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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： 搖臂式行車設(shè)計
學(xué) 院：工學(xué)院
姓 名：劉斌
學(xué) 號：20101160
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
年 級：2010級
指導(dǎo)教師： 李濤 職 稱： 助理實驗師
二0 一四 年 五 月
目 錄
摘要 1
Abstract 2
1 前言 3
2 設(shè)計計算 4
2.1 工字梁的選取 4
2.1.1 工字梁的受力分析 4
2.1.2 工字梁的最大轉(zhuǎn)矩 5
2.1.3 工字梁的剛度計算 9
2．2 工字梁與立柱連接主軸設(shè)計計算 10
2.2.1 軸的材料選擇 10
2.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.2.3 軸上零件的定位 10
2.2.4 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 11
2.2.5 軸的尺寸的設(shè)計計算： 11
2.2.6 軸的強(qiáng)度校核 13
2.2.7 確定個軸段的直徑 14
3 電葫蘆的選擇: 14
4 開式齒輪的選取 15
5 軸承的校核選用 15
6 回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置選擇 15
7.電動葫蘆限位裝置設(shè)計 16
8 機(jī)座的固定 17
參考文獻(xiàn) 18
致謝 19
摘要
搖臂式行車又稱立柱式搖臂起重機(jī)，起重量在125千克至5000千克，是由電葫蘆、搖臂驅(qū)動裝置、搖臂和立柱構(gòu)成。立柱下面底座由地腳螺栓安定在混泥土上，由電機(jī)帶動減速驅(qū)動裝置使搖臂回轉(zhuǎn)，電動葫蘆在工字鋼上作直線往復(fù)運動作業(yè)。它的特點有：自重輕、梁長、起重量大，安裝、操作、維修方便。它們完全獨立，是一種很好的工作崗位起重機(jī)，并適用于各種場合的貨場和裝卸平臺。立柱占地面積小。對于提升空間非常小的情況下也可以獲得相當(dāng)大的起重高度。
關(guān)鍵詞:搖臂式、立柱式、起重機(jī)
Abstract
Rocker driving is also called the pillar jib crane lifting Weight in 125Kg-5000Kg, is composed of an upright column rocker arm-rocker driving device and electric hoist components.
The column is the base through the bolt and set in concrete foundation driven by a motor reducer drive the rocker arms, electric hoist for movement operation in the spiral arms i-steel .It’s features are light weight, arm length, weight, installation, operation ,repair simple .They are complete lying dependent, is an ideal job crane, yard and loading and unloading platform and is suitable for outdoor. The column has the advantages of small Rocker?driving?is also called the?pillar?jib crane,?lifting weight?in 125Kg-5000Kg,?is composed of an upright column,?rocker arm,?rocker?driving device?and electric hoist movement?operation?in the spiral arms i-steel.?Its?features are:?lightweight,?arm length,?weight,?installation,?operation,?repair?simple.?They are completely independent,?is an ideal?job?crane,?yard?and?loading and unloading platform?and is suitable for?outdoor.?The column?has the advantages of small circumstances can also get great lifting height.
Key words : rocker arm type,?column type,?crane
1 前言
起重機(jī)是一種間歇運動,回收機(jī)械。工作周期:從獲取獲取設(shè)備的項目,然后線性運動到目標(biāo)位置項,然后反向運動,使取設(shè)備回原位,然后下一個周期。起重機(jī)械一般通過提高機(jī)制(物品上下運動)、運行(起重機(jī)械)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(移動項目級別),再加上焊接機(jī)制,動力裝置,操縱和控制的重要輔助設(shè)備。上下一定范圍內(nèi)搬運重物的起重機(jī)械更多的行動,也稱為起重機(jī)。用于提升項目,配備適當(dāng)?shù)臋C(jī)也可以解除后材料和液體材料。起重機(jī)的工作特點是間歇運動,采取在一個工作循環(huán),即材料運輸、卸載相應(yīng)機(jī)構(gòu)替代工作。機(jī)構(gòu)通常在啟動、制動和運行工況的積極和消極的方向。
起重機(jī)機(jī)構(gòu)有四類,即:貨物電梯起重機(jī)構(gòu),水平運動機(jī)制,是一個旋轉(zhuǎn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),改變回轉(zhuǎn)半徑。
擺臂式起重機(jī)是近年來發(fā)展起來的中小型起重設(shè)備,可靠、安全、高效、節(jié)能、節(jié)省時間和精力,靈活的特點。簡而言之,任何操作空間緊張的場合比傳統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。
搖臂式行車由回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，立柱及電葫蘆組成，立柱下面通過地腳螺栓國定在混呢圖基礎(chǔ)上，由齒輪嚙合驅(qū)動搖臂回轉(zhuǎn)，電葫蘆在懸臂工字鋼上作左右直線運動，并起吊重物。如圖1-1：
本次設(shè)計為0.5T立柱搖臂式起重機(jī)，起重提升部分選用標(biāo)準(zhǔn)的CD型電動葫蘆，電動葫蘆是一種輕小型起重設(shè)備，具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，零部件通用性強(qiáng)，體積小，操作簡便等等優(yōu)點。CD電動葫蘆減速器使用特殊硬化的材料加工硬化制成，運轉(zhuǎn)動靜小，穩(wěn)定性強(qiáng)，壽命長久。為有效避免聯(lián)軸器故障，電機(jī)和減速器間的驅(qū)動是直連式的。起升電機(jī)是一個帶有平面盤式制動圓柱電動機(jī)。電機(jī)和制動器的設(shè)計會保證高效率、高循環(huán)性的連續(xù)性運行。制動器是高壽命摩擦和彈力制動隔板構(gòu)成。就算在電源斷電的時候，也具有穩(wěn)定性和自動制動的作用。摩擦襯墊壽命長，制動系統(tǒng)具有自動補(bǔ)償功能。電動葫蘆可以安裝無線遙控,遠(yuǎn)程控制的范圍內(nèi)可以容易使用和工作更方便。
由于電動葫蘆具有重量輕、體積小、操作方便、外形美觀等特點，擁有獨特的電機(jī)熱保護(hù)裝置，更具安全性。本次設(shè)計選用的市場上可購的CD型號0.5T電動葫蘆。
2 設(shè)計計算
2.1 工字梁的選取
本次設(shè)計已知數(shù)據(jù)：整機(jī)高度3000mm 搖臂長2500mm
起升高度：2500mm 小車行走速度20m/min 起升速度8m/min
2.1.1 工字梁的受力分析
由圖可知工字鋼受力為懸臂梁，工字梁上手下拉重物G=500kg，懸臂長2500mm，如圖2-1：
圖2-1
工字梁的許用應(yīng)力：
根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】工字梁的材料為Q235，為低碳鋼塑性材料，
由公式：
式中：—屈服極限；—安全系數(shù)，一般選（1.5~2.5）
通常安全系數(shù)的選取是從安全和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，如果安全系數(shù)越大，強(qiáng)度越大，但安全卻不經(jīng)濟(jì)。因此二者需要統(tǒng)一，材料的許用應(yīng)力和安全系數(shù)也不是恒定不變的，隨著科技的發(fā)展及人們對客觀事物的深入認(rèn)識，二者應(yīng)選取的更切合實際。
因為起重過程中有沖擊載荷的存在，上述二者一般是在靜載荷狀態(tài)下選取的，所以取=2.5。
參考文獻(xiàn)【1】表13.1，Q235的屈服強(qiáng)度=235Mpa.
所以=
2.1.2 工字梁的最大轉(zhuǎn)矩
由于電葫蘆在工字梁上可以往返運動，所以工字梁受力有兩個極限即一個在最外邊與最里邊。
（1） 電葫蘆在工字梁的最外端時：工字梁自重先忽略，在選取
工字梁的時候參數(shù)選取大一個等級，補(bǔ)償重力的缺失。
受力如圖2-2：
圖2-2
求支反力：由梁的整體靜力平衡方程，可得出支反力。
列彎矩方程。取梁的左端A坐標(biāo)原點，梁AB為X軸，則彎矩方程為：
繪制彎矩圖：根據(jù)彎矩方程繪出此梁的彎矩圖。如圖2-3所示：
圖2-3
則最大彎矩為：
（2） 當(dāng)電動葫蘆在最內(nèi)端的時候，如圖2-4：
圖2-4
求支反力：由梁的整體靜力平衡方程，可得出支反力。
列彎矩方程。取梁的左端A坐標(biāo)原點，梁AB為X軸，則彎矩方程為：
繪制彎矩圖：根據(jù)彎矩方程繪出此梁的彎矩圖，如圖2-5
圖2-5
則最大彎矩為：
所以最大的內(nèi)應(yīng)力為
由參考文獻(xiàn)【1】根據(jù)公式，計算所要達(dá)到的抗彎截面模量：
由參考文獻(xiàn)【1】查表可得，選用16號工字鋼，其。
本次設(shè)計選用16號工字鋼。
2.1.3 工字梁的剛度計算
在工程設(shè)計中，通常按梁的強(qiáng)度條件選擇梁的截面尺寸，然后按梁的剛度進(jìn)行校核，校核梁的剛度的目的，就是要控制梁的變形，使梁的最大撓度或最大轉(zhuǎn)角在規(guī)定的許可范圍內(nèi)，故梁的剛度條件，由參考文獻(xiàn)【1】得：
式中: -許可撓度，
式中：—最大撓度；F—工字梁受力；l—懸臂梁的長度；E—工字鋼彈性模量；I—工字鋼截面慣性矩
工字鋼受力可知當(dāng)工字鋼在外端時，此梁受力最大，受集中力G=5kN，受力處跨度l=2500mm。根據(jù)工作性質(zhì)規(guī)定
。16號工字鋼E=200GP。
<
故此梁滿足剛度
2．2 工字梁與立柱連接主軸設(shè)計計算
軸是機(jī)械設(shè)備的重要部件之一。在軸的計算,因此,不僅考慮軸本身,還必須設(shè)計影響軸向軸部分。軸通過軸承連接列,安裝在軸旋轉(zhuǎn)部分軸運動,形成了一個軸軸部分的基礎(chǔ)上。它的主要功能房間支持旋轉(zhuǎn)運動和運動和權(quán)力轉(zhuǎn)移。
2.2.1 軸的材料選擇
選擇軸的材料時除第一要滿足使用要求外，第二考慮材料的加工工藝性及經(jīng)濟(jì)性。軸的材料一般采用碳素鋼和合金鋼，軸的坯一般用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。軸的常用材料為優(yōu)質(zhì)中碳鋼，如35、45、50鋼，其中以45鋼最為常用。起重設(shè)備載荷大，而且沖擊載荷的存在，因此，在這里應(yīng)工作要求較高選用45鋼。
2.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要確定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計本身一定要考慮強(qiáng)度問題，結(jié)構(gòu)的合理性，同時應(yīng)滿足使用要求。
2.2.3 軸上零件的定位
1)軸上零件的軸向固定
軸端擋圈同樣也用于固定軸端部件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可以使用螺釘固定，為了預(yù)防軸端擋圈轉(zhuǎn)動造成螺釘松脫，可使用雙螺釘加止動墊圈放松等固定方法。
軸向零件在軸向的準(zhǔn)確工作位置是靠一定的軸向固定的方法實現(xiàn)的。可選用軸肩、軸端擋板、軸承端蓋等來定位。
2）軸上零件的周向固定
周向固定的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等。
3）各段軸直徑和長度的確定
確定各段軸的直徑時，可根據(jù)軸所受彎矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出直徑作為承受彎矩的軸端最小直徑，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從最小直徑處開始慢慢確定各段軸的直徑。
確定各段軸端的長度時，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，同時也要保證零件所需的裝配和調(diào)整空間。軸的各段長度主要按照各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。
2.2.4 軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上零件，而且生產(chǎn)率高、成本低。軸的結(jié)構(gòu)越簡單，它的工藝性越好。
1） 為了便于軸上零件的裝配，在軸端加工出倒角。
2） 同一軸上直徑相近的地方的不同軸端上的鍵槽采用一種規(guī)格的鍵槽截面尺寸，并放在軸的同一母線上。
3）為減少加工刀具種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上直徑相近處的倒角應(yīng)盡量采用相同尺寸。
2.2.5 軸的尺寸的設(shè)計計算：
已知：軸只承受彎矩，不傳遞轉(zhuǎn)矩。
工字梁：
電動葫蘆：
由文獻(xiàn)【2】查得選用
提升重物拉力：
根據(jù)受力分析圖2-6：
圖2-6
工字梁與立柱連接軸之間受到一個拉力，則主軸底部受一個支撐力，如圖2-6所示軸的受力分析：
1） 彎矩方程：
2) 繪制彎矩圖2-7：
圖2-7
所以：
由參考文獻(xiàn)【1】公式：
式中：—屈服極限，45鋼=360Mpa;—安全系數(shù)，選取3
則=120
由參考文獻(xiàn)【1】公式：
所以：
得出選。
2.2.6 軸的強(qiáng)度校核
參考文獻(xiàn)【1】由公式：
式中：—最大撓度；—軸的受力；—軸跨度受力長度；—軸的彈性變量；—軸的截面慣性矩
F=7.3131KN受力處的跨度L=100mm。根據(jù)工作性質(zhì)規(guī)定
。45鋼軸。
其中：—許可撓度，起重機(jī)連接軸跨度系數(shù)：0.001~0.002L
,代入公式：
<
故此梁滿足剛度要求。
取。
2.2.7 確定個軸段的直徑
主軸下端安裝圓錐滾子軸承。根據(jù),根據(jù)參考文獻(xiàn)【3】機(jī)械制圖手冊，選用圓錐滾子軸承30208，其尺寸為,所以取
軸2段是連接懸臂梁與焊接在一起的法蘭板焊接在一起， 取
3 電葫蘆的選擇:
電動葫蘆是一種特殊的起重設(shè)備,安裝在起重機(jī)、龍門起重機(jī),電動葫蘆體積小,重量輕,操作簡單,方便使用,等,用于工礦企業(yè)、倉儲碼頭和其他地方。提升重量平均為0.1 ~ 80噸,舉升高度是3 ~ 30米。由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成,分為鋼絲繩電動葫蘆,電動葫蘆鏈條。鏈?zhǔn)诫妱雍J可分為進(jìn)口和國內(nèi)兩種;鋼絲繩電動葫蘆單速升級CD,MD速提升;迷你電動葫蘆、起重機(jī)、多功能電梯。
在這里，根據(jù)工作環(huán)境要求，我們選取型電動葫蘆。
各項參數(shù)如下：
起重量：0.5t
起升高度：3m
起升速度：8m/min
運行速度：20m/min
鋼絲繩：4.8mm(繩的直徑)
運行軌道：工字鋼梁型號為16
電源：額定電壓為380V的三相交流電動機(jī)
起重電機(jī)：ZDZ1-4 額定功率1.5kw 轉(zhuǎn)速為1440r/min
4 開式齒輪的選取
選定齒輪的類型及基本參數(shù)
1）選擇直齒圓柱齒輪
2）根據(jù)搖臂式起重機(jī)的工作環(huán)境，確定選用精度等級4
3）材料的選擇。一般選用45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理
4）選定齒輪的齒數(shù)。
開式齒輪的傳動，由于齒數(shù)主要為磨損失效為是齒輪不知過小，故小齒輪不宜選用過多的齒數(shù)，一般可取17~25,。大齒輪是焊在立柱外端，內(nèi)徑為200mm。m 是齒輪抗彎能力的重要標(biāo)志，根據(jù)工作環(huán)境的使用要求，選用m=5。從而選出大齒輪為齒數(shù)54，分度圓半徑為270mm的齒輪，齒輪寬度為B=50mm。
5 軸承的校核選用
本次設(shè)計中選用滾動軸承，與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，起動靈敏，效率高，輪滑簡便和易于互換等特點，得到廣泛使用。由圖紙可知，軸承既收到軸向力也受到徑向力，所以選用圓錐滾子軸承，它可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)軸承的游隙。
因為主軸的最小直徑為40mm,所以選用30208型的圓錐滾子軸承。
6 回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置選擇
電動回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置通常裝在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分上，電機(jī)進(jìn)過減速器帶動最后一級齒輪相嚙合，以實現(xiàn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)。在起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中常用的是下列三種形式的機(jī)械傳動裝置：
立式電動機(jī)與蝸輪減速起傳動
立式電動機(jī)與立式圓柱齒輪減速器傳動
立式電動機(jī)與行星減速器傳動
市場上，搖臂式起重機(jī)采用行星齒輪系減速原理，即第三種形式。這種形式應(yīng)用行星式傳動原理，采用擺線針齒嚙合的新穎傳動裝置。擺線針輪減速機(jī)傳動裝置可以分為三個部分:輸入部分、減速部分和輸出部分。位錯在輸入軸上配備了一個180°的雙偏心套筒,打開偏心套筒配備兩個稱為滾柱軸承的手臂,H的形成,兩個擺線齒輪中心孔的偏心套筒轉(zhuǎn)臂軸承滾道,由一群擺線齒輪和銷齒輪嚙合圓形排列的針,形成齒差,內(nèi)嚙合齒輪減速器的機(jī)構(gòu)(為了減少摩擦,在小比例的減速機(jī),針與針齒齒輪組)。
這種傳動方法的優(yōu)點結(jié)構(gòu)緊湊體積小,運轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪音低,使用可靠、壽命長，設(shè)計合理維修方便，容易分解安裝。
這種傳動分為單級傳動和雙級傳動：單級傳動的傳動比一般為9~87，而雙級傳動的傳動比一般為121~7569。
根據(jù)此次設(shè)計的搖臂式起重機(jī)的工作狀態(tài)：搖臂的轉(zhuǎn)速為2r/min，從而應(yīng)該選擇雙級傳動E。再根據(jù)其安裝位置，應(yīng)采用立式安裝L。
最后根據(jù)傳動效果要求，電機(jī)選用額定電壓為380V的三相交流電動機(jī) ，轉(zhuǎn)速為1440r/min，額定功率為4KW。再在電機(jī)上加一個變頻器，從而達(dá)到對電機(jī)節(jié)能調(diào)速的目的。所以，擺線針輪減速機(jī)的型號為BLEY 53-43X17 4。即B系列雙級法蘭式立裝式擺線針輪減速機(jī).
7.電動葫蘆限位裝置設(shè)計
采用時下比較常用的尼龍塊起到限位、減震的作用。將其與工字梁焊接在一起。尼龍塊的結(jié)構(gòu)如圖：7-1
將其與槽型板連接：
8 機(jī)座的固定
采用地腳螺栓將法蘭盤與地面連接，如圖8-1所示：
參考文獻(xiàn)
【1】《材料力學(xué)》劉鴻文主編 高等教育出版社2011版
【2】《起重機(jī)設(shè)計手冊》張志文編 北京鐵道出版社2001版
【3】《機(jī)械制圖手冊》 葉玉駒等編 機(jī)械工業(yè)出版社
【4】《機(jī)械設(shè)計》西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著 高等教育出版社
【5】《機(jī)械制圖》何銘新等主編 高等教育出版社
致謝
即將告別四年的大學(xué)生活，緊張的畢業(yè)設(shè)計也將結(jié)束，接下來就將跨入另一個生活圈。在這四年里，我得到了很多老師、同學(xué)的關(guān)心與幫助，是我能夠順利的完成學(xué)業(yè)，以一個充滿自信、理想的姿態(tài)踏入社會。我感謝他們給我?guī)淼囊磺?，為我可以開啟了一扇新的大門。
本論文是在李濤老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師豐富的專業(yè)知識，耐心的教學(xué)方式給了在這次設(shè)計中提供了巨大的幫助。同時在李老師的影響下，我培養(yǎng)了自己嚴(yán)謹(jǐn)，堅持不懈的態(tài)度，提高了各方面的思考動手能力。本論文在導(dǎo)師一步步的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。再此，特向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！愿導(dǎo)師身體健康，事事順利。同時，也祝福每一位幫助我成長的師長。
再次感謝與我共同走過大學(xué)生活的朋友們、同學(xué)們，是你們在我脆弱難過的時候，深處援手，我會永記于心。感謝上天的恩賜讓你們出現(xiàn)在我的生命里。即將面臨分別，希望你們在以后的日子里，開心、快樂，希望你們能實現(xiàn)自己的理想，到達(dá)自己想去的地方。
最后感謝各位老師和同學(xué)，祝你們以后工作順利、事事順心。
謝謝！
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