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1、 緒論 定柱式懸臂起重機(jī)是由立柱、 回轉(zhuǎn)臂、懸臂驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)葫蘆組成。 立柱下端底座通過(guò)地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上， 由電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置使懸臂回轉(zhuǎn)，電動(dòng)葫蘆在懸臂工字鋼上作往返運(yùn)行作業(yè)。 它的特點(diǎn)有：自重輕，旋臂長(zhǎng)，起重量大，安裝、操作、維修簡(jiǎn)單。它們完全獨(dú)立，是一種理想的工作崗位起重 機(jī)，并適用于室外的貨場(chǎng)和裝卸平臺(tái)。 定柱占地面積小。 對(duì)于起升凈空非常小的情況下也能獲得最大的起升高 前言： 起重機(jī)是以反復(fù)短暫循環(huán)的方式完成貨物卸載或設(shè)備安裝作業(yè)的， 起重機(jī)是以反復(fù)短暫循環(huán)的方式完成貨物裝卸或設(shè)備安裝作業(yè)。 一

2、個(gè)工作循環(huán)包括：取物，貨物上升，水平運(yùn)動(dòng)，下降，卸載，然后空吊具返回原地。一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間一 般從幾分鐘到二三十分鐘， 其間各機(jī)構(gòu)均有短暫的停歇時(shí)間， 這一特點(diǎn)決定了電動(dòng)機(jī)的選擇和發(fā)熱驗(yàn)算方法。 由于反復(fù)啟動(dòng)和制動(dòng)， 各機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)將承受強(qiáng)力的震動(dòng)和沖擊， 載荷是正反向交替作用的， 這對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算有較大影響， 許多重要構(gòu)件承受不穩(wěn)定變幅疲勞應(yīng)力的作用。 起重機(jī)屬于具有危險(xiǎn)性作業(yè)設(shè)備， 其發(fā)生事故造成的危害是巨大的。 起重機(jī)設(shè)計(jì)與制造一定要嚴(yán)格按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。 起重機(jī)由產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 承受載荷的金屬機(jī)構(gòu)、 提供動(dòng)力和起控制作用的電器設(shè)備和各種安全指示裝置等四大部分組成。 由于

3、學(xué)習(xí)能力有限， 本次設(shè)計(jì)只做機(jī)械部分，對(duì)電器部分不作考慮。 起重機(jī)機(jī)構(gòu)有四類，即：使貨物升降的起升機(jī)構(gòu)，作平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 使起重機(jī)回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)， 以及改變回轉(zhuǎn)半徑的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 每一機(jī)構(gòu)各由電動(dòng)機(jī)， 減速傳動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行裝置等組成。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件加以組成， 以 便于制造和維修， 金屬結(jié)構(gòu)通常要根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。 電動(dòng)機(jī)和控制設(shè) 備大多是標(biāo)注產(chǎn)品， 安全指示裝置通常從市場(chǎng)上購(gòu)買， 特殊的由制造廠商設(shè)計(jì)制 造。 懸臂起重機(jī)是近年發(fā)展起來(lái)的中小型吊運(yùn)設(shè)備， 安全可靠，具有高效、節(jié)能、 省時(shí)、省力、靈活的特

4、點(diǎn)。三維空間內(nèi)隨意操作，在短距，密集性吊運(yùn)場(chǎng)合比其 他常規(guī)性吊運(yùn)設(shè)備更顯其優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的不同場(chǎng)合。 懸臂起重機(jī)由立柱， 回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及電動(dòng)葫蘆組成， 立柱下端通過(guò)地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上， 由擺線針輪減速裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)， 電動(dòng)葫蘆在懸臂工字鋼上作左右直線運(yùn)行，并起吊重物。 1.懸臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)及方案論證 1.1 懸臂起重機(jī)的工作原理 在 BZA 柱式懸臂起重機(jī)的基礎(chǔ)上增加了電動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由擺線針輪減速裝置驅(qū)動(dòng)懸臂 回轉(zhuǎn)， 電動(dòng)葫蘆在懸臂工字鋼軌道上作左右直線運(yùn)動(dòng)， 由電動(dòng)葫蘆起吊重物， 達(dá)到了全電動(dòng) 控制，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

5、 1.2 方案論證 1.2.1 整體結(jié)構(gòu)方案及其方案論證 方案一： 懸臂與轉(zhuǎn)柱剛接， 在基座支撐內(nèi)一起相對(duì)于垂直中心線轉(zhuǎn)動(dòng)， 不能實(shí)現(xiàn)無(wú)限制 回轉(zhuǎn)。 方案二： 懸臂繞固定于基座上的定柱回轉(zhuǎn)， 懸臂梁上焊接回轉(zhuǎn)支承， 可實(shí)現(xiàn) 360 度無(wú)限 制回轉(zhuǎn)。 方案一結(jié)構(gòu)

6、 方案二結(jié)構(gòu) 方案一回轉(zhuǎn)角度有限，而根據(jù)任務(wù)書要求，回轉(zhuǎn)角度為 360，因此選擇方案二。 ·起升機(jī)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)構(gòu)方案及其方案論證 方案一：借鑒塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用小車和吊鉤作起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)。需要在橫梁上焊接小車運(yùn)行的軌道，另外需要安裝電動(dòng)機(jī)，減速器，卷筒等配合使用，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 方案二：鋼絲繩電動(dòng)葫蘆由減速器、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、卷筒裝置、吊鉤裝置、聯(lián)軸器、限

7、位器等組成，重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)單，使用方便，它可以在同一平面上做直的，彎曲的，循環(huán)的架空軌道上使用，也可以在以工字鋼為軌道的電動(dòng)單梁，懸臂，龍門等起重機(jī)上直接使用。 因此選擇方案二，方便，實(shí)用占用空間小，結(jié)構(gòu)緊湊。 電動(dòng)葫蘆有 CD1型與 MD1型： CD1型鋼絲繩電動(dòng)葫

8、蘆是一種輕小型起重設(shè)備 , 具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體 積小、零部件通用性強(qiáng)、 操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 減速器采用硬齒面?zhèn)鲃?dòng)設(shè)計(jì)， 壽命長(zhǎng)， 機(jī)械效率高。電機(jī)采用錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)電動(dòng)機(jī)，具有上下雙向安全限位裝置。 CD1 型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆可廣泛用于提升重物或安裝在單梁起重機(jī)， 直線、曲線的工字梁上，也可用于葫蘆雙梁、葫蘆龍門起重機(jī)或懸臂吊上，是工礦企業(yè)、鐵路、碼 頭、倉(cāng)庫(kù)中常用的起重設(shè)備。起升速度為 8m/min，可以滿足一般作業(yè)要求。 MMD1型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆是一種輕小型起重設(shè)備 , 具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、零部件通用性強(qiáng)、 操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 減速器采用硬齒面?zhèn)鲃?dòng)設(shè)計(jì)，

9、 壽命長(zhǎng)， 機(jī)械效率高。 電機(jī)采用錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)電動(dòng)機(jī)， 具有上下雙向安全限位裝置。 MD1 型電動(dòng)葫蘆具有快速和慢速兩種起升速度， 起吊平穩(wěn)準(zhǔn)確。 MD1型鋼絲繩電動(dòng)葫蘆可廣泛用于提升重物或安裝在單梁起重機(jī)， 直線、曲線的工字梁上， 也可用于葫蘆雙梁、葫蘆龍門起重機(jī)或懸臂吊上，是工礦企業(yè)、鐵路、碼頭、倉(cāng)庫(kù)中常用的起重設(shè)備具有 8m/min 和0.8m/min 常、慢兩檔起升速度。 根據(jù)任務(wù)書要求有常、慢兩檔起升速度，因此選擇 MD1型電動(dòng)葫蘆。 ·懸臂梁截面形式的方案及其論證方案 方案一：選用工字鋼作為起重機(jī)橫梁，截面如圖所示。

10、 方案二：選用槽鋼對(duì)焊，截面為方形的結(jié)構(gòu)作為起重機(jī)橫梁， 截面如圖所示。 工字鋼截面圖 對(duì)焊槽鋼截面圖 工字鋼能夠承受較大的彎矩與傾覆力矩，相對(duì)來(lái)說(shuō)質(zhì)量輕便，同時(shí)可以作為 電動(dòng)葫蘆的導(dǎo)軌。 而對(duì)焊槽鋼能夠承受較大的軸向力， 但在切向力， 扭矩的承受卻相對(duì)來(lái)說(shuō)差。因此選擇工字鋼。 ·旋轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)的選擇與論證重方案 方案一：橫梁與立柱連接部位采用立軸結(jié)構(gòu)來(lái)完成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是這種結(jié)構(gòu)通常難以承受較大的彎矩與傾覆力矩，限制了起重機(jī)的工作上限。 方案二：

11、 方案三：懸臂起機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)借鑒塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，采用雙排異徑球式回轉(zhuǎn)支承。雙排異球式回轉(zhuǎn)支承具有三個(gè)座圈， 鋼球和隔離塊可直接入上下軌道，根據(jù)受力情況，安排了上下兩排直徑不同的鋼球，這種開(kāi)式裝配非常方便，上下圓弧軌道的承載角度都為 90度，能夠承受很大的軸向力與傾覆力矩。 綜上所述選擇方案二， 雙排異徑球式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 安裝方便，性能好。 ·回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的選擇與方案論證 方案一：采用電動(dòng)機(jī)與減速器帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，減速器輸出用齒輪，起重機(jī)的 回轉(zhuǎn)支承連接， 以齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承的旋轉(zhuǎn)， 進(jìn)而帶動(dòng)懸臂旋轉(zhuǎn)。 如圖所示。

12、 方案二 : 采用電動(dòng)機(jī)與減速器帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，減速器輸出用齒輪，大齒輪與 橫梁立柱連接處齒圈相連， 以橫梁的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承繞滾輪軌道旋轉(zhuǎn)。 這種形式的優(yōu)點(diǎn)是工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大。 方案一圖 方案二圖 綜上所述選擇第一種方案，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇雙排異徑球式回

13、轉(zhuǎn)支撐，可以承受很大的力矩，因此回轉(zhuǎn)下支撐只承受很小的力， 第一種方案的齒輪也會(huì)承受很小的徑向力，并且第一種方案距離地面近安裝修理都方便。 · 1 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 起升裝置的設(shè)計(jì)為電動(dòng)葫蘆。 電動(dòng)葫蘆 采用了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)， 更換不同的模具， 即可壓制 不同規(guī)格的鋼絲繩，支配簡(jiǎn)便、平安。 鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的分類及敘述鋼絲繩電動(dòng)葫蘆的組成部門有：電機(jī)、 傳念機(jī)構(gòu)、 卷筒和 鋼絲繩 。以電機(jī)和卷筒相互位置不同大致可分為四種類型。壓制的鋼絲繩拉力大、美觀、快速，壓接一套鋼絲繩只需幾分鐘即可完成，大大降低 了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效

14、率。 1.1 鋼絲繩的選取 因?yàn)樵谄鹕^(guò)程中，鋼絲繩的安全性至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的使用 壽命，為此，我們可以采用以下措施： 1.高安全系數(shù)，也就是降低鋼絲繩的應(yīng)力 2.選用較大的滑輪與卷筒直徑 3.滑輪槽的尺寸與材料對(duì)于鋼絲繩的壽命有很大的關(guān)系， 其太大會(huì)使鋼絲繩 與滑輪接觸面積減小，太小會(huì)使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚至?xí)ㄋ馈? 4.盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。 鋼絲繩允許最小直徑計(jì)算 S p 0 . 3 d 2 d S p 0 . 3

15、 d k S max 6 5000 0 . 3 0 . 3 7 . 67 m m 1700 K —機(jī)動(dòng)起重機(jī)安全設(shè)備系數(shù)， k=5— 6,上述取 6 因此，根據(jù)上述所得鋼絲繩的選取至少要大于 7.67mm ·滑輪的計(jì)算及選取 滑輪許用最小直徑： D0 min d (e 1) 式中： Do min —按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪允許的最小卷繞直徑 mm d—鋼絲繩直徑 mm e— 滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值 查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 12-2，輪繩直徑比 e=25

16、 D0 min 15 25 1 360mm 查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 13-2，初步選定 D=400mm， D1 =465mm 軸承型號(hào) 220 ·卷筒的計(jì)算及選擇 1）卷筒直徑 根據(jù)鋼絲繩卷繞裝置： D0min 15 25 1 360mm 根據(jù)《起重機(jī)械與吊裝》表 4—19 與 JB/T 9006.2—1999 選取卷筒直徑 D1 =400mm 2）卷筒長(zhǎng)度 根據(jù)《起重機(jī)械與吊裝》表 4—22 ，選擇單聯(lián)卷筒。 根據(jù)《起重機(jī)械與吊裝》公式： L L0 L1

17、 L2 L0 ( H m n) t D 0 D0 D d D0 400 7.5 407.5 L0 4000 2 4) 15 3 185m m ( 3.14 407.5 L 184.5 3 18 2 2 18 311mm 3）卷筒厚度 0.02 D (6 ~ 10) 0.02 400 (6 ~ 10) 14 ~ 18mm 允許

18、最大值 =18mm 卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算： 根據(jù)《起重機(jī)械與吊裝》公式 4—31： Smax 50000 y max 154.3MPa t 0.018 0.018 選用灰鑄鐵 HT200，最小抗拉強(qiáng)度 195 ，許用壓應(yīng)力： s b =MPa b 195 y 39MPa n 5 y max y 故抗壓強(qiáng)度足夠 卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：由于卷筒長(zhǎng)度 L 不大于 3D ，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于下圖

19、 卷筒彎矩圖 卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)： M w Smax ( L L1 ) 50000 311 3 18 12850000 N mm 2 2 卷筒斷面系數(shù) W 0.1 D 4 Di4 0.1 4004 3824 1076546 mm3 D 400 式中 D——卷筒外徑 D=400mm Di ——卷筒內(nèi)徑 Di =D-2 d=400-2 9=382mm

20、 于是 M w 12850000 l 11.94MPa W 1076546 合成應(yīng)力： ' l ymax 11.94 32.5 L L 51.89 12.77MPa y 39 式中許用拉應(yīng)力： b 195 l 32.5MPa n 6 所以 l' < l 卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。 因此初步選擇卷筒參數(shù)為： 卷筒直徑 D=400mm，長(zhǎng)度 L=600mm，卷筒槽形的槽底半徑 r=1.5mm，繩槽尺寸 t=20mm，倍率 i h =2。

21、 ·鋼絲繩尾端在卷筒上的固定方式 繩索卷筒的表面有光面和螺旋槽的兩種。 光面的多用于多層卷繞鋼絲繩的卷筒，其構(gòu)造比較簡(jiǎn)單， 繩索按螺旋形緊密的排列在卷筒表面， 繩圈依次卷繞在槽內(nèi)，使繩索與卷筒接觸面積增大， 單層卷繞鋼絲繩卷筒上車有螺旋槽， 繩圈依次卷繞在槽內(nèi)，使繩槽與卷筒接觸面積增大，從而減低單位壓力；此外，繩索節(jié)距大于繩索直徑。 繩之間有一定間隙， 工作時(shí)不會(huì)彼此摩擦， 可以延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。 螺旋槽有淺槽（標(biāo)準(zhǔn)槽）和深槽兩種。一般情況下，多采用標(biāo)準(zhǔn)槽，因此其 節(jié)距比深槽的短， 所以繩槽圈數(shù)相同時(shí)， 標(biāo)準(zhǔn)槽的卷筒工作長(zhǎng)度比深槽的短。 但是，如果，鋼絲繩繞入卷

22、筒的偏角較大， 或?qū)τ谠谑褂眠^(guò)程中鋼絲繩有脫槽的危險(xiǎn)時(shí)，為避免鋼絲繩脫槽或亂繞?？梢杂蒙畈鄣木硗病?#183;電動(dòng)機(jī)的選擇 計(jì)算靜功率 Q G0 V 5000 500 8 N j 60 102 60 7.98kw 102 0.9 式中 ——機(jī)構(gòu)總功率，一般 =0.8~0.9，取 =0.9 V ——水平運(yùn)行速度 電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率 Ne kd N j 0.85 7.98 6.79kw 式中 系數(shù) K 對(duì)于 M 4 級(jí)機(jī)構(gòu)， d=O． 85

23、～ 0． 95, 取 kd=0.85 d K ·選擇電動(dòng)葫蘆型號(hào) 綜合上述的計(jì)算與論證，根據(jù)《軌道設(shè)計(jì)手冊(cè)與懸掛運(yùn)輸設(shè)備》表 1— 24， 選擇電動(dòng)葫蘆型號(hào)為 MD1-5。 ·變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 變幅機(jī)構(gòu)是臂架起重機(jī)用來(lái)改變作業(yè)幅度，使吊運(yùn)物品沿臂架徑向水平位移的機(jī)構(gòu)。幅度是臂架起重機(jī)的重要參數(shù)，對(duì)于回轉(zhuǎn)類起重機(jī)，指

24、從取物裝置中心線到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心線的水平距離；對(duì)于非回轉(zhuǎn)的臂架型起重機(jī)，則是從取物裝置中心線到臂架鉸軸的水平距離，或其他典型軸線的距離。臂架是變幅機(jī)構(gòu)主要受力金屬結(jié)構(gòu)，除了自身的結(jié)構(gòu)重力，還要承受整個(gè)起升載荷力，臂架的破壞（折臂或墜臂）會(huì)導(dǎo)致重大起重事故。從安全角度講，變幅機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)同樣是安全控制的重點(diǎn)。 不同種類的臂架起重機(jī)使變幅機(jī)構(gòu)有多種類型。 根據(jù)作業(yè)要求不同，變幅機(jī)構(gòu)分為調(diào)整性變幅與工作性變幅兩種。 （1）調(diào)整性（也稱為非工作性）變幅機(jī)構(gòu)主要任務(wù)是調(diào)整工作位置，僅在空載條件下變幅到適宜的幅度。在升降物料的過(guò)程中，幅度不再變化。例如，流動(dòng)式起重機(jī)受穩(wěn)定性限制，吊載過(guò)

25、程中不允許變幅。工作特征是變幅次數(shù)少，速度低。 （2）工作性變幅機(jī)構(gòu)可帶載變幅，從而擴(kuò)大起重作業(yè)面積。主要特征是變幅頻繁，變幅速度較高，對(duì)裝卸生產(chǎn)率有直接影響，機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率越大，機(jī)構(gòu)相對(duì)越復(fù)雜。 變幅機(jī)構(gòu)按性能要求不同，按在變幅過(guò)程中臂架重心是否升降，還可進(jìn)一步分為平衡性變幅機(jī)構(gòu)和非平衡性變幅機(jī)構(gòu)。 （1）非平衡變幅。通過(guò)擺動(dòng)臂架完成水平運(yùn)移物品時(shí)，臂架和物品的重心都要升高或降低， 需要耗費(fèi)很大的驅(qū)動(dòng)功率； 而在增大幅度時(shí)， 則引起較大的慣性載荷，影響使用性能．因此，非平衡變幅大多在非工作性變幅時(shí)應(yīng)用。 （2）平衡變幅。工作性變幅采用各種方法，使起重機(jī)

26、在變幅過(guò)程中物品的重 心沿水平線或近似水平線移動(dòng)， 而臂架系統(tǒng)自重由活動(dòng)平衡重所平衡。 這樣節(jié)約 驅(qū)動(dòng)功率，并使操作平穩(wěn)可靠。 ·回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算 1. 計(jì)算回轉(zhuǎn)力矩 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算公式： Nc＝Qq+G1+Gd 其中： Qq ——起升載荷 5t G1 ——旋轉(zhuǎn)部分重量 1.2t Gd ——對(duì)重 0t 因此 Nc＝6.2t 當(dāng)起升載荷 Qq在最大幅度時(shí)，對(duì)下支承的水平力為 QqRmax G1L1 GdLd H H＝ h 400 0 50000 4

27、00 4500 H 200 109kN 1. 對(duì)實(shí)心的軸端止推滾動(dòng)軸承的摩擦阻力矩 M3＝0.5Ncf 3d3＝16.3Nm其中 f 3 為 0.003 d 3 為 0.1m 對(duì)反滾輪滾動(dòng)軸承的摩擦阻力矩 M 1＝0.5Hf 1d1＝24.45Nm 其中 f1 為 0.003 d1 為 0.1m 2. 風(fēng)阻力矩 小中型懸臂起重機(jī)一般為室內(nèi)使用，風(fēng)力可近乎為零。 3. 傾斜阻力矩 Mq ＝NcLsina ＝154Nm

28、 其中 a＝0.0286 ° 4. 慣性力矩 GD k2 nk 1.2GD2 ni kη =3250Nm M g 375t q 375t q M=M1+M3+Mq+Mg=109+16.3+24.45+154+3250=3802.5Nm ·選擇電動(dòng)機(jī) 計(jì)算靜功率 M g n 3802.5 0.6 P 9550 0.5kw 9550 0.6 式中： n—起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度，一般取 0.6~0.8r/min，本處取 n=0.6 — 機(jī)構(gòu)效率

29、查手冊(cè)選 Y90S-6，額定功率： 0.75KW ，額定電流： 2.3A ，轉(zhuǎn)速： 910r/min 轉(zhuǎn)矩： 2 N m 重量： 21Kg。 因任務(wù)書未給出 BZD5 型立柱式懸臂起重機(jī)的回轉(zhuǎn)角速度，這部分可自行 給一個(gè)速度限定 2.55r/min，因此查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》減速器為擺線針輪減速器， 型號(hào)為 SF87R57DT80N4 其中的臥式擺線針輪減速器，參數(shù)如下： SF87R57DT80N4 臥式擺線針輪減速器 : 工作級(jí)別： M5 傳動(dòng)比： 113.3 工程轉(zhuǎn)速，輸入： 1460r/min 傳動(dòng)比的分

30、配： 2.55 1000 n 1.08r / min 750 910 i總 841 1.08 總傳動(dòng)比 i=i 開(kāi) ·i減 ； 查擺針減速機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)件，選擇合適的傳動(dòng)比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，齒輪傳動(dòng)比不易 過(guò)小，否則會(huì)有可能產(chǎn)生減速機(jī)前端與大齒輪干涉現(xiàn)象。 故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)齒輪傳動(dòng)比 i=5.5～8 為最佳。本次設(shè)計(jì)繪圖發(fā)現(xiàn)減速機(jī)與立柱的中心距必須大于 495mm。 由于減速器的傳動(dòng)比相對(duì)各種型號(hào)的減速器都有固定的值，先用所選減速機(jī)最大傳動(dòng)比進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算選用 i 減 =113.3。 i 開(kāi) = 841 7.4 113.3 選定

31、齒輪類型及基本參數(shù) 1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)： 2）根據(jù)懸臂起重機(jī)工作環(huán)境，選擇 4 級(jí)精度（ GB10095-88）; 3)材料選擇。小齒輪材料選 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 241-269HB；大齒輪的外形比較大選用鑄鋼 ZG310-570, 調(diào)質(zhì)處理，硬度為 175-210HB； 4)初選小齒輪齒數(shù)。 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)， 由于齒數(shù)主要為磨損失效， 為使輪齒不 止過(guò)小，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般可取 Z1 =17～25，取 Z 1=17，則大 齒輪的齒數(shù) Z 2 = 7.4 ×17=126，取 Z 2 =126。 m：齒輪是抗彎

32、能力的重要標(biāo)志，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)暫初選 m=6，由減速機(jī)的尺寸 和立柱的尺寸可以看出他的中心距要求大于 495. m (z1 z2 ) 6 (17 126) a 429mm 2 2 中心距太小，減速機(jī)座與立柱出現(xiàn)干涉。 選 Z 1=20,則 Z 2 =7.4 ×20=148 m(z1 z2 ) 6 (20 148) 則 a 504mm 大于 495， 2 2 滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。 3.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算。 根據(jù)參考文獻(xiàn) [6] 公式： KT1 u 1

33、 Z E ) 2 da 2.323 u ( d H 1. 確定公式中的各計(jì)算設(shè)置 1）選載荷系數(shù)常用值為 1.2～2，取 K = 1.2 2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 已知 F e = 10 KN 減速機(jī) T 大 =10×103 ×4m=4×10 4 N m 小齒輪轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算： T 小 = 4 104 5.4 103 N m. 7.4 3）取齒寬系數(shù) d 根據(jù)參考文獻(xiàn) [6] 第 3 卷，齒輪非對(duì)稱布置， d

34、的推薦 值，選用 d =0.6 4）齒數(shù)比 u=傳動(dòng)比 i 1 5）查參考文獻(xiàn) [4] 表 11-6 的材料的彈性影響系數(shù) Z E =188.9Mpa 2 6）查參考文獻(xiàn)［ 3］圖 10-21 按齒面硬度查小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim 1 600MPa ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim 2 550MPa ； 7）查參考文獻(xiàn)［ 3］式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，按工作壽命 15 年，每年 工作 300 天，每天 5 小時(shí)計(jì)算： 小齒輪的轉(zhuǎn)速 ni n電 910 1.846r /

35、min i 減 493 Ni 60ni jL h 60 1.846 1 10 300 15 0.5 107 式中： J— 齒輪每轉(zhuǎn)一周時(shí)，同一齒輪面嚙合的次數(shù) N i 0.2 10 7 10 5 查參考文獻(xiàn)［ 3］，查的接觸疲勞壽命 N 2 7.4 2.7 i K HN 1 0.97, K HN 2 1.01; 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為

36、1%，安全系數(shù) S=1. 由參考文獻(xiàn)［ 3］式中 10-12 得 K HN 1 lim 1 H 1 S K HN 2 lim 2 H 2 S  0.97 600 582MPa ； 1.01 550 555.5MPa 2.5.2.設(shè)計(jì)計(jì)算 1）計(jì)算小齒輪圓直徑 d1t ，代入 H 中較小的值。 d1t 2.323 KT1 u 1( Z E )2 2.323 1.2 1.01 10 7 6. 9 (188.9 ) 2 324mm

37、 d u H 0.6 5. 9 555.5 3）計(jì)算齒寬 b b d d1t 0.6 324 194.4mm 4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b h 模數(shù) : 324 324 ；齒高 :h=2.25m × mt = 16.2 t =2.25 16.2=36.45mm z1 20 所以： b = 194.4 5.

38、33 h 36.45 5)計(jì)算載荷系數(shù) K 根據(jù) V=1.48m/s, 4 級(jí)精度，由參考文獻(xiàn) [4] 表 11-5 查的動(dòng)載荷系數(shù) K V 1.1 ; 直齒輪 K Ha K Fa 1 ； 由表 11-4 查的使用系數(shù) K A 1； 由表 11-7 查的齒向載荷分布系數(shù) K H 1.31 ； 由 b 5

39、.33, K H 1.31, 查圖 10-13 得 K F 1.25 ； h 故載荷系數(shù) K K A K V K H K H 1 1.1 1 1.31 1.441 。 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓：由參考文獻(xiàn)［ 3］式 10-10a 得 d1 d1t 3 K 1123 1.441 120mm Ki 1.2 7) 計(jì)算模數(shù) dt 120 m 6 z1 20 2.5.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 由文獻(xiàn)

40、 [4]11-14 公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 m 2KT1 ( YFa YSa ) dZ 1 2 F 3 （ 1）確定公式中的各計(jì)算數(shù)值 1）由文獻(xiàn) [4] 圖 11-14 查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 FE 1 500MPa, 大齒輪 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 FE 2 380. MPa 2）由文獻(xiàn) [1] 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K FN 1 0.86 , K FN 2 0.88 ; 3) 計(jì)算彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,由文獻(xiàn) [1] 式得

41、 F F  K FN 1 FE1 0.86 500 1 310.6MPa S 1.4 K FN 2 FE 2 0.88 380 2 238.86MPa S 1.4 4）計(jì)算載荷系數(shù) K O K K A K V K F K F 1 1.1 1 1.24 1.364 由表 10-5 查得 YFa1 2.97 ； YFa 2 2.18 5）查取齒形系數(shù) 由表 10-5 查得 YSa1 1.52 ； Ysa2

42、 1.79 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 查得 Ysa1 1.52 ； Ysa2 1.79 7）計(jì)算大小齒輪的 YFa YSa 并加以比較。 F YFa YSa 2.97 1.52 0.0147 ； YFa YSa 2.18 1.79 0.01634 F 1 307.1 F 2 238.86 大齒輪的數(shù)值比較大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 m 3 2KT1 ( YFa YSa ) 3 2 1.485 1.01 107 0.01634 5.8 dZ1 2

43、 F 0.6 17 2 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng) 度計(jì)算的模數(shù)， 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力， 而 齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力， 僅與齒輪直徑有關(guān)， 可取由彎曲強(qiáng)度所得 的模數(shù) 4.14 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=6mm，按彎曲疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1 351.3mm。算得 ： 小齒輪齒數(shù)： Z1 d1 120 20 取 z 1 =20；大齒輪齒數(shù)： Z

44、2 7.4 20 148 m 6 取 Z 2 = 148。因此小齒輪分度圓直徑為 120mm，大齒輪分度圓直徑為 590mm。 這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲 勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 ··········起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 設(shè)計(jì)任務(wù)書對(duì)這部分要求為： 起重量： 5 噸 提升高度： 4 米 最大回轉(zhuǎn)半徑： 4 米

45、 外形高度： 5.750 米 外形寬度： 4.6 米 自重： 4500 公斤 1.立柱計(jì)算 1）定柱為無(wú)縫鋼管，材料為 45 號(hào)鋼 定柱受到的扭轉(zhuǎn)力矩來(lái)自小齒輪 T M 總 3802.5N m 所選定柱的內(nèi)外徑只比為 0.8，材料的許用應(yīng)力 [ ]=60MPa。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式： T max Wt D 3 Wt 16 (1 a ) , (a 4) 3 P D A0 n(1 0.8a ) 由公式算出 D 355mm ，因此取外徑為 375mm，初選立柱高度為 5m。

46、 立柱受力圖： 可以看作是由臂架和立柱一部分組成的三角剛性區(qū)域產(chǎn)生的彎矩對(duì)立柱的影響，可以簡(jiǎn)化為： 立柱力矩圖如圖所示： 立柱示意圖 立柱彎矩圖

47、 立柱軸向力圖 彎矩是由重物與懸臂共同作用產(chǎn)生，因此： M 總 50000 4 12000 2 224kN m F 50000 12000 62kN A (D 2 d 2 ) 3.14 (3752 3552 ) 158962mm2 F M 62000 224000 max A W 158962 D 3 45MPa / 3.2(1 0.84 ) max 因此該立柱校核合格。 地腳連接螺釘?shù)倪x擇與校核： 地腳連接螺釘有兩種：

48、圓形排列： 矩形排列： 選擇圓形排列，受力均勻，便于加工。 初選地腳螺栓為 M28 型，查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐與創(chuàng)新》表 17.11，螺栓小徑為 25.825mm。 地腳螺栓間距： a=425mm 地腳螺栓數(shù)量： n=8 計(jì)算圓周排列螺栓所受載荷：

49、 考慮試車載荷為 1.25G 動(dòng)載荷為 1.1G 其他人為因素（如非正常操作造成超載） 2G 故螺栓應(yīng)具備的拉應(yīng)力為： 192.5Mpa D P(K 0 K c ) M max 2 X i X i 2 D 2 361250mm2 P 2.5 224 103 425 329MPa 2 361250 其中： K 0 ——螺栓的預(yù)緊系數(shù) K c ——?jiǎng)偠认禂?shù) 2 X i ——所有法蘭盤上的螺栓距中心位置的平方和 查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 (國(guó)防

50、工業(yè)出版社 1986 年 12 月出版，楊黎明等編 著 )第 276 頁(yè)表 3.1-5.1，有關(guān)螺栓規(guī)格與對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度關(guān)系如下表： 螺栓在不控制預(yù)緊力時(shí)，緊聯(lián)接方式下允許承受的軸向載荷(KN) 螺 栓 外 材料和屈服強(qiáng)度 Qp 40Cr,80 徑 D(mm) A3,240 35,320 45,360 0 m20 17.40 23.20 26.00 43.00 m22 23.3 31.00 35.00 58.00 m24 29.60 39.50 44.50 72.

51、50 m27 40.00 53.50 60.50 101 m30 51.50 69.00 78.00 138 m36 79.00 113 119 200 m42 115 153 172 275 m48 169 230 254 360 故選用 M28 螺栓 ·懸臂梁的設(shè)計(jì)與相關(guān)計(jì)算 所選的懸臂梁為工字鋼，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，初選長(zhǎng) 4.5 米，材料為 Q235， 所許用應(yīng)力為 100MPa 懸臂梁力矩分析圖：

52、 懸臂所受力矩圖可以看出危險(xiǎn)截面在立柱與懸臂連接處 M 224000 W 83MPa W 2674.543 其中： M——由集中載荷與均布載荷共同產(chǎn)生的彎矩，前邊已計(jì)算。 W——截面抗彎系數(shù) ，W=2674.543 根據(jù)《起重機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 25—30，選工字鋼規(guī)格為 h=275mm，b=240mm。 懸臂撓度： 懸臂的撓度由均布載荷與集中載荷共同作用所產(chǎn)生 f G1 ( L1 E )(3 I E) 2 G2 (L1 E ) fq 2 8 I E f總 f fq 1.25mm 1 L 5.625mm 800 因此撓度符合要求