畢業(yè)論文---塔式起重機起升機構設計與制作

1、<p>　　本科生畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　學院（系）： 機械與汽車工程學院 </p><p>　　專 業(yè)：機械設計制造及其自動化</p><p>　　學 生： </p><p>　　指導教師： </p>

2、<p>　　完成日期 2012 年 05 月</p><p>　　塔式起重機起升機構設計與制作</p><p>　　Design and Manufacture of Hoisting Mechanism for Tower Crane </p><p>　　總 計： 畢業(yè)設計（論文）24頁</p><

3、p>　　表 格： 3 個</p><p>　　插 圖： 8 幅</p><p>　　塔式起重機起升機構設計與制作</p><p>　　機械設計制造及其自動化專業(yè) </p><p>　　[摘 要] 塔式起重機有利于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價，在高層作業(yè)和民用建筑領域被廣泛應用。本課題所設計的是

4、塔式起重機起升機構。本文根據(jù)使用要求完成起升機構的鋼絲繩、滑輪組、卷筒、聯(lián)軸器以及制動器的選擇；依據(jù)驅動功率選擇合理的電動機；依據(jù)兩個不同速度輸出要求進行合理的行星差動減速器設計。對減速器部分零件進行加工工藝編制，并進行實體加工。本課題設計的起升機構性能穩(wěn)定，結構緊湊，并可實現(xiàn)一定速度范圍內的無級變速。</p><p>　　起升機構；行星差動傳動；無級變速 </p><p>　　Desi

5、gn and Manufacture of Hoisting Mechanism for Tower Crane</p><p>　　Mechanical Design, Manufacturing and Automation Major </p><p>　　The tower crane is conducive to increasing the construction pr

6、ogress, shorting the construction time and reducing the project costs, which have been used extensively in the high-level working and civil architecture field. This topic is related to the design on hoisting mechanism of

7、 tower crane. The wire rope, the pulleys, the drum, the clutch and the detent of hoisting mechanism are chosen according to the operating requirement; and the motor is chosen based on the drive power; and the planet di&l

8、t;/p><p>　　hoisting mechanism; planetary differential drive; adjustable speed目 錄</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2塔式起重機的發(fā)展概括1</p><p>　　2.1 我國塔式起重機的發(fā)展與趨勢2&l

9、t;/p><p>　　2.2 制約我國工程機械發(fā)展的主要關鍵技術2</p><p>　　2.3 塔式起重機的組成3</p><p>　　2.4 塔式起重機的參數(shù)3</p><p>　　2.4.1 塔式起重機的主參數(shù)3</p><p>　　2.4.2 塔式起重機的基本參數(shù)3</p><p>

10、　　3 塔式起重機起升機構設計方案4</p><p>　　3.1 塔式起重機起升機構的組成與工作原理4</p><p>　　3.1.1 起升機構的組成4</p><p>　　3.1.2 工作原理4</p><p>　　3.2 起升機構設計方案5</p><p>　　3.2.1 設計時給定的工作參數(shù)5<

11、/p><p>　　3.2.2 設計方案5</p><p>　　3.2.3 設計方案分析7</p><p>　　3.3 方案的主要涉及內容7</p><p>　　4起升機構電動機的選擇7</p><p>　　4.1 起重機起升機構對電動機的要求7</p><p>　　4.2 電動機的選則

12、8</p><p>　　4.2.1 電動機的絕緣等級8</p><p>　　4.2.2 電動機功率的計算8</p><p>　　5起升機構零部件的選擇9</p><p>　　5.1 鋼絲繩的選擇9</p><p>　　5.1.1 鋼絲繩的構造9</p><p>　　5.1.2 鋼絲繩

13、的直徑：10</p><p>　　5.2 滑輪的選擇10</p><p>　　5.2.1 滑輪分類及構成10</p><p>　　5.2.2 滑輪的直徑10</p><p>　　5.3 卷筒的選擇10</p><p>　　5.3.1 卷筒的種類11</p><p>　　5.3.2 多

14、層卷筒尺寸的計算11</p><p>　　5.4 吊鉤的選擇12</p><p>　　5.5 聯(lián)軸器的選擇12</p><p>　　5.6 制動器的選擇12</p><p>　　6行星減速器設計12</p><p>　　6.1 傳動比分配13</p><p>　　6.2 齒輪傳動設

15、計13</p><p>　　6.2.1 行星差動齒輪傳動設計13</p><p>　　6.2.2 低速就位時傳動設計16</p><p>　　6.3 傳動軸的設計17</p><p>　　6.3.1 減速器中間軸設計17</p><p>　　6.3.2 確定各傳動軸的軸徑及尺寸18</p>&

16、lt;p>　　6.4 平鍵的選擇19</p><p>　　6.5 軸承的選擇19</p><p>　　7減速器附件的選擇20</p><p>　　7.1 透視孔和視孔蓋20</p><p>　　7.2 通氣器20</p><p><b>　　7.3 油標20</b></p

17、><p>　　7.4 放油孔和放油螺塞20</p><p>　　7.5 定位銷20</p><p>　　8部分零部件加工工藝規(guī)程的編制20</p><p><b>　　結論22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p

18、><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　近年來，工程機械發(fā)展迅猛、持續(xù)火爆，其種類繁多，應用廣泛。是國民經濟發(fā)展中必不可少的物料搬運輸送設備和工業(yè)安裝設備。工程機械行業(yè)已發(fā)展成為機械工業(yè)十大行業(yè)之一。工程起重機是一種以間歇、重復工作方式，通過起重吊鉤或其它吊具起升、下降，或升降與運輸重

19、物的機器設備。是國民經濟各生產部門提高勞動生產率、生產過程機械化不可缺少的重要設備，被廣泛應用于各種物料的起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)中，對于加快施工與作業(yè)進度，降低施工與作業(yè)成本，提高工程質量等方面，起著非常重要的作用。</p><p>　　本課題所涉及的塔式起重機起升機構是由電動機、減速器、聯(lián)軸器、制動器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。電動機通過聯(lián)軸器（和傳動軸）與減速器的高速軸相連，減速器的低速軸

20、帶動卷筒，吊鉤等取物裝置與卷繞在卷筒上的鋼絲、繩滑輪組連接起來。當電動機正反兩個方向的運動傳遞給卷筒時，通過卷筒的旋轉將鋼絲繩卷入或放出，從而使吊鉤與吊掛在其上的物料實現(xiàn)升降運動，這樣，將電動機輸入的旋轉運動轉化為吊鉤的垂直上下的直線運動。</p><p>　　本課題所要做的是設計一種合理的變速機構。通過這個機構實現(xiàn)塔式起重機速度的改變，以達到其在速度波動范圍大、啟停平穩(wěn)、自身重量限制、空間狹小的條件下正常工作的

21、目的。同時學會一些常用機械產品標準件的應用與選取。</p><p>　　塔式起重機的發(fā)展概括</p><p>　　塔式起重機簡稱塔機，也稱塔吊，起源于歐洲。因其工作效率高、適用范圍廣、回轉范圍大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較方便簡單等特點，在建筑安裝工程中得到了廣泛的運用，并成為一種重要的施工機械。塔式起重機除用于工業(yè)與民用建筑外，還在電站建設、水利建設以及造船等部門也常有應用。

22、</p><p>　　據(jù)資料報道，目前生產塔機的國家有：德國、法國、意大利、英國、西班牙、丹麥、瑞典、波蘭、捷克、匈牙利、俄羅斯、日本及澳大利亞等。另據(jù)資料顯示，國外著名塔機生產商所生產的塔機多達600余種型號，擁有塔機最多的是德國和俄羅斯。</p><p>　　進入21世紀，國外塔機技術發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點：</p><p>　　1．組合塔機或模塊塔機得到迅速發(fā)展

23、 </p><p>　　所謂組合塔機就是以塔身結構為核心，按結構和功能特點，將塔機分解為若干部分，并依據(jù)系列化和通用化要求，遵循模數(shù)制原理將各部分劃分并設計成若干模塊。依據(jù)參數(shù)要求，選用適當模數(shù)分組拼成具有不同技術性能特點的塔機以滿足施工的具體要求。</p><p>　　2．一些超重型起重機相繼問世</p><p>　　近年來，因大功率電站、高壩、近海石油鉆井平臺、

24、天然氣鉆井平臺以及石化工業(yè)的發(fā)展需要，對重型、超重型塔機提出了更多更高的要求。如今，幅度70～90、最大起重量50～60、起升高度100～300的塔機亦非罕見。</p><p>　　3．適應城市改建需要的城市塔機應運而生并得到發(fā)展</p><p>　　城市鬧區(qū)改造工程的特點是：場地狹窄、基地面積小；建筑密度大，道路交通阻塞，塔身回轉障礙多；地質條件差，地下管道多等特點。為適應城市改造工程的

25、特點，西方某些工廠率先推出400～700級的城市塔機。德國把這種適應在鬧市區(qū)施工學要的“城市改建塔機”也稱為“見縫扎針塔機”或“經濟建筑施工塔機”，簡稱為經濟塔機。</p><p>　　我國塔式起重機的發(fā)展與趨勢</p><p>　　我國塔式起重機的生產與應用已有50多年的歷史，經歷了一個從測繪仿制到自主設計制造的過程。</p><p>　　20世紀50年代，為滿足

26、國家經濟建設的需要，引進了前蘇聯(lián)以及東歐一些國家的塔式起重機，并進行仿制，為以后的發(fā)展打下了堅實的基礎，開啟了我國起重機制造的開端，其功不可沒。</p><p>　　20世紀60年代，我國開始進入自行設計制造塔式起重機的階段。1961年首先在北京試制成功了紅旗—II型塔式起重機，它也是我國最早自行設計的塔式起重機。從70年代起，由于建筑施工的需要，我國塔式起重機進入了技術提高、品種增多的新階段。進入20世紀90年

27、代以后，我國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍內建筑任務的增加而進入了一個新的發(fā)展時期，產量連年猛增，部分還出口到國外。全國塔式起重機的總擁有量也行20世紀50年代的幾十臺發(fā)展到2000年的大約6萬臺。至此，無論從生產規(guī)模、應用范圍還是塔式起重機總裝量來看，我國均堪稱塔式起重機大國。</p><p>　　制約我國工程機械發(fā)展的主要關鍵技術</p><p>　　我國塔式起重機等工程機械產品的技術水平

28、及核心技術已成為制約其競爭力提高的關鍵因素。與國際先進水平相比，我國工程機械產品的差距主要表現(xiàn)在產品使用可靠性能、整機壽命、外觀質量及信息化技術水平上，這些差距集中反映在基礎部件水平方面。具體來說，主要有動力換擋變速箱設計制造技術；濕式制動驅動橋設計制造技術；柱塞式液壓馬達、液壓泵設計制造技術；回轉支承設計制造技術；整體式多路閥設計制造技術；四輪一帶研發(fā)制造技術；產品信息化技術以及現(xiàn)代集成制造技術等。</p><p&

29、gt;<b>　　塔式起重機的組成</b></p><p>　　任何一臺塔式起重機，不論其技術性能還是構造上有什么差異，其主要部分都是一樣的，通常塔式起重機械由起升機構(使物品上下運動)、運行機構(使起重機械移動)、變幅機構和回轉機構(使物品作水平移動)，再加上金屬機構，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。</p><p>　　運行機構用以縱向水平運移重物或調

30、整起重機的工作位置，一般是由電動機、減速器、制動器和車輪組成。變幅機構只配備在臂架型起重機上，臂架仰起時幅度減小，俯下時幅度增大，分平衡變幅和非平衡變幅兩種。回轉機構用以使臂架回轉，是由驅動裝置和回轉支承裝置組成。金屬結構是起重機的骨架，主要承載件如橋架、臂架和門架可為箱形結構或桁架結構，也可為腹板結構，有的可用型鋼作為支承梁。</p><p>　　必須強調指出，由于塔式起重機屬于事故多發(fā)性的機種之一，因此安全裝

31、置是塔式起重機必不可少的關鍵設備，其作用是避免由于操作失誤或違章操作等招致的災難性惡果。常用的安全裝置有：起升高度限位器、起重量限制器、幅度指示器、起重力矩限制器、夾軌器、錨定裝置以及各種行程限位開關等。</p><p><b>　　塔式起重機的參數(shù)</b></p><p><b>　　塔式起重機的主參數(shù)</b></p><p

32、>　　塔式起重機的主參數(shù)是工程起重力矩。所謂工程起重力矩是指起重臂為基本臂長時，最大幅度與相應額定起重量重力的乘積。以M表示，單位。起重力矩綜合了起重量與幅度兩個因素參數(shù)，所以能比較全面和確切地反映塔式起重機的起重能力。塔式起重機主參數(shù)系列見下表所示</p><p>　　表2-1 塔式起重機主參數(shù) </p><p>　　塔式起重機的基本參數(shù)</p><p>　

33、　塔式起重機的基本參數(shù)包括以下幾個部分：</p><p>　　1.幅度 塔式起重機空載時，其回轉中心之吊鉤中心垂涎的水平距離。表式起重機不移動時的工作范圍，以R表示，單位。</p><p>　　2.起升高度 空載時，對軌道塔式起重機，是以吊鉤內最低點導軌頂面的距離；對其他形式起重機，則為吊鉤內最低點道支撐面的距離。以H表示，單位。對于動臂起重機，當?shù)醣坶L度一定時，起升高度歲幅度的減少而

34、增加。</p><p>　　3.額定起升載荷 在規(guī)定幅度時的最大起升載荷，包括物品、去霧裝置（雕梁、抓斗、起重電磁鐵等）的重量。以FQ表示，單位。</p><p>　　4.軸距 同一側行走輪的軸心線或一組行走輪中心線之間的距離。單位。</p><p>　　5.輪距 同一軸心線左右兩個行走輪、輪胎或左右兩側行走輪之間或輪胎足中心徑向平面間的距離。單位。</

35、p><p>　　6.起重機重量 包括平衡重、壓重和整機重。以G表示，單位為。該參數(shù)是評價起重機的一個綜合性能指標，它反映了起重機設計、制造和材料技術水平。</p><p>　　7.尾部回轉半徑 回轉中心至平衡重或平衡臂端部的最大距離。單位為。</p><p>　　8.工作速度 主要包括起升速度、變幅速度、回轉速度和行走速度。</p><p>

36、;　　圖2-1塔式起重機示意圖</p><p>　　塔式起重機起升機構設計方案</p><p>　　塔式起重機起升機構的組成與工作原理</p><p><b>　　起升機構的組成</b></p><p>　　實現(xiàn)重物升、降運動的機構稱之為起升機構,塔式起重機的起升機構通常由電動機、減速器、聯(lián)軸器、制動器、卷筒、鋼絲繩、滑

37、輪組及吊鉤等零部件組成。根據(jù)這些零部件功能的不同可以分為驅動裝置、傳動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置、制動器及其他安全裝置。</p><p>　　此外，起升機構還配備起重量限制器、上升極限位置限制器、排繩器等安全裝置。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　塔式起重機起升機構的工作原理是：電動機通過聯(lián)軸器和傳動軸與減速器的

38、高速軸相連，減速器的低速軸帶動卷筒，吊鉤等取物裝置與卷繞在卷筒上的鋼絲、繩滑輪組連接起來。當電動機正反兩個方向的運動傳遞給卷筒時，通過卷筒不同方向的旋轉將鋼絲繩卷入或放出，從而使吊鉤與吊掛在其上的物料實現(xiàn)升降運動，至此，將電動機輸入的旋轉運動轉化為吊鉤的垂直上下的直線運動，以實現(xiàn)重物的起升、下降。機構停止工作時，重物依靠制動器剎住，懸停在空中。另外，制動器常處于常閉狀態(tài)。</p><p><b>　　起

39、升機構設計方案</b></p><p>　　設計時給定的工作參數(shù)</p><p>　　60塔式起重機的主要參數(shù)</p><p>　　表3-1 60塔式起重機主要參數(shù)</p><p><b>　　設計方案</b></p><p>　　根據(jù)上表塔式起重機的主要設計參數(shù)，并依據(jù)塔式起重機起升

40、機構的工作條件、工作空間以及所要實現(xiàn)的技術要求制定塔式起重機起升機構傳動的設計方案。方案如下：</p><p>　　方案1：雙電機-雙減速器傳動 </p><p>　　該結構為兩套獨立的電動機-減速器傳動。當起重機以額定速度工作時啟動主電機-減速器傳動；當起重機以低速就位速度工作時停止主電機-減速器傳動，改為微動電機-減速器傳動。</p><p>　　方案2：雙電

41、動機-行星聯(lián)軸器傳動</p><p>　　1-主電動機 2-減速器 3-卷筒 4-制動器 5-行星聯(lián)軸器 6-減速器 7-電動機</p><p>　　圖2-2 雙電動機-行星聯(lián)軸器簡圖</p><p>　　該方案選用兩個電動機及行星聯(lián)軸器。通常情況下，由電動機1帶動卷筒3工作，此時輔助電動機7被制動（即中心輪被抱死），制動器4松開，差動器5繞中心輪空轉。低速就位時，

42、主電動機1斷電，相應于電動機1和7的制動器松開，制動器4則抱死5輪，輔助電動機7通電，通過減速器6及行星聯(lián)軸器5得到減速。使用此種方法可得到相當于原速度1%的微動速度。</p><p>　　方案3：雙電機-行星差動減速器</p><p>　　該方案可以根據(jù)電動機1、電動機2及行星差動減速器協(xié)同工作的情況實現(xiàn)四種不同的速度：</p><p><b>　　（1

43、）微速升降</b></p><p>　　當需要微速升降時，主電機2斷電，中心輪被制動，輔助電動機1接通電源，通過二級減速器帶動內齒圈、行星輪和轉臂使卷筒轉動，可得微速升降速度。此時，該減速器是大傳動比減速。</p><p><b>　?。?）正常升降</b></p><p>　　主電動機2接通，輔助電動機1斷開并制動，主電動機2經過

44、中心輪、轉臂減速，卷筒便可以得到正常升降所需的轉動速度。</p><p><b>　?。?）最大升降速度</b></p><p>　　主電動機2和輔助電動機1同時開動，且轉向相同，經過差動傳動后，卷筒便得到最大速度。</p><p>　　1-微動電機 2-主電機</p><p>　　圖2-3雙電機-行星差動減速器簡圖

45、</p><p><b>　?。?）第四種速度</b></p><p>　　主電動機2和輔助電動機1同時開通，但轉向相反。經過差動傳動后，卷筒便得到第四種速度。</p><p>　　至此，該機構可以實現(xiàn)一定速度范圍內的無級變速，即滿足大傳動比且改變范圍寬的傳動要求。</p><p><b>　　設計方案分析&l

46、t;/b></p><p>　　方案1：兩套電動機-減速器傳動 占用空間過大，增加了重量及起重機成本，不利于生產，且不便于從微速升降到正常速度的快速轉變。故放棄該方案。</p><p>　　方案2：雙電機-行星聯(lián)軸器傳動 對聯(lián)軸器的結構設計要求精密，材料力學性能優(yōu)良，且聯(lián)軸器體積增大，占用大量空間，不便于起升機構零部件的空間布置。故放棄該方案。</p><p&

47、gt;　　方案3：除減速器外，其它零部件均可依照國標進行選擇，簡化了設計過程，縮短了設計周期，同時提高了起升機構零部件的通用性，方便零部件的快速更換。行星差動齒輪減速器工作原理簡單，便于實現(xiàn)。其主要由圓柱齒輪減速器和行星差動減速器組成，兩者用內外齒輪圈連接，方便加工。且四種速度相互之間便于轉換，有利于平穩(wěn)傳動，減少沖擊，提高整個起升機構的使用壽命，能實現(xiàn)一定速度范圍內的無級變速。故選用該方案設計塔式起重機的起升機構。</p>

48、<p><b>　　方案的主要涉及內容</b></p><p>　　1. 鋼絲繩、滑輪組和卷筒的設計與選擇；</p><p>　　2. 主、輔電動機的選擇；</p><p>　　3. 制動器的選擇；</p><p><b>　　4. 齒輪的設計；</b></p><

49、p><b>　　5. 軸的設計；</b></p><p>　　6. 軸承的組合設計；</p><p>　　7. 聯(lián)軸器的選擇；</p><p>　　8. 鍵的選擇與校核；</p><p>　　9. 減速器附件的選擇。</p><p>　　起升機構電動機的選擇</p><p

50、>　　塔式起重機起升機構所選電動機選擇的原則：根據(jù)機構工作級別、作業(yè)特點以及電動機的特性，同時滿足正常工作和不過熱的要求進行選擇。電動機的選擇主要指電動機的絕緣等級、額定功率、額定電壓、額定轉速、種類及型式、防護等級、工作制度、調速方式、接電持續(xù)率等項目的選擇，而其中最重要的是電機的絕緣等級、工作制度、防護等級的選擇和電機的功率計算。</p><p>　　起重機起升機構對電動機的要求</p>

51、<p>　　起重機起升機構的工作特點：反復短時運行，頻繁起、制動和反轉，經常過載，有較強的機械振動和沖擊，工作環(huán)境多灰塵，且還有金屬粉塵等。為滿足起重機的工作要求，起重機用電動機與一般工業(yè)用電動機相比有如下特點：</p><p>　　1．起重機用電動機按斷續(xù)周期性工作類型制造，通常用負載持續(xù)率(接電持續(xù)率)、接電次數(shù)和起重次數(shù)3個參數(shù)表述起重機電氣設備的斷續(xù)周期工作制狀況，并作為選型的重要依據(jù)；<

52、/p><p>　　2．起重機用電動機具有較高的起動轉矩和最大轉矩(即過載能力)；</p><p>　　3．起重用電動機具有較小的轉子轉動慣量，轉子的長徑比較大；</p><p>　　4．起重用電動機最大安全轉速超過額定轉速的倍數(shù)較高，一般為同步轉速的2.5倍；</p><p>　　5．起重機用電動機具有2種以上絕緣等級，分別使用在不同的環(huán)境溫度下

53、。</p><p><b>　　電動機的選則</b></p><p><b>　　電動機的絕緣等級</b></p><p>　　電動機運行時，由于損耗產生熱量，使電動機的溫度升高。電動機允許達到的最高溫度是由電動機使用的絕緣材料的耐熱程度決定的，絕緣材料的耐熱程度稱為絕緣等級。不同的絕緣材料，其最高 境溫度不盡相

54、同。目前，我國生產的電機多采用E級和B級絕緣，發(fā)展趨勢是采用F級和H級。由于允許溫度是不同的，因此電動機常用的絕緣材料分為5 級絕緣，這樣可以在一定的輸出功率下，減輕電動機的絕緣等級。</p><p>　　電動機的使用壽命主要是其絕緣材料決定的,當電動機的工作溫度不超過其絕緣材料的最高允許溫度時,絕緣材料的使用壽命可達20年左右,若超過最高允許溫度時,則絕緣材料的使用壽命將大大縮短。由此可見,絕緣材料的

55、最高允許溫度是一臺電動機帶負載能力的限度,而電動機的額定功率正是這個限度的具體體現(xiàn)。</p><p><b>　　電動機功率的計算</b></p><p>　　電動機的額定功率是指在環(huán)境溫度為40 ℃以下電動機長期連續(xù)工作,其溫度不超過絕緣材料最高允許溫度時的最大輸出功率。起升機構電動機在起重機械各機構電動機中工作最頻繁,要求最高。在起升機構的電機選擇中,正確選擇電動

56、機的功率有很大的意義。功率不足,電動機將過載運行,長期過載運行,會使電機過熱而縮短其使用壽命,同時也會影響到起重機的生產率和在滿載情況下起動的可靠性。功率過大,電動機的容量得不到充分利用,電動機經常處于輕載運行,效率過低,會使設備費和重量增加,并對機械的工作性能和零部件的強度產生有害影響。</p><p>　　合理選擇電動機功率的基本要求: 在給定的工作制(JC)和額定參數(shù)下,長期進行重復短暫的工作時,電動機的溫

57、升不超過允許數(shù)值,即不過熱。在額定載荷下工作時可靠的起動(即起動時間合理)并在最大工作載荷作用下具有足夠的過載能力(工作中不發(fā)生停車現(xiàn)象)。</p><p><b>　　1.主電動機 </b></p><p><b>　　電機的輸出功率為：</b></p><p><b>　　（4-1）</b><

58、;/p><p>　　其中為工作輸出功率(KW)</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　其中Ff60000,，為工作機效率，查機械傳動效率表，圓柱齒輪傳動（7級）的傳動效率取0.99，滾動軸承（球軸承，一對）傳動效率取0.99，復合滑輪組傳動效率取0.98，聯(lián)軸器傳動效率取0.995，卷筒傳動效率取0.96。得P=30.

59、35KW。</p><p>　　因此選取電動機型號:YZR250M1 (JB/T10105-1999)</p><p>　　功率P=37KW 轉速v=960r/min 輸出軸D=70</p><p><b>　　2.輔助電動機</b></p><p><b>　　電機的輸出功率為：</b></

60、p><p>　　其中為工作輸出功率(KW)</p><p>　　其中Ff60000N,,為工作機效率，查機械傳動效率表，圓柱齒輪傳動（7級）的傳動效率取0.99，滾動軸承（球軸承，一對）傳動效率取0.99，復合滑輪組傳動效率取0.98，聯(lián)軸器傳動效率取0.995，卷筒傳動效率取0.96。得P=3.4KW。</p><p>　　因此選取電動機型號：Y2-160M1-8 (

61、JB/T8680.2-1998)</p><p>　　功率P=4KW 轉速v=720r/min </p><p>　　起升機構零部件的選擇</p><p><b>　　鋼絲繩的選擇</b></p><p><b>　　鋼絲繩的構造 </b></p><p>

62、　　鋼絲繩是由多層鋼絲捻成股，再以繩芯為中心，由一定數(shù)量股捻繞成螺旋狀的繩。其特點是：承載能力大、自重輕、運動時平穩(wěn)無噪聲、適于高速傳動。</p><p>　　1.鋼絲。鋼絲繩起到承受載荷的作用，其性能主要由鋼絲決定。鋼絲是碳素鋼或合金鋼通過冷拉或冷軋而成的圓形（或異形）絲材，具有很高的強度和韌性，并根據(jù)使用環(huán)境條件不同對鋼絲進行表面處理。

63、 </p><p>　　2.繩芯。它是用來增加鋼絲繩彈性和韌性、潤滑銅絲、減輕摩擦，提高使用壽命的。常用繩芯有機纖維（如麻、棉）、合成纖維、石棉芯（高溫條件）或軟金屬等材料。 </p><p><b>　　鋼絲繩的直徑：</b></p><p

64、>　　鋼絲繩直徑根據(jù)計算出的繩受最大工作拉力直接用公式求出</p><p><b>　　(5-1)</b></p><p>　　式中d--鋼絲繩最小直徑，；</p><p>　　c--選擇系數(shù)，。依據(jù)機構工作級別M4，c值選取0.095；</p><p>　　s--鋼絲繩工作最大靜拉力，。</p>&

65、lt;p>　　得d=23.27 取整24。因為起重機起升機構所用鋼絲繩多選多股不扭轉繩，故選擇多股不扭轉繩 d=24。</p><p><b>　　滑輪的選擇</b></p><p><b>　　滑輪分類及構成</b></p><p>　　滑輪一般由帶繩槽的輪緣、輪幅和輪轂組成。滑輪的槽形，由一個圓弧形的槽底與兩個傾

66、斜的側壁組成?；喭ǔＶС性诠潭ǖ男据S上，大多數(shù)采用滾動軸承，低速滑輪或均衡滑輪也可用滑動軸承。</p><p><b>　　滑輪的直徑</b></p><p>　　一般情況下，滑輪的直徑不應當小于允許的最小值</p><p><b>　　(5-2) </b></p><p>　　式中 D--按

67、鋼絲繩中心計算的滑輪的最小卷繞直徑，；</p><p>　　h--與工作機構級別和鋼絲正結構有關的系數(shù)，</p><p>　　d--鋼絲繩的直徑。</p><p>　　經計算得到滑輪直徑D=432</p><p>　　滑輪組是由一定數(shù)量的定滑輪和動滑輪以及穿繞的繩索組成，起升機構可以根據(jù)需要合理的布置滑輪組：當起重量Q=3t時，滑輪組倍率S=

68、2;當起重量Q=6t時，滑輪組倍率S=4。</p><p><b>　　卷筒的選擇</b></p><p>　　卷筒是用來卷繞鋼絲繩的部件，它承載起升載荷，收放鋼絲繩，實現(xiàn)取物裝置的升降。</p><p><b>　　卷筒的種類</b></p><p>　　按筒體形狀，可分為長軸卷筒和短軸卷筒。按制

69、造方式，可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。按卷筒的筒體表面是否有繩槽，可分為光面和螺旋槽面卷筒。</p><p>　　按鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數(shù)，可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒。多層卷筒容量大，主要用于起升高度大，卷筒長度又受到限制的起升機構，采用尺寸較小的多層卷繞卷筒對于減少機構尺寸十分有利。多層卷繞的卷筒多采用不帶螺旋槽的光面卷筒，卷筒兩端必須帶有側板，以防止鋼絲繩側向滑動。側板的高度應比最外層鋼絲繩高出1～2.5

70、d，但多層卷繞卷筒的鋼絲繩所受到的擠壓力大，相互間摩擦力大，鋼絲繩壽命低，同時容易產生亂繩現(xiàn)象。此外，當卷繞層數(shù)較多時，繩索張力不變的情況下，卷筒的載荷力矩將隨著卷筒上鋼絲繩曾數(shù)的多少而變化，從而使機構載荷力矩不穩(wěn)定。 </p><p>　　按制作方式可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷筒一般采用不低于HT200的灰鑄鐵，重要的卷筒可用不低于QT450-10的球墨鑄鐵。焊接卷筒主要用于大直徑的卷筒，多采用Q235鋼板

71、彎成筒形焊接而成。焊接卷筒與鑄造卷筒相比，自重大大減少，適用于單件生產。</p><p><b>　　多層卷筒尺寸的計算</b></p><p><b>　　1.卷筒直徑</b></p><p>　　卷筒的直徑是卷筒尺寸中關鍵的尺寸，其計算公式如下</p><p>　　式中 D--按鋼絲繩中心計算的

72、卷筒的最小卷繞直徑，；</p><p>　　h--與機構工作級別和鋼絲繩有關的系數(shù)，根據(jù)機構工作級別M4，系數(shù)選取h=16；</p><p>　　d--鋼絲繩的直徑；</p><p>　　經計算得D=384,取D=400</p><p>　　2.多層繞卷筒的長度</p><p>　　筒面上鋼絲繩的卷繞圈數(shù)計算公式如下&

73、lt;/p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 Z--直接纏繞在卷筒面上的鋼絲繩數(shù)；</p><p>　　H--起重機最大起升高度，；</p><p><b>　　a--滑輪組倍率；</b></p><p>　　--鋼絲繩附加安全圈數(shù)，取3圈；&l

74、t;/p><p><b>　　D--卷筒直徑，；</b></p><p>　　d--鋼絲繩的直徑，；</p><p>　　n--鋼絲繩的卷繞層數(shù)，取n=4。</p><p>　　計算得Z=52，則多層纏繞卷筒部分的長度為</p><p><b>　　（5-4）</b></p

75、><p>　　取總的繞繩長度即鋼絲繩總長L=350</p><p><b>　　3.卷筒壁厚計算</b></p><p>　　卷筒壁厚一般按照經驗公式確定</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 --卷筒壁厚，；</p><

76、p><b>　　D--卷筒直徑，。</b></p><p><b>　　經計算得=15mm</b></p><p><b>　　吊鉤的選擇</b></p><p>　　吊鉤是塔式起重機作業(yè)時最常用的吊物工具。它的優(yōu)點是取物方便，工作安全可靠。吊鉤分為單鉤和雙鉤。單鉤是一種比較常用的吊鉤，它的構造

77、簡單，使用也較方便，但受力比較小。雙鉤主要用于起重量較大時，它受力均勻對稱，特點能充分利用。塔式起重機上主要使用鍛造鍛鑄單鉤，疊片式吊鉤主要用于大起重量的起重機。</p><p>　　鑄造吊鉤的材料主要采用DG20鋼。起重量較小的吊鉤也可以采用DG20Mn或DG34CrMo;片式吊鉤由若干厚度不小于20的20號或16Mn鋼板鉚接而成。</p><p>　　塔式起重機中常采用T字形或梯形截面

78、的鍛造吊鉤。通用吊鉤已經標準化，本起升機構選用LYD4-M GB/T10051.5-1988。</p><p><b>　　聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)聯(lián)軸器所受轉矩以及與之配合的軸徑大小選擇聯(lián)軸器。</p><p>　　連接主電動機與減速器 LTZ6帶制動輪型聯(lián)軸GB/T4323-1984；</p><

79、p>　　連接輔助電動機與減速器GCLD3鼓形齒式聯(lián)軸器70×107 JB/T8854.1-1999。</p><p><b>　　制動器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)制動器的轉矩及軸徑選擇。選用QPZ7啟動盤式制動器 JB/ZQ4076-1997</p><p><b>　　行星減速器設計</b>

80、;</p><p>　　本機構設計方案示意圖如下圖所示，減速器與卷筒通過開式圓柱齒輪連接且該開式齒輪傳動的傳動比=2。</p><p>　　圖6-1 行星減速器傳動結構簡圖</p><p><b>　　傳動比分配</b></p><p>　　根據(jù)正常工作時輔助電動機斷電，主電動機通電，電動機輸入轉速經過行星減速傳動輸出；

81、低速就位時，主電動機斷電，輔助電動機通電工作，電動機輸入選擇轉速經過圓柱齒輪傳動和行星減速傳動減速后輸出可以得到：</p><p>　　正常起升時總傳動比=960/80=12,其中 ， ，則 。</p><p>　　低速就位時總傳動比 ，則可以得到傳動比，即，。</p><p><b>　　齒輪傳動設計</b></p><p

82、>　　行星差動齒輪傳動設計</p><p>　　1.選擇齒輪類型、精度等級、材料、熱處理及齒數(shù)</p><p>　?。?）選擇直齒圓柱齒輪</p><p><b>　　（2）選擇7級精度</b></p><p>　?。?）太陽輪、行星輪選擇20CrMnMo，滲碳淬火。太陽輪齒面硬度56～60HRC；行星齒輪齒面硬度

83、52～56HRC。內齒圈齒面硬度選擇42CrMo，齒面硬度230～270HBW。</p><p>　?。?）設定太陽輪齒數(shù) ，則齒輪圈內嚙合齒數(shù)，行星輪齒數(shù)</p><p>　　2.按齒面接觸強度設計</p><p>　　由強度設計公式進行計算</p><p><b>　　（6-1）</b></p><

84、;p><b>　　（1）試選載荷系數(shù)</b></p><p><b>　?。?）選取齒寬系數(shù)</b></p><p>　?。?）計算太陽輪傳遞的轉距</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　（4）查得材料的彈性影響系數(shù)</p>&

85、lt;p>　?。?）按齒面硬度太陽輪的接觸疲勞強度；行星齒輪的接觸疲勞強度極限</p><p>　　（6）計算應力循環(huán)次數(shù)</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　（7）取接觸疲勞壽命系數(shù);</p><p>　?。?）計算接觸疲勞許用應 </p><p>　　取失

86、效概率為1%，安全系數(shù)S=1。</p><p><b>　??；</b></p><p>　?。?）試計算太陽輪的分度圓直徑，代入中較小的值</p><p><b>　　=54.17</b></p><p>　?。?0）計算圓周速度v</p><p><b>　　(6

87、-4)</b></p><p><b>　　（11）計算齒寬b</b></p><p><b>　　(6-5)</b></p><p>　?。?2）計算齒寬與齒高之比</p><p>　　模數(shù) （6-6）</p>

88、<p>　　齒高 （6-7）</p><p>　?。?3）計算有效載荷</p><p>　　根據(jù)，7級精度，查得動載荷系數(shù)；直齒齒輪 ；查得使用系數(shù)；用插值法查得7級精度、太陽輪相對非對稱布置時。，，；故動載荷系數(shù)</p><p><b>　?。?-8）</b>

89、</p><p>　?。?4）按實際的載荷系數(shù)校正所計算得到的分度圓直徑</p><p><b>　　（6-9）</b></p><p><b>　?。?5）計算模數(shù)</b></p><p>　　3按齒根彎曲強度設計</p><p>　　彎曲強度的設計公式為

90、 （6-10）</p><p>　?。?）查得太陽輪的彎曲疲勞強度極限；行星齒輪的彎曲強度極限 </p><p>　?。?）取彎曲疲勞壽命系數(shù),</p><p>　?。?）計算彎曲疲勞許用應力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則；</p><p><b>　?。?-1

91、1）</b></p><p>　?。?）計算載荷系數(shù)K</p><p><b>　　(6-12)</b></p><p><b>　?。?）查取齒形系數(shù)</b></p><p><b>　　查得；</b></p><p>　?。?）查取應力校

92、正系數(shù)</p><p><b>　　查得；</b></p><p>　?。?）計算的大小并加以比較</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　太陽輪的值較大</b></p><p><b>　?。?）設計計算</

93、b></p><p>　　根據(jù)公式（6-10）得 </p><p>　　對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算得到的模數(shù)m大于由齒面彎曲疲勞強度計算得到的模數(shù)值，且齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承受能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關。故選取模數(shù)m=4,太陽輪分度圓直徑，則太陽輪齒數(shù)；齒輪圈內齒齒數(shù)；行星輪齒數(shù)。這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面

94、接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，且做到了結構緊湊，傳動合理。</p><p><b>　　4幾何尺寸計算</b></p><p><b>　　分度圓直徑</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　中心距</b&

95、gt;</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　齒輪寬度</b></p><p><b>　??；；</b></p><p><b>　　低速就位時傳動設計</b></p><p>　　本設計同上

96、述設計過程一樣，齒輪精度選取7級，硬齒面?zhèn)鲃印｝X輪e選用40Cr(調質)，齒面硬度48～55HRC；齒輪d選用45鋼，齒面硬度40～50HRC；齒輪c選用40CrMnMo,齒面硬度600～620HBW；齒輪圈選用42CrMo，齒面硬度530～550HBW。齒輪f和齒輪g選用45鋼具體參數(shù)如下：</p><p>　　齒輪e： </p><p><b>　　齒輪d：

97、 </b></p><p>　　齒輪c： </p><p>　　齒輪圈： </p><p>　　齒輪f： </p><p>　　齒輪g： </p><p><b>　　中心距 ；；。</b></p><p>

98、;<b>　　傳動軸的設計</b></p><p>　　為保證各個傳動軸能夠正常工作，通常應具備足夠的強度和剛度，以及合理的結構，即保證軸上零件的準確定位和固定，便于加工和裝配，同時有利于軸上各個零部件之間不產生影響，有利于滿足軸上零件的散熱要求。通常，對于一般用途的軸，設計時只考慮強度和結構方面的要求。對要求較高的回轉精度軸，還應滿足其剛度要求，對于高速轉動的軸，除上述要求外，還需進行穩(wěn)定

99、性的校核。在本設計中，行星差動減速器中的五根軸只需滿足強度和結構方面的要求即可。同樣，卷筒軸也只需滿足強度和結構方面的要求。</p><p><b>　　減速器中間軸設計</b></p><p>　　初步估算中間軸軸經：</p><p>　　A值取107～118，按公式</p><p><b>　?。?-15）

100、</b></p><p>　　考慮到軸上鍵槽削弱，軸徑需增大3%～5%，故取 </p><p>　　圖6-2 中間軸尺寸</p><p>　　確定各傳動軸的軸徑及尺寸</p><p>　　太陽輪軸各部分軸徑及尺寸</p><p><b>　　圖6-3 太陽輪軸</b></p>

101、;<p>　　微動輸入軸各部分軸徑及尺寸</p><p><b>　　圖6-4 輸入軸</b></p><p>　　輸出軸各部分軸徑及尺寸</p><p><b>　　圖6-5 輸出軸</b></p><p><b>　　平鍵的選擇</b></p>

102、<p>　　1. 中間軸與齒輪連接</p><p>　　選擇A型平鍵，根據(jù)軸的直徑及齒輪的寬度，查得鍵的尺寸： ， ，,軸，轂。標記為</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　行星軸與輸出軸連接</b></p><p>　　選擇A型平鍵，根據(jù)軸的直徑及行星齒輪的

103、寬度，查得鍵尺寸：，，，軸，轂。標記為</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　軸承的選擇</b></p><p>　　要保證軸承順利工作，除了正確選擇軸承的類型和尺寸外，還必須合理地進行軸承部件的組合設計，即要正確解決軸承的布置、固定、調整、配合、預緊、潤滑及拆裝等問題。</p>

104、<p><b>　　1.軸承選擇</b></p><p>　　根據(jù)與軸承配合的軸徑及其所受徑向力，經設計計算選擇如下軸承：</p><p>　?。?）與輔助電動機連接的輸入軸配合 61907 GB/T276-1994；</p><p>　?。?）與主電動機連接的輸入軸配合 6216 GB/T296-1994；</p>

105、<p>　?。?）與中間軸配合 6011 GB/T276-1994；</p><p>　　（4）與齒輪圈配合NA4916 GB/T5801-1994；</p><p>　?。?）與行星輪軸配合 K85×92×30 GB/T7918-1997。</p><p>　　2.軸承的支承結構形式和軸系的軸向固定</p><p&

106、gt;　　由于所有軸支撐跨度均較小，故采用兩端固定支承。對于與主電動機連接的輸入軸，因其重心偏離，故采用將其一端通過軸承與輸出軸連接。要求兩軸同心，軸承外圈與輸出軸內孔之間間隙配合。</p><p>　　軸承的內圈利用軸套及軸肩定位，軸承外圈利用軸承端蓋進行定位。</p><p><b>　　3.軸承的潤滑</b></p><p>　　本設計所

107、有的軸承均采用脂潤滑。要求潤滑良好，潤滑油填充均勻，填充飽滿。并在軸承與軸肩之間加裝擋油環(huán)或動密封圈，以防止減速器腔內的潤滑油飛濺到軸承上影響抽成的潤滑，進而影響軸承的正常工作和使用壽命。</p><p><b>　　4.軸承外端的密封</b></p><p>　　因輸入軸和輸出軸均需要伸出減速器，故需要對部分軸承的外端密封，以防止粉塵的進入。需在軸承端蓋與軸之間間隙

108、內加裝氈封油圈。</p><p><b>　　減速器附件的選擇</b></p><p>　　為了使減速器具備較完善的性能，需在減速器箱體上設置某些裝置或零件，它們包括：視孔和視孔蓋、通氣器、油標、放油孔和放油螺塞、定位銷、啟蓋螺釘、吊邊裝置。</p><p><b>　　透視孔和視孔蓋</b></p><

109、;p>　　為了便于檢查箱體內的齒輪傳動，上箱體頂部設有視孔，為了防止?jié)櫥惋w濺出來和污油物進入箱體內，在透視孔上應加設視孔蓋。</p><p><b>　　通氣器</b></p><p>　　減速器工作時箱體內溫度升高，氣體膨脹，箱體氣壓增大，應在視孔蓋上設置通氣器，使箱體內的熱膨脹氣體自由逸出，保持箱體內壓力正常，從而保證箱體的密封性。</p>

110、<p><b>　　油標</b></p><p>　　為了檢查箱體內油面高度，保證零件的潤滑，在位置上便于觀察且油面穩(wěn)定的部位設置油標。</p><p><b>　　放油孔和放油螺塞</b></p><p>　　為了便于排出油污，在減速器箱體底部設有放油孔，并用放油螺塞和密封墊圈將其堵住。</p>

111、<p><b>　　定位銷</b></p><p>　　為了保證每次拆裝箱蓋式仍保持軸承座孔的安裝精度，在箱蓋與箱座的連接凸緣上配裝兩個定位銷。</p><p>　　部分零部件加工工藝規(guī)程的編制</p><p>　　與輔助電動機連接的輸入軸，其加工件簡圖如下所示。加工過程共需兩把車刀：外圓車刀，外圓車刀。</p><

112、;p>　　圖8-1 輸入軸尺寸簡圖</p><p>　　表8-1 加工工藝規(guī)程</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本畢業(yè)設計的課題是塔式起重機起升機構設計與制作，完成根據(jù)塔式起重機的主要參數(shù)以及實際工作情況經行起升機構的設計。涉及電動機、聯(lián)軸器、制動器、軸承、鍵、鋼絲繩、滑輪組、吊鉤等的選擇，以及行星差動齒輪減

113、速器和卷筒的設計。</p><p>　　根據(jù)起升機構主參數(shù)計算所需功率，依此選擇主電動機和輔助電動機；依據(jù)主參數(shù)計算正常起升及低速就位時的傳動比，并進行傳動比的分配；依據(jù)傳動比進行減速器中各傳動部分的設計計算，涉及行星齒輪的設計計算、圓柱齒輪的設計計算、各相關傳動軸的設計計算、軸承及鍵的選擇；依據(jù)實際使用情況，選擇減速器附件；依據(jù)電動機和與之連接傳動軸的軸徑，并計算承受轉矩選擇聯(lián)軸器和制動器；減速器輸出軸同卷筒輸

114、入軸之間采用開式齒輪傳動；滑輪組根據(jù)實際工作需要選擇合理的倍率，以達到合理起升的效果。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設計不僅鞏固了所學的專業(yè)知識，而且使我對機械設計，尤其是多零部件設計有了更深層次的理性認識。對機械產品的加工制造過程有了更深刻的理解，特別是工藝規(guī)程的安排印象深刻，感悟至深。同時也領悟到在設計中應抱有的嚴謹態(tài)度，靈活地綜合應用所學知識。然而，因本人的知識儲備和經驗有限，在整個設計中疏漏和不妥之處

115、還望各位老師批評指正，學生在此不勝感激。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　濮良貴，紀名剛.機械設計[M]. 北京: 高等教育出版社，2006.5</p><p>　　劉建華，任義磊.機械設計課程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.5</p><p>　　彭文生，李志明，黃華梁.機

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117、<p>　　成大先.機械設計手冊，第五版，第1卷[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007.11</p><p>　　成大先.機械設計手冊，第五版，第2卷[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007.11</p><p>　　成大先.機械設計手冊，第五版，第4卷[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007.11</p><p>　　[10] 寇世瑤.機械制圖[M].北京

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121、;　　[16] U.Kirsch, A unified reanalysis approach for structural analysis [J].Design and optimization, Review article, stuck Multidisc Optima25, 2003 </p><p><b>　　致謝</b></p>&l