可拆装式小吊车设计

1、可拆装式小吊车、才 、刖言工作机构的设计1.1钢丝绳的选择1.2第二章卷筒和滑轮直径的选取传动装置的设计和计算2.1卷筒功率和转速的计算2.2电动机和制动器的选取2.3第三章传动机构的设计和计算结构设计3.1带轮的结构设计3.2齿轮的结构设计3.3卷筒的结构设计3.4滑轮的结构设计3.5第四章支架的结构设计轴的设计和计算4.1小齿轮轴的设计4.2第五章第六章结论 致谢卷筒轴的设计支架的设计 吊车的稳定性问题参考文献1前言吊车即借助机械操作相对容易的把重物垂直调到高出的机械装置。吊车一般用于中大型机械企业，但随着我们日常生活中所遇到的新 问题越来越多，如北方农民每到丰收季节需要把粮食送到房顶晾晒

2、 等一些单靠人力比较困难的情况。因而本次设计课题主要针对家用或者广泛的说是民用。而我们所设计的可拆装式简易吊车具有实用性强， 操作简单，价格 低廉，易于收取且收起来时不怎么占用空间。非常适合民用。当然由 于时间相对仓促，我们设计水平有限，因而应该会有许多不足之处， 往老师斧正。工作机构的设计这里的工作机构是这吊车的起升机构，即包括卷筒，滑轮和钢丝绳。1.1钢丝绳的选择1.1.1钢丝绳的种类钢丝绳又叫钢索，是用优质高强度碳素钢制成的。其拉力强度高， 耐磨损，是起重机工作中最常用的材料之一。其种类很多。1按钢丝绳的绳股数量不同可分为单股和多股。单股刚性较强，不易 挠曲。多股是先由钢丝拧成股，再有股

3、拧成绳，随着股数的增加，股 内的钢丝愈细愈多，加上中间有个柔软的芯子，其挠曲性也就愈来愈 好，其可在直径较小的卷筒和滑轮中工作， 在起重机中以6股和8股 应用最多。2按搓捻方向不同可分为右同向捻，左同向捻，右交互捻，左交互捻 和混合捻等几种。钢丝搓捻方向和钢丝股搓捻方向一致的称为同向 捻，反之称为交互捻，相邻两股钢丝的捻向相反称为混合捻。同向捻钢丝绳表面平整，比较柔软，易于弯曲。它与滑轮槽的接触面 积大，因而单位面积压力小，不易磨损，比交互捻钢绳耐用，但由于 绳股和钢丝都向一个方向搓捻，因而吊重物时会使重物旋转，而起同 捻还易于打结，纠缠给工作带来不便，故不适合用于吊车。交互捻钢 绳的性能却刚

4、好与之相反，虽然耐磨性差点，但可满足吊车工作要求。3按芯材分可分为纤维芯，石棉芯和金属芯三种。油浸泡过的纤维芯 钢绳比较柔然，易于弯曲，且因油的作用可使钢绳不易生锈，但其不 能在高温和横向重压下工作。石棉芯除了比较柔软，易于弯曲外还可在高温下工作，但不能承受横向重压，金属芯钢绳不易弯曲，太硬 综上所述，本设计决定采用纤维芯的交互捻钢丝绳。1.1.2钢丝绳的型号国产标准钢丝绳型号较多，按抗拉强度分为(140,155,170,185,200)公斤/平方毫米，五个等级。标记示范为杠柚直射1兴5醱斤.U2棉37+11-185-H-GB 1102丄741.1.3钢丝绳的直径选择根据经验公式P最大X S=

5、P破P最大：单根钢丝绳的最大工作拉力，NP破：钢丝绳的破坏拉力总和，NS:钢丝绳的安全系数已知G=700KG，图表示钢丝绳受力情况，G由两根钢丝绳共同分担。因而P最大=Gg/2n(n为滑轮组效率,一般为94%)即P最大= 150 X 9.8-2-0.94=3648.9N転网申和肚帼一即需要3648.9N的力才能拉动700KG的重物1.2卷筒和滑轮的选择卷筒和滑轮在吊车中起到省力的作用，在此设计中我们采用滑轮组方 式，即一静滑轮和一动滑轮。前者改变方向后者省一半力。经过长期实践对于卷筒和滑轮组计算有经验公式D(e-1)dD:卷筒和滑轮的名义直径，即槽低直径，mmd:钢丝绳直径，即其外接圆直径，m

6、me：钢丝绳类型和用途决定的系数已知d=6.2根据机械零件设计手册属轻型的，e取16则D(16-1)x 6.2=93mm取滑轮直径D滑=120mm,考虑速度和滑动比要求卷筒直径为D卷=200mm.2传动装置的设计和计算为了节省人力，我们的动力源一般为电动机，为了经济的选择电动机 我们需要知道工作机构在提升最大重物时所需要的功率。2.1计算卷筒的功率N卷=P uP:卷筒钢丝绳的拉力，此最大为3648.9Nu:卷筒钢丝绳的速度，此为重物速度的2倍u =0.48m/s贝卩N卷=1.75KW2.2计算卷筒的转速卷筒速度u = n Don卷/(60X 1000)m/s得卷筒卷速n卷=60X 1000u

7、/n D0转/分式中Do：卷筒的计算直径是指按钢丝绳横截面中心量得的直径, 由此得D0=D卷+d=200+6.2=206.2mm则n卷=60X 1000X 0.48/(3.14X 206.2)=44转/分2.3电动机的选择2.3.1电动机类型的选择电动机是已经系列化的标准产品。在设计中主要根据电动机的输出功 率，工作条件和经济要求，从产品中选择其类型，结构形式，功率和 转速，并确定其型号。电动机大体分为直流和交流，相对于直流电动机交流异步电动机结构 简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，且具有较好的稳态和动态特 性，非常适合本次设计产品的要求。因而本次采用三相异步电动机。2.3.2电动机转速的选

8、择同功率(50HZ)的异步电动机转速根据其磁极的不同有(3000,1500,1000, 750)r/min几种，一般机械中1000,1500所用叫广泛，其适用性大，普遍性强。根据本次设计产品，考虑节省成本，及传动装置的简单，我们采用1000r/min的转速。及其磁极为32.3.3电动机功率的选择从类型上讲，此设计宜选用JZ型三相异步电动机，因此电动机具有 较高的mm机械强度和过载能力，能承受经常的机械冲击和振动，转动惯 量小，过载能力大，适用于快速启动及经常制动的场合。从转速来讲， 为使传动机构不置太复杂，电动机的转速不已太高，从功率上讲，若 考虑传动效率为0.8，且传动比为19的情况下，查机

9、械设计手册知，选择JZ-11-6型电动机，其额定功率为2.2KW，满载转速为837r/min。根据以上所选的电动机型号可以得到所选的机座型号， 从而得到相关 的安装尺寸和电动机尺寸，电动机选用B3式机座，型号JZ-11-6，相 关 尺 寸 参数 如 下。A=190mm,B=140mm,C=70mm,D=28mm,E=60mm,F=8mm,G=24mm,H=112mm,K=12mm,AB=245mm,AC=230mm,AD=190mm,HD=265mm,L=400mm.具 体 外 观 如 下2.4计算总传动比i=837/44=192.5确定传动方案画出传动示意图为了获得传动比i=19我们需要考虑

10、到空间的分配， 传动的稳定， 经 济的合理，由于电动机和卷筒都有一定的体积，因而若只用齿轮传动 时就需要制造很大的齿轮因而不现实，于是我们自行设计了一种传动 方案，由带传动和开式齿轮传动组成，之所以选用带传动是由于其具 有结构简单，传动平稳，能缓冲吸振，可在大的轴间距传递运动和动 力，价格低廉使用维护方便。非常适合本次设计的传动要求。其传动 示意图如下图所示BAD召*同时我们还考虑了其他几种传动机构，其优缺点由下图所示方案比较优缺点小齿轮转速介于上面高达6261公斤/厘米。所选用较大的电磁闸瓦型制动器。所需的制动轮直径和宽度也都较大，装配时受到法实现。卷筒轴转速低，转矩 大，制动力矩也大，相邻

11、两轴空间位置的 限制，结构上可能无两者之间，位置也足 够大，且布置均匀， 结构紧凑。电动机转速高，转矩 小，制动力矩也小可 小型电磁闸瓦型制动 器。制动轮和小带轮 可做成一体。但缺点 是电动机轴悬重大， 更主要的是制动轮表 面线速度较高，在制 动过程中发热严重， 会降低制动轮覆面摩 擦系数，影响制动器 的寿命。根据比较我们得出第一种方案较好， 即采用原方案。2.6分配传动比由于我们需要获得传动比为i=19，根据经验当齿轮的传动比大于带轮的传动比是可以更加经济，因而我们设定带轮传动比为i带=4，齿轮传动比为i齿=4.752.7验算效率，功率根据经验可得传动机的一般效率即n带=0.96，n齿=0.

12、94，n滚=0.99贝卩n总=0.96X 0.94X0.99=0.88即N电=N卷/n总=1.75/0.88=1.99这说明电动机功率是足够的2.8各轴的转速，功率和转矩。已知N电=2.2KW，n电=837r/min，i带=4, i齿=4.75，n带=0.96，n齿=0.94,n滚=0.99则 各轴的转速为 电动机轴转速n1=837r/min小齿轮轴转速为n2=n/i带=837/4=209.25r/min卷筒轴转速n3=n2/i齿=209.25/4.75=44.1r/min各轴的功率Ni二N电=2.2KW小齿轮轴的功率n带=2.2X 0.96=2.112KW卷筒轴功率N3= N2Xn齿乂口滚=

13、1 .98KWll-ll(b)即卷筒轴的额定输出功率比实际的需要更大一些，这样可以保证期正常工作。各轴的转矩为：吊车起重时，卷筒的受力情况如下图所示，在钢丝绳的最大拉力作用下产生的转矩为皿卷=卩最大XDo/ 2 = 3 7 6.2 N/m方向为顺时针为使吊车能提升重物，卷筒应逆时针旋转运动，因此必须使小齿轮给 大齿轮施加一个作用力F,使其能够逆时针转动，同时还要是M扭大 齿轮M卷筒，以保证其有足够的转矩提升重物，而这个力由电动机 通过传动齿轮提供。电动机的转矩M电=9 5 5 0X N电/n电= 2 5.1N/m小齿轮轴转矩M扭小齿轮=M扭电Xi带Xn带= 96.4N/m卷筒轴转矩M卷=皿扭小

14、齿Xi齿Xn齿乂口滚= 426.1N/m计算结果表明M扭大齿轮大于M卷筒，即发动机所提供的力F足够提起重为方便了解先将上述所得数据列成表格，一杯以后计算时使用电动机轴小療轮轴卷简轴传动比j44.75转速nt转/分S37209.2544.1功率代千瓦2.221121.98转矩叽“J25.1%4426.12.9制动器的选择此吊车是依靠电动机的正反转来提升和卸下重物的， 因而为了停止需 要安装制动器，制动器是对运动者的周产生阻力距， 并使轴很快停止 的装置。制动器的选择是根据吊车提升重物时其提供的阻力距大于电动机的 作用在轴上的最大力矩为原则进行的 即M制KX M扭最大K:制动安全系数，此处去1.5

15、属轻级M扭最大：被制动轴的最大转矩J由上传动示意图可知本次方案所采用的是小齿轮轴作为被制动的轴，此轴的扭矩由之前计算可知为9 6.4N/m,因而可知其制动力矩皿制=144.6N/m通过查机械零件设计手册可知，可采用电磁闸瓦制动器JWZ-2 0 0。其产生制动力矩为M制=156.8N/m，正好大于144.6N/m，完全能够达到制动目的。2.10传动机构的设计和计算（1）带传动本次的带传动设计采用普通V带和V带轮传动，因其传动应用最广，传动比一般不超过7,带速一般为525m/s。已知电动机功率P = 2.2KW，转速为n = 8 3 7 r/mi n,其传动比为4,容许偏差（5%,+5%）,工作情

16、况不过12小时。1） 选择V带型号通过工作表可知其工作情况系数为KA=1.1，由功率公式得计算功率Pc=KA x P=1.1X 2.2=2.42KW根据Pc和n有经验表格可知选用A型普通V带。2） 确定带轮的基准直径di,d2由机械零件设计手册可以选择小带轮的基准直径di= 118m m,计算大齿轮基准直径d2=idi=118X 4=472mm.由表格其大带轮的基准直径为450mm.取S=0.015，则实际传动比i=d2/di心-0.015)=3.872即其传动偏差小于5%,因而满足要求。3)验算带速vv3.14dini/60/1000=5.2m/s即其满足5-25m/s要求4)确定中心距a和

17、基准带长Ld1) )初选中心距a0根据0.7(di+d2) 2+d2)得397.6比120即其合适。6)确定带的根数Z根据公式zPc/P=KAP/(Po+P1)KaKL由n和d1查表的P=1.12KW ,P1=0.1,K1=0.88 ,KL=0.96算的Z2.34即选用A型普通V带3根。7) )确定带的预拉力Fo由公式计算得F=500Pc(2.5/Ka-1)/z v +qv2通过查表得普通V带每米质量q=0.1kg/m所以经计算F=145.5N8)计算作用在轴上的力FQ由公式得FQ=2zFosin( ai/2)经计算得FQ=798.8N(2)齿轮传动已知其为开式单级外啮合直齿圆柱齿轮， 载荷平

18、稳， 双向传送， 小齿 轮传递功率Pi=2.112KW，转速n1=209.26r/min,小齿轮传递转矩=96.4N/m，传动传动比i=4.75，即其齿数比u=4。1)选取齿轮材料由于传动无特殊要求，为方便制造，采用软齿面齿轮，根据经验及前人研究成果我们采用。小齿轮选用40MnB钢调质，241-268HBS大齿轮采用45钢正火，169-217HBS。2)根据经验我们得知一对钢外啮合齿轮设计公式用d13(671/、H2()_1)KT1/川-d1) )选择小齿轮的齿数Z1=24,则大齿轮的齿数Z2=114。2)转速不高，功率不大，选择齿轮精度为8级。3)载荷平稳，对称布置，轴的刚度较大，取载荷综合

19、系数K=1.2.4)齿宽系数取0.9.5)确定许用接触应力通过查表鸡计算得460MPa。6) )计算小齿轮分度圆直径由上公式得d169.2mm7) )计算模数m二d1/z1=69.2/24=2.88mm通过查表的m=3mm8)计算齿轮主要尺寸及圆周速度分度圆直径d1=z1m=24X 3=72mm,d2=z2m=114X3=342mm齿顶高ha仁ha2=m=3mm,齿根高hf仁hf2=1.25m=3.75mm.齿顶圆直径da仁d1+2ha1=72+6=78mm,da2=d+2ha2=342+6=348mm齿根圆直径df仁d1-2hf仁78-13.5=64.5,df2=d2-2hf2=348-13

20、.5=334.5mm齿距p1=p2=3.14X 3=9.24mm齿厚&=S2=p/2=4.52mm标准中心距a=(di+d2)/2=207mm圆周速度v= n din1/6OX 10003.14X 72 X 209.26/60/1000=0.8m/s,由查表可知其精度等级为9级。3)校核齿根弯曲强度由于齿轮在啮合过程中其主要受到弯曲应力，尤其是齿的根部受弯曲应力最大，因而要对其齿根部进行弯曲校核。校核公式用试(TF=2KYfs/bm2ZiW QF】(MPa)1)复合齿形系数根据Z1,Z2查表得Yfs1=4.12 Yfs2=3.962)确定许用弯曲应力【QF】通过查表得Q Fliml=5

21、30MPa, QFlim2=360MPa.由查表得SFmin= 1,故由上式得QF1=530MPa,QF2=360MPa2)上述公式中已知K=1.2,T1=96.4N/m,m=3mm,b=58mm.4)校核计算QF1=2KT1Yps/bmr? X 1.2 X 96.4 X 4.19/58/9/72=25.79MPaQFi=530MPa YFSI(T F2=(TFIYFS2/YFSI=25.79X3.92-4.19=24.12MPa。F2】=360MPa由上式计算可知校核安全(3)卷筒结构一般人们在实际应用中通常采用圆柱形卷筒，可以做到整体铸造的，焊接的或组合的三种形式。焊接卷筒与铸造卷筒相比，

22、能减轻重量30%-40%，特别是单件生产时，用焊接卷筒可不用木模，还能降低成本。此例采用组合卷筒，沿 卷筒轴向联接的结构。在大多数情况下，钢丝绳在卷筒上只绕一层。为了引导绳索，以 免钢丝绳缠绕时互相摩擦，卷筒的表面做成螺旋橹面。只有用手驱动 的卷筒或因结构上的原因，而必须用多层缠绕时才允许用光面卷筒。卷筒的绳槽面如图所示，其几何尺寸可参照冶金工业出版社出版 的机械零件设计手册第二版中册表24-19进行设计计算。此例，d=6.2毫米，D卷=200毫米，Do=206.2毫米，h=2.5毫米，p=8毫米,R=4毫米，r=0.5毫米。由于此吊车要求不高，为简化工艺也可做成 光面卷筒。工作时，钢丝绳在卷

23、筒表面的偏斜角不能太大， 否则缠绕的钢丝 绳将发生疏密不均或乱扣的现象。为此，当钢丝绳绕到卷筒两侧是， 对于光面卷筒偏斜角不得大于130,即L 2Tg a =乞 0.025A也就是卷筒前面安装的第一个转向滑轮中心线到卷筒中心线的距离A要大于卷筒长度L的5倍.L=L0+2L1+L2H最大-最大提升高度，H最大=2000毫米；P-卷筒绳槽节距，P=8毫米；Li-卷筒端部无绳槽部分的长度，可由结构需要决定L1=59毫米。L2-附加长度，包括固定钢丝绳所需要的长度和为减少钢丝绳末端在卷筒上固定处(接头)的作用力的必要长度L2=81毫米。L二仏P+Li+L2=2000*8 118 81：223.7毫米兀

24、D03.14* 206.2卷筒壁厚有下列公式确定铸造卷筒S =0.02D卷+(610)mm焊接卷筒S =d毫米此例确定为铸造卷筒，S =0.02*200+8=12毫米钢丝绳末端在卷筒上的固定要求牢固可靠，便于装拆检查。其中最常用的方法就是用压板和螺栓进行固接。考虑到卷筒一端和大齿轮做轴向联接，另一端和端盖作轴向联接，故把卷筒设计成所示结构形式，其材料为ZG35式中L0-卷筒上有螺旋槽部分的有效长度，毫米;Lo=H最大Do滑轮结构此例做成实体轮D滑-滑轮的名义直径，=120毫米；Do-滑轮的计算直径(从钢丝绳横截面中心量得的直径)。Do=D滑+d=126.2毫米；a-滑轮的绳槽角，a =30o5

25、0o3.11齿轮结构设计此为小齿轮结构根据上文计算我们已知其分度圆直径di=72mm，齿顶圆直径da=78mm,模数m=3，齿数z1=24,压力角a =20，内孔直 径44(0,+0.03)mm,内孔长47.3mm,内孔粗糙度3.2,b=12(-0.018,-0.016)mm,d+ti=45(0.+0.2)mm,此处所用键为b x h=12 x8mm,L=50mm有上述计算可知大齿轮分度圆d=342mm,齿顶圆da=348mm,模数m=3,齿数Z2=114, 8 0=2.5m=7.5,d2=336-15=321mm,内孔直径d=62.5mm误差（0,0.03）,其内孔总长为d+ti=66.9m

26、m误差为（0,+0.2）,b=18mm误差为（-0.0215,+0.0215）,此处所用键为b x h=18 x11mm,L=50mm,di= 100mm, n=m=3mm,da=0.2(d2-d1)=44.2mm,B=66mm,l=1.2d=120mm,c=0.1B=10mm.Do=0.5(d1+d2)=210.5mm俩齿轮的装配图为C9带轮结构其基准直径dd2=450mm,有查表可知由于我们选用的是A型V带齿轮，所以B= ( z-1 e+2f=(3-1)x 15+2X 10=50mm,da二dd+2ha=450+6=456mm,S =6mm,ds=da-2h-2=428mm,初步设定内孔直

27、径d=50mm公差为(0,+0.03),内孔总长度d+ti=59.3mm公差为(0,0.2),键槽宽度b=16mm公差为(-0.061,-0.018),所选用键bx h=16x 10mm,L=40mm,则d1=2d=110mm,L=1.5d=75mm,s=0.2B=10mm,ck=(d1+ds)/2=274mm.S2=20mm,小齿轮和带轮的装配图如下图所示上图为小带轮外形结构设计，由上述所知小带轮基准直径dd= 118mm,由于其为普通V带齿轮，则da二dd+2ha=118+12=130mm.B=(z-1)e+2f=(3-2) x 15+2 x 10=50mm,初步设定其内孔直径大小为d=3

28、5mm公差为(0,0.025),内孔总长d+ti=38.5mm公差为(0,0.2),键槽宽b=10mm公差为(-0.051,-0.015),所选键为b x h=10 x8mm,L=40mm,且d仁1.8d=1.8x 35=63mm,L=2d=2 x 35=70mm,其整体结构为如下图所示AH三传动系统结构的设计四支架结构的设计由于我们考虑到吊车的体积比较大因此比较占空间，这一缺点使般的吊车不适宜像一般家用电器一样被广泛应用。因而我组设计的题目为：可拆装式简易吊车。众所周知，吊车之所以占空间是由于其支 架的原因，而支架其绝对体积不大。因而我们我们选择可拆装的方式 主要是支架的拆装。如有兴趣的话也可使其传动部分也可拆装，不过 其传动部分体积变化不是很大而且其拆装原理和支架拆装原理类似， 所以在此我们直介绍支架的拆装。本设计的支架拆装主要采用杆件销 钉相连接的方式进行拆装，以保证其简易，可操作且不费时的特点， 具体请看下面的分析。本支架按整体图从上到下大体可分为四部分上图可为第一部分和第二部分的组合其，中