0.5吨悬臂4米壁挂起重机设计.doc

浙江科技学院毕业设计（论文）0.5吨悬臂4米壁挂起重机设计学生姓名：倪佳佳 指导老师：尹炳龙教授浙江科技学院机械学院摘 要本文主要对0.5吨悬臂4米壁挂起重机进行设计，分析了该起重机所要求实现的功能要求和相应的结构，了解了起重机的工作原理，基本结构，系统组成及功能。本研究主要是对该起重机的悬臂梁的设计及旋转功能部分的机构设计及参数的选择。起重机是一种循环、间歇运动的机械，包括了起升、旋转、变幅、行走等多个运动机构，所以该设计主要是针对旋转机构选择相应的零部件及其技术参数，使其既能很好地实现起重机的运行而且互不干涉且配合良好。设计主要包括起重机的整体结构、传动机件的选择。本文对设计中，起重机的结构图、装配图、零件图，都有详细的说明。关键词：起重机 旋转机构 传动机件Times New Roman ，小四号The design of a wall hanging crane with a 4m cantilever and hangs 0.5 tonStudent：Jiajia Ni Advisor: Dr Bing-long YinSchool of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University Of Science and TechnologyAbstractIn this paper, I design a wall hanging crane with a 4m cantilever and hang 0.5 ton. I analysis required the crane to achieve the functional requirements and the corresponding structure, to understand the working principle of the crane, the basic structure, system composition and functions. This study is to design the cantilever of the crane and its rotation part and select its parameters.Crane is a machinery of cycle, intermittent movement, including hoisting, rotating, amplitude, walking and other movement organizations. So the main task is to select corresponding parts and technical data of its rotation part, to both well realize the cranes operation and noninterference in each other and with the good. Design includes the overall structure of the crane, the choice of transmission parts. In this paper, the design of the crane structure and assembly drawings, part drawings, there is a detailed description.Keywords: Crane Rotation part Transmission components目录摘 要IAbstractII目录III第一章绪论11.1设计的背景及意义11.2 起重机的分类11.3起重机发展状况21.3.1国内起重机发展状况21.3.2国外起重机发展状况31.4 起重机发展趋势51.5研究内容81.6 本章小结8第二章 起重机的组成92.1 基本概念92.1.1 悬臂起重机介绍92.1.2基本参数92.1.2 起重机机构92.1.3起升机构92.1.4运行机构102.1.5变幅机构102.1.6旋转机构112.2 本章小结11第三章起重机设计123.1 电动葫芦的选择123.2 起重机悬臂梁的设计计算133.2.1计算条件133.2.2受力计算133.3 本章小结14第四章 旋转机构设计154.1 旋转机构组成154.2旋转支承装置设计154.2.1定柱计算154.2.2 螺栓组的设计164.3 旋转驱动装置设计174.3.1减速器、电动机的选择174.3.2 轴承的选择184.3.3小齿轮设计204.3.4 旋转结构设计214.4 本章小结23第五章 起重机的维护与保养235.1 机械设备维护与保养235.2 金属结构的维护与保养245.3 电气系统的维护与保养245.4 起重机的润滑245.5 本章小结25第六章设计总结26参考文献27致谢2828第一章 绪论1.1 设计的背景及意义起重机械是一种循环、间歇运动的机械，主要用于物品的装卸。一个工作循环一般包括：取物装置从取物地点由起升机构把物品提起，运行、旋转或变幅机构把物品移位，然后物品在指定地点下降；接着进行反向运动，使取物装置回到原位，以便进行下一次的工作循环。在两个工作循环之间，一般有短暂的停歇。由此可见，起重机械工作时，各机构经常是处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态中的。起重机是各种工程建设广泛应用的重要起重设备，它对减轻劳动强度，节省人力，降低建设成本，提高劳动生产率，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。1.2 起重机的分类起重机根据结构的不同分类1、梁式型起重机。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。梁式起重机：梁式起重机主要包括单梁桥式起重机和双梁桥式起重机。桥式起重机：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。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 2、悬臂起重机（旋臂起重机）。悬臂起重机有立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式. 柱式悬臂起重机是悬臂可绕固定于基座上的定柱回转，或者是悬臂与转柱刚接，在基座支承内一起相对于垂直中心线转动的由立柱和悬臂组成的悬臂起重机。它适用于起重量不大，作业服务范围为圆形或扇形的场合。一般用于机床等的工件装卡和搬运。壁挂起重机是固定在墙壁上的悬臂起重机，或者可沿墙上或其他支承结构上的高架轨道运行的悬臂起重机。壁行起重机的使用场合为跨度较大、建筑高度较大的车间或仓库，靠近墙壁附近处吊运作业较频繁时最适合。平衡起重机俗称平衡吊，它是运用四连杆机构原理使载荷与平衡配重构成一平衡系统，可以采用多种吊具灵活而轻松地在三维空间吊运载荷。平衡起重机轻巧灵活，是一种理想的吊运小件物品的起重设备，被广泛用于工厂车间的机床上下料，工序间、自动线、生产线的工件、砂箱吊运、零部件装配，以及车站、码头、仓库等各种场合平衡吊3、门式起重机。门式起重机一般根据门架结构形式、主梁形式、吊具形式来进行分类。按门框结构形式分：（a）全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。（b）半门式起重机：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。（c）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。（d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。按主梁结构形式分：（a）单主梁门式起重机：单主梁悬臂门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式. (b)双梁桥式起重机：双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。根据主梁结构不同，又可分为箱形梁和桁架两种形式。目前一般多采用箱形结构。起重机根据安装方式的不同可以分为：1、汽车起重机。汽车起重机将起重机安装在通用或专用汽车底盘上低盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从8吨1000吨，底盘的车轴数，可从210根。是产量最大，使用最广泛的起重机类型。2、轮胎起重机。起重部分安装在特制的充气轮胎底盘上的起重机。上下车合用一台发动机，行驶速度一般不超过30KM/H，车辆宽度也较宽，因此不宜在公路上长距离行驶。具有不用支腿吊重及吊重行驶的功能，适用于货场、码头、工地等移动距离有限的场所的吊重作业。3、越野轮胎起重机。是70年代发展起来的一种起重机，其吊重功能与轮胎起重机相似，也可进行不用支腿吊重及吊重行驶。所不同的是底盘的结构形式及由独特的底盘结构所带来的行驶性能的提高。4、全地面起重机。是一种兼有汽车起重机和越野起重机特点的高性能产品。它既能像汽车起重机一样快速转移、长距离行驶，又可满足在狭小和崎岖不平或泥泞场地上作业的要求，即行驶速度快，多桥驱动，全轮转向，三种转向方式，离地间隙大，爬坡能力高，可不用支腿吊重等功能，是一种极有发展前途的产品。但价格较高，对使用和维护水平要求较高。5、特种起重机。为完成某种特定任务而研制的专用起重机。例如：为机械化部队实施战术技术保障用的、装在越野汽车或装甲车上的起重轮救车；为处理交通事故用的公路清障车等，均属此类。1.3 起重机发展状况1.3.1国内起重机发展状况中国古代灌溉农田用的桔槔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现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。自1999年，沉寂了多年的中国起重机行业犹如火山爆发，呈现出快速发展的势头，一发不可收拾，出现了连年增长、一浪高过一浪的态势，即使是在被称为宏观调控年的2004年也不例外。在汽车起重机领域，1998年低谷时期年销售额仅为11多亿元，而到了2004年销售额达70多亿元，2005年尽管有所回落，仍然达到67亿元左右。继德马格CC8800(1250t)履带式起重机落户中国宁波石化后，利勃海尔LR11350(1350t)履带式起重机落户中国石油一建，改写了“神州第一吊”的最大吨位纪录。2006年5月，国内企业制造的最大吨位履带式起重机三一重工的SCC4000(400t)成功下线，但这个纪录将会在2006年11月在上海举办的bauma China工程机械展会上被打破。四川建机M1500塔机的诞生，标志着我国塔机制造业也迈向大吨位时代。起重机是应用领域最广的设备之一，发电厂、核电、码头、水利、隧道、桥梁、石化、冶金、建筑等行业随处可见它的雄姿。在最新发布的“十一五”计划中，各建设行业的投资都保持平稳上升趋势。水利、水电、能源、矿山建设都有新的工程规划，防洪工程，“三农”水源、8大水电工程项目，以及追加投资4300多亿元的西电东送项目，启动天然气开发与输送工程等都给起重机带来了新的发展机遇。2006年，面对我国电力仍短缺的境地，据国家电网公司和南方电网公司“十一五”电网发展规划，今后5年，我国电网建设总投资将超过万亿元，期间，电网建设投资将占到电力行业总投资的50以上，能基本满足新建电源输配电的需求。在这些大型项目对起重机的大量需求下，加速了国内起重机市场向大型化发展的势头。1.3.2国外起重机发展状况发展超大型起重机由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。1992年200t以上伸缩臂式起重机的世界销量为90台，到1997年增至130台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场中150t以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔LTM1800型是目前世界最大的AT产品，起重量800t，安装超起装置后型号变更为LTM11000D型，最大起重量增至1000t。该机售价550万美元。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)售价为540万德国马克。上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。德马泰克公司1997年推出的AC650型安装超起装置后，最大起重量可从650t增至800t。该机售价500万德国马克。AC650是目前世界上起重吨位最大的整装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。住友建机、多田野和加藤公司曾于1989年相继推出360t汽车起重机。住友建机在90年BANNED发出80t250t共4种AT产品。多田野也在90年代相继推出100t550t共6种特大型AT产品。加藤公司则研制成NK5000型500t汽车起重机。目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。“迷你”起重机大量涌现起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。10年前开发的神钢RK70(7t)是世界首台装有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT产品。目前下俯式吊臂已成为“迷你”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等较大吨位起重机上。小松公司曾在90年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的 LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT产品。该公司还曾于1993年和1997年分别推出了另外两种别具特色的LT300型(4.9t)和LT500型(12t)“迷你”RT。据资料介绍，LT300型与LT500型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。伸缩臂结构不断改进利渤海尔LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT产品，采用了装有“Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的7节84m卵圆形截面主臂的LTM1500型(500t)AT产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。格鲁夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)两种AT产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的U形截面主臂，伸臂速度较快(平均9m/s左右)。伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。据报道，美国谢迪格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。数据总线技术得到应用利渤海尔LTM1030/2型(30t)是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴AT产品。该机采用CANBUS(控制域网总线)技术，完成发动机传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。CANBUS总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到LSB控制装置之中。LSB控制装置是Liccon起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有LSB系统数据总线(包括LTM1500)。格鲁夫GMK6250和GMK5180也采用了数据总线技术。静液压传动起重机进入市场首台静液压传动起重机是原克虏伯公司1992年研制的双轴KMK2035型(35t)AT产品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的双轴CT2(35t)AT产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)静液压传动RT起重机。随后Compact Truck公司在1997年推出了两种采用静液压传动的3轴CT3(70t/80t)全地面起重机。该机装有8节7.1m40.5m主臂，最大时速75km/h。 采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重1/3。混合型起重机得到发展过去10年中日本RT产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。据报道，1997年世界RT产品总销量达5000台，其中日本生产了2800台，美国为1250台。起重机工业中出现了许多新概念设计。Compact Truck公司双轴CT2型（35t）、三轴CT3型(70/80t)和2000年将推出的4轴/6轴CT4型(110t/150t)AT产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。德马泰克双轴AC250型(25t)、加藤双轴CR250型(25t)AT产品和格鲁夫3轴 ATS40型(36.3t)全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。汽车起重机也在不断发展为与RT和AT产品抗衡，汽车起重机新技术、新产品也在不断发展。近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。几年前某些工业界人士曾预测，RT和AT产品的兴起将导致汽车起重机的衰退。日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、特雷克斯、林克贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。随车起重机产销量不断增长80年代末和90年代，国外随车起重机发展极其迅速。世界年总产量已达10万台左右。发展趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有68节伸缩臂的产品。液压系统油缸压力已达3033MPa，比10年前约提高50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况下，提高油缸工作速度。遥控装置也有可能获得更广泛的使用。随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场1.4 起重机发展趋势自有人类文明以来，物料搬运便成了人类活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高，科学技术的飞速发展，推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。现根据起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述国外先进起重机的特点和发展趋势。1、重点产品大型化，高速化和专用化 由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240mmin，垃圾处理用起重机的起升速度达100mmin。2、系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12，生产成本下降45，经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大扎遏生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。 3、通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量180吨，工作级别A1A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较，起重量10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm；德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176，起重机轨面以上高度920mm，降低了104，起重机宽度2980mm，外形尺寸减少了100%。 4、产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。 5、产品组合成套化、集成化和柔性化在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。6、产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种启强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于运输与安装。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简化，同时降低起童机的尺寸高度，减少轮压，国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。今后会更加注重起重机的安全性。研制新型安全保护装置。重视司机的工作条件上，应用人体工程学设计司机室，降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术，用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作为新的控制方法已引人注目。1.5 研究内容本次设计是设计0.5吨悬臂4米壁挂起重机，其设计参数为额定起重量为0.5吨，悬臂梁长为4米，起升高度为6m。设计这个起重的机械结构，包括定柱和悬臂梁，和旋转驱动装置的一些传动部件，以达到预定的功能效果。1.6 本章小结本章主要介绍起重机分类及发展趋势，对要设计的起重机所须解决的问题做大概的介绍。第二章 起重机的组成2.1 基本概念2.1.1 悬臂起重机介绍Cantilever jib crane 旋臂起重机。一种可以移动的铲车起重机，用于将笨重货物装入敞顶集装箱。悬臂为安在铲车上的，通常带有吊钩的很长的起重臂。 按构造分，有立柱式悬臂起重机和壁式悬臂起重机。 旋臂起重机是参照西德引进设备研制的新产品根据用户需要设计的专用起重设备。具有结构新颖、合理、简单、操作使用方便、回转灵活、作业空间大等优点，是节能高效的物料吊运装备。可广泛利用于厂矿、车间的生产线、装配线和机床的上下工件及仓库、码头等场合的重物吊运。本机由立柱、回转旋臂及环链电动葫芦等组成。立柱下端固定于混泥土基础上，旋臂回转，可根据用户需求进行回转。回转部分分为手动和电动回转（摆线针轮减速剂安装与上托板或者下托板上带动转管旋臂回转）。环链电动葫芦安装在旋臂轨道上，用于起吊重物。 2.1.2基本参数额定起重量是指起重机在正常工作时允许起吊的物品重量和可以从起重机上取下的取物装置重量之总和，额定起重量以列为国家标准，以Q表示。在这里，Q=0.5吨。起升高度是指起重机运行轨道顶面或地面到取物装置上极限位置的高度（用吊钩时算到吊钩钩环中心，用抓斗及其他容器时算到容器底部）；当取物装置可以放到地面或轨道顶面以下时，其下放距离称为下放深度。起升高度和下放深度之和称为总起升高度，以H表示。起升高度的常用单位为米。在这里，H=6m。幅度，旋转臂架式起重机的幅度是指旋转中心线与取物装置铅垂线之间的距离。非旋转臂架式起重机常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面内的起重机内侧轮廓线与取物装置铅垂线之间的距离，以R表示。幅度的常用单位为米。在这里，R=4m。额定工作速度：额定起升速度是指起升机构电动机在额定转速下取物装置的上升速度。额定运行速度是指运行机构电动机在额定转速下起重机或小车的运行速度。变幅速度是指臂架式起重机的取物装置从最大幅度到最小幅度的平均线速度；额定旋转速度是指旋转机构电动机在额定转速下起重机绕其旋转中心的旋转速度。2.1.2 起重机机构起重机根据功能不同，可分为以下几个机构：起升机构、运行机构、变幅机构、旋转机构。2.1.3起升机构 起升机构包括:取物装置、钢丝绳卷绕系统以及驱动装置等部分，用来实现物品上升与下降动作。不同的物品，需用不同的取物装置，其驱动装置亦稍有不同，但布置方式基本上相同。起重量超过10吨时，常设两个起升机构：主起升机构（起重量大）与副起升机构（起重量小）。这两个机构可分别工作，也可协同工作。副钩起重量一般取主钩起重量的20%30%。对桥式与龙门起重机的起重量长常取：12.5/3吨,16/3吨,20/5吨，32/8吨，50/12.5吨，80/20吨，100/32吨，125/32吨，160/50吨，200/50吨，250/50吨，300/80吨，350/80吨，400/80吨，450/100吨。对安装用门座起重机的起重量常取：32/5吨，40/10吨，63/10吨，100/25吨，160/40吨。船坞用大型龙门起重机，常设两台小车：沿梁上翼运行的小车有两个主钩，沿梁下翼运行的小车有一个主钩与一个副钩；三个主钩起重量相同，便于翻转与起吊大型船体分段。对于双梁桥式与龙门起重机，主副钩起升机构的卷筒中心线通常布置成互相平行而且与主梁中心线垂直；对于单主梁桥式起重机主、副卷筒的中心线也可布置成互相垂直的。对于单主梁龙门起重机，为了适应吊运大尺寸构件，常需采取分离的双吊点悬挂系统。为了支持物品重量，在起升机构的电动机轴上都装设常闭式制动器。我国近年来生产的带有铰座式起升机构的小车，其特点是：减速器与卷筒的连接采用刚性法兰盘，省去了减速器出轴的齿形轴头；为了适应各部件底架不同的变形，减速器与小车架采用圆柱销连接。2.1.4运行机构运行机构主要用作水平运移物品以及调整起重机（小车）的工作位置。通用桥式起重机和龙门起重机运行机构的用途往往是属于前者，而门座起重机和装卸桥的运行机构往往是属于后者。运行机构有下列部件组成：电动机、传动装置（传动轴、联轴器和减速器等），制动器和车轮组等。在大型起重机中，为了降低车轮的压力，提高传动件和支承件的通用化程度，便于装配和维修，常采用带有平衡梁的车轮组。运行机构的工作速度随起重机的用途而定。2.1.5变幅机构臂架式起重机的变幅机构按作业要求可分为非工作性变幅和工作性变幅两种，按性能要求又分为非平衡变幅和平衡变幅两种。非平衡变幅就是在摆动臂架时，臂架的重心和物品的重心都要升高或降低，在减少幅度时，需要耗费很大的驱动功率；而在增大幅度时，则引起较大的惯性载荷，影响使用性能，因此非平衡变幅大多在非工作性变幅时应用。工作性变幅的起重机在每一工作循环中都要变幅，为了提高生产率，节约驱动功率和使操作平稳可靠，需要采用平衡变幅，即应用各种方法使起重机在变幅过程中物品的重心沿水平线或近似水平线移动，而臂架系统的重量由活动平衡重所平衡，两者的合成重心也沿水平线移动或固定不动。工作性变幅的起重机的变幅速度按其用途和起重量而定，用于安装工作，变幅速度为1035米/分；用于装卸作业的，变幅速度为4090米/分或更高，小起重量时取较高速度，大起重量时取较低速度。2.1.6旋转机构旋转式起重机的旋转机构由旋转支承装置和旋转驱动装置两大部分组成，前者用来将起重机旋转部分支持在固定部分上，后者用来驱动起重机旋转部分相对于固定部分的回转。旋转式起重机的旋转速度随其用途而定，对港口装卸用的旋转式起重机，其旋转速度一般为每分钟1.5转1.8转；而造船厂安装用的门座起重机，其旋转速度一般为每分钟0.10.4转。 2.2 本章小结本章主要介绍了起重机的基本参数和它的组成机构。第三章 起重机设计3.1 电动葫芦的选择电动葫芦的选择：由额定起重量为0.5吨，起升高度为6米，我通过查阅金牛起重表4选择电动葫芦的型号为CD1，其技术性能和为下表所示：表3-1 CD1电动葫芦技术参数起重量吨0.5起升高度米6起升速度米/分8运行速度米/分20（30）钢丝绳直径毫米4.8钢丝直径毫米0.22钢丝绳结构形式D-637+1工字梁轨道型号（GB706-88）16-28b环形轨道最小半径米1.5起升电动机型号Z21-4容量千瓦0.8转速转/分1380相数3电压伏380电流安培2.4频率周/秒50运行电动机型号ZD11-4容量千瓦0.2转速转/分1380相数3电压伏380电流安培0.72频率周/秒50工作类型及机构级别中级M33.2 起重机悬臂梁的设计计算3.2.1计算条件吊重为0.5吨，悬臂梁为工字钢，长度为4米。选择工字钢材料为Q235，其许用应力=100MPa。3.2.2受力计算想求出cd杆的长度为L=4527.7mm （3.1） ac杆的受力分析简图如图3.1所示。图3.1 ac杆受力分析图设cd杆拉力为F,由平衡方程=0，得F4500mm-49004000=0 （3.2）F=39441N （3.3）把F分解为沿ac杆轴线的分量和垂直于ac杆轴线的分量,可见ac杆在ab段内产生压缩与弯曲的组合变形。=F4500/4527.7=39200N (3.4)=F500/4527.7=4355N (3.5)作ac杆的弯矩图和ab段的轴力图如3.2所示。从图中可以看出，在b点左侧的截面上弯矩为最大，而轴力与其他截面相同，故为危险截面。图3.2 ac杆弯矩图和ab段轴力图开始计算时，可以先不考虑轴力发热影响，只根据弯曲强度条件选取工字钢。W=19.6/100=196 （3.6）查型钢表，选取20a号工字钢，W=237，A=35.5。选定工字钢后，同时考虑轴力及弯矩的影响，再进行强度校核。在危险截面b的下边缘各点上发生最大压应力，且为=84MPa （3.7）结果表明，最大压应力小于许用应力，故无需重新选择截面的型号。3.3 本章小结本章主要对起重机的悬臂梁进行设计并验算及对电动葫芦进行选择。第四章 旋转机构设计4.1 旋转机构组成 旋转式起重机的旋转机构由旋转支承装置和旋转驱动装置两大部分组成，前者用来将起重机旋转部分支持在固定部分上，后者用来驱动起重机旋转部分相对于固定部分的回转。旋转机构将整个旋转平台在旋转支承装置上作全回转。旋转运动可在左右方向上任意进行。 旋转支承装置是支承上部回转部分的一种装置，它起着“轴承”的作用。旋转支承装置按结构特点分为：立柱式和转盘式两大类。根据不同的使用要求、各种旋转支承装置的优缺点、制造厂的加工能力等合理地选定支承装置。根据原有的设计图，采用的是定柱式旋转支承装置。这种旋转支承装置的特点是其转动部分由一个大“钟罩”，带着起重臂的起重机转动部分通过空心的钟形罩套装在定柱上，定柱牢固地撞在非旋转部分上，在定柱的上、下端分别装有上支座和下支座，并通过驱动装置转动钟形罩以实现起重机的旋转运动。该装置结构简单、制造方便；采用这种旋转支承装置的起重机的旋转部分转动惯量小，自重和驱动功率较小，机构布置得当还可以使整台起重机的中心较转柱式低，但由于钟罩占用了相当大的空间，使旋转部分的平面尺寸变大。 全回转的旋转机构由三部分组成：（一）旋转机构的原动机，它是整机的传动分流装置中的一个传动元件，在机械传动中是某根轴，在电力传动中是电动机，在液压传动中是液压马达。它的动力是由起重机的总动力源内燃机供给，并经机械传动、或电能、或液压能变换而来的。（二）旋转机构的机械传动装置，一般是起减速作用。（三）旋转小齿轮，回转机构通过它和回转支承装置上的大齿圈啮合，以实现回转平台的回转运动。4.2旋转支承装置设计4.2.1定柱计算定柱为无缝钢管，材料为45号钢定柱受到的扭转力矩为：T=Me=51.6Nm(该数与小齿轮的转矩有关，详细会在4.3.3中计算)（4.1）在这个扭转力矩下产生的扭转强度应满足所选材料的扭转强度。设该钢管的内外径之比=0.8，材料的许用应力为=60MPa。因为有公式得：max=T/Wt，其中Wt=D/16（1-）（a=4） （4.2）因此： 51.616/3.14D(1-0.8)60MPa （4.3）算得：D19.5mm,q取D=260mm，d=0.8D=208mm。 （4.4）选定柱高为6m。选择立柱的直径之后，对其进行验算。图4.1 立柱受力分析立柱产生压缩和弯曲变形。已知该材料的许用压应力为=160MPa。可求得该立柱的横截面上的一些基本参数:A=19,=13237 （4.4）则最大压应力：=F/A+Mz/=4900/19+19.6/13237=148MPa （4.5）因此立柱不会被压弯。4.2.2 螺栓组的设计螺栓组联接设计的基本原则是，力求各螺栓和联接接合面受力均匀，便于加工和装配。具体设计螺栓组联接时，通常先进行结构设计，即首先确定接合面的形状、螺栓布置方式和数目，然后按螺栓组的结构和承载状况进行受力分析，找出受力最大的螺栓并求出其所受力的大小和方向，再按单个螺栓进行强度计算，确定螺栓尺寸。其余螺栓也取相同尺寸。进行螺栓组的结构设计时，具体应考虑以下几个方面的问题。联接的接合面应尽可能设计成轴对称的简单几何形状。受横向载荷的螺栓组，螺栓的布置应尽可能使各螺栓受力均匀。螺栓排列应有合理的间距、边距，以便扳手转动有足够的空间。应保证螺栓与螺母的支撑面平整，并垂直于螺栓轴线，以避免引起偏心载荷。计算步骤:在本设计中，立柱底座受到倾覆力矩：M=4900N4m=19.6KNm， （4.6）由F=M（=1,2,324），因为底座为圆形截面，所以螺栓为周向布置，数目为12个，=450mm。算得： F=M/12=3629.6N。 （4.7）对于一般的联接，工作载荷稳定时(剩余预紧力)=(0.2-0.6)F,取=0.2F，因此总拉力： =F+=1.2F=4355.52N， （4.8）进行强度计算: =1.34/dp。 （4.9）查机械设计第四篇第十五章表15-2选螺栓、螺钉、螺钉的性能等级为12.9，其屈服点s=1080MPa。查表15-4得其许用应力： p=s/S，S=8.5，p=127MPa （4.10）由上述可算得d7.5mm，因此选择d=12选择M12的螺栓。4.3 旋转驱动装置设计4.3.1减速器、电动机的选择起重机的工作特点是：反复短时运行；频繁的起动和逆转；频繁的电气和机械制动；经常的过负荷；显著的机械震动和冲击；工作环境多灰尘，有的还是金属灰尘；环