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简易吊车设计说明书

简易吊车设计说明书

作者:优发app下载 来源:优发娱乐官网 发布时间:2022-04-13 

详细介绍

  II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求: 设计一移动式简易吊车,要求提升的最大重量为 G=750 公斤,提升的线m / s ,提升的最大高度为 H 2.5m, 适用于机械加工车间小范围 内的起重和搬运。

  航空与机械工程 系 机械设计及其自动化 专业类 1081023 班 学生: 填写日期: 2014 年 2 月 15 日 指导教师: 助理指导教师(并指出所负责的部分):

  本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中 特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究 成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的 个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人 承担。

  本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授 权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

  摘要:本课题的目的就是设计一简易吊车来代替人力实现重物的搬运。该吊车的工

  作原理是:由电动机经带轮传动和一对开式齿轮传动,将运动和动力传给卷筒,再 通过钢丝绳和滑轮组来提升重物。

  通过任务书中的条件参数,设计计算相关的数据,选择钢丝绳的种类和型号, 进而计算出卷筒和滑轮的直径,确定一些其它的标准零部件。在此基础上进行传动 装置的设计和计算,完成其进行结构设计,工作主要包括完成了轴的设计、确定了 带轮的结构、齿轮的结构、卷筒的结构、滑轮的结构 、伸臂杆和支撑杆的结构,绘 制了吊车的总装配图、制动轮装置和卷筒装置的结构图,完成部分零件工作图的设 计。

  吊车是起重机的俗称,起重机(Crane)是起重机械的一种,是一种作循环、间歇 运动的机械。一个工作循环包括:取物装置从取物地把物品提起,然后水平移动到 指定地点降下物品,接着进行反向运动,使取物装置返回原位,以便进行下一次循 环。如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。在一 定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机 械。起重机的工作特点是做间歇性运动,即在一个工作循环中取料、运移、卸载等 动作的相应机构是交替工作的。

  起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起 升机构是起重机的基本工作机构,大多是由吊挂系统和绞车组成,也有通过液压系 统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置,一般是 由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上,臂架 仰起时幅度减小,俯下时幅度增大,分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以 使臂架回转,是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架,主要 承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构,也可为腹板结构,有的可用 型钢作为支承梁。

  吊车的种类:A.可移动式:汽车吊、履带吊、行吊等。 B.固定式:码头吊、 塔吊、龙门吊等。 吊车这个名称是统一的一个称号。 通常所说的吊车多指汽车吊、 履带吊、轮胎吊。

  简易吊车由电动机经常传动和一对开式齿轮传动,将运动和动力传给卷筒,再 通过钢丝绳和滑轮组提升重物。但如何发展大起重量的起重机、提高电气设备的可 靠性和使用寿命逐步成为研究热点。

  中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14 世纪,西欧出现了人力和 畜力驱动的转动臂架型起重机。19 世纪前期,出现了桥式起重机;起重机的重要磨 损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造,并开始采用水力驱动。19 世纪后 期,蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20 世纪 20 年代开始,由于

  电气工业和内燃机工业迅速发展,以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本 形成。起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。 起升机构是起重机的基本工作机构,大多是由吊挂系统和绞车组成,也有通过液压 系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置,一般 是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上,臂 架仰起时幅度减小,俯下时幅度增大,分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用 以使臂架回转,是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架,主 要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构,也可为腹板结构,有的可 用型钢作为支承梁。

  国外现状: 欧洲作为工程起重机的发源地,也是经济非常发达的地区,代表轮式起重机的

  最高水平,最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克,同时还有森内博根、德国格 鲁夫、多田野·法恩、波塔恩、奥米格、里格、PPM 等着名企业,该地区主要现状 为:主要生产全地面起重机、履带式起重机,紧凑型轮胎起重机,也生产少量汽车 起重机。其中全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主;紧凑型轮胎起重机则以 小吨位为主;汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车,即以改装为主。其产品 技术先进、性能高、可靠性高,产品遍布全球。美国工程起重机相对落后于欧洲水 平。近年来,通过收购和合并的手段,先是格鲁夫收购了欧洲老牌起重机企业克虏 伯公司,然后特雷克斯收购了德国德马克;随后,马尼托瓦克兼并了包括美国格鲁 夫公司在内的国内大部分工程起重机企业,使美国工程起重机行业得以蓬勃发展。 目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主 要生产企业为马尼托瓦克,特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高,其中汽车 底盘技术和全路面技术领先于欧洲,产品主要销往美州地区和亚太地区。

  日本作为二战后崛起的经济强国,轮式起重机开发生产虽然起步较晚(起 步于 20 世纪 70 年代),但发展很快,很受亚太市场的欢迎;同时,日本通过收购 的手段来更新技术,加快发展速度,如日本多田野收购德国法恩底盘公司来发展其 全路面技术。日本主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机、全路面起 重机,其中越野轮胎起重机产量最大,汽车起重机的产量次之,呈减少趋势,全路 面起重机的产量最少,呈上升趋势,主要生产企业为多田野、加藤、神钢、日立、

  小松等。产品特点是技术水平、性能、可靠性落后于欧美水平,40%的产品用于出 口。 国内现状:

  (1)从市场方面看:中国工程起重机取得了长足的发展,我国 2003 年工程起 重机的销售量近 9000 台,比北美、西欧和日本的需求总和还要大,中国已经成为世 界起重机的中心。但另一方面,虽然年产销量巨大,但所生产的起重机是很单一的 汽车起重机产品,履带式起重机的产量全年不到 100 台,而汽车起重机的产量也集 中在 12 吨到 25 吨的吨位区间内,35 吨以上的起重机全年总量也只在 500 台左右。 主要生产厂家为徐重、浦沅、北起、长起、泰起、蚌起和锦重。近年来徐重依托区 位优势、资源优势和技术优势,一度打破了“四大家族”的行业格局,使产量和市场 占有率一度飚升,同时依靠技术创新引领行业发展。虽然我国曾于上世纪引进了德 国和日本的先进技术,但由于国内配套件水平跟不上以及国内工艺水平跟不上等原 因,即使是同样的技术,由于工艺水平和配套水平的差异,造成产品实物水平与国 外存在着很大的区别。同时,近期我国起重机市场以个体用户为主,各生产厂家不 断完善产品系列,不断提高产品作业性能,而相对忽视了对产品可靠性的改进(受 国家基础工业的限制),对结构创新、新技术的运用推广相对较少,严重减慢了我 国工程起重机行业技术进步的步伐。目前我国工程起重机产品以满足国内市场为 主,部分销往非洲、中东、南美、澳州和前苏联市场。

  (2) 其他地区如印度主要生产小吨位汽车起重机、移动式起重机(可吊重 行驶但不能回转),韩国生产小吨位全路面起重机、俄罗斯等独联体国家生产中小 吨位汽车起重机,其产量较低、技术比较落后,发展前景容乐观。

  (3) (2)从产品类型上看:我国工程起重机行业在 94~99 年是发展低谷, 5 年中行业几个主要的生产厂家,苦练内功,积极 组织产品变型和换代,在产品外 观上下功夫。

  (4) 从 99 年以来,随经济建设新一轮启动,工程起重 机市场竞争格局发 生巨大变化,各企业不断调整思路、更新观念、转换机制、提高核心竞争力,努力 开发产品,开拓市场。产品重心也从 8t、12t 向 16t、25t、50t 中大吨位发展,25t 增速最快,产量不断翻新,基本占据主导地位。50t 产品由于需求面较广,技术逐渐 成熟,也大批量进入市场。目前国内主要产品系列,汽车起重机为 8t、12t、16t、 20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t,全地面起重机为 25t、50t、125t、160t 和履带 起重机为 35t、50t、l00t、150t。

  (5) (3)从产品整体技术风格上看: 下车有全头和半头两种不同风格, 多年来半头车因总体布置的方便性及价格因素一直被广泛采用。但近年来随着物质 条件的改善,人们的生活条件和质量提高,操作方便、舒适、可靠 逐渐成为用户关 注的焦点,中大吨位向全头方向发展。上车操纵从传统的机械操作向液比例和电液 比例方向发展,起重吊臂也从传统的三节向四节、五节方向发展,产品的起重性能 和起重高度有了较大提高,产品的外观和可靠性有了较大幅度提高。

  (6) (4)从我国工程起重机行业技术发展趋势上来看:国内工程机械产 品近十年来随着技术的引进、消化、吸收,有了长足的进步,产品性能、 可靠性、 外观都有较大幅度的提高,但同国外 工程机械比较来看,还存在较大差距,就工程 起重机而言,今后的发展主要表现在如下几个方面:

  (7) ①整机性能:由于先进技术和新材料的应用,同种型号的产品,整 机重量要轻 20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用,结构形式更加合理;

  (8) ②高性能、高可靠性的配套件,选择余地大、适应性好,性能得到充 分发挥;

  (9) ③电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用; (10) ④操作更方便、舒适、安全,保护装置更加完善; (11) ⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。

  随着科技化进程的逐步推进,高科技的运用越来越多,大型设备、高精度、高 要求的机器的需求量也逐步上升。以前的吊车也已经满足不了工厂和社会的要求 了,为此,吊车业的改革和技术创新势在必行。

  吊车创新设计的理论、方法与工具是基于现代设计理论和方法,应用微电子、 信息、管理等现代科学技术,以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品 的功能、缩短产品开发周期为目的而进行的相应工作。吊车创新理论、方法与技术 研究的宗旨是从吊车作为特种设备所要求的安全性和可靠性的工作目标出发,在特 定技术性、经济性约束条件下,创造性地完成吊车的创新设计,使其在满足用户交 货期和性能要求的前提下做到技术性与经济性最佳搭配。

  吊车运输(物料搬运)机械随着国际市场竞争加剧的驱动,其科技含量明显提 高,近年来主要工业国家的发展趋势如下:

  由于工业生产规模的不断扩大,生产效率日益提高,以及产品生产过程中 物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加,促使大型或高速起重机的需求量不断增长。 起重量越来越大,工作速度越来越高,并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机 已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作,容易维护,而且安 全性要好,可靠性要高,要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济 性。目前世界上最大的浮游起重机起重量达 6,500t,最大的履带起重机起重量达 3,000t,最大的桥式起重机起重量为 1,200t,集装箱岸边装卸桥小车的最大运行 速度已达 350m/min,堆垛起重机最大运行速度是 240m/min,垃圾处理用起重机的 起升速度达 100m/min 。

  工业生产方式和用户需求的多样性,使专用起重机的市场不断扩大,品种 也不断更新,以特有的功能满足特殊的需要,发挥出最佳的效用。例如冶金、核 电、造纸、垃圾处理的专用起重机,防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装 箱专用起重机的功能不断增加,性能不断提高,适应性比以往更强。德国德马格公 司研制出一种飞机维修保养的专用起重机,在国际市场打开了销路。这种起重机安 装在房屋结构上,跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高。在起重小车下面安 装有多节伸缩导管,与飞机维修平台相连,并可作 360 度旋转。通过大车和小车的 位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位,进行飞机的维护和修 理,极为快捷方便。

  (2)模块化和组合化 用模块化设计代替传统的整机设计方法,将起重机上功能基本相同的构

  件、部件和零件制成有多种用途,有相同联接要素和可互换的标准模块,通过不同 模块的相互组合,形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进,只需针对某 几个模块。设计新型起重机,只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生 产的起重机改换成具有相当批量的模块生产,实现高效率的专业化生产,企业的生 产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能,降低制造成本,提高通 用化程度,用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品,充分满足用户 需求。

  目前,德国、英国、法国、美国和日本的着名起重机公司都已采用起重机 模块化设计,并取得了显着的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化 设计后,比单件设计的设计费用下降 12%,生产成本下降 45%,经济效益十分可 观。德国德马格公司还开发了一种 KBK 柔性组合式悬挂起重机,起重机的钢结构由

  冷轧型轨组合而成,起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置,可有叉道、转 弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大批量生产,再根据用户的不同需求和具体 物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好,操 作方便,能充分利用空间,运行成本低。有手动、自动多种形式,还能组成悬挂系 统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛 起重机,甚至能组成大型自动化物料搬运系统。

  (3)轻型化和多样化 有相当批量的起重机是在通用的场合使用,工作并不很繁重。这类起重机

  批量大、用途广,考虑综合效益,要求起重机尽量降低外形高度,简化结构,减小 自重和轮压,也可使整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价。因此电动 葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展,并将大部分取代中小吨位的一般用 途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新,已形成了一个轻型组合 式的标准起重机系列。起重量为 1-63 吨,工作级别为 A1-A7,整个系列由工字形和 箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与 端梁相接以及起重小车的布置有多种型式,可适合不同建筑物及不同起吊高度的要 求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择,还可以选 用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、 无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及 小车的供电有电缆小车导电、DVS 系统两种方式。如此多的选择项,通过不同的组 合,可搭配成百上千种起重机,充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大 优点是轻型化,自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小,可大大降低厂房建筑物的建造 成本,同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较,起重量为 10t,跨度,通用双梁桥式起重机自重是 24t,起重机轨面以上高度 1876mm,起重 机宽度 5980mm; 德马格起重机的自重只有,重量轻了 176%,起重机轨面以上高度 为 920mm,降低了 104%,起重机宽度为 2980mm,外形尺寸减少了 100%。

  (4)自动化和智能化 (5) 起重机的更新和发展,在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将 机械技术和电子技术相结合,将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、 光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现起重机的 自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控 制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系

  统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监 控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总 线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机 具有更高的柔性,以适合多批次少批量的柔性生产模式,提高单机综合自动化水 平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置,使起重机具有优良的调速 和静动特性,可进行操作的自动控制、自动显示与记录,起重机运行的自动保护与 自动检测,特殊场合的远距离遥控等,以适应自动化生产的需要。

  (5)成套化和系统化 在起重机单机自动化的基础上,通过计算机把各种起重运输机械组成一个

  物料搬运集成系统,通过中央控制室的控制,与生产设备有机结合,与生产系统协 调配合。这类起重机自动化程度高,具有信息处理功能,可将传感器检测出来的各 种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工,进而向执行机构发出控制指 令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口,实现信息全部、准确、可靠地 在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成,能形成不同机种的最佳 匹配和组合,取长补短,发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系 统,柔性加工制造系统,商业货物配送集散系统,集装箱装卸搬运系统,交通运输 和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。

  (6)新型化和实用化 结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝,提高抗疲劳性

  能。采用各种高强度低合金钢新材料,提高承载能力,改善受力条件,减轻自重和 增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构,主梁与端梁采 用高强度螺栓联接,便于运输与安装。

  在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化机构。“三合一”运行机构是 当今世界轻、中级起重机运行机构的主流,将电动机、减速器和制动器合为一体, 具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点, 国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简 化,同时降低起重机的尺寸高度,减小轮压,国外已大量采用电动葫芦作为起升机 构。为了减轻自重,提高承载能力,改善加工制造条件,增加产品成品率,零部件 尽量采用以焊代铸,如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采 用硬齿面,以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式 制动器的应用范围也越来越大。此外,各机构采用的电动机都向高转速发展,从而

  减小电机基座号,减轻重量与减小外形尺寸,并可配用制动力矩小的制动器。 在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统,发展半自

  动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术,提高使用性能和可靠性,增加起重机 的功能。今后会更加注重起重机的安全性,研制新型安全保护装置。重视司机的工 作条件,应用人体工程学设计司机室,降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重 机吊钩的防摆控制,开发了模糊逻辑电路的控制技术,用神经信息和模糊技术来寻 找开始加速的最佳时刻,将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统,实现最优控 制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令,将人们主观上的模糊量通过模 糊集合进行数字化定量,再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作,取得了更 高的效率和安全性。

  钢丝绳的种类 钢丝绳又叫钢索,是用优质高强度碳素钢丝制成的。钢丝绳拉力强度高,耐磨

  损,是起重工作中最常用的绳索之一。它的种类有很多: (1)按钢丝绳绳股数量的不同可分为单股和多股。单股钢丝绳刚性较大,不易

  挠曲。多股钢丝绳是先由钢丝拧成股,再由股拧成绳,随着股数的增加,股内的钢 丝愈细愈多,加上中间有个柔软的芯子,挠曲性也就愈好。这种钢丝绳可以通过直 径较小的滑轮或卷筒工作。在其重机械中,以六股和八股的钢丝绳应用较多。

  (2)按钢丝绳绳芯材料的不同可分为纤维芯(如用剑麻、棉纱等制成)、石棉 芯和金属芯三种。它们各有其优缺点:用油浸的纤维芯钢丝绳,比较柔软,容易弯 曲,绳芯中含油较多,能润滑钢丝并能起到防止锈蚀的作用,但不能在较高的温度 下工作,不能承受横向重压(如在卷筒上缠绕多层钢索)。用石棉芯的钢丝绳,除 了比较柔软,容易弯曲外,还可适应在较高温度下工作,但是也不能承受横向重 压。金属芯钢丝绳,强度较大,能承受横向重压,并可在较高温度下工作,但是钢 丝绳太硬,不易弯曲。

  (3)按钢丝绳的搓捻方向不同可分为右同向捻,左同向捻,右交互捻,左交互 捻和混合捻等几种。在钢丝绳中,钢丝搓捻方向和钢丝股搓捻方向一致的称为同向 捻,不一致的称为交互捻。相邻两股钢丝的捻向相反,则称为混合捻。

  面积的压力小,磨损也小,比交互捻钢丝绳耐用。但由于绳股与钢丝都以相同方向 扭转一定角度,使钢丝绳在受力后具有一个反向回捻的趋势,吊重物时会使重物旋 转。其次,同向捻钢丝绳还易于扭结、纠缠,给工作带来不便,故一般只用于拖拉 绳和牵引装置上,不宜用于起重机和滑轮组的吊装工作。交互捻钢丝绳性能与同向 捻钢丝绳相反,虽然耐用程度较差,但使用比较方便,故多用于起重机和滑轮组上 的吊装工作。

  钢丝绳的型号 国产标准钢丝绳品种型号较多,按抗拉强度分为 140 公斤/ 毫米2 、155 公斤

  已知 G=750 公斤,图为吊重时滑轮组的受力情况,G 将由两根 钢丝绳分担,因此得到

  式中 ———滑轮组的效率(因摩擦力所产生的损失), 一般为 94%,即 = 则

  卷筒在吊车中起到省力的作用。在此简易吊车中,运用了一组简单的滑轮组装 置:一个定滑轮和一个动滑轮。动滑轮可以省一半的力,而定滑轮可以改变力的方 向。而当他们同时使用时,既可以省力,又可以改变力的方向。

  D (e 1)d 式中 D------卷筒和滑轮的名义直径,即槽底直径,毫米;

  d------钢丝绳直径,即绳的外接圆直径,毫米; e------由钢丝绳用途和工作类型决定的系数。 现已知 d=毫米,由冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表 24-7 查得,属于轻级的,取 e=16, 则

  D (16 1) 6.2 93毫米 取滑轮的直径 D滑 120毫米 。考虑到提升速度和传动比的要求,取卷筒的直径为 D卷 200毫米。

  手动绞车是以人力做动力,但对于起重量大的起重机械,人的力量是有限的, 且效率很低,于是就出现了机动绞车,它的动力一般是电动机。要设计这种机动绞 车,就要知道工作机构在提升最大重量时所需要的功率,并由此选择电动机,设计 传动装置。

  N卷 =PV 式中 P————卷筒钢丝绳的拉力,此例为 P最大 =3910N;

  ————卷筒钢丝绳的线速度,此例为吊钩运动速度的 2 倍 =046 米/秒。 则

  根据卷筒的速度为 D0n卷 米 / 秒 ,得到卷筒的转速为: 60 1000

  式中 D0 ————卷筒的计算直径是指按钢丝绳横截面中心量得的直径,单位:毫 米

  电动机类型的选择 电动机是已经系列化了的标准产品。在设计中,主要根据所需电动机的输出功

  率、工作条件及经济要求,从产品目录中选择其类型、结构形式、容量(功率)和 转速、并确定其型号。

  因为三相交流异步电动机(特别是鼠笼式感应电动机)具有结构简单,工作可 靠,价格便宜和维护方便等优点,所以应用广泛。尤其在中小功率,无须调速而又 长期带动稳定或变动载荷的设备中用得较多。

  在选择电动机的类型时,主要考虑的是:静载荷或惯性载荷的大小,工作机械 长期连续工作还是重复短时工作,工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。

  对于一般用途,无特殊要求的工作机械(如机床,鼓风机,水泵等)通常选用 J2 或 JO2 型电动机。对于灰尘较多或水土飞溅的地方(如磨粉机,碾米机,农用机 械,矿山机械等)则必须选用 JO2 型封闭自冷式电动机。

  对于起动载荷或惯性载荷较大的机械(如连续运输机械,压缩机,锤击机,柱 塞式泵等),则宜选用 JO3 或 JO2 型电动机。

  对于各种型式的起重机,牵引机和冶金机械设备等,必须选用 JZ,JZR 型起重 及冶金用三相异步电动机。

  电动机转速的选择 同一功率的异步电动机有每分钟转速为 3000,1500,1000,750 的几种。当工

  作机械(如鼓风机,压缩机等)转速较高时,一般选用同步转速为 3000 转/分的电 动机较为经济。如果工作机械的转速太低(即传动装置的总传动比太大),将导致 传动装置机构复杂,价格较高,所以需要全面考虑。

  在一般机械中 1500 和 1000 转/分的电动机用得最多。它们适应性大,供应普 遍。同步转速为 750 转/分的电动机,只有要求低转速,在功率较大,起动次数频繁

  电动机功率的选择 从类型来讲,此例宜选用 JZ 型三相异步电动机,因为这类电动机具有较高的机

  械强度及过载能力,能承受经常的机械冲击及振动,转动惯量小,过载能力大,适 用于经常快速起动及机械制动的场合;从转速来讲,为了使传动装置不至于太复 杂,电动机的转速不宜太高;从功率来讲,若考虑机械传动的总效率在总 0.8 左 右,则所需要电动机的功率为 i总 19.6 。根据以上分析,查《机械设计手册》知, 选择 JZ-11-6 型电动机,其额定功率 N电 =千瓦,满载转速 n电 =837 转/分。

  为了获得 i总 19.6 的降速比,可以采用标准的两级圆柱齿轮减速器,按冶金工 业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表 17-25 查得,比较接近的只有 名义传动比为 20,减速器高速轴许用功率 N1 =千瓦,总中心距为 250 毫米,属于重 型减速器。其标记为:

  画出传动示意图得到第一个传动方案,由于减速器的实际传动比为,比要求的 偏大,但又找不到其它更合适的减速器,因此决定自行设计一个传动装置的方案, 由带传动和开式齿轮传动组成,其传动示意图如图所示。

  根据冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表 19-2 推荐的各类传动机构 单级传动比的范围,可将总传动比 i总 =分配为 i带 =4, i齿 =或 i带 =, i齿 =,使齿轮的传动 比稍大于带轮的传动比,这样可经济一些。

  一对啮合齿轮的传动比最好不是整数,这样有利齿轮均匀磨损。同时考虑到要 增加小带轮的包角,最后决定采用第二组传动比。

  吊车在起重时,卷筒的受力情况如图所示,在钢丝绳最大拉力 P最大 的作用下产

  施加一个作用力 F,使大齿轮产生逆时针方向的转矩,并且还要使 M扭大齿轮 大于

  M扭卷 ,才能提升起重物。而这个 F 力是由电动机的额定功率 N电 =千瓦传递来的,即

  M 扭大齿轮 M 扭小齿 ? i齿 ?齿 ?滚 81.93 5.76 0.94 0.99 439 .2J 计算结果表明, M扭大齿轮 大于 M 扭卷 ,能够使卷筒得到逆时针方向的转动,达到 提升起重物的目的。

  此吊车是靠电动机的正反转来实现提升和卸下重物的。考虑到工作中的必要停 止,应设有一个制动装置(包括制动器及其附件)。制动装置是用来对运动着的轴 产生阻力矩,并使轴很快地减速或停止转动的装置。

  制动器的选择是根据吊车提升最大重物时的制动力矩要大于轴上的最大转矩的 原则进行的。即

  式中 K制 ————制动安全系数,见表。此例属于轻级工作类型,取 K制 =; M扭最大 ————被制动轴的最大转矩,J,

  此轴的转矩表可以知道 M小齿 81.93J ,其制动力矩为: M 制 1.5 M 小齿 1.5 81.93 122 .9J 按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表 24-44 查得,可

  选用电磁闸瓦制动器 JWZ—200。其产生的制动力矩,当负荷持续率为 JC=25%时,

  为 M制 =,正好大于,完全能够达到制动的目的。这个制动器的标记为:JWZ-200 制 动器 ZB112-62。

  带传动 已知带所传递的名义功率 N电 =千瓦,参考冶金工业出版社出版的《机械设计自

  学入门》表 7-4,其具体计算步骤如下: 选取工作情况系数 K工 =,则计算功率为: N计 K工 N电 1.3 2.2 2.86千瓦; 根据 N计 =千瓦和 n电 =837 转/分,查得为 A 型胶带; 参考冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表 7-3 和 7-6,选取小带轮直

  选取 A 型带相近的计算长度 L计 =2533 毫米,其内周长 L内 =2500 毫米; 实际中心距 应为:

  再确定模数。已知 1 =22, n2 =转/分, N2 =千瓦,若大,小齿轮选用材料为 45 号钢,调质处理。查冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表 8-7 得当 1 =22

  而按冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》图 8-24 查得 m=毫米,为安

  等),都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功用是支承回转

  小齿轮轴的直径:该轴选用材料为 45 号钢,调质处理。由于小齿轮齿根到键槽 底部的距离 e 2mt ,所以齿轮和轴得做成一体,叫做齿轮轴。

  孔径 d 等于电动机轴直径,查得 JZ-11-6 型电动机轴直径 d轴 =35 毫米;

  孔径 d 等于和它装配的轴头直径,由前面计算得。应为 28 毫米,因带轮较大, 而孔径较小,结构上不相称,故取 d轴 =38 毫米;

  大带轮材料也选 HT20-40 灰铸铁; 大带轮结构型式查得为四椭圆轮辐;

  式中 N ————胶带所传递的功率,此例 N2 =千瓦; n ————带轮的转速,此例 n2 =转/分。

  小齿轮,由于 d顶1 〈160 毫米,做成实心结构,材料用 45 号钢,正火处理。 大齿轮,由于 160 毫米〈 d顶2 〈500 毫米,做成腹板式结构,材料用 45 号钢, 正火处理。

  按一般的经验公式计算,只好初步确定孔数为八个,孔径 d0 30毫米,孔的圆周定位 尺寸至少要大于卷筒挡板的直径,故确定为 355 毫米。

  通常采用圆柱形卷筒,可以做成整体铸造的、焊接的或组合的三种型式。 焊接卷筒与铸造卷筒相比,能减轻重量 30%~40%,特别是单件生产时,用焊接 卷筒可不用木模,还能降低成本。此例采用组合卷筒,沿卷筒轴向联接的结构。 在大多数情况下,钢丝绳在卷筒上只绕一层。为了引导绳索,以免钢丝绳缠绕 时互相摩擦,卷筒的表面做成螺旋槽面。只有用手驱动的卷筒或因结构上的原因, 而必须用多层缠绕时才允许用光面卷筒。 卷筒的绳槽面如图所示。其几何尺寸可参照冶金工业出版社出版的《机械零件 设计手册》第二版中册表 24-19 进行设计计算。此例,d=毫米, D卷 =200 毫米, D0 =毫米,h=毫米,p=8 毫米,R=4 毫米,r=毫米。由于此吊车要求不高,为简化工 艺也可做成光面卷筒。 工作时,钢丝绳在卷筒表面的偏斜角不能太大,否则缠绕的钢丝绳将发生疏密 不均或乱扣的现象。为此,当钢丝绳绕到卷筒两侧时,对于光面卷筒偏斜角不得大 于130/ ,即

  也就是卷筒前面安装的第一个转向滑轮中心线到卷筒中心线的距离 A 要大于卷

  H最大 ————最大提升高度, H最大 =2500 毫米; P ————卷筒绳槽节距, P =8 毫米; L1 ————卷筒端部无绳槽部分的长度,可有结构需要决定 L1 =59 毫米; L2 ————附加长度,包括固定钢丝绳所需要的长度和为减少钢丝绳末端在 卷筒上固定处(接头)的作用力的必要长度。 L2 =81 毫米。将具体数据代入上式。 得到:

  卷筒的壁厚按下列公式确定: 铸造卷筒 0.02 D卷 (6~10)mm 焊接卷筒 d毫米 此例确定为铸造卷筒,

  0.02 200 8 12毫米 钢丝绳末端在卷筒上的固定要求牢固可靠,便于装拆,检查。其中最常用的方 法是用压板和螺栓进行固接。 考虑到卷筒一端和大齿轮作轴向联接,另一端和端盖作轴向联接,故把卷筒设 计成所示结构形式,其材料为 ZG35

  此例做成实体轮。 D滑 ————滑轮的名义直径, D滑 =120 毫米; D0 — — — — 滑 轮 的 计 算 直 径 是 指 从 钢 丝 绳 横 截 面 中 心 量 得 的 直 径 ,

  如图所示,由于起升最大高度 H最大 2500毫米,再考虑活动滑轮装置对起升高 度的影响,估计升臂杆顶端离地面的高度约为 3230 毫米,若升臂杆的倾斜角为

  BD 的投影角度,即 BA 与 BN 夹角。在 ABN 中,可利用正弦定理求出:

  圆整后取 B1D1 = B1E1 = 2050毫米 。 根据强度条件、决定升臂杆的材料和断面尺寸

  我们将升臂杆放平画出,A 点和 B 点画成固定支座,如图所示。此处的升臂杆相当

  于二支座悬臂梁,为平面任意力系。作用在上面的外力,已知的有 G、 P最大 ,若取

  XOY 直角坐标系,就可以利用平衡条件。求出杆件 A 点和 B 点的支反力。 为了求 Fb ,可设各力对 A 点的力矩之和为零,见图 即: G ? l1 P最大 ? l2 Fb ? l3 0

  图求力 Fb 式中 l1 、 l2 、 l3 为 A 点到 G、 P最大 、 Fb 各力作用线的距离,也就是力臂之长。

  负号说明 Fay 与图上假设的方向相反。 从图可以看出,升臂杆 AC 在外力作用下,将同时承受拉压、剪切和弯矩,但 是以弯矩为主。其最大弯矩及相应的截面位置,根据材料力学相关知识可知,最大 弯矩在 B 之座处: M 弯最大 (GY PY) BC (3675 476 .65) (3500 2250 ) 3998 N m

  若升臂杆选用热扎方钢,其材料为 A3,参考冶金工业出版社出版的《机械设计 自学入门》表 2-5,查得许用弯曲应力 [ ] 1500公斤/ 厘米2 ,考虑到提升重物开始 和停止的瞬间有冲击载荷,应适当降低许用弯曲应力,现取 [ ] 1000公斤/ 厘米2 , 根据强度条件

  式中 W弯 ————抗弯断面系数, 厘米3 ,与断面形状和中性轴的位置有关。对于

  a 6.26厘米 按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表 2-22,选取边长 a =65 毫米,长度为 3550 毫米的热扎方钢。

  根据强度条件,决定支撑杆的材料和断面尺寸 由于支撑杆受到一个与 Fb 大小相等,方向相反的作用力 Fb/ 作用,利用平行四边

  形法则,将 Fb/ 分解为相等的 Fd / 和 Fe/ 两个力,即两个支撑杆受到两个相等的压力。 已知二支撑杆的夹角为 30 ,根据余弦定理得到:

  若选支撑杆为热扎方钢,其材料为 A3 许用压力应按冶金工业出版社出版的《机

  械设计自学入门》表 2-2,选取,则[压 ] 1600公斤 / 厘米2 。根据强度条件公式

  式中 A————钢材的横截面积, 厘米2 。对于方钢,其边长为 a ,则 A= a2 。

  按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表 2-22 查得,只要 选取 a =7 毫米的热扎方钢,就能承受得起 772 公斤的压力。

  与此同时,支撑杆还受到一个与 Fby 大小相等、方向相反的作用力 Fby/ 。它将由

  BD、BE 两个支撑杆分担,各为 Fby/ 2 ,是两个杆的弯矩力,两个杆相当于悬臂梁, 最大的弯矩在固定端 D 和 E 处,其最大值为 Fby/ 2 乘以 D(或 E)点到 Fby/ 力作用线 的距离 DK(或 EK)。在直角三角形 B1D1K 中。DK=EK= B1D1 cos 20 ,即

  若已知 A3 钢的许用弯曲应力[弯] 1000公斤/ 厘米2 ,根据弯曲强度条件公式

  按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表 2-22 查得,选取 边长 a =68 毫米,长为 2050 毫米的热扎方钢。

  从以上计算可以看出,这两根支撑杆只要承受弯矩力,只要弯曲强度足够,压 缩强度是不成问题的。

  在已知制动轮、卷筒、齿轮、带轮的结构尺寸和轴的最小直径的前提下,就可 以进行制动装置和卷筒装置的结构设计和画图工作。它涉及到轴承的选择和轴的结 构设计。

  本例中的两根轴是支承在轴承座声,由于安装时不可能绝对保证两头的轴承座 的同轴性,因此轴承宜选用 1000 型滚动轴承。按冶金工业出版社出版的《机械零件 设计手册》第一版表 19-9 查得,可选择 1209 型双列向心球面轴承。再根据它的外 径 D=85 毫米,按该手册表 19-42 选择 GZ-85 轴承座,按表 19-46 选择闷盖 85 35 ,按 该手册表 24-9 选择螺纹联接部分尺寸为 M141.5 的旋盖式油杯。透盖有标准可查, 根据轴承座孔径和透盖孔的轴径选取。

  机架都是钢结构的,可用槽钢和角钢焊接而成,在画总装图时,还要考虑带的 张紧方式,此例是用螺栓来调节电动机的位置。

  为了便于制造,必须根据总装图和部件装配图,来拆画重要零件图。如大齿 轮、大带轮、小齿轮轴、卷筒轴,制动轮等零件。

  本次设计的主题为简易吊车。在很多任务厂的车间中经常会用到一种简易的小 车,用于起吊、搬运一些小型的机械设备,而这种小车就是简易的吊车。而我在此 设计的吊车即是以其为模板。

  此简易吊车主要由减速器、吊挂系统和带轮传动构成。该简易吊车的工作原理 是:带轮将发动机的动能传递到齿轮在传动到齿轮上,最终带动卷筒旋转,拉动钢 丝绳克服重物的重力使重物垂直上升,达到起升物体的目的。

  在设计之初,我们利用已知的数据条件,对传动方案的选择,确定了总体结构 方案和对相关参数的设计计算,其中包括选择合适的传动方案和对吊车各个零件的设 计计算以及校核。在根据计算和查得的数据和尺寸,画出简易吊车的总装配图,在 对一些主要的零件进行拆画,如制动器,绘制零件图。我们设计都是以已知条件作 为基础,严格按照要求计算和查阅相关资料,可以保证其的准确性。但百密难有一 疏,在工作中难免会出现差错,而且实际操作的环境比较复杂,各零件的工作状态 不知,而且由于时间有限,忽略了一些细节,比如发动机是如何固定位。同样本人 能力有限,经验不足,有些地方考虑的不够周全,特此说明。

  毕设快要完成了,我的大学也即将结束了,回想起着三个多月的经历,有太多 太多的东西值得我去怀念。这期间我经历了很多的挣扎,课题有了,却不知从何下 手,茫然、无知、焦虑,甚至一度想要放弃,值得庆幸的是,我坚持下来了,看 书、查资料、问老师,一点一点的提高自己对课题的理解和领悟。

  毕业设计,是我们大学里的最后一道大题,虽然这次的题量很大,看起来困难 重重,但是当我们实际操作起来,又会觉得事在人为。只要认真对待,所有的问题 也就迎刃而解。毕业设计完成后,我们都认为做路基路面是最复杂的,这里遇到的 问题也就最多。我们发现,只要完整地做好了一个设计,以后的也就大多“雷 同”,所以这也算得上是其中的一个收获。毕业设计是一个过渡时期,我们从学生 走向实习岗位的必经之路,在不长不短的设计过程中,我发现自己主要得到了以下 收获:

  一.遇到什么疑惑的问题应 该首先自己独立地解决,而不是未加思考就随便 问,这样不仅无法切实的提高思考能力,而且也是一种消极态度的反映。在设计的 过程中,我们当然要仔细聆听老师们的见解,可是自己的领悟更重要,只有这样才 可以真正地理解各种定额的编制。理解各个设计文件中为什么会选择这个定额。而

  这些独立领悟的东西才是真正深入到我们的思维习惯和思维特性中去的内核部分。 二.亲身去实践的过程,这也是十分有用的,这样不仅仅锻炼了我们理论上的

  能力,到实践上同样是一种很好的锻炼。在设计中要保持清醒的头脑,不断接受新 事物,遇到不明白的要及时请教,从中获益,让自己的思想也不断得到休正和提 高。其实我们可以把毕业设计看作是一个工作内容,在完成毕业设计的时候,所用 到的知识,以及所具备的专注力和责任心,同样在工作中是必不可少的。

  理论与实际相结合,不仅包括课堂上学的有关知识要与技能训练相结合,还包 括要引导学生了解和接触社会实际的内容。学生进行毕业设计,是在专业理论知识 的指导下,通过各种方式,解决一些实际性的问题。在设计过程中,学生可以将所 学的理论知识运用到实践中,不仅能加深对专业理论知识的理解,而且能丰富和发 展书本上的理论知识,使之转化成更高层次的经验、技能和技巧。社会是在不断的 变化、发展的,眼下社会变革迅速,对人才的要求也越来越高,要用发展的眼光看 问题,要学会学习,学会创新,学会适应社会的发展要求。在走出校园,迈向社会 之即,把握今天,才能创造未来,老师的熏陶和教诲,使我懂得了更多处世为人的 道理,有了一定的创新精神和钻研精神。

  总之,对于这一次毕业设计,我感觉个人不但比以前更加熟悉了一些机械方面 的知识,还锻炼了自己的动手能力,觉得收获颇丰。同时也会有一种小小的成就 感,因为自己在这项任务进行的过程中努力过了。而在以后的实习工作中,我们也 应该同样努力,不求最好、只求更好!还有就是,想在此对于我的指导老师和同学 们表示忠心的感谢,感谢他们在这毕业设计过程中给我的帮助!

  [1].璞良贵,纪名刚主编.机械设计.第七版.北京:高等教育出版社,2001 [2].孙恒,陈作模主编.机械原理.第六版.北京:高等教育出版社,2002

  如火的六月,我即将毕业,缤纷的四年大学生活,真有些依依不舍。 回顾大学四年,真的有太多的感慨,太多的依恋,太多太多的不舍。四年的时

  光在我们人生中不算长,但是却值得我们终生怀念。四年的慢慢求学,四年的朝夕 相处,四年间共同勉励。四年,大学中的四年是我们人生中最美好的时光,花一样 的年纪,在花园般的母校留下了太多太多值得我们怀念的东西,学到的知识更值得 我们受益终身。时光如箭,岁月如梭,现在我们即将毕业离开这里,带着众多的不 舍,登上人生更大的舞台,开创人生更高的高度。在此,我真诚的感谢我的父母、 感谢吴晖老师、感谢我的室友以及感谢所有关心我的人和我关心的人。

  特别感谢吴晖老师对我论文的悉心指导,从论文选题到论文的写作过程给予我 真诚的鼓励、中肯的建议和指导。他严谨的治学作风给予我深深地影响,促使我在 论文写作中精益求精。对吴老师的辛勤指导,呈上我最诚挚的谢意。

  感谢在我大学四年学习生活中,给予我淳淳教诲的所有的老师们,谢谢您们曾 经给予我的一切。感谢在求学路上一起奋斗的同学们,谢谢你们同我一起编织的美 好大学,更感谢我的父母,谢谢你们的支持和理解。

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