固定卷扬式闸门启闭机的设计.doc

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1、开 题 报 告固定卷扬式闸门启闭机的设计学 生： 指导老师： 教学单位：三峡电力职业学院 三峡电力职业学院毕业设计（论文）课题任务书（ 2010- 2011学年）课题名称水电站用检修门启闭门式起重机学生姓名陈佳落专 业工程机械运用与维护班号2008305201指导教师江俊龙指导人数26课题概述：水电站检修门是用于关闭水工建筑物过水通道的装置，一般是平面结构，使用时间短，使用次数少，用于检修门关闭的门式起重机，不需要有变幅机构但需要大型行走机构。其主要工作装置是卷扬系统。机架大车机构按经验方式设计。本设计课题主要针对主卷扬机构，其内容包括总体布置，传动系统设计，零件设计，标准件设计等。设计成果的

2、表达，通过装配图和零件图，另用设计说明书说明设计过程。基本参数：启门力：Q15T 16T 25T 持住力：Q12T 13T 22T 起升速度：V2.25m/min 2.24m/min 1.19m/min 起升高度：H13m 8m 9m机构级别M3（A3）电机工作方式S3接电持续率JC25% 25% 15%参 考 文 献（1） 机械工业出版社 1980年3月（2） 机械出版社（3） 国家标准局（4） 北京科技出版社 1982年（5） 李 铮主编（6） 国家出版社 1986年（7）下册（8）下册（9）目 录概 述：第一部分：设计目的、内容和要求 一、设计目的 二、设计内容 三、设计要求第二部分：设

3、计的方法和步骤一、熟悉题目、收集有关资料；二、分析并确定各机构部件结构型式和尺寸；三、进行主要构件的强度或刚度计算；四、绘制零件工作图五、编制设计计算说明书第三部分：固定卷扬式启闭机设计计算一、设计参数；二、总体方安案设计三、零部件机构的设计1、钢丝绳选择2、卷筒尺寸与转速3、起升静功率与初选电动机4、确定减速装置传动比5、静力矩的计算6、选择减速器7、计算开式齿轮8、选择联轴器9、计算制动力矩及制动器选择卷筒轴的设计概述启闭机是一种专门用于启闭水工建筑物、发电厂与排灌站的检修门和拦污栅用的起重机械与通用起重机一样，是一种循环间隔吊运机械。固定卷扬式启闭机用于一机一门单独操作或集中操作，是广泛

4、用于平面闸门的水电工程中的主要型式。目前，共有单吊点和双吊点两种类型。其吊点数是由闸门结构尺寸确定的。当闸门宽、高比大于1时宜采用双吊点；目前已开始系列化。在我国已投入使用的有QPK系列和OPQ系列，其最大容量已达2400KN，最大扬程为80M120M。固定卷扬式启闭机的设计计算是在给定了设计参数，并将机构布置方案基本确定之后进行的。通过计算，选用机构中所需要的标准零部件（如：电动机、制动器、减速器、联轴器与钢丝绳等）对非标准零部件，须进行结构设计及尺寸计算，并进行主要零构件的强度或刚度验算。第一部分 设计目的、内容和要求一、设计目的：结合水电工程实际，选择启闭机为工程机械专业毕业设计的课题，

5、其目的是通过整部机器的设计使学生拟定总体方案，零件部件和构件的结构设计与计算，加工和装配工艺等方面都得到综合训练。并对已学过的基础理论和专业知识进行一次综合运用。以培养具有从事一般技术的能力。使学生树立理论联系实际和实事求是的工作作风。二、固定卷扬式启闭机设计内容:固定卷扬式启闭机设计内容主要包括：总体方案设计，基本参数的选择、工作机构的设计（选择）计算，另部件的结构设计（选择）计算，部分构件强度或刚度计算。三、具体要求：1、对图纸的具体要求：（1）总装配图和另件工作图图面清晰、整洁、线条深浅和标注等均符合国家标准。（2）总装配图要正确反映各部件装配情况和主要结构；（3）另件工作图要完整表达其

6、另件形状、大小和要求。2、对设计计算说明书具体要求：（1）说明书的内容应包括以下几部分：1）、设计目的和启闭机用途性能及特征；2）、总体方案的确定包括：启闭机型式及结构，工作机构的传动方案的分析与比较，各机构部件结构形式及联系尺寸等；3）、标准另部件的选择；4）、非标准另部件结构设计与计算；5）对所设计的机型分析评价。（2）说明书书写干净、整齐、字迹要工整、不允许了草和涂改；（3）在设计中所用的参考资料和书籍、说明书中要注明书名、编著和出版单位及日期。（4）编写设计计算说明书要按统一要求和规格，不准随心所欲。3、设计态度要求端正。整个设计过程要求独立思考。通过毕业设计锻炼和培养独立工作能力和勇

7、于创的精神。防止懒惰，严禁照搬和抄袭他人的现象发生。4、对毕业设计工作量的一般要求为：（1）设计装配图一号一张；（2）零件图：2张（图面大小按零件结构确定）；（3）设计计算说明书一份，其中包括若干机构布置简图和计算简图。5、时间分配：（共七份）（1） 设计计算（参数选择、标准件选择、非标准件设计） 15周（2） 画图 4周（3） 资料整理（设计计算说明书、答辨准备） 1周（4） 答辩 2天第二部分：设计方法和步骤一、熟悉设计题目，收集资料，明确设计任务；首先明确题目的内容及要求，认真分析和研究指导书，然后收集有关技术资料（包括书籍、手册、图纸等）。最后针对设计题目对有关资料进行消化、理解、力求

8、在设计中有所创新。二、分析并确定各机构部件的结构形式和尺寸；其内容包括以下几部分1、分析和拟定工作机构、传动方案；2、初步选择机构部件结构形式尺寸和主要参数（包括：电机、减速器、联轴器、制动器、钢丝绳等）。3、金属结构和非标准零件构件的设计计算；（包括：开式齿轮和卷筒组等）通过计算确定启闭机外形尺寸、工作尺寸和工作装置尺寸，确定零部件、尺寸与结构。三、绘制启闭机装配蓝图：总装配草图其大小比例尽量取1：1，使绘制总图有良好的直观性，总中图视图、剖面应尽量少，以清晰为准。四、主要构件的强度或刚度计算。（包括：开式齿轮、卷筒轴及卷筒压板，联接剪力销等）。五、根据上述设计计算修改草图，审查后按国标加深

9、总图。六、绘制零件工作图：主要零件有：卷筒及开式齿轮。绘制零件工作图一定注意与装配图中相关尺寸和公差配合一致。七、编写设计计算说明书：说明书应边设计边编写，并及时分段整理；待设计完工后，再稍加整理和修改即可成文参 考 文 献（1） 机械工业出版社 1980年3月（2） 机械出版社（3） 国家标准局（4） 北京科技出版社 1982年（5） 李 铮主编（6） 国家出版社 1986年（7）下册（8）下册（9）设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果1、钢丝绳的选择 （1）确定滑轮组倍率a （2）确定滑轮组的效率 （3）最大静拉力Smax（4）确定钢丝绳最小安全系数n（5）最大计算拉力F（6）确

10、定破断拉力F （7）定钢丝绳的直径d及型号 2、卷筒尺寸与转速 1）确定机构工作级别有关系数e由参照文献5表33得：a=4 由参照丈献5表得=0.95 动载系数K1=1.4由公式 （N）式中：Q额定启闭力(或持住力)，N； G吊具自重N；G按启门力Q的23计算； a滑轮组倍率；其选择原则为：大起重机取大倍率，双联滑轮组则取较小倍率。 滑轮组的效率；=19825N由文献5表21得n=5.5由公式得F=1.3Smax=1.319825=25772.5 N由公式 式中：n钢丝绳最小安全系数 F0破断拉力F0 n=198255.5=109037.5N而F0= =0.85不均匀系数（GB1102-74）

11、采用6W（19）型初选d=14.5mm =1850Mpa 则=199000N（GB1102-74）6W(19)-14.5F0=0.85164500=139825109037.5N 故d=14.54mm钢丝绳规格：6W（19）-14.5-1850-I-光-又交（GB1102-74）由文献5表31得：e=25a =4K1=1.4=0.95=19825Nn=5.5F =25772.5NF0 =109037.5Nd=14.5mme=25设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果（2）确定卷筒的最小卷绕直径D0min（3）.卷筒长度 1）确定螺旋节距t 2）确定固定绳尾长度L1 3）确定空余部分长度

12、L2 4）确定无槽部分长度L35）确定双联卷筒总长度L（4） 卷筒壁厚度由公式得：D0mined绳 式中e与机构工作级别有关系数， d绳钢丝绳直径mm。D0min=2514.5=362.5计算出的直径应按推荐的标准系列：300、100、500、650、800取值。 故D0 =500mm由t =d+(23)mm查文献1表（143）得t=14.5+2=16.5mm由公式L1=（23）t得L1=2.516.5=40mm由公式L23t得L2 =50mm由公式L3=B 起安全系数Z0=3，则L3=54mm由公式L=2（L0+L1+L2）+L3 式中：L0=（）t=（）16.5=564.09mm式中：H起

13、升高度(扬程)； a滑轮组倍率； D0卷筒卷绕直径； t 螺旋节距 n 附加安全圈数，通常取n=153圈； L1固定绳尾长度 ，L2空余部分长度 L3无槽部分长度，一般取L3=B；B绕至卷筒两支钢丝绳的最外二个动滑轮间距。L=2（L0+L1+L2）+L3=2（546.09+40+50）+54=1326mm选（HT200）铸钢卷筒： =d铸铁卷筒： =0.02D+（610）=0.02500+8=18mm式中：d和D分别为钢丝绳直径和卷筒槽底直径。D0 =500mmt=16.5mmL1=40mmL2=50mmL3=54mmL0=564.09mmL=1326mm=18mm设 计 项 目计 算 及 说

14、 明主 要 结 果 （5）卷筒转速n（6） 卷筒强度与稳定性计算由公式N= （r/min）式中：Do卷筒名义直径（m）； V起升速度（m/s)； a倍率。N=（r/min）由公式得：=66.75对于HT200许用应力=400Mpa其许用应力：= 故强度足够由于卷筒的长度L3D所以只需要进行压应力校核。 N=5.73（r/min）=66.75设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果3、起升静功率与初选电动机（1）选择电动机类型 （2）选取电动机额定功率Nj c1)确定起升机构总效率总 2）确定起升静功率Nj 3）确定电机型号4、确定减速装置传动比（1）确定传动比 （2）减速器的功率按照类型

15、、转速和容量选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机由表查表86：总=Kt+ch=0.9由公式Nj = （KW）式中：K开式齿轮传动效率，采用滑动轴承K =0.95； ch减速器效率，取ch=098；t卷筒效率，滑动轴承t =0.95，滚动轴承t=0.97Nj =6.3（KW）对于工作级别较低的启闭机，在启闭过程中满负荷只是一段较短时间，故选择电动机额定输出功率略小于满载提升所需功率，故引入小于1的稳态负载平均系数K，则所选择电机功率为：Nj cKNj式中：K稳态负载系数，K=0809Nj c=0.86.3=5.04（KW）查文献1选YZR160M1-6，其Pn=6.3KW,n=9

16、21r/min, =0.90过载能力校核公式为：Pn 因此，该电机的过载能力满足要求。由公式得i=式中：n电机同步转速（r/min）；nt卷筒转速。由公式得Y系列三相异步电动机总=0.9Nj =6.3（KW）Nj c=5.04（KW）Pn=6.3KWn=921r/min,i=161设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果 5、静力矩的计算 （1）确定起升静力矩Mt （2）确定下降静力矩Mch（3）确定电动机轴的静力矩Md6、选择减速器 （4）轴端最大径向力为Fmax （5）输出轴的短暂最大转矩为Tmax7、计算开式齿轮（1）模数的确定式中：z滑轮组效率； t卷筒效率。Mt=（Nm）由公式

17、得Mch = （Nm）Mch =2259（Nm）由公式得Md = （Nm）Md =65（Nm）查文献1选择QJS型减速器，去同步转速n=1000r/min：许用功率P=10.9KW查其中心距1=450mm：允许最大转矩T=30000Nm，允许最大径向载荷F=64KNFmax= F+=33144+6500=39.644KNF因此，减速器的最大径向力满足要求。Tmax= F =33144=8551.152T因此，减速器输出轴端的短暂最大转矩满足要求。由公式得Mt= （Nm）为使大齿轮直径满足与带法兰的卷筒联接的最小尺寸，大齿轮分度圆直径（D0=mZ），宜大于1.5倍卷筒直径D0，即mm模数；通过上

18、述二式计算取较大值，最后按标准系列模数取之。Z2小齿轮齿数，按不发生根切的最小齿数取之； Z2=17Z1大齿轮齿数；按开式齿轮传动比iK确定。 Z1=176=102Mt=10303（Nm）Mch =2259（Nm）Md =65（Nm）Fmax=39.644KNTmax=8551.152NmZ2=17Z1=102设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果（2）确定齿宽B（3）齿轮强度校核m=7.5取标准值m=8由公式得：大齿轮齿宽：B1=10m；小齿轮齿宽：B2=l0m+（515）。B1=108=80mmB2=108+10=90mm验算大齿轮根部弯曲强度： 式中：Mt齿轮所传递扭矩；Y齿形系

19、数（可查文献5表）；Y=0.446c速度系数；c=1十0.35V =1十0.350.18=1.06V=（m/s）=磨擦系数，工作级别M1M3时取1。w齿根弯曲许用应力。大齿轮采用ZG405正火，HB=210 =350Mpa w =0.6350=280 Mpa=121 Mpaw验算小齿轮根部弯曲强度：采用45号钢调质HB=220 =360Mpa w2=0.8=288 Mpa 钢：HB350 w=0.8bHB350 w=（0.30.5）b铸铁：w=06b；材料：锻件35以上； 铸钢ZG35以上。齿面热处理硬度：1）软齿面：小齿轮：HB240；大齿轮：HB190。2）软硬组合齿面：小齿轮：HRC45

20、；大齿轮：HB270。齿面制造精度：开式齿轮均不低于9级。m=8B1=80mmB2=90mmY=0.446c=1.06w=121Mpaw2=168 Mpa设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果8、选择联轴器9、计算制动力矩及制动器选择卷筒轴的设计（MZ）和制动器选择 1）制动安全系数 2）动力矩（MZ）和制动器选择10、卷筒轴的设计计算（1）确定轴径d1） 求轴支座反力Ra、Rb根据电动机外伸端轴径d=65mm L=105mm以及制动轮直径D=200mm选择6号带制动轮联轴器M=5600Nmn=2000r/min然后按下式验算其可靠性：K=2式中：Mmax联轴器许用最大转矩（Nm）；M

21、作用在联轴器上的工作转矩（Nm）K=2.42由公式得：KZ =1.51.75KZ =1.75MZ = =92（Nm）式中：KZ制动安全系数选择制动器型号JWZ-200其中制动器额定制动力矩MZ =160 Nm制动轮直径D=200mm采用定轴滑动轴承带开式打齿轮卷筒组轴轴径d=90mm齿轮啮合圆周力P0=卷筒自动g1=8200N 大齿轮自重g2=1800N 钢丝绳拉力S=25495N6号带制动轮联轴器KZ =1.75JWZ-200制动器D=200mmd=90mm设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果 3)验算合成应力，危险断面弯曲应力 4）验算卷筒（滑动轴套比压）由公式得Ra =4860

22、5NRb=2S- Ra=225795-48605=2385N由公式得52.95MPa剪应力Mpa验算其强度=53.06Mpa轴选用：45号钢调质 =142Mpa轴套采用：ZQSn6-3青铜p=8 Mpa齿轮上轴套：内径100mm 长145mm卷筒轴套：内径115 mm长130 mm轴套压力：R=（2S+g1）/2=(225495+8200)/2=29595N比压力：P1max=2.04p P2max=pRa=48605NRb=2385N 52.95Mpa2.0Mpa=53.06Mpa45号钢调质设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果11、卷筒与齿轮联接剪力销的计算采用M16小角头铰制孔

23、螺栓（GB27-76）作为剪力销，铰制孔直径d=17mm剪力销中心圆直径D=520mm，剪力销数Z=6个=0.6按材料ZG55正火b=108Mpa=0.6108=64.8 Mpa由公式得式中：d1、d2分别为套筒外径及内径d1=25mm d2=20mm D套筒式联接销中心圆直径 Z套筒或联接销的数目，Z=6 许用剪应力=48.2Mpa Lh=12300hd=17mmD=520mmZ=6b=108Mpa=64.8 Mpa =48.2Mpa设 计 项 目计 算 及 说 明主 要 结 果12、卷筒压极计算（1）固定方式 （2）验算螺栓合成应力13、电机发热验算1.确定稳态负载平均系数G2. 验算电机

24、预热Ps钢丝绳尾用压板固定有钢丝绳直径d=16mm压板孔直径d=17mm故采用M16双头螺栓，压板数Z=6采用梯形槽压板M16螺纹内径d2=13.8mm由公式得：式中：1.3螺栓拧紧产生剪应力的增大系数；Z固定螺栓数（或压板数）；D2螺栓螺纹底径；垫圈与压板间摩擦系数，取=0.16；L拉应力作用的力臂，（文献5图223）； 螺栓许用拉应力，取=0.8s1.5：Q235钢： =120130Mpa35钢： =140150MPa；N螺栓扣紧力；当压板精为梯形槽 N=3.45Sc咒c；当压板槽为半圆槽 N=4.17Sc；Smax钢丝绳最大拉力。Sc固定处钢丝绳拉力 Sc=0.22Smax；N=3.1450.2225495=17639.99=65.89 Mpa验算合格由起重技术书表7-15得G=0.8=5.02KWPn=6.3KW因此电机不会产生过热现象d=17mmM16双头螺栓Z=6d2=13.8mmN=17639.99=65.89 MpaG=0.8Ps=5.02KW参 考 文 献（1） 机械工业出版社 1980年3月（2） 机械出版社（3） 国家标准局（4） 北京科技出版社 1982年（5） 李 铮主编（6） 国家出版社 1986年（7）下册（8）下册（9） 22