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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)
小型懸臂起重吊設(shè)計(jì)
系 名：
專(zhuān)業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師姓名：
指導(dǎo)教師職稱(chēng)：
年 月
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
第一章 緒論 1
1.1設(shè)計(jì)的背景及意義 1
1.2起重機(jī)的分類(lèi) 1
1.3國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)況 2
1.4本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1設(shè)計(jì)要求及分析 4
2.2方案設(shè)計(jì) 4
2.2.1起升機(jī)構(gòu) 4
2.1.2運(yùn)行機(jī)構(gòu) 4
2.1.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4
第三章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
3.1電動(dòng)葫蘆的選擇 7
3.2鋼絲繩的選擇 7
3.2.1鋼絲繩破斷拉力計(jì)算 8
3.2.2鋼絲繩允許拉力的計(jì)算 8
3.3卷筒尺寸設(shè)計(jì)及校核 8
3.3.1卷筒類(lèi)型及構(gòu)造 9
3.3.2卷筒直徑 9
3.3.3卷筒長(zhǎng)度 9
3.3.4卷筒壁厚 10
3.3.5強(qiáng)度計(jì)算 10
3.4電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.4.1電動(dòng)靜功率的計(jì)算 11
3.4.2電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算 12
3.5卷筒軸的設(shè)計(jì)及校核 12
3.5.1初算卷筒軸最小直徑 12
3.5.2確定各段軸的直徑、長(zhǎng)度 13
3.5.3計(jì)算支座反力 13
3.5.4疲勞計(jì)算 13
3.5.5靜強(qiáng)度計(jì)算 14
3.6取物裝置設(shè)計(jì) 14
3.7懸臂梁的設(shè)計(jì) 15
3.7.1計(jì)算條件 15
3.7.2受力計(jì)算 15
第四章 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
4.1選電動(dòng)機(jī) 18
4.1.1運(yùn)行阻力 18
4.1.2計(jì)算靜功率 18
4.2驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件 18
4.3驗(yàn)算啟動(dòng)時(shí)間 18
4.4選擇制動(dòng) 19
4.5驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間 19
4.6選擇減速器 19
第五章 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
5.1載荷計(jì)算 20
5.2回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 22
5.2.1摩擦阻力矩 22
5.2.2坡道阻力矩 23
5.2.3慣性阻力矩 23
5.3電動(dòng)機(jī)的選擇 24
5.4聯(lián)軸器的選擇 25
5.5制動(dòng)器的選擇 26
5.6減速器的選擇 26
5.7開(kāi)式齒輪的選擇與設(shè)計(jì) 26
5.7.1選定齒輪類(lèi)型及基本參數(shù) 26
5.7.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 27
5.7.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 29
5.7.4幾何尺寸計(jì)算 30
總 結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
摘 要
本課題的任務(wù)是小型懸臂起重吊，懸臂起重機(jī)是懸臂可繞固定于基座上的定柱回轉(zhuǎn)，或者是懸臂與轉(zhuǎn)柱剛接，在基座支承內(nèi)一起相對(duì)于垂直中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的由立柱和懸臂組成的懸臂起重機(jī)。主要由電起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。
本次設(shè)計(jì)首先，通過(guò)對(duì)懸臂起重吊結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了懸臂起重吊的設(shè)計(jì)方案；接著，對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了懸臂起重吊總裝圖及主要零部件圖。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞：懸臂起重吊，起升機(jī)構(gòu)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
Abstract
The task of this project is a small cantilever lifting, boom boom cranes are available in a given column rotation around a fixed pedestal, or cantilever column and turn rigid, support within the base together with respect to the vertical centerline of rotation by consisting of columns and cantilever cranes. Mainly by electric lifting mechanism, traveling mechanism, rotation mechanism and the like.
The design is first, by making the lifting of the cantilever structure and principles of analysis presented in this analysis lifting cantilever design basis; Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for all the major components has been designed and checked; Finally, AutoCAD drawing software to draw a cantilever lifting assembly diagram and main parts diagram.
Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; mastered the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work of great significance in life.
Keywords:Cantilever Lifting, Hoisting mechanism, Traveling mechanism, Rotating mechanism
IV
第一章 緒論
1.1設(shè)計(jì)的背景及意義
起重機(jī)械是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，主要用于物品的裝卸。一個(gè)工作循環(huán)一般包括：取物裝置從取物地點(diǎn)由起升機(jī)構(gòu)把物品提起，運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)把物品移位，然后物品在指定地點(diǎn)下降；接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一次的工作循環(huán)。在兩個(gè)工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。由此可見(jiàn)，起重機(jī)械工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于起動(dòng)、制動(dòng)以及正向、反向等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的。起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。
1.2起重機(jī)的分類(lèi)
起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分成以下三類(lèi)：
（1）梁式型起重機(jī)
可在長(zhǎng)方形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、露天堆場(chǎng)等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運(yùn)載橋等。
（2）懸臂起重機(jī)（旋臂起重機(jī)）
懸臂起重機(jī)有立柱式、壁掛式、平衡起重機(jī)三種形式。
①柱式懸臂起重機(jī)是懸臂可繞固定于基座上的定柱回轉(zhuǎn)，或者是懸臂與轉(zhuǎn)柱剛接，在基座支承內(nèi)一起相對(duì)于垂直中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的由立柱和懸臂組成的懸臂起重機(jī)。它適用于起重量不大，作業(yè)服務(wù)范圍為圓形或扇形的場(chǎng)合。一般用于機(jī)床等的工件裝卡和搬運(yùn)。
②壁掛起重機(jī)是固定在墻壁上的懸臂起重機(jī)，或者可沿墻上或其他支承結(jié)構(gòu)上的高架軌道運(yùn)行的懸臂起重機(jī)。壁行起重機(jī)的使用場(chǎng)合為跨度較大、建筑高度較大的車(chē)間或倉(cāng)庫(kù)，靠近墻壁附近處吊運(yùn)作業(yè)較頻繁時(shí)最適合。
③平衡起重機(jī)俗稱(chēng)平衡吊，它是運(yùn)用四連桿機(jī)構(gòu)原理使載荷與平衡配重構(gòu)成一平衡系統(tǒng)，可以采用多種吊具靈活而輕松地在三維空間吊運(yùn)載荷。平衡起重機(jī)輕巧靈活，是一種理想的吊運(yùn)小件物品的起重設(shè)備，被廣泛用于工廠車(chē)間的機(jī)床上下料，工序間、自動(dòng)線、生產(chǎn)線的工件、砂箱吊運(yùn)、零部件裝配，以及車(chē)站、碼頭、倉(cāng)庫(kù)等各種場(chǎng)合平衡吊
（3）門(mén)式起重機(jī)
門(mén)式起重機(jī)一般根據(jù)門(mén)架結(jié)構(gòu)形式、主梁形式、吊具形式來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。
按門(mén)框結(jié)構(gòu)形式分：（a）全門(mén)式起重機(jī)，（b）半門(mén)式起重機(jī)，（c）雙懸臂門(mén)式起重機(jī)，（d）單懸臂門(mén)式起重機(jī)。
按主梁結(jié)構(gòu)形式分：（a）單主梁門(mén)式起重機(jī)，(b)雙梁橋式起重機(jī)。
1.3國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)況
（1）國(guó)內(nèi)起重機(jī)研究及發(fā)展現(xiàn)況
中國(guó)古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機(jī)的雛形。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開(kāi)始采用金屬材料制造，并開(kāi)始采用水力驅(qū)動(dòng)。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)。20世紀(jì)20年代開(kāi)始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。
自1999年，沉寂了多年的中國(guó)起重機(jī)行業(yè)猶如火山爆發(fā)，呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭，一發(fā)不可收拾，出現(xiàn)了連年增長(zhǎng)、一浪高過(guò)一浪的態(tài)勢(shì)，即使是在被稱(chēng)為宏觀調(diào)控年的2004年也不例外。
2006年5月，國(guó)內(nèi)企業(yè)制造的最大噸位履帶式起重機(jī)——三一重工的SCC4000(400t)成功下線，但這個(gè)紀(jì)錄將會(huì)在2006年11月在上海舉辦的bauma China工程機(jī)械展會(huì)上被打破。今后5年，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)總投資將超過(guò)１萬(wàn)億元，期間，電網(wǎng)建設(shè)投資將占到電力行業(yè)總投資的50％以上，能基本滿足新建電源輸配電的需求。在這些大型項(xiàng)目對(duì)起重機(jī)的大量需求下，加速了國(guó)內(nèi)起重機(jī)市場(chǎng)向大型化發(fā)展的勢(shì)頭。
（2）國(guó)外起重機(jī)研究及發(fā)展現(xiàn)況
（a）發(fā)展超大型起重機(jī)
由于各重點(diǎn)工程向大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備重量不斷增加，對(duì)超大型起重設(shè)備的需求日趨增長(zhǎng)。利渤海爾LTM1800型是目前世界最大的AT產(chǎn)品，起重量800t，安裝超起裝置后型號(hào)變更為L(zhǎng)TM11000D型，最大起重量增至1000t。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)。
（a）“迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)
起重機(jī)向微型化發(fā)展，是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)要求而出現(xiàn)的新趨勢(shì)。10年前開(kāi)發(fā)的神鋼RK70(7t)是世界首臺(tái)裝有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT產(chǎn)品。目前下俯式吊臂已成為“迷你”起重機(jī)的重要標(biāo)志。這種新概念設(shè)計(jì)已成功移植到德馬泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等較大噸位起重機(jī)上。
（b）伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)
利渤海爾LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT產(chǎn)品，采用了裝有“Telematik”單缸自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的卵圓形截面主臂。這種卵圓形截面主臂在減輕結(jié)構(gòu)重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圓形吊臂已列入利勃海爾新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)部件，裝有世界最長(zhǎng)的7節(jié)84m卵圓形截面主臂的LTM1500型(500t)AT產(chǎn)品，也采用這種單缸伸縮系統(tǒng)。
（c）數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用
利渤海爾LTM1030/2型(30t)是世界首臺(tái)裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙軸AT產(chǎn)品。該機(jī)采用CANBUS(控制域網(wǎng)總線)技術(shù)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)－傳動(dòng)系統(tǒng)各功能塊之間的數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸和電子控制。采用數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)，可降低起重機(jī)油耗及排放值，簡(jiǎn)化布線，提高整機(jī)可靠性與維修方便性。目前已有多種新機(jī)型裝有LSB系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。
（d）靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)
首臺(tái)靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)是原克虜伯公司1992年研制的雙軸KMK2035型(35t)AT產(chǎn)品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的雙軸CT2(35t)AT產(chǎn)品是世界第一臺(tái)投放市場(chǎng)的靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)靜液壓傳動(dòng)RT起重機(jī)。據(jù)介紹，某些機(jī)型采用靜液壓傳動(dòng)后，可大約減重1/3。
（e）混合型起重機(jī)得到發(fā)展
過(guò)去10年中日本RT產(chǎn)品居世界領(lǐng)先地位，許多產(chǎn)品裝有傳統(tǒng)型號(hào)不具備的適于公路行駛的驅(qū)動(dòng)裝置，因而可在日本公路合法行駛。這樣就促使用戶對(duì)歐美制造廠商也提出了新要求。據(jù)報(bào)道，1997年世界RT產(chǎn)品總銷(xiāo)量達(dá)5000臺(tái)，其中日本生產(chǎn)了2800臺(tái)，美國(guó)為1250臺(tái)。
1.4本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求及分析
設(shè)計(jì)一小型懸臂起重吊，用于貨場(chǎng)裝卸物料作業(yè)。要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，移動(dòng)方便，懸臂能繞鉛垂軸在180°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)能電動(dòng)升降，最大起重重量為250Kg。
2.2方案設(shè)計(jì)
起重機(jī)根據(jù)功能不同，可分為以下幾個(gè)機(jī)構(gòu)：起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
2.2.1起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)包括:取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)以及驅(qū)動(dòng)裝置等部分，用來(lái)實(shí)現(xiàn)物品上升與下降動(dòng)作。不同的物品，需用不同的取物裝置，其驅(qū)動(dòng)裝置亦稍有不同，但布置方式基本上相同。
起升機(jī)構(gòu)包括：取物裝置，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)裝置等部分，用來(lái)實(shí)現(xiàn)物品的上升與下降動(dòng)作。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求所給參數(shù)，起重量Q=2t,屬于小起重量旋臂起重機(jī)。主要技術(shù)要求參數(shù)如下：
表2-1 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
起重量Q
起升高度H
跨度L
起升速度V
回轉(zhuǎn)速度
轉(zhuǎn)角范圍
250Kg
4m
3m
8m/min
30rad/min
傳動(dòng)裝置中廣泛采用減速器，它是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間獨(dú)立的閉合傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)的需要。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及分析，直接選用電動(dòng)葫蘆為起升機(jī)構(gòu)。
2.1.2運(yùn)行機(jī)構(gòu)
運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要用作水平運(yùn)移物品以及調(diào)整起重機(jī)（小車(chē)）的工作位置。通用橋式起重機(jī)和龍門(mén)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的用途往往是屬于前者，而門(mén)座起重機(jī)和裝卸橋的運(yùn)行機(jī)構(gòu)往往是屬于后者。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)有下列部件組成：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置（傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器和減速器等），制動(dòng)器和車(chē)輪組等。在大型起重機(jī)中，為了降低車(chē)輪的壓力，提高傳動(dòng)件和支承件的通用化程度，便于裝配和維修，常采用帶有平衡梁的車(chē)輪組。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作速度隨起重機(jī)的用途而定。
2.1.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩大部分組成，前者用來(lái)將起重機(jī)旋轉(zhuǎn)部分支承在固定部位上，后者用來(lái)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)部分相對(duì)于固定部分的回轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)裝置的形式與支承裝置形式有一定的的關(guān)系。回轉(zhuǎn)起重機(jī)的回轉(zhuǎn)支承方式有定柱式、轉(zhuǎn)柱式、轉(zhuǎn)盤(pán)式等幾種。
全回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由三部分組成（a）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)機(jī)：他是整機(jī)的傳動(dòng)分流裝置中的一個(gè)傳動(dòng)元件，在機(jī)械傳動(dòng)中是某根軸，在電力傳動(dòng)中是電動(dòng)機(jī)，在液壓傳動(dòng)中是液壓馬達(dá)。它的動(dòng)力是由起重機(jī)的總動(dòng)力源—內(nèi)燃機(jī)供給，并經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)、或電能、或液壓能變換而來(lái)的。（b）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，一般是其減速作用。（c）旋轉(zhuǎn)小齒輪，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)它和回轉(zhuǎn)支承裝置上的大齒圈嚙合，以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平面的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
（1）回轉(zhuǎn)支承裝置
回轉(zhuǎn)支承裝置簡(jiǎn)稱(chēng)回轉(zhuǎn)支承，為起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)定、牢固的支承，并將回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給固定部分。在起重機(jī)主要使用柱式和滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。下面介紹滾動(dòng)軸承式和柱式回轉(zhuǎn)支承裝置。
1）滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置 起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分固定在大軸承的回轉(zhuǎn)座圈上，而大軸承的固定座圈則與底架或門(mén)座的頂面相固結(jié)。
2）柱式回轉(zhuǎn)支承裝置 柱式回轉(zhuǎn)支承裝置又可分為轉(zhuǎn)柱式和定柱式兩類(lèi),圖6-1表示定柱式支承，定柱2固定在起重機(jī)底座上，起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分支承在定柱頂部的推力兼徑向軸承1上，并可繞定柱中心回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)部分的下部分由4個(gè)水平滾輪支承在定柱下部圓形滾道上。定柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，自重和驅(qū)動(dòng)功率較小，能使起重機(jī)重心降低。轉(zhuǎn)柱式是將定柱式支承的定柱作為起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分，把其回轉(zhuǎn)部分作為固定機(jī)架。轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支承裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度較大的起重機(jī)。
綜合比較以上各種回轉(zhuǎn)支承裝置，本設(shè)計(jì)屬于小型起重機(jī)，所以采用定柱式支承裝置。
（2）回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置
回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置一般安裝在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)最后一級(jí)小齒輪，小齒輪與裝在起重機(jī)回轉(zhuǎn)固定部分上的大齒圈相嚙合，以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下面是常見(jiàn)的兩種形式的機(jī)械傳動(dòng)裝置。
圖2-1為臥式電動(dòng)機(jī)與與蝸桿減速器傳動(dòng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)1，經(jīng)聯(lián)軸器2，由蝸輪蝸桿3及極限力矩聯(lián)軸器組成的減速器后，經(jīng)中間齒輪4傳動(dòng)，最后通過(guò)回轉(zhuǎn)小齒輪5帶動(dòng)整個(gè)旋轉(zhuǎn)架以上部分繞大齒圈回轉(zhuǎn)。這種傳動(dòng)方式優(yōu)點(diǎn)是工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低。
圖2-2表示立式電動(dòng)機(jī)與立式圓柱齒輪減速器傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是平面尺寸緊湊，傳動(dòng)效率高。
比較兩種傳動(dòng)方式，本設(shè)計(jì)選擇圖2-1所示傳動(dòng)方式。
圖2-1 臥式電機(jī)與蝸桿減速器傳動(dòng)
1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—蝸輪；4—大、小齒輪；5—小齒輪；6—大齒圈
圖2-2 立柱式電動(dòng)機(jī)與圓柱齒輪減速器傳動(dòng)
1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—減速器；4—小齒輪；5—大齒圈
第三章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)葫蘆的選擇
由額定起重量為0.25t,起升高度為4米，通過(guò)查閱《CD1型電動(dòng)葫蘆主要技術(shù)參數(shù)》，選擇電動(dòng)葫蘆的型號(hào)為CD8-8，其技術(shù)性能為下表所示：
表3-1 CD8-8電動(dòng)葫蘆技術(shù)參數(shù)
技術(shù)性能 單位 參數(shù)
起重量 噸 0.25
起升高度 米 4
起重速度 米/分 8
運(yùn)行速度 米/分 20
鋼絲繩直徑 毫米 8
鋼絲繩規(guī)格（GB1102-74） 6*37-8
鋼絲繩長(zhǎng)度 米 18
工字梁軌道型號(hào)（GB706-88） 20a-32c
環(huán)形軌道最小曲率半徑 米 2.0
工作級(jí)別 M3
結(jié)合次數(shù) 120/min
起重電機(jī)型號(hào) ZDY31-4
額定功率 千瓦 1.5
額定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
額定電流 安培 7.6
運(yùn)行電動(dòng)機(jī)型號(hào) ZDY12-4
額定功率 千瓦 0.4
額定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
電流 安培 1.25
基本尺寸（電動(dòng)小車(chē)式）
L1 毫米 205
L2 毫米 290
f 毫米 956
Bmax 毫米 935
電動(dòng)小車(chē)型總重 千克 65
3.2鋼絲繩的選擇
鋼絲繩是起重機(jī)機(jī)械的重要零件之一，它是一種易于彎曲的撓性件。具有強(qiáng)度高、撓型好、自重輕、運(yùn)行平穩(wěn)，極少突然斷裂等特點(diǎn)，因而廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)，也可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
3.2.1鋼絲繩破斷拉力計(jì)算
由《起重吊裝簡(jiǎn)易計(jì)算》可知，鋼絲繩破斷拉力計(jì)算公式如下：
（2-1）
式中 —鋼絲繩的破斷拉力（N）
—鋼絲繩中每一根鋼絲的直徑
—鋼絲繩中每一根鋼絲的總根數(shù)
—鋼絲繩中鋼絲的抗拉強(qiáng)度（Pa)
—鋼絲繩中鋼絲的總斷面面積
—鋼絲繩中的搓捻不均勻引起的受載不均勻系數(shù)
（當(dāng)鋼絲繩為6×37+1時(shí)，=0.82；當(dāng)鋼絲繩為6×19+1時(shí)，=0.85）
本設(shè)計(jì)選用6×37+1型鋼絲繩，與以同徑者6×19+1型相比較，鋼絲多且細(xì)，則繩的撓性好，而耐磨性稍差，在此基礎(chǔ)上還能滿足我們的需求。所以我們選用6×37+1型鋼絲繩（GB1102-74）。
驗(yàn)算6×37+1型
(2-2）
驗(yàn)算6×19+1型
（2-3）
3.2.2鋼絲繩允許拉力的計(jì)算
通過(guò)查閱《起重吊裝簡(jiǎn)易計(jì)算》，用于機(jī)動(dòng)起重設(shè)備的安全系數(shù)K為5～6，我們選用較大的安全系數(shù)K=6，滑輪組倍率，則可以的鋼絲繩的允許拉力為：
（2-4）
3.3卷筒尺寸設(shè)計(jì)及校核
3.3.1卷筒類(lèi)型及構(gòu)造
卷筒是起升機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。起升機(jī)構(gòu)的卷筒是用來(lái)卷繞并儲(chǔ)存鋼絲繩的，卷筒大多用鑄鐵鑄造：大卷筒和單件生產(chǎn)的卷筒，用鋼板焊接。卷筒承受起升載荷的作用，應(yīng)有做狗剛性的底座予以支承，而卷筒的軸應(yīng)該是靜定支承。
根據(jù)鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)分為單層卷筒和多層卷筒，卷筒材料采用不低于HT20—40的鑄鐵，特殊是可采用ZG25II、ZG35II鑄鋼或3號(hào)鋼板焊成。
3.3.2卷筒直徑
卷筒直徑的大小直接影響鋼絲繩的彎曲程度，為保證鋼絲繩壽命，卷筒直徑不能太小，卷筒直徑必須大于鋼絲繩直徑的一點(diǎn)倍數(shù)，卷筒直徑一般為：
（2-6）
式中 —卷筒卷繞直徑（鋼絲繩中心所在直徑），mm；
—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲有關(guān)的系數(shù)；
—鋼絲繩直徑，mm。
帶入數(shù)字得
為了適當(dāng)?shù)臏p少卷筒的長(zhǎng)度，則應(yīng)該選用較大直徑的卷筒，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表14—1，選用直徑D=200的卷筒，卷筒槽尺寸由表14—3得t1=14,槽底半徑R=6.7（標(biāo)準(zhǔn)槽）。
3.3.3卷筒長(zhǎng)度
圖3-1是卷筒的大體形狀及尺寸。
圖3-1單層繞卷筒長(zhǎng)度
（2-7）
式中 —卷筒上車(chē)螺旋槽部分的長(zhǎng)度，；
—無(wú)繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)構(gòu)造需要選定，；
—固定鋼絲繩所需要的查長(zhǎng)度，，。
（2-8）
式中 —最大起升高度，；
—滑輪組倍率；
—卷繞計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的直徑，；
—為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)，；
—繩槽節(jié)距—。
綜上，帶入數(shù)得：
取。
3.3.4卷筒壁厚
（ 2-9）
取
3.3.5強(qiáng)度計(jì)算
卷筒壁中承受復(fù)雜的應(yīng)力，包括起升鋼絲繩拉力纏繞而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力，根據(jù)分析扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力非常小，可忽略不計(jì)，卷筒壁中的應(yīng)力主要是鋼絲繩在卷筒壁上產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力。而當(dāng)卷筒的長(zhǎng)度小于或等于3倍卷筒直徑，即當(dāng)時(shí)，主要計(jì)算壓應(yīng)力，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力一般不大于壓應(yīng)力的，所以只計(jì)算壓應(yīng)力是合理的，此時(shí)卷筒內(nèi)表面上的最大壓應(yīng)力為
（2-10）
式中 —多層卷繞系數(shù)，該值與鋼絲繩卷繞層數(shù)有關(guān)；
—應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時(shí)對(duì)筒壁有減小作用，一般可取=0.75；
—鋼絲繩中最大靜拉力；
—卷筒壁厚，可按下列初選：
鑄鋼卷筒
鑄鐵卷筒
—卷筒繩槽節(jié)距；
—許用壓應(yīng)力
對(duì) 鋼 （—屈服強(qiáng)度）
對(duì)鑄鐵 （—抗壓強(qiáng)度）
所以
（2-11）
選用灰鑄鐵HT200.最小抗拉強(qiáng)度，許用壓應(yīng)力為
因?yàn)?，所以抗彎?qiáng)度符合要求。
3.4電動(dòng)機(jī)的選擇
3.4.1電動(dòng)靜功率的計(jì)算
(2-12）
式中 —起升載荷重量，Kg；
V—物品上升速度（米/分）；
—機(jī)構(gòu)總效率，一般取0.8～0.9。
為了滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不過(guò)熱要求，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，可按下式初選相應(yīng)于機(jī)構(gòu)的值的電動(dòng)機(jī)功率：
（2-13）
式中 —系數(shù)。
由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取，則
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，選用電動(dòng)機(jī)為YZ系列冶金及起重三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZ132M2—6，電動(dòng)機(jī)工作制為S2（短時(shí)工作制），工作定額為30分，額定功率為4KW，額定轉(zhuǎn)速為915r/min。
3.4.2電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
電動(dòng)機(jī)工作因?yàn)闇厣l(fā)熱，過(guò)高的溫升會(huì)使繞組的絕緣材料加速老化，故需要對(duì)按靜功率選擇的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，以控制電動(dòng)機(jī)溫升在容許的范圍內(nèi)。
按照工作類(lèi)型系數(shù)法，由《起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例》[9]表2—9可知的等效功率為
（2-14）
的值結(jié)合《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表8—14和圖8—37得，則
綜合以上的計(jì)算結(jié)果，，所以所選電動(dòng)機(jī)滿足要求。
3.5卷筒軸的設(shè)計(jì)及校核
由于卷筒軸的可靠性對(duì)起重機(jī)的安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度計(jì)算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計(jì)算疲勞強(qiáng)度，而且還要計(jì)算靜強(qiáng)度；此外，對(duì)較長(zhǎng)的軸還需校核軸的剛度。
由前面的設(shè)計(jì)可知：卷筒的名義，取卷筒長(zhǎng)度，卷筒槽形槽底半徑，繩槽尺寸，鋼絲繩允許拉力為。其它參數(shù)有，，。
選取軸的材料為45剛，調(diào)制處理。
3.5.1初算卷筒軸最小直徑
（2-18）
取軸的最小直徑圓整為。
圖3-2 卷筒心軸結(jié)構(gòu)圖
3.5.2確定各段軸的直徑、長(zhǎng)度
1-2段和6-7段為軸承的位置，直徑，其它各部分直徑按照結(jié)構(gòu)來(lái)取，，，，。確定卷筒心軸各段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)軸承寬度、卷筒長(zhǎng)度和端蓋長(zhǎng)度來(lái)確定。,
,,,6-7段為套筒長(zhǎng)度,取.
3.5.3計(jì)算支座反力
心軸右輪轂支承處最大彎矩：
3.5.4疲勞計(jì)算
對(duì)于疲勞計(jì)算采用等效彎矩，查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》得知等效系數(shù) =1.1
等效彎矩：
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對(duì)稱(chēng)循環(huán)。由上式知許用彎曲應(yīng)力：軸材料用45號(hào)鋼，其中，；。
式中 n=1.6—安全系數(shù)
K—應(yīng)力集中系數(shù)
—與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，當(dāng)零件表面形狀劇烈過(guò)渡和
零件上開(kāi)有溝槽時(shí)，以及緊配合區(qū)段，本處取
—與零件表面加工粗糙度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，，本處
取。
<通過(guò)
3.5.5靜強(qiáng)度計(jì)算
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動(dòng)力系數(shù)可由表查得，=1.2。
許用應(yīng)力：
<通過(guò)，故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計(jì)算通過(guò)
3.6取物裝置設(shè)計(jì)
取物裝置能使起重機(jī)順利安全和高效率的工作，應(yīng)盡可能構(gòu)造簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕。由搬運(yùn)物品形狀不同，取物裝置分為通用專(zhuān)用兩類(lèi)。通用取無(wú)裝置有吊鉤、吊環(huán)；專(zhuān)用取物裝置由抓斗、電磁吸盤(pán)、夾鉗等。對(duì)于本設(shè)計(jì)，我們選擇吊鉤作取無(wú)裝置。
吊鉤是起重機(jī)上極其重要的零件。吊鉤的突然斷裂將造成人身及設(shè)備事故，因此對(duì)吊鉤的材料和加工，國(guó)家有嚴(yán)格規(guī)定，吊鉤按制造方法分鍛造吊鉤和片式吊鉤，中小起重量的吊鉤一般用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造而成，大型起重量的吊鉤一般用片式吊鉤。吊鉤的專(zhuān)用材料有：20、20Mn、34CrMo、34CrNiMo等。鍛造吊鉤必須經(jīng)過(guò)熱處理。以達(dá)到規(guī)定的機(jī)械性能。片式吊鉤要求鋼板軋制方向與吊鉤受力方向一致，片式吊鉤比鍛造吊鉤可靠，一般不會(huì)不會(huì)產(chǎn)生突然斷裂。因強(qiáng)度和材料引起的斷裂只限于起重個(gè)別鋼板，因此易發(fā)現(xiàn)并跟換，也同樣由于強(qiáng)度和材料不確定性的吊鉤不允許鑄造、焊接制造和修復(fù)。吊鉤的型號(hào)可查相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
吊鉤的主要尺寸
圖3-3是吊鉤鉤身主要尺寸圖
圖3-3 吊鉤鉤深主要尺寸
吊鉤的主要尺寸是由勾孔直徑D來(lái)決定的。
勾孔直徑
式中 —額定起重量，。
帶入數(shù)據(jù)得
（2-19）
取。
其它尺寸
3.7懸臂梁的設(shè)計(jì)
3.7.1計(jì)算條件
吊重為0.25噸，懸臂梁為工字鋼，長(zhǎng)度為3米。選擇工字鋼材料為Q235，其許用應(yīng)力[δ]=100MPa。
3.7.2受力計(jì)算
想求出cd桿的長(zhǎng)度為
L==4527.7mm （3.1）
ac桿的受力分析簡(jiǎn)圖如圖3-4所示。
圖3-4 ac桿受力分析圖
設(shè)cd桿拉力為F,由平衡方程=0，得
F·×4500mm-4900×4000=0 （3.2）
F=39441N （3.3）
把F分解為沿ac桿軸線的分量和垂直于ac桿軸線的分量,可見(jiàn)ac桿在ab段內(nèi)產(chǎn)生壓縮與彎曲的組合變形。
=F×4500/4527.7=39200N (3.4)
=F×500/4527.7=4355N (3.5)
作ac桿的彎矩圖和ab段的軸力圖如3-5所示。從圖中可以看出，在b點(diǎn)左側(cè)的截面上彎矩為最大，而軸力與其他截面相同，故為危險(xiǎn)截面。
圖3-5 ac桿彎矩圖和ab段軸力圖
開(kāi)始計(jì)算時(shí)，可以先不考慮軸力發(fā)熱影響，只根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件選取工字鋼。
W≥=19.6×/100×=196 （3.6）
查型鋼表，選取20a號(hào)工字鋼，W=237，A=35.5。選定工字鋼后，同時(shí)考慮軸力及彎矩的影響，再進(jìn)行強(qiáng)度校核。在危險(xiǎn)截面b的下邊緣各點(diǎn)上發(fā)生最大壓應(yīng)力，且為
==84MPa （3.7）
結(jié)果表明，最大壓應(yīng)力小于許用應(yīng)力，故無(wú)需重新選擇截面的型號(hào)。
第四章 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要有下列不見(jiàn)組成：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、（傳動(dòng)軸聯(lián)軸器和減速器等），制動(dòng)器和車(chē)輪組等。
4.1選電動(dòng)機(jī)
4.1.1運(yùn)行阻力
P靜=P摩+P坡+P風(fēng) （公斤）
P靜——小車(chē)運(yùn)行靜阻力
室內(nèi)運(yùn)行，所以 P坡=P風(fēng)=0
P靜=P摩=（Q+G0)K附（2K+μμd)/D輪=22.95公斤
其中K附=1.2
μ=0.015
d=45mm
D輪=100mm
4.1.2計(jì)算靜功率
N靜=（P靜v）/120η=0.08kw （3-1）
式中η—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)功率，取η=0.9
由于選用的電動(dòng)葫蘆為小車(chē)式，配用的電機(jī)功率滿足，所以直接選用。型號(hào)為ZDY12-4。技術(shù)參數(shù)，
4.2驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件
按照等效功率法，求JC=25％時(shí)所需的等效功率：
N≥k×r=0.85×0.87×0.08=0.06kW
式中k—工作級(jí)別系數(shù)。對(duì)于M3級(jí)，k=0.85
r—系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值（t/t）查得，一般起升機(jī)構(gòu)t/t=0.1，查得r=0.87
由以上計(jì)算結(jié)果 N，故初選電動(dòng)機(jī)能滿足.
4.3驗(yàn)算啟動(dòng)時(shí)間
滿載運(yùn)行時(shí)電機(jī)的靜力矩：
=0.07kg/m
啟動(dòng)時(shí)間：
（3-2）
其中
平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
(3-3)
4.4選擇制動(dòng)
=0.65kg/m
式中 k取1.15，查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用型號(hào)CL4
4.5驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間
制動(dòng)時(shí)間：=6.5s
4.6選擇減速器
減速器總傳動(dòng)比：
（3-4）
i = 22
查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用ZQA25型的減速器，當(dāng)中級(jí)工作類(lèi)型時(shí)，=25，自重=100kg，輸出軸直徑為=200mm，軸端長(zhǎng)=101mm。
第五章 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，在于擴(kuò)大機(jī)械的工作范圍，當(dāng)?shù)跤形锲返钠鹬乇奂芾@起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)時(shí)，就能使物品吊運(yùn)到回轉(zhuǎn)圓所及的范圍以內(nèi)。這種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本設(shè)計(jì)選擇圖5-1所示傳動(dòng)方式。
圖5-1 臥式電機(jī)與蝸桿減速器傳動(dòng)
1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—蝸輪；4—大、小齒輪；5—小齒輪；6—大齒圈
5.1載荷計(jì)算
作用在回轉(zhuǎn)部分上的外載荷包括：回轉(zhuǎn)部分自身重力，起升載荷及其載荷Q及其載荷影響，貨載擺動(dòng)時(shí)的水平載荷，各機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)的慣性載荷等?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)零件的計(jì)算決定于電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩。
不管作用在起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的外載荷有多少，（包括若干個(gè)向下的載荷和若干個(gè)水平載荷），總可以簡(jiǎn)化成四個(gè)力：一個(gè)沿回轉(zhuǎn)中型鉛垂項(xiàng)下的力，一個(gè)沿水平支承輪（滾子）的水平力，一個(gè)繞回轉(zhuǎn)中型的力偶及一個(gè)作用在某一鉛垂面的力偶矩，其中繞回轉(zhuǎn)中心的力偶，由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩或制動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩平衡，鉛垂力以及力偶由回轉(zhuǎn)裝置支承。各力的分析計(jì)算如下。1.起重機(jī)自重的計(jì)算
（1）總質(zhì)量
(4-1)
旋轉(zhuǎn)臂架重量
.
（2）垂直力及傾覆力矩的計(jì)算
圖5-2 回轉(zhuǎn)臂簡(jiǎn)圖
因?yàn)樵诖_定回轉(zhuǎn)支承裝置的動(dòng)態(tài)容量計(jì)算載荷時(shí)，要選取最不利工況?；剞D(zhuǎn)支承裝置的靜態(tài)容量按起重機(jī)靜載荷試驗(yàn)工況進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)不計(jì)風(fēng)力，僅考慮125%試驗(yàn)載荷時(shí)的最大工作載荷，水平載荷較小忽略不計(jì)，所以有
（4-2）
（ 4-3）
式中 —最大額定載荷，；
—旋臂重力，；
—其它回轉(zhuǎn)部分重力， 。
帶入?yún)?shù)到公式中得
（3）支承反力的計(jì)算
采用定柱支承裝置，支承高，滾道直徑，采用前后兩組滾輪裝置，前后兩組滾輪的中心夾角為。每組兩只滾輪，計(jì)八支。上支承采用球面推力軸承。
推力軸承的載荷
式中 —為水平力，此時(shí)水平力只計(jì)風(fēng)力，假設(shè)室內(nèi)無(wú)風(fēng)，所以。
每一組水平滾輪的反力
（4-4）
（4-5）
5.2回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)計(jì)算包括：回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算。
回轉(zhuǎn)阻力包括支承回轉(zhuǎn)裝置中的摩擦力矩、風(fēng)阻力矩、坡道阻力矩、慣性阻轉(zhuǎn)矩等。
5.2.1摩擦阻力矩
柱式起重機(jī)摩擦阻力包括推力軸承中的摩擦阻轉(zhuǎn)矩、徑向軸承中的摩擦阻轉(zhuǎn)矩及水平輪的摩擦阻轉(zhuǎn)矩，把這些阻力相加的：
（4-6）
1）推力軸承的摩擦組轉(zhuǎn)矩
選用單向推力求軸承51230，，額定載荷。
式中 —推力軸承所受的軸向力；
—推力軸承的內(nèi)外平均直徑；
—推力軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承。
2）水平滾輪的摩擦阻轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算：
（5-11）
式中 —水平滾輪壓力之和；
—水平滾輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)，對(duì)使用滾動(dòng)軸承和對(duì)使用滑動(dòng)軸承 分別取 ；；
—滾道計(jì)算直徑。當(dāng)滾道固定、水平滾輪沿滾道滾動(dòng)時(shí)：
式中 —水平滾輪直徑；
—滾道直徑。
當(dāng)滾輪的回轉(zhuǎn)中心固定、滾道沿水平滾輪滾動(dòng)時(shí)，。
3）徑向軸承摩擦阻力計(jì)算
選用雙列向心球面滾子軸承3003126，。
所以總的摩擦力矩為：
（4-7）
5.2.2坡道阻力矩
陸地上起重機(jī)由于滾道鋪設(shè)不平或土壤地基沉陷，起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心與鉛垂線成一夾角。
（4-8）
式中 G—回轉(zhuǎn)部分總重力(N)；
—相對(duì)于上述重量的重心到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線的距離；
—起重機(jī)傾斜角（由地形坡度、土壤沉陷或轉(zhuǎn)柱傾斜等引起）；
—起重機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。
當(dāng)時(shí)坡道阻轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值。
5.2.3慣性阻力矩
起重機(jī)回時(shí)的慣性阻力矩，由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩，以及機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)零件的慣性阻力矩組成。
1）物品繞起重機(jī)起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)的慣性阻力矩
式中 —起重機(jī)的額定載荷，N；
—起吊物品的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)中心的水平距離，；
—起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度，；
—回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)時(shí)間，,通常可取。
2）回轉(zhuǎn)部分慣性阻力矩
（4-9）
式中 —起重機(jī)部件至回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，。
（4-10）
3）作用在電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分的慣性阻力矩
（5-18）
式中 —電動(dòng)機(jī)軸上電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、聯(lián)軸器、制動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；
—考慮除電動(dòng)機(jī)以外其他轉(zhuǎn)動(dòng)零件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)；
—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，；
—機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)間，。
綜上，總的慣性阻力矩為：
（4-11）
5.3電動(dòng)機(jī)的選擇
計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率的等效載荷是將各種等效轉(zhuǎn)矩予以合成，，他們包括：摩擦阻轉(zhuǎn)矩、坡道阻轉(zhuǎn)矩、風(fēng)力等效轉(zhuǎn)矩及貨載擺動(dòng)的等效轉(zhuǎn)矩。
電動(dòng)機(jī)的等效功率為：
（4-12）
式中 —由貨載擺角為產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)阻力矩；
—起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度；
—機(jī)構(gòu)效率，當(dāng)采用齒輪傳動(dòng)時(shí)。
按照上式，帶入數(shù)值后可得：
根據(jù)的值初選電動(dòng)機(jī)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]表12—7選擇YZR電動(dòng)機(jī)，額定功率為，機(jī)座號(hào)為132M2，同步轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.07，轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路電壓為185。
電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力計(jì)算
(4-13)
式中 —考慮電壓降及最大力矩誤差的系數(shù)；
—機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)；
—基準(zhǔn)接電持續(xù)率下允許的過(guò)載轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。
帶入值后的得：
所以電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力足夠。
5.4聯(lián)軸器的選擇
機(jī)構(gòu)的總速比為：
（4-14）
式中 —機(jī)構(gòu)總的傳動(dòng)比；
—電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速；
—回轉(zhuǎn)速度。
以上的速比僅為大約值，因?yàn)樵谶x擇減速器時(shí)還要做些調(diào)整，因此這里電動(dòng)機(jī)的速度用同步轉(zhuǎn)速。高速軸的聯(lián)軸器可根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出尺寸選擇然后校驗(yàn)，123M電動(dòng)機(jī)的輸出軸為圓柱形，直徑為，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例》選擇MLLE梅花帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器，聯(lián)軸器型號(hào)為MLL25-200，允許的最大的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為：
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總速比是很大的。除去低速及針輪傳動(dòng)和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，（一般此級(jí)速比為6～10）也還是比較大的，對(duì)本例，若取低速級(jí)的速比為，則減速器總速比為，由上面可知，聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的11倍多，因此強(qiáng)度是足夠的。
5.5制動(dòng)器的選擇
（4-15）
式中 —制動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩；
—電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，。
則可得
（4-16）
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為
查《起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例》選擇型液力推桿制動(dòng)器，制動(dòng)輪直徑為，最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為。
5.6減速器的選擇
從5.4的計(jì)算中得出減速器的傳動(dòng)比，上網(wǎng)查詢選擇減速器型號(hào)為SF87R57DT80N4，此減速器采用模塊化設(shè)計(jì)，傳動(dòng)比覆蓋范圍廣，分配精細(xì)合理，外形設(shè)計(jì)適合全方位的萬(wàn)能安裝配置。其傳動(dòng)比為113.3，公稱(chēng)轉(zhuǎn)速，公稱(chēng)輸入功率為。
5.7開(kāi)式齒輪的選擇與設(shè)計(jì)
5.7.1選定齒輪類(lèi)型及基本參數(shù)
1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)：
2）根據(jù)懸臂起重機(jī)工作環(huán)境，選擇4級(jí)精度（GB10095-88）;
3)材料選擇。小齒輪材料選40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241-269HB；大齒輪的外形比較大選用鑄鋼ZG310-570, 調(diào)質(zhì)處理，硬度為175-210HB；
4)初選小齒輪齒數(shù)。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，由于齒數(shù)主要為磨損失效，為使輪齒不止過(guò)小，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般可取Z=17～25，取Z=20，則大齒輪的齒數(shù)Z= 6、75×20=135，取Z=135。
m：齒輪是抗彎能力的重要標(biāo)志，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫初選m=4
5.7.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]公式：
（1）確定公式中的各計(jì)算設(shè)置
1）選載荷系數(shù)常用值為1.2～2，取K = 1.2
2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
已知F = 10 KN 減速機(jī)
T=10×10×4m=4×10
小齒輪轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算：
T =
3）取齒寬系數(shù) 根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]第3卷，齒輪非對(duì)稱(chēng)布置，的推薦值，選用=0.6
4）齒數(shù)比u=傳動(dòng)比i
5）查參考[4]表11-6的材料的彈性影響系數(shù)Z=188.9Mpa
6）查參考文獻(xiàn)［3］圖10-21按齒面硬度查小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；
7）查參考文獻(xiàn)［3］式10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，按工作壽命15年，每年工作300天，每天5小時(shí)計(jì)算：
小齒輪的轉(zhuǎn)速
式中：
J—齒輪每轉(zhuǎn)一周時(shí)，同一齒輪面嚙合的次數(shù)
查參考文獻(xiàn)［3］，查的接觸疲勞壽命,;
8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效率為1%，安全系數(shù)S=1. 由參考文獻(xiàn)［3］式中10-12得
；
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪圓直徑，代入中較小的值。
3）計(jì)算齒寬b
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù):=；齒高:h=2.25m=2.25×3.7=8.325mm
所以：=
5)計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)V=1.48m/s, 4級(jí)精度，由參考文獻(xiàn)[4]表11-5查的動(dòng)載荷系數(shù);直齒輪；
由表11-4查的使用系數(shù)；
由表11-7查的齒向載荷分布系數(shù)；
由查圖10-13得；
故載荷系數(shù)。
6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓：由參考文獻(xiàn)［3］式10-10a得
7) 計(jì)算模數(shù)
5.7.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
由文獻(xiàn)[4]11-14公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式中的各計(jì)算數(shù)值
1）由文獻(xiàn)[4]圖11-14查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為
2）由文獻(xiàn)[1]查得彎曲疲勞壽命系數(shù),;
3) 計(jì)算彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由文獻(xiàn)[1]式得
4）計(jì)算載荷系數(shù)
由表10-5查得；
5）查取齒形系數(shù)
由表10-5查得；
6）查取應(yīng)力校正系