自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計摘要本設(shè)計主要介紹了液壓卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、總體設(shè)計及工作情況。其中對液壓卷揚(yáng)機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計做了分析和理論推導(dǎo),為開發(fā)同類產(chǎn)品提供了設(shè)計方法。卷揚(yáng)機(jī)是鉆探施工中升降鉆具、套管及處理孔內(nèi)事故的主要設(shè)備之一。液壓卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,傳動平穩(wěn),調(diào)整范圍大,操縱簡單,易于安裝。它即可與鉆機(jī)配套,又可獨(dú)立使用,是一個很值得開發(fā)的產(chǎn)品。隨著我國各項事業(yè)的迅猛發(fā)展,對相關(guān)設(shè)備的安全性、方便靈活性和工作效率提出了更高的要求。為滿足現(xiàn)在施工升降機(jī)的需要及冶金、礦山、輕工等行業(yè)起重設(shè)備更新之需,設(shè)計制造自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)是事在必行的。本卷揚(yáng)機(jī)采用三級行星齒輪傳動，行星齒輪傳動體積小，能夠滿足卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)要求，同時行星齒輪傳動效率高，承載能力大，工作平穩(wěn)，用三級行星齒輪傳動增大了轉(zhuǎn)動比，從而達(dá)到了設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)；卷筒；傳動比；行星齒輪；效率- 46 -AbstractThe paper introduces the structure, design and working condition of a hydraulic hoister. Make analysis and theoretical guide for the hydraulic hoister which provides design methods for the development of similar products. Hoister is one of the main equipment in drilling construction tripping, casing and handling accidents in the hole. Hydraulic hoister has the compact structure, smooth transmission, large adjustment range, manipulating simple and easy to install. It can be used independently, and is a very worthwhile product to development. With the rapid development of many kinds of enterprise in our country, many requests are set for the convenience flexibility and the working efficiency of the correlation equipment security. To meet the needs of modern construction and the updating of metallurgy, mining, light industry and other sectors lifting equipment, design the freedom hook-dropping hoister is going necessarily. The hoister used three planetary gear, the driving volume of planetary gear is small, which can meet the structural requirements of hoister, Meanwhile planetary gear has high driving efficiency, bearing capability is great, smooth, three level planetary gear is used to increase the transmission ratio, so as to achieve the design requirements. Key words: The Freedom Hook-dropping Hoister; Drum; Velocity Ratio; Planet Gear; Efficiency目錄摘要IAbstractII目錄III前言1第1章 緒論11.1 選題的背景和的11.2國內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果21.3對選題的研究設(shè)想、研究方法21.4預(yù)期結(jié)果和意義3第2章 自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)52.1基本參數(shù)52.1.1鋼絲繩的額定拉力52.1.2鋼絲繩的平均速度52.1.3鋼絲繩的卷繞長度52.2工作級別和載荷狀態(tài)52.3本章小結(jié)7第3章 卷揚(yáng)機(jī)的總體方案設(shè)計83.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計83.2 自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計103.3傳動系統(tǒng)的設(shè)計113.3.1 馬達(dá)的選取113.3.2 傳動系統(tǒng)方案的種類123.3.3傳動系統(tǒng)的確定183.3.4 傳動系統(tǒng)各級齒輪參數(shù)選擇計算193.3.5 傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)，動力學(xué)及效率計算263.4本章小結(jié)27第4章 主軸部分的設(shè)計284.1 軸的設(shè)計284.2 本章小結(jié)31第5章 離合器和制動器的選擇325.1離合器的選擇325.1.1離合器的概念325.1.2 離合器的分類及功用335.1.3 常閉離合器的計算35.2 制動器的選擇385.3 本章小結(jié)39結(jié)論41參考文獻(xiàn)42第1章 緒 論1.1 選題的背景和目的眾所周知卷揚(yáng)機(jī)在工程領(lǐng)域是廣泛應(yīng)用的一種機(jī)械設(shè)備，國內(nèi)外均對發(fā)展其相關(guān)技術(shù)很重視。目前國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)的減速傳動機(jī)構(gòu)大都使用傳統(tǒng)的定軸輪系減速器，驅(qū)動方式主要是機(jī)械式，制動裝置大都采用電磁塊式制動，控制方式則為單一的手動或電動控制。而國外的卷揚(yáng)機(jī)減速傳動機(jī)構(gòu)普遍使用了蝸輪減速器或行星減速器行星減速器因為體積小，易于應(yīng)用于各種規(guī)格，故用得最多，驅(qū)動方式有機(jī)械和液力驅(qū)動兩種，制動裝置則采用制動效能更高的多片摩擦片制動，控制方式采用了更安全可靠的遙控控制，并且由于使用了微處理器，能對卷揚(yáng)機(jī)使用中的復(fù)雜工況進(jìn)行全工況的自動控制并提供安全保護(hù)措施。在傳動方面，從國外的發(fā)展情況看，行星減速器的推廣使用成了國內(nèi)卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。各種競爭機(jī)制的引入，科技是第一生產(chǎn)力的概念逐漸被人們所認(rèn)識，所接受。改革開放之后是我國卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計制造技術(shù)發(fā)展最快的時期。國家也制定了有關(guān)卷揚(yáng)機(jī)的配套標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。新產(chǎn)品種數(shù)近十個，其中最具有代表性的產(chǎn)品有福建省機(jī)械廠的行星傳動卷揚(yáng)機(jī)、昆明機(jī)械廠的少齒差傳動卷揚(yáng)機(jī)、長沙建筑機(jī)械研究所與福州市建筑機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)的仿日本sebum公司采用立式齒輪傳動的電控卷揚(yáng)機(jī)，廣州市一建公司機(jī)械廠的高速卷揚(yáng)機(jī)適應(yīng)高層建筑的多功能需要，而江蘇海門第三機(jī)械廠引進(jìn)專利技術(shù)開發(fā)的系列多排頂桿蠕動傳動的卷揚(yáng)機(jī)分為三大系列:即電控、手控和微機(jī)程控三大類，其綜合性能優(yōu)于代表國際先進(jìn)水平的Seibu一字型卷揚(yáng)機(jī)，使我國的卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)跨入世界先進(jìn)行列。1991年10月通過的省科委組織的專家鑒定意見:該產(chǎn)品整機(jī)組合合理、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、過載能力強(qiáng)、工作安全可靠，與同類產(chǎn)品相比，居國內(nèi)先進(jìn)水平，其中傳動方式部分的設(shè)計構(gòu)思獨(dú)特、新穎，受力均勻、合理，屬國內(nèi)外首創(chuàng)。 本設(shè)計的最終目的就是在總結(jié)前人已有成果的基礎(chǔ)上再進(jìn)行合理的設(shè)計和布局，對不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對相關(guān)的部件的材料進(jìn)行更新使其更能適應(yīng)高強(qiáng)度的工作。并且在內(nèi)部構(gòu)造和外部結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面能夠體現(xiàn)出新穎的一方面，達(dá)到即能適合多方面工作又降低成本的目的。1.2國內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果目前國內(nèi)外廣泛使用的卷揚(yáng)機(jī)，一般均有電機(jī)、制動器、獨(dú)立的減速箱、鋼繩卷筒、底架等組成。它們的減速箱通常采用笨重的齒輪減速箱或蝸輪蝸桿減速箱，電機(jī)與減速箱、鋼繩卷筒的安裝形式一般有“幾”型、"J"型、“”型等。普遍存在的不足是:體積大、過載能力差、噪音大、效率低、使用壽命短、工作不夠安全可靠等，有些產(chǎn)品還已列入國家淘汰產(chǎn)品。國內(nèi)外的卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計都在致力于縮小體積、減輕重量，提高承載能力，節(jié)省能源，工作安全可靠，但都沒有理想的可供選擇的卷筒內(nèi)藏減速傳動裝置，而使設(shè)計、試制工作遇到困難。卷揚(yáng)機(jī)的類別按工作級別和用途分為四種類別：不經(jīng)常使用，輕或中等載荷狀態(tài)的快速和滿素卷揚(yáng)機(jī)。如用于工程安裝，設(shè)備搬運(yùn)等。經(jīng)常中等使用，中等載荷狀態(tài)和快速卷揚(yáng)機(jī)。如垂直吊運(yùn)、傾斜拖運(yùn)、水平拽引和牽引等。經(jīng)常較繁忙使用，中等載荷狀態(tài)的快速卷揚(yáng)機(jī)。如與井字架、人字架和桅桿等配套使用垂直吊運(yùn)。經(jīng)?；蚍泵κ褂茫丶壿d荷狀態(tài)的快速和慢速卷揚(yáng)機(jī)。如斜坡拽引、牽引、冷拉鋼筋、打樁等。1.3對選題的研究設(shè)想及研究方法 作為卷揚(yáng)機(jī)的設(shè)計、研究，目前國內(nèi)外公認(rèn)的“一”字型結(jié)構(gòu)是最合理的結(jié)構(gòu)形式，它具有外型簡潔、體積小、重量輕、便于運(yùn)輸，安裝方便，把傳動裝置置鋼繩卷筒內(nèi)又是“一”字型結(jié)構(gòu)的卷揚(yáng)機(jī)中最理想結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外的其它形式的卷揚(yáng)機(jī)由于未能解決傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)藏卷筒的難題，即使將少齒差傳動裝置勉強(qiáng)設(shè)置在卷筒內(nèi)，但卷筒直徑變大，安裝維修不方便，成本又高，得不償失，因此未能推廣應(yīng)用，使設(shè)計生產(chǎn)無法有突破性的進(jìn)展;而內(nèi)藏減速器的卷筒的關(guān)鍵是未能找到合適的傳動機(jī)構(gòu)。采用多排頂桿蠕動減速機(jī)構(gòu)內(nèi)藏鋼繩卷筒的結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)“一”字型結(jié)構(gòu)中最合理的一種形式，它將卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)化成簡單的二體組成:電機(jī)及鋼繩卷筒。這在國內(nèi)外的卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計中還無先例報道。卷揚(yáng)機(jī)是屬于工程機(jī)械的范疇，又是全國工程機(jī)械的基礎(chǔ)設(shè)施。目前國內(nèi)生產(chǎn)的輕型卷揚(yáng)機(jī)1.5T,2T,3T等系列產(chǎn)品在市場上銷量最大，主要用于建筑、港口、船舶等行業(yè)。從使用情況看，光面卷筒在實際作業(yè)時，鋼絲繩卷繞凌亂，互相交叉擠壓;鋼絲繩壽命降低;在起重或牽引時，操作者往往要超負(fù)荷運(yùn)行，因不能緩沖，無過載保護(hù)作用，容易拉壞機(jī)件，發(fā)生事故;在傳動系統(tǒng)中，一般都采用2級齒輪傳動減速器，電動機(jī)與減速器輸入軸采用彈性柱銷聯(lián)軸器，傳動系統(tǒng)占產(chǎn)品總成本3040%左右。1.4預(yù)期結(jié)果和意義通過查閱相關(guān)資料，并搜集國內(nèi)外卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計樣本。再經(jīng)過自己的設(shè)計，把相關(guān)的設(shè)計理念應(yīng)用到設(shè)計中。產(chǎn)品的性能不但能實現(xiàn)自由落鉤的功能，而且在應(yīng)用性能、安全性、實用性等方面會達(dá)到理想的效果。從大的方面來看，國內(nèi)外的卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計都在致力于縮小體積、減輕重量，提高承載能力，節(jié)省能源，工作安全可靠，但都沒有理想的可供選擇的卷筒內(nèi)藏減速傳動裝置，而使設(shè)計、試制工作遇到困難。卷揚(yáng)機(jī)在當(dāng)今國家建設(shè)中所占的地位，由材料可以看出卷揚(yáng)機(jī)在當(dāng)今社會里的地位是舉足輕重的。另外還根據(jù)設(shè)計要求列出了卷揚(yáng)機(jī)的類型，更加了解了卷揚(yáng)機(jī)這個概念，為后面的設(shè)計過程提供了重要的理論依據(jù)。Stocky系列卷揚(yáng)機(jī)采用多排頂桿蠕動減速裝置，并將該減速裝置直接設(shè)置于卷筒內(nèi)，使設(shè)計的卷揚(yáng)機(jī)達(dá)到體積小、重量輕、過載能力大、節(jié)省能源、工作安全可靠。它的結(jié)構(gòu)是:由減速裝置內(nèi)藏于鋼繩卷筒內(nèi)的鋼繩卷筒、左右支架、底架及錐形制動電呈一字型設(shè)置，便于安裝運(yùn)輸，力求最佳外型結(jié)構(gòu)形式。由于制造安裝方面的誤差，使傳動性能及傳動效率也受到一定影響。鑒于這些原因，有必要對老產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，以提高產(chǎn)品性能，降低成本，滿足使用要求及適應(yīng)市場競爭的需要。卷揚(yáng)機(jī)作為建筑機(jī)械中最基本的設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、操作方便，對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，因此在建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、海運(yùn)、交通、化工、冶金和油田等部門中用于起重、拖重物等工作，也是每個建筑工地、每個工程隊必不可少的設(shè)備。由此可見設(shè)計制造性能可靠，結(jié)構(gòu)合理的自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)是很有必要的。第2章 自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)2.1基本參數(shù)2.1.1鋼絲繩的額定拉力額定拉力是指鋼絲繩繞入卷筒的截面處所允許的最大正常拉力。因此額定拉力應(yīng)是被吊物體的重量和吊具等自重的總和。本課題單繩拉力為（30噸）294KN2.1.2鋼絲繩的平均速度鋼絲繩的速度是指鋼絲繩的直線移動速度。由于建筑卷揚(yáng)機(jī)均為多層卷繞，故取其最里層卷繞和最外層卷繞時的平均值作為鋼絲繩的平均速度。鋼絲繩的平均速度vk=45m/min2.1.3鋼絲繩的卷繞長度在額定拉力的作用下，允許卷筒卷繞鋼絲繩的最大長度。卷筒的直徑為1000mm,鋼絲繩的直徑為40 mm，經(jīng)計算可得為1240 mm。2.2工作級別和載荷狀態(tài)工作級別是按利用等級和載荷狀態(tài)的不同，根據(jù)JG/T5031-93的規(guī)定，將卷揚(yáng)機(jī)分為A1A2八個工作級別，見表2.1表2.1 卷揚(yáng)機(jī)工作級別使用時間（h）總使用時間（h）利 用 等 級 載荷狀態(tài)（輕）（中）（重）（特重）根據(jù)表2.1可選工作級別為Q3（重）利用等級是按卷揚(yáng)機(jī)在設(shè)計壽命期限內(nèi)的總工作循環(huán)次數(shù)N，分為五擋八個等級，見表2.2選擇卷揚(yáng)機(jī)利用等級為U5。表2.2 利用等級利用等級N 說明U0不經(jīng)常使用U1U2U3U4經(jīng)常清閑使用U5經(jīng)常中等使用U6有時繁忙使用U7繁忙使用正確選定卷揚(yáng)機(jī)的工作級別和利用等級是設(shè)計計算和確保使用壽命的重要條件。一般說來，對機(jī)械零件的壽命T產(chǎn)生最大影響的是鋼絲繩拉力的大小，即載荷大小，可用下式表示。 (2.1)式中Fe鋼絲繩的額定拉力(N)n由材料等因素決定的指數(shù)，對于卷揚(yáng)機(jī)可近似取n=3卷揚(yáng)機(jī)很少在相同載荷下工作，其載荷狀態(tài)是千差萬別的，所以要采用平均有效載荷，用立方根平均值來計算。理論上用當(dāng)量拉力系數(shù)Kd值表示載荷與時間的關(guān)系，用下式表示: (2.2) 式中Fi鋼絲繩承受的第i個拉力(N)根據(jù)載荷譜系數(shù)可得出相應(yīng)的當(dāng)量拉力系數(shù)Kd，見表2.3表2.3 載荷譜系數(shù)與拉力系數(shù)的關(guān)系載荷狀態(tài)KPKd說明Q1（輕）0.125通常承受1/3的額定拉力，很少承受額定拉力Q2（中）0.25通常承受1/32/3的額定拉力，有時承受額定拉力Q3（重）0.50通常承受2/3以上的額定拉力，較多承受額定拉力Q4（特重）1.00頻繁地承受額定拉力或者與額定拉力相近2.3本章小結(jié)本小節(jié)主要列出了卷揚(yáng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和即將計算出的數(shù)據(jù)，為后面章節(jié)的數(shù)據(jù)計算和設(shè)計提供了理論和數(shù)據(jù)依據(jù)。第3章 卷揚(yáng)機(jī)的總體方案設(shè)計3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計近幾年來,卷揚(yáng)機(jī)得到了較大的發(fā)展,但由于各種原因,我國目前生產(chǎn)的卷揚(yáng)機(jī)還存在著品種雜亂、同一噸位產(chǎn)品的傳動型式結(jié)構(gòu)差別大,選用不便、維修困難,系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度低等問題。內(nèi)蒙古建筑機(jī)械廠在90年代末期生產(chǎn)的JK1卷揚(yáng)機(jī)是新型機(jī)型,結(jié)構(gòu)緊湊,布局合理,技術(shù)參數(shù)比較先進(jìn),使用性能良好,制動可靠,維修方便,操作靈活。但經(jīng)多年生產(chǎn),也發(fā)現(xiàn)存在一些問題。為此,還需進(jìn)行以下改進(jìn)。3.1.1.減速箱體密封性能改進(jìn)在JK1卷揚(yáng)機(jī)使用過程中發(fā)現(xiàn)減速箱體滲漏油,部位集中在高速軸與輸出軸的密封處及輸出軸與箱體之間(如圖3.1)。經(jīng)分析測量,發(fā)現(xiàn)滲漏油的原因是軸承蓋與輸出軸之間毛氈密封不可靠,密封效果達(dá)不到設(shè)計要求;而高速軸與輸出軸之間滲油主要原因是孔套內(nèi)外徑的圓柱度及同軸度未達(dá)到設(shè)計要求的精度,而要達(dá)到圖紙設(shè)計精度要求需增加磨削工序和配套工藝裝備,這樣增加了制造成本。因此,必須對這兩處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)(如圖3.2),在孔套的外徑上加工密封槽,放置O型密封圈,這樣既降低孔套外徑形位精度且密封效果良好。另外把軸承蓋的毛氈密封改為O型密封,效果良好。1.擋圈 2.油封 3. 孔套 4.軸承 5. 軸套 6. 軸承蓋 7.高速軸 8. 輸出軸 9. 軸承 10. 箱體圖3.1 密封處結(jié)構(gòu)圖3.2 改進(jìn)后密封結(jié)構(gòu)3.1.2.聯(lián)軸器型式的改進(jìn)JK1卷揚(yáng)機(jī)原設(shè)計采用輪胎式聯(lián)軸器,這種聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,彈性好,扭轉(zhuǎn)剛度小,減振能力強(qiáng),補(bǔ)償兩軸相對位移量大;但徑向外形尺寸大,附加軸向載荷大,且輪胎易老化,在實際使用中,拆裝復(fù)雜,增加了裝配難度。經(jīng)對目前國內(nèi)生產(chǎn)的聯(lián)軸器比較,改用了梅花型彈性聯(lián)軸器。它具有結(jié)構(gòu)簡單、彈性好、扭轉(zhuǎn)剛度小等優(yōu)點,而且外形尺寸小、軸向載荷小、拆裝簡單、彈性元件使用壽命長。通過幾年使用證明,梅花型彈性聯(lián)軸器安全性、可靠性都優(yōu)于原設(shè)計的輪胎式聯(lián)軸器。3.1.3.齒輪材料的改進(jìn)JK1卷揚(yáng)機(jī)原設(shè)計齒輪材料為ZG340640 (ZG55),加工工藝性差,鑄造缺陷造成很高的廢品率,生產(chǎn)成本很高。用QT700-2球墨鑄鐵取代ZG55,采用球鐵齒輪。校核其接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都好于鑄鋼齒輪,鑄造廢品率也大大降低,機(jī)加工工藝性也有了一定的改善。兩種材料的機(jī)械性能對比見表3.1表3.1 材料機(jī)械性能對比牌號（MPa）(MPa) HBZG340-640 64034010229260QT700-270042022253053.1.4.控制電路的改進(jìn)JK1卷揚(yáng)機(jī)原設(shè)計采用電磁起動器控制電路,安全性差,事故較頻繁。根據(jù)GB1332991建筑卷揚(yáng)機(jī)安全規(guī)程和JG/T503193建筑卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計規(guī)范,進(jìn)行了重設(shè)計。新設(shè)計的電控箱采用一個主接觸器和一對控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的接觸器,另加熱繼電器作過載保護(hù),控制采用按鈕盒,可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作,在電控箱中預(yù)留了接線端子,可串接上、下限位和極限裝置。為實現(xiàn)與我廠生產(chǎn)的SS100提升機(jī)配套使用,還增加了相序繼電器。改進(jìn)后的電控箱能實現(xiàn)急停、短路、過載和失壓、零位、缺斷相保護(hù),增強(qiáng)了使用安全性和可靠性,完善了整機(jī)技術(shù)性能,在用戶中樹立了良好的信譽(yù),提高了我廠卷揚(yáng)機(jī)在市場的占有率。3.2 自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計30噸液壓卷揚(yáng)機(jī)負(fù)載較大,這就要求卷揚(yáng)機(jī)的工作運(yùn)行及制動必須安全可靠,而且傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要緊湊，操作要方便。設(shè)計卷揚(yáng)機(jī)首先要確定卷筒直徑，因為它直接影響卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速。如果卷筒直徑大，會使卷揚(yáng)機(jī)的漲、抱閘系統(tǒng)的直徑增大，其產(chǎn)生的力矩大大增加；還使卷揚(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，達(dá)不到設(shè)計要求。我們確定鋼絲繩的直徑d=40mm，卷筒的計算直徑D=1000mm。根據(jù)改進(jìn)的要求設(shè)計自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)（見圖3.3）1-液壓馬達(dá)；2-減速器；3-支架；4-卷筒；5-制動器；6-離合裝置圖3.3 自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3.3傳動系統(tǒng)的設(shè)計3.3.1 馬達(dá)的選取 卷筒直徑確定后，可以進(jìn)行卷揚(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計算，由技術(shù)參數(shù)所知，卷揚(yáng)機(jī)在全載是的線速度V=45mm/min，因此得到卷揚(yáng)機(jī)在全載時的輸出轉(zhuǎn)速n卷=13r/min。這樣初估卷揚(yáng)機(jī)的總功率:KW式中：卷揚(yáng)機(jī)初估總效率，取0.8。選擇型號為GYA6V160HAZFSZ1000的斜軸式變量馬達(dá)。（機(jī)械設(shè)計手冊液壓傳動篇）該馬達(dá)的技術(shù)參數(shù)：排量：ml/r最高轉(zhuǎn)速rpm最大壓力Mpa因此卷揚(yáng)機(jī)傳動系統(tǒng)的最大傳動比：馬達(dá)扭矩：NMNM卷筒速比：系統(tǒng)流量：390L/min卷筒扭矩： NM NM馬達(dá)轉(zhuǎn)速： rpm rpm卷筒的轉(zhuǎn)速： rpm 3.3.2 傳動系統(tǒng)方案的種類目前，國內(nèi)外卷揚(yáng)機(jī)常用傳動結(jié)構(gòu)如圖3.43.9所示，按其實現(xiàn)原理可分為三種類型: 1.錐型離合器型結(jié)構(gòu)特點是卷筒直接和離合器相聯(lián)。整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸大、噪音高，傳動效率低，離合器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。(見圖3.4)圖3.4 錐型離合器型傳動結(jié)構(gòu)2.差動行星離合器型結(jié)構(gòu)特點是卷筒通過一級NGW行星傳動與離合器制動原件相聯(lián)，離合時是通過該級NGW機(jī)構(gòu)的差速運(yùn)動實現(xiàn)的。該種結(jié)構(gòu)外形尺寸較小，嗓音較小，傳動效率高。(見圖3.5,3.6) 圖3.5 差動行星離合器型傳動結(jié)構(gòu)3.封閉行星離合器該結(jié)構(gòu)器制動原件相聯(lián)，離合時是通過整個封閉行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)的差速運(yùn)動實現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)外形尺寸小，自重小，噪音低，傳動效率高。以圖3.9所示結(jié)構(gòu)為最佳，它充分發(fā)揮了NGW傳動的優(yōu)點。特點是卷筒通過封閉行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)與離合(見圖3.7,3.8,3.9)綜上所述，封閉行星傳動溜放型卷揚(yáng)機(jī)屬先進(jìn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，是值得推廣的。由于采用了封閉行星齒輪傳動，在設(shè)計上有其特殊性。圖3.6 差動行星離合器型傳動結(jié)構(gòu)圖3.7 封閉行星離合器型傳動結(jié)構(gòu)圖3.8 封閉行星離合器型傳動結(jié)構(gòu)16中代號 T制動器 L離合器圖3.9 封閉行星離合器型傳動結(jié)構(gòu)(1) 封閉行星齒輪傳動的概念封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)的傳動系統(tǒng)采用了封閉行星齒輪傳動，這種傳動是用第二級行星傳動(或其它定軸輪系)，封閉第一級差動行星傳動后所得到的組合傳動機(jī)構(gòu)。在該組合機(jī)溝中，單獨(dú)與差動輪系的一個基本構(gòu)件相聯(lián)接的伸出軸標(biāo)號為C，封閉機(jī)構(gòu)的伸出軸標(biāo)號為I。在差動輪系中，被封閉的兩個基礎(chǔ)構(gòu)件分別標(biāo)號為a和b，若該兩基本構(gòu)件中包括行星架，則行星架標(biāo)號為b，而另一基本構(gòu)件標(biāo)號為as根據(jù)以上規(guī)定，為便于分析，在圖3.73.9中分別標(biāo)出了封閉行星齒輪傳動的C、I、a、b等構(gòu)件。(2) 封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)自由度分析在圖所示機(jī)構(gòu)中，自由度可按確定平面機(jī)構(gòu)自由度的公式計算: (3.1)式中 W:機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目; :機(jī)構(gòu)活動構(gòu)件數(shù):低副數(shù)目; :高副數(shù)目。 在圖所示機(jī)構(gòu)中，制動器、離合器中僅有一個制動時，n=5, =5, =4，此時: =1 自由度數(shù)為1，表明卷揚(yáng)機(jī)輸出運(yùn)動確定。 當(dāng)圖所示機(jī)構(gòu)中，制動器、離合器均不制動時: n=6, =6, =4，此時: W=2此時呈溜放狀態(tài)。慢速起吊和快速溜放是自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)所具有的特點. (3) 封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)傳動比計算在圖所示傳動中，根據(jù)相對運(yùn)動原理，可推得構(gòu)件C、a、b的轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系: (3.2)用，除以式(3.2)兩邊得: (3.3)根據(jù)式(3.3)可計算封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)的傳動比。(4) 封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)效率的計算封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)效率計算的關(guān)鍵是封閉行星齒輪傳動效率的計算.在以2K-H負(fù)號機(jī)構(gòu)或的2K-H正號機(jī)構(gòu)作為封閉行星齒輪傳動的差動機(jī)構(gòu)時，一般情況下、小于0.1，效率可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)選用表3.2中所推薦的公式計算。封閉行星齒輪傳動的效率是機(jī)構(gòu)的不同和循環(huán)功率是否存在而不同.循環(huán)功率的存在，將使傳動效率降低，零件強(qiáng)度計算尺寸增大。對于循環(huán)功率將另文分析。 (5) 封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)各構(gòu)件轉(zhuǎn)動計算在圖3.43.6所示機(jī)構(gòu)中，根據(jù)相對運(yùn)動原理，機(jī)構(gòu)中任意三個構(gòu)件A,B,C的轉(zhuǎn)速均有表3.2 封閉行星齒輪效率的選用主動件差動輪系a-b-C中 C為行星架CI主動件差動輪系a-b-C中 b為行星架CI注:為行星架固定時, a-b-C傳動的損失系數(shù). 分別為a-I和b-I傳動損失系數(shù). （3.4） 根據(jù)式(3.4)及輸入軸轉(zhuǎn)速、總傳動比、各輪齒數(shù)，即可按先易后難分別求得各構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。(6) 封閉行級齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)各構(gòu)件力矩的計算在不計摩擦損失的條件下，根據(jù)力矩平衡條件及能t守恒定律，行星傳動中三個基本構(gòu)件A,B,C的力矩、功率有如下關(guān)系: （3.5） （3.6）可推得: （3.7） （3.8）在設(shè)計中，載荷引起的卷筒力矩為: (3.9) 式中 為卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩額定拉力 為卷筒基準(zhǔn)層直徑卷揚(yáng)機(jī)輸入軸力矩M,則為: (3.10)式中及分別為卷揚(yáng)機(jī)的傳動比和傳動效率 可求得各構(gòu)件傳遞的力矩.以M為已知參數(shù)，不計傳動效率求出各構(gòu)件力矩進(jìn)行構(gòu)件強(qiáng)度校核，其結(jié)果偏于安全。(7) 封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計現(xiàn)以1988年我國建筑卷揚(yáng)機(jī)行業(yè)聯(lián)合設(shè)計組，根據(jù)建設(shè)部新產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃而開發(fā)的封閉行星齒輪傳動卷揚(yáng)機(jī)系列設(shè)計為例，說明設(shè)計要點。該系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖 3.8，技術(shù)性能見表3.33.3.3傳動系統(tǒng)的確定前面已經(jīng)初步確定了總的傳動比為274，要完成這樣大的傳動比,采用了3級行星齒輪傳動(見圖3.10)。行星齒輪傳動體積小,能夠滿足卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)要求,同時行星齒輪傳動效率高,承載能力大,工作平穩(wěn),用3級行星齒輪傳動增大了傳動比。表3.3 卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)參數(shù) 型 號項 目JK0.75JK1JK1.25JK1.6JK2JK2.5鋼絲繩的額定拉力KN7.51012.5162025鋼絲繩的額定速度m/min394047494545鋼絲繩直徑mm9.3111112.51515卷筒容繩量m120120150150200200卷筒直徑mm250275275310350350卷筒長度mm250275275310350350電動機(jī)功率KW5.57.5111518.522轉(zhuǎn)速r/min144014401446146014701470整機(jī)質(zhì)量t0.290.3950.4250.760.981.053.3.4 傳動系統(tǒng)各級齒輪參數(shù)選擇計算1.傳動比分配用角標(biāo)表示高速級參數(shù)，、表示低速級參數(shù)。設(shè)高、低速級外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則因為：， ， ， ， 所以：查圖24.2-4得2.高速級計算 （1）配齒計算查表（以下查表都指機(jī)械設(shè)計手冊第三卷）取行星輪數(shù)目確定各輪齒數(shù)，按1.1-2所述配齒方法進(jìn)行計算圖3.10 封閉三級行星齒輪傳動系統(tǒng)適當(dāng)調(diào)整 使C為整數(shù)所以 =12=采用不等角變位，取=35 則由圖24.2-3可查出適合的預(yù)計嚙合角的范圍，預(yù)取 （2）按接觸強(qiáng)度初算傳動的中心距和模數(shù)輸入轉(zhuǎn)距 NM 設(shè)載荷不均勻系數(shù)（查表24.2-16） 在一對傳動中，太陽輪傳遞的轉(zhuǎn)距 NM查得接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù),見表3.4表3.4 接觸強(qiáng)度綜合系數(shù)載荷特性接觸強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度說明平 穩(wěn) 精度高、布置對稱、硬齒面（HB>350,對接觸強(qiáng)度），采取有利于提高強(qiáng)度的變位時取低值，反之取高值中等沖擊較大沖擊 齒數(shù)比太陽輪和行星輪的材料用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度HRC5660，查圖23.2-18選取Mpa取齒寬系數(shù)按表23.2-20中的公式計算中心距 =140.59模數(shù) 取mm 未變位時 按預(yù)取嚙合角，可得傳動中心距變動系數(shù)則中心距 取 mm（3）計算傳動的實際中心距變動系數(shù)和嚙合角所以 （4） 計算傳動的變位系數(shù) 用圖23.2-7校核，在P6與P7之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。 用圖23.2-8分配變位系數(shù)，得 而（5）計算傳動的中心距變動系數(shù)和嚙合角 傳動未變位時的中心距則 =0所以 =（6）計算傳動的變位系數(shù)因為 =所以 故（7）幾何尺寸計算 按表23.2-7中的公式分別計算輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑。 經(jīng)計算數(shù)據(jù)如表3.5 表3.5 齒輪參數(shù) 齒輪參數(shù)D7221050488.22225491.78 (8)驗算傳動的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度 用相對于行星架的圓周速度確定和所用的圓周速度 m/s式中 為輪分度圓直徑。由圖23.2-18及圖23.2-29，按MQ級質(zhì)量要求取值，查得 N/mm2，N/mm2 N/mm2，N/mm2（9）根據(jù)接觸強(qiáng)度計算來確定內(nèi)齒輪材料根據(jù)表23.2-21的公式計算得Mpa 內(nèi)齒輪材料選用42CrMo調(diào)質(zhì)，要求表面硬度HB2603. 校核齒面接觸強(qiáng)度經(jīng)驗公式 （3.1）式中，分度圓上的圓周力=7063。32N使用載荷系數(shù)：查表23.2-12，=1.8節(jié)點區(qū)域系數(shù) ： 按，查圖23.2-16，=2.47查表23.2-29，故合格計算安全系數(shù)：按表23.2-22式中，壽命系數(shù)：先計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， 對調(diào)質(zhì)鋼（允許有一定的點蝕），從圖23.2-19可查得=。因為，所以取=1。按可查得=1.04 潤滑油膜影響系數(shù)：按照選用90號中極壓型工業(yè)齒輪油，其運(yùn)動粘度 。查得=0.94。 工作硬化系數(shù)：因為小齒輪齒面未硬化，齒面未光整，故取=1。 按接觸強(qiáng)度計算的尺寸系數(shù)：查得，=1。 將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的計算公式得又 。，故安全。4.校核齒根彎曲強(qiáng)度按表23.2-22N/mm2 計算安全系數(shù)：按表23.2-22 （3.2）式中，壽命系數(shù)：對調(diào)質(zhì)鋼，由圖23.2-30查得彎曲疲勞應(yīng)力的循環(huán)基數(shù)。因為，均大于，所以。相對齒根圓角敏感系數(shù)： 由圖23.2-24知。查表23.2-30，=1。相對齒根表面狀況系數(shù)：查表23.2-45，齒面粗糙度。按式（23.2-24），=1。尺寸系數(shù)=1。將以上數(shù)值代入安全系數(shù)的公式得由式（23.2.20），故安全。.低速級計算 計算過程同高速級，經(jīng)計算結(jié)果如表3.6表3.6 各齒輪參數(shù)數(shù)值級數(shù)參數(shù) 二級三級8101327681525666.235.41042165441502506601601642002051641642052050.500.50128231.304528180269.136403.3.5 傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)，動力學(xué)及效率計算 （1）傳動比的計算 根據(jù)式（3）求傳動比（參見圖3.10） 所以 滿足要求（2）封閉行星輪傳動的效率計算損失系數(shù) 的計算一對定軸齒輪傳動的損失系數(shù)按蘇聯(lián)學(xué)者庫德略夫采夫公式計算： （3.3）式中“+”號用于外嚙合副；“”號用于內(nèi)嚙合副，此時，為內(nèi)齒圈齒數(shù)。并取則。A在高速級（即abC傳動）中，行星架b固定時該傳動的損失系數(shù)為，其中外嚙合副12和內(nèi)嚙合副23的損失系數(shù)分別為：則 其他嚙合副的計算同上。效率計算因abC傳動為3KH負(fù)號機(jī)構(gòu)，且均小于0.1，在差動輪系（abC傳動）中，C主動件，b為行星架，而且C為行星架，故選用表2中式（4）計算效率：3.4本章小結(jié)在這一章里主要介紹了確定傳動機(jī)構(gòu)的過程，其中系統(tǒng)闡述了現(xiàn)在國內(nèi)外卷揚(yáng)機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的類型。另外還介紹了自由落鉤卷揚(yáng)機(jī)動力機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的選取和計算過程，在本機(jī)構(gòu)中選用的是貴州利源GY-A6V160HAZFSZ1000斜軸式柱塞變量馬達(dá)。在齒輪的參數(shù)選取和計算過程中充分考慮了行星輪系的各種因素，達(dá)到了要求。另外還進(jìn)行了傳動系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)和效率的計算。為后面的設(shè)計工作做了鋪墊。第4章 主軸部分的設(shè)計4.1 軸的設(shè)計1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估計軸的最小直徑mm考慮鍵槽對軸強(qiáng)度的影響，取mm。選用45鋼，正火硬度為170217HBS。2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的機(jī)構(gòu)簡圖如圖4.1所示。 1-調(diào)心滾子軸承 2-離合器 3-外花鍵 4-調(diào)心滾子軸承 5-卷筒 6-調(diào)心滾子軸承 7-外花鍵 8-行星架圖4.1 主軸的機(jī)構(gòu)示意圖離合器、軸承軸向定位的軸肩直徑不能太大，故加用套筒幫助承壓。其軸端固定采用圓螺母和止動墊圈。卷筒用套筒和兩端的軸承定位并承受軸向力，行星架和離合器一樣用花鍵固定在軸上。離合器的花鍵為外花鍵 三級框架的花鍵 四個調(diào)心滾子軸承，其型號分別為（B/T288-1994）23044CC/W33、23144CC/W33,其外形尺寸分別為和，因為速度因數(shù)的原因，故采用脂潤滑。3、鍵連接的強(qiáng)度的校核行星輪系中行星架與軸的連接都是用花鍵連接的，在軸的部分傳動部分和離合器與軸的連接都是用花鍵連接的。現(xiàn)在校核三級行星架鍵的強(qiáng)度。 與行星架連接處的鍵的尺寸為 ，因與行星架連接處鍵的尺寸及軸徑均較小且受載大，故只需校驗此鍵。鍵連接強(qiáng)度校核按表5-3-16公式計算，式中各參數(shù)為： Mpa mm mm 鍵連接傳遞轉(zhuǎn)距T為： N/m 鍵工作面的壓強(qiáng)P為：鍵連接強(qiáng)度通過。4、 按彎曲扭合成強(qiáng)度校核軸的直徑 圖 4.2 主軸的受力圖（1）做出軸的受力簡圖如圖4.2由圖可知當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)離合器工作時主軸帶動卷筒轉(zhuǎn)動，此時主軸受離合器的一個轉(zhuǎn)矩。（2）做出垂直面受力圖、彎矩圖。N N（3）做出水平面受力、彎矩圖。 N N（4）做出合成彎矩圖。N/m（5）做出扭矩圖。N/m（6）做出當(dāng)量彎矩（取）。N/m（7）校核軸的強(qiáng)度。查得MpaMpa 因為，所以滿足要求。5. 軸承壽命的計算 校核 圖4.1中1和6處的軸承。 據(jù)圖4.2，利用可得兩處滾動軸承的名義徑向載荷NN 兩處均采用調(diào)心滾子軸承，派生軸向力，即NN 由于，故： 當(dāng)量動載荷，取動載荷系數(shù)，即NN 取軸承預(yù)期壽命為50000小時，在機(jī)械設(shè)計手冊查得兩軸承額定動定載荷分別為。則軸承所需動載荷為 KN KN 因，所以校核結(jié)果符合要求。4.2 本章小結(jié)在本章主要介紹了卷揚(yáng)機(jī)主軸的設(shè)計過程和相關(guān)強(qiáng)度校核過程。這一部分在總的設(shè)計過程中占的地位是非常重要的，因為沒有主軸的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行總體的設(shè)計是不可能的。第5章 離合器和制動器的選擇5.1離合器的選擇5.1.1離合器的概念離合器是傳動系中直接與發(fā)動機(jī)相連接的總成，其主要功用是切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地接合，確保機(jī)器平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。隨著汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高、汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合器的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，增加傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨為了保證離合器具有良好的工作性能，對離合器設(shè)計提出如下基本要求：1)在任何條件下均能可靠地傳遞最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備。2)接合時要平順柔和，以保證沒有抖動和沖擊。3)分離時要迅速、徹底。4)離合器從動部分轉(zhuǎn)動慣量要小，以減輕換擋時變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。5)應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。6)應(yīng)使傳動系避免扭轉(zhuǎn)共振，并具有吸收振動、緩和沖擊和減小噪聲的能力。7)操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。8)作用在從動盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。9)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動平衡，以保證其工作可靠、壽命長。10)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊、質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。 摩擦離合器主要由主動部分(發(fā)動機(jī)飛輪、離合器蓋和壓盤等)、從動部分(從動盤)、壓緊機(jī)構(gòu)(壓緊彈簧)和操縱機(jī)構(gòu)(分離叉、分離軸承、離合器踏板及傳動部件等)四部分組成。主、從動部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動力的基本結(jié)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)是使離合器主、從動部分分離的裝置。隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高、汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合器的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和使用壽命，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，增加傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢。5.1.2 離合器的分類及功用汽車離合器有摩擦式離合器、液力偶合器、電磁離合器等幾種。摩擦式離合器又分為濕式和干式兩種。 液力離合器靠工作液（油液）傳遞轉(zhuǎn)矩，外殼與泵輪連為一體，是主動件；渦輪與泵輪相對，是從動件。當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速較低時，渦輪不能被帶動，主動件與從動件之間處于分離狀態(tài)；隨著泵輪轉(zhuǎn)速的提高，渦輪被帶動，主動件與從動件之間處于接合狀態(tài)。 電磁離合器靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。如在主動與從動件之間放置磁粉，則可以加強(qiáng)兩者之間的接合力，這樣的離合器稱為磁粉式電磁離合器。 目前，與手動變速器相配合的絕大多數(shù)離合器為干式摩擦式離合器，按其從動盤的數(shù)目，又分為單盤式、雙盤式和多盤式等幾種。濕式摩擦式離合器一般為多盤式的，浸在油中以便于散熱。 采用若干個螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并將這些彈簧沿壓盤圓周分布的離合器稱為周布彈簧離合器（如圖所示）。采用膜片彈簧作為壓緊彈簧的離合器稱為膜片彈簧離合器。離合器的功用、類型及特點 1.離合器的功用 離合器是可以根據(jù)需要在運(yùn)轉(zhuǎn)或停機(jī)時使兩軸接合或分離，這是離合器與聯(lián)軸器的根本區(qū)別。離合器的種類很多，部分已標(biāo)準(zhǔn)化，可從有關(guān)樣本或機(jī)械設(shè)計手冊中選擇。 2 離合器的類型及特點 按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，離合器按離合方法分類如下： (1) 操縱離合器 包括機(jī)械操縱離合器、液動操縱離合器、氣動操縱離合器、電磁操縱離合器。離合器的接合與分離由外界操縱的稱為操縱離合器。 牙嵌離合器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它是由兩個端面帶牙的半離合器所組成，其中套筒1固定在主動軸上，套筒可以沿導(dǎo)向平鍵在從動軸上移動。利用操縱桿（圖中未畫出）移動滑環(huán)可使兩個套筒的牙相互嵌合或分離。為了便于兩軸對中，在套筒中裝有對中環(huán)，從動軸可在對中環(huán)中滑動。牙的形狀有三角形、梯形和鋸齒形。三角形牙型只用于傳遞中、小扭矩；梯形和鋸齒形牙型可傳遞較大扭矩；但鋸齒形牙型只能單向傳遞扭矩，反轉(zhuǎn)時會因過大的軸向分力迫使離合器自動分離。牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡單，外廓尺寸??；但只能在停止?fàn)顟B(tài)或兩軸轉(zhuǎn)速差很小時才能接合，否則就會因撞擊而使牙折斷。 (2)牙嵌離合器磁粉離合器的工作原理如圖所示。嵌有環(huán)形勵磁線圈的電磁鐵與主動軸相聯(lián)接，用非磁性材料制成的外殼與從動軸相聯(lián)接，外殼與電磁鐵之間有很小的間隙，內(nèi)裝適量的導(dǎo)磁的鐵粉等混合物。當(dāng)勵磁線圈通入電流時，產(chǎn)生磁場，鐵粉在磁場作用下被吸引聚集，將外殼和鐵心聯(lián)接起來，離合器處于接合狀態(tài)。當(dāng)切斷電流后，磁粉又恢復(fù)自由狀態(tài)，離合器就處于分離狀態(tài)。這種離合器的優(yōu)點是：接合平穩(wěn)，動作迅速，可遠(yuǎn)距離利用電流操縱，結(jié)構(gòu)不很復(fù)雜。缺點是重量較大，需定時更換鐵粉。 磁粉離合器工作原理圖摩擦離合器中最簡單的如圖所示，稱為單盤摩擦離合器。摩擦盤1固定在主動軸上，摩擦盤3用導(dǎo)向平鍵與從動軸聯(lián)接。為了增大摩擦系數(shù)，在其中一個摩擦盤上固定摩擦片（用摩擦系數(shù)較大且耐磨性好的材料制成）。利用操縱機(jī)構(gòu)（圖中未畫出）將摩擦盤2向左推動并施加軸向壓力Fx，使兩摩控制盤壓緊產(chǎn)生摩擦力以傳遞扭矩；將摩擦盤2向右推動即可使離合器脫開。當(dāng)傳遞很大扭矩時，則需摩擦盤直徑很大。因此，這種單摩擦副的離合器往往受外形尺寸的限制而不能采用。 (3)單盤摩擦離合器在傳遞大扭矩時，可采用如下圖所示的多盤摩擦離合器。主動軸與外殼相聯(lián)，從動軸與套筒相聯(lián)，外殼內(nèi)裝有一組摩擦片。這組摩擦片的外緣齒插入外殼的縱向凹槽中，隨外殼回轉(zhuǎn)。套筒上裝有另一組摩擦片，其花鍵內(nèi)孔與套筒上的花鍵聯(lián)接，既可沿套筒軸向滑動，亦可隨套筒回轉(zhuǎn)。兩組摩擦片是每片相間安裝的。工作時，通過操縱機(jī)構(gòu)（圖中未畫出）撥動滑環(huán)向左移動，并通過壓緊板將兩組摩擦片壓緊，離合器處于接合狀態(tài)（如圖示）。當(dāng)撥動滑環(huán)向右移動時，處于杠桿下方的彈簧迫使杠桿逆時針方向轉(zhuǎn)動，將壓緊板和兩組摩擦松開，離合器處于分離狀態(tài)。和牙嵌離合器相比，摩擦離合器的優(yōu)點是：兩軸可在有較大轉(zhuǎn)速差的情況下接合和分離；改變摩擦面間的壓力，就能調(diào)節(jié)從動軸的起動加速時間；接合時的沖擊振動很?。贿^載時將打滑，可保護(hù)其他零件不受損壞。缺點是在接合和分離過程中，摩擦片面的相對滑動會造成發(fā)熱和磨損，需及時更換摩擦片。摩擦離合器適用于經(jīng)常起動、制動或經(jīng)常改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向的場合。 (4)多盤摩擦離合器2. 自動離合器 在工作時能自動完成接合和分離的離合器稱為自動離合器。當(dāng)傳遞的扭矩達(dá)到某一限定值時，就能自動分離的離合器，由于有防止系統(tǒng)過載的安全作用，稱為安全離合器；當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到某轉(zhuǎn)速時靠離心力能自行接合或超過某一轉(zhuǎn)速時靠離心力能自動分離的離合器，稱為離心離合器；根據(jù)主、從動軸間的相對速度差的不同以實現(xiàn)接合或分離的離合器，稱為超越離合器。 3. 離合器的選擇及應(yīng)用實例 離合器的型式很多，大部分已標(biāo)準(zhǔn)化，可從有關(guān)樣本或機(jī)械設(shè)計手冊中選擇。 選擇離合器時，根據(jù)機(jī)器的工作特點和使用條件，按各種離合器的性能特點，確定離合器的類型。類型確定后，可根據(jù)兩軸的直徑計算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從手冊中查出適當(dāng)型號，必要時，可對其薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行承載能力校核。5.1.3 常閉離合器的計算本卷揚(yáng)機(jī)中選用的的是帶式離合器。參考聯(lián)軸器、離合器設(shè)計與選用指南卷筒扭矩：M=174000 Nm離合器扭矩：Nm輪轂直徑： 包角：摩擦系數(shù)：松邊：緊邊：制動圓周力N彈簧力：NN彈簧計算：參考（機(jī)械設(shè)計手冊彈簧篇） 用大小兩個彈簧：彈簧系列20，22，25，30，35，40 大 中徑 大徑 小徑 材料60SizMn 小 中徑 大徑 摩擦片：制動剛帶厚度 Mpa 壓強(qiáng) Mpa 摩擦片厚度 大彈簧計算：(圖5.1) 許用剪應(yīng)力 Mpa Mpa N mm N/mm mm 圖5.1 大彈簧計算圖小彈簧計算：(圖5.2)NMmN/mmMm圖5.2 小彈簧計算圖工作狀態(tài)彈簧力： N油缸開啟狀態(tài)彈簧力： N極限狀態(tài)彈簧力：