认证主体：陈**（实名认证）
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1、摘 要 起重机的出现大大提高了人们的劳动效率和经济效益，以前需要很多人力 物力才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的 搬动过程中起重机的作用是相当明显的。像在工厂的厂房内搬运大型零件或重 型装置时，起重机所起到的作用就很明显。 我们这次设计的是起重机。起重机是一种工作性能比较稳定，工作效率比 较高的起重机。桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、 吊具等部分。其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动 轴和一些连接件组成。 因为不要对小车进行设计。所以，我们这次的设计对于减速器不是直接取 标准件，而是自己重新设计。主要的设计部件是卷筒、吊钩
2、、钢丝绳、滑轮和 减速器。在我们将所有的部件都设计出来之后，我们将要对它们进行 cad 的绘 制，是我们能够更好的表达出我们所做的东西。 最后，通过这次设计，我们对起重机有了更进一步的了解，认识到了它的 现状和发展趋势，这对我们以后从事机械行业方面的工作有很大的益处。 关键词：关键词：起升机构，减速器，卷筒 Abstract Crane appear greatly improved peoples labor efficiency and economic benefit, previous need a lot of manpower to move large objects now u
3、sed cranes can easily achieve effects, especially in small range of move process crane effect is quite obvious. Like in the factory workshop of handling large parts or heavy device, bridge crane that play the role is very obvious. We this design is crane. crane is a kind of performance is stable, th
4、e working efficiency is relatively high crane. Bridge crane car mainly includes hoisting mechanism, car frame, car mechanism, sling etc parts. One of the car mechanism mainly by the reducer, initiative, driven wheels, transmission shaft and some fittings wheelset composed. Because dont design of car
5、. So, we this design for reducer is not directly fetch standard, but oneself redesigned. The design of the main parts is drum, hooks, wire rope, pulley and reducer. All the parts in we will all come out later, we will design cad drawing on them, we will be better able to express what we do things. F
6、inally, through the design of a crane, we have furtherunderstanding, recognized its status and development trend, and this for our future work in machinery industry has huge benefits. Key words: hoisting mechanism,the reducer，coiling block 目 录 1 概述.1 1.1 概述.1 1.2 桥式起重机发展概述.1 1.2.1 国内外现状.2 1.2.2 国外现状
7、:.2 1.2.3 国内桥式起重机发展动向.2 1.2.4 国外桥式起重机发展动向.3 2 桥式起重机的分类.5 2.1 小车运行机构.5 2.2 桥架.5 2.3 桥式起重机起升机构.6 2.3.1 起升机构的组成.6 2.3.2 起升机构的结构简图.7 3 主要的计算.10 3.1 确定滑轮主要尺寸.10 3.2 确定卷筒尺寸，并验算强度.10 3.3 选择电动机.12 3.4 选择制动器.12 3.5 验算启动时间.13 3.6 制动时间的验算.14 3.7 高速浮动轴计算.15 4 吊钩组的计算.17 4.1 吊钩的计算.17 4.2 吊钩横轴的计算.18 4.3 滑轮轴计算.19 4
8、.4 拉板的强度验算.21 4.5 滑轮轴承的选择.22 5 副起升机构零部件设计钢丝绳.23 5.1 钢丝绳的特性及种类.23 5.2 钢丝绳的选用.25 5.3 钢丝绳破断拉力校验.26 6 卷筒部件计算.29 6.1 卷筒芯轴的设计计算.29 6.2 选择轴承.30 6.3 绳端固定装置的计算.31 结 论.33 致 谢.34 参考文献.35 1 概述 1.1 概述 桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥 式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，同时起重小车沿铺设在 桥架上的轨道横向运行，所以可以覆盖很宽的面积，就可以充分利用桥架下面 的空间吊运物料，不
9、受地面设备的阻碍。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属等结构组成。 起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 桥式起重机应用范围广泛，在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处 都可应用,可以很好很快的完成工作任务，具有很高的工作效率和经济效益。桥 式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三 种。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速 器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是 支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。 桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥
10、架和双梁桥架两类。单 主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁 组成。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁 架结构。本文设计研究的是吊钩箱型双梁桥式起重机。 起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电 动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车 轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动 机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和 调整，驱动装置常采用万向联轴器。 起重机的产品型号表示为： 类、组、型代号 特征代号 主参数代号 更新代号 例
11、如：QD25/5 桥式起重机表示为，吊钩桥式起重机，主钩 25t，副钩 5t。 1.2 桥式起重机发展概述 自有人类文明以来，物料搬运便成为了人类活动的重要组成部分，距今已 有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料 搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对 起重机的要求也越来越高，特别是产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例 缓慢增加，促进了大型或高速起重机的需求量不断增长。科学技术的飞速发展， 推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术 的竞争。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着 一场
12、巨大的变革。 1.2.1 国内外现状 国内现状： 目前，国内专业的生产大型起重机的厂家很多。其中一中联重科、三一重 工、抚挖等企业为代表。这是由于这些公司的产品系列较全，市场占有率较高。 中联重科在 2007 年 12 月宣布实行品牌的统一战略后，现已成功的开发出 50t600t 的履带式起重机产品系列。而作为中国起重机行业的领头羊，徐州重 型机械有限公司现在已经形成以汽车起重机为主导，履带式起重机和全路面起 重机为侧翼的庞大的谱群。最后，抚挖在 2007 年推出了 QUY350 型起重机， 填补了国内 350t 履带式起重机的产品型谱的空白。 1.2.2 国外现状: 目前，国外的专业生产起重
13、机的厂家也有很多。其中，以利勃海尔、特雷 克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司为主。主要是和国内原因一样，产品系 列较全，市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、宫缩可靠，其生产 的 LR 系列履带起重机的最大起重量已经达到 1200t。在 2007 年又推出了新产 品 LR1600/2，使产品的型谱更加的完善。 1.2.3 国内桥式起重机发展动向 加入世贸组织后，虽然国内市场(特别是配套件)将受到较大冲击，但同时 也给我们带来新技术的应用以及新的发展契机，在这种情况下使国内主机和配 套件企业更清晰认识到自己与国外同行的差距，更多地了解国产产品存在的致 命问题，这使得国内的企业有一种危机感
14、，从而将导致主机和配套件企业不得 不在技术创新和技术进步上下功夫，从而缩小这种差距。 国内工程机械产品近十年来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进 步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外工程机械比较来 看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方 面： l、整机性能：由于先进技术和新材料的应用，同种型号的产品，整机重量 要轻 20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用，结构形式更加合理，工 作效率有了显著提高； 2、高性能、高可靠性的配套件，从而使选择余地大、适应性好,性能得到 充分发挥； 3、电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用； 4、操
15、作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善； 5、向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。 1.2.4 国外桥式起重机发展动向 （1）大型化和专用化 由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中 物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增 长。起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。 （2）模块化和组合化 用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能相同的构件、部 件和零件制成有多种用途，有相同连接要素和可互换性的标准模块，通过不同 模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针 对莫几个模
16、块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可是单件 小批量生产的起重机改换成具有相当规模的模块生产，实现高效率的专业化生 产，企业的生产组织也可由产品管理变成模块管理。达到改善整机性能，降低 制造成本，提高通用化程度，用少量规格数量的零部件组成多品种、多规格的 系列产品，充分满足用户需求。 组合化，则是所有部件都可以实现大批量生产，再根据用户的不同需求和 具体物料搬运线路在短时间内将各种部件组合搭配即成，这种起重机组合性非 常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还 能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式 起重机及手动堆垛起重机，
17、甚至能组成大型自动化物料搬运系统。 （3）轻型化和核心技术化 有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机 批量大、用途广考虑综合效益，要求其终极尽量降低外形高度，简化结构，减 小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。 各大知名企业都有自己的独特的核心技术，并不断的改进创新，以此保持 自己在同行的领先地位。现在各大公司都在研究开发自己的核心技术，以提高 自己的产品档次和竞争能力。 （4）自动化和智能化 起重机的更新和发展，在很大程度上取决与电气与控制的改进。将机械技 术和电机技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光 缆技术、液压
18、技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机 的自动化和智能化。 （5）成套化和系统化 在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机组成一个物 料搬运集成系统，通过中央控制其控制，与生产设备有机结合，与生产系统协 调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来 的各种信息实施储存、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发 出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口，实现信息全部、 准确、可靠的在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形 成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。 （6）新型化和实用化 结构方面
19、采用薄壁型材和异型钢、减少结构的拼接焊缝，提高疲劳性能。 在机构方面进一步开发新型传动零部件。 在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自 动和全自动操纵。 2 桥式起重机的分类 桥式起重机架设在车间或仓库等建筑物上空，沿建筑物的纵向设有两条钢 轨，桥架在钢轨上运行。桥架上面有小车。它有起升，横行（小车运行） ，走行 （大车运行）三种运动。根据作业条件分为高速型、普通型及低速型三类，以 普通型的使用量为最多。至于桥式起重机的名称，将根据其构造特征取名如下： 梁式起重机 通用桥式起重机 龙门起重机 装卸桥 冶金桥式起重机 缆索起重机 2.1 小车运行机构 在桥式起重机里
20、，小车承担主要任务。因此小车的设计决定整个起重机的 好坏，为了起吊一定的载荷，小车必须利用许多机械部件承受起重机起升额定 载荷时所需的各种作用力。 小车以小车架为基础其上有起升电动机、起升减速机、卷筒、小车运行机 构的运行电动机、运行减速机等。小车利用小车架下面的小车轮在起重机桥架 上的轨道上运行。 桥式起重机所采用的小车，起重量小的为 3 吨，大的已做到 200 吨，小车 以往称作“起重小车”，小车的设计应该把起升机构和运行机构合理而有效的布 置在小车架上，维护检修应该方便。 2.2 桥架 桥式起重机的钢结构部分是由起重机的主要部分如大梁，横梁装置所构成。 这一部分占有起重机百分之八十左右的
21、重量，应按起重机结构标准及起重机钢 结构计算规程进行设计。 桥式起重机的大梁是由用角钢等型钢组成的平面结构的主粱与副梁构成的。 主梁承受垂直载荷、自重及水平载荷，副梁承受自重和水平载荷。主梁由上弦 杆、下弦杆、斜杆、竖杆等组成。连接主粱与副梁的杆件是水平杆、斜杆等。 各杆件用铆钉或电焊相连接，也可以考虑螺栓连接。各杆件上作用有轴向应力， 即拉应力和压应力。 主粱的形状有鱼腹型和直线型。对于承受自重、动载荷及弯曲力矩等外力， 前者是最理想的结构形式。但这种形式对于材料利用和组装存在有困难。后者 是通常采用的形式，目前几乎都采用后一种形式。 桥式起重机除承受因垂直载荷产生的弯矩外，还承受因风载及行
22、走运动的 水平载荷所产生的弯矩。因此在主粱的侧面设置与主粱形状相同的副桁架。 副桁架与主梁的结合是用水平杆、斜杆构成框形，以防受载变形。在水平 杆上装设着走台、电动机、行走机构的长轴、轴承。 横梁与主桁架和副桁架装在一起，把两根主桁架连接起来。它与主桁架是 用坚固的连接板，以精制螺栓装在一起。桥式起重机上的载荷和冲击较大，行 走驱动装置的车轮装在横粱上。由轮距为 l 单位的横梁来承受最大载荷，由小 车产生的载荷作用在小车横行轨道上。对普通桥式起重机轮距 l 取为跨度的 1/51/7 较好。小重量起重机的横梁通常采用槽钢，大起重量起重机的横梁通 常用钢板作成槽形或箱形。 2.3 桥式起重机起升机
23、构 2.3.1 起升机构的组成 在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。 起升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重 机的工作性能。 起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等 组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳 卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、 电磁吸盘、吊具、挂梁等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度 限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。 起升机构有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。 内燃机驱动的起升机
24、构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起 升机构在内的各个工作机构。这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机 动灵活，适用于流动作业的流动式起重机。为保证各机构的独立运动，整机的 传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的 离合实现起动和换向这种驱动方式调速困难，操纵麻烦属于淘汰类型。目 前只在现有的少数履带起重机和铁路起重机上应用。 电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升 机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程起重机 上，常常用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网 取得电能操纵简单，维护
25、容易，机组重量轻，工作可靠，在电动起升机构中 被广泛采用。本起重机起升机构采用的启动方式也为电动机驱动。 液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵将工作油液输入执行构件(液 压缸或液压马达)使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液 压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳， 操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容 易泄漏。目前液压驱动在流动式起重机上获得日益广泛的应用。 2.3.2 起升机构的结构简图 图 2.1 为原动机驱动的起升机构的结构简图。电动机 1 通过联轴器 2 与减 速器 4 的高速轴相连。机构工作时，减速器的
26、低速轴带动卷筒 7，将钢丝绳 5 卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩 6 实现上升或下降。机构停止工作时， 制动器 3 使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。 图 2.1 起升机构简图 为了安装方便与避免高速轴在小车架受载变形时发生弯曲，联轴器 2 应是 带有补偿性能的，通常采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。前者构造简单并能 缓冲，但弹性橡皮圈的寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮联轴器的寿 命与安装质量有关，并且需要经常润滑。为使布置更方便并增高补偿能力，降 低磨损，常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器，中间用浮动轴或补偿轴连起 来。 制动器通常装在高速轴上，以减小其尺寸
27、，如图 2.1 所示位置。经常利用 联轴器的一个半体兼作制动轮。带制动轮的联轴器半体应当安装在减速器轴上， 这样，即使联轴器损坏，制动器仍能起作用，保证了安全。 有时在高速轴上需要装设两个制动器，则第二个制动器可装在减速器高速 轴的另一端，如图 2.1 虚线所示，或者装在浮动轴的另一个联轴器上。也可以 把制动器装设在电动机的尾部输出轴上，但这时需要有两端出轴的电动机，所 以一般尽量避免。目前也有将制动器放在电动机尾部的壳体内，制成一个组合 部件，从而使机构简化紧凑。 起升机构的制动器应是常闭式的。采用块式制动器，装有电磁铁或电动推 杆作为自动的松闸装置，与电动机电气联锁。制动器的制动力矩应保证
28、有足够 的制动安全系数。在要求紧凑的情况下，也有采用带式制动器的。 减速器常用封闭式的标准两级圆柱齿轮减速器。在起重量较大（超过 80t) 的情况下，为得到低速并增大卷筒与电动机间的尺寸，常采用标准的封闭式两 级减速器，再增加一对开式齿轮作最后级传动。 在要求紧凑的起升机构中，也有采用蜗轮减速器的，其缺点是机械效率低。 有时采用蜗轮减速器是为了尽量减少噪声，例如在载客电梯中。近年来还有采 用行星齿轮减速器的，减速器（如 3K 或摆线、渐开线齿形的少齿差行星减速 器）装在卷筒的内腔中，电动机和卷筒成同轴线布置，其特点是十分紧凑，但 维修不太方便。 卷筒通常装在转轴上，使轴承的检查与更换都较方便。
29、 卷筒与减速器低速轴可通过特种联轴器相连接，卷筒轴用自位轴承支承于 减速器轴的内腔和轴承座中，扭矩由齿轮连接来传递。这种方法紧凑，可靠， 分组性好，能补偿减速器轴与卷筒轴间的角度偏差，但减速器低速轴需带特殊 齿形轴端，加工时较为复杂。国外有采用鼓形滚子联轴器的，它利用鼓形滚子 与两个半圆凹槽的配合实现补偿。由于它不仅能传递扭矩，同时还能承受很大 的径向力，故省去了一个径向支承装置。这种布置还省去了卷筒长轴，使重量 减轻。 当卷筒与开式传动的大齿轮相连接时，卷筒端面与齿轮间用沿圆周布置的 螺钉联接。为承受剪切力和传递扭矩，可以用精制的铰制孔用螺栓，也可以在 螺孔中配一个受剪套筒而采用普通螺栓。
30、在某些需要能进行货物自由下降的起升机构中，卷筒与减速传动装置间装 有摩擦离合器。这时，制动器应装在卷筒上，用来控制自由下降的速度，它应 当是可操纵的。 卷筒的直径一般尽量选用许用的最小值，因为随着卷筒直径的增加，转矩 与减速器的传动比也增大了，会引起整个机构的体积过大。但在起升高度较大 时，往往增加卷筒直径以求限制其长度。 滑轮组型式（单式或双联的）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影 响。在桥式起重机中采用双联滑轮组，单式滑轮组只宜用于有导向滑轮的臂架 式起重机。 滑轮组倍率的选定对钢丝绳中的拉力、卷筒直径与长度、减速器的传动比及总 体尺寸都有关系。大起重量采用较大的倍率，可以避免采用过粗
31、的钢丝绳。有 时采用增大滑轮组倍率同时相应地降低起升速度的方式来提高起重量，可以使 起升机构达到通用性，即将同一起升机构用于不同的起重量，这是在系列设计 时常采用的方法。在某些情况下，还可能出于其它原因而适当地选用较小的倍 率，如在臂架式起重机中选用较小的倍率可以减少臂架端部的定滑轮数目。在 设计大起升高度的起升机构时，也可以采用减小滑轮组倍率的方法来减少卷筒 绕绳量，从而避免多层卷绕或过长的卷筒。 3 主要的计算 3.1 确定滑轮主要尺寸 滑轮的许用最小直径： D ) 1( ed 式中 e 为中级工作类型时的系数，取 e=25. 所以 ) 125(11D =264mm。由 （2）表 8-1-
32、65 选用滑轮直径 D=280mm，取平衡滑轮的直径 p D =0.6264=158.4.由 表 8-1-65 选用 p D =225mm。滑轮的绳槽部分尺寸可由表 8-1-66 查得。由（1） 附表 4 选用钢丝绳直径 d=11mm，D=280mm，滑轮轴直径 5 D =90mm。 1 E 型滑轮标记为：滑轮 1 E 11280-80 ZB J80 006.8-87； 由（2）附表选用 d=11mm，D=225，滑轮轴直径 5 D =45mm。标记为： F11225-45 ZB J180 006.8-87 3.2 确定卷筒尺寸，并验算强度 卷筒直径： ) 125(11D =264mm,由（2
33、）表 8-1-60 选 A 型卷筒模式，D=315mm，由 （2）表 8-1-59 得槽底半径 R=7，槽距 1 P =14mm。 卷筒尺寸由下列公式得： 198 . 0 cossin 1 f f f mm 1 . 108916213)42 32614 . 3 3100018 (2 取 L=1100mm 上式中 0 Z 钢丝绳安全圈数，一般为 23.这里取 0 Z =2； 1 L 卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即 1 L =L=162mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可适当增减； 0 D 卷筒计算直径 0 D =D+d=315+11=326mm 卷筒壁厚： mmD 3 . 1
34、6 3 . 12)106(31502 . 0 )106(02 . 0 取为 13mm 卷筒应力验算： 卷筒的长度 L=964,而 3 倍 D 为 945mm。 L3D，验算由弯曲和扭转 的复合应力。 如下图所示，卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时： 复 M = max S l=max S 2 1621100 8620) 2 ( 1 LL =4042780Nmm 卷筒断面抗弯模数 D DD W )( 1 . 0 4 4 内3 44 67.921729 315 289315 1 . 0mm mmDD289132-3152 内 Mpa W M i 39 . 4 67.921729/404278
35、0 合成应力： max i ii 式中： 由于选用 HT200，此材料的最小抗拉强度 b =198Mpa，因此，许用拉应力 i ， n b i ，在此安全系数取 n=5， i =195/5=39Mpa max 卷筒壁压应力 Mpa t S 51)1313/(8620 max max -许用压应力 n b ，n取 1.5，所以 =195/1.5=130 Mpa i ii 7 . 1951130/3939 . 4 max ii 卷筒验算通过。 因此选择卷筒直径 D=315mm，长度 L=1100mm，r=7mm，t=13mm。倍率为 3。 靠近减速器一段的卷筒槽为左的 A 型卷筒： A315110
36、0-713-203 左 3.3 选择电动机 电动机的静功率： kw vGQ N j 84 . 7 85 . 0 60102 8)995000( 60102 )( 0 式中 -机构总效率，一般为 0.8-0.9，在此取 0.85 电动机的计算功率： kwNKN jde 39 . 6 84 . 7 8 . 0 式中 d K 由【2】查得，对于 M5 机构，取 0.8 查【1】附表 30 选用电动机 841 2 JZR , 其 kg210 79min,/ r710n,11 d 1 G kwNe 电机质量 ，效率转速 飞轮矩 d GD)( 1.06Kg 2 m 验算电动机的发热条件： 求 JC=25时
37、所需的等效功率： 87 . 0 - 75 . 0 4-82- 1 . 584 . 7 87 . 0 75 . 0 e 查表得 之比得。动时间与平均工作时间系数，根据机构平均启 ，得表工作级别，查 式中 kk NkwNkN jx 因此所选的发动机满足发热条件 3.4 选择制动器 所需的的制动力矩： mNmkg ii DGQ KMKM h zjzz .146. 5 . 1485 . 0 3 . 2732 )995000(315 . 0 75 . 1 2 )( 00 式中 为制动安全系数75. 1 Z K 由【1】附表 15 选用 23/250 5 YWZ 制动器 其制动力矩（140-225） 。N
39、飞轮力矩为 1 )( l GD 0.403 2 .mkg 质量为 1l G 23.6kg 2）减速器端的联轴器 由【1】附表 45 选带 mm300 的制动轮半齿联轴器，S385 型， 最大容许转矩为 1400N。m 飞轮矩 2 )( l GD 0.33 2 .mkg 质量为 2l G =18.4kg 为与所选制动器适用，修正其 mm250 3.5 验算启动时间 启动时间： ) )( ( )( 2 . 38 2 2 00 2 1 i DGQ GDC MM n t jq q 式中 静阻力矩： mNmkg i DGQ M j . 1 . 306.61.30 85 . 0 3 . 272 315 .
40、 0 )995000( 2 )( 00 2 2 2 1 22 )()()()( lld GDGDGDGD 222 33. 0403 . 0 063 . 1 =1.40 2 .mkg 平均启动转矩： 3302205 . 15 . 1 dq MM 因此 s q 68.0 85.03.273 315.0995000 40.115.1 )1.306330(2.38 710 t 2 2 通常起升机构起动时间为 15s，故所选电动机合适。 3.6 制动时间的验算 s i DGQ GDc MM n jez Z 46.0 50 65.026.4552 40.115.1 )26.4552800(2.38 710
41、 )(375 t 2 2 2 00 1 2 1 式中 Nm ii DGQ M h j 2 . 84 85 . 0 3 . 2732 315 . 0 )995000( 2 )( 0 00 由【1】表 6-6 查的许用减速度， z t v aa, 2 . 0 所以 67 . 0 602 . 0 8 a v tz zz tt 故合适 3.7 高速浮动轴计算 1）疲劳计算 轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩为： NmMM eI 2921462 1 式中 1 等效系数，由【1】表 2-7 查得； 2 1 由上节选择联轴器中，已确定浮动轴的直径 d=42mm 因此扭转应力： MPa d M W M II n 9
42、5.32 16 042 . 0 14 . 3 292 16 33 许用扭转应力由【1】 （2-11） 、 （2-14）式得： I ok nK 1 2 1 轴的材料为 45 号钢， MPa b 650 ， MPa s 360 ； MPa b 14322 . 0 1 ， MPa ss 2166 . 0 。 mx KKK 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数; x K 与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和 开有键槽及紧配合区段， 5 . 25 . 1 Kx ； m K 与零件表面加工光洁度有关，取 25 . 1 m K ； 此处取 5 . 225 . 1 2K ； 考虑材料对应力循环
43、不对称的敏感系数，对于碳钢，低合金钢 2 . 0 ； I n 安全系数，查【1】表 2-21 得 6 . 1 I n ；因此： MPa ok 2 . 66 6 . 1)2 . 05 . 2( 1432 故 ok n ，通过。 2）静强度计算：轴的最大扭矩： NmMM jcIIII 28.24514668 . 1 式中 cII 动力系数，由起重机课程设计表 2-5 查得 68 . 1 cII 。 最大扭转力矩： MPa d M II 68.26 16 042 . 0 14 . 3 28.245 16 33max 许用扭转应力 MPa nII s 135 6 . 1 216 ， 式中 II n 安
44、全系数，由【1】表 2-21 查得 6 . 1 II n 。 max ，故合适。 4 吊钩组的计算 4.1 吊钩的计算 因为本设计采用 3 倍率双联滑轮组，起重量为 5t，查【2】表 8-1-81，选用钩 号为 4、短型的吊钩。 材料选用 20 号钢，2.5 钩号用 M42 的螺纹，在此处的拉伸应力为： 式中 1 d -M42 的小径，查得 1 d =37.5mm -载荷动力系数，查【1】图 2-2 得 =1.10. 查表得轴颈拉伸许用应力 Mpa50 ， l ，故强度够。 吊钩的示意图如下图所示： 图 4.1 确定吊钩螺母的尺寸： 螺母的最小工作高度 H= mmd30 5 . 378 . 0
45、8 . 0 考虑设置防松螺栓，实际高度 H=60mm 螺母外径 D=（1.82）d=（1.8-2）37.5=（67.575）mm 取 75mm 止推轴承的选择 由于轴承很少转动，因此可根据额定静负荷来选择 由【2】表 7-2-83 选 51208 型推力球轴承 其额定静负荷 0 C =98.2KN,载荷当量静负荷 NQfP d 550005000010 . 1 0 所以轴承内部轴向力 00 5 . 8282500550005 . 1CKNNPnS 式中 n=1.5 由【2】表 7-1-4 查出 4.2 吊钩横轴的计算 由【1】附图 25，横轴间距由两滑轮尺寸决定,L= 314mm， 横轴可做以
46、简支梁来计算 横轴的计算载荷： NQQj550005000010 . 1 横轴最大弯矩： cmN LQ M j w .431750 4 4 . 3155000 4 中间断面的截面模数 6 )( 2 1 hdB W 32 3 . 536/5)2 . 316(cm 弯曲应力： Mpa W Mw w 81 3 . 53/431750 轴的材料是 45 号钢，许用应力 Mpa n s w 121 4 . 2 290 s -45 钢的屈服极限， s =290Mpa n-安全系数，取为 2.4 因此轴强度足够 图 4.2 图 4.3 4.3 滑轮轴计算 滑轮轴是是一简支梁，支点距离 L=314mm。为方便
47、计算，如下图所示，把三力 集中起来 滑轮的作用力： NQPPP183333/5000010 . 1 3/ 321 图 4.4 1-1,2-2 断面上的弯矩为： cmN Q W j w .1650006 2 5000010 . 1 6 2 1 cmN QQ W jj w .357500 23 1 . 85000010 . 1 2 4 . 31 2 5000010 . 1 2 1 . 8 32 4 . 31 2 2 1-1,2-2 截面模数： 33 1 9 . 7291 . 0cmW 33 2 1 . 133111 . 0cmW 弯曲应力： Mpa W M Mpa W M w w 86.26 1
48、. 133 357500 63.22 9 . 72 165000 2 2 2 1 1 1 45 号钢的 =120Mpa。所以强度足够 4.4 拉板的强度验算 拉板的尺寸如下图所示： 图 4.5 拉板的尺寸如上图所示，断面 a-a 的拉伸应力： MPak db Qj l 38.34 6 . 19202 2 . 25000010 . 1 2/ 3 式中 k=2.2应力集中系数，有【1】图 5-13 查的 拉板材料为 Q-235，许用拉伸应力 MPa n s l 129 7 . 1 220 轴颈与拉板的单位压力： 2 / 9 . 4296 6 . 142 55000 2/ cmN d Q p j 拉
49、板轴孔内表面的挤压应力： MPa dh dh p j 53.55 46 . 52 46 . 52 9 . 4296 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 拉板的许用挤压力 MPa n s j 3 . 73 3 220 故 j jll 和 所以 强度满足 4.5 滑轮轴承的选择 由于每个滑轮中采用两个径向滚动轴承，根据轴的尺寸由【10】中选取轴 承 6218 就可以满足要求。 其额定静负荷为 NC71500 0 轴承径向负荷： N QRfF dr 3 . 9583 3/500005 . 015. 13/5 . 015 . 1 r FC 0 所以符合 5 副起升机构零部件设计钢丝绳 5.1 钢丝
50、绳的特性及种类 钢丝绳是起重机上应用最广泛的挠性构件，其优点是：卷挠性好；承载能 力大，对于冲击载荷的承受能力也强；卷绕过程中平稳，即使在卷绕速度高的 情况下也无噪音；由于绳股钢丝断裂是逐渐发生的，一般不会突然发生整根钢 丝绳断裂，故工作时比较可靠。 钢丝绳股内相邻层钢丝的接触状态有三种(图 5.1)： 1点接触股内各层之间钢丝互相交叉，呈点接触； 2线接触股内各层之间钢丝在全长上平行捻制，呈线接触； 3面接触股内钢丝形状特殊，呈面接触。 图 5.1 点、线、面接触的钢丝绳 起重机上采用的钢丝绳主要有下面几种： 1点接触钢丝绳(图 5.2)，因单股挠性差又不能承受横向压力，故仅作拉 索用。多股
51、性能比单股性好，故应用稍广泛。 图 5.2 点接触钢丝绳 2线接触钢丝绳(图 5.3)，包括外粗式(X 型)、粗细式(W 型)及填充式(T 型)， 其优点是：消除了点接触钢丝绳所具有二次弯曲应力，能降低工作时总的弯曲 应力，抗疲劳性能好；结构紧密，金属断面利用系数高，使用寿命比普通的点 接触钢丝绳要高 12 倍。 图 5.3 线接触钢丝绳 3多股不扭转钢丝绳(图 5.4)，其优点是：因各相邻层股的捻向相反，故 钢丝绳受力时其自由端不会发生旋转；在卷筒上的接触表面较大，抗挤压强度 高，工作时不易变形；总破断拉力大，寿命比普通的高很多。 图 6.4 多股不扭转钢丝绳 4异形股钢丝绳(图 6.5)，
52、其优点是：接触表面大(比普通的大 34 倍)， 耐磨性好，不易断丝，寿命比普通的约高 3 倍；钢丝绳结构密度大(在相同绳径 和强度条件下，总破断拉力大于圆股钢丝绳)。 图 6.5 异形股钢丝绳 5.2 钢丝绳的选用 线接触钢丝绳绳股中各层钢丝的捻距相同，外层钢丝位于里层各钢丝之间 的沟槽里，内外层钢丝互相接触在一条螺旋线上，使接触情况改善，增长了钢 丝绳的使用寿命。同时，线接触也有利于钢丝之间互相滑动，改善了挠性。相 同直径的钢丝绳，线接触型比点接触型的金属总横断面积大，因而破断力大。 采用线接触钢丝绳时，有可能选用较小的直径，从而可以选用较小的卷筒与滑 轮。卷筒小使减速器的输出轴的力矩小，因
53、之可用较小的减速器，从而减小起 升机构的尺寸与重量。由于它有这一系的优点，故采用线接触钢丝绳。 纤维芯优点是挠性和弹性较好，缺点是承受横向压力差。本起重机卷绕系 统不采用多层卷绕，故绳芯材料选用纤维芯。钢丝绳捻向采用交互捻钢丝绳， 由于绳与股的扭转趋势相反，互相抵消，没有扭转打结的趋势，使用方便，如 果没有特殊要求，一般用右捻绳。 由于本起重机在室内工作，故选用一般的光面钢丝绳。 根据前面计算所得，卷筒直径为 690mm，钢丝绳直径为 24mm，所以 e690/24=28.7520，根据表 3.18，初选型号 6X(19)，见图 3.20。 图 5.6 6X(19)钢丝绳 表 3-18 钢丝绳
54、的使用场合及其结构形式 使用场合常用型号 20 6X(31) 6X(37) 6X(36) 6T(25) 8T(25) 吊钩及抓斗 起重机 e 206X(19) 6W(19) 8X(19) 8W(19) 单层 卷绕 起升高度大的起重机多股不扭转 187 1819 多层卷绕6X(19) 6W(19) 金属芯 5.3 钢丝绳破断拉力校验 所选用的钢丝绳的破断拉力应满足下面条件： ns=Smin/ Smax（3.10） 式中： Smin钢丝绳的破断拉力，见表 3-17，N； Smax钢丝绳工作时所承受的最大静拉力，N； ns钢丝绳的安全系数，见表 3-6。 根据表 3.19，公称抗拉强度为 1870M
55、pa，公称直径为 24mm 的钢丝绳，最 小破断拉力为 336.4kN； 根据式（3.1）计算所得，钢丝绳工作时所承受的最大静拉力为 68109.794； 根据表 3.6，由本起重机主起升机构工作级别为 M5，得钢丝绳安全系数为 5.0。 则 ns=Smin/ Smax=4.939 所以选用钢丝绳型号为 6X(19)-24-1870-I-光-右交 GB1102-74。 6 卷筒部件计算 6.1 卷筒芯轴的设计计算 由前面的数据知：卷筒直径 D=315mm，L=1100mm。 槽底半径 R=7，槽距 1 P =13mm。=13mm 由草图得到芯轴的支点大概位置，由【1】确定各段的直径。轴的材料用
56、 45 号 钢 图 6.1 1)支座力反力 查（3）表 3-3-6 得 m=162mm, mmL60 5 NRA4031 1120 )60469(12880)16246960(12880 NRB1173014030128802 芯轴右轮毂支撑处得最大弯矩： cmNmmNRM Bw .70380.70380060 2).疲劳计算 等效弯矩： cmNMkM wdd .77418703801 . 1 1 . 1 d k ，查【1】表 2-7 得 弯曲应力： Mpa d Md w 19.28 5 . 61 . 0 77418 1 . 0 33 查（1）图 2-11,2-12 得 45 号钢的许用弯曲应
57、力： Mpa MpaMpa bw sb 258,43. 0 300,600 1 ww w w m w w Mpa nK KKK K K n nK 100 6 . 161 . 1 12581 61 . 1 -15 . 1 2-46,-4 . 1 18-2 1 6 . 1 1 1 1 1 mx x 1 1 的应力集中系数与零件便秘加工光洁度 得出）表查（与零件形状相关系数 得出表安全系数由 所以，验算通过 6.2 选择轴承 由于卷筒芯轴上的左轴承的内外座圈以同样的速度转动，因此无相对运动，可 按额定静载荷来选择。右轴承的外圈固定，内圈与芯轴一起转动，应按照额定 负荷来选择 1） 左端轴承 轴承的额
58、定静负荷 04 . 1 n4-72-n -p 00 0 0 000 得表安全系数，查 当量静负荷； 额定静负荷； 式中 C pnC 查【2】表 7-2-64，选用双列角接触球轴承，型号 7210C，其额定静载荷 NC30500 0 左端轴承的当量静载荷： 动载荷系数 1 . 1 3050015433140301 . 1 0 d Ad f NNRfP 因此，安全 1.右端轴承 令右端也选用 7210C 轴承，其额定动载荷为 30500N， 其轴向径向负荷 NRfF Bdr 12903117301 . 1 轴向负荷为 0 设 M5 工作级别轴承工作时数为 4000h，其 e=0.22 令 e F F r a 0 ，所以 x=1，y=2.7 当量动载荷： NyFxFP ar 129030129031 由公式： 82. 1 10 4000
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