汽車隨車起重機設計【6.3噸】【架型起重機】【9張CAD圖紙和說明書全套】

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湖南工學院2011屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書 系： 機械工程系 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師 馮曉康 學生姓名 莫健超 課題名稱 汽車隨車起重機設計 內(nèi)容及任務 設計一臺汽車隨車起重機 任務: 1.起升機構的設計 2.起重臂的設計 3.回轉(zhuǎn)機構的設計 4.繪制總裝圖 5.繪制非標零件圖 6.編寫設計計算說明書 擬達到的要求或技術指標 （1）統(tǒng)一要求： 按任務書要求完成規(guī)定的任務，撰寫設計說明書（論文），一律采用計算機編輯。內(nèi)容包括設計的意義與作用、設計方案選擇和計算、主要零件的受力分析和強度校核、經(jīng)濟技術分析等。 寫出不少于400字的中文摘要；至少翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（10000個以上印刷符號），并附譯文。 需完成不少于3張零號圖紙的結(jié)構設計圖、裝配圖和零件圖，有折合1號圖幅以上的圖紙用手工繪制，查閱到10篇以上與題目相關的文獻，按要求格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書。 （2）技術指標： 起吊重量：6.3T 提升速度：v=12m/min 起升高度：10m 最大工作幅度：7.7m 起升角θ=75 進度安排 起止日期 工作內(nèi)容 備注 第4至5周 第6至8周 第9至13周 第14至15周 第16周 布置任務，方案設計 設計計算和工藝編制 結(jié)構設計和繪圖 編寫畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)答辯 主要參考資料 [1] 楊長骙、傅東明等主編：《起重機械（第二版）》，機械工業(yè)出版社，1989 [2] 倪慶興、王煥勇等主編：《起重機械》上海交通大學出版社，1990 [3] 成大先主編：《機械設計手岫（第三版）》，化學工業(yè)出版社，1993 [4] 成大先主編：《機械設計圖冊》，化學工業(yè)出版社，1993 [5] 楊黎明主編：《機械設計》，兵器工業(yè)出版社，1998 [6] 徐格寧主編：《起重運輸機金屬結(jié)構設計》，機械工業(yè)出版社，1986 [7] 東北大學編寫組編：《機械零件設計手冊（第三版）》，冶金工業(yè)出版社，1995 [8] 鄒慧君主編：《機械原理設計院》，上海交通大學出版社，1995 [9] 章玉麟主編：《互換性與測量技術》，中國林業(yè)出版社，1992 [10] 李昌熙、喬石主編：《礦山機械液壓傳動》（修訂版），煤炭工業(yè)出版社，1992 [11] 吳相憲等主編：《實用機械設計手冊》，中國礦業(yè)大學出版社，1995 [12] 大連理工大學工程畫教研室編：《機械制圖》（第四版），高等教育出版社，1993 教研室 意見 年 月 日 系主管領導意見 年 月 日 2011年2月18日 星期五 晴 盼望已久的畢業(yè)實習終于要開始了，雖然剛剛過完春節(jié)！一大早我就踏上了去廣州番禺的車程。初春的天氣，暖洋洋的讓人很舒服，不過一路顛簸，近12小時的車程，還是讓人很疲憊的。 趕到公司已是晚上8點多，接待我的夏經(jīng)理還沒下班，正跟一個老外洽談業(yè)務。看她用英語和老外熟練自然的交流，各種專業(yè)英語脫口而出，很是羨慕。突然覺得說英語也很容易，不過，這只是在心里想想，我依然“有口難開”。 晚上9點多，客戶終于走了，夏經(jīng)理接著安排了我的住宿。 剛到第一天，就小小的體驗了一把公司緊密的工作節(jié)奏，對接下來的實習有點小小的緊張及惶恐，不過沒什么，路都是殺出來的！ 晚了！睡覺！ 2011年2月19日 星期六 晴 今天是實習正式開始的第一天，我被安排在注塑車間實習。 車間主管肖亮很年輕，待人也很熱情。我對公司有了第2個了解：濃濃的人情味，濃濃的關心。實習第一天，沒什么具體的工作任務，就是安排在車間到處參觀學習，了解工作流程，了解注意事項。說實話，注塑車間的空氣實在不怎么好，像PU、PVC等膠料，氣味很刺鼻。 下午，生產(chǎn)組長安排我實際操作，新手上路就是殺手，浪費N多材料以后終于讓我做出一個勉勉強強的成品，高興之余略帶慚愧。同事告訴我，這是必經(jīng)的路程，慢慢熟練就好了。 總的來說，實習第一天過得還算滿意，公司除了車間環(huán)境其他地方都做得很到位，對完成一個月的實習任務還是信心滿滿的?。。?！ 2011年2月21日 星期一 晴 廣州的天氣，沒什么晴雨的，都是來得快去得快，讓人難以判斷。上周提交的調(diào)到注塑機裝配車間申請表通過了，今天第一天來車間報道，這是夏經(jīng)理直接管理的車間，就幾個裝配師傅和一個自動化軟件管理的工程師。 嘿嘿，申請到裝配車間，一來，更接近我的專業(yè)，二來，公司在廣州春季展覽會申請到了一個展覽機會……我就是奔這個去的。 2011年2月22日 星期二 晴 展覽會如期舉行，我剛來裝配車間的第2天…… 脖子上掛上“參展人員”的牌子，感覺無比神氣，生平第一次參加這么大規(guī)模的展覽會，雖然是被安排來打雜的。展廳分為小型機械，皮具，服裝等六大區(qū)域，大大小小展位300多個，是眾多廠家和商家的集合。我們的展位在機械區(qū)靠前的地方，人流量很大的，我被安排做一些資料整理等雜物。工作之余我一邊學習公司產(chǎn)品的特點，一邊向夏經(jīng)理學習對待客戶需要注意的問題及一些業(yè)務洽談的技巧，收益頗多！中午休息期間，我還去其他展位做了參觀，了解了許多和我們公司同類產(chǎn)品的一些基本情況，對明天的展廳接待工作信心更足了。現(xiàn)代商場，知己知彼已經(jīng)是必須的條件。 2011年2月26日 星期六 陰 光陰似箭，畢業(yè)實習以接近尾聲，回想這段時間的忙忙碌碌，往事一點一滴成我心間流過。些許失落和感慨，些許興奮及期待。但現(xiàn)在充斥我心間的是拼搏奮斗不輕言放棄的激情。 畢業(yè)了，我們開始走向社會，而這次實習，是我們走出校園，踏入社會的第一步，這個階段是我們不如職場的重要過度，是一個人人生的又一重大轉(zhuǎn)折，這個月最終會讓我受益終生。 實習雖然苦點，累點，這些對我們年輕人來說都無所謂，重要的是通過實習我們有了收獲。實習讓我明確了目標，了解了什么是工作，工作是怎么回事，什么樣的工作適合自己，以及處理人際關系的更多方法。實習讓我對自己全面的了解了一次，對自己職業(yè)生涯有了設計規(guī)劃和調(diào)整。 公司的領導，同事都對我很關心，整個實習過程完成的很順利，尤其是夏經(jīng)理，教我很多……感謝?。?！ 實習時間是有限的，但我覺得自己從頭到腳整體鍛造了一遍，不僅進一步鞏固了自己課本所學，更重要的是提高了自己的實踐能力及分析問題解決問題的能力，通過這次實習，我深深的融入了公司的企業(yè)文化中，融入了這個集體里。 馬上步入職場，短暫濃縮的實習將會是我人生的一個重要起點。最后再次感謝公司領導對我的重視及關心，感謝各位師傅們對我的悉心指導。 摘 要 6.3噸隨車起重機屬于架型起重機，它將起重和運輸相結(jié)合，不僅節(jié)省勞動力，而且極大的減小了工作強度、提高了工作效率。本次畢業(yè)設計在6.3噸隨車起重機上首次采用了伸縮臂型結(jié)構，并對起重機臂進行了優(yōu)化設計。它具有結(jié)構緊湊、易于操作的特點，可廣泛用于交通運輸、港口、倉庫、以及所有中小型工業(yè)貨物裝卸與遠距離運輸之中。 本文主要內(nèi)容如下： 起升機構設計 起升機構包括液壓馬達、減速機、棘輪停止器和卷筒。減速機用來降低液壓馬達驅(qū)動速度，卷筒用于繞進或放出鋼絲繩。機構工作時，液壓馬達驅(qū)動減速機，減速機的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷上或放出，經(jīng)過滑輪組系統(tǒng)使載荷實現(xiàn)上升或下降，其升降由馬達的旋轉(zhuǎn)方向而定，通過棘輪停止器實現(xiàn)制動。 起重臂設計 起重臂采用伸縮式、箱形結(jié)構。箱形結(jié)構內(nèi)裝有伸縮油缸，臂的每個外節(jié)段內(nèi)裝有滑塊支座，因此起重機的變幅可通過液壓缸實現(xiàn)。為了減輕吊臂自重，充分發(fā)揮鋼材的作用，吊臂的不同部位采用不同強度的鋼材。 回轉(zhuǎn)機構設計 回轉(zhuǎn)機構由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置組成。即一對脂潤滑的回轉(zhuǎn)支承裝置、蝸輪旋桿減速機和液壓馬達。這種結(jié)構自重輕、受力合理、運行平穩(wěn)，可以使機構在水平面內(nèi)運輸貨物。 [關鍵詞]: 隨車起重機;起升機構;起重臂;回轉(zhuǎn)機構;回轉(zhuǎn)支承 Abstract 6.3Truck Mounted Crane (abbreviation TMC) belongs to boom-Crane .It combines the advantages .So it can greatly decrease labor intensity, increase working I use flexible boom in TMC for the first time and have a optimization design. This product has features of compact structure, easy operation. It is suitable for wide use in traffic transportantion,dock warehouse and all small-sized industries for goods loading loading and unloading and long distance transportation. Its main content includes the following aspects: The design for winch mechanism The winch mechanism consists of hydraulic motor, reducer, ratchet wheel stop and winch drum.Reducer lowers the speed of hydraulic motor for driving the winch drum to wind or unwind the load hoisting wire rope. When working, the motor drives reducer and bring along winch drum rotation, then the wire rope is wound or unwound ,the load will be lift or lowered through pulley block system. Lifting or lowering of the load will be controlled by the rotation direction of the motor. Ratchet wheel stop is used to stop the motion of the drum, holding the load in the air. The design of boom The boom adopts flexible type and box-shaped structure.Cylinder bodies are fitted on the boom. There are slide supports at outsides of every section of booms. The working range of TMC can outsides of every are fitted on the boom.There are slide supports at outsides of every section of booms. The working range of TMC can be realized by the extension or retraction of cylinder body. It uses different steel products in different positions for decrcasing boom’s weight and fully developing steel products’ function. The design of swing mechanism Swing mechanism contains swing bearing and swing driver, the same is, no-oil lubricated bearings, worm-and-wheel steering gear and gydraulic motor. This structure has the advantages of light weight, reliable force on it and smooth action. It can make the load transported in the horizontal plane. Key words TruckMounted Crane ；winch mechanism；Boom ；swing mechanism；Swing bearing 目 錄 1 起升機構的設計……………………………………………………………1 1.1 起升機構的基本參數(shù)計算…………………………………………1 1.1.1傳動方案 ……………………………………………………1 1.1.2基本參數(shù)的計算 ……………………………………………1 1.2 鋼絲繩的設計與選用 ……………………………………………3 1.3 滑輪及滑輪組設計 ………………………………………………4 1.3.1 選材與材料…………………………………………………4 1.3.2 滑輪直徑D …………………………………………………5 1.3.3 繩最大偏角…………………………………………………5 1.3.4 滑輪軸設計…………………………………………………5 1.3.5 滑輪軸承的設計與校核……………………………………6 1.4 吊鉤的設計與選用 ………………………………………………6 1.4.1 選材…………………………………………………………6 1.4.2 構造…………………………………………………………6 1.4.3 吊鉤掛架……………………………………………………6 1.4.4 橫梁…………………………………………………………6 1.5 卷筒設計 …………………………………………………………7 1.5.1 名義直徑……………………………………………………7 1.5.2 卷筒的長度…………………………………………………7 1.5.3 卷筒厚度……………………………………………………8 1.5.4 卷筒強度校核………………………………………………8 1.6 減速器設計 ………………………………………………………8 1.6.1 總傳動比及其分配…………………………………………8 1.6.2 傳動裝置的運動參數(shù)計算…………………………………8 1.6.3 齒輪設計……………………………………………………9 1.6.4 棘輪設計……………………………………………………15 1.6.5 軸的設計……………………………………………………16 2 起重臂的設計………………………………………………………………25 2.1 三鉸點設計…………………………………………………………25 2.2 起重臂設計…………………………………………………………26 2.2.1 起重臂基本參數(shù)計算與選用 ………………………………26 2.2.2 起重臂的形狀及主要計算參數(shù) ……………………………27 3 回轉(zhuǎn)機構的設計……………………………………………………………32 3.1 回轉(zhuǎn)支承的選用……………………………………………………32 3.1.1 簡介 …………………………………………………………32 3.1.2 載荷計算 ……………………………………………………32 3.1.3 阻力矩計算 …………………………………………………33 3.1.4 校核 …………………………………………………………34 3.1.5 回轉(zhuǎn)減速機輸出扭矩 ………………………………………34 3.2 回轉(zhuǎn)減速器的選用…………………………………………………35 3.3 支腿反力的計算……………………………………………………36 參考文獻 ………………………………………………………………………37 設計總結(jié) ………………………………………………………………………38 致謝 ……………………………………………………………………………39 1起升機機構設計 1.1 起升機構的基本參數(shù)計算 1.1.1 傳動方案 起升機構是起升貨物并使它產(chǎn)生升降運動的機構，它是起重機中最主要和最基本的機構。本設計采用液壓起升機構，簡圖如下所示： 2 3 5 7 7 8 6 6 1 1 1.高速油馬達 2.一級閉式齒輪傳動 3.棘輪停止器 4.輸出小齒輪 5.開式大齒輪 6.卷筒 7.鋼絲繩 8.吊鉤 油馬達經(jīng)過減速后，驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞進卷筒或由卷筒放出，從而使吊鉤升降。卷筒的正反向轉(zhuǎn)動是通過改變馬達的轉(zhuǎn)向達到的，而機構運動的停止或使貨物保持在懸吊狀態(tài)是依靠棘輪停止器來實現(xiàn)的。 1.1.2基本參數(shù)的計算 (1)起升速度，由已知得 (2)鋼絲繩速度：V繩＝V升×ɑ a：滑輪組倍率，a=6 V繩＝12×6=72m/min (3)鋼絲繩速度（按纏繞時第三層計算）： n卷＝V繩／[（D+4+d）×π] ==114.6r/min D：卷筒直徑 d：鋼絲繩直徑 (4)初步選定減速比為i＝26.18，則馬達轉(zhuǎn)速 n馬＝n卷×i＝26.18×114.6=3000r/min (5)卷筒扭矩（按最大計算） M卷＝S×[D＋9×d]／[2×η卷] S：鋼絲繩單繩拉力,取標準值11052.6N η卷：卷筒的效率，0.98 M卷＝11052.6×[(160+6×10)×10-3]／2×0.98=1410Nm (6)馬達扭矩： M馬=M卷／(i×η) η=η卷×η軸承3×η開齒×η閉齒 η卷：卷筒效率, 0.98 η軸承：軸承傳動效率, 0.99 η開齒：開式齒輪傳動效率 0.94 η閉齒：閉式齒輪傳動效率 0.99 η=0.98×0.993×0.94×0.99=0.89 M==60.5Nm 由馬達轉(zhuǎn)速、扭矩選用 馬達M-MFB20-US 排量：qm=21.10ml/r 轉(zhuǎn)速 100r/min~3200r/min 最大輸出扭矩 64N/min (7) 由馬達轉(zhuǎn)速，得出油泵的容量： Q= n馬：馬達轉(zhuǎn)速已知為3000r/min q：馬達排量, qm=21.10ml/r η馬容：馬達容積效率,0.96 Q==65937.5ml/min (8)重物提升功率 N重=V升×Q起=12×6300×6.8／60=12.348kw (9)油泵驅(qū)動功率 N泵=N重／η η=η卷×η輪組×η減×η馬總×η泵總 η卷：卷筒效率,0.98 η輪組：滑輪組效率,0.95 η輪：導向輪效率,0.96 η減：減速機效率,0.94 η馬總：馬達總效率,0.87 η泵總：油泵總效率,0.8 則：η=0.98×0.95×0.96×0.94×0.87×0.8=0.585 N泵= =21.12kw (10)發(fā)動機轉(zhuǎn)速,標準值n發(fā)=2600r/min (11)泵的排量 q===23.63ml/r Q：油泵容量=65937.5ml/min η容：容積效率=0.93 q= 由泵的排量、驅(qū)動功率選用： 泵 CB-B-32 排量 qm=32ml/r 1.2鋼絲繩的設計與選用 鋼絲繩受力復雜，內(nèi)部應力難以計算。設計規(guī)范規(guī)定，可按鋼絲繩在工作狀態(tài)下的最大靜拉力計算，其公式為： d = c d：鋼絲繩最小直徑mm c：選擇系數(shù)。它的取值與機構工作級別和鋼絲繩抗拉強度有關 c= n：安全系數(shù) 由工作級別（M4）選取n=4.5 k：鋼絲繩繞制折減系數(shù)，一般取k=0.82 σb：鋼絲繩的抗拉強度σb=1850N/mm2 w：鋼絲繩充滿系數(shù)，為繩斷面積與毛面積之比,計算得w=0.46 c = =0.0906 s = s：最大單繩拉力 （N） Q：起升重量 63000N a：滑輪組倍率 a = 6 η：滑輪組效率 d=0.0906×≈9.53取d=10mm 查標準圓整選?。轰摻z繩 69370-10-1850-特-光-右交GB1102-74 鋼絲繩在使用時需要與其他承載零件連接以傳遞載荷。 本設計采用楔形套筒法，查取選用： 楔 10#GB5973-86 HT200 楔套 10#GB5973-86 ZG200 楔形接頭 10#GB5973-86 ZG270-500 1.3滑輪及滑輪組設計 1.3.1選型與材料 采用HT150，工藝性好，易于加工、價廉，對鋼絲繩壽命有利。采用單聯(lián)滑輪組，它結(jié)合導向滑輪使用，倍率為6，這樣可以用較小的拉力吊起較重的物品。如圖所示單聯(lián)滑輪組展開的情況?？紤]到滑輪組的效率： S= S：單繩拉力 a：滑輪組倍率 6 ：滑輪組的效率 ==0.95 ：采用滾動軸承時為0.98 = S= =11052.6N 1.3.2滑輪直徑D 為了提高繩的壽命，必須降低繩經(jīng)過滑輪時的彎曲應力的擠壓應力，因此滑輪直徑不有過不小。 D（h－1）×d d：鋼絲繩直徑,d=10mm h：與機構工作級別和鋼絲繩有關的系數(shù)取18 D（18－1）×10=170mm 采用繩槽斷面 5.5－2ZBJ80006.1-87 1.3.3 繩最大偏角γ0 鋼絲繩進出滑輪繩槽的偏斜角不能過大，否則會增加鋼絲繩阻力，加快鋼絲繩和滑輪的磨損，嚴重時，還可能使鋼絲繩跳槽。因此一般情況下γ0=4~6。本設計取繩槽兩側(cè)面夾角2β=35~45取γ0=5；2β= 45 平衡滑輪直徑Dp=170mm 1.3.4滑輪軸設計 采用45鋼，滑輪組工作時只承受彎矩，是心軸。 RA= = =33158N RB=6×S－RA=33158N MC=RA×74－2×S×42=1525Nm [σ]對固定心軸，載荷無變化時==95N/mm2 d=21.68 d=21.68 ≈55mm 1.3.5滑輪軸承的設計與校核 各軸承受力相同均勻為2S=22105.2N，選用軸承圓柱滾子32511E，校核： L= = =7339h合格 1.4吊鉤的設計與選用 1.4.1選材 吊鉤的斷裂可能導致重大的人身及設備事故，因此吊鉤的材料要求沒有突然斷裂的危險，從減輕吊鉤重量出發(fā)，要求吊鉤的材料具有足夠的強度。本吊鉤采用DG20Mn。 1.4.2構造 采用鍛造的單鉤，制造與使用方便，梯形斷面，受力情況合理。選取鉤號LYD6-MGB10051.5強度等級M6 1.4.3吊鉤掛架 采用長型號鉤組，吊鉤支承在單獨的滑輪軸上。為了便于工作，吊鉤應能繞垂直軸線和水平軸線旋律，為此吊鉤螺母與橫梁之間采用止推軸承，吊鉤尾部的螺母壓在其上。吊鉤橫梁的軸端與定軸擋板相配處形成環(huán)形槽，容許橫梁轉(zhuǎn)動。推力球軸承選：GB301-84.8310 校核： C0=S0×P0﹤C0a S0：安全系數(shù),為2 P0：對a=90°的推力軸承P0a=Fa=63000N C0=2×6300=126KN﹤Coa合格 1.4.4橫梁 只受彎矩，不受轉(zhuǎn)矩的心軸，采用45鋼 R==31500N Mc=Ra×=31500×=23310Nm W= a為 ： ==0.4167 W= (1－0.41674)=164533 σ= = =14.2N/mm2 h=30mm b==45mm 取b=50mm 1.5卷筒設計 本設計采用多層繞卷筒，其容繩量大。隨著起升高度的增加。起升機構中卷筒的繞繩量相應增加。采用尺寸較小的多層繞卷筒對少機構尺寸是很有利的。其表面做成螺旋繩槽，兩邊有側(cè)板以防鋼絲脫出，二級減速大齒輪與卷旋繩槽，兩邊有側(cè)板以防鋼絲繩脫出，二級減速大齒輪與卷筒連接在一起。 1.5.1名義直徑： 其名義直徑是繩槽底的直徑 D1=hd d：鋼絲繩直徑10mm h：與機構工作級別和鋼絲繩結(jié)構有關，查表h=16 D1=16×10=160mm 1.5.2卷筒的長度 L=1.1 n：卷繞層數(shù)N=5 a：滑輪組倍率a=6 D：卷筒直徑160mm H：起升高度10mm D：鋼絲繩直徑10mm L=1.1×=200.08mm 1.5.3卷筒厚度 本卷筒為鋼卷筒ZG230-450，可由經(jīng)驗公式確定δ≈d，考慮到工藝要求， 取=15mm 1.5.4卷筒強度校核 最大拉力為Smax的鋼絲繩繞上卷筒后，把卷筒箍緊，使卷筒產(chǎn)生壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)應力，其中壓縮應力最大，當L3D時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應力不超過壓縮應力的30%，因此彎曲和扭轉(zhuǎn)應力可忽略。 =A A：原與卷筒層數(shù)有關的系數(shù), A=2 S：鋼絲繩最大拉力 P：卷筒節(jié)距11.5mm δ：卷筒厚度15mm [σy]：許用壓應力==153N/mm 2 σs=230N/mm2 σ1=2×=128N/mm<合格 1.6減速器設計 起升結(jié)構的減速器傳動采用一級懸掛閉式減速器與一級開式齒輪傳動相結(jié)合。為了減小尺寸、節(jié)省材料、延長齒輪壽命，本設計采用硬齒面。 1.6.1總傳動比及其分配 (1)總傳動比:已知馬達轉(zhuǎn)速及卷筒轉(zhuǎn)速，所以總傳動比為 i===26.18 (2)傳動比分配:傳動比分配的合理，傳動系統(tǒng)結(jié)構緊湊、重量輕、成本低，潤滑條件好。由i1=(1.3~1.4)i2 取i2=4.407; i1=5.94 1.6.2 傳動裝置的運動參數(shù)計算 從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸。 (1)各軸轉(zhuǎn)速計算 第Ⅰ軸轉(zhuǎn)速 =3000r/min 第Ⅱ軸轉(zhuǎn)速 = ==505r/min 第Ⅲ軸轉(zhuǎn)速 ==114.6r/min (2)各軸功率計算 馬達功率： =19.01Kw 第Ⅰ軸功率： PⅠ=P馬×η軸承=19.01×0.99=18.82Kw 第Ⅱ軸功率：PⅡ=PⅠ×η閉齒=18.82×0.99×0.99=18.44Kw 第Ⅲ軸功率：PⅢ=PⅡ×η開齒×η軸承×η卷×軸承 =18.84×0.96×0.99×0.99×0.975 =16.92Kw (3)各軸扭矩計算 第Ⅰ軸扭矩：TⅠ=9.55×106×=9. 55×106=59904Nmm 第Ⅱ軸扭矩：TⅡ=9.55×106×=9.55×106 =348758Nmm 第Ⅲ軸扭矩：TⅢ=9.55×106×=9.55×106 =1410Nmm 1.6.3 齒輪設計 Ⅰ級齒輪傳動設計 (1)齒輪材料、熱處理、齒面硬度、精度等級及齒的選用 本設計采用硬齒面，采用輪齒彎曲疲勞強度強度進行設計計算，再進行接觸疲勞強度驗算。由于配對小齒輪齒根薄弱，彎曲應力也較大，且應力循環(huán)次數(shù)多，所以小齒輪的強度比大齒輪的硬度高些。 小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC=59 大齒輪 40Cr 表面淬火 HRC=52 由于采用淬火，齒輪變形小，不易摩削，所以采用8級精度。 小齒輪數(shù)Z1在推薦值20~40中選取21 大齒輪數(shù)Z2： Z2=Z1×i=21×5.94=124.7 取Z2=125 齒數(shù)比μ： μ==5.95 傳動比誤差Δμ：Δμ= =0.00168﹤0.05合格 (2)齒根彎曲疲勞強度設計計算 由式得 M T1：小輪轉(zhuǎn)矩 ψd：齒寬系數(shù) ψd=0.5 K：載荷系數(shù) K=KA×Kν×Kβ×Kα ：使用系數(shù) KA=1 ：動載荷系數(shù)處估其值1.14 ：齒向載荷分布系數(shù) =1.13 Kα：齒間載荷分配系數(shù) Kα=1.05 則載荷初值 Kt=1×1.14×1.13×1.05=1.353 ：應力修正系數(shù) ：齒形系數(shù) ：重合度由式 =[1.88-3.2（1/Z1+1/Z2）] =[1.88-3.2×(+)] =1.702 =0.25+0.75/ =0.25+=0.691 = ：彎曲疲勞極限，雙向傳動乘以0.7 =920×0.7=644Mpa =760×0.7=532Mpa ：彎曲最小安全系數(shù)1.4 YST：試驗齒輪應力修正系數(shù)2 YN：彎曲壽命系數(shù) 按每天工作8小時，每年300天，預期壽命10年計算： N1=60×n1×j× =60×3000×1×10×300×8 =4.32×109 N2= = 4.32×109／5.95=7.26×108 =×2×1=920Mpa =×2×1=760Mpa 則 ===0.0047 =0.0037 小齒輪的大，按小齒輪估算： =1.34mm 按表 第一系列圓整考慮到傳遞動力的模數(shù)一般大于1.5~2，取m=2mm (3)驗算齒面接觸疲勞強度 σH=ZH×Zε×ZE× 小輪圓周速率： V===6.6m/s Kv：動載荷系數(shù) 1.15 由 ν×Z1／100= =1.386 K：載荷系數(shù) K= =1.365 ZH：節(jié)點區(qū)域系數(shù) 2.5 Zε：重合度系數(shù) 由 Zε==0.875 大齒輪齒寬 b=ψd×d1=0.5×42=21mm 為了保證足夠的齒寬接觸,補償軸向安裝誤差,大齒輪齒寬 b1=b+(5~10) =28mm ZE：彈性系數(shù) 189.8 N/mm2 [σH]：許用接觸應力 [σH]=σHlim×ZN×ZW/SHlim ZW：硬化系數(shù)均勻硬齒面 1 SHlim：接觸最小安全系數(shù) 1 σHlim：接觸疲勞極限 [σH]1= =1480Mpa [σH]2= =1200Mpa 故 σH=2.5×189.8×0.875× =945Mpa<1200Mpa合格 (4)尺寸計算（主要幾何尺寸） 小輪分度圓直徑 d1=m×Z1=2×21=42mm 大輪分度圓直徑 d=m×Z=2×125=250mm 根圓直徑 df1=d1－2.5×m=42－2.5×2=37mm df2=d1－2.5×m=250－2.5×2=245mm 中心距 a = ×(d1+d2)=×(42+250) =146mm Ⅱ級齒輪傳動設計 (1)齒輪材料、熱處理、齒面硬度、精度等級及齒數(shù) 本設計采用硬齒面 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)及表面淬火HRC=59 大齒輪45鋼 調(diào)質(zhì)及表面淬火HRC=52 由于采用淬火，輪齒變形小，不易摩削，所以采用8級精度。 小輪齒數(shù)Z1在推薦值20~40中選取23 大齒輪數(shù)： Z2=Z1×i=23×4.407=101.36 取Z2=101 齒數(shù)比μ： μ=Z2／Z1= =4.391 傳動比誤差Δμ： Δμ= =0.0036<0.05合格 (2)齒根彎曲疲勞強度設計計算 由式得： m T2：小輪轉(zhuǎn)矩 Ψd：齒寬系數(shù) 0.4 K：載荷系數(shù) K=KA×Kν×Kβ×Kα KA：使用系數(shù)1 Kν：動載荷系數(shù) ，初估其值1.12 Kβ：齒向載荷分布系數(shù) 1.13 Kα：齒向載荷分配系數(shù) 1.04 則載荷初值 Kt=1×1.12×1.13×1.14=1.316 Y：應力修正系數(shù) Y：齒形系數(shù) Y0：重合度由式 εa=[1.88－3.2(1／Z1+1／Z2)] =[1.88－3.2×(1／21+1／125)] =1.709 Y0=0.25+0.75／εa=0.25+ =0.688 σ=σ／S×Yst×Yn σ：彎曲疲勞極限，雙向傳動乘以0.7 σ1=760×0.7=532Mpa σ2=740×0.7=518Mpa S：彎曲最小安全系數(shù)1.4 Yst：試驗齒輪應力修正系數(shù)2 Yn：彎曲壽命系數(shù) 按每天工作8小時，每年300天，預期壽命10年計算： N1=60×n1×j×Ln =60×505.05×11×0300×8 =7.27×108 N2=N1／μ=7.27×108／4.407=1.65×108 σFp1= ×2×1=760Mpa σFP2= ×2×1=740Mpa 則 ==0.00568 小齒輪的模數(shù)，按小齒輪估算： m=2.56mm 差表，第一系列圓整，取m=3mm (3)驗算齒面接觸疲勞強度 σH=ZH×Zε×ZE× 小輪圓周速度： V==1.98m/s Kv：動載荷系數(shù)由 VZ／100=1.98／100=0.455 K：動載系數(shù) K= =1.316 數(shù)模仍取3mm ZH：節(jié)點區(qū)域系數(shù) 2.5 Zε：重合度系數(shù) 由 Zε==0.873 大齒輪齒寬 b=ψd×d1=0.4×69=27.6=28mm 為了保證足夠的齒寬接觸，補償軸向安裝誤差 小齒輪齒寬 b=b+(5~10) =34mm ZE：彈性系數(shù) ZE=189.8N／mm2 [σH]許用接觸應力 [σH]=σ×Zn×Zw/S ZW：硬化系數(shù) 均為硬齒面 ZW=1 SHlim：接觸最小安全系數(shù) 1 σHlim：接觸疲勞極限 σHlim1=1200Mpa [σH]1= =1480Mpa σHlim2=1150Mpa [σH]2= =1480Mpa [σH]=2.5×189.8×0.873×=1200Mpa (4)尺寸計算（主要幾何尺寸） 小輪分度圓直徑 d1=m×Z1=3×23=69mm 大輪分度圓直徑 d2=m×Z2=3×101303mm 根圓直徑 df1=d1－2.5×m=69－2.5×3=61.5mm df2=d2－2.5×m=303－2.5×3=295.5mm 頂圓直徑 da1=d1+2×m=69+2×3=75mm da2=d2+2×m=303+2×3=309mm 中心距 a= ×(d+d)= ×(69+303)=186mm 1.6.4 棘輪設計 為了防止逆轉(zhuǎn)，本設計在齒輪軸Ⅱ上安裝棘輪停止器。棘輪的齒形已經(jīng)標準化，周節(jié)t根據(jù)齒頂圓來考慮，步數(shù)越多，沖擊越小，但尺寸越大。設計齒形時，要保證棘爪嚙合性能可靠，通常將齒輪工作齒面做成與棘輪半徑成(15%~20%）的夾角，本設計=180。棘輪的材料選為Q235 由表8-6-22齒數(shù)取為20 (1)棘輪模數(shù)按齒受彎曲計算確定 m M：所傳遞的力矩M=348758Nmm C= =1.5 B：棘輪的寬度 C：1~2 [σw]：棘輪的許用彎曲應力 m 取m=10mm (2)棘輪模數(shù)按齒受擠壓進行驗算 [p]許用單位線壓力, [P]=35N/m2 滿足強度要求 1.6.5 軸的設計 從高速到低速各軸命名為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸。 齒輪軸Ⅰ的設計 (1)軸材料 由于做成齒輪軸，材料與小齒輪相同 (2)作用在齒輪上的力 T1：小輪轉(zhuǎn)矩59904Nmm 齒輪分度圓直徑 d1=m×Z1=2×21=42mm 圓周力 Ft1=2×T／d1=2×59904／42=－Ft2 徑向力 F (3)初步估算軸的直徑 最小值徑dmin計算并加大30%（考慮鍵槽的影響）即 dmin=1.03×A× A：系數(shù)107~98 dmin=1.03×170×=20.3mm (4)確定軸各段直徑和長度 <1>段：馬達的輸出軸和<1>段通過鍵相連，馬達的輸出軸直徑為φ25，所以取L1=43.5mm d1=40mm <2>段：定位軸 L2=3mm d2=47mm <3>段：軸 L3=27.5mm d3=37mm <4>段：小齒輪 L4=28mm d4=42mm <5>段：右軸承定位 L5=13mm d5=37mm <6>段：軸承定位的地方 L6=16mm d6=30mm (5)繪制軸的彎矩和扭矩圖 計算軸承反力 H平面： RAH=Frl×L2／(L+L)=1038×35／71=512N RBH=Frl－RAH=1038－512=516N V平面： RAV=F×L2／(L+L)=2852×35／71=1406N 齒寬中點彎矩 n T A 36 35 B RAH RBH L1 L2 H平面 L1 L2 RBV R V平面 H平面： MH=RAH×l1=512×36=18432Nmm V平面： MV=RAV×l1=51406×3650616Nmm 合成彎距： M==53868Nmm 按彎矩合成強度校核軸的強度由式9-3，當量彎距 Me= M為合成彎矩 a：考慮到彎矩大小有變化取0.6 Me==64758Nmm 公式: σe=Me/W W=0.1×d3=0.1×423=7409 則 σe==8.74N/mm2 20CrMnTi滲碳淬火、回火σB=600 N/mm 2 轉(zhuǎn)動軸以[σ]-1為許用應力[σe]=70 N/mm2＜σB,安全 (6)軸承校核 預選左軸承為 208 Cr=22.8KN 右軸承為 32206 Cr=15KN RA= ==1496N RB= ==1539N 壽命計算 Lh= ft：溫度系數(shù) 工作溫度＜120°取1 fp：載荷系數(shù) 中等沖擊 取1.5 ε：壽命指數(shù) 對球軸承ε=3 LhA=[106/(60×3000)]×[(1×22800)/(1.5×1496)]3=5872h LhB=[106/(60×3000)]×[(1×36200)/(1.5×1539)]3=21411h (7)鍵的校核 馬達和小齒輪軸上的鍵，由馬達型號決定，鍵B8×25，沖擊載荷 σP=σP =54.8 N/mm2<[σP]合格 軸II的設計 (1)軸材料 軸II與二級轉(zhuǎn)動小齒輪為齒輪軸，材料為40Cr (2)作用在齒輪2上的力 T2：轉(zhuǎn)矩T2=348758Nmm 由作用在齒輪I上的力得 圓周力Ft2=2852N 徑向力Fr2=1038N (3)作用在齒輪3上的力 齒輪分度圓直徑 d3=m×Z3=3×23=69mm 齒輪受力 圓周力 Ft3=2×T/d3=2×348758/69==2852N 徑向力 Fr3= Ft3×tga=10109×tg200=3679N (4)初步估算軸的直徑 最小直徑dmin： 即 dmin= A：系數(shù)107~98 dmin=107=235.5mm (5)確定軸各段直徑和長度 <1>段：根據(jù)dmin圓整，并考慮到軸承的裝配取d1=40mm <2>段：上面裝有擋盤、棘輪、磨擦片， 為使軸承定位,取d2=47mm <3>段：為使擋盤定位，便于安裝大齒輪II,取d3=56mm <4>段：左軸承定位，且大齒輪與箱體應 有一段距離,取d 4=97mm <5>段：軸承安裝的地方d5=80mm <6>段：小齒輪III外徑較小，取d6=60mm (6)繪制軸的彎矩和扭矩圖 計算軸承反力 H平面： RAH===6833N RBH= RAH－Fr3－Fr2=6833－3679－1038=2116N V平面： RAV===15086N RBV=Ft2+RAV－Ft3=15086+2852－10109=7829N 求大齒寬中點彎矩 Fr3 Fr2 RBH RAH L1=63.5 L2=38.5 L3=53 H平面 Fr3 RAV RBV V平面 H平面： M大H=RAH×l2－Fr3×(l1+l2) =6833×38.5－3679×(63.5+38.5) =－112188Nmm V平面：M大V=RBV×l3=7829×53=414937Nmm 合成彎矩： M ==429836Nmm 求軸承處彎矩 H平面： MAH=－Fr3×l1=－3679×63.5=－233617Nmm V平面： MAV= Ft3×l1=10109×63.5=641922Nmm 合成彎矩： MA= =68311Nmm 按彎矩合成強度校核軸的強度由式9-3，當量彎距 Me= M為合成彎矩 a：考慮到彎矩大小有變化取0.6 Me大==64758Nmm MeA==714443Nmm 查表 40Cr 表面淬火σB=750N/mm2 查表 轉(zhuǎn)動軸以[σb]－1為許用應力70N/mm2 由式9-3 σe= W=0.1×d3 則σe大=478065/(0.1×563) =27N/mm2 σeA=714443/(0.1×803) =14N/mm2 (7)精確校核軸的強度 a、軸的細部結(jié)構設計 圓角半徑：各軸肩處圓角半徑均采用r=2.5mm，既滿足定位面接觸高度h＞2~3mm的要求，又小于孔的倒角的要求。 鍵：棘輪的轉(zhuǎn)盤與軸承之間有雙鍵連接，選取1425 選擇危險剖面：大齒輪外既有軸肩又有螺紋，GB1095-79 螺紋為 M56×4－L 中徑d2=53.4mm b、計算危險剖面工作應力σa、σm、τa、τm 彎矩 M=M大×（l2－）/ l2 =478065×=347684N/mm 抗彎剖面模量W與抗扭模量WT W=π×d3/32=π×53.4023/32=14951 WT=π×d3/16=π×53.4023/16=29902 彎曲應力： σ==23.26 N/mm2 扭轉(zhuǎn)應力： τ=T/WT==11.66 N/mm2 彎曲應力幅： σa=σ=23.26 N/mm2 彎曲平均應力： σm=0 扭轉(zhuǎn)應力幅τa和平均應力幅τm相等τa=τm==5.83 N/mm2 c、確定軸材料機械性能σ－1、τ－1、Ψσ、Ψτ 彎曲疲勞極限σ－1 剪切疲勞極限τ－1 合金鋼材料的彎曲應力、扭轉(zhuǎn)應力特性系數(shù) Ψτ=0.5×Ψσ=0.125 d、確定綜合影響系數(shù)Kσ和Ψτ Kσ=kσ/(εσ×βσ) Kτ=kτ/(ετ×βτ) 軸肩角處有效應力集中系數(shù)Kσ和Kτ由 σB=750N/mm2 配合處kσ/εσ和kτ和ετ根據(jù)d、σB配合處，尺寸系數(shù)εσ、ετ，由d=56mm，表面狀況系數(shù)βσ、βτ 得：kσ/εσ=2.11 kτ/ετ=1.52 kσ/εσ=3.67 kτ/ετ=2.75 εσ=0.72 ετ=0.85 βσ=0.86 βτ=0.86 由σB=750N/mm2，表面加工方法為精車，則綜合影響系數(shù) Kσ=3.41 Kτ =2.45 Kσ=4.27 Kτ =3.2 e、計算安全系數(shù)S： S= Sσ=（KN×σ-1）/（Kσ×σσ+Ψσ×σm） = =3.52 Sτ=（KN×σ-1）/（Kτ×τσ+Ψτ×τm） = =10.31 S==3.33>[S] 安全 (8)軸承校核 預選左軸承為32213E ，Cr=102kN 右軸承為32208E，Cr=51.5kN a、 RA= ==16561N RB= ==8110N b、壽命計算 Lh= ft：溫度系數(shù) 工作溫度＜1200 ，取1 fp：載荷系數(shù) 中等沖擊，1.2 ε：壽命指數(shù) ε=10/3 LhA==7697h LhB==8522h (9)鍵的校核 擋盤處雙鍵B14×25 GB1095-79，沖擊載荷 σp=σp=85N/mm2<[σp] =90N/mm2合格 軸III的設計 (1)軸材料 軸III材料為45調(diào)質(zhì) (2)繪制軸的彎矩圖 大齒輪與卷筒用螺栓相連，卷筒與軸用軸承支承，所以軸是心軸。根據(jù)安裝分析，軸處于如下位置時最危險。 L1=17 RA RB S Ft Fr L2=225.5 a、計算軸承反力 H平面： RAH=(S×l2)/(l1+l2)= =10278N RBH=RAH+Ft－S =10109+10278－11052.6=9334N V平面： RBV=Fr=3679N 合成： RA= ==10278N RB= ==10033N b、求鋼絲繩處彎矩 H平面： MAH =RAH×L1=10278×242.5=2492415Nmm V平面： MAV =0 合成彎矩： MA= =2492415Nmm [σ]對固定心軸，載荷無變化時[σ]= [σ0]=295N/mm2 d=21.68×=21.68=44.15mm 取d=50mm (4)減速器附件的設計 a、地腳螺釘直徑 df=0.036a+12 =0.036×146+12=17.526 取df=20mm b、地腳螺釘數(shù)目 當a＜250mm時n=4個 c、箱體壁厚 δ=0.025×a+1＞8=0.025×146+1 取δ=8mm d、二級齒輪軸上的油封取內(nèi)包骨架唇開密封 65 GB9877.1-88 e、通氣塞 M12×1.25 f、油標： 管理油標 g、放油螺塞： 六角螺塞 M14×1.5Q/ZB220.77 2起重臂的設計 吊臂是隨車起重機的主要受力構件，吊臂的設計合理與否直接影響著起重機的承載能力、整機穩(wěn)定性和自重。為了提高產(chǎn)品的競爭力，吊臂截面的選擇與外觀均要合理。本設計采用箱形結(jié)構伸縮式吊臂。 2.1三鉸點設計 2.2.1三鉸點定位 在計算臂前，首先要確定三鉸點的位置。已知條件起升高度是10m，最大工作幅度為7.7m。暫定汽車從地面到臂的后鉸點距離為2.9m，臂后鉸點距回轉(zhuǎn)中心的距離為a=0.2m，起升角θ=75。其參數(shù)暫定如下： L1：變幅缸原始長度800mm a：起重臂后鉸點距回轉(zhuǎn)中心的距離200mm b：變幅缸下鉸點距回轉(zhuǎn)中心的距離220mm c：變幅缸上鉸點距臂后鉸點的距離240mm 其中：A是起重臂后鉸點 B是變幅缸下鉸點 C是變幅缸上鉸點 由圖可得： e===483.7mm ?=arcsin=29.74 δ=arcsin(c+l1)/d==67.96 其中 : d= ==1122mm L2為變幅缸全伸時的長度 l2= ==1385.9mm l2/l1=1.732 根據(jù)經(jīng)驗，l2/l1=1.7~1.8之間，液壓缸做的方便實用，符合實際，所選值合適。 2.2起重臂設計 2.2.1起重臂基本參數(shù)計算與選用 (1)起重臂基本尺寸 根據(jù)起升高度H和工作幅度R，并參考現(xiàn)有起重機的相關尺寸，初步估計出臂的基本尺寸如下 基本臂 3170 mm 二節(jié)臂 3025 mm 三節(jié)臂 2940 mm 總臂 3360(7900) mm 表1 起重臂基本工況組合 工況 L(mm) R(mm) Q(kg) i 1 3360 2100 6300 6 2 3360 3160 4000 6 3 5680 2600 5000 6 4 5680 5480 2500 6 5 7900 2100 3000 6 6 7900 7900 1500 6 其中： L：各種工況下的臂長 R：各種工況下的工作幅度 Q：起重量（包括吊鉤、吊具重量） i：起升滑輪倍率 (2) 起重臂材料性能參數(shù)其它參數(shù)的選擇 臂的不同部位可采用不同強度的鋼材，以減輕吊臂自重，充分發(fā)揮鋼材的作用。 a、吊臂底板選用材料HQ70 查表得 σB=700Mpa 取安全系數(shù)為1.33 [σ]=σS/n=<σs=540Mpa 合格 b、吊臂其它選用材料為HQ60 ，查表得 σB=600Mpa 取安全系數(shù)為1.33 [σ]=σS/n=<σs合格 c、其他參數(shù) 滑輪組效率η=0.95 吊臂內(nèi)側(cè)與滑塊之間的間隙為ε=3mm 動載系數(shù)φ=1.25 水平載荷系數(shù)Ψ=0.08 2.2.2 起重臂的形狀及主要計算參數(shù) (1)起重臂計算參數(shù)： 表2 起重臂截面參數(shù)（mm） 基本臂 二節(jié)臂 三節(jié)臂 B1 200 182 b1b2b3 4(b3=5) 4 4 H 328 280 242 H1 286 243 215 LB1 34 27 25 LB2 42 53 46 LB3 106 95 67 0 22.5 22.5 22.5 截面參數(shù)計算： 截面面積F（忽略圓?。? F=B1×b+2×(H1+LB1+LB2) ×b+2×LB3×b 其中b1=b2=b3=b 形心計算： SY=B1×b× (H－ ） 形心位置： HY= 載面的慣性矩： Ix=B1×(b3/12)+B1×b×(HY－)2+2×b×H13/12+ 2×[LB1×b3+LB1×b×(HY－)2]+2×[LB2 ×sinθ×(b3/12)+LB2×sinθ×b×(H1－HY+LB2 ×sin)2]+2×[LB3×sinθ×b3/12+LB3×sinθ×(H－ HY－LB3×sin)2] 截面的抗彎模量：由分析可知，位置2受拉應力最大，位置5受壓應力最大，只需校核該位置即可： Wx2=Ix/HY Wx5=Ix/H-HY 表3 起重臂截面計算結(jié)果 基本臂 二節(jié)臂 三節(jié)臂 F(mm) 4738 3784 3352 HY(mm) 147.4 129.6 115.7 I(mm) 69258761 38537826 25661102 W 471469 297360 221790 W 383493 256235 201580 (2) 截面強度計算： 對起重臂：每節(jié)臂的交界處為受力最危險截面，A-A，B-B，C-C依次為從基本臂到三節(jié)臂的最危險的截面，只需驗算這些截面即可： A-A截面： MA=PQ×S5×cosa+G1×(k1+S3+S4)×Cosa+G2× (k2+S4)×cosa+G3×k3×cosa NA=(PQ+G1+G2+G3)×sina+S B-B截面： MB=PQ×S2×cosa+G1×(k1+S3)×cosa+G2×k2×cosa NA=(PQ+G1+G2)×sina+S C-C截面： MB=PQ×S1×cosa+G1×k1×cosa NA=(PQ+G1)×sina+S 表4 截面強度計算結(jié)果(mm) 基本臂 二節(jié)臂 三節(jié)臂 L 8100(3000) 5680(4500) 3360(6300) S 2