[机械毕业论文]中轨门形式吊车设计【专业答辩必备资料】

毕业设计 (论文 )网 : 1 中轨门形式吊车设计 摘 要 ： 现代工业中，随着机械工业对工件表面处理要求越来越高，对电镀设备的要求也越来越高，电镀设备设计技术也得到更新。本文比较系统地分析了中轨式门形吊车的受力情况及中轨门形式吊车自动化的应用和发展。本文通过对横移装置及升降装置的轴设计及其强度校核，在减少材料成本的情况下很好的满足了吊车的要求，并在其功能上进行结构创新，完善了过去所遇问题的设计修改。另外对标准键的选择上有简单的介绍，对制造行业中各种材料的特性也有些研究。本吊车根据实际产品和经验的结果下进行创新设计，在未来的电镀设备行业中具有很好的应前景和较好的经济价值 。 关键词 ： 电镀 ；吊车 ； 电镀自动线 ；轴 Design of a Center Axle Type of Crane Abstract： In modern industry, with the higher requirement on the surface of workpiece, the mechanical industry also asks higher demand on electroplating device, and then the technology of electroplating device will be update as well. This article systematically analyzed the stress distribution of the center the axle type gate shape crane and its automatic application and development. By the design of shaft and strength check on moving device and lifting device, it will be satisfy the demand of the crane with the lower costs of material, in addition, on the basis of the function to do some structural innovation could help to improve the design. Besides, there is a simple introduction on how to choose the standard key and the characteristics of different materials in manufacture industry. This crane is innovative designed on the basis of actual product and the experience result, and will have the very good application-prospect and the better economic value in the future galvanization equipment profession. Key words: Electroplating； crane； Electroplating automatic line； shaft 1 引 言 毕业设计 (论文 )网 : 2 1.1 课题提出的背景和意义 现代工业中，随着机械工业对工件表面处理要求越来越高，电镀生产线从手工操作，逐步向机械化和自动化方向发展。电镀作为表面处理的一种重要的方法，也随着飞速发展。电镀 (Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀 ,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀时，镀层 金属做 阳极 ，被氧化成阳离子进入 电镀液 ；待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性 (镀层金属多采用耐腐蚀的金属 )、增加 硬度 、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。随着社会对电镀工业越来越重视，电镀设备的发展非常迅猛，电镀设备的自动化程度也日益完善。 吊车作为电镀设备中的一部分，在恶劣的生产环境下自动搬运工件进行电镀，更是具有其独特的功用。如今各种工业对产品表面的要求非常严格，而吊车在产品表明处理中发挥重要作用，为了生产让人满意的电镀产品，我们机械专业学生有着不可推却的责任。 1.2 国内研究开发水平 我国的电镀生产设备与国外先进国家相比，还有比较大的差距。相对而言，手工操作还比较多，有些厂的机械设备还比较陈旧，自动化程度不高，美国、日本等国的电镀自动线比我国先进。但是我国的电镀生产线要向国际上最先进的方向发展，但现阶段应在讲究实用、实效的基拙上求先进，循序渐进，逐步提高我国电镀生产线的先进水平。 现今的 电镀设备从业人员知识水平 程度较低 ,科技短识及品管观念缺乏 ,难有研究开发新产品 ,唯赖低、廉劳力 ,以求生存 。 政府有关单位应定期举办研习会 ,使企业工作 者以获得新知为研究风气 ,提高技术水准 ,对在职工程人员 ,鼓励利用 校企 合作方式 ,对其进行 进修或在职 培训 ,亦应举办各类技术鉴定考试 ,并规定工厂作业需由技术员担任 。 电镀处理对材料 的 附加价值甚高 ,先进国家不惜投入庞大人力物力从事研究发展 ,使得电镀设备的技术日新月异 ,我国要并驾齐驱 ,迎头赶上 ,势必从教育做起 ,在大专院校设立正规教育 的 表面处理 学科 ,培养表明处理高技术人才， 才能有雄厚发展实力 。毕业设计 (论文 )网 : 3 鼓励学校与工业界 之间 建 校企 合作 ,技术性问题需要由学校带动 ,学校要增添新设备 ,充实师资 ,积极培育专业人才 ,企业界要尽量聘用教育程度较高科技人员 ,以增加研究发展 的 潜力 。 作为机械设计制造及其自动化专业的大学生应当掌握实际生产中的机械知识设计、制造相关的应用，才能适应将要从事的制造业的主流，才能为制造业的创新发展做出贡献。 1.3 课题研究目标 本 设计课题为 电镀设备 中轨式门形吊车在表面处理的具体应用。 在设计过程中，首先要 了解产品需要实现的各个流程及 要 满足 的 条件 ， 还要 要考虑到 在实际生产中成本的控制 ，所以， 需要选择合适的标准件及自制品，并保证其可靠性 跟可行性 。 其次，本设计中的 天车有升降轴及横移轴，对此需要进行强度和寿命计算，并选择合适的轴承与其匹配， 对键连接强度也需校核 。 然后，考虑到 天车零部件有许多个，而且每个部分各有其功能，故本文只对其主要功能及对电镀产品要求 实现 的 功能 做具体的分析 。 同时需要设计电镀吊车的防撞装置，以保证工作人员的安全。 最终，确 保 该设计的 设计说明书简单易懂，而且能将吊车的功能 讲解清楚 ，并对设计过程做详细的介绍 。 2 门形吊车直线式自动线 2.1 总述电镀自动线 1 电镀自动线 按一定电镀工艺过程要求将有关镀槽、镀件提升转运装置、电器控制装置、电源设备、进排水管路、过滤设备、检测仪器、加热冷却装置、空气搅拌设备及在线污染控制设施等组合为一体的总称。它 通过机械装置，自动的完成电镀和电镀前、后处理等各工序的全部过程。因此，它具有生产效率高、劳动强度低、占用生产面积小、操作人员少、产品质量稳定及改善了操作条件等优点。它与手工操作镀槽相比，设备投资较高，制造维护工作较复杂。 2.1.1 分类： 按结构分：直线式自动线 和 环形自动线 直线自动生产线是依次将镀好的工件取出后再放入未镀的工件来完成的；其特点是机械简单而电器控制较为复杂，故电器元件的质量尤为关键。环形自动生产线是以每个节拍将镀件向前推进一个工位来完成的；其特点是机械稍复杂而电器控制较为简单，故机械元件的质量尤为关键。由于环形自动生产线不能逆向运行，变更工艺较困毕业设计 (论文 )网 : 4 难，只适用于工艺十分成熟的场合，加之成本较高，因而直线自动生产线往往成为初投资企业的首选类型并得以广泛的运用。 按镀件装挂特征：吊镀自动线、滚镀自动线、带（线）材连续自动线 按镀层：按镀锌、铜、镍、铬、铝氧化 、锡 等 按吊 车结构分：门形结构（龙门式）、悬臂式（单臂式）等 直线的行车有龙门式与悬臂式两种，主要以电机为动力。前者起吊重量大，适用于大、中型镀件且槽体宽的场合；后者轻巧、美观，机架一般为框架形结构，（对基础要求较为简单），工作面无遮挡，故工作状况一目了然，适用于中、小型镀件且槽体不宽的场合。 门形结构按行走轨道布置方式：上轨式（顶轨式）、中轨式、低轨式（槽边轨道式） 龙门式行车作水平运行的需双轨（悬臂式行车只需单轨），多采用矩型管制作。按导轨的高低可分为低轨、中轨、高轨几种形式。低轨在行车运行过后无遮挡，但行车重心过高而不够稳定；中、高轨的重心虽有所改善，但设高架影响视察和美观；若采用悬挂结构将使基建成本大幅增加；因而也出现了混合制的导轨，但行车的结构也随之较为复杂。 2.2 门形吊车直线式自动线简介 门形吊车直线式自动线是 指 采用了门形吊车来吊运电镀零件（带挂具的极杆或滚镀用滚筒）。电镀各工序所需要的各种槽子平行布置成一条直线或多条直线，吊车沿轨道作直线运动，利用吊车 上的一对或两对升降吊钩来吊运，使自动线按要求程序完成加工任务，因而称为直线式自动线。 3 中轨门形式吊车设计 自动电镀设备中比较重要的就是吊车，它自动化程度高，而且其工作状态在电镀过程中重要性很高，作为完善独立的一个机械设备，具有很高的研究价值。 门形吊车 的 车架刚性好，行走轨道布置在吊车两侧，行走轮位置比较分散，运行过程中比较平稳，特别适于吊运大型工件，在大型镀槽的电镀在线应用较多。 故本文将吊车设计为门形吊车。 轨道布置在上面的门形吊车，一般轨道由屋架上吊挂，不占用操作空间来安装支柱，产房内操作区比较开阔，轨道上安装的电气组件腐蚀较轻微。 。 轨道布置在门形吊车两臂下部的低轨式结构，轨道可以支撑在槽边地面上，也可将支架焊在槽体外侧。这种结构的电镀线安装调试不舆工厂建筑物发生关系，可以在设备制造厂调试后到生毕业设计 (论文 )网 : 5 产现场组装，加快施工进度，布置在轨道上的电气组件检修也很方便。但是轨道靠近槽边，轨面及附近易受腐蚀，若轨道离开太远，又占用过多生产面积，且这种吊车重心较高，不适于高速运行，效率较低。 而 中轨式吊车将轨道的安装高度选择在 吊车重心位置上，避免高速运行变速时产生较大的倾覆力矩而引起震动，同时具有低轨式结构的所有有点而克服了轨道和组件遭受腐蚀的缺点。 1 3.1 门式吊车的组成、功能、要求 3.1.1 门式 吊车 组成 吊 车主要由 提升装置、横移装置、同步齿轮装置、防撞人装置、接水盆装置等组成 。 3.1.2 门式吊车 功能 吊车就相当一个直角坐标的机器人， 它 的两个主要动作就是带动工件移动也就是横移和提升工件， 将各工件从一个槽子转移到另一个槽子，使其按流程进行电镀，并在完成后再返回原先位置进行重复工作。 3.1.3 门形吊车一般要求 提升速度： 815m/min 横移速度： 3040m/min 通常电机采用变频器无级调速，使运行更加平稳，定位精度更准，可有效提高吊车运行速度，缩短运行周期。 3.1.4 吊车车体设计 及其强度校核 由于设备使用环境较差腐蚀性较重，故 吊车主框架由 SUS304不锈钢材折弯成型并打砂 、 喷涂防腐环氧漆 ,以 提高设备的防腐能力 ,延长设备的使用寿命 ；起吊部件由SUS304材料制成 ,轴由 3Cr13材料制成。 其作用是完成工件在各个工艺槽之间的搬运工作 。 为保证 所有处理槽位于同一水平面 ， 处理槽支架 的支撑采用 地脚螺栓 连接，这样可 通过地脚螺栓的调整 ，对高度进行调整。 在车体设计好以后再对其强度进行校核。 受力分析如下： 毕业设计 (论文 )网 : 6 图 1.受力分析 Fig.1 Stress analysis 所以 GFFFE 21 由于 AB、 CD两杆的受力均等，故只对其任一根杆件进行校核，即取 AB杆作为研究对象。查表取 M P aM P a 100,65 。受力跟弯矩图如下： 图 2.弯矩图 Fig.2 The chart of bending moment 所以EBA FFF 21 由剪切力：EFF 21 M P aM p aFAF E 659.639021 由弯矩： aFME21 所以 M p aM P ay aGyaFM E 100901/65390 8508.9110041/I41/I21W ZZm a x 3.1.5 电动机与减速器 电动机的功率按起重机的设计方法进行计算， 确保 制造与维护便利，一般水平行走及吊钩升降用的电动机和减速器尽可能采用同一类型；当有条件时，可选用一齿差行星齿轮减速器；也可选用定型的行星摆线针轮减速器。 在选择电机时 ,分析各种电机的性能及运动特点 , 可 选择变频调速电机来驱动吊毕业设计 (论文 )网 : 7 车 。 电机采用变频器无级调速，使运行更加平稳，定位精度更准，可有效提高吊车运行速度，缩短运行周期。 根据公式 ： n = 60f/p n: 同步 转速 f: 电源频率 p: 电机极对数 即 电动机的同步 转速 = 60 * 电源频率 / 电动机极对数 可知当改变电源频率时，电动 机的同步转速也跟着改变。也就是说，当频率连续可调时，电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些。这就是变频器实现无级调速的基本原埋。 采用变频调速电机作为吊车水平运行驱动的必要性，在于吊车的惯性使得启动和停车有一个加速和减速的时间，而相邻两个槽子的中心距离只有 0.4m0.5m 左右，要为自动在线的吊车确定一个技朮上可能、经济上高效的合理运行速度比较困难。如单速行走的吊车，根据实际经验，水平运行速度选定为 12m/min。因为高于这个速度，启动 与 停车时会有冲击震动，而且停位误差较大，低于这个速度，吊车工作效率太低，因此采用折衷方案。 吊车水平行走时要求平稳，工件摆动小、停位准确，并要求长期运转后， 飞 巴或滚筒能准确就位；要求启动和停位时振动小，以避免挂具及工件振落。因此吊车的水平行走速度通常取 3040m/min。当取较高速度时，制动后工件的摆动量较大，此时如果挥巴立即下降入槽，则需要增加槽的宽度。为了不增加槽宽，可采取水平制动后延时 0.51s，挥巴才开始下降的办法，效果会很好。 3.2 吊车横移装置设计 横移装置由减速机马达、马达轴承、联轴器、 横移轴承、同步齿轮结构、横移各轴、行走轮、横移旁轮等组成。 3.2.1 横移轴设计 一般情况下，轴的设计主要应解决以下问题： 1）选择轴的材料。 2）进行轴的结构设计，由于结构设计时尚不知道轴的直径，所以要进行初步计算，粗略估算出轴的直径，并初步确定各部分的形状和尺寸，然后细致地进行结构设计。在结构设计中必须考虑轴在机器中的位置，轴上零件固定定位要求，工艺性要求，热处理要求，运转维护的要求等。 3）进行轴的强度校核，一般情况下轴的工作能力主要取决于它的强度，并且大多数轴是在变应力条件下工作的，因此要进行疲劳强度校核计算。本文主毕业设计 (论文 )网 : 8 要对横移轴、提升轴、接水盆传动轴进行设计及其验算。 3.2.2 横移各轴的选择设计和验算 3 轴主要用来支承零件作旋转运动，以传递运动和动力。根据设计要求， 横移马达轴和横移传动轴 具体的设计步骤和内容如下： （ 1） 横移马达 轴的设计 选择轴的材料及确定许用应力 ： 该轴选用 3Cr13钢 材料，进行调质处理和齿部淬火处理。查表得 ： 取 640=B M P as, 1 1 0=ob M P as。 6 按扭转条件强度计算 ， 初估算轴的直径 ： 查表 3Cr13得 ： 取 A=100, MPa50 由下式得 ： （ 1） mmnpnppn p 4.31A2.095500002.09550000d 33331 （ 2） 故我把轴的最小直径取 31.5mm,由于横移马达轴是靠 键 连接而运转， 轴上开有键槽 ，宽度为 14mm,应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱 ,则直径应增大 5%7%， 为保证与马达连接处安全，可适当再多增加一些尺寸，而 与横移传动轴键联结处 直径 大小为 则可设计为 35mm,故选 定该轴与马达连接的最大直径为 45mm， 其配合段轴长应与轴承相匹配。 横移马达轴与马达传动轴中间的键连接采用半圆键联结，键的材料为 45钢。 与马达联结处键的设计尺寸为 d=9m,h=14mm,l=136mm。 横移马达轴具体设计图如图 3所示。 图 3 横移马达轴 Fig.3 Move transversely motor shaft 横移传动轴联结处键的设计尺寸为 d=10mm,h=10mm,l=110mm。卸载槽尺寸为1.7mm,横移传动轴设计图如图 4 所示 TTT dnPWT 32.0955 0000毕业设计 (论文 )网 : 9 图 4 横移传动轴 Fig.4 Shifting transmission shaft （ 2）轴的强度验算 由于横移马达轴和横移传动轴都是传动轴，只传递扭矩，而不承受弯矩。故 横移马达轴强度校核为： 当轴为 3Cr13钢时 ，按插值法得 Mpa。 d=45mm 截面当量弯矩应力 35.18mm95.0451.0 mm.N2 3 9 0 0 06.0d1.0 aTWMs 333 MPas-1b （ 3）（因其截面有键槽，考虑到对轴强度削弱影响，故 d乘以 0.95）。 故截面安全。 横移传动轴强度校核： 在尺寸 35mm处，因为截面有键槽，考虑到对轴强度削弱影响，故 d乘以 0.95。 39mm95.0351.0 mm.N2 3 9 0 0 06.0d1.0 aTWMs 333 MPas-1b （ 4） 在尺寸 30mm处： 3.53mm301.0 mm.N2390006.0d1.0 aTWMs 333 MPas-1b （ 5） 故各截面均安全。 3.2.3 半圆键联结强度校核 3 键的材料选择为 45钢制造，查设计手册可知，在轻微冲击时，键的许可应力p =100120MPa 与马达联结处键的设计尺寸为 d=9mm,h=14mm,l=136mm, 由键强度验算公式可算得 M P ak ld 79.5513697 2 3 90 0 02T2p p （ 6） k=0.5h 与横移传动轴联结处键的设计尺寸为 d=10mm,h=10mm,l=110mm, 毕业设计 (论文 )网 : 10 由键强度验算公式可算得 M P ak ld 9.861 10105 2 39 0 0 02T2p p （ 7）k=0.5h 故两半圆键联结尺寸选择合适 ,连接键安全。 轴承选择 由于吊车的转速不大，而且载荷也不大，故可选择滚动轴承，它的摩擦阻力小，启动灵活，而且易于互换，润滑和维护方便。 3.2.4 联轴器选择 3 选择滚子链联轴器，它结构简单，容易制造（采用标准件）、装拆、维护方便，工作可靠，使用寿命长，质量轻，转动惯量小，效率高，具有一定的补偿性能和缓冲性能，能适应高温、潮湿、多尘的恶劣工作环境。 3.2.5 横移主动轮设计 为节约贵重钢材，横移主动轮采用装配式结构齿轮设计，装配结构齿轮的轮缘采用合金钢制造，而轮毂和腹板采用铸铁或铸钢材料制造，轮缘与轮毂通过过盈配合联结或螺栓联结组合。为此此横移主动轮和从动轮内部材质采用铸铁铸造而成，外部材质采用不锈钢制作。 为了增加吊车运行的可靠性，减少运行噪声，在吊车的行走轮外沿压铸上一层聚酯橡胶，也 可 采用在轨道上加装齿条或链条，在吊车车架上安装齿轮或链轮驱动，以提高运行停位精度。 之所以选择 聚酯橡胶 是因为它具有 抗冲击、不易变形、不易断裂、耐候性且环保无公害等诸多优点 。 主动轮与从动轮的轮距 ： 吊车水平行走用的主动轮与从动轮之间的轮距不应太小，否则行走时振动太大。当轨距为 15003000mm时，主动轮与从动轮的轮距一般为10001500mm。 主动轮形状及大小如图 5所示： 毕业设计 (论文 )网 : 11 图 5 主动轮 Fig.5 Active wheel 3.2.6 同步齿轮齿排机构 该龙门吊车两侧路轨之间的中心距比较大 ， 吊车横移停车定位时 ,由于惯性比较大 。 吊车两边会因综合惯性不同而将不会停位在处理槽横向中心位置上 ,此时 ,如果 挥巴依然下落 ,工件将会砸在槽内其它配件上 ,既砸烂配件 ,又损坏了工件甚至飞巴 ,造成不安全因素的损失 。 为此可设计一 同步齿轮齿排 机构。 为保证同步齿轮接触表面具有足够的定位精度和承载能力，轮毂应具有适当的宽度，为保证同步齿轮在轴向力的作用下具有足够的侧向稳定性，应选较大的宽度。为此我将同步齿轮宽度设计为 50mm 的。 同步齿轮通过内孔与轴颈的接触实现轮与轴的径向定位，为保证定位精度并使其在工作载荷的作用下不被破坏，轴与轮毂孔应选用较紧的配合，尤其是同步齿轮设计目的就是为了防止吊车在惯性作用下横移错位，需承受较大的轴向载荷及载荷波动较毕业设计 (论文 )网 : 12 大的情况下，更应选择较紧的配合。 3 设计后的同步齿轮 齿排机构 会大大改善这一安全隐患 。 齿轮齿排模数较大 ,这样所能承受的力比较大，使用寿命长。 吊车横移停车时 ,齿轮与齿排啮合的扭力足以抵消综合惯性的冲击 ,亦即吊车两侧因此不致于错齿而保证了停车位置的准确性 ,同时也 保证了提升飞臂中心线与处理槽横向中心线平行一致 。 使飞巴下落正好落在杯士的中心位置 。 同步齿轮材料选择： PP是一种半结晶性材料。有很高的熔点。共聚物型的 PP材料有较低的热扭曲温度（ 100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。 PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。由于结晶度较高， PP的表面刚度和抗划痕特性很好 ，也 不存在环境应力开裂问题。均聚物型和共聚物型的 PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。 同步齿轮如图 6 所示 图 6 同步齿轮 Fig.6 Synchronized gears 同步齿轮套如图 7所示： 毕业设计 (论文 )网 : 13 图 7 同步齿轮套 Fig.7 Synchronous gear sets 3.2.7 横移导轮 为保证横移运动在正确轨道上运动而不发生偏移导致脱离轨道，可在吊车机架上用螺纹固定三个横移 导 轮，其中一边两个横移 导 轮，一边一个横移 导 轮，其中两个横移 导 轮对称分布在吊车行走轨道两 导 ，以将吊车行走轨迹限制在一定可适用范围内，而另一边在内侧装一个横移 导 轮，使吊车行走更平稳，也和另一侧的横移 导 轮一起起限位作用，如果装四个横移 导 轮，会发现由于吊车行走时会有所偏移，会导致过定位毕业设计 (论文 )网 : 14 现象，其中一个横移 导 轮磨损厉害，而导致吊车不能正常运转。由于横移 导 轮受力较小，为节约成本，可将此轮用设计时选用 UHWM PE(超高分子量聚乙烯 )制作，摩擦力也相应减小，噪声也能减小 ，且使用寿命也能满足需求 。 横移导轮与滚动轴承的轴向固定方法采用两端单向固定，在这种轴系结构中，位于轴两端的轴承个 限制轴在一个方向的轴向移动，从而实现轴系的轴向固定。 5 横移导轮装配图如图 8。 图 8 横移导轮装配图 Fig.8 Guide assembly 3.2.8 横移马达选择 表 1 横移马达选择 （扭矩计算） Tab.1 Move transversely motor selection（ torque calculation） 扭矩计算 计算数值 吊车自重 (G1) 200kg 飞巴重量 (G2) 80kg 夹框重量 (G3) 20kg 工件重量 (G4) 1000kg 合计重量 (G) 1310kg 摩擦系数 f 10m/min PU 轮直径 (D) 152mm 安全系数 (A) 1.3 计算扭矩 (T0) T0=GfD/2 184N.m 安全扭矩 (T) T=T0A 239N.m 毕业设计 (论文 )网 : 15 表 2 横移马达选择 （速度计算） Tab.2 Move transversely motor selection（ speed calculation） 速度计算 计算数值 车横移速度 (V) 32m/min PU 轮直径 (D) 152mm PU 轮转速 (n) n=V/(D) 46 最终选择的马达型号为： RNYM2.1420.B.30，其中 功率： 1.5(kw)；减速比： 30； 输出转速 : 48.3(r/min)； 输出扭矩 : 252(N.m). 注 : 重量单位 -Kg； 长度单位 -米 ； 转速单位 -r/min； 扭矩单位 -Kgm Note: the weight - Kg, Unit of length, - Speed unit r/min, - Torque unit, m - Kg 3.3 升降装置总体设计 升降装置由减速机马达、马达轴承、升降各轴、联轴器、提升轴承、卷带轮、吊带等组成。 3.3.1 吊钩的升降速度 吊钩升降停位的准确性比吊车水平行走停位的准确度要求 要 低，吊钩的升降速度通常取 815m/min，下降速度不宜太大，否则挥巴或滚筒就位时冲击大。 3.3.2 吊钩个数设计 1 吊车有单钩吊车及双钩吊车两种。单钩吊车只有一套升降传动装置及一对同步吊钩，双钩吊车则有两套升降传动装置及两对同步吊钩。在滚镀自动线上由于滚镀持续时间长，都用单钩吊车；在挂镀自动线上为了缩短吊车水平行走的空程时间，大都采用双钩吊车。当吊车水平行走时，可同时吊运两根极杆。单钩吊车与双钩吊车的基本结构相同。双钩吊车两对吊钩的水平间距取决于挂具及工件的尺寸，以互不干扰为准。此吊车设计为单钩吊车。 3.3.3 提升轴设计及强度验算 （ 1） 提升 轴的设计 选择轴的材料及确定许用应力 该轴选用 3Cr13 钢 材料，进行调质处理。查表得：取, 1 1 0=ob M P as。 按弯曲许用切应力计算，查表得 ： 取 A=100, MPa50 ，由下式得： mmnpnppn p 4.31A2.095500002.09550000d1 3333 （ 8） 故把轴的最小直径取 35mm,由于 升降 马达轴是靠 键 连接而运转， 轴上开有键槽 ，毕业设计 (论文 )网 : 16 宽度为 12mm,应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱 ,则直径应增大 5%7%，故选定该轴 与马达连接 的 最大 直径为 45mm， 而 与 提升 传动轴键联结处直径 大小 为 则可设计为50mm， 其配合段轴长应与轴承相匹配。 其结构和尺寸如图 9所示 45-0.01-0.025C2R 2C 2 图 9 提升马达轴 Fig.9 Ascending motor shaft 提升 马达轴强度校核为： 当轴为 3Cr13钢时 ，按插值法得 Mpa。 d=50mm 截面当量弯矩应力 17.8mm95.0501.0 mm.N1 4 6 0 0 06.0d1.0 aTWMs 333 MPas-1b （ 9） （因其截面有键槽，考虑到对轴强度削弱影响，故 d乘以 0.95）。 在尺寸 45mm处的截面当量弯矩应力为 2.11mm95.0*451.0 mm.N1 4 6 0 0 06.0d1.0 aTWMs 333 MPas-1b （ 10） （因其截面有键槽，考虑到对轴强度削弱影响，故 d乘以 0.95）。 故各截面均安全。 由于 升降 传动 轴 除受转矩，同时也受弯矩作用，并且 是靠 键 连接而运转， 轴上开有键槽 ，宽度为 12mm,应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱 ,则直径 在 增大 5%7%的基础上 ， 还得在增加适当大小， 故选定该轴 与马达连接 的 最大 直径为 50mm， 其配合段轴长应与轴承相匹配。 升降轴尺寸大小如图 10所示： 毕业设计 (论文 )网 : 17 图 10 升降 轴 Fig.10 Ascending shafts 为 改善卷轮处升降轴的受力情况 ，升降轴 轴上在靠近吊带卷轮处要设计有轴承位 , 另外为 防止轴承的润滑油掉入槽内 ， 升降轴安装轴承下方 可设计一个 接油盆 。 另外由于提升传动 轴长度 将近 6米时 ，我 应把它分为两段 ,用法兰式刚性联轴器连接 。这样可降低轴的应力集中，改善轴受力情况，使轴的寿命更长，经济效率高。 升降 轴同时受到弯矩和转矩的作用，受力分析如图 11 所示： 水平面受力水平面弯矩图转 矩 T 图当 量 弯 矩 M 图A 图 11 提升传动轴受力图 Fig.11 Ascension to drive by （ 1）画出垂直受力图，计算端点反力和中点弯矩，并画出弯矩图。 毕业设计 (论文 )网 : 18 其端点反力AF为 1 6 0 k g 1 0 N / k g 8 0 0 N2 = 弯矩 mmN4 0 0 0 0 0mm5 0 0N8 0 0mm5 0 0FMAd （ 2）画出转矩 T 图 （ 3）计算中点当量弯矩，画出当量弯矩图。mmN427 62 3252 00 06.0400 00 0aTMM 2222dd ）（）（ （ 11） （ 4）校核轴的强度 根据弯矩大小及轴的直径来进行轴的强度校核 查资料可知，当 SUS304 钢 M P ammmmNd 73.54)95.045(1.0 .4276231.0 MWMsDM P a75sM P a835S333ddbb1b 的截面弯矩应力。，按插值法得 （ 12） （因 D截面有键槽，考虑到对轴强度削弱影响，故 d乘以 0.95）。 故 D截面安全。由于 E截面与 D截面受力情况一致，故不再另做分析计算。 3.3.4 半圆键联结强度校核 键的材料选择为 45钢制造，查设计手册可知，在轻微冲击时，键的许可应力p =100120Mpa，与马达联结处键的设计尺寸为 d=12m,h=12mm,l=120mm。5 由键强度验算公式可算得 M P ak ld 79.33120126 1 4 60 0 02T2p p k=0.5h （ 13） 与横移传动轴联结处键的设计尺寸为 d=14mm,h=10mm,l=150mm, 由键强度验算公式可算得 M P ak ld 81.27150514 1460002T2p p k=0.5h （ 14） 故两半圆键联结尺寸选择合适。 由于吊车的转速不大，而且载荷也不大，故我选择滚动轴承，它的摩擦阻力小，启动灵活，而且易于互换，润滑和维护方便。 3.3.5 联轴器选择 由于天车常做反复运动，启动频繁，且安装要求需要保证两轴精确对中或者工作过程中有较大位移量的两轴联结，通过 查阅机械设计手册，可知选用带弹性元件的挠性联轴器。 弹性套柱销联轴器， 它可靠弹性元件的弹性变形来补偿两轴轴线的相对偏移，而且可以缓冲减振，改善轴与支撑的工作条件，降低联轴器所受的瞬时过载，并毕业设计 (论文 )网 : 19 能改变轴系的刚度。 弹性套柱销联轴器用套有橡胶的弹性套柱销代替了联结螺栓，弹性套用耐油橡胶， 利用橡胶的弹性，减轻、吸收冲击和振动的联轴器。 具有 高柔性、低噪音、无需润滑，具有维护方便、结构简洁、使用寿命长等优点。 特 选用弹性套柱销联轴器 。 3 3.3.6 升降卷带轮设计 卷带轮加工是 用 100mm的铝棒加工而成， 在 下图 画线尺寸切割一块压板下来，然后在其盖上打螺纹固定孔，天车吊带绕卷带轮一圈然后再将钢盖压紧吊带，用螺 钉固定好后在一圈圈绕在轮子上。具体内容如图 12 所示： 图 12 卷带轮 Fig.12 Volumes 卷带轮与升降梁连接处，采用三块钢板用螺丝压紧固定法，其钢板宽度比吊车升降吊带宽 50mm，这样可避免在升降吊带上打孔，能自由调整升降吊带的长度，因为在多次升降后，吊带会伸缩变形，长度变长，这时需要重新固定吊带与升降梁，将伸长的吊带去除，保证吊车的稳定性与可靠性，也能减少用户使用成本。 另外 吊带的位置要尽量远离槽边 ,防止磨擦产生的粉屑掉入槽内 ,若负载较大时还可以 增加吊带的数量 。 吊带的固定及压板则如图 13所示。 毕业设计 (论文 )网 : 20 图 13 吊带固定及压板图 Fig.13 Condole and linking piece 3.3.7 提升马达选择 表 3 提升马达选择 （扭矩计算） Tab.3 Ascending motor selection（ torque calculation） 扭矩计算 计算数值 提升臂重量 (G1) 50kg 飞巴重量 (G2) 80kg 挂篮 /滚桶重量 (G3) 30kg 工件重量 (G4) 1000kg 合计重量 (G) 1160kg 表 4 提升马达选择 （速度计算） Tab.4 Ascending motor selection（ speed calculation） 速度计算 计算数值 吊车提升平均速度 (V) 10m/min 吊带偏移带轮中心平均距离 (R) 60mm 吊带轮转速 (n) n=V/(2R) 47.77 综合上表，查手册选择 : RNYM2.1420.B.30 型号马达 ，其 功率 为 1.5KW，减速比 30，输出转速 (r/min) 48.3，输出扭矩 252(Nm)。 注 : 重量单位 -Kg； 长度单位 -米 ； 转速单位 -r/min； 扭矩单位 -Kgm Note: the weight - Kg, Unit of length, - Speed unit r/min, - Torque unit, m - Kg 3.4 防撞人装置 防撞人装置效果如图 14 所示 毕业设计 (论文 )网 : 21 图 14 防撞人装置 Fig.14 Impact-proof people device 3.4.1 防撞人装置原理 工作过程中 ,机台上吊车将不停地来回运动 ,防撞人机构安装在吊车之行人侧边（行车外框架以外） .当行人侧操作员正在槽边作业而疏忽吊车近身时 ,操作员的身体最先碰撞上的是防撞人机构的防撞框 ,由于 3-防撞位块， 8-微动开关固定在行车外框架上面，当 防撞框稍一受力 ,马上就会使滑 套和防撞框 离开正常位置，这时防撞微动开关 被触动， 立时断电 ,吊车立时停止运行并报警 ,从而避免了吊车可能造成的人身伤害 ,起到了安全保护的作用 。 当警报解除后， 2-弹簧挡块固定在防撞框上，由于力的作用使 弹簧的复位，滑轮重新返回工作位置，保证设备的正常使用。 防撞人装置各零件见表： 表 5 防撞人装置零件 Tab.5 The Parts of impact-proof people device 零件编号 零件名称 材料 1 滑套 ABS 2 弹簧挡块 SUS304 3 防撞位块 ABS 4 防撞框 SUS304 5 猪场套 猪肠 6 弹簧 7 支撑架（机架） 8 微动开关 毕业设计 (论文 )网 : 22 如图 15所示，滑轮在不受力时停位在 ABS 滑套中央，中央轨道设计为一圆弧内凹形状，其中央为圆弧的顶点，这样就可增加滑轮停位准确度，同时也使滑轮不能轻易左右跑动。 ABS滑套用胶合的方式与防撞框紧密固定。 图 15 滑套 Fig.15 Slippery 防撞人框外套可采用柔性猪肠管套住，这样可减少对人的伤害，弹簧挡块用螺纹与吊车机架相连，防撞位块与弹簧挡块之间采用弹簧连接，当受力恢复后，这样可及时使防撞人机构复位。 3.5 吊车横移槽及升降槽、顶槽设计 采用 用 5t S.S41 钢板折弯而成 。 当升降槽或顶槽长度较短时 ,可折弯成简单的 形 ；当升降槽或顶槽长度较长时 ,则应折弯成有内翻边的 形 ,以增强折槽的强度和提高直线度 ,所有折槽应一体成形 ,不允许焊接接驳 ；当升降槽高度大于 2.5m时 ,为了方便出货 ,减少现场装机事项 ,可考虑把吊车升降槽分为两段 ,上部分不能大于 2.5m(升降导向角钢不可分两段制作 )。 3.5.1 升降导向角钢选择 选用 6tX65X65 mm SUS304 角钢 制作 ,工作面必须抛光 。 若吊车升降槽分为两段时要制作一般长约 800mm 的导向角钢 ,用以出货时固定升降梁 。 3.5.2 吊车升降槽设计 两侧吊车升降槽的下部位要有横拉杆连接 ,以增强其钢性及