50 10t-22.5雙梁式起重機大車運行機構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

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The main content of the design calculation for the cart running mechanism, that is, active, passive vehicle group, reducer design calculation and the choice of the motor. Static finite element analysis of the axle bearing torque of the reducer by ANSYS 10. Finally software AutoCAD 2007 assembly drawing for crane traveling mechanism, reducer figure, active and passive wheel of photos and other parts of the map.Key words: Double beam crane, Crane operating mechanism, Finite element analysis目 錄1.緒論12.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢22.1國外起重機械發(fā)展狀況22.2國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況22.3 起重機目前的發(fā)展趨勢23.研究內(nèi)容43.1起重機介紹43.2 大車運行機構(gòu)53.3車輪組64.大車運行機構(gòu)設(shè)計計算74.1確定傳動機構(gòu)方案74.2選擇車輪與軌道，并驗算其強度74.3運行阻力計算94.4選擇電動機104.5驗算電動機發(fā)熱條件114.6計算減速器傳動比114.7驗算起動時間114.8驗算起動不打滑條件124.9選擇制動器144.10選擇聯(lián)軸器154.11浮動軸的驗算165.減速器設(shè)計計算175.1電動機參數(shù)：175.2分配各級傳動比175.3計算傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)175.4高速級齒輪傳動設(shè)計計算185.5低速級齒輪傳動225.6 I軸的設(shè)計計算265.7 II軸的設(shè)計計算305.8 III軸的設(shè)計計算355.9齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計395.10潤滑和密封406.III軸的有限元分析426.1 ANSYS有限元分析426.2中間軸的有限元分析427.啃軌現(xiàn)象及解決辦法447.1啃軌的概念及現(xiàn)象447.2啃軌的不良后果447.3啃軌的解決辦法448.起重機大車運行機構(gòu)布置圖的繪制459.小結(jié)46參考文獻47致謝485050/10t-22.5雙梁式起重機大車運行機構(gòu)設(shè)計及軸的有限元分析1.緒論 11本課題來源于企業(yè)50/10t-22.5雙梁式起重機大車運行機構(gòu)設(shè)計參數(shù)如表1-1 ：表1-1 設(shè)計參數(shù) 機構(gòu)名稱 項目機構(gòu)名稱 機構(gòu)名稱 項目大車運行機構(gòu)主起升副起升起重量t5010軌距mm22500起升速度m/min6.113.1運行速度m/min59最大起升高度m1418輪距mm5500電源三相交流 50Hz 380V要求：設(shè)計說明書一份（不少于1.5萬字）；雙梁式起重機大車運行機構(gòu)總裝圖（A0圖紙）和減速器、主被動車輪組以及部分零件圖（A1或A2圖紙）；設(shè)計計算（大車運行機構(gòu)的總體設(shè)計計算、減速器設(shè)計計算等）；減速器軸的有限元分析；外文技術(shù)資料翻譯不少于2萬印刷符號。1.2目標和意義：雙梁橋式起重機適用于機械加工與裝配車間、金屬結(jié)構(gòu)車間、機械維修車間、冶金與鑄造車間以及倉庫的吊運工作等，其可以有效減少工人勞動量，提高生產(chǎn)效率，提升企業(yè)的機械化水平。本課題嘗試進行橋式起重機大車的運行機構(gòu)設(shè)計。通過本課題設(shè)計，使學(xué)生熟悉和掌握橋式起重機大車運行機構(gòu)的設(shè)計方法。掌握起重機大車車輪設(shè)計、減速器的設(shè)計等，學(xué)會電動機、制動器、緩沖器等部件的選擇。并進行減速器軸的有限元分析。進一步鞏固掌握機械設(shè)計、機械制圖、CAD等課程內(nèi)容，體會所學(xué)課程在起重機設(shè)計中的應(yīng)用。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.1國外起重機械發(fā)展狀況歐美作為橋式起重機的發(fā)源地，代表了橋式起重機的最高水平，其中具有代表性的生產(chǎn)廠家主要有馬尼托瓦克、利勃海爾和德馬克。其次日本也緊隨其后，主要生產(chǎn)廠家是神鋼等。他們生產(chǎn)的產(chǎn)品型號種類豐富，技術(shù)先進，具有很高的市場占有率。這些外國廠家生產(chǎn)的橋式起重機在整體上代表了國際的先進水平，不僅滿足了一些工作條件下大噸位的需要，而且安全性能可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)先、設(shè)備穩(wěn)定性高，這些是其他國家無法比及的。2.2國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況隨著我國重工業(yè)的快速發(fā)展，在橋式起重機方面也取得了顯著的成績，并具有了較強的橋式起重機制造能力。我國在小噸位的起重機設(shè)計制造領(lǐng)域已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，但是在大型起重機的研發(fā)設(shè)計制造方面，我們和國外還存在不小的差距，在設(shè)計水平和起重機的穩(wěn)定性和可靠性等方面也有一定的差距。橋式起重機被廣泛地應(yīng)用在經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域，隨著經(jīng)濟的發(fā)展， 用戶對其性能要求越來越高， 但是國內(nèi)橋式起重機的結(jié)構(gòu)型式比較落后，國內(nèi)橋式起重機生產(chǎn)廠商的質(zhì)量、 產(chǎn)品規(guī)模和開發(fā)能力與國外存在著相當大的差距。在整個橋式起重機設(shè)計中， 大車占據(jù)極其重要的地位， 它是橋式起重機設(shè)計的基礎(chǔ)。本研究對于提高橋式起重機的設(shè)計效率和設(shè)計水平，有效的降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的市場競爭力具有重要的實際意義。2.3 起重機目前的發(fā)展趨勢 隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，自動化程度的不斷提高，起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣，作用也越來越大，對橋式起重機的設(shè)計和使用要求也越來越高。橋式起重機在保證設(shè)備安全使用、可靠運行的前提下，實際生產(chǎn)頂用戶普遍要求提高橋式起重吊車的功課效率、自動化程度、節(jié)能效果和減少維修量。而橋式起重機作為物流系統(tǒng)中的一種重要設(shè)備，在企業(yè)生產(chǎn)活動中作用廣泛應(yīng)用顯著，所以對于提高橋式起重機的運行效率，提高運行安全，降低物流運輸成本是非常重要的。目前，橋式起重機正朝著以下方向發(fā)展：（1）起重機的大型化這些年來，火電發(fā)電機組的功率不斷增大，由以前的30萬KW為主提高到以60萬KW甚至100萬KW為主，所以對起重機的提升重量的噸位需求越來越大。由于美國核電技術(shù)的推廣應(yīng)用，使起重機大件吊裝量大幅增加，從而產(chǎn)生了大型起重機市場的需求。因為工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例的不斷增加，所以促使大型起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作效率越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。（2）創(chuàng)新設(shè)計對起重機結(jié)構(gòu)構(gòu)造的創(chuàng)新、傳動型式的創(chuàng)新和功能原理的創(chuàng)新等方面的理論及技術(shù)基礎(chǔ)加以研究，為此需要著重研究新材料、新的傳動裝置、新工藝，從而通過對不同設(shè)計方案的分解、優(yōu)選和組合來產(chǎn)生新的設(shè)計方案，不斷推出創(chuàng)新設(shè)計成果。（3）核心技術(shù)化各大企業(yè)均具有其特有的核心技術(shù)，并不斷創(chuàng)新，始終保持在起重機行業(yè)的領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在各大公司均大力開發(fā)研究自己的核心技術(shù)，以不斷提升自己的產(chǎn)品質(zhì)量和競爭能力。（4）模塊化和組合化用模塊化的設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機的設(shè)計方法，將橋式起重機上功能基本相同的零件、部件和構(gòu)件制成多種用途和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有大批量的模塊生產(chǎn)，從而實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善性能，降低成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的產(chǎn)品，充分滿足需求。（5）新型化和實用化由于鋼鐵工業(yè)新型技術(shù)的應(yīng)用，鋼材質(zhì)量得到提高，在設(shè)計起重機主梁時，可適當使用較高的許用力而不需要很高的安全系數(shù)，在保證安全的前提下能有效減少起重機的材料用量，從而降低設(shè)備的重量和成本，因橋式起重機重量的減小，可使用功率較小的驅(qū)動裝置驅(qū)動，因此減少電力的使用，節(jié)省開支。在機加工方面，盡管采用少切削的精密鑄件；加工設(shè)備大量采用高效的加工中心，數(shù)控自動機床等。既能保證加工質(zhì)量，又能提高了生產(chǎn)效率、降低成本。在機構(gòu)設(shè)計方面，需要進一步設(shè)計新型傳動零部件，簡化機構(gòu)。需要減輕自重，提高承載能力，改善加工工藝，增加產(chǎn)品質(zhì)量。此外，各機構(gòu)采用的電動機都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，從而減輕重量與減小外形尺寸，并可用制動力矩小的制動器。在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的電控系統(tǒng)。采用機電儀液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。3.研究內(nèi)容3.1起重機介紹 3.1.1起重機的定義起重機械是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行提升、下降和水平移動的搬運機械。起重機械的作業(yè)通常帶有重復(fù)循環(huán)的性質(zhì)，一個完整的作業(yè)循環(huán)一般包括取物、起升、平移、下降、卸載等環(huán)節(jié)。經(jīng)常起動、制動、正反向運動是起重機的基本特點。橋式起重機一般由主橋架、裝有起升下降機構(gòu)和小車、大車運行機構(gòu)、操縱室、小車導(dǎo)電裝置、起重機總電源、導(dǎo)電裝置等組成。 3.1.2起重機的工作原理起升機構(gòu)通過取物裝置從取物地點把重物提起，經(jīng)過運轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)或變幅機構(gòu)把重物移位，在指定地點下放重物后返回到原位。起重機在吊具取料之后即開始垂直或水平的工作行程，到達目的地后卸載，再空行程回到取料原點，完成一個工作循環(huán)，然后再進行第二次吊運。3.1.3橋式起重機的特點 橋架的兩端通過運行機構(gòu)直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式起重機”,如圖3-1所示。圖3-1橋式起重機示意圖橋式起重機一般由載有大車運行機構(gòu)的橋架、裝有起升下降機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機控制室等幾個大部分組成。橋架和大車運行機構(gòu)用來將物品作水平移動。3.1.4橋式起重機的一般構(gòu)造橋式起重機按照結(jié)構(gòu)特點分類分為金屬結(jié)構(gòu)、機械傳動、電氣部分：(1)金屬結(jié)構(gòu)包括橋架和小車架。(2)機械傳動部分由起升機構(gòu)、大車運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)組成。(3)電氣部分由電氣設(shè)備和電氣線路組成。橋式起重機上主要的兩大部分：(1)凡是由電機帶動而運轉(zhuǎn)的機構(gòu)都稱為工作機構(gòu)。(2)電動機與其所帶動的工作機械共同構(gòu)成的傳動系統(tǒng)稱為電動機的電力拖動系統(tǒng)。 橋式起重機構(gòu)造：沿建筑物較長方向的兩壁設(shè)置為承軌梁，在梁上鋪設(shè)大車運行軌道，并將裝有4個車輪的橋架安裝在軌道上。在橋架軌道上運行的機構(gòu)稱為大車運行機構(gòu)。在橋架的兩端裝有大車運行電動機，從電動機的輸出軸輸出動力，經(jīng)過減速器和制動器后，驅(qū)動車輪。一般來說，在起重量越小和使用越頻繁時，選取的電動機轉(zhuǎn)速越高。3.2 大車運行機構(gòu)3.2.1大車運行機構(gòu)傳動方案分類大車運行機構(gòu)傳動方案分兩種，即分別傳動和集中傳動。分別驅(qū)動：兩套驅(qū)動裝置分別同時驅(qū)動兩側(cè)車輪。集中驅(qū)動：由同一套驅(qū)動裝置，通過中間軸來同時驅(qū)動兩邊的主動輪。3.2.2大車運行機構(gòu)組成大車運行機構(gòu)的功能是驅(qū)動大車的車輪沿軌道運行。大車運行機構(gòu)由電動機、減速器、傳動軸、聯(lián)軸器、浮動軸、制動器、主動車輪組和被動車輪組等零部件組成，車輪組通過角型軸承箱固定在橋架的端梁上。3.2.3大車運行機構(gòu)設(shè)計的基本要求(1)機構(gòu)要緊湊，重量要輕；(2)和橋架配合要合適；(3)盡量減輕主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，達到不影響橋架剛度的程度；(4)為便于維護檢修，需要合理機構(gòu)布置，方便司機從駕駛室上、下走臺，裝卸零件及操作起重機方便。3.3車輪組橋式起重機的大車采用雙輪緣，車輪踏面和輪緣內(nèi)側(cè)面硬度應(yīng)為；硬度為HB260時的深度。在橋式起重機中車輪都是安裝在特制的角形軸承箱上，組成獨立的部件，以便于安裝和拆卸。4.大車運行機構(gòu)設(shè)計計算起重量；橋架跨度；大車運行速度；工作級別為M5級，機構(gòu)接電持續(xù)率JC%=25%；起重機估計總重（包括小車重量）G=480kN；小車自重Gxc=180kN；橋架采用箱形梁式結(jié)構(gòu)。大車運行機構(gòu)示意圖如圖4-1所示。圖4-1 大車運行機構(gòu)示意圖4.1確定傳動機構(gòu)方案跨度22.5m為中等跨度，為減輕重量，現(xiàn)決定采用圖4-1的傳動方案4.2選擇車輪與軌道，并驗算其強度按照圖4-2所示的重量分布，分別計算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓圖4-2 輪壓計算圖 滿載時，最大輪壓：e為主鉤中心線到端梁的中心線的最小距離空載時，最小輪壓：車輪踏面疲勞計算載荷載荷率：Q/G=500/490=1.02大車車輪使用雙輪緣車輪，輪緣高為25mm30mm。根據(jù)工作級別、運行速度和Q/G的值，初選車輪踏面直徑，車輪材料，軌道及其材料。車輪材料：采用ZG340-640（調(diào)質(zhì)），b=700MPa,s=380MPa,由參考文獻7附表18選擇車輪直徑，軌道為QU80的許用輪壓為33.2t，軌道型號為P38。按照車輪與軌道為點接觸和線接觸兩種情況來驗算車輪的接觸強度點接觸局部擠壓強度驗算：式中：k2許用點接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2),由參考文獻1表5-2 取；R曲率半徑，由車輪和軌道兩者曲率半徑中取最大值，取Qu70軌道的曲率半徑為；m由軌頂和車輪的曲率半徑之比（r/R）所確定的系數(shù)，由參考文獻1表5-5查得c1轉(zhuǎn)速系數(shù)，車輪轉(zhuǎn)速由參考文獻1表5-3，；c2工作級別系數(shù)，由參考文獻1表5-4查得，當M5級時Pc”Pc 故驗算通過線接觸局部擠壓強度驗算：式中：k1許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2），由參考文獻1表5-2查得，;l車輪與軌道的有效接觸長度，Qu80軌道的l=80mm；c1，c2同前PcPc 故驗算通過4.3運行阻力計算摩擦總阻力矩：由參考文獻3查得車輪的軸承型號為7530E，軸承內(nèi)徑和外徑的平均值為由參考文獻1表7-1表7-3：滾動摩擦系數(shù)k=0.0006m；軸承摩擦系數(shù)=0.02；附加阻力系數(shù)=1.5。代入上式得：當滿載時的運行阻力矩運行摩擦阻力：當空載時運行摩擦阻力：4.4選擇電動機電動機用于各種類型的起重機及其他類似設(shè)備的電力傳動，具有較高的過載能力和機械強度，適用于短時或斷續(xù)周期性工作制。電動機靜功率：式中 滿載運行時的靜阻力；m=2驅(qū)動電動機臺數(shù)；=0.95機構(gòu)傳動效率；初選電動機功率：式中kd電動機功率增大系數(shù)，由參考文獻1表7-6查得 由參考文獻7附表30選用電動機JZR2-22-6：電動機質(zhì)量115kg4.5驗算電動機發(fā)熱條件等效功率：式中k25工作級別系數(shù)，由參考文獻1查得 當JC%=25%時， k25=0.75；由參考文獻1得，按起重機工作場所得查得=1.3。由此可知，故初選電動機發(fā)熱通過；4.6計算減速器傳動比車輪轉(zhuǎn)速機構(gòu)傳動比：4.7驗算起動時間起動時間式中m=2（驅(qū)動電動機臺數(shù)）；滿載運行時的靜阻力矩：空載運行時的靜阻力矩：初步估算高速軸上的聯(lián)軸器的飛輪矩：機構(gòu)總飛輪矩（高速軸）：滿載起動時間空載起動時間：起動時間在允許范圍（小于810s）之內(nèi)，故合適4.8驗算起動不打滑條件由于橋式起重機是在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。所以以下按三種工況進行驗算4.8.1二臺電動機空載時同時起動：式中 主動輪輪壓和；從動輪輪壓和；f=0.2室內(nèi)工作的粘著系數(shù)；防打滑的安全系數(shù)nnz,故兩臺電動機空載起動不會打滑4.8.2事故狀態(tài)：當只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車位于工作者的驅(qū)動裝置這一邊時，則式中 工作的主動輪輪壓；非主動輪輪壓之和；一臺電動機工作時的空載起動時間：nnz,故不會打滑4.8.3事故狀態(tài)：當只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車遠離工作著的驅(qū)動裝置這一邊時，則，與第二種工況相同nnz,故也不會打滑起動不打滑驗算通過4.9選擇制動器由參考文獻1得制動時間，按空載計算制動力矩，即Q=代入?yún)⒖嘉墨I1的（7-16）式：式中坡度阻力；m=2制動器臺數(shù)，兩套驅(qū)動裝置工作現(xiàn)選用兩臺YWZ5200/23制動器，查參考文獻7附表15得其額定制動力矩Mez=112Nm，為避免打滑，使用時需將其制動力矩調(diào)至39.7Nm以下?？紤]到所取的制動時間tztq（Q=0），在驗算起動不打滑條件時已知是足夠安全的，故制動不打滑驗算從略。4.10選擇聯(lián)軸器根據(jù)機構(gòu)傳動方案，每套機構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動軸4.10.1機構(gòu)高速軸上的計算扭矩：式中M1聯(lián)軸器的等效力矩：1等效系數(shù)，見參考文獻7表2-7取1=2由參考文獻7附表31查得，電動機JZR2-22-6，軸端為圓柱形，d1=40mm，E=110m，減速器高速軸端為圓柱形d=40mm，l=50mm，故在靠近電動機端從附表44中選帶200制動輪的半齒聯(lián)軸器S119（靠電動機一側(cè)為圓柱形孔，浮動軸端d=40mm）Ml=710Nm；(GD2)zl=0.36kgm2；重量G=15kg。在靠減速器端，由機械設(shè)計手冊選用半齒聯(lián)軸器CLZ1（靠減速器端為圓柱形，浮動軸端直徑d=40mm）；其Ml=710Nm；(GD2)l=0.532kgm2；重量G=12.8kg高速軸上傳動零件的飛輪矩之和為：與原估計基本相符，故有關(guān)計算則不需要重復(fù)4.10.2低速軸的計算扭矩：減速器低速軸端為圓柱形，d=75mm，l=140mm由附表19查得Dc=800mm的主動車輪的伸出軸為圓柱形，d=95mm，l=130mm故從附表42中選用4個聯(lián)軸節(jié)：其中兩個為：（靠減速器端）另兩個為：（靠車輪端）所有的Ml=3150Nm，(GD2)=0.0149kgm2，重量G=25.5kg（在聯(lián)軸器型號標記中，分子均為表示浮動軸端直徑）4.11浮動軸的驗算4.11.1疲勞強度驗算：式中1等效系數(shù)，由參考文獻7查表2-6查得1=1.4由上節(jié)已取浮動軸直徑d=85mm，故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：由于浮動軸載荷變化為對稱循環(huán)變化（因為浮動軸在運行過程中正反轉(zhuǎn)的扭矩相同），故許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：式中材料用45號鋼，取b=600MPa；s=300MPa。所以，考慮零件的幾何形狀和表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)。由參考文獻2第四章查得：nI=1.4安全系數(shù)（由表2-18查得）n-1k,故疲勞強度驗算通過4.11.2靜強度驗算：計算靜強度扭矩：式中 cII動力系數(shù)，查參考文獻7表2-7得 cII=2.5扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：0.07d+3=5mm，故b-c段軸的直徑如下圖示意圖圖5-1 I軸結(jié)構(gòu)尺寸示意圖2）考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的兩端均制成C2倒角。3）軸承的初選因為軸承所受到的徑向力很小，所以選用角接觸球軸承；軸承處軸徑d=50mm，故選用角接觸球軸承7010C，其基本尺寸為D=80mm，B=16mm。4）鍵的選擇聯(lián)軸器端軸徑為，由參考文獻4表15-1，故選擇圓頭平鍵（A），其尺寸為：鍵寬b鍵高h=128，鍵長為l=45mm，有效工作長度L=45-12=33mm。（4） 軸的強度驗算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，各軸段作用力的大小和作用點的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知，通過計算作出彎扭矩圖，并進行危險截面安全系數(shù)校核。先作出軸的受力計算示意圖（即力學(xué)模型），如下圖所示，取集中載荷作用于齒輪。圖5-2 I軸的受力計算簡圖1）求齒輪上作用力大小轉(zhuǎn)矩為T=75470Nm齒輪端面分度圓直徑為圓周力為徑向力為2）求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則3）求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則4）截面C處鉛垂面和水平面的合成彎矩合成彎矩為5）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，取=0.6，該截面上的計算應(yīng)力為前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理由參考文獻4表10-1得，由于，故安全6）I軸的彎矩和扭矩圖I軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示圖5-3 I軸的彎矩和扭矩圖6）聯(lián)軸器處鍵校核 K鍵與輪轂槽的接觸高度L鍵的工作長度鍵所在位置軸的直徑故，驗算通過。7）軸承的校核由于I軸存在傳動零件處于外伸端，實際支點跨距變大，故選用角接觸球軸承7010C反裝； C軸承7010C的額定動載荷，C=26.5KNP軸承7010C的載荷，P=0.36KN故，滿足要求5.7 II軸的設(shè)計計算已知：傳遞功率為6.99kW，轉(zhuǎn)速為124.83r/min，傳遞轉(zhuǎn)矩為534760Nmm，高速級圓柱齒輪傳動的主要參數(shù)z1=30，z2=224，模數(shù)mn=2，b1=66mm，b2=60mm，n=20（齒輪壓力角，標準值）；低速級圓柱齒輪傳動的主要參數(shù)z1=27，z2=144，法面模數(shù)mn=4，b1=112mm，b2=108mm，n=20（1）選擇軸的材料該軸無特殊要求，選用45鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，得。（2） 初步估算軸徑按按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參考文獻4表10-2，對于45鋼，取C=112，則取dmin=60mm。（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）確定各段軸徑和長度考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的兩端均制成C2倒角；為便于加工，鍵槽布置在同一母線上。為了滿足聯(lián)軸器和軸承的軸向定位要求，a-b軸段右端、b-c軸段右端、d-e軸段左端、e-f軸段左端需要制出軸肩，軸肩高度a0.07d+3=5mm，故直徑圖5-4 II軸的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖2）軸承的初選因為軸承所受到的徑向力很小，所以選用角接觸球軸承；軸承處軸徑d=60mm，故選用角接觸球軸承7012C，其基本尺寸為D=95mm，B=18mm。3）鍵的選擇高速級大齒輪端軸徑為，由參考文獻4表15-1，故選擇圓頭平鍵（A），其尺寸為：鍵寬b鍵高h=1811，鍵長為l=56mm，有效工作長度L=56-18=38mm。低速級小齒輪端軸徑為，由參考文獻4表15-1，故選擇圓頭平鍵（A），其尺寸為：鍵寬b鍵高h=1811，鍵長為l=100mm，有效工作長度L=100-18=82mm。（4）軸的強度驗算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，各軸段作用力的大小和作用點的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知，通過計算作出彎扭矩圖，并進行危險截面安全系數(shù)校核。先作出軸的受力計算簡圖（即力學(xué)模型），如下圖所示，取集中載荷作用于齒輪。圖5-5 II軸的受力計算簡圖求齒輪上作用力大小轉(zhuǎn)矩為T=534760Nmm齒輪端面分度圓直徑為圓周力為徑向力為求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則截面B處鉛垂面和水平面的合成彎矩為截面A處鉛垂面和水平面的合成彎矩為按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度B截面的抗彎截面系數(shù)進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，取=0.6，B截面上的計算應(yīng)力為A截面的抗彎截面系數(shù)進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，取=0.6，A截面上的計算應(yīng)力為前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理由參考文獻4表10-1得，由于，故安全鍵的校核高速級大齒輪處的鍵的校核： 低速級小齒輪處的鍵的校核： K鍵與輪轂槽的接觸高度L鍵的工作長度鍵所在位置軸的直徑故，驗算通過。軸承的校核由于II軸傳動零件位于兩支承之間，實際支點跨距小，故選用角接觸球軸承7012C正裝； C軸承7012C的額定動載荷，C=38.2KNP軸承7012C的載荷，P=1.02KN故，滿足要求軸的彎矩和扭矩圖II軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示圖5-6 II軸的彎矩和扭矩圖5.8 III軸的設(shè)計計算已知：軸端用CLZ6半齒輪聯(lián)軸器通過浮動軸與車輪組相連，傳遞功率為6.64kW，轉(zhuǎn)速為23.48r/min，傳遞轉(zhuǎn)矩為2700680Nmm，低速級圓柱齒輪傳動的主要參數(shù)z1=27，z2=144，法面模數(shù)mn=4，b2=108mm，n=20（齒輪壓力角，標準值）（1）選擇軸的材料該軸無特殊要求，選用45鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，得。（2）初步估算軸徑按扭轉(zhuǎn)強度估算輸入端聯(lián)軸器處的最小軸徑。由參考文獻4表10-2，對于45鋼，取C=112，則由于最小軸徑處存在聯(lián)軸器，且聯(lián)軸器為標準件和軸徑圓整，得。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）確定各段軸徑和長度為了滿足聯(lián)軸器、軸套和軸承的軸向定位要求，a-b軸段右端、b-c軸段右端、e-f軸段左端、g-h軸段左端需要制出軸肩，軸肩高度a0.07d+3=5mm，故直徑如下圖示意圖圖5-7 III軸結(jié)構(gòu)尺寸示意圖2）考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的兩端均制成C2倒角。3）軸承的初選因為軸承所受到的徑向力很小，所以選用角接觸球軸承；軸承處軸徑d=85mm，故選用角接觸球軸承7017C，其基本尺寸為D=130mm，B=22mm。4）鍵的選擇聯(lián)軸器端軸徑為，由參考文獻4表15-1，故選擇圓頭平鍵（A），其尺寸為：鍵寬b鍵高h=2012，鍵長為l=125mm，鍵的有效工作長度為L=125-20=105mm。低速級大齒輪端軸徑為，由參考文獻4表15-1，故選擇圓頭平鍵（A），其尺寸為：鍵寬b鍵高h=2514，鍵長為l=100mm，有效工作長度L=100-25=75mm。（4）軸的強度驗算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，各軸段作用力的大小和作用點的位置、軸承跨距、各段軸徑等參數(shù)均已知，通過計算作出彎扭矩圖，并進行危險截面安全系數(shù)校核。先作出軸的受力計算簡圖（即力學(xué)模型），如下圖所示，取集中載荷作用于齒輪。圖5-8 III軸的受力計算簡圖求齒輪上作用力大小轉(zhuǎn)矩為T=2700680Nmm齒輪端面分度圓直徑為圓周力為徑向力為求鉛垂面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩支反力為則截面B處鉛垂面和水平面的合成彎矩合成彎矩為按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，取=0.6，該截面上的計算應(yīng)力為B截面的抗彎截面系數(shù)進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，取=0.6，B截面上的計算應(yīng)力為前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理由參考文獻4表10-1得，由于，故安全5）鍵的校核 K鍵與輪轂槽的接觸高度L鍵的工作長度鍵所在位置軸的直徑故，驗算通過。6）軸承的校核由于III軸存在傳動零件處于外伸端，實際支點跨距變大，故選用角接觸球軸承7017C反裝； C軸承7017C的額定動載荷，C=60.2KNP軸承7017C的載荷，P=1.07KN故，滿足要求7）軸的彎矩和扭矩圖III軸的彎矩和扭矩圖如下圖所示圖5-9 III軸的彎矩和扭矩圖5.9齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計高速級小齒輪由于鍵槽底面到齒根的距離em，所以采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。高速級大齒輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸按機械設(shè)計手冊計算，如下圖所示：圖5-10 高速級大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸低速級小齒輪采用實體式結(jié)構(gòu)（d160mm），結(jié)構(gòu)尺寸按機械設(shè)計手冊計算，如下圖所示：圖5-11 低速級小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸低速級大齒輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸按機械設(shè)計手冊計算，如下圖所示：圖5-12 低速級大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸5.10潤滑和密封（1）齒輪的潤滑經(jīng)過計算高速級圓周速度為2.77m/s,因為齒輪的轉(zhuǎn)速v12m/s，可選擇浸油潤滑。由23，表10-12得齒輪傳動潤滑油黏度，推薦用值為150est(40度)，齒輪用潤滑油選用工業(yè)閉式齒輪油（GB/T5903-1995）。（2）軸承的潤滑軸承采用潤滑脂潤滑，在裝配時填入軸承室，其裝配室不超過軸承室空間的1/3-1/2，以后每年添加12次，添加時拆去軸承蓋，由24表8-15選用鈉基潤滑脂（GB/T492-1989）以適中載荷，在軸承與內(nèi)壁設(shè)置擋油環(huán)，以使軸承室與箱體內(nèi)部隔開，防止油脂漏進箱內(nèi)及箱內(nèi)潤滑油濺入軸承室而稀釋和帶走油脂。（3）減速器的密封選擇氈圈式密封，利用矩形截面的毛氈圈嵌入梯形槽中所產(chǎn)生的對軸的壓緊作用，防止?jié)櫥吐┏龊屯饨珉s志、灰塵等進入軸承室。密封形式和尺寸根據(jù)4表712選擇氈圈55、氈圈90（JB/ZQ4606-1997）。（4）箱蓋和箱座合面的密封在箱蓋和箱座結(jié)合面上涂密封膠密封（5）其他密封情況檢查孔蓋板，排油螺塞與箱體的結(jié)合面間均采用石棉橡膠紙材料的封油墊片密封，軸承端蓋與箱體之間需加密封墊片圖5-13 減速器6.III軸的有限元分析6.1 ANSYS有限元分析為了更能直觀的反映構(gòu)件的受力性能及機構(gòu)的安全及穩(wěn)定性，本設(shè)計采用ANSYS有限元分析軟件，對機構(gòu)中主要零件進行有限元分析，為了得到保證機構(gòu)正常運行的有效參數(shù)。6.2中間軸的有限元分析和材料力學(xué)校核一樣，對軸進行有限元分析，并將有限元分析的結(jié)果與材料力學(xué)的校核結(jié)果進行對比。（1）用SolidWorks創(chuàng)建模型,保存成.x_t格式，并導(dǎo)入ANSYS有限元軟件。（2）進行單元類型的設(shè)定，為Solid 10node 92。（3）材料性質(zhì)的設(shè)定，由于軸采用45鋼查的楊氏彈性模量EX=21011pa，密度為=7800kg/m3 泊松比為0.3，采用自由網(wǎng)格劃分方式。 （4）施加約束，限制自由度。（5）施加載荷，求解。（6）瀏覽運算結(jié)果圖6-1軸的應(yīng)力圖圖6-1為軸的應(yīng)力圖，反映了零件受力之后的應(yīng)力分布情況。從圖5-1中，可以發(fā)現(xiàn)軸端的受力最大，及為危險截面。最大值為0.718E8Pa，即71.8MPa，而45鋼的屈服強度極限355Mpa，故強度在允許的范圍內(nèi)，最大位移量為0.953E-4m可以忽略。根據(jù)材料力學(xué)的計算與ANSYS有限元分析的結(jié)果對比之后，兩者的結(jié)果是相差不大，通過上述兩種方法的計算之后，驗證了兩者計算結(jié)果的正確性。7.啃軌現(xiàn)象及解決辦法7.1啃軌的概念及現(xiàn)象橋式起重機大車或小車運行過程中，車輪輪緣與軌道側(cè)面接觸產(chǎn)生水平側(cè)向推力，使車輪不能在軌道踏面中間運行，引起輪與軌道的摩擦及磨損稱為啃軌。7.2啃軌的不良后果 （1）降低車輪的使用壽命（2）磨損軌道（3）增加運行阻力（4）造成脫軌7.3啃軌的解決辦法 （1）嚴格控制車輪的安裝精度車輪水平和垂直方向偏斜的調(diào)整車輪直線度和跨度的調(diào)整（2）嚴格控制軌道的安裝精度（3）嚴格控制傳動系統(tǒng)的安裝要求檢查車輪軸承的損壞和潤滑情況，及時潤滑或更滑調(diào)整兩臺制動器間隙，使其同步制動檢查各部件與其他部件連接情況兩臺電動機轉(zhuǎn)速差別過大時，及時更換（4）找到適合現(xiàn)場的解決方法8.起重機大車運行機構(gòu)布置圖的繪制繪制大車運行機構(gòu)布置圖的目的就是確定電動機、制動器、減速器、聯(lián)軸器、車輪的安裝位置、確定平臺的高度和大小。繪制布置圖時要注意：1）安裝聯(lián)軸器處，兩端軸要留有空隙，此間隙決定于聯(lián)軸器的型號，可由表中查出；2）電動機、減速器和制動器的安裝位置要適當；3）平臺的高度要低于電動機、制動器和減速器三者底座平面中的最低者10mm以上，以便安放墊板。圖8-1 大車運行機構(gòu)總裝圖9.小結(jié)隨著畢業(yè)的臨近，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過三個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計也終于完成了。在老師的細心和耐心指導(dǎo)下，對此次的畢業(yè)設(shè)計進行了思考和探究，鍛煉了我的運用知識的能力和對一些新的知識的學(xué)習(xí)能力，使我受益匪淺。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我明白了自己之前所學(xué)的專業(yè)知識欠缺和不牢固，自己需要學(xué)習(xí)的東西還有很多，我還明白了學(xué)習(xí)是一個不斷積累的過程，我以前所懂的都只是停留在表面，并且讓我深刻體會到，在以后的工作和生活中都應(yīng)不斷的努力學(xué)習(xí)，努力的充實自己。這次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容為要求設(shè)計50/10t-22.5雙梁式起重機大車運行機構(gòu)及軸的有限元分析，這次設(shè)計對于我來說是非常困難的，只能借助圖書館的資料，并且在此基礎(chǔ)上近一步突破，這對于我來說是一種挑戰(zhàn)，同時也是一種考驗。于是本次設(shè)計過程中按照設(shè)計的要求來進行，從而進一步掌握設(shè)計的流程，使自己達到學(xué)習(xí)的目的。首先，我從這次設(shè)計中發(fā)現(xiàn)了很多的問題，比如，電動機的選擇，減速器的設(shè)計計算，起動時間和電動機發(fā)熱條件的驗算，驗算起動不打滑條件等。這樣很多都是在我們平時的課本上找不到的，要經(jīng)過查閱很多的資料，可是資料上也不一定齊全，還需要老師的指導(dǎo)，最終才能完成，因為每一個量在應(yīng)用中都有所不同，它是根據(jù)作用的不同選定的，具有針對性。其次，在用AutoCAD畫圖的過程中，也出現(xiàn)了很多的問題：以前上CAD課時，我只知道把圖完整的畫在圖紙范圍內(nèi)就算完成任務(wù)，但是忽略了比例設(shè)計，結(jié)果畫出來的圖又丑又難看，而且沒考慮打印的需要，結(jié)果字母太靠近線，線條的比例也不對稱，最重要的是各連接線的間距太大，看上去整體比例相當不協(xié)調(diào)。最后經(jīng)過老師的耐心指導(dǎo)，將以上的錯誤全部改正，最終又學(xué)會了很多的東西。最后，在對減速器軸進行ANSYS有限元分析時，平時的課本中找不到相關(guān)資料，通過老師提供的參考資料以及圖書館收集的資料，讓我了解了一些基本的ANSYS軟件操作。在這次畢業(yè)設(shè)計中不僅使我學(xué)會了設(shè)計的一些方法，也使我了解了一些基本的有限元分析的操作方法。在設(shè)計過程中總會出現(xiàn)這樣那樣的問題，而我通過不斷的查找資料和書籍，經(jīng)過老師的耐心講解，最終能解決所遇到的問題。這次畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺。參考文獻1 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