩时结构尺寸较其他传动形式大，但传动平稳，能缓冲减震，因此宜布置在高速轴。
3、高速级齿轮选用斜齿圆柱齿轮斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高速轴和要求传动平稳的场合。
卷扬机及其排绳机构的设计
卷扬机及其排绳机构的设计一、卷扬机概述卷扬机是一种常见的起重机，用于各种建筑、工业、矿山等场合的物料搬运和重物举升。
卷扬机的主要部件包括电机、减速机、制动机构、卷筒、钢丝绳等组成。
卷扬机的主要工作原理是利用电机输出的动力，通过减速机将电机输出的转速降低并传到卷筒中的卷绕系列，对钢丝绳进行卷绕，使其在卷筒上升或下降时实现重物举升或下降。
二、排绳机构概述卷扬机的排绳机构是卷扬机的重要组成部分，主要用于钢丝绳的装置和位置控制。
它的主要部件包括轮轴、滚轮、轮轴座、扭簧、支撑座等。
排绳机构可以把钢丝绳在卷筒上有效地布局和排列，防止钢丝绳松弛或错位，并控制机器的运行位置和速度。
三、卷扬机及其排绳机构的设计要求1、动力输出设计卷扬机的动力输出要求长期稳定，电机选取要符合需求。
为保证卷扬机的稳定性，需要使用大功率电机，同时选用合适的减速机降低电机转速，以便满足钢丝绳的卷绕和起重要求。
2、结构设计卷扬机的框架结构应具有较强的承重能力和稳定性，选用优质的钢铁材料制作卷扬机的各种构件。
同时，考虑到卷扬机长时间使用时的磨损和故障，设计师应尽量选择易维修和更换的零部件，以便将来方便维护。
3、排绳机构设计排绳机构是卷扬机的关键组成部分，必须具有良好的稳定性和合理的位置控制能力，以便卷筒可卷绕钢丝绳始终保持对称位置。
设计师应根据实际需要确定钢丝绳与滚轮的摩擦系数以及扭簧的弹性系数，以保证排绳机构的稳定性和准确性，并判断确保钢丝绳是否支持良好，钢丝绳是否会穿过排绳轮轴，实现钢丝绳的长期稳定运行，正确布局。
4、其他要求卷扬机应设计有完善的控制系统，以确保机器的正常使用和人身安全。
此外，卷扬机应考虑环保和节能问题，为设计环保、节能的卷扬机提供技术支持。
四、结束语以上是卷扬机及其排绳机构的设计要求，对于设计师来说，需要了解并掌握实际需求和工作原理，才能够设计出合理的卷扬机及其排绳机构，满足生产需要，提高工作效率。
卷扬机结构设计全解
卷扬机结构设计全解随着社会的发展，机械将会越来越取代人力，这也是机械行业飞速发展的后果，在机械的发展历史中，新机械的发明有着举足轻重的作用。
但是，那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械，更是起着不可替代的作用，卷扬机就是一例。
卷扬机的发展就像其他机械一样，从开始的简单到现在的复杂，从以前的机械动力到现在的电力动力，从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。
本设计就传统的卷扬机说起，一直到现在以及将来的发展。
本设计主要设计了卷扬机的卷筒、卷筒轴、卷筒毂、减速器以及滑轮组。
其中卷筒和卷筒轴的设计最为主要，本设计重点做了介绍。
其余部分由于篇幅有限，只是略作分析。
关键词：卷扬机卷筒卷筒轴滑轮组IAlong with society's development, the machinery will be able more and more to substitute for the manpower, this also will be the mechanical profession rapid development consequence, in the machinery substitution manpower development history, the new machinery invention has the pivotal function. But, these very for a long time on and continue continuously using the production to today machinery, is playing the role which cannot be substituted, the hoist is an example. The hoist development is likely same on other machineries, from starts simply until present complex, from beforehand manpower to present electric power, from beforehand manual control to present computer operation even intelligence operation. This design mentions on the traditional hoist, continuously to present as well as future development.The design instruction booklet has mainly designed 5 ton hoist reels, the reel axis, as well as the block and tackle. Reel as well as the reel axis design is most main, this design has made the introduction with emphasis. Because other parts the length is limited, only makes the analysis slightly.Key words: Windlass Reel; Reel axis Block and tackleII目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章概论 .................................................................... 错误!未定义书签。
机械设计课程设计-设计电动卷扬机传动装置
二设计步骤
1．传动装置总体设计方案。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
2．电动机的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
3．确定传动装置的总体传动比和分配传动比。。。。。。。
4．计算传动装置的运动和动力参数。。。。。。。。。。。。。。。
工程实际问题的能力，并通过实际设计训练使所学的理论和知识得以巩固和提高。
2．学习和掌握一般机械设计的基本方法和程序。培养独立设计能力，为后续课程学习
和实际工作打基础。
3. 进行实际设计工作基本技能的训练，包括训练计算、绘图能力和运用设计资料（如
标准、规范等）
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
本设计是应用以参数化为基础的CAD/CAE/CAM集成软件Pro/ENGINEER进行三维实体造型，来完成产品的零件、部件设计和整机的装配。其最大的优点在于大大减少了设计师的工作量，从而加速了机械设计的过程。另外，还可以对产品进行优化，使其结构更加合理，性能更加良好。
二设计步骤
1．传动装置总体设计方案
绞车，用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机，可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。
本次设计旨在以单卷筒定轴直齿轮传动调度绞为依托，采用新的设计方法——三维实体设计来完成产品的设计。三维实体设计（实体造型）是近年来发展起来的一种先进的设计方法，与传统设计方法相比较有许多优越性。
总体要求为：
1.设计过程、步骤正确，设计思路清晰。
2.理论计算结果正确，结构设计合理。
卷扬机的结构设计
摘要卷扬机又称绞车。
是起重垂直运输机械的重要组成部分，用来提升物料、安装设备等作业，由人力或机械动力驱动卷筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。
垂直提升、水平或倾斜曳引重物的简单起重机械。
分手动和电动两种。
现在以电动卷扬机为主。
本次设计的10kN吨电动卷扬机是由电动机、连轴器、减速器、卷筒、排线器等组成。
本次设计的步骤是从钢丝绳开始入手，然后依次对卷扬机的卷筒、卷筒心轴、电动机、减速器齿轮、减速器轴、联轴器设计与选取。
其中卷筒、卷筒轴、减速器的设计最为主要，本设计重点做了介绍，其余部分有得只是略作分析。
本次设计的卷筒机由于它结构简单、搬运安装灵活、操作方便、维护保养简单、对作业环境适应能力强等特点，可以应用于冶金起重、建筑、水利作业等方面，但是此次设计的卷筒机主要运用于用于10kN吨桥式吊车起升机构。
提升重物是卷扬机的一种主要功能，各类卷扬机的设计都是根据这一要求为依据的。
关键词：卷扬机，卷筒，卷筒轴，减速器AbstractHoist and winch. Is an important part of vertical lifting transport machinery, used to enhance the materials, installation of equipment operations, from human or mechanical power driven drum, winding traction rope to complete the installation work. Vertical, horizontal or inclined simple traction weight lifting machinery. Manual and electric two. Now to the main electric hoist. The design of the 10kN ton electric hoist is composed of motor, coupling, reducer, drum, cable etc..The design procedure is to start from the wire rope, and then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, coupling design and selection. Design of the drum, the drum shaft, most major reducer, the design focus is introduced, the rest is just a brief analysis.The design of the drum machine because of its simple structure, flexible installation, convenient operation and carrying, simple maintenance, to adapt to the working environment ability is strong, can be applied to metallurgical crane, construction, operations and other water conservancy, but the design of the drum machine is mainly used for 10kN ton bridge crane hoisting mechanism. Lifting weights is a main function of hoist, design of various types of winches are according to the requirements for.Keywords: hoist, drum, drum shaft, gear reducer目录摘要 (i)目录................................................................................................................................. i ii 1.绪论 . (4)1.1卷扬机的分类、特性及常见类型 (4)1.1.1 分类及特性 (4)1.1.2 卷扬机的常见类型 (4)1.2国内卷扬机发展概况 (4)1.2.1国内卷扬机发展概况 (4)2.卷扬机结构设计及工作原理 (5)2.1 基本结构 (5)2.2 卷扬机的工作原理 (5)3.卷扬机零件设计 (5)3.1 卷扬机的设计参数 (5)3.1.1 卷扬机的设计参数 (5)3.1.2 电机的选择 (6)3.2 减速器的设计计算 (6)3.2.1齿轮的设计 (7)3.2.2 轴的设计与校核 (13)3.3 排线器轴及轴上零件设计与校核 (17)2.3.1求作用在齿轮上的力 (18)3.3.2 确定轴的尺寸 (18)3.3.3 求轴上的载荷 (18)3.3.4 键的选择与校核 (18)3.4滚筒轴及轴上零件的设计与校核 (18)3.4.1 求作用在齿轮上的力 (19)3.4.2 确定轴的尺寸 (19)3.4.3 求轴上的载荷 (19)3.4.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 (19)3.4.5精确校核轴的疲劳强度 (19)3.4.6 键的选择与校核 (20)4.卷扬机使用时的注意事项 (21)5.结论 (22)参考文献 ...................................................................................................................... - 1 -致谢.............................................................................................................................. - 2 -1.绪论1.1卷扬机的分类、特性及常见类型1.1.1 分类及特性卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。
卷扬机传动装置的设计与分析
1 引言卷扬机是一种常见的提升设备，其结构简单、操作方便、可靠性高，被广泛应用于各个行业。
通常情况下卷扬机都是采用电动机作为原动机，由于电动机输出地转速远远大于卷扬机中滚筒的转速，所以必须设计减速的传动装置。
传动装置的种类多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器、二级齿轮减速器等等[1]。
通过合理的设计传动装置，使得卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。
同时通过本设计将所学过的理论知识进行综合应用，做到理论联系实际，进一步掌握传动装置的设计过程。
2 传动装置的总体设计2.1 拟定传动方案传动装置的设计方案一般用运动简图表示。
它直观的反映了工作机、传动装置和原动机三者之间的运动和力的传递关系。
传动方案首先应满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠。
此外，还应结构简单，尺寸简凑、成本低，效率高和便于使用和维护等。
要同时满足上述要求，常常是困难的，因此，应根据具体的设计任务侧重地保证主要设计要求，选用比较合理的方案[2]。
本次设计任务对传动装置没有太多要求，只要其在一般工作条件和环境下能够正常工作即可，因此本设计才用展开式二级圆柱直齿轮减速器，减速器与电动机和工作机之间有联轴器联接，传动方案运动简图如图2.1所示；图2.1 卷扬机传动装置运动简图齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。
二级齿轮减速器的传动比一般为8-40，结构简单，应用也最为广泛，而展开式的主要特点是齿轮相对于轴承不对称布置，因而沿齿向载荷分布不均，要求轴有较大的刚度[3-5]。
2.2 电动机的选择原动机的种类，无特殊要求，均选用交流电动机作为原动机。
电动机为系列化产品。
机械设计中仅需根据工作机的工作情况，合理选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，提出具体的电动机型号[6]。
2.2.1 选择电动的功率所需电动机工作功率为：错误！未找到引用源。
式（2-1）式中：错误！未找到引用源。
建筑卷扬机及其排绳机构的设计
摘要建筑卷扬机是一种起重设备，由于其结构简单、制造成本低、操作方便、对作业环境适应性强，因此在建筑、工业、农业、海运、交通、化工、冶金和油田等部门中用于起重、拖重物等工作，也是每个建筑工地、每个工程队必不可少的设备。
在施工工地上，卷扬机钢丝绳在绳筒上绕制常常发生错乱，这样，钢丝绳相互挤压，磨损严重，缩短了钢丝绳的使用寿命；同时，与卷扬机配用的限位装置普遍为重锤式或螺杆式。
重锤式安装维修不便，螺杆式由于钢丝绳排绕错乱而导致限位失灵。
为了克服以上缺点，在卷扬机上附加了一种排绳机构。
排绳机构的设计，以减速箱齿轮提供的转动，驱动使排绳机构往复直线运动，使得钢丝绳能在卷扬机卷筒上整齐排列。
利用这一机构进行均匀排绳从而提高了钢丝绳的使用寿命，从而提高了生产效率，降低了劳动强度。
关键词：起重设备，卷筒，排绳机构ABSTRACTwinch is a construction lifting equipment, because of its simple structure, manufacture low-cost, easy to operate, right operating environment adaptability, construction, industry, agriculture, shipping, transportation, chemical industry, metallurgy and oil sectors such as for lifting and dragging heavy objects, etc., as well as each building site, Each team works essential equipment. The construction site, hoist rope on the ropes around the tube system disorder often occur, then squeeze each other rope, wear serious, shorten the life of the wire rope; Meanwhile, the windlass wearing spacing devices-generally heavy hammer or screw. Mallets-installation maintenance inconvenience, screw-type arrangement as rope around disorder caused spacing failure. In order to overcome the above drawbacks, the hoist to attach a rope agencies. Pai brought the design to reduce speed gear boxes for the moment, the drive to make arrangements justice agencies reciprocating linear motion. can make rope winch drum, were neatly arranged. Use the bodies uniform rope so as to enhance the life of the wire rope, thereby increasing production efficiency, reduce labor intensity.Keywords : lifting equipment, drum, volleyball justice agencies目录1 绪论 (1)1.1建筑卷杨机的简介 (1)1.2设计方法或技术路线： (3)1.2.1设计要求 (3)1.2.2各零部件的设计 (3)1.2.3拟采用的方法或技术路线 (3)1.3本设计的意义 (4)2 卷扬机部件的设计计算 (5)2.1电动机功率选择、总传动比设计计算与校验 (5)2.1.1电动机功率的初选： (5)2.2钢丝绳的计算及确定 (8)2.2.1材料和种类的分析 (8)2.2.2钢丝绳的固定方法： (8)2.2.3钢丝绳直径的确定： (9)2.3排绳机构传动方式的确定 (10)3 卷筒及卷筒轴设计 (14)3.1卷筒的设计计算 (14)3.1.1材料与结构的选用： (14)3.1.2卷筒容绳尺寸参数： (14)3.1.3卷筒的受力分析 (17)3.1.4卷筒强度计算校核 (17)3.1.5卷筒筒壁的稳定性估算 (20)3.2卷筒轴的设计计算 (20)3.2.1作用力计算 (21)3.2.2垂直面支承反力及弯矩 (22)3.2.3水平面支承反力及弯矩支反力 (22)3.2.4合成弯矩 (23)3.2.5.计算工作应力 (23)3.2.6心轴的疲劳强度计算 (24)3.2.7心轴的静强度计算 (24)4 卷筒轴齿轮及排绳器设计 (25)4.1齿轮类型、精度级度、材料及齿数等设计 (25)4.1.1齿轮类型、精度级度、材料及齿数分析 (26)4.1.2齿面接触强度设计 (26)4.1.3.齿根弯曲强度计算 (28)4.1.4模数m设计 (29)4.1.5齿轮几何尺寸计算 (29)4.1.6齿轮验算 (30)4.1.7齿轮结构设计： (30)4.2排绳器的设计 (32)4.2.1工作原理 (32)4.2.2工作过程分析： (33)4.2.3 强度计算校核 (34)4.2.4 滑块强度校核 (36)4.2.5 润滑 (37)5 电气控制系统设计 (38)5.1电气控制系统的要求和内容 (38)5.1.1电气控制系统的要求 (38)5.1.2 电气控制系统的内容 (39)5.2电气控制原理图的设计 (39)5.2.1 主电路的设计 (40)5.2.2控制电路的设计 (40)5.2.3辅助电路的设计 (41)参考文献 (45)结论 (46)致谢 (47)1 绪论1.1建筑卷扬机的简介自从1955年沈阳国泰矿山机械厂试制了10马力(约7.5kw)单筒卷扬机，我国的建筑卷扬机生产已有近50年的历史，而真正定型生产还是在7O年代初的事。
卷扬机的设计
卷扬机的设计摘要：本篇论文基于卷扬机的设计，分别从设计目的、设计过程、设计结果等方面进行详细说明，通过对文献资料和实验研究的分析，提出卷扬机设计中需要注意的问题，并给出相应的解决方案。
关键词：卷扬机；设计目的；设计过程；设计结果一、设计目的卷扬机是一种重要的机械设备，在许多工业生产领域都有广泛应用。
采用卷扬机可以方便地对重物进行搬运和升降，从而提高生产效率，降低工人劳动强度。
因此，本文旨在设计一种高效、可靠、安全的卷扬机，以满足工业生产的需求。
二、设计过程卷扬机的设计过程主要包括以下几个方面：1、选取合适的材料卷扬机通常需要处理较大的负载，因此需要使用高强度、高韧性的材料。
较为常用的材料有钢板、钢管、铝合金等。
经过对比试验，我们最终选择了钢板作为主要结构材料。
2、确定结构形式卷扬机主要由两个部分组成：卷绕器和电动机。
卷绕器是卷扬机的核心部件，其结构形式有多种。
经过分析比较，我们最终选择了环形卷绕结构，因为该结构紧凑、占用空间小、卷绕效果好。
3、选取适当的电动机电动机是卷扬机的驱动力源，需要根据卷扬机的负载量确定电动机的功率大小。
在实验过程中，我们先后测试了不同功率的电动机，并最终选择了2千瓦的电动机。
此外，还需要考虑到电动机的转速调节、电机制动和防漏电等问题。
4、设计安全保护装置在卷扬机的设计过程中，我们还需要考虑到安全问题。
为此，我们在电动机和卷绕器上分别安装了过载保护装置和停止装置，以避免设备在工作过程中出现故障或安全事故。
三、设计结果本文设计的卷扬机采用了环形卷绕结构，主要结构材料为钢板，电动机功率为2千瓦，安装了过载保护装置和停止装置等安全保护装置。
在实验中，该卷扬机能够满足工业生产的需求，具有搬运、升降效率高、安全可靠等优点。
四、结论本文对卷扬机的设计进行了详细说明，说明了卷扬机设计过程中需要注意的问题，给出了相应的解决方案。
本设计出来的卷扬机能够满足工业生产的需求，具有一定的推广价值。
天然高边坡卷扬机设计与运用
天然高边坡卷扬机设计与运用作者：高俊锋来源：《城市建设理论研究》2013年第35期摘要：溪洛渡水电站左岸电站进水口天然边坡处理工程，边坡高陡，为70～80o陡坡，边坡最大高差达110m，且中间无施工马道。
为解决材料垂直运输问题，在谷肩13层顶安装2台2.0t卷扬机，供电站进水口天然边坡支护材料垂直运输，取得了良好的经济效果，为后续类似工程积累了经验。
关键词：高边坡卷扬机设计与运用中图分类号：S611文献标识码： A1概述溪洛渡水电站左岸电站进水口天然边坡下方为电站进水口，进水口边坡一旦发生塌滑，将直接威胁9台机组运行安全。
左岸电站进水口天然边坡处理工程是为保证电站进水口施工和运行期安全而实施的边坡支护项目。
电站进水口天然边坡地形陡峻，坡脚一般70～80o，部分地段近直立，局部呈倒悬，岩体中顺坡向裂隙发育，加上风化卸荷影响，顺坡向裂隙普遍张开，在坡面上形成较多危岩体，易形成掉块和塌滑，边坡局部稳定性较差。
边坡顶部为13层平台，高程大约在770～720m，边坡底部为电站进水口高程610m平台，边坡高度在110～160m 之间，中间无马道。
2卷扬机设计方案因边坡较高，中间无马道，材料运输是制约施工进度的主要因素。
为解决该问题，在谷肩13层顶安装2台2.0t卷扬机，供电站进水口天然边坡支护材料垂直运输。
2.1设计思路卷扬机主要由吊物支架、卷扬机、承载索、提升绳、牵引绳、滑车组成，布置于谷肩13层顶。
承载索两端分别锚固于13层顶及高程610m平台外侧，跨距45m。
由2台2.0t卷扬机作为提升、牵引装置，滑车行走于13层顶至高程645m钢栈桥之间。
边坡支护主要材料有搭设排架所用的架子管、扣件，钻孔设备100B钻机，施工原材料钢筋和锚固剂，卷扬机的使用需制定安全操作规程，专人操作，并注明一次可起吊各类不同材料数量，最大吊重0.5t。
设计采用主要技术标准如下：承载索上锚固端高程：720m承载索下锚固端高程：610m跨距：45m 承载索直径：18mm承载索净长：155m吊物扬程：80m卷扬机最大吊重2.0t，转速16m/min 一次最大吊重：0.5t2.2结构设计⑴承载索承载索选用不小于10倍安全系数的钢丝绳，本设施选用φ18钢丝绳，其破断拉力为16.2t，允许承受最大拉力为1.62t，满足受力要求。
电动卷扬机传动装置课程设计
电动卷扬机传动装置课程设计1. 引言电动卷扬机是一种常见的起重设备，广泛应用于工业生产和建筑施工等领域。
传动装置是电动卷扬机的重要组成部分，它能够将电动机的旋转运动转换为卷筒的上下运动，实现卷绕和放松绳索的功能。
本课程设计将详细介绍电动卷扬机传动装置的设计原理、结构和计算方法，并通过实例演示来加深理解。
2. 设计原理电动卷扬机传动装置的设计原理主要涉及到以下几个方面：2.1 动力源电动卷扬机通常采用直流或交流电动机作为动力源。
在设计中需要根据具体要求选择合适的电机型号和功率，以确保能够提供足够的转矩和速度。
2.2 传力方式常见的传力方式包括齿轮传动、链条传动和带传动等。
在选择传力方式时需要考虑负载大小、速度要求、噪音和寿命等因素。
2.3 速比计算根据所需提升高度和速度要求，需要计算传动装置的速比。
速比是指电机输出轴转速与卷筒转速之间的比值，可以通过齿轮齿数比、链条轮齿数比或带轮直径比等方式计算得出。
3. 结构设计电动卷扬机传动装置的结构设计需要考虑以下几个方面：3.1 卷筒设计卷筒是传动装置中的核心部件，它承载绳索并实现上下运动。
在设计中需要确定卷筒的直径、长度和材质等参数，以满足负载要求和使用寿命。
3.2 齿轮设计如果选择了齿轮传动方式，需要进行齿轮的设计。
包括模数、压力角、齿数和齿宽等参数的确定，以及齿轮材料的选择和热处理工艺的确定。
3.3 联接件设计传动装置中还需要设计联接件，用于连接电机、卷筒和其他传动部件。
联接件设计需要考虑承载能力、刚度和可靠性等因素。
4. 计算方法根据所选用的传力方式和结构设计参数，可以进行相应的计算来验证传动装置的合理性和可靠性。
4.1 动力计算根据所选用的电机型号和功率，可以计算出所需的转矩和速度。
根据负载特性和传动装置的效率，可以进一步计算出所需的电机输出功率。
4.2 速比计算根据设计要求和选择的传力方式，可以进行速比的计算。
在齿轮传动中，可以根据齿轮齿数比和模数计算出速比。
卷扬机提升机设计标准
卷扬机提升机设计标准卷扬机提升机（或称卷扬机）设计标准主要涉及以下几个方面：1. 设计参数：设计师需要确定卷扬机的最大提升负荷、额定提升负荷、提升高度、提升速度等参数，并确保这些参数符合使用需求和安全标准要求。
2. 结构设计：卷扬机的主要结构包括起重机构、提升机构、制动器及控制系统等。
设计师需要根据负荷要求和使用环境，合理选择结构材料和强度设计。
3. 制动器设计：卷扬机提升机制动器的设计至关重要，它能够确保提升负荷在停止运动时安全可靠。
制动器设计需要满足额定负荷的停止力矩要求，并保证制动器的工作可靠性和使用寿命。
4. 传动系统设计：卷扬机的传动系统包括电机、减速器、传动轮等。
设计师需要选择适当的传动比例和传动方式，保证提升机构的运行效率和安全性。
5. 安全装置设计：卷扬机需要配备相应的安全装置，如限位开关、上限位开关、下限位开关等，以确保提升负荷在运行过程中不会超出安全范围。
设计师需要合理选择并布置这些安全装置。
6. 控制系统设计：卷扬机的控制系统需要能够控制提升负荷的起停、运行速度等。
设计师需要设计合理的控制策略，确保提升负荷在起止运动过程中平稳可控。
7. 强度计算与验算：卷扬机的结构强度计算与验算是设计过程中非常重要的一步。
设计师需要根据负荷要求和使用环境，对卷扬机各个部位的强度进行计算和验算，确保设计的安全可靠性。
8. 电气设计：卷扬机的电气设计涉及电机选择、电气线路设计、控制柜设计等。
设计师需要根据电气安全标准和负荷要求，设计合理的电气系统。
9. 安全标准要求：卷扬机的设计需要符合相关的安全标准要求，如国家标准GB/T 10055-2008《卷扬机技术条件》等。
综上所述，卷扬机提升机的设计标准涉及到设计参数、结构设计、制动器设计、传动系统设计、安全装置设计、控制系统设计、强度计算与验算、电气设计以及安全标准要求等多个方面。
设计师需要根据负荷要求和使用环境，合理设计并确保卷扬机的安全可靠性。
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第36卷 第8期 2014-08(上)
【113】
收稿日期：2014-03-12
作者简介：王小明（1988 -），男，江西安福人，硕士，研究方向为机器人技术。
一种卷扬机的结构设计及优化
The structure design and optimization of a windlass
王小明，倪受东，程 鹏
WANG Xiao-ming, NI Shou-dong, CHENG Peng
（南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 211816）
摘 要：在卷扬机的设计过程中，必须避免出现钢丝绳乱绳、咬绳等现象，提出了一种带有凸轮排绳
机构的卷扬机，卷筒作为其关键的设计部件，传统设计方法大多是凭经验确定其厚度,这种设计方法过于保守，而利用ANSYS软件对卷筒进行静力分析，在满足强度和稳定性要求的前提下，得到卷筒厚度的最优结果，既减轻了卷筒重量、又降低了制造成本。
关键词：卷扬机；凸轮；卷筒；优化；ANSYS 中图分类号：TH211 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)08(上)-0113-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.08(上).30
0 引言
卷扬机是用卷筒缠绕钢丝绳提升或牵引重物的轻小型起重设备，虽然现在塔吊等取代了卷扬机的部分工作，但由于塔吊体积大，而且其灵活性较差，一般在大型建筑中使用，而且其成本高，一般中小型建筑行业仍然广泛应用建筑卷扬机，就是大型建筑中虽有塔吊，也还需要建筑卷扬机作辅助提升用，而卷扬机又有“矿井咽喉”之称，因此，卷扬机被广泛应用于建筑、采矿等领域。
卷扬机的性能、工作效率，安全可靠性等，
都对建筑或矿山生产和人员、设备的安全起着重要的影响，基于此设计了一种合理的卷扬机结构，可适用于各类含有卷筒的矿山机械、工程机械、建筑机械等领域。
1 卷扬机的工作原理
如图1所示，这种卷扬机由驱动电机、卷绳筒、钢丝绳、制动系统、排绳机构、安全开关等机构及控制系统组成。
带减速箱及安全制动的电机安装在电机支座上，通过变频器控制电机速度，电机轴经减速箱减速后与链条连接，
带动链
图1 卷扬机总装图
【114】 第36卷 第8期
2014-08(上)
轮转动，使与链轮同轴安装的卷筒同步转动，当电机正转或者反转时，缠绕在卷筒上的钢丝绳带动吊篮上升或下降运动，从而实现对物料、设备或施工人员的提升与下放。
当卷扬机断电或者需要临时停止工作进行检查时，常闭盘式制动器会在压缩弹簧的推力下推动活塞，使闸瓦压紧制动盘，实现卷扬机的刹车，当卷扬机处于通电工作状态下时，在液压油的压力作用下推动活塞缸，使其远离制动盘，实现松闸。
2 凸轮排绳机构的设计
目前，为避免因卷扬机受工作环境影响而造成钢丝绳的乱绳、咬绳、甚至断绳现象的发生而设计的排绳机构主要有三类：1）基于液压系统的排绳机构；2）基于电气系统的排绳机构；3）纯机械系统，前两类结构较为复杂，成本较高，维护比较困难[1]。
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图2 凸轮排绳机构示意图
如图2所示，凸轮排绳机构采用纯机械系统，把凸轮的旋转运动转化为卷筒的直线运动。
在滚子支撑与圆柱凸轮的相互作用下，钢丝绳缠绕方式由固定位置转变为相对于卷筒左右来回移动方式，当卷筒与凸轮按严格的固定传动比联动时，圆柱凸轮转动一圈，卷筒刚好左右来回移动一个总程，这时钢丝绳就以一定的规律左右一排排地缠绕在卷绳筒上，不仅避免了钢丝绳乱绳，咬绳等现象的发生，还使卷筒在工作过程中受力均匀，提高了卷筒的使用寿命。
3 卷筒分析及优化
对卷扬机而言，卷筒是其主要承载部件，它起着存放钢丝绳、承担提升负荷、传递动力的作用，理论和实践表明，卷筒是卷扬机中比较薄弱的部件[2]。
卷筒上的钢丝绳根据不同工作条件及场合可设计成单绳或多绳，考虑到特殊场合的安全性要求，此卷筒结构设计成四根钢丝绳，在装载工作人员或物料的吊篮两端各固定两根互不相干的钢丝绳，使吊篮得到了双重保护，这样不会因为某根钢丝绳因磨损断裂而发生吊篮坠落现象，提高了设备的安全可靠性。
3.1 卷筒受力分析
在钢丝绳缠绕卷筒的作用下，卷筒产生压应力、弯曲应力和扭曲应力而发生变形，由于卷筒直径比壁厚要大很多，其截面惯性矩仍很大，因此，钢丝绳拉力在筒壁上所引起的剪应力和弯曲应力相对很小，—般将此项应力忽略不计[3]。
因此将此力看作为钢丝绳对卷筒面产生一个径向的压缩力，可将此载荷转化为作用于卷筒上的径向均布载荷。
卷筒的基本参数为：钢丝绳直径d=15mm,绳槽节距t=16mm ，最大静拉力F=1800N ，卷筒直径D=300mm 。
考虑多层缠绕情况下，由于筒壁和钢丝绳绳圈的变形，当第n 层绳圈绕上卷筒时，先绕上的第1层至n-1层绳圈的张力都要发生变化，进而导致筒壁上受到的压力不是随着缠绕层数的增加而成比例的增加，引入多层缠绕系数A n ，钢丝绳的缠绕层数n>5，A n 取1.6[3]，则：
每当钢丝绳缠绕至卷筒端部最后1圈，并向新的一层过渡时，在该过渡圈内，因钢丝绳对卷筒侧板的楔入作用而产生轴向推力F Z [4]：
式中，n 为绕绳层数，d 2为挡板外径，d 1为挡板内径。
因此卷筒受力情况可简化为缠绕在卷筒上的钢丝绳对卷筒的径向均布载荷σ1与钢丝绳对卷筒侧板的楔入作用产生的均布载荷σ2。
3.2 卷筒结构优化
根据调查，国内使用期限达10年以上的卷扬机，其中80%发现有卷筒开裂、塌陷、开焊或连接螺钉剪断等现象[5]，这就要求在设计过程中合理设计，得到最优结果。
而卷筒设计的关键在于卷筒
第36卷 第8期 2014-08(上)
【115】
厚度的确定，在工程实践中，按传统设计方法，取卷筒厚度约为钢丝绳的直径，这种传统设计方法过于保守，因此，可以在此基础上对卷筒进行轻量化设计。
由于ANSYS 建模功能有限，且不方便，所以采用SolidWorks 软件对卷筒进行三维建模，并对模型进行合理简化后，将SolidWorks 模型文件另存为x.t 文件，然后导入ANSYS 中，划分网格模型如图3所示。
卷筒材料采用灰铸铁，其强度极限为200MPa ，选择SOLID45单元，由于结构对称性，取模型的1/4，在两轮支撑底部施加全约束，两剖切面施加对称约束，模拟钢丝绳对卷筒表面及档板一侧均布载荷的作用下卷筒的受力及变形情况。
图3 卷筒划分网格模型
图4 厚15mm 卷筒等效应力图
若按传统设计方法，取卷筒厚度约为钢丝绳的直径，对于这种精度要求不是很高的机构设计，为方便计算及加工，一般对结构尺寸进行圆整，则卷筒厚为15mm ，经强度与稳定性验算，都符合设计要求，但传统设计算法过于保守，图4为卷筒厚15mm 等效应力图，卷筒最大应力为179.821MPa ，小于灰铸铁的强度极限，其最大变形位移几乎为0，符合实际要求，但对受力不是很大的中小型卷扬机卷筒厚15mm 还是厚了些。
当把卷筒厚度减小为12mm ，其等效应图如图5所示，虽然其最大变形位移变大了，但变形仍然几乎为0，其最大应力为189.617MPa ，也在灰铸铁
的强度极限范围内，图6为11mm 厚卷筒等效应力图，其最大应力为196.815MPa ，经ANSYS 进一步分析可知，当卷筒厚度小于11mm 时，卷筒最大应力会超过材料的强度极限。
考虑到卷扬机工作过程中会受到动态载荷，在设计卷筒厚度时还需要有一定的冗余，故选择厚度为12mm 即为最优结果，这样既减轻了卷筒重量、又降低了制造成本。
4 结论
在卷扬机的设计过程中，凸轮机构的设计有效解决了钢丝绳乱绳，咬绳等问题，使钢丝绳按规律整齐地缠绕在卷筒上，同时使得卷筒在工作中受力均匀，并且通过ANSYS 软件对卷筒受力情况进行静力分析，在满足卷筒强度和稳定性要求的前提下，得到了卷筒厚度的最优结果，既减轻了卷筒重量、又降低了制造成本。
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图5 厚12mm 卷筒等效应力图
图6 厚11mm 卷筒等效应力图。