机械毕业设计（论文）-10T桥式起重机小车运行机构设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目：十吨位桥式起重机小车运行机构设 计 信机 系系 模具设计与制造 专专 业业 全全 套套 图图 纸纸 ， 加加1 5 3 8 9 3 7 0 6 II 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：讲 师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 十吨位桥式 起重机小车运行机构设计是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标 注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何 其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 96 学 号： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信机机 系系 模模具具设设计计与与制制造造 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 题目 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本设计为桥式起重机的小车运行机构部分，起重小车是沿着小车轨道横 向行驶，吊钩则做升降运动。它的工作范围是其行驶地段的长方体空间，因此 适合一般车间的工作形式。该小车有四个行走轮，布置各零部件时，应使机构 总重心能接近小车架的纵向中心线，以便能最后比较均匀的小车轮压。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉起重机械的发展历程，特别是近十几年来国内外的发展形势； 熟练掌握桥式起重机的原理； 熟练掌握桥式起重机小车的运行过程和原理； 熟练使用 CAD 绘图的用户界面工具。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 96 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 无锡太湖学院学士学位论文 II 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 III 摘要 随着社会经济和科学研究的不断发展，市场竞争日益激烈，因此各起重机生产企业 都迫切想要改进生产技术，提高生产效率，制造行业中对桥式起重机的要求越来越高， 性能也越来越全面。 本设计为桥式起重机的小车运行机构部分，起重小车是沿着小车轨道横向行驶，吊 钩则做升降运动。它的工作范围是其行驶地段的长方体空间，因此适合一般车间的工作 形式。该小车有四个行走轮，布置各零部件时，应使机构总重心能接近小车架的纵向中 心线，以便能最后比较均匀的小车轮压。 首先，确定了小车运行机构的传动方案为闭式齿轮传动，电动机与减速减速器直接 连接，减速器在在小车中间的运行机构；其次：通过对小车运行机构部分的总体设计计 算，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器等的计算和选用；运行机构的减速器的设计 计算和零件的校核计算及结构设计，完成了小车运行机构这一重要机构机械部分的设计。 通过这一系列的设计，满足了起重量达到 10T 的要求，并且小车运行机构结构简单，拆 装方便，易于维修。 关键词关键词：起重小车，运行机构，减速器，设计 无锡太湖学院学士学位论文 IV Abstract With the continuous development of social economy and scientific research, the market increasingly competitive, so every crane production enterprise urgently want to improve production technology, improve production efficiency, manufacturing industry requirement for bridge crane is more and more high, performance is becoming more and more comprehensive. This design for the trolley traveling mechanism part of the bridge crane, lifting trolley along the transverse moving trolley track, lifting hook, do sports. Its scope of work is the driving section of cuboid space, thus is suitable for general workshop of the work of the form. Walk the car has four wheels, decorate parts, should be can make organizations center of gravity is close to the car frame longitudinal centerline, small wheel pressure so that can last more evenly. First of all, determine the scheme of closed gear drive transmission trolley traveling mechanism, motor and reducer reducer connected directly, the reducer in the small car in the middle of the operation mechanism; Second: the car running part of the overall organization design and calculation, as well as the motor, coupling, shock absorber, brake, etc. The calculation and selection of; Operation of reducer design calculation and check calculation and structure design of the parts, completed the car running mechanism is an important mechanical part design. Through this series of design, meet the requirements of the lifting weight reached 10 t, and the car running mechanism has simple structure, easy tear open outfit, easy to maintenance. Key words: lifting the car, run institutions, reducer, design 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 V 目录目录 摘要.III Abstract .IV 目录 V 1. 绪论1 1.1 序言1 1.2 行业发展状况.1 1.3 起重机电气控制技术未来的发展趋势.2 2 桥式起重机的介绍.3 2.1 桥式起重机的组成和特点.3 2.1.1 起重机械的组成.3 2.2 国内外桥式起重机的发展趋势.3 2.2.1 国内桥式起重机的发展趋势3 2.2.2 国外桥式起重机的发展趋势.4 2.3 桥式起重机小车.6 2.3.1 桥式起重机小车运行机构.9 3 小车运行机构设计.10 3.1 设计小车的基本原则和要求.10 3.2 小车运行机构传动方案.10 3.2.1 带有开式齿轮传动的方案（图 3.1）11 3.2.2 全部为闭式齿轮的传动方案11 3.3 选择车轮与轨道并验算其强度.13 3.3.1 疲劳计算.14 3.3.2 强度校合.15 3.4 运行阻力的计算.15 3.5 电动机的选用.16 3.5.1 电动机选用.16 3.5.2 验算电动机发热条件.16 3.6 减速器的计算与设计.16 3.6.1 减速器设计.16 3.6.2 减速器各轴的传递功率、转速、转矩.17 3.6.3 高速级齿轮的计算.18 3.6.4 中速级齿轮的计算.21 3.6.5 低速级齿轮的计算.24 3.6.6 齿轮的结构形式.28 3.6.7 减速器箱体及其附件.28 无锡太湖学院学士学位论文 VI 3.6.8 减速器附件设计28 3.7 运行速度和实际所需功率.29 3.7.1 实际运行速度.29 3.7.2 实际所需等效功率.29 3.8 验算起动条件.29 3.9 按起动工况校核减速器功率.30 3.10 起动不打滑条件.30 3.11 制动轮的计算.31 3.12 高速轴联轴器及制动器.32 3.13 低速轴联轴器的选用.32 3.14 验算低速浮动轴强度.33 3.14.1 疲劳验算.33 3.14.2 静强度计算.33 4 小车架的设计.35 4.1 确定小车架的型式.35 4.2 确定小车架的结构.35 4.3 箱形梁的校核.36 4.3.1 横梁的强度计算.36 4.3.2 纵梁的扭转计算.38 5 总结与不足.40 致 谢41 参考文献.42 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 1 1. 绪论绪论 1.1 序言序言 10T 桥式起重机有如下的优点：起重机工作时，各机构经常是处于起动、制动以 及正向、反向等相互交替的工作状态之中。提升机构的工作效率高，负载能力强。 运行机构工作平稳，选用信息控制技术，提高了控制性能。 1.2 行业发展状况行业发展状况 行业市场状况：改革开放20 多年来，国家基础建设蓬勃发展，国民经济突飞猛进， 国内起重机械的需求提升，由此推动了起重机械的发展。工程起重机行业也同其它起重 机械一样得到长足的发展。目前从行业来看，2003年13家企业报表中1-6月份销售量4600 台，比去年同期增长50%以上，估计全年将超过8000台市场规模，各个企业都有不同程度 的增长。我们分析了起重机历年来的销售记录，发现了四个十分明显的特点：第一，市 场规模跟地域有显著的关系：持续热销的都是经济发达的地区，购买力相对较弱的是落 后地区；二是中大吨位产品销量增长迅速，16吨以上的相关产品皆有较大幅度增长；三 是行业发展与国家投资政策有很大的关联，周期性变化明显受到国民经济发展的影响； 四是用户的分散和不确定性，据统计，目前70%以上的用户是私人用户，还有不断增长的 趋势。 由此预见，在2002年起重机械重大发展的基础上，又要取得突破性的发展，更加体 现出国民经济发展的强大潜力和动力。伴随着国家调控发展战略，各项措施的落实，以 及全民发展奔“小康”的强烈愿望，经济建设走上快速健康的发展路线，起重机及其配套行 业，经历了市场竞争的洗礼，也必将摆脱徘徊不前的局面，进入快速稳步发展的新时期。 我国工程起重机行业面对新一轮挑战。我国工程起重机市场趋势与对策分析：工程起重 机行业技术发展趋势。国内起重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，但同国外起重机械比较来 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为：整机性能，由于新 技术和新型材料的广泛使用，同种型号的产品，整机重量减轻21%左右。伴随着结构分析 的应用和先进设备的应用，起重机的结构形式更为合理；性能高、可靠性强的配套件， 选择性广、适应性强，充分发挥其性能；智能控制显示系统和电液比例控制系统的广泛 应用；操作更加便捷、安全、舒适，保护装置更完善；向起重量大、起升幅度、高度更 大的大吨位方向发展。加入WTO后，虽然国内起重机械市场(特别是配套件)受到了巨大冲 击，但同时也带来了新技术的应用，使国内生产主机和配套件的企业更清晰认识到和国 外的差距，了解了更多国产机存在的致命问题，定将引领主机和配套件企业的技术创新 和进步。 大连起重机厂和其他竞争厂家一样，计划用3-5年时间进行产品技术创新和更新换代， 紧随世界新技术的步伐，将自身的发展与带动起重机械行业的技术进步放在同等位置上， 努力追寻把起重机行业从低价格恶性竞争的状态，带回高技术含量、高附加值的良性品 无锡太湖学院学士学位论文 2 牌竞争的新时代，由此带动配套行业的健康稳定发展。 1.3 起重机电气控制技术未来的发展趋势起重机电气控制技术未来的发展趋势 国外起重机配套件的发展趋势以及应用情况分析：外国起重机从整体行业情况分析， 领先我国10到20 年(不同类型产品有所不同)。伴随国外经济发展速度日趋稳定，工程起 重机向高性能、高智能、更灵活、适应性更强、多功能方向发展。30t以下的起重机基本 上不再生产，其产品向着附加值高和大吨位方向发展，例如利勃海尔公司的汽车起重机 已经退出市场竞争，目前市场上地面起重机占据主导地位，其最小吨位是32t，而70t和 150t是主导产品；多田野公司的汽车起重机只占19%，其主导产品是轮胎起重机和地面起 重机，最小吨位15t。因此行业配套也与国内有很多不同：下车大多由300kW以上的大功 率柴油发动机，与之配套的是自动换档变速箱和液力变矩器、12吨级转向驱动桥及越野 轮胎；上车选用高强度的材料和大扭矩的起升机构、回转支承；液压系统选用变量泵、 变量马达、电磁换向先导阀及主阀、悬挂系统阀、平衡阀、液压锁、液压缸及管路标准 配套件；智能控制系统选用力限器显示控制、记忆通讯及单缸顺序伸缩自动控制。由于 国外起重机械起步较早，形成了比较成熟的配套件体系。如力士乐的泵马达、阀、起升、 回转、行走机构；哈威的主阀、先导阀、平衡阀；凯斯兰的桥；ZF的变速箱、分动箱； 贝林格的主阀、先导阀、平衡阀；PAT的力限器等等。 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 3 2 桥式起重机的介绍桥式起重机的介绍 2.1 桥式起重机的组成和特点桥式起重机的组成和特点 桥架型起重机指的是：取物装置悬挂在可沿桥架运行的运行式葫芦上或起重小车上 的起重机， 。 桥式起重机则是两端桥架（借由运行装置）直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机。 装有大车运行机构的桥架、装有小车运行机构和起升机构的起重小车、司机室、电 气设备几个大部分组成了一半的桥式起重机。外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨 道上平移运行的单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横 向运动；桥架和大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动。 桥式起重机是目前使用最广泛、数量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量 从几吨到几百吨不等。最基础的是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机几乎都 是在通用吊钩桥式的基础上衍生出来的。 2.1.1 起重机械的组成起重机械的组成 工作机构，它是起重机械的执行机构，实现物品装卸、转载、安装等作业要求（使被 吊运的物品获得一定的升降和水平位移） 。起重机械上常用的工作机构，即所谓起重机械 的四大构件是起升机构、变幅机构、运行机构和回转机构。此外，应对某些特殊的使用 要求还设有放倒机构，伸缩机构，夹钳机构等。在所有机构中，起升机构是起重机械的 基本工作机构，它实现了物品的垂直升降，其它机构则是辅助的工作机构，协调配合起 升机构工作。辅助的工作机构是任何一种起重机械都不可缺少的。金属结构是起重机械 的骨架，它决定了起重机械的结构和造型，用来支撑工作机构、物品的重力、系统自身 重力以及外部载荷等等，并且将这些重力和载荷传递给起重机械的支撑基础。动力设备 则为起重机械提供工作动力、控制、照明和联络等。 2.2 国内外桥式起重机的发展趋势国内外桥式起重机的发展趋势 2.2.1 国内桥式起重机的发展趋势国内桥式起重机的发展趋势 现如今国内桥式起重机的发展已经发生了重大的变革，且向国际化并轨。 1.改进起重机械的结构，减轻自身重力 国内起重机多选用计算机优化设计，由此提高整机的技术性能并且减轻自重，在此 前提下尽力选用 1050t 普通桥式起重机中所选用的半偏轨主梁结构，与正轨箱型梁相比， 可以取消短加筋板，减少或取消主梁中的小加筋板，减轻结构的重量，节省加工时间。 目前在国家计划中提出的桥架使用四根分体式的不等高结构，使其与通用桥式起重机在 同样的起升高度下，令厂房内的牛腿标高下降 1.5 米；两根主梁的端部放置于端梁之上， 使用高强度的螺栓链接；车轮踏面的高度下降，从而使厂房牛腿标高降低。在垂直的轮 压作用下，立柱的理论高度下降，使厂房基本建设费用减少，增加了使用寿命。 2.充分引进国外新技术 无锡太湖学院学士学位论文 4 起重机小车运行机构选用了德国 Demag 公司的“三合一”驱动装置，悬挂于端梁的 内侧，不受主梁下挠和震动的影响，从而提高运行机构性能和使用寿命，使得结构紧凑、 外形美观，安装维修更加方便。伴随着国内机械加工水平的提高，大车端梁和小车架整 体镗孔的实现有了可能，45 度剖分的车轮组或圆柱形的轴承箱即将代替角形轴承箱，安 装在车轮上的车轮轴孔中心线与端梁中心线呈标准 90 度，车轮的水平和垂直偏斜严格控 制在规定范围内，防止发生啃轨现象。由于小车架为焊后一次镗孔成形，四个车轮孔的 中心线在同一平面内，因此成功的解决了三点落地问题。 起升机构选用中硬齿面或硬齿面的减速器，齿轮精度达到 7 级，齿面硬度达到 320HB，因而提供了承载能力，延长了使用寿命。 电气控制方面引进了国外的新技术，选用了全新的节能调速系统。如晶闸管闭环系 统或串级开环，调整比例可以达到 1:30。对调速要求的不断提高，起重机上也将采用变 频调速系统。同时，微机调控也将应用在起重机上，如某水电站 600t 顶门市起重机要使 用微机自动纠偏和变频调速系统，以及大扬程的高精度微机监控系统。遥控型起重机随 生产发展也在增大需求量，宝钢在考察了国外钢厂的起重机之后，建议大力发展遥控起 重机，以提高劳动安全性、减少劳动力。 3.向大型化发展 由于国家重视能源工业和对其资助，新建了很多大中型的水电站，发电机组瑜伽庞 大。特别是大型水利工程的建设使得大型起重机的需要量快速上升。三峡工程主厂房左 岸电站配备了两台 1200/125T 桥式起重机，并且安装了 2000t 的塔式起重机。 目前在建设中的大、中型的水电站还有很多，例如广西岩滩、清江隔河岩、福建水 口电站等等；还有很多核电站和大、中型火力发电厂需要建设，由此可见，大吨位性能 起重机的需要量是非常大的。纵观国内外起重机发展的动态，行业前景广阔。 2.2.2 国外桥式起重机的发展趋势国外桥式起重机的发展趋势 目前国外桥式起重机的技术已经成熟，随着科学技术的发展正逐步走向完善。 1.简化设备结构，减轻自重，降低生产成本 Kone 公司为一家火力发电厂生产的起重机是一个典型案例。其中起升机构的减速器 外壳减速器与相连卷筒一端与小车架的一端梁合而为一，另一端则支撑在小车架的另一 端梁上。卷筒与定滑轮组连成一体，节省了支撑定滑轮组的承梁，小车架的整体结构得 到简化。小车运行机构选用“三合一”的驱动装置，即减轻小车架和小车的自重。电动葫芦 置于一台车上作为副起升机构，主起升小车牵引。减轻小车自重使得起重机主梁的横截 面亦随之减小，整体自重大幅减轻。国内自主生产的 70/20T、31.5m 跨度起重机重达 94t，而 Kone 公司生产的 80/20T、29.4m 跨度的起重机却只有 60t。Patain 公司起重机的 小车运行机构采用三合一驱动装置，结构紧凑，自重轻，总体布置简化。此外，因为运 起重机走台与行机构没有联系，走台的震动影响不了传动机构。 2.更新零部件，提高整机性能 法国 Patain 公司窄偏轨箱型梁作主梁，其高、宽比为 43.5 左右，大筋板间距为梁高 的 2 倍，不用小筋板。主梁与端梁的连接选用塔接方式，使垂直力直接作用于端梁上盖 板，由此可降低端梁的高度，便于运输。 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 5 在电控系统上该公司选用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统，可实现有载及 空载的有极或无极调速，其工作原理如图 2.1 所示。 图 2.1 涡流离合器调速原理图 1 起升电机 2 涡流离合器 3 减速器 4 卷筒 5 制动器 6 控制屏 变频调速在国外起重机上已开始应用，AB 公司、富士康、伊林公司已广泛选用。该 调速方案具有调速比高，乃至达到无极调速，并可以节能等优点。此外，在国外也已普 遍化将遥控装置用于起重机，尤其是广泛使用的在大型炼钢厂使用。 3.设备的大型化 世界经济的快速发展，使得起重机械的重量和体积越来越趋于大型化，吊运幅度和 起重也有增大，为了节约生产和使用成本，其服务范围和使用场所也随之增加。例如裕 廊船厂要求岸边修船的门座起重机能服务两条并排的大油轮，吊运幅度是 105 米，而且 在 70 米幅度时能起吊 100t；我国三峡工程中对调速要求很高使用的 1200t 桥式起重机， 为 3 维坐标和动态控制。 4.联合应用机械化运输系统 一些外国公司为了提高生产率、节省生产成本、起重运输机械的有机组合在一起,形 成先进的机械化运输系统。日本村田公司 YouShan 工厂建了一个半成品存储在车间在中 央仓库,隧道式堆垛机根据规定的程序计算机系统发送工件在生产线。堆垛机表发送到加 工工件交付,然后由单轨吊车汽车电梯,根据计算机指令发送到指定的位置进行处理。被加 工工件由单轨吊车的车再次发送给运输部门。 德国 Demag 公司在飞机工厂,选择一套先进的单轨交通系统或挂,大大降低了运输环节。 这个物品被运送到特种集装箱(轨道)有一个单轨系统从港口到工厂,工厂的单轨系统和轨道 对接集装箱、货物进车间,由单轨运输系统根据存储的计算机指令或进入位置,实现了门到 门的运输。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2.3 桥式起重机小车桥式起重机小车 桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成；另外还有一 些安全防护装置。 桥式起重机的小车（图 2.3）主要具有下列特征： 1）运行机构由独立的部件构成。这些部件间选用联轴器联接起来。齿轮联轴器补偿 了转轴中心线的偏差和歪斜，这些偏差和歪斜是由于制造与安装不精确，以及小车架变 形而发生彼此位移所引起的。由于选用了分组的独立部件，因此使机构的装拆方便。 2）在设计机构和小车架的时候，遵循通用化、标准化和系列化的原则。这使零部件 的互换性得到了保证，大大的降低了制造和使用维护起重机的费用，并使所需零件和部 件的备品量缩减到最少。 图 2.2 桥式起重机小车构造图 1-垫板；2-从动车轮组；3-主动车轮组；4-减速器；5、6-起升及运行机构 3）小车的车架用钢板焊接而成。在车架上焊有垫板 1（图 2.2） ，电动机、减速器、 制动器和可拆卸的轴承等均安装在垫板上。为了简化车架的加工，垫板的加工面尽量布 置在同一水平或垂直面上。 4）运行机构选用减速器式的传动装置，仅在起重量较大、传动比高时，低速级才选 用一级开式齿轮减速，而高速级仍选用减速器传动。 5）所有机构中均选用滚动轴承。车轮和卷筒安装在转轴和转动的心轴上。通常情况 下，从动车轮安装在转动心轴上（带有两个角形轴承箱） 。而主动车轮安装在独立转轴上 （带有两个角形轴承箱） ，它与减速器的输出轴端用联轴器相连接。因此，车轮可与其轴 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 7 承箱一同从轨道上推出。减速器（图 2.2 中 4）也可单独的拆装。 6）过去都选用短行程或长行程交流电磁铁、弹簧上闸的瓦块式制动器，而重坠上闸 的长行程电磁铁制动器几乎不再使用。近年来趋向用制动性能良好的电动液压推杆和电 磁液压推杆式制动器来取代上述制动器。要求制动平稳和容易得到直流电源的地方，还 可应用直流电磁铁制动器。 为了使部件方便装拆，通常，将齿轮联轴器与制动轮做成一个部件（图 2.3 中 5） 。 但根据机构布置需要，也可以将制动轮作成独立的零件来安装（图 2.3 中 6） 。 7）制造起重机时，由于零件热处理得到了广泛的应用，大大地提高了零件表面的耐 磨性，延长了它们的使用寿命。 8）为了简化起重机机构的维护工作，轴承的润滑最好选用集中润滑系统。 起重小车除有运行机构和小车架外，还必须有必要的安全保护装置：如栏杆、限位 开关、排障板、 、撞尺和缓冲器等。其具体要求分述如下： 栏杆和排障板：栏杆用于保护维修人员的操作安全。它设置在与小车轨道垂直的 小车台边缘上。为便于小车维修人员上下，在小车的另外两边则不设栏杆。栏杆可用角 钢（L50）或钢管制作，高度不低于 800mm。 排障板装在小车架端梁两端的车轮外边，用于推开小车轨道上可能有的障碍物，以 利于小车运行。 限位开关：用于限制吊钩和小车架极限位置。在起升机构中，坠重式限位开关装在 小车平台上卷筒的旁边，用于限制吊钩向上位置，使其不能碰到小车架上。如图 2.4a 限 位开关的盒体伸出一个短轴，轴上固定有带重块的杠杆 1，其另一端用钢绳悬挂一个坠重 2 保持平衡。图 2.4b 将坠重固定在一连杆 3 上，吊钩组上升到极限位置时，撞上连杆使 其绕一端固定铰摆动并抬起固定其上的坠重，使开关动作，电动机断电。后一种布置方 式使限位开关在小车台面上的位置选择较为灵活些。坠重上装有一个套环 3，此套环在起 重钢丝绳的一个分支外面，并不妨碍钢丝绳上下移动。当吊钩组上升到允许的最高位置 时，固定在吊钩组上的挡板 4 就将坠重 2 抬起，使悬挂它的钢绳松弛，此时，杠杆 1 在 另一端重块作用下转动约 30，因此使开关盒内的电路触点断开，起升机构电动机断电停 止，吊钩组不再上升。由于接线关系，这时吊钩组只能向下降方向运动。 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2.3 起升和小车运行机构的限位关系 上述两种布置方式所用的坠重作用式限位开关，这种装置方式较为笨重。另一种限 位开关为螺旋式限位开关，它安装在卷筒轴的一端，利用丝杆和螺母的相对运动来控制 电路的触点闭合，限位开关就通过卷筒的旋转间接地控制了吊钩组上升的极限位置。 无论是哪一种限位开关，吊钩组上升的极限位置应该与卷筒或定滑轮之间保持一定 的距离。 小车运行机构的行程限位开关一共有两个，它们安装在起重机桥梁主梁的两端，位 于小车的一根轨道外侧的主梁上盖板上。在小车架相应的端梁外侧固定着一根用角钢弯 折的撞尺（图 2.4 b 中 6） 。当小车运行至极限位置时，撞尺压迫限位开关的摇柄转动 30，使开关盒内的触点断开，运行机构的电动机断电，此时电动机只能作反向起动。 考虑到小车撞尺触及限位开关使电机断电并制动后，小车行程限位开关的位置要安 装适当，小车还要走一段制动行程。因此，开关要安装在小车缓冲器相碰的挡铁前边一 段距离。 缓冲器与挡铁：用于阻止小车越轨和减少其所受冲击，吸收小车与挡铁相撞时的 动能。常用的小车缓冲器是安装在小车架上（图 2.3 b 中 5） ，而挡铁则装在桥架主梁的两 端；有些则将缓冲器和挡铁的位置反过来安装。 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 9 2.3.1 桥式起重机小车运行机构桥式起重机小车运行机构 桥式起重机小车运行机构是由减速器、电动机、车轮组、制动器、传动轴以及其他 附件所组成。 小车运行机构的传动方式分为两种一种是减速器是小车车驱动轮之间的定位，另一 种是一边的减速器在车上。第一种小车传动方式的优点是小车两边的减速器输出轴和传 动轴的扭矩是均匀的。第二种传动方式的优点是安装和维护更方便，缺点是起动时有轨 电车觉得扭曲现象。 无锡太湖学院学士学位论文 10 3 小车运行机构设计小车运行机构设计 3.1 设计小车的基本原则和要求设计小车的基本原则和要求 本设计是基于十吨位桥式起重机总体设计的基础上进行的小车运行机构设计，其中有 些数据得自做总体部分的同学，已知的数据如下： 额定起重量 起升高度 跨度tQ 10=mH16=mL5 .22= 小车运行速度 小车轨距min/8 .43 mVxc =ml2= 小车基距 小车最大轮压mBxc4 . 1=mNFxc= 5 max105 . 3 小车的最小轮压 工作级别为。mNFxc= 4 min 1016M 设计小车的基本原则和要求: 在设计桥式起重机小车时，必须力求满足以下几方面的要求： 1)整合起重机与厂房建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要适当。小车与桥架购互 相配合，主要在于：小车轨炬(车轮中心平面间的水平距离)和桥架上的小车轨炬应相同； 其次在于：小车上的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车上的撞尺尺和桥架上的 行程限位开关要配合恰当。小车的平面布置愈紧凑，小车愈能跑到靠近桥架的两端，起 重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应地可使起重机的高度减小，从而降低 f 厂房 建筑物的高度。 2)小车上机构的布置及同一机构中各零部件间的配合要求适当。起升机构和小车运行 机构在小车平面上的布置要合理，二者之间的炬寓不应太小，否则维修不便，或造成小 车架难以设计；但也不应太大，否则小车就不紧凑。 3)小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮、轴及 轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不吵过平均轮 压的 20%。 4)小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合 得好，要求二者之间的配合尺寸相符；联接零件选择适当和安装方便。在设计原则上， 要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制 造方便。因为小车架是为了安置与支承起升机构和小车运行机构的，所以小车架要按照 起升和运行机构的要求设计，但在不影响机构工作的条件下，机构的布置也应配合小车 架的设计，使其构造简单、合理和便于制造。 5)尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。 6)小车各部分的设计应考虑制造、安装和维护检修方便，尽可能保证各部件拆下修理 时而不需移动邻近的部件。 以上所述，机械与建筑物的配合、机构与小车架的配合、机构的布置以及制造安装与 维修等方面的要求，不仅是设计小车的基本要求，也是设计其它机械的基本要求。至于 轮 压分布要求均匀，则是设计起重机小车的特殊要求，应予以充分注意。 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 11 3.2 小车运行机构传动方案小车运行机构传动方案 对于具有四个车轮其中半数为主动轮的小车运行机概其传动方案可分为两大区：即 带有开式齿轮传动的和全部为闭式齿轮传动的。 3.2.1 带有开式齿轮传动的方案（图带有开式齿轮传动的方案（图 3.1） 在这种方案的运行机构中，传动的高速级封闭在箱壳内用油浴润滑，而低速级选用的 是开式齿轮。图 3.1a 中开式大齿轮做成齿圈式，分别用螺栓固定在两个主动车轮的轮辐 上，并与车轮一起绕固定的车轮心轴旋转。这种传动方案，经实际使用证明，虽然在繁 重工作的条件下也能满足要求，具有足够的可靠性，但车轮的装拆检修不便。图 3.1b 所 示传动方案中的大齿轮与车轮装在一根转轴上。这种方案的优点是结构简单，可以很方 便地检修车轮与轴承。缺点是大齿轮的支点距离较大，影响齿轮的正常啮合。 在上述两传动方案中，由于开式齿轮、轮齿的磨损严重，因此，一般用途的桥式起 重 机小车运行机构，大多选用闭式齿轮传动。 图 3.1 具有开式齿轮传动的小车运行机构 1-电动机 2-制动器 3-联轴器 4-减速器 5-开式齿轮 6-车轮 3.2.2 全部为闭式齿轮的传动方案全部为闭式齿轮的传动方案 全部为闭式齿轮传动方案如图 3.2 和图 3.3 所示。这种方案的运行机构由电动机 1、 制动器 2、ZSC 型立式减速器 3、车轮 4、半齿联轴器 5、浮动轴 6 和全齿联轴器 7 等组 成。在这些方案中，由于齿轮的维护保养条件好，齿轮传动构成独立的减速器部件，因 此机构的装拆分组性较好。 图 3.1a 和 b 为减速器装在小车旁边的型式。这种方案，安装和维护减速器的工人可 在 桥架走台上工作，较为安全便利；但缺点是减速器与靠近的一个车轮之间的把矩较大一 等于全部输出扭矩，所需轴径也较大。在方案 a 中，处在减速器与车轮驱动轴之间的联轴 器 8，由于间隔很小，难于选择合适和可靠的结构(例如过去曾选用的十字沟槽联轴器， 容易从构榴过渡处出现裂纹而损坏)。 无锡太湖学院学士学位论文 12 在方案 b 中，车轮传动轴为一根通轴，没有联轴器 5。两个车轮悬臂支承在轴承的外 侧。因此结构简化，重量也相应的减轻。同时，由于空出了轴承 7 的位置，减速器出轴 与 车轮轴之间的间隔增大，可以选用较长的齿轮联轴器，从而也就增加了机构工作的可靠 性。但应指出，在这种方案中，要求在小车架安装轴承处进行加工，以保证车轮轴线有 足够的平行和准确，因此要求具有较高的制造工艺水平。 图 3.2a 和 b 为减速器在两车轮中间的型式。在这种方案中，传动轴所受的扭矩较小 每边轴的扭矩是减速器出轴扭矩的一半。减速器出轴与车轮轴之间可选用半齿联轴 器 5 和浮动轴 6 联接(二根浮动轴可以等长，也可以不等长)，或用一个全齿联轴器 7 和 根浮动轴 6 联接。由于安装的偏差允许稍大一些，因而安装方便。这种方案的缺点是由 于机构中的车轮轴承(4 个)和联轴器(图 a 为 4 个，图 b 为 3 个)较多，因而使运行机构显 得比较复杂和笨重，制造成本比较高。一般，起重量 10 吨以上的桥式起重机小车都选用 这种方案。 图 3.3 中 a、b 两种方案的不同点，主要在于电动机与减速器入轴的联接方式不同：a 方案是直接联接，b 方案中间加了一浮动轴。它们的特点已在起升机构的传动方案中介绍 了，这里不再重复。选择时，如小车轨距稍宽，应尽量利用方案 b，因其对加工、安装不 准确和小车架变形的补偿作用较大，有利于机构的运转。 在小车运行机构中，考虑到制动时高速浮动轴能起一部分缓冲的作用，因此，制动 器的位置多装在员电动机出轴端的半联轴器上(图 3.3b)，也可以将制动轮单独装在减速器 另 一个出轴端上。在图 3.3a 中带制动轮联轴器应该选用全齿式带制动轮的联轴器，或带制 动 轮的弹性注销或尼龙拴销联轴器。 图 3.2 减速器装在小车旁侧的运行机构 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 13 1-电动机 2-制动器 3-立式减速器 4-车轮 5-半齿轮联轴器 6-浮动 轴 7-全齿轮联轴器 8-十字沟槽联轴器 图 3.3 减速器装在小车中间的运行机构 1-电动机 2-制动器 3-立式减速器 4-车轮 5-半齿轮联轴器 6-浮动轴 7-全齿轮联轴器 经过比较，最终选择下图的传动方案： 1-电动机 2-制动器 3-减速器 4-车轮 5-联轴器 6-浮动轴 7-联轴器 3.3 选择车轮与轨道并验算其强度选择车轮与轨道并验算其强度 车轮的最大轮压，小车自重为。假定轮压均布：kgGxc4000= （3-KNGQP xc 35)400010000( 4 1 )( 4 1 max =+=+= 无锡太湖学院学士学位论文 14 1） 载荷率 （3-6 . 15 . 2 4000 10000 = xc G Q 2） 由2表 19-6 选择车轮：当运行速度，工作类型为中级时， min/60m6 . 1 xc G Q 车轮直径，轨道为的许用轮压为，故可用。 mmDc350=mkg /18t 5 . 3 49. 3 3.3.1 疲劳计算疲劳计算 疲劳计算时的等效载荷： （3-3）kgQQd6000100006 . 02= 式中 等效系数，由表 3-1 查得：6 . 02= 表 3-1 等效系数值 21 和 系数机构名称零件名称及位置工作类型 所有机构电动机至驱动器区段轻级中级重级特重级 起升、非平衡变幅机构2.02.02.02.0 1.01.11.21.3 1 运行、旋转、平衡变幅 机构 制动器以后区段 1.21.41.51.6 支承零件 运行装置、支承旋转 模型 0.50.60,750.85 焊接板结构和铆接结 构 0.750.850.9 2 金属结构 焊接桁架结构 0.70.80.85 车轮的计算轮压： (3-4)kgfPKP dii 2025250081 . 0 1= 式中 ；2500 4 40006000 4 = + = + = xcd d GQ P 小车车轮等效轮压；kgf 冲击系数，由表 3-2，第一种载荷，当运行速度时，； i Ksec/1mv1= i K 表 3-2 冲击系数值k 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 15 运行速度 m/s3.0 k1.01.11.21.3 注：1.对于无接缝轨道，或装设弹簧减速装置的运行机构，则可将表中所列 k 值的小数部分减少一半； 2.对第 II 类载荷计算时；第 I 类载荷计算时。kk = II )1 ( 2 1 )1 ( 2 1 III kkk+=+= 载荷变化系数，查1表 5-3，当时，。5 . 1 4000 6000 = c d Q Q 0.81 = 根据点接触情况计算疲劳应力： (3-5) 3 ) 12 (4000 rD Pj jd += 2 3 2 / 3 . 15423) 9 1 35 2 (20254000cmkgf=+= 式中 轨顶弧形半径，由文献7表 2-31 查得。cmr9= 对于车轮材料 ZG55II，由1表 5-4 查得接触许用应力 ，因此，疲劳计算通过。 2 /1900017000cmkgf jd = jdjd 3.3.2 强度校合强度校合 最大计算轮压： (3-6)kgfPKPj350035000 . 1 maxIImax = 式中 II K 冲击系数，由表 3-2 第 II 类载荷当运行速度时，。sec/1 mv1 II =KK 点接触时进行强度校核的接触应力： 2 3 2 3 2 maxmax / 4 . 18509 ) 9 1 35 2 (35004000 ) 12 (4000 cmkgf rD Pj d = += += 车轮材料用 ZG55II，由1表 5-4 查得：， 2 max /2300020000cmkgf d = ，强度校核通过。 maxmax dd 3.4 运行阻力的计算运行阻力的计算 摩擦总阻力矩： (3-7) 2 )( d kGQM xcm += 由2表 19-4 知车轮的轴承型号为 7518，轴承内径和外径mmDc350=mmd90 1= 的平均值；由文献1表 7-17-3 查得：滚动摩擦系数，mmd160 2= mmd125=mk0005 . 0 = 轴承摩擦系数，附加阻力系数，代入式得02 . 0 =0 . 2= 无锡太湖学院学士学位论文 16 满载时运行阻力矩： (3-8)mkgf d kGM xcQQm =+=+= = 49) 2 125. 0 02 . 0 005. 0)(400010000(2) 2 )(Q )( 运行摩擦阻力： (3-9)kgf D M P c QQm QQm 280 2/35. 0 49 2/ )( )( = = = 当空载时： (3-10)mkgf d kGM xcQQm =+=+= = 14) 2 125 . 0 02 . 0 0005 . 0 (40000 . 2) 2 ( )( 运行摩擦阻力： (3-11)kgf D M P c QQm QQm 80 2/35 . 0 14 2/ )( )( = = = 3.5 电动机的选用电动机的选用 3.5.1 电动机选用电动机选用 电动机静功率： (3-12)kW m vP N xcj j 504. 3 19 . 01000 8 . 43800 1000 = = 式中 满载时静功率; )(QQmj PP = = 机构传动效率； 驱动电动机台数。1=m 初选电动机功率： (3-13)kWNkN jd 91 . 4 504. 34 . 1= 式中 d k电动机功率增大系数，由参考文献1中表 7-6 查得：。4 . 1= d k 查2表中 33-6，选用电动机-6。，1160MYZRkWNg0 . 5=rpmn935 1= ，电机重量。 22 142 . 0 )(mkgfGD d =kgfGd80= 3.5.2 验算电动机发热条件验算电动机发热条件 等效功率： (3-14)kWGNNs93 . 3 91 . 4 8 . 0= 式中 G 由文献2表 7-11 查得小车运行机构其可取 0.8； 由此可知，故初选电动机发热条件通过。 ez NN 3.6 减速器的减速器的计算与设计计算与设计 3.6.1 减速器设计减速器设计 a、速比 车轮的踏面直径 mmD350= 轮 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 17 减速器速比 4 . 100 8 . 43 14 . 3 3504 = n V DNi 轮 b、选用减速器功率 减速器数量 2= g Z 等效系数25 . 1 = g K KW KZ VGGK P ggg nzna g 345 . 8 25 . 1 297 . 0 8 . 4331500138 . 0 )( 3 = = + = 减速器传动比的分配： 由于减速器选用的是三级斜齿圆柱立式减速器，所以传动比的分配为： 。令， 4 . 100= 低中高 iiii 中高 ii= 3 . 1 低中 ii3 . 1= 计算得到：，042 . 6 = 高 i648 . 4 = 中 i575. 3 .= 低 i 表 3-3 总传动比及其分配 总传动比i高速级齿轮传动传动比 1 i中速级齿轮传动传动比 2 i低速级齿轮传动传动比 3 i 1006.0424.6483.575 3.6.2 减速器各轴的传递功率、转速、转矩减速器各轴的传递功率、转速、转矩 转动惯量 KWP0 . 5= 电动机min/935rn = 2 0.142Kg m （1）各轴的输入功率 KWPP95 . 4 99 . 0 0 . 5 1 = 电动机 KWPP657 . 4 96 . 0 98 . 0 95 . 4 12 = 齿滚 KWPP381 . 4 96. 098 . 0 657 . 4 23 = 齿滚 KWPP122 . 4 96. 098 . 0 381 . 4 34 = 齿滚 KWPP878 . 3 99. 098 . 0 122 . 4 45 = 联滚 （2）各轴的转速 min/935 1 rn = min/750.154 042 . 6 935 1 1 2 r i n n= min/294.33 648 . 4 750.154 2 2 3 r i n n= min/313 . 9 575 . 3 294.33 3 3 4 r i n n= （3）各轴的输入扭矩 mN n P T559.50 935 95 . 4 95509550 1 1 1 = 无锡太湖学院学士学位论文 18 mN n P T395.287 750.154 657 . 4 95509550 2 2 2 = mN n P T639.1256 294.33 381 . 4 95509550 3 3 3 = mN n P T898.4226 313 . 9 122 . 4 95509550 4 4 4 = 3.6.3 高速级齿轮的计算高速级齿轮的计算 ，KWP4 1 =min/935 1 rn =042 . 6 1 =imNT559.50 1 = 材料：大小齿轮选用的材料为，并经过调质和表面淬火，硬度为Cr40HRC5548 闭式传动，精度 7 级，初选材料螺旋角使用期 6 年，每年工作 300 天，每天 8=12 小时。 1、选用小齿轮齿数，得，取。19 1 =Z798.11419042 . 6 12 =iZZ115 2 =Z 2、由公式 3 2 2 1 1 )() 1(2 Hd EHt t u ZZuTK d + 试选载荷系数。6 . 1= t K 小齿轮传递扭矩。mmNT10367.52 3 1 = 由表 10.75取齿宽系数。8 . 0= d 由表 10.65查得，材料的弹性影响系数。 2/1 8 . 189 MPaZE= 由图 10.305选取区域系数。450 . 2 = H Z 由图 10.265查得 76 . 0 1 =88 . 0 2 = 64 . 1 21 =+= 由图 10.21e5查得，大小齿轮。Mpa HLimHLim 1100 21 = 应力循环系数 8 11 10381 . 8 630089706060= h LjnN 8 1 1 2 10138 . 1 = i N N 由图 10.195查得接触疲劳寿命系数 92 . 0 1=HN K98. 0 2 = HN K 计算疲劳许用应力 取失效率为 1%，安全系数 S=1。 Mpa S K HLimHN H 1012110092 . 0 11 1 = = Mpa S K HLimHN H 1078110098 . 0 22 2 = = 许用接触应力 十吨位桥式起重机小车运行机构设计 19 Mpa HH H 1045 2 10781012 2 21 = + = + = ，取 2 23 . 1 HH = = 所以，满足齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度。 3.6.4 中速级齿轮的计算中速级齿轮的计算 ，KWP004 . 5 2 =min/668.131 2 rN =667 . 5 2 =imNT945.362 2 = 材料：大小齿轮选用的材料为，并经过调质和表面淬火，硬度为Cr40HRC55-48 闭式传动，精度 7 级，初选材料螺旋角使用期 6 年，每年工作 300 天，每天 8=12 小时。 1、选用小齿轮齿数，得，取18 3 =Z006.10218667 . 5 34 =ZiZ102 4 =Z 2、由公式 3 2 2 2 3 )() 1(2 Hd EHt t u ZZuTK d + 试选载荷系数。6 . 1= t K 小齿轮传递扭矩。mmNT10945.362 3 2 = 由表 10.75取齿宽系数。8 . 0= d 由表 10.65查得，材料的弹性影响系数。 2/1 8 . 189 MPaZE= 由图 10.305选取区域系数。450 . 2 = H Z 由图 10.265查得 77 . 0 3 =87 . 0 4 = 无锡太湖学院学士学位论文 22 64 . 1 43 =