10t单钩移动电动葫芦的传动系统设计 毕业设计论文.doc

摘要电动葫芦是一种轻小型起重设备。它主要由减速器，运行机构，卷筒装置，吊钩装置，联轴器，限位器，锥形转子电动机等部分组成。本文根据设计任务书要求，主要对10t单钩移动电动葫芦的总体方案选择和确定，然后对传动系统进行设计。根据设计要求和目的，参考cd型电动葫芦,首先对10t单钩移动电动葫芦进行结构分析，选择合理机构及装配方案，然后对减速器进行设计，钢丝绳的选用及强度验算，卷筒的参数计算及验算，再计算齿轮的传动比，确定各个齿轮的参数，进行强度计算,选择合理的轴承、键、轴套等各种零部件，画出总体装配图。关键词：电动葫芦，吊钩，减速器abstractelectric hoist is a kind of small lifting equipment. it is mainly formed by reducer, running organizations, drum installation, hook device, the coupling stopper, conical rotor motor and other components. according to the design task demands, this book mainly against to 10 t mobile electric hoist single hook selection and determination of the overall program, and then design the transmission system. according to the requirements and objectives of the design, reference cd-type electric hoist on the first take the 10 t mobile electric hoist with the single hook for the structure analysis, select reasonable organization and assembly programs, then design the reducer, selection of wire rope and strength checking, reel the parameter calculation and checking, and calculate the gear transmission ratio, to determine the parameters of each gear, the strength calculation, select a reasonable bearing, keys, bushing and other components, to draw general assembly drawing.keywords: electric hoist, hook, reducer目录摘要iabstractii1 绪论11.1 概述11.2 起重机势发展趋势11.2.1 技术发展趋势11.2.2 产品发展趋势31.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向41.3.1 cd1型钢丝绳电动葫芦存在的问题41.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向52 机构工作级别72.1 机构利用等级72.2 机构载荷状态72.3 机构工作级别73 确定传动方案、选择滑轮和吊钩组83.1 传动方案83.2 吊钩组83.2.1 吊钩横梁的计算93.2.2 滑轮轴的计算93.2.3 拉板的计算103.3.3 滑轮114 钢丝绳的选用134.1 钢丝绳的特点及用途134.2 钢丝绳的选择134.3 钢丝绳直径的计算134.4 钢丝绳的安装144.5 钢丝绳的维护保养164.6 钢丝绳失效分析174.7 钢丝绳端的固定和连接195 卷筒的设计215.1 卷筒的构造215.2 卷筒主要尺寸的确定215.2.1 卷筒的直径215.2.2 卷筒的绳槽尺寸225.2.3 卷筒的长度225.2.4 卷筒壁厚235.3 卷筒校核235.4 卷筒转速256 电动机的选择和校验266.1 电动机的选择266.2 电动机的校验276.2.1 电动机过载校验276.2.2 电动机发热校验277 减速器的设计297.1 起升机构的传动比297.2 联轴器的选择297.3 分配减速器的各级减速比307.4 传动装置的运动和动力参数307.5 传动件的设计计算317.5.1 第一级齿轮传动的设计计算327.5.2 第二级齿轮传动的设计计算367.5.3 第三级齿轮传动的设计计算407.6 轴的设计和校核447.6.1 减速器高速轴1的设计447.6.2 减速器中间轴2的设计477.6.3 减速器低速轴3的设计497.6.4 空心轴的的设计527.7 滚动轴承的选择与寿命计算567.7.1 减速器高速轴滚动轴承的选择与寿命计算567.7.2 减速器中间轴滚动轴承的选择与寿命计算577.7.3 减速器底速轴滚动轴承的选择与寿命计算587.7.4 空心轴上轴承的选择与验算587.8 键联接的选择和验算597.8.1联轴器与高速轴轴伸的键连接597.8.2直齿圆柱齿轮与中间轴2的键连接607.8.3直齿圆柱齿轮与中间轴3的键连接607.8.4直齿圆柱齿轮与空心轴的键连接607.8.5卷筒毂与空心轴的键连接618 验算启动、制动时间628.1 启动时间验算628.2 制动时间验算63结论64致谢65参考文献66681 绪论1.1 概述 起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸和作业的机械。它可以完成靠人力所无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动提高劳动生产率，已经在国民经济的多个领域得到了广泛的应用。它是一种循环的，间歇动作的，短程搬运物料的机械。一个工作循环一般包括上料，运送，卸料和回到原位的过程。在循环与循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作的时候各机构通常是处于启动，制动以及正向，反向等相互交替的运动状态之中。 起重机械的种类很多，通常按用途和构造特征来对其进行分类。按用途来分的话，可以分为通用起重机，建筑起重机，冶金起重机，铁路起重机，造船起重机，甲板起重机等等。按构造特征来分的话，可以分为轻小型起重机，桥式起重机，臂架式起重机，固定式起重机和运行式起重机。 我们所改进设计的电动葫芦属于轻小型起重机械，它主要配合单梁桥式或门式起重机来组成一个完整的起重机械。然而随着时代的发展，电动葫芦也开始向大起重量，大提升高度发展，其结构形式也在不断的更新，从而使电动葫芦的品种和应用范围日益扩大。1.2 起重机势发展趋势 起重运输机械在国外称为物料搬运机械。由于新材料、新工艺、新设备和以计算机为基础的信息和控制技术的发展和应用，物料搬运系统的改进已成为这些国家进一步提高生产率和降低生产成本十分重要的方面，越来越引起重视。 我国起重运输机械行业要向大型化、节能化、智能化和成套化方向发展。我国有关部门出台的起重运输机械行业的“十五”发展规划，对该行业的技术发展趋势，优先发展的重点产品以及建议淘汰的产品，坐了详细规定。1.2.1 技术发展趋势1向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。目前，世界上最大的浮游起重机起重量达6500吨，最大的履带起重机重量为3000吨，最大桥式起重机起重量为1200吨。带式输送机最大带宽达3.2米，输送能力最大为3.7万吨/时，单机最大距离超过30公里。自动化立体库堆垛机最大运行速度达240米/分。 2. 向自动化、智能化、集成化和信息化发展。将机械技术和电子技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。目前已出现了能自动装卸物料、有精确位置检测和有自动过程控制的桥式起重机用于自动化生产线。起重机上还装有微机自诊断监控系统，对自身的运行状态进行监测和维护。 3. 向成套化、系统化、综合化和规模化发展。将各种起重运输机械的单机组合为成套系统，加强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。通过计算机模拟与仿真，寻求参数与机种的最佳匹配与组合，发挥最佳效用。重点发展的有港口散料和集装箱装卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输部门和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。 4向模块化、组合化、系列化和通用化发展。许多通用起重运输机械是成系列成批量的产品，为了降低制造成本，提高通用化程度。可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要。也可使单件小批量生产起重运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。 5向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。有相当批量的起重运输机械是在一般的车间和仓库等处使用，用于代替人力和提高生产效率，但工作并不十分频繁。为了考虑综合效益，要求这部分起重运输机械尽量减少外形尺寸，简化结构，降低造价和使用维护费用，按最新设计理论开发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品其自重轻 60%。由于自重轻、轮压小、外形尺寸小，使厂房建筑结构的建造费用和起重机运行费用也大大减少。 6. 采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。进一步应用计算机技术，不断提高产品的设计水平与精度。开展对起重运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究，开展对可靠性的试验研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等，利用cad提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。 7. 采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机电仪一体化技术提高使用性能和可靠性。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。今后还会更加注重起重运输机械的安全性、重视司机的工作条件。 1.2.2 产品发展趋势 起重运输机械行业优先发展的重点产品，应具备产品的性能指标高、性能稳定和运行效率高等特点。为适应时代需求，这些产品还必须达到环保效能好、节能、机电一体化程度高和操作性能好等要求，是用户优先选择的技术水平高的产品或是新型的国内空白产品。这些产品包括：1. 港口散料装卸成套设备，包括：（40006000t/h）连续装船机、(12502400t/h)桥式抓斗卸船机、(40006000t/h)悬臂斗轮取料机、（40006000t/h）大跨度门式取料机、双车三车不摘钩翻车机、散粮码头装卸系统机电总体设计及控制技术、（5001000t/h）夹带式卸船机及（10001500t/h）波状挡边带式提升机等。 2. 大型露天矿连续、半连续开采工艺运输成套设备,包括:(40006000t/h)大型排土机、带宽b=3000mm胶带输送机、机电总体设计技术及压带式大倾角胶带输送机等。 3混匀料场成套设备，包括：1500t/h刮板式混匀取料机、1500t/h滚筒式混匀料机、1500t/h摇臂式混匀堆料机等。 4. 固体垃圾分拣处理系统，包括，给料机、圆筒式筛分机、堆肥倒堆机、垃圾压装机和自动化垃圾搬运起重机等。 5. 集装箱装卸运输成套设备，包括：轮胎式集装箱起重机、超大箱大伸距岸边起重机、集装箱叉车及铁路集装箱起重机等。 6仓储及自动化运输成套设备，包括：标准系列自动化立体仓库、自动化立体停车库、无轨巷道堆垛机系列、自动搬动车系统、大规模流水生产线电控及管理系统、积放式悬挂输送机（单车吊重501250kg，速度1020m/min）、重型板式输送机（单件载荷5002000kg、速度0.55.5 m/min）和各种型式货架储存系统等。 7. 三峡工程及其他重点工程有关设备开发，包括：起重量1.15万吨、提升高度113米的升船机可靠性研究及设备研制、大型火电站中的输煤、给煤设备、堆取料设备和专用起重机设备、核电站用高精度定位、高可靠性的环形起重机、装卸料机及其他核级要求的起重设备等。 8. 具有发展前景、市场看好的特色产品，包括：（1）dx型钢丝绳芯带式输送机；（2）自移可转式胶带输送机；（3）耐腐蚀的螺旋输送机；(4) 超高温埋刮板输送机；（5）各种旅游与货运索道；（6）容器式管道输送系统；（7）工业自动灌装、码垛成套设备；（8）垃圾处理专用抓斗起重机；（9）轻小型起重设备；（10）大型冶金起重机；防爆起重机；高速行李输送系统；柔性启制动装置；称量与配制样系统；大规格垂直挡边输送机；多用途门座起重机；集装箱式包装机；气垫式皮带机电子秤等。 9. 重要基础零部件，包括：1)硬齿面减速器；2)液力减速器；3) 高速大功率耦合器；4)液压缓冲器；5)索道专用新型抱索器；脱挂器；6)盘式制动器；7)集装箱吊具；8)自锁式夹轨器；9)液粘传动装置等。 1.3 国内钢丝绳电动葫芦的技术现状和发展方向 钢丝绳电动葫芦作为一种轻小型起重设备，广泛用于国民经济各个领域，而国内钢丝绳电动葫芦的发展却比较缓慢。上世纪60年代到70年代初，我国从前苏联引进了tv型钢丝绳电动葫芦，70年代初我国自行设计了cd1型钢丝绳电动葫芦取代tv型钢丝绳电动葫芦至目前为止cd1型钢丝绳电动葫芦在国内生产制造、使用已达30多年的历史。其间，曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术，但均未获得广泛的推广应用。 钢丝绳电动葫芦技术水平在国内发展迟缓，其原因是多方面的：1) 国内钢丝绳电动葫芦企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础较低；2) 近20年来国内经济体制由计划经济转向市场经济，许多国营企业在转制初期不可能将大量的资金投入到产品开发上；3) cd1型钢丝绳电动葫芦目前仍有一定的市场占有率。 然而，随着技术的成熟完善和用户对产品的性价比的越来越挑剔，国内钢丝绳电动葫芦已开始不再适应人们的要求。1.3.1 cd1型钢丝绳电动葫芦存在的问题1. 系列化问题、品种少、规格不齐：cd1型钢丝绳电动葫芦起重量只有0.5 t、1t、2t、3 t、5t、10t，6种，起升高度的覆盖范围为6-30m。起升速度：1-5t单速为8m/min，双速为8/0.8m/min，10t单速7m/min。双速为7/0.7m/min。虽然国内一些厂家在10t基础上发展看了16t、20t扩充系列的大吨位电动葫芦，但仍不能形成较完整的钢丝绳电动葫芦产品系列，与国外的起重量范围0.25-80t及多种起升高度和起升速度组合相比存在很大的差距。 2. 工作级别：cd1型钢丝绳电动葫芦没有进行工作级别的划分，不适应实际使用工况，多数情况下造成使用不合理。按新的工作级别划分规则，cd1型钢丝绳电动葫芦的工作级别为m3，而国外的钢丝绳电动葫芦能适应的工作级别范围为m3，m6。 3. 基型的变换：cd1型钢丝绳电动葫芦滑轮组结构形式及倍率单一(0.5t-5t滑轮组倍率为2/1；10t倍率为4/2)。安装方式只有悬挂和固定式2种，变化少，可开发功能低。而国外钢丝绳电动葫芦滑轮组结构及倍率组合方式多样，安装方式除悬挂与固定式外，还有低净空安装、双吊点形式及其他特殊用途的钢丝绳电动葫芦。而cd1型钢丝绳电动葫芦在这些方面基本是空白。4. 结构设计：cd1型钢丝绳电动葫芦的结构设计虽然较tv型钢丝绳电动葫芦有了较大改进，但其外形美观性差，圆形结构不便于安装、运输，外形的局限性严重阻碍了基型的变化。而国外的钢丝绳电动葫芦，多为方形结构设计，既美观便于安装、运输，还能很好地适应模块化设计，便于基型的组合和变换，大大拓宽了钢丝绳电动葫芦的使用范围。 5. 配套电动机：cd1型钢丝绳电动葫芦配套的锥形转子电机，单速为4极，双速为1/10的子母机，而国外钢丝绳电动葫芦电机采用2极电机，双速采用双绕组和变极式，这样结构简单、体积小、自重轻，有利于降低制造成本。另外，cd1型钢丝绳电动葫芦配套电机在绝缘等级和防护等级及噪声方面与国外葫芦相比差距仍很大。 6. 减速器：cd1型钢丝绳电动葫芦减速器制造精度和传动效率低，噪声大，齿轮参数设计不甚合理，特别反映在有效提高承载能力和各级齿轮与齿轮副之间的强度均等方面。 7. 安全保护措施：cd1型钢丝绳电动葫芦只有上、下限位保护超载保护，而国外钢丝绳电动葫芦除有上述保护功能，还具有错相、缺相、过热、多制动系统保护等。 8. 电气控制：cd1型钢丝绳电动葫芦电控箱外观协调性差电气元件的使用寿命较低，故障率高。 9. 零部件设计：cd1型钢丝绳电动葫芦的吊钩、电动小车装置等关键零部件，成组设计及互换性较差，且结构较笨重。 1.3.2 国内钢丝绳电动葫芦发展方向 1. 系列设计合理化: 推荐参数：起重量从0.25-80t，起升高度6-63m，利用较少的基型覆盖整个系列。起升速度多样化推荐值：单速8m/min、10m/min、12.5m/min；双速1/10、1/3、1/4速比变化。双速方案应考虑子母机、双绕组及变极式，或采用变频无极调速技术。设计时参考gb3811-1983起重机设计规范工作级别划分，将工作级别覆盖范围扩充到m3-m6。 2. 结构形式应能满足多种工况如：低净空、双吊点等多种安装固定方式；可遥控操纵、绝缘型、防腐防潮、耐高温高热、防爆等多种功能的产品。 3. 外形设计改变传统的圆形设计：采用方形结构形式，模块化设计，增加零部件的通用性：布置方式由原来的电机一中间轴一减速器一卷筒的形式改为电机一减速器一卷筒的布置方式，既有利于有效地提高钢丝绳电动葫芦起升高度，又避免高速轴长轴传动，可提高运行的平稳性和可靠性，降低制造成本。增加滑轮倍率范围提高单机使用范围。 4. 采用优质高强度钢丝绳：按gb38111983标准要求。在满足抗拉强度安全系数的前提下，尽可能减小钢丝绳直径，采用相适应的卷筒直径与钢丝绳直径之比及滑轮直径与钢丝绳直径之比以利于缩小整机结构和自重。 5. 优化齿轮设计提高齿轮的承载能力：齿轮可采用40cr或42crmn、40mnb材质，调质和表面淬火处理或氮化，原采用的20crmnti或20mntib材质虽然在齿轮的抗弯强度和接触强度方面较理想，但是受国内基础加工水平影响，齿轮加工精度低、渗碳淬火热处理变形量难控制，后序又无磨齿工艺，难免存在齿轮噪声大、效率低等缺点。新材质及热处理方法已在国内许多厂家推广。此外，采用硬齿面与中硬齿面配对啮合的齿轮副高速级齿轮采用剃齿工艺，齿轮螺旋角选在12度左右，这些都是提高齿轮传动平稳性的有效途径。齿轮传动箱体、箱盖结构设计应有利于噪声的吸收与减振传动轴承应提高精度等级。 6. 电机采用2、4、6极锥形转子电机以适用各种不同工：电机绝缘等级应提高至f级和11级，防护等级提高至ip54：电机设置过热保护元件；电机的设计应考虑有效提高有用功率，降压能力和起、制动能力，提高电机设计温升，充分发挥电机的潜能；电机的降噪除了在设计、加工、制造精度上要提高外，还应从设计上考虑降低电磁噪声和风道涡流噪声的措施。电机的设计也应遵循工作级别划分原则，提高单机使用用途。 7. 增加电气保护措施：除上下限位保护外，还应增加超载保护(个别情况下考虑欠载保护)；错相、缺相、失压保护；吊钩防脱绳保护。开发多制动功能机型如：双制动(电机锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动)；三制动(锥形制动轮制动+高速轴上补偿制动+卷筒上安全闸)。根据用户需要增加起升高度、负载数字显示功能。 8. 高耐磨、高强度导绳器材料及导绳器导绳性能一直是国内许多生产电动葫芦的企业探讨的课题，目前，国内已掌握了一部分成功经验。 9. 其他零部件如吊钩、小车等设计要考虑成组性和通用性。 10. 提高配套件如钢丝绳、轴承等标准件质量。 2 机构工作级别起重机机构工作级别是根据机构的利用等级和载荷状态分级的，本设计的基本参数为：提升高度：12m，提升速度：7m/min，提升重量：10t。2.1 机构利用等级 机构利用等级按机构总设计寿命分为10级，即t0t9，总设计寿命规定为机构假定约使用年数内处于运转的总小时数，它仅作为零件的设计基础，而不能视为保用期，电动葫芦一般处于清闲的使用状态，根据gb/t3811-1983,机构利用等级如下：机构利用等级 t3，总设计寿命/h 16002.2 机构载荷状态 载荷状态是表明机构承受最大载荷及载荷变化程度，电动葫芦一般在低于额定载荷的状态下工作，并且也不经常的使用，根据gb/t3811-1983,由于电动葫芦经常工作在中等载荷，较少承受最大的载荷，所以机构载荷状态选为l2-中。2.3 机构工作级别根据机构利用等级和机构载荷状态，依据gb/t3811-1983，机构的工作级别选为m3。3 确定传动方案、选择滑轮和吊钩组3.1 传动方案传动方案采用类似型电动葫芦结构。如图： 图3-1 cd型电动葫芦1-箱盖；2-第一轴；3-第二轴；4-第三轴；5-箱体；6-空心轴；7-钢丝绳；8-导绳器；9-联轴器；10-卷筒；11-定子；12-转子；13-弹簧；14-制动器。3.2 吊钩组吊钩是起重机上应用最普遍、最通用的基本吊具，他常与滑轮组的动滑轮合成吊钩组作起重机上的取物装置。根据吊钩的起重量10t和机构工作级别m3参考文献7表8.1-84取钩号5，材料dg235。3.2.1 吊钩横梁的计算 吊钩横梁工作时的危险截面位于横梁中部，其最大弯曲应力为： =94mpa（3-1）式中 fq起升载荷，9800n； 动载系数，1.1； l拉板的间距，297.5mm；b横梁吊钩，105mm；d吊钩孔径，70mm；h吊钩与横梁连接部分长度，93mm。将数据带入上式得=79.46mpa94mpa,合格。轴孔d1的平均应力： (3-2)式中 拉板厚度，10mm； d1轴孔直径，90mm； 许用挤压应力，mpa，=78.33mpa。将数据带入上式得mpa78.33mpa，合格。3.2.2 滑轮轴的计算根据滑轮轴上的受力分析，在滑轮处收到最大弯曲应力，最大弯曲应力为式中 w抗弯截面系数；d滑轮处轴的直径，90mm；m弯矩，nm其中 f=fq/2。将数据带入上式得 mpa94mp图3-2 滑轮组受力和弯矩3.2.3 拉板的计算吊钩组两侧的拉板危险截面为孔的水平截面和竖直截面。水平截面的内侧孔边最大拉应力为（3-3）式中b拉板宽度，180mm；拉板厚度，10mm；加强板厚度，6mm；aj应力集中系数，参考文献4图2-36，取值2.5。将数据带入上式得=93.58mpa138.24mpa，合格。垂直截面的内侧孔边最大拉应力为（3-4）式中 拉板孔中心到板底的距离，90mm。 将数据带入上式得=62.3878.33mpa，合格。（3-5）将数据带入上式得=37.43mpa12mm；铸钢卷筒15mm，焊接卷筒78mm，取=16mm。5.3 卷筒校核 卷筒工作是，由于受钢丝绳最大拉力的作用，卷筒壁主要承受钢丝绳缠绕箍紧所产生的压缩应力，以及扭转和弯曲应力。当卷筒长度小于三倍（l3d）直径时，弯曲和扭转应力一般不超过压缩应力的10%15%，只需按压缩应力进行强度校核，反之，还需计算弯曲力矩产生的弯曲应力。卷筒壁上的压应力为： （5-3） 式中 -钢丝绳的最大拉力，n；-绳槽节距，mm；-卷筒壁厚，mm；a-应力减小系数，一般可取a=0.75； -卷筒材料的许用应压力，mpa，对铸铁，=150mpa。 =109.2 mpa 150 mpa 抗压强度足够。卷筒弯矩图如下： 图5-4 卷筒弯矩卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳为与卷筒中间时，弯矩 =29741922.3n mm；卷筒内径 =323mm；断面系数 =1407819.826；卷筒承受拉应力 =21.13mpa；许用应力 =195/2=97.5mpa；合成应力 （5-4）=92.11mpa；卷筒强度验算通过。5.4 卷筒转速卷筒转速可按下式计算： =11.89r/min （5-5）