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2T立柱式旋臂起重机的设计,立柱,式旋臂,起重机,设计
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目 录摘要1关键字1前言 21 起重机设计总则 3 1.1 我国起重机机械行业31.2 国际起重机机械行业 31.3 起重机的作用和作业特点 41.4起重机的组成41.5起重机的类型41.6旋臂起重机介绍52 起升机构的设计6 2.1 确定起升机构的方案 62.2 电动葫芦的选择 62.3 钢丝绳的选择与使用 72.4 确定滑轮参数 82.5 确定卷筒尺寸并验算其强度 92.6 电动机的选择112.7 验算起升速度和实际所需功率122.8 卷筒心轴的设计及强度计算132.9 取物装置计算152.10 钢丝绳在卷筒是的固定及计算162.11 验算启动及制动时间173 运行机构的设计19 3.1 运行阻力19 3.2 验算电动机发热条件19 3.3 验算启动时间20 3.6 选择制动器 20 3.8 验算制动时间20 3.9 选择减速器204 回转机构的设计21 4.1 回转机构的组成及常用形式 21 4.2 载荷计算 23 4.3 回转驱动装置计算 25 4.4 电动机的选择与校验274.5 确定机构速比选择联轴器 284.6 制动器的选择 284.7 减速器的选择 294.8 螺栓组连接的设计 294.9 强度的校核 31总结与发展 33参考文献 34致谢 352T 立柱式旋臂起重机的设计摘要：起重机是工程实际中广泛应用的特种设备。而旋臂起重机是近年发展起来的中小型起重装备，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活和结构独特等特点.根据旋臂起重机的整体结构特点和规范规定，了解起重机的发展现状、分析起重机的工作原理、系统组成、所要求实现的功能和相应的结构上必不可少的。该设计主要针对起升机构选择相应的零部件及技术参数，使其既能很好的实现起重机的运行还不互相干涉且配合良好，也对回转机构做了详细的分析介绍。传统设计的定柱式旋臂起重机，存在着结构笨重和刚度不足的缺陷，随着市场竞争激烈，对产品提出了更高的要求，采用现代设计对传统设计和计算方法技术提升，已迫在眉睫。关键词：起重机；起升机构；回转机构 The Design Of 2-Ton Column Jib CraneAbstract:Crane is widely applied in engineering, Slewing crane is small and medium lifting equipment which developed in recent years,the characteristics of which are safe and reliable、 with high efficiency、 energy saving、time-saving、flexible 、unique structure,etc.According to the feature of completed structure for slewing jib crane and the rule of design.Understand the development of the cranestatus、analyze its operation principle、system configuration、the function and relative structure that the crane required is indispensable.thus this paper put its emphasis on the design of main hoisting mechanism,choosing the appropriate spare parts and technical parameters for it in order to be good for crane operation and non-interference.the slewing mechanism analysis is introduced in detail too.the structure of crane designed with tradition method is overdesigned in strength and not enough in stiffness,and with fierce competition in the market a higher requirement for product has been brought forward.So using modern design technology to upgrade traditional design and calculation method is extremely urgent.Keywords：crane；hoisting mechanism；Slewing mechanism前言 起重机是一种非标准机械设备，通常是按订单生产的。一般情况是，首先根据用户对设备提出的性能参数、外形尺寸、质量、价格等方面的要求进行设计，然后开始生产。 起重机械种类繁多，应用十分广泛。近年来，工程起重机械异常迅猛，持续火爆，新理念、新技术、新材料不断给予起重机械新的活力，因而起重机械行业的工程技术人员随之面临着新的挑战和考验。 起重机是一种循环、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。针对这一需求，本设计以立柱式旋臂起重机的设计计算、三维建模和有限元仿真为主要内容。第1章 起重机设计总则 1.1 我国起重机械行业 起重机与工程机械一样，是真正具有中国特色的名称与概念。我国起重机主要包括塔式起重机、汽车起重机、履带式起重机、施工升降机、门式起重机、门座起重机、轮胎起重机、桅杆式起重机和揽索式起重机等。 我国工程机械行业已经发展成机械工业10大行业之一，我国也进入了工程机械生产大国之列。工程起重机械用途广泛，市场遍布国民经济各个部门，其中主要有交通运输、能源、 原材料、农林水利、城乡发展以及现代化国防六大领域。工程起重机械是保证各种工程建设实现高速度、高质量和低成本的重要手段。随着我国深化改革，扩大开放和发展社会主义市场经济等一系列重大政策的贯彻实施，起重机械行业在技术水平、科研条件、品种数量、产品质量、专业化生产程度、生产规模、出口创汇、用户服务、企业组织结构优化、高等教育及人才培养诸方面，均获得了很大进步，在国民经济各领域和国防现代化建设中正发挥着举足轻重的作用。我国已经成为世界贸易组织正式成员国，这也为起重机械的更大发展提供了新的机遇。 1.2 国际起重机械行业 欧洲作为工程起重机的发源地，也是经济非常发达的地区，代表轮式起重机的最高水平，最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克，同时还有森内博根、德国格鲁夫、多田野法恩、波塔恩、奥米格、里格、PPM等著名企业，该地区主要现状为：主要生产全地面起重机、履带式起重机，紧凑型轮胎起重机，也生产少量汽车起重机。其中全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主；紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主；汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车，即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高，产品遍布全球。美国工程起重机相对落后于欧洲水平。近年来，通过收购和合并的手段，先是格鲁夫收购了欧洲老牌起重机企业克虏伯公司，然后特雷克斯收购了德国德马克；随后，马尼托瓦克兼并了包括美国格鲁夫公司在内的国内大部分工程起重机企业，使美国工程起重机行业得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高，其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲，产品主要销往美州地区和亚太地 区。 日本作为二战后崛起的经济强国，轮式起重机开发生产虽然起步较晚（起步于20世纪70年代），但发展很快，很受亚太市场的欢迎；同时，日本通过收购的手段来更新技术，加快发展速度，如日本多田野收购德国法恩底盘公司来发展其全路面技术。日本主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机、全路面起重机，其中越野轮胎起重机产量最大，汽车起重机的产量次之，呈减少趋势，全路面起重机的产量最少，呈上升趋势，主要生产企业为多田野、加藤、神钢、日立、小松等。产品特点是技术水平、性能、可靠性落后于欧美水平，40%的产品用于出口。 1.3 起重机的作用、作业特点 起重机械作用主要表现在减轻工人的繁重体力劳动，加快施工与作业进度，提高劳动生产率，降低施工与作业成本、提高质量等方面。 起重机是以反复的循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停歇时间。这一特点决定了电动机的选择和发热计算方法；由于反复起动和制动，各机构和结构将受到强烈的震动和冲击，载荷是正反向交替作用的。许多重要构件承受不稳定变幅应力的作用，这些都对构件的强度产生较大的影响。起重机属于危险性作业的设备，它发生事故造成的损失将是巨大的。所以起重机设计和制造一定要严格按照国家标准和有关规定进行。 1.4 起重机的组成 起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属结构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种指示装置等四大部分组成。 起重机机构有四类，即：使货物升降的起升机构；做平面运动的运行机构；使起重机旋转的回转机构；改变回转半径的变幅机构。每一机构均由电动机、减速传动系统及执行装置等组成。 1.5 起重机的类型 可根据使用要求，设计任何合适的起重机形式。但从构造特征来看，种类繁多的起重设备可归纳为三大类。1. 单动作起重设备 这类起重设备是使货物作升降运动的起升机构。常见有下列几种： 1、千斤顶 一种升降行程很小，举升能力较大的小型起重设备。螺旋千斤顶或齿条千斤顶可用于汽车维修；液压千斤顶可将大型起重机顶起以跟换车轮。 2、滑车（俗称葫芦） 一种用链条或钢丝绳与滑轮构成的省力滑轮组，结构紧凑，质量轻，是一种可携带的起重工具，有手动和电动两种。电动葫芦则是一种电动起升机构，配有运行小车后可在空间布置的工字钢轨上运行，构成单轨架空道，是一种生产流水线上空的自动运货车。电动葫芦可作为梁式起重机的起升机构。 3、绞车 由电动机经减速器、卷筒、驱动钢丝绳滑轮组成的起重设备，用以起吊重物或产生牵引力。在矿山、建筑工地及舰船等处应用。各类起重机的起升机构都是一种绞车。绞车也有液压或内燃机驱动的。 4、升降机 一种由绞车拖动吊箱，吊箱延轨道升降的起重设备。在建筑工地上应用的建筑升降机是一种典型的形式。在高层建筑中应用的电梯是供人员上下楼梯使用的，是一种安全信号设备齐全，自动控制的、且制造很精良的载人升降机。矿山使用的矿井提升机与电梯类似，单更加大型化。2. 桥式类型起重机依靠运行机构和运行小车运行机构组成，使起重的货物做平面运动，再加上置于小车上的起升机构，作业的范围是长方形空间。根据结构形式不同有下列几种： 1、桥式起重机。 2、门式起重机，包括装卸桥，岸边集装箱起重机。 3、缆索起重机 缆索起重机是一种特殊类型的桥式类型起重机，它的小车在特制的承载钢索上运行，承载钢索支承于两个塔架的顶端，跨度在100m以上，通常在大型建设工程中使用，如大型水电工程的大坝施工等。岸边集装箱起重机也是门式类型起重机，它的特点是有很长的伸臂，可以跨越大型船舶进行集装箱装卸，门架的跨度不大，但可以通过集装箱汽车。其他起重机特点将在下详述。3. 回转类型起重机依靠起重机的回转和变幅机构运动的组合，使起吊的货物作水平运动，作业范围是圆柱形空间，由于起重机整体还可以延一定轨道运行，所以，这类起重机的作业范围是比较大的，它又可分为如下几种：1、塔式起重机。2、门座起重机。3、流动起重机。4、浮式起重机。浮式起重机是以自行船舶为行驶装置的起重机，设计时要时要考虑起重机在水上会摇摆的特点。 1.6旋臂起重机介绍 1.悬臂起重机是近年发展起来的中小型起重装备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，三维空得内随意操作，在段距、密集性调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性。本产品广泛用于各种行业的不同场所。悬臂起重机工作强度为轻型，起重机由立柱，回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成，立柱下端通过地脚螺栓固定在混凝土基础上，由摆线针轮减速装置来驱动旋臂回转，电动葫芦在旋臂工字钢上作左右直线运行，并起吊重物。起重机旋臂为空心型钢结构，自重轻，跨度大，起重量大，经济耐用。内置式行 旋臂吊MODE型走机构，采用带滚动轴承的特种工程塑料走轮，摩擦力小，行走轻快；结构尺寸小，特别有利于提高吊钩行程。 悬臂起重机系列可分为： 1、定柱式悬臂起重机； 2、JKBK定柱式悬臂起重机； 3、移动式悬臂起重机； 4、墙壁式悬臂起重机； 5、臂行式悬臂起重机； 6、轻型龙门式悬臂起重机； 7、曲臂式悬臂起重机；8、双臂式悬臂起重机。 2.定柱式旋臂起重机 定柱式悬臂起重机又称立柱式悬臂起重机，起重量在125Kg-5000Kg，是凯力起重自行研制的产品，可以根据客户需求设计定制的专用起重设备。 立柱式旋臂吊具有结构新颖、合理、简单、操作方便、回转灵活、作业空间大等优点，是节能高效的物料吊运设备，可广泛适用于厂矿、车间的生产线、装配线和机床的上、下工作及仓库、码头等场合的重物吊运。定柱式旋臂吊根据其旋臂所使用型钢的不同可以分为：BZD型和BZD-JKBK型。本机由立柱、回转旋臂及电动葫芦等组成。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）。电动葫芦安装在旋臂轨道上，用于起吊重物。第2章 起升机构的设计 2.1 确定起升机构的传动方案 起升机构包括：取物装置，钢丝绳卷绕系统及驱动装置等部分，用来实现物品的上升与下降动作。根据设计要求所给参数，起重量Q=2t,属于小起重量旋臂起重机。主要技术要求参数如下： 表2-1 起重机主要技术参数起重量Q起升高度H跨度L起升速度V回转速度转角范围2t10m6m8m/min1rad/min传动装置中广泛采用减速器，它是原动机和工作机之间独立的闭合传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机的需要。根据设计要求及分析，直接选用电动葫芦为起升机构。2.2 电动葫芦的选择由额定起重量为2t,起升高度为10米，通过查阅CD1型电动葫芦主要技术参数，选择电动葫芦的型号为CD12-12，其技术性能为下表所示：表2 CD12-12电动葫芦技术参数技术性能 单位 参数 起重量 吨 2起升高度 米 12起重速度 米/分 8运行速度 米/分 20钢丝绳直径 毫米 11 钢丝绳规格（GB1102-74） 6*37-11钢丝绳长度 米 28 工字梁轨道型号（GB706-88） 20a-32c环形轨道最小曲率半径 米 2.0工作级别 M3结合次数 120/min起重电机型号 ZDY31-4额定功率 千瓦 3额定转速 转/分 1380额定电流 安培 7.6运行电动机型号 ZDY12-4额定功率 千瓦 0.4额定转速 转/分 1380电流 安培 1.25基本尺寸（电动小车式）L1 毫米 205L2 毫米 290f 毫米 956Bmax 毫米 935电动小车型总重 千克 265 2.3 钢丝绳的选择与使用钢丝绳是起重机机械的重要零件之一，它是一种易于弯曲的挠性件。具有强度高、挠型好、自重轻、运行平稳，极少突然断裂等特点，因而广泛用于起重机的起升机构、变幅机构、运行机构，也可用于旋转机构。它还用作捆绑物件的绳索、桅杆起重机的张紧绳、缆索起重机和空气索道的牵引绳、承载绳等。钢丝绳受力复杂，受载时，钢丝绳中有拉升应力、弯曲应力、挤压应力及钢丝绳捻制下的残余应力。当钢丝绳绕过滑轮时，受到变应力作用使材料产生疲劳，最终由于钢丝绳与绳槽、钢丝绳之间磨损而破断。因为在起升过程中，钢丝绳的安全至关重要，所以要保证钢丝绳的使用寿命，为此我们采用一下措施：1）尽量减少钢丝绳的弯曲次数；2）高安全系数，即降低钢丝绳的应力；3）选用较大的滑轮与卷筒直径。滑轮槽的尺寸与材料对钢丝绳的寿命有很大的关系，其太大会使钢丝绳与滑轮接触面积减小，太小会使钢丝绳与槽壁间的摩擦剧烈，甚至会卡死。 1. 钢丝绳破断拉力计算由起重吊装简易计算可知，钢丝绳破断拉力计算公式如下： （2-1）式中 钢丝绳的破断拉力（N） 钢丝绳中每一根钢丝的直径 钢丝绳中每一根钢丝的总根数 钢丝绳中钢丝的抗拉强度（Pa) 钢丝绳中钢丝的总断面面积 钢丝绳中的搓捻不均匀引起的受载不均匀系数（当钢丝绳为637+1时，=0.82；当钢丝绳为619+1时，=0.85）本设计选用637+1型钢丝绳，与以同径者619+1型相比较，钢丝多且细，则绳的挠性好，而耐磨性稍差，在此基础上还能满足我们的需求。所以我们选用637+1型钢丝绳（GB1102-74）。验算637+1型 (2-2）验算619+1型 （2-3） 2. 钢丝绳允许拉力的计算通过查阅起重吊装简易计算，用于机动起重设备的安全系数K为56，我们选用较大的安全系数K=6，滑轮组倍率，则可以的钢丝绳的允许拉力为： （2-4）2.4 确定滑轮的参数1. 滑轮 滑轮是是起重机的承载零件，可以引导和改变绳索拉力方向，用以支承钢丝绳，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组，达到胜利和增速的作用。滑轮绳槽尺寸应保证钢丝绳顺利绕过且接触面积应尽可能大，以避免产生钢丝绳与滑轮轮缘的摩擦甚至是跳槽。滑轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成的。滑轮的具体尺寸，可按钢丝绳直径由起重机设计手册查得。 钢丝绳绕过滑轮尺寸时要产生横向变形，故滑轮槽底半径应稍大于钢丝绳半径，钢丝绳直径小时R大些，钢丝绳直径大时R取小些。2. 滑轮的尺寸滑轮的主要尺寸是换轮直径D，轮毂宽度B和绳槽尺寸，起重机常用铸造滑轮已标准化（ZBJ8006.387）。滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。1） 工作滑轮直径 （2-5） 式中 按钢丝绳中心计算的滑轮直径（钢丝绳卷绕直径）mm; 钢丝绳直径，mm; 轮绳直径比。查机械设计手册，根据机构工作级别，取绳经比系数e=16,则可得 查机械设计手册选用滑轮直径D=280，由附表选用钢丝绳直径为d=11mm,滑轮直径D=280，滑轮轴直径为D5为80mm的E1滑轮，滑轮标记为ZBJ8006.38711280-80。2.5 确定卷筒尺寸并验算其强度1. 卷筒类型及构造卷筒是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件。起升机构的卷筒是用来卷绕并储存钢丝绳的，卷筒大多用铸铁铸造：大卷筒和单件生产的卷筒，用钢板焊接。卷筒承受起升载荷的作用，应有做狗刚性的底座予以支承，而卷筒的轴应该是静定支承。根据钢丝绳在卷筒卷绕层数分为单层卷筒和多层卷筒，卷筒材料采用不低于HT2040的铸铁，特殊是可采用ZG25II、ZG35II铸钢或3号钢板焊成。2. 卷筒直径卷筒直径的大小直接影响钢丝绳的弯曲程度，为保证钢丝绳寿命，卷筒直径不能太小，卷筒直径必须大于钢丝绳直径的一点倍数，卷筒直径一般为： （2-6） 式中 卷筒卷绕直径（钢丝绳中心所在直径），mm； 与机构工作级别和钢丝有关的系数； 钢丝绳直径，mm。 带入数字得 为了适当的减少卷筒的长度，则应该选用较大直径的卷筒，根据起重机设计手册7表141，选用直径D=300的卷筒，卷筒槽尺寸由表143得t1=14,槽底半径R=6.7（标准槽）。3. 卷筒长度 图23是卷筒的大体形状及尺寸。图23 单层绕卷筒长度 （2-7）式中 卷筒上车螺旋槽部分的长度，； 无绳槽卷筒端部尺寸，根据构造需要选定，； 固定钢丝绳所需要的查长度，。 （2-8）式中 最大起升高度，； 滑轮组倍率； 卷绕计算直径，由钢丝绳中心算起的直径，； 为固定钢丝绳的安全圈数，； 绳槽节距。综上，带入数得： 取。4. 卷筒壁厚 （ 2-9） 取5.强度计算卷筒壁中承受复杂的应力，包括起升钢丝绳拉力缠绕而产生的压应力，钢丝绳拉力产生的扭转和弯曲应力，根据分析扭转产生的应力非常小，可忽略不计，卷筒壁中的应力主要是钢丝绳在卷筒壁上产生的压缩应力。而当卷筒的长度小于或等于3倍卷筒直径，即当时，主要计算压应力，弯曲和扭转的合成应力一般不大于压应力的，所以只计算压应力是合理的，此时卷筒内表面上的最大压应力为 （2-10）式中 多层卷绕系数，该值与钢丝绳卷绕层数有关； 应力减小系数，考虑绳圈绕入时对筒壁有减小作用，一般可取=0.75； 钢丝绳中最大静拉力； 卷筒壁厚，可按下列初选： 铸钢卷筒 铸铁卷筒 卷筒绳槽节距； 许用压应力 对 钢 （屈服强度） 对铸铁 （抗压强度）所以 （2-11）选用灰铸铁HT200.最小抗拉强度，许用压应力为 因为，所以抗弯强度符合要求。 2.6 电动机的选择1. 电动静功率的计算 (2-12）式中 起升载荷重量，Kg； V物品上升速度（米/分）； 机构总效率，一般取0.80.9。为了满足电动机起动时间不过热要求，对起升机构，可按下式初选相应于机构的值的电动机功率： （2-13）式中 系数。由起重机设计手册，取，则 查机械设计基础选择电动机型号，选用电动机为YZ系列冶金及起重三相异步电动机。电动机型号为YZ132M26，电动机工作制为S2（短时工作制），工作定额为30分，额定功率为4KW，额定转速为915r/min。2. 电动机发热验算电动机工作因为温升而发热，过高的温升会使绕组的绝缘材料加速老化，故需要对按静功率选择的电动机进行发热验算，以控制电动机温升在容许的范围内。按照工作类型系数法，由起重机设计与实例9表29可知的等效功率为 （2-14）的值结合起重机设计手册7表814和图837得，则 综合以上的计算结果，所以所选电动机满足要求。2.7 验算起升速度和实际所需功率驱动装置总传动比 （2-15）式中 电动机额定转速（转/分） 稳定时卷筒的转速 （2-16）式中 滑轮组倍率； 物品上升速度（米/分）；所以 实际起升速度： 误差： 所以速度与传动比符合要求。实际所需等效功率： （2-17） ，验算合格。2.8卷筒心轴的设计及强度计算 由于卷筒轴的可靠性对起重机的安全、可靠的工作非常重要，因此应十分重视卷筒轴的结构设计和强度、刚度计算。卷筒轴的结构，应尽可能简单、合理，应力集中应尽可能小。卷筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；此外，对较长的轴还需校核轴的刚度。 由前面的设计可知：卷筒的名义，取卷筒长度，卷筒槽形槽底半径，绳槽尺寸，钢丝绳允许拉力为。其它参数有，。 选取轴的材料为45刚，调制处理。 1. 初算卷筒心轴最小直径 （2-18）取轴的最小直径圆整为。 图2-10 卷筒心轴结构图 2.确定各段轴的直径、长度 1-2段和6-7段为轴承的位置，直径，其它各部分直径按照结构来取，。确定卷筒心轴各段长度时，应根据轴承宽度、卷筒长度和端盖长度来确定。,6-7段为套筒长度,取.3.计算支座反力 心轴右轮毂支承处最大弯矩： 4. 疲劳计算对于疲劳计算采用等效弯矩，查起重机设计手册得知等效系数 =1.1等效弯矩： 弯曲应力： 心轴的载荷变化为对称循环。由上式知许用弯曲应力：轴材料用45号钢，其中，；。 式中 n=1.6安全系数 K应力集中系数 与零件几何形状有关的应力集中系数，当零件表面形状剧烈过渡和零件上开有沟槽时，以及紧配合区段，本处取 与零件表面加工粗糙度有关的应力集中系数，本处取。通过5. 静强度计算卷筒轴属于起升机构低速轴零件，其动力系数可由表查得，=1.2。 许用应力： 通过故卷筒轴的疲劳和静强度计算通过2.9 取物装置计算取物装置能使起重机顺利安全和高效率的工作，应尽可能构造简单，质量轻。由搬运物品形状不同，取物装置分为通用专用两类。通用取无装置有吊钩、吊环；专用取物装置由抓斗、电磁吸盘、夹钳等。对于本设计，我们选择吊钩作取无装置。吊钩是起重机上极其重要的零件。吊钩的突然断裂将造成人身及设备事故，因此对吊钩的材料和加工，国家有严格规定，吊钩按制造方法分锻造吊钩和片式吊钩，中小起重量的吊钩一般用优质碳素钢锻造而成，大型起重量的吊钩一般用片式吊钩。吊钩的专用材料有：20、20Mn、34CrMo、34CrNiMo等。锻造吊钩必须经过热处理。以达到规定的机械性能。片式吊钩要求钢板轧制方向与吊钩受力方向一致，片式吊钩比锻造吊钩可靠，一般不会不会产生突然断裂。因强度和材料引起的断裂只限于起重个别钢板，因此易发现并跟换，也同样由于强度和材料不确定性的吊钩不允许铸造、焊接制造和修复。吊钩的型号可查相应国家标准。吊钩的主要尺寸图2-10是吊钩钩身主要尺寸图图2-10 吊钩钩深主要尺寸吊钩的主要尺寸是由勾孔直径D来决定的。 勾孔直径 式中 额定起重量，。带入数据得 （2-19）取。其它尺寸 2.10 钢丝绳在卷筒上的固定及计算钢丝绳在使用时必须与其他零件连接才能传递载荷，钢丝绳应可靠的固定于卷筒上并易于跟换，其方法有：用压板固定，用长板条固定；用楔子固定。用压板滚钉构造简单，钢丝绳更换方便，且安全可靠，目前用得最广。1. 钢丝绳进出卷筒或滑轮的允许偏角当钢丝绳在卷筒上卷绕时，其中心线与卷筒径向剖面存在偏角，随绕着卷绕的进程，偏角从正到零，再从零到负。好的卷筒配置是使最大的正负角相等。为了防止钢丝绳脱槽的过度磨损，必须限制最大偏角，建议最大偏角不大于如下值：对光滑卷筒：；对螺旋槽卷筒：；对利巴斯卷筒：。2. 钢丝绳固定处的拉力 式中 钢丝绳最大允许静拉力，N； 钢丝绳与卷筒表面的摩擦系数，； 自然对数的底数，。 时， ， 3.螺栓扣紧力按压板槽为梯形时计算 （2-20）式中 为压板与钢丝绳的换算摩擦系数； 压半槽的斜面角，故 2. 螺栓合成应力钢丝绳滚钉螺栓的拉力包括下面两部分：由扣紧力引起的拉力及由垫圈与压板之间的摩擦力使螺栓弯曲引起的拉力，故 式中 固定钢丝绳用得螺栓数量； 螺栓螺纹内径; 垫圈与钢丝绳压板之间的摩擦系数，可取； 力作用的力臂 螺栓许用压应力。由机械设计课程设计手册选取螺栓内径，本固定装置用两个螺栓，材料选用Q235，其许用应力 带入上面数字得 所以选用螺栓合格。2.11验算启动、制动时间起升机构的工作为周期性的，工作时分启动、稳定运行和制动三个阶段。由于机构在启动和制动时会产生加速度和惯性力，若启动和制动时间过长，加速度小，将影响起重机的生产率，反之，加速度太大，又会给金属结构和传动部件施加很大的动载荷，并使零部件的受力增大，因此，必须把启动时间与制动时间控制在一定范围内。1. 启动时间验算起升机构在启动阶段，要使原来静止的质量开始运动。这时电动机的启动转矩除了要克服启动力矩除了要克服静阻力矩外，还有运动质量的一部分用来克服运动质量的惯性阻力矩，即 （2-21） 将阻力矩按下式计算 式中 额定起升载荷，N； 卷筒计算直径； 滑轮组倍率； 卷筒至电动机传动比； 机构总传动效率。带入数字得： 转动惯量 所以 式中 电动机额定转速，； 机构运动质量换算到电动机轴上的转动惯量，； 电动机平均启动力矩，； 推荐启动时间，s,一般为，起重量大时，取大值。通常起升机构启动时间为15s，此处，可在电气设计时，增加启动电阻，延长启动时间，所以电动机选择合适。2. 制动时间验算 满载下降的制动时间为 当起升高度小于时，所以验算合格。 第3章 运行机构与变幅机构运行机构包括支承运行装置及驱动机构两大部分。 运行机构主要用于做水平运移物品以及调整起重机(小车）的工作位置。运行机构主要有下列不见组成：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。运行机构的工作速度随起重机的用途而定，运行机构可以设计成工作性的运动，也可以设计成调整性的运动。虽然这两种运动机构在传动方案方面没有显著差别，但工作性运动时带着起升载荷运行的，构成了起重机工作循环的一部分，影响起重机生产率，因此运动速度较高，机构功率也较大，机构接电时间率也较高，零部件计算要考虑动载荷，许多零部件还要核算疲劳寿命。调整性运动时调整起重机工作位置的运动，速度低，使用很少（如港口门座起重机的运行。机构）。 3.1 选电动机3.1.1 运行阻力 P静=P摩+P坡+P风 （公斤） P静小车运行静阻力 室内运行，所以 P坡=P风=0 P静=P摩=（Q+G0)K附（2K+d)/D轮=22.95公斤其中K附=1.2 =0.015 d =45mm D轮 =100mm 3.1.2 计算静功率 N静=（P静v）/120=0.08kw （3-1） 式中机构传动功率，取=0.9 由于选用的电动葫芦为小车式，配用的电机功率满足，所以直接选用。型号为ZDY12-4。技术参数，3.2 验算电动机发热条件按照等效功率法，求JC=25时所需的等效功率： Nkr=0.850.870.08=0.06kW 式中k工作级别系数。对于M3级，k=0.85 r系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值（t/t）查得，一般起升机构t/t=0.1查得r=0.87由以上计算结果 N，故初选电动机能满足.3.3 验算启动时间 满载运行时电机的静力矩： =0.07kg/m启动时间： （3-2）其中平均启动转矩： (3-3)3.4 选择制动 =0.65kg/m式中 k取1.15 查起重机设计手册，选用型号CL43.5 验算制动时间制动时间： =6.5s3.6 选择减速器减速器总传动比： （3-4） i = 22查起重机设计手册选用ZQA25型的减速器，当中级工作类型时，=25，自重=100kg，输出轴直径为=200mm，轴端长=101mm。第4章 回转机构的设计 起重机的回转机构，在于扩大机械的工作范围，当吊有物品的起重臂架绕起重机的回转中心的回转时，就能使物品吊运到回转圆所及的范围以内。这种回转运动是通过回转机构来实现的。4.1回转机构的组成及常用形式 回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两大部分组成，前者用来将起重机旋转部分支承在固定部位上，后者用来驱动回转部分相对于固定部分的回转。驱动装置的形式与支承装置形式有一定的的关系。回转起重机的回转支承方式有定柱式、转柱式、转盘式等几种。全回转机构由三部分组成（1）旋转机构的原动机：他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，并经过机械传动、或电能、或液压能变换而来的。（2）旋转机构的传动装置，一般是其减速作用。（3）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，以实现回转平面的回转运动。2. 回转支承装置回转支承装置简称回转支承，为起重机回转部分提供稳定、牢固的支承，并将回转部分的载荷传递给固定部分。在起重机主要使用柱式和滚动轴承式回转支承装置。下面介绍滚动轴承式和柱式回转支承装置。 1）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回转座圈上，而大轴承的固定座圈则与底架或门座的顶面相固结。常用的滚动轴承式回转支承装置按滚动体形状和排列分为下面四种结构。 a. 单排四点接触球式回转支承 它由两个座圈组成，其滚动体为圆球形，每个滚动体与滚到呈四点接触，能同时承受轴向力，径向力和倾覆力矩。适用于中型起重机。 b. 双排球式回转支承 它有三个座圈，采用开式装配，上下两排钢球采用不同直径以适应于受力状况的差异，由与接触角压力较大，因此能承受很大的轴向载荷和倾覆力矩。适用与中型起重机。 c. 单排交叉滚柱式回转支承 它由两个座圈组成，其滚动体为圆柱形，相邻两滚动体的轴向呈交叉排列。接触压力角为45度。由于滚动体与滚道间是线接触，故承载能力高于单排钢球式。这种回转支承装置制造精度高，装配间隙小，安装精度要求较高，适用于中小型起重机。 d. 三排滚柱式回转支承 它由三个座圈组成，上下及径向滚道各自分开。上下两排滚柱水平平行排列，承受轴向载荷和倾覆力矩，径向滚道垂直排列的滚柱承受径向载荷，是常用四种形式的回转支承中承载能力最大的一种，适用于回转支承直径较大的大吨位起重机。 滚动轴承式回转支承装置结构紧凑，可同时承受垂直力、水平力和倾覆力矩，是目前应用最广的回转支承装置。为了保证轴承正常工作，要求固定轴承座圈的机架有足够刚度。 2）柱式回转支承装置 柱式回转支承装置又可分为转柱式和定柱式两类,图6-1表示定柱式支承，定柱2固定在起重机底座上，起重机回转部分支承在定柱顶部的推力兼径向轴承1上，并可绕定柱中心回转，回转部分的下部分由4个水平滚轮支承在定柱下部圆形滚道上。定柱式回转支承装置结构简单，制造方便，起重机回转部分转动惯量小，自重和驱动功率较小，能使起重机重心降低。转柱式是将定柱式支承的定柱作为起重机回转部分，把其回转部分作为固定机架。转柱式回转支承装置结构简单，制造方便，适用于起升高度和工作幅度较大的起重机。 综合比较以上各种回转支承装置，本设计属于小型起重机，所以采用图4-1的定柱式支承装置。 图4-1 定柱式回转支承装置 1径向轴承；2定柱3. 回转驱动装置回转驱动装置一般安装在起重机的回转部分，电动机经减速器带动最后一级小齿轮，小齿轮与装在起重机回转固定部分上的大齿圈相啮合，以实现回转运动，下面是常见的两种形式的机械传动装置。图42为卧式电动机与与蜗杆减速器传动，回转机构由电动机1，经联轴器2，由蜗轮蜗杆3及极限力矩联轴器组成的减速器后，经中间齿轮4传动，最后通过回转小齿轮5带动整个旋转架以上部分绕大齿圈回转。这种传动方式优点是工作平稳，结构紧凑，传动比大，缺点是传动效率低。图43表示立式电动机与立式圆柱齿轮减速器传动。优点是平面尺寸紧凑，传动效率高。比较两种传动方式，本设计选择图42所示传动方式。 图4-2 卧式电机与蜗杆减速器传动1电动机；2联轴器；3蜗轮；4大、小齿轮；5小齿轮；6大齿圈图43 立柱式电动机与圆柱齿轮减速器传动1电动机；2联轴器；3减速器；4小齿轮；5大齿圈4.2载荷计算作用在回转部分上的外载荷包括：回转部分自身重力，起升载荷及其载荷Q及其载荷影响，货载摆动时的水平载荷，各机构制动时的惯性载荷等。回转机构传动零件的计算决定于电动机工作转矩。不管作用在起重机回转部分的外载荷有多少，（包括若干个向下的载荷和若干个水平载荷），总可以简化成四个力：一个沿回转中型铅垂项下的力，一个沿水平支承轮（滚子）的水平力，一个绕回转中型的力偶及一个作用在某一铅垂面的力偶矩，其中绕回转中心的力偶，由回转机构的电动机转矩或制动器的转矩平衡，铅垂力以及力偶由回转装置支承。各力的分析计算如下。1.起重机自重的计算总质量 (4-1)旋转臂架重量 . 2. 垂直力及倾覆力矩的计算图44 回转臂简图因为在确定回转支承装置的动态容量计算载荷时，要选取最不利工况。回转支承装置的静态容量按起重机静载荷试验工况进行计算，此时不计风力，仅考虑125%试验载荷时的最大工作载荷，水平载荷较小忽略不计，所以有 （4-2） （ 4-3） 式中 最大额定载荷，； 旋臂重力，； 其它回转部分重力， 。带入参数到公式中得 3. 支承反力的计算采用如图6-1所示的定柱支承装置，支承高，滚道直径，采用前后两组滚轮装置，前后两组滚轮的中心夹角为。每组两只滚轮，计八支。上支承采用球面推力轴承。推力轴承的载荷 式中 为水平力，此时水平力只计风力，假设室内无风，所以。每一组水平滚轮的反力 （4-4） （4-5）4.3回转驱动装置计算 回转机构的驱动计算包括：回转阻力矩计算及驱动电动机功率的计算。 回转阻力包括支承回转装置中的摩擦力矩、风阻力矩、坡道阻力矩、惯性阻转矩等。1. 摩擦阻力矩 柱式起重机摩擦阻力包括推力轴承中的摩擦阻转矩、径向轴承中的摩擦阻转矩及水平轮的摩擦阻转矩，把这些阻力相加的： （4-6） 1）推力轴承的摩擦组转矩选用单向推力求轴承51230，额定载荷。 式中 推力轴承所受的轴向力； 推力轴承的内外平均直径； 推力轴承的摩擦系数，滚动轴承，滑动轴承。2）水平滚轮的摩擦阻转矩按下式计算： （5-11）式中 水平滚轮压力之和； 水平滚轮的当量摩擦系数，对使用滚动轴承和对使用滑动轴承 分别取 ； 滚道计算直径。当滚道固定、水平滚轮沿滚道滚动时： 式中 水平滚轮直径； 滚道直径。当滚轮的回转中心固定、滚道沿水平滚轮滚动时，。3）径向轴承摩擦阻力计算 选用双列向心球面滚子轴承3003126，。 所以总的摩擦力矩为： （4-7）3. 坡道阻力矩陆地上起重机由于滚道铺设不平或土壤地基沉陷，起重机的回转中心与铅垂线成一夹角。 （4-8）式中 G回转部分总重力(N)； 相对于上述重量的重心到起重机旋转轴线的距离； 起重机倾斜角（由地形坡度、土壤沉陷或转柱倾斜等引起）； 起重机旋转角度。当时坡道阻转矩达到最大值。4. 惯性阻力矩起重机回时的惯性阻力矩，由绕回转中心线回转的物品惯性阻力矩和回转部分的惯性阻力矩，以及机构传动部分旋转零件的惯性阻力矩组成。3. 物品绕起重机起重机回转时的惯性阻力矩 式中 起重机的额定载荷，N； 起吊物品的质心至回转中心的水平距离，； 起重机回转速度，； 回转机构的启动时间，,通常可取。4. 回转部分惯性阻力矩 （4-9） 式中 起重机部件至回转中心的转动惯量，。 （4-10）3）作用在电动机轴上的机构传动部分的惯性阻力矩 （5-18） 式中 电动机轴上电动机转子、联轴器、制动轮转动惯量，； 考虑除电动机以外其他转动零件转动惯量系数； 电动机额定转速，； 机构启动时间，。综上，总的惯性阻力矩为： （4-11）4.4 电动机的选择与校验 计算电动机功率的等效载荷是将各种等效转矩予以合成，他们包括：摩擦阻转矩、坡道阻转矩、风力等效转矩及货载摆动的等效转矩。电动机的等效功率为： （4-12）式中 由货载摆角为产生的回转阻力矩； 起重机回转速度； 机构效率，当采用齿轮传动时。按照上式，带入数值后可得： 根据的值初选电动机，查机械设计课程设计手册3表127选择YZR电动机，额定功率为，机座号为132M2，同步转速为，转子转动惯量为0.07，转子绕组开路电压为185。电动机过载能力计算 (4-13)式中 考虑电压降及最大力矩误差的系数； 机构电动机的个数； 基准接电持续率下允许的过载转矩倍数。带入值后的得： 所以电动机过载能力足够。4.5确定机构速比选择联轴器机构的总速比为： （4-14） 式中 机构总的传动比； 电动机同步转速； 回转速度。 以上的速比仅为大约值，因为在选择减速器时还要做些调整，因此这里电动机的速度用同步转速。高速轴的联轴器可根据电动机输出尺寸选择然后校验，123M电动机的输出轴为圆柱形，直径为，根据起重机设计与实例选择MLLE梅花带制动轮联轴器，联轴器型号为MLL25-200，允许的最大的转矩，转动惯量为。电动机额定转矩为： 回转机构的总速比是很大的。除去低速及针轮传动和开式齿轮传动，（一般此级速比为610）也还是比较大的，对本例，若取低速级的速比为，则减速器总速比为，由上面可知，联轴器的允许转矩为电动机额定转矩的11倍多，因此强度是足够的。4.6制动器的选择 （4-15） 式中 制动器的转矩； 电动机最大转矩，。 则可得 （4-16）制动转矩为 查起重机设计与实例选择型液力推杆制动器，制动轮直径为，最大制动转矩为。4.7减速器的选择从5.5的计算中得出减速器的传动比，上网查询选择减速器型号为SF87R57DT80N4，此减速器采用模块化设计，传动比覆盖范围广，分配精细合理，外形设计适合全方位的万能安装配置。其传动比为113.3，公称转速，公称输入功率为。4.8 螺栓组连接的设计 螺栓组连接结构设计的主要目的，在于合理的确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和连接接合面受力均匀，便于加工和装配，为此，设计应考虑以下的问题：1.连接接合面的几何形状通常都设置成轴对称的简单几何形状，如圆形、环形、矩形、三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓的对称中心和连接的形心重合，从而保证受力比较均匀。2.螺栓的布置应使螺栓的受力合理，对于铰制孔螺栓连接，不要在平衡工作载荷方向成排的布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓连接受弯矩和转矩时。应该使螺栓的位置适当靠近接合面的边缘，以减小螺栓的受力。如果同时承受较大的轴向载荷和较大的横向载荷，应采用销、套筒、键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小预紧力及其结构尺寸。3螺栓的排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需空间的大小来决定。扳手空间的尺寸可查有关标准4. 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时分度和划线。同一螺栓中螺栓的材料、直径和长度均应相同。5. 避免螺栓承受附加的弯曲载荷，除了在结构上设法保证不偏向外，还应在工艺上保证被连接件、螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。在铸、锻件等的粗糙表面上安装螺栓时，应制成凸台或沉头座，当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈，特殊情况下，也可以采用球面垫圈等。在本设计中，立柱底座受到由起重量，壁架自重和电动葫芦产生的倾覆力矩的作用 立柱底座为原型截面，螺柱周向布置，数目为8个，于是螺栓受到的最大工作载荷为 （4-17）式中 Z总的螺栓个数； 各螺栓的轴线到底板轴线的距离； 中的最大值。螺栓的总拉力不等于预紧力与工作拉力之和，而等于残余预紧力与工作拉力之和，则对于地脚螺栓连接，取，则 查机械设计，选螺栓，螺钉和螺柱的性能等级为10.9，材料屈服极限，再由表5-10，查得螺纹连接安全系数，则其许用挤压应力为 （4-18）由螺栓危险截面的拉伸强度条件得 因此选择的M28螺栓。地脚螺栓的两种布置方式分如图4-5、4-6所示。 图4-5 地脚螺栓的圆型排列方式图4-6 地脚螺栓矩形排列方式4.9 强度的校核起重机再在有载荷工作情况下会长生弹性变形，因此设计中必须对起重机的静态刚度进行分析校核。横梁的结构和载荷如图4-7所示，图中符号含义：为小车质量；Q为起重量；H为立柱高度；q为衡量自重载荷集度；为最小幅度，为最大幅度；L为横梁总长；为横梁旋臂长度；为支架中心至横梁旋臂中部距离；为支架中心至边缘距
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