卷扬机设计公式

Nr=εNL NL——零件在使用期内，应力循环的总次数； ε——系数，零件在使用期内，等于 σrk 的应力循环次数与循环总次数之比，ε≤1， 可近似取 ε=1。 NL=[60nm*Zr*hs]/imj NL——电动机额定转速，r/min； Zr——零件每一转经受的应力循环次数； imj——电动机到计算零件间的传动比； hs——卷扬机的设计寿命； 在 σrk 下应有 90%的零件不失效，σrk 的大小取决于应力循环的特性 r（r=σmin/σmax）, 材料的质量，零件的形状、尺寸、表面状态。
Fzd——制动带的最大拉力，N； ①摩擦复面是连续的： Fzd=(2Kz*Tjz*eμz*αz)/[Dz*(eμz*αz-1)]*10-3
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Tjz——换算到制动轮的计算扭矩，N·m； μz——摩擦复面材料对制动轮制动表面的摩擦系数，见上页表格； αz——摩擦复面材料对制动轮的包角，rad； Kz——制动安全系数，见 GB 1955； ②摩擦复面是间断的（即多块式）
30、电动机容量过载校验 电动机启动转矩应满足：Ts≥（Ku*9.55Fe*Ve）/n0*η Ts——基准接电持续率时电动机的启动转矩，N·m； Ku——系，考虑电压损失，最大转矩的允许偏差、试验载荷超载值和机构加速等因
素； 绕线型异步电动机： 2.0～2.2； 鼠笼型异步电动机：Ku=2.2～2.4；
1、载荷谱系数 Kp=∑nNit *(FFei )m1 Kp——载荷谱系数
ni——在钢丝绳拉力 Fi 作用下的工作循环次数，ni=n1,n2,n3,······nn；
Nt——总的工作循环次数，Nt=∑ni= n1+n2+n3+······+nn； Fi——钢丝绳承受的第 i 个拉力，单位 N，Fi=F1,F2,F3,······Fn； Fe——钢丝绳的额定拉力，单位 N； m1——由应力换算成载荷的耐久曲线指数，此处取 m1=3； 2、当量拉力系数 Kd= ti——Fi 作用下的时间，ti=t1,t2,t3, ······tn； 表 1：载荷状态和 Kp、Kd 的关系
s
③卷筒容绳量 L=L1+L2+,······+Ls=∑π(Bt/d-1)[ D0+(2Si-1)d]x10-3
i=1
16、作用在卷筒上的扭矩—额定扭矩，N·m：Te=(Dj*Fe*10-3)/2 Dj——基准层绳芯直径
17、作用在卷筒上的扭矩—计算扭矩： ①疲劳强度计算扭矩，N·m：Td=(Dj*Fe*10-3)/2 ②静强度计算扭矩，N·m：Tjmax=(Dj*Fjmax*10-3)/2
9、钢丝绳固定端部的计算拉力：Fg=Fmax/eμα Fg——钢丝绳固定端部的计算拉力， Fmax——最大计算拉力，取 Fjmax 和 Fsd 中的大者，N； e——自然对数底数，e=2.718； μ——钢丝绳与卷筒表面的摩擦系数，μ=0.16； α——钢丝绳安全圈在卷筒上的包角，安全圈（非固定圈）不少于 3 圈； 钢丝绳固定端在保留 2 圈安全圈的情况下应能承受 1.25Fe 不失效。
31、异步电动机发热校验 Pe≥(Tdm*nm)/(9550η*Kq) Pe——电动机额定功率（电动机工作类型 S3，接电持续率与卷扬机相同），KW； Tdm——电动机在最不利工作循环情况下的当量平均阻力转矩，N·m； Tdm=√{（∑Tdi3*twi）/∑Twi} Tdi——工作时间 ti 内相应的电动机阻力转矩（包括启、制动转矩），N·m； twi——工作时间内各运转时间（不包括停机时间），S； 当缺乏具体实际数据时，可用 Td 代替 Tdm。 Kq——系数，Kq=1-Zq/1000； Zq——电动机每小时折算的全启动次数，Zq=dc+g*d1+r*f；
18、电动机的工作方式和定额
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①短时工作方式：代号 S2 短时工作方式定额
②反复短时工作方式：代号 S3 反复短时工作方式定额
19、电动机容量的初选按所需静功率计算：Pj=Fe*Ve*10-3/60η Pj——卷扬机所需静功率，KW； η——总传动效率； Ve——钢丝绳额定速度，m/min；
20、卷扬机起动时/制动时物品的平均加速度/减速度不大于 0.8m/s2； 21、离合器的工作储备系数 KL≥1.5； 22、齿轮和蜗轮蜗杆应进行齿面的接触和弯曲疲劳强度以及静强度验算
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许用传递扭矩
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35、棘轮停止器设计计算方法
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表 2：卷扬机类别
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3、钢丝绳的疲劳计算拉力（当量拉力）：Fd=Kd*Fe 计算卷扬机零件疲劳、磨损和发热的一种计算拉力。
4、静强度计算拉力（最大拉力）：Fimax=φFe Fimax——静强度计算最大拉力，N； φ——动载荷系数； 表 3：动载荷系数与钢丝绳速度的关系
①νh：卷扬机电动机启动完成时或制动开始时载荷的速度，即钢丝绳的速度； ②当 νh 较大，以致按表中公式计算出的 φ 值大于 1.9 时，应在控制方面采取措施，使 载荷的加速度不致太大，且取 φ=1.9。 5、试验拉力：卷扬机的强度用试验拉力进行验算，取 Fsj 和 Fsd 中的较打者 ①静载荷试验拉力：Fsj=1.25Fe； ②动载荷试验拉力：Fsd=1.1Fe；（需考虑动载荷系数 φ） 6、静强度计算的许用应力和安全系数 σ≤[σ]= σs/K [σ]——塑性材料的许用应力，MPa； σ——零件危险断面的最大计算应力和复合应力，MPa； σs——塑性材料的屈服极限，MPa； K——安全系数； 注意：当材料的 σs:≤0.7 时，取 σs 作为零件的屈服点；
①寿命计算：轴承的寿命应≥卷扬机的寿命，轴承的计算载荷用当量拉力换算到轴承 各部位；
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②静强度计算：轴承的计算载荷用最大计算拉力换算到轴承各部位，轴承承受的最大 静载荷应小于轴承的额定载荷值； 25、螺栓和销轴的许用应力
26、卷扬机的总传动比 ①按额定扭矩初定总传动比：i=Te/Tm*η i——总传动比； Tm——电动机的额定转矩，N·m； ②按额定速度初定总传动比：i=nm/nj nm——电动机的额定转速，r/min； nj——卷筒转速，r/min；
10、钢丝绳的卷放偏斜角 γ 表 5：卷放偏斜角
钢丝绳的卷放偏斜角 γ 由导绳定滑轮旋转中心线到卷筒轴线或拍绳器导绳轮轴线 的距离 Ld 来保证。
Ld≥(Bt-d)x10-3/2tgγ
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Bt——卷筒容绳宽度，mm； d——钢丝绳直径，mm； 图 1：钢丝绳卷放偏斜角
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11、卷筒节距：D≥Ked Ke——与卷扬机工作级别有关的系数
当材料的 σs: σb＞0.7 时，用假想屈服点作为零件的屈服点； 假想屈服极限：σsF=（σs+0.7σb）/2；τsF=σsF/31/2。
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σsF——零件的假想抗拉屈服点，MPa； τsF——零件的假想抗剪屈服点，MPa； 表 4：安全系数
7、疲劳计算的许用应力与安全系数：
σ’rk——材料有限期内的疲劳极限，MPa； σrk——材料长期的疲劳极限，MPa； N0——与 σrk 相应的基本循环次数，对塑性材料，取 N0=107； m’1——材料疲劳曲线指数，取 m’1=9； Nr——零件在有限适用期内，等于 σrk 的应力循环次数，
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对铸钢材料：σc=0.5Fe/δ*tz ㈡卷筒侧板根部强度：σe=Bn*Fe/δ22≤[σe]或δ2≥√{Bn*Fe/[σe]} σe——侧板根部应力，Mpa； δ2——侧板根部厚度（不计圆角部分），mm；
Bn——综合影响系数，见下表；
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28、典型的载荷谱系数图
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29、按利用等级划分的每小时起动次数和接电持续率
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疲劳计算应满足 σr≤[σ’rk] =σ’rk/K σr——零件危险断面的疲劳计算应力和复合应力，MPa； [σ’rk]——材料有限期内的疲劳许用应力，MPa； 8、钢丝绳的安全系数：Ks=Sp/Fe≥[Ks] Sp——整条钢丝绳的破断拉力，N； [Ks]——按工作级别规定的最小安全系数； 表 5：最小安全系数
12、卷筒容绳宽度：Bt＜3D0 D0——卷筒直径
13、卷筒边缘直径：Dk≥Ds+4d Ds——最外层钢丝绳芯直径，mm； Ds= D0+（2S-1）d S——卷绕层数
14、卷绕层数：S≤(Dk- D0-2mk)/2d mk——最外层钢丝绳芯到卷筒边缘的距离；
15、卷筒容绳量 ①第 i 层钢丝绳绳芯直径：Di= D0+(2Si-1)d Si——第 i 层，i=1,2,······,S； ②第 i 层卷绕的钢丝绳长度：Li=π(Bt/d-1)[ D0+(2Si-1)d]x10-3
27、卷筒筒壁和侧板的计算方法 A、焊接卷筒 ㈠卷筒筒壁的校核计算： ①钢丝绳绕出处卷筒壁压应力，Mpa：σc=0.5Fe/δ*tz δ——卷筒壁厚，mm； tz——钢丝绳轴向卷绕节距，tz=1.01d，mm；
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②钢丝绳绕出处卷筒壁局部弯曲应力，Mpa：σbe=0.96 Fe/√D0*δ3 ③卷筒壁强度条件：σc+σbe≤[σd]= σb/kcka [σd]——材料的许用应力，Mpa； kc——按工作级别选定的系数； ka——安全系数，ka=2.8；
开式齿轮精度不低于 GB 10095 规定的 9-9-8 级，闭式齿轮精度不低于 GB 10095 规定 的 8-8-7 级，普通圆柱蜗轮蜗杆传动精度不低于 GB 10089 规定的 8 级； 23、轴应进行静强度验和疲劳强度验算，长轴应进行刚度验算。
轴的最大挠度不大于不大于支撑距离的 1/2000，安装圆柱齿轮处的挠度不大于其模数 的 1/50，小齿轮、滑动轴承处的转角不大于 0.001rad。 24、轴承应进行寿命和静强度验算
Fzd=[2Kz*Tjz(1+2μz *tgβ/2)mz]/[Dz*(eμz*αz-1)] β——相邻复面衬块中心线间夹角，rad；
mz——复面衬块数； ③钢带拉伸应力应满足：σ=Fzd/[(bz-m2*dm)δz]≤[σ] σ——制动带拉应力，MPa；