桥式起重机运行机构设计毕业设计

目 录 摘要1 关键词1 1 前言2 2 桥式起重机的介绍2 2.1 桥式起重机的分类2 2.1.1 通用桥式起重机2 2.1.2 专用桥式起重机3 2.1.3 电动葫芦型桥式起重机3 2.2 桥式起重机的组成和特点4 2.3 桥式起重机小车运行机构4 2.4 本次设计中桥式起重机的主要参数5 3 小车运行机构设计及计算5 3.1 小车运行机构的传动方案5 3.1.1 减速器安装在小车旁边的方案5 3.1.2 减速器安装在两车轮中间的方案6 3.2 小车运行机构计算7 3.2.1 确定机构传动方案7 3.2.2 选择车轮与轨道并验算其强度7 3.2.3 运行阻力计算9 3.2.4 选定电动机并验算电动机发热条件9 3.2.5 验算起动时间10 3.2.6 验算起动不打滑条件11 3.2.7选择制动器12 3.2.8 选择制动轮12 4 减速器的设计及计算12 4.1 机构传动效率的选择12 4.2 传动比分配13 4.3 运动机动力参数13 4.4 齿轮传动设计14 4.5 轴的结构设计及计算18 4.5.1 高速轴设计及校核18 4.5.2 中间轴的结构设计27 4.5.3 低速轴的结构设计28 4.6 滚动轴承的选择与校核30 4.7 键连接的选择及校核计算31 4.8 箱体的结构设计32 5 小车的布置33 5.1 确定小车轨距和小车轮距33 5.2 按照选择的小车运行机构方案进行机构布置33 6 结论与设计总结33 参考文献35 致谢36 附录36桥式起重机小车运行机构设计 摘 要：起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分,其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴和一些连接件组成。本次设计主要从电动机的选择及相关验算、减速器设计及相关校核、小车的布置着手，使其达到所需要求。 关键词：桥式起重机；小车运行机构；减速器；电动机；小车布置；Design Of the Trolley Running Mechansim Of Bridge Crane Abstract: Crane appeares greatly improved peoples labor efficiency.That needs a lot of people spend long time to carry large objects with effect of crane can be easily reached now, especially in the small scope in the process of conveying of the role of the crane are quite obvious. At the factory in handling large or heavy equipment parts of the plant of the gantry crane is.Bridge crane trolley mainly includes lifting mechanism, the trolley, trolley to run institutions, spreader, trolley traveling mechanism is mainly composed of reducer, active wheel, the driven wheel, shaft and some of the fittings.This design mainly from the choice of the motor and the relevant calculation of the speed reducer design and check the car arrangement in hand, to the necessary requirements Key words: bridge crane ;trolley running mechanism;the reducer;the motor; trolley arrangement 1 前言 物料搬运成了人类生产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。起重机正经历着一场巨大的变革。起重机械是用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。它的出现改变了人类几千年来以手工来搬动重物的状况，现在几个按钮就能完成以前做不到或很难做到的搬运工作，人得到了休息，效率也提高了。起重机械发展历史悠久，种类日益繁多，应用极为广泛。当今国民经济的各个部门，如冶金、机械、交通运输、电力、建筑、采矿、化工、造船、港口、铁路、农场、林区和国防等都离不开起重机械。随着科学技术的进步和经济建设的发展，日益显现出起重机械作为实现生产过程机械化、自动化、减轻体力劳动强度，提高劳动生产率的特种设备的突出地位。现代起重机械结构已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的机电一体化方向发展。2 桥式起重机的介绍2.1 桥式起重机的分类 2.1.1 通用桥式起重机通用桥式起重机是指在一般环境中工作的普通用途的桥式起重机，以下类型的起重机都属于通用桥式起重机。（1）通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属结构、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电器及控制系统及司机室组成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t以下的多为1个起升机构；16t以上的则多为主、副两个起升机构。这类起重机能在大多数作业环境中装卸和搬运物料及设备。（2）电磁桥式起重机电磁桥式起重机的基本构造与吊钩桥式起重机相同，不同的是吊钩上挂1个直流起重电磁铁，用来吊运具有导磁性的黑色金属及其制品。通常是经过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内的可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在小车架上的专用电缆卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。（3）抓斗桥式起重机抓斗桥式起重机的装置为抓斗，以钢丝绳分别连接抓斗起升、起升机构、开闭机构。主要用于散货、废旧钢铁、木材等的装卸、吊运作业。这种起重机除了起升闭合机构以外，其结构部件等与通用吊钩桥式起重机相同。 （4）三用桥式起重机三用桥式起重机是一种多用的起重机。其基本构造与电磁桥式起重机相同。根据需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂1个马达抓斗装卸物料，还可以把抓斗卸下来再挂上电磁盘吊运黑色金属，故称为三用桥式起重机。（5）双小车桥式起重机这种起重机与吊钩桥式起重机基本相同，只是在桥架上装有2台起重量相同的小车。这种机型用于吊运与装卸长形物件。2.1.2 专用桥式起重机（1）冶金桥式起重机冶金桥式起重机根据用途可以划分为不同的类型，主要结构基本与通用吊钩桥式起重机相同，取物装置多为专用。主要用于冶金车间的吊运作业，其起重量很大，最大的可达到数百吨。 （2）绝缘吊钩桥式起重机 这种起重机结构形式与通用吊钩桥式起重机基本相同。但是为了防止工作过程中带电设备的电流可经过被吊物传到起重机上，危及司机安全，故要求在吊钩组、小车架、小车轮上设置3道绝缘装置。主要用于冶炼铝、镁的工厂。（3）防爆吊钩桥式起重机这种起重机的结构形式与通用吊钩桥式起重机基本相同。但是所用的整套电气设置具有防爆性能。与钢轨接触的运行车轮要采用不易产生摩擦火花的材料制作，以防止在起重机使用中产生火花引起爆炸或燃烧事故。主要用于具有易燃易爆物的车间、库房或其他场所。目前产品规格较多。2.1.3 电动葫芦型桥式起重机其特点是桥式起重机的起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作起重小车的起升机构，小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因此，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然一般起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用标准产品电动葫芦配套，而且对厂房等建筑物的压力较小，建筑和使用经济性都较好。（1）电动梁式起重机其特点是用自行式电动葫芦替代通用桥式起重机的起重小车，用电动葫芦的运行小车在单根主梁的工字钢下突缘上运行，跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度大时可在主梁工字钢的上面再作水平加强，形成的组合断面主梁。其主梁可以是单根主梁，也可以是两根主梁，其桥架可以是像通用桥式起重机那样通过运行装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运行装置悬挂在房顶下面的架空轨道上。 （2）电动葫芦桥式起重机其特点是采用固定式电动葫芦装在小车上作起升机构，小车运行机构也多采用电动葫芦零部件作成简单的构造形式，小车也极为简便轻巧，其整体高度小，小车及桥架自重轻、重心低、有很广泛的使用适应性。2.2 桥式起重机的组成和特点取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为“桥架型起重机”。桥架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机，称为“桥式起重机”。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。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。 桥式起重机是使用最广泛、拥有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。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。桥式起重机包含小车运行机构、大车运行机构、起升机构、金属结构等部件，由于时间等原因，此次设计只含有小车运行机构。2.3 桥式起重机小车运行机构桥式起重机小车运行机构由减速器、电动机、车轮、联轴器、传动轴以及一些附件所组成。 小车运行机构的传动方式有两种即减速器位于小车主动轮中间或减速器位于小车主动轮一侧。减速器位于小车主动轮中间的小车传动方式使小车减速器输出轴及两侧传动轴所承受的扭矩比较均匀。减速器位于小车主动轮一侧的传动方式，安装和维修比较方便，但起车时小车车体有左右扭摆现象。2.4 本次设计中桥式起重机的主要参数此次设计的起重机为工厂加工车间使用的电动双梁吊钩桥式起重机。已知数据：起重量，小车运行速度，工作级别，机构接电持续率，小车质量估计。3 小车运行机构设计及计算3.1 小车运行机构的传动方案具有四个车轮的其中半数为主动轮的小车运行机构，有闭式传动和带有开式齿轮的传动两种。由于开式齿轮易于磨损，因此现代起重机已很少采用。闭式齿轮传动的方案如图1、图2所示。在这些方案中，齿轮易于维护保养，齿轮传动构成独立的减速器部件，机构的装拆分组性较好。3.1.1 减速器安装在小车旁边的方案如图1所示a) b)1-电动机；2-制动器；3-减速器；4-车轮；5-联轴器；6-浮动轴1-motor;2-detent;3-reducer;4-cartwheel;5-coupler;6-floating axis图1 小车运行机构Fig1 Trulley running mechansim这种方案的优点是：安装和维护减速器的工人可在桥架走台上工作，较为安全方便。缺点是：减速器与靠近的一个车轮之间的转矩较大（等于全部输出转矩），所需轴径也较大。在方案a中，处在减速器与车轮之间的联轴器8，由于间隙很小，难于选择合适和可靠的结构（例如过去曾采用十字沟槽联轴器，结果容易从沟槽过渡处产生裂纹而损坏）。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，减速器输出轴与车轮轴之间的间隙增大，可以采用较长的齿式联轴器，从而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，以保证车轮轴线足够的平行和准确，因此要求有较高的加工工艺水平。 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3.2.2 选择车轮与轨道并验算其强度（1）轮压的计算起重量，小车质量，假定轮压均匀分布，则有考虑安全系数，即 车轮最大轮压，即 车轮最小轮压，即（2）初选车轮 由附表可知，当运行速度时，工作级别为轻级时，车轮半径，轨道型号为（）的许用轮压为。 根据GB4628-84规定，直径系列为、，故初步选定车轮直径。（3）校核强度（按车轮与轨道为线接触和点接触两种情况验算车轮接触强度） 车轮的计算载荷，即 选定车轮的材料为ZG340-640，1）线接触局部挤压强度： 式中：许用线接触应力常数，由表查得； 车轮与轨道有效接触宽度，对于轨道，由附表查得； 转速系数，由表，车轮转速 时，； 工作级别系数，由表，当工作级别为级时，。 由于，因此满足要求2）点接触局部挤压强度：式中：许用点接触应力常数，由表查得； 曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的较大值，车轮半径；由附表查得轨道曲率半径，故取； 由比值（为、中的较小值）所确定的系数，由表查得。由于，因此满足要求根据以上计算结果，选定车轮直径的单轮缘车轮，标记为：车轮 DYL315 GB4628843.2.3 运行阻力计算 摩擦阻力矩，即 （1） 查附表，由车轮组的轴承型号为6518，据此选 车轮组的轴承型号亦为7518，故轴承内径和外径的平均值由表查得滚动摩擦系数，轴承摩擦系数，附加阻力系数，代入上式得当满载时，运行阻力矩，即运行摩擦阻力，即当无载时， （2）代入数据得3.2.4 选定电动机并验算电动机发热条件（1）电动机静功率：式中：满载时静阻力，即； 机构传动效率，取； 驱动电动机台数，取。（2）初选电动机功率： 式中：电动机功率增大系数，由表查得，由附表选用电动机，查得，转子飞轮矩，电动机质量（3）验算电动机发热条件 等效功率，即式中：工作级别系数，由表查得，当时，； 由表查得，查图得。由于，故所选电动机发热条件通过。3.2.5 验算起动时间起动时间： （3）式中：；m=1（驱动电动机台数）； ；车轮转速：；机构传动比： 满载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力矩：空载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力矩：初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩：机构总飞矩：满载起动时间：无载起动时间：由表查得，当时，推荐值为5.5s，故所选电动机能满足快速起动要求。3.2.6 验算起动不打滑条件因室内使用，故不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动时两种工况。 空载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力： （4）代入数据有车轮与轨道的粘着力：故可能打滑，解决办法是在空载起动时增大起动电阻，延长起动时间。满载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力： （5）代入数据有车轮与轨道的粘着力：故满载起动时不会打滑，因此所选电动机合适。3.2.7 选择制动器由表查得，对于小车运行机构制动时间，取，因此，所需制动转矩： （6）代入数据有由附表选用，其制动转矩。考虑到所取制动时间与起动时间很接近，故略去制动不打滑条件验算。3.2.8 选择制动轮 高速轴端制动轮根据制动器已选定为，由附表选制动轮直径，圆柱形轴孔，标记为：制动轮则其飞轮转矩 由于所选联轴器GICL1的飞轮矩为，因此以上联轴器与制动轮飞轮矩之和为：，与原估计基本相符，故以上计算不需要修改。4 减速器的设计及计算4.1 机构传动效率的选择根据表，查得机构传动效率： 很好跑合的6级精度和7级精度齿轮传动（油润滑） 齿式联轴器 滚动球轴承 在本设计中取4.2 传动比分配车轮转速：机构总传动比：由于减速器采用二级展开式，则有在本设计中取，则有 4.3 运动及动力参数（1）各轴转速轴转速：轴转速：轴转速：轴转速速度偏差几乎为零，所以可行。（2）各轴输入功率轴输入功率：轴输入功率： 轴输入功率： 轴输入功率： （3）各轴的转矩轴转矩：轴转矩： 轴转矩： 轴转矩： 4.4 齿轮传动设计已知输入功率，小齿轮转速，齿数比，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制。（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用直齿圆柱齿轮传动2）起重机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）3）材料选择：由表选择小齿轮材料为（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数，取（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即 （7）1）确定公式内的各计算数值试选载荷系数 小齿轮的转矩 由表选取齿宽系数 由表查得材料的弹性影响系数由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限由式计算应力循环次数：由图取接触疲劳寿命系数；计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式得2）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值计算圆周速度 计算齿宽计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 计算载荷系数 根据，7级精度，由图查得动载系数； 直齿轮，； 由表查得使用系数； 由表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时； 由，查图得；故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式得计算模数m（3）按齿根弯曲强度设计 由式得弯曲强度的设计公式为 （8）1）确定公式内的各计算数值 由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限； 由图取弯曲疲劳寿命系数； 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式得计算载荷系数K 查取齿形系数由表查得 ；（线性插值法）查取应力校正系数 由表查得 ；（线性插值法）大、小齿轮的并加以比较 经过比较，大齿轮的数值大2）设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.376并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数则有大齿轮齿数：，取（4）几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距 计算齿轮齿宽 取，（5）结构设计 由于小齿轮的直径较小且齿顶圆直径小于160 mm，可以做成实心结构的齿轮；大齿轮的直径比较大但其齿顶圆直径小于500 mm，可做成腹板式结构，具体尺寸可参考图。4.5 轴的结构设计及计算4.5.1 高速轴设计及校核（1）材料及热处理考虑到是高速轴以及材料后，选此轴材料为45#，调质处理。（2）初步确定轴的最小直径 按式初步估算轴的最小直径。根据轴的材料和表，取，所以根据公式有： （9）即 由于此轴上开有一个键槽，所以应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱；再者直径小于100 mm，因此。输入轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径（图4）。为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表，考虑到转矩变化和冲击载荷大（如织布机、挖掘机、起重机、碎石机），故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件并且考虑到补偿两轴综合位移，查表，选用GICL1鼓形齿式联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径为30 mm，故取，半联轴器与轴配合的长度为82 mm。（3）轴的结构设计由于此轴是装有联轴器的齿轮轴，所以结构采用外伸梁布局，外伸部分装联轴器，两轴承布置在齿轮的两端，轴系采用两端单向固定布置，为避免因温度升高而卡死，轴承端盖与轴承外圈端面留出的热补偿间隙，轴的初步结构如下图所示。图4 轴的结构设计Fig4 Structure design of axis（4）根据轴向定位要求确定各轴段直径和长度1）段装GICL1联轴器，因此。半联轴器与轴配合的孔径长度为82 mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，因此段的长度应比82略小一些，现取。 2）为了满足半联轴器的轴向定位要求，段的左端需要制出一轴肩，轴肩高度，即，取，因此。轴承端盖的总宽度为20 mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离，故取。3）初步选择滚动轴承。因轴承主要承受径向载荷作用，故选用深沟球轴承。根据，选择6308型轴承其尺寸为，因此。考虑到轴承与齿轮润滑方式不一样，因此需要以挡油环将其隔开，可取挡油环的宽度为20 mm，因此。4）为了满足挡油环的轴向定位要求，段的左边需制出一轴肩，轴肩高度，即，取，因此；考虑到箱体和箱座的结构设计，可取。5）根据齿轮传动的设计可知，6）根据4）可知，；轴环宽度，即，取，则有。7）根据3）可知，；考虑到轴承与齿轮润滑方式不一样，因此需要以挡油环将其隔开，可取挡油环的宽度为14.5 mm，因此。（5）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。根据，查表，有平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度为70 mm；半联轴器与轴的连接，选用平键为，半联轴器与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（6）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表，取轴端倒角和各轴肩处的圆角半径见零件图。（7）求轴上载荷并做出轴的弯矩图和扭矩图根据轴的结构图做出轴的计算简图，如下图所示。 图5 轴的载荷分析Fig5 Load analysis of axis其中 1）求水平面支反力如上图所示有：； （10） 式中：代入数据有： 2）绘制水平面的弯矩图图6 轴的水平面弯矩Fig6 The level of the axis bending moment其中3）求垂直面支反力如上图所示有：； （11） 式中： 代入数据有： 4）绘制垂直面的弯矩图图7 轴的垂直面弯矩Fig7 The vertical of the axis bending moment其中5）求总弯矩6）绘制扭矩图图8 轴的扭矩Fig8 Torque of axis其中（8）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即齿轮的中心截面）的强度。根据式及上述数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45#，调质处理，由表查得，因此，故安全。（9）精确校核轴的疲劳强度1)判断危险截面段只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，因此此段均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，齿轮两端处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，齿轮中心处的应力最大。齿轮两端的应力集中影响相近，但靠近轴承端盖的截面（即的右端）不受扭矩，同时轴径也较大，故不必做强度校核。齿轮中心上虽然应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径最大，因此此处也不必校核。的左端和的右端显然更不必校核，因此该轴只需校核齿轮右端的截面左右两侧即可。2) 齿轮右端的截面左侧抗弯截面系数 抗牛截面系数 截面左侧的弯矩为截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45#，调质处理。由表查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表查取。由于，经插值后可查得 又由附图可得轴的材料敏性系数为 故有效应力集中系数按式附表为由附图的尺寸系数；由附图的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由附图得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即强化系数，则按式及式得综合系数为：据轴的材料，得钢的特性系数，取，而，则于是，计算安全系数值，按式、则得故可知其安全。3）齿轮右端的截面右侧抗弯截面系数 抗牛截面系数 弯矩M及弯曲应力为扭矩及扭转切应力 过盈配合处的，由附表，用插值法求出，并取，则有 轴按磨削加工，由附图得表面质量系数为故得综合系数为：所以轴在截面右侧的安全系数为：故该轴在截面右侧的强度也是足够的。（10）按静强度条件进行校核静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力。由于起重机存在瞬时过载，因此需要校核危险截面的强度。 根据轴的材料，查表得 由于，轴的材料属于高塑性材料，则有按屈服强度设计的安全系数为。1）危险截面右侧只考虑弯矩和轴向力时的安全系数为 （12）根据以上数据有， ，代入数据有只考虑扭矩时的安全系数为 （13）根据以上数据有，代入数据有危险截面静强度的计算安全系数为故其安全。2）危险截面左侧从上式可以看出，与和成正比，而截面左侧的和均比其右侧大，既然右侧安全，那截面左侧肯定安全。（11）轴的刚度校核计算1）轴的弯曲刚度校核计算由于此轴为阶梯轴，则需算出其当量直径，即 （14） 由于载荷作用于两支承之间，则有L为支承跨距，即，代入系列的尺寸和系列尺寸，有 根据图且，则有根据式得此轴的最大转角和最大挠度为 （16） （17） 根据轴的材料和表得 由于，因此取 代入上述数据有 根据表，查得 显然 故满足轴的弯曲刚度条件。 2）轴的扭转刚度条件校核计算 由于此轴是阶梯轴，根据式则有其圆轴扭转角为 （18）由于此轴的材料为钢材，则有剪切弹性模量；L为阶梯轴承受扭矩作用的长度，即；由于此轴的扭矩没变，则有；在段和段不受扭矩作用；对于圆轴，代入上述数据有对于精密传动轴，可取，显然，故满足条件。4.5.2 中间轴的结构设计(1) 材料及热处理 考虑到是高速轴以及材料后，选此轴材料为45钢，调质处理。（2）初步确定轴的最小直径 按式初步估算轴的最小直径。根据轴的材料和表，取，所以根据公式有： （19）即 由于此轴上开有两个键槽，所以应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱；再者直径小于100 mm，因此。中间轴的最小直径显然是轴承处的直径（图9）。为了使所选的轴径与轴承孔径相适应，故需同时轴承型号，即初步选定6307型号轴承，因此。（3）轴的结构设计两轴承布置在齿轮的两端，轴系采用两端单向固定布置，为避免因温度升高而卡死，轴承端盖与轴承外圈端面留出的热补偿间隙，轴的初步结构如下图所示。图9 轴的结构设计Fig9 Structure design of axis（4）根据轴向定位要求确定各轴段直径和长度1）初步选择滚动轴承。因轴承主要承受径向载荷作用，故选用深沟球轴承。根据，选择6307型轴承其尺寸为，因此。考虑到轴承与齿轮润滑方式不一样，因此需要以挡油环将其隔开，可取挡油环的宽度为21 mm，因此。2）为了满足挡油环轴向定位要求，段的左端需要制出一轴肩，轴肩高度，即，取，因此。齿轮的右端与右轴承之间采用套筒即挡油环定位。根据齿轮传动设计可知齿轮轮毂的宽度为90 mm，为了使 挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。3）齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，即，取，因此；轴环宽度，即，取，则有。4）段是安装轴承，因此；考虑到轴承与齿轮润滑方式不一样，因此需要以挡油环将其隔开，可取挡油环的宽度为27 mm，因此。5）为了满足挡油环轴向定位要求，段的右端需要制出一轴肩，轴肩高度，即，取，因此；齿轮的左端与右轴承之间采用套筒即挡油环定位。根据齿轮传动设计可知齿轮轮毂的宽度为55 mm，为了使 挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。（5）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。根据，查表，有平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度为80 mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；根据，查表，有平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度为45 mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（6）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表，取轴端倒角和各轴肩处的圆角半径见零件图。4.5.3 低速轴的结构设计（1）材料及热处理 考虑到是高速轴以及材料后，选此轴材料为45钢，调质处理。（2）初步确定轴的最小直径 按式初步估算轴的最小直径。根据轴的材料和表，取，所以根据公式有： （20）即 由于此轴上开有三个键槽，所以应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱；再者直径小于100 mm，因此。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径（图10）。为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩，查表，考虑到转矩变化和冲击载荷大（如织布机、挖掘机、起重机、碎石机），故取，则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件并且考虑到补偿两轴综合位移，查表，选用GICL4鼓形齿式联轴器，其公称转矩为。半联轴器的孔径为50 mm，故取，半联轴器与轴配合的长度为84 mm。（3）轴的结构设计由于此轴是装有联轴器和齿轮的轴，所以结构采用外伸梁布局，外伸部分装联轴器，两轴承布置在齿轮的两端，轴系采用两端单向固定布置，为避免因温度升高而卡死，轴承端盖与轴承外圈端面留出的热补偿间隙，轴的初步结构如下图所示。图10 轴的结构设计Fig10 Structure design of axis1）段装GICL4联轴器，因此。半联轴器与轴配合的孔径长度为84 mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，因此段的长度应比84略小一些，现取；同样，。 2）为了满足半联轴器的轴向定位要求，段的左端需要制出一轴肩，轴肩高度，取，因此。轴承端盖的总宽度为20 mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离，故取；同样，。3) 初步选择滚动轴承。因轴承主要承受径向载荷作用，故选用深沟球轴承。根据，选择6312型轴承其尺寸为，因此。考虑到轴承与齿轮润滑方式不一样，因此需要以挡油环将其隔开，可取挡油环的宽度为16.5 mm，因此,；同样，4）为了满足挡油环的轴向定位要求，段的左边需制出一轴肩，轴肩高度，即，取，因此；考虑到箱体和箱座的结构设计，可取；同样，根据齿轮传动设计可知齿轮轮毂的宽度为,85mm，为了使 挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。5）齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，即，取，因此；轴环宽度，即，取，则有（5）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。根据，查表，有平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度为70 mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；根据，查表，有平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长度为70 mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（6）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表，取轴端倒角和各轴肩处的圆角半径见零件图。4.6 滚动轴承的选择与校核轴承基本额定寿命为 （21）对于球轴承，；轴承当量动载荷为（因为轴承只受径向载荷作用）；查表有载荷系数为，取；查表得到预期计算寿命。对于6308型号轴承有：根据表，查得其基本额定动载荷，其转速为。参考轴的校核计算结果以及与当量动载荷成反比，因此取代入数据计算而得故所选轴承满足寿命要求。对于6312型号轴承有：根据表，查得其基本额定动载荷，其转速为。参考轴的校核计算结果以及与当量动载荷成反比，因此取代入数据计算而得故所选轴承满足寿命要求。4.7 键连接的选择与校核计算（1）高速轴上键的选择与校核由轴的结构设计可知，在高速轴上的尺寸为： 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 （22） 其中， 根据表查得 代入数据计算得故满足其强度条件（2）中间轴上键的选择与校核由轴的结构设计可知，在中间轴上的尺寸为： 其中由于两键的宽度和高度一样，只是长度不一样，因此只需校核长度小的平键，即代入数据计算得故满足其强度条件（3）低速轴上键的选择与校核由轴的结构设计可知，在中间轴上的尺寸为： 其中 对此相比较，只需要校核前者的键，即代入数据计算得故满足其强度条件4.8 箱体的结构设计根据表有，铸铁减速器箱体主要结构尺寸如下：箱座壁厚：箱座壁厚：箱盖凸缘厚度：箱盖凸缘厚度：箱座底凸缘厚度：地脚螺栓直径：，取地脚螺钉数目：轴承旁连接螺栓直径：，取盖与座连接螺栓直径：，取连接螺栓的间距：，取轴承端盖螺钉直径：，取视孔盖螺钉直径：，取定位销直径：，取、至外箱距离：；、至凸缘边缘距离： ；轴承旁凸台半径：外箱壁至轴承座端面距离：铸造过渡尺寸见表箱盖、箱座肋厚：；5 小车的布置5.1 确定小车轨距和小车轮距小车轨距推荐用表的数值；小车轮距则应根据机构布置紧凑的原则确定或参考已有的设计数据决定，必要时可以调整小车轨距，因为轨距与卷筒长度及桥架尺寸有关。在一般的起升高度下小车轨距的变化不大，而小车轮距则受电动机、减速器等零部件尺寸影响，变化较大。根据表，选定小车轨距，初选小车轮距5.2 按照选定的小车运行机构方案进行机构布置小车运行机构的布置图如下：图11 小车布置图Fig11 Trolley arrangement 根据表和相应联轴器型号查得： 根据减速器的设计知：减速器中心平面至输出轴端的距离为262 mm。根据附表查得车轮中心至连接轴端距离为300 mm，则根据以上数据有：6 结论与设计总结本设计的指导思想在满足桥式起重机小车运行机构的工作要求的情况下，尽可能使其性能优越，传动平稳，并且传动装置的体积、质量尽可能减小和降低成本。本设计参考了传统桥式起重机小车运行机构的设计，小车运行机构的传动方式采用把减速器放置于小车的主动轮的中间，采用联轴器连接。小车运行机构的总体设计有：运行阻力的计算、电动机的选择、打滑验算、总传动比的计算、制动器的选择、联轴器的选择。本设计采用电动机作为源动力，电动机输出轴和减速器的高速轴通过联轴器联接，通过减速器输出比较慢的转速，输出轴通过联轴器与浮动轴联接，浮动轴的另一端通过联轴器与车轮的芯轴联接，将动力传递给车轮，以驱动车轮的运行。本设计通过对桥式起重机小车运行机构的总体设计计算、小车运行机构减速器的总体设计计算及零件的校核，较为理想地实现了任务书中对桥式起重机小车运行机构的参数要求。整个传动过程比较平稳，且小车运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。小车运行机构的减速器是两级直齿圆柱齿轮减速器，通过计算确定了各个齿轮的直径及减速器的中心距以及各个齿轮的尺寸，并且通过了齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的验算。本设计还完成了减速器中的齿轮的结构设计，以及减速器箱体的结构设计。根据减速器中心距，箱体的尺寸和具体结构，计算和设计了减速器的附件。减速器采用油润滑的方式，选用220#中负荷工业齿轮油（GB5903-1995）；轴承的润滑方式为采用脂润滑，选用通用锂基润滑脂ZL-2#（GB7324-1994）。经过一点时间的收集资料，写开题报告，翻译英文资料，然后绘制小车运行机构的零件图和设计总图，接着开始着手写论文，论文的主要重头戏就是设计的计算部分，最后根据学校的各项要求整理、编写论文。此次设计的起重机为工厂加工车间使用的电动双梁吊钩桥式起重机，要求投入实际生产以后系统工作稳定，运行可靠，同步精度符合要求，所以设计的起重机具有高性能、高可靠性。并尽可能使其性能优越，传动平稳，并且传动装置的体积、质量尽可能减小和降低成本。本设计通过对桥式起重机小车运行机构的总体设计计算、小车运行机构减速器的总体设计计算及零件的校核，较为理想地实现了任务书中对桥式起重机小车运行机构的参数要求。整个传动过程比较平稳，且小车运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。通过这次毕业设计，熟悉桥式起重机及式起重机小车运行机构的工作原理，它们的各种结构，掌握了设计计算思路和方法，也更娴熟地运用AutoCAD绘制零件图和设计总图，提高了专业设计计算和绘图能力；同时也让我了解到了很多方面东西。首先，此次毕业设计把大学四年来的理论知识复习、总结并应用于实践当中，让我们对工程机械特别是起重机械有了更深入的了解；其次从整体结构到各个部件都有了一个全面的认识。此次设计不仅是对我们以前学习的一种深入，更是我们今后工作的一种理论基础。参考文献1 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大连起重机厂起重机设计手册M沈阳：辽宁人民出版社，1979：263-29724 东北工学院机械零件设计手册编写组机械零件设计手册（第二版）M北京：冶金工业出版社，1987：351-395致 谢本论文是在吴彬老师的悉心指导和热情关怀下完成的。吴老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。吴老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且