1、题 目：2TL 立柱式悬臂起重机的设计与分析学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XXXXX 姓 名： XXXXX 指导教师： XXXXX 完成日期： 2014 年 5 月 15 日 2T 立柱式旋臂起重机的设计摘要：起重机是工程实际中广泛应用的特种设备。而旋臂起重机是近年发展起来的中小型起重装备，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活和结构独特等特点.根据旋臂起重机的整体结构特点和规范规定，了解起重机的发展现状、分析起重机的工作原理、系统组成、所要求实现的功能和相应的结构上必不可少的。该设计主要针对起升机构选择相应的零部件及技术参数，使其既能很好的实现起重机的
2、运行还不互相干涉且配合良好，也对回转机构做了详细的分析介绍。传统设计的定柱式旋臂起重机，存在着结构笨重和刚度不足的缺陷，随着市场竞争激烈，对产品提出了更高的要求，采用现代设计对传统设计和计算方法技术提升，已迫在眉睫。关键词：起重机；起升机构；回转机构The Design Of 2-Ton Column Jib CraneAbstract: Crane is widely applied in engineering, Slewing crane is small and medium lifting equipment which developed in recnt years,the ch
3、aracteristics of which are safe and reliable、 with high efficiency、 energy saving、time-saving、flexible 、unique structure,etc.According to the feature of completed structure for slewing jib crane and the rule of design.Understand the development of the cranestatus、analyse its operation principle、syst
4、em configuration、the function and relative structure that the crane required is indispensable.thus this paper put its emphasis on the design of main hoisting mechanism,choosing the approprite spare parts and technical parameters for it in order to be good for crane operation and non-interference.the
5、 slewing mechanism analysis is introduced in detail too.the structure of crane designed with tradition method is overdesigned in strength and not enough in stiffness,and with firce competition in the market a higher requirement for product has been brought forward.So using modern design technology t
6、o upgrade traditional design and calculation method is extremely urgent.Keywords：crane；hoisting mechanism；Slewing mechanism目录前言 1第一章 起重机设计总则 11.1 我国起重机械行业 .11.2 国际起重机械行业 .11.3 起重机的作用、作业特点 .21.4 起重机的组成 .21.5 起重机的类型 .31.6 旋臂起重机介绍 4第二章 起升机构的设计 42.1 确定起升机构的传动方案 .42.2 电动葫芦的选择 .62.3 钢丝绳的选择与使用 .62.4 确定滑轮的参
7、数 .72.5 确定卷筒尺寸并验算其强度 .82.6 电动机的选择 .112.7 验算起升速度和实际所需功率 .122.8 减速器的设计 122.9 开式齿轮的设计 352.10 卷筒心轴的设计及强度计算 382.11 取物装置计算 .402.12 钢丝绳在卷筒上的固定及计算 .412.13 验算启动、制动时间 42第三章 运行机构与变幅机构 443.1 运行机构 .443.2 变幅机构 44第四章 回转机构的设计 454.1 回转机构的组成及常用形式 454.2 载荷计算 474.3 回转驱动装置计算 484.4 电动机的选择与校验 .514.5 确定机构速比选择联轴器 524.6 制动器的
8、选择 524.7 减速器的选择 534.8 螺栓组连接的设计 .534.9 强度的校核 .55第五章 金属结构的设计 565.1 设计起重机金属结构的基本要求 .565.2 立柱的设计计算 .575.3 横梁设计计算 .58总结 59致谢 60参考文献 61文献翻译 61英文原文 611前言起重机是一种非标准机械设备，通常是按订单生产的。一般情况是，首先根据用户对设备提出的性能参数、外形尺寸、质量、价格等方面的要求进行设计，然后开始生产。起重机械种类繁多，应用十分广泛。近年来，工程起重机械异常迅猛，持续火爆，新理念、新技术、新材料不断给予起重机械新的活力，因而起重机械行业的工程技术人员随之面临
9、着新的挑战和考验。起重机是一种循环、间歇运动的机械，主要用于物品的装卸。一个工作循环一般包括：取物装置从取物地点由起升机构把物品提起，运行、旋转或变幅机构把物品移位，然后物品在指定地点下降；接着进行反向运动，使取物装置回到原位，以便进行下一次的工作循环。在两个工作循环之间，一般有短暂的停歇。由此可见，起重机械工作时，各机构经常是处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态中的。起重机是各种工程建设广泛应用的重要起重设备，它对减轻劳动强度，节省人力，降低建设成本，提高劳动生产率，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。针对这一需求，本设计以立柱式旋臂起重机的设计计算、三维建模和有
10、限元仿真为主要内容。第一章 起重机设计总则1.1 我国起重机械行业 5起重机与工程机械一样，是真正具有中国特色的名称与概念。我国起重机主要包括塔式起重机、汽车起重机、履带式起重机、施工升降机、门式起重机、门座起重机、轮胎起重机、桅杆式起重机和揽索式起重机等。我国工程机械行业已经发展成机械工业 10 大行业之一，我国也进入了工程机械生产大国之列。工程起重机械用途广泛，市场遍布国民经济各个部门，其中主要有交通运输、能源、 原材料、农林水利、城乡发展以及现代化国防六大领域。工程起重机械是保证各种工程建设实现高速度、高质量和低成本的重要手段。随着我国深化改革，扩大开放和发展社会主义市场经济等一系列重大
11、政策的贯彻实施，起重机械行业在技术水平、科研条件、品种数量、产品质量、专业化生产程度、生产规模、出口创汇、用户服务、企业组织结构优化、高等教育及人才培养诸方面，均获得了很大进步，在国民经济各领域和国防现代化建设中正发挥着举足轻重的作用。我国已经成为世界贸易组织正式成员国，这也为起重机械的更大发展提供了新的机遇。1.2 国际起重机械行业 中国百科网欧洲作为工程起重机的发源地，也是经济非常发达的地区，代表轮式起重机2的最高水平，最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克，同时还有森内博根、德国格鲁夫、多田野法恩、波塔恩、奥米格、里格、PPM 等著名企业，该地区主要现状为：主要生产全地面起重机、履带式起重
12、机，紧凑型轮胎起重机，也生产少量汽车起重机。其中全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主；紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主；汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车，即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高，产品遍布全球。美国工程起重机相对落后于欧洲水平。近年来，通过收购和合并的手段，先是格鲁夫收购了欧洲老牌起重机企业克虏伯公司，然后特雷克斯收购了德国德马克；随后，马尼托瓦克兼并了包括美国格鲁夫公司在内的国内大部分工程起重机企业，使美国工程起重机行业得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能
13、高，其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲，产品主要销往美州地区和亚太地 区。 日本作为二战后崛起的经济强国，轮式起重机开发生产虽然起步较晚（起步于 20 世纪 70 年代） ，但发展很快，很受亚太市场的欢迎；同时，日本通过收购的手段来更新技术，加快发展速度，如日本多田野收购德国法恩底盘公司来发展其全路面技术。日本主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机、全路面起重机，其中越野轮胎起重机产量最大，汽车起重机的产量次之，呈减少趋势，全路面起重机的产量最少，呈上升趋势，主要生产企业为多田野、加藤、神钢、日立、小松等。产品特点是技术水平、性能、可靠性落后于欧美水平，40%的产品用于出口。 1.
14、3 起重机的作用、作业特点 1起重机械作用主要表现在减轻工人的繁重体力劳动，加快施工与作业进度，提高劳动生产率，降低施工与作业成本、提高质量等方面。起重机是以反复的循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停歇时间。这一特点决定了电动机的选择和发热计算方法；由于反复起动和制动，各机构和结构将受到强烈的震动和冲击，载荷是正反向交替作用的。许多重要构件承受不稳定变幅应力的作用，这些都对构件的强度产生较大的影响。起重机属于危险性作业的设备，它发生事故造成的损失
15、将是巨大的。所以起重机设计和制造一定要严格按照国家标准和有关规定进行。1.4 起重机的组成 9起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属结构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种指示装置等四大部分组成。起重机机构有四类，即：使货物升降的起升机构；做平面运动的运行机构；使起重机旋转的回转机构；改变回转半径的变幅机构。每一机构均由电动机、减速传动系统及执行装置等组成。31.5 起重机的类型 9可根据使用要求，设计任何合适的起重机形式。但从构造特征来看，种类繁多的起重设备可归纳为三大类。1. 单动作起重设备这类起重设备是使货物作升降运动的起升机构。常见有下列几种：1）千斤顶 一种升降行程很小，举升能力较
16、大的小型起重设备。螺旋千斤顶或齿条千斤顶可用于汽车维修；液压千斤顶可将大型起重机顶起以跟换车轮。2）滑车（俗称葫芦） 一种用链条或钢丝绳与滑轮构成的省力滑轮组，结构紧凑，质量轻，是一种可携带的起重工具，有手动和电动两种。电动葫芦则是一种电动起升机构，配有运行小车后可在空间布置的工字钢轨上运行，构成单轨架空道，是一种生产流水线上空的自动运货车。电动葫芦可作为梁式起重机的起升机构。3）绞车 由电动机经减速器、卷筒、驱动钢丝绳滑轮组成的起重设备，用以起吊重物或产生牵引力。在矿山、建筑工地及舰船等处应用。各类起重机的起升机构都是一种绞车。绞车也有液压或内燃机驱动的。4）升降机 一种由绞车拖动吊箱，吊箱
17、延轨道升降的起重设备。在建筑工地上应用的建筑升降机是一种典型的形式。在高层建筑中应用的电梯是供人员上下楼梯使用的，是一种安全信号设备齐全，自动控制的、且制造很精良的载人升降机。矿山使用的矿井提升机与电梯类似，单更加大型化。2. 桥式类型起重机依靠运行机构和运行小车运行机构组成，使起重的货物做平面运动，再加上置于小车上的起升机构，作业的范围是长方形空间。根据结构形式不同有下列几种：1）桥式起重机。2）门式起重机，包括装卸桥，岸边集装箱起重机。3）缆索起重机 缆索起重机是一种特殊类型的桥式类型起重机，它的小车在特制的承载钢索上运行，承载钢索支承于两个塔架的顶端，跨度在 100m 以上，通常在大型建
18、设工程中使用，如大型水电工程的大坝施工等。岸边集装箱起重机也是门式类型起重机，它的特点是有很长的伸臂，可以跨越大型船舶进行集装箱装卸，门架的跨度不大，但可以通过集装箱汽车。其他起重机特点将在下详述。3.回转类型起重机依靠起重机的回转和变幅机构运动的组合，使起吊的货物作水平运动，作业范围是圆柱形空间，由于起重机整体还可以延一定轨道运行，所以，这类起重机的作业范围是比较大的，它又可分为如下几种：1）塔式起重机。2）门座起重机。3）流动起重机。4）浮式起重机。浮式起重机是以自行船舶为行驶装置的起重机，设计时要时要考虑起重机4在水上会摇摆的特点。1.6 旋臂起重机介绍 百度百科1.悬臂起重机是近年发展
19、起来的中小型起重装备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，三维空得内随意操作，在段距、密集性调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性。本产品广泛用于各种行业的不同场所。悬臂起重机工作强度为轻型，起重机由立柱，回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成，立柱下端通过地脚螺栓固定在混凝土基础上，由摆线针轮减速装置来驱动旋臂回转，电动葫芦在旋臂工字钢上作左右直线运行，并起吊重物。起重机旋臂为空心型钢结构，自重轻，跨度大，起重量大，经济耐用。内置式行 旋臂吊 MODE 型走机构，采用带滚动轴承的特种工程塑料走轮，摩擦力小，行走轻快；结构尺寸小，特别有利于提高吊钩行程。悬臂起重机系列可
20、分为：1)定柱式悬臂起重机；2)JKBK 定柱式悬臂起重机；3)移动式悬臂起重机；4)墙壁式悬臂起重机；5)臂行式悬臂起重机；6)轻型龙门式悬臂起重机；7)曲臂式悬臂起重机；8)双臂式悬臂起重机。2.定柱式旋臂起重机定柱式悬臂起重机又称立柱式悬臂起重机，起重量在 125Kg-5000Kg，是凯力起重自行研制的产品，可以根据客户需求设计定制的专用起重设备。立柱式旋臂吊具有结构新颖、合理、简单、操作方便、回转灵活、作业空间大等优点，是节能高效的物料吊运设备，可广泛适用于厂矿、车间的生产线、装配线和机床的上、下工作及仓库、码头等场合的重物吊运。定柱式旋臂吊根据其旋臂所使用型钢的不同可以分为：BZD
21、型和 BZD-JKBK 型。本机由立柱、回转旋臂及电动葫芦等组成。立柱下端固定于混泥土基础上，旋臂回转，可根据用户需求进行回转。回转部分分为手动和电动回转（摆线针轮减速剂安装与上托板或者下托板上带动转管旋臂回转） 。电动葫芦安装在旋臂轨道上，用于起吊重物。第二章 起升机构的设计2.1 确定起升机构的传动方案起升机构包括：取物装置，钢丝绳卷绕系统及驱动装置等部分，用来实现物品的上升与下降动作。根据设计要求所给参数，起重量 Q=2t,属于小起重量旋臂起重机。主要技术要求参数如下：5表 2-1 起重机主要技术参数起重量 Q 起升高度 H 跨度 L 起升速度 V 回转速度 转角范围2t 10m 6m
22、8m/min 1rad/min 280传动装置中广泛采用减速器，它是原动机和工作机之间独立的闭合传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机的需要。根据设计要求及分析，给出如下两个传动方案：图 2-1 第一种传动方案1电动机；2、5联轴器;3减速器；4开式齿轮；6卷筒图 2-2 第二种传动方案1电动机；2联轴器；3减速器；4开式齿轮；5卷筒图 21 这种方案是最简单也是最通用的一种传动方式，电动机 1 通过联轴器 2 与减速器 3 联系，减速器的低速轴与开始齿轮连接再与卷筒连接。在这一传动方式中，由于电动机紧靠减速器，为了补偿电动机及减速器高程误差，或底架受力时的变形，联轴器需要采用调节性
23、能较好的弹性联轴器或双齿轮联轴器。联轴器靠减速器侧带有制动轮，以便使制动器能可靠地制动住悬挂的货物。这种方案结构简单，安装及维修比较方便。适合于与小型起升机构。图 2-2 这种方案中，最后一级齿轮做成开式齿轮传动，这种与卷筒的连接方式比较容易，减速器低速轴的伸出轴带有外齿轮，与卷筒法兰内齿轮啮合，6起到联轴器的作用，另外，伸出轴还有支承座。卷筒的左端伸出轴通过滚动轴承支承在减速器伸出轴的支承座上。这种结构非常紧凑，但是安装需要起重工具给予协助。这种方案适用于起重量较大时。2.2 电动葫芦的选择由额定起重量为 2t,起升高度为 10 米，通过查阅“龙马起重” （靖江市龙马起重设备有限公司 htt
24、p:/ MD1,型号为 MD10.5-12，其技术性能如下表：表 22 MD1电动葫芦技术参数技术性能 参数 单位起重量 2 吨起升高度 12 米起重速度 8/0.8 米/分运行速度 20 米/分钢丝绳绳经 11 毫米钢丝绳规格 GB1102-74 637-11工字钢轨道型号（GB706-88） 20a-32c运行轨道最小半径 2 米起升电动机型号 ZD131-4额定功率 3 千瓦额定速度 1380 转/分额定电流 7.6 安运行电机型号 ZDY112-4额定功率 6.4 千瓦额定转速 1380 转/分额定电流 1.25 安机构工作级别 M5重量（D 型） 295 千克2.3 钢丝绳的选择与使
25、用钢丝绳是起重机机械的重要零件之一，它是一种易于弯曲的挠性件。具有强度高、挠型好、自重轻、运行平稳，极少突然断裂等特点，因而广泛用于起重机的起升机构、变幅机构、运行机构，也可用于旋转机构。它还用作捆绑物件的绳索、桅杆起重机的张紧绳、缆索起重机和空气索道的牵引绳、承载绳等。钢丝绳受力复杂，受载时，钢丝绳中有拉升应力、弯曲应力、挤压应力及钢丝绳捻制下的残余应力。当钢丝绳绕过滑轮时，受到变应力作用使材料产生疲劳，最终由于钢丝绳与绳槽、钢丝绳之间磨损而破断。因为在起升过程中，钢丝绳的安全至关重要，所以要保证钢丝绳的使用寿7命，为此我们采用一下措施：1）尽量减少钢丝绳的弯曲次数；2）高安全系数，即降低钢
26、丝绳的应力；3）选用较大的滑轮与卷筒直径。滑轮槽的尺寸与材料对钢丝绳的寿命有很大的关系，其太大会使钢丝绳与滑轮接触面积减小，太小会使钢丝绳与槽壁间的摩擦剧烈，甚至会卡死。1. 钢丝绳破断拉力计算由起重吊装简易计算 2可知，钢丝绳破断拉力计算公式如下：（2-1）biibnFds42式中 钢丝绳的破断拉力（N）bs钢丝绳中每一根钢丝的直径id钢丝绳中每一根钢丝的总根数n钢丝绳中钢丝的抗拉强度（Pa)b钢丝绳中钢丝的总断面面积iF2m钢丝绳中的搓捻不均匀引起的受载不均匀系数（当钢丝绳为 637+1 时， =0.82；当钢丝绳为 619+1 时， =0.85）本设计选用 637+1 型钢丝绳，与以同径
27、者 619+1 型相比较，钢丝多且细，则绳的挠性好，而耐磨性稍差，在此基础上还能满足我们的需求。所以我们选用 637+1 型钢丝绳（GB1102-74） 。验算 637+1 型(2-KNs 73.60482.1702)105.(4.333max 2）验算 619+1 型（2-s 36.0485.170)17.0(4.3323max 3）2. 钢丝绳允许拉力的计算通过查阅起重吊装简易计算 2表 18，用于机动起重设备的安全系数K 为 56，我们选用较大的安全系数 K=6，滑轮组倍率 ，则可以的钢丝绳2m的允许拉力为：8（2-4）KNKSpb12.0673.2.4 确定滑轮的参数1.滑轮滑轮是是起
28、重机的承载零件，可以引导和改变绳索拉力方向，用以支承钢丝绳，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组，达到胜利和增速的作用。滑轮绳槽尺寸应保证钢丝绳顺利绕过且接触面积应尽可能大，以避免产生钢丝绳与滑轮轮缘的摩擦甚至是跳槽。滑轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成的。滑轮的具体尺寸，可按钢丝绳直径由起重机设计手册查得。钢丝绳绕过滑轮尺寸时要产生横向变形，故滑轮槽底半径应稍大于钢丝绳半径，钢丝绳直径小时 R 大些，钢丝绳直径大时 R 取小些。2.滑轮的尺寸滑轮的主要尺寸是换轮直径 D，轮毂宽度 B 和绳槽尺寸，起重机常用铸造滑轮已标准化（ZBJ8006.387） 。滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。1）工作滑轮
29、直径（2-5） de20式中 按钢丝绳中心计算的滑轮直径（钢丝绳卷绕直径）mm;0D钢丝绳直径， mm;d轮绳直径比。2e查机械设计手册表 23，根据机构工作级别，取绳经比系数 e=16,则可得176min0D查附表选用滑轮直径 D=280，由附表选用钢丝绳直径为 d=11mm,滑轮直径D=280，滑轮轴直径为 D5为 80mm 的 E1滑轮，滑轮标记为 ZBJ8006.38711280-80。2.5 确定卷筒尺寸并验算其强度1.卷筒类型及构造卷筒是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件。起升机构的卷筒是用来卷绕并储存钢丝绳的，卷筒大多用铸铁铸造：大卷筒和单件生产的卷筒，用钢板焊接。卷筒承受起升
30、载荷的作用，应有做狗刚性的底座予以支承，而卷筒的轴应该是静定支承。根据钢丝绳在卷筒卷绕层数分为单层卷筒和多层卷筒，卷筒材料采用不低于 HT2040 的铸铁，特殊是可采用 ZG25II、ZG35II 铸钢或 3 号钢板焊成。2.卷筒直径9卷筒直径的大小直接影响钢丝绳的弯曲程度，为保证钢丝绳寿命，卷筒直径不能太小，卷筒直径必须大于钢丝绳直径的一点倍数，卷筒直径一般为：（2-6）deD10式中 卷筒卷绕直径（钢丝绳中心所在直径） ，mm；0D与机构工作级别和钢丝有关的系数；1e钢丝绳直径， mm。d带入数字得 mD1980为了适当的减少卷筒的长度，则应该选用较大直径的卷筒，根据起重机设计手册 7表
31、141，选用直径 D=300 的卷筒，卷筒槽尺寸由表 143 得t1=14,槽底半径 R=6.7（标准槽） 。3.卷筒长度图 23 是卷筒的大体形状及尺寸。图 23 单层绕卷筒长度（2-7）10L式中 卷筒上车螺旋槽部分的长度， ； 0Lm无绳槽卷筒端部尺寸，根据构造需要选定， ；1固定钢丝绳所需要的查长度， ， 。2 pL32（2-8）ZDHL)(10max0式中 最大起升高度， ；maxH10滑轮组倍率；m卷绕计算直径，由钢丝绳中心算起的直径， ；0Dm为固定钢丝绳的安全圈数， ；1Z5.1Z绳槽节距 。pmp)42(综上，带入数得：L315)314.0(21m2（2-mL41283152
32、10 14）取 。L53. 卷筒壁厚 （ 2-9）D162)06(2.0取 145.强度计算卷筒壁中承受复杂的应力，包括起升钢丝绳拉力缠绕而产生的压应力，钢丝绳拉力产生的扭转和弯曲应力，根据分析扭转产生的应力非常小，可忽略不计，卷筒壁中的应力主要是钢丝绳在卷筒壁上产生的压缩应力。而当卷筒的长度小于或等于 3 倍卷筒直径，即当 时，主要计算压应力，弯曲和扭转的DL3合成应力一般不大于压应力的 ，所以只计算压应力是合理的，此时%150卷筒内表面上的最大压应力为（2-10）)(Smax21pAt压压 式中 多层卷绕系数，该值与钢丝绳卷绕层数有关；1A应力减小系数，考虑绳圈绕入时对筒壁有减小作用，一般
33、可取2=0.75；2钢丝绳中最大静拉力；maxs卷筒壁厚，可按下列初选：铸钢卷筒 d11铸铁卷筒 )0.16(02.D卷筒绳槽节距；t许用压应力压对 钢 （ 屈服强度）2s压 s对铸铁 （ 抗压强度）5y压 y所以（2-11）MpaAt 72.389.3872401.4.70Smax21 压选用灰铸铁 HT200.最小抗拉强度 ，许用压应力为PasbM52压因为 ，所以抗弯强度符合要求。 压压 2.6 电动机的选择1.电动静功率的计算(2-12）3.27KW086120VQ起静N式中 起升载荷重量， Kg；起QV物品上升速度（米/分） ；机构总效率，一般取 0.80.9。0为了满足电动机起动时
34、间不过热要求，对起升机构，可按下式初选相应于机构的 值的电动机功率：%jc（2-13）（ 千 瓦 ）静电 Nkjc式中 系数。电k由起重机设计手册 7表 810，取 ，则1电kKWNjc27.3.112查机械设计基础 4附表 63 选择电动机型号，选用电动机为 YZ 系列冶金及起重三相异步电动机。电动机型号为 YZ132M26，电动机工作制为S2（短时工作制） ，工作定额为 30 分，额定功率为 4KW，额定转速为915r/min。2.电动机发热验算电动机工作因为温升而发热，过高的温升会使绕组的绝缘材料加速老化，故需要对按静功率选择的电动机进行发热验算，以控制电动机温升在容许的范围内。按照工作
35、类型系数法，由起重机设计与实例 9表 29 可知 的等%25jc效功率为（2-静等 效 N14）的值结合起重机设计手册 7表 814 和图 837 得 ，则 87.02.75kw3.0等 效综合以上的计算结果， ，所以所选电动机满足要求。额等 效 N2.7 验算起升速度和实际所需功率驱动装置总传动比（2-筒ni15）式中 电动机额定转速（转/分）n稳定时卷筒的转速筒（2-min/39.16in/3.014820 rrDmvn筒16）式中 滑轮组倍率；m物品上升速度（米/分） ；v所以 39.165i实际起升速度：smv/037.82.104 误差：13%15046.%18037. v所以速度与
36、传动比符合要求。实际所需等效功率：（2-kwvNx2.37.80.17），验算合格。eXN2.8 减速器的设计因为电动机到减速器高速轴用联轴器连接，其传动比为 1。本设计采用二级圆柱斜齿轮减速器，减速器传动比为 20，开式齿轮传动比为 2.791.1.分配减速器各级传动比对于两级圆柱齿轮减速器，一般按齿轮浸油高度要求，即按各级齿轮直径相近的条件分配传动比， ，所以这里分配的 ， 。21)5.3(ii125.i9.3i2.各轴输入转速(2-min/4.1678.5in/4.19323201rinrin筒18） 3.各轴输入功率（2-19）其中 、 、 依次为电动机 与 轴，轴与轴， 轴与 301
37、203.03213210pd轴间的传递效率，所以带入数字得（2-kwpkd2.896.02.3.37.14卷电1420）4.各轴输入转矩电动机的输入转矩mNnpTmdd 3610.4/105.9其余各轴的输入转速为（2-mnpTN10642.3/9.575./.3332211卷卷卷21）表 2-3 各轴的运动及动力参数轴 名 功率P（KW）转矩 T（）mN转速n(r/min)传动比 i效率 电机轴 3.27 310.4915 1 0.96 轴 3.14 72915 0.965.125 轴 3.02 35.6178.54 0.963.9 轴 2.96 104.45.78 0.99卷筒轴 2.82
38、 3.6216.402.7910.985.圆柱齿轮的设计计算1）.选定齿轮类型、精度等级、材料。本设计采用斜齿轮。起重机为一般机械，速度不高，故选用 7 级精度（GB1009588） 。材料选择，由机械设计 8表 10-1，选择小齿轮材料为 40Cr(调制） ，硬度为 280HBS，大齿轮的材料为 45 钢（调制）硬度为 240HBS，二者硬度差为40HBS。2）设起重机工作寿命为 15 年， （每年工作 300 天）每天工作 8 小时。计算应力循环次数91 10765.1309560njLN81.2.5743）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为 1%，安全系数 ，由机械设计式（10-12）得
39、1s15MPaskHN54069.01lim1 .22li2第一级传动初选小齿轮 ，大齿轮齿数 ，螺旋角 。18z932z141）按齿面接触强度计算（2-3211)(2HEadtt ZuTk22）确定公式内的各计算数值 1选取 、齿宽系数 、材料的弹性影响系数 、区域系6.tk1d 218.9MPaZE数 、由图 10-26 查得 、 、所以432HZ765.0a7.02a38.765.0a许用接触应力PaHH 25.3154021试算小齿轮的分度圆直径 ，由计算公式得 2 td1mdt 56.38)2.5394(.05.17236331 计算圆周速度 3sndvt /85.1609.14.0
40、61计算齿宽 及模数 4 bntm20.8975.64725.49.09.1cos6.3cos581hbmzdnttnt 计算纵向重合度 51628.14tan813.0tan318.0zdB计算纵向重合度 。 6 K已知使用系数 ，根据 ，7 级精度，由图 10-8 查得动载 Asmv/9.2；由表 10-4 查得 ;由图 10-13 查得 ;由表 10-3 查得4.1HB 35.1FBk。故载荷系数.FAHK2.41FaHVAK按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7mdttt 94.26.15.381计算模数 8zdmn 32.184cos9.2cos12）按齿根弯曲强度设计（2-321
41、csFSaadn YzKT23）计算载荷系数。 110.235.41.FaVAK根据纵向重合度为 ，由图查得螺旋角影响系数为 。28.1 87.Y计算当量齿数 205.14cos936.83211zvv由表查得齿形系数 ； 3 85.1FaY8.2Fa应力校正系数 ；4S791S17计算大小齿轮的 并加以比较 4 FSaY（2-0163.8.2379145.5.12FSaY24）大齿轮的数值较大，则mmn 53.106.625.184cos07.12323 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的疲劳强度计算的发面模数 大n于弯曲疲劳强度计算的的发面模数，取 ，已可满足弯曲强度。但为mn0.了同
42、时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有齿数。于是由mdt94.2136.10725.9095.24cos.cos21zdnt 两齿轮齿数最好互质，所以 。8,1z3）几何尺寸计算计算中心距 1（2-mmzan18.324cos210cos21 25）将中心句圆整为 。3按圆整后的中心距修正螺旋角 3“9513208arcos2arcos1 mzn因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。KHZ计算大、小齿轮分度圆直径 418（2-mmzdntt 02.1“953cos1087.422126）计算尺宽宽度 5db97.42.1圆整后取 。mB3;4821第二级传动初选小
43、齿轮 ，大齿轮齿数 ，螺旋角 。1z82z142）按齿面接触强度计算（2-3211)(2HEadtt ZuTk27）确定公式内的各计算数值 1选取 、尺宽系数 、材料的弹性影响系数 、区域系6.tk1d 218.9MPaZE数 、由图 10-26 查得 、 、所以432HZ78.0a7.2a65.780a许用接触应力PaHH 25.314021试算小齿轮的分度圆直径 ，由计算公式得 2 td1mdt 74.6)25.3894(9.65.10331 计算圆周速度 3sndvt /63.060.18.4.106计算齿宽 及模数 4 bntm1957.9.6495.61032.10.384cos.c
44、os71hbmmzdbnttnt 计算纵向重合度 549.1tan2138.0tan318.0zdB计算纵向重合度 。 6 K已知使用系数 ，根据 ，7 级精度，由图 10-8 查得动载Asmv/6.；由表 10-4 查得 ;由图 10-13 查得 ;由表 10-3 查得1vK421HB 35.1FBk。故载荷系数4.FAH9.42.FaHVAKk按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7mdttt 7.16.74331计算模数 8zdmn 3.214cos7.cos12）按齿根弯曲强度设计（2-321csFSaadn YzKT28）计算载荷系数。 189.1354.1FaVAK根据纵向重合度为
45、 ，由图查得螺旋角影响系数为 。49.1 .0Y计算当量齿数 2202.814cos59.33211zvv由表查得齿形系数 ； 3 69.1FaY0.2Fa应力校正系数 ；57S78S计算大小齿轮的 并加以比较 4 Fa01639.8.2375.54.6912FSaY大齿轮的数值较大，则mmn 26.0139.65.124cos.89.2323 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的疲劳强度计算的发面模数 大n于弯曲疲劳强度计算的的发面模数，取 ，已可满足弯曲强度。但为mn0.3了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有齿数。于是由mdt7.190.3234.231co
46、s7.cos1zdnt 两齿轮齿数最好互质，所以 。90.,21z则3）几何尺寸计算计算中心距 1（2-mmzan68.1734cos2903cos21 29）将中心句圆整为 。74按圆整后的中心距修正螺旋角 32151472390arcos2arcos1 mzn因 值改变不多，故参数 、 、 等不必修正。KHZ计算大、小齿轮分度圆直径 4mmzdntt 16.2754cos3908.21计算尺宽宽度 5db83.70.1圆整后取 。mB;75216.轴的设计1）高速轴的设计由已知条件知减速器传递的功率为小功率，对材料五特殊要求，把告诉轴设计成齿轮轴，选择轴的材料为 45 刚，调制处理。求作用
47、在齿轮上的力 1由前面计算可知小齿轮分度圆直径为 ，md97.421。则可得mNT3072.（2-30）NFadTtantr 30.8951tan34.526cos2tcos3.597.03231t 初算轴的最小直径 2（2-mnPAd40.1895.12330min31）直径比较小，考虑到之前计算的齿轮的分度圆直径也较小，所以应该设计成齿轮轴，减速器高速轴外伸轴用联轴器与电动机相连，为使所选直径与联轴器孔 相适应，故需考虑联轴器型号，同时考虑键槽对轴强度的削弱，应将轴直径增大 5%圆整后， 。md20in22联轴器的计算转矩 ,查表 14-1，考虑到转矩变化很小，故取3TKAca则： ,3.1AKmNca 6.752.按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件,查机械设计课程设计手T册 3选用 LT25 型带制动轮弹性套柱销轴联轴器，其公称转矩为 。mN1250半联轴器的孔径 ，半联轴器长度 ，半联轴器与轴配合的彀md25L62孔长度 。L41轴
