卷扬机的设计与计算

哈尔滨工业大学（卷扬机动力总成设计计算说明书）院系专业年级设计者学号指导教师成绩2013年1月5日设计题目：设计卷扬机动力总成：见附录设计条件：1.载重=1600N；2.钢丝绳速=1.5m/s；3.卷筒直径=300mm；4.钢丝直径=3.5mm设计工作量：绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；编写设计计算说明书一份。

1.前期计算1.1输出功率：PW=F×V=1600×1.2÷1000=1.92 KW1.2求输入功率：经过查表得到各部件的传动效率：联轴器： 0.99带轮： 0.96链轮： 0.97球轴承： 0.99滚子轴承： 0.99卷筒： 0.97 这样可以算出总效率是η=0.994×0.992×0.97×0.96×0.97=0.850所以P（输入）=PW/η=2.26 KWP 需要 = K A P （输入）=2.94 KW1.3选电机经过查机械设计手册，选取合适的电机，选取的电机是型号为Y132S-6 的三相异步电机。

n 输出 =60v/（2πr ）=60×1.2/2π(150+1.75)×103=75.5r/min所以i 总 =960/75.5=12.7根据i 总 =i 低×i 而i 低和i 高 都在3~7之间， 取i 低=3 则i 高=4.232.带传动设计：带型选择表带轮直径选择表型号 额定功 率满载时 轴径 转动惯 量转速 电流 效率Y132S-63kw960r/mi n3.65A 79%380.0021kg.m 22.1确定直径：取小带轮是d1=100 mm，大带轮是d2=423 mm。

由上表圆整为450mm2.2 确定中心距：一般情况下 0.7（dd1+dd2）≤a0≤2(dd1+dd2)所以 385mm≤a0≤1100mm取a=500mm2.3计算带长：Ld0 ≈2a+π/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a得出Ld0≈1925mm 由教材表8-2取 Ld0=2000mm2.4计算实际中心矩a及变动范围：a=a0+（Ld-Ld0）/2=537.5mm考虑到带轮的制造的误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出的中心矩的变动范围：amin=a-0.015Ld=507.5mmamax=a+0.03Ld=597.5mm2.5验算小带轮的包角α1：小带轮上的包角α1小于大带轮的包角α2.小带轮上的摩擦力相应地小于大带轮上的摩擦力。

卷扬机设计说明书学院：机械工程学院班级：姓名：学号：2015年月日卷扬机动力总成计算说明书110.12(0.5050.06990140-zd z d +︒︒链轮齿的基本参数和尺寸：121.6 1.250.80.625180cot 1.040.76d p p d z p h z ⎫⎪⎭⎫+-+=-滚子链轴向齿廓尺寸：63.320.0162g K h h dd h d +<++<2.根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)为了满足半联轴器的轴向定位，1-2段轴的右端需要设计轴肩（其中d1-2=30mm），；半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=60mm，故取l1-2=58mm。

由于此处无轴向力，因此采用深沟球轴承6308，内径为40mm,外径为90mm,轴承的宽度为23mm。

l3-4=40mm, V带轮的轮毂宽度为39mm，l取2~3mm，因此l4-5=36mm。

轴肩段l5-6=10mm，l6-7=46mm轴的直径d和d1,d3和d4,d4和d5形成的轴肩，直径的变化值要大些，根据经验公式d’=d+（3~4）C1可计算该处的直径差。

在d1和d2，d2和d3的直径差取1~3mm即可。

因此，轴的直径从左往右依次是d=32mm, d1=38mm, d2=40mm,d3=42mm,d4=48mm,d5=40mm3.轴上零件的周向定位与配合带轮和半联轴器与轴的周向定位均采用普通平键连接。

查阅普通平键的参数表可知，半联轴器端平键的截面b*h=10*8，L=56mm,半联轴器与轴的配合为H7s6.带轮轴的平键截面为b*h=12*8，L=32mm. 为了保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴的配合为H7s6.滚动轴承与轴的定位由过度配合来保证的，此处选轴的直径的尺寸公差为m6。

4．确定轴上圆角及倒角尺寸参数书本15-2表格，取轴段的倒角为1.6*45°，各轴肩处的圆角半径为r=1.6mm5．求轴上的载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图。

卷扬机动力总成设计说明书大神设计一卷扬机动力总成原始条件和数据：卷扬机两班制连续运转，使用期限3年，大修期半个月。

该机动力来源为三相交流电，在中等规模机械厂小批量生产。

钢丝绳速度允许误差为±5%。

钢丝绳绳速：1.1m/s卷筒直径：350mm钢丝绳直径：3mm方案如下图：目录一、输出功率计算…………………………………………………二、输入功率计算…………………………………………………三、选电机…………………………………………………………四、求总传动比……………………………………………………五、分配传动比……………………………………………………六、总结参数………………………………………………………七、带传动设计……………………………………………………八、链传动设计……………………………………………………九、Ⅱ轴结构设计…………………………………………………十、Ⅱ轴校核………………………………………………………十一、Ⅲ轴结构设计………………………………………………十二、Ⅲ轴校核……………………………………………………十三、轴承寿命校核………………………………………………十四、联轴器选型…………………………………………………十五、键的设计……………………………………………………十六、参考文献……………………………………………………3)计算实际中心距a中心距的变化范围为5.验算小带轮上的包角6.计算带的根数z1)计算单根v带的额定功率由和,查表得。

根据,i=5.61和A型带，查表得。

又查得,=1.03,于是2)计算V带的根数z取3根7.计算单根V带的初拉力的最小值查表得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以应使带的实际初拉力8.计算压轴力压轴力的最小值为9.带轮结构设计小带轮因为,故采用实心式；大带轮因为，故采用轮辐式。

z=3需传递的转矩为74.7N·m。

一般8级以上精度的链轮有定心精度要求，应选用平键连接。

机械设计课程设计设计说明书设计题目卷扬机学校设计者班级学号指导老师2011年03月目录一、设计任务书二、传动方案拟定三、电动机的选择传动装置的运动和动力参数计算四、高速级齿轮传动计算五、低速级齿轮传动计算六、齿轮传动参数表七、轴的结构设计八、轴的校核计算九、滚动轴承的选择与计算十、键联接选择及校核十一、联轴器的选择与校核十二、减速器附件的选择十三、润滑与密封·十四、设计小结十五、参考资料一.设计题目：原始数据：由于卷扬机起吊的重物为W=15KN,起吊为匀速提升，其提升速度为V=0.65m/s;卷筒与其制动装置（mm 550Φ）一起用离合器与减速器输出轴相联。

卷筒直径为（mm 400Φ）。

设卷筒效率97.0=η。

初定减速器的总效率为810.=总η。

所设计的减速器应为二级减速器。

选用弹性联轴器。

1.完成减速器装配图一张（A0）。

2.绘制箱座结构图一张（A1）。

3.绘制轴、齿轮零件图各一张（A2）。

4.编写设计计算说明书一份。

二. 电动机设计步骤 传动装置总体设计方案 本组设计数据：卷扬机工作拉力F = 10900 N 。

卷筒转速n= 31.05r/min, 卷筒直径D= 400 mm 。

1.外传动机构为联轴器传动。

2.减速器为二级展开式圆柱齿轮减速器。

3.该方案的优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。

轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。

减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。

但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动布置的灵活性。

原动机部分为YZR 系列三相交流异步电动机。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

三．电动机的选择 1.选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用YZR 系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V 。

第一部分 传动装置总体设计1.1 传动方案1.1.1组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。

2 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时，结构尺寸较其他形式大，但有过载保护的优点，还可缓和冲击和振动，故布置在传动的高速级，以降低传递的转矩，减小带传动的结构尺寸。

齿轮传动的传动效率高，适用的功率和速度范围广，使用寿命较长，是现代机器中应用最为广泛的机构之一。

本设计采用的是展开式两级直齿轮传动。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

第二部分 电动机的选择及传动比分配2.1电动机的选择2.1.1传动装置的总效率5423421ηηηηηη= 按表2-5查得各部分效率为：联轴器传动效率为99.01=η，滚动轴承效率（一对）99.02=η，闭式齿轮传动效率为97.03=η，联轴器效率为99.04=η，传动滚筒效率为96.05=η，代入得η=8504.096.099.097.099.099.024=⨯⨯⨯⨯2.1.2工作机所需的输入功率ηwd P P =，其中1000)(FVkw P W =所以=⨯⨯⨯=10008504.03.1106.13d P 2.45kw 使电动机的额定功率P ed ＝（1～1.3）P d ，由查表得电动机的额定功率P ＝ 33KW 。

2.1.3确定电动机转速计算滚筒工作转速nin r D n w /14.594203.11000603.1100060=⨯⨯⨯=⨯⨯=ππ：由推荐的传动比合理范围，二级圆柱齿轮减速器的传动比一般范围：9~25，则总传动比的范围为，25~9'=i ,故电机的可选转速为：min /1479~53214.59)25~9(''r n i n w d=⨯== 2.1.4确定电动机型号根据以上计算在这个范围内电动机的同步转速有750r/min ，1000r/min ，1500r/min ，3000r/min ，综合考虑电动机和传动装置的情况，同时也要降低电动机的重量和成本，最终可确定同步转速为1000r/min ，根据所需的额定功率及同步转速确定电动机的型号为Y132S - 6 ，满载转速 960r/min 。

机械设计课程设计设计说明书设计题目卷扬机学校设计者班级学号指导老师2011年03月目录一、设计任务书二、传动方案拟定三、电动机的选择传动装置的运动和动力参数计算四、高速级齿轮传动计算五、低速级齿轮传动计算六、齿轮传动参数表七、轴的结构设计八、轴的校核计算九、滚动轴承的选择与计算十、键联接选择及校核十一、联轴器的选择与校核十二、减速器附件的选择十三、润滑与密封·十四、设计小结十五、参考资料一.设计题目：原始数据：由于卷扬机起吊的重物为W=15KN,起吊为匀速提升，其提升速度为V=0.65m/s;卷筒与其制动装置（mm 550Φ）一起用离合器与减速器输出轴相联。

卷筒直径为（mm 400Φ）。

设卷筒效率97.0=η。

初定减速器的总效率为810.=总η。

所设计的减速器应为二级减速器。

选用弹性联轴器。

1.完成减速器装配图一张（A0）。

2.绘制箱座结构图一张（A1）。

3.绘制轴、齿轮零件图各一张（A2）。

4.编写设计计算说明书一份。

二. 电动机设计步骤 传动装置总体设计方案 本组设计数据：卷扬机工作拉力F = 10900 N 。

卷筒转速n= 31.05r/min, 卷筒直径D= 400 mm 。

1.外传动机构为联轴器传动。

2.减速器为二级展开式圆柱齿轮减速器。

3.该方案的优缺点：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料。

轴向尺寸大，要求两级传动中心距相同。

减速器横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。

但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度差；仅能有一个输入和输出端，限制了传动布置的灵活性。

原动机部分为YZR 系列三相交流异步电动机。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还结构简单、尺寸紧凑、成本低传动效率高。

三．电动机的选择 1.选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用YZR 系列三相笼型异步电动机，全封闭自扇冷式结构，电压380V 。

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行星齿轮传动调度绞车为依托，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。

长期以来，传统的设计方法由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，而是遵循着一种工作量大、设计周期长的方式进行设计：三维构思-------平面图形---------三维产品，不仅使原本直观的立体抽象化了，而且耗费了大量的精力和时间。

因为在这样一个抽象思维和想象的环境中，既不符合由形象思维到抽象思维的认知规律，又不利于培养空间想象能力和创新设计能力。

而三维实体设计（实体造型）弥补了传统设计法的这种缺陷，在二维和三维空间中架起一座桥梁，让我们在三维空间中直接认知和感知三维实体，更加充分地发展和提高了设计师的空间想象能力及创新能力，为先进产品的开发提供了广阔而优越的设计平台。

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。

第一章方案评述绞车有手动、内燃机和电动机驱动几类。

①手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器（棘轮和棘爪），可使重物保持在需要的位置。

装配或提升重物的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。

手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。

②内燃机驱动的绞车，在卷筒与内燃机之间装有离合器。

当离合器和卷筒轴上的制动器松开后，卷筒上的绳索处于无载状态，此时绳索一端可从卷筒上自由地拽出，以缩短再次提拉物件时的挂绳时间。

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。

钻机配套绳索取芯卷扬机的设计与计算摘要：本文主要以HYDX-2型钻机为例，介绍全液压钻机配套绳索取芯卷扬机的设计与计算方法关键词：绳索取芯卷扬机；计算方法概述现以HYDX-2型钻机为例，介绍全液压钻机配套绳索取芯卷扬机的设计与计算方法。

1.卷扬机的设计与计算方法1.1负载与原动机的设定设定负载与原动机的额定载荷为200KG，减速电机：SA67DT90L4/BMG/HF ，P=1.5Kw，n=16rpm，i=85.83，M3 （SEW），Ma=600N*m1.2减速电机的选取钢丝绳选用：d=Ф8.3mm（6芯）初设钢丝绳收卷卷筒：直径：D=Ф320mm，有效工作长度：L=312.5mm钢丝绳长度：L=提升高度+横臂伸出长度+预留=130+22.5+3.5=156m取：L=160m m绳=53.54Kg吊钩重量：m吊=M额*2.5%=200*2.5%=5Kg起吊转矩：G总=G额+G绳+G吊=200+53.54+5=258.54Kg r=0.16mMa*=G总*r=258.54*10*0.16=413.66N*m∵Ma*<Ma ∴所以选用减速电机转矩满足设计要求吊钩起升速度：V=πDn D=Φ320mm（卷筒直径）n=16rpm（卷筒转速、减速电机输出转速）V=3.14*0.32*16=16.077m/min电动机功率：Pj=0.8*2585.4*0.268/1000*0.92=0.603Kw∵Pj=0.603Kw<P=1.5Kw ∴所以选用减速电机功率满足设计要求1.3钢丝绳的承载计算钢丝绳计算：采用单滑轮组，3个导向轮结构最大静拉力S=Q/m*ηz*η导取起升载荷为Q2585.4N，取滑轮组倍率：m=1，取滑轮组效率：ηz=0.98，取导向滑轮总效率：η总=0.98*0.98*0.98=0.94。

S=2585.4/1*0.98*0.94=2806.56N钢丝绳直径：d = C*S1/2 C-选择系数S-钢丝绳工作最大静拉力∵选取机构工作级别为M3，安全系数为4，钢丝绳公称抗拉强度为1550N/mm2∴确定：C=0.093mm/N1/2 d =0.093*2806.561/2 =4.93mm∵d=4.93<8.3mm ∴选用钢丝绳满足设计要求1.4卷筒设计计算根据结构确定：直径：D=Ф320mm，有效工作长度：L=312.5mm 绳槽半径：R=5mm 绳槽深度：3.5mm绳槽节距：p=8.3mm 卷筒壁厚：δ=8.3mm取：δ=8.5mm经计算得：卷筒每层缠绕钢丝绳圈数：n=L0/n=37.65圈卷筒强度校核：卷筒许用压应力：[σc]=117.5MPa 卷筒压应力：σc=59.67MP σc≤[σc]=满足1.5排绳机构的设计排绳机构传动计算排绳机构采用双螺旋轴传动选定：螺旋轴螺距P=31.25mm，螺旋轴直径d=Φ32m，螺旋轴有效工作长度L=10*P=312.5mm，钢丝绳卷筒与排绳机构传动比：i总=37.65/10=3.765采用两级传动：-级链传动二级齿轮传动，传动比分配：i总=i1*i2=（46/20）*（33/20），其中i1=2.3为齿轮传动，i2=1.65为链传动。

卷扬机是一种用于提升和下降重物的机械设备，广泛应用于各种场合，包括建筑工地、港口、仓储等。

设计一个有效的卷扬机需要考虑多个因素，包括载荷容量、提升高度、速度、安全性等。

在设计和计算卷扬机时，以下是一些重要的考虑因素和计算步骤。

### **1. 载荷和提升高度的确定：**#### **1.1 载荷计算：**首先，确定卷扬机需要承载的最大重量。

这可能涉及到提升货物、工程机械或其他应用。

确保准确测量并考虑额外的因素，如动态荷载。

#### **1.2 提升高度计算：**确定卷扬机需要提升货物的高度。

这个高度将直接影响到绳索或链条的长度，从而影响到机构的设计。

### **2. 动力系统的设计：**#### **2.1 驱动力和电机选型：**计算所需的卷扬力，并选择适当的电机以提供足够的动力。

这需要考虑摩擦、滑轮效率以及提升速度。

#### **2.2 齿轮箱和传动系统：**如果有齿轮箱，需要设计合适的齿轮比来平衡扭矩和速度的要求。

传动系统的设计也需要考虑效率和耐久性。

### **3. 结构和机械设计：**#### **3.1 钢丝绳或链条的选用：**选择合适的钢丝绳或链条以满足设计要求。

这涉及到强度、耐磨性和安全因素的考虑。

#### **3.2 滑轮和绳鼓设计：**设计适当大小和强度的滑轮系统，确保它能够有效地传递力量并减小绳索的磨损。

绳鼓的设计需要满足卷绕绳索的需要。

#### **3.3 结构强度计算：**考虑到载荷、惯性力和机械冲击等因素，进行结构强度计算。

这包括主梁、支撑结构等部分。

### **4. 安全和控制系统：**#### **4.1 安全装置：**设计安全装置，如过载保护、限位开关等，以确保卷扬机在运行中不会超负荷或发生意外。

#### **4.2 控制系统：**选择合适的控制系统，以确保操作者可以轻松、安全地控制卷扬机的运行。

这可能包括远程控制、紧急停止按钮等。

### **5. 能源效率和维护：**#### **5.1 能源效率考虑：**设计卷扬机时要考虑能源效率，选择能效较高的电机和传动系统，以降低运行成本。