2噸單軌抓斗起重機設(shè)計【說明書+CAD】,說明書+CAD,2噸單軌抓斗起重機設(shè)計【說明書+CAD】,單軌,抓斗,起重機,設(shè)計,說明書,仿單,cad 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 0 1緒 論 起重機械是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，它在國民經(jīng)濟各部門都有廣泛的應(yīng)用，起著減輕體力勞動、節(jié)省人力、提高勞動生產(chǎn)率和促進生產(chǎn)過程機械化的作用。 起重機在搬運物料時，經(jīng)歷上料、運送、卸料和回到原處的過程，有時運轉(zhuǎn)，有時停轉(zhuǎn)，是一種間歇動作的機械。通常，起重機械由工作機構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)等三大部分組成。所謂工作機構(gòu)是指起重機械的機械傳動部分而言，常見的有起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和變幅機構(gòu)，通常稱為“起重機四大機構(gòu)”。 本設(shè)計為2t單軌抓斗起重機設(shè)計。當起重量不大時，多采用電動單軌起重機。這種起重機的特點是小車可以走到另一跨去，本設(shè)計側(cè)重于機械方面的設(shè)計。主要機構(gòu)有：起升機構(gòu)、運行機構(gòu)。 起升機構(gòu)用來實現(xiàn)貨物的升降，它是任何起重機械不可或缺的一部分，是起重機中最重要與最基本的結(jié)構(gòu)。起升機構(gòu)工作的好壞將直接影響到整臺起重機的工作性能。起重機構(gòu)主要由驅(qū)動裝置、傳動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置與制動裝置組成。此外，根據(jù)需要還可裝設(shè)各種輔助裝置等。 本設(shè)計的起重機起升機構(gòu)采用電動葫蘆。電動葫蘆結(jié)構(gòu)緊湊，電機軸線垂直于卷筒軸線的電動葫蘆采用蝸輪傳動裝置,寬度方面尺寸大,結(jié)構(gòu)粗笨,機械效率低,加工較難題。其缺點為:長度尺寸大。液壓系統(tǒng)為雙重控制，溢流調(diào)節(jié)閥、磁接點壓力表均可對壓力進行精確的控制。電器控制部門采用了低電壓控制，增加了支配系統(tǒng)的平安性。電動葫蘆屬于輕小型起重設(shè)備。它是將電動機、減速機構(gòu)、卷筒等緊湊地集合成一體的起重機構(gòu)。它可以單獨使用，也可以作為電動單軌起重機、電動單梁或雙梁起重機的小車來使用。由于電動葫蘆結(jié)構(gòu)非常緊湊，通常由廠家專門生產(chǎn)，價格便宜，從而得到了普遍的應(yīng)用。電動葫蘆可備有小車，以便在工字梁的下翼緣上運行，是吊重在一定范圍內(nèi)移動。鋼絲繩電動葫蘆工作安全可靠，起升速度較高，故在本設(shè)計中被采用。同時，為了減輕自重，減少零件數(shù)目，采用了錐形轉(zhuǎn)子電動機。 運行機構(gòu)是使起重機或者載重小車作水平運動。工作性的運行機構(gòu)用來搬運貨物；非工作性的運行機構(gòu)只是用來調(diào)整起重機的工作位置。運行機構(gòu)有無軌運行和有軌運行之分。本設(shè)計采用有軌運行方式。這種方式在專門鋪設(shè)的鋼軌上運行，負荷能力大，運行阻力小。運行裝置主要由運行支撐裝置運行驅(qū)動裝置兩大部分組成。本設(shè)計著重于電動小車的設(shè)計。 設(shè)計過程中，首先要確定總體的設(shè)計方案，然后各部件機構(gòu)、尺寸及相互間的連接方式等，最后對部件中各零件進行校核。 2 總體方案確定及基本參數(shù) 2.1 總體方案確定 本設(shè)計的單軌抓斗起重機主體由`起升機構(gòu)和運行機構(gòu)組成。起升機構(gòu)主要包括電動機、卷筒、減速器三個部分。電動機選擇的是錐形轉(zhuǎn)子電動機，此種電動機自身可以實現(xiàn)制動，進而減輕自重，減少零件數(shù)目；卷筒選用雙聯(lián)卷筒；減速器選擇同軸減速器，這種減速器特點是輸出與輸入同軸。電動機通電后旋轉(zhuǎn)，從電動機軸輸出的扭矩經(jīng)聯(lián)軸器傳到減速箱，經(jīng)減速箱三級減速后達到所需的傳動比，減速箱帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使纏繞在卷筒上的鋼絲繩隨之轉(zhuǎn)動，同時鋼絲繩把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樯舷路较虻囊苿?。鋼絲繩通過滑輪組帶動抓斗，使抓斗起重機實現(xiàn)下降、張開、抓料、閉合、卸料等一系列的動作，進而完成了整個工作過程。運行機構(gòu)主要是指電動小車。電動小車在工字鋼軌道上來回移動，可以實現(xiàn)物料在兩個不同位置的運送，即實現(xiàn)小范圍內(nèi)的物料運送工作。 2.基本參數(shù) 此設(shè)計的單軌抓斗起重機涉及到的基本參數(shù)有: 起重量:是指正常工作時被提升的額定載荷(包括抓斗). 設(shè)計中的起重量為2t 。 起升速度：設(shè)計中起升速度為。 運行速度：運行速度為。 起升高度：設(shè)計中的起升高度為20m。 工作制度：反映機構(gòu)使用繁忙程度和載荷特性的參數(shù)。本設(shè)計中的工作級別：起升為M6，運行為M5。 3 抓斗計算 本次設(shè)計采用的是雙繩抓斗，主要是雙繩抓斗生產(chǎn)率高。雙繩抓斗由頭部、撐桿、顎板及橫梁組成，抓取和卸料動作是利用兩個卷筒（起升卷筒與閉合卷筒）與兩根鋼絲繩（起升繩與閉合繩）來操控的。起升繩系在抓斗頭部，閉合繩以滑輪組的形式繞于頭部和橫梁之間，倍率通常在2~6之間。 3.1 抓斗的幾何尺寸 抓斗的額定容積：Error! No bookmark name given. 抓取物料的容重 ： 3.1.1 抓斗的最大開度 難抓取的物料時應(yīng)取較大的值，易抓取的物料時應(yīng)取取較小的值。 取 3.1.2 抓斗的側(cè)面積及側(cè)面幾何形狀 為了保證給定的抓斗容積V，顎板應(yīng)有足夠的側(cè)面積。 根據(jù)及物料的性質(zhì)用以確定抓斗的側(cè)面幾何形狀。應(yīng)使側(cè)板上緣的傾斜角大致與物料在運動狀況下的自然坡角相等，通常約為30°~35°。 通過測量實際設(shè)計抓斗的尺寸： 則 側(cè)面積 3.1.3 寬度 確定抓斗寬度或的原則： 塊度比較大及堅實的物料堆 應(yīng)取較小值；松散物料應(yīng)取較大值。 取Error! No bookmark name given. 3.1.4 顎板鉸點位置 依據(jù)以下條件確定： 在最大開度時，顎板的切口應(yīng)是垂直方向，以便于切口插入物料。 測量得 校正得 3.1.5 撐桿的長度的確定 依據(jù)經(jīng)驗公式： 則 實際設(shè)計中取 撐桿鉸點位置確定： 為了使閉合繩的閉合力最小，有利于提高抓取能力，應(yīng)使抓斗在開閉兩種狀況下滑輪中心距變動量最大。 3.2 滑輪組倍率 據(jù)“起重機械”表6 - 2 取滑輪組倍率為 m=4 3.3 鋼絲繩計算 對于起升機構(gòu)，；對于開閉機構(gòu)，。為了滿足整機的需要，只計算時鋼絲繩的直徑。 采用滾動軸承，則 則導(dǎo)向滑輪效率為 且 按工作級別M6 ，使用抗拉強度 的鋼絲繩，則 查表鋼絲繩標準，選用的鋼絲繩。 3.4 確定選取滑輪直徑 閉合繩繞過滑輪的次數(shù)是很多的，為了延長鋼絲繩的壽命，常選用較大的滑輪，最大可達D=25d 。 按工作級別M6，取 則 取滑輪直徑 ， 3.5 上下橫梁軸線的傾斜角 3.6抓斗強度計算 3.6.1顎板的強度計算 顎板是受分布載荷的板，三邊固定，一邊是自由。最危險的部位在刃口的中央。 單位長度彎矩為： 則刃口中央的彎曲應(yīng)力為 選取材料為 ZGMn13, 查表得 所以合格。 3.6.2撐桿強度 當抓斗閉合終了瞬間，撐桿所受載荷最大。撐桿材料選取采用號鋼。 其 ， 撐桿內(nèi)力為 即 截面最小慣性矩： 查“金屬結(jié)構(gòu)”得穩(wěn)定性系數(shù)為 則 由 所以 撐桿強度滿足要求。 3.6.3撐桿鉸軸套強度計算 驗算比壓： 則 即撐桿鉸軸套處合格。 3.6.4顎板鉸軸軸套強度計算 驗算比壓： 又 則 所以顎板鉸軸軸套驗算合格。 4 起升機構(gòu) 4.1傳動比的計算 起升機構(gòu)減速器采用漸開線齒形定軸外嚙合三級傳動減速器。 4.1.1 級速比 總速比： 4.1.2 卷筒轉(zhuǎn)速 電動機選用型千瓦錐形轉(zhuǎn)子電動機。 電動機轉(zhuǎn)速 4.2 起升速度 按起升結(jié)構(gòu)工作級別M6，查“規(guī)范”取 卷筒材料采用普通碳素鋼 取310mm 滑輪組倍率 合格 4.3機構(gòu)效率 4.3.1減速器總效率 取 則 4.3.2抓斗滑輪組的效率 單個滑輪的效率取為 則滑輪組的效率 4.3.3卷筒的效率 取 4.3.4導(dǎo)向滑輪的效率 取 起升結(jié)構(gòu)的總效率 4.4電動機的靜功率 查表選取 ，則 4.5電動機軸的靜扭轉(zhuǎn)力矩 4.6制動器的計算 制動器是依靠摩擦副間的摩擦而產(chǎn)生制動作用的 4.6.1制動電動機軸需要的靜扭轉(zhuǎn)力矩的計算 4.6.2制動力矩的計算 彈簧工作時的軸向壓力 摩擦系數(shù)選取 則制動片平均直徑： 且夾角 則制動力矩 4.6.3制動安全系數(shù)計算 查“起重機械”表，制動安全系數(shù) 故安全。 4.6.4制動單位比壓力 彈簧的工作壓力 制動片寬度： 所以單位比壓力為： 4.6.5軸向吸力 定子線包通電過后，圓錐轉(zhuǎn)子在軸向吸力作用下產(chǎn)生移動，打開制動盤后，使載荷產(chǎn)生上升或下降的運動。此軸向吸力應(yīng)大于彈簧所產(chǎn)生制動力矩的壓力和在靜載荷下靜扭轉(zhuǎn)力矩在彈簧聯(lián)軸器花鍵中產(chǎn)生的靜摩擦力。圓錐轉(zhuǎn)子軸在軸向吸力作用下帶動聯(lián)軸器相對齒輪長軸有軸向移動。 有相對運動的花鍵尺寸是。 則平均半徑 選取摩擦系數(shù) 則 則軸向力 4.7起動時間 4.7.1電動機額定轉(zhuǎn)矩 4.7.2電動機的平均力矩倍數(shù) 4.7.3總轉(zhuǎn)動慣量 電動機轉(zhuǎn)子軸飛輪矩 聯(lián)軸節(jié)飛輪矩 則起動時間： 4.8制動時間 電動機轉(zhuǎn)速為 則制動時間： 4.9卷筒裝置 4.9.1卷筒繩槽底徑 卷筒材料選用 查表得 則 卷筒直徑選取 其它尺寸： 4.9.2卷筒長度及壁厚 其中： 又 ，， 取 則 取 。 卷筒壁厚： 取 。 4.9.3卷筒強度的校核 卷筒強度采用，屈服極限為 則 ①鋼絲繩卷繞箍緊對卷筒時產(chǎn)生的壓應(yīng)力 由，可得 ②鋼絲繩卷繞產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力 又 則 ③彎曲合成應(yīng)力 即 故滿足要求。 4.9.4計算卷筒壓繩板和螺釘 ①鋼絲繩繩端固定方法：采用壓繩板固定 ②壓繩板的計算 繩尾的拉力 ： 按歐拉公式 安全圈數(shù)n=2， 則，；取 每個壓繩板的夾持力： 壓繩板選用圓形槽，則 取 只有在壓繩板與鋼絲繩之間和鋼絲繩與卷筒之間的接觸面上產(chǎn)生足夠大的摩擦力，此摩擦力大于或等于鋼絲繩在固定處的拉力，才能保證安全。取鋼絲繩分離體 則 ， 又 ， 則一個螺釘作用給壓繩板的力： 即 取n=6， ， 壓板夾持力為： 螺釘?shù)膹姸刃：耍? 螺釘選用國標GB70-86， 標準件材料選用鋼，屈服極限 螺紋內(nèi)徑 則 又 取 ，則 故螺釘強度合格。 4.9.5彈性聯(lián)軸器計算 1) 彈性聯(lián)軸器的最大計算扭矩 由 ，，取 得 2) 輪胎圈中間截面的剪切應(yīng)力 ; 則截面剪切應(yīng)力： 3) 輪胎圈的扭轉(zhuǎn)角 假設(shè)在長度內(nèi)，輪胎圈是一等截面環(huán) 截面彈性系數(shù)： 截面的極慣性矩： 則 4) 輪胎圈的擠壓應(yīng)力 i正應(yīng)力 聯(lián)軸器半體和壓板作用給輪胎圈的正壓力靠擰緊螺釘?shù)玫健? 在干燥表面，取 則 ， ， ii擠壓應(yīng)力 又橡膠的擠壓許用應(yīng)力 所以 故符合要求。 5) 螺釘?shù)膹姸刃：? 螺釘選用，。材料為鋼 螺紋內(nèi)徑，螺釘數(shù)目 又 所以 故強度滿足。 5 起升機構(gòu)減速箱 5.1軸的計算 起升機構(gòu)的減速器各齒輪和齒輪軸在載荷作用下，即由鋼絲繩對卷筒產(chǎn)生的力矩的方向始終不變。載荷上升是由電動機通過齒輪傳動把載荷起吊上來；載荷下降由電動機反相制動，阻止載荷以重力加速度下降。載荷上升和下降時，作用力方向不變，不以旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變，也就是齒輪和齒輪軸的齒是單面嚙合。因此，起升減速器的軸在計算時假定扭轉(zhuǎn)應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，彎曲應(yīng)力按對稱循環(huán)變化。 5.1.1軸所傳遞的扭矩 空心軸扭矩： 第三軸額定扭矩： ， 則 第二軸額定扭矩： ， 第一軸額定扭矩： ， 則 5.1.2第I軸受載及校核 對圖a, 由，得 則 對圖b,可簡化如下： 由，得 驗算軸危險截面： a.I截面： 軸的材料采用20MnTiB, 則 查表，得， 故第I截面合格。 b.II截面： ，（按齒根圓計算，不考慮應(yīng)力集中影響） 材料的對稱循環(huán)的扭轉(zhuǎn)疲勞極限 查表，得（按齒根圓直徑，不考慮應(yīng)力集中影響）， 故第II截面滿足要求。 c.III截面： III截面只受扭矩作用 查表，得（不考慮應(yīng)力集中影響） ， 故第III截面滿足要求。 5.1.3第II軸校核 和的分力： 由，得 由，得 則 驗算軸的危險斷面： a.I截面： 由，， 得 查表，得 則 故I截面滿足要求。 b.II截面： ； 鍵槽引起的應(yīng)力集中，算得 齒輪和齒輪軸裝配過盈而引起的應(yīng)力集中，算得 取二者中最大值，即 則 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力按脈動循環(huán)應(yīng)力 由 查表，得 則 故II截面滿足要求。 c.III截面： 由帶圓角的階梯軸引起的應(yīng)力集中 ，， 由 ， 查表，得 則 查表，得 ，， 故III截面滿足要求。 d.IV截面： ； 查表，得， 查表，得，， 則 故IV截面滿足要求。 e.V截面： 經(jīng)分析，V截面受力情況同I截面相似，且兩處軸徑相等，故截面也滿足要求。III軸IV軸校核方法同上，且兩軸經(jīng)校核后，均滿足強度要求。 5.2齒輪校核 以第一對傳動齒輪為例 5.2.1選擇材料及參數(shù) 材料選用20CrMn，選8級精度的漸開線圓柱齒輪。小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。 傳動比 螺旋角 兩齒輪都可以采用硬齒面，則HRC=56~62 5.2.2計算切向力 起升載荷動載荷系數(shù) 則動載荷系數(shù) 由，，，Z=12500h 則 選取， 則 查表選取載荷系數(shù) 分度圓上的基本切向力 第I軸聯(lián)軸器的效率為1，滾動軸承的效率為0.99 則 最大扭矩 計算最大切向力 由，， 得 查表，得 由 查得 齒間載荷分配系數(shù) 則輪齒齒面接觸強度切向力： 同上，輪齒彎曲強度切向力： 5.2.3齒面接觸強度 法向壓力角 查表，得 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 彈性系數(shù) 由， 得重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù) 節(jié)圓處的計算接觸應(yīng)力： 許用接觸耐性應(yīng)力計算 工作硬化系數(shù) 則 所以齒面接觸耐久性的安全系數(shù)： 5.2.4齒面接觸靜強度計算 節(jié)圓處的齒面接觸最大計算應(yīng)力： 由 則 齒面接觸靜強度安全系數(shù) 查表，得 則 5.2.5輪齒彎曲強度計算 齒形系數(shù) 查表，得 應(yīng)力修正系數(shù) 重合度系數(shù) 螺旋角系數(shù) 磨損系數(shù) 則齒根彎曲應(yīng)力： 試驗齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 尺寸系數(shù) 則許用彎曲疲勞應(yīng)力 齒輪彎曲靜強度計算 彎曲最大計算應(yīng)力 齒跟彎曲靜強度的安全系數(shù)： 查表，得 則 所以彎曲靜強度滿足要求。 6 運行機構(gòu) 運行機構(gòu)的任務(wù)是使起重機或載重小車作水平運動。 6.1傳動比的計算 6.1.1此運行機構(gòu)減速比 （采用二級齒輪減速） 每一級傳動比為： 總速比： 6.1.2走輪轉(zhuǎn)速 6.2 運行速度 6.3 機構(gòu)的效率 取齒輪傳動效率 則 6.4運行摩擦阻力 運行摩擦阻力包括：車輪軸承中的摩擦；車輪的滾動摩擦；以及車輪輪緣與軌道間的附加摩擦阻力。 6.4.1車輪軸承中的摩擦 —— 車輪輪壓 —— 車輪直徑 —— 車輪軸樞直徑 —— 車輪軸承摩擦系數(shù) 選取，又， 6.4.2車輪的滾動摩擦 車輪前進時，由于車輪與軌道之間的擠壓應(yīng)力的合力偏向運行前方。 ——滾動摩擦系數(shù) 取 6.4.3總摩擦阻力 ——附加阻力系數(shù) 取（全輪驅(qū)動） 則 6.5電動機容量的初選 每組運行驅(qū)動機構(gòu)的靜功率為： 取，又 故 所以選取額定功率為1.5kw 的ZYD21-4型錐形轉(zhuǎn)子電動機。 6.6走輪輪壓 6.7 驗算起動時間 6.8制動器計算 6.8.1制動電動機軸需要的靜轉(zhuǎn)力矩 由公式得： 電動機最小制動行程 電動機最小制動時間： 6.8.2制動器制動力矩 所選電動機制動環(huán)尺寸： ， 則 壓力彈簧：工作壓力， 則 6.8.3所選制動片單位比壓力 6.8.4制動時間 6.9 電動機最大力矩 因此電動機的最大力矩能夠克服最大動力。 6.10驗算電動機打滑 6.10.1起動時間打滑驗算 取附著系數(shù)（室內(nèi)） 安全系數(shù)，， 則 又 則 即 6.10.2驗算制動時間打滑 取制動時，打滑安全系數(shù) 則 即 參考文獻 [1]陳道南,盛漢中主編.起重機課程設(shè)計.冶金工業(yè)出版社,1983 [2]起重機設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社,1980 [3]倪慶興,王煥勇編著.起重機械.上海交通大學(xué)出版社,1990 [4]黃金新編譯.國外輪式起重機.中國建筑工業(yè)出版社,1982 [5]譚慶昌,趙洪志,曾平主編.機械設(shè)計.吉林科學(xué)技術(shù)出版社,2000 [6]徐灝編著.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社,1992 [7]徐克晉編著.金屬結(jié)構(gòu).太原重型機械學(xué)院,1982 [8]譚浩強編著.C程序設(shè)計.清華大學(xué)出版社,1999 [9]侯洪生主編.機械工程圖學(xué).科學(xué)出版社,2001 [10]秦榮榮,崔可維主編.機械原理. 吉林科學(xué)技術(shù)出版社, 2000聶毓琴 [11]聶毓琴,孟廣偉主編.材料力學(xué). 機械工業(yè)出版社,2004 [12]寇尊權(quán)主編.機械設(shè)計課程設(shè)計. 吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1999 [13]甘永立,陳曉華主編.機械精度設(shè)計基礎(chǔ).吉林人民出版社,2001 [14]王建平,章會珍編.Auto CAD2004機械制作輕松入門.科學(xué)出版社,2004 [15]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社,2004 [16]宋景文編著.機械設(shè)計.科學(xué)普及出版社,1993 致 謝 經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師封立耀老師。封老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是封老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩封老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。正是由于他在百忙之中多次審閱全文，對細節(jié)進行修改，并為本文的撰寫提供了許多中肯而且寶貴的意見，本文才得以成型。 在此特向封立耀老師致以衷心的謝意！向他無可挑剔的敬業(yè)精神、嚴謹認真的治學(xué)態(tài)度、深厚的專業(yè)修養(yǎng)和平易近人的待人方式表示深深的敬意！同時感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、輔導(dǎo)員以及代課老師們幾年來對我的栽培和教育。 謝謝你們。