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目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關鍵字…………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………… 2
1 起重機設計總則………………………………………………………………… 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 起升機構的設計………………………………………………………………6
2.1 確定起升機構的方案 ……………………………………………………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 運行機構的設計………………………………………………………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 回轉機構的設計………………………………………………………21
4.1 回轉機構的組成及常用形式 …………………………………………21
4.2 載荷計算 ……………………………………………………23
4.3 回轉驅動裝置計算 ………………………………………………25
4.4 電動機的選擇與校驗…………………………………………………27
4.5 確定機構速比選擇聯(lián)軸器…………………………………………… 28
4.6 制動器的選擇………………………………………………………… 28
4.7 減速器的選擇………………………………………………………… 29
4.8 螺栓組連接的設計…………………………………………………… 29
4.9 強度的校核…………………………………………………………… 31
總結與發(fā)展………………………………………………………………………… 33
參考文獻…………………………………………………………………………… 34
致謝………………………………………………………………………………… 35
2T 立柱式旋臂起重機的設計
摘要：
起重機是工程實際中廣泛應用的特種設備。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、靈活和結構獨特等特點.根據(jù)旋臂起重機的整體結構特點和規(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)的功能和相應的結構上必不可少的。該設計主要針對起升機構選擇相應的零部件及技術參數(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，也對回轉機構做了詳細的分析介紹。傳統(tǒng)設計的定柱式旋臂起重機，存在著結構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)代設計對傳統(tǒng)設計和計算方法技術提升，已迫在眉睫。
關鍵詞：起重機；起升機構；回轉機構
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)用戶對設備提出的性能參數(shù)、外形尺寸、質量、價格等方面的要求進行設計，然后開始生產(chǎn)。
起重機械種類繁多，應用十分廣泛。近年來，工程起重機械異常迅猛，持續(xù)火爆，新理念、新技術、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把物品提起，運行、旋轉或變幅機構把物品移位，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廣泛應用的重要起重設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高勞動生產(chǎn)率，加快建設速度，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，本設計以立柱式旋臂起重機的設計計算、三維建模和有限元仿真為主要內容。
第1章 起重機設計總則
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)代化國防六大領域。工程起重機械是保證各種工程建設實現(xiàn)高速度、高質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)在技術水平、科研條件、品種數(shù)量、產(chǎn)品質量、專業(yè)化生產(chǎn)程度、生產(chǎn)規(guī)模、出口創(chuàng)匯、用戶服務、企業(yè)組織結構優(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)濟各領域和國防現(xiàn)代化建設中正發(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的國內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，特點是技術較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術和全路面技術領先于歐洲，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，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。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、提高質量等方面。
起重機是以反復的循環(huán)方式完成貨物裝卸或設備安裝作業(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；由于反復起動和制動，各機構和結構將受到強烈的震動和沖擊，載荷是正反向交替作用的。許多重要構件承受不穩(wěn)定變幅應力的作用，這些都對構件的強度產(chǎn)生較大的影響。
起重機屬于危險性作業(yè)的設備，它發(fā)生事故造成的損失將是巨大的。所以起重機設計和制造一定要嚴格按照國家標準和有關規(guī)定進行。
1.4 起重機的組成
起重機由產(chǎn)生運動的機構、承受載荷的金屬結構、提供動力和起控制作用的電氣設備及各種指示裝置等四大部分組成。
起重機機構有四類，即：使貨物升降的起升機構；做平面運動的運行機構；使起重機旋轉的回轉機構；改變回轉半徑的變幅機構。每一機構均由電動機、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，設計任何合適的起重機形式。但從構造特征來看，種類繁多的起重設備可歸納為三大類。
1. 單動作起重設備
這類起重設備是使貨物作升降運動的起升機構。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成的省力滑輪組，結構緊湊，質量輕，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，配有運行小車后可在空間布置的工字鋼軌上運行，構成單軌架空道，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。
3、絞車 由電動機經(jīng)減速器、卷筒、驅動鋼絲繩滑輪組成的起重設備，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用。各類起重機的起升機構都是一種絞車。絞車也有液壓或內燃機驅動的。
4、升降機 一種由絞車拖動吊箱，吊箱延軌道升降的起重設備。在建筑工地上應用的建筑升降機是一種典型的形式。在高層建筑中應用的電梯是供人員上下樓梯使用的，是一種安全信號設備齊全，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
依靠運行機構和運行小車運行機構組成，使起重的貨物做平面運動，再加上置于小車上的起升機構，作業(yè)的范圍是長方形空間。根據(jù)結構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. 回轉類型起重機
依靠起重機的回轉和變幅機構運動的組合，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，結構獨特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時省力、靈活等特點，三維空得內隨意操作，在段距、密集性調運的場合，比其它常規(guī)性吊運設備更顯示其優(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，回轉臂回轉驅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上，由擺線針輪減速裝置來驅動旋臂回轉，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構，自重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟耐用。內置式行 旋臂吊MODE型走機構，采用帶滾動軸承的特種工程塑料走輪，摩擦力小，行走輕快；結構尺寸小，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)客戶需求設計定制的專用起重設備。
立柱式旋臂吊具有結構新穎、合理、簡單、操作方便、回轉靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運設備，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、回轉旋臂及電動葫蘆等組成。立柱下端固定于混泥土基礎上，旋臂回轉，可根據(jù)用戶需求進行回轉。回轉部分分為手動和電動回轉（擺線針輪減速劑安裝與上托板或者下托板上帶動轉管旋臂回轉）。電動葫蘆安裝在旋臂軌道上，用于起吊重物。
第2章 起升機構的設計
2.1 確定起升機構的傳動方案
起升機構包括：取物裝置，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)及驅動裝置等部分，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。主要技術要求參數(shù)如下：
表2-1 起重機主要技術參數(shù)
起重量Q
起升高度H
跨度L
起升速度V
回轉速度
轉角范圍
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，用來降低轉速和增大轉矩以滿足各種工作機的需要。根據(jù)設計要求及分析，直接選用電動葫蘆為起升機構。
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參數(shù)》，選擇電動葫蘆的型號為CD12-12，其技術性能為下表所示：
表2 CD12-12電動葫蘆技術參數(shù)
技術性能 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
結合次數(shù) 120/min
起重電機型號 ZDY31-4
額定功率 千瓦 3
額定轉速 轉/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
額定轉速 轉/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、變幅機構、運行機構，也可用于旋轉機構。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。
鋼絲繩受力復雜，受載時，鋼絲繩中有拉升應力、彎曲應力、擠壓應力及鋼絲繩捻制下的殘余應力。當鋼絲繩繞過滑輪時，受到變應力作用使材料產(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，甚至會卡死。
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?；喞K槽尺寸應保證鋼絲繩順利繞過且接觸面積應盡可能大，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?；喌木唧w尺寸，可按鋼絲繩直徑由起重機設計手冊查得。
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）。滑輪結構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《機械設計手冊》，根據(jù)機構工作級別，取繩經(jīng)比系數(shù)e=16,則可得
查《機械設計手冊》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. 卷筒類型及構造
卷筒是起升機構和牽引機構中卷繞鋼絲繩的部件。起升機構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，應有做狗剛性的底座予以支承，而卷筒的軸應該是靜定支承。
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；
—與機構工作級別和鋼絲有關的系數(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，則應該選用較大直徑的卷筒，根據(jù)《起重機設計手冊》[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
卷筒壁中承受復雜的應力，包括起升鋼絲繩拉力纏繞而產(chǎn)生的壓應力，鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭轉和彎曲應力，根據(jù)分析扭轉產(chǎn)生的應力非常小，可忽略不計，卷筒壁中的應力主要是鋼絲繩在卷筒壁上產(chǎn)生的壓縮應力。而當卷筒的長度小于或等于3倍卷筒直徑，即當時，主要計算壓應力，彎曲和扭轉的合成應力一般不大于壓應力的，所以只計算壓應力是合理的，此時卷筒內表面上的最大壓應力為
（2-10）
式中 —多層卷繞系數(shù)，該值與鋼絲繩卷繞層數(shù)有關；
—應力減小系數(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，可按下式初選相應于機構的值的電動機功率：
（2-13）
式中 —系數(shù)。
由《起重機設計手冊》，取，則
查《機械設計基礎》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。
按照工作類型系數(shù)法，由《起重機設計與實例》[9]表2—9可知的等效功率為
（2-14）
的值結合《起重機設計手冊》[7]表8—14和圖8—37得，則
綜合以上的計算結果，，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
驅動裝置總傳動比
（2-15）
式中 —電動機額定轉速（轉/分）
—穩(wěn)定時卷筒的轉速
（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，因此應十分重視卷筒軸的結構設計和強度、剛度計算。卷筒軸的結構，應盡可能簡單、合理，應力集中應盡可能小。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 卷筒心軸結構圖
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構來取，，，，。確定卷筒心軸各段長度時，應根據(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《起重機設計手冊》得知等效系數(shù) =1.1
等效彎矩：
彎曲應力：
心軸的載荷變化為對稱循環(huán)。由上式知許用彎曲應力：軸材料用45號鋼，其中，；。
式中 n=1.6—安全系數(shù)
K—應力集中系數(shù)
—與零件幾何形狀有關的應力集中系數(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的應力集中系數(shù)，，本處
取。
<通過
5. 靜強度計算
卷筒軸屬于起升機構低速軸零件，其動力系數(shù)可由表查得，=1.2。
許用應力：
<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，應盡可能構造簡單，質量輕。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。吊鉤的型號可查相應國家標準。
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；
—螺栓螺紋內徑;
—墊圈與鋼絲繩壓板之間的摩擦系數(shù)，可??；
—力作用的力臂
—螺栓許用壓應力。
由《機械設計課程設計手冊》選取螺栓內徑，本固定裝置用兩個螺栓，材料選用Q235，其許用應力
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，又會給金屬結構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。
1. 啟動時間驗算
起升機構在啟動階段，要使原來靜止的質量開始運動。這時電動機的啟動轉矩除了要克服啟動力矩除了要克服靜阻力矩外，還有運動質量的一部分用來克服運動質量的慣性阻力矩，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；
—機構總傳動效率。
帶入數(shù)字得：
轉動慣量
所以
式中 —電動機額定轉速，；
—機構運動質量換算到電動機軸上的轉動慣量，；
—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。
通常起升機構啟動時間為1～5s，此處，可在電氣設計時，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 運行機構與變幅機構
運行機構包括支承運行裝置及驅動機構兩大部分。
運行機構主要用于做水平運移物品以及調整起重機(小車）的工作位置。
運行機構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。
運行機構的工作速度隨起重機的用途而定，運行機構可以設計成工作性的運動，也可以設計成調整性的運動。雖然這兩種運動機構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，機構功率也較大，機構接電時間率也較高，零部件計算要考慮動載荷，許多零部件還要核算疲勞壽命。調整性運動時調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）。
3.1 選電動機
3.1.1 運行阻力
P靜=P摩+P坡+P風 （公斤）
P靜——小車運行靜阻力
室內運行，所以 P坡=P風=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t/t=0.1
查得r=0.87
由以上計算結果 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：
=0.07kg/m
啟動時間：
（3-2）
其中
平均啟動轉矩：
(3-3)
3.4 選擇制動
=0.65kg/m
式中 k取1.15
查《起重機設計手冊》，選用型號CL4
3.5 驗算制動時間
制動時間：
=6.5s
3.6 選擇減速器
減速器總傳動比：
（3-4）
i = 22
查《起重機設計手冊》選用ZQA25型的減速器，當中級工作類型時，=25，自重=100kg，輸出軸直徑為=200mm，軸端長=101mm。
第4章 回轉機構的設計
起重機的回轉機構，在于擴大機械的工作范圍，當?shù)跤形锲返钠鹬乇奂芾@起重機的回轉中心的回轉時，就能使物品吊運到回轉圓所及的范圍以內。這種回轉運動是通過回轉機構來實現(xiàn)的。
4.1回轉機構的組成及常用形式
回轉機構由回轉支承裝置和回轉驅動裝置兩大部分組成，前者用來將起重機旋轉部分支承在固定部位上，后者用來驅動回轉部分相對于固定部分的回轉。驅動裝置的形式與支承裝置形式有一定的的關系?；剞D起重機的回轉支承方式有定柱式、轉柱式、轉盤式等幾種。
全回轉機構由三部分組成（1）旋轉機構的原動機：他是整機的傳動分流裝置中的一個傳動元件，在機械傳動中是某根軸，在電力傳動中是電動機，在液壓傳動中是液壓馬達。它的動力是由起重機的總動力源—內燃機供給，并經(jīng)過機械傳動、或電能、或液壓能變換而來的。（2）旋轉機構的傳動裝置，一般是其減速作用。（3）旋轉小齒輪，回轉機構通過它和回轉支承裝置上的大齒圈嚙合，以實現(xiàn)回轉平面的回轉運動。
2. 回轉支承裝置
回轉支承裝置簡稱回轉支承，為起重機回轉部分提供穩(wěn)定、牢固的支承，并將回轉部分的載荷傳遞給固定部分。在起重機主要使用柱式和滾動軸承式回轉支承裝置。下面介紹滾動軸承式和柱式回轉支承裝置。
1）滾動軸承式回轉支承裝置 起重機回轉部分固定在大軸承的回轉座圈上，而大軸承的固定座圈則與底架或門座的頂面相固結。常用的滾動軸承式回轉支承裝置按滾動體形狀和排列分為下面四種結構。
a. 單排四點接觸球式回轉支承 它由兩個座圈組成，其滾動體為圓球形，每個滾動體與滾到呈四點接觸，能同時承受軸向力，徑向力和傾覆力矩。適用于中型起重機。
b. 雙排球式回轉支承 它有三個座圈，采用開式裝配，上下兩排鋼球采用不同直徑以適應于受力狀況的差異，由與接觸角壓力較大，因此能承受很大的軸向載荷和傾覆力矩。適用與中型起重機。
c. 單排交叉滾柱式回轉支承 它由兩個座圈組成，其滾動體為圓柱形，相鄰兩滾動體的軸向呈交叉排列。接觸壓力角為45度。由于滾動體與滾道間是線接觸，故承載能力高于單排鋼球式。這種回轉支承裝置制造精度高，裝配間隙小，安裝精度要求較高，適用于中小型起重機。
d. 三排滾柱式回轉支承 它由三個座圈組成，上下及徑向滾道各自分開。上下兩排滾柱水平平行排列，承受軸向載荷和傾覆力矩，徑向滾道垂直排列的滾柱承受徑向載荷，是常用四種形式的回轉支承中承載能力最大的一種，適用于回轉支承直徑較大的大噸位起重機。
滾動軸承式回轉支承裝置結構緊湊，可同時承受垂直力、水平力和傾覆力矩，是目前應用最廣的回轉支承裝置。為了保證軸承正常工作，要求固定軸承座圈的機架有足夠剛度。
2）柱式回轉支承裝置 柱式回轉支承裝置又可分為轉柱式和定柱式兩類,圖6-1表示定柱式支承，定柱2固定在起重機底座上，起重機回轉部分支承在定柱頂部的推力兼徑向軸承1上，并可繞定柱中心回轉，回轉部分的下部分由4個水平滾輪支承在定柱下部圓形滾道上。定柱式回轉支承裝置結構簡單，制造方便，起重機回轉部分轉動慣量小，自重和驅動功率較小，能使起重機重心降低。轉柱式是將定柱式支承的定柱作為起重機回轉部分，把其回轉部分作為固定機架。轉柱式回轉支承裝置結構簡單，制造方便，適用于起升高度和工作幅度較大的起重機。
綜合比較以上各種回轉支承裝置，本設計屬于小型起重機，所以采用圖4-1的定柱式支承裝置。
圖4-1 定柱式回轉支承裝置
1—徑向軸承；2—定柱
3. 回轉驅動裝置
回轉驅動裝置一般安裝在起重機的回轉部分，電動機經(jīng)減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在起重機回轉固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現(xiàn)回轉運動，下面是常見的兩種形式的機械傳動裝置。
圖4—2為臥式電動機與與蝸桿減速器傳動，回轉機構由電動機1，經(jīng)聯(lián)軸器2，由蝸輪蝸桿3及極限力矩聯(lián)軸器組成的減速器后，經(jīng)中間齒輪4傳動，最后通過回轉小齒輪5帶動整個旋轉架以上部分繞大齒圈回轉。這種傳動方式優(yōu)點是工作平穩(wěn)，結構緊湊，傳動比大，缺點是傳動效率低。
圖4—3表示立式電動機與立式圓柱齒輪減速器傳動。優(yōu)點是平面尺寸緊湊，傳動效率高。
比較兩種傳動方式，本設計選擇圖4—2所示傳動方式。
圖4-2 臥式電機與蝸桿減速器傳動
1—電動機；2—聯(lián)軸器；3—蝸輪；4—大、小齒輪；5—小齒輪；6—大齒圈
圖4—3 立柱式電動機與圓柱齒輪減速器傳動
1—電動機；2—聯(lián)軸器；3—減速器；4—小齒輪；5—大齒圈
4.2載荷計算
作用在回轉部分上的外載荷包括：回轉部分自身重力，起升載荷及其載荷Q及其載荷影響，貨載擺動時