垂直提升机JK1.6吨的设计-毕业设计.doc

济源职业技术学院毕业设计（论文）
济源职业技术学院

毕 业 设 计（论 文）

题目
垂直提升机JK1.6吨的设计
系别
机电系
专业
机电一体化
班级
高机电0404班
姓名
郜 壮
学号
200412287
指导教师
葛道健、孙海燕
日期
2006年10月

2006年10月

目　　　录
摘 要 3
前 言 4
第一章 卷扬机的工作级别 5
1.1卷扬机的利用等级 5
1.2卷扬机的载荷状态 5
1.3工作级别 5
第二章 选择电动机 9
第三章 选择减速器 11
3.1卷筒转速的计算 11
3.2卷扬机传动比的计算 11
3.3减速器的安装调整与使用 12
3.4减速器的使用与维护 12
3.5减速器常见故障处理 13
第四章 卷筒的设计 13
4.1卷筒的结构 16
4.2卷筒容蝇尺寸参数 17
4.3卷筒扭矩的计算 19
4.4卷筒强度的计算 19
第五章 钢丝绳的选择 19
第六章 制动器的选择 21
第七章 卷筒轴的设计 22
第八章 卷扬机安全常识 24
致谢 28
参考文献. 39
摘　　要
垂直提升机是在大批量提升重物时使用的机器。而垂直提升机的重要组成部件是卷扬机。建筑卷扬机是一种超重设备，由于具有结构简单、搬运安装灵活、维护保养简单、操作方便、价格低和可靠性高等优点，所以被广泛应用于物料提升、水平或倾斜曳引重物、打桩、集材冷拉钢筋、设备安装等工作中。
提升重物是建筑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。建筑卷扬机除了在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山等行业中也广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，小型矿井的物料提升等。建筑卷扬机用于提升重物时，需要门字架、桅杆等配套设备方能实现。
建筑卷扬机还可应用于林区的集材工作，建筑业的冷拉钢筋，小型矿井的水平、倾斜运输等水平或倾斜曳引重物的工作和打桩等工作。正因为建筑卷扬机具有多种用途，所以它已不仅用于建筑业，而且在冶金、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业中也广泛应用。
本文从标准件电动机、减速器、联轴器、制动器等的选择，卷筒设计及其加工工艺等多方面，阐述了垂直提升机设计与制造的全过程。尤其在工艺规程设计中，我们运用了大量的科学的加工理论及计算公式，选择了基面，制定了工艺路线确定了机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸，最后确定了切削用量及基本工时。
关键词：卷扬机 减速器 卷筒

前 言
毕业设计是我们完成所学全部专业课程之后，并在做过金工实习、车工实习、课程设计、数控实训等一系列教学的基础之上进行的，是培养学生实践性的重要环节之一，也是检验我们学生综合知识与专业技能的重要手段。
毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所学的基础理论课，技术基础课和专业课的知识和技能来分析，解决一般工程技术问题，使我们建立正确的设计思想，概念。掌握工程设计的一般程序，规则和方法，为以后的工作打下基础。通过这次设计能进一步巩固和理解自己所学的基础知识，基本理论和基本技能，提高自己的设计、计算、制图以及计算机绘图的能力，把书面知识与实际的操作相结合，设计过程中，同时提高和了解如何编写技术文件，正确使用技术资料手册，相关的工具书，更是培养我们严肃认真，一丝不苟和实事求是的工作作风，从一名学生向一名工程技术人员的过渡。就我个人而言，希望能通过这次设计对自己未来将从来的工作进行一次适应性训练，从中锻炼、培养。
本次设计的题目为垂直提升机，部件设计是一次应用性，实践性，综合性的设计过程。
本设计得到葛道健老师、孙海燕老师的悉心指导，并提出了许多宝贵意见和建议，同时也得到了崇鹏公司张庆军、宋武两位工程师的指导，在此深表谢意。由于设计能力有限，实践经验不足，设计中错误难免，敬请批评、指正。

图为K1.6吨建筑卷扬机
一、卷扬机的工作级别：
⑴卷扬机的利用等级
利用等级是表示建筑卷扬机使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数Nt表征。而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。建筑卷扬机的寿命一般不少于5年，在这个期间内依据工作频率程度的不同，总工作循环Nt可分为8个等级。
建筑卷扬机利用等级
利用等级
总工作循环次数N2
利用等级
总工作循环次
数Nt
说明
U0
1.6x10
U4
2.5x10
经常地轻闲地使用
U1
3.2x10
U5
5x10
经常地中地使用
U2
6.3x10
U6
1x10
有时频繁地使用
U3
1.25x10
U7
2x10
频繁地使用
因卷扬机的实际使用情况无法统计确定，则假定JK1.6吨卷扬机的使用情况为:每日平均使用时间为2—4小时，使用寿命期限内总使用时间为3200—6400小时，则总的使用寿命为5年；设计寿命期内总工作循环次数Ni=250000次，属于经常轻闲使用情况，由此确定JK1.6吨卷扬机的利用等级为U4。
⑵卷扬机的载荷状态
载荷状态表明卷扬机钢丝绳承受拉力的大小与频繁程度，它于整个使用寿命期限内钢丝绳每次承受的拉力Fi额定拉力Fe 之比（Fi/Fe）和钢丝绳每次承受拉力Fi 作用F的工作循环次数ni，与总工作循环次数Nt之比（ni/Nt）有关。因设计时不知其实际载荷状态，则假定JK1.6卷扬机通常承受1/3—2/3的额定载荷，载荷谱系数Kp=0.25,当量拉力系数Kp=0.6,JK1.6卷扬机的载荷状态为中级Q2。
⑶工作级别
按利用等级和载荷状态的不同，可将建筑卷扬机分为A1—A8，八个工作级别。
JK1.6吨卷扬机利用等级U4,载荷状态Q2则根据GB/T5031-93《建筑卷扬机设计规范》该JK1.6吨卷扬机的工作级别为A5级.
⑷计算拉力
计算拉力是指作用在基准层上钢丝绳拉力,分为疲劳计算拉力、静强度计算拉力和实验拉力。
① 疲劳计算拉力Fd
疲劳计算拉力采用当量拉力，考虑的工况是卷扬机在正常工作情况下钢丝绳承的拉力。
Fd=Kd*Fe=0.6*16KN=9.6KN
② 静强度计算拉力Fjmax
静强度计算拉力是考虑卷扬机作业可能出现的最大拉力，此时零件的强度不得超过材料的许用拉力。动载系数按规范取φ=1.23
Fjmax=Fe=1.23*16KN=19.7KN
③ 试验拉力
卷扬机的强度用试验拉力进行验算,取下面两种情况的计算.
静载试验拉力Fsj
Fsj=1.25Fe=1.25*16KN=20KN
动载荷试验拉力Fsd
Fsd=1.1Fe=1.1*16KN=17.6KN

1．电机　2．弹性联轴器　3．减速器　4．过轮
5．主轴装置　6．离合螺旋　7．带式制动器
图1　原传动及工作原理图
传动装置运动和计算：
二、选择电动机
电动机是是已经系列化的产品，在设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构型式、容量（功率）和转速，最后确定具体型号。
根据工作机构的特点、工作环境、工作载荷的大小和性质等条件，选择电动机类型和结构型式、功率、转速，确定电机型号。
1、 选择电动机的类型和结构型式
电机类型要根据电源种类（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置等）。载荷特点（变化性质、大小和过载情况），起动性能和起、制动频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件确定。
电动机分为直流电动机和交流电动机两种，由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，因此无特殊要求时不宜采用。
生产单位一般采用三相交流电源，如无特殊要求均应采用三相交流电动机。其中以三相异步电动机应用最多，常用的为Y系例三相异步电动机。当电动机需经常起动、制动和正、反转时（例如起重机），要求电动机有较小的转动惯量和较大的过载能力，因此应采用起重及冶金用的三相异步电动机，常用的型号有YZ或YZR系例。
建筑卷扬机主要采用三相交流异步电动机，根据建筑行业的工作特点，电动机工作制应考虑选择短时重复工作制S3和短时工作制S2，并优先选用YZR（绕线形转子）YZ（笼型转子）系列，起重专用电动机，多数情况下选用绕线转子电动机，在工作条件较轻，接电次数较少时，亦可选用绕线转子电动机，对于小吨位建筑卷扬机考虑到多方面因素，电动机工作制也允许选择连续工作制S1如选择Y系列三相异步电动机。
2、 选择电动机的容量
电动机的容量（功率）选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，则不能保证工作机的正常工作，或使用电动机因长期超载运行而过早损坏；容量选得过大则电动机的价格高，传动能力又不能充分利用，而且由于电动机经常在轻载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费。
对于载荷比较稳定、长期运转的机械（例如运输机、起重机、卷扬机），通常按照电动机的额定功率选择，而不校核电动机的发热和起动转矩。选择电动机容量时应保证电动机的额定功率Ped等于或稍大于工作机所需的电动机功率Pd,即Ped≥Pd.
电动机的特点用途及使用条件
类别
系列名称
特点用途
使用条件及工作方式
符号含义

一
般
异
步
电
动
机

Y
系
列
（IP44）
三
相
异
步
电
动
机

该系列电动机为封闭自扇冷笼型三相异步电动机，效率高、节能、堵转矩高，噪声低、振动小，运行安全可靠，能防灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部，还能适用于灰尘多尘飞溅的场合，防护等级好。

1、海拔不超过1000m。
2、环境温度不高于140℃
3、额定电压380v,允许电压偏差±5%。
4、额定频率50HZ，允许频率偏差1%。
5、3KW以下的为Y接，4KW以上的为△接法。
6、绝缘等级：B级。
7、工作方式：连续（S1）。

Y型异步电动机
IP44为4级
方固体，4级防水
S—短时座
M—中机座
L—长机座
S1—连续要作制

类别

系列名称

特点用途

使用条件及工作方式

符号含义

冶金及起重用异步电动机

YZR、YZ系列冶金及起重用三相异步电动机

YZR系列为绕线转子电动机，YZ系列为笼型转子电动机YZR、YZ系列电动机适用于各种型式起重机械及其他类似设备的专用产品。具有较大的过载能力和较高的机械强度，因此它特别适用于那些短时或断续运转、频繁起动制动、有过载负荷及显著振动的场合。

绝缘等级为F级，环境温度不超过40℃，绝缘等级为H级，环境温度不超过60℃。
工作方式：
S3基准负荷连续率为40%，还有S2、S3、S4
等工作制。其他参考Y系列三相异电动。

Z—冶金起重用
R—转子为绕线型
S2—短时工作制
S3—短时重复工作制
S4—带起动的断续周期工作制
S5—带电制动的断续周期工作制
类别
系列名称
特点用途
使用条件及工作方式
符号含义

冶金及起重用异步

电动机

YZD系列起重用多速三相异步电动机
该系列电动机为起重用变极多速笼型转子三相异步电动机，是在YZ系列上的派生具有YZ系列特点，适用于起重机械、建筑等。防护等级为IP44。

绝缘等级为F1其他参见YZR、YZ及Y系列（IP44）

D多速，其他同上。

YZRW系列涡流制动三相异步电动机
电动机YZR系列
绕线转子三相异步电动机和感应式涡流制动器组成，适用于频繁起动、制动工作场合，调速范围可以从电动机额定转速调到同步转速的115-1/10防护等级IP44，IP54冶金，涡流制动防护等级IP00
绝缘等级F、H（冶金），其他参见YZR、Y系列（IP44

W—涡流制动，其他上
注：YZR、YZ系列电动机是按设计，并取代JZRZ，JZRHZ，JZ2系列的更新换代产品，更新产品YZRZ、YZ2系列电动机也即将投放市场。
工作机所需有效功率PW应由工作机的工作阻力和运动参数计算求得：
PW=FV/1000KW
=
=4.8kw
式中：F——工作机的工作阻力，N；
V——工作机的线速度，M/S；
电动机的工作功率 P0=PW/ηa
电动机到卷筒轴的总效率 ηa=η1Xη2Xη3Xη4Xη5
由表得η1=0.96，η2=0.98（滚子轴承），η3=0.98（齿轮精度为8级），η4=0.99（凸缘联轴器），η5=0.98（V带传动比）。
ηa=0.96x0.972x0.98x0.99x0.98=0.86
P0=4.8/ηa=5.5KW
容量相同的同类电动机，其同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min和750r/min四种，电动机的转速越高，则极数越少，尺寸和重量越小，价格也越低，但机械传动装置的总传动比增大，传动级数要增多，传动尺寸和成本都要增加，所以选择电动机转速时，必须做全面分析比较，通常多用同步转速为1000r/min和1500r/min两种。
综合表电动机的特点用途及使用条件，选择电动机的型号为Y132S—4 5.5KW.
三、选择减速器
减速器是垂直提升机械系统中一个很重要的组成部分，它的作用是传递运动和动力。它不仅将电动机的输出转速化为提升卷筒所需的工作转速，而且将电动机输出的转矩转化
为提升卷筒所需的工作转矩。
1、卷筒转速nj(r/min)
nj===23.4(r/min)
2、卷扬机总传动比i
i=ne/nj=940/23.4=40.17
取减速器的速比ij=40.17
由于本减速器用于各种起重运输机械及其它各种机械中作为减速之用。所以选择其型号为ZQ350。该系列圆柱齿轮减速机是两级三轴圆柱渐开线齿轮传动，箱体结构为水平分割全封闭式，机械性能好，工作可靠，维护方便。本机还具有过载能力强，耐冲击、惯性力矩小，适用于起重频繁和正、反向运转的特点。其联动方式可用联轴器直接联动，也可用链条、皮带挠性联动。ZQ型两级传动的外啮合渐开线圆柱齿轮减速器。主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。
考虑是普通减速器，无特殊的要求帮采用软齿轮转动，由表知选大、小齿轮材料为45号钢小齿轮调制处理，硬度为240HBS，大齿轮正火处理200HBS。
由于本卷扬机主要用于起重机械、矿山、冶金、建筑，也可以用于运输、通用、化工和轻工等机械行业。减速器的型号为ZQ—350—40.17。
3、减速器的安装调整与使用
减速器的承载能力和使用寿命是由制造质量与使用情况共同决定的。正确地安装、合理地使用、精心地维护都是减速器正常运行与提高寿命的重要因素。故减速器的安装调整、使用维护必须严格按设计要求执行。
地脚螺栓与调整垫铁
地脚螺栓按减速器底座的安装尺寸配置。在减速器底座就位前，应校对地脚螺栓中心位置偏差小于2mm、垂直度0.5/1000，地脚螺栓的螺纹应无缺陷，螺栓与螺母的配合松紧程度应符合标准，必要时进行适当修正。
调整垫铁和一次基础之间应设置钢制垫板，垫板厚应有20～25mm，长宽尺寸应比调整垫铁稍大，顶面应加工并与基础用沙浆粘牢，每套调整垫铁下面放一组。各垫铁与基础未粘牢前，除应根据减速器底座安装尺寸测定好位置外，还应找平到0.2/1000，各垫板标高偏差在±0.5以内。
采用调整垫铁组时，每一调整垫板组应尽量减少垫板的块数，并少用薄垫板，每组不宜超过5块。放置平垫板时，最厚的放在下面，最薄的放在中间，减速器找正后，每一垫铁组应相互焊牢。每一垫底铁组应放置整齐、平稳，并接触良好。减速器找正后，每一垫铁组应被压紧，推荐用重2kg左右的手锤逐组轻击听音检查。垫铁与垫铁、垫铁与底座、底座与减速器底面之间用0.05mm塞尺检查，塞入面积不得大于接触面积的30%。
减速器找正后，调整垫板组应露出减速器底座面外缘10～30mm，调整楔铁露出减速器底座
底面外缘10～40mm，调整垫铁伸入减速器底座底部的深度应使其超过减速器地脚螺栓的中心线。
4、减速器的使用与维护
减速器必须按技术规范使用，使用时应按要求在相关部位注足规定牌号的润滑油及润滑脂。
开机前应检查各联接螺栓是否可靠，各联接螺栓紧固好后，先开动润滑系统一段时间后，才可启动主电动机，提升机完全停止后，才可关闭油泵电动机。
第一次起动后，每8h应检查滤油器，并清除其脏物。这种检查清理工作一直进行到过滤器比较清洁为止，以后每清理一次。在运转第一个24h之后和以后每100h，必须检查地脚螺栓及轴承座螺栓是否有松动现象，各联接件是否松动。
定期对减速器内各齿轮的齿面情况进行检查，若齿面上出现有少量离散性的战俘蚀且发展很慢，见分晓为初期点蚀不是故障。但若有擦伤、胶合、塑变等现象时，应停止使用并立即与制造厂取得联系，使用单位应做好一切故障发展过程的详细的原始记录（使用的负荷、润滑油牌号、使用转速、最初发现故障时间及进展情况等），以供分析故障原因之用。不论是在试车还是在正常运转过程中，减速器所发现的一切问题和采用的处理措施都应详细记录。
减速器在使用期间，润滑油面的高度应符合设计的要求，定期检查润滑油中所含杂质、酸度、水分及其粘度变化情况，如发现超标或不合格时，应及时润滑油进行处理或更换新油，换油时应仔细冲洗轴承、油池等。减速器投入使用3个月和一年时间，应将润滑油抽出过滤一次或更换新油。应随时检查轴承和油池的温升及减速器的噪声，如发现有不正常情况时立即停机，寻找产生的原因，待排除故障后才可重新开机使用。
减速器外表面应保持清洁，以免影响散热。减速器上不得放置任何东西，以免发生意外。
若减速器在出厂前已装配调试好，安装及使用过程中一般不得随意拆开。
使用记录好表所示
减速器使用记录
减速器型号
出厂编号
使用地点
主机名称型号
原动机型号
原动机功率
原动机转速
齿面状况

5、减速器常见故障处理
经过多年的实践，我国垂直提升机减速器从设计、工艺、制造到检测已形成了一套 完整的体系，产器型谱在不断的扩大，产品的性能、效率、寿命以及安全性均有大幅度提高。尽管如此，由于影响减速器寿命的因素比较复杂，包括设计结构、材质、加工状况、装配精度润滑状态、运行工况、使用维护方法等，其中任何一个因素被忽略，减速器在使用状态下都可能产生不同类型的故障。根据失效统计，在传动装置中齿轮失效总数的60%左右，其余为轴承失效、润滑油泄漏、箱体的变形及减速器在使用中的振动等。
（1）齿轮的损伤与失效及处理
齿轮是减速器中的重要零件，齿轮的类型和轮齿啮合特点决定了齿轮运转特性，也决定了齿轮的不同的失效形式。按照GB/T3481——1997及ISO10825；1995的规定，齿轮的损伤与失效可分为：裂纹、断齿、齿面疲劳、齿面损耗、胶合、永久变形等六大类。
裂纹
齿轮裂纹一般在轮齿、轮缘、轮毂、轮辐等部位发生。齿轮的裂纹按其形成的特点可分为两大类：制造裂纹和使用裂纹。制造裂纹是由于齿轮生产工艺不当，引起材料缺陷，并且扩展形成的齿轮裂纹。
对于使用过程中出现的裂纹，临时处理方法为：将裂纹处金属打磨掉，使其周边圆滑，过渡，清除裂纹，防止裂纹扩展。并且与制造厂联系，分析原因，研究最终解决方案。
胶合
胶合是相啮合齿面在一定的压力下润滑油膜破裂，金属发生直接接触熔化粘连，随着齿面的相对运动，金属从齿面上撕落的一种齿面损伤。损伤齿面表现为沿滑动方向粘连撕伤沟痕，严重时整个齿面齿廓几乎完全损坏，仅节线位置无沟痕。由于齿面局部过热而导致的胶合，胶合部位呈回火色。控制齿轮局部载荷集中现象的发生，使用极压齿轮油，保证润滑油冷却充分，在高温工作时使用极压合成齿轮油等方法都可以防止胶合现象的发生。
对于使用过程中出现的胶合现象，临时处理方法一般为：将胶合损伤处磨削光滑，并更换极压润滑油，同时与制造厂联系，分析原因，避免胶合损伤再次发生。
永久变形
当齿轮工作应力超过轮齿材料的屈服极限，材料产生塑性变形，形成齿面或齿体的永久变形。永久变形的模式一般有压痕、起皱、起脊、飞边等。
压痕是由于外界异物进入轮齿啮合区，使齿面上压出浅平的凹痕。压痕多发生于硬度低的齿轮上。
起皱是由于润滑不良、工作压力高、工作齿面间产生爬行现象，在齿面上垂直于滑动方向出现波纹状条纹。起皱多发生于硬度高的齿轮上。起皱往往与低速、振动等原因有关。
起脊是在齿面上沿滑动方向出现明显的条状脊棱。飞边是在轮齿边缘形成尖锐的凸出的薄边。起脊和飞边是由于齿面硬度低、工作应力高、齿面滑动速度低、润滑失效等造成的。
对于使用过程中出现的永久变形现象，应及时与制造厂联系，分析原因，一般应更换备件。
（2）轴承的损伤与失效及处理
运转中无法直接观察轴承，但通过对噪声、振动、温度、润滑剂等状况的监测，可以分析出轴承的异常。如表例出了常见轴承的损伤与对策。
为了判断拆下的轴承能否继续使用，应重新检查尺寸精度、旋转精度、内部游隙，并且检查各零件的表面是否有损伤。通过分析轴承损伤的原因，及时采取相应的对策，改善轴承的使用条件，并且补充轴承备件。
轴承的损伤的对策
项目
现象
原因
措施

剥离

运转面剥离
呈明显凸凹状
1、负荷过大，使用不当
2、安装不良
3、轴或箱体精度不良
4、异物侵入
5、发生生锈
6、异常高温造成的硬度下降
1、重新研究使用条件，重新选择轴承
2、检查安装方法
3、重新考虑密封设计
4、检查润滑剂
5、检查润滑效果
6、检查轴或箱体的加工精度

烧伤

轴承发热变色，进而烧伤不能旋转
1、润滑不足或润滑剂不当
2、滚子偏斜
1、研究使用条件，设2、定适当游隙
3、检查使用条件
4、减少定位误差

磨损

表面磨损
尺寸变化
伴有磨痕
1、润滑剂中混入异物
2、润滑不良
3、滚子偏斜
4、负荷不稳定
1、检查润滑剂清洁度
2、检查润滑方法
3、减少定位误差
4、重新研究使用条件，重新选择轴承

压痕碰伤

表面冲击凹坑
安装时擦伤
异物侵入
安装不良
防止异物进入
改善安装方法
项目
现象
原因
措施

生锈腐蚀

表面局部或全部生锈
1、包装不当
2、防锈不当
3、保管不当
1、改善减速器密封
2、正确使用防锈措施
3、加强管理，定期检查

保持架破损

铆钉松动或断裂保持架破裂
1、负荷过大
2、异物侵入
3、振动大
4、安装偏斜
1、重新研究使用条件
2、防止异物进入
3、检查轴或箱体的刚度
4、正确确定配合处过盈量
电蚀
滚动表面有烧伤
滚动面通电
采取绝缘措施
四、卷筒的设计
建筑卷扬机的重要零件，对建筑卷扬机安全、可靠的工作至关重要，应该合理地进行设计。
1、卷筒的结构
按照结构形式较多，可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。建筑卷扬机卷筒大多数为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。大吨位建筑卷扬机一般采用铸钢卷筒，铸钢卷筒虽然承载能力较大，但成本较高，若工艺允许，可改用钢板焊接结构。
按照卷筒绕线层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。建筑卷扬机主要使用多层缠绕卷筒。
按照卷筒内部是否有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。无论是卷筒内的环向筋还是纵向筋，均增加了制造难度，同时在筒壁的连接处还会引起应力集中。目前的设计趋势，主张取消纵向盘和环向筋。
按照结构的整体性，卷筒可分整体式卷筒和分体装配式卷筒。卷扬机吨位比较小时，卷筒常采用整体结构。对吨位较大的卷筒，常做成分体装配形式，这样可简化工艺，减轻重量。
按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒或筒内齿轮内啮合式。
2、卷筒容蝇尺寸参数
卷筒容蝇尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定，参见下图：

⑴卷筒节径D
卷筒节径D应满足下式
D≥Ked
式中 Ke——筒绳直径比，是与卷扬机工作级别有关的系数。
d——钢丝绳直径
卷筒节径D对筒壁和端侧板的设计具有重要意义，也影响钢丝绳直径的选择。D值小结构自然紧凑，但单位长度上的力较大，钢丝绳寿命低。
对于JK1.6吨卷扬机的工作级别为A5级,卷筒节径系数Ke≥19。
取卷筒直径D0=235mm,则卷筒节径D=D0+d=235+13=248mm.
D>Ked符合规范要求。
⑵卷筒容绳宽度Bt
卷筒容绳宽度Bt，一般可按下述关系式确定
Bt<3D0=705mm 取Bt=660mm
式中D0——卷筒直径（mm）。
建筑卷扬机卷筒壁厚的设计计算中，通常卷筒长度都设计成小于其直径的3倍，甚至小于其直径的2倍。因为此时的钢丝绳拉力产生的扭剪应力和弯曲应力的合成应力较小，故计算卷筒强度时时可忽略不计，简化了设计计算。
⑶卷筒边缘直径Dk
卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径。对于多层缠绕，为了防止钢丝绳脱落，端板直径应大于钢丝绳最外层绳圈直径。端侧板直径用下式计算
Dk≥DS+3d=300+3*13=339mm
Ds=D0+(2s-1)d=235+65=300mm
式中Ds——最外层钢丝绳芯直径，由下式确定：Ds=D0+(2s-1)d0其中：S—钢丝绳缠绕层数。
⑷缠绕层数S
卷筒缠绕层数S按下式计算
S≤==3.4 取S=3
⑸卷筒容绳量L
的容绳量指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排列时，达到规定的绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值。
卷筒的容绳量可按下述方法计算：
第i层钢丝绳芯直径为
Di=D0+(2si-1)d
式中Si——第i层，i=1,2,3,…S。
第i层卷筒的钢丝绳长度为
Li=(Bt/d-1)[D0+(2Si-1)d]*10
卷筒容绳量为
L=L1+L2+…+Li
=(
=128mm
实际容绳量应再加上钢丝绳安全圈的长度（一般为3圈）。
⑹卷扬机的额定速度
根据GB/T1955-2002《建筑卷扬机》3.1条规定，JK1.6卷扬机的基准层取为3层。额定速度指基准层的速度。
Ve=n电*[D0+(2S-1)d/i总
=940*3.14[235+(2*3-1)*13]/40.17=22(m/min)
3、卷筒扭矩的计算
卷筒是卷扬机直接承载零件，受力比较复杂，分析清楚卷筒上所受的力，对卷扬机整机设计具有十分重要的意义。
① 额定扭矩Te
Te=*Fe=Fe=*16=2400(Nm)
② 疲劳强度计算扭矩Td
Td=Dj*Fd*10/2=300*9.6*10*10/2=1440(Nm)
③ 静强度计算扭矩Tjmax
Tjmax=Dj*Fjmax*10/2*10=300/2*19.7=2955(Nm)
4、卷筒强度的计算
①卷筒壁厚δ
An——多层卷绕系数，按规范取An=1.45
tz——钢丝材料轴向卷绕节距tz=1.01d
[c]——卷筒材料HT200许用应力[c]=150Mpa
δ≥An*F/(tz[])=1.45*16000/(1.01*13*150)=11.8(mm)
取δ=15mm
②卷筒侧板根部厚δ2
δ2≥==10.25（mm）
按标准圆整取δ2=12mm
[σe]——HT200许用应力
[σe]——σb/kj=200/3=67(Mpa)
Bn——综合影响系数。HT200取Bn=0.44
五、钢丝绳的选择
建筑卷扬机通过钢丝绳升降重物。工作时钢丝绳所受应力十分复杂，加之结外界影响因素比较敏感，一旦失效，后果十分严重。因此，应特别重视钢丝绳的合理选择与使用。
线接触钢丝绳股断面的结构又可分为三种型式：
① 西鲁式（外粗式）代号为S，其特点是耐磨性好，但性差，对于多层缠绕。当卷筒与钢丝绳直径比较大时，选用S型较适宜。
② 瓦林吞式（又称粗细式）代号W。其特点是煌面充填系数高，承载能力大，这种钢丝绳为建筑卷扬机广泛采用。
建筑卷扬机宜先用为多层缠绕，应选用双捻制线接触的西鲁式钢丝绳。建筑卷扬机宜选用不易松散和旋转倾向小的线接触钢丝绳.JK1.6吨卷扬机选用13NAT6*37S+FC1770钢丝绳。A5级工作的卷扬机钢丝绳的安全系数[K]=5最小钢丝破断拉力Sp=98.7(kn)
Ks=Sp/Fe=98.7/16=6.16>[K]
建筑卷扬机系多层缠绕,钢丝绳受力比较复杂,为简化计算,钢丝绳的选择采用安全系数法,这是一种静力计算方法.
卷扬机所选钢丝绳的安全系数符合规范要求。
按规定,在保留钢丝绳两圈安全圈的情况下,固定处应能承受1.25倍额定拉力而不失效.为此应用1.25倍钢丝绳额定拉力对钢丝绳固定处进行承载能力验算.
⑴钢丝绳固定端部的计算拉力Fg
钢丝绳与卷筒表面磨擦系数=0.16
钢丝绳在卷筒上的包角a=4
Fg=Fmax/e==0.167Fe=0.167*16=2.68(KN)
⑵固定端承载能力的的验算
钢丝绳螺栓采用M12，性能等级σs=315Mpa级，螺栓预紧力为F0
F0=0.7*σs*As=0.7*315*84.3=18.6(KN)
压板处磨擦力Fy
Fy=F0=0.16*18.6=2.97(KN)
Fy>Fg
因此,固定端承载能力满足要求.
⑶钢丝绳出绳方向及其卷放偏斜角
卷扬机钢丝绳的出绳方向为水平方向,并且从卷扬机卷筒下方出绳,钢丝的卷放偏斜角≤2°。如图所示

Ld≥*10=*10=9.5(m)
应保证导向滑轮中心线到卷筒轴线的距离大于9.5米,即可保证卷放偏斜角≤2°.
⑷钢丝绳使用时应注意的问题：
1、为保证钢丝绳在绳筒上平滑缠绕，避免各圈钢丝绳间相互磨擦及多层缠绕锤击和堆绕现象，延长钢丝绳的使用寿命，钢丝绳在卷 筒及绳轮上的偏角必须保持在一定的限度之内，一般在0.5°-2°之间。
2、良好的周期性润滑是提高钢丝绳使用寿命的一需重要因素。它可以防止锈蚀，减少钢丝绳内外磨损。一般常用中、低粘度润滑油和滤青质化合物。目前我国生产的“钢丝绳油”属于中等粘度油，适用于各种股捻钢丝绳的润滑，其附着力大，不易滑落或与水起作用，且含有防锈剂，是一种良好的润滑剂。
3、在室外、潮湿或腐蚀介质存在的环境里，应选用镀锌钢丝绳。
4、经常检查钢丝绳是否与别的机件磨擦，重新更新更换新绳时必须核对新绳与原绳的型式、直径是否相同；经常检查钢丝绳表面的磨损及断丝，遇到问题及时解决。
5、使用中，应尽量减少钢丝绳的弯折次数并尽量避免反向弯折。
6、国家标准规定，建筑卷扬机钢丝绳在卷筒上安全圈数不得小于3圈。在保留两圈的情况下，应承受1.25倍的钢丝绳额定拉力。
应留云霄圈丝绳间相互磨擦及2.97(KN)6(KN)=11.8(mm)
六、制动器的选用
为了确保卷扬机安全，可靠地工作，必须装设制动器。
对于JK1.6吨卷扬机采用常闭式的支持制动器,制动轮装在减速机高速轴上。在设计或选择制动器时，主要依据是制动力矩。无论是标准制动器，还是自行设计的制动器都要做必要的发热验算。
JK1.6吨卷扬机高速轴额定静载力矩T
T===66.4(Nm)
采用YWZB-200/25液压制动器,额定制动力矩Tez
Tez=200N.m
Tez/T=200/66.4=3>1.5
七、卷筒轴的设计
如图卷筒轴系结构及心轴受力及弯矩

① 已知参数
额定拉力Fe=16kN；轴材料45号调质处理；σb=650Mpa;σs=360Mpa;σ=300Mpa;[σb]=100Mpa
② 作用力的计算
由图可知，轴左端为调心轴承，右端通过减速机外齿轮内的调心轴承支承，并通过健将轴的转矩传到卷筒，此轴为不等径轴，此处轴端直径较小，且有键槽，因此右端受力最大，此轴系转轴，工作时同时承受弯矩和转矩作用，应按弯扭合成进行轴的强度计算，因为此轴与减速机低速轴系同一根轴，轴中弯曲应力，应按对称循环变应力处理，而扭转剪应力，由于转矩方向不变，可认为是脉动循环应力，为此根据第三强度理论，可直接求得当量弯矩，计算时，卷筒作用到转轴的力可简化为作用于支承面宽度中点的集中力，并且把它简化为受集中力的简支梁，左端支承点750mm,右端支承点85mm,求支反力：
静强度计算拉力Fj=19.7(kN)
Rc===2(kN)
Rd==17.7(kN)
Mj=RaX(0≤X≤a)
=2*X=2*750=1500(N.mm)见图4c
M2=Rb(1-X) (a≤X≤1)
当x=e时，M2=0
轴端平键传递的转矩为：
T=9550*=9550*=3060（N.m）见图4d
弯扭合成弯矩M合=
==3408(N.m)见图4e
③ 计算卷筒直径:
按弯扭合成强度计算卷筒轴径:从图中看出危险断面为B
dB=21.68=21.68查表得=1
=21.68*=56.3mm
考虑到此处有一个增键槽,应增大5%,取db=65mm.
④ 卷筒轴的疲劳强度计算:
卷筒轴弯曲应力为对称循环,平均应力σm=0 =0
σbB=σmax===63.3Mpa
查表得Z=23.7cm,ZP=50.7cm.
σa=σbB=63.3Mpa
查得有效应力集中系数Kσ=1.8,表面状态系数β=0.92,绝对尺寸影响系数εσ=0.78。
Sσ===1
因为σm=0
一般轴疲劳强度安全系数[Sp]=1.5-1.8,所以该轴疲劳强度足够.
⑤ 卷筒轴的静强度计算
Ss=≥Ssp
Ssσ====5.7
Ss====3.5
Ss===2.97
静强度的许用安全系数Ssp在σs/σb=0.55-0.7时，Ssp=1.2-1.8。
故该轴静强度足够。
八、卷扬机使用安全常识
安全使用卷扬机不仅能防止事故，延长使用寿命，还可以提高工效。
（1）卷扬机应安放在地势稍高、视线良好、地脚基坚定、距离起吊处15m以外的地方，若为临时使用，可将钢丝绳拉住机座上的座孔通过地锚固定；若是长期使用，则通过地脚螺栓将机座固定在混凝土基础上。地锚或混凝土地基必须按卷扬机额定牵引力的大小来埋没并与机座可靠连接，以防使用中产生滑动、位移，甚至拉翻卷扬机，导致重物坠落等重大事故。卷扬机在室外装用时，上方应设有遮阳挡雨的工棚，但不得妨碍机手操作，或影响机手对指挥人员及提升物的视线。
（2）钢绳应从卷筒下方引出，出绳方向尽量同地面平行，当钢绳处于卷筒中