双梁桥式起重机小车主起升机构设计

1、摘要本文首先介绍了起重机的概念和分类，在国内外的发展概况，以及起重机的现代设计方法。接着对桥式起重机的特点、分类以及构造进行了详细的叙述。其中，本次设计的是桥式起重机小车的主起升机构，主起升机构的起重量大，是用以起吊重物的机构。它是桥式起重机的重要组成部分。本次设计的起升机构选用闭式的传动方案，在选用的半齿联轴器及带制动轮的半齿联轴器中用一根高速浮动轴联接，并且为了防止在运作中高速浮动轴突然断裂而制动不了卷筒，另外选用了制动器来制动卷筒；选择合适的减速器以及电动机等。由于现代工业的迅速发展和国内外市场竞争的加剧，起重机在现代化生产过程中的应用越来越广，作用也越来越大，对起重机的要求也相应的越来

2、越高了。因此起重机的设计方法需不断的充实、完善，使设计出的起重机更符合实际使用工况，更注重功能化、经济性和可靠性。本次的毕业设计运用多种起重机的现代设计方法，特别是运用计算机辅助设计（CAD）的方法，在计算机上将桥式起重机起升机构的设计图纸CAD化，大大提高了设计的效率，节省时间。关键词 桥式起重机；小车；起升机构；设计AbstractThis paper first introduces the concept of a crane and the cranes classification, the developments at home and abroad, and the cran

3、es modern design methods. Then it describes in detail in the features、the classification and the structure of the bridge crane. In which, this time is designing the main hoisting mechanism of the small car of the bridge crane, the main hoisting mechanism from hoisting weights, which is used for hois

4、ting heavy objects . It is an important component of the bridge crane. The design of the hoisting mechanism chooses the closed transmission programme, in the selection of the semi-gear coupling and the semi-gear coupling with break round using a high-speed floating-axis connection, and in order to p

5、revent the operation of the high-speed floating-axis suddenly rupture that can not brake the reel, in addition to choose brakes to brake the reel; then chooses a suitable motor and reducer, and so on.Because of the rapid development of modern industry and the market competition intensifies at home a

6、nd abroad, crane is used more widely in the modernization of the production process , the role of the crane is growing, also the corresponding requirements of the crane increase. So the design of the crane needs to constantly enrich and improve, that the designed crane can more meet the actual use c

7、onditions, and pay more attention to functional, economic and reliability of the crane.This graduation design uses a variety of the cranes modern design methods, in particular the computer-aided design methods（CAD）, in addition, making the hoisting mechanism of the bridge crane in the CAD design dra

8、wings way with the computer, greatly improve the efficieney of the design and save time.Keywords bridge crane small car hoisting mechanism designII目 录1 绪论11.1 概论11.2 起重机的分类11.3 国内外起重机的发展概况和发展动态21.4 起重机的现代设计方法概述32 桥式起重机72.1 桥式起重机的特点72.2 桥式起重机的分类72.3 桥式起重机的构造82.4 桥式起重机小车的特征93 基本参数的确定113.1 基本参数113.2 桥式

9、起重机主起升机构主要参数确定124 起升机构的传动方案134.1主起升机构传动方案的类型134.2主起升机构传动方案的确定175 起升机构主要零部件的计算185.1 钢丝绳的选择185.1.1钢丝绳所受最大静拉力的计算185.1.2选择钢丝绳195.2 滑轮、卷筒的计算195.2.1滑轮、卷筒最小直径的确定205.2.2卷筒长度和厚度的计算205.2.3卷筒转速的计算215.3 初选电动机215.3.1起升机构静功率的计算215.3.2初选电动机的功率225.4 减速器的选择225.4.1起升机构总传动比的计算225.4.2减速器被动轴最大扭矩的计算225.4.3减速器被动轴最大径向力的计算2

10、35.4.4实际起升速度的验算235.5 制动器的选择235.5.1 制动器的类型245.5.2 制动器的类型选择245.5.3 常用制动块的比较245.5.4 制动器的设计计算245.6 联轴器的选择255.7 制动器、电动机的验算265.7.1制动器制动时间的验算265.7.2电动机起动时间的验算275.7.3电动机起动加速度的验算275.7.4电动机可靠性的验算275.7.5电动机发热的验算285.8 高速浮动轴计算285.8.1疲劳计算285.8.2静强度计算29结论31致谢32参考文献33附录34II1 绪论1.1 概论起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，又称

11、吊车，属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。 中国古代灌溉农田用的桔，是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。 随着现代工业的迅速发展和生产规模的扩大，物料搬运费用在生产成本中的比例越来越高。因此，如何正确合理的选用

12、起重机，对提高生产效率，充分发挥起重机的有效功能，满足使用需求，降低使用成本，提高经济效益，确保运行安全都具有十分重要的意义。由于现代工业的迅速发展和国内外市场竞争的加剧，起重机在现代化生产过程中的应用越来越广，作用也越来越大，对起重机的要求也相应的越来越高了。因此起重机的设计方法需不断的充实、完善，使设计出的起重机更符合实际使用工况，更注重功能化、经济性和可靠性。起重机作为一种古老的机械，实至今日，在其承载机构，驱动机构，取物装置，控制系统及其安全装置等各方面都有了很大的发展，其设计理念，制造工艺，检测手段等都逐渐趋于完善和规范化，并且已经成为一种比较完善的机械。但是由于生产发展提出新的使用

13、要求，起重机的品类、形式也需要相应发展和创新，性能参数也更趋于完善与变化。由于现代化设计方法的建立和以计算机辅助设计等现代设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新，其他技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上的渗透推广采用等，更使起重机的各个方面不断的丰富更新。1.2 起重机的分类起重机根据结构的不同可以分为：1）桥架型起重机。可在长方形场地及其上空作业，多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，有梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、缆索起重机、运载桥等。2）臂架型起重机。可在圆形场地及其上空作业，多用于露天装卸及安装等工作，有门座起重机、浮游起重机、桅杆起重机、

14、壁型起重机和甲板起重机等。另外，起重机也可以根据驱动方式、工作类型、机动性和用途等进行分类。起重机根据用途的不同又可分为：1）通用起重机。通用起重机包括通用桥式起重机，通用门式起重机，通用桥门式起重机，电动单梁起重机，电动葫芦门式起重机，电动葫芦双梁起重机，手动梁式起重机等。2）大型专用起重机。大型专用起重机则用在冶金，交通，水电，建筑等部门使用的铸造起重机，板坯搬运起重机，淬火，绝缘，防爆等专用起重机，集装箱，水电站用起重机及大型履带式起重机等在内的产品。起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，它们大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过

15、液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。1.3 国内外起重机的发展概况和发展动态我国起重运输机械的生产在解放前是一个空白点，解放后在毛主席无产阶级革命路线指引下，才获得高速的发展。1949年10月27日，由大连起重机器厂生产出我国第一台起重量为5吨、跨度为2

16、2.5米的双梁箱形桥式起重机，至今已有59年的历史。我国对起重机的标准化、系列化、通用化工作也十分重视。几年来，我国对起重运输机械产品组织制定技术条件标准，以及产品零部件标准工作，有的已经批准为国家和部颁标准。随着我国工业发展的需要，对“三化”工作不断提出新的要求。因此，多年来，有关领导组织工厂和研究、设计、使用单位对产品进行系列设计工作，逐渐形成系列生产。以大连起重机器厂为例，在1957年、1959年，对通用桥式起重机进行了两次整顿之后，又在1960年、1962年、1964年、1971年前后四次对桥式起重机上的十四个主要部件进行了系列更新设计，至今已实现了“三化”。上海起重运输机械厂对箱形双

17、梁桥式起重机在过去几次整顿的基础上，于1971年又重新设计，形成箱形双梁桥式起重机的新系列。并对机构、传动、电控等方面作了较大的革新。至今为止，我国生产起重机是从无到有，由仿制到自行设计，质量不断提高，品种不断增加，技术水品与生产能力都有很大提高。近几十年来，我国自行设计制造的起重机不仅可以满足国内的需要，而且有一定数量的出口。欧洲是起重机的发源地，其技术水平与生产能力也较高。随着科学技术的进步和生产规模的扩大，各主要欧美国家为了垄断技术，争夺市场，对于桥式起重机的制造工艺及控制系统分别做了大量的试验，对产品进行了多方面的改进。例如对起重机零部件进行通用化既大大提高了质量，减少制造劳动量，降低

18、成本，同时还可减少起重机的运营支出和维修时间。还有为了减少减速器在安装时的调整工作量，很多厂商采用了直接悬挂到卷筒或车轮轴上的减速器。另外，还有采用圆盘制动器等一系列改进措施。当前，国外起重机发展有五大特征：1）简化设备结构，减轻自重，降低生产成本。芬兰Kone公司为某火力发电厂生产的起重机就是一个典型的例子。其中起升机构减速器的外壳与小车架一端梁合二为一，卷筒一端与减速器相连，另一端支撑于小车架的另一端梁上。定滑轮与卷筒组连成一体，省去了支撑定滑轮组的承梁，简化了小车架的整体结构；2）更新零部件，提高整机性能。法国Patain公司采用窄偏轨箱形梁作主梁，其高、宽比为43.5左右，大筋板间距为

19、梁高的2倍，不用小筋板。主梁与端梁的连接采用搭接方式，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。在电控系统上采用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统，实现有载及空载的有级或无级调速；3）设备大型化。随着世界经济的发展，起重机械设备的体积和重量越来越趋于大型化，起重量和吊运幅度也有所增大，为节省生产和使用费用，其服务场地和使用范围也随之增大；4）机械化运输系统的组合应用。国外一些大厂为了提高生产率，降低生产成本，把起重运输机械有机的组合在一起，构成先进的机械化运输系统。与此同时，国内起重机也有了新的发展方向：1）改进起重机械的结构，减轻自重。国内起重机多已采用计算机优化设计，

20、以此提高整机的技术性能和减轻自重，并在此前提下尽量采用新结构。目前国家星火计划提出桥架采用四根分体式不等高结构，使它在与普通桥式起重机同样的起升高度时，厂房的牛腿标高可下降1.5m；两根主梁的端部置于端梁上，用高强度螺栓连接；车轮踏面高度因此下降，也就使厂房牛腿标高下降。2）充分吸收利用国内外先进技术。电气控制方面吸收消化了国外的先进技术，采用了新颖的节能调速系统。3）向大型化发展。由于国家对能源工业的重视和资助，建造了许多大中型水电站，发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。三峡电厂需要1200t桥式起重机。纵观国内外起重机的动态与发展，市场前景非常广阔。1.

21、4 起重机的现代设计方法概述长久以来，起重机的设计方法多应用以古典力学和数学为基础的半理论，半经验设计法和类比法，直觉法等传统设计方法，设计过程反复多，周期长，设计的精确度差。近年来随着电子计算机技术的广泛应用和系统工程，优化工程，价值工程，可靠性工程，创造工程，人机工程等现代设计理论的不断发展，促使很多跨学科的现代设计方法出现，使起重机的设计进入创新，高质量，高效率的新阶段。1）计算机辅助设计(CAD)随着市场竞争的加剧，不仅要求缩短产品更新换代周期，而且还要求产品由原来的单一品种、大批量生产模式，转向多品种、高质量、小批量生产模式。传统的人工设计方式已不能适应这种变化的要求。计算机辅助设计

22、是随着计算机及其外围设备发展而迅速形成的一门新兴的现代设计方法。它的发展与应用，对提高设计质量和效率、提高产品的市场生存和竞争力发挥十分明显的作用。电子技术和计算机技术的发展使计算机辅助设计硬件设备性能得以提高，各种硬件设备不仅已形成了产品，而且己成为CAD的一般配置。目前，计算机辅助设计方法已成为工程技术人员进行创造性设计活动不可缺少的手段。2）模块化设计起重机非标产品很多，其参数规格的多样化，常常造成重复设计，效率低成本高，而且产品通用化程度低，更新换代速度慢，这种传统的设计方式需要改进。模块化设计是根据模块化原则，设计一些基本的模块单元，通过不同的组合形成不同的产品，以满足用户的多种需要

23、。随车起重机模块化设计以功能分析为基础，将随车起重机上同一功能的基本部件、元件、零件设计成具有不同用途、不同功能的模块，这些模块具有相同的连接要素，可以互换，选用不同的模块进行组合可形成不同类型和规格的产品。3）有限元设计有限元设计是根据变分原理求解数学、物理问题的一种数值计算方法，随着计算机的发展，在工程领域得以广泛应用。一般的传统设计计算方法局限性很大，仅能进行粗略简化分析，载荷工况只有有限的几种，无法随意组合，大多只能分析静力。而有限元法能整体、全面、多功能随意组合，进行静力、动力、电场、磁场等分析。对完成结构复杂的系统分析十分有效，现已在随车起重机结构计算中应用。4）优化设计长期以来，

24、起重机设计一直沿用着经验类比设计方法，不仅需要花费较多的设计时间，设计周期也长，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较分析，同时选择的方案也没有十分准确的评价标准来衡量其优劣，一般很难得到近乎最优的设计方案。随着电子计算机技术的发展与应用，可以建立设计过程能自动择取最优方案的一种迅速有效的方法，即优化设计。优化设计方法可根据产品要求，合理的确定和计算各种参数，以期达到最佳的设计目的。5）动态仿真设计起重机是在复杂工况下工作的大型结构系统，其动态性能受多种因素影响，运动参数与载荷不能用一个简单的数学模型描述。以往由于设计者缺乏有效的理论与工具，所以起重机设计往往以静态设计为主，显然这种设计方法具

25、有局限性。要准确分析起重机的动态性能，实验是一个有效的方法，它可以实际测量起重机所承受的载荷和结构响应。但起重机实测在产品制成以后方有可能，这样做风险大、成本大、费工费时。国外近年来在起重机设计中采用了动态仿真设计的新方法，即用计算机对机构与结构在各种工况下承受载荷进行运行状态随时间变化过程的仿真模拟，得到仿真输出参数和结果，以此来估计和推断实际运行的各种数据，并在对起重机进行动态分析计算时用。 6）可靠性设计随着现代工业技术的发展，起重机的作用越来越大，功能逐渐增加，而使用条件却很苛刻，导致发生故障的机会增多，造成的后果愈加严重，因此可靠性问题日渐尖锐，成为国际市场上产品竞争的焦点。产品的设

26、计决定了产品的固有可靠性，如在设计时留下了部可靠的隐患，在产品制成后再予弥补，由此引起的故障 要花费成倍的代价。可靠性设计就是从安全和经济两方面考虑，事先确定出产品产品最小失效概率的一种设计方法，其目的就是在费用允许的条件下，尽量防止产品失效的发生，设计出高可靠性的产品。可靠性设计包括确定可靠性指标及其量值、失效分析、可靠性分析、可靠性分配、可靠性验证等。7）反求工程设计目前世界各国都在充分利用别国的科技成果加以消化吸收与创新，并进一步发展自己的新技术和新产品。反求工程设计是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合。反求工程设计通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、研究、解剖

27、和试验，了解其参数、性能、构造和功能，掌握其关键技术、工作机理和工艺原理，以进行仿制、改进或发展创造新产品的一种方法。 8）通用化设计通用化设计是指对成系列、成批量的通用起重机产品，为了降低生产成本，简化生产管理，希望用最少规格数的零部件组成尽可能多的产品规格型号数。9）三次设计三次设计是由日本著名学者于70年代创立的。无论设计一个新产品还是一种新工艺，可分三个阶段进行：第一阶段为系统设计即功能设计。第二阶段为参数设计，是产品设计的核心。第三阶段为容差设计，由于各零部件成本低、参数性能波动范围较大，容差设计是再考虑各零部件性能的波动对产品整机特性影响以后，在部增加总损失的前提下，通过控制影响大

28、的主要误差因素本身的波动来改善产品整机性能的稳定性。三次设计的基本思想是用正交表安排试验方案，用误差因素模拟各种干扰，以动态特性的SN比作为衡量产品质量特性稳定性的指标，用廉价零部件组装质量上乘、成本低廉、性能稳定可靠的产品。10）疲劳设计国外开展疲劳问题的研究已有百年的历史了，随着起重机向高速、大型化方向发展，零部件的工作应力日趋提高，工作环境日趋恶劣，疲劳破坏事故时有发生，因此对疲劳设计已越来越引起重视。目前疲劳设计理论已从原先以最大应力为主要变量发展到最大应力幅为主要变量，近年又将可靠性理论引入疲劳强度设计，采用极限状态法、近似概率法或者全概率法，还可以采用统计断裂力学理论估计起重机结构

29、疲劳失效概率。虽然通过疲劳设计，可预估起重机零部件的疲劳强度和寿命，但有时还无法考虑各种影响因素之间的相互干涉作用，为了定量分析，还需要进行验证性疲劳试验。11）极限状态设计由于载荷不能准确确定，起重机设计难免冒一定风险，所以应把这种风险限制到人的经验能接受的程度。为了明确允许风险程度，国外在80年代初把概率论、数理统计、可靠性理论等学科引进到起重机的设计中，出现了以概率统计法为基础的起重机极限状态设计法。把载荷、材料性质、构件实际尺寸等均看作基于某种概率分布的统计量，通过大量实测与调查得到各基本变量的分布概型及参数，然后应用概率论可靠性知识，计算失效的概率来估计起重机钢结构的安全度。12）工

30、艺艺术造型设计随着时代的进步，在国外市场上，对起重机产品的造型、外观质量和使用舒适性提出了越来越高的要求。工艺艺术造型设计是工程技术与美学艺术相结合的一门新学科，在工业产品造型设计过程中，不仅要设计产品的外形，而且还要以产品的功能、结构、生产工艺、材料、宜人性、市场销售及产品创造等因素为出发点，将工程技术与美学艺术结合起来，综合协调地对产品款式进行塑造和设计。2 桥式起重机2.1 桥式起重机的特点随着时代的发展，制造工厂和装卸作业场所开始转向室内，使桥式起重机占据了主导地位。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。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车

31、沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。因此桥式起重机是机械制造工业和冶金工业中应用广泛的一种起重机械。桥式起重机的特点在于：它既不占据地面作业面积，又不妨碍地面上的作业，可以在起升高度和大、小车轨道所允许的空间内担负任意位置的吊运工作，即能以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都可当作可能的作业范围，来进行高速以及高效的服务。2.2 桥式起重机的分类桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机、冶金专用桥式起重机、铸造起重机、脱锭起重机、加料起重机、

32、锻造起重机和夹钳起重机八种。普通桥式起重机：普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机：简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。冶金专用桥式起重机：冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小

33、车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作,为了扩大副钩的使用范围和更好地为炼钢工艺服务，主、副钩分别布置在各自有独立小车运行机构的主、副小车上，并分别沿各自的轨道运行。常用的结构形式有四梁四轨式和四梁六轨式。脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立

34、柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。2.3 桥式起重机的构造普通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。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。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。小车架是支托和安装起升机构和小车运

35、行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两

36、边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱

37、形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。本次设计的是主起升机构，主起升机构的起重量大，用以起吊重的机构。它是桥式起重机的重要组成部分。在本次毕业设计中，将详

38、细的对双梁桥式起重机小车主起升机构进行一系列的设计。2.4 桥式起重机小车的特征我国制造的桥式起重机的小车具有下列特征：1）起升和运行机构由独立的部件构成。这些部件间采用补偿联轴器联系起来。齿轮联轴器补偿了转轴中心线的偏差和歪斜，这些偏差和歪斜系因制造与安装不精确，以及小车架变形而发生部件间彼此位移所引起的。由于采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“三化”（标准化、通用化和系列化）的原则。这使得零部件的互换性得到了保证，大大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。3）小车的车架用钢板焊接而成。在车架上焊有底板（垫板）（图

39、21），电动机、减速器、制动器和可拆卸的轴承座等均安装在这种底板上。为了简化车架的加工，底板的加工面应尽量布置在同一水平面或垂直面上。4）起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大、传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。5）所有机构中都采用滚动轴承。卷筒和车轮安装在转轴上和转动的心轴上。通常，从动车轮安装在带有两个角形轴承箱2（图21）的转动心轴上。而主动车轮安装在带有两个角形轴承箱3的独立转轴上，它与减速器的输出轴端用联轴器相连接。因此，拆卸联轴器后车轮可与其轴承箱一起从轨倒上推出来。减速器4也可以用来单独地拆卸并且安装起来。6）过去都采用短行程或长行程

40、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已经很少使用。近年来趋向于用制动性能良好的电动液压推杆和电磁铁液压推杆式制动器来取代上述几种制动器。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。为使部件容易装拆，通常，将制动轮与齿轮联轴器做成一个部件（图21中的5）。但根据机构的布置的需要，也可以将制动轮作成独立的零件来安装上起重机（图21中的6）。7）在制造起重机时，由于零件的热处理得到了广泛的应用，从而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，轴承的润滑最好采用集中的润滑系统。图21 桥式起重机小车构造图1垫板

41、 2从动车轮组 3主动车轮组 4减速器 5、6起升及运行机构制动器3 基本参数的确定3.1 基本参数起重机的基本参数表征起重机主要性能特征和作业能力，是起重机正确选用的基本依据。桥式起重机的基本参数包括起重量、起升高度、工作级别、工作速度和跨度等。1）额定起重量:起重机额定起重量是在各种工况下安全作业所容许起吊重量的最大质量值，包括取物装置重量。按标准规定，桥式起重机的起重量系列采用的是R10优先数系，从3.2吨开始，按1.25公比递增为4.5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50吨。最为常用的系列是5吨、10吨、16吨、20吨、32吨和50吨。通常，当起重机超过10

42、吨时设两个起升机构，即主起升机构和副起升机构，二者起重机之比约1：4。主起升机构的起重量大，用以起吊重的货物，副起升机构的起重量小，但速度快，用以起吊较轻懂得货物或作辅助性工作，以提高工作效率。2）起升高度:吊钩起升到最高位置时，钩口中心到支撑地面的距离。在标定起重机性能参数时，通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限位置时从钩口中心至支撑地面的跟离。对于动臂式起重机，当吊臂长度一定时，起升高度随幅度的减小而增加。起升高度的选择按作业要求确定。通用桥式起重机一般将起升高度限制在20m以内。3）工作级别：工作级别是反映起重机械总的工作状况的性能参数，是设计和选用起重机械的

43、重要依据。它由起重机械在要求的使用期间内需要完成的工作循环总次数和载荷状态来决定。国际标准化组织(ISO)规定将起重机械工作级别划分为8级。桥式起重机安装的场所和使用的条件差别很大，起重能力的利用程度和工作频率各不相同，桥式起重机的工作级别分为A1A8共8级，可根据起重机的利用等级和载荷状态，即根据起重机的使用繁忙程度和满载程度通过计算而定。4）工作速度: 桥式起重机的工作速度包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度。工作速度的选择取决于多种因素。首先与起重量有关，中、小起重量的起重机选用高速以提高生产率，大起重量的起重机宜选用低速以降低驱动功率，提高运行的平稳性和安全性。工作速度还取决于工作

44、级别和使用要求，工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重机选用高速; 工作级别低、用于调整性运行的工作机构可选用低速; 仅用于设备安装与维修的起重机除应选用低速外，还可根据需要，采用双速（快、慢速）、微速或调速。采用变频调速可使工作速度在1：10之间任意调节。5）跨度：桥式起重机的两条运行轨道中心线之间的水平距离称为跨度，用字母S表示（过去常用字母L 表示），单位为米（m）。起重机的跨度主要取决于服务空间的宽度，用于厂房内的起重机跨度取决于建筑物的宽度。为了使跨度参数系列化，桥式起重机的常用跨度每隔3m为一级。3.2 桥式起重机主起升机构主要参数确定最大额定起重量(t) : 50起升机构工作级

45、别： M4最大起升高度(m) : 12最大起升速度(m/min)： 15小车自重(t): 15.518.5 小车轨距（mm）： 22004 起升机构的传动方案4.1主起升机构传动方案的类型在进行桥式起重机小车主起升机构设计前，要先确定合理的传动方案。桥式起重机小车，因起重量、起升速度和起升高度等设计参数的不同，而有多种传动方案。在这些方案中大体可分为闭式传动与开式传动两类。1）闭式传动（图41）在电动机与卷筒之间，大多数情况采用传动效率较高的圆柱齿轮减速器，而涡轮减速器，由于传动效率低，除受地位限制需采用外，一般较少应用。在图41a和b中，电动机与减速器之间采用一带制动轮的弹性柱销联轴器或带制

46、动轮的全齿联轴器直接相联接；而在图41c中，电动机与减速器之间采用一中间轴，轴的一端联有半齿联轴器，另外一端则联有带制动轮的半齿联轴器。象这种在两个半齿联轴器之间没有外支座的中间轴，除允许径向和角度有微量偏移外，由于可沿轴向稍微串动，因此，称它为浮动轴。图41 采用闭式传动的起升机构构造型式1电动机 2带制动轮的弹性柱销联轴器或全齿联轴器 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中间浮动轴10半齿联轴器利用浮动轴联接比弹性柱销联轴器或全齿联轴器有两大优点：1）容许较大的安装误差，而且轴愈长允许的安装误差愈大。故浮动轴长度一般不宜过短（不小于500mm），否则

47、所起的补偿作用不大。2）由于有足够的维修操作空间，便于拆卸和更换零件。3）使小车由于自重引起的轮压分布均匀。利用浮动轴的缺点，就是增加了零件数量和增大了转动惯量，因而在起动与制动时增加了动力矩。为安全计，带制动轮的半齿联轴器和制动器应靠近减速器。这样，万一浮动轴被扭断，制动器仍可以制动住卷筒。同理也可以把制动器放在减速器的外侧，如图41c虚线所示。这时在浮动轴的两端应采用同型号的两个半齿联轴器，并且要多安装一个与制动器相配合的刚性制动轮。减速器与卷筒的联接型式很多，图41a中的5是用一个全齿连接器来联接的，这种型式构造简单，分组性好，但在卷筒轴线方向所占的位置较长，且由于增加了卷筒的轴承部件和

48、联轴器而使机构的自重有所增加。为了缩短卷筒联接的轴向尺寸，采用同轴传动的型式，即把卷筒轴与减速器低速轴合并为一根长轴（图42）。从受载情况分析，这根轴是既受弯曲又传递扭矩的转轴。此轴可以是三个轴承作支点的超静定轴（图42a），或用两个轴承作支点的静定轴（图42b），它们的共同缺点是装拆不便，轴的构造比较笨重，减速器不能单独进行装配和试运转。也就是说这种结构的起升机构的分组性差。图42 卷筒装在减速器低速轴上的构造图43所示的卷筒与减速器的联接是省略卷筒长轴的方案。卷筒的一端通过一圈沿圆周均布的鼓形滚柱，支承在减速器输出轴的悬臂上，滚柱嵌在轮毂和轮辐内外圈之间的半圆形凹槽内，沿着圆周能够传递切向

49、力，兼有径向轴承调位的作用，省去了一个径向支承装置。滚柱的受力分析中切向力由全部滚柱分担，而径向力则由分布在180度范围内的滚柱来承担。总之，采用这种结构可以达到轴的静定、构造紧凑、安全可靠和安装性能良好的效果。图43 无长轴卷筒与减速器轴悬臂铰接的构造近年来在某些中小起重量的起升机构中，也有采用图44所示的结构型式。其特点是将卷筒直接刚性地装在减速器的出轴上，这样就省去了一套复杂的联接装置，使结构简化，自重减轻。为了消除小车架的变形影响，将减速器支承在一个纵向的柱销KK上，使它可作少许摆动，从而使卷筒的支承成为静定系统。因此，这种结构称为“摇摆减速器方案”。这时卷筒的右轴承应当容许轴向游动。

50、这种结构的缺点是由于减速器的偏摆，使高速传动轴、联轴器以及制动器等的工作状况变坏。图44 “摇摆减速器”式的起升机构采用侧支减速器传动的结构型式如图45所示，减速器低速轴处箱体侧面凸出部支承在两个轴承座1和2上，而在高速轴处减速器箱体端部用一螺栓3固定在小车架上，使减速器不能摆动。电动机与减速器直接用联轴器联接。而卷筒与减速器是通过套筒式联轴器联接的。侧支式减速器的优点是卧式和立式减速器合并为一种系列，因为它可以水平或直立的来安装。这种联接传动的方式在西德及奥地利等国家的桥式起重机上应用的较广泛。图45 “侧支减速器”式的起升机构1、2轴承座 3螺栓以上只是介绍了几种国内外桥式起重机中常用的闭

51、式传动起升机构的构造型式。当然，由于采用传动装置的型式不同还可以列举很多，例如利用各种行星减速器作为传动的起升机构的构造方案等，限于篇幅和使用不普通，因而就不在此处介绍了。2）开式传动在电动机与减速器之间，除减速器外尚有开式齿轮传动。这种构造型式适用于起升速度较低的情况，如我国生产的大起升重量的桥式起重机（Q>80tf）的起升机构多采用这种型式。由于开式齿轮传动适于圆周速度较低的情况工作，因此都将其放在靠近卷筒的最后一级传动中。在这类机构中，电动机与圆柱齿轮减速器的联接型式与上一类起升机构完全相同。4.2主起升机构传动方案的确定本次设计的是20/5t双梁桥式起重机小车主起升机构的传动方案

52、，所以采用的是闭式的传动方案。具体型式如图41c所示。5 起升机构主要零部件的计算5.1 钢丝绳的选择桥式起重机几乎都用钢丝绳来起升重物的。钢丝绳之所以会被广泛的利用，其特点在于：1） 结构简单，自重轻。2） 寿命长，安全可靠，工作时无噪音。3） 磨损程度及钢丝断线可以从外面发现。4） 由于钢丝的绕制方法可以保持它的弹性，增强了耐冲击性。起重机用钢丝绳多用双捻钢丝绳，即先将钢丝捻成股，再将各股捻成绳，因其中部有一柔软的芯子，桡性较好，制造工艺也不太复杂，而应用广泛。钢丝绳有多种构造形式，一般应优先采用线接触钢丝绳，在有腐蚀性的环境中工作时，应采用镀锌钢丝绳。根据起重机的额定起重量，选择双联起升

53、机构滑轮组倍率为4，钢丝绳缠绕方式如图51所示。图51 钢丝绳缠绕方式5.1.1钢丝绳所受最大静拉力的计算钢丝绳所受最大静拉力见式（5.1）。 （公斤） 式（5.1）式中 Q额定起重量，Q50000公斤； 吊钩组的重量，1050公斤（吊钩重量一般占额定起重量24）； 滑轮组倍率，查得4； 滑轮组效率，0.98。 6511.5公斤5.1.2选择钢丝绳根据机构工作类型、使用要求，选取适当的安全系数，然后用下式计算钢丝绳应有的破断拉力，并从钢丝绳规格表中选择合适的型式和尺寸。所选择钢丝绳的破断拉力应满足见式（5.2）。 式（5.2）而钢丝绳破断拉力计算见式（5.3）。 式（5.3）式中 钢丝绳最大工作静拉力，6511.5公斤；钢丝绳破断拉力（公斤）；钢丝破断拉力总和；钢丝绳安全系数，对于中级工作类型5.5；折减系数，0.85。由上式可得 42133.2公斤根据查钢丝绳产品目录可选用： 钢丝绳63724110光右交（GB110274），42150公斤。因为>42133.2公斤，所以满足要求。所以选用的钢丝绳直径为mm。5.2 滑轮、卷筒的计算卷筒从钢丝绳缠绕方面来区分，有单层缠绕与多层缠绕之分。单层缠绕有单层卷绕单联卷筒与单层卷绕双联卷筒，