工程机械钢丝绳设计的重要参数计算

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工程机械钢丝绳设计的重要参数计算

＿ｍｐｏｎａｎｔｐａ阳ｍｅｔｅｒｃａＩｃｕＩａｔｉｏｎｂｒ仙ｅｄｅｓｉｇｎｏｆ、，ｖｉ怕∞ｐｅ

ｉｎ

ｅｎｇｉｎ∞ｒｉｎｇ

ｍａｃｈｉｎｅｒｙ

王艳戎１，潘志勇２，胡彦辉２。邱煌明２，梅静３

ＷＡＮＧＹａｎ—ｒｏｎｇ‘，ＰＡＮＺｈｉ—ｙｏｎ９２，ＨＵＹａｎ—ｈｕｉ２，ＱＩＵＨｕａｎｇ—ｍｉｎ９２，ＭＥＩＪｉｎ９３

（１．泸州职业技术学院。泸州６４６００５；２．湖南工业职业技术学院，长沙４１０２０８；

３．四川化工职业技术学院，泸州６４６００５）

摘要：通过对工程机械用的钢丝绳质量和使用要求分析，仔细研究了钢丝绳的绳芯直径、捻距、

捻角的确定、螺旋线长度和曲率半径等结构参数。本文用数学的方式推断出钢丝绳的直径、捻距、捻角、螺旋线长度和曲率半径等结构参数的计算公式，并编制成工程机械钢丝绳设计的重要参数表，利用它可省去大量的运算过程，对工程机械用的钢丝绳生产有很大的指导意义。

关键词：工程机械；钢丝绳；结构参数中图分类号：ＴＰ３９１

文献标识码：Ａ

文章编号：１

００９—０１

３４（２０１１）５（下）一００４５一０４

Ｄｏｉ：＇Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—０１３４．２０１１．５（下）．１４

０引言

工程机械用的钢丝绳，质量和使用要求一直是工程机械中的一项关键性技术要求。对工程机械用的钢丝绳使用要求，现在都非常清楚。而工程机械用的钢丝绳本身的生产质量和性能参数非常重要，钢丝绳耐磨性和抗疲劳性等主要性能决定于钢丝绳的直径、捻距、捻角、螺旋线长度和曲率半径等结构参数。前一篇文章已经用数学的方式推断出钢丝绳的直径和内股绳直径的计算方式，并计算出钢丝绳的股数、捻距倍数、捻制系数和捻角数据，且编制成工程机械钢丝绳没计的重要参数表。本文用数学的方式推断出钢丝绳的绳芯直径、捻距、捻角、螺旋线长度和曲率半径等结构参数的计算公式，利用它便于钢丝绳设计计算。

式中：Ｄｍ——金属绳芯的直径（ｍｍ）；

ｍ——钢丝绳的捻制系数；ｄ——股径（ｍｍ）；

胁一钢丝绳直径（ｍｍ）；

ｎ——钢丝绳内股的数目；ａ——钢丝绳的捻角。

１．２纤维绳芯的直径

纤维绳芯在钢丝绳内要充满芯部空间，同时在股的挤压作用下，绳芯可以进一步被压缩，因此，纤维绳芯在计算值的基础上要适当加粗，这样才能保证其良好的支承作用，特别是在钢丝绳工作的初期，如果纤维芯未充满，会加剧钢丝绳的结构伸长，使绳径变细。

钢丝绳所需要的纤维绳芯的直径，是按填满绳内股间空隙的纤维绳芯的面积来计算的。如图１所示，设股数为ｎ，股径为ｄ，绳芯的面积Ｓｍ就等于正ｎ边形ＡＢＣＥＦＧ的面秘Ｓ，与各股内ｎ个扇形面积之差，即Ｓｍ＝Ｓｌ—ｎＳ２

１

工程机械钢丝绳绳芯直径的确定

金属芯的直径可用下列公式计算：Ｄｍ＝（ｍ一２）ｄ

，＇

１．１金属绳芯的直径

（１）

ｎ

ｎ

，２

兀

Ｄｍ＝（１一二）Ｄ

Ｉｌｌ

ｓ１

（２）（３）

２石ｄ。ｃｔｇｉ

Ｄｍ＝Ｄ一２ｄ

ｎｓ。：导ｄｚ（导一１）

Ｄｍ＝ｄ

（４）

眠ｓｍ＝芸ｄ２ｃｔｇ詈一≯≥－１）

收稿日薅：２０ｌｌ一０１一１７

作者简介：王艳戎（１９７０一），女，四川泸州人，副教授，硕士，主要从事金属材料的研究工作以及机械设计及理论的

教学工作。

第３３卷第５期２０１１—５（下）

【４５】

万方数据

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图ｌ纤维绳计算图

：等［ｎｃｔｇ詈一Ⅱ（号－１）］

２Ｔｌｎｃｔｇｉ一Ⅱ（百一１）Ｊ

（５）

将Ｓ。看成圆形绳芯的面积，因此纤维绳芯的

直径Ｄ。的计算式如下：

～厚＝ｄ

（６）

式中：Ｄ。——纤维绳芯的直径（ｍｍ）；

ｎ——钢丝绳的内层股数；ｄ——钢丝绳的股径（ｍｍ）。

如果，将绳芯的直径折合成钢丝绳直径的倍

数，则（６）式可变为：

Ｄ聊１（７）

Ｄ

聊

式中：Ｄ一钢丝绳的直径（ｍｍ）；

ｍ——钢丝绳的捻制系数。

按（６）式和（７）式计算的值是考虑纤维绳芯

在捻制状态下结构的需要。但是，由于纤维绳芯具有比较大的压缩性，同时在股中钢丝之间靠绳芯一侧也存在着大量的缝隙需要充填，再加上考虑使用时钢丝绳受倚对绳芯的进一步压缩，因此，实际上选择绳芯的直径要比上述计算值加大３５—

５０％。这时（７）式变成了如下形式：

安：（１．３５．１．５０）三

Ｄ

、

７

（８）

ｍ

按（８）式计算的不同股数和捻距倍数的里竺

Ｄ

值如表１所示。

１４６Ｊ

第３３卷第５期２０１１—５（下）

万方数据

表１

Ｄｍ，Ｄ的实际选择值（常用值）

Ｄ。／Ｄ＼Ｋ

＼ｊ

６．５

７．ｏ

７．５

８．０

４０．２８９～０．３２１Ｏ．２８９～０．３２ｌ０．２９０～０．３２２０．２９０一０．３２２６

Ｏ．６０２～Ｏ．５５７Ｏ．５０３～０．５５９０．５０５～Ｏ．５６１０．５０６～０．５６２８０．６３９～Ｏ．７１００．６４２～Ｏ．７１３０．６４５～Ｏ．７１６Ｏ．６４７～０．７１９１８

０＿３０ｌ～０．３３４Ｏ．３０３～０．３３７Ｏ．３０５～Ｏ．３３９０．３０７～Ｏ．３４０

（多层股）

在以上的设计过程中，既然捻距倍数在确定钢丝绳的捻距可按以下公式计算：

Ｔ＝Ｋ・ＤＴ＝兀ＤＯ・ｃｔ２仅

Ｔ＝兀（Ｄ—ｄ）・ｃｔ９０【

（９）

』＝——

，

死ｄ

（１０）

Ｓ１ｎ口

式中：Ｄ０．钢丝绳的捻制圆直径（ｍｍ）；

ａ一钢丝绳的捻角；ｎ一钢丝绳的股数。

其计算公式有：

ｔ酽竿一一ｒｃｔｇ竿

ｔｇ口：型

ｔｇ口＝—ｉ———￡。

口＝ａｒＣｔｇ—ｉ——二

ｍ２赢～一咖［南］

ＫＹｍ——◆

口：ａｒｃｔｇ型

。ＫＬＹｍ

ｓｉｌｌ≯２＋（蒯）２

ｌｓｍ≯２＋（石ｄ）２

（１１）

以上是一些常用的捻距、捻角计算公式，其２工程机械钢丝绳捻距、捻角的确定

钢丝绳直径时就已经给定，囚此作为结构本身来

说，捻距实际上已经被确定。捻距和捻角是钢丝绳的重要参数，除从结构上确定钢丝或股的螺旋线形状及尺寸之外，还在捻制时确定捻股机或成绳机的车速。

２．１钢丝绳的捻距

２．２钢丝绳的捻角

推导过程比较简单，这里就不赘述了。至于在具体选用时，可以视已知的条件而定。

垒１１兰生！翌！竺

３量墼械钢丝绳螺旋线长蔚口曲率半径

钢丝绳的螺旋线长度是指一个捻距内股绳螺旋线长，用ｓ表示之；钢丝绳的曲率半径是指股绳在钢丝绳中呈圆柱螺旋线状态，其弯曲的曲率半径，可用ｐ来表示。３．１钢丝绳的螺旋线长度

当钢丝绳的直径、股径及其捻距确定之后，它的螺旋线长度也已经确定，因此，Ｓ也是钢丝绳所固有的结构参数。由于Ｓ是一定的，因此要求在将股绳预先加工成螺旋线状态时（如三角股生产时要将股绳预先加工成绳中的螺旋；不松散钢丝绳生产中的预变形也需要将股绳预先变形为绳中螺旋，）其螺旋线的长度要与Ｓ相符合。

钢丝绳中的螺旋线长度按下式计算如图２所示：

Ｂ

Ａ

２兀Ｒ

Ａ’

（捻制圆周长）

图２钢丝或股呈圆柱螺旋线状态及展开图

（１２）

式中：Ｄ。厂钢丝绳的捻制圆直径（ｍｍ）；

Ｓ一钢丝绳的螺旋线长度（ｍｍ）；

Ｔ．一钢丝绳的捻路（ｍｍ）。

３．２钢丝绳的曲率半径

圆柱螺旋线中各点的弯曲曲率是一定数，其曲率半径当然也是定值。因此，股在绳中的任意一点的弯曲曲率半径都相等。如图２所示，设Ａ（Ｘ，Ｙ，厂

ＩＸ＝Ｒ・ｃｏｓ０＜

Ｙ＝Ｒ・ｓｉｎＯＩ

ｚ＝Ｋ・

ｏ＝ｏ・Ｒ・ｃｔｇ

Ｑ

、．

当Ｏ＝２兀时，

Ｚ＝２兀Ｒ・ｃｔ９０【＝Ｔ＝２玎・Ｋ

万方数据

枞Ｋ＝六。一１

２Ⅱ。

以上式中，Ｒ一捻制圆半径；０【一捻角；Ｔ一

捻距。

故，钢丝绳中股的曲率半径：

Ｒ二＋Ｋ－

１

Ｒ

将Ｒ＝导，Ｋ－古代入上式之后，

ｐ连‰竽

㈣，

例题：经计算，某塔式起重机吊装主绳所需吊的滑轮为双联式滑轮组）。

设计计算：

１）塔吊用钢丝绳要求柔软、不旋转性能好，１８×７＋ＮＦ

钢丝的抗拉强度选用１６７０Ｎ／ｍｍ２（兆帕），且

Ｑｎ

ＫＮ。

２）钢丝绳直径

钢丝绳的最小破断拉力：

Ｆｊ＝８．０×２２．５＝１８０ＫＮ

查钢丝绳破断拉力换算系数（Ｋ７）表得Ｋ

７

Ｄ：．／旦堕盟：１８．４ｌ

、ｆ０．３１８×１６７０

确定钢丝绳的直径为１８．５ｍｍ（取整）。

３）股径

查表２，当ｎ＝１２，Ｋ＝７．０时，ｍ＝５．０９１

故得：ｄ＝罢＝揣＝。．６３嗍。

【下转第５１页】

第３３卷第５期２０１１—５（下）【４７】

３．３综合举例

要承受的总负荷为９０ＫＮ，按使用规定，要求有８．Ｏ的安全系数。试对此钢丝绳进行结构设计（塔主要承受张力负荷。因此确定采用多层股不旋转

钢丝绳，其具体的结构式为：

为光面钢丝，选择有机物纤维做绳芯。钢丝绳分为两层股构成，外层为１２根，内层为６根，内外

层的捻向相反。钢丝绳的捻距倍数选定７．０。单根

ｚ）为股中的任意一点，则股螺旋线的参数方程是：

钢丝绳的总负荷为等＝２２．５

＝０．３１８，所以，

６结束语

在编制各种非圆曲线轮廓零件的加工程序时，对于形状一样尺寸不同的系列零件，使用宏程序并合理地结合粗车复合循环指令Ｇ７１、Ｇ７２和Ｇ７３，以最短的程序段表出加工程序，具有极好的易读性和易修改性，编写出的程序简洁直观，逻辑严密、修改方便，通用性强，同时又可减少甚至免除手工编程的烦琐数值计算并精简程序量，提高编程与加

工的效率，因此广泛应用于数控加工编程中。

参考文献：

【ｌ】华中数控公司，华中世纪星车床数控系统ＨＮＣ一２１／２２Ｔ

编程说明书，２００６．

【２】冯志刚．数控宏程序编程方法技巧与实例【Ｍ】．北京：机

械工业出版社，２００８．

【３】顾京．数控机床加工程序编制【Ｍ】．北京：机械工业出版

社，２００３．

ｊ出‘ｊ蠡‘ｊ矗‘●翕‘ｊ盘‘ｊ童‘ｊ盘‘南盘‘ｊ童‘ｊ蠡｝｛出●ｊ蠡●●如‘ｊ盘‘ｊ品‘ｊ量‘ｊ岛｝ｊ蠡‘ｊ出●｛矗●ｊ蠡‘｛矗‘｛出‘妇

【上接第４７页】

４）纤维芯绳直径按（８）式和表３

肛＝絮

＝６４．５７ⅡⅡｎ

一（石×１４．８７）２＋１２９．５２

２×乃２×１４．８７

－－－——・－一一・－－－－一，。Ｊｆ，・…＋＿鲁＝等√》■＋・

Ｄ

历＼ｆ石。胛

２

１．４５．０９ｌ＝Ｏ．３１５

（２）内层绳

内层绳直径Ｄ，＝Ｄ一２ｄ＝１１．２４ｍｍ

所以，是：正夏瑟‘百丽：７０．４４ｍｍ

参考文献：

【２】杜庆华，等．材料力学【Ｍ】．人民教育出版社。１９９８．【３】樊映川，等．高等数学【Ｍ】．人民教育出版社，２００５．

０Ｊ

内层绳捻制圆直径Ｄ０１＝Ｄｌ—ｄ＝７．６１ｍｍ

故得芯绳直径：Ｄ。＝Ｏ．３１５×１８．５＝５．８３ｍｍ５）钢丝绳捻距、捻角（１）外层绳的捻距、捻角：

Ｔ１＝Ｋ・Ｄ＝７．０×１８．５＝１２９．５ｍｍ

【１】国外钢丝绳标准译文集．冶金部金属制品研究所，１９８１．

％＝舢留三必＝口陀辔三塑塑型二堕＝１９．８３。＝１９。５０，ｑ＝舢留—素磊产＝口陀辔了斋耐＝１９沼丁＝１９。５

ＫＹ，打

／．Ｕ×）．Ｕｙｌ

［４】金涛，周浩章．钢丝与钢绳生产机械设备【Ｍ】．冶金部技

校教材编审办公室，１９８２．

【５】抚顺煤炭研究所，开滦煤矿编．矿井提升钢丝绳【Ｍ】．煤

炭工业出版社，１９７９．

【６】Ｂ．ｒ．ＭｏｎｂＨａｐ，著．周学良，殷祥华，冯雅观，方一鹤，译．

钢丝绳生产工艺基础【Ｍ】．１９７６．

（２）内层绳的捻距、捻角：

因为股绳在这种钢丝绳中也是呈点接触状态，所以内层绳的捻角０【：与外层绳的捻角Ｏ【。相等。

所以：０【２＝０【ｌ＝１９。５０’

【７】李维基．圆股钢丝绳结构设计——介绍国外的一种设计

方法【Ｊ１．金属制品，６９：３８掣．

【８】邱煌明．多层股（不旋转）钢绳生产工艺浅述【Ｊ】．金属制

＝６６．２６ｍｍ

品，５ｌ：３３－４２．

五：旦・

Ｓｌｎ口２

［９】王庸禄．钢丝绳结构与接触应力分析【Ｊ】．金属制品，６５：

３１．３５．

（３）Ｔ２／Ｔｌ＝６６．２６／１２９．５＝ｏ．５１２

６）钢丝绳的螺旋线长度和曲率半径（１）外层绳

Ｄｊ＝Ｄ—ｄ＝１８．５—３．６３＝１４．８７ｍｍ

【１０】邱煌明．不松散钢丝绳生产中预变形工艺参数的确定

【Ｊ】．金属制品，４３：１４—１７．

［１ｌ】齐长祥．钢丝绳不松散处理模拟弹掌性理论分析，金属

制品．总第４９期，Ｐ１４．

【１２１齐长祥，王灵忠．钢丝绳不松散预变形条件计算ＩＪ】．金

属制品，５２：４０．４３．

所以，

墨：厅可可＝屉瓦百石万

＝】３７．５７ｍｍ

第３３卷第５期２０１１—５（下）【５１】

万方数据

工程机械钢丝绳设计的重要参数计算

作者：作者单位：

王艳戎， 潘志勇， 胡彦辉， 邱煌明， 梅静， WANG Yan-rong， PAN Zhi-yong， HU Yan-hui ， QIU Huang-ming， MEI Jing

王艳戎,WANG Yan-rong(泸州职业技术学院,庐州,646005)， 潘志勇,胡彦辉,邱煌明,PANZhi-yong,HU Yan-hui,QIU Huang-ming(湖南工业职业技术学院,长沙,410208)， 梅静,MEIJing(四川化工职业技术学院,泸州,646005)制造业自动化

MANUFACTURING AUTOMATION2011,33(10)

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

参考文献(12条)

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4. 金涛;周浩章 钢丝与钢绳生产机械设备 19825. 抚顺煤炭研究所;开滦煤矿 矿井提升钢丝绳 1979

6. B.r.MonbHap;周学良;殷祥华;冯雅观,方一鹤 钢丝绳生产工艺基础 19767. 李维基 圆股钢丝绳结构设计--介绍国外的一种设计方法8. 邱煌明 多层股(不旋转)钢绳生产工艺浅述9. 王庸禄 钢丝绳结构与接触应力分析

10. 邱煌明 不松散钢丝绳生产中预变形工艺参数的确定11. 齐长祥 钢丝绳不松散处理模拟弹塑性理论分析12. 齐长祥;王灵忠 钢丝绳不松散预变形条件计算

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引用本文格式：王艳戎. 潘志勇. 胡彦辉. 邱煌明. 梅静. WANG Yan-rong. PAN Zhi-yong. HU Yan-hui. QIU Huang-ming. MEI Jing 工程机械钢丝绳设计的重要参数计算[期刊论文]-制造业自动化 2011(10)