3t单钩移动电动葫芦.docx

本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：3t单钩移动电动葫芦 学 院（部）：机械工程学院 专 业：机械工程及其自动化 第一部分 设计说明书摘 要减速器，运行机构，卷筒装置，吊钩装置，联轴器，限位器，锥形转子电动机本文根据设计任务书要求，主要对3t单钩移动电动葫芦的总体方案选择和确定，然后对传动系统进行设计。根据设计要求和目的，参考CD型电动葫芦对首先对3t单钩移动电动葫芦进行工艺分析，选择合理机构及装配方案，然后对减速器和电动机进行外形设计，钢丝绳的选用及强度验算，卷筒的参数计算及验算，再计算齿轮的传动比，确定各个齿轮的参数，进行强度计算,选择合理的轴承、键、轴套等各种零部件，画出总体装配图。最后对轮胎式弹性联轴器作了一些简明的阐述。关键词：ABSTRACT ,Keywords:目 录第1章 结论32参考文献33致谢34附录35第1章 绪论3t单钩移动电动葫芦起重机属于起重机械的一种，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。通常，起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动)，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。在工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。轻小型起重设备如：千斤顶、葫芦、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机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。中国古代灌溉农田用的桔就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。桥架型起重机可在长方形场地及其上空作业，多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，可分为梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、缆索起重机、运载桥等。梁式起重机：梁式起重机主要包括单梁桥式起重机和双梁桥式起重机，单梁桥式起重机桥架的主梁多采用工字型钢或钢型与钢板的组合截面。起重小车常为手拉葫芦、电动葫芦或用葫芦作为起升机构部件装配而成。按桥架支承式和悬挂式两种。前者桥架沿车梁上的起重机轨道运行；后者的桥架沿悬挂在厂房屋架下的起重机轨道运行。单梁桥式起重机分手动、电动两种。手动单梁桥式起重机各机构的工作速度较低，起重量也较小，但自身质量小，便于组织生产，成本低，时候用于无电源后搬运量不大，对速度与生产率要求不高的场合。手动单梁桥式起重机采用手动单轨小车作为运行小车，用手拉葫芦作为起升机构，桥架由主梁和端梁组成。主梁一般采用单根工字钢，端梁则用型钢或压弯成型的钢板焊成。电动单梁桥式起重机工作速度、生产率较手动的高，起重量也较大。电动单梁桥式起重机由桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备等部分组成。桥式起重机：桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高，主要有五种类型。铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用，主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作；夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上；脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出，小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭；加料起重机：用以将炉料加到平炉中，主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内，主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转，副小车用于修炉等辅助作业；锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件，主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件，副小车用来抬起工件。以上是起重机的发展状况，电动葫芦是起重机的典型代表，与经典普通的起重机械有自己的独特优点，因此，电动葫芦在工程中得到了广泛地应用。电动葫芦可以单独使用，也可以和其它的机械结合使用。本次设计研究的内容是参考CD型电动葫芦设计一3t单钩移动钢丝绳电动葫芦，要求能够在垂直高度上9米范围内提升或下降，在提升或下降过程中能够随时的准确定位，保证被提升物件及人员安全。电动葫芦主要由小车装配、卷筒装配和吊钩装配组成，对它们进行设计和验算要求电动葫芦的整体框架小巧紧凑，能灵活的在工字梁上运动，并且又要尽量减少整体的重量。第二章 总体方案设计设计一3t单够移动电动葫芦，技术要求如下：起重量 3t起升高度 9m起升速度 8m/min运行速度 20m/min工作级别 M4-M52.2工艺分析及方案的选定电动葫芦有各种不同型号，本次设计是根据已有的CD型电动葫芦来进行设计的。3t单钩移动电动葫芦总体布局如图2.1所示，电动小车在工字梁上运动，运行用电动机独立控制小车的起停.卷筒装配是通过外壳连到小车上的,而吊钩则是通过钢丝绳把起重的载荷传递到卷筒上的.图2.1电动葫芦布局图CD型电动葫芦所用锥形电动机是集动力和制动的鼠笼式电动机，传动装置渐开线直齿定轴外啮合同轴线三级传动减速器，取物缠绕装置在安全保护方面比KV型电动葫芦有所改进和提高，已具有钓钩护钩等安全装置。锥形转子电动机与减速器分别通过螺栓与卷筒外壳相连构成一个整体，电器控制箱安装在电动葫芦的侧面运行小车墙板上。CD型电动葫芦是通过螺杆与卷筒外壳上的吊板悬挂在运行小车上或是通过地脚螺栓固定架设在电动小车上。3t电动葫芦的作用是起重3t以下的重物的机构。动力由两个电动机提供，因此可以把电动葫芦分为两动力部分，一是电动小车，另一是滚筒起重部分。参考CD型电动葫芦，本设计的电动小车是靠电动机通过把扭矩通过连轴器传递给减速器，再带动行走轮，实现电动葫芦的水平移动；滚筒起重部分是主电动机通过带轮带动减速器，从而让滚筒以一定的速度来提升吊钩，实现垂直方向的运动。设计方案如图2.2和图2.3所示。其中卷筒部分的具体结构如图2.4所示，电动机把转矩通过弹性联轴器传给减速器，再传给一对内啮合齿轮，内齿轮通过螺栓连接到卷筒上，并且用定位销保证装配精度。卷筒所受的载荷是通过轴承作用到左右支撑板上，支撑板和外壳、支撑板和电动机及减速器的连接也用销和螺栓连接来保证定位精度。1运行用电动机 2连轴器 3减速器 4行走轮图2.2 电动小车工作原理图1起重用电动机 2轮胎式弹性连轴器 3减速器 4滚筒 5吊钩图2.3 卷筒工作原理图2.3电动机的选用电动葫芦的额定起重量是3t，起升速度是8m/min，因此粗略计算起重用电动机的功率为，因此选用额定功率最大为4.5Kw的电动机；另外一方面，起重时的起升速度是有变化的，要求能慢速启动，正常运行时的速度是8m/min，因此要求电动机的功率也是变化的，参考其它同类机械，小功率可定为0.4kW。电动机的功率为0.4/4.5Kw，查手册可以选择BZDY12-6型电动机。电动葫芦所用的电动机有动力源和制动的双重作用，即采用锥形转子电动机。所用电动机要求伸出一根长轴，用以和中间的联轴器相连。运行用电动机主要是克服行走轮和轨道之间的摩擦力运行，风阻力和变形阻力在初步估算的时候忽略不计，行走轮上的载荷就等于额定载荷，即F=30000N，行走轮与轨道间的滚动摩擦因数，行走速率为20m/min，,查手册可以得到，运行用电动机可选用功率为0.4kw,转速为1380r/min,型号为BZDY12-4的锥形转子电动机。2.4减速器的参数设计由于电动葫芦是个小巧紧凑的机械，要求减速器有小的中心距和较大的传动比，因此要自己设计减速器的内部结构，通过后面的计算可知要使中心距为70mm,传动比为36，但本次设计不对减速器的内部结构进行设计。要求输入轴是长轴，输出轴是一能连一齿轮的短轴。第三章 卷筒设计及钢丝绳的选用卷筒用以收放钢丝绳，把原动机的驱动力传递给钢丝绳，并将原动机的回转运动变为直线运动。3.1.1卷筒的设计计算卷筒的外形有两种，分别是圆柱形和圆锥形，起重机械中主要采用圆柱形卷筒。钢丝绳在卷筒上的卷绕层数可分为单层卷绕和多层卷绕，本次设计的3吨电动葫芦采用单层卷绕。因此，在卷筒的表面切有螺旋形绳槽，绳槽节距比钢丝绳直径稍大，绳槽半径也比钢丝绳的半径稍大，这样既增加了钢丝绳与卷筒的接触面积，又可以防止相邻钢丝间相互摩擦，从而提高了钢丝绳的寿命。3.1.1.1卷筒的直径卷筒的名义直径D（对有槽卷筒取槽底直径）可按下式计算 mm 式中 d钢丝绳直径（mm）；e系数，查4表5-3得e=15。因此，可取D=260mm.3.1.1.2卷筒的长度卷筒的长度l 式中卷筒上车螺旋绳槽部分长度（mm）；固定钢丝绳端所需长度40mm；卷筒两端多余部分长度5mm，视工艺和结构需要而定。取决于起升高度、滑轮组倍率、卷筒计算直径和绳槽节距。按下式确定（mm）式中 H起重机最大起升高度，H=9000mm；a滑轮的倍率，去a=2；附加安全圈数，一般取1.5到3圈，取2；t绳槽节距，t=17.2mm；卷筒的计算直径，即mm。故卷筒总长度为 3.1.1.3卷筒壁厚一般先按先按经验公式初步确定，然后进行强度校核。 式中 d钢丝绳直径17mm。可取卷筒在钢丝绳最大拉力150KN作用下，产生弯曲、扭转和压缩应力。当卷筒长度小于3倍直径时，弯曲和扭转应力一般不超过压缩应力的10-15%，因此可以略去不计，一般只按压缩应力进行强度校核。为计算卷筒径截面上的压应力，在壁厚为的卷筒上取宽度为绳槽节距t的圆环，并将其切开。由于比D小得多，可以认为圆环截面上的压应力是均匀分布的。又平衡条件可得： 则卷筒壁上的压应力为： 式中钢丝绳的最大拉力，1500kg;t绳槽节距，17.2mm;卷筒壁厚，17mm;卷筒材料的许用压应力，钢的许用压应力,可取 因此，卷筒的强度合格。3.1.2钢丝绳在卷筒上的固定的方法和绕入角度3.1.2.1钢丝绳在卷筒上的固定方法钢丝绳在卷筒上的固定应保证工作安全可靠，便于检查和更换钢丝绳，并且在固定处不应使钢丝过分弯折。常用的固定方法有以下几种：钢丝绳绕在楔形块上打入卷筒特制的楔孔内固定。楔形块的斜度一般为1：4到1：5，以满足自锁条件。钢丝绳端用螺钉压板固定在卷筒外表面。压板上刻有梯形的或圆形的槽。对于各最大工作拉力下相应的钢丝绳直径所采用的螺钉和压板，已有标准，可查阅相关手册。钢丝绳引入卷筒内特制的槽内用螺钉和压板固定。3.1.2.2钢丝绳进出绳槽的偏斜角度钢丝绳在卷筒上绕进或绕出时，总是沿卷筒作轴向移动，因而钢丝绳的中心行相对卷筒绳槽中心线（或相对于导向滑轮轴中心线）产生了偏斜角度。如果偏斜角度过大，对于滑轮和卷筒绳槽，钢丝绳会瞥能够其槽口，引起钢丝绳擦伤及槽口损坏甚至脱槽。对于光面卷筒则使钢丝绳不能均匀排列而产生乱绳现象。因此对于偏斜角度应加以限制。根据钢丝绳与绳槽之间的几何关系，可以得到对答允许偏斜角度的公式。钢丝绳进出滑轮时的容许偏角： 式中绳槽侧边的倾斜角, ；卷筒工作直径，S滑轮槽深,S=50mm，d钢丝绳直径，K系数， 根据一般的滑轮槽形尺寸计算结果，最大容许偏角，因此符合要求。钢丝绳进出卷筒时的允许偏角，钢丝绳在卷筒上的偏斜有两种不同情况：一种是向相邻的空槽方向偏斜，钢丝绳只受槽本身限制；另一种是向有绳圈的邻槽方向偏斜，钢丝绳还受相邻钢丝绳圈的限制。根据不同的几何关系，也可以得出最大容许偏角的公式。计算结果可以用图表的方式表示（图3.1，3.2，3.3）。从中可查出钢丝绳向空槽方向偏斜时的最大容许偏角；钢丝绳向邻槽绳圈方向偏斜时则分两种情况：当时，容许偏角，这种情况反映在图3.1中；当时，容许偏角，这种情况反映在图3.2中。图3.1 的图解法图3.7 的图解法图3.3 的图解法对卷绕系统进行布置时，应根据上述偏斜情况考虑钢丝绳进出卷筒、动滑轮、导向滑轮的时的偏角应不超过最大容许值。导向滑轮与卷筒间的相对位置，应以不对称布置为合理，即滑轮稍偏于卷筒上被绕满钢丝绳的一端（钢丝绳被卷绕是向邻槽钢丝绳圈方向偏斜的一端）。并使 当与都小于滑轮的最大容许偏角时，可以得到在满足偏斜角要求情况下，卷筒与滑轮间的最小距离S。在实用中为简便起见，是在理论分析的基础上根据不同情况对偏斜角加以不同限制。如日本有关标准规定：对有槽卷筒，钢丝绳绕到卷筒槽上的方向和绳槽方向的夹角必须小于；对光面卷筒，钢丝绳卷绕时，其最大偏角必须小于。英国有关标准规定：钢丝绳在卷筒两侧的绕出斜度，应不超过1：12；钢丝绳和垂直于滑轮轴的平面之间的斜度，应不超过1：12。我国目前一般采用或。3.2.1钢丝绳的结构钢丝用优质碳钢制成，经多次冷拔和热处理后可达到很高的强度。潮湿或露天环境等工作场所可采用镀锌钢丝拧成的钢丝绳，以增强防锈性能。钢丝绳在各工业国家中都是标准产品，可按用途需要选择其直径、绳股数、每股钢丝数、抗拉强度和足够的安全系数，它的规格型号可在有关手册中查得。钢丝绳除外层钢丝的磨损外，主要因绕过滑轮和卷筒时反复弯曲引起金属疲劳而逐渐折断，因此滑轮或卷筒与钢丝绳直径的比值是决定钢丝绳寿命的重要因素。比值大，钢丝弯曲应力小，寿命长，但机构庞大。必须根据使用场合确定适宜的比值。钢丝绳表面层的磨损、腐蚀程度或每个拧距内断丝数超过规定值时应予报废。钢丝绳主要用在吊运,拉运等需要高强度线绳的运输中。用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索，钢丝绳是由多层钢丝捻成股，再以绳芯为中心，由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中，供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠。钢丝绳的构造主要体现在钢丝绳的截面，除了圆股外，还有三角股、椭圆股和扁股等异型股。其它三种与圆股的相比，它们有较高的强度，与卷筒或滑轮绳槽的接触性能好，使用寿命长，但制造较复杂。钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理。绳芯是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦，提高使用寿命的。常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。 3.2.2钢丝绳的分类钢丝绳按拧绕的层次可分为单绕绳、双绕绳和三绕绳。单绕绳：由若干细钢丝围绕一根金属芯拧制而成，挠性差，反复弯曲时易磨损折断，主要用作不运动的拉紧索。双绕绳：由钢丝拧成股后再由股围绕绳芯拧成绳。常用的绳芯为麻芯，高温作业宜用石棉芯或软钢丝拧成的金属芯。制绳前绳芯浸涂润滑油，可减少钢丝间互相摩擦所引起的损伤。双绕绳挠性较好，制造简便，应用最广。三绕绳：以双绕绳作股再围绕双绕绳芯拧成绳，挠性好；但制造较复杂，且钢丝太细，容易磨损，故很少应用。钢丝绳的绕制方向有顺绕和交绕两种。钢丝拧成股的绕向与股拧成绳的绕向相同者称顺绕。顺绕钢丝绳的钢丝间接触较好，挠性也较好，使用寿命长，但有扭转松散的趋向，不宜用作自由端悬吊重物的提升绳，可作为有刚性导轨对重物导行时的提升绳或牵引绳。钢丝拧成股的绕向与股拧成绳的绕向相反者称交绕。交绕的钢丝绳不易扭转松散，在起重作业中广泛使用。钢丝绳也可按股中每层钢丝之间的接触状态分为点接触、线接触或面接触。点接触的钢丝绳:股中钢丝直径均相同。为使钢丝受力均匀，每层钢丝拧绕后的螺旋角大致相等，但拧距不等，所以内外层钢丝相互交叉，呈点接触状态。线接触的钢丝绳：股中各层钢丝的拧距相等，内外层钢丝互相接触在一条螺旋线上，呈线接触状态。线接触钢丝绳的性能比点接触的有很大改善，所以使用广泛。密封式钢丝绳：面接触绳股的一种，外层用乙形钢丝制成，表面光滑，耐磨性好，与相同直径的其他类型钢丝绳相比，抗拉强度较大，并能承受横向压力，但挠性差、工艺较复杂、制造成本高，常用作承载索，如缆索起重机和架空索道上的缆索。3.2.3钢丝绳的选用及验算电动葫芦的起重量是3t,即为30KN。查3表1-8可知，可选用的钢丝绳类型为型，再查3表1-22可得可选用直径为17mm的钢丝绳，因此选用GB/T 1102-74型钢丝绳。钢丝绳受力情况复杂多变，内部应力状况也是比较复杂的。为简化计算，一般采用静力计算法。即钢丝绳中的最大静拉力应满足下式要求： 式中 额定载荷工作时钢丝绳受到的最大静拉力，考虑滑轮的效率，我们就可得到钢丝绳的破断拉力，查3表1-13得296KN。n安全系数，可查3表5-3得，n=1.，很明显，钢丝绳的强度足够。第四章 其它零部件设计电动小车是行走在工字梁上的，行走轮的轮压不能太大，否则会破坏轨道。本次设计的3t电动葫芦是轻型起重机，轮压远远小于工字梁的许用应力。行走轮按其有无轮缘可分为双轮缘、单轮缘和无轮缘式三种。在本次设计采用单轮缘行走轮。4.1.1行走阻力计算在露天条件下工作的起重机，沿轨道行走时，存在以下几种阻力：摩擦阻力、风阻力和惯性阻力。电动葫芦一般都在室内工作，因此只有在特殊情况下才要算风阻力，一般清楚下不考虑。4.1.1.1摩擦阻力行走轮沿直线轨道行驶时，与轨道之间和和轴承存在着摩擦阻力；轴的台肩和轮毂之间、轮缘和轨道之间有滑动摩擦阻力。为了简化讨论，假定起重机的全部载荷都作用在一个轮子上。当行走轮沿着轨道滚动时，起受力情况如图3.10所示，沿铅直方向有载荷Q+G及支反力N。当行走轮在驱动力矩M的作用下，开始转动时。由于行走轮、轨道的的变形，支反力N将偏离载荷Q+G的作用线一个距离f。图3.10 摩擦阻力的计算图由行走轮的平衡条件得： 为了考虑其它附加阻力，将上式乘以系数得： 式中 M驱动力矩 轴颈摩擦阻力矩又由变形引起的滚动阻力矩Q额定起重量30000NG起重机自重4340N（包括吊钩重量）轴颈及轴承摩擦系数，查3表10-4得f行走轮滚动阻力系数，查3表10-3得附加阻力系数，查3表10-5得D行走轮直径134mm4.1.1.2风阻力在露天条件下工作的起重机迎风行驶时，将有风阻力，其中包括起重机和重物的风阻力。 式中 工作状态下的基本风压起重机有效迎风面积重物的迎风面积3t电动葫芦的工作环境一般是在室内，多数情况下不要考虑风阻力。4.1.1.3惯性阻力起重机的行走机构在起动时要克服起重机自重、重物重量和传动件具的惯性阻力。 式中 电动机转速行走轮转速电动机轴上的飞轮矩，本次设计不设计飞轮，因此取0起动时间12sD行走轮直径0.134mi总传动比，起重机满载起动时，总行走阻力为：起重机稳定行走时的静阻力： 起重机起动时，行走轮轴上的最大阻力矩为：转换到电动机轴上的最大阻力矩为：式中 电动机轴到行走轮轴间的传动总效率起重机稳定行走时，行走轮轴上的静阻力矩为： 转换到电动机轴上的静阻力矩为： 式中 电动机轴到行走轮轴间的传动总效率0.954.1.2电动机功率的计算3t单钩移动电动葫芦电动小车的功率，是根据满载稳定行走时的静阻力进行计算： 式中 行走静阻力256NV起重机行走速度20m/min总传动效率0.95Z驱动电机数1从而得到，前面所选的电动机功率0.4KW是合理的。4.1.3起动时间计算电动机的起动时间，是根据根据电动机的平均起动力矩减去电动机轴上的静阻力矩后，将其剩余力矩来克服起重机起重过程中的惯性阻力矩来计算的。所以起动时间可由下式确定： 式中 许用起动时间电动机轴上的静阻力矩电动机的平均动力矩Z驱动电机数对与JZR型电动机；对于JZ型电动机式中 电动机额定转矩电动机最大转矩电动机最大转矩倍数因此有因此设计合理4.2.1吊钩的种类、选择和计算吊钩按形状分为单钩和双钩；按制造方法分为锻造吊钩和叠片式吊钩。单钩制造简单、使用方便，但受力情况不好，大多用在起重量为80吨以下的工作场合；起重量大时常采用受力对称的双钩。叠片式吊钩由数片切割成形的钢板铆接而成，个别板材出现裂纹时整个吊钩不会破坏，安全性较好，但自重较大，大多用在大起重量或吊运钢水盛桶的起重机上。吊钩在作业过程中常受冲击，须采用韧性好的优质碳素钢制造。吊钩所用的材料其性能不能低于20号钢的机械性能。如果采用强度较高的合金钢制造时，其延伸率不得低于20%。吊钩按制造方法可以分为锻造吊钩和片式铆接吊钩；按其结构型式可以分为单钩和双钩、长钩和短钩等。吊钩钩身的截面形状有圆形、方形、梯形或T字形。从受力情况分析，以T字形截面最为合理，但锻造工艺较复杂。梯形截面受力较为合理，锻造容易。因此，本次设计中采用梯形截面20号钢的吊钩。工程起重机中常用T字形或梯形截面的锻造单钩。通用吊钩已经标准化，设计时可按额定起重量从手册中选取。对于轮胎式起重机，希望吊钩重量尽可能小一些，故选用时可低一级的吊钩。当采用用非标准吊钩或需对所选吊钩进行强度验算时，可按下述方法进行。如图4.1所示，吊钩在载荷Q的作用下，钩身1-2、3-4截面及钩柱有螺纹截面为危险截面。吊钩载荷Q即为额定起重量。图4.1 吊钩简化计算示意图1-2截面载荷Q使截面1-2处于偏心受拉状态，应用曲梁公式，截面1-2某点上的应力为 式中距离截面重心为x处的计算应力；Q吊钩载荷3000kg，即30000N；M截面所受弯矩，M=-Qr（使曲梁曲率减小的力矩取负值）；r截面重心的曲率半径，即 mmk与曲梁截面形状有关的系数，对梯形截面：（3.25）梯形截面的标准吊钩，对于复杂形状断面可用图解法求k；x截面重心至计算应力处距离（mm）1-2截面的面积A 当时，可得截面内缘（点1）处的应力为： 当时，可得截面外缘（点2）处的应力： 吊钩在该截面的强度符合要求。3-4截面对于3-4截面，当载荷Q通过两根倾斜角为的钢丝绳作用于吊钩时，认为是危险工况。这时钢丝绳所受的拉力为。的水平分量与垂直分量使3-4断面同时受偏心拉力和切力作用。偏心拉力为。切力为偏心拉力作用下，按曲梁公式计算其截面应力 切力作用下3-4截面的平剪应力为 则截面的最大合应力为： 钩身弯曲部分的许用应力对于一般用途取。从等强度考虑3-4截面应取得比1-2截面面积小，但因3-4截面在工作时磨损较大，故两截面可取相同尺寸。4.2.2钩身螺纹的强度验算吊钩与吊钩装置用螺纹连接时，危险截面在螺纹根部。这时截面主要受载荷Q的拉伸作用，其拉力为： 式中 Q吊钩载荷3000kg，即30000N;螺纹根部直径20mm；许用应力，取。螺纹部分应具有足够的高度，其高度可按螺纹表面的挤压应力决定，挤压应力为： 式中Q吊钩的载荷3000kg;t螺纹螺距0.25cm；H螺纹部分总高度19mm;d螺纹外径24mm；螺纹内径20mm许用挤压应力，对于螺母与20号钢的吊钩取。4.2.3吊钩夹套将起升滑轮组中的动滑轮与吊钩联系在一起的装置称吊钩夹套。通常分为短型和长型两种。短型夹套是将滑轮和吊钩装在同一根轴上，吊钩采用专用的长钩；长型夹套则是把滑轮和吊钩上下分别装在两跟轴上，吊钩采用普通型的短钩。当起重量相同时，短型夹套的外型高度较小，从而可以增大起重机的有效起升高度，但其横梁的重量大，整个横向的外形尺寸大。在工程起重机中，特别是在大起重量时多采用长型夹套。本次设计参考长型夹套，设计一新的夹套。4.3.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1）该齿轮的作用是把动力从减速箱传到卷筒，选用直齿圆柱传动。2）又计算可以得到，故速度不高，选用7级精度（GB10095-88）。3）材料选择。由4表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度相差40HBS。4）闭式软齿面齿轮传动，由于齿轮主要为点蚀失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，选=20.为使电动葫芦的结构更加紧凑,采用内齿轮能有效的减少中心距,让电动葫芦的整体尺寸减小.大齿轮尺寸由卷筒大小而定,前面确定卷筒的直径是260mm,参考卷筒的壁厚,大齿轮的壁厚取20mm,初步选定,大齿轮齿数4.3.2按齿面接触强度计算齿轮传递的功率 式中-减速器的传动效率,查5表1-2可得0.96.-联轴器的传动效率,查5表1-3可得0.99.由设计计算公式210-9a进行试算，即 确定公式内的各计算值试载荷系数=1.3小齿轮传递的转矩由4表10-7选取齿宽系数=0.8由410-6查得材料的弹性影响系数由4图10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 由2式10-13计算应力循环次数（假设工作寿命为10年，每年300天，每天16小时）。 由2图10-19查得按疲劳寿命系数： 计算接触疲劳许用力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由2式10-12得 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值计算圆周速度 计算齿宽 ，取b=65mm计算齿宽与齿高之比b/h 模数 齿高 计算载荷系数 根据，6级精度，由4图10-8查得动载系数 由4表10-2查得使用系数由4表10-4查得6级精度，小齿轮相对支承非对称布置时， 由 ；故载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由2式（10-10a）得 计算模数 4.3.3按齿根弯曲强度设计由4式（10-5）得弯曲强度的设计计算公式为 确定公式内的各计算数值：由4图10-20d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；由4图10-18查得弯曲疲劳寿命系数 ； 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由4式10-12得 计算载荷系数 查取齿形系数由4表10-5查得计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大,因此取0.01012。模数设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿跟弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿数接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘机）有关，可取由弯曲强度算得的模数3.9mm,并就近圆整为标准值，按接触强度算得的分度圆直径算出小齿轮齿数，取； 大齿轮的齿数。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面的接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.3.4几何尺寸计算计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取 4.3.5验算 因此设计合理。4.4.1传动轴上的功率P，转速n，和转矩T 4.4.2初步确定轴的最小直径先按4式（15-2）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4表15-3，取，于是得 高速轴的最小直径显然是安装联轴器的直径，再根据UL型弹性联轴器的相关数据可以将的值圆整为18mm，也就选定UL型弹性联轴器Y GB5882-2004。4.4.3轴的结构设计4.4.3.1轴的参数计算进行轴的强度校核时，都