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湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院畢業(yè)論文（設計）中期檢查表
系?部：???工程技術系???
學生姓名
易暢明
學???號
200741914527
年級專業(yè)及班級
2007級機械設計制造及其自動化(5)班
指導教師及職稱
吳彬?講師
畢業(yè)論文（設計）題目
QTZ80塔式起重機機械部分設計
畢業(yè)論文（設計）工作進度
已完成的主要內(nèi)容
尚需解決的主要問題
?
??已完成了所需資料文獻的查找和調研，確定總體的設計方案，完成了總體的設計計算及各零件的設計，基本完成了塔機個部件的零件圖的總體裝配圖。?
?
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1、CAD圖的修改與打印
2、指導老師的審查與修改意見
3、對設計進行校核
??
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指導教師意見
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????????????指導教師簽名：????????????????????年???月???日
檢查（考核）小組意見
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檢查小組組長簽名：?????????????????年???月???日
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湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院
畢業(yè)論文（設計）任務書
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學生姓名
易暢明
學?號
200741914527
年級專業(yè)及班級
2007級機械設計制造及其自動化(5)班
指導教師及職稱
吳彬???講師
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20????年?????月?????日
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填?寫?說?明
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一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學院根據(jù)已經(jīng)確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據(jù)。此表由指導教師填寫。
二、此任務書必需針對每一位學生，不能多人共用。
三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內(nèi)，經(jīng)過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內(nèi)容。
四、任務書一經(jīng)下達，不得隨意更改。
五、各欄填寫基本要求。
（一）畢業(yè)論文（設計）選題來源、選題性質和完成形式：
請在合適的對應選項前的“（?）”內(nèi)打“√”，科研課題請注明課題項目和名稱，項目指“國家青年基金”等。
（二）主要內(nèi)容和要求：
1．工程設計類選題
明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。
2．實驗研究類選題
明確選題的來源，具體任務與目標，國內(nèi)外相關的研究現(xiàn)狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
3．文法經(jīng)管類論文
明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關的研究歷史和研究現(xiàn)狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
（三）主要參考文獻與外文資料：
在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關資料和相關信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據(jù)選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。
（四）畢業(yè)論文（設計）的進度安排：
1．設計類、實驗研究類課題
實習、調研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。
2．文法經(jīng)管類論文
實習、調研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。
六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。
畢業(yè)論文（設計）題目
QTZ80塔式起重機機械部分設計
選題來源
（?）結合科研課題??課題名稱：????????????????????????????????????????
（√）生產(chǎn)實際或社會實際??????????（?）其他???
選題性質
（?）基礎研究?????（√）應用研究?????（?）其他
題目完成形式
（?）畢業(yè)論文?????（√）畢業(yè)設計?????（?）提交作品，并撰寫論文
主要內(nèi)容和要求
該課題是設計塔式起重機總體機械部分，總機設計工作量大，不能全部詳細設計，只對總體機械進行大體設計，對于其中個別設計詳細，特別對標準節(jié)從下料到焊接成形的全部制造工藝過程都要分析,各工序按制造的先后順序分為校正、下料、酸洗淋化、噴丸、密封和焊接。但主要論述焊接工藝，包括單道工序中存在的工藝缺陷以及在工藝中缺陷互補的方法和其它一些直接校正的方法和參數(shù)控制法。
完成3張A0圖紙（折合），并要求CAD繪制。撰寫設計說明書，文字在1.0～1.5萬字間，條理清楚，計算有據(jù)，格式按湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求。
設計說明書的內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外動態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻，鳴謝。
注：此表如不夠填寫，可另加附頁。
主要參考文獻與外文資料
?[1]成大先.《機械設計手冊——常用工程材料》[M].化學工業(yè)出牌社2002（6）：21
[2]王曉敏.《工程材料學》[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社2001（4）：4-5
[3]朱張校.《工程材料》[M].第三版?清華大學出版社2000（5）：17
[4]田奇.《建筑機械使用與維護》[M].中國建材工業(yè)出版社2001（10）
[5]鄧文英.《金屬工藝學》[M].第三版?高等教育出版社2002（7）?
[6]鄧文英.《金屬工藝學》[M].第四版?高等教育出版社2002（7）?
[7]紀名剛、濮良貴.《機械設計》[M].第七版?高等教育出版社2002（1）
[8]王先逵.《機械制造工藝學》[M].機械工業(yè)出版社?2000(12)
[9]趙熹華、馮吉才.《壓焊方法及設備》[M].機械工業(yè)出版社?2005(3)
[10]史美堂.《金屬材料及熱處理》[M].上?？茖W技術出版社?2003(1)
?
工作進度安排
起止日期
主要工作內(nèi)容
2010.09.18前
選題
2010.9.21前
下達任務書
2010.09.25前
開題
2010.09.25～2011.03.
設計
2011.03
中期考核
2011.03.～2011.05.10
完善與總結課題
2011.05.01～2011.05.16
提交正稿與指導老師評閱，專業(yè)委員會評閱
2011.05.17～2011.5.24
答辯與修改定稿
要求完成日期：20???年???月???日???????指導教師簽名：???????????????
審查日期：20???年???月???日???????????專業(yè)負責人簽名：?????????????
批準日期：20???年???月???日????????????
接受任務日期：20???年???月???日；?????學生本人簽名：???????????????
注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。
摘 要
被人們喻為“巨人之臂”、“畫在天空中的弧、“力與美的象征”的起重機，廣泛應用于國民經(jīng)濟各部門進行物質生產(chǎn)和裝卸搬運的重要設備。塔式起重機是一種能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機械，是現(xiàn)代化工業(yè)與民用建筑中的主要施工機械。
本次設計是關于塔式起重機的傳動部分，目標是使塔式起重機所提起的重物能夠正常的升降以及讓小車能夠在橫梁上水平的運行。首先，根據(jù)已知條件確定好設計的傳動方案；然后，根據(jù)傳動方案所提升的負載選擇電動機，在依次選擇選擇蝸桿傳動減速器、聯(lián)軸器、制動器等；接著根據(jù)起升高度設計卷筒以及鋼絲繩的設計計算，最后是對小車的設計計算；根據(jù)上述所選出的標準件以及零部件應用工程軟件繪制出塔式起重機的裝配圖，根據(jù)裝配圖拆出塔式起重機的零部圖。設計塔式起重機構時，根據(jù)機構傳動選擇標準元件實際情況進行零部件的強度和壽命校核驗算。最后把計算結果整理成設計說明書。
總之，為了確保產(chǎn)品的質量和水平，設計工作按照科學的程序進行，分清主次，合理取舍。
關鍵詞：塔式起重機；起升機構；傳動設計
Abstract
By people known as the”Giant of the arm”,”draw the art in the sky”,”a symble of strength and beauty” ,of the crane is widely used in material production sectors of the national economy and the importance of loading and unloading equipment.Tower crane is a species in certain range of vertical lifting and horizontal movement items of machinery,a modern industrial and civil buliding in the major construction machinery.
This design is part of the transmisson tower cranes,tower cranes which objective is to bring the weight down normal and allow car to run at the level of the beam.Fist,according to known the conditions of good design to determine the transmission program;then,according to the load drive upgrade program selection motor,wore drive in the orderof selection options reducer,couplings,brakes,etc;then roll under the lift,the design and Rope design calculation,the last car car is design and calculation;last elect under the standard condition and the application of engineering software to map out parts of tower crane’s assemble drawings,according to dismantle the tower crane assembley drawings of parts and plans.Design of tower crane bodies,in accordance with standard component for Driving choose the actual situation in parts of the intensity and lifetime calibration checking.Final results were organized into design sepcifications.
In short,in order to ensure product quality and level of design work carried out in accordance with scientific procedures,to distiguish between primary and secondary,a reasonable choice.
Keywords:Tower crane;Hoisting mechanism;Transmission Design.
2
目錄
1 緒論 3
1.1塔式起重機的發(fā)展狀況 3
1.2塔式起重機設計的目的意義 4
1.3塔式起重機起升機構的設計內(nèi)容 4
2 塔式起重機的傳動方案設計 6
2.1方案一 6
2.1.1塔式起重機起升機構傳動裝置設計方案 6
2.1.2小車水平運動傳動裝置設計案 7
2.2方案二 8
2.2.1塔式起重機起升機構方案設計 8
3 塔式起重機傳動機構的設計計算 9
3.1 塔式起重機起升機構的設計計算 9
3.1.1塔式起重機起升機構功率計算 9
3.1.2確定電動機轉速 10
3.1.3減速器的選擇 11
3.1.4分配傳動比 11
3.1.5傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 12
3.2聯(lián)軸器的選擇 13
3.3小車水平運動傳動裝置計算 14
3.3.1計算電動機的靜功率 14
3.3.2確定電動機轉速 15
3.3.3減速器的選擇 16
3.3.4分配傳動比 16
3.3.5傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 16
3.4聯(lián)軸器的選擇 18
3.5吊鉤的計算 19
3.6塔式起重機起升機構滑輪組倍率 21
3.7鋼絲繩計算 21
3.8卷筒尺寸及轉速計算 24
3.8.1卷筒主要尺寸的確定： 25
3.9起升機構制動器的選擇計算 27
3.10起升機構的起動、制動時間的驗算 30
3.10.1啟動時間驗算 31
3.10.2制動時間驗算 33
3.11小車水平運動的制動器的選擇計算 34
3.12小車水平運動的起動、制動時間的驗算 37
3.12.1啟動時間驗算 37
3.12.2制動時間驗算 39
4塔式起重機結構設計 41
4.1塔式起重機起升機構的結構方案 41
4.2塔式起重機起升機構的結構布置 41
5結論 43
6謝辭 44
7參考文獻 45
1 緒論
1.1塔式起重機的發(fā)展狀況
塔式起重機發(fā)明于二十世紀之初的歐洲。1900年有了第一個塔式起重機專利，1905年出現(xiàn)了塔身固定的臂架式起重機，第一次、二次世界大戰(zhàn)后塔式起重機得到了快速發(fā)展今年更是呈現(xiàn)形式多樣、需求旺盛的局面。
我國起重機制造業(yè)奠基于20世紀50年代。綜觀50年發(fā)展史，我國塔式起重機行業(yè)從無到有，從小到大，逐步形成了較為完整的體系和比較完整的系列型譜，塔式起重機成為建筑施工中的關鍵設備，塔式起重機行業(yè)也成為我國發(fā)展最快的機械行業(yè)之一。我們只用了50年時間走完了國外發(fā)達國家上百年塔式起重機發(fā)展的路程。70年代以來，起重機的類型、規(guī)格。性能和技術水平獲得很大的發(fā)展。起重機是減輕笨重體力勞動、提高作業(yè)效率、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運輸設備。在國民經(jīng)濟部門的物質生產(chǎn)的物資流通中，起重機作為關鍵的工藝設備或重要的輔助設備，應用十分廣泛，如今中國塔式起重機已經(jīng)批量走進國際市場，目前我國已成為世界塔式起重機生產(chǎn)大國，也是世界塔式起重機主要需求市場之一。
我國今后相當長的一段時間，電力需求是緊張的，受資源、環(huán)保、安全、可靠等因素的制約，水電、核電、風電、太陽能發(fā)電在我國的電源結構中的比例不可能大幅提高，我國煤炭資源豐富，火力發(fā)電在電源結構中將長期處于主導地位。隨著人們環(huán)保意識的增強、火力發(fā)電技術的進步，燃煤電廠將向更大容量、更高參數(shù)的機組發(fā)展，在1000MW超臨界機組成為主流機組的今天，可以預測1300MW等更高參數(shù)的機組將是今后燃煤電廠的發(fā)展方向，3000t，m級、額定起重量為150t左右的大型塔式起重機將在今后火電建設中得到應用。隨著火力發(fā)電廠鍋爐頂標越來越高，將由目前電廠建設主力起重機履帶起重機和塔式起重機并存的局面改為主力起重機只能為塔式起重機，塔式起重機將居于不可替代的地位。
1.2塔式起重機設計的目的意義
塔式起重機設計的目的是對塔式起重機的起升機構進行設計計算，學習設計起升機構傳動的方法，熟悉所選零件的工藝性、機械裝配和安全技術等方面的知識，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。所以，其主要內(nèi)容是在于起重機的技術設計，即繪制計劃圖和編制計劃說明書。在塔式起重機設計時，應多注意結構構造的設計工作，即根據(jù)其計算得出的主要尺寸和選好的標準件，確定出起重機的整體結構和各部件的結構。
近年來，我國塔式起重機行業(yè)通過公關，在認真研究國外技術，結合國情實際情況下，研究出不少好的產(chǎn)品，如CAD模塊化塔機組合設計，起重、布料兩用塔機等。塔式起重機設計開發(fā)過程中，也解決了大功率起升機構的無極變速、PLC控制問題以及長期困擾人們的起升機構亂繩打扭問題等。以上問題都是塔式起重機設計開發(fā)所實現(xiàn)的，因此，塔式起重機的設計對我國起重事業(yè)有著很重大的意義。
1.3塔式起重機起升機構的設計內(nèi)容
本次設計塔式起重機的吊鉤的速度為0-15m/min，起重量為3t，起升高度為20m。塔式起重機的設計的內(nèi)容為：①塔式起重機起升方案的設計②塔式起重機機械傳動的設計計算③繪制裝配草圖④繪制裝配草圖與主要零部件圖⑥編寫設計計算說明書。與此同時還要基本上掌握一般機械零部件發(fā)熱設計方法；同時對塔式起重機的構造型式、工作原理和機構計算等也有了初步的了解。在設計塔式起重機構時，必須根據(jù)機構實際使用的在和變化情況及其作用時間的長短選擇電動機、制動器、鋼絲繩、吊鉤等以及計算零部件的強度和壽命。為了使所設計的塔式起重機具有先進的技術經(jīng)濟指標由具有耐用性和可靠性，這就要求在機構設計時須將其按載荷情況和作用時間加以分類。這種分類的等級稱為機構的工作級別。劃分機構工作級別的因素有兩個：一是表明機構運動時間的機構利用等級，二是表明機構受載情況的機構載荷狀態(tài)。
2 塔式起重機的傳動方案設計
2.1方案一
2.1.1塔式起重機起升機構傳動裝置設計方案
圖 2-1 起升傳動圖
實現(xiàn)重物升、降運動的機構稱為起升機構。塔式起重機的起升機構通常由電動機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。如圖2-2
圖 2-2 原理圖
所示。電動機1通過聯(lián)軸器2和減速器3相連，減速器3的輸出軸上裝有卷筒4，它通過鋼絲繩6和安裝在塔身或塔頂?shù)膶蚧?組與吊鉤7相連。電動機工作時，卷筒將纏繞在其上的鋼絲繩進或放出，通過滑輪組式懸掛于吊鉤上的物品起升或下降。當電動機停止工作時，制動器通過彈簧力將制動輪剎住。
2.1.2小車水平運動傳動裝置設計案
圖2-3 小車水平運動傳動圖
傳動方法：首先，由電動機帶動帶動聯(lián)軸器轉動，制動器夾緊在聯(lián)軸器上，然后，當機構通電時，與電動機相聯(lián)系的電磁鐵也通電而產(chǎn)生磁力，并壓迫推桿右移，左右制動臂張開，制動器松閘。當電機斷電時，制動器便立即上閘，制動器用來保持小車的運動停止。最后，減速器與電動機軸用鍵連接，蝸輪軸聯(lián)接卷筒，卷筒通過軸承帶動纏繞在其上的鋼絲繩旋轉，鋼絲繩將滑輪組、小車連接起+-從而使卷筒的正反轉來控制小車水平方向的左右移動。
2.2方案二
2.2.1塔式起重機起升機構方案設計
圖2-3 塔式起重機起升機構傳動圖
傳動方法：由一個電動機帶動聯(lián)軸器及制動器，由制動器控制重物的升降運動停止并使其保持在空中，調整重物的下降速度，保持小車的運動停止，由鋼絲繩分別將卷筒、滑輪組、小車、吊鉤連接起來，蝸桿減速器中的齒輪軸的兩端分別帶動一個卷筒，其中一個卷筒用來控制重物的升降，另一個卷筒用來控制小車的水平運動。
分別結合兩種傳動方案來比較，方案一雖然使用了兩個電動機分別控制小車及重物的運動，但是傳動簡單，易于實現(xiàn)，相比方案一來說，方案二由蝸桿減速器的齒輪軸分別帶動兩個卷筒，此結構復雜，實現(xiàn)困難，因此，我選擇方案一來作為此次設計的傳動方案。
3 塔式起重機傳動機構的設計計算
3.1 塔式起重機起升機構的設計計算
3.1.1塔式起重機起升機構功率計算
（1）電動機計算功率[1]
（kw） （3-1）
式中——最大起升載荷，N；
——機構總效率， （為滑輪組總效率，為導向滑輪效率，為卷筒機械效率，采用滾動軸承時=，為傳動機構的機械效率，它與傳動型式有關）；
v——起升速度，m/min。
==
=0.817
==（kW）
（2）電動機的選擇
根據(jù)機構工作級別、作業(yè)特點以及電動機的工作特性，同時為了滿足電動機起動和不過熱要求，所選電動機的額定功率應該滿足下式：
（kW） （3-2）
式中——電動機額定功率，kW；
——起升靜功率，kW；
——穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，與接電持續(xù)率JC有關，見表3-1。
表 3-1 穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)
電動機型式
機構的接電持續(xù)率JC值
15%
0.70.75
繞線型電動機
25%
0.70.75
40%
0.750.80
60%
0.801.0
鼠籠型電動機
1.0
查表 ；
；
=（kW）
因此，查《起重機設計手冊》，選擇YZ系列電動機，機座號為160M2-6，功率為7.5kW，轉速930r/min，定子電流16.5A，功率因素0.853，效率80.6，最大轉滿載轉矩1000r/min。電機，基本尺寸D=，E=。
3.1.2確定電動機轉速
卷筒轉速的確定
（3-3）
=（r/min）
3.1.3減速器的選擇
圖3-1 蝸桿減速器圖
減速器的類型：蝸桿減速器；[2]
蝸桿在蝸輪下放嚙合處的冷卻和潤滑都較好，蝸桿軸承潤滑也方便。
3.1.4分配傳動比
電動機滿載轉速為
r/min；
總傳動比 =
故
3.1.5傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
（1）0軸的計算
0軸：0軸即電動機軸
=（kW）
（r/min）
=（N·m）
圖3-2 傳動比計算圖
（2）I軸的計算
I軸：I軸即傳動卷筒軸
=（KW）
=（r/min）
=（Nm）
總結，見下表
表 3-2 電動機參數(shù)
軸序號
功率/ kW
轉速/ r/min
轉矩/ N·m
傳動型號
傳動比
效率
0
蝸桿傳動
I
3.2聯(lián)軸器的選擇
（1）聯(lián)軸器傳動扭矩的計算
（3-4）
=（N·m）
查《起重機設計手冊》
，，
=（N·m）
=（N·m）
（2）聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器選擇見表3-3
表 3-3 聯(lián)軸器型號
聯(lián)軸器的型號
最大許用轉矩
，故聯(lián)軸器合用。
3.3小車水平運動傳動裝置計算
3.3.1計算電動機的靜功率
（1）電動機功率的計算
（kW） （3-5）
式中——機構總效率， （為滑輪組總效率， 為導向滑輪效率， 為卷筒機械效率，采用滾動軸承時，為傳動機構的機械效率，它與傳動型式有關）；
v——起升速度，m/min。
小車kg；起升載荷t；
摩擦阻力 Wmgf
（+）N
機構總效率
=
==（kW）
（2）電動機的選擇
根據(jù)機構工作級別、作業(yè)特點以及電動機的工作特性，同時為了滿足電動機起動和不過熱要求，所選電動機的額定功率應該滿足下式：
（kW） （3-6）
式中——電動機額定功率，kW；
——起升靜功率，kW；
——穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，與接電持續(xù)率JC有關，見表3-4。
查表 JC40%；0
=（kW）
表 3-4 穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)
電動機型式
機構的接電持續(xù)率JC值
15%
0.70.75
繞線型電動機
25%
0.70.75
40%
0.750.80
60%
0.801.0
鼠籠型電動機
1.0
因此，查《起重機設計手冊》，選擇YZR系列電動機，功率為kW，轉速r/min，功率因素，效率，最大轉矩倍數(shù)。電機，基本尺寸D，E。
3.3.2確定電動機轉速
卷筒轉速 （3-7）
=（r/min）
3.3.3減速器的選擇
減速器的類型：蝸桿減速器；
3.3.4分配傳動比
電動機滿載轉速為
r/min；
總傳動比 =
故
3.3.5傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
（1）0軸的計算
0軸：0軸即電動機軸
=（kW）
（r/min）
=（N·m）
（2）I軸的計算
I軸：I軸即傳動卷筒軸
=（kW）
圖 3-3 計算圖
=86.96（r/min）
=157.04（N·m）
總結，見下表
軸序號
功率/ kW
轉速/ r/min
轉矩/ N·m
傳動型號
傳動比
效率
0
蝸桿傳動
I
表 3-5 傳動參數(shù)
3.4聯(lián)軸器的選擇
圖3-4 聯(lián)軸器
（1）聯(lián)軸器的扭矩計算[3]
（3-8）
=（N·m）
查《起重機設計手冊》
，，
=（N·m）
（N·m）
（2）聯(lián)軸器的選擇
故聯(lián)軸器的選擇見表3-6
表 3-6 聯(lián)軸器參數(shù)
型號
許用轉矩
需用轉速
軸孔直徑
Y型軸孔長度
3.5吊鉤的計算
起重機吊鉤的生產(chǎn)已經(jīng)標準化。一般可根據(jù)用途和最大額定起重量選擇吊鉤的型式和規(guī)格。吊鉤組式起重機上應用最廣的一種取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁、滑輪、滑輪軸承、吊鉤拉板等零件組成。[4]
圖 3-5 吊鉤
吊鉤材料：DG20；
吊鉤斷面形狀為梯形；
（1）吊鉤鉤身的組要尺寸
（mm）
（mm）
（mm）110（mm）
（2）其它尺寸
各部分比例如下：
計算如下：
（mm）
1.01.2）110（mm）
（mm）120（mm）
（mm）
（mm）82.5（mm）
（mm）
（mm）
（mm）270（mm）
（mm）
（mm）60（mm）
3.6塔式起重機起升機構滑輪組倍率
（1）滑輪的分類
按用途分類，一般可分為定滑輪、動滑輪、滑輪組、導向滑輪和均衡滑輪等。
定滑輪：裝在固定心軸上的滑輪。主要用以改變鋼絲繩作用方向，亦可用作平衡滑輪和導向滑輪。
動滑輪：裝在移動心軸上的滑輪。工作時隨載荷的起落而升降，同時又繞自身的心軸轉動。用以達到省力的目的，但不改變鋼絲繩的作用方向。
滑輪組：鋼絲繩依次繞過若干定滑輪和動滑輪組成的裝置稱為滑輪組。用來改變倍率，達到省力和減速的目的。
導向滑輪：用以改變鋼絲繩的方向并可沿心軸滑動的滑輪?？善鸬脚爬K器的作用。
平衡滑輪：平衡兩支鋼絲繩拉力的滑輪。可是每個鋼繩受力相同。
（2）滑輪的選擇[5]
滑輪組材料：鑄造滑輪HT150
查《塔式起重機》5-1
當額定起重量Q為3t時，倍率為2。
3.7鋼絲繩計算
鋼繩計算復雜。工作中除了承受拉伸、彎曲、扭轉、壓縮等復合應力外，尚受有沖擊載荷的影響，因很難精確計算。為簡化計算，設計時一般采用靜力計算法。
鋼絲繩的材料:優(yōu)質低碳鋼；
鋼絲繩類型：線接觸鋼絲繩；
起升機構鋼絲繩直徑按最大靜載荷來確定。
（1）鋼絲繩中的最大靜拉力
（N） （3-9）
式中——最大起升載荷，N，其中所含吊具自重可按表3-7估計；
a——滑輪組倍率；
——滑輪組總效率；
——導向滑輪效率，
=
=（KN）
a=2，=，
表 3-7 吊具自重載荷的近似估計值
額定起升載荷
吊具自重載荷
3050
2%
100200
2.5%
300500
3%
8001250
3.5%
16002500
4%
因此
=（N）
（2）鋼絲繩的破斷拉力必須滿足下式
（N） （3-10）
式中——所選鋼絲繩的破斷拉力，N;
n——安全系數(shù)，見表3-8
==（N）
根據(jù)選擇起升鋼絲繩，查《起重機設計手冊》表3.1-6
鋼絲繩6（19）-11-1400-I-光-右交-GB1102-74
表3-8選擇系數(shù)C和安全系數(shù)n
機構工作級別
C值
安全系數(shù)
鋼絲繩公稱強度MPa（N/）
1550
1700
1850
0.085
0.080
0.077
3.5
0.090
0.085
0.080
4
0.095
0.090
0.085
4.5
0.100
0.095
0.090
5
0.106
0.100
0.095
5.5
3.8卷筒尺寸及轉速計算
卷筒是卷繞和容納鋼絲繩的部件。通過對鋼絲繩的收放，可把原動機的驅動力傳遞給鋼絲繩，并將原動機的回轉運動變?yōu)橹本€運動。
卷筒的形式：卷筒的形狀一般為圓柱形，特殊要求的卷筒也有制成圓錐形或曲線形的。在起重機機械中主要是采用圓柱形的鋼絲繩。
按鋼絲繩在卷筒上卷繞層數(shù)可分為單層卷繞卷筒和多層卷繞卷筒。多層纏繞卷筒的容量大。主要用于起升高度很大，卷筒長度又受到限制的起升機構。采用尺寸較小的多層卷繞卷筒對于減小機構尺寸十分有利。多層卷繞的卷筒多采用不帶螺旋槽的光面卷筒，卷筒的兩端必須帶有側板，以防止鋼絲繩側向滑移。側板的高度應比最外鋼絲繩高出12.5d。但多層卷繞卷筒的鋼絲繩所受的及壓力大，相互間摩擦力大，鋼絲繩壽命降低，也容易產(chǎn)生亂繩現(xiàn)象。此外，當卷繞層數(shù)較多時，在繩索張力不變的情況下，卷筒的載荷力矩將隨卷筒上鋼絲繩層數(shù)的多少而變化，從而使機構載荷力矩不穩(wěn)定。
卷筒的材料與制造
鑄造卷筒一般采用不低于HT200的灰鑄鐵鑄造，重要的卷筒QT450-10的球墨鑄鐵鑄造。采用鑄鋼時不低于ZG230-450，鑄鋼卷筒并不能使壁厚減少很多，且工藝復雜，成本高，因而較少采用。
焊接卷筒主要用于大直徑的卷筒，多用Q235鋼板彎成卷筒也可采用無縫鋼管制造。自重可以大大減輕，也適用于單件生產(chǎn)。
3.8.1卷筒主要尺寸的確定：
圖 3-6 卷筒
（1）卷筒的尺寸
卷筒的名義直徑：
D=（e1）d
=（161）11=165（mm）
卷筒的計算直徑：
16511
=176（mm）
繩槽半徑：
R=（0.530.56）d
=5.866.16（mm）=6（mm）
繩槽深度，標準槽：
h=（0.250.4）d
=2.754.4（mm）=3（mm）
繩槽節(jié)距，標準槽：
t=d（24）
=1315（mm）=14（mm）
（2）卷筒的計算[6]
多層纏繞卷筒纏繞部分的長度：n=3
（3-11）
=（mm）
卷筒壁厚計算：
焊接卷筒：
d（mm）
卷筒壁上的壓應力為：
（3-12）
=（mm）
卷筒的轉速n:
（r/min）
式中a——滑輪組的倍率；
v——起升速度，m/min
——卷筒卷繞直徑，m, Dd（D為卷筒槽底的直徑，d為鋼絲繩直徑）
=（r/min）
3.9起升機構制動器的選擇計算
塔式起重機的起升和變幅機構中一般采用常閉式制動器，以保證工作安全可靠。而回轉機構和行走機構中則多采用常開式制動器和綜合式制動器，已達到工作平穩(wěn)。
塊式制動器的工作原理：[7]
短行程交流電磁鐵塊式制動器。直徑圓周表示與機構傳動軸相聯(lián)制動器輪，制動器瓦塊與制動臂相鉸接，主彈簧用來產(chǎn)生制動力矩。主彈簧右端頂在框架上，框架與左制動臂固結在一起。推桿與右制動器聯(lián)系在一起，上閘制動時，主彈簧的壓力左推推桿，右推框架，從而帶動左右制動臂及其瓦塊壓向制動輪，實現(xiàn)制動。
圖 3-4 制動器
當機構工作時，電動機通電，與電動機相聯(lián)系的電磁鐵也通電而產(chǎn)生磁力，磁鐵吸引力銜鐵繞餃點做逆時針轉動，并壓迫推桿向右移動，是主彈簧進一步壓縮，這時在副彈簧及電磁鐵自重偏心作用下，左右制動臂張開，制動器松閘。如果一旦發(fā)生事故，電機斷電，制動器便立即上閘，這是一種常閉式的制動器。這種制動器由于松閘裝置（電磁鐵）直接裝在制動臂上，式制動器結構緊湊、制動塊。但由于電磁鐵尺寸限制，其制動力矩小，并且在工作時沖擊及影響較大。
制動器的材料：45鍛鋼。
制動器型號：YW200-220
制動器的靜力矩，可由下式確定：
（N.m） （3-13）
式中——最大起升載荷，N；
——鋼絲繩繞卷筒直徑，多層纏繞時D（2m）d, m為卷繞最多的層數(shù)；
——卷筒至制動器軸間傳動比；
——起升吊鉤至制動器軸間傳動效率。
=53.79（N·m）
起升機構制動器的制動力矩必須大于由起升載荷產(chǎn)生的力矩。
（3-14）
式中——制動安全系數(shù)，由表3-9查的。
=80.69（N·m）
表 3-9 制動安全系數(shù)
工作類型
（輕級）
1.5
（中級）
1.75
（重級）
2.0
確定彈簧的作用力：
制動器每個瓦塊摩擦面上的正壓力為：
（N） （3-15）
式中——制動輪直徑，mm;
——制動器的制動力矩，N·m;
——摩擦系數(shù)；
——杠桿效率，取0.90.95
=2423.1（N）
則彈簧作用力為：
（3-16）
=296585.07（w）=2966.59（kw）
制動瓦塊的比壓驗算：
（3-17）
式中——許用比壓；
A——制動瓦塊和制動輪的接觸面積。
按下式計算：
（3-18）
式中B——制動瓦塊的寬度（mm）,常??；
——制動瓦塊在制動輪上包角，一般取?。
B
=0.4=74（mm）
（）
=0.29
（MPa）
3.10起升機構的起動、制動時間的驗算
起升機構的工作為周期性的，工作時分起啟動、穩(wěn)定運動和制動三個階段。由于機構在起動和制動時會產(chǎn)生加速度和慣性力，若起動和制動時間過長，加速度小，將影響起重機的生產(chǎn)率。反之，加速度太大，又會給金屬結構和傳動部件施加很大的動載荷，并使零部件的受力增大。因此，必須把起動與制動控制在一定范圍內(nèi)。
3.10.1啟動時間驗算
起升機構在起動階段，要使原來靜止的質量開始運動這時電動機的起動力矩除了克服靜阻力矩外，還有一部分用來克服運動質量的慣性阻力，即
（N·m） （3-19）
靜阻力矩按下式計算：[8]
（N·m） （3-20）
式中——額定起升載荷，N；
——卷筒計算直徑，m， Dd；
a——滑輪組倍率；
——卷筒至電動機軸傳動比；
——機構總傳動效率（包括滑輪組效率）。
=85.96（N·m）
慣性阻力矩為：
（N·m） （3-21）
式中——電動機額定轉速，r/min;
——起動時間，s;
——機構運動質量換算到電動機軸上的總轉動量，，按下式計算：
（3-22）
式中——電動機轉子的轉動慣量，；
——制動輪和聯(lián)軸器的轉動慣量，；
g——重力加速度，。
查《起重機設計手冊》
，
=0.243（）
起升機構的起動時間為：
（3-23）
式中——電動機的平均起動力矩，Nm，參照表3-10；
——推薦起動時間，s，一般為，起量取大值。
表 3-10 電動機平均起動轉矩
電動機型式
三相交流繞線式
（1.61.8）
三相交流鼠籠式
（0.80.9）
并激直流電動機
（1.71.8）
串激直流電動機
（1.82.0）
復激直流電動機
（1.81.9）
=104.52（N·m）
=1.27s
3.10.2制動時間驗算
滿載下降的制動時間：[9]
（3-24）
式中——滿載下降時電動機轉速，r/min，通常取
=（r/min）
——制動器制動力矩，N·m；
——滿載下降時制動軸靜力矩，N·m，按下式計算：
（3-25）
式中——下降時機構運動質量換算到電動機軸上的總轉動慣量，，按下式計算：
——推薦制動時間，s，
綜上所述，此制動器滿足要求。
3.11小車水平運動的制動器的選擇計算
圖3-5 制動器
制動器的靜力矩，可由下式確定：
（N.m） （3-26）
式中——最大起升載荷，N；
——鋼絲繩繞卷筒直徑，多層纏繞時d, m為卷繞最多的層數(shù)；
——卷筒至制動器軸間傳動比；
——起升吊鉤至制動器軸間傳動效率。
=89.03（N·m）
起升機構制動器的制動力矩必須大于由起升載荷產(chǎn)生的力矩。
式中——制動安全系數(shù)，由表3-11查的。
表 3-11 制動安全系數(shù)
工作類型
（輕級）
1.5
（中級）
1.75
（重級）
2.0
=1.589.03=133.55（N·m）
確定彈簧的作用力：
制動器每個瓦塊摩擦面上的正壓力為：
（N）
式中——制動輪直徑，mm;
——制動器的制動力矩，N·m;
——摩擦系數(shù)；
——杠桿效率，取
（N）
則彈簧作用力為：
=356022.03（w）=356.02（kw）
制動瓦塊的比壓驗算：
式中——許用比壓；
A——制動瓦塊和制動輪的接觸面積。
按下式計算：
B——制動瓦塊的寬度（mm）,常取；
——制動瓦塊在制動輪上包角，一般取。
=7474（mm）
（）
=0.35
（MPa）
3.12小車水平運動的起動、制動時間的驗算
起升機構的工作為周期性的，工作時分起啟動、穩(wěn)定運動和制動三個階段。由于機構在起動和制動時會產(chǎn)生加速度和慣性力，若起動和制動時間過長，加速度小，將影響起重機的生產(chǎn)率。反之，加速度太大，又會給金屬結構和傳動部件施加很大的動載荷，并使零部件的受力增大。因此，必須把起動與制動控制在一定范圍內(nèi)。
3.12.1啟動時間驗算
起升機構在起動階段，要使原來靜止的質量開始運動，這時電動機的起動力矩除了克服靜阻力矩外，還有一部分用來克服運動質量的慣性阻力，即
（N·m）
靜阻力矩按下式計算：
（N·m） （3-27）
式中——額定起升載荷，N；
——卷筒計算直徑，m， ；
a——滑輪組倍率；
——卷筒至電動機軸傳動比；
——機構總傳動效率（包括滑輪組效率）。
（N·m）
慣性阻力矩為：
（N·m）
式中——電動機額定轉速，r/min;
——起動時間，s;
——機構運動質量換算到電動機軸上的總轉動慣量，kg·，按下式計算：
（3-28）
——電動機轉子的轉動慣量，；
——制動輪和聯(lián)軸器的轉動慣量，；
g——重力加速度，,g=9.81。
查《起重機設計手冊》
，
起升機構的起動時間為：[10]
（3-29）
式中——電動機的平均起動力矩，N·m，參照表3-12；
——推薦起動時間，s，一般為，起重量取大值。
表 3-12 電動機平均起動轉矩
電動機型式
三相交流繞線式
（1.61.8）
三相交流鼠籠式
（0,80.9）
并激直流電動機
（1.71.8）
串激直流電動機
（1.82.0）
復激直流電動機
（1.81.9）
=104.52（N·m）
3.12.2制動時間驗算
滿載下降的制動時間：
（3-30）
式中——滿載下降時電動機轉速，r/min，通常取；
=998.8（r/min）
——制動器制動力矩，N·m；
——滿載下降時制動軸靜力矩，N·m，按下式計算：
——下降時機構運動質量換算到電動機軸上的總轉動慣量，，按下式計算：
——推薦制動時間，s，
綜上所述，此結構滿足要求。
4塔式起重機結構設計
4.1塔式起重機起升機構的結構方案
圖 4-1 塔式起重機結構圖
塔式起重機是由電動機、聯(lián)軸器、制動器、蝸桿減速器、滑輪組、鋼絲繩、小車等組合起來的傳動系統(tǒng)。本設計采用兩個電動機分別帶動一個傳動，一個控制塔式起重機的起升的傳動，一個控制小車水平運行的傳動。
4.2塔式起重機起升機構的結構布置
電動機通過聯(lián)軸器、制動器和減速器相連，首先，由電動機軸帶動聯(lián)軸器旋轉，聯(lián)軸器用來聯(lián)接兩根同軸線布置或基本平行的轉軸，傳遞扭矩同時補償少許角度和徑向偏移并能夠改善傳動裝置的動態(tài)特性。本設計所選的聯(lián)軸器的類型為CL2。制動器固定在聯(lián)軸器上，聯(lián)軸器帶動制動輪旋轉，本設計采用塊式制動器，制動瓦塊與制動臂相鉸接，主彈簧用來產(chǎn)生制動力矩。主彈簧右端頂在框架上，框架與左制動臂固結在一起。推桿與右制動臂聯(lián)系在一起，上閘制動時，主彈簧的壓力左推推桿，右推框架，從而帶動左右制動臂以及其瓦塊壓向制動輪，實現(xiàn)制動。電動機通電，與電動機相聯(lián)系的電磁鐵也通電而產(chǎn)生磁力，磁鐵吸引銜鐵繞餃點作逆時針轉動，并壓迫推桿向右移動，是主彈簧進一步壓縮，這時在副彈簧及電磁鐵自重偏心作用下，左右制動臂張開，制動器松閘。如果發(fā)生事故，電機斷電，制動器便立即上閘。減速器與電動機用鍵連接，減速器用來降低轉速和增大轉矩，本設計采用蝸桿減速器，是蝸桿下置的形式，由蝸桿帶動蝸輪軸轉動，蝸輪伸出軸與卷筒鍵連接，卷筒靠滾動軸承正反旋轉，鋼絲繩繞在卷筒上，通過滑輪組使吊鉤實現(xiàn)上升或下降并實現(xiàn)小車的水平方向的運動。
5結論
塔式起重機是減輕笨重體力勞動、提高作業(yè)效率、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運輸設備。在國民經(jīng)濟各部門的物質生產(chǎn)和物質流通中，塔式起重機作為關鍵的工藝性設備或重要的輔助機械，應用十分廣泛。
在設計過程中，我總結了兩種塔式起重機起升機構的傳動方案，為了避免結構過于復雜化，我選擇了有兩個電動機分別控制傳動的方案，這樣會使傳動簡化。在選擇制動器的時候，我選擇了在塔式起重機中應用較為普遍的塊式制動器，因為它結構簡單，工作可靠，宜安裝在高速軸上。經(jīng)過對塔式起重機起升機構的設計，我對塔式起重機的傳動有了一定的了解，經(jīng)過剛開始得采集資料到一步步的計算，再到校核，接著完成裝配圖，最后是零件圖的設計，我學到了很多知識，了解了電動機、聯(lián)軸器、制動器、鋼絲繩、滑輪組應怎樣選擇，知道了如何對蝸桿減速器、卷筒、小車、吊鉤等進行結構設計，從而也獲得了對這種常規(guī)設計的常規(guī)認識，體會到了理論與實踐結合的重要性。培養(yǎng)了獨立思考，解決問題的能力和實事求是的工作作風，為做一名合格的工程技術人員奠定了良好的基礎。
通過本次的設計，我了解了設計的關鍵在于確定一個合理傳動方案，好的傳動方案可以做到省時、省力、省錢，它是提高生產(chǎn)效率，增加企業(yè)效益的必經(jīng)之路。
6謝辭
經(jīng)過進一學期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，大學四年的生活即將告一段落，這份畢業(yè)設計是我離校前的最后一份作業(yè)。不同于以往的課程設計，這次的畢業(yè)設計是歷時最長，內(nèi)容更加廣泛，要求更加嚴格。其間，我體會到了自己知識的匱乏，但同時我也收獲了許多，我學到了許多以前不知道的東西，當然這都需要大家耐心的教我。論文即將完成，我的心情也非常激動，這里有著我三個月的心血，也有老師和大家的心血。感謝老師和同學們給與我的幫助，也請你們接受我最真摯的謝意！
首先，要感謝在大學期間我的各科任課老師，謝謝你們傳授我基本的專業(yè)知識，讓我有了一定了基礎設計能力。
其次，感謝這次畢業(yè)設計指導老師鄧子龍老師。謝謝他在百忙之余解答我設計中遇到的疑問，提出許多寶貴的意見，幫我改正設計中的錯誤，也教會了我許多專業(yè)方面的知識。使我的設計能夠順利的進行下去。他一絲不茍，刻苦鉆研的精神也是我日后學習的榜樣。在此，特別衷心的感謝鄧老師，謝謝您的指導，使我的設計盡量做到盡善盡美。
最后感謝的是答辯委員的各位老師，謝謝你們的考核和指導，感謝我的同學及朋友們，是他們的支持和幫助是我有了今天來之不易的一切。
但由，于本人理論水平和能力有限，論文難免有不足之處，希望各位老師予以批評、指正。
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