5t门式起重机起升结构设计解析(DOC 34页)

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1、三 江 学 院本科生毕业设计（论文）论文题目 5吨门式起重机起升机构设计 高等职业技术学（系）机械设计制造及其自动化专业 学生姓名 卢敏丰 学号 G105152021 指导教师 沈仙法 职称 讲师 指导教师工作单位 机械工程学院 起讫日期 2013年12月16日-2014年4月7日 摘 要在如今社会随着物资和设备集成化运输，起重机在运输环节中的作用在不断的提升。来适应现代社会和市场来满足广大客户的各种需求，发展趋势是集大型化的；高速化的；模块化的；自动化的；以及时智能化的。在现在社会为减少物流的成本，客户对起重机的要求也是越来越高，不光要求其质量要轻；刚性要好；工作区域要大，还要求各类起重机大

2、小车速度快，工作效率高。在现代化社会激烈的起重机制造业下，能占领最高点，很多的商家采用了先进的技术以及工艺，如：模块化设计。由此来满足广大客户要求的时候也能够最大程度的降低制造成本。本文指门式起重机的起升结构设计以及对其重要部分的计算。在绘图时，不仅绘制一张总装备图，还运用计算机绘制起重机的起升结构图以及卷筒图。这样就好达到对起重机设计有个更加好的了解。此次的设计重点包括了钢丝绳；吊具；卷筒尺寸并验算强度；减速器；制动器；电机；联轴器的选择；气制动时间；电动机发热测试；总体稳定性能等多方面。关键字：起升机构设计；门式起重机；总体稳定性AbstractWith the integrated tr

3、ansport of materials and equipment, the role of gantry crane systems in the transport links has been continuously improved. To meet the needs of the market, the gantry crane systems is becoming more large, high speed, modularity, automation, and intelligent. In order to reduce costs of logistics, th

4、e user need high performance of gantry crane systems, such as light weight, rigid, automation and a large operating space, and require crane car and truck operations to be high-speed, high efficiency. In the crane manufacturing industry, to occupy high ground, many manufacturers of gantry crane adop

5、t advanced technology, modular design, so as to meet needs of customer and reduce manufacturing cost at the greatest extent.This article aims to the design of the gantry cranes systems and the overall stability, especially for the design and calculation of lifting mechanism. In drawing, we do not on

6、ly complete the map of total machine by hand-draw, and also use computer to draw the total plan of the hoisting mechanism and reel assembly. Thus, we can get a better understanding of the gantry crane design.This article focuses on the design of steel wire rope, roller, motor, reducer, brake, coupli

7、ng selection, at the same time, make the calibration of motor heating, starting and braking time, the over all stability.Keywords: Gantry crane; Overall stability; Hoisting mechanism design目 录第一章 绪 论11.1 引言11.2 起重机械概论11.3起重机的发展现状21.3.1 国内外先进起重机的特点和发展趋势21.4课题的研究目的和意义31.5 本文所要做的主要工作4第二章 整机总体方案的选型52.1

8、参数设计52.2 设计标准52.3 桥架结构形式的选择52.3.1 金属结构的形式52.3.2 金属结构的连接62.4 起升机构方案设计62.4.1 起升机构组成62.4.2 起升机构的工作原理82.5 大车运行机构82.5.1 运行机构的组成82.5.2 运行机构的工作原理92.5.3 运行机构的驱动类型10第三章 计算过程及其说明113.1起升机构计算113.1.1确定起升机构传动方案、选择滑轮组和吊钩组113.1.2 选用钢丝绳123.1.3确定滑轮主要尺寸133.1.4确定卷筒尺寸并验算强度133.1.5选择电动机153.1.6验算电动机发热条件153.1.7选择减速器163.1.8验

9、算起升速度和实际所需功率163.1.9校核减速器输出强度163.1.10选择制动器173.1.11选择联轴器173.1.12验算启动时间183.1.13验算制动时间183.1.14高速浮动轴计算193.2卷筒部件计算203.2.1卷筒心轴的计算203.2.2支座反力213.2.3疲劳计算213.2.4静强度计算223.2.5选择轴承223.2.6大端轴承223.2.7右端轴承233.2.8绳端固定装置计算23第四章 结论25致 谢26参考文献27第一章 绪 论1.1 引言起重机是一种古老的机械，迄今，其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等各方面都有了很大的进步, 其设计理论、制造

10、工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化, 并已经成为一种较完善的机械。但由于生产发展提出新的操作要求,起重机的类型、形式也需要相应地发展和创新, 性能参数也需要不断变化与改善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的施用，使起重机设计观念和方法有了较大的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此, 起重机将向现代化、智能化、更安全方便可靠的方向发展。1.2 起重机械概论 起重机械的基本任务是上下升降货物，而且可兼使重物作短距离的水平移动，来满足货物装卸、转载、安装等的要求。起重机械是现代化生产中必不可

11、少的重要机械装备，它对于减轻繁重的体力劳动，提高生产率和实现生产过程的机械化、自动化以及改善人民的物质、文化生活起到了重大的意义。 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、成品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必备设备，例如，钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总量中，起重运输机械 约占256

12、5%。 起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、 劳动力的提高中，起重机械必将发挥更大的作用。 起重机械的工作特点在于作为一种间歇动作的机械，具有重复而短暂的工作特征。起重机械在搬运物料时，通常经历着上料、运送、卸料以及回到原位的过程，各工作机构在工作时作往复周期性的运动。例如：起升机构的工作由物品的升、降所组成；运行机构的工作由负载和空载时的往复运动所组成。在起重机械的每一个工作循环，即每搬运一次物品的过程中，其有关的工作机构都要做一次正向和反向的运动。起重机械和连续运输机械

13、的主要区别就在于前者是以周期性的短暂往复工作循环运送物品，而后者是以长期连续单向的工作运送物品。起重机械一般由下列三个基本部分组成：工作机构、金属结构和动力设备。1.3起重机的发展现状1.3.1 国内外先进起重机的特点和发展趋势自有人类文明以来，物料搬运便成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，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

14、经历着一场巨大的变革。现根据起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述国内外先进起重机的特点和发展趋势。1、产品设计的模块化、个性化和机电一体化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。在满足不同客户个性化需求而需要对起重机进行改进时，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，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为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，

15、提高通用化程度，用较少规格数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。随着科技发展，具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的设计理念已经应用到起重机设计当中。使得起重机更安全更易于操作和维修。2、产品制造新材料和新工艺由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高。DOMEX系列高强度及超高强度刚才，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要很高的安全系数，以减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格。车轮采用空气硬化镍铬钼合金钢制造，可使其使用寿命延长5年以上。在电葫芦上使用聚合材料制造运行机构的齿轮、滑轮和导绳器等。在机加工方

16、面，尽量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多，加工设备大量采用高精、高效的数控自动机床等，既保证了加工质量，又提高了生产率，降低了成本。3、产品性能的自动化、智能化和数字化经过长时间的发展，起重机在引入先进技术和设计理念之后，其产品性能已得到了很大的提高。例如传感器技术的应用使得起重机能够准确的称量起吊重量和进行定位。限于起重机自身的外形特点特别是大型起重机的外形特点，其起吊的货物有时候需要花费很长的时间来进行对位，由于位置摆放不对引起事故的情况也屡见不鲜。为此，很多起重机采用了防摇摆、准确对位技术并利用计算机系统进行精确计算，再加上专家方案，能够很好的解决此类问题。现在的人工费已经在节

17、节攀升，自动化高效化的机械设备越来越受到企业的喜爱。起重机也不例外，在采用传感器技术、计算机系统和新材料之后，其产品性能正向着自动化、智能化和数字化方向发展。4、起重机设计专业化协作为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品，同时降低起重机的制造成本，这就要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化、标准化和系列化。因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比起生产非标准件起重机来，有助于减少成本。与此同时采用标准件也可以在很大程度上减少设计的工作量。1.4课题的研究目的和意义起重机械设计领域是一个有着悠久历史的行业。经历长时间的摸索和创新，该领

18、域已经形成了一整套完整而且行之有效的设计形式。但随着时间的推移，顾客要求的提高，起重机设计行业也在不断前行。最大起重量不断在上升，从小起重量到重达好几千吨的起重机，起重机制造呈现出梯度型。与此同时，同吨位的起重机逐渐向智能化，高效化，低成本话方向发展。在现今信息化的时代，借助现代计算机技术和信息技术许多在以前很复杂的问题就变的简单了许多了，设计周期得以大大缩短。在计算中，起重机的载荷为静载荷，惯性载荷和震动载荷。静载荷是起重机在平稳状态下运行所受的载荷。除此之外，在起制动过程中还受惯性载荷，速度变化越大，惯性载荷越大。对于起重机来说，各部分结构并不是理想的刚体，而是一个弹性系统，所以在上述基本

19、载荷状态下还叠加了按一定频率变化的振动载荷，它提高了起重机各部分的应力峰值，同时它的反复作用也使起重机的的某些敏感部分疲劳损坏。现代大型计算机系统能够很好的模拟起重机这一类机械的工作情况，并对其进行仿真。由此可以得到震动的源头。设计人员可以依次来进行优化设计，并将优化设计方案在计算机中进行模拟仿真以检验优化结果。这样可以大大节省起重机改进时间和成本。振动载荷对于起重机的强度有重要的意义，研究起重机动力学的主要目的就是要弄清这部分应力的大小。目前，我国起重机械整体水平虽有了一些进步，但无论性能还是内在质量与国外产品相比尚有较大差距，主要表现在，起升机构仍沿袭小而短的传统卷筒、反弹乱绳现象严重、钢

20、丝绳易于疲劳、报废率高等。现行起升机构的上述缺陷，严重影响了主机的工作性能、可靠性和安全性。面对人世的严峻挑战，加快研究开发高性能的新型起升机构，迅速提高起重机械整体水平具有十分重要的意义。1.5 本文所要做的主要工作综上所述，本论文以堆场用龙门起重机为研究对象，首先进行龙门起重机的总体布置方案选型论证，总体设计计算，在进行桥架结构设计设计计算，主梁结构设计，结合起重机设计手册，对该龙门起重机进行总体方案选型论证和总体设计计算。此次设计的主要任务是熟悉起重机设计的具体环节，基本掌握起重机设计中对于载荷类型的分析和计算过程。并对起升机构进行初步选型和布置，绘制龙门起重机的总图以及起升机构的设计图

21、。对龙门起重机的载荷和工况进行详细计算，这样桥架结构的加载会更接近实际情况。第二章 整机总体方案的选型2.1 参数设计起重量：5t􀑯起升高度：H=12m起升速度：V=19m/min 􀑯工作级别：M5整机工作级别：A5小车运行速度vc=45m/min 大车运行速度v=60m/min钢结构为双箱梁L型门腿2.2 设计标准1、GB3811-83 起重机设计规范2、GB6067-85 起重机安全规范3、GB/T14406-93 通用龙门起重机4、GB10183-88 桥式和龙门起重机制造及轨道公差2.3 桥架结构形式的选择龙门起重机是一种工作条件十分繁重的重型机械设

22、备，其载荷复杂多变，作为整台起重机承载和连接骨架的金属结构，只有满足强度、刚度和稳定性的要求才能保证起重机的使用性能和安全。起重机安全工作的寿命主要取决于金属结构不发生破坏的工作年限，而不是由任何其他装置和零部件的寿命所决定。金属结构的破坏会给起重机带来极其严重的后果。2.3.1 金属结构的形式根据受力特征不同，起重机的金属结构的部件可分三类，梁和桁架是主要承受弯矩的部件，柱是主要承受轴向压力的部件，压弯构件是既承受轴向压力又承受弯矩的部件。这些基本构件根据其受力和外形尺寸又可分别设计成格构式、实腹式或混合式的结构型式。实腹式构件实腹式构件主要由钢板组成，也称箱形构件，适用于载荷大、外形尺寸小

23、的场合。具有制造工艺简单（可采用自动焊）、应力集中较小、疲劳强度较高、通用性强、机构的安装检修方便等优点。缺点是自重较大、刚性稍差。格构式构件是由型钢、钢管或组合截面杆件连接而成的杆系结构。构件的自重轻，风的通过性好。缺点是制造工艺复杂，不便于采用自动焊，节点处应力集中较大。适用于受力相对较小、外形尺寸相对较大的场合。桁架是由杆件组成的受横向弯曲的格构式结构，是金属结构中的一种主要结构型式。混合式构件部分为实腹结构，部分为杆系结构。其特点和使用条件均介于格构式构件和实腹式构件之间。龙门起重机小车轨道在主梁上的布置位置有正轨、偏轨和小偏轨三种形式。偏轨箱型梁的小车轨道位于主腹板之上，优点在于省去

24、了正轨箱型的小车轨道位于主腹板之上，优点在于省去了正轨箱型梁为支承轨道而设置的短横向加劲板，从而也省去了大量焊缝，减少了制造过程的焊接变形，发挥了箱型结构固有的抗扭特性。但是为了能在主腹板上方安置轨道和压板，须使上翼缘板的悬伸宽度加大，因而增加了为保证悬伸部分局部稳定性而设置的三角劲板。小偏轨梁既省去了短的横向加劲板，又取消了三角劲板，是一种较好的结构形式。近年出现的偏轨箱形梁较成功的解决中轨箱形梁上翼板局部弯曲的问题。轨道完全偏在主梁的一侧腹板上时称全偏轨。尽管它具有自重大，主梁易下挠，桥架水平较差，箱形内部施焊条件差，上翼板与腹板之间连接焊缝寿命低，上翼板与横向加劲杆之间的焊缝易开裂等缺点

25、。但是它同型钢，桁架式结构比较具有制造工艺简单，组装方便，通用性强，便于自动焊，抗扭刚度等优点。2.3.2 金属结构的连接金属机构的连接方法有，焊接连接、铆接连接和螺栓连接，其中比较成熟和完善的是焊接连接。他与其他连接方法比较起来，不但具有省工、省料、易于机械化和自动化施工，而且能简化结构的构造，减轻结构自重，因此焊接一是金属结构中最主要，最普遍的连接方法。它的缺点主要是由于焊接局部加热会影响到焊接部位的力学性质，导致材料的性能下降。而且焊缝的质量检验也是比较费事。铆钉连接是很早就使用的方法。由于它制造费工，用料多，自重大，而且钉孔削弱了构件的截面，是构件在受拉时降低了承载能力，因此，目前已逐

26、步被焊接所代替，在起重机金属结构制造中基本上已被淘汰。螺栓连接是一种可拆卸的连接方法。由于它具有装配方便、迅速、质量可靠的优点，因此它主要用于结构安装连接，或者用于需要经常转移工作地点的可拆卸式结构中。其中螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。由于高强度螺栓连接减轻了螺栓连接中钉孔对构件的削弱影响，较精制普通螺栓连接装配更方便和迅速，而且接头的承载能力比同样尺寸的铆接连接和普通螺栓连接连接更高，工作又更可靠。2.4 起升机构方案设计起升机构用来实现物料垂直升降，是任何起重机不可缺少的部分，因而是起重机最主要、也是最基本的机构。起升机构的安全状态，是防止起重事故的关键，将直接地关系到起重作

27、业的安全。2.4.1 起升机构组成起升机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同，但布置方式基本上相同。典型起升机构平面布置见图2-1。图2-1 起升机构传动简图1-电动机 2-联轴器 3-制动器 4-减速器 5-联轴器 6-卷筒7-钢丝绳 8-吊钩滑轮组 9-上升极限位置限制器1、驱动装置，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。由于可以容易获得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻和工作可靠，在大型的工程起重机中光分采用直流电动机驱动。液压驱动可以实现大传动比.可以实现大范围的无级调速，机

28、构紧凑，运行平稳，操作方便，过载保护性能好。目前正得到越来越广泛的应用。流动式起重机，如汽车起重机、轮胎起重机等，以内燃机为原动力，传动与操纵系统比较复杂。目前大有被液压驱动代替的势头。2、传动装置，包括减速器、联轴器和传动轴。减速器常用封闭式的卧式标准两级或三级圆柱齿轮减速器，起重量较大者由于起升速度相对较慢，减速器的传动比较大，所以有时增加一对开式齿轮以获得低速大力矩。为补偿吊载后小车架的弹性变形给机构工作可靠性带来的影响，通常采用有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮联轴器，有些起升机构还采用浮动轴，也称补偿轴，来提高补偿能力、方便布置并降低磨损。3、卷绕系统，它是传动系统的一部分，有挠性元件

29、（钢丝绳或链条）、导向和贮存元件（滑轮和卷筒）组成。它将旋转运动改变成直线运动，起着运动形式的转换和能量的传递作用。桥架类型起重机采用双联滑轮组，单联滑轮组一般用于臂架类型起重机。本文设计的龙门起重机采用双联滑轮组。4、取物装置，它是根据被吊物料的种类、形态不同，采用不同种类的取物装置。取物装置种类繁多，使用量最大的是吊钩。5、制动器及安全装置，制动器室保证起重机安全的重要部件，其升级股的每一套独立的驱动装置至少要装设一个支持制动器。制动器既是机构工作的控制装置，又是安全装置。起升机构的制动器必须是常闭式的。一般起重机的起升机构只装配一个制动器，通常装在高速轴上（也有装在与卷筒相连的低速轴上）

30、。制动器经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮，即使联轴器损坏，制动器仍能起安全保护作用。电动机驱动的起重机常用块式制动器，流动式起重机采用带式制动器，近几年采用了盘式制动器。此外，起升机构还配备起重量限制器、上升极限位置限制器、排绳器(可以将绳整齐的排好)等安全装置。2.4.2 起升机构的工作原理电动机通过联轴器（和传动轴）与减速器的高速轴相连，减速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的

31、直线运动。常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转，在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限位置限制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。当吊载接近额定起重量时，起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号，一旦超过额定值及时切断电源，使起升机构停止运行，以保证安全。2.5 大车运行机构2.5.1 运行机构的组成运行机构是使起重机或起重小车作水平直线运动的机构。工作性运行机构主要用于水平运移物品，非工作性运行机构只是用来调整起重机（小车）的工作位置。在专门铺设的轨道上运行的称为有轨运行机构，其突出特点是负载大，运行阻力小，但作业

32、范围受轨道限制，无轨运行机构采用轮胎或履带，可以在普通道路上行走，其良好的机动性扩大了起重作业的选择范围。起重机运行机构由驱动装置、运行支承装置和安全装置组成。1、运行驱动装置运行驱动装置包括原动机、传动装置（传动轴、联轴器和减速器等）和制动器。大多数运行机构采用电动机，流动式起重机则为内燃机，有的铁路起重机使用蒸汽机。自行式运行机构的驱动装置全部设置在运行部分上，驱动力主要来自主动车轮或履带与轨道或地面的附着力。牵引式运行机构采用外置式驱动装置，通过钢丝绳牵引运行部分，因此可以沿坡度较大轨道运行，并获得较大的运行速度。本文的起重机采用的是电动机驱。2、运行支承装置轨道式起重机和小车的运行支承

33、装置主要是钢制车轮组与轨道。车轮以踏面与轨道顶面接触并承受轮压。大车运行机构多采用铁路钢轨，当轮压较大时采用起重机专用钢轨。小车运行机构的钢轨采用方钢或扁钢，直接铺设在金属结构上。本文设计的起重机采用专用钢轨。车轮组由车轮、轴与轴承箱等组成。为防止车轮脱轨而带有轮缘，以承受起重机的侧向力。车轮的轮缘有双轮缘、单轮缘及无轮缘三种（见图2-2）。一般起重机大车主要采用双轮缘车轮，一些重型起重机，除采用双轮缘车轮外还要加装水平轮，以减轻起重机歪斜运行时轮缘与轨道侧面的接触磨损。轨距较小的起重机或起重小车广泛采用单轮缘车轮（轮缘在起重机轨道外侧）。如果有导向装置，可以使用无轮缘车轮。在大型起重机中，为

34、了降低车轮的压力，提高传动件和支承件的通用化程度，便于装配和维修，常采用带有平衡梁的车轮组。无轨式起重机运行支承装置是轮胎或履带装置。图2-2 车轮型式(a) 双轮缘 (b) 单轮缘 (c) 无轮缘由于本文设计的起重机为堆场用起重机，跨距较小，因此采用双轮缘车轮。由于是双梁设计。双梁小车运行机构的车轮采用的是单轮缘车轮。为了减少轮缘啃轨，轨道内侧常增设水评论。小车架上的立式减速器、联轴器和传动轴驱动车轮，制动器放在电动机另一端的外伸轴上。3、安全装置运行机构的安全装置有行程限位开关、防风抗滑装置、缓冲器和轨道端部止挡，以防止起重机或小车超行程运行脱轨，防止室外起重机被强风刮跑造成倾覆。2.5.

35、2 运行机构的工作原理电动机的原动力通过联轴器（和传动轴）传递给减速器，经过减速器的减速增力作用，带动车轮转动，驱动力靠主动车轮轮压与轨道之间的摩擦产生的附着力，因此，必须要验算主动轮的最小轮压，以确保足够的驱动力。运行机构的制动器使处于不利情况下的起重机或小车，在限定的时间内停止运行。2.5.3 运行机构的驱动类型轨道式运行机构有集中驱动和分别驱动两类。集中驱动是由一个电动机通过传动轴带动两边车轮驱动。有低速轴集中驱动、高速轴集中驱动和中速轴集中驱动。这种驱动方式对桥架水平刚性要求不高，但对走台刚性要求较高。低速轴驱动工作可靠，但自重较大。高速轴驱动传动轴虽轻，但对安装要求高。中速轴驱动机构

36、复杂，分组性差。分别驱动是由两套独立的无机械联系的运动机构组成，省去了中间传动轴，自重轻、部件的分组性好、安装和维修方便。与集中驱动相比，分别驱动起重机运行较稳定，在起重机运行机构上得到广泛采用。对于大车运行机构，集中驱动只用于小跨度的起重机。本次设计的起重机的大车行走机构采用分别驱动型式，小车运行机构采用低速轴集中驱动。第三章 计算过程及其说明参数： 起重量：Q=5t, 起升高度 H=12m,起升速度 V=19m/min 整机工作级别 A5，机构工作级别 M5 3.1起升机构计算3.1.1确定起升机构传动方案、选择滑轮组和吊钩组起升机构中大多数情况采用闭式减速器传动，并且以渐开线圆柱齿轮传动

37、为主。一些相应的处理方式如圆弧处理、摆线行星齿轮传动、渐开线少齿差行星齿轮传动和谐波传动正被逐渐引用到起重机械上来。电动机轴与卷筒轴平行布置的方案应用最广泛。为了安装和维修的方便，起升机构采用带浮动轴的方案，浮动轴的一端联有半齿联轴器，另一端联有带制动轮的半齿联轴器。利用浮动轴连接比弹性柱销联轴器或全齿联轴器有三大优点：1)容许较大的安装误差，而且轴愈长允许的安装误差愈大。故浮动轴长度一般不宜过短，否则，所起的补偿作用不大。2）由于有足够的维修操作空间，便于拆卸和更换零件。3）使小车由于自重引起的轮压分布均匀。利用浮动轴的缺点，就是增加了零件数量和增大了转动惯量，因而在启动和制动时增加了动力矩

38、。为了安全，带制动轮的半齿联轴器和制动器应靠近减速器。这样，万一浮动轴被扭断，制动器仍可以制动住卷筒。也可以把制动器放在减速器的外侧。这时在浮动轴的两端应采用同型号的两个半齿联轴器，并且要多安装一个与制动器相配合的刚性制动轮。在上述的起升机构方案中，各部件都是分别支承固定在支撑底架上的，为了保证这些部件的轴线能相互对中，就要求底架具有足够的刚度，从而使底架的自重增大。布置方案如图3-1所示： 图3-1起升机构布置方案方案采用双联滑轮组，按Q=5t，查5表 4-1 得滑轮组倍率=2 ，承载绳分支数：Z=2=4 查5附表 8 选用图号为G13 的吊钩组得其自重=99kg，两动滑轮间距A=200mm

39、。3.1.2 选用钢丝绳挠性件常被用作卷绕传动的牵引部件，它们应具有良好的弯挠特性，易于卷绕和贮存。 起升机构主要采用钢丝绳和链条作为提升、牵引物品的挠性件。在起重机械中，钢丝绳是最广的牵引构件，它的使用性能在于：具有良好的各方向相同 的挠性，使用可靠，无突然断裂的现象，运动速度不受限制，平稳无噪音，耐冲击。由于露 天作业，因露天潮湿甚至浸水，所以钢丝绳由镀锌的钢丝绕制，以防止锈蚀。钢丝绳进出滑轮或卷筒弯绕时，除了产生拉应力外，还有接触应力和弯曲应力。后两种 载荷应力呈脉动特性，会引起金属疲劳。实践证明，这种多次弯曲造成的弯曲疲劳是造成钢 丝绳破坏的主要因素之一。当钢丝绳弯绕过一定的次数以后，

40、外层钢丝首先开始断裂，而且 破坏速度慢慢加快，直至完全断裂。为提高钢丝绳的寿命，减少钢丝绳的弯曲次数很有必要， 尤其应尽量减少钢丝绳反向弯折的次数。同时，采用增大滑轮或卷筒直径以减轻钢丝绳弯折 程度极其重要。若滑轮组采用滚动轴承，当=2,查1表 2-1 得滑轮组效率=0.99.钢丝绳所受最大拉力：查1表2-4，中级工作类型（工作级别为M5）时，安全系数n=5.5 。钢丝绳计算破断拉力Sb:查5附表1选用瓦林吞型纤维芯钢丝绳 钢丝公称抗拉强度 1670MPa,光面钢丝，右交互捻，直径d=12mm。钢丝绳最小破断拉力Sb=79.36KN。标记如下：钢丝绳。3.1.3确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直

41、径式中系数e=25由1表2-4查得。由5附表2选用滑轮直径D=315mm,滑轮的绳槽部分尺寸可由5附表3查得。由5附表4选用钢丝绳直径d=12mm，D=315mm,滑轮轴直径D5=90mm的E1型滑轮标记为：滑轮。3.1.4确定卷筒尺寸并验算强度卷筒与减速器轴可以通过特种联轴器相联接，在减速器输出部分为齿轮盘接手。减速器输出轴的扭矩并不通过卷筒轴，而是通过齿轮盘接手直接传给卷筒，这种连接方法紧凑可靠。卷筒一般有铸铁或铸钢制成，大型卷筒也有用钢板卷成筒形再焊接的。 卷筒大多用作单层卷绕，卷筒上由螺旋绳槽，绳槽的尺寸是有标准规定的。半圆形的绳槽最有利于钢丝绳与卷筒外壁之间的接触。为了不使绳槽卡住钢

42、丝绳，绳槽半径应稍大于钢丝绳半径。卷筒与减速器轴可以通过特种联轴器相联接。在减速器输出轴的悬臂部分有半个齿形联轴器，另外半个则在卷筒的轮辐上。同时卷筒轴的一端还支承在减速器的悬臂孔内。减速器输出轴的扭矩并不通过卷筒轴，而是通过齿形联轴器直接传给卷筒。这种连接方法紧凑可靠。卷筒直径：由5附表13选用D=300mm。卷筒槽尺寸由3附表14-3查得槽距t=14mm,槽底半径r=6.7mm.。卷筒尺寸：，取L=1000mm。式中：Z0附加安全系数，取Z0=2。L1卷筒不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮间距，即L1=A=200mm,实际长度可在绳偏斜角允许范围内适当增减。D0卷筒计算直径，D0=D+d

43、=300+12=312mm 卷筒壁厚：，取=13mm。 卷筒壁压的验算： 选用灰铸铁，最小抗拉强度，许用压应力，故抗压强度足够。卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L3D，尚应校验由弯矩产生的拉应力。卷筒弯矩图示于下图2-2所示卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时， 卷筒断面系数：式中 D 卷筒外径300mm， 卷筒内径 =D-2=300-213=274mm.于是 合成应力式中所以卷筒强度验算通过，故选用卷筒直径D=300mm, 长度L=1000mm ,卷筒槽形的槽低半径r=6.7mm，槽距 t=14mm,起升高度H=12m,倍率；靠近减速器一端槽向为左的A型卷筒，标记为：卷筒左ZB J80 00

44、7.287。图3-2 卷筒弯矩图3.1.5选择电动机计算静功率式中机构总效率，一般=0.80.9，取=0.85。电动机计算功率:式中系数由1表6-1查得，对于级机构=0.750.85,取=0.8。查5附表30，选用电动机YZR200L-8,其(25%)=18.5Kw，=708rpm，=0.67，电机质量= 320Kg。3.1.6验算电动机发热条件按照等效率法，求JC=25%时所需的等效功率： 式中工作级别系数，查1表6-4，对于级,=0.75。 系数，根据机构平均启动时间与工作时间比值查得，由1表6-3一般起升机构=0.10.2,取=0.1，由1图6-6查得r=0.87。由以上结果，故初选电动

45、机能满足发热条件。3.1.7选择减速器起升机构中大多数情况均采用闭式减速器传动，并且以渐开线圆柱齿轮传动为主。一些新颖的齿轮传动如圆弧齿轮、摆线行星齿轮传动、渐开线少齿差行星齿轮传动和谐波传动正被逐渐引用到起重机械上来。在本案中采用渐开线齿轮传动，在订货时注意说明。目前常用的标准减速器型号为ZQ型或ZQH型，本案中采用ZQ型（渐开线圆柱齿轮减速器）。起升机构中，由于物品惯性引起的附加载荷小，而且启动动作又很短暂，故可按稳定运动时由额定载荷引起的电动机静功率来选择，使减速器在相应的工作类型下的允许输出功率等于或稍大于电动机静功率。卷筒转速：减速器总传动比：查5附表35选ZQ-500-3CA减速器

46、，当工作类型为M5级时，许用功率N=24Kw, =20.49，质量=345Kg,输入轴直径=50mm,轴端长mm（锥形）。3.1.8验算起升速度和实际所需功率实际起升速度：误差 实际所需等效功率：3.1.9校核减速器输出强度由1公式（6-16）得输出轴最大径向力：式中卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷。卷筒及自轴重，参考5附表14估计=2.075。 RZQ500减速器输出轴端最大允许径向载荷,由5附表36查得R=15.5KN。由1公式（6-17）得输出轴最大扭矩：。式中电动机轴额定转矩。当JC =25%时电动机最大力矩倍数，由5附表30查得。一减速器颤动效率。M=24500Nm减速器输出轴最大容许转矩

47、，由5附表36查得。所以由上计算可知，所选减速器能满足要求。3.1.10选择制动器 制动装置是保证起重机安全的重要部件。以减速或制动为目的，用于将吊臂和货物支悬在空中，在某些特殊情况下调节或限制机构的运动速度，并可使运行机构停止。在本案中采用块式制动器，这种制动器摩擦面的压紧力大，多数是由弹簧力来实现的，松开弹簧副是由液压推杆来完成的。所需静制动矩：式中=1.75制动安全系数，由1第六章查得：由5附表15选用200/30制动器，其制动转矩；制动轮直径；制动器质量。3.1.11选择联轴器联轴器本案中采用弹簧柱销联轴器，这种联轴器适用于被连接两轴距离较近的场合。高速联轴器计算转矩，由【1】（6-2

48、6）式： 式中Me=218电机额定转矩n=1.5联轴器安全系数刚性动载系数，一般。查【5】附表31得，YZR-200L-8电动机轴端为圆锥形d=60mm，l=105mm。从附表35查得ZQ-500减速器的高速轴端为圆锥形d=50mm，l=85mm。靠电动机轴端联轴器由【5】附表4选用CL半齿联轴器，其图号为S395，最大容许转矩，其飞轮转矩，质量。浮动轴的两轴端为圆柱形，d=35mm，l=55mm，靠减速器轴端联轴器，由附表45选用带制动的半齿联轴器，其图号为S429，最大容许转矩，其飞轮转矩，质量。3.1.12验算启动时间机构启动时电动机必须发出较大的转矩，即启动转矩，使原来静止的质量开始运

49、动。这时启动转矩除了克服静阻转矩外，还有一部分转矩使运动质量加速。这部分转矩越大，加速的时间就越短。启动时间：式中静阻力矩平均启动转矩：所以通常起升机构启动时间为12s，故所选电动机合适。3.1.13验算制动时间制动时制动器的制动转矩使运动质量减速，下降制动时间较长，制动时间长短与起重机作业条件有关，作精密安装用的起重机，若制动转矩太大，会引起物品上下跳动。制动时间过分长，会产生“溜钩”现象，影响吊装工作的正常运转。制动时间：式中由【1】表6-7查得当时，因为，故合适。3.1.14高速浮动轴计算1、 疲劳计算：由2起升机构计算基本载荷式中-动载系数，式中起升载荷动载系数（物品起升或下降制动的动

50、载效应） 由前面已选定轴颈d=45mm，因此扭矩应力：轴材料用45号钢，弯曲扭转。轴受脉循环的许用扭转应力：式中考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数：与零件形状有关，对于零件表面有急剧过度和开有键槽及紧配合区段与零件表面加工光洁度有关，一般，此处取考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢和低合金钢安全系数，=1.25（由【2】表300查得）故故通过。浮动轴的中间轴径，取。3.2卷筒部件计算联接盘用于连接卷筒与减速器的出轴。它既是一个带内齿的半齿联轴器，又是卷筒的一个毂。因此，它可使减速器输出轴扭矩借联接盘传到卷筒上，而使卷筒旋转。钢丝绳在卷筒上的固定装置应保证工作可靠，便于检查和容易

51、拆换钢丝绳，避免钢丝绳在固定处受到过分弯曲。现有的钢丝绳固定装置都是利用摩擦力来固定的。在进行计算时，应该考虑由于附加圈数（1.53圈）与卷筒表面的摩擦力影响，而使进入固定装置的钢丝绳作用力的减少，计算时令绕入卷筒绳的张力为S，绳索在卷筒上的最少规定圈数为1.5圈。卷筒的固定装置采用盖板的方法。选择与卷筒配套的齿轮盘接手，其模数为3，齿数为56，型式为1，直径为275mm质量为14kg，卷筒规格直径为300mm长度为1000mm。3.2.1卷筒心轴的计算 图3-3 卷筒心轴受力图图3-4 心轴弯矩图3.2.2支座反力心轴右轮毂支撑处最大弯矩： 3.2.3疲劳计算:对于疲劳计算采用等效弯矩，由【

52、5】表2-7查得等效系数，等效弯矩：弯曲应力：心轴的载荷变化为对称循环。由【5】2-11,2-13式知许用弯曲应力：轴的材料为45号钢，其 式中n=1.6安全系数;K应力集中系数，故，通过。3.2.4静强度计算卷筒心轴属于起升机构低速轴零件，许用应力：，通过。故卷筒心轴的疲劳和静力强度计算通过。3.2.5选择轴承由于卷筒心轴上的左轴承的内、外圈以同样的速度转动，故无相对运动，可按照额定静载荷选择。右轴承的外座圈固定，内座圈与心轴一同旋转，应按照额定动负载来选择。3.2.6大端轴承轴承的额定静负荷式中 额定静负荷； 当量静负荷； 安全系数，取=1.04；参考附表8，选用中型双列球面轴承，型号16

53、08（GB281-64），由7表19-9查得轴承的额定静负荷,=16KN左轴承的当量静载荷：式中=1动负荷系数，由【7】表19-6查得。安全。 3.2.7右端轴承今右端轴承采用1313型，其额定动载荷右端轴承的径向载荷 轴向载荷=0由【1】表1-4查得中级工作类型的轴承工作时数=4000小时，由【7】表19-16查得1313型轴承的e=0.28，今，故x=1，y=2.2，当量动负荷：。由【7】（19-2）式得故动载荷安全，验算通过。3.2.8绳端固定装置计算根据钢丝绳直径为12毫米，由7表23-11选择压板固定装置并将压板的绳槽改用=40梯形槽，双头螺柱的直径为M 16。已知卷筒长度计算中采用

54、的附加圈数20=Z，绳索与卷筒绳槽间的摩擦系数f=0.15。在绳端固定处的作用力：压板螺栓所受拉力：式中压板梯形槽与钢丝绳的换算摩擦系数。当时螺柱由拉力和弯矩作用力合成应力：式中Z=3螺柱数螺纹内径弯矩，螺柱材料为Q235-A,屈服极限，则许用拉伸应力为：（由表2-21取安全系数）。故通过。第四章 结论本次毕业设计是在学习机械知识中一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的毕业设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态和实际设计的结合，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取

55、舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，得到了丰富的经验。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。此次设计是本人大学两年以来的一个毕业设计，设计的内容主要是对起重机的起升机构设计。说明书首先介绍了此设计的选题，明确本设计的研究目的和意义，最后通过思考与讨论，最终确定本设计的研究方案。在设计过程中详细说明了起升机构的计算和选材，通过查阅相关方面的书籍，运用大量有关机械设计的相关知识，让我对机械方面的知识有了更深一层的认识，使我懂得如何灵活运用所学的知识应用到实际中，这对我将来的工作或学习都有很大的帮助。致 谢毕业设计即将完成，我的大学生活也要落下帷幕。借此机会.我要向着两

56、年来帮助过和关心过我的人表示深深的感谢。首先我要感谢我的毕业设计指导老师。为了圆满的完成本次毕业设计任务，同时让我们学到更多的东西，沈老师花费了大量宝贵的时间和精力来辅导此次设计。终于在沈老师的监督和自己的努力下完成了毕业设计的预期目标。在毕业设计的过程中沈老师给了我许多宝贵的经验和意见，这些能够让我更好的将所学到的课本知识融入到实际的设计中。沈老师活跃的学术思维和执着的敬业精神让我无比钦佩，是我学习的好榜样，将不断激励和鞭策我不断努力进取。沈老师平时工作繁忙，还能抽空指导我们让我深深感动。在此，我谨向沈老师表示最衷心的感谢并致以最崇高的敬意。还要感谢所有在大学期间曾传授我知识的老师，感谢他们

57、的无私奉献。在传授书本知识的同时还教会我如何做人，为今后的学习和工作奠定了良好的基础。最后，感谢机械G10班的全体同学，是他们陪我的度过了人生中最美好的大学时光。参考文献1 王凤萍,程磊等.国内外起重机的现状及发展J.工程机械，2006（4）：39-43 2 王欣，高顺得. 国外起重机新技术新特点及国内生产研发现状J.石油化工建设，2005（27），6：16-18 3 陈道南等编.起重运输机械M.北京：冶金工业出版社,1988 4 吴克坚,钱瑞明主编.机械设计M.北京：高等教育出版社,2003 5 陆国贤，倪庆兴编.门座起重机设计M.北京：人民交通出版社,1992 6 陈道南,盛汉中主编.起重

58、机课程设计M.北京：冶金工业出版社,1993 8 倪庆兴,王殿臣编.起重输送机械图册.北京：机械工业出版社,1992 9 纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2001 10杨长睽，付东明.起重机械M.机械下业出版社，1992 11 倪庆云编.起重机械M.上海：机械工业出版社,1990 12 张质文等编.起重机设计手册M.北京：中国铁道出版社,1998 13机械设计手册编委会.机械设计手册（第4版）M.北京:机械工业出版社,2007.3 14 吴宗泽.机械零件设计手册M.北京：机械工业出版社，2003.11 15 中国国家标准.起重机设计规范（GB3811-83）M.北京：中国标准出版社，

59、1984 16 吴宗泽,罗圣国主编.机械设计课程设计手册（第二版）M.北京：高等教育出版社，1999 17 龚溎义主编.机械设计课程设计指导书(第二版)M.北京：高等教育出版社，1990 18 刘克成，吴吉全.关于门座起重机标准化问题的探讨J.交通标准化，1995(02)，11-14 19 翁天健.港口起重机行走轮打滑问题J.港口科技动态，1996（08），18-20 20 刘钦林.门式起重机运行机构的设计计算J.起重运输机械，1993(12)，3-6 21 宋寅.起重机运行机构减速器选择中的几个问题J.铁道货运，2003(02)，26-30 22 Jenny Bcechener. Pract

60、ice proves floaitng ransfer flexibility International Bulk Jounral, 1986, (5)：41-49 23 Schipper H H, veboosel R w .Floating cranes design advantages. International Bulk Jounral,1989,(2)：63-65 24 Norton R. Design of Machinery. McGraw-Hill Inc,1992 25 Shigley J E, Uicker J J. Theory of machines and mechanisms .Mc Graw Hill Book Company, 1980 26 Robert L. Mott Machine Elements in Mechanical Design Publishing House of Electronics Industry,2007