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離心泵的數(shù)值研究性能預(yù)測(cè)
摘要：離心泵性能預(yù)測(cè)是目前主要基于數(shù)值計(jì)算和研究的，大部分只集中于一種模式。因此，研究結(jié)果不具代表性。若要使數(shù)值計(jì)算方法和性能預(yù)測(cè)離心泵得到改善，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)流量和離心泵模型設(shè)計(jì)流量及關(guān)閉，其具體速度是不同的，通過(guò)使用商業(yè)軟件FLUENT模擬。在FLUENT中選擇標(biāo)準(zhǔn)k -ε湍流模型和SIMPLEC算法。仿真是穩(wěn)定和移動(dòng)參考構(gòu)架，應(yīng)考慮葉輪，蝸殼相互作用。此外，對(duì)于如何處理與葉輪和蝸殼的差距，提出了網(wǎng)格數(shù)量和效果進(jìn)行了審議。對(duì)離心泵性能預(yù)測(cè)模型，建立了根據(jù)模擬結(jié)果。對(duì)頭部和不同流量的6種型號(hào)的效率進(jìn)行了預(yù)測(cè)并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的比較。比較結(jié)果表明，頭部的預(yù)測(cè)精度和效率均小于5％以上。該流程的分析表明，流量變化具有的位置和背后的葉輪葉片進(jìn)口和進(jìn)口的速度方向低壓區(qū)面積的重要作用。這項(xiàng)研究表明，采用FLUENT軟件模擬結(jié)果預(yù)測(cè)離心泵性能是可行的和準(zhǔn)確的。該方法可應(yīng)用于工程實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：離心泵，性能預(yù)測(cè)，數(shù)值研究
1、 介紹
泵的性能由內(nèi)流的特征，特性和內(nèi)流分析決定以提高泵的性能無(wú)疑是最好的方法。因此，為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水泵的理論性能，在泵流場(chǎng)必須精確得到，過(guò)去幾年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算（CFD）的流體動(dòng)力學(xué)，數(shù)值模擬的快速發(fā)展，如理論分析和實(shí)驗(yàn)研究及研究流場(chǎng)在國(guó)內(nèi)外泵和泵的性能預(yù)測(cè)上，已成為一個(gè)重要工具。不穩(wěn)定模擬一低比高速離心泵工作由圣何塞等人基于FLUENT的動(dòng)態(tài)特性預(yù)測(cè)做成，葉輪和蝸殼，泵的性能的研究是通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。BYSKOV等人運(yùn)用商業(yè)代碼精細(xì)/渦輪，由粒子圖像測(cè)速（PIV）和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)激光多普勒測(cè)速儀（LDV）做了在設(shè)計(jì)大型離心泵渦模擬流程率和關(guān)閉設(shè)計(jì)流量預(yù)測(cè)泵特色，并與預(yù)測(cè)結(jié)果吻合良好。在中國(guó)，趙等人使用移動(dòng)參考框架，做了耦合葉輪，蝸殼模擬在離心式水泵流量的預(yù)測(cè)性能，F(xiàn)UENT，陳等人，模擬了一個(gè)單一的非定常流道泵，以上結(jié)果都與帶泵試驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致。
前面提到通過(guò)數(shù)值模擬預(yù)測(cè)方法的離心式水泵的業(yè)績(jī)成就，是相當(dāng)令人鼓舞的，這些方法越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在泵水力設(shè)計(jì)。然而，大多數(shù)研究只關(guān)心一種泵，前人研究的預(yù)測(cè)模型沒(méi)有任何特色。更關(guān)鍵的問(wèn)題是如何處理與葉輪和蝸殼的差距，以及如何考慮電網(wǎng)數(shù)效應(yīng)。所以，以前的研究結(jié)果不具有代表性和普遍性。我們本文的目標(biāo)是詳細(xì)評(píng)估數(shù)值精度的預(yù)測(cè)方法。因此，6個(gè)典型的離心泵作為研究模型，并選擇了FLUENT軟件用來(lái)設(shè)計(jì)小和大流量水泵的模擬條件。FLUENT軟件選擇了k -ε湍流模型和SIMPLEC算法標(biāo)準(zhǔn)，仿真是穩(wěn)定并且移動(dòng)參考框架是用來(lái)考慮轉(zhuǎn)子定子的互動(dòng)。依法取得模擬頭該模型的效率曲線，并進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，流場(chǎng)也進(jìn)行了分析。
2、 研究模型及其預(yù)測(cè)算法
該模型的具體速度由34至260不等，實(shí)驗(yàn)和幾何參數(shù)以及設(shè)計(jì)流量列于表。葉輪的三維模型，蝸殼和吸力由專業(yè)軟件Pro / E制作及葉輪和蝸殼之間被追加到差距葉輪（如圖所示。1）。葉輪和蝸殼進(jìn)口適當(dāng)延長(zhǎng)以減少出口在內(nèi)部流動(dòng)的邊界條件的影響。開(kāi)局時(shí)，F(xiàn)LUENT軟件的預(yù)處理器，是用于生成網(wǎng)格模型和網(wǎng)格質(zhì)量檢查。由于該泵的幾何尺寸是非常復(fù)雜的，采用“EquiAngle傾斜”和“EquiSize斜交網(wǎng)格產(chǎn)生的“四面體網(wǎng)格均小于0.87，因此電網(wǎng)質(zhì)量是好的。相對(duì)論的網(wǎng)格數(shù)考試工作被應(yīng)用于每個(gè)模式。當(dāng)泵上的網(wǎng)格數(shù)量的影響特色小于2％，其效果將被忽略。收斂殘差精度為0.00001。
圖1、第4號(hào)泵的計(jì)算區(qū)
2.1模型實(shí)驗(yàn)研究
所有的模型泵在江蘇大學(xué)進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是開(kāi)放循環(huán)的，包括水庫(kù)開(kāi)放給空氣，吸入閥，一個(gè)測(cè)試泵，排水管道和一個(gè)排放閥。每個(gè)模型泵有一個(gè)單一的軸向吸力和蝸殼。在循環(huán)中，水被抽出，并返回到一個(gè)巨大的水庫(kù)。流速為受放電閥和電磁流量計(jì)測(cè)量。轉(zhuǎn)速由加信號(hào)檢測(cè)。
流量不確定性被發(fā)現(xiàn)總是小于0.5％。頭和效率的不確定性，一直保持1％和1.5％。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示于表中。
2.2邊界條件
入口邊界條件：假設(shè)進(jìn)口速度在軸方向一致，其價(jià)值等于比流量和入口區(qū)：
其中Q是流量，泵的進(jìn)口和湍流動(dòng)能耗散率在進(jìn)口處的εin可以通過(guò)以下公式估算：
其中L是湍流尺度和l = 0.07Din，Cμ= 0.09。
出口邊界條件：“流出”的實(shí)施泵出口比重和流速設(shè)置為1。
墻邊界條件：無(wú)滑移條件執(zhí)行在墻面和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)應(yīng)用于鄰近地區(qū)。
2.3預(yù)測(cè)算法
頭H是由下列公式計(jì)算：
其中噘嘴是在蝸殼出口總壓，引腳是在葉輪進(jìn)口總壓，ρ為液體密度，g是重力加速度。
液壓效率ηh計(jì)算公式為：
其中M是葉輪扭矩，ω是角速度。
容積效率ηv計(jì)算公式為：
總效率η計(jì)算公式為：
其中Pe是水電及Pe=ρgqH，ΔPd是磁盤摩擦損失，其計(jì)算方法是參數(shù)法。
3預(yù)測(cè)結(jié)果與分析
圖、2顯示性能預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)曲線，包括流量水頭和流量曲線率效率曲線。據(jù)圖中的數(shù)據(jù)二，預(yù)測(cè)誤差可以計(jì)算如下：
其中ΔH是頭部的差異，Δη是效率差異，Hp是頭部預(yù)測(cè)，He是實(shí)驗(yàn)頭，ηp是預(yù)測(cè)的總有效率，ηe是實(shí)驗(yàn)總效率。
計(jì)算結(jié)果差異：所有的流量頭部的每個(gè)模型，預(yù)測(cè)最大差異為4.81％，最小誤差為0.24％，平均差距是2.49％，最大的差異預(yù)測(cè)總效率為4.52％，最小誤差為0.08％，平均誤差為2.02％。流量設(shè)計(jì)率，預(yù)測(cè)頭部最大的差距是4.81％，最低的差距為0.65％，平均差距2.02％，而最大的差異總預(yù)測(cè)效率為4.42％，最小誤差為0.54％;平均誤差為2.4％。計(jì)算表明，所有的差異都在5％以內(nèi)。
更多信息可從差異計(jì)算。預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效能沒(méi)有顯示相同的趨勢(shì)，這意味著前者是大于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而后者可能較小，等差異是頭部和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效率差異。分析還表明，業(yè)績(jī)預(yù)測(cè)精度在設(shè)計(jì)流量不是最高的。
4.內(nèi)部不同流動(dòng)點(diǎn)流場(chǎng)分析
4.1靜壓分布
如圖3所示，在不同的流速下，從葉輪進(jìn)口到出口的靜壓逐步增加，并且靜態(tài)壓力側(cè)壓力明顯大于在同一側(cè)同半徑吸葉輪壓力。根據(jù)等壓線密度發(fā)現(xiàn)，靜壓增加流速緩慢。
在小流速時(shí)，在吸力面的葉片進(jìn)口有一個(gè)明顯的低壓區(qū)，特別是在流動(dòng)通道1，23，在空化易發(fā)生。當(dāng)流量增加時(shí)，該地區(qū)接近葉片中的吸力面，特別是在流動(dòng)通道1，2和3。關(guān)于擴(kuò)散蝸殼出口段靜壓明顯在小和設(shè)計(jì)流量的增加而在同一個(gè)地方的靜態(tài)壓力下降明顯在大由于流減水率的限制和設(shè)計(jì)流量較大的偏移，分布在葉輪和蝸殼的靜壓變得明顯紊亂和不統(tǒng)一，特別是舌頭蝸殼的附近。
4.2相對(duì)速度的分布
如圖4所示，相對(duì)速度在任何流量不同的水流通道的分布顯然是不同的，這表明，蝸殼對(duì)葉輪內(nèi)部流動(dòng)具有重要作用。對(duì)于不同的流率，特別是在不同的流動(dòng)通道1，2和3，葉輪的相對(duì)速度分布明顯不同。在小流量的葉片壓力面，有一個(gè)相對(duì)速度較低的很大的“死水“地帶。由于泵流量的增加，該區(qū)域逐漸變小，特別是在流道2。同時(shí)，從入口運(yùn)放的分布可以發(fā)現(xiàn)，該方向的非設(shè)計(jì)流程率在葉片進(jìn)口的速度變化明顯，從而導(dǎo)致對(duì)刀片產(chǎn)生重大影響。該事件在大流量的角度是消極的，在小流量是積極的，這與理論分析吻合。
5結(jié)論
本文用商業(yè)軟件FLUENT，耦合模擬六詳細(xì)介紹了離心泵在不同流量預(yù)測(cè)模型及特征離心泵是成立的。以及如何處理葉輪和蝸殼之間的差距，提出和網(wǎng)格數(shù)量的影響。主要研究結(jié)論如下。
（1）頭部和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的差異總有效率均小于5％。對(duì)于所有流量的每一個(gè)模型，總平均誤差為2.49％和預(yù)測(cè)平均誤差為2.02％。頭部和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的效率不顯示同樣的趨勢(shì)且設(shè)計(jì)流量的性能預(yù)測(cè)精度不是最高的。
（2）在小流量葉片進(jìn)口端有一個(gè)明顯低壓區(qū)，隨著流量的增加，該地區(qū)接近葉片吸力面的中間。小設(shè)計(jì)流量該蝸殼出口段靜態(tài)壓力擴(kuò)散顯著增加，而在大流量在同一個(gè)地方的靜態(tài)壓力明顯下降。由于泵的流量的增加，“死水”地帶逐漸變小。在葉片進(jìn)口的速度變化明顯，在非設(shè)計(jì)流程時(shí)。入射角在大流量的是消極的，它在小流量是積極。
（3）本文研究表明，該數(shù)值方法對(duì)離心泵性能產(chǎn)生了良好的預(yù)測(cè)，可應(yīng)用于實(shí)踐。
圖 3。3號(hào)靜泵面臨的壓力分布（kPa）
圖 4。第3號(hào)泵葉輪中面相對(duì)速度分配及其在入口運(yùn)放的分布（米/秒）
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河南理工大學(xué)10屆畢業(yè)論文
06屆本科畢業(yè)論文
論文題目：鋼絲繩電動(dòng)葫蘆提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：劉志勇
所在院系：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
所學(xué)專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
導(dǎo)師姓名：李延鋒
完成時(shí)間：2010年6月2號(hào)
摘要
電動(dòng)葫蘆是起重設(shè)備的主要型號(hào)之一。它主要由減速器，運(yùn)行機(jī)構(gòu)，卷筒裝置，吊鉤裝置，聯(lián)軸器，限位器，錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)等部分組成。本文根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，主要對(duì)3t單鉤移動(dòng)電動(dòng)葫蘆的總體方案選擇和確定，然后對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和目的，參考CD型電動(dòng)葫蘆首先對(duì)3t單鉤移動(dòng)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行工藝分析，選擇合理機(jī)構(gòu)及裝配方案，然后對(duì)減速器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，鋼絲繩的選用及強(qiáng)度驗(yàn)算，卷筒的參數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算，再計(jì)算齒輪的傳動(dòng)比，確定各個(gè)齒輪的參數(shù)，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算,選擇合理的軸承、鍵、軸套等各種零部件，畫(huà)出總體裝配圖。最后對(duì)齒式彈性聯(lián)軸器作了一些簡(jiǎn)明的闡述。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)葫蘆，卷筒裝置，吊鉤
Abstract
Electric hoist is one of the main models of lifting equipment. It is mainly formed by the reducer, running organizations, drum installation, hook device, the coupling stopper, conical rotor motor and other components. According to the design task demands, this book mainly Against to 3t mobile electric hoist single hook selection and determination of the overall program, and then design the transmission system.
According to the requirements and objectives of the design, reference CD-type electric hoist on the first take the 3t mobile electric hoist with the single hook for the process analysis, select reasonable organization and assembly programs, then design the shape of the reducer and electric motor, selection of wire rope and strength checking, reel The parameter calculation and checking, and calculate the gear transmission ratio, to determine the parameters of each gear, the strength calculation, select a reasonable bearings, keys, bushings and other components, to draw general assembly drawing. Finally, the tire type flexible coupling made some brief elaboration.
Key words: lifting equipment;Electric hoist;Rope drum;Reducer
目錄
一、 緒論 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7
二、 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別及鋼絲繩的選擇- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.1機(jī)構(gòu)利用等級(jí)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.2機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.3機(jī)構(gòu)工作級(jí)別- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.4鋼絲繩的選用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.4.1鋼絲繩的特點(diǎn)及用途 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.4.2鋼絲繩的選擇- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
2.4.3鋼絲繩直徑的計(jì)算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10
2.4.4鋼絲繩的安裝- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10
2.4.5鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13
2.4.6鋼絲繩的失效分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14
2.4.7鋼絲繩用壓繩板的設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15
2.4.8壓繩板材料的選用與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 15
2.4.9導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16
三、卷筒的設(shè)計(jì)與吊鉤的選擇 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19
3.1卷筒的幾何尺寸 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19
3.2卷筒強(qiáng)度計(jì)算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -21
3.3卷筒支撐的設(shè)計(jì) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22
3.4套筒 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -22
3.5吊鉤的選擇- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25
四、起升電動(dòng)機(jī)及聯(lián)軸器的選擇 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -26
4.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26
4.2確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26
4.3聯(lián)軸器的選擇 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -27
五、傳動(dòng)比及傳動(dòng)裝置參數(shù)的計(jì)算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29
5.1計(jì)算總傳動(dòng)比- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -29
5.2分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29
5.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29
5.3.1各軸轉(zhuǎn)速- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -29
5.3.2各軸的輸入功率- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -29
5.3.3各軸的轉(zhuǎn)矩- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -30
六、齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31
6.1第一級(jí)齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31
6.2第二級(jí)齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35
6.3第三級(jí)齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38
七、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1Ⅰ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1.1求Ⅰ軸的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1.2求作用在齒輪上的力- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1.3初步確定軸的最小直徑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43
7.1.5軸的強(qiáng)度校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 44
7.1.6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -45
7.2Ⅱ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -46
7.2.1求Ⅱ軸的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -46
7.2.2求作用在齒輪上的力- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 46
7.2.3初步確定軸的最小直徑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47
7.2.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47
7.2.5軸的強(qiáng)度校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -49
7.2.6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -50
7.3Ⅲ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50
7.3.1求Ⅲ軸的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -50
7.3.2求作用在齒輪上的力- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50
7.3.3初步確定軸的最小直徑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -51
7.3.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -51
7.3.5軸的強(qiáng)度校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -52
7.3.6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54
7.1Ⅳ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54
7.4.1求Ⅳ軸的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54
7.4.2求作用在齒輪上的力- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54
7.4.3初步確定軸的最小直徑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -55
7.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -55
7.4.5軸的強(qiáng)度校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -56
7.4.6按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -57
7.5密封與潤(rùn)滑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -58
7.5.1密封- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -58
7.5.2潤(rùn)滑- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -58
八、小結(jié)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59
致謝- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -60
參考文獻(xiàn)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 61
一、緒論
以電動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)的起重機(jī)統(tǒng)稱為葫蘆式起重機(jī)。這種起重機(jī)的核心是電動(dòng)葫蘆，并多為鋼絲繩電動(dòng)葫蘆和環(huán)鏈?zhǔn)诫妱?dòng)葫蘆，以往電動(dòng)葫蘆除了作為單軌架空懸掛軌道起重運(yùn)輸設(shè)備用之外，多用來(lái)與電動(dòng)單梁起重機(jī)和電動(dòng)單梁懸掛起重機(jī)配套，用于車間，倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所，隨著電動(dòng)葫蘆性能參數(shù)的擴(kuò)展，從80年代開(kāi)始，這種葫蘆式起重機(jī)已不再局限于作為輕小起重設(shè)備，大起重量的電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)有代替起重量100t以下的輕，中工作級(jí)別的普通橋式起重機(jī)的趨勢(shì)，因?yàn)檫@種起重機(jī)自重輕，建筑高度低。隨著電動(dòng)葫蘆結(jié)構(gòu)形式的更新，特別是電動(dòng)葫蘆運(yùn)行小車出現(xiàn)了多種形式的支撐和懸掛方式，大大促進(jìn)了葫蘆式起重機(jī)的品種類型的增多與應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，80 年代在國(guó)外，特別是德國(guó)，芬蘭，日本，英國(guó)，法國(guó)及保加利亞等國(guó)家的廠家，不禁相繼研制生產(chǎn)出性能新進(jìn)的電動(dòng)單梁，懸掛和電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)，還派生出先進(jìn)適用的葫蘆門式起重機(jī)，葫蘆式抓斗起重機(jī)，葫蘆吊鉤抓斗兩用起重機(jī)，葫蘆吊鉤抓斗電磁三用起重機(jī)，葫蘆式旋臂起重機(jī)葫蘆式壁行起重機(jī)，葫蘆橋式堆垛起重機(jī)及立體倉(cāng)庫(kù)用葫蘆式巷道堆垛起重機(jī)。葫蘆式起重機(jī)品種，類型，規(guī)格的不斷擴(kuò)展及在起重運(yùn)輸設(shè)備中所占比例的增加，將使各種類型的葫蘆式起重機(jī)形成一種獨(dú)立而重的起重運(yùn)輸設(shè)備體系。
鋼絲繩電動(dòng)葫蘆作為一種輕小型的起重設(shè)備，廣泛用于國(guó)名經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，而國(guó)內(nèi)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆近幾年的發(fā)展卻十分緩慢。上世紀(jì)60年代到70年代初，我國(guó)從前蘇聯(lián)引進(jìn)TV型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，70年代初我國(guó)自行設(shè)計(jì)了CD1型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆取代TV型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆，至目前為止CD1型電動(dòng)葫蘆在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造，使用已達(dá)30多年歷史，期間，曾有一些廠家引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)制造技術(shù)，但均未獲得廣泛的推廣應(yīng)用。電動(dòng)葫蘆主要分為：微型電動(dòng)葫蘆，HHXG型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆，HC型電動(dòng)葫蘆，DHP型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆，CD1、MD1型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆等。
鋼絲繩電動(dòng)葫蘆技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)發(fā)展遲緩，其原因是多方面的：(1)國(guó)內(nèi)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆企業(yè)生產(chǎn)、制造水平及配套的機(jī)械、電氣及標(biāo)準(zhǔn)件技術(shù)基礎(chǔ)較低； (2)近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)體制由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，許多國(guó)營(yíng)企業(yè)在轉(zhuǎn)制初期不可能將大量的資金投入到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上；(3)CDl型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆目前仍有一定的市場(chǎng)占有率。
???? 近年來(lái)，國(guó)外的鋼絲繩電動(dòng)葫蘆技術(shù)水平發(fā)展很快。隨著我國(guó)加入WTO，外資企業(yè)紛紛打進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)外鋼絲繩電動(dòng)葫蘆對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的沖擊將越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)低價(jià)、低檔次的產(chǎn)品，已不再有廣泛的市場(chǎng)，用戶對(duì)產(chǎn)品的性價(jià)比越來(lái)越重視。所以，國(guó)內(nèi)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆如不很快地適應(yīng)國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)的要求進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代，將很快被淘汰。CDl型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆能在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)使用近30多年，有其成功的方面，但是在其使用過(guò)程中也暴露了一些亟待改進(jìn)的不足。
鋼絲繩電動(dòng)葫蘆是我國(guó)電動(dòng)葫蘆行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，目前生產(chǎn)批量之大品種規(guī)格之多是其他形式的電動(dòng)葫蘆還無(wú)法替代的產(chǎn)品，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼絲繩電動(dòng)葫蘆發(fā)展也較快，不斷有新的品種規(guī)格問(wèn)世，以適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需求，多功能鋼絲繩電動(dòng)葫蘆相對(duì)于常規(guī)的鋼絲繩電動(dòng)葫蘆而言，功能上有多種特殊要求，例如：（1）超高起升高度，超大起重量。（2）雙速起升，雙速運(yùn)行，快慢速速比有1：3，1：4，1：10之分。（3）起升機(jī)構(gòu)具有雙制動(dòng)系統(tǒng)。（4）安全閘裝置。（5）超，欠載保護(hù)裝置（6）超速保護(hù)裝置。（7）雙限位裝置（8）高度數(shù)顯裝置（9）電動(dòng)小車錨定裝置。（10）遙控操縱與手控操縱并用。
二、 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別及鋼絲繩的選擇
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別按機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)和載荷狀態(tài)選擇，本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)為：提升高度：6m，提升速度：8m/min,提升重量：3t。
2.1機(jī)構(gòu)利用等級(jí)
機(jī)構(gòu)利用等級(jí)按機(jī)構(gòu)總設(shè)計(jì)壽命分為十級(jí)，總設(shè)計(jì)壽命規(guī)定為機(jī)構(gòu)假定約使用年數(shù)內(nèi)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時(shí)數(shù)，它僅作為零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，而不能視為保用期，電動(dòng)葫蘆一般處于清閑的使用狀態(tài)，根據(jù)GB/T3811-1983,機(jī)構(gòu)利用等級(jí)如下：
機(jī)構(gòu)利用等級(jí) T4，總設(shè)計(jì)壽命/h 3200
2.2機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)
載荷狀態(tài)是表明機(jī)構(gòu)承受最大載荷及載荷變化程度，電動(dòng)葫蘆一般在低于額定載荷的狀態(tài)下工作，并且也不經(jīng)常的使用，根據(jù)GB/T3811-1983,由于電動(dòng)葫蘆經(jīng)常工作在中等載荷，較少承受最大的載荷，所以機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)選為L(zhǎng)2-中。
2.3機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
根據(jù)機(jī)構(gòu)利用等級(jí)和機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)，依據(jù)GB/T3811-1983，機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別選為M3
2.4鋼絲繩的選用
鋼絲繩是起重設(shè)備不可缺少的關(guān)鍵件，也是易損件，正確選擇及合理使用，按要求進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)?？商岣咪摻z繩的使用壽命，避免事故發(fā)生。
2.4.1鋼絲繩的特點(diǎn)及用途
鋼絲繩的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，彈性大，能承受沖擊載荷；撓性好，便于纏繞，使用靈活；在高速運(yùn)行時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)噪音；耐磨損，耐疲勞；鋼絲繩破斷前有斷絲預(yù)兆，使用過(guò)程中不會(huì)立即折斷，容易事先檢查和預(yù)防，鋼絲繩可廣泛用于各種起重設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，成為起重機(jī)械的組成部分，又可以單獨(dú)用作起重索具，纜風(fēng)拉繩，穿繞滑輪組和構(gòu)件綁扎等。鋼絲繩的使用和定期檢查，運(yùn)輸，保管十分的重要。
2.4.2鋼絲繩的選擇
鋼絲繩是起重機(jī)械及起重運(yùn)輸、吊裝捆綁作業(yè)不可缺少的主要零部件，被廣泛的應(yīng)用作為起升繩、變幅繩、牽引繩、吊裝繩等不論作為哪一種用途的鋼絲繩，如果選用類型不當(dāng)，使用方法不合理，缺乏安全檢查，又不重視保養(yǎng)，更為重要的是已達(dá)報(bào)廢還繼續(xù)使用，都有可能發(fā)生因鋼絲繩的損傷或破斷而產(chǎn)生的重大事故。
2.4.3鋼絲繩直徑的計(jì)算
鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜壓力按式
d=c
確定
式中d-------鋼絲繩最小直徑 mm
c-------選擇系數(shù) mm/N
s--------鋼絲繩最大工作靜壓力
鋼絲繩最大靜壓力：
在起升機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩最大工作靜拉力是由起升載荷考慮滑輪組效率和承載分支最后確定，起升載荷是指起升質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許起升的最大有效物品，取物裝置（下滑輪組，吊鉤，吊梁，抓斗，容器，起重機(jī)磁鐵等），懸掛撓性件及其他在升降中的設(shè)備質(zhì)量。起升高度小于50m的起升鋼絲繩的重量可以不計(jì)。
3t電動(dòng)葫蘆的起升載荷可以只考慮起升的最大有效物品，其他的忽略不計(jì)，所以
S=（3t1000kg/t9.8N/kg）/2
=14700N
選擇系數(shù)c
選擇系數(shù)c的取值與機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別有關(guān)，依據(jù)GB/T3811—1983,選取c=0.093.
由鋼絲繩最大靜拉力s和選擇系數(shù)c得：
d=0.093
=11.276mm
11mm
根據(jù)GB/T8918—1996.鋼絲繩規(guī)格選擇6
2.4.4鋼絲繩的安裝
（1）解卷。當(dāng)從卷軸和鋼絲繩卷上抽出鋼絲繩時(shí)，應(yīng)將繩盤置放在專用的支架上，也可用鐵管穿入盤孔，兩端套上繩索，將繩盤吊起，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，并應(yīng)采取措施防止鋼絲繩打環(huán)，扭結(jié)，彎折或粘上雜物，如圖：
圖2-1解卷方法
(2)截?cái)?。①熔斷：采用熔斷機(jī)熔斷，不損壞鋼絲繩，端部不松散，便于安全操作，這是理想的斷繩 ②切斷：鋼絲繩在切斷前，應(yīng)在切斷兩端各相距10mm~20mm處用鐵絲扎緊，捆扎長(zhǎng)度為繩徑1~4倍，再用切割工具切斷，以防切斷處引起鋼絲繩松散。
（3）卷繞。鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向與鋼絲繩的捻向及出繩方向有關(guān)，見(jiàn)下圖。右捻上出繩出繩從左到右排列（下圖a），左捻上出繩從右到左排列（下圖b）右捻下出繩從右到左排列（下圖c），左捻下出繩從左到右排列（下圖d），并應(yīng)排列整齊，，避免出現(xiàn)偏繞或擠壓現(xiàn)象，錯(cuò)誤卷繞會(huì)造成亂繩，松股和打環(huán)。
圖2-2鋼絲繩的纏繞方向
（4）繩槽、卷筒?；喩系牟坌蛻?yīng)符合有關(guān)規(guī)定，滑輪繩槽底部半徑尺寸=（0.53-0.6）d?；喞K槽底部半徑過(guò)大，過(guò)小都將影響鋼絲與滑輪繩槽底部的接觸面積，使之過(guò)度磨損，而降低鋼絲繩和滑輪的使用壽命，也會(huì)影響傳動(dòng)效率。如下圖所示，繩與滑輪槽的接觸角a130°，圖b繩徑過(guò)大，圖c繩徑過(guò)小，圖d為與槽徑像匹配的繩徑。
圖2-3繩槽
（5）鋼絲繩允許偏角。鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒，滑輪槽時(shí)偏斜的最大角度(即鋼絲繩中心線和與滑輪軸垂直的平面之間的角度)推薦不大于5°，鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度推薦不大于3.5°，對(duì)于光卷筒和多層纏繞卷筒，鋼絲繩偏離與卷筒軸垂直的平面的角度推薦不大于2°
（6）鋼絲繩走向。鋼絲繩走向反復(fù)彎曲易造成疲勞，產(chǎn)生斷絲（見(jiàn)下圖），因此安裝時(shí)應(yīng)盡量避免反復(fù)彎折。
圖2-4鋼絲繩走向
2.4.5鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)
鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)根據(jù)用途，工作環(huán)境和鋼絲繩的種類而定，在可能的情況下對(duì)鋼絲繩應(yīng)進(jìn)行適時(shí)的清洗并涂以潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂，特別是那些繞過(guò)滑輪時(shí)經(jīng)受彎曲的部位，機(jī)械在腐蝕性環(huán)境中工作以及在某些由于與工作有關(guān)的原因而不能潤(rùn)滑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更應(yīng)如此，涂刷的潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑脂品種應(yīng)與鋼絲繩廠使用的相適應(yīng)。
檢驗(yàn)
①日常觀察。每個(gè)工作日都要經(jīng)常對(duì)鋼絲繩的任何可見(jiàn)部分進(jìn)行觀察，以便發(fā)現(xiàn)損壞與變形的情況，特別應(yīng)留心鋼絲繩的固定部位，當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)有斷絲，磨損，腐蝕和變形等缺陷時(shí)，應(yīng)按GB/T 5972《起重機(jī)械用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢實(shí)用規(guī)范》的規(guī)定判定。
②定期檢查。定期檢查周期應(yīng)考慮以下各點(diǎn)：1、國(guó)家的法規(guī)要求；2機(jī)械的類型和工作環(huán)境；3機(jī)械的工作級(jí)別；4前幾次檢驗(yàn)的結(jié)果及出現(xiàn)缺陷的情況；5鋼絲繩已經(jīng)使用的時(shí)間。
③一般起重用鋼絲繩應(yīng)保證每周至少檢查一次。
④在所有情況下，每當(dāng)發(fā)生任一事故后或鋼絲繩經(jīng)拆卸后重新安裝投入使用前均應(yīng)進(jìn)行一次檢驗(yàn)。
⑤檢驗(yàn)部位。1、一般部位：對(duì)鋼絲繩應(yīng)做全長(zhǎng)檢查，但要特別留心下列部位：鋼絲繩運(yùn)動(dòng)和固定的始末端部位；通過(guò)滑輪組或繞過(guò)滑輪的繩段，在機(jī)構(gòu)進(jìn)行重復(fù)工作的情況下，應(yīng)特別注意機(jī)構(gòu)吊載期間繞過(guò)滑輪的任何部位；位于平衡滑輪的繩段；由于外部因素可能引起磨損的繩段；腐蝕及疲勞的內(nèi)部檢驗(yàn)。2、繩端部位。應(yīng)對(duì)從固結(jié)端引出的那段鋼絲繩進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)檫@個(gè)部位發(fā)生疲勞，斷絲和腐蝕是危險(xiǎn)的。還應(yīng)對(duì)固定裝置本身的變形或磨損進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于采用壓制或鍛造的繩端固定裝置進(jìn)行類似的檢驗(yàn)，并檢驗(yàn)繩箍是否有裂紋以及繩箍與鋼絲繩之間是否產(chǎn)生滑動(dòng)，可拆卸的裝置（楔形接頭，繩夾，壓板等）應(yīng)檢驗(yàn)其內(nèi)部和繩端內(nèi)的斷絲及腐蝕情況，并確保楔形接頭和鋼絲繩夾的緊固性，檢驗(yàn)還應(yīng)確保繩端裝置符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)編織的環(huán)狀插扣式繩頭應(yīng)只使用在接頭的尾部，以防繩端突出的鋼絲傷手，接頭的其余部位應(yīng)及時(shí)用肉眼檢查其斷絲情況，如果斷絲明顯發(fā)生在繩端裝置附近或繩端裝置內(nèi)，可將鋼絲繩截短再?gòu)男卵b到繩端固定裝置上使用，但鋼絲繩的長(zhǎng)度必須滿足在卷筒上纏繞的最小圈數(shù)的要求。
2.4.6鋼絲繩失效分析
引起鋼絲繩是小的因素很多，通過(guò)對(duì)鋼絲繩失效因素分析，以便能提高鋼絲繩的使用壽命。
（1）強(qiáng)度與伸長(zhǎng)
根據(jù)設(shè)計(jì)，鋼絲繩的最大斷裂強(qiáng)度小于所有鋼絲的集束強(qiáng)度，并與繩的結(jié)構(gòu)和所有鋼絲繩性能級(jí)別有關(guān)，在設(shè)計(jì)鋼絲繩時(shí)，應(yīng)考慮所有載荷因素，滑輪和卷筒的數(shù)目和結(jié)構(gòu)安裝方式，產(chǎn)生腐蝕和磨損的條件以及繩的長(zhǎng)度等，鋼絲繩中的鋼絲通常采用含碳量為0.50～0.80%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作而成，鋼繩的彈性模量為1.6×10N/mm。這是在載荷作用下鋼絲可能伸長(zhǎng)程度的度量，鋼絲繩受拉力作用時(shí)，各鋼絲為要調(diào)整其位置以達(dá)到對(duì)應(yīng)所加載荷的穩(wěn)定性，將發(fā)生相對(duì)變形，由此產(chǎn)生的伸長(zhǎng)有兩種形式，當(dāng)鋼絲繩第一次承受載荷時(shí)，鋼絲將稍微重新排列，產(chǎn)生永久性伸長(zhǎng)，即結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)；同時(shí)還產(chǎn)生可恢復(fù)的伸長(zhǎng)，即彈性伸長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)在一定程度取決于所加載荷的大小。
鋼絲繩中鋼絲的直徑愈小，彎曲所需力矩愈小，即韌性較大，通常含有鋼絲數(shù)較多的鋼絲繩和纖維芯鋼絲繩韌性較好，由較少鋼絲繩組成的全金屬鋼絲繩的韌性較差，并且前者比后者具有較大的伸長(zhǎng)量。韌性越大抗失效性能愈好。
（2）滑輪
滑輪主要尺寸最小卷繞直徑用繩槽底部滑輪直徑再加鋼絲繩直徑表示，隨滑輪尺寸減小，
由彎曲和鋼絲繩與滑輪之間的接觸壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力而增大，彎曲應(yīng)力越高，繩的鋼絲產(chǎn)生應(yīng)力越高，繩的鋼絲產(chǎn)生疲勞越快，接觸應(yīng)力增加也加速繩的損傷，同時(shí)還加速滑輪的磨損，隨滑輪尺寸的增大，繩與滑輪之間的壓力下降，彎曲程度也減小，如果僅考慮彎曲應(yīng)力，對(duì)6×19點(diǎn)接觸鋼絲繩，可將滑輪直徑增大到繩直徑的90倍極限數(shù)值，以提高繩的壽命，但是，除了必要設(shè)備之外，這樣大直徑的滑輪實(shí)際很少采用，因?yàn)椋?、對(duì)于多數(shù)起重設(shè)備，采用這樣大的滑輪是不切實(shí)際的在各種情況下，很少只存在著彎曲這一單一因素，實(shí)際上除彎曲以外，很有很多影響繩壽命的因素，如重復(fù)施加的應(yīng)力，磨損，敲打，沖擊，振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速，卷筒卷?yè)P(yáng)失誤，腐蝕以及缺乏維護(hù)等，這些因素中的一個(gè)或幾個(gè)都比滑輪尺寸更影響繩的壽命。
（3）其他失效因素
1、腐蝕也是鋼絲繩失效的常見(jiàn)因素，由于使用環(huán)境形成的腐蝕氣氛，對(duì)鋼絲繩壽命有較大的影響。
2、向鋼絲繩施加沖擊載荷及其發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生高頻率的高彎曲應(yīng)力，特別在鋼絲繩末端連接點(diǎn)處振動(dòng)作用最為嚴(yán)重，可造成疲勞失效。
3、鋼絲繩在工作過(guò)程中如處于過(guò)高溫度下，也會(huì)因抗拉強(qiáng)度降低而失效。
從以上種種失效分析可知，起重機(jī)用鋼絲繩的失效往往有多種因素綜合積累而至，而實(shí)際失效事例分析中應(yīng)綜合分析，分清主次，找出主要失效原因，以利提高鋼絲繩使用壽命。
2.4.7鋼絲繩用壓繩板的設(shè)計(jì)
鋼絲繩的始末端部位一般需要與其它零構(gòu)件連接或固定在起重機(jī)的其他結(jié)構(gòu)上，鋼絲繩尾端的固定是關(guān)系鋼絲繩安全的重要環(huán)節(jié)。
鋼絲繩的固定要求滿足兩個(gè)條件，一是連接或固定的部位必須達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度和安全要求，二是連接或固定方式與使用要求相符合，鋼絲繩的固定有多種方法，針對(duì)不同的使用條件和要求選擇使用。
鋼絲繩端部固定方法有多種，為了簡(jiǎn)單方便，采用壓繩板進(jìn)行固定。
2.4.8壓繩板材料的選用與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
壓繩板外形比較復(fù)雜，不易利用去除材料的方法進(jìn)行加工，所以采用成型加工的方法，首先加工出壓繩板的模具，通過(guò)鍛造的方法制造出壓繩板，在材料的選擇上，首先考慮不銹鋼板，一方面由于電動(dòng)葫蘆一般工作在比較惡劣的環(huán)境中，如果選用其他材料，容易受各種不利的環(huán)境的影響，這樣壽命將降低，不利于電動(dòng)葫蘆正常工作，所以采用不銹鋼材料，這樣可以提高電動(dòng)葫蘆的使用壽命。另一方面考慮到不銹鋼材料的表面質(zhì)量好，這樣可以降低加工成本。
壓繩板機(jī)構(gòu)的最終效果圖如下所示
圖2-5壓繩板
2.4.9導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)
GB/T 6067-1985≤起重機(jī)械安全規(guī)程≥要求鋼絲繩在卷筒上應(yīng)按順序整齊排列。GB/T 697414-1986《起重機(jī)械名詞術(shù)語(yǔ)-機(jī)構(gòu)和零部件》對(duì)導(dǎo)繩器的解釋為排繩器，定義為能使鋼絲繩按規(guī)定間隔整齊的繞上卷筒裝置，以往采用的導(dǎo)繩器有塊式和圓環(huán)式，目前塊式導(dǎo)繩器已經(jīng)基本不用了，工作原理都差不多，導(dǎo)繩器本身不能轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，隨鋼絲繩卷繞，由螺紋槽帶動(dòng)沿軸向移動(dòng)，隨時(shí)將所纏繞的鋼絲繩準(zhǔn)確的引入，引出卷筒的螺旋槽，鋼絲繩由導(dǎo)繩器的缺口排出，不過(guò)此類形式的導(dǎo)繩器在使用中故障率比較高。
卷筒的作用是在起升機(jī)構(gòu)中用來(lái)卷繞鋼絲繩，傳遞動(dòng)力，并把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，卷筒表面通常切出螺旋槽，其螺旋升角一般在3-4，增加鋼絲繩的接觸面積，并防止相鄰鋼絲繩相互摩擦，提高鋼絲繩的使用壽命，由于卷筒切出的螺旋槽也有導(dǎo)繩功能，使鋼絲繩能整齊排列，但往往在沒(méi)有其他輔助機(jī)構(gòu)的協(xié)同作用，卷繞在卷筒上的鋼絲繩會(huì)跳出螺旋槽，使鋼絲繩排亂；有時(shí)鋼絲繩進(jìn)入卷筒端部縫隙中會(huì)擠壓變形；也會(huì)有鋼絲繩跳過(guò)幾個(gè)螺旋槽；不規(guī)則的排列，會(huì)使鋼絲繩，卷筒磨損變形，總之，這都將影響卷筒，鋼絲繩的使用，從而縮短起重機(jī)的使用壽命。為能使鋼絲繩在卷筒上整齊的排列，延長(zhǎng)機(jī)體各部件的使用壽命，很多起重機(jī)制造廠家都相應(yīng)安裝了上圖的導(dǎo)繩裝置。
圖2-6導(dǎo)繩器組成部分
導(dǎo)繩器由上面三圖組成導(dǎo)繩器的總裝圖如圖2-7所示：
圖2-7導(dǎo)繩器的總裝圖
導(dǎo)繩器各零件之間采用鉚釘連接，選用半圓頭鉚釘，依據(jù)GB/T 867-1986型號(hào)：鉚釘4×7，材料為BL2，表面不進(jìn)行處理。
三、卷筒的設(shè)計(jì)及吊鉤的選擇
3.1卷筒幾何尺寸
卷筒名義直徑
D=h.d
式中：d---鋼絲繩直徑
h---與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩機(jī)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)
選擇系數(shù)h：
根據(jù)GB/T 3811-1983、h=14
式中d=11mm 所以
D=h.d
=14×11
=154mm
考慮到各方面的因素 取D=160mm
繩槽半徑
R=（0.53-0.56）d
=（0.53-0.56）×11mm
=6mm
繩槽深度（標(biāo)準(zhǔn)槽）
H=（0.25-0.4）d
=（0.25-0.4）×11mm
=4.5mm
繩槽節(jié)距（標(biāo)準(zhǔn)槽）
P=d+（2—4）
=11mm+（2—4）mm
=15mm
卷筒厚度
鋼卷筒：δ≈d
δ≈11mm
卷筒長(zhǎng)度：（單聯(lián)卷筒）
圖3-1卷筒長(zhǎng)度示意圖
L=L+2L+L
式中：L----無(wú)繩槽的卷筒端部尺寸，按需而定
L----固定繩尾所需長(zhǎng)度，L≈3P
L=（+Z）
其中：H----最大起升高度，H=6000mm；
m-----滑輪組倍數(shù)，電動(dòng)葫蘆中m=2；
P-----繩槽節(jié)距，P=15mm
所以： L= （+Z）P
=（×15
=402mm
L按需而定，取： L=25mm
L≈3P
=3×15mm
=45mm
所以 ： L= L+2L+L
=402+50+45
=500mm
3.2卷筒強(qiáng)度計(jì)算
由≤機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本≥表8—1—55得L>3D，所以只需校核由彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力，計(jì)算公式：
δ =≤δ（MP）
M--由鋼絲繩最大拉力引起的卷筒的最大彎矩N.mm
W—抗彎截面模數(shù)
（mm）
D—卷筒繩槽底徑，mm
D--卷筒內(nèi)徑，mm
δ--許用拉應(yīng)力，Mpa
鋼：δ=，δ--屈服強(qiáng)度
=151446mm
M=7350000N.mm
=7350N.m
δ=
=48.5Mpa
δ=225Mpa δ=112.5Mpa
δ≤δ
所以可以選用
3.3卷筒支撐的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)思路
套筒是依靠于變速器和電機(jī)的連接，在空間才有了正確的位置，考慮卷筒的裝配以及卷筒的加工，卷筒的支撐件，一端才用于卷筒不可進(jìn)行拆裝的支撐部位進(jìn)行支撐，此端位于電機(jī)軸連接端與電機(jī)軸連接端的支撐部位需要通過(guò)一個(gè)軸承與電機(jī)軸連接軸承套在電機(jī)軸端，軸承裝在卷筒的支撐部位，支撐部位相當(dāng)于軸承套，其一端有一個(gè)凸臺(tái)，作用在限位，另一端采用與卷筒可進(jìn)行拆裝的單獨(dú)支撐件進(jìn)行支撐，該支撐件的三維圖如下所示，他與變速器的輸出軸連接，他有兩個(gè)作用，首先是起到支撐卷筒的作用，其次是傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，把減速器輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給卷筒，使卷筒按照預(yù)期的目標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，提升重物。
圖3-2支撐件
3.4套筒
圖3-3套筒
套筒上懸掛電動(dòng)小車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-4所示：
圖3-4懸掛電動(dòng)小車機(jī)構(gòu)
套筒裝配效果圖如圖3-5所示：
圖3-5套筒裝配效果圖
3.5吊鉤的選擇
根據(jù)機(jī)械性能其強(qiáng)度等級(jí)選P級(jí)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》鉤號(hào)選2.5，起重量為5t的吊鉤（單鉤）
圖3-6
四、起升電動(dòng)機(jī)及聯(lián)軸器的選擇
ZD系列電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)葫蘆的起升電機(jī)，或用于要求起動(dòng)較大及制動(dòng)力矩較大的驅(qū)動(dòng)裝置，也可以在起重運(yùn)輸機(jī)械，機(jī)床，生產(chǎn)流水線和其它需要迅速制動(dòng)的場(chǎng)合中使用，本系列電機(jī)采用50Hz、380V電源，基準(zhǔn)工作制S3，負(fù)載持續(xù)率25%，通電啟動(dòng)次數(shù)是每小時(shí)120 次。
本系列電機(jī)為臥式電動(dòng)機(jī)，采用圓錐面制動(dòng)器，輸出端軸伸為矩形花鍵，機(jī)座不帶底腳，前端蓋有凸緣（法蘭式）安裝孔在前端蓋凸緣上，本系列電動(dòng)機(jī)為封閉式結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為自扇冷式ICO141，絕緣等級(jí)為B級(jí)。
4.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率
Pj=(KW)
式中：Q,V—起升載荷及起升速度
η—機(jī)構(gòu)總效率 η=ηηηη
η--滑輪組效率，由手冊(cè)表中查到η=0.98
η--導(dǎo)向滑輪效率，由手冊(cè)表中查到η=0.98
η--卷筒效率，由手冊(cè)表中查到η=0.985
η--傳動(dòng)效率，由手冊(cè)表中查到η=0.95
Pj=(KW)
=（KW）
=4.43（KW）
4.2確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
卷筒的工作轉(zhuǎn)速為
η=
=r/min
=16.54r/min
推薦的合理傳動(dòng)比范圍，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的三級(jí)同軸減速器的傳動(dòng)比為i=28-315，故電動(dòng)機(jī)的可選范圍為
η=iη=（28-315）×16.45r/min
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1380r/min，1400r/min，再根據(jù)計(jì)算出來(lái)的功率，由電動(dòng)機(jī)選型手冊(cè)查得符合這一要求的只有ZD32-4，P=4.5KW型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，ZD32-4錐形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表4-1所示：
型號(hào)
功率
KW
轉(zhuǎn)速
r/
min
額定電流
A
最大轉(zhuǎn)矩
zm
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
zm
起動(dòng)電流
A
效率
η
功率因數(shù)
制動(dòng)力矩
Nzxm
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
Kg/m
重量
（Kg）
額定轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)矩
ZD32-4
4.5
1380
11
2.7
2.7
60
0.78
0.80
62.72
0.16
62.7
表4-1
4.3聯(lián)軸器的選擇
起重機(jī)用聯(lián)軸器常用的有齒式聯(lián)軸器、梅花彈性聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、萬(wàn)向聯(lián)軸器、耦合器等。由于鋼絲繩電動(dòng)葫蘆有其特殊性，電機(jī)和減速器的輸出軸的距離較遠(yuǎn)及兩軸的平行誤差較大，查設(shè)計(jì)手冊(cè)選用GCL型齒式聯(lián)軸器。
T=TKKK
=9550 KKK
≤T（N.m）
T--理論轉(zhuǎn)矩，N.m
P--驅(qū)動(dòng)功率，KW，P=4.5KW
n—工作轉(zhuǎn)速，r/min，n=1380r/min
K--電動(dòng)機(jī)系數(shù)，K=1.0
K—工況系數(shù)，K=1.75
K--啟動(dòng)系數(shù)，K=1.0
K--溫度系數(shù)，K=1.0
T--公稱轉(zhuǎn)矩
T=TKKK
=
=54.5（N.m）
查設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇GCL型齒式聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩TN=400N.m，聯(lián)軸器外形如下圖
圖4-1 聯(lián)軸器
五.傳動(dòng)比及傳動(dòng)裝置參數(shù)的計(jì)算
5.1計(jì)算總傳動(dòng)比
已選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為ZD32-4，滿載轉(zhuǎn)速為1380r/min
i=
==83.4
5.2分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比
按浸油潤(rùn)滑條件考慮，同時(shí)要考慮三級(jí)同軸線式定軸傳動(dòng)的減速器箱體的尺寸，取第一級(jí)傳動(dòng)比 i=1.4i i=1.76 i
i=3.2 i=1.4×3.2=4.5 i=5.6
要注意傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)比只有在傳動(dòng)件的參數(shù)（例如齒數(shù)，帶輪直徑等）確定后才能準(zhǔn)確計(jì)算，故工作機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速只有在傳動(dòng)件設(shè)計(jì)計(jì)算完成后進(jìn)行核算，一般允許與設(shè)計(jì)要求的轉(zhuǎn)速有（3-5）%的誤差。
5.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
5.3.1各軸轉(zhuǎn)速