CN116084196A - 一种用于传动的钢丝绳及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传动用钢丝绳技术领域，为提高钢丝绳的抗疲劳磨损及结构稳定性，从而有效保障钢丝绳传动场景的安全性，提供了一种用于传动的钢丝绳及其制作方法，所述方法包括以下步骤：根据所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径和间隙率数据计算对应的配丝参数；确定所要制作的钢丝绳的绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围，并根据配丝参数计算满足绳捻距倍数范围和股捻距倍数范围的钢丝接触角，以及结合钢丝接触角范围确定多组捻制参数，配丝参数与一组捻制参数构成对应的一个结构方案的结构参数；对每个结构方案的结构参数进行有限元分析，得到每个结构方案的力学性能，以选定最优结构方案；按照最优结构方案制作钢丝绳。

Description

一种用于传动的钢丝绳及其制作方法
技术领域
本发明涉及传动用钢丝绳技术领域，具体涉及一种用于传动的钢丝绳的制作方法和一种用于传动的钢丝绳。
背景技术
绳传动是靠紧绕在槽轮上的绳索与槽轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。它的主要优点是，能传递长距离的平行轴或任意位置轴之间的旋转运动和直线运动，传动零件结构简单、加工方便，传动平稳，无噪音、无振动和冲击。
目前的绳传动电梯一般是应用钢丝绳进行传动的，钢丝绳的疲劳寿命及结构稳定性无疑是决定电梯安全性的重要性能。因此，如何提高钢丝绳的疲劳寿命及结构稳定性成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种用于传动的钢丝绳及其制作方法，能够制作出力学性能较佳、结构较均匀的钢丝绳，提高钢丝绳的疲劳寿命及结构稳定性，从而能够有效保障钢丝绳传动场景，例如电梯应用的安全性。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于传动的钢丝绳的制作方法，包括以下步骤：S1，确定所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径和间隙率数据，并根据所述绳股结构、所述绳直径和所述间隙率数据计算对应的配丝参数，其中，所述配丝参数包括每股的直径和各股中每个钢丝的直径；S2，确定所要制作的钢丝绳的绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围，并根据所述配丝参数计算满足所述绳捻距倍数范围和所述股捻距倍数范围的钢丝接触角，以及结合所述钢丝接触角范围确定多组捻制参数，其中，所述捻制参数包括绳捻距和股捻距，所述配丝参数与一组所述捻制参数构成对应的一个结构方案的结构参数；S3，对每个所述结构方案的结构参数进行有限元分析，得到每个所述结构方案的力学性能，以选定最优结构方案；S4，按照所述最优结构方案制作所述钢丝绳。
所述钢丝绳的绳股结构为：所述钢丝绳包括中心股、内层股和外层股共3层股，其中，所述中心股为1+6+6/6的瓦林吞式结构，所述内层股为1+6结构，所述外层股为1+9+9的西鲁式结构。
步骤S1包括：
根据以下公式计算所述外层股的直径：
其中，H3为所述外层股的间隙率，D0为所述绳直径，D3为所述外层股的直径，n3为所述钢丝绳中所述外层股的数量；
根据以下公式计算所述中心股的直径与所述内层股的直径的比值：
其中，H2为所述内层股的间隙率，D1和D2分别为所述中心股和所述内层股的直径，n2为所述钢丝绳中所述内层股的数量；
根据以下公式计算所述中心股的直径和所述内层股的直径：
其中，n=n2=n3。
步骤S2包括：
生成所述中心股的外层钢丝、所述内层股的外层钢丝、所述外层股的外层钢丝的中心线的空间曲线Si的方程：
其中：
其中，下标i=1、2、3，分别对应所述中心股、所述内层股、所述外层股，xi、yi、zi分别表示x、y、z坐标，ti为用于表示空间曲线Si三个坐标分量的参数值，其空间意义是钢丝所在的股的中心线绕钢丝绳中心轴转过的相位角，Ri是股的中心到绳的中心的距离，ri是每一股的外层钢丝到股中心的距离，αi、βi分别是股和钢丝的捻角，其中：
其中，N0为绳捻距倍数，Ni为股捻距倍数，Di为股的直径；
在所述绳捻距倍数范围和所述股捻距倍数范围内设定绳捻距倍数和股捻距倍数，并设定所述中心股的外层钢丝、所述内层股的外层钢丝、所述外层股的外层钢丝的中心线的z坐标值，以计算空间曲线Si对应的参数值ti，然后计算所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触点、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触点；
根据以下公式计算所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角：
其中，θ1为所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角，θ2为所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角，Si(ti)为接触点处空间曲线Si上点的坐标；
判断所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角是否在相应的钢丝接触角范围之内，若在，则提取所设定的绳捻距倍数和股捻距倍数，并结合绳直径和各股的直径计算出对应的绳捻距和股捻距。
步骤S3包括：按照每个所述结构方案的结构参数绘制相应的钢丝绳的3D模型；将所述3D模型导入有限元分析软件，并设定有限元分析的材料属性和边界条件；通过所述有限元分析软件输出每个所述结构方案的力学性能；将力学性能最好的结构方案确定为所述最优结构方案。
所述力学性能包括破断拉力、弹性模量、最大应力、最大接触压强、最大应变和疲劳断丝数。
在步骤S3之后，还包括：通过所述有限元分析软件输出所述最优结构方案中每个钢丝的最大应变和最大应力。
步骤S4包括：制绳钢丝粗拉工艺；制绳钢丝热处理工艺；制绳钢丝拉拔工艺；捻股、合绳工艺。
一种用于传动的钢丝绳，由上述用于传动的钢丝绳的制作方法制作而成。
本发明的有益效果：
本发明通过配丝参数、捻制参数的确定，并通过有限元分析选定最优结构方案，以及按照最优结构方案制作钢丝绳，由此，能够制作出力学性能较佳、结构较均匀的钢丝绳，提高钢丝绳的疲劳寿命及结构稳定性，从而能够有效保障钢丝绳传动场景，例如电梯应用的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的用于传动的钢丝绳的制作方法的流程图；
图2为本发明一个具体实施例的钢丝绳的外部结构示意图；
图3为沿图2中A-A剖切的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的用于传动的钢丝绳的制作方法包括以下步骤：
S1，确定所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径和间隙率数据，并根据绳股结构、绳直径和间隙率数据计算对应的配丝参数，其中，配丝参数包括每股的直径和各股中每个钢丝的直径。
S2，确定所要制作的钢丝绳的绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围，并根据配丝参数计算满足绳捻距倍数范围和股捻距倍数范围的钢丝接触角，以及结合钢丝接触角范围确定多组捻制参数，其中，捻制参数包括绳捻距和股捻距，配丝参数与一组捻制参数构成对应的一个结构方案的结构参数。
在本发明的一个实施例中，首先可根据相应标准的要求及需求方的实际需求，确定所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径、间隙率数据、绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围。
在本发明的一个具体实施例中，钢丝绳的绳股结构如图2和图3所示，钢丝绳包括中心股、内层股和外层股共3层股，其中，中心股为1+6+6/6的瓦林吞式（Warrington）结构，内层股为简单的1+6结构，外层股为1+9+9的西鲁式（Seale）结构。
间隙率数据可包括外层股的间隙率、内层股的间隙率、外层钢丝的间隙率和内层钢丝的间隙率。在本发明的一个具体实施例中，外层股、外层钢丝的间隙率可在2~3%之间，内层股、内层钢丝的间隙率可在3~4%之间。
绳捻距倍数是指绳捻距与绳直径的比值，绳捻距倍数范围则为绳捻距倍数的取值范围，股捻距倍数是指各股的股捻距与股直径的比值，股捻距倍数范围则为股捻距倍数的取值范围。在本发明的一个具体实施例中，绳捻距倍数范围可为6.35~6.75，股捻距倍数范围可为6~10。
钢丝接触角是指股与股之间的钢丝相接触时，相接触的两个钢丝的夹角，钢丝接触角范围则为钢丝接触角的取值范围。在本发明的一个具体实施例中，中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触角的取值范围可为19~23°，内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触角的取值范围可为0~3°。
在步骤S1中，在确定了所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径和间隙率数据后，首先可计算每股的直径。
具体地，可根据以下公式计算外层股的直径：
其中，H3为外层股的间隙率，D0为绳直径，D3为外层股的直径，n3为钢丝绳中外层股的数量。
在本发明的一个具体实施例中，钢丝绳的绳直径D0为10mm，外层股的数量为9，结合外层股的间隙率H3，即0.02~0.03之间，根据上式可计算得到外层股的直径的范围为2.471~2.497mm，对两个边界值取平均值并保留两位小数为2.48mm。之所以保留两位小数，是因为钢丝的直径很难控制到0.001mm级别，因此本发明实施例中最终的尺寸参数均精确到两位小数。
然后，可根据以下公式计算中心股的直径与内层股的直径的比值：
其中，H2为内层股的间隙率，D1和D2分别为中心股和内层股的直径，n2为钢丝绳中内层股的数量。
在本发明的一个具体实施例中，内层股的数量也是9，结合内层股的间隙率H2，即0.03~0.04之间，根据上式可计算得到中心股的直径与内层股的直径的比值D1/D2约为2.07。
在计算得到D3和D1/D2后，可根据以下公式计算中心股的直径和内层股的直径：
需要说明的是，该式针对的是平行捻钢丝绳，在平行捻钢丝绳中，外层股的数量与内层股相同，该式中n=n2=n3。
在本发明的一个具体实施例中，最终计算出的中心股、内层股和外层股的直径D1、D2、D3分别为3.00mm、1.45mm、2.48mm。
对于各股中每个钢丝的直径，由于外层股的钢丝结构相对于钢丝绳的股结构而言，均是1+9+9的结构，在结构上是相同的，因此外层股中钢丝直径的计算方式与上述股直径的计算方式相同，在此不再赘述；内层股的结构比较简单，两种尺寸的钢丝的直径能够满足间隙率的要求即可；中心股包括四种尺寸的钢丝，但是也是分为3层，因此可借鉴上述计算股直径中求比值的方式，设中心丝的直径为d3，那么内层丝的直径约为0.93*d3，结合外层粗丝和外层细丝之间的间隙率、该股的直径，便可得到各钢丝的直径。
在本发明的一个具体实施例中，最终计算出的中心股中中心丝、内层丝、外层细丝、外层粗丝的直径分别为0.70mm、0.65mm、0.52mm、0.69mm，内层股中中心丝、外层丝的直径分别为0.51mm、0.47mm，外层股中中心丝、内层股中中心丝、外层丝的直径分别为0.51mm、0.47mm，外层股中中心丝、内层丝、外层丝的直径分别为0.72mm、0.35mm、0.60mm。
本发明的一个具体实施例中计算得到的配丝参数如表1所示：
表1
其中，钢丝1~9分别表示中心股的中心丝、内层丝、外层细丝、外层粗丝，内层股的中心丝、外层丝，外层股的中心丝、内层丝、外层丝。
在步骤S2中，在确定了所要制作的钢丝绳的绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围后，首先可确定各股外层钢丝的中心线的曲线方程。
具体地，可生成中心股的外层钢丝、内层股的外层钢丝、外层股的外层钢丝的中心线的空间曲线Si的方程：
其中：
其中，下标i=1、2、3，分别对应中心股、内层股、外层股，xi、yi、zi分别表示x、y、z坐标，ti为用于表示空间曲线Si三个坐标分量的参数值，其空间意义是钢丝所在的股的中心线绕钢丝绳中心轴转过的相位角，Ri是股的中心到绳的中心的距离，ri是每一股的外层钢丝到股中心的距离，αi、βi分别是股和钢丝的捻角，例如α2、α3分别是内层股和外层股的捻角，β2、β3分别是内层股外层丝、外层股外层丝的捻角，其中：
其中，N0为绳捻距倍数，Ni为股捻距倍数，Di为股的直径。
而后，可在绳捻距倍数范围和股捻距倍数范围内设定绳捻距倍数和股捻距倍数，并设定中心股的外层钢丝、内层股的外层钢丝、外层股的外层钢丝的中心线的z坐标值，以计算空间曲线Si对应的参数值ti，然后计算中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触点、内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触点。找到接触点后，可根据以下公式计算中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触角、内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触角：
其中，θ1为中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触角，θ2为内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触角，Si(ti)为接触点处空间曲线Si上点的坐标。
最后，判断中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触角、内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触角是否在相应的钢丝接触角范围之内，若在，则提取所设定的绳捻距倍数和股捻距倍数，并结合绳直径和各股的直径计算出对应的绳捻距和股捻距。
在本发明的一个具体实施例中，以绳捻距倍数N0取6.55，股捻距倍数Ni在6~10内每间隔0.1取值，z坐标值自0起（不包括0）每间隔0.01mm取值为例，先设定N0=6.55、N1=6.0、N2=6.0、N3=6.0，将空间曲线离散化，先令三个空间曲线的z坐标为0.01mm，通过上述方程分别计算出S1、S2、S3对应的参数值t1、t2、t3，然后分别计算对应的S1、S2之间的距离X1及S2、S3之间的距离X2，判断两个空间曲线的距离是否等于对应钢丝的直径和的一半，如若不然，则继续计算z=0.02mm、0.03mm……时的距离，直到空间曲线的距离等于对应钢丝直径和的一半，视为两个钢丝互相接触，提取此时空间曲线对应的参数值ti，并按照上述θ1和θ2的计算公式计算出中心股的外层钢丝与内层股的外层钢丝的接触角θ1、内层股的外层钢丝与外层股的外层钢丝的接触角θ2。
然后，将股捻距倍数N1、N2、N3增加0.1，按照与上面相同的方式，计算N1、N2、N3在6~10的范围内对应的所有接触角θ1和θ2。最后，提取出满足θ1在19~23°之间、θ2在0~3°之间的所有N1、N2、N3。在一个具体实施例中，中心股捻距倍数在7.0以上，内层股捻距倍数大于9.5，外层股捻距大于10时，满足两个接触角均在相应的钢丝接触角范围之内。结合制作钢丝绳的设备的实际生产能力，确定的捻制参数如表2所示。
表2
表1所示的配丝参数和表2所示的捻制参数中的一组，即构成了一个结构方案的结构参数，对应一种钢丝绳结构。
S3，对每个结构方案的结构参数进行有限元分析，得到每个结构方案的力学性能，以选定最优结构方案。
具体地，可按照每个结构方案的结构参数绘制相应的钢丝绳的3D模型，再将3D模型导入有限元分析软件，并设定有限元分析的材料属性和边界条件，然后通过有限元分析软件输出每个结构方案的力学性能，最后将力学性能最好的结构方案确定为最优结构方案。
在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS或ABAQUS等，所设定的有限元分析的材料属性和边界条件如表3所示。在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS或ABAQUS等，所设定的有限元分析的材料属性和边界条件如表3所示。在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS或ABAQUS等，所设定的有限元分析的材料属性和边界条件如表3所示。或在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS或ABAQUS等，所设定的有限元分析的材料属性和边界条件如表3所示。在本发明的一个具体实施例中，有限元分析软件可采用ANSYS或ABAQUS等，所设定的有限元分析的材料属性和边界条件如表3所示。
表3
在有限元分析软件中，通过对钢丝绳的3D模型施加轴向位移，绘制应变-载荷曲线，估算钢丝绳的破断拉力、弹性模量。通过对钢丝绳的3D模型施加7.68kN拉力，获取模型中的最大应力、最大接触压强、最大应变，及循环载荷作用120万次后的疲劳断丝数。一个具体实施例中针对三种结构方案的有限元分析结果如表4所示。
表4
根据上述有限元分析结果，结合各种力学性能尽可能取最优，选取结构方案1为最优结构方案。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还可通过所述有限元分析软件输出所述最优结构方案中每个钢丝的最大应变和最大应力。
最优结构方案的钢丝绳3D模型在7.68kN拉力作用下，每个钢丝的最大应变、最大应力的分布如表5所示。
表5
在得到每个钢丝的最大应变、最大应力后，可结合钢丝绳的实际使用需求确定制绳钢丝的强度范围，以便为后续制作流程提供依据。本发明一个具体实施例按照需求方的实际使用场景，将最外层钢丝的强度与滑轮表面强度匹配，将制绳钢丝的强度范围选定为1900~2000MPa之间，由于Φ0.52mm、Φ0.47mm的钢丝表面容易产生应力集中，为了提高钢丝绳的安全性，可将其强度适当提高，本发明实施例中确定的制绳钢丝的强度范围在2200~2300MPa之间，其他钢丝的强度不做特殊处理，以需求方的实际性能要求为准，本发明实施例中可确定在2100~2200MPa之间。
S4，按照最优结构方案制作钢丝绳。
在选定最优结构方案后，可通过以下工艺制作钢丝绳：制绳钢丝粗拉工艺；制绳钢丝热处理工艺；制绳钢丝拉拔工艺；捻股、合绳工艺。
在制绳钢丝粗拉工艺中，可将通过机械剥壳或者盐酸清洗工艺去除氧化皮后的Φ5.5mm60#钢或70#钢盘条，在直进式干拉机中拉拔开坯至Φ1.0~2.5mm，获得半成品坯料钢丝。
在制绳钢丝热处理工艺中，可将半成品坯料钢丝，在明火炉中加热至钢丝Ac1线以上进行完全奥氏体化，然后将出炉的奥氏体化钢丝迅速没入熔融态铅中进行等温淬火，通过此工艺获得完全索氏体化磷化钢丝。其中，明火炉可为天然气加热炉，其包括四个炉区，四个炉区的温度分别控制在900℃、1030℃、1020℃、980℃，其中1、2炉区中除天然气和空气外，添加1%~1.5wt%的O2；3、4炉区添加1%~2wt%的CO。钢丝的DV值控制在65，控制钢丝在明火炉出口区的温度在840~870℃之间。
在制绳钢丝拉拔工艺中，采用热处理后的磷化钢丝制备制绳钢丝，Φ0.30mm~Φ0.55mm的钢丝使用320水箱拉丝机拉拔，Φ0.55mm~Φ1.00mm的钢丝使用380水箱拉丝机拉拔，获得对应强度级别的制绳钢丝。拉拔的总压缩率控制在89~93%之间，以获得最佳的综合力学性能，每个拉丝道次均采用14~17%左右的压缩率，拉拔速度控制在6~8m/s，使用硬脂酸钠润滑粉和水配置拉丝润滑液，控制润滑液pH值在7.3~7.5之间。
在捻股、合绳工艺中，可将制绳钢丝平行捻股，捻制的同时利用喷嘴向股的中心钢丝表面均匀地涂抹防锈润滑油，在合绳前，可对捻制完成的股进行预弯折，降低绳、股内的残余应力后进行合绳。参照图2和图3，本发明实施例所制得的钢丝绳，整绳的捻向为Z向、中心股的捻向为Z向、内层股的捻向为Z向、外层股的捻向为S向。
根据本发明实施例的用于传动的钢丝绳的制作方法，通过配丝参数、捻制参数的确定，并通过有限元分析选定最优结构方案，以及按照最优结构方案制作钢丝绳，由此，能够制作出力学性能较佳、结构较均匀的钢丝绳，提高钢丝绳的疲劳寿命及结构稳定性，从而能够有效保障钢丝绳传动场景，例如电梯应用的安全性。
基于上述实施例的用于传动的钢丝绳的制作方法，本发明还提出一种用于传动的钢丝绳。
本发明实施例的用于传动的钢丝绳，由上述任一实施例的用于传动的钢丝绳的制作方法制作而成，其具体的实施方式可参照上述实施例，在此不再赘述。
根据本发明实施例的用于传动的钢丝绳，力学性能较佳、结构较均匀，疲劳寿命及结构稳定性较高，从而能够有效保障钢丝绳传动场景，例如电梯应用的安全性。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，确定所要制作的钢丝绳的绳股结构、绳直径和间隙率数据，并根据所述绳股结构、所述绳直径和所述间隙率数据计算对应的配丝参数，其中，所述配丝参数包括每股的直径和各股中每个钢丝的直径；
S2，确定所要制作的钢丝绳的绳捻距倍数范围、股捻距倍数范围和钢丝接触角范围，并根据所述配丝参数计算满足所述绳捻距倍数范围和所述股捻距倍数范围的钢丝接触角，以及结合所述钢丝接触角范围确定多组捻制参数，其中，所述捻制参数包括绳捻距和股捻距，所述配丝参数与一组所述捻制参数构成对应的一个结构方案的结构参数；
S3，对每个所述结构方案的结构参数进行有限元分析，得到每个所述结构方案的力学性能，以选定最优结构方案；
S4，按照所述最优结构方案制作所述钢丝绳。
2.根据权利要求1所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，所述钢丝绳的绳股结构为：所述钢丝绳包括中心股、内层股和外层股共3层股，其中，所述中心股为1+6+6/6的瓦林吞式结构，所述内层股为1+6结构，所述外层股为1+9+9的西鲁式结构。
3.根据权利要求2所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，步骤S1包括：
根据以下公式计算所述外层股的直径：
，
其中，H3为所述外层股的间隙率，D0为所述绳直径，D3为所述外层股的直径，n3为所述钢丝绳中所述外层股的数量；
根据以下公式计算所述中心股的直径与所述内层股的直径的比值：
,
其中，H2为所述内层股的间隙率，D1和D2分别为所述中心股和所述内层股的直径，n2为所述钢丝绳中所述内层股的数量；
根据以下公式计算所述中心股的直径和所述内层股的直径：
，
其中，n=n2=n3。
4.根据权利要求3所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，步骤S2包括：
生成所述中心股的外层钢丝、所述内层股的外层钢丝、所述外层股的外层钢丝的中心线的空间曲线Si的方程：
，
其中：
，
其中，下标i=1、2、3，分别对应所述中心股、所述内层股、所述外层股，xi、yi、zi分别表示x、y、z坐标，ti为用于表示空间曲线Si三个坐标分量的参数值，其空间意义是钢丝所在的股的中心线绕钢丝绳中心轴转过的相位角，Ri是股的中心到绳的中心的距离，ri是每一股的外层钢丝到股中心的距离，αi、βi分别是股和钢丝的捻角，其中：
,
其中，N0为绳捻距倍数，Ni为股捻距倍数，Di为股的直径；
在所述绳捻距倍数范围和所述股捻距倍数范围内设定绳捻距倍数和股捻距倍数，并设定所述中心股的外层钢丝、所述内层股的外层钢丝、所述外层股的外层钢丝的中心线的z坐标值，以计算空间曲线Si对应的参数值ti，然后计算所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触点、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触点；
根据以下公式计算所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角：
，
其中，θ1为所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角，θ2为所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角，Si(ti)为接触点处空间曲线Si上点的坐标；
判断所述中心股的外层钢丝与所述内层股的外层钢丝的接触角、所述内层股的外层钢丝与所述外层股的外层钢丝的接触角是否在相应的钢丝接触角范围之内，若在，则提取所设定的绳捻距倍数和股捻距倍数，并结合绳直径和各股的直径计算出对应的绳捻距和股捻距。
5.根据权利要求4所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，步骤S3包括：
按照每个所述结构方案的结构参数绘制相应的钢丝绳的3D模型；
将所述3D模型导入有限元分析软件，并设定有限元分析的材料属性和边界条件；
通过所述有限元分析软件输出每个所述结构方案的力学性能；
将力学性能最好的结构方案确定为所述最优结构方案。
6.根据权利要求5所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，所述力学性能包括破断拉力、弹性模量、最大应力、最大接触压强、最大应变和疲劳断丝数。
7.根据权利要求6所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括：
通过所述有限元分析软件输出所述最优结构方案中每个钢丝的最大应变和最大应力。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于传动的钢丝绳的制作方法，其特征在于，步骤S4包括：
制绳钢丝粗拉工艺；
制绳钢丝热处理工艺；
制绳钢丝拉拔工艺；
捻股、合绳工艺。
9.一种用于传动的钢丝绳，其特征在于，由根据权利要求1-8中任一项所述的用于传动的钢丝绳的制作方法制作而成。
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