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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
卷揚機又稱絞車。是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)，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。垂直提升、水平或傾斜曳引重物的簡單起重機械。分手動和電動兩種?，F在以電動卷揚機為主。本次設計的5噸電動卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導向滑輪、起升滑輪組、吊鉤等組成。
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、聯軸器以及卷筒機的導向滑輪設計與選取。其中卷筒、卷筒軸、卷筒轂、減速器的設計最為主要，本設計重點做了介紹，其余部分有得只是略作分析。
本次設計的卷筒機由于它結構簡單、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，可以應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面，但是此次設計的卷筒機主要運用于用于5噸橋式吊車起升機構。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。
關鍵詞：卷揚機，卷筒，卷筒軸，減速器
Abstract
Also known the hoist another name is winch. Vertical lifting transport machinery is an important component of the tie in with the derrick, mast, pulley blocks, and auxiliary equipment, 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 tractor Lifting heavy objects. Two types of the hoist are manual and electric two kinds. and Now to the main electric winch. The design of the 5-ton electric hoist motor contions electromotor 、coupling、arrester、retarder、drum、boom sheave 、a system of pulleys set、hook, etc..
This design of hoist is start from the wire rope, and next then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, speed reducer shaft, brakes, couplings and pulley drum machine-oriented design and selection. On drum, drum shaft, drum hub, most major reducer design, the design are focus introduced, and the rest is just a little something for analysis.
The design of the drum machine because of its 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, operations and other water conservancy, but the design mainly applied to the drum machine for 5-ton overhead crane hoisting mechanism. Heavy winch upgrade is one of the main functions of the design of various types of winches are based on based on this request.
KEY WORDS: hoist；drum; drum shaft; retarder
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目錄
前 言........................................................2
1 緒論.......................................................4
1.1卷揚機的分類、特性及常見類型 4
1.2 國內外卷揚機發(fā)展概況 7
1.3 卷揚機的結構概述 13
2 卷揚機方案設計............................................21
2.1卷揚機的設計參數 21
2.2電動機選擇 21
2.3減速器的設計計算 23
3小車行走機構設計...........................................34
3.1 軌道 34
3.2 車輪與車輪組 34
3.3 車輪直徑的計算 35
4卷揚機主要零零部件的設計...................................37
4.1 鋼絲繩的選擇 37
4.2 卷筒的結構設計及尺寸確定 41
4.3 卷筒軸的設計計算 46
4.4 制動器，聯軸器的選擇 52
5卷揚機使用時的注意事項.....................................54
結論........................................................56
致謝........................................................57
參考文獻....................................................58
前 言
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，卷揚機就是一例。卷揚機的發(fā)展就像其他機械一樣，從開始的簡單到現在的復雜，從以前的機械動力到現在的電力動力，從以前的人工操作到現在的電腦操作甚至智能操作。
卷揚機又稱絞車，是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井架桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，廣泛應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。本設計就傳統(tǒng)的卷揚機說起，一直到現在以及將來的發(fā)展。卷揚機是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點。
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。
下面卷筒機的發(fā)展趨勢
A. 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。
B 采用先進電子技術
為了實現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。
C 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。
D 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。
1 緒論
1.1卷揚機的分類、特性及常見類型
1.1.1分類及特性
卷揚機分為手動卷揚機和電動卷揚機兩種?，F在以電動卷揚機為主。電動卷揚機由電動機、聯軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調速性能好，能令空鉤快速下降。對安裝就位或敏感的物料，能用較小速度。
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，卷揚機就是一例。卷揚機的發(fā)展就像其他機械一樣，從開始的簡單到現在的復雜，從以前的機械動力到現在的電力動力，從以前的人工操作到現在的電腦操作甚至智能操作。
卷揚機又稱絞車，是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、搬運安裝靈活、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、對作業(yè)環(huán)境適應能力強等特點，廣泛應用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。本設計就傳統(tǒng)的卷揚機說起，一直到現在以及將來的發(fā)展。卷揚機是起重垂直運輸機械的重要組成部分，配合井（門）架、桅桿、滑輪組等輔助設備，用來提升物料、安裝設備等作業(yè)。由于它結構簡單、操作方便、維護保養(yǎng)簡單、使用成本低、可靠性高等優(yōu)點。
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。
機的分類及其不同特性卷揚機包括建筑卷揚機,同軸卷揚機 主要產品有：JM電控慢速大噸位卷揚機、JM電控慢速卷揚機、JK電控高速卷揚機、 JKL手控快速溜放卷揚機、2JKL手控雙快溜放卷揚機、電控手控兩用卷揚機、JT調速卷揚機、KDJ微型卷揚機等，僅能在地上使用，可以通過修改用于船上。它以電動機為動力，經彈性聯軸節(jié)，三級封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯軸節(jié)驅動卷筒，采用電磁制動。該產品通用性高、結構緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉移方便，被廣泛應用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現代化電控自動作業(yè)線的配套設備。
系列為齒輪減速機傳動卷揚機。主要用于卷揚、拉卸、推、拖重物。如各種大中型砼、鋼結構及機械設備的安裝和拆卸。適用于建筑安裝公司、礦區(qū)、工廠的土木建筑及安裝工程。
力或機械動力驅動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。
卷揚機：（又叫微型卷揚機）電機與鋼絲繩在同一傳動軸上，輕便小巧，節(jié)省空間
（噸位包括（200公斤、250公斤、300公斤、500公斤、750公斤、1000公斤等）
速卷揚機：卷筒上的鋼絲繩額定速度約7~12m/min的卷揚機。
速卷揚機：卷筒上的鋼絲繩額定速度約30m/min的卷揚機。
卷揚機：由電動機作為動力，通過驅動裝置使卷筒回轉的卷揚機。
卷揚機：速度控制可以調節(jié)的卷揚機
卷揚機：以人力作為動力，通過驅動裝置使卷筒回轉的卷揚機。
位非標卷揚機：主要用于卷揚、拉卸、推、拖重物。如各種大中型砼、鋼結構及機械設備的安裝和拆卸。其結構特點是鋼絲繩排列有序、有吊安裝可靠、適用于碼頭、橋梁、港口等路橋工程及大型廠礦安裝設備.就是一種利用外力（例如電動機）驅動他運轉，然后通過電磁制動器和抱死制動器控制其在無動力下不自由運轉，同時經過電動機的帶動減速后，驅動一個輪盤運轉，輪盤上可以卷鋼索或者其他東西。
提升高于30噸的卷揚機為大噸位卷揚機，生產大噸位的卷揚機技術在中國只有少數，目前最大噸位是65噸。主要細分為JK（快速），JM、JMW（慢速），JT（調速），JKL、2JKL手控快速等系列卷揚機，廣泛應用于工礦、冶金、起重、建筑、化工、路橋、水電安裝等起重行業(yè)。
1.1.2 卷揚機的常見類型
常見的卷揚機噸位有：0.3T卷揚機 0.5T卷揚機 1T卷揚機 1.5T卷揚機 2T卷揚機 3T卷揚機 5T卷揚機 6T卷揚機 8T卷揚機 10T卷揚機 15T卷揚機 20T卷揚機 25T卷揚機 30T卷揚機。從是否符合國家標準的角度：卷揚機可分為國標卷揚機、非標卷揚機常見卷揚機型號有
A、JK0.5-JK5單卷筒快速卷揚機
B、JK0.5-JK12.5單卷筒慢速卷揚機
C、JKL1.6-JKL5溜放型快速卷揚機
D、JML5、JML6、JML10溜放型打樁用卷揚機
E、2JK2-2JML10雙卷筒卷揚機
F、JT800、JT700型防爆提升卷揚機
G、JK0.3-JK15 電控卷揚機
H、非標卷揚機
其中Jk表示快速卷揚機，jm表示慢速卷揚機，jt表示防爆卷揚機，單卷筒表示一個卷筒容納鋼絲繩，雙卷筒表示兩個卷筒容納鋼絲繩。
液壓卷揚機優(yōu)點：
相比傳統(tǒng)的電動卷揚機（電動絞車），液壓卷揚機（液壓絞車）有很多優(yōu)點：
A. 過載保護
B. 沖擊防護
C. 防爆性能。國標卷揚機指符合國家標準的卷揚機，非標卷揚機是指廠家自己定義標準的卷揚機,通常只有具有生產證的廠商才可以生產國標卷揚機，價格也比非標卷揚機貴一些。注意事項
1.2 國內外卷揚機發(fā)展概況
1.2.1 國內卷揚機發(fā)展概況
我國卷揚機的生產是解放后才開始的。50年代為滿足恢復經濟的需要和第一個五年計劃建筑的需要，卷揚機的生產被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠等成批仿制了兩種卷揚機，一種為日本的JIS8001型動力卷揚機，它是一種原動機為電動機，傳動形式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手板腳踩的快速卷揚機；另一種是按蘇聯圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機。由于當時生產力不高，卷揚機的需求量亦不多，故這段時間國內卷揚機的生產主要是仿制。
隨著生產的發(fā)展，到了60年代，卷揚機的生產和使用越來越多了。為了協調生產，主要卷揚機生產廠家（阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廠、寶雞起重運輸機廠等）組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)下。為了發(fā)展卷揚機的生產，行業(yè)組織了有關廠家的人員對全國卷揚機的生產和應用情況進行了調查。在調查的基礎上，開始自行設計和制造新的卷揚機，先后試制了0.5t、1t、3t電動卷揚機，但由于對當時各廠家的生產能力估計不足，無法推廣。
從70年代起，我國卷揚機的生產進入了技術提高、品種增多的新階段。在各廠自行設計和生產的基礎上，1973年，由卷揚機行業(yè)組織了有關廠家和院校聯合進行了卷揚機基型設計，并充分考慮到了當時中小廠家的生產能力?？焖倬頁P機的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結構，操作用手板剎車帶制動。慢速卷揚機的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結構。這兩種基型一直到現今還在生產。為適應生產發(fā)展的需要，當時第一機械工業(yè)部發(fā)布了JB926-74《卷揚機型式與基本參數》和JB1803-76《卷揚機技術條件》兩個部標準，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德建筑機械研究所（長沙建筑機械研究院前身）領導。隨著部標準的頒布，使卷揚機有了大發(fā)展的基礎。在此期間，由于石化工業(yè)的發(fā)展，大型設備很多，都需要吊裝，如一些大型反應塔，塔的高度達七八十米，質量達五六百噸，就需要有大型吊裝用的卷揚機，因而各廠家相繼生產了20t和30t卷揚機，滿足了經濟發(fā)展的需要。
末期開始，中國實行了改革開放政策，使國民經濟得到了大發(fā)展，基本建設任務增加了很多，促使建筑機械的使用大量增加，生產卷揚機的廠家亦隨之大量增加。為使設計和生產規(guī)范化，國家頒布了GB1955-80《建筑卷揚機》、JJ3-83《建筑卷揚機設計規(guī)范》。隨著改革開放逐步深入，生產形勢的不斷發(fā)展，新產品的開發(fā)提到日程上來了，不少生產廠家成立了廠屬研究所，開發(fā)了如高速卷揚機、變速卷揚機、自動限位卷揚機等新產品，以及諧波傳動、擺線針輪傳動、圓弧齒齒輪傳動、圓弧齒圓柱蝸桿傳動等具有新型傳動型式的卷揚機。為使卷揚機的生產滿足日益增加的需求和解決中小廠家設計力量薄弱的情況，1988年卷揚機行業(yè)組織了九廠一所一校成立了卷揚機系列設計組，對單筒快速建筑卷揚機起重質量從0.5t到2.5t的機型進行了系列設計。這次設計分兩種機型，一種為基本型（電控卷揚機），一種為溜放型（手控卷揚機）。設計既考慮到技術發(fā)展的趨勢，又考慮到廠家的生產能力。因此基本型為一字型布置，采用二級或三級圓柱斜齒輪傳動，電制動錐形轉子電動機；溜放型采用封閉式二級行星齒輪傳動，普通Y系列電動機，用手操作兩條制動帶控制工作和制動。這兩種機型結構緊湊，加工簡單，操作方便，體積小，重量輕，一般中小企業(yè)均可生產，滿足了生產的需要又實現了技術的進步。為使卷揚機發(fā)展規(guī)范化，又相繼頒布了一系列有關卷揚機的標準。
1.2.2國外卷揚機概況
在國外，卷揚機的品種繁多，應用也很廣泛。在西方技術先進的國家中，雖然工業(yè)水平先進，機械化程度不斷提高，起重設備也在不斷更新，但仍不能完全淘汰卷揚機這樣的行之有效的簡單機械設備。下面介紹一下幾個主要國家生產卷揚機的狀況。
A 美國
美國生產卷揚機的廠家有近百家，主要有貝波（BEEBE）國際有限公司、哲恩（THERN）有限公司等。
貝波國際有限公司成立于1919年，有七十多年的設計和生產實踐經驗。主要產品有：氣動鏈式卷揚機(0.25～40t)，防爆拖式氣動卷揚機(0.5～30t)，駁船卷揚機(手動、氣動、電動、液壓，25～75t)，電動鏈式卷揚機(0.25～20t)，電動葫蘆(0.25～15t)，電動卷揚機(～12.5t)，手動卷揚機(～75t)，液壓卷揚機(1～10t)，水平卷揚機(～9t)，手動鏈式卷揚機(0.5～100t)，棘輪牽引器(～1.75t)，空中吊運車(0.5～20t)。
哲恩有限公司是美國較大的生產起重設備的公司，主要產品有各種手動卷揚機、電動卷揚機、提升機械及起重機。手動卷揚機的主要品種有：直齒傳動卷揚機、蝸桿傳動卷揚機；電動卷揚機的主要品種有：蝸桿傳動系列、直齒齒輪傳動系列、齒輪蝸桿傳動組合系列、直接驅動系列、鏈傳動系列。其中直接驅動式電動卷揚機的傳動是全封閉行星齒輪傳動，傳動系統(tǒng)全部裝在卷筒里面，機架和卷筒用高強度鋼焊接而成。
美國除上述兩家公司外，比較重要的生產廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索·藝德公司等。
B 日本
日本從明治30年開始制造和使用卷揚機。據日本荷役機械研究所核計，1970～1975年間卷揚機的產量增加62.5%。據日本通產省機械核計月報載，僅1977年單純土建筑卷揚機的產量就達12萬臺，產值約100億日元。
日本卷揚機行業(yè)由機械技術部會、荷役機械技術委員會領導。主要生產廠家有北川鐵工所、遠滕鋼機、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產業(yè)等80多個廠家。
北川鐵工所是一家大型生產廠。其生產的卷揚機品種系列比較齊全，主要有：
a動力卷揚機 分BF、MF、DF三種型式。功率為3.7～44kW，鋼絲繩拉力從5880～44100N，有18個規(guī)格。BF型是V型帶傳動，MF型是單筒開式齒輪傳動，DF型式雙筒開式齒輪傳動。其結構特點是全部為標準型，采用改進了的螺旋頂絲式離合器操作，因而操作簡便，易調整。鼓形離合器采用單錐體式，摩擦材料采用帶型樹脂。
b電動卷揚機 該廠生產的電動卷揚機為KM型，功率3.7～11kW，拉力6000～142100N，四種規(guī)格。其結構特點是：全封閉內齒輪傳動；電動機在一端，減速器、制動器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置；按鈕操作，可遠距離遙控；最大特點是卷筒可纏繞8～9層，容繩量大，適于高層建筑使用。
b大型電動卷揚機 主要用于提升大型重物或設備，可兩檔機械變速，設有電磁鐵制動器、手制動器和棘輪停止器，以確保安全。
遠滕鋼機公司有60多年歷史，它是日本唯一生產特殊電動卷揚機的公司。ENDO型卷揚機采用起重電動機，卷揚機可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導向桿式結構，機座全部是焊接結構，所有機械與電器部分都裝在機座里。
南星株式會社是一個專業(yè)化生產各種類型卷揚機的廠家，創(chuàng)業(yè)于1948年，生產各種從0.5～10t的建筑用卷揚機和15～20t的各種拖曳式卷揚機。產品的主要特點是：1) 采用一軸支撐兩個卷筒的結構，用一軸齒輪傳動裝置可操作兩個卷筒。卷筒離合器采用高質量的襯墊材料，提高了使用壽命；2) 采用五級可換向的齒輪減速器，能獲得與負荷相適應的合理速度和拉力。
C 法國
法國生產卷揚機的廠家很多，其中包滕(POTAIN)公司就是生產卷揚機、PC系列卷揚機和RCS系列卷揚機。
KUSW型卷揚機輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷揚機能夠比較理想地與各種建筑機械配套。
LMD型卷揚機可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時控制兩個機械制動器。LMD型卷揚機綜合了電氣技術(包括電子技術系統(tǒng))和液壓技術的優(yōu)點，性能比較好。
PC型卷揚機是三速電動卷揚機，遠距離遙控操作，空載高速下降，提高了生產率。電控齒輪換檔(采用延時繼電器)，起吊位置精確，運動緩和，傳動件在油池里工作，停車緩慢，避免磨損電磁剎車。
RCS型卷揚機可五檔變速，三個低速檔和兩個高速檔。由兩個獨立的裝有電磁剎車系統(tǒng)的提升電動機驅動卷揚機。電動機帶動直齒減速器，用錐齒輪帶動卷筒。
其他國家，如俄羅斯、英國、瑞典、加拿大、德國等業(yè)都生產著不同用途的各種型號的卷揚機。
D 國外卷揚機的發(fā)展趨勢
a大型化 由于基礎工業(yè)的發(fā)展，大型設備和建筑構件要求整體安裝，促進了大型卷揚機的發(fā)展。目前，俄羅斯已生產了60t卷揚機，日本生產了32t、50t、60t液壓和氣動卷揚機，美國生產了136t和270t卷揚機。
b采用先進電子技術 為了實現卷揚機的自動控制和遙控，國外廣泛采用了先進電子技術。對大型卷揚機安裝了電器連鎖裝置，以保證絕對安全可靠。
c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12V，質量為7.7～15.4kg，拉力為3336～13344N。
d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。
1.3 卷揚機的結構概述
1.3.1卷揚機的基本結構概述
電動卷揚機由于操作方法不同，其結構相差很大。我們將其分為電控卷揚機和溜放型卷揚機兩類。
A電控卷揚機
此類卷揚機通過通電或斷電以實現卷揚機的工作或制動。物料的提升或下降由電動機的正反轉來實現，操作簡單方便。其制動型式主要有電磁鐵制動器和錐形轉子電動機兩類，下面就這兩種制動型式卷揚機的常見類型作介紹。此類卷揚機大多是單卷筒的。
B帶有電磁鐵制動器的卷揚機
a. 圓柱齒輪減速器快速卷揚機，如圖1-1。
圖2-1 圓柱齒輪減速器快速卷揚機簡圖
1—電動機 2—聯軸器 3—制動器 4—減速器
5—聯軸器 6—卷筒 7—底座 8—支架
b. 蝸桿減速器慢速卷揚機。
c. 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳動的卷揚機，如圖1-2。
圖1-2 圓柱齒輪減速器加開式齒輪傳功的卷場機簡圖
1—電動機 2—聯軸器 3—制動器
4—減速器 5—開式齒輪傳動6—卷筒
d. 蝸桿減速器加開式齒輪傳動的卷揚機。
對一些起重量大的卷揚機，為使鋼絲繩在卷簡上排列整齊，需要安裝排繩器。按設計規(guī)范要求，在鋼絲繩拉力F＞120 kN的卷揚機上，均應安裝排繩器。
C采用錐形轉子電動機的卷揚機
此類卷揚機利用錐形轉子電動機本身所具有的制動性能來實現卷揚機的制動。由于錐形轉子電動機是靠轉子軸向移動來實現制動或松開的，可省略單獨的制動器，在結構上就要求電動機與傳動系統(tǒng)間能做軸向相對移動。一般，軸向移動是通過可移式聯軸器把電動機軸的運動傳遞到傳動系統(tǒng)來實現的。由于此類卷揚機的電動機軸線與卷筒軸線為同軸，故習慣上把這類卷揚機叫做一字型結構卷揚機。根據傳動系統(tǒng)的不同，其可分為：
a. 定軸輪系傳動 這是1988年行業(yè)組織的系列設計中的一種機型。
b. 漸開線圓柱齒輪行星傳動 常見的有封閉型2K—H型行星輪系和3K型行星輪系傳動的卷揚機。
c. 接線針輪傳動 由于擺線針輪傳動一級減速的減速比比較大，故采用一級減速即可。這種傳動可把傳動系統(tǒng)放在卷筒里面，可減小卷揚機體積。
d. 少齒差行星傳動 少齒差傳動可得到大的傳動比，并可把傳動系統(tǒng)放在卷筒內，使結構緊湊。
上述擺線針輪行星傳動和少齒差行星傳動的輸出機構是很重要的一環(huán)，可實現偏心輸出的機構有很多，但考慮到加工和效率的原因，目前采用較多的是銷軸式，但其加工精度及熱處理要求較高，卷揚機生產廠家比較難以達到。所以有的廠家采用了零齒差傳動輸出機構，其設計較為復雜，但加工較為容易，效果亦不錯。
e. 諧波傳動 此傳動的傳動比大，嚙合齒數多，所以承載能力大，故其體積、質量可更小。但其柔輪的要求較高，生產較為困難。
f. 活齒行星傳動 又叫頂桿蠕動傳動，它的加工相對比較方便。
D溜放型卷揚機
此類卷揚機提升重物的下降不是利用電動機反轉來實現．而是靠置物的重力下降，并帶動卷簡反轉，此時電動機不轉。要在電動機和卷筒之間實現其運動的聯接或分離，通常采用離臺器或差動輪系。由于電動機和卷筒可分可合，因此卷筒的數目可以增多，而各卷筒又可各自完成自己的運動，則此類卷揚機可設計成單卷筒、雙卷筒和多卷筒的型式。
為保證各卷筒的運動或停止，其離合和制動裝置都直接安裝在卷筒上。
1.3.2卷揚機起升結構的組成及型式
A 起升機構的組成
起升機構是使重物作升降運動的機構，它是任何起重機必不可少和最主要最基本的機構。此次設計的電動5噸卷揚機是由電動機、連軸器、制動器、減速器、卷筒、導向滑輪、起升滑輪組、釣鉤等組成，其各方面的機構分布可以參考如下圖1-3所示。
圖1-3 起升機構示意圖
1—電動機 2—聯軸器 3—減速器 4 —卷筒
5—導向滑輪 6—滑輪組 7—吊鉤
電動機正轉或反轉時，制動器松開，通過帶制動輪的聯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，使懸吊的重物停止在空中。
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、速度限制器和鋼絲繩作多層卷繞時，使鋼絲繩順序排列在卷筒上的排繩裝置等。
B 起升機構的典型傳動型式
在電動機與卷筒之間通常采用效率較高的起重用標準兩級減速器。要求低速時可采用三級大傳動比減速器。為便于安裝，在電動機與減速機之間常采用具有補償性能的彈性柱銷連軸器或齒輪連軸器。前者構造簡單并能起緩沖作用，但彈性橡膠圈的使用壽命不長；后者堅固耐用，應用最廣。齒輪連軸器的壽命與安裝質量有關，并且需要經常潤滑。
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。經常利用聯軸器的一半兼作制動輪。帶制動輪的半體應安裝在減速器高速軸上。這樣，即使聯軸器被損壞，制動器仍可把卷筒制動住，以確保機構的安全。
起升機構的制動器必須采用常閉式的。制動力矩應保證有足夠的制動安全系數。在重要的起升機構中有時設兩個制動器，而第二個制動器可安裝在減速器高速軸的令一伸出端或裝設在電動機的尾部出軸上。
為使機構布置方便并增大補償能力，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。
由于卷筒與減速器低速軸之間的連接型式很多。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，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。在齒輪聯軸器外側，即靠近減速器的一側裝有剖分式密封蓋，以防止聯軸器內的潤滑油流出來和外面的灰塵進入。這種連接型式的優(yōu)點是結構緊湊，軸向尺寸小，分組性好，能補償減速器與卷筒軸之間的安裝誤差。如下圖1-4。
圖 1-4 用齒輪接盤連接型式
卷筒的直徑一般盡量選用允許的較小值，因為隨著卷筒直徑的增加，扭矩和減速傳動比也增大，引起整個機構龐大。但在起升高度較大時，往往用增大卷筒直徑的方法以減小其長度.
滑輪組型式（單聯或雙聯）和它的倍率對起升機構的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機中采用雙聯滑輪組，一方面使卷筒兩支撐上的受力不變，也就是使運行小車兩邊的軌道輪壓不變，這對橋架和小車車架受力使有利的；另一方面是使重物在起升過程中不作橫向移動。但由于雙聯滑輪組的倍率比單聯滑輪組小一倍，起升機構的傳動比也需要增大一倍，這就使機構尺寸增大，所以其他的起重機采用單聯滑輪組，此次設計的是5噸橋式起重機的卷揚機，因此選用雙聯滑輪組，如下圖1-5。
圖 1-5 雙聯滑輪組
1、動滑輪 2、定滑輪 3、卷筒
滑輪組的倍率的確定對鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長度、減速機構的傳動比以及機構的總體尺寸有很大的影響。大起重量采用較大的倍率，可避免采用過粗的鋼絲繩。有時在采用較大的滑輪組倍率的同時相應的降低了起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機構達到通用性，即將同一起升機構用于不同的起重量，這是在系列設計時常采用的方法。
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、減速器和聯軸器等。對于非標準零部件需進行單獨設計。
此卷揚機設計提升載荷5噸，主要用于煉鋼廠5噸橋式起重機上，本卷揚機是利用煉鋼廠現有設備和材料拼湊而成，因此與標準的5噸卷揚機設計略有不同。
2 卷揚機方案設計
2.1卷揚機的設計參數
本設計卷揚機設計的主要參數有：
額定起升重量： 5噸
起升高度： 14米
起升速度： 12.5米/分
卷揚機用途： 用于5噸橋式吊車起升機構
工作條件： 頻繁啟動 粉塵量大
設計的主要要求：
本設計為有軌運行機構；
電動機軸到減速器高速軸由齒輪鏈接盤連接；
起升機構的制動器必須采用常閉式的；
制動力矩應保證有足夠的制動安全系數。
2.2電動機選擇
正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負載要求的前提下，最經濟、最合理地決定電動機功率。
本設計5噸橋式吊車卷揚機屬于非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機應與其工作特點相適應。
吊車用卷揚機主要采用三相交流異步電動機。根據吊車行業(yè)的工作特點，電動機工作制應考慮選擇短時重復工作制和短時工作制，并優(yōu)先選用YZR(繞線轉子)、YZ(籠型轉子)系列起重專用電動機。多數情況下選用繞線轉子電動機；在工作條件較輕，接電次數較少時，亦可采用籠型轉子電動機。對于小噸位卷揚機，考慮到多方面因素，其電動機工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設計電動機工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。
機構運轉時所需靜功率按下式計算：
（2-1）式中
— 額定起升載荷，N；
— 吊具自重，N；可?。剑?.02～0.04）；
— 起升速度，；
— 機構總效率，它包括滑輪組的效率、導向滑輪效率、卷筒的機械效率和傳動機構的機械效率。初步計算時，對于圓柱齒輪減速器傳動的起升機構，可?。?.85～0.9。
所以6.311 kN
計算電動機功率
考慮到工作環(huán)境，對于中小型起重機其系數=0.8，
所以 0.86.311=5.049
選用：
YZ系列冶金起重專用三項異步電機，
型號：YZ160L—8，
額定電壓：380V,
額定功率：7.5KW
轉速：705轉/分
效率：82.4%
基準工作制為—40%
2.3減速器的設計計算
2.3.1 卷揚機總傳動比計算
按額定轉速初定總傳動比 ，總傳動比按下式計算：
（2-2）
式中 — 機構的總傳動比；
—電動機額定轉速 ，r／min；
— 卷筒轉速 ，r／min。
所以 35.43
2.3.2 減速器的計算
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，所以減速器的總傳動比=35.43。本設計采用二級圓柱齒輪減速器。
2.3.3分配減速器的各級傳動比
按浸油潤滑條件考慮取高速級傳動比=1.4，式中為低速級傳動傳動比。
即 ==1.4 （2-3）
所以 =7.03 =5.03
2.3.4計算傳動裝置的運動和動力參數
電動機到卷筒軸的總傳動效率為
式中：=0.99（齒形聯軸器）
=0.98（滾子軸承）
=0.97（齒輪精度為8級）
=0.99（齒形聯軸器）
所以總傳動效率=0.99=0.88
卷筒軸所得到的功率為0.88=0.887.5=6.61 kW>6.311 kW
所以以上所選參數符合要求。（為電動機功率）
A. 計算各軸轉速
Ⅰ軸 r/min （2-4a）
Ⅱ軸 r/min （2-4b）
Ⅲ軸 r/min （2-4c）
卷筒軸 r/min （2-4d）
2. 計算各軸功率
Ⅰ軸 kW （2-5a）
Ⅱ軸 kW （2-5b）
Ⅲ軸 kW （2-5c）
卷筒軸 kW （2-5d）
3. 計算各軸轉矩
電動機軸輸出轉矩為： N.m
Ⅰ軸 N.m （2-6a）
Ⅱ軸 N.m （2-6b）
Ⅲ軸 N.m （2-6c）
卷筒軸 N.m （2-6d）
將計算數值列表如下表1-1：
軸號
功率P（KW）
轉矩T(N.m)
轉速
傳動比i
效率
電機軸
7.5
101.6
705
1
0.99
Ⅰ軸
7.425
100.6
705
7.04
0.97
Ⅱ軸
7.1
673.1
100.14
5.03
0.97
Ⅲ軸
6.7
3128.5
19.9
1
0.99
卷筒軸
6.63
3122.5
19.9
表1-1 傳動裝置的運動及動力參數
2.3.5齒輪傳動的設計計算
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：
小齒輪 45鋼，調質，齒面硬度217~255 HBS
大齒輪 45鋼，正火，齒面硬度169~217 HBS
A. 計算許用接觸應力
查教材，小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：
小齒輪 （217~255HBS） =580 MPa
大齒輪 （169~217HBS） =540 MPa
循環(huán)次數： N1=60njLn==1.76 (2-7a)
N2 ==2.5 (2-7b)
由教材查得 ZN1=1.0
ZN2=1.08
SH=1.1
齒面接觸應力為
==527.3 Mpa (2-8a)
==530.2 Mpa (2-8b)
取小值==527.3 MPa
B. 計算許用彎曲應力
小齒輪和大齒輪的彎曲疲勞極限分別為：
小齒輪 （217~255HBS） =440 MPa
大齒輪 （169~217HBS） =420 MPa
YN1= YN2=1 SF=1.4
齒輪彎曲應力為：
= =314.3 Mpa (2-9a)
==300 Mpa (2-9b)
2.3.6 齒輪參數設計
A. 第一級傳動
1）初選參數
小齒輪齒數=17
大齒輪齒數==177.04=119
螺旋角
2）按接觸強度結算
(2-10)
所以 載荷系數K=1.2
彈性系數=189.8
節(jié)點區(qū)域系數=2.464 =0.779
螺旋角系數=0.992
取=1
所以
=52.2 mm
3）主要尺寸計算
模數 mm (2-11)
取整數 mm
中心距 mm (2-12)
取整數 mm
計算實際螺旋角：
= (2-13)
螺旋角改變不大，系數、、、不在修正。
分度圓直徑d
=51.5 mm (2-14a)
=360.7 mm (2-14b)
齒頂圓直徑da
mm (2-15a)
mm (2-15b)
齒根圓直徑
mm (2-16a)
mm (2-16b)齒寬b
mm (2-17a)
mm (2-17b)
經校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。
確定齒輪精度等級及側隙分別為：
小齒輪：8GJ
大齒輪：8FH
計算結果見下表1-2：
表1-2 一級傳動中大小齒輪的基本參數及主要尺寸
項目
小齒輪
大齒輪
材料及熱處理
45鋼調質
45鋼正火
基本參數
齒數
17
119
法面模數（mm）
3
分度圓法面壓力角
20°
螺旋角及方向
9.2°左
9.2°右
法面齒頂高系數
1
1
法面齒隙系數
0.25
0.25
主要尺寸
中心距
205
齒寬
56.5
51.5
分度圓直徑
51.5
360.7
齒頂圓直徑
56.5
366.7
齒根圓直徑
44
353.2
B. 第二級傳動
1）初選參數
小齒輪齒數=20
大齒輪齒數==205.03=100
螺旋角
2）按接觸強度結算
(2-18a)
查教材 載荷系數K=1.2
彈性系數=189.8
節(jié)點區(qū)域系數=2.464 =0.779
螺旋角系數=0.992
取=1
所以
=101.1 mm
3）主要尺寸計算
模數 mm (2-19)
取整數（mm）
中心距 mm (2-20)
取整數 mm
計算實際螺旋角：
= (2-21)
螺旋角改變不大，系數、、、不在修正。
分度圓直徑d
=101.7 mm (2-22a)
=508.3 mm (2-22b)
齒頂圓直徑da
mm (2-23a)
mm (2-23b)
齒根圓直徑
mm (2-24a)
mm(2-24b)
齒寬b
mm (2-25a)
mm (2-25b)
經校核計算，齒根彎曲強度足夠使用。
確定齒輪精度等級及側隙分別為：
小齒輪：8GJ
大齒輪：8FH
計算結果見下表1-3：
表1-3 二級傳動中大小齒輪的基本參數及主要尺寸
項目
小齒輪
大齒輪
材料及熱處理
45鋼調質
45鋼正火
基本參數
齒數
20
100
法面模數（mm）
5
分度圓法面壓力角
20°
螺旋角及方向
10.39°左
10.39°右
法面齒頂高系數
1
1
法面齒隙系數
0.25
0.25
主要尺寸
中心距
305
齒寬
106.7
101.7
分度圓直徑
101.7
508.3
齒頂圓直徑
111.7
518.3
齒根圓直徑
89.2
495.8
2.3.7齒輪軸參數設計
起重機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。所以可得
按扭轉強度計算軸的直徑
軸的最小直徑公式為： (2-26)
其中系數A=118~107
Ⅰ軸 =25.87~23.45 mm (2-27a)
Ⅱ軸 =48.8~44.3 mm (2-27b)
Ⅲ軸 =82.1~74.4 mm (2-27c)
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軸軸頭安裝聯軸器，故將軸徑增加5%。估取Ⅰ軸軸徑為30 mm，安裝軸承處軸徑為28 mm，其它尺寸由結構而定。對于Ⅱ軸，估?、蜉S軸徑為48 mm，安裝軸承處軸徑為45 mm，其它尺寸由結構而定。對于Ⅲ軸，估?、筝S軸徑為80 mm，靠近齒輪盤接手的安裝軸承處軸徑為80 mm，另一端為75 mm,其它尺寸由結構而定。
其他部件可以參考起重機專用減速器QJR型減速器而定。
所計算的減速器的外形尺寸為：974335594。
3小車行走機構設計
運行機構主要用作水平運移物品以及調整卷揚機的工作位置。在每個工作循環(huán)中起重機都要吊重物運行，則稱為工作性運行，橋式起重機運行動作僅用來調整起重機的工作位置，稱為非工作性運行。
運行機構分為有軌運行機構和無軌機構兩種，前者依靠剛性車輪沿著專門鋪設的軌道運行。由于有軌運行范圍比較固定，便于配電，故一般用電機驅動。后者流動性大，故依靠汽車或者履帶運行。本設計為有軌運行機構。
運行機構包括運行支承裝置和運行驅動裝置。
3.1 軌道
橋式起重機所用的軌道有鐵路鋼軌（P型）、起重機專用鋼軌（QU型）以及方鋼或扁鋼，本設計采用起重機專用鋼軌（QU型）。
3.2 車輪與車輪組
車輪材料一般選用ZG55Ⅱ鑄鋼。對于輪壓較大的車輪可采用合金鋼，在本設計中，由于起吊重量比較小，所以材料選用45號鋼。為了提高車輪的使用壽命，車輪的踏面應進行熱處理，表面硬度為HB300～350。淬火深度不小于15 mm，并均勻的過渡到未淬火層。
橋式起重機的車輪按用途分為三種類型：
①行走式車輪，通常為橋式、門式起重機的大、小車車輪使用范圍較廣;
②掛式車輪，在單梁起重機工字鋼下翼緣上運行；
③槽滑輪式車輪，用于纜索起重機的承載索上。
本設計采用軌道上行走式車輪。
3.3 車輪直徑的計算
車輪的最大輪壓：小車自重估取為=2000 kg，假定輪壓均布，=1875 kg，載荷率=2.51.6
查起重機課程設計，當運行速度小于60 m/min，1.6時工作類型為中級，車輪直徑選為D=350 mm。裝配選用雙圓頭平鍵，軸承型號：33118E（圓錐滾子軸承）。裝配圖如3—1
圖 3 — 1 主動輪裝配
根據小車行走所需轉矩，以及小車行走速度，選用電動機Y3—100L2—8，功率為1.1 kW，轉速為680 r/min; 減速器QJR—200—31.5，傳動比為31.5。 電機及減速器的選用與前面所述基本相同，在這里不作贅述。
4卷揚機主要零零部件的設計
4.1 鋼絲繩的選擇
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。
4.1.1 鋼絲繩的種類和構造
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：
A．點接觸鋼絲繩 點接觸鋼絲繩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)現這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點接觸、造成應力集中而產生嚴重壓痕，由此導致鋼絲疲勞斷裂而使鋼絲繩過早報廢。
B．線接觸鋼絲繩 線接觸鋼絲繩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。
卷楊機應優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。
4.1.2 鋼絲繩直徑的選擇
卷揚機系多層纏繞．鋼絲繩受力比較復雜。為簡化計算，鋼絲繩選