10t双梁吊钩桥式起重机起升机构设计与制作 毕业设计论文.doc

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）10t双梁吊钩桥式起重机起升机构设计与制作design and manufacture of hoisting mechanism for 10t double-girder bridge crane with hook总计： 毕业设计（论文）24页表 格： 1 个插 图 ： 11 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）10t双梁吊钩桥式起重机起升机构设计与制作design and manufacture of hoisting mechanism for 10t double-girder bridge crane with hook学 院（系）： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 104021020020 指 导 教 师（职称）： （讲师） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2012年5月 南阳理工学院nanyang institute of technology10t双梁吊钩桥式起重机起升机构设计与制作10t双梁吊钩桥式起重机起升机构设计与制作 摘 要 近几年，随着我国起重机行业的发展，起重机生产核心技术应用与研发成为业内企业关注的重点。因此，合理的起重机设计显得尤为重要。本课题所涉及的是10t双梁吊钩桥式起重机起升机构的设计，主要是依据原始数据完成起升机构所需的钢丝绳、滑轮组和卷筒的计算与选择，根据使用要求进行联轴器和制动器的型号选择，由所需的驱动功率选择合适的电动机，确定总传动比进行合理的二级减速器设计。在完成设计的基础上，对机构部分零件的加工工艺进行编制。本次设计的起升机构性能稳定，具有良好的发展前景。关键词 起重机；起升机构；减速器design and manufacture of hoisting mechanism for 10t double-girder bridge crane with hookmechanical design, manufacturing and automation major miao feiabstract: with the development of crane industry in china, the application and research of crane production core technology have been emphasized by more and more enterprises in recent years. therefore, it is important to design reasonable crane. this topic is related to the design on hoisting mechanism of 10t double-girder bridge crane with hook. the wire rope, pulley block and drum are calculated and designed based on the raw data of the hoisting mechanism, the model of coupling and brake are chosen by the requirements of hoisting mechanism, and the appropriate motor is chosen by the driving power; and the reasonable secondary reducer is calculated and designed by total velocity ratio. on the basis of accomplishing the design, the processing craft of some mechanism parts are established. the hoisting mechanism has stable performance. and it will have good prospect of development.key words: crane; hoisting mechanism; reducer2目 录1引言11.1 国内外的发展趋势11.2 本课题的研究背景与主要工作12双梁吊钩桥式起重机起升机构分析22.1 起重机总体布置简图22.2 起升机构工作的原始数据32.3 起升机构的设计分析32.4 起升机构主要设计内容32.5 起升机构方案的选择33起升机构设计计算43.1 钢丝绳的计算与选择43.2 滑轮吊钩的计算与选择53.2.1 滑轮的计算与选择53.2.2 吊钩的选择53.3 卷筒的计算与校核63.3.1 卷筒的基本尺寸63.3.2 卷筒的强度校核73.4 电动机的选择83.4.1 电动机的选择83.4.2 电动机发热及过载验算83.5 制动器的选择93.6 减速器的设计93.6.1 总传动比的确定和分配各级传动比93.6.2 机械传动系统运动和动力参数的计算103.6.3 齿轮传动设计103.6.4 轴的设计163.6.5 平键的选择与校核183.6.6 轴承的组合设计193.6.7 减速器附件的选择203.7 联轴器的选择204 部分零部件加工工艺规程的编制20结论22参考文献23致 谢241 引言1.1 国内外的发展趋势随着科学技术的进步,现代化大规模生产的发展, 起重机作为至关重要的工艺设备或辅助机械，不仅在港口、车站、仓库、料场、电站、高层建筑和工矿企业等生产领域里被广泛的应用，而且在生活领域里的应用范围正逐步扩大。起重机在国民经济中占有重要的地位。起重机是取代了笨重的体力劳动从而极大地提高工作效率，并达到安全生产的起重运输设备。目前国外起重机发展趋势是：发展快，水平高。如国外起重机在集成电路、微处理器、微型计算机及电子监控技术等方面都有广泛的应用，一些节能新技术得到了推广，可靠性、安全性、舒适性、环保性能得到了高度重视，并向大型化和微型化方向发展。在机构方面进一步开发新型传动零部件，以便简化机构。“三合一”起升机构是当今世界轻、中级起重机起升机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机起升机构上。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用硬齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。借鉴国外起重机发展趋势，我国起重机发展趋势应是：大力发展机电一体化产品，实现装载机工作状态的自动监测和控制，实现平地机的激光导平自动控制，实现在有毒、有危险环境下起重机作业的遥控，大力提高产品的质量、可靠性和技术水平，大力发展起重机品种，加强新技术的应用，改善驾驶员的工作条件。1.2 本课题的研究背景与主要工作桥式起重机是工矿业吊运的重要设备，作为物料搬运机械中的最主要的一种，在各行各业中得到广泛的应用，具有结构简单、操作灵活、维修方便、起重量大和不占用地面作业面积等优点。起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨。桥式起重机通过垂直与水平的合成运动，可在轨道允许的范围内完成各种吊运工作。在传统的桥式起重机设计过程中，人们更多的依靠经验、试凑、静态定性分析和手工劳动，导致设计产品的设计周期长，设计质量差，费用高，产品缺乏竞争力。因此研究桥式起重机的设计方法对于提高桥式起重机设计的效率和质量具有重要的作用，此项目的研究具有很好的应用前景。在本设计中，针对双梁吊钩桥式起重机起升机构进行设计，分析机构的工作原理及工作条件等，深入理解起升机构的各部件的工作参数。主要有电动机、制动器和联轴器的型号选择，吊钩、滑轮和卷筒的计算与选择，减速器在起升机构中发挥着重要的作用，因此，减速器的设计是本文的重点，并且在后期对减速器进行实物加工，确保在实际中也能得到应用。2 双梁吊钩桥式起重机起升机构分析2.1 起重机总体装配图图2-1 起重机总体装配图双梁吊钩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。双梁吊钩桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一个矩形的工作范围，如图2-1所示，从而充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车包括有起升机构、小车运行机构和小车架三部分。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。2.2 起升机构工作的原始数据起重量：q=10t工作级别：m6（jc%=25%）起升高度：16m起升速度：13.3m/min2.3 起升机构的设计分析1.确定起升机构设计方案；2.参考相关资料和实际应用的需求，选用最优的传动方案；3.依据需要和零部件的加工及装配的技术标准使用合理的结构；4.根据所设计传动机构及其相关参数进行疲劳强度、使用寿命的计算和校核；5.根据总传动比设计减速器为二级斜齿轮减速器。2.4 起升机构主要设计内容1.钢丝绳、滑轮组和卷筒的设计与选择；2.电动机的选择；3.制动器的选择；4.齿轮的设计；5.轴的设计；6.轴承的组合设计；7.联轴器的选择；8.键的选择与校核；9.减速器附件的选择。2.5 起升机构方案的选择起升机构由电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮等部分组成。电动机驱动是起升机构的主要驱动方式。当起重量在50t以下时，常见桥式起重机的起升机构配置方案如图2-2所示。1-电动机；2-联轴器；3-传动轴；4-联轴器；5-制动器；6-减速器；7-卷筒；8-卷筒座；9-平衡滑轮；10-钢丝绳；11-滑轮组；12-吊钩图2-2 起升机构配置方案常见的起升机构钢丝绳卷绕如图2-3所示。图2-3 钢丝绳卷绕示意图3 起升机构设计计算3.1 钢丝绳的计算与选择采用双联滑轮组，取滑轮组倍率m =3；钢丝绳所受最大拉力： （3-1）式中 最大起重载荷，其中,由起重机械表3-16查取；z悬挂吊重的钢丝绳分支数，；滑轮组效率，由表3-11查取=0.98；所选钢丝绳的直径应满足： （3-2）式中 c选择系数，；取钢丝绳直径，捻向为交互捻；选择钢丝绳的型号为：3.2 滑轮吊钩的计算与选择3.2.1 滑轮的计算与选择按钢丝绳中心来计算滑轮的最小直径： （3-3）式中钢丝绳直径； 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按照机械设计手册表8-1-54查取有，对滑轮=20，对卷筒=18；滑轮的最小直径为；取动滑轮直径(滑轮槽底直径)，平衡滑轮，取。3.2.2 吊钩的选择采用短型吊钩组，根据额定起重量和工作类型m6来选择直柄单钩lm12-m，吊钩材料为dg20。3.3 卷筒的计算与校核3.3.1 卷筒的基本尺寸1.卷筒直径（槽底） ；由表8-1-59选用标准直,。2.卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）3.卷筒长度 （3-4）式中 卷筒上有螺旋槽部分长 （3-5）其中，为固定钢丝绳安全圈数，取；得 无绳槽卷筒端部尺寸，； 固定钢丝绳区段的长度，； 左右螺旋槽之间的距离； （3-6）其中， 为两侧滑轮绳槽中心线之间的距离，；为当吊钩滑轮位于最上部极限位置时，卷筒轴和滑轮轴之间的距离，；为绕上卷筒的钢丝绳分支相对于垂直位置的允许偏角，；故计算得 ，取；故， 取。4.按经验公式确定其壁厚 （3-7）取3.3.2 卷筒的强度校核卷筒的材料采用ht30，抗压强度为，抗拉强度为。卷筒所受压应力 （3-8） （3-9）式中 对吊钩起重机的安全系数，=5；，满足受压强度要求。由于卷筒长度，尚应计算弯矩产生的拉应力。图3-1 卷筒弯矩图卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时， （3-10）卷筒断面系数 （3-11）弯矩产生的拉应力 （3-12）其中故卷筒的弯曲应力强度足够。卷筒转速 （3-13）3.4 电动机的选择3.4.1 电动机的选择起升机构静功率： （3-14）其中，起升机构总效率 （3-15）电动机的计算功率： （3-16）由起重机的工作级别，由表3-19取取选定交流异步绕线式型电动机，工作制度,等效热启动次数，同步转速，额定转速，转动惯量0.67，飞轮转矩，轴端长，电动机轴径。3.4.2 电动机发热及过载验算1.发热验算等效功率： （3-17）取r=0.88，k=0.75电动机满足不过热条件。2.过载验算： （3-18）式中，h系数，绕线型异步电动机取h=2.1；z电动机的台数；基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数。无过载符合要求。3.5 制动器的选择 物体下降时的扭矩: （3-19）制动转矩 （3-20）查取制动器标准选择制动器型号为ywz-300/45主要参数：制动轮直径，额定转矩3.6 减速器的设计减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机械中应用很广。本设计中采用的是展开式标准圆柱斜齿轮二级减速器。3.6.1 总传动比的确定和分配各级传动比1.总传动比的确定电动机的转速： （3-21） 传动比： （3-22）取传动比i=31.5 2.分配减速器的各级传动比按照浸油润滑条件考虑，取高速级传动比，而，所以有3.6.2 机械传动系统运动和动力参数的计算1.各轴的输出功率电动机轴 轴 轴 轴 卷筒轴 2.各轴的转速电动机轴 轴 轴 轴 卷筒轴 3.各轴的转矩电动机轴 （3-23）轴 轴 轴 卷筒轴 3.6.3 齿轮传动设计1.高速级齿轮传动设计（1）选择齿轮材料、热处理、齿面硬度、精度等级及齿数齿轮选用8级精度；因传动功率较大，选用硬齿面齿轮传动。参考机械设计基础表13-1，小齿轮：40cr（表面淬火），硬度为50hrc；大齿轮：40cr（表面淬火），硬度为50hrc；为增加传动的平稳性，选=18，取=111，在误差范围内。因选用闭式软齿面传动，故按斜齿轮齿根弯曲疲劳强度设计，然后校核其齿面接触疲劳强度。（2）按齿根弯曲疲劳强度设计 设计公式为 （3-24）1）初选螺旋角=122）初选载荷系数=1.33）小齿轮传递转矩4）选取齿宽系数 取5）齿数比6）端面重合度（3-25）7）纵向重合度 （3-26）8）重合度系数 （3-27）9）螺旋角系数=0.910）当量齿数、 （3-28）11）齿形系数、 12）应力修正系数、 13）齿轮的弯曲疲劳强度极限、，14）接触应力循环次数、 （3-29） （3-30）15）弯曲疲劳强度寿命系数、由图13-8查得，,16）弯曲疲劳安全系数17）计算许用弯曲应力 （3-31）18）计算与 19）计算模数20）计算圆周速度 （3-32）21）确定载荷系数由表13-5查得，使用系数由图13-13查得，动载荷系数由由表13-14查得，齿间载荷分配系数。由图13-15，齿向载荷分配系数故 （3-33）22）修正法向模数 （3-34）取 (3)确定齿轮传动主要参数和计算1）中心距a （3-35）圆整中心距，取2）确定螺旋角 （3-36）3）分度圆直径、 （3-37）4）齿宽、 （3-38）取，(4)校核齿面接触疲劳强度校核公式为 （3-39）1）选取弹性系数 由表13-6选2）节点区域系数 由表13-7选3）重合度系数 （3-40）4）螺旋角系数 （3-41）5）齿轮的接触疲劳强度、，6）接触疲劳强度寿命系数、由图13-8查得，,7）接触疲劳安全系数 其失效概率为1%，接触疲劳安全系数8）计算许用接触应力 （3-42） （3-43）9）校核齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳强度足够。(5)结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。如图3-2所示。图3-2 高速级大齿轮的结构2.低速级齿轮传动设计本设计中，低速级齿轮同高速级齿轮设计步骤方法相同，齿轮精度等级选为8级，采用硬齿面齿轮传动，大小齿轮的硬度均为50hrc，表面淬火处理。其参数如下：，；螺旋角；中心距；，；，。结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。如图3-3所示。其他有关尺寸见大齿轮零件图。图 3-3 低速级大齿轮的结构3.6.4 轴的设计轴是组成机器的重要零件之一。通常，对于一般用途的轴，设计时只考虑强度和结构方面的要求；对要求较高回转精度的轴（如机床主轴等），还应满足刚度要求；而高速转动的轴，除上述要求外，还需进行震动稳定性的计算。在本毕业设计中，减速器中的三根轴只需满足强度和结构方面的要求即可，同样，卷筒轴也只需满足强度和结构方面的要求即可。1.初估轴的直径对减速器中间轴估算直径a值取107118，按公式得 （3-44）考虑到轴上键槽削弱，轴径需增大3%5%，故取图3-4 中间轴的结构2.确定四种轴的结构与主要尺寸(1) 高速轴的设计高速轴的结构与主要尺寸如图3-5所示；(2) 中间轴的设计中间轴的结构与主要尺寸如图3-4所示；(3) 低速轴的设计低速轴的结构与主要尺寸如图3-6所示；(4) 卷筒轴的设计卷筒轴的结构与主要尺寸如图3-7所示。图3-5 高速轴的结构图3-6低速轴的结构图3-7 卷筒轴的结构3.6.5 平键的选择与校核轴于传动零件（如齿轮、带轮等）的轮毂之间的联接为轴毂联接，其功能是实现轴上零件的周向固定并传递转矩，有些还能实现轴上零件的轴向固定或移动。轴毂的联接形式有很多，有键联接、花键联接、销联接、过盈联接、成型联接及弹性环联接。本毕业设计中，采用的是键联接。键是标准件，因其结构简单，拆装方便，工作可靠，所以，键连接是应用最广泛的一种轴毂联接。在设计中，根据使用要求及轴于轮毂的尺寸，选择键的类型和尺寸，然后校核联接的强度。键联接按键的形状可分为平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向联接等几种类型。本毕业设计中采用的是a型平键联接，它在轴上的轴向固定好。1.高速轴上齿轮和轴联接平键的选择与校核(1)平键类型和尺寸选择选择a型平键，根据轴直径d=30mm和毂轮宽度为48mm，由表17-6查得键的截面尺寸为b=14mm，h=9mm，l=38mm，t=5.5mm。(2)校核其强度已知轴的转矩t=50933nmm，查表17-7，取许用应力k=h/2=9/2=4.5mm,l=38-14=24mm。由式17-13可得 （3-45）故挤压强度足够。2.中间轴上齿轮和轴之间联接平键的选择与校核选择a型平键，键的截面尺寸为b=18mm，h=11mm，l=52mm，t=7mm。同上计算知挤压强度足够。3.低速轴上装联轴器段和轴之间平键的选择与校核选择a型平键，键的截面尺寸为b=14mm，h=9mm，l=72mm，t=3.8mm。挤压强度足够。3.6.6 轴承的组合设计轴承是用来支撑轴或轴上回转零件的部件，根据工作的性质的不同，可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件，它依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件。于滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便、易于互换等优点。在本毕业设计中，采用的是滚动轴承中的深沟球轴承。高速轴选用的轴承型号为6409，中间轴上选用6413，低速轴上选用6220和6317。中间轴要保证轴承顺利工作，除了正确选择轴承的类型和尺寸外，还必须合理地进行轴承部件的组合设计，即要正确解决轴承的布置、固定、调整、配合、预紧、润滑及拆装等问题。1.轴承的支承结构形式和轴系的轴向固定该轴的支承跨距较小，常采用两端固定支承，轴承内圈在轴上可采用轴肩或套筒左轴向定位，轴承外圈用轴承盖作轴向固定。由于轴的热伸长量在轴承盖与外圈端面之间留有热补偿间隙，c=0.20.4mm，用调整垫片调节补偿。2.轴承盖的设计轴承盖的作用是固定轴承，承受轴向载荷，密封轴承座孔，调整轴系位置和轴承间隙。类型有凸缘式和嵌入式两种，本设计采用嵌入式。嵌入式轴承盖不需要用螺钉固定在箱体上。3.滚动轴承的润滑本设计中轴承采用油润滑。小齿轮布置在轴承旁边，直径小于轴承座孔直径，为防止啮合式所挤出的热油大量冲向轴承内部，增加轴承的阻力，应在小齿轮与轴承之间装设挡油盘。4.轴承外伸端的密封在减速器输入轴和输出轴的外伸端，应在轴承盖的轴孔内设置密封元件，密封装置分为接触式密封和非接触式密封。本设计采用接触式唇形密封圈密封，它利用密封圈唇形结构部分的弹性和弹簧圈的箍紧作用实现密封。3.6.7 减速器附件的选择为了使减速器具备较完善的性能，需在减速器箱体上设置某些装置或零件，它们包括：视孔和视孔盖、通气器、油标、放油孔和放油螺塞、定位销、启盖螺钉、吊边装置。1.为了便于检查箱体内的箱盖，顶部设有视孔，为了防止润滑油飞溅出来和污油物进入箱体内，在视孔上应加设视孔盖。2.减速器工作时箱体内温度升高，气体膨胀，箱体气压增大，应在视孔盖上设置通气孔，使箱体内的热膨胀气体自由逸出，保持箱体内压力正常，从而保证箱体的密封性。3.为了检查箱体内油面高度，保证零件的润滑，在零件上便于观察，油面稳定的部位设置油标。4.为了便于排出油污，在减速器箱体底部设有放油孔，并因放油螺塞和密封垫圈将其堵住。5.为了保证每次拆装箱盖式仍保持轴承座孔的安装精度，在箱盖与箱座的连接凸缘上配装两个定位销。6.为了便于拆卸箱盖，在箱盖凸缘上设置12个启盖螺钉。7.为了方便搬运和拆卸箱盖，在箱盖上装有吊环螺钉，为了便于搬运箱座或整个减速器，在箱座两端连接凸缘出铸出吊钩。3.7 联轴器的选择根据电动机轴与浮动轴的轴径选择gclz4型鼓形齿式联轴器；根据传动轴与减速器输入轴的轴径选择zll3带制动轮弹性柱销齿式联轴器。4 部分零部件加工工艺规程的编制卷筒轴是起升机构的一部分，其加工简图如图4-1所示：图4-1 卷筒轴卷筒轴加工工艺过程如表4-1所示。表4-1 轴加工工艺过程序号工序工序内容1下料901720mm2粗车夹右端，车端面，见平即可钻中心孔3.5mm3粗车粗车外圆，长度165mm，留加工余量2mm4粗车粗车外圆，长度28mm，留加工余量2mm5精车精车长度为28mm和137mm，直径达到要求6粗车夹左端，车端面，见平即可钻中心孔3.5mm7粗车粗车外圆，留加工余量1mm8粗车粗车各阶梯轴段，留加工余量0.5mm9精车精车各阶梯轴段至要求10车车槽至尺寸要求11车车螺纹至要求12铣铣键槽至尺寸要求13检验结论本次毕业设计的主要内容是双梁吊钩桥式起重机起升机构的设计。主要是根据使用要求完成起升机构所需的钢丝绳、滑轮组、吊钩和卷筒计算与选择，由所需的驱动功率确定以及选择合适的电动机；为了应用方便并减小总体尺寸采用了交流异步线绕式yzr系列电动机。依据起升机构的总传动比进行合理的二级减速器设计，包括了斜齿轮和轴的设计计算与校核、轴承的选择和组合设计、键的选择与校核、减速器附件的选择等；对于所用的联轴器主要按照所用轴的直径选用；由制动转矩选择制动器为电力液压块式制动器。本机构中减速器的输出轴与卷筒轴是通过齿轮啮合进行传动的，减速器的输出端为ca型，通过齿轮盘接手与卷筒轴连接装配，以达到起升重物的目的。 通过这次毕业设计不仅巩固了所学的专业知识，而且使我对机械设计有了更深层次的感性认识，同时也感受到在设计中应抱有要严谨的态度，灵活地应用所学知识。由于学生的学识和经验有限，在整个设计中有错误和疏忽的地方还望老师们多多指教，学生将不胜感激。参考文献1 倪庆兴，王焕勇起重机械m上海：交通大学出版社，2000.2 成大先机械