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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表
學(xué)號 2010963001 姓名 姜漂洋 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 立柱式旋臂起重機設(shè)計與分析
評價項目
評 價 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運用知識的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；
4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。
論文
（設(shè)計）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價
選題符合教學(xué)計劃要求，具有綜合訓(xùn)練的目的，具有文獻查閱的能力、綜合運用知識的能力、計算機應(yīng)用能力和經(jīng)濟分析能力。立論正確、文章通順。
評閱人：
2014年5月30 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見
學(xué)號： 2010963001 姓名： 姜漂洋 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 56 頁 圖 表 7 張
論文（設(shè)計）題目： 立柱式旋臂起重機設(shè)計與分析
內(nèi)容提要：
旋臂起重機工作強度為輕型，起重機由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置及電動葫蘆組成，
立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來驅(qū)動旋臂回轉(zhuǎn)，電
動葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運行，并起吊重物。起重機旋臂為空心型鋼結(jié)構(gòu)，自
重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟耐用。立柱式旋臂吊具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡單、操作
方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運設(shè)備，可廣泛適用于廠礦、
車間的生產(chǎn)線、裝配線和機床的上、下工作及倉庫、碼頭等場合的重物吊運。
本設(shè)計主要研究立柱式旋臂起重機的工作原理，相關(guān)零件的強度校核，電葫蘆
和鋼絲繩的選擇，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計計算，三維實體建模以及有限元分析。根據(jù)需求進行
起重機的設(shè)計。
指導(dǎo)教師評語
該生論文對立柱式旋臂起重機進行設(shè)計計算，掌握了基本的設(shè)計方法，建立了solid works三維模型，二維三維軟件運用熟練，計算可靠，模型合理、分析清晰準確。同意進行答辯，并建議成績評為 。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
答辯簡要情況及評語
答辯小組組長：
年 月 日
答辯委員會意見
答辯委員會主任：
年 月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
論文（設(shè)計）題目： 立柱式旋臂起重機的設(shè)計與分析
學(xué)號： 2010963001 姓名： 姜漂洋 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師： 彭銳濤 系主任： 劉伯希
一、主要內(nèi)容及基本要求
1、搜集資料了解立柱式旋臂起重機的結(jié)構(gòu)和工作原理。
2、學(xué)習(xí)solid works并熟悉運用。
3、了解立柱式旋臂起重機的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合當前的技術(shù)發(fā)展趨勢，設(shè)計出起重量為2噸，起升高度為10米，跨度為6米，升起速度為8米沒分的起重機。
4、至少完成兩張A0圖紙的任務(wù)量。
二、重點研究的問題
1、采用solid works建立三維模型，并生成二維工程圖。
2、采用solid works對三維實體進行有限元仿真。
3、相關(guān)零件的強度校核。
4、電動葫蘆和鋼絲繩的選擇。
5、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計計算。
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵字…………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………… 2
1 起重機設(shè)計總則………………………………………………………………… 3
1.1 我國起重機機械行業(yè)……………………………………………………3
1.2 國際起重機機械行業(yè)…………………………………………………… 3
1.3 起重機的作用和作業(yè)特點……………………………………………… 4
1.4起重機的組成………………………………………………………………4
1.5起重機的類型………………………………………………………………4
1.6旋臂起重機介紹……………………………………………………………5
2 起升機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………6
2.1 確定起升機構(gòu)的方案 ……………………………………………………6
2.2 電動葫蘆的選擇 ……………………………………………………6
2.3 鋼絲繩的選擇與使用…………………………………………………… 7
2.4 確定滑輪參數(shù)…………………………………………………………… 8
2.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度…………………………………………… 9
2.6 電動機的選擇……………………………………………………………11
2.7 驗算起升速度和實際所需功率…………………………………………12
2.8 卷筒心軸的設(shè)計及強度計算……………………………………………13
2.9 取物裝置計算……………………………………………………………15
2.10 鋼絲繩在卷筒是的固定及計算…………………………………………16
2.11 驗算啟動及制動時間……………………………………………………17
3 運行機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………19
3.1 運行阻力……………………………………………………19
3.2 驗算電動機發(fā)熱條件………………………………………………19
3.3 驗算啟動時間……………………………………………………20
3.6 選擇制動器 ……………………………………………………20
3.8 驗算制動時間……………………………………………………20
3.9 選擇減速器……………………………………………………20
4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………21
4.1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的組成及常用形式 …………………………………………21
4.2 載荷計算 ……………………………………………………23
4.3 回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置計算 ………………………………………………25
4.4 電動機的選擇與校驗…………………………………………………27
4.5 確定機構(gòu)速比選擇聯(lián)軸器…………………………………………… 28
4.6 制動器的選擇………………………………………………………… 28
4.7 減速器的選擇………………………………………………………… 29
4.8 螺栓組連接的設(shè)計…………………………………………………… 29
4.9 強度的校核…………………………………………………………… 31
總結(jié)與發(fā)展………………………………………………………………………… 33
參考文獻…………………………………………………………………………… 34
致謝………………………………………………………………………………… 35
附錄1……………………………………………………………………………… 36
附錄2……………………………………………………………………………… 47
2T 立柱式旋臂起重機的設(shè)計
摘要：
起重機是工程實際中廣泛應(yīng)用的特種設(shè)備。而旋臂起重機是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時省力、靈活和結(jié)構(gòu)獨特等特點.根據(jù)旋臂起重機的整體結(jié)構(gòu)特點和規(guī)范規(guī)定，了解起重機的發(fā)展現(xiàn)狀、分析起重機的工作原理、系統(tǒng)組成、所要求實現(xiàn)的功能和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上必不可少的。該設(shè)計主要針對起升機構(gòu)選擇相應(yīng)的零部件及技術(shù)參數(shù)，使其既能很好的實現(xiàn)起重機的運行還不互相干涉且配合良好，也對回轉(zhuǎn)機構(gòu)做了詳細的分析介紹。傳統(tǒng)設(shè)計的定柱式旋臂起重機，存在著結(jié)構(gòu)笨重和剛度不足的缺陷，隨著市場競爭激烈，對產(chǎn)品提出了更高的要求，采用現(xiàn)代設(shè)計對傳統(tǒng)設(shè)計和計算方法技術(shù)提升，已迫在眉睫。
關(guān)鍵詞：起重機；起升機構(gòu)；回轉(zhuǎn)機構(gòu)
The Design Of 2-Ton Column Jib Crane
Abstract:
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 crane’status、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
起重機是一種非標準機械設(shè)備，通常是按訂單生產(chǎn)的。一般情況是，首先根據(jù)用戶對設(shè)備提出的性能參數(shù)、外形尺寸、質(zhì)量、價格等方面的要求進行設(shè)計，然后開始生產(chǎn)。
起重機械種類繁多，應(yīng)用十分廣泛。近年來，工程起重機械異常迅猛，持續(xù)火爆，新理念、新技術(shù)、新材料不斷給予起重機械新的活力，因而起重機械行業(yè)的工程技術(shù)人員隨之面臨著新的挑戰(zhàn)和考驗。
起重機是一種循環(huán)、間歇運動的機械，主要用于物品的裝卸。一個工作循環(huán)一般包括：取物裝置從取物地點由起升機構(gòu)把物品提起，運行、旋轉(zhuǎn)或變幅機構(gòu)把物品移位，然后物品在指定地點下降；接著進行反向運動，使取物裝置回到原位，以便進行下一次的工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。由此可見，起重機械工作時，各機構(gòu)經(jīng)常是處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)中的。起重機是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高勞動生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。針對這一需求，本設(shè)計以立柱式旋臂起重機的設(shè)計計算、三維建模和有限元仿真為主要內(nèi)容。
第1章 起重機設(shè)計總則
1.1 我國起重機械行業(yè)
起重機與工程機械一樣，是真正具有中國特色的名稱與概念。我國起重機主要包括塔式起重機、汽車起重機、履帶式起重機、施工升降機、門式起重機、門座起重機、輪胎起重機、桅桿式起重機和攬索式起重機等。
我國工程機械行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成機械工業(yè)10大行業(yè)之一，我國也進入了工程機械生產(chǎn)大國之列。工程起重機械用途廣泛，市場遍布國民經(jīng)濟各個部門，其中主要有交通運輸、能源、 原材料、農(nóng)林水利、城鄉(xiāng)發(fā)展以及現(xiàn)代化國防六大領(lǐng)域。工程起重機械是保證各種工程建設(shè)實現(xiàn)高速度、高質(zhì)量和低成本的重要手段。
隨著我國深化改革，擴大開放和發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟等一系列重大政策的貫徹實施，
起重機械行業(yè)在技術(shù)水平、科研條件、品種數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)化生產(chǎn)程度、生產(chǎn)規(guī)模、出口創(chuàng)匯、用戶服務(wù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高等教育及人才培養(yǎng)諸方面，均獲得了很大進步，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域和國防現(xiàn)代化建設(shè)中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國已經(jīng)成為世界貿(mào)易組織正式成員國，這也為起重機械的更大發(fā)展提供了新的機遇。
1.2 國際起重機械行業(yè)
歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，也是經(jīng)濟非常發(fā)達的地區(qū)，代表輪式起重機的最高水平，最負盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時還有森內(nèi)博根、德國格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機，緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國工程起重機相對落后于歐洲水平。近年來，通過收購和合并的手段，先是格魯夫收購了歐洲老牌起重機企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購了德國德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國格魯夫公司在內(nèi)的國內(nèi)大部分工程起重機企業(yè)，使美國工程起重機行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點是技術(shù)較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美州地區(qū)和亞太地 區(qū)。
日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟強國，輪式起重機開發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀70年代），但發(fā)展很快，很受亞太市場的歡迎；同時，日本通過收購的手段來更新技術(shù)，加快發(fā)展速度，如日本多田野收購德國法恩底盤公司來發(fā)展其全路面技術(shù)。日本主要生產(chǎn)汽車起重機、履帶起重機、越野輪胎起重機、全路面起重機，其中越野輪胎起重機產(chǎn)量最大，汽車起重機的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢，全路面起重機的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢，主要生產(chǎn)企業(yè)為多田野、加藤、神鋼、日立、小松等。產(chǎn)品特點是技術(shù)水平、性能、可靠性落后于歐美水平，40%的產(chǎn)品用于出口。
1.3 起重機的作用、作業(yè)特點
起重機械作用主要表現(xiàn)在減輕工人的繁重體力勞動，加快施工與作業(yè)進度，提高勞動生產(chǎn)率，降低施工與作業(yè)成本、提高質(zhì)量等方面。
起重機是以反復(fù)的循環(huán)方式完成貨物裝卸或設(shè)備安裝作業(yè)的。一個工作循環(huán)包括：取物、貨物上升、水平運動、下降、卸載，然后空吊具返回原地。一個工作循環(huán)時間一般從幾分鐘到二三十分鐘，其間各機構(gòu)在不同時刻有短暫的停歇時間。這一特點決定了電動機的選擇和發(fā)熱計算方法；由于反復(fù)起動和制動，各機構(gòu)和結(jié)構(gòu)將受到強烈的震動和沖擊，載荷是正反向交替作用的。許多重要構(gòu)件承受不穩(wěn)定變幅應(yīng)力的作用，這些都對構(gòu)件的強度產(chǎn)生較大的影響。
起重機屬于危險性作業(yè)的設(shè)備，它發(fā)生事故造成的損失將是巨大的。所以起重機設(shè)計和制造一定要嚴格按照國家標準和有關(guān)規(guī)定進行。
1.4 起重機的組成
起重機由產(chǎn)生運動的機構(gòu)、承受載荷的金屬結(jié)構(gòu)、提供動力和起控制作用的電氣設(shè)備及各種指示裝置等四大部分組成。
起重機機構(gòu)有四類，即：使貨物升降的起升機構(gòu)；做平面運動的運行機構(gòu)；使起重機旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)；改變回轉(zhuǎn)半徑的變幅機構(gòu)。每一機構(gòu)均由電動機、減速傳動系統(tǒng)及執(zhí)行裝置等組成。
1.5 起重機的類型
可根據(jù)使用要求，設(shè)計任何合適的起重機形式。但從構(gòu)造特征來看，種類繁多的起重設(shè)備可歸納為三大類。
1. 單動作起重設(shè)備
這類起重設(shè)備是使貨物作升降運動的起升機構(gòu)。常見有下列幾種：
1、千斤頂 一種升降行程很小，舉升能力較大的小型起重設(shè)備。螺旋千斤頂或齒條千斤頂可用于汽車維修；液壓千斤頂可將大型起重機頂起以跟換車輪。
2、滑車（俗稱葫蘆） 一種用鏈條或鋼絲繩與滑輪構(gòu)成的省力滑輪組，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，是一種可攜帶的起重工具，有手動和電動兩種。電動葫蘆則是一種電動起升機構(gòu)，配有運行小車后可在空間布置的工字鋼軌上運行，構(gòu)成單軌架空道，是一種生產(chǎn)流水線上空的自動運貨車。電動葫蘆可作為梁式起重機的起升機構(gòu)。
3、絞車 由電動機經(jīng)減速器、卷筒、驅(qū)動鋼絲繩滑輪組成的起重設(shè)備，用以起吊重物或產(chǎn)生牽引力。在礦山、建筑工地及艦船等處應(yīng)用。各類起重機的起升機構(gòu)都是一種絞車。絞車也有液壓或內(nèi)燃機驅(qū)動的。
4、升降機 一種由絞車拖動吊箱，吊箱延軌道升降的起重設(shè)備。在建筑工地上應(yīng)用的建筑升降機是一種典型的形式。在高層建筑中應(yīng)用的電梯是供人員上下樓梯使用的，是一種安全信號設(shè)備齊全，自動控制的、且制造很精良的載人升降機。礦山使用的礦井提升機與電梯類似，單更加大型化。
2. 橋式類型起重機
依靠運行機構(gòu)和運行小車運行機構(gòu)組成，使起重的貨物做平面運動，再加上置于小車上的起升機構(gòu)，作業(yè)的范圍是長方形空間。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同有下列幾種：
1、橋式起重機。
2、門式起重機，包括裝卸橋，岸邊集裝箱起重機。
3、纜索起重機 纜索起重機是一種特殊類型的橋式類型起重機，它的小車在特制的承載鋼索上運行，承載鋼索支承于兩個塔架的頂端，跨度在100m以上，通常在大型建設(shè)工程中使用，如大型水電工程的大壩施工等。岸邊集裝箱起重機也是門式類型起重機，它的特點是有很長的伸臂，可以跨越大型船舶進行集裝箱裝卸，門架的跨度不大，但可以通過集裝箱汽車。其他起重機特點將在下詳述。
3. 回轉(zhuǎn)類型起重機
依靠起重機的回轉(zhuǎn)和變幅機構(gòu)運動的組合，使起吊的貨物作水平運動，作業(yè)范圍是圓柱形空間，由于起重機整體還可以延一定軌道運行，所以，這類起重機的作業(yè)范圍是比較大的，它又可分為如下幾種：
1、塔式起重機。
2、門座起重機。
3、流動起重機。
4、浮式起重機。
浮式起重機是以自行船舶為行駛裝置的起重機，設(shè)計時要時要考慮起重機在水上會搖擺的特點。
1.6旋臂起重機介紹
1.懸臂起重機是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，結(jié)構(gòu)獨特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時省力、靈活等特點，三維空得內(nèi)隨意操作，在段距、密集性調(diào)運的場合，比其它常規(guī)性吊運設(shè)備更顯示其優(yōu)越性。本產(chǎn)品廣泛用于各種行業(yè)的不同場所。懸臂起重機工作強度為輕型，起重機由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置及電動葫蘆組成，立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來驅(qū)動旋臂回轉(zhuǎn)，電動葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運行，并起吊重物。起重機旋臂為空心型鋼結(jié)構(gòu)，自重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟耐用。內(nèi)置式行 旋臂吊MODE型走機構(gòu)，采用帶滾動軸承的特種工程塑料走輪，摩擦力小，行走輕快；結(jié)構(gòu)尺寸小，特別有利于提高吊鉤行程。
懸臂起重機系列可分為：
1、定柱式懸臂起重機；
2、JKBK定柱式懸臂起重機；
3、移動式懸臂起重機；
4、墻壁式懸臂起重機；
5、臂行式懸臂起重機；
6、輕型龍門式懸臂起重機；
7、曲臂式懸臂起重機；
8、雙臂式懸臂起重機。
2.定柱式旋臂起重機
定柱式懸臂起重機又稱立柱式懸臂起重機，起重量在125Kg-5000Kg，是凱力起重自行研制的產(chǎn)品，可以根據(jù)客戶需求設(shè)計定制的專用起重設(shè)備。
立柱式旋臂吊具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡單、操作方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運設(shè)備，可廣泛適用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機床的上、下工作及倉庫、碼頭等場合的重物吊運。定柱式旋臂吊根據(jù)其旋臂所使用型鋼的不同可以分為：BZD型和BZD-JKBK型。
本機由立柱、回轉(zhuǎn)旋臂及電動葫蘆等組成。立柱下端固定于混泥土基礎(chǔ)上，旋臂回轉(zhuǎn)，可根據(jù)用戶需求進行回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)部分分為手動和電動回轉(zhuǎn)（擺線針輪減速劑安裝與上托板或者下托板上帶動轉(zhuǎn)管旋臂回轉(zhuǎn)）。電動葫蘆安裝在旋臂軌道上，用于起吊重物。
第2章 起升機構(gòu)的設(shè)計
2.1 確定起升機構(gòu)的傳動方案
起升機構(gòu)包括：取物裝置，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)及驅(qū)動裝置等部分，用來實現(xiàn)物品的上升與下降動作。
根據(jù)設(shè)計要求所給參數(shù)，起重量Q=2t,屬于小起重量旋臂起重機。主要技術(shù)要求參數(shù)如下：
表2-1 起重機主要技術(shù)參數(shù)
起重量Q
起升高度H
跨度L
起升速度V
回轉(zhuǎn)速度
轉(zhuǎn)角范圍
2t
10m
6m
8m/min
1rad/min
傳動裝置中廣泛采用減速器，它是原動機和工作機之間獨立的閉合傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機的需要。根據(jù)設(shè)計要求及分析，直接選用電動葫蘆為起升機構(gòu)。
2.2 電動葫蘆的選擇
由額定起重量為2t,起升高度為10米，通過查閱《CD1型電動葫蘆主要技術(shù)參數(shù)》，選擇電動葫蘆的型號為CD12-12，其技術(shù)性能為下表所示：
表2 CD12-12電動葫蘆技術(shù)參數(shù)
技術(shù)性能 單位 參數(shù)
起重量 噸 2
起升高度 米 12
起重速度 米/分 8
運行速度 米/分 20
鋼絲繩直徑 毫米 11
鋼絲繩規(guī)格（GB1102-74） 6*37-11
鋼絲繩長度 米 28
工字梁軌道型號（GB706-88） 20a-32c
環(huán)形軌道最小曲率半徑 米 2.0
工作級別 M3
結(jié)合次數(shù) 120/min
起重電機型號 ZDY31-4
額定功率 千瓦 3
額定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
額定電流 安培 7.6
運行電動機型號 ZDY12-4
額定功率 千瓦 0.4
額定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
電流 安培 1.25
基本尺寸（電動小車式）
L1 毫米 205
L2 毫米 290
f 毫米 956
Bmax 毫米 935
電動小車型總重 千克 265
2.3 鋼絲繩的選擇與使用
鋼絲繩是起重機機械的重要零件之一，它是一種易于彎曲的撓性件。具有強度高、撓型好、自重輕、運行平穩(wěn)，極少突然斷裂等特點，因而廣泛用于起重機的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、運行機構(gòu)，也可用于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。它還用作捆綁物件的繩索、桅桿起重機的張緊繩、纜索起重機和空氣索道的牽引繩、承載繩等。
鋼絲繩受力復(fù)雜，受載時，鋼絲繩中有拉升應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、擠壓應(yīng)力及鋼絲繩捻制下的殘余應(yīng)力。當鋼絲繩繞過滑輪時，受到變應(yīng)力作用使材料產(chǎn)生疲勞，最終由于鋼絲繩與繩槽、鋼絲繩之間磨損而破斷。
因為在起升過程中，鋼絲繩的安全至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的使用壽命，為此我們采用一下措施：
1）盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)；
2）高安全系數(shù)，即降低鋼絲繩的應(yīng)力；
3）選用較大的滑輪與卷筒直徑。
滑輪槽的尺寸與材料對鋼絲繩的壽命有很大的關(guān)系，其太大會使鋼絲繩與滑輪接觸面積減小，太小會使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚至?xí)ㄋ馈?
1. 鋼絲繩破斷拉力計算
由《起重吊裝簡易計算》可知，鋼絲繩破斷拉力計算公式如下：
（2-1）
式中 —鋼絲繩的破斷拉力（N）
—鋼絲繩中每一根鋼絲的直徑
—鋼絲繩中每一根鋼絲的總根數(shù)
—鋼絲繩中鋼絲的抗拉強度（Pa)
—鋼絲繩中鋼絲的總斷面面積
—鋼絲繩中的搓捻不均勻引起的受載不均勻系數(shù)
（當鋼絲繩為6×37+1時，=0.82；當鋼絲繩為6×19+1時，=0.85）
本設(shè)計選用6×37+1型鋼絲繩，與以同徑者6×19+1型相比較，鋼絲多且細，則繩的撓性好，而耐磨性稍差，在此基礎(chǔ)上還能滿足我們的需求。所以我們選用6×37+1型鋼絲繩（GB1102-74）。
驗算6×37+1型
(2-2）
驗算6×19+1型
（2-3）
2. 鋼絲繩允許拉力的計算
通過查閱《起重吊裝簡易計算》，用于機動起重設(shè)備的安全系數(shù)K為5～6，我們選用較大的安全系數(shù)K=6，滑輪組倍率，則可以的鋼絲繩的允許拉力為：
（2-4）
2.4 確定滑輪的參數(shù)
1. 滑輪
滑輪是是起重機的承載零件，可以引導(dǎo)和改變繩索拉力方向，用以支承鋼絲繩，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達到勝利和增速的作用。滑輪繩槽尺寸應(yīng)保證鋼絲繩順利繞過且接觸面積應(yīng)盡可能大，以避免產(chǎn)生鋼絲繩與滑輪輪緣的摩擦甚至是跳槽。滑輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成的。滑輪的具體尺寸，可按鋼絲繩直徑由起重機設(shè)計手冊查得。
鋼絲繩繞過滑輪尺寸時要產(chǎn)生橫向變形，故滑輪槽底半徑應(yīng)稍大于鋼絲繩半徑，鋼絲繩直徑小時R大些，鋼絲繩直徑大時R取小些。
2. 滑輪的尺寸
滑輪的主要尺寸是換輪直徑D，輪轂寬度B和繩槽尺寸，起重機常用鑄造滑輪已標準化（ZBJ8006.3—87）?；喗Y(jié)構(gòu)尺寸可按鋼絲繩直徑進行選定。
1） 工作滑輪直徑
（2-5）
式中 —按鋼絲繩中心計算的滑輪直徑（鋼絲繩卷繞直徑）mm;
—鋼絲繩直徑，mm;
—輪繩直徑比。
查《機械設(shè)計手冊》，根據(jù)機構(gòu)工作級別，取繩經(jīng)比系數(shù)e=16,則可得
查《機械設(shè)計手冊》選用滑輪直徑D=280，由附表選用鋼絲繩直徑為d=11mm,滑輪直徑D=280，滑輪軸直徑為D5為80mm的E1滑輪，滑輪標記為ZBJ8006.3—87—11×280-80。
2.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度
1. 卷筒類型及構(gòu)造
卷筒是起升機構(gòu)和牽引機構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。起升機構(gòu)的卷筒是用來卷繞并儲存鋼絲繩的，卷筒大多用鑄鐵鑄造：大卷筒和單件生產(chǎn)的卷筒，用鋼板焊接。卷筒承受起升載荷的作用，應(yīng)有做狗剛性的底座予以支承，而卷筒的軸應(yīng)該是靜定支承。
根據(jù)鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)分為單層卷筒和多層卷筒，卷筒材料采用不低于HT20—40的鑄鐵，特殊是可采用ZG25II、ZG35II鑄鋼或3號鋼板焊成。
2. 卷筒直徑
卷筒直徑的大小直接影響鋼絲繩的彎曲程度，為保證鋼絲繩壽命，卷筒直徑不能太小，卷筒直徑必須大于鋼絲繩直徑的一點倍數(shù)，卷筒直徑一般為：
（2-6）
式中 —卷筒卷繞直徑（鋼絲繩中心所在直徑），mm；
—與機構(gòu)工作級別和鋼絲有關(guān)的系數(shù)；
—鋼絲繩直徑，mm。
帶入數(shù)字得
為了適當?shù)臏p少卷筒的長度，則應(yīng)該選用較大直徑的卷筒，根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》[7]表14—1，選用直徑D=300的卷筒，卷筒槽尺寸由表14—3得t1=14,槽底半徑R=6.7（標準槽）。
3. 卷筒長度
圖2—3是卷筒的大體形狀及尺寸。
圖2—3 單層繞卷筒長度
（2-7）
式中 —卷筒上車螺旋槽部分的長度，；
—無繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)構(gòu)造需要選定，；
—固定鋼絲繩所需要的查長度，，。
（2-8）
式中 —最大起升高度，；
—滑輪組倍率；
—卷繞計算直徑，由鋼絲繩中心算起的直徑，；
—為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)，；
—繩槽節(jié)距—。
綜上，帶入數(shù)得：
取。
4. 卷筒壁厚
（ 2-9）
取
5.強度計算
卷筒壁中承受復(fù)雜的應(yīng)力，包括起升鋼絲繩拉力纏繞而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力，根據(jù)分析扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力非常小，可忽略不計，卷筒壁中的應(yīng)力主要是鋼絲繩在卷筒壁上產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力。而當卷筒的長度小于或等于3倍卷筒直徑，即當時，主要計算壓應(yīng)力，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力一般不大于壓應(yīng)力的，所以只計算壓應(yīng)力是合理的，此時卷筒內(nèi)表面上的最大壓應(yīng)力為
（2-10）
式中 —多層卷繞系數(shù)，該值與鋼絲繩卷繞層數(shù)有關(guān)；
—應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時對筒壁有減小作用，一般可取=0.75；
—鋼絲繩中最大靜拉力；
—卷筒壁厚，可按下列初選：
鑄鋼卷筒
鑄鐵卷筒
—卷筒繩槽節(jié)距；
—許用壓應(yīng)力
對 鋼 （—屈服強度）
對鑄鐵 （—抗壓強度）
所以
（2-11）
選用灰鑄鐵HT200.最小抗拉強度，許用壓應(yīng)力為
因為，所以抗彎強度符合要求。
2.6 電動機的選擇
1. 電動靜功率的計算
(2-12）
式中 —起升載荷重量，Kg；
V—物品上升速度（米/分）；
—機構(gòu)總效率，一般取0.8～0.9。
為了滿足電動機起動時間不過熱要求，對起升機構(gòu)，可按下式初選相應(yīng)于機構(gòu)的值的電動機功率：
（2-13）
式中 —系數(shù)。
由《起重機設(shè)計手冊》，取，則
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》選擇電動機型號，選用電動機為YZ系列冶金及起重三相異步電動機。電動機型號為YZ132M2—6，電動機工作制為S2（短時工作制），工作定額為30分，額定功率為4KW，額定轉(zhuǎn)速為915r/min。
2. 電動機發(fā)熱驗算
電動機工作因為溫升而發(fā)熱，過高的溫升會使繞組的絕緣材料加速老化，故需要對按靜功率選擇的電動機進行發(fā)熱驗算，以控制電動機溫升在容許的范圍內(nèi)。
按照工作類型系數(shù)法，由《起重機設(shè)計與實例》[9]表2—9可知的等效功率為
（2-14）
的值結(jié)合《起重機設(shè)計手冊》[7]表8—14和圖8—37得，則
綜合以上的計算結(jié)果，，所以所選電動機滿足要求。
2.7 驗算起升速度和實際所需功率
驅(qū)動裝置總傳動比
（2-15）
式中 —電動機額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
—穩(wěn)定時卷筒的轉(zhuǎn)速
（2-16）
式中 —滑輪組倍率；
—物品上升速度（米/分）；
所以
實際起升速度：
誤差：
所以速度與傳動比符合要求。
實際所需等效功率：
（2-17）
，驗算合格。
2.8卷筒心軸的設(shè)計及強度計算
由于卷筒軸的可靠性對起重機的安全、可靠的工作非常重要，因此應(yīng)十分重視卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度、剛度計算。卷筒軸的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能簡單、合理，應(yīng)力集中應(yīng)盡可能小。卷筒軸不僅要計算疲勞強度，而且還要計算靜強度；此外，對較長的軸還需校核軸的剛度。
由前面的設(shè)計可知：卷筒的名義，取卷筒長度，卷筒槽形槽底半徑，繩槽尺寸，鋼絲繩允許拉力為。其它參數(shù)有，，。
選取軸的材料為45剛，調(diào)制處理。
1. 初算卷筒心軸最小直徑
（2-18）
取軸的最小直徑圓整為。
圖2-10 卷筒心軸結(jié)構(gòu)圖
2.確定各段軸的直徑、長度
1-2段和6-7段為軸承的位置，直徑，其它各部分直徑按照結(jié)構(gòu)來取，，，，。確定卷筒心軸各段長度時，應(yīng)根據(jù)軸承寬度、卷筒長度和端蓋長度來確定。,
,,,6-7段為套筒長度,取.
3.計算支座反力
心軸右輪轂支承處最大彎矩：
4. 疲勞計算
對于疲勞計算采用等效彎矩，查《起重機設(shè)計手冊》得知等效系數(shù) =1.1
等效彎矩：
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對稱循環(huán)。由上式知許用彎曲應(yīng)力：軸材料用45號鋼，其中，；。
式中 n=1.6—安全系數(shù)
K—應(yīng)力集中系數(shù)
—與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，當零件表面形狀劇烈過渡和
零件上開有溝槽時，以及緊配合區(qū)段，本處取
—與零件表面加工粗糙度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，，本處
取。
<通過
5. 靜強度計算
卷筒軸屬于起升機構(gòu)低速軸零件，其動力系數(shù)可由表查得，=1.2。
許用應(yīng)力：
<通過
故卷筒軸的疲勞和靜強度計算通過
2.9 取物裝置計算
取物裝置能使起重機順利安全和高效率的工作，應(yīng)盡可能構(gòu)造簡單，質(zhì)量輕。由搬運物品形狀不同，取物裝置分為通用專用兩類。通用取無裝置有吊鉤、吊環(huán)；專用取物裝置由抓斗、電磁吸盤、夾鉗等。對于本設(shè)計，我們選擇吊鉤作取無裝置。
吊鉤是起重機上極其重要的零件。吊鉤的突然斷裂將造成人身及設(shè)備事故，因此對吊鉤的材料和加工，國家有嚴格規(guī)定，吊鉤按制造方法分鍛造吊鉤和片式吊鉤，中小起重量的吊鉤一般用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造而成，大型起重量的吊鉤一般用片式吊鉤。吊鉤的專用材料有：20、20Mn、34CrMo、34CrNiMo等。鍛造吊鉤必須經(jīng)過熱處理。以達到規(guī)定的機械性能。片式吊鉤要求鋼板軋制方向與吊鉤受力方向一致，片式吊鉤比鍛造吊鉤可靠，一般不會不會產(chǎn)生突然斷裂。因強度和材料引起的斷裂只限于起重個別鋼板，因此易發(fā)現(xiàn)并跟換，也同樣由于強度和材料不確定性的吊鉤不允許鑄造、焊接制造和修復(fù)。吊鉤的型號可查相應(yīng)國家標準。
吊鉤的主要尺寸
圖2-10是吊鉤鉤身主要尺寸圖
圖2-10 吊鉤鉤深主要尺寸
吊鉤的主要尺寸是由勾孔直徑D來決定的。
勾孔直徑
式中 —額定起重量，。
帶入數(shù)據(jù)得
（2-19）
取。
其它尺寸
2.10 鋼絲繩在卷筒上的固定及計算
鋼絲繩在使用時必須與其他零件連接才能傳遞載荷，鋼絲繩應(yīng)可靠的固定于卷筒上并易于跟換，其方法有：用壓板固定，用長板條固定；用楔子固定。用壓板滾釘構(gòu)造簡單，鋼絲繩更換方便，且安全可靠，目前用得最廣。
1. 鋼絲繩進出卷筒或滑輪的允許偏角
當鋼絲繩在卷筒上卷繞時，其中心線與卷筒徑向剖面存在偏角，隨繞著卷繞的進程，偏角從正到零，再從零到負。好的卷筒配置是使最大的正負角相等。為了防止鋼絲繩脫槽的過度磨損，必須限制最大偏角，建議最大偏角不大于如下值：
對光滑卷筒：；
對螺旋槽卷筒：；
對利巴斯卷筒：。
2. 鋼絲繩固定處的拉力
式中 —鋼絲繩最大允許靜拉力，N；
—鋼絲繩與卷筒表面的摩擦系數(shù)，；
—自然對數(shù)的底數(shù)，。
時，
，
3.螺栓扣緊力
按壓板槽為梯形時計算
（2-20）
式中 為壓板與鋼絲繩的換算摩擦系數(shù)；
—壓半槽的斜面角，
故
2. 螺栓合成應(yīng)力
鋼絲繩滾釘螺栓的拉力包括下面兩部分：由扣緊力引起的拉力及由墊圈與壓板之間的摩擦力使螺栓彎曲引起的拉力，故
式中 —固定鋼絲繩用得螺栓數(shù)量；
—螺栓螺紋內(nèi)徑;
—墊圈與鋼絲繩壓板之間的摩擦系數(shù)，可取；
—力作用的力臂
—螺栓許用壓應(yīng)力。
由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》選取螺栓內(nèi)徑，本固定裝置用兩個螺栓，材料選用Q235，其許用應(yīng)力
帶入上面數(shù)字得
所以選用螺栓合格。
2.11驗算啟動、制動時間
起升機構(gòu)的工作為周期性的，工作時分啟動、穩(wěn)定運行和制動三個階段。由于機構(gòu)在啟動和制動時會產(chǎn)生加速度和慣性力，若啟動和制動時間過長，加速度小，將影響起重機的生產(chǎn)率，反之，加速度太大，又會給金屬結(jié)構(gòu)和傳動部件施加很大的動載荷，并使零部件的受力增大，因此，必須把啟動時間與制動時間控制在一定范圍內(nèi)。
1. 啟動時間驗算
起升機構(gòu)在啟動階段，要使原來靜止的質(zhì)量開始運動。這時電動機的啟動轉(zhuǎn)矩除了要克服啟動力矩除了要克服靜阻力矩外，還有運動質(zhì)量的一部分用來克服運動質(zhì)量的慣性阻力矩，即
（2-21） 將阻力矩按下式計算
式中 —額定起升載荷，N；
—卷筒計算直徑；
—滑輪組倍率；
—卷筒至電動機傳動比；
—機構(gòu)總傳動效率。
帶入數(shù)字得：
轉(zhuǎn)動慣量
所以
式中 —電動機額定轉(zhuǎn)速，；
—機構(gòu)運動質(zhì)量換算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量，；
—電動機平均啟動力矩，；
—推薦啟動時間，s,一般為，起重量大時，取大值。
通常起升機構(gòu)啟動時間為1～5s，此處，可在電氣設(shè)計時，增加啟動電阻，延長啟動時間，所以電動機選擇合適。
2. 制動時間驗算
滿載下降的制動時間為
當起升高度小于時，
所以驗算合格。
第3章 運行機構(gòu)與變幅機構(gòu)
運行機構(gòu)包括支承運行裝置及驅(qū)動機構(gòu)兩大部分。
運行機構(gòu)主要用于做水平運移物品以及調(diào)整起重機(小車）的工作位置。
運行機構(gòu)主要有下列不見組成：電動機、傳動裝置、（傳動軸聯(lián)軸器和減速器等），制動器和車輪組等。
運行機構(gòu)的工作速度隨起重機的用途而定，運行機構(gòu)可以設(shè)計成工作性的運動，也可以設(shè)計成調(diào)整性的運動。雖然這兩種運動機構(gòu)在傳動方案方面沒有顯著差別，但工作性運動時帶著起升載荷運行的，構(gòu)成了起重機工作循環(huán)的一部分，影響起重機生產(chǎn)率，因此運動速度較高，機構(gòu)功率也較大，機構(gòu)接電時間率也較高，零部件計算要考慮動載荷，許多零部件還要核算疲勞壽命。調(diào)整性運動時調(diào)整起重機工作位置的運動，速度低，使用很少（如港口門座起重機的運行。機構(gòu)）。
3.1 選電動機
3.1.1 運行阻力
P靜=P摩+P坡+P風(fēng) （公斤）
P靜——小車運行靜阻力
室內(nèi)運行，所以 P坡=P風(fēng)=0
P靜=P摩=（Q+G0)K附（2K+μμd)/D輪=22.95公斤
其中K附=1.2
μ =0.015
d =45mm
D輪 =100mm
3.1.2 計算靜功率
N靜=（P靜v）/120η=0.08kw （3-1）
式中η—機構(gòu)傳動功率，取η=0.9
由于選用的電動葫蘆為小車式，配用的電機功率滿足，所以直接選用。型號為ZDY12-4。技術(shù)參數(shù)，
3.2 驗算電動機發(fā)熱條件
按照等效功率法，求JC=25％時所需的等效功率：
N≥k×r=0.85×0.87×0.08=0.06kW
式中k—工作級別系數(shù)。對于M3級，k=0.85
r—系數(shù)，根據(jù)機構(gòu)平均起動時間與平均工作時間的比值（t/t）查得，一般起升機構(gòu)t/t=0.1
查得r=0.87
由以上計算結(jié)果 N，故初選電動機能滿足.
3.3 驗算啟動時間
滿載運行時電機的靜力矩：