毕业设计（论文）-H336B塔式起重机起升机构及臂架设计 (2).doc

辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) ivh3/36b塔式起重机起升机构及臂架设计 摘要 塔式起重机在建筑行业运用很广泛，尤其是在高层建筑中，更是必不可少的起重运料工具。本设计主要完成起升机构和臂架部分的设计，在查阅了大量文献和相关知识的同时，掌握了大量的有关塔式起重机的知识后，模仿h3/36b型塔式起重机的起升机构和吊臂而设计的。 起升机构是塔式起重机的最主要机构之一，尤其是传动装置减速器的设计尤为重要，吊臂以及在其上面行走的变幅小车主要承担着运输重物的任务，因此要对其进行严格的受力分析，并进行校核计算。由于吊臂结构承受很大的载荷作用且具有很大的危险性，故选材和构件连接上要十分严格。与此同时，还要考虑到材料的经济性，即造价成本问题。在借鉴前人经验和参阅相关资料的基础上，根据设计题目中给定的设计参数，将臂架设计为正三角形水平桁架结构。通过社会调查和技术经济性分析，本设计具有一定得实际应用价值和市场潜能，可进行制造并投放市场。关键词：塔式起重机，起升机构，吊臂，幅度，桁架 the lifting mecheanism and arm of h3/36b crane tower design abstractthe crane tower is used in construct profession very extensively ,particularly in hign buildings,is also the essential tool to rise the heavy anticipates.this design primarily completes the design of lifting mechanism the arm part of crane tower.at checking the cultural heritage of large quantity and related knowledge at the same time,i complete the design by imitating the lifting mechanism and the arm of h3/36b crane tower,after master lots of knowledge about the crane tower.the lifting mechanism is one of the important mechanism of the crane tower, particularly is the transmission device reducer .the arm and the amplitude running above it undertake the load primarily, therefore we must analyze the stress strictly, and check them by calculating.because theconstruction of the arm bears the load applied to it and is wery dangerous to people,it will be strict to choose the matericals and component conjunctions.meanwile we must consider the economy of the materials,which is referred to the price cost problem. on the basis drawing prehominid experience and referring to the relevance data , according to the structure designing the level truss giving stable design a parameter , the arm rack being designed for the regular triangle in examination questions.by the society inwestigates and analyzing the technical economy ,the design has certain value of practical application ,i think we can manufacture it and release it.keywords: crane tower，lifting mechanism，the arm crane，amplitude，truss 目录1绪论31.1概述31.2 塔式起重机的分类31.2.1按塔式起重机的回转方式分类31.2.2 塔式起重机的有无运行机构分类31.3 塔式起重机的组成及作用31.3.1金属结构部分31.3.2机械传动部分31.3.3 电气控制与安全保护部分31.4 变幅机构31.4.1变幅机构的类型31.4.2臂架摆动式变幅机构32起升机构的设计与计算32.1起升机构32.1.1起升机构的工作原理32.1.2起升机构的设计计算32.2起升机构起重零部件的选择计算32.2.1钢丝绳32.2.2卷筒32.2.3电机的选择32.2.4减速器的设计和计算32.2.5传动轴的计算和校核33吊钩简介和吊钩计算33.1吊钩组组成和吊钩的种类33.2吊钩组常用材料33.3吊钩和吊钩毛坯分类及应力计算33.4吊钩组的计算载荷与安全系数33.5吊钩主要尺寸33.6吊钩和钩身螺纹的应力计算33.6.1吊钩的应力计算33.6.2钩身螺纹截面应力计算33.7吊钩使用注意事项34小车变幅式臂架的设计和计算34.1臂架结构简介34.1.1臂架的类型34.1.2臂架结构设计34.2吊点位置的确定34.3臂架受力分析34.4内力计算34.4.1斜面桁架内力计算34.4.2吊点b的支反力及吊绳拉力34.4.3水平桁架的内力计算34.4.4下弦杆附加内力计算34.5截面选择与验算34.5.1 腹杆的计算34.5.2 臂架稳定性验算35结构连接35.1 机构连接简介35.2 焊接连接35.3 螺栓连接36技术经济性分析3结论3致谢3参考文献3 辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第62页1绪论1.1概述 塔式起重机简称塔机，也称塔吊，源于西欧。具有工作效率高、使用范围广、回转半径大、起重高度高、操作方便以及安装与拆卸比较简便等特点，因而在建筑安装工程中得到广泛的使用，并成为一种总要的施工机械。塔式起重机除了用于工业与民用建筑外，在电站施工、水利建设以及造船等部门也常有应用。 在我国，塔式起重机的生产和应用已有40多年的历史，经历了一个从测绘仿制到自行设计制造的过程。 20世纪50年代：1954年仿制民主德国设计的建筑师-型塔式起重机，在抚顺试制了我过第一台tq2-6型塔式起重机。 20世纪60年代： 1961年，首先在北京试制成功了红旗-型塔式起重机，它是我国最早自行设计的塔式起重机。随后我国又自行设计了tq-6型塔式起重机。 20世纪70年代：我国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。这一时期先后开发了zt100、zt120、zt80等小型变幅自升式塔式起重机；qt-20小车变幅内爬式塔式起重机；qtl16、tq40、tq45、td25、qtg40、qtg60下回转动臂自行架设快装塔式起重机等。 20世纪 80年代：我国出现了很多新产品，主要有tq80a、qtz100、qtz120等自升式塔式起重机，qt60、qtk60、qt25hk等下回转快装塔式起重机和qt90上回转动臂下顶升接高塔式起重机。进入20世纪年代以后，我国塔式起重机行业随着全国范围内建筑任务的增加而进入一个新的兴盛时期，无论从生产规模、应用范围和塔式起重机的总量等角度来衡量，我国均堪称塔式起重机大国。1.2 塔式起重机的分类1.2.1按塔式起重机的回转方式分类 按照回转部分装设的位置不同可分为上回转式塔式起重机和下回转式塔式起重机两类。1.上回转式塔式起重机及分类上回转塔式起重机是指回转支撑装设在塔机的上部的塔式起重机，按回转支承构造的形式，上回转部分的结构可分分为塔冒式、转柱式和转盘式三种，见表1.1。 表1.1 上回转塔式起重机的分类类型特点适用范围塔冒式回转部分比较轻巧，转动惯量较小，能承受的不平衡力矩较小中小型塔式起重机转柱式金属结构重量大，但能承受较大的力矩重型工业建筑塔式起重机转盘式构造紧凑，金属结构无重叠部分，重量较轻，回转时的振动冲击小有发展前途的构造型式上回转塔式起重机具有的有优点：底部轮廓小，要求较小的建筑基地空间。不影响建筑材料堆场的使用；塔身不回转故回转惯量小；便于改装成附着式起重机，能使用多种型式建筑物的施工需要。由于回转部分装在塔身上部，其高度位置总在建筑物之上，所有尾部尺寸只要不与其他建筑物相碰，可以设计的稍大一点，以便在减小平衡重量的同时改善塔身受力，减少弯矩作用。2. 下回转式塔式起重机及分类 下回转式塔式起重机是指回转部分设置在塔机的下部，吊臂装在塔身顶部，塔身、平衡重和所有的机构均装在转台上，并与转台一起回转，其分类和优点见表1.2。 表1.2下回转式塔式起重机的分类及特点类型特点适用范围具有杠杆式吊臂吊臂守弯，但塔身上的附加弯矩小，变幅机构及其钢丝绳缠绕方法简单轻型小吨位塔式起重机具有固定支撑头部金属加工费时，塔顶不能折叠，托运长度较长；变幅绳长，容易磨损重型塔式起重机具有活动支撑塔身顶部构造简单，重量轻，托运长度短使用较多1.2.2 塔式起重机的有无运行机构分类 按塔式起重机有无运行机构可分为固定式和移动式塔式起重机两类。1. 移动式塔式起重机的分类移动式塔式起重机是指具有行走装置，可以行走的塔式起重机，其分类和特点具体介绍见表1.3。 表1.3 移动式塔式起重机的分类及特点类型特点使用范围轨道式可以带载行走，在较长范围被进行水平运输，生产效率高，工作平稳、安全可靠广泛使用轮胎式不需铺设轨道，不需托运辅助装置，吊臂、塔身折叠后即可全挂托运，但不能水平托运不适于在雨水较多的潮湿地区使用汽车式转移场地非常灵活，并且是使用自身动力广泛应用2固定式塔式起重机及其分类 随着高层和超高层建筑的大量增加，对于塔式起重机的塔身高度要求也随之增加，塔身高度太大时，会使其钢结构过于笨重，起重机的安装架设也会感到困难，对设备利用率和司机视野都带来不利影响。所以建筑高度一般超过50m时，塔式起重机必须采用固定式塔式起重机。固定塔式起重机是指通过连接件将塔身基础固定在地基基础或结构物上，进行起重作业的塔式起重机。由于没有运行机构，因此塔机不能做任何移动。固定式塔式起重机分为塔身高度不变式和自升式。所谓自升式是指依靠自身的专门装置，增，减塔身标准节或自行整体爬升的塔式起重机。因此，它又可以分为内部爬升和外部附加式两种形式。1.3 塔式起重机的组成及作用塔式起重机的总体组成可分为金属结构部分、机械传动部分，电气控制与安全部分以及外部支撑的附加设施。金属结构部分包括行走台车架、支腿、底架平台、塔身、套架、回转支撑、转台、驾驶室（包括电气控制室）、塔帽、起重臂架、平衡臂架以及绳轮系统支架等组成。机械传动部分包括起升机构、行走机构、变幅机构、回转机构、液压顶升机构、电梯卷扬机构以及电缆卷筒机构等组成。电气控制与安全保护部分包括电动机、控制器、动力线、照明灯各完全保护装置以及中央集电环。1.3.1金属结构部分 起重机的吊臂、回转平台、人字架、底架和塔架等金属结构式起重机的重要组成部分。起重机的各工作机构及零部件都是安装或者支承在这些金属结构上的，起重机的金属结构式起重机的骨架。它承受起重机自重以及作业时的各种外载荷。组成起重机金属结构的构件较多，其重量一般占整机重量的一半以上，耗钢量大。因此，起重机金属结构的合理设计，队减轻起重机自重，提高起重性能，节约钢材有重要意义。1.3.2机械传动部分 塔式起重机一般设有起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构，这四个机构也是工程起重机的基本工作机构。（1） 起升机构起升机构是起重机的最主要机构。它是有电动机、卷筒、钢丝绳、滑轮组和吊钩组成。电动机的旋转运动，通过卷筒-钢丝绳-滑轮组机构变为吊钩的垂直上下直线运动。（2） 变幅机构起重机变幅是指改变吊钩中心与起重机回转中心轴线之间的距离，这个距离称为幅度，起重机由于能变幅，这就扩大了作业范围，即又垂直上下的直线作业范围扩大为一个面得作业范围。不同类型的起重机，变幅型式也不同，只要有两种:一种是使吊钩绕小铰点在吊臂平面内改变吊臂与水平面夹角来实现变幅;另一种是靠小车沿吊臂水平移动来实现变幅。前者称为吊臂俯仰摆动式变幅机构，后者称为行走小车式变幅机构。（3） 回转机构起重机的一部分相对与另一部分作相对的旋转运动称为回转。为实现起重机的回转运动而设置的机构称为回转机构。起重机有了回转机构，从而使起重机从线、面作业范围又扩大为空间的作业范围，回转范围分为全回转和部分回转。（4） 行走机构塔式起重机的行走机构是专门设计的轨道上运动的行走台车。它使塔身能做一定的单向行走。（5） 液压顶升机构塔式起重机采用可顶升机构后，不但为高层建筑的施工提供甚为重要的垂直运输，而且扩大了塔式起重机的建筑安装的使用范围，并大大提高了塔式起重机的施工效率，简化了塔式起重机的拆卸和安装。1.3.3 电气控制与安全保护部分 电动机执行来自控制元件的信号，故控制器性能的好坏直接与塔机的安全性能有关。由于臂架较长，光线暗时在驾驶室中可能看不清远方，且可能出现视觉死角，故安装照明灯，在保证安全操作的同时，可以提醒路人注意安全。 1.4 变幅机构 塔式起重机为了满足物料装、卸工作位置的要求，充分利用自身的起吊能力（幅度减少能提高重量），塔式起重机需要经常改变幅度。变幅机构则是现实改变幅度的工作机构，并用来扩大塔式起重机的工作范围，提高生产率。1.4.1变幅机构的类型 塔式起重机的变幅机构工作性质可以分为非工作性变幅机构和工作性变幅机构。 非工作性变幅机构是指只在空载时改变幅度，调整取物装置的工作位置，而在重物装、卸移动过程中幅度不再改变。这种变幅机构变幅次数少，变幅时间对起重机的生产率影响小，一般采用较低的变幅速度。其优点是构造简单、自重轻。 工作性变幅机构是指只在带载条件下变幅的机构。变幅过程是起重机工作循环主要环节，变幅时间对起重机的生产率有直接影响，一般采用较高的变幅速度（吊具平均水平位移速度为0.33m/s0.66m/s）。其优点是成产率高，能更好地满足装卸工作地需要。工作性变幅机构驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置，与非工作性变幅机构相比，结构复杂，自重也较大。 塔式起重机的变幅机构按机构运动形式分为臂架摆动式变幅机构（简称动臂式）和运动小车式变幅机构（简称小车式）。 动臂式变幅机构是通过吊臂俯仰摆动实现变幅的。可用钢丝绳滑轮组和变幅液压缸使吊钩作俯仰运动，塔式起重机中一般多用前者。动臂式变幅机构在变幅时物品和臂架的重心会随幅度的改变而发生不必要的升降，耗费额外的驱动功率，而且在增大幅度时，由于重心下降容易引起较大的载荷，所以一般多用非工作性变幅。动臂式变幅的优点是：具有较大的起升高度，在建筑群施工中不容易产生死角，拆卸也比较方便。其缺点是：幅度的有效利用率低，变幅速度不均匀，没有装设补偿装置时，重物不能做到水平移动，安装就位不方便，变幅功率也大。 小车变幅机构是通过移动牵引起重小车实现变幅的。工作时吊臂安装在水平位置，小车由变幅牵引机构驱动，沿着吊臂的轨道（弦杆）移动。小车变幅的优点是：变幅时物料作水平移动，安装就位方便；速度快、省功率；幅度有效利用率大。缺点是：吊臂承受较大的弯矩，结构笨重，用钢量大。 综合以上两种方案的优缺点，有的塔式起重机同时采用两种变幅方案，吊臂做成两用，即可使小车沿吊臂水平移动，又可将小车固定在臂端实现吊臂俯仰变幅。1.4.2 臂架摆动式变幅机构 按照吊臂和驱动装置间传动件的结构形式，动臂式变幅机构可分为挠性传动和刚性传动两类。这里仅讨论在塔式起重机上常用的利用钢丝绳滑轮实现变幅的挠性传动变幅机构。 通常为了减小变幅绳长度，变幅滑轮组的动滑轮轴通过拉杆或拉锁与吊臂端部相连，变幅滑轮组的定滑轮固定在塔式起重机的塔帽或者人字架上。为了使零部件尽可能做到通用，变幅钢丝绳规格常取其与起升绳相同。这样，当变幅滑轮组最大拉力确定后，即可方便地确定出变幅滑轮组所需的倍率。 变幅机构传动装置与起升机构基本相似，有齿轮传动（或行星齿轮）和涡轮传动两种基本形式，非工作性变幅机构大多采用涡轮传动。 动臂变幅，吊臂是靠自重和重物重量自动落下的。当次用齿轮传动时，下降速度一般靠电气制动进行控制；当采用自锁的涡轮传动时，吊臂只能在电动机反转的情况下降落，吊臂下降速度可由电动机控制。 为了可靠地控制落臂速度，确保工作安全，在非电气控制和调速的齿轮传动变幅机构中，甚至在具有自锁能力的涡轮传动中。为在重力下降时能限速，以及防止涡轮因磨损而失去自锁能力，一般都装设有限速安全制动器。 挠性传动的变幅机构，当吊钩在最小幅度时，有可能由于风力、惯性力等作用而向后倾翻，所以一般都设有吊臂防后倾保险装置。预防装在吊臂前方时用拉锁，反之则用撑杆。2起升机构的设计与计算2.1起升机构2.1.1起升机构的工作原理实现重物升、降运动的机构称为起升机构，通常由电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。 图2-1起升机构示意图1-电动机；2-联轴器；3-减速器；4-卷筒；5-导向滑轮；6-滑轮组；7-吊钩 工作原理：电动机通过联轴器和减速器相连，减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和安装在塔身或者塔顶上的导向滑轮及起重滑轮组与吊钩相连。电动机工作时，卷筒将缠绕在其上的钢丝绳卷进或放出，通过滑轮组使悬挂于吊钩上的物品起升或下降。当电动机停止工作时，制动器通过弹簧力将制动轮刹住。起升机构采用的减速器通常有以下几种：圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星齿轮减速器等，本方案采用圆柱齿轮减速器，优缺点：效率高，功率范围大，已经标准化，因而使用普遍，但体积重量较大。2.1.2起升机构的设计计算 起升机构的设计及计算主要包括：根据总体设计要求选择合理的结构型式，确定机构的传动布置方案；按给定的整机主要参数（最大额定起重量、起升高度、起升速度等）确定起重机构参数，选择确定机构各起重零部件的结构类型和尺寸；进行机构动力装置的选择计算等。（一） 影响起升机构的几个因素1. 滑轮组的倍率塔式起重机起升机构通常都采用单联滑轮组。滑轮组的倍率对起升机构的构造有很大的影响。倍率越大钢丝绳所受的拉力越小，但由于绕绳量的增加，将使钢丝绳和卷筒长度增加，同时由于滑轮数目的增多，也加剧了钢丝绳的磨损和疲劳，从而降低钢丝绳的使用寿命。但从另一方面看，增加倍率，须相应提高卷筒的转速，因此传动比就可以减小，使结构较为紧凑。2. 卷筒的直径卷筒直径应尽量选取最小许用值。因为随着卷筒直径的增加，转矩和传动比也将增大，从而引起整个机构的庞大。但在起升高度较大时，应采取相反措施，通过增加卷筒直径以限制其长度。3. 联轴器在高速轴上，电动机和减速器一般都是通过弹性联轴器相连。在低速轴上，减速器输出轴和卷筒之间的联接多采用滑块或齿轮减速器，因为它们可以传递较大的扭矩，并有一定调心性能，对安装调整比较有利。4. 制动器制动器一般安装在高速轴上，以减小其尺寸。通常利用联轴器的半个联接盘兼作制动，而带制动轮的联轴器半盘应安装在减速器轴上。这样，即使联轴器损坏，制动器仍能起作用。目前也有将制动器装在电动机尾部壳体内，制成一个组合件，从而使机构简化紧凑。综上所述，起升机构的设计应在保证满足塔式起重机主要工作性能的同时，尽可能地使机构工作可靠，结构简单，自重轻和维修保养方便等。（二） 起升机构的载荷特点1.物品起升和下降时，在驱动机构中钢丝绳拉力产生的扭矩方向不变。2.物品悬挂系统由挠性钢丝绳组成，物品惯性引起的附加转矩一般不超过静转矩的%10，对机构影响不大。3.机构起动或制动时，只有电动机输出轴到制动器之间的零件承受较大的动载荷，齿轮传动和其他低速轴零件所受的动载荷不大。2.2起升机构起重零部件的选择计算2.2.1钢丝绳 钢丝绳是塔式起重机中使用最为广泛的传动挠性件。优点是：卷挠性好、承载能力大、自重轻、运行时平稳无噪音，适于高速转动；弹性好、强度高、过载能力强，工作时一般不会发生突然断裂，比较可靠，因而，获得广泛使用。选用钢丝绳时，首先根据钢丝绳的使用场合（如常温、高温、潮湿、多层卷绕），一般优先选用线接触钢丝绳，在腐蚀性较大的场合宜采用镀锌钢丝绳。 钢丝绳计算：起升机构钢丝绳直径按最大静载荷来确定。 d=cf （2.1）式中d-钢丝绳的最小直径，mm； c-选择系数（mm/n）,参考表2-2选择系数c=0.090 f-钢丝绳最大工作静压力，n。 f=fd2m =3600240.82= 548.78n （2.2） d=cf =0.090548.78 =2.11mm2.2.2卷筒卷筒是卷绕和容纳钢丝绳的部件。通过对钢丝绳的收放，可把原动机的驱动力传递给钢丝绳，并将原动机的回转运动变为直线运动。卷筒的形状一般为圆柱形，特殊要求的卷筒也有制成圆锥形和曲线形的。在起重机起升机构中主要是采用圆柱形的钢丝绳卷筒。卷筒计算：d=hd （2.3）式中d-按钢丝绳中心计算的卷筒的最小卷绕直径，mm。 d-钢丝绳的直径,mm；h-与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按表2-7选取起升机构的工作级别属于m2,因此h的值选14，则有：d=hd=142.11=29.54mm2.2.3电机的选择1.选择电机种类：交流电。载荷性质：载荷平稳，传动不逆转（顺时针）。根据上述条件选择三相交流异步电机，即y系列。2.选择电动机功率：选择电动机时应保证：式中 p0-电动机额定功率，kw； pt-工作机所需电动机功率，kw。卷筒工作时所需有效功率pw=fv1000 (2.4)式中f-工作机的圆周力（即运输带的有效拉力），n；v-工作机的线速度，m/s；传动机构的总效率=0.82 带入式(2.4) pw=fv1000 =1200050/6010000.82=12.20kw因此选择电机型号为yzmdw225m-4，转速为1000r/min，额定功率为22kw，卷筒直径为0.3m，起升速度为0.83m/s。 (2.5 ) (2.6) (2.7)2.2.4减速器的设计和计算本塔式起重机的起升机构采用的减速器是双级圆柱齿轮减速器。1. 轮类型、精度等级、材选定齿料和齿数2. 减速器的高速齿轮传动1) 选用直齿圆柱齿轮传动。2) 塔式起重机为一般机械，速度不是太高，因此选用7级精度（gb10095-88）。3）材料选择：小齿轮选择40cr(调质)，硬度为280hbs。大齿轮选择45钢，硬度为240hbs，两者硬度差为40hbs。4） 选小齿轮的赤数z1=24;大齿轮齿数z2=z1=424=963. 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算 (2.8)（一） 确定公式中的各个计算数值1）选载荷系数kt=1.3。2）计算小齿轮传递的转矩p0=pr=12.2kw n0=970r/min =12.20.9925=12.11kw (2.9) n1=n0=970r/min 3)选取齿宽系数d=1。4）查得材料的弹性影响系数ze=189.8mpa12。5）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限hlim1=750mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限hlim2=590mpa。6）计算应力循环次数。 n1=60n1jlh=609702830015=4.19109 (2.10) 7)取接触疲劳寿命系数khn1=0.90， khn2=0.95。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数s=1，则有 h1=khn1lim1s=0.9750=675mpa (2.11) h2=khn2lim2s=0.9 (2) 计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 (2.12) (2.12)=65.22mm 2)计算圆周速度 (2.13) =3.31m/s 3)计算齿宽 =165.22=65.22mm 4)计算齿宽与齿高之比模数 =2.718mm (2.14)齿高 =2.252.718=6.114mm (2.15) 5)计算载荷系数根据m/s,7级精度，由文献3图10-8查得动载系数;直齿轮， ；由文献3表10-2可知,使用系数为.5由文献3表10-4查得级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，1.12+0.18(1+1.6)+0.23 b带入数据得1.12+0.18(1+1.612)12+0.23 65.22=1.423由, ,文献3图10-13可知, ；故载荷系数=1.51.1211.423=2.3916)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献3公式10-10a得 ： （2.16）7)计算模数 =3.33mm t1=95.5105p1n1=95.510512.11970=11.923104n 齿轮减速器的低速级传动1. 轮类型、精度等级、材选定齿料和齿数1)选用直齿圆柱齿轮传动。2)塔式起重机为一般机械，速度不是太高，因此选用7级精度。3)材料选择：小齿轮选择40cr(调质)，硬度为280hbs。大齿轮选择45钢，硬度为240hbs，两者硬度差为40hbs。4)选小齿轮的赤数z1=24,大齿轮齿数z2=z1=4.7524=1142.按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算(1) 确定公式中的各个计算数值1)选载荷系数kt=1.3。2)计算小齿轮传递的转矩 p0=pr=12.2kw n0=970r/min =12.20.9925=12.11kw n1=n0=970r/min p2=p112=12.110.980.97=11.51kw n2=n1i1=9704=242.5r/min t2=95.5105p2n2=95.510511.51242.5=4.533105n3)选取齿宽系数d=1。4)查得材料的弹性影响系数ze=189.8mpa12。5)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限hlim1=750mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限hlim2=590mpa。6)计算应力循环次数。n1=60n1jlh=60242.52830015=1.05109 =0.221097)取接触疲劳寿命系数khn1=0.95， khn2=0.90。8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数s=1，则有 h1=khn1lim1s=0.95750=712.5mpa h2=khn2lim2s=0.9(2) 计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 =104.4mm 2)计算圆周速度=1.32m/s 3)计算齿宽 =1104.4=104.4mm 4)计算齿宽与齿高之比模数 =4.35mm齿高 =2.254.35=9.79mm 5)计算载荷系数根据m/s,7级精度，由文献3图10-8查得动载系数;直齿轮， ;由文献3表10-2可知,使用系数为.5由文献3表10-4查得级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，1.12+0.18(1+1.6)+0.23 b带入数据得1.12+0.18(1+1.612)12+0.23 104.4=1.43由, ,文献3图10-13可知, ；故载荷系数=1.51.081.21.43=2.786)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献3公式10-10a得 ： 7)计算模数 =5.60mm2.2.5传动轴的计算和校核 （1）初步确定轴的直径 (2.17) 根据工作条件，取d=58mm （2）传动轴受力分析 n (2.18) n (2.19) tg=5106.75tg20=1858.70 n (2.20) 5106.75/cos20=5434.49n (2.21) 图2.2传动轴受力和弯矩图（3） 绘制传动轴的受力简图，如图2.1所示，求支座反力 (2.22) (2.23) (2.24) (2.25) (2.26)根据轴的结构简图作出轴的弯矩图和扭矩图（4） 作转矩t图： （5） 校核轴的强度：按弯矩合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取 =60mpa，轴的计算应力： ca= (2.27) 选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的-1=60mpa。因此，ca=-1，故安全。 3吊钩简介和吊钩计算3.1吊钩组组成和吊钩的种类吊钩组是起重机普通的取物装置，吊钩组由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴和拉板等组成。吊钩组除承受重物重量外，还承受起升机构与制动时引起的冲击载荷作用，故吊钩材料应有较高的机械强度和冲击韧性。吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩（板钩）；按其结构型式可分为单钩和双钩；长钩和短钩等。模锻单钩制造简单，在中小型（80吨以下）起重机上广泛应用。3.2吊钩组常用材料 锻造吊钩：20号钢，20simn或36mn2si(对于塔式起重机，必须采用20号钢)； 片式吊钩：20号钢，c3或16mn的钢板（其厚度不小于20mm），使板钩高度方向与钢板轧制方向一致。 吊钩螺母：20号钢 吊钩横梁：45号钢 吊钩拉板：c3，16mn 滑轮组：45号钢 叉子：20号钢 吊钩钩身的截面形状有圆形，方形，梯形或t字形。从受力情况分析，t字形截面最为合理，但锻造复杂；梯形截面受力较合理，锻造容易，因此h3/36型塔式起重机吊钩钩身的截面形状采用梯形。3.3吊钩和吊钩毛坯分类及应力计算 （一）直柄单钩的分类 直柄单钩的结构型式分为四种：lm型、lmd型、ly型、lyd型。 直柄单钩标记方法如图3.1所示： 如：吊钩006，强度等级为m的不带凸耳的模锻直柄单钩标记为： 直柄单钩 lm006-m； 吊钩250，强度等级为t的带凸耳的直柄单钩标记为： 直柄单钩 lyd250-t。图3.1直柄吊钩标记方法根据本设计中机构载荷情况及机构利用级别类型，根据表27.1-3（参考文献）可确定机构工作类型为m5级。由于吊钩材料为16mn，厚度小于35mm，根据gb/y1591-1994可确定为315mpa，确定吊钩强度级别为p，设计起重量要求为12t，取12.5t，查表27.1-66，确定吊钩号为8，故设计中需要的吊钩表示为：直柄单钩lmd 8-p。(二) 直柄单钩毛坯件分类直柄单钩毛坯件按结构锻造方式分为四种：mm型、mmd型、my型及myd型。直柄单钩毛坯件标记方法如图5.2所示：如：钩号为10，强度等级为m的不带凸耳的模锻直柄单钩毛坯件标记为：直柄单钩毛坯件 mm10-m；设计要求吊钩为模锻，分析同上，故设计中需要的吊钩毛坯件表示为：直柄单钩毛坯件 mmd8-p。 图3.2直柄单钩毛坯件标记方法3.4吊钩组的计算载荷与安全系数 计算载荷吊钩组所有零件均按静强度进行计算，其计算载荷为 安全系数 （3.1）式中： -材料屈服强度； -零件计算应力； -安全系数。此式是针对s/而言的，若s/重级和特级其安全系数要提高1520%，轻级与中级可降低15%。3.5吊钩主要尺寸 吊钩尺寸均按以下经验公式计算：（摘自参考文献） 钩孔直径：d=(3.0（cm）=(30（mm） 比值：h/d 钩口宽度：s 钩身高度：l 钩尖高度：m=0.5h 图3.3吊钩主要尺寸已知=12t，得出d hs=0.75d=0.75112=84mm 将s扩大，取整s=90mml=2.8112=313.6mm(系数取为2.8)m=0.5h=0.5112=56mm，由于s扩大，为防止脱钩，需要将m扩大，取m=65mm。3.6吊钩和钩身螺纹的应力计算 3.6.1吊钩的应力计算 (3.2) (3.3) 式中：-c点拉应力； -d点拉应力； q-按的起重量算出的拉力（n）； f-截面面积； e1-截面重心至内缘距离； k-依截面形状定的曲梁系数。 对于梯形截面： （3.4） 对于梯形截面的标准吊钩k 已知：=12t，起升速度v=50m/min，=1+0.01v=1+0.0150=1.5 q=1.512=18t=176.4kn h ， (3.5) (3.6) (3.7) (3.8)分别代入（5.2）、（5.3）式，得c=137.07mpa315mpa d=47.98mpa315mpa故吊钩满足强度要求。 图3.4 吊钩截面图3.6.2钩身螺纹截面应力计算本设计中吊钩与吊钩装置用螺纹连接，由于危险截面在螺纹根部，故须对其进行校核，这是截面主要受载荷q的拉伸作用。其拉力为： （3.9） 式中：； ； 则 螺纹部分应具有足够的高度，其高度可按螺纹螺纹表面的挤压应力决定，挤压应力为： （3.10） 式中： ； ； ； 许用挤压应力，对于本设计中所用的吊钩取。 上述吊钩钩体计算式按照弹性曲梁理论进行的，即e保证最大应力不超过材料的屈服极限除以一定得安全系数。故 3.7吊钩使用注意事项 吊钩禁止补焊，有下列情况之一的应予报废：a. 用20倍放大镜观察表面有裂纹及破口；b. 钩尾和螺纹部分等危险截面及钩筋有永久性变形；c. 挂绳处断面磨损量超过原高的10%；d. 心轴磨损量超过其直径的5%；e. 开口度比原尺寸增加15%。 4小车变幅式臂架的设计和计算4.1臂架结构简介4.1.1臂架的类型 塔式起重机的臂架，按主要受力特点，可分为受压臂架和受弯臂架两类。 受压臂架：受压臂架也称压杆式臂架，它是利用固定在臂架头部的变幅钢丝绳来实现臂架的俯仰变幅，臂架在起升载荷和起升绳、变幅拉力作用下，主要受轴向压力（臂架自重和风载荷产生的弯矩很小）。这种臂架常做成中部高两端缩小的形状。影响这种臂架承载能力的主要因素是其整体稳定性。 受弯臂架：借助沿臂架弦杆运动的小车来实现变幅的水平式臂架和动臂变幅的杠杆式臂架都属于这一类臂架。它主要承受横向弯曲，显然，臂架的强度和刚度在设计中起主要控制作用。 本设计h3/36塔式起重机的臂架，属于受弯臂架，是小车变幅式水平臂架。 图4.1 臂架结构简图要设计的臂架结构中，最大工作幅度为60米，除了5米臂端节和10米臂根接外，为了保证拆卸方便，故另外有3个10米臂节和5米臂节。4.12臂架结构设计本设计中小车变幅式水平臂架采用正三角形截面的空间桁架结构，上弦杆为圆钢，两个下弦杆位方管，用角钢拼成，两个下弦杆兼作小车的运行轨道，支持绳与下弦杆相连接。各杆件长度均是参考类似结构选取。l=60m ； h=12m ；d=1.770m ；lw=1.666m 。截面高度h=(150125)l (l为臂架长度) 取h=1.090m截面宽度b=1.520m，与塔身宽度相配合。塔式起重机的最大工作幅度为60m，故臂架结构共分为以下几个部分：(1) 根臂节（10m）(2) 10米臂节一(3) 5米臂节一(4) 10米臂节二(5) 10米臂节三(6) 5米臂节二(7) 10米臂节三(8) 臂端节(9) 拉杆系统4.2吊点位置的确定 图4.1为小车变幅式臂架的架构简图，结构式水平臂架以支持绳吊点为界分为简支和伸臂两段，为减轻臂架自重，应合理的选择臂架支持绳吊点的位置。一般情况下，在臂架截面未选出之前，根据主要载荷在简支产生的最大弯矩与伸臂吊点处最大弯矩相