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湘潭大學(xué)
畢業(yè)論文說明書
題 目：2TL立柱式懸臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)與分析
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： XXXXX
姓 名： XXXXX
指導(dǎo)教師： XXXXX
完成日期： 2014年5月15日
2T 立柱式旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：起重機(jī)是工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用的特種設(shè)備。而旋臂起重機(jī)是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時(shí)省力、靈活和結(jié)構(gòu)獨(dú)特等特點(diǎn).根據(jù)旋臂起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和規(guī)范規(guī)定，了解起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、分析起重機(jī)的工作原理、系統(tǒng)組成、所要求實(shí)現(xiàn)的功能和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上必不可少的。該設(shè)計(jì)主要針對(duì)起升機(jī)構(gòu)選擇相應(yīng)的零部件及技術(shù)參數(shù)，使其既能很好的實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的運(yùn)行還不互相干涉且配合良好，也對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的分析介紹。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的定柱式旋臂起重機(jī)，存在著結(jié)構(gòu)笨重和剛度不足的缺陷，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，對(duì)產(chǎn)品提出了更高的要求，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法技術(shù)提升，已迫在眉睫。
關(guān)鍵詞：起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
The Design Of 2-Ton Column Jib Crane
Abstract: Crane is widely applied in engineering, Slewing crane is small and medium lifting equipment which developed in recnt years,the characteristics of which are safe and reliable、 with high efficiency、 energy saving、time-saving、flexible 、unique structure,etc.According to the feature of completed structure for slewing jib crane and the rule of design.Understand the development of the crane’status、analyse its operation principle、system configuration、the function and relative structure that the crane required is indispensable.thus this paper put its emphasis on the design of main hoisting mechanism,choosing the approprite spare parts and technical parameters for it in order to be good for crane operation and non-interference.the slewing mechanism analysis is introduced in detail too.the structure of crane designed with tradition method is overdesigned in strength and not enough in stiffness,and with firce competition in the market a higher requirement for product has been brought forward.So using modern design technology to upgrade traditional design and calculation method is extremely urgent.
Keywords：crane；hoisting mechanism；Slewing mechanism
目錄
前言 1
第一章 起重機(jī)設(shè)計(jì)總則 1
1.1 我國(guó)起重機(jī)械行業(yè) 1
1.2 國(guó)際起重機(jī)械行業(yè) 1
1.3 起重機(jī)的作用、作業(yè)特點(diǎn) 2
1.4 起重機(jī)的組成 2
1.5 起重機(jī)的類型 3
1.6旋臂起重機(jī)介紹 4
第二章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案 4
2.2 電動(dòng)葫蘆的選擇 6
2.3 鋼絲繩的選擇與使用 6
2.4 確定滑輪的參數(shù) 7
2.5 確定卷筒尺寸并驗(yàn)算其強(qiáng)度 8
2.6 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
2.7 驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率 12
2.8減速器的設(shè)計(jì) 12
2.9開式齒輪的設(shè)計(jì) 35
2.10卷筒心軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 38
2.11 取物裝置計(jì)算 40
2.12 鋼絲繩在卷筒上的固定及計(jì)算 41
2.13驗(yàn)算啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間 42
第三章 運(yùn)行機(jī)構(gòu)與變幅機(jī)構(gòu) 44
3.1 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 44
3.2變幅機(jī)構(gòu) 44
第四章 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 45
4.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及常用形式 45
4.2載荷計(jì)算 47
4.3回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 48
4.4 電動(dòng)機(jī)的選擇與校驗(yàn) 51
4.5確定機(jī)構(gòu)速比選擇聯(lián)軸器 52
4.6制動(dòng)器的選擇 52
4.7減速器的選擇 53
4.8 螺栓組連接的設(shè)計(jì) 53
4.9 強(qiáng)度的校核 55
第五章 金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 56
5.1 設(shè)計(jì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求 56
5.2 立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算 57
5.3 橫梁設(shè)計(jì)計(jì)算 58
總結(jié) 59
致謝 60
參考文獻(xiàn) 61
文獻(xiàn)翻譯 61
英文原文 61
前言
起重機(jī)是一種非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備，通常是按訂單生產(chǎn)的。一般情況是，首先根據(jù)用戶對(duì)設(shè)備提出的性能參數(shù)、外形尺寸、質(zhì)量、價(jià)格等方面的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后開始生產(chǎn)。
起重機(jī)械種類繁多，應(yīng)用十分廣泛。近年來，工程起重機(jī)械異常迅猛，持續(xù)火爆，新理念、新技術(shù)、新材料不斷給予起重機(jī)械新的活力，因而起重機(jī)械行業(yè)的工程技術(shù)人員隨之面臨著新的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。
起重機(jī)是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，主要用于物品的裝卸。一個(gè)工作循環(huán)一般包括：取物裝置從取物地點(diǎn)由起升機(jī)構(gòu)把物品提起，運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)把物品移位，然后物品在指定地點(diǎn)下降；接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一次的工作循環(huán)。在兩個(gè)工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。由此可見，起重機(jī)械工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于起動(dòng)、制動(dòng)以及正向、反向等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的。起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。針對(duì)這一需求，本設(shè)計(jì)以立柱式旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算、三維建模和有限元仿真為主要內(nèi)容。
第一章 起重機(jī)設(shè)計(jì)總則
1.1 我國(guó)起重機(jī)械行業(yè)[5]
起重機(jī)與工程機(jī)械一樣，是真正具有中國(guó)特色的名稱與概念。我國(guó)起重機(jī)主要包括塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、施工升降機(jī)、門式起重機(jī)、門座起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、桅桿式起重機(jī)和攬索式起重機(jī)等。
我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成機(jī)械工業(yè)10大行業(yè)之一，我國(guó)也進(jìn)入了工程機(jī)械生產(chǎn)大國(guó)之列。工程起重機(jī)械用途廣泛，市場(chǎng)遍布國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，其中主要有交通運(yùn)輸、能源、 原材料、農(nóng)林水利、城鄉(xiāng)發(fā)展以及現(xiàn)代化國(guó)防六大領(lǐng)域。工程起重機(jī)械是保證各種工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)高速度、高質(zhì)量和低成本的重要手段。
隨著我國(guó)深化改革，擴(kuò)大開放和發(fā)展社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)等一系列重大政策的貫徹實(shí)施，
起重機(jī)械行業(yè)在技術(shù)水平、科研條件、品種數(shù)量、產(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)化生產(chǎn)程度、生產(chǎn)規(guī)模、出口創(chuàng)匯、用戶服務(wù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高等教育及人才培養(yǎng)諸方面，均獲得了很大進(jìn)步，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中正發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國(guó)已經(jīng)成為世界貿(mào)易組織正式成員國(guó)，這也為起重機(jī)械的更大發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
1.2 國(guó)際起重機(jī)械行業(yè)[中國(guó)百科網(wǎng)]
歐洲作為工程起重機(jī)的發(fā)源地，也是經(jīng)濟(jì)非常發(fā)達(dá)的地區(qū)，代表輪式起重機(jī)的最高水平，最負(fù)盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時(shí)還有森內(nèi)博根、德國(guó)格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機(jī)、履帶式起重機(jī)，緊湊型輪胎起重機(jī)，也生產(chǎn)少量汽車起重機(jī)。其中全路面起重機(jī)、履帶起重機(jī)以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機(jī)則以小噸位為主；汽車起重機(jī)一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國(guó)工程起重機(jī)相對(duì)落后于歐洲水平。近年來，通過收購(gòu)和合并的手段，先是格魯夫收購(gòu)了歐洲老牌起重機(jī)企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購(gòu)了德國(guó)德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國(guó)格魯夫公司在內(nèi)的國(guó)內(nèi)大部分工程起重機(jī)企業(yè)，使美國(guó)工程起重機(jī)行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、全路面起重機(jī)和汽車起重機(jī)。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點(diǎn)是技術(shù)較先進(jìn)、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美州地區(qū)和亞太地 區(qū)。
日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，輪式起重機(jī)開發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀(jì)70年代），但發(fā)展很快，很受亞太市場(chǎng)的歡迎；同時(shí)，日本通過收購(gòu)的手段來更新技術(shù)，加快發(fā)展速度，如日本多田野收購(gòu)德國(guó)法恩底盤公司來發(fā)展其全路面技術(shù)。日本主要生產(chǎn)汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)、越野輪胎起重機(jī)、全路面起重機(jī)，其中越野輪胎起重機(jī)產(chǎn)量最大，汽車起重機(jī)的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢(shì)，全路面起重機(jī)的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢(shì)，主要生產(chǎn)企業(yè)為多田野、加藤、神鋼、日立、小松等。產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)水平、性能、可靠性落后于歐美水平，40%的產(chǎn)品用于出口。
1.3 起重機(jī)的作用、作業(yè)特點(diǎn)[1]
起重機(jī)械作用主要表現(xiàn)在減輕工人的繁重體力勞動(dòng)，加快施工與作業(yè)進(jìn)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低施工與作業(yè)成本、提高質(zhì)量等方面。
起重機(jī)是以反復(fù)的循環(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)間一般從幾分鐘到二三十分鐘，其間各機(jī)構(gòu)在不同時(shí)刻有短暫的停歇時(shí)間。這一特點(diǎn)決定了電動(dòng)機(jī)的選擇和發(fā)熱計(jì)算方法；由于反復(fù)起動(dòng)和制動(dòng)，各機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)將受到強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊，載荷是正反向交替作用的。許多重要構(gòu)件承受不穩(wěn)定變幅應(yīng)力的作用，這些都對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。
起重機(jī)屬于危險(xiǎn)性作業(yè)的設(shè)備，它發(fā)生事故造成的損失將是巨大的。所以起重機(jī)設(shè)計(jì)和制造一定要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
1.4 起重機(jī)的組成[9]
起重機(jī)由產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)、承受載荷的金屬結(jié)構(gòu)、提供動(dòng)力和起控制作用的電氣設(shè)備及各種指示裝置等四大部分組成。
起重機(jī)機(jī)構(gòu)有四類，即：使貨物升降的起升機(jī)構(gòu)；做平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)；使起重機(jī)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；改變回轉(zhuǎn)半徑的變幅機(jī)構(gòu)。每一機(jī)構(gòu)均由電動(dòng)機(jī)、減速傳動(dòng)系統(tǒng)及執(zhí)行裝置等組成。
1.5 起重機(jī)的類型[9]
可根據(jù)使用要求，設(shè)計(jì)任何合適的起重機(jī)形式。但從構(gòu)造特征來看，種類繁多的起重設(shè)備可歸納為三大類。
1. 單動(dòng)作起重設(shè)備
這類起重設(shè)備是使貨物作升降運(yùn)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)。常見有下列幾種：
1）千斤頂 一種升降行程很小，舉升能力較大的小型起重設(shè)備。螺旋千斤頂或齒條千斤頂可用于汽車維修；液壓千斤頂可將大型起重機(jī)頂起以跟換車輪。
2）滑車（俗稱葫蘆） 一種用鏈條或鋼絲繩與滑輪構(gòu)成的省力滑輪組，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，是一種可攜帶的起重工具，有手動(dòng)和電動(dòng)兩種。電動(dòng)葫蘆則是一種電動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，配有運(yùn)行小車后可在空間布置的工字鋼軌上運(yùn)行，構(gòu)成單軌架空道，是一種生產(chǎn)流水線上空的自動(dòng)運(yùn)貨車。電動(dòng)葫蘆可作為梁式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)。
3）絞車 由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器、卷筒、驅(qū)動(dòng)鋼絲繩滑輪組成的起重設(shè)備，用以起吊重物或產(chǎn)生牽引力。在礦山、建筑工地及艦船等處應(yīng)用。各類起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)都是一種絞車。絞車也有液壓或內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的。
4）升降機(jī) 一種由絞車拖動(dòng)吊箱，吊箱延軌道升降的起重設(shè)備。在建筑工地上應(yīng)用的建筑升降機(jī)是一種典型的形式。在高層建筑中應(yīng)用的電梯是供人員上下樓梯使用的，是一種安全信號(hào)設(shè)備齊全，自動(dòng)控制的、且制造很精良的載人升降機(jī)。礦山使用的礦井提升機(jī)與電梯類似，單更加大型化。
2. 橋式類型起重機(jī)
依靠運(yùn)行機(jī)構(gòu)和運(yùn)行小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成，使起重的貨物做平面運(yùn)動(dòng)，再加上置于小車上的起升機(jī)構(gòu)，作業(yè)的范圍是長(zhǎng)方形空間。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同有下列幾種：
1）橋式起重機(jī)。
2）門式起重機(jī)，包括裝卸橋，岸邊集裝箱起重機(jī)。
3）纜索起重機(jī) 纜索起重機(jī)是一種特殊類型的橋式類型起重機(jī)，它的小車在特制的承載鋼索上運(yùn)行，承載鋼索支承于兩個(gè)塔架的頂端，跨度在100m以上，通常在大型建設(shè)工程中使用，如大型水電工程的大壩施工等。岸邊集裝箱起重機(jī)也是門式類型起重機(jī)，它的特點(diǎn)是有很長(zhǎng)的伸臂，可以跨越大型船舶進(jìn)行集裝箱裝卸，門架的跨度不大，但可以通過集裝箱汽車。其他起重機(jī)特點(diǎn)將在下詳述。
3. 回轉(zhuǎn)類型起重機(jī)
依靠起重機(jī)的回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的組合，使起吊的貨物作水平運(yùn)動(dòng)，作業(yè)范圍是圓柱形空間，由于起重機(jī)整體還可以延一定軌道運(yùn)行，所以，這類起重機(jī)的作業(yè)范圍是比較大的，它又可分為如下幾種：
1）塔式起重機(jī)。
2）門座起重機(jī)。
3）流動(dòng)起重機(jī)。
4）浮式起重機(jī)。
浮式起重機(jī)是以自行船舶為行駛裝置的起重機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)要時(shí)要考慮起重機(jī)在水上會(huì)搖擺的特點(diǎn)。
1.6旋臂起重機(jī)介紹[百度百科]
1.懸臂起重機(jī)是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時(shí)省力、靈活等特點(diǎn)，三維空得內(nèi)隨意操作，在段距、密集性調(diào)運(yùn)的場(chǎng)合，比其它常規(guī)性吊運(yùn)設(shè)備更顯示其優(yōu)越性。本產(chǎn)品廣泛用于各種行業(yè)的不同場(chǎng)所。懸臂起重機(jī)工作強(qiáng)度為輕型，起重機(jī)由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及電動(dòng)葫蘆組成，立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來驅(qū)動(dòng)旋臂回轉(zhuǎn)，電動(dòng)葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運(yùn)行，并起吊重物。起重機(jī)旋臂為空心型鋼結(jié)構(gòu)，自重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟(jì)耐用。內(nèi)置式行 旋臂吊MODE型走機(jī)構(gòu)，采用帶滾動(dòng)軸承的特種工程塑料走輪，摩擦力小，行走輕快；結(jié)構(gòu)尺寸小，特別有利于提高吊鉤行程。
懸臂起重機(jī)系列可分為：
1)定柱式懸臂起重機(jī)；
2)JKBK定柱式懸臂起重機(jī)；
3)移動(dòng)式懸臂起重機(jī)；
4)墻壁式懸臂起重機(jī)；
5)臂行式懸臂起重機(jī)；
6)輕型龍門式懸臂起重機(jī)；
7)曲臂式懸臂起重機(jī)；
8)雙臂式懸臂起重機(jī)。
2.定柱式旋臂起重機(jī)
定柱式懸臂起重機(jī)又稱立柱式懸臂起重機(jī)，起重量在125Kg-5000Kg，是凱力起重自行研制的產(chǎn)品，可以根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)定制的專用起重設(shè)備。
立柱式旋臂吊具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡(jiǎn)單、操作方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能高效的物料吊運(yùn)設(shè)備，可廣泛適用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機(jī)床的上、下工作及倉(cāng)庫(kù)、碼頭等場(chǎng)合的重物吊運(yùn)。定柱式旋臂吊根據(jù)其旋臂所使用型鋼的不同可以分為：BZD型和BZD-JKBK型。
本機(jī)由立柱、回轉(zhuǎn)旋臂及電動(dòng)葫蘆等組成。立柱下端固定于混泥土基礎(chǔ)上，旋臂回轉(zhuǎn)，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)部分分為手動(dòng)和電動(dòng)回轉(zhuǎn)（擺線針輪減速劑安裝與上托板或者下托板上帶動(dòng)轉(zhuǎn)管旋臂回轉(zhuǎn)）。電動(dòng)葫蘆安裝在旋臂軌道上，用于起吊重物。
第二章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案
起升機(jī)構(gòu)包括：取物裝置，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)裝置等部分，用來實(shí)現(xiàn)物品的上升與下降動(dòng)作。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求所給參數(shù)，起重量Q=2t,屬于小起重量旋臂起重機(jī)。主要技術(shù)要求參數(shù)如下：
表2-1 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
起重量Q
起升高度H
跨度L
起升速度V
回轉(zhuǎn)速度
轉(zhuǎn)角范圍
2t
10m
6m
8m/min
1rad/min
傳動(dòng)裝置中廣泛采用減速器，它是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間獨(dú)立的閉合傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)的需要。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及分析，給出如下兩個(gè)傳動(dòng)方案：
圖2-1 第一種傳動(dòng)方案
1—電動(dòng)機(jī)；2、5—聯(lián)軸器;3—減速器；4—開式齒輪；6—卷筒
圖2-2 第二種傳動(dòng)方案
1—電動(dòng)機(jī)；2—聯(lián)軸器；3—減速器；4—開式齒輪；5—卷筒
圖2—1這種方案是最簡(jiǎn)單也是最通用的一種傳動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)1通過聯(lián)軸器2與減速器3聯(lián)系，減速器的低速軸與開始齒輪連接再與卷筒連接。在這一傳動(dòng)方式中，由于電動(dòng)機(jī)緊靠減速器，為了補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)及減速器高程誤差，或底架受力時(shí)的變形，聯(lián)軸器需要采用調(diào)節(jié)性能較好的彈性聯(lián)軸器或雙齒輪聯(lián)軸器。聯(lián)軸器靠減速器側(cè)帶有制動(dòng)輪，以便使制動(dòng)器能可靠地制動(dòng)住懸掛的貨物。這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝及維修比較方便。適合于與小型起升機(jī)構(gòu)。
圖2-2這種方案中，最后一級(jí)齒輪做成開式齒輪傳動(dòng)，這種與卷筒的連接方式比較容易，減速器低速軸的伸出軸帶有外齒輪，與卷筒法蘭內(nèi)齒輪嚙合，起到聯(lián)軸器的作用，另外，伸出軸還有支承座。卷筒的左端伸出軸通過滾動(dòng)軸承支承在減速器伸出軸的支承座上。這種結(jié)構(gòu)非常緊湊，但是安裝需要起重工具給予協(xié)助。這種方案適用于起重量較大時(shí)。
2.2 電動(dòng)葫蘆的選擇
由額定起重量為2t,起升高度為10米，通過查閱“龍馬起重”（靖江市龍馬起重設(shè)備有限公司http://www.qzjweixiu.cn/Ch/About.asp）選擇電動(dòng)葫蘆為MD1,型號(hào)為MD10.5-12，其技術(shù)性能如下表：
表2—2 MD1電動(dòng)葫蘆技術(shù)參數(shù)
技術(shù)性能
參數(shù)
單位
起重量
2
噸
起升高度
12
米
起重速度
8/0.8
米/分
運(yùn)行速度
20
米/分
鋼絲繩繩經(jīng)
11
毫米
鋼絲繩規(guī)格
GB1102-74
6×37-11
工字鋼軌道型號(hào)（GB706-88）
20a-32c
運(yùn)行軌道最小半徑
2
米
起升電動(dòng)機(jī)型號(hào)
ZD131-4
額定功率
3
千瓦
額定速度
1380
轉(zhuǎn)/分
額定電流
7.6
安
運(yùn)行電機(jī)型號(hào)
ZDY112-4
額定功率
6.4
千瓦
額定轉(zhuǎn)速
1380
轉(zhuǎn)/分
額定電流
1.25
安
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
M5
重量（D型）
295
千克
2.3 鋼絲繩的選擇與使用
鋼絲繩是起重機(jī)機(jī)械的重要零件之一，它是一種易于彎曲的撓性件。具有強(qiáng)度高、撓型好、自重輕、運(yùn)行平穩(wěn)，極少突然斷裂等特點(diǎn)，因而廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)，也可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。它還用作捆綁物件的繩索、桅桿起重機(jī)的張緊繩、纜索起重機(jī)和空氣索道的牽引繩、承載繩等。
鋼絲繩受力復(fù)雜，受載時(shí)，鋼絲繩中有拉升應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、擠壓應(yīng)力及鋼絲繩捻制下的殘余應(yīng)力。當(dāng)鋼絲繩繞過滑輪時(shí)，受到變應(yīng)力作用使材料產(chǎn)生疲勞，最終由于鋼絲繩與繩槽、鋼絲繩之間磨損而破斷。
因?yàn)樵谄鹕^程中，鋼絲繩的安全至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的使用壽命，為此我們采用一下措施：
1）盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)；
2）高安全系數(shù)，即降低鋼絲繩的應(yīng)力；
3）選用較大的滑輪與卷筒直徑。
滑輪槽的尺寸與材料對(duì)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小，太小會(huì)使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚至?xí)ㄋ馈?
1. 鋼絲繩破斷拉力計(jì)算
由《起重吊裝簡(jiǎn)易計(jì)算》[2]可知，鋼絲繩破斷拉力計(jì)算公式如下：
（2-1）
式中 —鋼絲繩的破斷拉力（N）
—鋼絲繩中每一根鋼絲的直徑
—鋼絲繩中每一根鋼絲的總根數(shù)
—鋼絲繩中鋼絲的抗拉強(qiáng)度（Pa)
—鋼絲繩中鋼絲的總斷面面積
—鋼絲繩中的搓捻不均勻引起的受載不均勻系數(shù)
（當(dāng)鋼絲繩為6×37+1時(shí)，=0.82；當(dāng)鋼絲繩為6×19+1時(shí)，=0.85）
本設(shè)計(jì)選用6×37+1型鋼絲繩，與以同徑者6×19+1型相比較，鋼絲多且細(xì)，則繩的撓性好，而耐磨性稍差，在此基礎(chǔ)上還能滿足我們的需求。所以我們選用6×37+1型鋼絲繩（GB1102-74）。
驗(yàn)算6×37+1型
(2-2）
驗(yàn)算6×19+1型
（2-3）
2. 鋼絲繩允許拉力的計(jì)算
通過查閱《起重吊裝簡(jiǎn)易計(jì)算》[2]表1—8，用于機(jī)動(dòng)起重設(shè)備的安全系數(shù)K為5～6，我們選用較大的安全系數(shù)K=6，滑輪組倍率，則可以的鋼絲繩的允許拉力為：
（2-4）
2.4 確定滑輪的參數(shù)
1. 滑輪
滑輪是是起重機(jī)的承載零件，可以引導(dǎo)和改變繩索拉力方向，用以支承鋼絲繩，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達(dá)到勝利和增速的作用?；喞K槽尺寸應(yīng)保證鋼絲繩順利繞過且接觸面積應(yīng)盡可能大，以避免產(chǎn)生鋼絲繩與滑輪輪緣的摩擦甚至是跳槽?；営奢喚?、輪輻和輪轂三部分組成的?；喌木唧w尺寸，可按鋼絲繩直徑由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得。
鋼絲繩繞過滑輪尺寸時(shí)要產(chǎn)生橫向變形，故滑輪槽底半徑應(yīng)稍大于鋼絲繩半徑，鋼絲繩直徑小時(shí)R大些，鋼絲繩直徑大時(shí)R取小些。
2. 滑輪的尺寸
滑輪的主要尺寸是換輪直徑D，輪轂寬度B和繩槽尺寸，起重機(jī)常用鑄造滑輪已標(biāo)準(zhǔn)化（ZBJ8006.3—87）?；喗Y(jié)構(gòu)尺寸可按鋼絲繩直徑進(jìn)行選定。
1） 工作滑輪直徑
（2-5）
式中 —按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑（鋼絲繩卷繞直徑）mm;
—鋼絲繩直徑，mm;
—輪繩直徑比。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2—3，根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別，取繩經(jīng)比系數(shù)e=16,則可得
查附表選用滑輪直徑D=280，由附表選用鋼絲繩直徑為d=11mm,滑輪直徑D=280，滑輪軸直徑為D5為80mm的E1滑輪，滑輪標(biāo)記為ZBJ8006.3—87—11×280-80。
2.5 確定卷筒尺寸并驗(yàn)算其強(qiáng)度
1. 卷筒類型及構(gòu)造
卷筒是起升機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。起升機(jī)構(gòu)的卷筒是用來卷繞并儲(chǔ)存鋼絲繩的，卷筒大多用鑄鐵鑄造：大卷筒和單件生產(chǎn)的卷筒，用鋼板焊接。卷筒承受起升載荷的作用，應(yīng)有做狗剛性的底座予以支承，而卷筒的軸應(yīng)該是靜定支承。
根據(jù)鋼絲繩在卷筒卷繞層數(shù)分為單層卷筒和多層卷筒，卷筒材料采用不低于HT20—40的鑄鐵，特殊是可采用ZG25II、ZG35II鑄鋼或3號(hào)鋼板焊成。
2. 卷筒直徑
卷筒直徑的大小直接影響鋼絲繩的彎曲程度，為保證鋼絲繩壽命，卷筒直徑不能太小，卷筒直徑必須大于鋼絲繩直徑的一點(diǎn)倍數(shù)，卷筒直徑一般為：
（2-6）
式中 —卷筒卷繞直徑（鋼絲繩中心所在直徑），mm；
—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲有關(guān)的系數(shù)；
—鋼絲繩直徑，mm。
帶入數(shù)字得
為了適當(dāng)?shù)臏p少卷筒的長(zhǎng)度，則應(yīng)該選用較大直徑的卷筒，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表14—1，選用直徑D=300的卷筒，卷筒槽尺寸由表14—3得t1=14,槽底半徑R=6.7（標(biāo)準(zhǔn)槽）。
3. 卷筒長(zhǎng)度
圖2—3是卷筒的大體形狀及尺寸。
圖2—3 單層繞卷筒長(zhǎng)度
（2-7）
式中 —卷筒上車螺旋槽部分的長(zhǎng)度，；
—無繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)構(gòu)造需要選定，；
—固定鋼絲繩所需要的查長(zhǎng)度，，。
（2-8）
式中 —最大起升高度，；
—滑輪組倍率；
—卷繞計(jì)算直徑，由鋼絲繩中心算起的直徑，；
—為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)，；
—繩槽節(jié)距—。
綜上，帶入數(shù)得：
（2-14）
取。
3. 卷筒壁厚
（ 2-9）
取
5.強(qiáng)度計(jì)算
卷筒壁中承受復(fù)雜的應(yīng)力，包括起升鋼絲繩拉力纏繞而產(chǎn)生的壓應(yīng)力，鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力，根據(jù)分析扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力非常小，可忽略不計(jì)，卷筒壁中的應(yīng)力主要是鋼絲繩在卷筒壁上產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力。而當(dāng)卷筒的長(zhǎng)度小于或等于3倍卷筒直徑，即當(dāng)時(shí)，主要計(jì)算壓應(yīng)力，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力一般不大于壓應(yīng)力的，所以只計(jì)算壓應(yīng)力是合理的，此時(shí)卷筒內(nèi)表面上的最大壓應(yīng)力為
（2-10）
式中 —多層卷繞系數(shù)，該值與鋼絲繩卷繞層數(shù)有關(guān)；
—應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時(shí)對(duì)筒壁有減小作用，一般可取=0.75；
—鋼絲繩中最大靜拉力；
—卷筒壁厚，可按下列初選：
鑄鋼卷筒
鑄鐵卷筒
—卷筒繩槽節(jié)距；
—許用壓應(yīng)力
對(duì) 鋼 （—屈服強(qiáng)度）
對(duì)鑄鐵 （—抗壓強(qiáng)度）
所以
（2-11）
選用灰鑄鐵HT200.最小抗拉強(qiáng)度，許用壓應(yīng)力為
因?yàn)?，所以抗彎?qiáng)度符合要求。
2.6 電動(dòng)機(jī)的選擇
1. 電動(dòng)靜功率的計(jì)算
(2-12）
式中 —起升載荷重量，Kg；
V—物品上升速度（米/分）；
—機(jī)構(gòu)總效率，一般取0.8～0.9。
為了滿足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不過熱要求，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，可按下式初選相應(yīng)于機(jī)構(gòu)的值的電動(dòng)機(jī)功率：
（2-13）
式中 —系數(shù)。
由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表8—10，取，則
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[4]附表6—3選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，選用電動(dòng)機(jī)為YZ系列冶金及起重三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZ132M2—6，電動(dòng)機(jī)工作制為S2（短時(shí)工作制），工作定額為30分，額定功率為4KW，額定轉(zhuǎn)速為915r/min。
2. 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算
電動(dòng)機(jī)工作因?yàn)闇厣l(fā)熱，過高的溫升會(huì)使繞組的絕緣材料加速老化，故需要對(duì)按靜功率選擇的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，以控制電動(dòng)機(jī)溫升在容許的范圍內(nèi)。
按照工作類型系數(shù)法，由《起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例》[9]表2—9可知的等效功率為
（2-14）
的值結(jié)合《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]表8—14和圖8—37得，則
綜合以上的計(jì)算結(jié)果，，所以所選電動(dòng)機(jī)滿足要求。
2.7 驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率
驅(qū)動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
（2-15）
式中 —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
—穩(wěn)定時(shí)卷筒的轉(zhuǎn)速
（2-16）
式中 —滑輪組倍率；
—物品上升速度（米/分）；
所以
實(shí)際起升速度：
誤差：
所以速度與傳動(dòng)比符合要求。
實(shí)際所需等效功率：
（2-17）
，驗(yàn)算合格。
2.8減速器的設(shè)計(jì)
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)到減速器高速軸用聯(lián)軸器連接，其傳動(dòng)比為1。
本設(shè)計(jì)采用二級(jí)圓柱斜齒輪減速器，減速器傳動(dòng)比為20，開式齒輪傳動(dòng)比為2.791.
1. 分配減速器各級(jí)傳動(dòng)比
對(duì)于兩級(jí)圓柱齒輪減速器，一般按齒輪浸油高度要求，即按各級(jí)齒輪直徑相近的條件分配傳動(dòng)比，，所以這里分配的，。
2. 各軸輸入轉(zhuǎn)速
(2-18） 3.各軸輸入功率
（2-19）
其中、、依次為電動(dòng)機(jī)與Ⅰ軸，Ⅱ軸與軸，Ⅲ 軸與3軸間的傳遞效率，所以帶入數(shù)字得
（2-20）
4. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩
其余各軸的輸入轉(zhuǎn)速為
（2-21）
表2-3 各軸的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)
軸 名
功率P（KW）
轉(zhuǎn)矩T（）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
傳動(dòng)比
效率
電機(jī)軸
3.27
915
1
0.96
Ⅰ 軸
3.14
915
5.125
0.96
Ⅱ 軸
3.02
178.54
0.96
3.9
Ⅲ 軸
2.96
45.78
0.99
2.791
卷筒軸
2.82
16.40
0.98
5. 圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1） .選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料。
本設(shè)計(jì)采用斜齒輪。
起重機(jī)為一般機(jī)械，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095—88）。
材料選擇，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)制），硬度為280HBS，大齒輪的材料為45鋼（調(diào)制）硬度為240HBS，二者硬度差為40HBS。
2） 設(shè)起重機(jī)工作壽命為15年，（每年工作300天）每天工作8小時(shí)。
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
3） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10-12）得
第一級(jí)傳動(dòng)
初選小齒輪，大齒輪齒數(shù)，螺旋角。
1） 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
（2-22）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
選取、齒寬系數(shù)、材料的彈性影響系數(shù)、區(qū)域系數(shù)、由圖10-26查得、、所以
許用接觸應(yīng)力
試算小齒輪的分度圓直徑，由計(jì)算公式得
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬及模數(shù)
計(jì)算縱向重合度
計(jì)算縱向重合度。
已知使用系數(shù)，根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載 ；由表10-4查得;由圖10-13查得;由表10-3查得。故載荷系數(shù)
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑
計(jì)算模數(shù)
2）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（2-23）
計(jì)算載荷系數(shù)。
根據(jù)縱向重合度為，由圖查得螺旋角影響系數(shù)為。
計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
由表查得齒形系數(shù) ；
應(yīng)力校正系數(shù) ；
計(jì)算大小齒輪的并加以比較
（2-24）
大齒輪的數(shù)值較大，則
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)大于彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的的發(fā)面模數(shù)，取，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有齒數(shù)。于是由
兩齒輪齒數(shù)最好互質(zhì)，所以。
3）幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算中心距
（2-25）
將中心句圓整為。
按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑
（2-26）
計(jì)算尺寬寬度
圓整后取。
第二級(jí)傳動(dòng)
初選小齒輪，大齒輪齒數(shù)，螺旋角。
2） 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
（2-27）
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
選取、尺寬系數(shù)、材料的彈性影響系數(shù)、區(qū)域系數(shù)、由圖10-26查得、、所以
許用接觸應(yīng)力
試算小齒輪的分度圓直徑，由計(jì)算公式得
計(jì)算圓周速度
計(jì)算齒寬及模數(shù)
計(jì)算縱向重合度
計(jì)算縱向重合度。
已知使用系數(shù)，根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載；由表10-4查得;由圖10-13查得;由表10-3查得。故載荷系數(shù)
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑
計(jì)算模數(shù)
2）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（2-28）
計(jì)算載荷系數(shù)。
根據(jù)縱向重合度為，由圖查得螺旋角影響系數(shù)為。
計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
由表查得齒形系數(shù) ；
應(yīng)力校正系數(shù) ；
計(jì)算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大，則
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)大于彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的的發(fā)面模數(shù)，取，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑來計(jì)算應(yīng)有齒數(shù)。于是由
兩齒輪齒數(shù)最好互質(zhì)，所以。
3）幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算中心距
（2-29）
將中心句圓整為。
按圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。
計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑
計(jì)算尺寬寬度
圓整后取。
6. 軸的設(shè)計(jì)
1）高速軸的設(shè)計(jì)
由已知條件知減速器傳遞的功率為小功率，對(duì)材料五特殊要求，把告訴軸設(shè)計(jì)成齒輪軸，選擇軸的材料為45剛，調(diào)制處理。
求作用在齒輪上的力
由前面計(jì)算可知小齒輪分度圓直徑為，。則可得
（2-30）
初算軸的最小直徑
（2-31）
直徑比較小，考慮到之前計(jì)算的齒輪的分度圓直徑也較小，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成齒輪軸，減速器高速軸外伸軸用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)相連，為使所選直徑與聯(lián)軸器孔 相適應(yīng)，故需考慮聯(lián)軸器型號(hào)，同時(shí)考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，應(yīng)將軸直徑增大5%圓整后，。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取則：
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]選用LT25型帶制動(dòng)輪彈性套柱銷軸聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑，半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，半聯(lián)軸器與軸配合的彀孔長(zhǎng)度。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2-4 高速軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)軸向定位和周向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2段右端需要制出一軸肩，故取2-3段直徑，3-4段為齒輪軸段取直徑，4-5段軸承位置的直徑與2-3段相同。
1-2段半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度，因?yàn)?-3段有軸承端蓋，加上軸承端蓋的距離取1-2段長(zhǎng)度，2-3段和4-5段為軸承的寬度加擋油環(huán)的寬度取，3-4段為高速級(jí)小齒輪的齒寬和低速級(jí)小齒輪的尺寬加上兩個(gè)齒輪之間的距離取10故，，這樣軸的大體尺寸已基本確定，畫出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-4。
根據(jù)2-3段的直徑查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]選擇圓錐滾子軸承30205，其尺寸為，。
軸的支座反力計(jì)算
確定了軸承的位置齒輪的位置及軸承的值，找到了軸承力的作用點(diǎn)求出各段的長(zhǎng)度就可以計(jì)算軸的支座反力。
水平支座反力
（2-32）
帶入各值后可得軸的支反力
鉛垂支座反力
（2-33）
帶入各值后得
其中為軸向力產(chǎn)生的力偶分配到鉛垂面的。
水平面的彎矩
鉛垂面的彎矩
求出軸的水平面彎矩及鉛垂面的彎矩后，根據(jù)彎矩扭矩值畫出軸在水平面和鉛垂面的彎矩扭矩圖如圖2-5所示。
圖2-5 高速軸的水平和垂直彎矩圖
校核軸的強(qiáng)度
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面，（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。所以我們?nèi)∽畲髲澗睾妥畲笈ぞ睾铣尚：恕?
總彎矩
（2-30）
取最大彎矩扭矩帶入后得
由前面已知高速軸的扭矩，則
（2-34）
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得。因此，故安全。
校核軸承和計(jì)算壽命
圓錐滾子軸承30205的基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷。
求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面。
水平面軸承支承反力
鉛垂面軸承支承反力
徑向載荷
（2-35）
求兩軸承受到的軸向力和
對(duì)與圓錐滾子軸承軸承派生軸向力，則
（2-36)
軸承2被放松，只承受本身派生軸向力，軸承1被壓緊，則
求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)?
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]表13-5查表的徑向和軸向載荷系數(shù)為
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13-6,,取。則
（2-37）
代入數(shù)據(jù)得
計(jì)算軸承壽命因?yàn)?，所以按照軸承1的受力大小驗(yàn)算
所以軸承壽命滿足要求。
鍵連接強(qiáng)度的檢核
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接強(qiáng)度條件為
（2-38）
式中 —傳遞的轉(zhuǎn)矩，；
—鍵與輪轂鍵槽的高度，；
—鍵的工作長(zhǎng)度，；
—軸的直徑，；
—鍵、槽、輪轂中最弱材料的許用應(yīng)力。
由表得知，故鍵的強(qiáng)度足夠。
2） 中間軸的設(shè)計(jì)
中間軸已知的參數(shù)；；
選擇軸的材料為45剛，調(diào)制處理。
求作用在齒輪上的力
由前面計(jì)算可知小齒輪分度圓直徑為，。則可得
（2-39）
初算軸的最小直徑
取
（2-40）
考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，應(yīng)將軸直徑增大10%圓整后，。
軸的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
圖2—6 中間軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)齒輪的布置以及軸的軸向和徑向定位要求確定軸的各段長(zhǎng)度和直徑。軸的最小直徑直徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]表6-7選擇圓錐滾子軸承30207，其尺寸為，。在1-2段除了軸承的寬度之外還有軸承擋圈的長(zhǎng)度，取軸承擋圈的長(zhǎng)度為15mm，則可得，因?yàn)橐筝S承與齒輪之間的軸向定位，取，對(duì)于中間軸2-3段的長(zhǎng)度，2-3段為高速級(jí)大齒輪的位置，但是為了軸承擋圈可靠的壓緊齒輪，它的長(zhǎng)度應(yīng)比大齒輪尺寬略小，取，另外齒輪要進(jìn)行軸向定位，根據(jù)軸的直徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]表4-1，選擇平鍵，其尺寸為，取3-4段直徑，。4-5段為低速級(jí)小齒輪的位置，為了滿足軸承擋圈能可靠的壓緊固定它，所以長(zhǎng)度略小于低速級(jí)小齒輪尺寬，取，，至此，軸的各段長(zhǎng)度和直徑已確定好。
軸的支座反力計(jì)算
確定了軸承的位置
齒輪的位置及軸承的值，找到了軸承力的作用點(diǎn)求出各段的長(zhǎng)度就可以計(jì)算軸的支座反力。
水平支座反力
（2-41）
帶入各值后可得軸的支反力
鉛垂支座反力
（2-42）
帶入各值后得
式中
式2-104為高速級(jí)大齒輪和低速級(jí)小齒輪的軸向力分別在軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。
水平面的彎矩
鉛垂面的彎矩
式2-105求出的僅僅是鉛垂力產(chǎn)生的彎矩，下面要校核軸，還要求出它們的最大彎矩相比較。
求出軸的水平面彎矩及鉛垂面的彎矩后，根據(jù)彎矩扭矩值畫出軸在水平面和鉛垂面的彎矩扭矩圖如圖2-7所示。
圖2-7 中間軸的水平彎矩和垂直彎矩圖
軸的校核
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面，（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。所以我們?nèi)∽畲髲澗睾妥畲笈ぞ睾铣尚：恕?
總最大彎矩
（2-43）
取最大彎矩扭矩帶入后得
由前面已知高速軸的扭矩，有兩個(gè)齒輪，按照最保守的方法來校核，取，則
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]查得。因此，故安全。
校核軸承和計(jì)算壽命
圓錐滾子軸承30207的基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷。
求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面。前面已求得軸承的支座反力所以得
（2-44）
求兩軸承受到的軸向力和
對(duì)與圓錐滾子軸承軸承派生軸向力，則
軸承2被放松，只承受本身派生軸向力，軸承1被壓緊，則
求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)?
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]表13-5查表的徑向和軸向載荷系數(shù)為
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13-6,,取。則
（2-45）
代入數(shù)據(jù)得
計(jì)算軸承壽命因?yàn)?，所以按照軸承1的受力大小驗(yàn)算
故軸承壽命符合要求。
鍵連接強(qiáng)度的檢核
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接強(qiáng)度條件為
（2-46）
式中 —傳遞的轉(zhuǎn)矩，；
—鍵與輪轂鍵槽的高度，；
—鍵的工作長(zhǎng)度，；
—軸的直徑，；
—鍵、槽、