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集裝箱龍門(mén)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
摘 要：起重機(jī)的出現(xiàn)大大改善了人們的生產(chǎn)和生活，它能夠提高工作的自動(dòng)化程度，提高工作效率，有效降低人們的工作強(qiáng)度，完成一些復(fù)雜重復(fù)性工作。它對(duì)于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，改善人們的事物起著重要的作用。以前需要許多人花長(zhǎng)時(shí)間才能搬動(dòng)的大型物件現(xiàn)在用起重機(jī)就能輕易達(dá)到效果，尤其是在小范圍的搬動(dòng)過(guò)程中起重機(jī)的作用是相當(dāng)明顯的。例如在鐵路貨場(chǎng)裝卸火車(chē)、汽車(chē)，在船廠吊裝船舶，在水電站大壩起吊閘門(mén)，在港口碼頭裝卸集裝箱，在工廠內(nèi)部起吊和搬運(yùn)笨重的成件物品，在建筑安裝工地進(jìn)行施工作業(yè)，在儲(chǔ)木場(chǎng)堆積木材等。龍門(mén)起重機(jī)起重范圍可以從幾噸到幾十噸甚至幾百?lài)?，在機(jī)械制造、冶金、鋼鐵、碼頭集裝箱裝運(yùn)等行業(yè)都必須有龍門(mén)起重機(jī)。而起升機(jī)構(gòu)更是起重機(jī)的咽喉設(shè)備，它是小車(chē)的的重要部分。此次設(shè)計(jì)的龍門(mén)式起重機(jī)小車(chē)主要包括起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)架、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊具等部分。其中的小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由減速器、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、傳動(dòng)軸和一些連接件組成。
關(guān)鍵詞：起升機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)裝置；減速器
Container gantry crane hoisting mechanism gear design
Abstract: The emergence of the crane has greatly improved the people's production and life, it can improve the degree of automation of the work, improve work efficiency, reduce the intensity of the work of the people, the completion of some complex repetitive tasks. It plays an important role for the development of the national economy and improving people's things. Many people spend a long time to carry large objects with a crane can easily achieve the desired effect, especially in the role of small-scale moving process cranes are quite obvious. For example, in the railway yard handling train, automobile, ship in the shipyard lifting, lifting gates of the hydroelectric dam in the port loading and unloading containers, within the factory lifting and carrying bulky items into the building installation site construction work in wood storage ground accumulation timber. Gantry cranes lifting can range from a few tons to hundreds of tons or even hundreds of tons, in the machinery manufacturing, metallurgy, iron and steel, pier container shipping industry must gantry cranes. The sky crane hoisting mechanism is sore equipment, it is an important part of the car. The design of the gantry crane trolley lifting institutions, small frame, trolley traveling mechanism, spreader part. Car run institutions by the reducer, driving wheel units and idler wheel units, drive shafts and some connections.
Keywords: Hoisting mechanism；gear reducer；
目 錄
1 緒論 5
1.1 起重機(jī)的定義 5
1.2 起重機(jī)的工作原理 5
1.3 起重機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn) 6
1.4 龍門(mén)起重機(jī)的分類(lèi) 6
1.5 龍門(mén)起重機(jī)的主要組成 7
1.6 龍門(mén)起重機(jī)的選型特點(diǎn) 7
1.7 龍門(mén)起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 7
1.8 龍門(mén)起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 7
2 起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置參數(shù)及方案確定 8
2.1 起升機(jī)構(gòu)的組成 8
2.2起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 8
2.3 龍門(mén)起重機(jī)參數(shù)確定 10
2.3.1基本設(shè)計(jì)參數(shù) 10
2.3.2主要尺寸的確定 11
2.4確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案 11
2.4.1 方案一 11
2.4.2 方案二 12
2.4.3 方案三 12
3.主要部件的選擇與校核 13
3.1 吊鉤的選擇 13
3.2鋼絲繩的選擇 14
3.2.1 根據(jù)鋼絲繩的捻向分類(lèi) 14
3.2.2 根據(jù)繩股的構(gòu)造分類(lèi) 14
3.2.3 根據(jù)繩芯分類(lèi) 15
3.2.4鋼絲繩選用注意事項(xiàng) 15
3.3滑輪的選擇 16
3.4選定卷筒尺寸并驗(yàn)算強(qiáng)度 17
3.4.1卷筒直徑 17
3.4.2 卷筒尺寸 17
3.4.3 卷筒壁厚 18
3.4.4 卷筒臂的壓力驗(yàn)算 18
3.5電動(dòng)機(jī)的選擇 18
3.6制動(dòng)器的選擇 19
3.6.1計(jì)算制動(dòng)力矩 19
3.7聯(lián)軸器的選擇 19
4.傳動(dòng)裝置-減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.1計(jì)算傳動(dòng)裝置分配各級(jí)傳動(dòng)比 21
4.1.1起升機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 21
4.1.2分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 21
4.2傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 21
4.2.1輸入功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 21
4.2.2輸出功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 22
4.3 減速器傳動(dòng)零件設(shè)計(jì) 22
4.3.1 圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
4.3.2 軸的計(jì)算 27
4.3.3 軸承的選擇和計(jì)算 29
4.3.4 鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 30
4.4減速器潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)、密封類(lèi)型的選擇和裝油量計(jì)算 31
4.4.1 軸承潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑油牌號(hào)的選擇 31
4.4.2 齒輪潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑油牌號(hào)的選擇和裝油量的計(jì)算 31
4.4.3 密封類(lèi)型的選擇 31
4.5 減速器箱體設(shè)計(jì) 31
4.5.1 減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31
4.5.2 油面位置及箱座高度的確定 32
4.5.3 箱體結(jié)構(gòu)的工藝性 32
4.5.4 減速器附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32
結(jié) 論 33
致 謝 34
參 考 文 獻(xiàn) 35
附錄A：Hoist crane metal structure 36
附錄B：起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu) 40
1 緒論
人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中物料搬運(yùn)已成為重要組成部分，距今已有幾千年的歷史。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開(kāi)始采用金屬材料制造，并開(kāi)始采用水力驅(qū)動(dòng)。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)。20世紀(jì)20年代開(kāi)始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。|隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，作為物料搬運(yùn)重要設(shè)備的起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣，作用愈來(lái)愈大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來(lái)越高。起重機(jī)正經(jīng)歷著一場(chǎng)巨大的變革。起重機(jī)械是用來(lái)對(duì)物料作起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它的出現(xiàn)改變了人類(lèi)幾千年來(lái)以手工來(lái)搬動(dòng)重物的狀況，現(xiàn)在幾個(gè)按鈕就能完成以前做不到或很難做到的搬運(yùn)工作，人得到了休息，效率也提高了。起重機(jī)械發(fā)展歷史悠久，種類(lèi)日益繁多，應(yīng)用極為廣泛。當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，如冶金、機(jī)械、交通運(yùn)輸、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口、鐵路、農(nóng)場(chǎng)、林區(qū)和國(guó)防等都離不開(kāi)起重機(jī)械。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，日益顯現(xiàn)出起重機(jī)械作為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化、減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的特種設(shè)備的突出地位?，F(xiàn)代起重機(jī)械結(jié)構(gòu)已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的機(jī)電一體化方向發(fā)展。
1.1 起重機(jī)的定義
起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械，又稱(chēng)吊車(chē)。屬于物料搬運(yùn)機(jī)械。起重機(jī)是以反復(fù)短暫的工作循環(huán)方式完成貨物裝卸或設(shè)備安裝作業(yè)的。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物、貨物上升、水平運(yùn)動(dòng)、下降、卸載，然后空吊具返回原地。一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間一般需要一定時(shí)間，其間各機(jī)構(gòu)在不同時(shí)刻有短暫的停息時(shí)間。龍門(mén)起重機(jī)是水平橋架設(shè)置在兩條支腿上構(gòu)成門(mén)架形狀的一種橋架型起重機(jī)，龍門(mén)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和橋架結(jié)構(gòu)，與橋式起重機(jī)基本相同。這種起重機(jī)在地面軌道上運(yùn)行，主要用在露天貯料場(chǎng)、船塢、電站、港口和鐵路貨站等地進(jìn)行搬運(yùn)和安裝作業(yè)。由于跨度大，起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)大多采用分別驅(qū)動(dòng)方式，以防止起重機(jī)產(chǎn)生歪斜運(yùn)行而增加阻力，甚至發(fā)生事故。
1.2 起重機(jī)的工作原理
起重機(jī)械的主要任務(wù)是起重，而直接承擔(dān)起重任務(wù)的是起升機(jī)構(gòu)，其他機(jī)構(gòu)都是為了擴(kuò)大起重機(jī)的使用范圍。最簡(jiǎn)單的起重機(jī)實(shí)際上也就僅有一個(gè)起升機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代的絕大多數(shù)起重機(jī)，不論他們的型式和用途如何，都是根據(jù)同一個(gè)工作原理構(gòu)成的。龍門(mén)起重機(jī)通常由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運(yùn)動(dòng))、運(yùn)行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動(dòng))、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動(dòng))，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動(dòng)力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，起重量和起升速度不斷提高，因而機(jī)構(gòu)演變?nèi)遮呁晟啤?
1.3 起重機(jī)的類(lèi)型和特點(diǎn)
起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為：①橋架型起重機(jī)?？稍陂L(zhǎng)方形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、露天堆場(chǎng)等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運(yùn)載橋等。②臂架型起重機(jī)。可在圓形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于露天裝卸及安裝等工作，有門(mén)座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、壁行起重機(jī)和甲板起重機(jī)等，這次課題則是龍門(mén)式起重機(jī)的設(shè)計(jì)。
1.4 龍門(mén)起重機(jī)的分類(lèi)
（1）普通龍門(mén)起重機(jī)：這種起重機(jī)用途最廣泛，可以搬運(yùn)各種成件物品和散狀物料，起重量在100噸以下，跨度為4～35米。用抓斗的普通門(mén)式起重機(jī)工作級(jí)別較高。
（2）水電站龍門(mén)起重機(jī):主要用來(lái)吊運(yùn)和啟閉閘門(mén),也可進(jìn)行安裝作業(yè)。起重量達(dá)80～500噸,跨度較小,為8～16米；起升速度較低,為1～5米/分。這種起重機(jī)雖然不是經(jīng)常吊運(yùn)，但一旦使用工作卻十分繁重，因此要適當(dāng)提高工作級(jí)別。
（3）造船龍門(mén)起重機(jī)：用于船臺(tái)拼裝船體，常備有兩臺(tái)起重小車(chē)：一臺(tái)有兩個(gè)主鉤，在橋架上翼緣的軌道上運(yùn)行；另一臺(tái)有一個(gè)主鉤和一個(gè)副鉤，在橋架下翼緣的軌道上運(yùn)行，以便翻轉(zhuǎn)和吊裝大型的船體分段。起重量一般為100～1500噸；跨度達(dá)185米；起升速度為 2～15米/分，還有0.1～0.5米/分的微動(dòng)速度。
（4）集裝箱龍門(mén)起重機(jī)：用于集裝箱碼頭。拖掛車(chē)將岸壁集裝箱運(yùn)載橋從船上卸下的集裝箱運(yùn)到堆場(chǎng)或后方后,由集裝箱龍門(mén)起重機(jī)堆碼起來(lái)或直接裝車(chē)運(yùn)走,可加快集裝箱運(yùn)載橋或其他起重機(jī)的周轉(zhuǎn)?？啥逊鸥?～4層、寬6排的集裝箱的堆場(chǎng)，一般用輪胎式,也有用有軌式的。集裝箱龍門(mén)起重機(jī)與集裝箱跨車(chē)相比，其跨度和門(mén)架兩側(cè)的高度都較大。為適應(yīng)港口碼頭的運(yùn)輸需要，這種起重機(jī)的工作級(jí)別較高。起升速度為8～10米/分；跨度根據(jù)需要跨越的集裝箱排數(shù)來(lái)決定,最大為60米左右相應(yīng)于20英尺、30英尺、40英尺長(zhǎng)集裝箱的起重量分別約為20噸、25噸和30噸。
（5）運(yùn)載橋：由龍門(mén)起重機(jī)加大跨度發(fā)展而成的一種橋架型起重機(jī)，又稱(chēng)裝卸橋。用于露天貯料場(chǎng)、港口和鐵路貨站等處。普通運(yùn)載橋與大型門(mén)式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)相似。特點(diǎn)是：①搬運(yùn)對(duì)象主要是大批量的散狀物料；②跨度大，一般在30米以上，有的達(dá)170米；③作業(yè)頻繁，生產(chǎn)率高，一般為500～1500噸／時(shí)，工作速度高，起升速度為60～70米／分，小車(chē)運(yùn)行速度為100～350米／分，工作級(jí)別較高；④運(yùn)載橋的運(yùn)行機(jī)構(gòu)只用以調(diào)整工作位置，是非工作性機(jī)構(gòu)。當(dāng)跨度較大時(shí)，運(yùn)載橋的橋架支承在一條剛性支腿和一條柔性支腿上。橋架與兩條支腿可采用螺栓聯(lián)接；與柔性支腿的聯(lián)接也可通過(guò)球鉸或柱鉸，使柔性支腿可相對(duì)于橋架有一定范圍的偏斜。橋架由桁架梁組成，起重小車(chē)在它的上弦桿或下弦桿的軌道上運(yùn)行。有的小車(chē)有回轉(zhuǎn)臂架，相當(dāng)于一臺(tái)在橋架上運(yùn)行的臂架型起重機(jī)。在港口岸壁運(yùn)行的集裝箱運(yùn)載橋，是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型起重機(jī)，專(zhuān)用于船舶的集裝箱裝卸工作。兩側(cè)一般都是剛性支腿，形成堅(jiān)固的門(mén)架，橋架支承在與門(mén)架連成一體的上部構(gòu)架上。帶有集裝箱吊具(見(jiàn)跨車(chē))的小車(chē)在橋架上運(yùn)行。伸向海面的長(zhǎng)懸臂通常是可俯仰的。非作業(yè)狀態(tài)時(shí)，懸臂可吊起在80°～85°仰角處，使運(yùn)載橋讓過(guò)船舶上的最高點(diǎn)。作業(yè)時(shí)懸臂放平。也有些懸臂是固定的。
1.5 龍門(mén)起重機(jī)的主要組成
龍門(mén)起重機(jī)通常由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運(yùn)動(dòng))、運(yùn)行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動(dòng))、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動(dòng))，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動(dòng)力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的基本工作機(jī)構(gòu)，它們大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車(chē)組成。運(yùn)行機(jī)構(gòu)用以縱向水平運(yùn)移重物或調(diào)整起重機(jī)的工作位置，一般是由電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器和車(chē)輪組成。金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的骨架，主要承載件，門(mén)架可為箱形結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，也可為腹板結(jié)構(gòu)，有的可用型鋼作為支承梁。
1.6 龍門(mén)起重機(jī)的選型特點(diǎn)
龍門(mén)式起重機(jī)的起重小車(chē)若采用電葫蘆，稱(chēng)為單梁電葫蘆式門(mén)式起重機(jī)。貨運(yùn)量較小的鐵路貨場(chǎng)可以采用單梁電葫蘆門(mén)式起重機(jī)。它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，上馬快等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是速度低，起重量小(一般在10噸以下)。單主梁門(mén)式起重機(jī)若采用專(zhuān)制小車(chē)則稱(chēng)為單主梁小車(chē)門(mén)式起重機(jī)。由于其支腿的形式不同，可分為單主梁L形和單主梁C形門(mén)式起重機(jī)。L形單主梁門(mén)式起重機(jī)的起重小車(chē)多采用垂直反滾輪式(兩支點(diǎn))小車(chē)；C形單主梁門(mén)式起重機(jī)的起重小車(chē)多采用水平反滾輪式(三支點(diǎn))小車(chē)。垂直反滾輪小車(chē)構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修方便，但其聲機(jī)構(gòu)啟動(dòng)和制動(dòng)是垂直方向跳動(dòng)比較大．水平反滾輪小車(chē)工作過(guò)程中比較平穩(wěn)，但維修不太方便。雙箱形主梁門(mén)式起重機(jī)按照支腿的形式又分為0型、U型、A型和八字腿帶馬鞍型等幾種。
1.7 龍門(mén)起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
龍門(mén)式起重機(jī)的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，使用非常廣泛，這是產(chǎn)品本身、龍門(mén)式起重機(jī)廠家以及國(guó)家政策等多種因素共同作用下的結(jié)果，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)家“一攬子計(jì)劃”的推動(dòng)，跟促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。起重機(jī)的市場(chǎng)需求一年年的上漲，需求量超出了很多起重機(jī)生產(chǎn)廠家的預(yù)期。雖然起重機(jī)市場(chǎng)需求增大，但我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)比我們領(lǐng)先很多。我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)方面與他們還有很大的差距，我們國(guó)家的起重機(jī)設(shè)計(jì)制造行業(yè)起點(diǎn)低、設(shè)備差，相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家落后幾十年。所以我們應(yīng)該借鑒消化國(guó)外技術(shù)，完善自己，加快我國(guó)起重機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。
1.8 龍門(mén)起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)龍門(mén)起重機(jī)要求越來(lái)越高，需要速度更快，裝載量更大，操作更方便，更安全可靠性更強(qiáng)的起重機(jī)，另外，新材料的研發(fā)及應(yīng)用也至關(guān)重要。起重機(jī)部件甚至整體有條件的采用強(qiáng)度更高，重量更輕的材料有利于降低自重，增加載重量。所以其會(huì)趨向高速化大型化智能化及新材料的方向發(fā)展。
2 起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置參數(shù)及方案確定
2.1 起升機(jī)構(gòu)的組成
在起重機(jī)中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷?yè)P(yáng)式。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，其工作的好壞直接影響到整臺(tái)起重機(jī)的工作性能。
起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤(pán)、吊具等多種形式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限制器、下降深度限制器、超速保護(hù)開(kāi)關(guān)等，根據(jù)實(shí)際情況配用。
起升機(jī)構(gòu)有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式。
內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)力有內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)的流動(dòng)式起重機(jī)。為保證各個(gè)機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載啟動(dòng)，需依靠傳動(dòng)環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和換向。這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速困難，操縱麻煩。屬于淘汰類(lèi)型。目前只在現(xiàn)有少數(shù)履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是起升機(jī)構(gòu)主要的驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程機(jī)械上，常常使用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)機(jī)起升結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。本起升結(jié)構(gòu)采用的啟動(dòng)方式也為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
液壓驅(qū)動(dòng)的起升結(jié)構(gòu)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵。將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過(guò)控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過(guò)載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在流動(dòng)式起重機(jī)獲得廣泛的應(yīng)用。
2.2起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖（1）為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件圖。電動(dòng)機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器2與減速器4的高速軸相連。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，減速器的低速軸帶動(dòng)卷筒7，將鋼絲繩5卷上或放出，經(jīng)過(guò)滑輪組系統(tǒng)，使吊鉤6實(shí)現(xiàn)上升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，制動(dòng)器3使吊鉤連同貨物懸吊在空中。吊鉤的升降靠電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2-1 起升結(jié)構(gòu)件圖
為了安裝方便與避免高速軸在小車(chē)架受載變形時(shí)發(fā)生彎曲，聯(lián)軸器2應(yīng)是帶有補(bǔ)償性能的，通常采用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器。前者簡(jiǎn)單并能緩沖，但彈性橡皮圈的壽命不長(zhǎng)；后者堅(jiān)固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪聯(lián)軸器的壽命安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤(rùn)滑。為使布置更方便并增高補(bǔ)償能力，降低磨損，常將齒輪聯(lián)軸器制成兩個(gè)半齒輪聯(lián)軸器，中間浮動(dòng)軸或補(bǔ)償軸連起來(lái)。
制動(dòng)器通常裝在高速軸上，以減小尺寸，如圖（1）所示位置。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一個(gè)半體兼作制動(dòng)輪。帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器半體應(yīng)當(dāng)安裝在減速軸上，這樣，即使聯(lián)軸器損壞，制動(dòng)器仍能起作用，保證了安全。
有時(shí)在高速軸上需要裝設(shè)兩個(gè)制動(dòng)器，則第二個(gè)制動(dòng)器可安裝在減速器高速軸另一端，如圖（1）虛線所示，或者裝在浮動(dòng)軸的另一個(gè)聯(lián)軸器上。也可以把制動(dòng)器裝設(shè)在電動(dòng)機(jī)尾部輸出軸上，但這時(shí)需要有兩端出軸的電動(dòng)機(jī)，所以一般盡量避免。目前也有將制動(dòng)器放在電動(dòng)機(jī)尾部的殼體內(nèi)，制成一個(gè)組合部件，從而使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化緊湊。
起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器應(yīng)該是常閉式的。采用塊式制動(dòng)器，裝有電磁鐵或電動(dòng)推桿作為自動(dòng)的松閘裝置，與電動(dòng)機(jī)電氣聯(lián)鎖。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)保證有足夠的制動(dòng)安全系數(shù)。在要求緊湊的情況下，也有采用帶式制動(dòng)器的。
減速器常用封閉式的標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)圓柱減速器。在起重較大（超過(guò)80t）的情況下，為得到低速并增大卷筒與電動(dòng)機(jī)間的尺寸，常采用標(biāo)準(zhǔn)的封閉式兩級(jí)減速器，再增加一對(duì)開(kāi)式齒輪作最后級(jí)傳動(dòng)。
在要求緊湊的起升機(jī)構(gòu)中，也有采用渦輪減速器的，其缺點(diǎn)是機(jī)械效率低。有時(shí)采用渦輪減速器是為了盡量減少噪音，例如在載客電梯中。近年來(lái)還有采用行星齒輪減速器的，減速器（如3K或擺線、漸開(kāi)線齒形的少齒差行星減速器）裝在卷筒的內(nèi)腔中，電動(dòng)機(jī)和卷筒成同軸線布置，其特點(diǎn)是十分緊湊，但維修不太方便。
卷筒通常裝在轉(zhuǎn)軸上，使軸承的檢查與更換都較方便。
卷筒與減速器低速軸可通過(guò)特種聯(lián)軸器相連接，卷筒軸用自位軸承支承于減速器軸的內(nèi)腔和軸承座中，扭矩由齒輪連接來(lái)傳遞。這種方法緊湊，可靠，分組性好，能補(bǔ)償減速器軸與卷筒軸間的角度偏差，但減速器低速軸需要帶特殊齒形軸端，加工較為復(fù)雜。國(guó)外有采用鼓形滾子聯(lián)軸器的，它利用鼓形滾子與兩個(gè)半圓凹槽的配合實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。由于它不僅能夠傳遞扭矩，同時(shí)還能承受很大的徑向支承裝置。這種布置還省去了卷筒長(zhǎng)軸，使重量減輕。當(dāng)卷筒與開(kāi)式傳動(dòng)的大齒輪連接時(shí)，卷筒端面與齒輪間用沿圓周布置的螺釘聯(lián)接。
在某些需要貨物自由下降的起升機(jī)構(gòu)中，卷筒與減速器傳動(dòng)裝置間裝有摩擦離合器。這時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)裝在卷筒上，用來(lái)控制自由下降的速度，它應(yīng)當(dāng)是可操縱的。
卷筒直徑一般盡量選用最小值，因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，轉(zhuǎn)矩與減速器的傳動(dòng)比也增大了，會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積過(guò)大。但在起升高度較大時(shí)，往往增加卷筒直徑以求限制其長(zhǎng)度。
滑輪組型式（單式或雙聯(lián)的）和它的倍率對(duì)起升機(jī)構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在龍門(mén)起重機(jī)中采用雙聯(lián)滑輪組。滑輪組倍率的選定對(duì)鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長(zhǎng)度、減速器的傳動(dòng)比及總體尺寸都有關(guān)系。大起重量采用較大倍率，可以避免采用過(guò)粗的鋼絲繩。當(dāng)起重量較小時(shí)不宜采用大倍率，因?yàn)槠鹬亓枯^小，鋼絲繩磨損較大。有時(shí)采用增大滑輪組倍率同時(shí)相應(yīng)降低起升速度的方式來(lái)提高起重量，可以使起升機(jī)構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機(jī)構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計(jì)時(shí)常采用的方法。在某些情況下，還可能出于其它原因選用較小倍率，如在臂架式起重機(jī)中選用較小的倍率可以減少臂架端部的定滑輪的數(shù)目。在設(shè)計(jì)大起升高度的起升機(jī)構(gòu)時(shí)，也可以采用減小滑輪組倍率的方法來(lái)減小卷筒繞繩量，從而避免多層卷繞或過(guò)長(zhǎng)的卷筒。
2.3 龍門(mén)起重機(jī)參數(shù)確定
2.3.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)時(shí)需給定的參數(shù)有：起重量、工作級(jí)別、起升高度和起升速度。
起重量對(duì)起升機(jī)構(gòu)的組成型式、傳動(dòng)部件的型號(hào)尺寸和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率都有重要影響。在起重機(jī)系列設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇起重機(jī)系列是重要的環(huán)節(jié)。一般情況下，當(dāng)起重量超過(guò)10t時(shí)，常設(shè)兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)，即主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)。主起升機(jī)構(gòu)的起重量大，用以起吊重的貨物。副起升機(jī)構(gòu)的起重量小，但速度較快，用以起吊較輕的貨物或作輔助性的工作，提高工作效率。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的起重機(jī)為10t,故設(shè)一個(gè)起升機(jī)構(gòu)。
起升速度的選擇與起重量、起升高度、工作級(jí)別和使用要求有關(guān)。中、小起重量的起重機(jī)選用高速以提高生產(chǎn)率；大起重量的起重機(jī)選用低速以降低驅(qū)動(dòng)功率，提高工作的平穩(wěn)性和安全性；工作級(jí)別高、經(jīng)常使用、要求生產(chǎn)率高的起重機(jī)宜選用高速。反之，工作級(jí)別低、用于輔助性工作的起重機(jī)可選用低速。用于安裝和維修的起重機(jī)除低速外，還可備有微速或調(diào)速功能。表2-1為本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)。
表2-1本起重機(jī)起升結(jié)構(gòu)的主要
1
起重量
10t
工作幅度
6.5~21M
2
起升機(jī)構(gòu)
起升速度
電動(dòng)機(jī)
15m min
型號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
YZR250M1-8
30
720
3
變幅機(jī)構(gòu)
變幅機(jī)構(gòu)
電動(dòng)機(jī)
14m min
型號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
YZR180L-8
11
700
4
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
電動(dòng)機(jī)
0.98rpm
型號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
YZR160M2-6
7.5
940
5
運(yùn)行機(jī)構(gòu)
運(yùn)行速度
電動(dòng)機(jī)
28m/min
型號(hào)
功率
轉(zhuǎn)速
YZR160M2-6
7.5
940
2.3.2主要尺寸的確定
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》表1.6、表1.7、表1.8和工作級(jí)別A5可確定以下參數(shù)：
載荷狀態(tài)Q2（有時(shí)起升額定載荷，大部分時(shí)間起升中等載荷）
名義載荷系數(shù)Kp=0.25
利用等級(jí)U5
總的工作循環(huán)次數(shù)N=5×105
起重機(jī)起升高度為6.5~21m.
起重機(jī)起升速度為v=15m/min；小車(chē)速度V=28m/min。
2.4確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案
大多數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置都采用電動(dòng)機(jī)軸與卷筒平行布置。初步擬定下列三種方案。
2.4.1 方案一
當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊運(yùn)液態(tài)金屬及其它危險(xiǎn)物品時(shí)，需采用雙制動(dòng)器。
圖2-2
2.4.2 方案二
圖2-3
2.4.3 方案三
圖2-4
1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—傳動(dòng)軸 4—制動(dòng)器 5—減速器 6—卷筒 7—軸承座
8—平衡滑輪 9—鋼絲繩 10—滑輪組 11—吊鉤
方案一采用雙制動(dòng)器，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊運(yùn)液態(tài)金屬及其它危險(xiǎn)物品時(shí)用這種方案的比較多，而我們所設(shè)計(jì)的起重機(jī)為露天場(chǎng)合常用輕型起重機(jī)。
方案二在減速器輸出端增加了一級(jí)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，減速器傳動(dòng)比較大，此機(jī)構(gòu)起升速度相對(duì)較慢，一般用于起重量較大的起重機(jī)。我們本次設(shè)計(jì)課題的起重機(jī)起重量為10t,屬于較輕的起重量，要求起升速度和小車(chē)行走速度較快。
方案三起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，安裝維修方便，而且變速范圍符合設(shè)計(jì)要求。綜合方案一和方案二，最終確定選用方案三。
3.主要部件的選擇與校核
3.1 吊鉤的選擇
吊鉤是吊裝作業(yè)中最常用的取物裝置，是各類(lèi)起重機(jī)，也是常用吊索、起重工具、專(zhuān)用吊具上的重要組成部分。根據(jù)制造方式，吊鉤可分為鍛造鉤和板式鉤，鍛造鉤一般應(yīng)用GB699-1988中規(guī)定的20號(hào)鋼，經(jīng)鍛造和沖壓、退火處理，再進(jìn)行機(jī)械加工而成。熱處理后要求表面硬度為95-135HB。鍛造可以制成單鉤或雙鉤，單鉤主要用在70噸以下的起重機(jī)上，雙鉤用在50-100噸的起重機(jī)上。板式鉤一般用在起升重量較大的起重機(jī)上，板式鉤由厚度為30mm成型板片重疊鉚合而成。板式鉤上有護(hù)板，一般用軋制鋼制成。板式鉤由于其板片不可能同時(shí)斷裂，所以可靠性好，修理方便。但是板式鉤的斷面積只能制成矩形，因此鉤體的材料不能充分利用。板鉤也分為單鉤和雙鉤兩種。單鉤多用于鑄造起重機(jī)上。吊鉤斷面形狀有圓形、矩形、梯形和T字形等。
長(zhǎng)鉤 短鉤
吊鉤的安全使用規(guī)范：
（1） 新吊鉤在使用前，應(yīng)進(jìn)行檢查，應(yīng)有制造廠的制造合格證，否則不準(zhǔn)投入使用，新吊鉤的開(kāi)口度要進(jìn)行測(cè)量并符合規(guī)定。
（2） 新吊鉤應(yīng)做負(fù)荷試驗(yàn)，其檢驗(yàn)載荷按起重量的不同而不同，并且測(cè)量溝口開(kāi)口不應(yīng)超過(guò)原開(kāi)度的0.25%。
（3） 對(duì)吊鉤三個(gè)危險(xiǎn)斷面應(yīng)用油清洗，用放大鏡看有無(wú)裂痕；對(duì)板式鉤應(yīng)檢查其襯套、銷(xiāo)子磨損情況。
（4） 在起重吊裝作業(yè)中使用吊鉤，其表面要光滑，不能有剝裂、刻痕、銳角、接縫和裂紋等確缺陷。
（5） 吊鉤在使用過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行定期檢查，主要檢查是否有變形、裂紋、磨損、腐蝕等現(xiàn)象，并做好記錄。
（6） 吊鉤不準(zhǔn)超負(fù)荷作業(yè)，吊鉤不得補(bǔ)焊。
（7） 吊鉤停止使用時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)清洗、除銹，上好防銹油放在通風(fēng)干燥的地方。
根據(jù)要求查《龍門(mén)起重機(jī)（上）》知鍛造單鉤適用于起重量為3-75噸的起重機(jī)，故選擇鍛單鉤，由本次設(shè)計(jì)起重量10t可由表9-1查知：
D=120mm, O=90mm, B=74, h=115, d=75, d1=70, d0=64, L≥180, L1≥70, L2=90, m=60, R=14, R1=84, R2=62, R3=155, R4=36, R5=120, R6=125, R7=20, R8=2,重量為29.5Kg。
3.2鋼絲繩的選擇
鋼絲繩是由高強(qiáng)度碳素鋼絲圍繞繩芯繞捻而成的，被廣泛應(yīng)用于起重作業(yè)。其中吊用鋼絲繩通常指起重滑輪組使用的起重或牽引繩。具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 重量輕、強(qiáng)度高、能承受沖擊載荷。
（2） 撓性較高，使用靈活。
（3） 鋼絲繩磨損后，表面會(huì)產(chǎn)生許多毛刺，易于檢查。破段前有絲斷預(yù)兆，其整根鋼絲繩不會(huì)立即斷裂。
（4） 其中作業(yè)用鋼絲繩成本低。
主要缺點(diǎn)剛性大，不易彎曲。起重作業(yè)選用的鋼絲繩一般為點(diǎn)接觸類(lèi)型，如果配用的滑輪組直徑過(guò)小或直角彎折，鋼絲繩易受損壞且影響安全使用和縮短使用壽命。
鋼絲繩種類(lèi)
3.2.1 根據(jù)鋼絲繩的捻向分類(lèi)
（1） 交互捻鋼絲繩 繩與股的捻向相反，這是常用的鋼絲繩，由于繩與股的自行松捻趨勢(shì)相反，相互抵消，沒(méi)有扭轉(zhuǎn)打結(jié)的趨勢(shì)，使用方便。根據(jù)繩的捻向，又分別有右捻和左捻繩。起重機(jī)常用右捻鋼絲繩。
（2） 同向捻鋼絲繩 繩與股的捻向相同，有自行松捻和扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，容易打結(jié)。由于撓性較好。通常用于具有剛性的導(dǎo)軌的牽引。進(jìn)來(lái)在制造工藝中采用預(yù)變形的方法，成繩后消除了自行松散扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這種繩又稱(chēng)為不松散繩。
（3） 混合捻鋼絲繩 有半數(shù)股左旋，另外半數(shù)股右旋。這種鋼絲繩應(yīng)用較少。
3.2.2 根據(jù)繩股的構(gòu)造分類(lèi)
（1） 點(diǎn)接觸繩 繩股中各層鋼絲繩直徑相同，股中相鄰各層鋼絲繩捻距不等，相互交叉，在交叉點(diǎn)上接觸，因此，點(diǎn)接觸繩易于磨損，壽命低。
點(diǎn)接觸型鋼絲繩 線接觸型鋼絲繩
（2） 線接觸繩 繩股中各層鋼絲繩的捻距相等，外層鋼絲繩位于里層鋼絲之間的溝槽里，內(nèi)外層鋼絲相互接觸在一條螺旋線上，改變了接觸，增長(zhǎng)了壽命，增加了撓性。相同直徑的鋼絲繩，線接觸型比點(diǎn)接觸型的金屬斷面面積大，因而承載能力大。
（3） 面接觸繩 股與股之間形成面接觸，制作工藝復(fù)雜，多用于纜索起重機(jī)和架空索道的支撐纜索。
3.2.3 根據(jù)繩芯分類(lèi)
按繩芯的不同有麻芯、棉紗芯、石棉芯和軟鋼心，其中帶浸油麻芯及棉紗芯的鋼絲繩比較軟，容易彎曲，芯中含油可經(jīng)常潤(rùn)滑鋼絲，但不耐高溫高壓；帶石棉芯的鋼絲繩耐高溫；帶軟鋼芯的鋼絲繩能耐高溫高壓，但芯硬不易彎曲。使用要根據(jù)具體條件選用。
根據(jù)繩股數(shù)和每股中鋼絲繩數(shù)量分類(lèi)
按繩股數(shù)和每股中鋼絲繩數(shù)量的不同表示，例如常用普通結(jié)構(gòu)鋼鋼絲繩中分為6×7、7×7、6×19、6×37、6×61等種類(lèi)（前者數(shù)字表示股數(shù)，后者數(shù)字表示每股絲數(shù)）。鋼絲繩中鋼絲越細(xì)越不耐磨，但比較柔軟，彈性較好，鋼絲繩越粗越耐磨，但比較不易彎曲，故應(yīng)視不同用途而選用。在卷筒直徑較大且磨損厲害處，如索道牽引、斜井卷?yè)P(yáng)可用較粗的6×7、6×19鋼絲繩；彎曲較多，滾筒直徑較小如懸掛構(gòu)件、滑輪組等應(yīng)用鋼絲繩較細(xì)的6×37以及6×61鋼絲繩。
3.2.4鋼絲繩選用注意事項(xiàng)
（1） 鋼絲繩的規(guī)格，應(yīng)根據(jù)不同的用途來(lái)選擇。如作起吊重物或繞滑輪組用的鋼絲繩，可選6×37或者6×61規(guī)格的鋼絲繩；作纜車(chē)?yán)K或牽引繩，可選6×19規(guī)格的鋼絲繩。
（2） 鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用6股線接觸，且鋼絲繩的直徑應(yīng)根據(jù)所要承受的載荷的大小及鋼絲繩的許用拉力來(lái)選擇，在有腐蝕性的環(huán)境中工作時(shí)，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。
（3） 起重機(jī)用張緊繩、牽引繩應(yīng)選用順繞繩，在需要有耐酸要求的場(chǎng)合應(yīng)選用鍍鉛鋼絲繩，在高溫環(huán)境中工作的起重機(jī)應(yīng)選用具有特級(jí)韌性石棉芯鋼絲繩或具有鋼芯的鋼絲繩。
因?yàn)樵谄鹕^(guò)程中，鋼絲繩的安全性至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的高安全和使用壽命。為此，我們可以采取以下措施：
（1） 高的安全系數(shù)，也就是降低鋼絲繩的應(yīng)力
（2） 選用較大的滑輪與卷筒直徑
（3） 滑輪槽的尺寸與材料對(duì)于鋼絲繩的壽命有很大的關(guān)系，其太大會(huì)使鋼絲繩與滑輪接觸面積減少，太小會(huì)使鋼絲繩與槽臂間的摩擦劇烈，甚至?xí)ㄋ馈?
（4） 盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。
根據(jù)鋼絲繩的額定起重量Q=10t，查《龍門(mén)起重機(jī)（上）》，選倍率a=2。鋼絲繩的最大拉力：
Smax=(Q+G)/2aη
式中 Q—額定起重量，Q=100000N。
G—吊鉤組重量，G=295N。
a—滑輪組倍率，a=2。
η—滑輪組效率,η=0.99。
所以 Smax=(100000+295)/(2×2×0.99)=25327N。
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》P439知：
鋼絲繩直徑不小于 dmin=C根號(hào)下S
式中 S—鋼絲繩的最大靜拉力。
C—為鋼絲的選擇系數(shù)。
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算》P441，起重機(jī)工作級(jí)別M5,查表14-7選擇C=0.095，鋼絲的平均抗拉強(qiáng)度為1770N/mm2的纖維芯鋼絲繩,所以：
查《龍門(mén)起重機(jī)（上）》表7-8鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)GB1102-74，選用單股鋼絲繩直徑15.5mm,鋼絲繩斷面108.28mm2。
3.3滑輪的選擇
起重機(jī)滑輪是利用杠桿原理制成的一種簡(jiǎn)單機(jī)械，它能借助起重機(jī)繩索的作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以改變作用力的方向。在實(shí)際中，為了擴(kuò)大滑輪的效用，往往把一定數(shù)量的動(dòng)滑輪和一定數(shù)量的定滑輪組合起來(lái)使用，組成滑輪組，它經(jīng)常配合卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝、搬運(yùn)等工作，是重要的工具。
滑輪有輪轂、輪輻、加強(qiáng)筋、繩槽和輪緣組成，滑輪的材料一般為HT150鑄鐵或者ZG230-450、ZG270-500鑄鋼。大尺寸滑輪為了減輕自重也有鋼板焊制而成。
本次設(shè)計(jì)為輕型起重機(jī)所以選用HT150作為滑輪材料。
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，為了保證鋼絲繩有足夠的壽命，滑輪直徑不能過(guò)小，須與鋼絲繩直徑d之間保持一定的比例關(guān)系，即
D0min≥e·d
式中 D0min—按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪允許的最小卷繞直徑mm
d—鋼絲直徑mm
e—系數(shù)
由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-2-1查知e=20,所以
D0min≥15.5×20=310mm
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-2-2和表3-2-4選取鑄造的E1型滑輪，鑄造滑輪繩槽斷面及尺寸如下：R=9.0, H=25, B1=50, E1=35, C=1.5, R1=16, R2=13, R3=3.0, R4=4.0, M=10, N=0, S=12。
選擇E型滑輪的主要尺寸如下：D5=90, D6=110, D7=160, D17=190, B=80, B3=90, B4=74, B9=70, S2=10,滾動(dòng)軸承E1型按國(guó)標(biāo)276選218，B10=30。
3.4選定卷筒尺寸并驗(yàn)算強(qiáng)度
卷筒組件有卷筒、連接盤(pán)以及軸承支架組成，卷筒有長(zhǎng)軸卷筒和短軸卷筒，長(zhǎng)軸卷筒有齒輪連接盤(pán)和帶大齒輪的卷筒組，這是一種應(yīng)用較多的一種形式，短軸卷筒是一種新的結(jié)構(gòu)形式。卷筒與減速器輸出軸用法蘭盤(pán)剛性連接，減速器底座通過(guò)鋼球或者圓柱銷(xiāo)與小車(chē)架連接。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單調(diào)整與安裝方便，此外還有采用行星減速器放在卷筒內(nèi)部的形式，優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。鑄造卷筒材料一般采用不低于HT20-40的鑄鐵，重要卷筒可采用高強(qiáng)度鑄鐵或球墨鑄鐵，焊接滾筒采用A3鋼制造。
3.4.1卷筒直徑
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知卷筒直徑：
D≥d(e-1)=15.5×（18-1）=263.5mm
D—卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）
d—鋼絲繩直徑
e—筒繩直徑比（由表3-3-2選e=18）
雙聯(lián)卷筒
為了適當(dāng)?shù)臏p少卷筒長(zhǎng)度，保證鋼絲繩具有一定的使用壽命，取D=300mm。由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3-3-1知：
3.4.2 卷筒尺寸
卷筒長(zhǎng)度： L=2(L0+L1+L2)+L光
式中 L1—固定鋼繩所需的長(zhǎng)度，L2≈3p，取60mm
L2—卷筒兩端空余部分長(zhǎng)度，由結(jié)構(gòu)需要決定，取60mm
L光—中間光滑部分長(zhǎng)度，根據(jù)鋼絲繩允許偏角確定,取170mm
L0—卷筒上有螺旋槽部分長(zhǎng)度L0={（Hmax×m）/πD0+Z1}·t1，式中 Hmax—最大起升高度，Hmax=21-6.5=14.5m
Z1—為固定鋼繩的安全圈數(shù)，Z1≥1.5，取Z1=2
t1—繩槽節(jié)距(標(biāo)準(zhǔn)槽)，t1=d+(2～4)=15.5+2.5=18mm
m—滑輪組倍率
D0=D+d—卷筒計(jì)算直徑，由鋼絲繩中間算起的卷筒直徑
所以：L0=562.9,取L0=600mm
所以：L=2×(L0+L1+L2)+L光=2×（600+60+60）+170=1610mm
取整L=1700mm
根據(jù)《龍門(mén)起重機(jī)（上）》表7-7知卷筒繩槽尺寸：R=10，t1=18,r1=1.5,c1=6
3.4.3 卷筒壁厚
根據(jù)《龍門(mén)起重機(jī)（上）》知卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×300+（6～10）=12～16
取δ=15mm
3.4.4 卷筒臂的壓力驗(yàn)算
根據(jù)《龍門(mén)起重機(jī)（上）》知：
σymax=Smax/（δ·t1）=25327/(15×18)=93.8MPa
本設(shè)計(jì)采用ZG270-500，根據(jù)《工程材料及成型技術(shù)》知σs=270MPa,由《龍門(mén)起重機(jī)（上）》知：
[σ壓]= σs/2=270/2=135
式中 Smax—鋼繩的最大拉力
δ—卷筒的壁厚
t—繩槽的節(jié)距
σs—鑄鋼的屈服極限
因?yàn)椋害襶ma=93.8MPa≤[σ壓] =135，所以抗壓強(qiáng)度足夠。
卷筒上的扭矩：
M=(Smax×D)/η=(25327×0.3)/0.99=7674.85Nm
卷筒速度
N卷=mv/πD=(2×15)/(3.14×0.3)=31.83n/min
3.5電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)《龍門(mén)起重機(jī)（上）》知起重機(jī)靜功率為：
P靜=Qv/(6120η)=(10000+29.5)×15/（6120×0.85）=28.92KW
電動(dòng)機(jī)按重復(fù)短時(shí)運(yùn)行方式制造，不同的負(fù)載持續(xù)值（JC值），電動(dòng)機(jī)具有不同的功率，而負(fù)載持續(xù)率分為JC=15%,JC=25%,JC=40%,JC=60%,JC=100%(即連續(xù)工作)五種。根據(jù)起重機(jī)工作級(jí)別，取JC%=40；電動(dòng)機(jī)功率28.92KW，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-1-12查電動(dòng)機(jī)型號(hào)YZR250M1-8,功率30KW，轉(zhuǎn)速720r/min，重280Kg。
3.6制動(dòng)器的選擇
起升機(jī)構(gòu)每一套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置至少要安裝一個(gè)支持制動(dòng)器；吊運(yùn)液態(tài)金屬以及其它的危險(xiǎn)品的起升機(jī)構(gòu)，每一套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置要裝設(shè)兩個(gè)支持制動(dòng)器。本起重機(jī)用于露天吊裝設(shè)備及材料，故只安裝一個(gè)制動(dòng)器。
支持制動(dòng)器通常是閉式的，制動(dòng)輪必須安裝在與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛性連接的軸上。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)保證在規(guī)定的制動(dòng)時(shí)間內(nèi)將機(jī)構(gòu)制動(dòng)住。
塊式制動(dòng)器的構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造與安裝都很方便，成對(duì)的瓦塊壓力相互平衡，使制動(dòng)軸不受彎曲載荷。因此，在起重機(jī)上廣泛應(yīng)用。而其中電力液壓塊制動(dòng)器（代號(hào)YWZ）有動(dòng)作平穩(wěn)，噪音小，壽命長(zhǎng)，尺寸小，重量輕，不易漏電，省電，交流供電方便等特點(diǎn)。
3.6.1計(jì)算制動(dòng)力矩
制動(dòng)器按一個(gè)計(jì)，計(jì)算機(jī)動(dòng)力矩，根據(jù)《龍門(mén)起重機(jī)（上）》，P=67知：
Nm
其中 ：K—起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)安全系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)工作類(lèi)型選K=1.75
η—制動(dòng)時(shí)的機(jī)構(gòu)效率，η≈0.89
i—實(shí)際傳動(dòng)比
a—倍率
D—卷筒直徑
查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P318,表3-7-19，選擇制動(dòng)器YWZ2—300/50，額定制動(dòng)力矩為630N·m ,自重65Kg。
3.7聯(lián)軸器的選擇
無(wú)論是齒輪聯(lián)軸器還是彈性銷(xiāo)聯(lián)軸器，都是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。選用時(shí)首先根據(jù)連接軸（如電動(dòng)機(jī)出軸，減速器的輸入、輸出等）的直徑，從聯(lián)軸器的規(guī)格表中選擇一種合適尺寸的聯(lián)軸器，然后驗(yàn)算所傳遞的扭矩是否足夠，即T≤[Tt]。
根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》知
T=k1k2k3Tt=1.3×1.2×1.25×302.3=589.45N·m
式中 T—所傳遞扭矩的計(jì)算值
k1 —考慮聯(lián)軸器重要程度的系數(shù)，由表3-12-2取k1=1.3
Tt—實(shí)際作用的扭矩
[T]—機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)額定扭矩轉(zhuǎn)換到聯(lián)軸器的扭矩
k2—機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別系數(shù)，由表3-12-3，取k2=1.2
k3—考慮角度偏差的系數(shù)，由表3-12-4，取k3=1.25
由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-1-6知，電動(dòng)機(jī)YZ250M-81，軸端為圓錐形，錐度為1:10，D=65mm,E=140mm。根據(jù)減速器選擇的型號(hào)知其高速軸端的直徑d=60mm,l=185mm。所以根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》選CL4Z1型，許用扭矩[Tt]=5600N·m,L=107mm，材料為不低于40鍛鋼或不低于鑄鋼310-570（GB5676-85）制造。該聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩軸相對(duì)位移的性能，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可靠性能高，安裝方便等。適用于起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)的減速機(jī)與卷筒聯(lián)接及其它類(lèi)似機(jī)構(gòu)的聯(lián)接。
因?yàn)?T=589.74≤[Tt],所以選擇的聯(lián)軸器符合要求。
4.傳動(dòng)裝置-減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1計(jì)算傳動(dòng)裝置分配各級(jí)傳動(dòng)比
4.1.1起升機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比
4.1.2分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比
取高速級(jí).5
則低速級(jí)傳動(dòng)比為
4.2傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
4.2.1輸入功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
(1)0軸（電機(jī)軸）：
(2)Ⅰ軸
(3)Ⅱ軸
(4)Ⅲ軸
(5) Ⅳ軸
4.2.2輸出功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
將上述運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果匯總下
軸名
參數(shù)
傳動(dòng)比i
效率
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
輸入功率P
(KW）
輸入轉(zhuǎn)矩?T
()
Ⅰ 軸
1
0.99
720
29.7
393.94
Ⅱ 軸
4.5
0.97
160
28.8
1719
Ⅲ 軸
5.03
0.97
31.81
27.94
8388
Ⅳ 軸
1
0.98
31.81
27.4
8226
4.3 減速器傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)
4.3.1 圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.3.1.1 高速級(jí)
（1） 選擇齒輪材料
采用硬齒面閉式齒輪傳動(dòng) 由表11.8查得：
小齒輪選用20，滲碳后淬火處理，齒面硬度為58~62HRC。
大齒輪選用20，滲碳后淬火處理，齒面硬度為58~62HRC。
由表11.20 選8級(jí)精度 齒面粗糙度
（2） 確定許用應(yīng)力
由表11.9查得：
由表11.25查得：
小齒輪接觸疲勞極限
大齒輪接觸疲勞極限
查圖11.28得：
許用接觸應(yīng)力：
依據(jù)：當(dāng)大小齒輪都是硬齒面時(shí)，硬齒面齒輪的承載能力較高，但需專(zhuān)門(mén)設(shè)備磨齒，常用于要求結(jié)構(gòu)緊湊或生產(chǎn)批量大的齒輪。當(dāng)大小齒輪都時(shí)硬齒面時(shí)，小齒輪的硬度應(yīng)略高，也可和大齒輪相等。
（3）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
設(shè)齒輪按8級(jí)精度
選擇齒寬系數(shù) 查表11.19得 =0.8
選擇載荷系數(shù)K 查表11.10得 K=1.25
小齒輪上的轉(zhuǎn)矩
小齒輪分度圓直徑
齒輪的模數(shù)
取,則
模數(shù)
根據(jù)表11.3取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=3mm
（8） 齒輪幾何尺寸的計(jì)算
取
中心距
(4) 驗(yàn)算輪齒彎曲強(qiáng)度
齒形系數(shù) 查表11.12得
應(yīng)力修正系數(shù) 查表11.13得
由表11.9查得
許用彎曲應(yīng)力 查圖11.26
查圖11.27得：
許用彎曲應(yīng)力：
（5）齒輪的圓周速度
根據(jù)表11.21可知，選用8級(jí)精度實(shí)合適的。
幾何尺寸計(jì)算：
4.3.1.2 低速級(jí)
采用硬齒面閉式齒輪傳動(dòng) 由表11.8查得：
小齒輪選用20，滲碳后淬火處理，齒面硬度為58~62HRC。
大齒輪選用20，滲碳后淬火處理，齒面硬度為58~62HRC。
由表11.20 選8級(jí)精度 齒面粗糙度
（2） 確定許用應(yīng)力
由表11.9查得：
由表11.25查得：
小齒輪接觸疲勞極限
大齒輪接觸疲勞極限
查圖11.28得：
許用接觸應(yīng)力：
查表11.10 載荷系數(shù)K=1.25
查表11.19 齒寬系數(shù)
小齒輪上轉(zhuǎn)矩
齒數(shù)， 圓整
實(shí)際傳動(dòng)比
誤差
小齒輪分度圓直徑：
由表11.3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4.5mm
主要尺寸
取
按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
齒形系數(shù) 查表11.12
應(yīng)力修正系數(shù) 查表11.13
許用彎曲應(yīng)力
由圖11.26 得
由表11.9 得
由圖11.27 得
齒輪的圓周速度
由表11.21 知 選8級(jí)精度最合理
幾何尺寸計(jì)算：
4.3.2 軸的計(jì)算
功率kw
轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)矩Nm
I 軸
29.4
720
393.94
Ⅱ 軸
28.8
160
1719
Ⅲ 軸
27.94
31.81
8388
I軸
(1)材料的選擇
由表16.1 查得 用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，
由表16.3得
(2)估算軸的最小直徑
根據(jù)表11.6，=107-118為取值范圍
估算軸的直徑：
因?yàn)檩S上開(kāi)有一個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大3%-5%
查設(shè)計(jì)手冊(cè)
軸段①上有聯(lián)軸器需要定位，因此軸段②應(yīng)有軸肩，
軸段③安裝軸承，必須滿(mǎn)足內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故
軸段④
軸段⑤
按彎扭合成強(qiáng)度校核軸頸
圓周力
徑向力
水平
垂直
合成
當(dāng)量彎矩
校核
同理對(duì)Ⅱ軸、Ⅲ 軸進(jìn)行計(jì)算：
Ⅱ軸：
因?yàn)檩S上開(kāi)有一個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大3%-5%
取
Ⅲ 軸：
因?yàn)檩S上開(kāi)有一個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大5%-8%
取
Ⅱ軸、Ⅲ 軸的校核與I軸類(lèi)似，在此就不再一一敖旭。
4.3.3 軸承的選擇和計(jì)算
因?yàn)榭紤]到軸承主要承受徑向載荷及較小的軸向載荷，選取深溝球軸承。
根據(jù)初估軸承處的軸的直徑，由表4.2進(jìn)行軸承型號(hào)的選擇
高速軸：選取軸承類(lèi)型6310 基本尺寸
中間軸：選取軸承類(lèi)型 6213 基本尺寸
低速軸：選取軸承類(lèi)型6226 基本尺寸
計(jì)算軸承的徑向力
高速軸
低速軸
軸承的壽命計(jì)算校核
查表17.8 X=1
查表17.9
附表4.2
高速軸 N
軸承工作時(shí)間
142356.7h
合格
4.3.4 鍵聯(lián)接的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
軸I上零件的軸向固定：聯(lián)軸器及齒輪處均采用A型普通平鍵連接，參考表5.25，GB/T1095、1096-2003。聯(lián)軸器上鍵為；齒輪處鍵為。
(1)許用擠壓應(yīng)力
鍵、軸和輪轂的材料都是45鋼，由表，查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值。
(2)校核聯(lián)接大齒輪和低速軸的鍵
聯(lián)接大齒輪和低速軸的鍵采用普通A型平鍵