侧装式少齿差传动卷扬机设计.zip

前言 VIII 前言前言 卷扬机又称绞车，是由动力驱动的卷筒通过挠性件(钢丝绳、链条)起升、运移 重物的起重装置。它结构简单，使用方便，广泛应用于建筑、安装、运输等部门的 拽引和起重作业。扬机按驱动方式可分为人力驱动和动力驱动两大类。人力驱动型 有：绞盘、手摇卷扬机等。用在缺乏电源或使用电源不便的地方。动力驱动型主要 是电力驱动。 卷扬机按拽引速度可分快速和慢速两种。快速卷扬机一般拽引速度为 30-50m/min，多用于建筑工地。慢速卷扬机拽引速度为 7-15m/min，主要用于设备 安装作业 。 此次设计的是侧装式少齿差传动卷扬机，它是以少齿差行星齿轮传动为传输系 统。少齿差行星传动是渐开线少齿差行星传动的简称,它采用的是渐开线齿形。摆线 针轮减速器和谐波减速器也属于少齿差行星传动原理,但摆线针轮减速器用的是摆线 齿形,谐波减速器用的是三角形齿形(也有用渐开线齿形代) 。另外像ZX 型混凝土振 动器用的是摩擦轮,但其增速原理也是少齿差行星传动。由于它们都有专门名称,所 以一般所讲的少齿差行星传动是专指渐开线少齿差行星传动而言的。随着现代工业 的发展,机械化和自动化水平的不断提高,各工业部门需要大量减速器,并要求减速器 的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力大、运转可靠以及寿命长等。减 速器的种类虽然很多,但普通的圆柱齿轮减速器的体积大、结构笨重;普通的蜗轮减 速器在大传动比时,效率较低;摆线针轮减速器虽能满足以上提出的要求,但其成本高,需 要专用设备制造。而利用少齿差行星传动可降低成本。 少齿差行星齿轮传动具有以下优点:(1)加工方便、制造成本较低。渐开线少齿 差传动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮，不需要特殊 的刀具与专用设备,材料也可采用普通齿轮材料。(2)传动比范围大,单级传动比为 101000 以上。(3)结构形式多,应用范围广。由于其输入轴与输出轴可在同一轴线 上,也可以不在同一轴线上,所以能适应各种机械的需要。(4)结构紧凑、体积小、重 量轻。由于采用内啮合行星传动,所以结构紧凑;当传动比相等时,与同功率的普通圆 柱齿轮减速器相比,体积和重量均可减少1/32/3。(5)效率高。当传动比为10200 时,效率为80%94%。效率随着传动比的增加而降低。（6)运转平稳、噪音小、承载 能力大。由于是内啮合传动,两啮合轮齿一为凹齿、一为凸齿, 两者的曲率中心在同 前言 VIII 一方向, 曲率半径又接近相等,因此接触面积大，使轮齿的接触强度大为提高；又因 采用短齿制，轮齿的弯曲强度也提高了。此外，少齿差传动时,不是一对轮齿啮合， 而是39 对轮齿同时接触受力，所以运转平稳、噪音小，并且在相同的模数情况下， 其传递力矩比普通圆柱齿轮减速器大。基于以上特点，小到机器人的关节、大到冶 金矿山机械, 以及从要求不高的农用、食品机械, 到要求较高的印刷和国防工业都 有应用实例。 缺点是：(1)渐开线少齿差传动也有一些缺点，主要是它的设计计算比较复 杂由于啮合齿轮的齿数差较少，采用标准齿轮传动会出现许多干涉现象为了避 免各种干涉，需要采用变位齿轮选择适当的变位系数就成为少齿差传动的关键问 题随着计算机技术的问题，这一问题以逐步得到解决。（2）行星齿轮轴承的径向 载荷较大。 （3）轴孔的位置精度要求较高，轴销安装也有一定困难。一般只有生产 少齿差减速器的专业工厂能加工好，非专业的一般机械厂往往很难加工合格，在一 定程度上限制了少齿差传动的推广。 利用少差齿传动机构的优越性可以改进和提高机械设备的传动机构技术性能， 将渐开线少齿差行星齿轮传动应用于建筑起重卷扬机的动力传输系统，是使传统卷 扬机减小体积，优化结构，降低成本，提高性能的有效途径，具有广泛的前景。 1 中文译文 电动卷扬机的控制电动卷扬机的控制 对于电动机的控制，我们所知道的最好的方式就是使用由许多点动式 按钮组成的简单的手工操作台。而这种操作台在某些应用方面可能仍然是 个不错的选择，如一些令人头痛的复杂的控制也可以用。这篇文章讲述了， 在你设计、组建或是购买卷扬机控制器之前，你必须对电动机的基本电气 设备和你将需要寻址的用户接口命令进行编址。 首先，手动控制台应该是手动控制型的，因此，如果你把你的手指移开 按钮，卷扬机就会停车。另外，每个控制工作站都需要配备紧急制动闸， 紧急制动闸可以切断卷扬机的所有电源，而不仅仅是控制电路的。仔细想 想看，如果卷扬机在该停车时，它却没有停下来，你就确实需要一种故障 保障的方法去切断线路的电源。在控制工作台上设置一个关键操作开关， 也是一个非常好的主意，特别是在通向工作站的线路不能控制时，就可以 用那个开关来控制。 (在设计控制台时，即使是最简单的手工控制台，也要考虑设置由专门 人员操作的安全操作按键。) 控制定速电动机控制定速电动机 对于一台定速卷扬机的实际控制设备是一台三相起动器。电动机的转 向被反向，是通过简单的开关控制相序从 A-B-C 变换到 C-B-A。这些动作被 2 完成，是通过两个三磁极式电流接触器，而且它们是互锁的，所以，它们 不可能被同时关闭。NEC 公司要求同时拥有过载和短路保护装置。为了保护 电动机免受由于机械过载引起的过热的影响，在起动器内要安装热量过载 延迟装置。当热量过载延迟装置过热时，它所拥有的双金属长条断开电动 机的电源。除此外，还可以选择一台电热调节器可以用缠绕的方式安装在 电动机上，它可以用于监控电动机的温度变化。对于短路保护，我们一般 是通过电动机常用的熔断器来实现的。 一台独立的线性电流接触器，被配置的电流接触器应该超过主回路的 电流接触器，从而达到冗余的目的。这台电流接触器是由安全电路来控制 的，如：紧急制动和越程极限。 我们可以使用限位开关来实现上述的操作。当你到达正常的行程极限 位置末端时，卷扬机就会停车，并且你只能够向相反的方向移动卷扬机(即 远离极限位置的方向)。这里也需要一个越程限制以防万一，由于电气的或 者机械的问题，而使卷扬机的运行超过正常的极限位。如果你碰到越程限 制器，线形电流接触器就会打开，因此，卷扬机将无法被驱动超过这个极 限位置。如果上述情况发生，就需要请专业的技术人员来检查导致碰到越 程限制器的具体原因。然后，你就能够用起动器内部的弹力恢复拨动开关 来处理越程的问题，而不是使用跳闸器或是手工切断电流接触器。 变速的必要条件变速的必要条件 当然，简单的定速起动器被变速驱动器所取代。这就使事情开始变得 有趣起来了！至少，你需要在控制操作台上增加一个速度表盘。操纵杆是 一个较好的操作接口，由于它使你对部件的移动有一个更直观的控制。 不幸的是，你不能仅仅从你的本地控制台去发命令控制老式的变速驱 动器，此外，你不能希望它在初始阶段，就能安全而可靠的提升与下放设 备。大多数的变速驱动器不能实现上述的要求，因为它们并不是设计用来 做提升工作的。驱动器需要设置成在制动器松开之前，就能够在电动机上 产生扭矩，并且，当停车时，即在扭矩撤销之前，制动器将先动作。 许多年来，直流电动机和驱动器提供了一些普遍的解决方案，如它们 在各种速度时都具有良好的力矩特性。对于大多数的卷扬机所需求的大型 直流电动机是很贵的，那要比同类型的交流电动机贵得多。虽然，早期的 交流驱动器不是非常有用，如它们有一个非常有限速度适用范围，而且仅 产生低速小扭矩。如今，随着直流驱动器的发展，低成本而且大量可用的 交流电动机的出现，导致了一场交流驱动的革命。 变速交流驱动器有两个系列。变频转换器已经家喻户晓，而且的确很 3 容易使用。这些驱动器将交流转换成直流，然后，再把它转换回交流，转 换后的交流已经是不同频率的。如果驱动器产生 30Hz 的交流，一台正常的 60Hz 的电动机将以一半的速度运行。从理论上说，这非常好，但是，在实 际中，这将会有很多的问题。首先，一台典型的 60Hz 的电动机在线性频率 低于 2Hz 或是 3Hz 的区域会出现误差，并且，开始嵌齿(即急推，猛拉)， 或是停车。这将限制你的速度范围低于 20：1，几乎不适应于运行阶段的细 微调节。其次，许多低成本的转换器也不能够在低速时提供额定扭矩。使 用这些驱动器，将导致急速移动，或是对于提升部件完全的失效，准确地 说，当你试图去平稳的提升一台科学仪器时，你不愿看到这样的情况。一 些新型的变极器是闭环系统(从电动机获得反馈，提供更加准确的速度控制)， 并且使电动机将会工作的相当好。 交流驱动器的另一个系列是流量矢量型驱动器。这些元器件要求在电 动机的主轴上安装编码器，使用这些编码器会使驱动器可以准确地监控电 机电枢的旋转。处理器测定了准确的磁性流量的矢量值，这些值要求使电 枢在给定的速度下旋转。这些驱动器允许有无穷大的速度，因此，你实际 能够在零速度时就产生额定扭矩。这些驱动器所提供的准确的速度和位置 的控制，使这些驱动器在高性能应用方面受到欢迎。 (基于 PLC 的控制器提供有系统状态和控制选项。这个屏幕展示给操作 者全面的访问卡内基霍尔德的九层电梯提升的控制面板。) 基于基于 PLCPLC 的系统的系统 一台 PLC 的全称是可编程序逻辑控制器。首先，PLC 的控制器发展到取 代了基于五六十年代的工业控制系统的继电器，它们工作在室内的恶劣的 工业环境中。这些是模块化的系统，它们具有大量的各种各样的 I/O 模块。 这些模块化的系统可以很容易的实现把半自定义的硬件配置组装起来，而 这样得到的配置的价钱也很合理。这些模块包括：位置控制模块，计数器， 4 A/D 和 D/A 转换器，以及各种实体状态或是物理接触闭式输出模块。大量不 同类型的 I/O 元器件和 PLC 的模块属性使得它成为一条有效的途径去组装 自定义和半自定义的控制系统。 对于 PLC 系统的最大的不足就是缺少真实的大量的显示功能，从而告 诉你 PLC 正在做什么和帮助你对 PLC 进行编程。 第一台被用于大型娱乐场所的专业的 PLC 系统之一，是在拉斯维加斯 的原米高梅电影制片公司(现在的贝利公司)的搭车和四轮马车系统上。许 多的制造商提供了标准的基于 PLC 的系统和半自动化声学的标志的主机， 设定命令行解释器的位置，以及提升控制系统也是可用的。使用标准的模 块去组构用户自定义系统的能力是基于 PLC 的控制器的最大的优势。 高端控制器高端控制器 对于复杂的传动装置，控制器开始变得复杂，超过了速度，时间以及 位置控制。它们包括写出复杂的指令，记录轮廓线的移动，以及处理可以 立即运行的多点指令的能力。 许多大型的歌剧院正向着点提升系统的方向发展，在那里为每一条提 升绳索配置有一台独立的卷扬机，那些绳索等同于每条电路的调光器。当 多台卷扬机被用来提升单个的部分时，这些卷扬机必须完全的同步，或是 载荷能够转移，如此会导致一台单独的卷扬机变得有过载的危险。控制系 统必须能够使被选的卷扬机保持同步，或是在一台卷扬机不能够保持与其 他卷扬机同步时，能提供高速的同等的停车能力。对于一台典型的高速达 240 英尺/分钟和一台要保持卷扬机的彼此间的速度误差在 1/8 分之内的设 备，你只有少于三微秒的时间去确认问题，并尝试纠正错误的卷扬机速度， 在确定你失败后，你起动组中所有卷扬机的停车。这将需要大量计算，快 速 I/O 接口，以及好用的写入软件。 对于大型的绳索控制系统有两种非常不同的解决方法。首先是，使用 单独的控制台，对于一般的问题而言，这样的控制台应该安装在适合于操 作者视角的位置。然而，这不仅不能够从一个角度到另一个角度观察，而 且还不可以从一条指令到另一条指令的控制。这些困难已经被部分解决。 通过使用安装在不同位置的视频摄像机，而且这些摄象机连接于三维屏幕 图形，这些图形使得操作者可以从任意的视角去观察在三个坐标方向上的 预期的绳索运动。这些可以使得操作者，从一个适合他在实际的操作台处 的视角，或是实际的闭环电路照相机的视角，来观察在屏幕上的绳索的运 动。对于有内部关联的部件的复杂的移动，上述的观察使得实现控制和查 出故障原因变得更加简单。 5 另一个