机械毕业设计（论文）-十吨位桥式起重机起升机构设计【全套图纸】

无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 十吨位桥式起重机十吨位桥式起重机 起升机构设计起升机构设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 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 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 十吨位桥式起重机起 升机构设计 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 95 学 号： 0923240 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 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： 1、题目 十吨位桥式起重机起升机构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 来源于生产实践。 选题依据：工作级别 M6，吊运金属工件，起重机设操作室。起重量主钩 10t，跨度 22.5m，起升高度 16m，桥架结构材料为 Q235。 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： 1、对以前所学知识进行检测，能不能灵活运用。 2、深刻理解起升机构的工作原理。 3、完成设计计算说明书（不少于 10000 字）。 4、完成相关装配图，零件图（不少于 3 张 A0 图纸）。 II 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 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 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 起重机是用来对物料做起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，它可以减轻体 力劳动、提高劳动生产率和在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，实现机械化和自动 化。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。 本文就十吨桥式起重机起升机构做设计计算，确定起升机构传动方案，确定起升机 构工作级别，对起升机构的主要部件卷筒、钢丝绳、滑轮等钢丝绳卷绕系统，电动机、 联轴器、减速器等驱动装置进行设计计算，验证卷筒壁压应力，卷筒应力，确定吊钩装 置构造方案，吊钩横梁，滑轮轴的计算等。对起升机构运行的过程，包括起升速度、起 升和制动时间进行计算和验算。 关键词关键词：传动方案；卷绕系统；驱动装置；起升运行 IV Abstract Crane is used to start heavy materials, transportation, handling and installation of machinery and equipment and other operations, which can reduce manual labor, improve labor productivity and in the production process for some special process operation, mechanization and automation. Lifting mechanism includes a motor, brake, reducer, drum and pulley. Motor through reducer, driving drum rotation, so that the wire rope around the drum or from a roll down to lift heavy loads. In this paper, ten tons crane hoisting mechanism to do the design calculations to determine the transmission scheme lifting mechanism, hoisting mechanism to determine the working level of the main components of the hoisting mechanism drum, wire rope, wire rope winding system pulleys, motors, United coupling, reducer drives the design calculations, validation reel wall stress, stress reel, hook device is configured to determine program, hook beams, pulley shaft calculation. Hoisting mechanism for running processes, including the lifting speed, lifting and braking time calculations and checking. Keywords: transmission scheme; winding system; drive; lifting operation V 目录目录 摘 要.III Abstract .IV 目录 V 1 绪论.1 1.1 桥式起重机的简介.1 1.2 起重机械的发展.2 1.3 起重机械的特点.2 2 起升机构主要部件的设计计算.4 2.1 主要参数4 2.2 确定起升机构传动方案4 2.3 确定吊钩和滑轮组.5 2.4 钢丝绳的计算.6 2.4.1 钢丝绳所受最大拉力6 2.4.2 钢丝绳允许的偏斜角7 2.5 卷筒的计算.8 2.5.1 卷筒材料8 2.5.2 卷筒直径计算8 2.5.3 卷筒长度8 2.5.4 卷筒壁压应力验算8 2.5.5 卷筒应力验算9 2.6 绳端固定装置的计算.10 2.7 取物装置.12 2.7.1 确定吊钩装置构造方案12 2.7.2 吊钩主体结构的主要尺寸的计算12 2.7.3 吊钩强度验算13 2.7.4 吊钩弯曲部分断面 A-A 强度验算.13 2.7.5 吊钩弯曲部分断面 B-B 强度验算14 2.7.6 推力球轴承的选择14 2.7.7 吊钩横梁的计算15 2.7.8 滑轮轴的计算16 2.7.9 拉板的强度校核17 3 起升运行机构设计.19 3.1 力矩的计算.19 3.1.1 平稳上升阶段19 3.1.2 平稳下降阶段20 3.1.3 上升起动阶段20 VI 3.1.4 下降制动阶段22 3.2 电动机的选择.22 3.2.1 电动机的功率确定22 3.2.2 验算电动机发热条件23 3.3 减速器的选择.23 3.3.1 减速器传动比23 3.3.2 减速器的选取23 3.3.3 输出轴强度校核23 3.4 起升速度和实际所需功率.24 3.4.1 实际速度24 3.4.2 实际功率24 3.5 制动器的选择.24 3.6 起升和制动时间验算.25 3.6.1 起动时间验算25 3.6.2 制动时间验算26 3.7.1 疲劳计算26 3.7.2 强度验算27 4 总结与展望.29 4.1 总结.29 4.2 展望.29 致 谢.30 参考文献.31 十吨位桥式起重机起升机构设计 1 1 绪论绪论 起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足 重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设 备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及 改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、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、产品的装卸、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须设备，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。 又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。 据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占 2565。 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、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。 1.1 桥式起重机的简介桥式起重机的简介 起重机械和其它自然科学一一样，是人类生产斗争经验的总结，它是随着人们的生产 实践逐渐发展并不断丰富完善的。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。 桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化与自动化， 减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。桥式起重机安装在厂房高处两侧 的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶。而起重小车又可沿小车轨道 横向行驶，吊钩则作升降运动。 桥式起重机常见的类型有以下三种形式： 通用桥式起重机：取物装置为吊钩，适用于各种物料的搬运，通用性强；抓斗式桥式 起重机：取物装置是抓斗，用于大批量散粒物料的搬运；电磁桥式起重机：取物装置为 电磁吸盘，为专用起重机，用于铁磁性物料的搬运。 经过比较，选用电动双梁桥式起重机。这种起重机的各个工作机构均为电力驱动。起 重小车在桥架主梁上方铺设的轨道上行驶，其桥架是双主梁结构形式。在桥架两侧的走 台上，一侧用来安装大车运行机构，另一侧则安装有电气设备和给小车供电的滑线设施。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构和桥架金属结构组成。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。 无锡太湖学院学士学位论文 2 1.2 起重机械的发展起重机械的发展 随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，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。尤其是 计算机技术的广泛应用，许多跨学科的先进设计方法出现，这些都促使起重机的技术进 入崭新的发展阶段。起重机发展趋势轻型化和多样化。有相当批量的起重机是在通用场 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，要求起重机尽 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。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更好的发展，并将取代 大部分中小吨位的一般用途桥式起重机。 1.3 起重机械的特点起重机械的特点 起重机械是一种间歇动作的机械，它具有重要而短暂的工作特征。起重机械在搬运物 料时，通常经历着上料、运送、卸料以及回到原处的过程，各工作机构在工作时作往复 周期性的运动，例如经历起升机构的工作由物品的升、降和空载取装置的升、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作一次正向和反向的运动。起重机械 与连续运输机械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。正是由于这一基本差异决定了起重机械和连续运 输机械在构造和设计计算方面的许多重要差别。在起重机械中，用来使货物提升或下降 的机构称为起升机构。起升机构是起重机械最基本的机构。起升机构通常包括：取物装 置、钢丝绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分，其中不少 零件采用标准通用零件。 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，渐开线少齿传动和谐传动正被逐渐 应用到起重机械上来。 1.4 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，其作用是使被吊运的物品获得必要的升降和水 平位移，从而实现物品装卸、转载、安装等作业要求。起重机械上常用的工作机构有起 升机构、运行机构、变幅机构和回转机构，即所谓起重机械的四大构件。此外，针对某 些特殊的使用要求，有时还设有伸缩机构，放倒机构，夹钳机构等，在这些机构中，实 现物品垂直升降的起升结构是起重机械的基本工作机构，而其它机构则是辅助的工作机 构，配合起升机构工作。根据具体使用要求，辅助的工作机构却是任何一种起重机械所 必不可少的。金属结构，它是起重机械的骨架，决定了起重机械的结构造型，它用来支 撑工作机构、物品的重力、自身 十吨位桥式起重机起升机构设计 3 重力以及外部载荷等，并将这些重力和载荷传递给起重机械的支撑基础。动力设备， 它为起重机械提供工作动力、控制、照明和联络等。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 起升机构主要部件的设计计算起升机构主要部件的设计计算 引言引言 起重运输机械通常用于搬运物料，随着大规模现代化生产运输的发展，对于各种起 重机械的需求也越来越大，尤其是中小型起重机械以其灵活的高效的特性，在国名经济 发展中发挥着重要作用。本文以十吨桥式起重机起升机构为例，对其主要组成部分进行 设计计算。 2.1 主要参数主要参数 10t 桥式起重机的基本参数:起升重量 Q=10t，起升高度 H=16m，起升速度 V=13.3m/s，跨度 22.5m,工作制度 M6。 2.2 确定起升机构传动方案确定起升机构传动方案 起升机构的设计应该确保满足起重机的主要工作性能，要合理选择机构型式，要使机 构工作可靠，结构简单，自重轻和维修保养方便等。 起升机构的传动方案大体可分为闭式传动和开式传动。 （1）闭式传动 在电动机和卷筒之间，大多数情况采用传动效率高的圆柱齿轮减速器，而蜗轮减速 器由于传动效率低，除特殊环境采用外，一般较少应用，如图 2-1 所示。 图 2-1 开式传动 （2）开式传动 在电动机和减速器之间，除减速器外还有开式齿轮传动，这种构造类型适用于起升 速度较低的情况，如我国生产的大型桥式起重机（Q80t）的起升机构多采用这种型式， 由于开式齿轮传动适用于圆周速度较低的情况，因此都将其放在靠近卷筒的最后一级传 动中，以保证正常工作。 综合以上观点，又考虑到本课题的主要参数，选用传动效率高的闭式传动，如图 2-2 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 5 所示。 图 2-2 闭式传动起升方案 1-电动机；2-带制动轮的全齿联轴器；3-制动器；4-减速器；5-全齿联轴器；6-轴承座；7-卷筒； 8-带制动轮的半齿联轴器；9-浮动轴；10-半齿联轴器；11-减速器；12-制动轮 起升机构的设计计算主要包括：根据总体设计要求选择合理的结构型式，并确定机 构的传动布置方案；按给定的整机主要参数（最大额定起重量、起升高度、起升速度等） 确定起升机构参数，并确定机构各部件的结构类型和尺寸；以及机构动力装置的选择计 算等。 起升机构的起重零部件的选择计算主要包括：吊钩、起升机构滑轮组倍率、起重钢 丝绳、滑轮与卷筒。起升机构的布置如图 2.1 所示： 图 2.3 起升机构布置方案 2.3 确定吊钩和滑轮组确定吊钩和滑轮组 吊钩分单钓和双钓，一般场合采用单钓，当起升重量较大时宜用双钩，根据 10t 其升 无锡太湖学院学士学位论文 6 重量选择单钩。吊钩材质以低碳合金钢或碳素结构钢为主。查标选用 G13，自重 99KG. 滑轮组分为单联滑轮组和双联滑轮组。单联滑轮组工作时，重物在垂直位移的同时， 还会产生水平位移，将对卷筒支承造成附加载荷，而双联滑轮组在工作时重物无水平位 移，当两边钢丝绳拉力有差别时，可以自动均载负载。故根据起升重量要求，选用双联 滑轮组。如下图所示： 2.4.1 双滑轮组 2.4.2 单滑轮组 图 2.4 滑轮组简图 按，查文献8表（2-1）选滑轮组倍率，承载绳分支数：。查Q10t=3 h i62 h iZ 文献2选图号为 G15 吊钩组，得其质量：，两动滑轮间距。KGG219 0 mmA185 2.4 钢丝绳的计算钢丝绳的计算 2.4.1 钢丝绳所受最大拉力钢丝绳所受最大拉力 钢丝绳是由 0.20.4mm 的优秀碳素钢光钢丝捻制而成，具有强度高，耐磨性好，挠 性好，无方向性，弹性大，能承受冲击。 根据静载荷使用计算法选择钢丝绳。 若滑轮组采用滚动轴承，当滑轮组倍率时，查文献8表(2-1)得滑轮组效率3 h i 。985 . 0 h 刚丝绳所受最大拉力 (2-1)KN ai GQ s hh 5 . 1729 985. 032 21910000 0 max 式中 取物装置重量（kgf）； 0 G a滑轮组形势的系数，当为单滑轮组时 a=1； 双滑轮组时 a=2； 滑轮组的效率，可查表可得为 0.985 h 查文献8表（2-2）得为中级工作类型，中级工作类型（工作级别）时安全系数M6 。 5 . 5n 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 7 表 2-1 钢丝绳滑轮组效率 滑轮组效率 h 滑轮组倍率 h i 轴承形式 23456810 滑动0.9750.950.9250.900.880.840.80 滚动0.990.9850.9750.970.960.9450.915 表 2-2 钢丝绳安全系数 n 和轮绳直径比 e 钢丝绳的用途n )(固定场所使用e)(激动式起重机e 轻级5.02016 中级5.52518起升和变幅用 工作类型 重级6.030352025 钢丝绳的破断拉力总和 (2-2)KNSSb15.955 . 5 3 . 17 max 式中 为钢丝绳所受最大拉力； max S 查文献1选用瓦林型纤维芯钢丝绳，钢丝公称抗拉强度，光面FCW1961670MPa 钢丝，右交互捻，直径，钢丝绳最小破断拉力，标记如下：14mmd = 108kN b S 钢丝绳: 14NAT619W+FC1770ZS10867.4GB/T8918-1996 2.4.2 钢丝绳允许的偏斜角钢丝绳允许的偏斜角 2.4.2.1 钢丝绳进出滑轮时的允许偏角钢丝绳进出滑轮时的允许偏角: (2-3) 0 0 2tan2tan29.2 tan 414 11 0.728.60.7 D c 式中由文献2查得: ；29.2 ； 0 40014414mmD =+= 。28.6C 所以 。 13 0 2.4.2.2 钢丝绳进出卷筒时允许偏角：钢丝绳进出卷筒时允许偏角： ， 6 . 2814400dD1dt 查文献2。向空槽方向，向邻槽方向。 4 . 4 1 57 . 0 1 无锡太湖学院学士学位论文 8 2.5 卷筒的计算卷筒的计算 2.5.1 卷筒材料卷筒材料 一般用不低于 HT20-40 的铸铁，特殊需要的可用 ZG25，ZG35铸铁。铸钢卷筒 由于成本高，并且限于铸造工艺，壁厚并不能减少很多，因为很少采用。重要卷筒可用 采用球墨铸铁。大型卷筒多用 A3，16Mn 钢板卷成筒形焊接而成，焊接卷筒特别适宜用 于单件生产，可以降低自重。 2.5.2 卷筒直径计算卷筒直径计算 (2-4) 336) 125(14) 1(edD 式中 为卷筒和滑轮的名义直径，即槽底直径（mm）；D 为钢丝绳直径，即外接圆直径（mm）；d 轮绳直径比，由表 （起重运输机械 表 2-4）中查出为 25； d D e 0 卷筒的计算直径（钢丝绳缠绕圈截面中心直径）dDD 0 取，卷筒绳槽尺寸由文献2查得槽距，槽底半径 。 mmD50016mmt =8mmr = 2.5.3 卷筒长度卷筒长度 (2-5)mmLtZ D Hi L h 136018516)43 51414 . 3 316000 (2)4(2 10 0 式中起重机最大高度： ；HmmaH1600016 卷筒的计算直径：； 0 DmmdDD514 0 附加安全圈数，一般取圈：取； 0 Z35 . 1 0 Z3 绳槽节距：查文献2，取；t16mmt 卷筒不切槽部分长度：取其等于吊钩滑轮的间距； 1 L 1 A185mm= 取 。mmL1400 卷筒的壁厚： (2-6)mmD2217)106(50002 . 0 )106(02 . 0 取。mm22 2.5.4 卷筒壁压应力验算卷筒壁压应力验算 (2-7) max max12 S A A t 式中多层卷绕系数， 取单层则； 1 A 1 1A 应力减小系数，考虑绳圈绕入时对筒壁应力有减小作用，一般可取 2 A 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 9 ； 2 0.75A 钢丝绳最大静拉力，； max SKNS 5 . 1729 max 卷筒壁厚，；mm22 绳槽节距，；t16mmt 将数值代入上式，得：。 max 51.19MPa 对铸铁卷筒 HT20-40，则文献6查得其最小抗拉强度。MPa195 b 许用压应力： (2-8) 1 195 130MPa 1.5 b n ，故卷筒压缩强度足够。 max 2.5.5 卷筒应力验算卷筒应力验算 由于卷筒长度，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图如图 2.5。DL3 图 2.5 卷筒受力简图 卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒是中间时: (2-9)mmN LL SlSMw 10506712 2 1851400 17295 2 1 maxmax 卷筒断面系数: (2-10) 3 4444 8 .2573457 500 472500 1 . 01 . 0mm D DD W i 式中卷筒外径,；DmmD500 卷筒内径, i Dmm4721425002dDDi 无锡太湖学院学士学位论文 10 于是 (2-11)MPa W Mw i 1 . 4 8 . 2573457 10506712 合成应力: (2-12) MPa i ii 5 . 19 2 . 51 130 39 1 . 4 max 式中许用应力 MPa39 5 195 2 n h l 由文献6查，。MPa195 b 5 2 n 所以 ，卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径，长度， / ll mmD500mmL1400 卷筒槽的槽底半径，槽距；起升高度 H=16m，倍率 a=3 靠近减速器一8mmr =16mmt = 端的卷筒槽为向左的 A 型卷筒，标记为： 卷筒：左 JB/T 9006.219993162281400500A 卷筒如图 2.6 所示： 图 2.6 卷筒图 2.6 绳端固定装置的计算绳端固定装置的计算 根据钢绳直径为，由文献2选择压板固定装置（图 2.7）并将压板的绳槽改用14mm 梯形槽。双头螺柱的直径 M24。40 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 11 图 2.7 钢绳固定端简图 用压板固定钢丝绳,已知卷筒长度计算采用的附加圈数，绳索与卷筒绳槽间的3 0 Z 摩擦系数。则在绳端固处的作用力：15 . 0 f (2-13)N ee S S fa 6 . 1184 17295 415 . 0 max 压板螺栓所受之拉力： (2-14)N ff S P 1 . 3404 198. 015. 0 6 . 1184 1 式中压板梯形槽与钢绳的换算摩擦系数。当时： 1 f 0 40 (2-15) 1 0.15 0.198 sincos0.6430.15 0.766 f f f 螺柱由拉力和弯矩作用的合成应力： (2-16) Zd M d Z P w 3 1 2 1 1 . 0 4 3 . 0 3 8 . 211 . 0 2 . 2584 4 8 . 2114 . 3 3 1 . 34043 . 0 32 MPa139 式中（螺栓数） ；3Z （螺纹内径） ； 1 21.8mmd = （弯矩） 。 1178.1 21.81649.3N m w MSl=mN 2 . 2584 8 . 21 6 . 1184 螺栓材料为，由文献6查取屈服极限，则许用拉伸应力为：（由Q-235MPa240 s 文献6取安全系数） 。6 . 1 n 无锡太湖学院学士学位论文 12 ， 因为，故通过强度验算。 MPa150 6 . 1 240 n s l l 2.7 取物装置取物装置 2.7.1 确定吊钩装置构造方案确定吊钩装置构造方案 吊钩本身就是一个机械零件，通常都与动滑轮组合成吊钩组进行工作。吊钩组有两 种形式；一种是长型吊钩组；另一种是短型吊钩组。 吊钩装置用于三倍率双联滑轮组，所以必须采用长型的构造方案。吊钩钩身的截面 形状有圆形，方形，梯形或字形。从受力情况分析，以字形截面最为合理，但锻造工TT 艺较复杂。梯形截面受力较合理，锻造容易。 锻造吊钩的材料一般采用号钢。起重量较小的吊钩也可采用或；2020SiMn 2 36Mn Si 片式吊钩由切割成型的多片钢板构成，其厚度不得小于 20mm 并使板钩在高度方向与钢 板轧制方向一致。 工程起重机常用 T 字形或梯形截面的锻造单钩。通过吊钩已经标准化，设计时可查 阅有关手册直接选用。采用非标准吊钩或需对所选项吊钩进行强度验算时，可按下述方 法进行。 由文献3选择一个锻造单面吊钩,钩号为 ，材料采用号,吊钩如 2.8 图所示：t10820 图 2.8 吊钩 2.7.2 吊钩主体结构的主要尺寸的计算吊钩主体结构的主要尺寸的计算 根据文献3当选择吊钩类型为直柄 号吊钩，由文献5表所得。 10t Q851 吊钩螺母最小工作高度查文献4选 M56 螺母： mm (2-17) 0 0.80.8 5644.8Hd 考虑设置防松螺栓，实际取螺纹高度：。56mmH = 螺母外径： 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 13 mm (2-18) 0 (1.8 2)(1.8 2) 56100.8 112Dd 取。D108mm= 2.7.3 吊钩强度验算吊钩强度验算 吊钩轴的颈部螺纹 M56 处拉伸应力： (2-19) 2 1 222 11 1.1 10000 =42.3MPa 4457.54 j Q Q dd 式中螺纹内径，由文献4查得，；dM56 1 57.5mmd = 动力系数，由文献4查得。 2 1 . 1 2 由文献6查得等级，安全系数，材料号钢，由文献6查得，6 . 44n20MPa235 s 故，故满足强度要求。 MPa59 n s l l l 2.7.4 吊钩弯曲部分断面吊钩弯曲部分断面 A-A 强度验算强度验算 其受拉力，偏心力距，由Q 1 2DQMe xR x kFR M FR M F Q x 000 弯拉 (2-20) 02 02 02 2 () ln()1 () ReRBb kbReBb Bb hhRe 式中 mm43205 . 0 mm 264 . 0 mm 6467 . 0 mm 534396 mm 43 3 100 644 . 064 648 . 064 3 2 mm 934350 2 2 12 1 10 hbBF Bb hB ehe h bB bB e e D R 得出：。11. 0k MPa (2-21) 3 21 1 63 21.04 10000 2 43 10 18.8 4320 100.11 100 10 Qe FKD MPa (2-22) 3 22 1 63 21.04 10000 2 53 10 6.4 (2)4320 100.11 (1002 96) 10 Qe FK DH 无锡太湖学院学士学位论文 14 因为,故满足强度要求。其应力分布如图 2.9 所示。 MPa59 l 图 2.9 吊钩弯曲处应力分布 2.7.5 吊钩弯曲部分断面吊钩弯曲部分断面 B-B 强度验算强度验算 系物绳张力一侧： kg (2-23) 3 2 cos457.07 10 2 PQQ 图 2.10 钢丝绳一侧受力 由上图 2.10 钢丝绳受力图可得： kg (2-24)450.55000TVPCOSQ MPa (2-25) 3 21 3 63 21.04 10000 2 43 10 18.8 4320 100.11 100 10 Qe FKD (2-26) 2422 4 3 63 22 (2 ) 1.04 10000 2 53 10 6.4MPa 4320 100.11 (1002 96) 10 QeQe FKDFK Dh 故满足强度要求。 因为 B-B 断面尺寸按理当比断面小，但由于断面有强烈的磨损，一般取与A-AB-B 断面相同的尺寸。A-A 2.7.6 推力球轴承的选择推力球轴承的选择 由于轴承在工作过程中很少转动，故可根据额定静负荷选择。由文献3选 51211(GB/T301-1995)推力球轴承，由文献3查得其额定静负荷，由文献7查 0 158000NC = 十吨位桥式起重机起升机构设计 4 15 得载荷系数。5 . 1 p f 轴承当量静负荷： (2-27) 0 1.2 100000120000N pa Pf F 所以安全。 000 N15000012000025 . 1 CPn 式中安全系数由文献3选用。25 . 1 0 n 2.7.7 吊钩横梁的计算吊钩横梁的计算 由文献1可知，横梁两侧拉板的间距是由滑轮之间尺寸所决定。横轴可(287mm)L 做为一简支梁来进行强度计算。 横梁的计算载荷如图 2.11(a)： (2-28) 2 1.04 100000104000N j QQ 式中由文献1查取动载系数。 04 . 1 2 横梁的最大弯矩： (2-29) 104000 28.7 746200N cm 44 j w QL M 中间断面的截面模数如图 2.11b： (2-30) 22 3 ()(166.3) 11 195.6cm 66 Bd h W 无锡太湖学院学士学位论文 16 图 2.11 吊钩横梁和滑轮轴的计算简图 弯曲应力： (2-31) 746200 38.1MPa 195.6 w w M W 横梁材料由文献6查取，许用应力。故横轴强度足Cr40 MPa 1 . 357 4 . 1 500 n s w 够。其中式中为安全系数见文献6。1.4n 2.7.8 滑轮轴的计算滑轮轴的计算 滑轮轴是一个简支梁，支点距离。它的作用是承受滑轮的三个压力，为mm303L 计算简便起见，把三个力看作集中力如图 2.11c。 滑轮的作用力： (2-32) 2 123 1.04 100000 =34667N 333 j Q Q P PP 轴上的弯矩（和断面）：1-12-2 十吨位桥式起重机起升机构设计 17 (2-33) 1 1 104000 99468000N cm 22 10400331040007.5 728000N cm 2232 j w w Q M M 和断面模数：1-12-2 (2-34) 333 11 333 22 0.10.1 5.617.6cm 0.10.1 10.4112.5cm Wd Wd 弯曲应力： (2-35) 1 1 1 2 2 2 468000 266MPa 17.6 728000 64.7MPa 112.5 w w M W M W 滑轮轴的材料与吊钩横轴相同，亦为号钢，许用应力也相同。40Cr ，故强度足够。 MPa 1 . 357 2.7.9 拉板的强度校核拉板的强度校核 图 2.12 拉板简图 拉板的尺寸如图 2.12 所示，断面 a-a 的拉伸应力： 无锡太湖学院学士学位论文 18 (2-36) 3 2 1.1 100000 2.2 107.1MPa ()2 (186.7) 1 j l Q k bd 式中应力集中系数，由文献1查得。2.2k 拉板材料为 Q-235 号钢，由文献6得了屈服极限和安全系数，许MPa220 s 7 . 1n 用拉伸应力： (2-37) 220 129MPa 1.7 s l n 垂直断面内侧拉应力最大，其为：bb (2-38) 4 2 6 3 1.04 10 77.6MPa 22 67 10 10 l Q d 又因为吊钩横梁的轴颈，材料铸钢 ZG340-640，由文献6查出，由文献MPa380 s 6查得安全系数为 。4n l s l n MPa95 十吨位桥式起重机起升机构设计 19 3 起升运行机构设计起升运行机构设计 起升机构的工作过程：1、在装载地点起升物品；2、在负载情况下水平移动物品； 3、在卸载地点下降并卸去物品；4、在五载情况下起升并水平移动返回到装载地点。如 此重复循环地工作，每运送一次物品的时间称为一个周期。 对于起升机构，在一个工作周期内，有两段工作时期和两段停歇时期。工作时期即 起升物品和瞎讲物品时期；停歇时期即起升机构不工作而运行机构往返或旋转机构往返 工作的时期。每一工作时期又分为起动，等速运转和制动三个阶段。图 3-1 所示的是起 升机构工作过程的速度-时间图解。速度的正值表示起升物品；速度的负值表示下降物品。 机构计算主要就是计算上面所说的起动、平稳运动和制动三个阶段的力矩，以及在这些 力矩的基础上进而选择电动机、减速器和制动器三种主要部件。以下结合典型起升机构 简图讲诉计算方法。 图 3.1 起升机构工作过程速度-时间图解 3.1 力矩的计算力矩的计算 零部件的计算与选择和力矩有关。如平稳上升阶段和上升起动阶段的力矩与选择电 动机有关；而平稳下降和下降制动阶段的力矩又将决定制动器的选择。故以下着重讨论 这四个阶段的作用力矩。 3.1.1 平稳上升阶段平稳上升阶段 平稳上升就是等速起升载荷，这时卷筒上的载荷力矩为： za M (3-1)KN i DGQ M hh za 5 .921 95 . 0 32 514 . 0 )21910000( 2 )( 00 折算到电动机轴上的静阻力矩则为: j M (3-2) KN i DGQ ii DGQ M ihh i 92.76 85 . 0 17.402 514 . 0 )21910000( 2 )( 2 )( 00 00 00 无锡太湖学院学士学位论文 20 式中 、分别为额定起重量（N）和取物装置（N） ；Q 0 G 卷筒计算直径； 0 D 、滑轮组的倍率和效率； h i h 、减速器的传动比和效率； 0 i 0 箭筒的效率，当用滚动轴承时，； h 98. 096. 0 h 当用滑动轴承时，；96. 094. 0 h 起升机构总传动比，其值 ； h i 0 iii h 起升机构总效率，其值。对于齿轮传动，当用滚动轴承时， 0 jh 。90. 080. 0 3.1.2 平稳下降阶段平稳下降阶段 平稳下降就是等速下降载荷，这时为了防止载荷自由下落，通常采用电动机的反接 制动法，使载荷在控制速度状态下降。也就是用电动机产生的制动力矩（并考虑机构摩 擦力矩的影响）来平衡有载荷所产生的的力矩。这时电动机所产生的制动力矩，也就等 于当载荷下降时的静阻力矩，即 (3-3) KN i DGQ M O j 57.5585. 0 17.402 514. 0)21910000( 2 )( 0 因机构摩擦力矩无法详细计算，只能按来考虑。上述与公式（3-2）的区别仅为所 在位置不同，因为哦擦里方向永远与运动放心相反，这时他帮助制动，所以房子公式中 的分子位置。 在起升机构的停歇阶段，电动机已停止转动，而制动器则同时合闸。这时制动器所 产生的制动力矩是用来克服起升机构的再喝自行下降的静阻力矩，故其值亦为。 j M 3.1.3 上升起动阶段上升起动阶段 在上升起动时，载荷由静止达到额定起升速度，其中必然要经过一加速过程。这时 电动机除了要克服静阻力矩之外，还要发出额外的力矩以克服惯性力所产生的惯性力矩。 故起动力矩应为： （3-4） 21ddjdjq MMMMMM 式中起动时克服惯性力的总动力矩 d M)(mN 使机构转动零件加速时（换算到第一轴上）的动力矩 1d M)(mN 2d M 使载重等直线移动的质量加速时（换算到第一轴）的动力矩 十吨位桥式起重机起升机构设计 21 。)(mN 计算： 1d M （3-)( 2 . 38 )( 11 2 11 mN t nGDC CMM q d 5） 一般计算时，令 td GDGDGD)()()( 22 1 2 式中 电动机转子的飞轮矩； d GD )( 2 )( 2 mkm 联轴器的飞轮矩。 t GD )( 2 )( 2 mkm 一般情况下，可取。20. 110 . 1 C 计算：假定机构等加速度起动，则起动时平均加速度于是物品的惯性力 2d M q tVa/ 应为： q Og t V GQmaP)( 在计算过程中，起升速度 V 的单位应用 m/s；而的方向应与加速度的方向相反， g P 0 P 亦即与重力的方向一致。因此，电动机在起动时为平衡物品惯性力所需的动力矩， 2d M 可按与计算相似的方法进行计算，即 j M （3-6） i D t V GQ i DP M O q og d 2 )( 2 02 因 ho o h jo ii nD i nD V 6060 1 式中为卷筒转速（rpm） 。 j n 故 （3-)( 2 . 38 )( 2 1 2 2 mN ti nDGQ M q oo d 7） 将公式（3-3） 、 （3-5） 、 （3-7）代入公式（3-4）并加以整理，得 （3- )( )( )( 2 . 382 )( 2 2 1 1 mN i DGQ GDC t n i DGQ M oo q oo q 无锡太湖学院学士学位论文 22 8） 上式中的值就是欲使载荷在秒内启东而夹在电动机轴上的起动力矩。但因电动 q M q t 机的起动力矩并非常量，故实际上是代表由上升起动到等速上升这段起动过程中的平 q M 均起动力矩。 3.1.4 下降制动阶段下降制动阶段 如前所述，起升机构在上升制动阶段，因载荷力矩是帮助制动的，所需要的制动力 矩不打，故一般可不计算。但在下降制动阶段则不然，惯性力矩与载荷力矩的方向是一 致的，所需要的制动力矩最大，必须加以计算。这时，家在制动器轴上的力矩，除了要 克服载荷的静阻力矩外，还要克服由运动质量的惯性力所产生的力矩。因此，所需要的 制动应为： 21ddjsz MMMM = （3-9）)( )( )( 2 . 382 )( 2 2 1 2 1 mN i DGQ GDC t n i DGQ oo z oo 式中 制动时间 z t 3.2 电动机的选择电动机的选择 3.2.1 电动机的功率确定电动机的功率确定 起升机构静功率： (3-10)kw vGQ Pj25 85. 060102 3 .13)21910000( 60102 )( 00 式中机构总效率是由三部分组成：滑轮组效率、卷筒效率和减速器效率， 滑 筒 减 由文献3查得一般，取。9 . 08 . 085 . 0 电动机的计算功率： (3-11)KWpkP jdjc 20258 . 0 式中 系数由文献1表 3-1 查得，对于级机构，。 d k 16 M M85 . 0 75 . 0 d k8 . 0 d k 查文献1选用电机，其，6225YZRM25%13kW C Nmin/969 1 rn ，电机质量。 2 mkg46 . 1 d J260kg d G = 表 3-1 起升机构值 d k 电动机形式起重机工作特性及机构工作级别 d k 十吨位桥式起重机起升机构设计 23 JZR2、YZR、JZRHM1M6级 M7 级 M8 级 慢速（13m/min） ，经常满载的起重机 0.750.85 0.850.95 1.01.1 0.91.0 JZ、YZM1M6 级及防爆起重机0.9 JOM1M4 级及某些特殊机构1.9 3.2.2 验算电动机发热条件验算电动机发热条件 电动机的发热验算 (3-12)kwkpkP jd 2 .1576 . 0 258 . 0 4040 其中 76 . 0 40 k kwPj25 由此，初选电动机能满足不过热条件。 j p 40 P 3.3 减速器的选择减速器的选择 3.3.1 减速器传动比减速器传动比 卷筒转速： (3-13)min/72.24 514 . 0 14 . 3 3 3 . 13 0 0 r D iv h j 减速器总传动比： (3-14)17.40 72.24 969 1 0 i n n i 式中 电动机额定转速； 1 nmin/969 1 rn 卷筒转速； j n 3.3.2 减速器的选取减速器的选取 查文献1选用 ZQ-60 减速器，当工作类型为中级时，许用功率， 78kWN ，质量，输入轴直径，轴端长度（锥形） 。40 0 i 345kg g G = 1 50mmd = 1 110mml = 3.3.3 输出轴强度校核输出轴强度校核 输出轴最大径向力 Rmax (3-15) maxmax 1 ()0.5(34.44.56)19.5KN tc MM= c MmN3150 22 mkg403 . 0 l GDkgGl 6 . 23 轴的两端为圆柱形，。靠减速器端联轴器 由文献1查得选用带55mmd =85mml = 制动轮的半齿联轴器最大容许转矩值，飞轮矩mm2003150N m t M =mN3150 ，质量。为与制动器 YWZ-200/25 相适应，将联轴器 22 mkg8 . 1 l GD38.5kg z G = 十吨位桥式起重机起升机构设计 29 所带制动轮。 S214mm200 无锡太湖学院学士学位论文 30 4 总结总结与展望与展望 4.1 总结总结 经过这次毕业设计，使得我学会了严谨的设计态度，了解了设计人员的困难与艰辛。 设计产品，这一个从无到有的过程，需要参考许多的文献并进行大量的计算，才能得到 来之不易的结果。 在此次设计中，刚刚拿到毕业设计题目的时候，从头到尾看了一遍，感觉很难，比书 本上的要深奥的多，于是我就查阅资料，仔细推敲，进行繁冗的计算，最终选择了合适 的起升机构的传动方式，接着先对桥式起重机起升机构各部分进行设计计算，选出钢丝 绳，卷筒，滑轮组的形式，并对其进行计算验算是否能采用。然后画出其相对应的装配 图和零件图。再对其起升机构运行时做出对应的四个阶段的计算，最后选出起升机构中 所选用的电动机，减速器，联轴器等。 最后在这里感谢那些帮助过我的同学，特别是老师不厌其烦的细心指导的孜孜不倦的 教诲让我受益良多，相信这对我今后的人生会有极大的帮助！ 4.2 展望展望 在本次毕业设计中，通过以上的工作，力求设计出一种方便的起升机构传动方案进 行操作，但由于经验的不足，对起升机构的设计，零部件的计算存在有不足之处，例如 钢丝绳，卷筒的计算等。这样会对结果造成一定的影响。通过本次对桥式起重机起升机 构的设计，充分体现了现在设计方法在设计的精度和效率方面的优势。现在设计方法的 使用，必然会促进机械行业的进一步发展。 十吨位桥式起重机起升机构设计 31 致致 谢谢 本文是在导师陈炎冬老师的悉心指导下完成的。在整个论文工作中，陈老师都给予了 全面、认真的指导，在论文工作即将完成之际，向关心、教育我的导师表示衷心的感谢！ 几年来的耳濡目染，导师高尚的品格、渊博的学识、严谨的治学态度和勤奋求实的工作 作风给本人留下了深刻的印象，使本人受到了深刻的教育和启迪，并将成为本人终生受 益的宝贵财富。 同时我还要感谢在我遇到困难时鼓励我坚持下去的同学们，正是他们的帮助才使我 得以完成此次的设计，这份深厚的友谊我将永记在心。 当然我还应该感谢在大学期间教过我的每一位老师。正是他们每一点每一滴的教诲， 使我的理论知识逐日积累，我才能顺利完成这次的毕业设计。 无锡太湖学院学士学位论文 参考文献参考文献 1王士鸿.起重机课程设计M. 北京：冶金工业出版社, 1995. 2严大考,