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1、 说明书设计题目： 桥式起重机的机构设计 专业年级： 2011级机械设计制造及其自动化 学 号： 116712154 姓名： 指导教师、职称： 2015 年 5 月 16 日目录摘要IABSTRACTII1引言- 1 -1.1起重机概述- 1 -1.2起重机的分类- 1 -1.3我国起重机的发展状况- 1 -2桥式起重机整体设计方案- 2 -2.1小车运行机构设计- 2 -2.2起升机构设计- 2 -2.3安全装置- 2 -2.3.1栏杆和排障板- 2 -2.3.2限位开关- 2 -2.3.3挡铁和缓冲器- 2 -3运行机构设计- 4 -3.1确定小车运行机构形式- 4 -3.2确定小车运行机
2、构的驱动装置- 4 -3.3电动机选择- 5 -3.3.1电动机的静功率- 5 -3.3.2电动机初选- 5 -3.3.3电动机过载校验- 5 -3.3.4选择合适的电动机型号- 6 -3.4减速器的设计- 6 -3.4.1计算传动装置的传动参数- 6 -3.4.2 齿轮的设计- 7 -3.4.3几何尺寸计算和齿轮结构设计- 11 -3.4.4低速轴设计- 12 -3.5制动器选择- 15 -4起升机构的设计- 16 -4.1 起升机构的驱动形式- 16 -4.2 起升机构设计计算- 16 -4.2.1钢丝绳的选择- 16 -4.2.2 滑轮及滑轮组的选择- 17 -4.3电动机的选择- 18
3、 -4.4减速器的设计计算- 18 -4.4.1 减速器传动比的计算- 18 -4.4.2 计算传动装置的传动参数- 19 -4.4.3齿轮设计- 20 -4.4.4几何尺寸计算和齿轮结构设计- 24 -4.4.5轴的结构设计- 25 -4.4.6轴的强度校核- 26 -4.5卷筒的设计- 28 -4.5.1概述- 28 -4.5.2卷筒的设计计算- 28 -4.6吊钩的选用- 29 -5结束语- 29 -参考文献- 30 -致谢- 31 -摘要随着社会的发展和时代的不断进步，每个行业之间的竞争越加强烈，所以生产企业都需要不断的改进设备和更新生产技术来提高自己的生产力。起重机在生产中的作用体现
4、的越来越重要，同时生产要求对起重机的要求也越来越高，起重机的性能也更加全面。如今自动化的生产已经离不开起重机械。本设计主要是对桥式起重机中的小车运行机构和起升机构进行机构设计，同时也进行了电动机、减速器、卷筒、钢丝绳、吊钩的计算选用；经过这一系列的计算设计，起重机的起重量可以达到50-10T，且小车运行机构和起升机构结构简单，拆装方便，维修容易。关键词： 桥式起重机； 运行机构； 起升机构； 设计ABSTRACT With the progress of the development of society and the times, competition between each ind
5、ustry more strongly, so manufacturers are continually improving and updating production techniques to improve the productivity of equipment. Cranes in the increasingly important role in the production, and production requirements are increasingly high requirements for crane, cranes performance is al
6、so more comprehensive. Todays automated production is inseparable from the crane.The design is mainly for bridge crane cart mechanism and institutional design of hoisting mechanism, but also motor, reducer, drum, calculated selection of wire rope, hook and after a series of calculations, crane load
7、capacity can be achieved 50-10T And car running gear and hoisting mechanism is simple in structure, easy, easy maintenance. Keywords: Bridge cranes; running institutions; lifting mechanisms design 1引言1.1起重机概述在19世纪前期，开始有了桥式起重机。起重机机构当中一些容易磨损的部件如轴、齿轮开始逐渐用金属材料制造。随着电气工业和内燃机工业的迅速发展，20世纪初期以电动机或内燃机为动力装置的起重机
8、开始出现。起重机械主要是对重物的起重、装卸、安装和运输的作业机械。随着社会企业的生产规模的逐步扩大，生产的特殊要求也越来越多，特殊用途的起重机陆续诞生。如今，起重机已成为生产线上不可或缺的重要机械设备，起重机对我国经济建设起着不可估量的促进作用。1.2起重机的分类桥式起重机一般可以分为通用桥式起重机和冶金桥式起重机。通用桥式起重机主要是用来装卸和调运物件；冶金桥式起重机主要是用在冶金生产中。1.3我国起重机的发展状况改进机械结构，减轻自重国内的桥式起重机已经开始使用计算机进行优化设计，这样可以使整个机械的技术性能和减轻自重。吸收利用国外先进技术许多国产起重机的大小车运行机构不断吸取国外起重机的
9、先进技术，不断改进设备，使结构紧凑，提高运行机构的性能和寿命，外观美观，维修安装方便。向大型化发展随着近年来国家对能源工业的重视和投资不断增大，建造了很多大中型水电站，发电机组越来越大，这样对大型的起重机的需求也开始增加。尤其是长江三峡的建设对大型起重机的需求量立马提升。2桥式起重机整体设计方案2.1小车运行机构设计 桥式起重机小车运行机构主要由减速器、电动机、车轮、联轴器、传动轴以及一些附件所组成。在设计零部件位置时，要尽量使机构总重心趋近于小车架的纵向中心线，以保证小车轮压较均匀。2.2起升机构设计桥式起重机起升机构由电动机、传动装置、卷筒、制动器、滑轮组及吊钩装置等组成。这些零部件在组成
10、时，要考虑到改善零部件受力的情况，保证外形尺寸和自重最小，保障安全性能使其工作平稳，还要考虑装配维修方便等因素。2.3安全装置起重机中的安全装置包括栏杆、排障板、限位开关、挡铁和缓冲器等。2.3.1栏杆和排障板 栏杆保护维修人员在工作时操作安全。它设置在小车台面边缘上。为了方便小车维修人员上下，在小车的另外两边没有设置栏杆。排障板装在小车架端梁的车轮外边，主要是用来推开小车轨道上可能出现的障碍物，保证小车的正常通行。2.3.2限位开关限位开关的作用的限制吊钩、小车和大车的极限位置。当这些机构运行到极限位置的时候，限位开关自动切断电源，以防止操作失误造成的事故。2.3.3挡铁和缓冲器 缓冲器和挡
11、铁是为了预防限位开关失灵，用次来阻止小车前进和吸收撞击时小车的功能。综上所述，起重小车总体方案如图2-1所示。 图2-1 桥式起重机小车示意图3运行机构设计3.1确定小车运行机构形式起重小车的运行机构是用来承担着重物的横向运动。主要运行机构形式有三种。如图3-1所示。1-传动轴 2-大齿轮 3-小车轮 4-减速器 5-制动器 6-电动机7-轴承 8-主动车轮 9-轨道 10-联轴器 11-半齿联轴器 12-补偿轴图3-1 运行机构的三种类型本设计中采用a图的运行机构类型。在a图中，小车的主动车轮装在传动轴上。传动轴上设有大齿轮，由减速器低速轴伸出的小车轮带动旋转，齿轮沿轨道运行。电动机与小齿轮
12、之间，用减速器或为一级开式齿轮相联接。这种结构类型的优点是结构简单，缺点是车轮部位维修不方便。3.2确定小车运行机构的驱动装置小车运行机构的驱动装置的组成一般包括电动机、制动器、传动装置和车轮等结构部件。驱动方式可以分为自行式和牵引式两种。本设计运行机构应采用自行式运行机构。自行式运行机构又分为集中驱动和分别驱动两种形式。集中驱动两边的主动轮是用同一台电动机传动轴驱动。这种机构的优点是减少了电动机与减速器的台数。缺点是需要传动系统比较复杂，而且起重机金属结构的变形，对传动零件的强度及寿命影响较大，而且成本高，维修不便。根据本设计的需求，选择集中驱动的低速集中驱动运行机构。3.3电动机选择3.3
13、.1电动机的静功率电动机的静功率公式： 式中： 静阻力；初选速度（m/s）； 电动机传动效率；可取=0.850.95 几个电动机；3.3.2电动机初选根据参考文献，选择电动机可以按下式进行初选： 式中：功率增大系数。室外工作的起重机，常取=；室内工作的起重机，可取=。结合本设计内容取速度V=38.2m/min。通过以上公式，带入本设计中的数据 3.3.3电动机过载校验电动机的过载校验 式中：电动机额定功率（kM） 转距标准值；绕线型异步电动机可取1.7，运行静阻力（N），运动质量转动惯量之和（） 经过计算过载校验合格。3.3.4选择合适的电动机型号通过上面决定运行机构电动机选为：YZR160L
14、-8 3.4减速器的设计需要设计的减速器的传动比不大（经试算大约为3.2）而且齿轮是主要受径向力的作用，因此采用直齿圆柱齿轮减速器。根据设计选出来的电动机，确定电动机的功率为11KW，所选择的型号为。3.4.1计算传动装置的传动参数O轴：O轴即电动机轴 ）轴：轴即减速器高速轴 轴：轴即减速器中速轴 轴：轴即减速器中速轴 轴：轴即减速器中速轴 运动和动力参数计算结果得表3-1所示：表3-1运动和动力参数轴号功率/KW转速/（r/min）转矩/Nm0111000105.05110.781000102.95210.67500203.8310.35166.66593.08410.0450.811887
15、.073.4.2 齿轮的设计选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。根据参考文献3，决定选用7级精度（GB10095-88）。小齿轮材料选用45Cr，硬度为280HBS，大齿轮的材料选用45钢，硬度为240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齿轮齿数 =16，大齿轮齿数 ，取=51。按齿面接触疲劳强度设计1）查参考文献3试算小齿轮分度圆直径 试选用载荷系数=1.52）计算小齿轮传递的转矩根据参考文献3取齿宽系数=1。根据参考文献3材料的弹性系数取。3）计算接触疲劳许用应力查参考文献，可取安全系数S=1，失效概率1，得 4）试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 5
16、）圆周速度v的计算 6）计算齿宽由参考文献3取=1 7）计算齿宽和齿高之比b/h模数： 齿高： 8）齿轮载荷系数的计算由v=2.15m/s，7级精度，根据参考文献3取动载系数Kv=1.10；直齿轮，假设。由参考文献3 将数据代入后得 由b/h=7.11,=1.391，由参考文献3得=1.35，则故载荷系数 由实际载荷系数校正所计算得到的齿轮分度圆直径，可得 相应的齿轮模数为 按齿根弯曲强度设计由参考文献3得计算公式 根据参考文献3，试选；齿形系数可以取弯曲疲劳强度极限分别为：、；弯曲疲劳寿命系数分别为，；1）齿轮弯曲疲劳许用应力的计算由参考文献3得，安全系数S=1.4， 2）齿轮载荷系数K的计
17、算 3）查取齿形系数由参考文献3查得 ，；4）校正系数的查取由参考文献查3得 ，计算大、小齿轮的，然后进行比较 由上式可得大齿轮的数值较大。设计计算根据这个计算结果，按第一种方法计算的模数m大于第二种方法计算出来的模数，弯曲强度决定了齿轮的模数m。可取由齿根疲劳强度计算出来的模数2.85近似取整为标准值m=3,按齿面接触强度计算出来的分度圆直径,算出小齿轮齿数：取大齿轮齿数：取3.4.3几何尺寸计算和齿轮结构设计齿轮分度圆直径的计算 ；齿轮中心距的计算 齿轮宽度的计算 取。验算 满足设计条件。由于齿顶圆直径，因此做成腹板式结构实际传动比；所以实际转速 。 转速误差因为转速误小于要求的，因此符合
18、要求。3.4.4低速轴设计已经求得 大齿轮分度圆直径；所以大齿轮所受的径向力。确定轴各段的直径和长度先根据参考文献3初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据参考文献3，取，于是得 图3-2轴的结构示意图轴上零件的周向定位齿轮、链轮与轴的周向定位均采用键联接。 用A型平键，由手册查得A型平键截面（GB109679），键长为52mm，选取齿轮轮毂与轴的配合为；同样，链轮与轴的联接，选用C型平键为 （GB109679），链链轮与轴的配合为。确定轴上圆角和倒角尺寸根据参考文献4取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径均为1mm。校核键的强度据参考文献3得：联接齿轮键的强度校核 联接链轮键的强
19、度校核经计算符合要求由参考文献中查得 。所以作简支梁的轴的支承跨距。将计算出轴的受力情况列于表3-2所示，弯扭矩情况如图3-3所示。表3-2 轴的受力情况载荷水平面垂直面支反力弯矩M总弯矩扭矩图3-3轴弯扭校核图由参考文献3 及上表中的数值，取，轴的计算应力 根据3得因此 ，所以安全，因此所选的减速机的型号满足要求。 3.5制动器选择运行机构的制动器一般是安在电动机的轴端。由于车体质量和惯性大的缘故，制动时高速轴具有一定的缓冲作用，这样可以减少制动时产生的冲击。制动转距按下式计算： 通过对以上数据的计算决定起升机构及运行机构选用如下制动器型号：4起升机构的设计4.1 起升机构的驱动形式起升机构
20、的驱动方式可以分为内燃机驱动、电动机驱动、液压驱动三种。本设计采用电动机驱动方式，这是起升机构主要的驱动方式。起升机构工作要求只有直流电动机的机械特性才能适应，它的调速性能好，但是想要获得直流电源比较困难。 另外，电动机驱动方式操纵简单便于维修，机组的重量轻，工作可靠性较高，在电动机起升机构中获得重要认可。4.2 起升机构设计计算4.2.1钢丝绳的选择根据要求选择钢丝绳的结构型式钢丝绳应该优先选择线接触钢丝绳。根据钢丝绳的构造特点，并且结合起重机的使用环境和要求来选择钢丝绳型号。假设起升高度18米，考虑到起升高度与实际吊钩到达的极限距离有差异，所以吊钩及抓斗起重机的高度有20米。所以选择为6x
21、19W+FC就可以。 确定钢丝绳直径计算公式： 式中： 钢丝绳直径（mm）；选择系数（）查表得：C取0.104；最大工作静拉力（N）。所以：起升机构的钢丝绳直径 钢丝绳的长度：170米。综上所述有：起升机构选 。4.2.2 滑轮及滑轮组的选择滑轮构造的设计钢丝绳的寿命取决于滑轮的绳槽的形状及尺寸。1）钢丝绳与绳槽要保证足够的接触面积。槽底如果太窄钢丝绳会被槽夹住变形，导致钢丝绳无法正常转动。若槽底太宽，钢丝绳会受到局部压力变为扁平形，容易造成钢丝绳的疲劳破坏。2）钢丝绳可以有一定的偏斜角，这样可以使钢丝绳与绳槽侧壁不会发生相互摩擦，通常。3）绳槽要保证足够的的深度C，用来防止钢丝绳脱槽。直径的
22、确定钢丝绳的使用寿命很大程度上取决于滑轮直径的大小。增大滑轮直径越大钢丝绳的弯曲应力和挤压应力越小，这样可以提高钢丝绳使用寿命增加。但是滑轮的直径也不能过小。根据参考文献，滑轮的最小直径不能小于式中：滑轮最小卷绕直径（mm）； 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数；钢丝绳直径（mm）。起升卷筒的最小直径：=1823=414 (mm)轮的最小直径： =2023=460 (mm) 滑轮组的确定钢丝绳和一定数量的定滑轮与动滑轮组成了滑轮组。滑轮组效率的确定 因为滑轮阻力的影响，钢丝绳各个分支上分到的货物重量不均匀，所以导致各分支的拉力不相等。先确定滑轮组的效率， 4.3电动机的选择 电动机静功率的计
23、算： 式中: 主起升机构的静功率，-副起升机构的静功率；起升载荷及起升速度；机构总效率，。查参考文献3 取0.83。电动机功率的选择选择电动机的功率时要考虑起重机的类型、用途、以及电动机的工作特性。绕线形异步电动机的稳态平均功率为： 式中：G取0.8。因此选择的起升机构电动机的型号为： =585r/min 。4.4减速器的设计计算4.4.1 减速器传动比的计算由于要求设计的减速器的传动比较大,，且齿轮主要受径向力的作用，于是可采用二级直齿圆柱齿轮减速器。根据上面设计出来的起升机电动机选择的型号分为： 、主要性能如表4-1所示， 表4-1 YZR335M-10主要性能型号额定功率/KW满载转速/
24、（r/min）电流（380v）90585110中心高H外形尺寸底脚安装尺寸螺栓孔直径355740840165061056025起升机构传动比按下式计算： 式中：电动机额定转速； 卷筒转速。初步确定传动比和分配传动比为：，；4.4.2 计算传动装置的传动参数 O轴：O轴即电动机轴；轴：轴即减速器高速轴 轴：轴即减速器中速轴 轴：轴即减速器低速轴 运动和动力参数计算结果得表4-2所示。表4-2 运动和动力参数轴号功率/KW转速/（r/min）转矩/Nm090.05851469.2188.25851439.8284.55116.36942.8382.0119.3840421.54.4.3齿轮设计齿轮
25、类型、精度等级、材料及齿数按本设计的需求，选用直齿圆柱齿轮传动。根据参考文献3 小齿轮材料为45Cr，所以选用7级精度，硬度为280HBS，大齿轮的材料选用45钢，硬度为240HBS。取小齿轮齿数 =24，中速轴大齿轮为，取=72。按齿面接触强度设计1）由设计公式进行计算，即 试选用载荷系数=1.32）计算起升减速器小齿轮传递的转矩 根据参考文献3取齿宽系数=1；弹性系数；根据参考文献3取，。3）计算应力循环次数 根据参考文献3取：，。4）接触疲劳许用应力的计算根据参考文献取安全系数S=1，失效概率为1，得 5）计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 6）齿轮圆周速度v的计算 7）计算齿宽由参考文
26、献3取=1 8）计算齿宽和齿高之比b/h模数： 齿高： 9）齿轮载荷系数的计算根据，由参考文献3取动载系数Kv=1.10；根据参考文献3取；将数据代入后得由b/h=12.79,=1.391，由参考文献3得=1.40，则 10）按实际的载荷系数计算齿轮的齿轮分度圆的直径： 计算模数 按齿根弯曲强度设计设计计算公式 根据参考文献3取：高速轴小齿轮；由参考文献3取：，；。1）齿轮弯曲疲劳许用应力的计算取S=1.4，由下式得 2）齿轮载荷系数K的计算 3）齿形系数的查取由参考文献3查得，；4）应力校正系数的查取由参考文献3查得 ，5）计算大、中、小齿轮的，然后进行比较 ； 由上式可得大齿轮的数值较大。
27、6）设计计算 将计算得的数值近似取整为，；按接触强度计算出来的分度圆直径,。起升机构减速器小齿轮齿数为：，取4.4.4几何尺寸计算和齿轮结构设计计算起升机构减速器分度圆直径； 计算中心距 计算齿轮宽度 取。验算 减速器的实际传动比： 所以实际转速 转速误差因为转速误小于要求的，因此符合要求。定轴的最小直径轴的材料选取为45钢，调质处理。根据参考文献3，取Ao=112，于是得4.4.5轴的结构设计 图4-1 轴的结构示意图 确定轴的各段直径和长度 轴上零件的轴向定位齿轮、链轮与轴的周向定位都是采用键联接。由参考文献得A型平键截面（GB109679），键长为52mm，齿轮轮毂与轴的配合为；同样，链
28、轮与轴的联接，选用C型平键为 （GB109679），链链轮与轴的配合为。选择轴上圆角和倒角尺寸根据参考文献4取轴端倒角为，每个轴肩处的圆角半径都是1mm。校核键的强度据参考文献得：联接齿轮键的强度校核 联接链轮键的强度校核经计算符合要求。4.4.6轴的强度校核 根据参考文献得，轴的计算应力： 由参考文献3查得，因此 ，故安全。现将计算出轴的受力列于表4-3所示，弯扭矩如图4-2所示。表4-3 轴的受力情况载荷水平面垂直面支反力弯矩M总弯矩扭矩图4-2轴的校核图4.5卷筒的设计4.5.1概述起重机的重要承重部件的卷筒，钢丝绳通过电动机的作用得以卷绕来实现起吊重物的下降或提升。4.5.2卷筒的设计
29、计算卷筒直径由参考文献可知不能小于所规定的数值，即：式中：卷筒最小直径（） h为与工作级别有关的系数，d钢丝绳的直径。设计时卷筒直径，即：钢丝绳的使用寿命受卷筒直径的大小影响。在起升高度较大时，常选用较大的卷筒直径，这样卷筒就不会过长。 卷筒长度计算公式如下： 式中：卷筒总长度；绳槽部分长度，其值为 所以起升卷筒的总长度： =1643.14650318 =55（mm） =55+318+218=145（mm）4.6吊钩的选用根据起重量来选择吊钩。设计中起升机构起重的吨位为10T-50T。查参考文献3得吊钩为LMD型，钩号为12，强度等级为T的不带凸耳自由锻直柄单钩。5结束语经过四个多月的努力，我
30、终于完成了桥式起重机的机构设计。在此期间，我完成了设计方案的确定、计算、CAD绘图、设计说明书等工作。这个设计是我大学学习生活中，时间最长，设计内容最多，困难最多的一次设计。通过老师的指导和自己的坚持努力，最终还是克服了重重困难，完成了这次毕业设计。 为了做好这次毕业设计，我查阅了很多参考文献，在这个过程中学到了很多设计时可以用到的方式方法。虽然我的设计在细节上有很多不足之处，例如细节尺寸的确定问题，计算过程有些就没有仔细斟酌，但是对于整体布置方面，我尽量在传统设计的基础上让各部件的布置趋于合理化人性化。 此次毕业设计将使我受益终身，让我明白了只有认真踏实，坚持不懈的去做一件事，才会有成功的可
31、能，这对于我在将来的工作和学习很有启发意义。参考文献1王若梅,方中,伊位忠. 实用起重手册. 北京：水利电力出版社, 1989.2骆素君，朱诗顺.机械课程设计简明手册.第二版.北京：化学工业出版社，2011.3濮良贵,陈国定. 机械设计. 北京：高等教育出版社, 2013.5 4成大先机械设计手册第四版.北京：化学工业出版社，20015洪家娣,李明,黄兴元. 机械设计指导. 南昌：江西高校出版社, 2006.6吴宗泽.机械设计实用手册.第三版.北京： 化学工业出版社，2010.7孙桓，陈作模机械原理第七版北京：高等教育出版社，2006致谢由衷的感谢我的导师陈金兰老师在毕业设计过程中对我的帮助。从选题到开题报告，收集资料到理论计算，结构设计到编写说明书，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，她对工作认真负责，勤勤恳恳的态度让我铭记在心。在做毕业设计过程中，她耐心的回答我遇到的问题，在此我向他致以深深的谢意！同时我要感谢周围同学对我的计过程提出的宝贵建议和对我的帮助。没有他们的帮助指导和提供资料，想在短短的几个月的时间里完成一个起重机的机构设计是非常困难的。在完成设计后，心里很是感动和激动。从开始进入课题到设计的顺利完成，有太多的老师、同学、朋友给予我很大的帮助，在这里我真心的向他们表示感谢！
