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
第六部分总结
经过此次方案设计，对我们设计专业的学生，尤其对缺乏锻炼的我们，是一次知识、能力的综合测试。
本次方案以电动卷扬机结构方案设计，从功能原理分析，到方案设计，评优，对方案中主要参数做了设计。
运用参考资料，以用少有的经验，对我们自主设计的素质起到良好的锻炼。
此方案题目灵活，尤其促进我们的大脑创造力对我们的思考问题方式指明了一个确切方向，为以后的学习及工作奠定了基础。
参考文献
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