【正文】 本設(shè)計(jì)決定采用纖維芯的交互捻鋼絲繩。 在根據(jù)要求選定了適用的鋼絲繩型式后，應(yīng)按鋼絲繩所受的最大靜張力和鋼絲繩的抗拉破壞強(qiáng)度來(lái)確定鋼絲繩直徑 d，即： ≤ Pb （式 ） 式中： Pmax—— 單根鋼絲繩的最大工作壓力，公斤； Pb —— 鋼絲繩斷拉力總和，公 斤； S —— 鋼絲繩安全系數(shù)。 查得冶金工業(yè)出版社《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取安全系數(shù) S=5（工作類(lèi)型：輕級(jí)） 則： =399179。 因此所選鋼絲繩的標(biāo)記為： 鋼絲繩 63179。 由以上可以知道，作用力和提升重量之比是與兩力力臂成反比的。因此，當(dāng)曲拐半徑大于轆轤半徑時(shí)，搖動(dòng)曲拐就能省力，而 L/ 2D 的比值越大越省力。 滑輪安裝在運(yùn)動(dòng)著的軸上叫動(dòng)滑輪，能和牽引的重物一起升降，雖然它不能改變用力的方向，卻能起到省力的作用。 確定卷筒和滑輪的直徑 鋼絲繩的壽命不僅與鋼絲繩張力大小有關(guān)，在很大程度上，還決定于它所繞過(guò)的卷筒和滑輪的直徑（即彎曲應(yīng)力的大?。?。 =93 毫米 取滑輪的直徑為 D 滑 =120 毫米。 4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案 設(shè)計(jì)的檢修起重機(jī)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)和一對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳輸給卷筒，再通過(guò)鋼絲繩和滑輪組提升橋管。 則： 102 ??卷N ≈ 千瓦 轉(zhuǎn)速 的 計(jì)算 根據(jù)卷筒的速度為 100060 0?? 卷nD?? 米 /秒，得到卷筒的轉(zhuǎn)速為： 0100060 Dn ? ???卷轉(zhuǎn) /分 （式 ） 式中： D0—— 卷筒的計(jì)算直徑，毫米 D0=D 卷 ＋ d=200＋ = 毫米。從類(lèi)型來(lái)講，本設(shè)計(jì)宜選用 Y 型三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@類(lèi)電動(dòng)機(jī)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度及過(guò)載能力，能承受經(jīng)常的機(jī)械沖擊及振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，過(guò)載能力大，適用于經(jīng)常快速起動(dòng)及機(jī)械制動(dòng)場(chǎng)合；從 轉(zhuǎn)速來(lái)講，為了使傳動(dòng)裝置不至于太復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜太高；從功率來(lái)講，如果功率選得不足，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱和很快損壞，同時(shí)也會(huì)影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率和在滿(mǎn)載情況下起動(dòng)的可靠性。合理選擇電動(dòng)機(jī)功率的基本要求是： ⑴ 在給定的工作類(lèi)型（ JC%）和額定參數(shù)下，長(zhǎng)期進(jìn)行重復(fù)短暫的工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升不超過(guò)允許數(shù)值，即不過(guò)熱； ⑵ 在正常滿(mǎn)載狀態(tài)下工作時(shí)能進(jìn)行可靠地起動(dòng) （即起動(dòng)時(shí)間不過(guò)長(zhǎng)亦不過(guò)短）并在最大工作載荷作用下具有足夠的過(guò)載能力（工作中不發(fā)生停車(chē)現(xiàn)象）。根據(jù)以上分析，按冶金工業(yè)出版社《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷持續(xù)率 JC=25%時(shí)，選擇為 Y132S6 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 N 電 =3 千瓦，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 n 電 =960 轉(zhuǎn) /分。其標(biāo)記為： ZL2510II 由于 ZL2510II 的實(shí)際傳動(dòng)比為 ，比要求的偏大，但又找不到其他更合適的減速器，因此決定自行設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)裝置的方案，由帶傳動(dòng)和開(kāi)式齒輪傳動(dòng)組成，其傳動(dòng)示意圖如圖 所示。一對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比最好不是整數(shù)，這樣有利齒輪均勻磨損。 179。 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 從前面的計(jì)算知道： N 電 =3 千瓦 n 電 =960 轉(zhuǎn) /分 i 帶 = i 齒 = η 帶 = η 齒 = η 滾 = 各軸的轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速： n1=n 電 =960 轉(zhuǎn) /分 小齒輪軸轉(zhuǎn)速： n2=帶in1 = = 轉(zhuǎn) /分 卷筒軸轉(zhuǎn)速： n3=n 卷 =齒in2= ≈ 轉(zhuǎn) /分 各軸的功率 電動(dòng)機(jī)軸功率： N1=N 電 =3 千瓦； 小齒輪軸功率： N2= 帶 =3179。 179。 各軸的轉(zhuǎn)矩 起重機(jī)提升時(shí)，卷 筒的受力情況如圖 所示，在鋼絲繩最大拉力 Pmax的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為： M 扭卷 = Pmax. 20D =399179。但是起重機(jī)要提升重物，卷筒應(yīng)該逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)才行。而這個(gè) F 力是由電動(dòng)機(jī)的額定功率 N 電 =3千瓦傳遞來(lái)的，即： 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩 M 扭電機(jī) =975000電電nN =975000179。 179。 179。 ≈ 公斤 .毫米。 現(xiàn)將以上計(jì)算所得數(shù)值列于表 ，以備后面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)使用?？紤]到工作中的必要停止，應(yīng)設(shè)有一個(gè)制動(dòng)裝置（包括制動(dòng)器及其附件）。為了使制動(dòng)器能獲得較大的制動(dòng)力矩和較小的結(jié)構(gòu)尺寸，提高接觸表 面的摩擦系數(shù)是最有效的方法。 設(shè)計(jì)選擇制動(dòng)器的主要依據(jù)是制動(dòng)力矩，因而制動(dòng)力矩是制動(dòng)器的主要參數(shù)。 為使所選出的制動(dòng)器有足夠的可靠性，根據(jù)起重機(jī)提升最大重量時(shí)制動(dòng)力矩要大于軸上最大轉(zhuǎn)矩的原則，必須滿(mǎn)足下式，即： M 制 ≥ M 制 .M 扭最大 （式 ） 式中： K 制 —— 制動(dòng)安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)屬輕級(jí)工作類(lèi)型，取 K 制 =； M 扭最大 —— 被制動(dòng)軸的最大轉(zhuǎn)矩，公斤 .厘米。它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較，見(jiàn)表 。 10 00 卷 筒轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)力矩也大，高達(dá)M 制 ≥ 179。 672 6公 斤178。 = 公斤 .厘米 按冶金工業(yè)出版社出版的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版，本設(shè)計(jì)選用電力液壓推桿制動(dòng)器 YWZ9F200。這個(gè)制動(dòng)器的型號(hào)為： YWZ9F200 制動(dòng)器。 5 控制 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 選配電器 與導(dǎo)線(xiàn) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量確定后，需選配適當(dāng)電器來(lái)控制保護(hù)電機(jī)。查《電工手冊(cè)》選用 GV2LS14C+GVAE10 型斷路器作電機(jī)主回路電源保護(hù)開(kāi)關(guān)，考慮電機(jī)可頻繁可逆起動(dòng)，選用 LC1D0910M5C+LA1DN22C型交流 接觸器，為了防止電機(jī)過(guò)負(fù)載，采用 LR2D1312C 型熱繼電器作過(guò)流保護(hù)。本設(shè)計(jì)電力液壓推桿制動(dòng)器YWZ9F200（ AC380V）與電機(jī)接線(xiàn)柱并接，當(dāng)電機(jī)得電時(shí)，制動(dòng)器同時(shí)得電，制動(dòng)閘打開(kāi)?？刂苹芈凡捎?C65N— 1P/6A 型高分?jǐn)嘈⌒蛿嗦菲髯龇乐菇拥囟搪繁Ｗo(hù)。控制回路中設(shè)置過(guò)熱保護(hù)（過(guò)熱時(shí) KH 動(dòng)作）、互鎖保護(hù)（ KM2 鎖 KM KM1 鎖 KM2，以防止主回路相間短路）等。 電氣操作箱 設(shè)計(jì) 與安裝 本設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式起重機(jī)，電氣 操作箱 宜安裝于起重機(jī) 上 ，斷路器、接觸器、熱繼電器等主回路設(shè)備安裝于箱內(nèi)，啟動(dòng)按鈕、停止按鈕等控制設(shè)備安裝于箱體表面，便于檢修人員操作。 19 圖 電氣傳動(dòng)與控制原理 20 16004005 0012004 502 001 003 504 00 圖 操作箱設(shè)計(jì) 7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 帶傳動(dòng) 帶輪直徑確定 已知帶所傳遞的名義功率 N 電 =3 千瓦，由表 ??2S ，選取工作情況系數(shù)KI=，則計(jì)算功率為： N 計(jì) = 電 =179。 d1=179。 驗(yàn)算帶速度為： v= 10006011?nd? = 100060 ? ?? ≈ 米 /秒 21 小于 25 米 /秒，故合用。 800＋ (125+425)＋ 8004 )125425( 2?? =1600＋ ＋ = 毫米 從表 ??6S 中選取 A型帶相近的計(jì)算長(zhǎng)度 L 計(jì) =2533 毫米，其內(nèi)周長(zhǎng) L 內(nèi) =2500毫米，實(shí)際中心矩 a 應(yīng)為： a=a0＋ 20計(jì)計(jì) LL ? =800+ 2 ? =800+= 毫米 驗(yàn)算小帶輪包角 a1 a1≈ 1800－ add 12? （式 ） a1≈ 1800－821125425? ≈ 1800－ ≈ 大于 1200，故合用。 齒輪傳動(dòng) 確定齒數(shù) 已知 i 齒 =，初選 Z1=22，則 Z2=i 齒 179。 22=125 實(shí)際傳動(dòng)比 i 齒 =12zz = 22125 ≈ ，誤差 %，小于 4%是允許的。 從表 ??9S 查得：當(dāng) Z1=22 時(shí)，齒形系數(shù)為 Y=； 從表 ? ?10S 中查得：雙向工作的許用彎曲應(yīng)力 [σ 彎 ]= 公斤 /毫米 2，考慮到開(kāi)式傳動(dòng)齒面磨損情 況，許用彎曲應(yīng)力降低 20%，則實(shí)際許用彎曲應(yīng)力： [σ 彎 ]? =179。 ≈ 取開(kāi)式齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù) ψm=1載荷系數(shù) K=、按式 計(jì)算模數(shù)為： 3 ][ 21 2125 nYZ KNmm ?? 彎?? （式 ） 3 2 5 ??? ??m ???m 毫米 而按 計(jì)算圖 ? ?11S 查得 m= 毫米，為更安全起見(jiàn)，決定取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為： m= 毫米 計(jì)算齒輪的幾何尺寸 小齒輪分度圓直徑 d1=mz1=179。 大齒輪分度圓直徑 d2=mz2=179。 小齒輪齒頂圓直徑 d 頂 1=m（ z1＋ 2） =（ 22+2） =84 毫米 。 小齒輪齒根圓直徑 d 根 1=m（ ） =（ ） = 毫 米 。 中心矩 a=21 m（ z1＋ z2） =21 179。（ 22+125） = 毫米 。 m=12179。 圖 總體結(jié)構(gòu)方案圖 24 8 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初算各軸的最小直徑 小齒輪軸的直徑 該軸選用材料為 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，按表 ? ?12S ，對(duì)于 45 號(hào)鋼，取 A=12，根據(jù)公式計(jì)算得： 33222 ??? nNAd （厘米） （式 ） 考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱，適當(dāng)增大并取標(biāo)準(zhǔn)直徑為 d2=28 毫米。 帶輪的結(jié)構(gòu) 已知選用 A 型三角膠帶，當(dāng)小帶輪計(jì)算直徑 d1=125 毫米時(shí)，計(jì)算得： h 頂 = δ =6mm H=12mm e=15177。 大齒輪 由于 160mm d 頂 2500mm，做成輻板式結(jié)構(gòu)，材料選用 45號(hào)鋼，正火處理。 42=，取 C=10mm 輻板上的孔數(shù)由由齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸決定。 卷筒的結(jié)構(gòu) 通常采用圓柱型卷筒，可以做成整體鑄造的、焊接的或組合的三種型式。在大多數(shù)情況下，鋼絲繩在卷筒上只繞一層，為了引導(dǎo)繩索，以免鋼絲繩纏繞時(shí)互相摩擦，卷筒的表面做成螺旋槽面。 卷筒的繩槽斷面的幾何尺寸參照冶金工業(yè)出版社出版的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版中冊(cè)表進(jìn)行計(jì)算。由于本設(shè)計(jì)起重機(jī)要求不高，為了簡(jiǎn)化工藝，也可以做成光面卷筒。為此，當(dāng)鋼絲繩繞到卷筒兩側(cè)時(shí)，對(duì)于光面卷筒偏斜角不得大于 即 tga= AL2/ ≤ 。12ˊ ,即tga= AL2/ ≤ ，也就是卷筒前面安裝的第一個(gè)轉(zhuǎn)向滑輪中心線(xiàn)到卷筒中心線(xiàn)的距離 A 要大于卷筒長(zhǎng)度 L 的 5 倍，如圖 所示。此處取 L2=81 毫米； 將具體數(shù)值代入式 ，得到： L0= PH0D?最大＋ L1＋ L2= 2500? 179。 δ =179。其中最常用的方法是用壓板和螺栓進(jìn)行固定。 2303001514179。2M10圖 卷筒的結(jié)構(gòu) 滑輪的結(jié)構(gòu) 將直徑小的做成實(shí)體輪，直徑較大的做成輻板輪。 伸臂桿和支撐桿的結(jié)構(gòu) 伸臂桿和支撐桿的尺寸 由于起升最大高度 H 最大 =2500 毫米，在考慮活動(dòng)滑輪裝置對(duì)起升高度的影29 響，估計(jì)伸臂桿頂端離地面的高度約為 3230 毫米，若伸臂桿的傾斜角為 600，如圖 所示，則在直角三角形 ACM 中， sin600=ACCM AC=060sinCM= ≈ 3499，取 AC=3500 毫米。 支撐桿的頂端 B 點(diǎn)約位于 AC 的 2/3 處，現(xiàn)取 AB=2250 毫米，圖 中 200為 BA、BD 的投影角度，即 BA 與 BN 的夾角（參考圖 ）。 200308060176。GAD(E、N)BP最大CM伸臂桿地面N 130176。20176。為了分析問(wèn)題的方便，將伸臂桿放平畫(huà)出， A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)畫(huà)成固定支座 ,如圖 所示。作用在上面的外力，已知的有 G、P 最大 ，若取 XOY 直角坐標(biāo)系，就可以利用平衡條件，求出桿件 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的支反力。7176。rP rOCC r GPxG xP 最大F bxF bxBF bF arF axAX圖 伸臂桿的受力分析 為了求 Fb,可設(shè)各力對(duì) A 點(diǎn)的力矩之和為零，如圖 所示，即： － P 最大 .L2－ =0 式中： L L L3為 A 點(diǎn)到 G、 P 最大 、 Fb 各力作用線(xiàn)的距離，也就是力臂之長(zhǎng)。 =1750 毫米； L2==3500179。 = 毫米； 所以得到： 750179。 － Fb179。 ≈ 公斤； Fby=Fbsin200=179。 ≈ 公斤； Gy==750179。 ≈ 396 公斤； Py=P 最大 sin70=399179。 7176。 20176。其最大彎矩及相應(yīng)的截面位置，根據(jù)零件強(qiáng)度、剛度及耐32 磨性的有關(guān)知識(shí)，最大彎矩在 B 支座處： M 彎最大 =（ Gy－ Py） .BC=（ 375－ ） =（ 3750－ 2250） =179。對(duì)于方鋼，若邊長(zhǎng)為 a，則 W 彎 = 63a 。 6≈ a≥ 厘米 按冶金工業(yè)出版社的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第 二版上冊(cè)，選取邊長(zhǎng) a=65 毫米，長(zhǎng)度為 3550 毫米的熱軋方鋼，標(biāo)記為：□ 65179。 根據(jù)強(qiáng)度條件，決定支撐桿的材料和斷面尺寸 如