车载提升机的设计及研究的设计【起重机 汽车吊车】【含CAD图纸+PDF图】
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起重机 汽车吊车
车载提升机的设计及研究的设计【起重机
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中国矿业大学2008届毕业生设计 第 86页1 概述1.1起重机械的任务及其在国民经济中的作用起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化以及改善人民的物质、文化生活需要都具有重大的意义。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。没有起重机械，不仅工作效率低、劳动强度大，甚至难以工作。高层建筑的施工、上万吨级和几十万吨级的大型船舶的建造、火箭和导弹的发射、大型水电站的施工、安装等等都离不开起重机械。例如一个20万千瓦的火力发电站，如果全部用煤作燃料，那么每天需耗煤约2400吨。如果考虑从煤场到锅炉仅有半公里的路程，则每天就需1500名工人搬运，这么多的人如何组织工作，遇有风雨冰雪又将如何！又例如一艘时速18海里的5万吨级的货船，往返7000海里的航线需时仅16天，而在6个港口停靠装卸的时间却有37天，装卸费用约占总运费的40-60%，由此可见起重机械的重要性和提高装卸效率的迫切性。起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料道炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达之处，没有起重机械，简直无法生产。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占25-65%.起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机械必将发挥更大的作用。1.2起重机械的发展简况和动向1.2.1我国起重机械的发展简况 起重机械和其它自然科学一样，是人类生产斗争经验的总结，它是随着人们的生产实践逐渐发展并不断丰富完善的。中华名族有着悠久的历史，我国古代人民在起重机械方面也有过伟大的发明和创造。 公元前1765-1760年间，我国还处在奴隶社会的商朝时期，由于农业灌溉的需要，就已经发明了桔槔，它就是由杠杆、对重和取物装置组成的简单的起重工具，是臂架型起重机的雏形。 公元前1100年发明了辘轳，它是由支架、卷筒、曲柄、绳索等组成的人力驱动的原始绞车。辘轳用卷筒的回转运动代替了杠杆的升降，因而加大了物品的起升高度，从而扩大了应用范围。 宋代嘉佑年间（约1000年以前），华北地区怀丙和尚从汹涌的黄河中打捞出几万公斤的镇桥铁牛，从而修复了黄河上的通道蒲津浮桥（现山西永济县境）。怀丙所采用的利用水的浮力起吊沉没于河底的铁牛的打捞方法可以说是现代用浮筒打捞沉船方法的起源。 解放前，由于长期受到帝国主义、封建势力和官僚资产阶级的黑暗统治，我国古代的科学技术未能得到继承、发展，不要讲自己设计制造新型的起重机械，就连最简单的起重工具大多也要靠国外进口。解放后，在中国共产党和人民政府的领导下，陆续在大连、上海建立了起重机械的专业工厂。1952年又在上海交通大学成立了我国第一个起重运输机械专业，培养专业技术人才。接着又成立了全国性起重运输机械的科研单位。目前起重运输机械在我国已发展成为包括科学研究、高等教育、设计制造的完整的专业体系；全国有数百家专业工厂生产着各式各样的起重运输机械产品。现在我国已能自行设计制造冶金用的350吨铸造起重机、300吨锻造起重机、350吨液压脱锭起重机、水电站用的400吨和500吨坝顶门式起重机、造船用的200吨门式起重机、160吨门座起重机和新型80吨圆筒形门座起重机，最大起重量达200吨的全回转浮式起重机、起重力矩120吨米的高层建筑用自升式塔式起重机和最大起重力矩已达3000吨米的电站设备安装用运行式塔式起重机等。还有在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；到了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的迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。1.2.2起重机械的发展动向 大型化 随着大型船舶的建造，数百吨重的船体结构分段的出现，以及大型水电站的建造需要，近年来在联邦德国、日本等国设计制造了一些“起重机”巨人。例如联邦德国克虏伯公司为日本三井造船公司设计的最大起重量达300吨的门座起重机。该机两个主钩的额定起重量分别为300吨和150吨，其最大工作幅度分别为55米和84米，并且在55米的工作幅度范围内，可以用两个主钩同时工作，以实现船体分段空中翻身。日本的石川岛播磨重机公司也曾设计制造过参数基本同上的300吨门座起重机。 联邦德国波利希-海凯尔-布莱谢尔特公司及尤和工厂共同为瑞典考库姆斯船厂设计了一台起重量达1500吨的门式起重机，用于该厂建造35万吨船舶的船坞。这台起重机高达136米，跨度174米，最大起升高度为105米，起重机总质量为7200吨，电动机总容量为3300千瓦，不包括轨道、基础的建机费用约为600万英镑。 又如设计容量为965万千瓦的美国大苦力水电站，单台发电机的容量为70万千瓦，转子质量为1760吨，它配备有起重量为2000吨的门式起重机一台，起重量为300吨的桥式起重机两台。此外，美国升降机公司也曾生产过最大起重量为3000吨的浮式起重机。 标准化、系列化、专用化、自动化 对常用的大批量通用起重机械的主要性能参数、主要机构及零部件等实现标准化、系列化对于提高生产率、减低生产成本、改善产品性能及维护保养等都具有积极的意义，目前国内、外许多工厂都对自己的产品制订有系列。 针对不同的服务场地、吊装对象，设计制造专用的起重机械，如冶金起重机、集装箱起重机等。 通过无线电遥控、电子计算机操纵，实现起重机的操作自动化，无人化。 材料、结构形式及新技术的应用 起重机的大型化，必然带来对材料的大量要求，因此采用高强度的结构材料和合理的结构形式对于减轻起重机的自身质量、节省钢材有着很大的影响。 在结构形式方面，目前除桁架结构、箱形结构外，还采用桁架结构、筒形结构、空腹结构以及大型薄板结构等。 新技术的应用，有全封闭减速器、全面采用滚动轴承、大型组合滚道、锻造轧制车轮、低速大力矩马达、多级调速等。 计算理论和设计方法 随着起重机械的迅速发展，极限状态计算法、有限单元法、机械优化设计、可靠性设计以及电子计算机辅助设计、自动设计等正在越来越广泛地得到研究和应用。 提高工作安全性和环境保护如改善司机的工作条件，振动、噪声、废气、尘埃的防止、处理等。1.3起重机械简介1.3.1起重机械的概念起重机械是以间歇、循环工作方式，通过起重吊钩或其它吊具的起升、下降，或升降与运移重物的机械设备。每个工作循环一般包括：起升机构通过取物装置将物品从取物地点反物品提起；经变幅机构和回转机构运行、旋转；运行机构实现移位；然后物品在指定地点下降；接着，起重机反向运动，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。起重机械工作的各个机构经常是运行于起动、制动、以及正向、反向等相互交替的工作状态中的。1.3.2起重机械的工作特点和主要组成起重机械是一种间歇动作的机械，它具有重复而短暂的工作特征。起重机械在搬运物料时，通常经历着上料、运送、卸料以及回到原处的过程，各工作机构在工作时作往复周期性的运动，例如起升机构的工作由物品的升、降所组成；运行机构的工作由负载和空载时的往复运动所组成。在起重机械的每一个工作循环，既每搬运一次物品的过程中，其有关的工作机构都要作一次正向和反向的运动。起重机械与连续运输机械的主要区别就在于前者是以周期性的短暂往复工作循环运送物品，而后者是以长期连续单向的工作运送物品。正是由于这一基本差异决定了起重机械和连续机械在构造和设计计算方面的许多重要区别。起重机械一般总是由下列三个基本部分组成： 工作机构 它是起重机械的执行机构，其作用是使被吊运的物品获得必要的升降和水平移动，从而实现物品装卸、转载、运输、安装等作业要求。起重机械上常用的工作机构有起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构，即所谓起重机械的四大机构。此外，针对某些特殊的使用要求，有时还设有伸缩机构、放倒机构、夹钳机构等。在所有这些机构中，实现物品垂直升降的起升机构是起重机械的基本工作机构，而其它机构则是辅助的工作机构，配合起升机构工作。根据具体使用要求，辅助的工作机构可以多设，也可以少设，甚至完全不设，但是作为基本工作机构的起升机构却是任何一种起重机械所必不可少的。 金属结构 它是起重机械的骨架，决定了起重机械的结构造型，它用来支持工作机构、物品的重力和自身重力以及外部载荷等，并将这些重力和载荷传递给起重机械的支承基础。 动力设备 它为起重机械提供工作动力、控制、照明、联络等。1.3.3起重机械的基本形式 起重机械的形式形形色色，五花八门，其大体分类如下：装卸桥门式起重机梁式起重机冶金桥式起重机通用桥式起重机手扳葫芦手拉葫芦电动葫芦绞车千斤顶悬挂单轨系统轻小起重设备桥架型起重机起重机械堆垛起重机协会缆索起重机浮式起重机铁路起重机履带起重机轮胎起重机汽车起重机塔式起重机门座起重机固定式回转起重机升降机臂架型起重机图1-1 起重机械分类图根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可以分为以下两大类别： 单动作的起重机械 这种起重机械只配备一个工作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。 复动作的起重机械 这种起重机械配备有两个以上的工作机构，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现两个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。根据构造特征和实现物品水平运动方式的不同，复动作的起重机械可以分为两大基本类型： 桥架型起重机构造特征：金属构架做成直线形或门形桥架的形式，构造较简单。服务范围：长方形空间机构数目：一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。吊载能力：较大( 一般在支承平面内吊载，稳定性好)。典型机种：桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。桥式起重机是桥架型起重机中最主要的形式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工艺过程服务。门式起重机是桥架起重机中另一主要形式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸、堆垛、船体拼接等生产工艺过程服务。当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。当桥架型起重机的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机称为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运、混凝土浇筑等生产工艺过程服务。 臂架型起重机构造特征：有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。服务范围：圆形或腰圆形的柱体空间。机构数目：一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构。吊载能力：较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性）。典型机种：门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。1.4起重机简介1.4.1起重机的概念起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，又称吊车。它主要用来吊运成件物品，配备适当吊具后也可吊运散状物料和液态物料。起重机的工作特点是作间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。各机构经常处于起动、制动和正反方向运转的工作状态。1.4.2起重机的组成结构 起重机一般是由工作机构、金属结构、动力装置与控制系统组成。 工作机构工作机构是为实现起重机不同的运动要求而设置的，一般包括以下四大机构：起升机构升降重物的机构。它是起重机的最主要的机构，任何一种起重机械，都有这种机构。运行机构使起重机械或起重小车行走的机构。回转机构使起重机械的回转部分在水平面内，绕回转中心线转动的机构。变幅机构使起重机械臂架的倾角变化，改变幅度的机构。 金属结构金属结构是起重机械的骨架，主要用来支承工作机构、承受自身重力和作业时的外载荷。 动力装置和控制系统动力装置是驱动起重机械运动的动力设备。它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点。一般为电动机或内燃机。控制系统包括操纵装置和安全装置。各机构的起动、调速、改向、制动和停止，都是通过操纵控制系统来实现的。1.4.3起重机的种类起重机通常按结构分为臂架型起重机和桥架型起重机。臂架型起重机包括塔式起重机（如图1-2）、门座起重机、浮式起重机、自行式起重机、由桅杆和臂架组成的桅杆起重机、沿墙壁运行的壁行起重机和装在船舶甲板上的起重机等。 图1-2 塔式起重机桥架型起重机包括桥式起重机（如图1-3）、龙门起重机。 图1-3 桥式起重机起重机的型式很多，但其主要组成部分都包括起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构，以及金属结构等。1.4.4起重机的发展趋势起重机的主要发展趋势是：研制更合理的金属结构、机构和零部件，以减少金属消耗量；发展大起重量的起重机；提高工作速度、扩大调速范围；研究结构振动问题；提高金属结构和电气设备的可靠性和使用寿命；改善司机操作的条件，自动化控制程度和扩大远距离控制系统的使用范围尤其是把它们应用到作业频繁的仓库堆垛起重机和环境恶劣的冶金起重机上。1.5起重技术目前在国内、外的发展状况1.5.1目前国外起重技术的发展 起重机械大型化为了提高一次吊装的重量，目前国外，尤其是西方发达国家都在大力发展大型起重机。据有关资料显示，目前自行式起重机的额定起重量最大达到2000吨，自升式龙门桅杆起重机高度达到100米，额定起重量达到1000吨。随着起重机设计理论的发展和材料、制造工艺、控制技术等的发展，将来还会有更大型的起重机问世。 起重工艺方法联合化起重机械大型化受到起重机设计理论的发展和材料、制造工艺、道路承载能力、使用率、运行和维护成本等一系列因素的限制，不可能无限增大。利用多台较小起重机联合吊装大型设备或结构，是起重技术发展的重要方向。利用多台起重机联合吊装大型设备或结构，可以最大限度地降低施工成本，提高工程进度，但吊装工艺复杂，对各起重机之间的相互协调要求较高，仅靠人工指挥协调，很难达到要求。所以目前国际上在发展多台起重机联合吊装的同时，还在大力发展智能化控制、操作技术。 控制、操作技术智能化采用计算机对起重机的受力状态如倾覆力矩、应力与变形等进行正确的操作，采用计算机对起重工程的全部工艺工程进行控制、操作，可以准确地协调各起重机相互之间的关系，协调起重机、辅助装置与设备之间的工艺动作，以便整个吊装工艺过程能严格按预先设计的工艺步骤进行，减小失误的几率；对于多吊点的设备或构件，尤其是大型结构，采用计算机对其受力状态、变形等进行监控，可以防止设备、构件、大型结构在吊装过程中因变形而损坏。1.5.2国内起重技术的发展我国起重技术有着悠久的发展历史，如长城、故宫的修建、历代故都钟楼的巨大铸钟和上百吨的雕像等的运输与吊装，都凝聚着我国劳动人民的智慧。但是，我国的现代起重技术起步较晚，仅几十年时间。在短短的几十年时间里，由于广大科技工作者和工程技术人员的努力，使我国的现代起重技术得到了长足的发展。在起重机方面，20世纪70年代我国普遍采用独脚式桅杆、卷扬机和几吨、十几吨的小型自行式起重机，今天已拥有目前亚洲最大的1250吨的自行式起重机，1000吨的自升式龙门桅杆起重机，2000吨的大型浮式起重机以及其他一系列的起重机械。在吊装工艺和方法方面，广大建设者们创造了许多优秀的整体吊装工艺方法，完成了大量的吊装工程。控制、操作技术智能化也开始在我国应用，如采用多台连续液压千斤顶联合吊装大型结构时，多台连续液压千斤顶之间的协调，就采用了计算机控制技术。1.6随车起重机行业现状及前景展望1.6.1随车起重机简介自行式动臂起重机是起重机中应用较广泛的一种类型，按行走装置的构造不同，可分为汽车式起重机、轮胎式起重机和履带式起重机三种。其中，汽车起重机(如图1-4)是在通用或专用载货汽车底盘上装上起重工作装置及设备的起重机。它的通过性好、机动灵活、行驶速度大，可快速转移，到达目的地能马上投入工作等优点。因此，它特别适用于流动性大、不固定的工作场所。 图1-4 汽车起重机然而，随车起重机（如图1-5）是一种集起重、运输为一体的新型高效起重运输装备，比汽车起重机应用更加广泛，可以在较宽广的领域内作业。近年来，随着我国国民经济快速发展，物流、运输业的迅速崛起，随车起重机以其快速、灵活、高效、便捷、装卸运输合二为一的优势被越来越多的用户所认识并接受，不仅在交通运输、电信电力、油田码头、市政园林、计量检测、市政作业、石油开采、铁路吊装等传统行业上大显身手，还被广泛应用于消防、军队、非开挖作业、工程抢险等行业，显示出其越来越广泛应用领域和无可比拟的实用价值。 图1-5 随车起重机1.6.2随车起重机行业现状 国外随车起重机发展情况由于国外劳动力成本很高，强调工作效率，施工中基本不采用人工装卸。随车起重机以使用灵活、技术成熟等特点，在国际市场有着广阔的市场前景。目前，国外随车起重机已形成了产品功能多元化、品种系列化、性能(机电液气)一体化等多方位多体系的产品构成，除用于普通起重作业外，还广泛用于高空作业、桥梁维修、高空架线及检测等行业。日本和韩国的随车起重机生产较为发达，产品主要以伸缩臂结构为主，其中日本多田野(TADANO)年产量已超过6000台。 国内随车起重机行业概况我国随车起重机行业起步于上世纪70年，于近十年内有了长足的进步。目前国内生产随车起重机的主要厂家有10家左右，其中主要有徐工随车起重机公司、石家庄煤矿机械厂、湖南浦沅集团有限公司、山西长治清华机械厂、牡丹江专用汽车制造有限公司、广林特装车（锦州）有限公司、大汉、江环、独霸等。徐州徐工随车起重机有限公司在消化吸收国外先进技术的基础上生产SQ系列伸缩臂式、折叠臂式随车起重机，并于2005年在行业内率先推出第二代随车起重机产品，产品技术目前处于行业领先水平，特别在结构设计、人机工程、产品配套、汽车大梁保护等方面引领行业发展。其产品批量出口非洲、南美、东南亚、中东等国家和地区。近两年来，依靠技术创新取得了较快发展，以33%的市场占有率在国内处于领先地位，成为我国随车起重机行业的后起之秀。湖南浦沅集团是国内生产工程机械的大型企业，随车起重机也只是其子产品系列，该企业凭借着中联重科强大的技术研发能力，使其随车起重机产品在行业中享有一定的知名度，不仅在湖南、湖北销售良好，在新疆和相关省份地区也有较强的渗透能力。除了传统随车起重机生产企业外，近年来，一些国外随车起重机企业纷纷与国内企业合资生产随车起重机，如锦州重型机械股份有限公司与韩国广林特装车株式会社组建的合资公司，其产品主要特点是作业半径大，起升高度高，价格介于进口与国产之间，主要面对国内外一些高端用户。除此之外，以徐州利福特、湖南大汉、江环、独霸等为代表的民营、个体企业，这支以民营、个体企业为主的新生力量正在此行业中大显身手，占据一席之地。 作为一个新兴的行业，随车起重机行业与国家宏观调控、产业政策以及各种市场环境有着千丝万缕的联系。由于行业技术壁垒比较小，门槛较低，2005年以来一批民营、个体企业逐步进入行业，再加上来自外部的跨国公司对行业的入侵，加快并购、合资的步伐，使整个随车起重机行业面临重新洗牌的局面。1.6.3 随车起重机前景表1：1999-2005年随车起重机市场需求量及2008年预测尽管面临着内忧外患，但近年来随着产品技术水平不断更新和功能的不断完善，国内随车起重机行业取得了长足的进步，2005年行业销售总量在4000台左右，2008年市场需求仍将平稳发展。随着我国汽车产业的快速发展，随车起重机前景亦非常乐观。在此基础上，此次设计主要针对随车起重机上的随车起重装置，进行具体的设计与计算，使其设计最优化，结构合理化，工作节能化和效益最大化。2 随车起重装置设计的可行性分析及方案确定2.1可行性分析可行性研究是运用多种学科的知识，寻求使投资项目达到最好经济效益的综合研究方法。它的任务是以市场为前提，以技术为手段，以经济效益为最终目标，对拟建的投资项目，在投资前期，系统地论证该项目的必要性、可行性、有效性和合理性，做出对项目可行性的评价。总结为三点：技术适用性、经济合理性、建设上的可能性。在设计随车起重机之前，有必要对其设计可行性进行一定的分析，鉴于所学知识所限，下面仅对技术可行性和经济可行性进行简单的说明。2.1.1技术可行性的分析我国自古就有借助实物来提升物体的起重机的雏形。经过了很长时期的发展，我国的起重机行业有了长足的发展，起重机的种类日益繁多，再借助不断发展的新兴科学技术手段，各种各样的起重机能够满足不同场合的需求，以最少的经济投入实现最大的使用价值。世界上其它国家的起重机行业也发展极其迅速，其中以欧洲和日本为主。我国随车起重机行业起步于上世纪70年代，在多种起重机不断发展更新的基础上，于近十年内有了长足的进步。随着我国加入WTO，各种新技术不断涌入，我们也不断借鉴了他国起重机设计制造的先进经验，用于弥补自身起重机行业发展的不足，起到了很好的效果。 我国随车起重机正朝着大型化、多功能化和智能化的方向发展。安装随车起重机的底盘已不再局限于箱式货车底盘，越来越多的重型平板车也安装了大吨位随车起重机，以满足其自装卸大型货物的需要。随车起重机的作业装置也不再局限于吊钩，各种高空作业平台、抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等已逐渐被采用。随着随车起重机的吨位越来越大，对安全控制、操作方便舒适性的要求也越来越高，智能化也已被提上日程。 徐州徐工随车起重机有限公司在消化吸收国外先进技术的基础上生产SQ系列伸缩臂式、折叠臂式随车起重机，并于2005年在行业内率先推出第二代随车起重机产品，产品技术目前处于行业领先水平，特别在结构设计、人机工程、产品配套、汽车大梁保护等方面引领行业发展。其产品批量出口非洲、南美、东南亚、中东等国家和地区。近两年来，依靠技术创新取得了较快发展，以33%的市场占有率在国内处于领先地位，成为我国随车起重机行业的后起之秀。不仅为整个单位创利丰厚，也为我国乃至全世界积累了起重机设计、制造和生产的宝贵经验。总结多家企业，可见我国随车起重机在技术方面有如下性能优势： 整机性能：由于先进技术和新材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用，结构形式更加合理； 高性能、高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥； 电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用； 操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善； 向吊重量适中、起升高度、幅度相当的中小吨位方向发展。虽然随车起重机有不少的技术优势，但也不能将我国随车起重机目前的不足之处视而不见，其中有如下不足的方面： 品种少、产量低。 起重力矩小，技术水平低。 安全装置不齐全，操作不方便。 功能单一。 外形不美观。由以上可见，在随车起重机的技术方面，我们需要不断的改进和创新，我国及世界其他国家都日趋成熟和完善，发展起来有了强有力的技术基础，遇到的技术障碍也相应地容易消除。基于以上各点，本次论文也有了继续深入的必要，在随车起重机大量参考资料的基础上，才得以饱满充实，而不会显得空洞无力。2.1.2 经济可行性的分析以前，建筑施工单位较常采用大型的起重设备，例如：桥式起重机、龙门起重机、塔式起重机等大型起重设备。购买时花费大量的财力，施工时不仅体积庞大，占用太多的空间，而且在运行中要花费大量的人力和油耗，即便以上几点都不成大问题，也很难满足工程上的特定要求，很难高效的完成限期的工作。而随车起重机恰恰弥补了这一系列的不足，它体积小，重量轻，耗油量小，使用起来更加地灵活方便，购买时的成本仅是那些大型起重机的几分之一，甚至是十几分之一，大大降低了总成本，从而使企业的经济效益得到了保障。在市场上，随车起重机2005年1-10月已销售1483台，同比增长7.3%。上半年由于有关标准的变化，一大批随车起重机产品更换底盘，影响了生产和销售。徐州徐工随车起重机有限公司是我国最大的随车起重机生产企业，1-10月已销售随车起重机494台，市场占有率约33%。合资企业广林特装车(锦州)有限公司销售随车起重机100台，已打开了国内市场。国外随车起重机在起重机产品中占的比例很大，我国目前仅占10%，可以预见随车起重机的发展空间是很大的。从技术和经济上进行可行性分析能够看出，有条件也有必要对现今的随车起重机进行改造和创新，尤其是对随车起重机上的随车起重装置进行进一步的更新势在必行。下面就从随车起重机的方案着手，对其进行具体的设计改造。2.2随车起重装置方案确定图2-1 随车起重装置外形图它属于臂架型起重装置，其运行支承装置采用汽轮胎，可以在无轨路面上行驶，与其他起重装置比较，随车起重装置把起重和运输功能结合起来，不仅节省劳动力，而且节约能源、减少费用，也由于设计和制造随车起重装置技术的进步，使其生产有了较大的发展。它主要服务于港口、机场、建筑工程、桥梁、隧道工程和国防工程等，是国民经济建设中必不可少的一种高效、快捷、方便的装卸机械。随车起重装置在搬运物料时，经历上料、运送、卸料和回到原处的一系列过程，有时运转，有时停转，是一种间歇动作的机械。 它通常由四部分构成：工作机构、金属机构、动力装置与控制系统。工作机构指机械传动部分，常见的有：起升机构、运行机构、回转机构和变幅机构。它们是为了实现起重装置不同运动要求而设置的，依靠这四个机构的复合运动，可以使起重装置在所需的任何指定位置进行上料和卸料。由于设计时间和必要性的限制，此次设计仅就起升机构、回转机构和变幅机构进行设计，对其进行分析与计算。2.2.1起升机构 图2-2 起升机构起升机构用于实现货物的升降，它是任何起重装置必不可少的部分，是起重装置中最重要、最基础、最核心的部分。起升机构工作的好坏，直接影响到整台起重装置的工作性能。起升机构（如图2-2）主要由取物装置、钢丝绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分。其中不少零件采用标准通用零件。从发动机到各工作装置间的动力传动，有机械传动、电力传动和液压传动三种形式。机械传动的传动零件都是刚体，传动可靠，效率高，但整个传动装置复杂、笨重。电力传动型式中的机械零件数量少，总体布置方便，操纵轻便，调速性好。但整个传动装置需要电动机数量多，重量大，价格贵。液压传动调速方便，传动平稳，操纵方便，结构简单，重量轻。但传动效率较低。但对于随车起重机来说是较合适的传动类型。故起升结构采用液压马达减速机卷筒的传动方案。电动机通过联轴器同传动效率较高的渐开线圆柱齿轮减速器相连接，减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和吊钩相联。这种结构紧凑、易于实现。起升时，马达逆时针旋转，摩擦片被松开，卷筒顺时针旋转放下货物；制动时，马达停止旋转，卷筒依靠自重顺时针旋转，使二级齿轮轴顺时针旋转，摩擦片被压紧，棘爪顶住棘轮，卷筒停止转动，重物悬吊不动。吊钩的升降靠马达改变转向来实现。2.2.2回转机构回转机构（如图2-3）是使起重装置的回转部分相对于非回转部分实现回转的装置。回转机构包括回转支承装置和回转驱动装置。 图2-3 回转机构起重机的回转部分提供稳固的支撑，并将来自回转部分的载荷传递给基础构件。回转驱动装置的作用是绕起重机的垂直轴线在水平平面内沿圆弧弧线移物品。当起升、变幅和回转三个机构配合动作时，就可以把所起吊的货物在起重机幅度所能达到的范围内任意移动，从而扩大了作业范围。此次设计采用滚动轴承式单排四点接触式回转支承装置。它由两个座圈组成，结构简单，重量轻，尺寸小，能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩。此次设计采用液压马达驱动，由于低速大扭矩马达成本高，使用可靠性不如高速液压马达，且其结构紧凑，所以，设计采用：高速液压马达-蜗轮蜗杆减速机-小齿轮-回转支承。液压驱动的小起重量的起重装置，通过液压回路和换向阀的相应机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停止并避免冲击。2.2.3变幅机构起重机中用以改变幅度（从取物装置中心线到起重机回转中心线之间的水平距离）的专用机构称为变幅机构。变幅机构用以改变从取物装置中心线到起重机回转中心线之间的水平距离，其主要部分是起重臂。起重臂是随车起重装置的主要受力构件，吊臂的设计合理与否，直接影响随车起重装置的承载能力、整机稳定性和自重。另外为了能给人以安全、稳定、可靠的感觉，吊臂界面的选择与外观设计都要合理。臂的形式有直臂式和折臂式两种。直臂有良好的通过性，它适用于中小吨位轮式的起重装置。箱形结构制造简单，具有良好的抗弯和抗扭等优点。伸缩油缸与前置式变幅油缸相结合，使臂架受力合理，变幅范围更大。在此本设计选用伸缩式直臂箱形结构。3 起升机构的设计起升机构是用来使货物提升或下降的机构，是起重机械中最基本的机构。起升机构通常包括：取物装置、钢丝绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分，其中不少零件采用标准通用零件。典型的起升机构构造是：电动机通过联轴器同传动效率较高的渐开线圆柱齿轮减速器相连接，减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和滑轮组与吊钩相联。机构工作时，卷筒将钢丝绳卷进或放出，从而通过滑轮组系统使悬挂在吊钩上的物品起升或下降。机构停止工作时，悬起的物品依靠制动器刹住。吊钩的起升和下降通过电动机换向开动来实现。起升机构的载荷特点： 物品起升或下降时，在驱动机构上由钢丝绳拉力产生的扭矩方向不变，即转矩是单向作用的。 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对机构影响不大，一般不超过静转矩的10%，使用抓斗时则需另行考虑。 机构起动或制动时间同稳定运动相比是短暂的。因此，可将稳定运动时的起升载荷作为机构的计算载荷。3.1起升机构的传动方案此设计中采用液压起升机构。1.液压马达 2.一级闭式齿轮传动 3.棘轮停止器 4.输出小齿轮5.开式大齿轮 6.卷筒 7.钢丝绳 8.吊钩 图3-1 起升机构简图液压马达的转速通过减速机传递给卷筒,驱动卷筒旋转,吊钩升降，继而实现提升或放下重物。卷筒的正反方向转动通过改变马达的旋转方向实现，而运行机构的停止或使货物处于悬吊状态是依靠棘轮停止器来实现的。3.2钢丝绳的设计钢丝绳是随车起重机的重要零件之一。它的使用性能是：具有良好的各方向相同的挠性，使用可靠，无突然断裂的现象，运动速度不受限制，平稳无噪音，耐冲击。具有强度高、自重轻、运行平稳、弹性较好，极少骤然断裂等优点。因此被广泛用于起升机构、变幅机构，也用于牵引及回转机构中。3.2.1钢丝绳结构形式的选择钢丝绳根据不同的分法有多种具体种类。其中，按钢丝捻成股和股捻成绳的方向分为：同向捻钢丝绳成股的方向和股捻成绳的方向相同称为同向捻。如绳股右捻称为右同向捻，绳股左捻称为左同向捻。这种钢丝绳钢丝之间接触较好，挠性好、表面比较光滑、钢丝绳磨损小，使用寿命较长，但有旋转和易松散的趋向。在自由悬吊的起重机中不宜采用，在不怕松散的情况下有导轨时可以采用，通常用作牵引绳，不宜作起升绳。交互捻钢丝绳成股的方向和股捻成绳的方向相反称为交互捻。绳右捻股左捻称右交互捻，绳左捻股右捻称左交互捻。这种钢丝绳虽然刚性大，使用寿命短，但不易旋转、松散，使绳和股自行松散的趋势相反，互相抵消，克服了同向捻绳的缺点。在起重机中应用广泛。混合捻钢丝绕成股的方向和股捻成绳的方向一部分相同，一部分相反称为混合捻。混合捻具有同向捻和交互捻的特点，但此种绳制造工艺复杂，很少采用。根据钢丝绳的构造,结合随车起重机的使用条件和要求(如挠性,耐磨性,抗高温,抗横向拉力和防腐蚀性等),选择中间有合成纤维芯（具有较高挠性和弹性，不能耐高温，不能承受横向压力，起重机中广泛应用。）、交互捻钢丝绳。 （a） (b) (c) (d) (a) 右交互捻（ZS） (b) 左交互捻(SZ) (c) 右同向捻(ZZ) (d) 左同向捻(SS)图3-2 钢丝绳按捻法分类钢丝绳在使用时需要与其他承载零件连接以传递载荷。本设计采用楔形套筒法，查【3】表8.1-39选用：材料：楔套：ZG270-500 楔：HT200公称尺寸为14 mm（钢丝绳直径d=14mm）的楔形接头、楔套、楔的标记为：楔形接头 14 GB/T 5973-1986楔套 14 GB/T 5973-1986 楔 14 GB/T 5973-1986 3.2.2钢丝绳使用注意要延长钢丝绳的寿命,在设计与使用中应考虑以下因素： 提高安全系数n，可降低钢丝绳的应力； 选用较大的弯曲比（卷筒或滑轮直径比钢丝绳直径），使钢丝绳避免过分地弯曲，以减少钢丝绳的弯曲应力，但也不能太大，以免使整个机构尺寸增大； 卷筒与滑轮的材料硬度要适中，硬度过高或过低都会影响钢丝绳寿命； 减小钢丝绳的弯折次数，即不要使钢丝绳通过太多的滑轮（选用滑轮型式与倍率时予以考虑），尤其要避免反向弯折次数，因为反向弯折的破坏作用比同向弯折大，会降低钢丝绳的寿命； 钢丝绳的维护保养，应定期润滑防止锈蚀，成卷钢丝绳开卷时应避免打结扭曲，切断时应有防止绳股松散的措施。3.3取物装置起重机的取物装置是起升机构的重要部件之一，它对安全生产和提高生产效率具有重要意义。由于起重机装卸物品的对象种类繁多，有成件的、散粒的和液态的等等，它们的物理性能和几何形状各具特点。为了适应各类物品的装卸工作，常用的取物装置有吊钩、吊环、扎具、夹钳、电磁盘、真空吸盘、料斗、抓斗、盛桶和承重梁等，此外还有集装箱专用吊具和其它专用工具。本设计采用吊钩的设计。3.3.1吊钩的设计 选材。吊钩组通常由钩头、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴以及拉板等零件组成。吊钩经常受货载冲击，为保证吊钩工作的安全性，尽量避免人身及设备事故，故应要求吊钩无突然断裂的危险，重量要尽量轻，有足够的强度，查【3】表8.1-90本次设计中采用吊钩材料DG20Mn，并主要针对横梁进行设计计算。 构造。采用自由锻造的带凸耳的直柄单钩，制造与使用方便，梯形断面，受力情况合理。查【3】表8.1-84选取钩号LYD10-M GB/T10051.1-1998强度等级M6。 吊钩挂架。采用长型号钩组，吊钩支承在单独的滑轮轴上。为了便于工作，吊钩应能绕垂直轴线和水平轴线旋律，为此吊钩螺母与横梁之间采用止推轴承，吊钩尾部的螺母压在其上。吊钩横梁的轴端与定轴挡板相配处形成环形槽，容许横梁转动。 图3-3 LYD锻造直柄吊钩3.4卷筒的设计卷筒是在起升机构中用来卷绕绳索并传递动力的转动件。3.4.1卷筒种类的选择卷筒按绕绳的层次分为单层卷绕单联卷筒和多层卷绕双联卷筒。卷筒表面带有导向螺旋槽，钢丝绳进行单层卷绕。一般情况都采用标准槽，只有当钢丝绳有脱槽危险时（例如抓斗起重机的卷筒和工作中振动较大者）才采用深槽。单层绕卷筒表面通常切出螺旋槽，钢丝绳依次卷绕在槽内，使绳索与卷筒接触面积增大，单位压力降低。因为绳槽节距大于钢丝绳直径，所以避免了钢丝绳之间的相互摩擦，从而延长了钢丝绳的使用寿命。在起重高度较高时，为了缩小卷筒尺寸，可采用表面带导向螺旋槽或光面卷筒，进行多层卷绕，但钢丝绳磨损较快。这种卷筒适用与慢速和工作类型较轻的起重机，如汽车起重机，多采用不带螺旋槽的光面卷筒，钢丝绳可以紧密排列，但实际作业时，钢丝绳排列凌乱，互相交叉挤压，钢丝绳寿命降低。目前，多层卷绕卷筒大多数制成带有绳槽。第一层钢丝绳卷绕入卷筒螺旋槽，第二层钢丝绳以相同的螺旋方向卷绕入内层钢丝绳形成的螺旋沟，钢丝绳的接触情况大为改善，延长了使用寿命。多层卷绕卷筒两端设挡边，以防钢丝绳脱出筒外，其挡边高度应比最外层钢丝绳高出。多层绕卷筒用于起升高度很大，而卷筒长度又受限制的情况，它的主要缺点是内层钢丝绳受到外层钢丝绳的挤压，在卷绕过程中相邻绳圈之间有摩擦，使绳索寿命降低。此外，在绳索拉力不变时，载荷力矩随卷筒上绳索层数的不同而变化，造成载荷力矩不稳定。为改善钢丝绳在卷筒上的接触状态，提高绳索的寿命，采用切螺旋槽的多层绕卷筒。起重机大多采用多层绕卷筒，其容绳量大。随着起升高度的增加。起升机构中卷筒的绕绳量相应增加。采用尺寸较小的多层绕卷筒对小机构尺寸是很有利的。其表面做成螺旋绳槽，两边有侧板以防钢丝脱出，二级减速大齿轮与卷旋绳槽，两边有侧板以防钢丝绳脱出，二级减速大齿轮与卷筒连接在一起。3.4.2卷筒材料卷筒材料一般采用不低于HT20-40牌号的铸铁，特殊需要时可用铸钢ZG25、ZG35或A3钢板焊成。考虑到工艺要求，本设计采用铸铁卷筒。 图3-4 卷筒示意图3.5滑轮组的设计钢丝绳卷绕系统中，由绕有钢丝绳的定滑轮与动滑轮组成的系统称为滑轮组。滑轮组是改变力和速度的滑轮、绳索系统，它一般作为起升机构的一个组成部分，但也可以单独作为起重装置使用。在起升机构中，滑轮组主要用来减轻钢丝绳拉力或者减速，少数场合用于增速。3.5.1滑轮组的种类选用滑轮组按其构造型式可分为单联滑轮组和双联滑轮组两种。单联滑轮组的特点是绕入卷筒的钢丝绳为一根，其构造简单，重量轻。工作时，物品在垂直位移的同时，还产生水平位移，这种钢丝绳沿卷筒轴向的移动，将对卷筒支承造成附加载荷，因此不带导向装置的单联滑轮组较少采用。双联滑轮组的特点是绕入卷筒的绳索是两根，它相当于两个相同单联滑轮组的组合装置。它在工作时就无物品水平位移现象。双联滑轮组往往装有平衡杠杆或平衡滑轮，当两边钢丝绳拉力有差别时，可以自动均衡。此设计中，采用装有平衡滑轮的双联滑轮组，并采用铸铁滑轮，加工工艺性好，易于加工、价廉，对钢丝绳寿命有利。3.5.2钢丝绳进出绳槽时的允许偏角钢丝绳在滑轮和卷筒上绕进或饶出时，通常都允许有一定的偏斜。偏斜的程度过大会增加钢丝绳阻力，加快钢丝绳和滑轮的磨损，严重时会碰檫绳槽侧边引起钢丝绳檫伤以及槽口缺陷，发生跳槽现象（钢丝绳从绳槽脱出）。设计时应限制钢丝绳最大倾斜角。 钢丝绳进出滑轮时的允许偏角钢丝绳的偏斜角，指钢丝绳中心线偏出滑轮平面（与滑轮轴线垂直）的角度，如图3-5示：图3-5 钢丝绳在卷筒上的偏斜情况因此根据一般滑轮槽型尺寸，计算得钢丝绳偏角左右。 钢丝绳进出卷筒绳槽时的允许偏角根据使用经验，单层卷绕的卷筒，多层卷绕的卷筒。3.6棘轮的设计棘轮停止器一般用来作为机械中防止逆转的制逆装置或供间歇传动用，在某些低速、手动操纵的卷扬机上使用。棘轮为了防止逆转，本设计在齿轮轴上安装棘轮停止器。棘轮的齿形已经标准化，周节p根据齿顶圆来考虑，棘轮的齿数通常在的范围内选取，但有特殊用途时，可以更少或更多些，齿数愈多，冲击愈小，但尺寸越大。设计齿形时，要保证棘爪啮合性能可靠，通常将棘轮工作齿面做成与棘轮半径成的夹角，见图3-6。图中：P为棘轮圆周力（N）, ，D为棘轮直径（mm），。本设计取=180。棘轮的材料选为Q235，齿数取为20。图3-6 棘轮4 起升机构设计计算设定起升参数：额定起重量:起升速度: 起升高度: 机构接电持续率：使用场合和工作要求：中小吨位，行驶速度高，机动性好，可根据工作需要变更工作地点，投入使用时间短，结构简单。4.1确定起升机构传动方案按照布置宜紧凑的原则，起升机构计算简图如下图，采用了双联滑轮组，已知参数，查【2】表4-2取滑轮组倍率，承载绳分支数：查【2】附表8选图号为吊钩组，得其质量：，两动滑轮间距1.液压马达 2.一级闭式齿轮传动 3.棘轮停止器4.输出小齿轮 5.开式大齿轮 6.卷筒 7.钢丝绳 8.吊钩4.2选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承，当，查【1】表3-11得滑轮组效率钢丝绳所受最大拉力：,查【1】表3-3，中级工作类型（工作级别）时，安全系数钢丝绳破断拉力：,查【2】附表1选用瓦林吞型纤维芯钢丝绳,钢丝公称抗拉强度。表面钢丝，右交互捻，直径，钢丝绳最小破断拉力,标记如下：钢丝绳4.3确定滑轮主要尺寸由【1】表3-4注得：对于流动式起重机，取卷绕直径与钢丝绳直径最小比值，卷筒，滑轮，与工作级别无关。滑轮的许用最小直径：，由【2】附表2选用滑轮直径取平衡滑轮直径，由【2】附表2选用滑轮的绳槽部分尺寸由【2】附表3查得。由【2】附表4选用钢丝绳直径，滑轮轴直径的型滑轮标记为：滑轮由【2】附表5平衡滑轮选用直径，滑轮轴直径的型滑轮标记为：滑轮4.4确定卷筒尺寸卷筒许用最小直径：，由【3】表8.1-48选用卷筒绳槽尺寸由【1】表3-12得标准槽距，槽底半径由【1】式3-12得卷筒尺寸：式中：最大起升高度（mm）滑轮组倍率卷绕长度（mm）钢丝绳的直径多层卷绕层数卷筒计算直径代入数据得：，取卷筒厚度：铸铁卷筒,卷筒壁厚由下式决定,取材料为，厚度为的卷筒，抗压强度极限，抗拉强度极限卷筒壁压应力验算：由【1】式3-13 式中：多层卷绕系数，由【1】表3-13取应力减小系数，一般取钢丝绳最大静拉力（N）,卷筒壁厚（mm）,卷筒绳槽节距（mm）,许用压应力：对钢，铸铁代入数据，得：，故卷筒压缩强度足够。由于,不用验算由弯矩和扭矩产生得换算应力。卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径，长度，卷筒槽形的槽底半径，标准槽距，起升高度，倍率，靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A型卷筒，标记为：卷筒A 左 4.5选则电动机起升机构静功率由【1】式3-22得：式中：机构总效率，一般，代入数据得：电动机计算功率由【1】式3-23式中由【1】表3-19查得，取代入数据得：查【2】附表28选用交流异步线绕式电动机，其工作制度为，F级，等效热起动次数6次/时，同步转速为750r/min,由表知，电机质量，4.6验算电动机发热条件按照等效功率法，时所需的等效功率：式中：工作类型系数，由【1】表3-28取系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值查得。由【1】表3-27得，由【1】查图3-52起升机构曲线1得代入数据得：由计算得，故电动机能满足发热条件。4.7选择减速器卷筒转速： 减速器总传动比：查【2】附表35选减速器，当工作级别为中级时，许用功率，减速器自身质量，输入轴直径，轴端长4.8验算起升速度和实际所需功率货物实际起升速度：误差： ,验算通过。实际所需等效功率：4.9校核减速器输出轴强度输出轴最大径向力式中：卷筒及轴自重，由【2】附表14估计减速器输出轴端最大允许径向载荷，由【2】附表36查得，代入数据得：输出轴最大扭矩：式中：电动机轴额定力矩，时电动机最大力矩倍数，由【2】附表33查得，减速器传动效率，选减速器输出轴最大容许转矩，由【2】附表36查得，代入数据得：由以上计算，所选减速器能满足要求。4.10选择制动器下降静转矩：制动转矩：式中：制动安全系数，由【1】表3-20得代入得：由【2】附表15选用制动器，其额定制动转矩，制动轮直径，制动器质量为4.11选择联轴器高速轴计算扭矩：式中：计及实际起重量变动影响得等效静载荷系数，由【1】表2-11得计及机构起、制动时动载荷对传动零件影响得等效动载荷系数，由【1】表2-12得机构的电动机额定转矩传至计算零件的转矩，相应与第类得安全系数，代入数据得：由【2】附表29查得电动机轴端为圆形， 由【2】附表34查得减速器的高速轴端为圆形，靠电动机轴端的联轴器,由【2】附表43选用半联轴器，其图号为,飞轮力矩最大容许转矩，质量4.12验算起动时间由【1】式3-32得起动时间：式中：起升换算到电动机轴上的总转动惯量。高速轴上旋转质量的转动惯量。代入数据得： 通常起升机构起动时间为，以上计算，可在电气设计时，增加起动电阻，延长起动时间，故选电动机合适。4.13验算制动时间由【1】式3-36得制动时间：式中：下降换算到电动机轴上的总转动惯量。满载下降时电动机的转速，额定制动转矩，代入数据得： 由【1】表3-26知，当，以上计算，故制动时间符合要求。5 减速器的设计计算起升结构的减速器传动采用一级悬挂闭式减速器与一级开式齿轮传动相结合。为了减小尺寸、节省材料、延长齿轮寿命，本设计采用硬齿面。5.1传动装置的总效率a=123 n 其中1、2、3n分别为传动装置中每一传动副、每对轴承、每个联轴器的效率。经查【4】表9-1：圆柱齿轮传动啮合效率：齿形联轴器效率：卷筒效率：滚动轴承效率：则总效率：5.2确定总传动比及各级分传动比总传动比：由传动方案可知，传动装置的总传动等于各级分传动比之积。即：，传动比分配合理，传动系统结构紧凑、重量轻、成本低，润滑条件好。由【4】式5.9对一级齿轮减速器，为保证其高低速级大齿轮浸油深度大致相近，其传动比要满足下式：取 式中高速级齿轮传动比；低速级齿轮传动比；根据传动比分配原则分配传动比：5.3传动系统的运动和动力参数计算5.3.1计算各轴转速：输入轴：输出轴：卷筒轴：5.3.2计算各轴输入功率：输入轴： 输出轴： 卷筒轴：5.3.3计算各轴输入转矩：输入轴： 输出轴： 卷筒轴：5.4传动件的设计计算5.4.1高速级齿轮的强度验算 选择齿轮的材料，确定许用应力：由【5】表6.2选：硬齿面小齿轮选用，渗碳淬火，硬齿面大齿轮选用，表面淬火，许用接触应力，由【5】式6-6得：接触疲劳极限：查【5】图6-4：接触强度寿命系数，应力循环次数N，由【5】式6-7得：查【5】图6-5得、：接触强度最小安全系数，一般，取则：许用弯曲应力，由【5】式6-12 弯曲疲劳极限应力，查【5】图6-7，双向传动乘以0.7得：，弯曲强度寿命系数，查【5】图6-8得：弯曲强度尺寸系数，查【5】图6-9（设模数m小于5mm）弯曲强度最小安全系数，取则： 按齿面接触疲劳强度设计计算：确定齿轮传动精度等级，按，估取圆周速度。参考【5】查表6.7、表6.8取：组公差组8级。小轮分度圆直径，由【5】式6-5得： 齿宽系数，查【5】表6.9，按齿轮相对轴承非对称布置，取小轮齿数：在硬齿面推荐值 中选：大轮齿数： 圆整：齿数比：传动比误差：，误差在范围内，合适。小轮转矩： 载荷系数：使用系数：查【5】表6.3得：动载荷系数，由推荐值，取 齿向载荷分布系数，由硬齿面推荐值，取 齿间载荷分配系数，由推荐值，取代入得载荷系数材料弹性系数：查【5】表6.4得：节点区域系数，查【5】图6.3（重合度系数：由推荐值，取故： 齿轮模数，按【5】表6.6 圆整：小轮分度圆直径 圆周速度：标准中心距： 齿宽，圆整大轮齿宽小轮齿宽 齿根弯曲疲劳强度校核计算：由【5】式6-10：齿形系数，查【5】表6.5得：小轮大轮应力修正系数，查【5】表6.5得小轮大轮端面重合度：重合度系数：故：齿根弯曲强度满足。 齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径 5.4.2低速级齿轮的强度验算 选择齿轮的材料，确定许用应力：由【5】表6.2选：硬齿面小齿轮选用，渗碳淬火，硬齿面大齿轮选用，表面淬火，许用接触应力，由【5】式6-6：接触疲劳极限，查【5】图6-4：接触强度寿命系数，应力循环次数N，由【5】式6-7得：查【5】图6-5得，接触强度最小安全系数，一般，取则：许用弯曲应力，由【5】式6-12得： 弯曲疲劳极限应力，查【5】图6-7，双向传动乘以0.7得：，弯曲强度寿命系数，查【5】图6-8得：弯曲强度尺寸系数，查【5】图6-9（设模数m小于5mm）弯曲强度最小安全系数，取则： 按齿面接触疲劳强度设计计算：确定齿轮传动精度等级，按，估取圆周速度。参考【5】查表6.7、表6.8取：组公差组8级。小轮分度圆直径，由【5】式6-5得： 齿宽系数，查【5】表6.9，按齿轮相对轴承非对称布置，取小轮齿数：在硬齿面推荐值 中选：大轮齿数：圆整：齿数比：传动比误差：，误差在范围内，合适。 小轮转矩： 载荷系数：使用系数：查【5】表6.3得：动载荷系数，由推荐值，取 齿向载荷分布系数，由硬齿面推荐值，取 齿间载荷分配系数，由推荐值，取代入得载荷系数材料弹性系数：查【5】表6.4得：节点区域系数，查【5】图6.3（重合度系数：由推荐值，取故：齿轮模数，按【5】表6.6 圆整：小轮分度圆直径 圆周速度：标准中心距： 齿宽，圆整大轮齿宽小轮齿宽 齿根弯曲疲劳强度校核计算：由【5】式6-10：齿形系数，查【5】表6.5得：小轮大轮应力修正系数，查【5】表6.5小轮大轮端面重合度：重合度系数：故：齿根弯曲强度满足。 齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径5.4.3棘轮的强度验算： 棘轮模数按齿受弯曲计算确定：由【3】式8.1-16得:式中：棘轮的模数周节棘轮轴所受的扭矩棘轮的齿数，由【3】见表8.1-126，选取20齿宽系数，由【3】见表8.1-127，取1.5棘轮齿材料的许用弯曲应力，由【3】见表8.1-127为100代入数据得: 圆整选取 棘轮模数按齿受挤压进行验算：由【3】式8.1-17得:式中：许用单位线压力，由【3】见表8.1-127为35代入数据得：所以强度满足要求，验算通过。5.5轴的计算从高速到低速各轴命名为轴、轴、轴。5.5.1轴的设计 计算作用在小齿轮上的力： 小轮转矩： 轴上小齿轮分度圆直径：圆周力：径向力： 初步估算轴的直径由于做成齿轮轴，材料与小齿轮相同20CrMnTi 渗碳淬火。由【5】式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响，由【5】查表8.6 ，取，则 轴的结构设计a)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段1：根据圆整(按),考虑实际情况，取，马达的输入轴和轴段1通过键相连，该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，选择深沟球轴承，由【5】表13-4选轴承型号6008(GB/T276-94)，尺寸dDB=406815，所以选取。轴段2：定位轴，取轴段直径，轴段3:为了不影响小齿轮的啮合，所以选取该轴段直径,轴段4:该轴为小齿轮，为了更好的固定轴，所以取该轴段直径,轴段5: 为使右轴承能更好的定位，所以取该轴段的直径,轴段6：该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，为了更好的固定轴，选择圆锥滚子轴承，由【5】表13-2选轴承型号30206(GB/T276-94)，尺寸dDB=306216。所以取该轴段的直径， 轴简图b)确定轴承及小齿轮作用力位置 如下图所示，先确定轴承支点位置，查6008轴承，其支点尺寸，因此轴的支撑点到小齿轮载荷作用点距离为， 绘制轴的弯矩图和扭矩图：a)求轴承反力：H水平面：代入数据计算得：V垂直面：代入数据计算得：b)求齿轮中点处弯矩H水平面：V垂直面：合成弯矩M：扭矩T： 按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩，取折合系数,则齿轮中点处当量弯矩：弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：由于做成齿轮轴，材料与小齿轮相同20CrMnTi 渗碳淬火。由【5】表8.2查得b=640 N/mm2,由【5】表8.7查得材料许用应力由【5】式8-4得轴的计算应力为：该轴满足强度要求。5.5.2轴的设计 计算作用在大齿轮上的力：齿轮转矩： 轴上大齿轮分度圆直径：圆周力：径向力： 计算作用在小齿轮上的力：齿轮转矩： 轴上小齿轮分度圆直径：圆周力：径向力： 初步估算轴的直径轴与二级转动小齿轮的材料相同，20CrMnTi 渗碳淬火。由【5】式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响，查【5】表8.6 ，取，则 轴的结构设计a)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段1：根据圆整(按),考虑实际情况，取，该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，选择圆锥滚子轴承，由【5】表13-2选轴承型号30208(GB/T276-94)，尺寸dDB=408018，所以选取轴段2：由于在轴上面装有挡盘、棘轮、摩擦片，为使轴承定位，所以取轴段直径，轴段3:为使挡盘定位，便于安装大齿轮，所以选取该轴段直径,轴段4:为了使大齿轮更好的固定，选取轴肩固定，所以取该轴段直径,轴段5: 为使轴能更好的定位，取该轴段直径,该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，选择圆锥滚子轴承，由【5】表13-2选轴承型号30216(GB/T276-94)，尺寸dDB=8014026，所以取该轴段的直径,轴段6: 为使轴能更好的定位，选取轴肩固定，所以取该轴肩的直径,轴段7：该轴段要安小齿轮，为使更好的粘合，所以选取该轴段直径，轴简图b)确定轴承及大齿轮、小齿轮作用力位置如图所示，先确定轴承支点位置，查30208轴承，其支点尺寸，因此轴的支撑点到大齿轮载荷作用点距离为，大齿轮的中心到轴的支撑点载荷作用点距离为，轴的支撑点载荷作用点到小齿轮中心的距离为 绘制轴的弯矩图和扭矩图：a)求轴承反力：H水平面：代入数据计算得：V垂直面：代入数据计算得： b)求小齿轮、大齿轮中点处弯矩：H水平面：V垂直面：合成弯矩M：扭矩T： 按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩，取折合系数,则齿轮中点处当量弯矩：弯矩图、扭矩图、当量弯矩图如下：由于做成齿轮轴，材料与小齿轮相同20CrMnTi 渗碳淬火。由【5】表8.2查得b=640 N/mm2,由【5】表8.7查得材料许用应力由【5】式8-4得轴的计算应力为：该轴满足强度要求。 精确校核轴的强度a)轴的细部结构设计：圆角半径：各轴肩处圆角半径均采用，既满足定位面接触高度的要求，又小于孔的倒角的要求。键槽：棘轮的转盘与轴承之间用双键连接，按标准GB1095-79选取键142570，大齿轮外既有轴肩又有螺纹，螺纹为M564L中径b)选择危险剖面：各截面均有应力集中源，选择其中应力较大、应力集中较严重的截面。 c)计算危险截面工作应力截面弯矩：截面扭矩：抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面上弯曲应力：截面上扭剪应力：弯曲应力幅：弯曲平均应力:扭切应力:d)确定轴材料机械性能：查【5】表8.2，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限碳钢材料特性系数：，e)确定综合影响系数和：轴肩圆角处有效应力集中系数、，根据，由【5】表8.9插值计算得：，配合处综合影响系数、，根据、，配合由【5】表8.11插值计算得：，键槽处有效应力集中系数、，根据由【5】表8.10插值计算得：，尺寸系数、，根据由【5】表8.12查得：，表面状况系数、，根据，表明加工方法精车由【5】查图8-2得轴肩处综合影响系数、：键槽处综合影响系数、：同一截面如有两个以上的应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处取综合影响系数，f)计算安全系数：由【5】表8.13取需用安全系数由【5】式8-6得：疲劳强度安全，验算通过。5.5.3轴的设计 计算作用在大齿轮上的力：大齿轮转矩： 轴上大齿轮分度圆直径：圆周力： 径向力： 初步估算轴的直径轴材料为40Cr调质。由【5】式8-2 计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响，由【5】查表8.6 ，取则 轴的结构设计a)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段1：根据圆整(按),考虑实际情况，取，该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，选择圆锥滚子轴承，由【5】表13-2选轴承型号30210(GB/T276-94)，尺寸dDB=509020，所以选取。轴段2：定位轴，取轴段直径，轴段3:选取该轴段直径,轴段4: 定位轴，取轴段直径，轴段5: 该轴段要装滚动轴承，考虑轴承承受轴、径向力，为了更好的固定轴，选择圆锥滚子轴承，由【5】表13-2选轴承型号30210(GB/T276-94)，尺寸dDB=509020，所以取该轴段的直径， 轴简图b)确定轴承及大齿轮作用力位置 如下图所示，先确定轴承支点位置，查30210轴承，其支点尺寸，因此轴的支撑点到大齿轮载荷作用点距离为， 轴的弯矩和扭矩：大齿轮与卷筒用螺栓相连，卷筒与轴用轴承支承，所以轴是心轴。根据安装分析，轴处于如下位置时最危险。a)求轴承反力：H水平面：V垂直面： b)求大齿轮中点处弯矩：H水平面：V垂直面：合成弯矩M：扭矩T： 按弯扭合成强度校核轴的强度：当量弯矩，取折合系数,则齿轮中点处当量弯矩： 求钢丝绳处弯矩H平面: V平面：合成弯矩： 对固定心轴，载荷无变化时，由于做成轴，材料与大齿轮相同40Cr调质。由【5】表8.2查得b=735 N/mm2,由【5】表8.7查得材料许用应力由【5】式8-4得轴的计算应力为：该轴满足强度要求。5.6滚动轴承的选择和计算5.6.1输入轴选择深沟球轴承6008(GB/T276-94)a)计算当量载荷P由【5】表13-4得6008轴承的主要性能参数（GB/T276-1994）其额定载荷动载荷额定静载荷径向载荷轴向载荷由【5】查表10.5并插值计算，因，由【5】查表10.5并插值计算，由【5】式10-7，当量动载荷 轴承工作时有中等冲击，由【5】查表10.6，载荷系数 故 ： b)计算轴承寿命 由【5】式10-7 ，轴承寿命对于球轴承因轴承工作温度不高，小于，由表查温度系数 ,因为,轴承选用合适。 选轴承型号30206(GB/T276-94)a)计算当量载荷P由【5】表13-4得30206轴承的主要性能参数（GB/T276-1994）其额定载荷动载荷额定静载荷径向载荷轴向载荷由【5】查表10.5并插值计算，因，由【5】查表10.5并插值计算，由【5】式10-7 ，当量动载荷 轴承工作时有中等冲击，由【5】查表10.6，载荷系数 故 ： b)计算轴承寿命 由【5】式10-7，轴承寿命，对于滚子轴承因轴承工作温度不高，小于，由表查温度系数 ,因为,轴承选用合适。5.6.2输出轴 选轴承型号30208(GB/T276-94)a)计算当量载荷P由【5】表13-4得30208轴承的主要性能参数（GB/T276-1994）其额定载荷动载荷额定静载荷径向载荷轴向载荷由【5】查表10.5并插值计算，因，由【5】查表10.5并插值计算，由【5】式10-7 ，当量动载荷 轴承工作时有中等冲击，由【5】查表10.6，载荷系数 故 ： b)计算轴承寿命 由【5】式10-7 ，轴承寿命对于滚子轴承因轴承工作温度不高，小于，由表查温度系数 ,因为,轴承选用合适。 选轴承型号30216(GB/T276-94)a)计算当量载荷P由【5】表13-4得30216轴承的主要性能参数（GB/T276-1994）其额定载荷动载荷额定静载荷径向载荷轴向载荷由【5】查表10.5并插值计算，因，由【5】查表10.5并插值计算，由【5】式10-7 ，当量动载荷 轴承工作时有中等冲击，由【5】查表10.6，载荷系数 故 ： b)计算轴承寿命 由【5】式10-7 ，轴承寿命对于滚子轴承因轴承工作温度不高，小于，由表查温度系数 ,因为,轴承选用合适。5.6.3卷筒轴 选轴承型号30210(GB/T276-94)a)计算当量载荷P由【5】表13-4得30210轴承的主要性能参数（GB/T276-1994）其额定载荷动载荷额定静载荷径向载荷轴向载荷由【5】查表10.5并插值计算，因，由【5】查表10.5并插值计算，由【5】式10-7 ，当量动载荷 轴承工作时有中等冲击，由【5】查表10.6，载荷系数 故 ： b)计算轴承寿命 由【5】式10-7 ，轴承寿命对于滚子轴承因轴承工作温度不高，小于，由表查温度系数 ,因为,轴承选用合适。5.7键联接的选择和验算挤压强度校核：轴的材料一般为钢，而轮毂材料可能是钢或铸铁，当载荷性质为中等冲击时钢的许用挤压应力，采用静联接，用挤压强度条件，校核本次设计中所采用的键。5.7.1输入轴输入轴与马达联接的键，直径,由【5】表11-1选键的尺寸为，选B型键，输入轴的转矩为则挤压强度条件：，故所选键合适。5.7.2输出轴输出轴与挡盘处联接的键，直径,由【5】表11-1选键的尺寸为，选A型键，输出轴的转矩为则挤压强度条件：因强度不足，采用双键，并按布置，考虑到载荷的不均匀性，在强度计算中可按1.5个键计算。则，故所选键合适。输出轴与齿轮处联接的键，直径,由【5】表11-1选键的尺寸为，选A型键，输出轴的转矩为则挤压强度条件：因强度不足，采用双键，并按布置，考虑到载荷的不均匀性，在强度计算中可按1.5个键计算。则，故所选键合适。5.8箱体的设计箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。箱体通常用灰铸铁制造，对于重载或有冲击载荷的减速器也可以采用铸钢箱体。单体生产的减速器，为了简化工艺、降低成本，可采用钢板焊接的箱体。灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能。为了便于轴系部件的安装和拆卸，箱体制成沿轴心线水平剖分式。上箱盖和下箱体用螺栓联接成一体。轴承座的联接螺栓应尽量靠近轴承座孔，而轴承座旁的凸台，应具有足够的承托面，以便放置联接螺栓，并保证旋紧螺栓时需要的扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，在轴承孔附近加支撑肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座一般不采用完整的平面。由【5】表15-1计算减速器箱体的结构尺寸：1箱座壁厚2箱盖壁厚 3箱座上部凸缘厚度4箱盖凸缘厚度5箱座底凸缘厚度 6地脚螺钉直径 7地脚螺钉数目 8轴承旁联接螺栓9盖与座联接螺栓直径10联接螺栓间距 11轴承端盖螺钉直径12检查孔盖螺钉直径13定位销直径14至外箱壁距离 15至凸缘边缘距离 16轴承旁凸台半径17凸台高度，根据低速级轴承底外径确定 18外箱壁至轴承座端面距离 19齿轮顶圆与内箱壁距离 20齿轮端面与内箱壁 21箱盖肋厚 22箱座肋厚23轴承端盖外径,D为轴承外径24轴承旁联接螺栓距离尽量靠近和不可干涉5.9减速器附件的设计为了保证减速器的正常工作，除了对齿轮、轴、轴承组合和箱体的结构设计给予足够的重视外，还应考虑到为减速器润滑油池注油、排油、检查油面高度、加工及拆装检修时箱盖与箱座的精确定位、吊装等辅助零件和部件的合理选择和设计。 检查孔：为检查传动零件的啮合情况，并向箱内注入润滑油，应在箱体的适当位置设置检查孔。检查孔设在上箱盖顶部能直接观察到齿轮啮合部位处。平时，检查孔的盖板用螺钉固定在箱盖上。 通气器：减速器工作时，箱体内温度升高，气体膨胀，压力增大，为使箱内热胀空气能自由排出，以保持箱内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件等其他缝隙渗漏，通常在箱体顶部装设通气器。 轴承盖：为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖封闭。本设计采用的是凸缘式轴承盖，利用六角螺栓固定在箱体上，外伸轴处的轴承盖是通孔，其中装有密封装置。 定位销：为保证每次拆装箱盖时，仍保持轴承座孔制造加工时的精度，应在精加工轴承孔前，在箱盖与箱座的联接凸缘上配装定位销。 油面指示器：检查减速器内油池油面的高度，经常保持油池内有适量的油，一般在箱体便于观察、油面较稳定的部位装设油面指示器，本设计采用的油面指示器是油标尺。 放油螺塞：换油时，排放污油和清洗剂，应在箱座底部，油池的最低位置处开设放油孔，平时用螺塞将放油孔堵住，放油螺塞和箱体接合面间应加防漏用的垫圈。 起吊装置 当减速器重量超过25kg时，为了便于搬运，在箱体设置起吊装置，如在箱体上铸出吊耳或吊钩等。 启箱螺钉：为方便拆卸时开盖，在箱盖联接凸缘上加工2个螺孔， 旋入启箱用的圆柱端的启箱螺钉。5.10减速器的润滑和密封形式 减速器的润滑良好的润滑，可降低传动件和轴承的摩擦功率损耗，减少磨损，保护其锈蚀。提高其使用寿命和效率，由于润滑油膜的分隔作用，能减少润滑表面的摩擦阻力，减轻工作时的冲击，降低振动和噪音。润滑还能起到散热、冷却、冲洗金属磨粒的作用。a)齿轮润滑 采用油池浸浴润滑b)滚动轴承润滑 采用润滑脂润滑 减速器的密封形式减速器的密封包括箱体、轴承等处的密封，密封的作用是防止灰尘、水分、酸气和其它杂物进入轴承和箱体内，并阻止润滑剂的泄漏。本设计中采用密封圈密封，密封圈结构简单，价格低廉，与轴紧密接触，轴承端盖处采用垫片密封，输入输出轴处采用橡胶圈密封，箱盖和箱处接处部分用密封胶或水玻璃密封。强度足够。满足要求。满足要求。电动机合适。符合要求。组公差组8级合适强度满足。组公差组8级合适强度满足。强度满足。强度满足。强度满足。强度满足。强度满足。合适。合适。合适。合适。合适。合适。合适。合适。6 变幅机构的设计6.1变幅机构的作用起重机中用以改变幅度（从取物装置中心线到起重机回转中心线之间的水平距离）的专用机构称为变幅机构。根据用途和工作条件不同，变幅机构的主要作用可归纳为两个方面： 在由载荷重力所引起的倾覆力矩不超过额定值的前提下，改变幅度R以调整起重机的起重能力，提供起重机的利用程度，或者通过改变幅度来调整取物装置的工作位置，以适应装卸路线的需要。显然，在这种情况下，变幅过程总是在起重机进行物品起吊工序之前、在取物装置上不载有物品的条件下完成的，故通常称为非工作性变幅。 使物品绕起重机回转轴线作径向水平移动，以提高生产率、扩大服务面和改善工作机动性。显然，在这种情况下，变幅过程是在取物装置上载有物品的条件下完成的，变幅是起重机的主要工序之一，故通常称为工作性变幅。6.2变幅机构的类型6.2.1变幅性质的分类 非工作性变幅机构。其特点是只在无载条件下用来调整取物装置的工作位置，在物品装卸过程中，幅度不再调整；或者用来放倒臂架，以利运输。这种变幅过程属于非工作性的，工作次数少，变幅速度对起重机的生产率影响小，由于不带载变幅，变幅阻力及变幅功率消耗均较小。在这类变幅机构中，一般都采用较低的变幅速度，以进一步减小装机功率，通常变幅速度为。 工作性变幅机构。其特点是在带载荷条件下变幅，实现物品的搬运。这种变幅过程属于工作性的，工作次数多，变幅速度对起重机的生产率影响大，由于带载变幅，变幅阻力及变幅功率消耗均较大。在这类变幅机构中，一般都采用较高的变幅速度，以提高装卸生产率，通常变幅速度为。为使变幅工作性能得到改善，工作性变幅机构在构造上较为复杂。6.2.2变幅方法的分类 运行小车式变幅机构。其特点是幅度的改变是依靠运行小车沿着水平或倾斜臂架上的轨道运行来实现，一般采用绳索牵引驱动，主要用于工作性变幅。这种变幅机构的变幅速度均匀，物品摇摆现象减轻，物品能实现严格的水平移动，易于获得较小的最小幅度和较大的有效工作空间，但臂架承受较大的弯矩，结构自重较大，多机协同工作较困难，机动性较差。 俯仰臂架式变幅机构。其特点是幅度的改变是依靠臂架的俯仰来实现，一般可用于工作性变幅和非工作性变幅。这种变幅机构的臂架受力情况较有利，结构自重较轻；起重机的重心较低，稳定性较好；易于实现多机协同工作，但难于获得较小的最小幅度和均匀的变幅速度，物品容易摇摆。6.3吊臂的设计吊臂是随车起重机的主要受力构件，吊臂的设计合理与否直接影响着起重机的承载能力、整机稳定性和自重。为了提高产品的竞争力，吊臂截面的选择与外观均要合理。本设计采用箱形结构伸缩式吊臂。6.3.1三铰点设计三铰点定位：在计算臂前，首先要确定三铰点的位置。已知条件起升高度是，最大工作幅度为。暂定汽车从地面到臂的后铰点距离为，臂后铰点距回转中心的距离为，起升角。其参数暂定如下：变幅缸原始长度 起重臂后铰点距回转中心的距离变幅缸下铰点距回转中心的距离变幅缸上铰点距臂后铰点的距离变幅缸全伸时的长度由下式可得： 由于，根据经验，之间，液压缸做的方便、实用，所以符合实际，所选值合适。6.4起重臂设计6.4.1起重臂基本参数计算与选用 重臂基本尺寸根据起升高度H和工作幅度R，并参考现有起重机的相关尺寸，初步估计出臂的基本尺寸如下： 长度(mm) 基本臂 3170 二节臂 3025 三节臂 2940 总臂 3360(7900) 工况组合如下：工况 (mm) (mm) (kg)1336021003800323360316040003568026005000456805480250057900210030006790079001500其中：工况下的臂长工况下的工作幅度重量（包括吊钩、吊具重量）滑轮组倍率 起重臂材料性能参数其它参数的选择臂的不同部位可采用不同强度的钢材，以减轻吊臂自重，充分发挥钢材的作用。a)吊臂底板选用材料HQ70，查表得，取安全系数为1.33 b)吊臂其它选用材料为HQ60查表得，取安全系数为1.33c)其他参数滑轮组效率=0.975吊臂内侧与滑块之间的间隙为=3mm动载系数=1.25水平载荷系数=0.086.4.2起重臂的形状及主要计算参数 起重臂计算参数a)截面参数（mm）如下：基本臂二节臂三节臂B1200182132b1b2b34(b3=5)44H328280242H1286243215LB1342725LB2425346LB31069567022.522.522.5b)截面参数计算截面面积F（忽略圆弧）：其中形心计算： 形心位置：载面的惯性矩： 截面的抗弯模量：由分析可知，位置2受拉应力最大，位置5受压应力最大，只需校核该位置即可：代入参数，计算结果如下：基本臂二节臂三节臂F(mm)473837843352HY(mm)147.4129.6115.7I(mm)692587613853782625661102W471469297360221790W383493256235201580 截面强度计算对起重臂：每节臂的交界处为受力最危险截面，A-A，B-B，C-C依次为从基本臂到三节臂的最危险的截面，只需验算这些截面即可：A-A截面： B-B截面：C-C截面：其中：S是单绳拉力，其它已知数据如下：(mm)L8100(3000)5680(4500)3360(6300)S237000S473023600S236023600S232023202510S705046802510k90000k8488500k745745750G770770770G960960960G117011701170S11052.611052.611052.6 强度应力计算根据受力分析，位置2的应力（忽略剪应力及变形）为：位置5的应力如下：代入已知数据得： 起升高度计算根据几何关系可知：起升高度等于地面距离后铰点的距离与臂后铰点与吊具之间的距离之和。计算结果如下：(mm)回转幅度臂长回转幅度臂长2.15.685.05.682.67.255.56.023.07.056.08.13.56.766.58.74.06.457.09.544.55.987.59.876.5变幅油缸的选用6.5.1变幅油缸推力的计算式中：缸推力（N）载荷5000N臂架自重载荷2000N作用在起重臂架上的风载荷200N作用在货物上的风载荷150N 起升臂架长度3170mm 臂架重心到下铰点的距离2100mm油缸活塞杆铰点到臂架下铰点的距离240mm起升钢丝绳的拉力12820N起升钢丝绳到下铰点的垂直距离10mm起升臂架的仰角（）变幅油缸轴线和水平线的夹角75代入数据计算得： 6.5.2变幅油缸缸径的计算由公式带入计算得，取7 回转机构的设计回转机构包括回转支承装置和驱动机构两部分。回转支承装置为起重机的回转部分提供稳固的支承，并将来自回转部分的载荷传递给基础部分。驱动机构则用来驱动回转部分实现回转。回转机构的作用是绕起重机的垂直轴线在水平平面内沿圆弧弧线运移物品。当起升、变幅和回转三个机构配合动作时，就可以把所起吊的货物在起重机幅度所能达到的范围内任意移动，从而扩大了作业范围。7.1回转支承的选用7.1.1简介本回转机构采用液压马达驱动。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将起重机的回转部分支承在固定部分上,后者驱动回转部分相对于固定部分回转。回转支承装置简称回转支承，它保证起重机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。本设计采用滚动轴承式回转支承装置，起重机回转部分固定在大轴承的固定座圈上，而大轴承的固定座圈则与底架的顶面相固定。采用单排四点接触式回转支承，它由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、高度尺寸小，内外座圈上的滚道是两个对称的圆弧面，钢球与和倾弧面滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩。由于低速大扭矩液压马达成本高，使用可靠性不如高速液压马达，采用高速液压马达也可以采用结构紧凑、传动比大的蜗轮转动。因此本设计采用：马达蜗轮、蜗杆减速器齿轮回转支承。液压驱动的小起重量起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。7.1.2载荷计算 垂直载荷式中：超载系数为1.1起重量取起重力矩最大时为10t主起重臂重量410 kg上车不回转其它部分的重量290kg则: 1.110000+410+290=11700kg水平载荷:因为水平载荷是由风吹在生物上的力,风吹在起重机上的力,重物的离心力,回转支承的啮合力所组成。由于水平力达不到的10%，按H=10%，计算。 弯矩M（倾覆力矩）1.2105.48+0.411.20.290.0866.23tm其中：主臂重心到回转中心线距离 主臂重心到主臂后铰点距离1.4m回转中心到吊臂后铰点的距离0.20m主臂仰角0上车不回转部分的重量重心到回转中心线距离0.08m 偏心距为 考虑风力时最大工作载荷105.48+0.411.2+0.3456.50.290.0857.51tm 静态: 动态: 由起重机设计手册图2-5-12查得型号为012.30.630 ,Z=94，m=8调质后齿轮圆周力7.1.3阻力矩计算 回转支承装置的摩擦阻力矩力计算:回转支承装置轨道中心直径2.828100004.91.2/0.631263528.4kg=263528.40.010.631/2=831.4 回转平台倾斜引起的阻力矩 惯性回转阻力矩= 4844.7t起动时间 风压引起的回转阻力矩风压值50N/m2吊臂迎风面积0.6回转部分迎风面积0.3m2回转部分形心离回转中心的距离0.18m2=50(1.20.65.481.20.30.18) =194.04 回转时最大阻力矩=831.4+2868+4844.7+194.04=8738 额定工况F的回转阻力矩当不计风力，惯性阻力矩和倾斜力矩按70%计算： =831.4+(2868+4844.7)70%=62307.1.4校核回转支承调质后齿轮所受圆周力为本设计中: =6230103/(2948) 合格7.1.5回转减速机输出扭矩选用回转减速机速比输出小齿轮回转支承齿数 回转机构输出扭矩 回转马达的输出扭矩 回转马达的输出转速选择马达最高工作压力20.7最大输出扭矩64 工作压力马达容积效率0.92马达排量P=2228.17/（0.9221.1）=31.9加上背压10N/cm2P=31.9+10=41.9 7.2回转减速机的选用原动机为发动机,每日工作8小时,工作机构为转台,属中等冲击载荷,由表查得每小时起重次数为10次，每次运转时间4分钟由表查得小时负率=(小时负荷工作的时间/60)100%=40/60100% =67%，由表查得工作环境温度为30，由表查得减速机型号，由表查得风扇冷却，由表查得按机械强度和热极限强度公式计算输出转矩值计算结果，机械强度大于热极限强度，故应按进行选择。输出轴转速由表查得最接近的减速器为：a=160 ,T=2772，略大于要求值，符合要求。7.3支腿反力计算7.3.1平均分配载荷按最危险的工况考虑，即起重车的大部分车轮被支承缸顶起，整车成为四点状态，则前两个支腿平均分配载荷式中：G整车满载时的重量K安全系数则7.3.2垂直缸计算取缸径缸截面积垂直油缸受的静压力为：此时要求垂直油缸的最大闭锁压力为7.3.3垂直缸需流量计算结 论随车起重装置是安放在载货汽车上的一种附加起重设备。它属于臂架型起重装置，其运行支承装置采用气轮胎，可以在无轨路面上行走。本文主要分析和计算了起升机构、变幅机构和回转机构。在起升机构中，采用液压马达、减速机、棘轮停止器和卷筒装置，根据钢丝绳的构造,结合使用条件和要求,选择中间有合成纤维芯、交互捻钢丝绳。采用制造与使用方便的锻造单钩，梯形断面，受力情况合理。采用双联滑轮组和多层绕卷筒。变幅机构中的起重臂为伸缩式箱形结构，变幅由液压缸实现，在设计中运用力学原理计算和校核，为满足强度条件，在不同部位采用不同强度的钢材，实现科学合理。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置组成，采用液压马达驱动和滚动轴承式回转支承装置，并采用马达蜗轮、蜗杆减速器齿轮回转支承的传动方案。液压驱动的小起重量起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。这种结构自重轻，受力合理，运行平稳。与其他起重装置相比，随车起重装置把起重和运输功能结合起来，节省劳动力，节约能源、减少费用，是国民经济建设中必不可少的一种高效、快捷、方便的起重与运输机械。参考文献【1】倪庆兴 王焕勇编著.起重机械.上海：上海交通大学出版社,1990年【2】陈道南 盛汉中主编.起重机课程设计.北京：冶金工业出版社,1983年【3】机械设计手册编委会 新版第2卷.机械设计手册.北京：机械工业出版社,2004年【4】程志红 唐大放编著.机械设计课程上机与设计.南京：东南大学出版社,2006年【5】程志红 主编.机械设计.南京：东南大学出版社,2006年【6】刘鸿文编著.材料力学.高等教育出版社,【7】甘永立主编.几何量公差与检测.上海:上海科学技术出版社,2005年【8】尹位中 王若梅 方中编.实用起重手册. 北京：水利电力出版社,1988年【9】黄大巍 李风 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