16T、跨度16.5m橋式起重機小車運行機構設計【三維PROE】【7張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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Mainly by the mixer, mixing vessel, transmission device, frame, container turnover mechanism etc. This design mainly aims at the vermicelli dough mixer design. First of all, through the vermicelli dough mixing machine structure and principle analysis, this analysis is proposed based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated to select; then, of the main parts were designed and checked. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn pasta dough mixing machine assembly and major parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Key words: noodles, dough mixing machine, mixer, worm 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1.1選題背景及意義 1 1.2橋式起重機的研究現(xiàn)狀 1 1.3橋式起重機的介紹 2 1.3.1橋式起重機的分類 2 1.3.2橋式起重機的組成和特點 5 1.3.3橋式起重機小車 5 第二章 設計方案 9 2.1設計要求 9 2.2小車運行機構的方案設計 10 2.2.1帶有開式齒輪傳動的方案 10 2.2.2全為閉式齒輪的傳動方案 10 2.2.3最終方案確定 12 第三章 小車運行機構的設計 14 3.1車輪、軌道選擇與校核 14 3.1.1 疲勞計算 14 3.1.2 強度校合 15 3.1.3運行阻力的計算 16 3.2 電動機的選用 16 3.2.1 電動機選用 16 3.2.2 驗算電動機發(fā)熱條件 17 3.3 減速器的計算與設計 17 3.3.1 減速器設計 17 3.3.2 減速器各軸的傳遞功率、轉速、轉矩 18 3.3.3 高速級齒輪的計算 19 3.3.4 中速級齒輪的計算 23 3.3.5 低速級齒輪的計算 28 3.3.6 齒輪的結構形式 32 3.3.7 減速器箱體及其附件 32 3.3.8減速器附件設計 33 3.4校核計算 34 3.4.1運行速度和實際所需功率 34 3.4.2驗算起動條件 34 3.4.3按起動工況校核減速器功率 35 3.4.4起動不打滑條件 36 3.5 制動輪的設計 36 3.6 聯(lián)軸器及制動器選擇 37 3.6.1高速軸聯(lián)軸器及制動器 37 3.6.2低速軸聯(lián)軸器的選用 38 3.7 驗算低速浮動軸強度 38 3.7.1 疲勞驗算 38 3.7.2 靜強度計算 39 第四章 小車車架的設計 41 4.1小車架結構及型式選擇 41 4.2 箱形梁的校核 42 4.2.1 橫梁的強度計算 42 4.2.2 縱梁的扭轉計算 44 結 論 46 參考文獻 47 致 謝 48 附錄： 49 58 第一章 緒 論 1.1選題背景及意義 起重機械用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備，它可以完成靠人力無法完成的物料搬運工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，在工廠、礦山、車站、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個領域部門中得到了廣泛的使用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，特別是現(xiàn)代化、專業(yè)化的要求，各種專門用途的起重機相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，它不僅是生產(chǎn)過程中的輔助機械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)線上不可缺少的重要機械設備，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟建設起著積極的促進作用。起重機械是起升，搬運物料及產(chǎn)品的機械工具。起重機械對于提高工程機械各生產(chǎn)部門的機械化，縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本，起著非常重要的作用 在高層建筑、冶金、華工及電站等的建設施工中，需要吊裝和搬運的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運重量達幾百噸。因此必須選用一些大型起重機進行吊裝工作。通常采用的大型起重機有龍門起重機、門座式起重機、塔式起重機、履帶起重機、輪式起重機以及在廠房內裝置的橋式起重機等。 在道路，橋梁和水利電力等建設施工中，起重機的使用范圍更是極為廣泛。無論是裝卸設備器材，吊裝廠房構件，安裝電站設備，吊運澆注混凝土、模板，開挖廢渣及其他建筑材料等，均須使用起重機械。尤其是水電工程施工，不但工程規(guī)模浩大，而且地理條件特殊，施工季節(jié)性強、工程本身又很復雜，需要吊裝搬運的設備、建筑材料量大品種多，所需要的起重機數(shù)量和種類就更多。在電站廠房及水工建筑物上也安裝各種類型的起重機，供檢修機組、起閉雜們及起吊攔污柵之用。 在這些起重機中，橋式起重機是生產(chǎn)批量最大，材料消耗最多的一種。由于這種起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，因而受到用戶的歡迎，得到很大的發(fā)展。 1.2橋式起重機的研究現(xiàn)狀 目前，在工程起重機械領域，歐洲、美國和日本處于領先地位。歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，輪式起重機生產(chǎn)技術水平最高。該地區(qū)的工程起重機械業(yè)主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機和緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中，全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術先進、性能高、可靠性高，產(chǎn)品銷往全球。 美國工程起重機行業(yè)的技術水平相對落后于歐洲。不過近年來，美國工程起重機械業(yè)通過收購和合并手段，得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克公司，特點是技術較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術和全路面技術領先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美洲地區(qū)和亞太地區(qū)。 日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟強國，輪式起重機開發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀70年代），但是發(fā)展速度很快，很受亞太市場歡迎。此外，日本還通過收購手段更新生產(chǎn)技術。如日本多田野通過收購德國法恩底盤公司，發(fā)展全路面技術。日本工程起重機械業(yè)主要生產(chǎn)汽車起重機、履帶起重機、越野輪胎起重機和全路面起重機。其中，越野輪胎起重機的產(chǎn)量最大，汽車起重機的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢，全路面起重機的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢。主要生產(chǎn)企業(yè)包括多田野、加藤、神鋼、日立和小松等。產(chǎn)品特點是技術水平和性能較高，但可靠性落后于歐美。 隨著我國經(jīng)濟建設步伐的加快，生產(chǎn)和生活各個領域的建設規(guī)模的逐年擴大，也促進了施工機械化程度的迅速提高。先進的施工機械已成為加快施工速度，保證工程質量和降低成本的物質保證。起重機行業(yè)也因此得到了很大的發(fā)展。為促進社會主義建設事業(yè)的發(fā)展，提高勞動生產(chǎn)率，充分發(fā)揮其中運輸機械的作用是具有重要意義的。 1.3橋式起重機的介紹 1.3.1橋式起重機的分類 （1）通用橋式起重機 通用橋式起重機是指在一般環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機。以下類型的起重機都屬于通用橋式起重機。 ①通用吊鉤橋式起重機 通用吊鉤橋式起重機由金屬結構、大車運行機構、小車運行機構、起升機構、電器及控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構；16t以上的則多為主、副兩個起升機構。這類起重機能在大多數(shù)作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設備。 ②電磁橋式起重機 電磁橋式起重機的基本構造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。 ③抓斗橋式起重機 抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別連接抓斗起升、起升機構、開閉機構。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構以外，其結構部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。 ④兩用橋式起重機 兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在1臺小車上設有兩套各處獨立的起升機構，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。 ⑤三用橋式起重機 三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛1個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式起重機。 ⑥雙小車橋式起重機 這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是在橋架上裝有2臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。 （2）專用橋式起重機 ①冶金橋式起重機 冶金橋式起重機根據(jù)用途可以劃分為不同的類型，主要結構基本與通用吊鉤橋式起重機相同，取物裝置多為專用。主要用于冶金車間的吊運作業(yè)，其起重量很大，最大的可達到數(shù)百噸。 ②絕緣吊鉤橋式起重機 這種起重機結構形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是為了防止工作過程中帶電設備的電流可經(jīng)過被吊物傳到起重機上，危及司機安全，故要求在吊鉤組、小車架、小車輪上設置3道絕緣裝置。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。 ③防爆吊鉤橋式起重機 這種起重機的結構形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是所用的整套電氣設置具有防爆性能。與鋼軌接觸的運行車輪要采用不易產(chǎn)生摩擦火花的材料制作，以防止在起重機使用中產(chǎn)生火花引起爆炸或燃燒事故。主要用于具有易燃易爆物的車間、庫房或其他場所。目前產(chǎn)品規(guī)格較多。 （3）電動葫蘆型橋式起重機 其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構，小車運行、大車運行等機構的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產(chǎn)品電動葫蘆配套，而且對廠房等建筑物的壓力較小，建筑和使用經(jīng)濟性都較好。 ①電動梁式起重機 其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運行，跨度小時直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成的組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁，也可以是兩根主梁，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上。 ②電動葫蘆橋式起重機 其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構，小車運行機構也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應性。 圖1.1 橋式類型起重機的大致分類 1.3.2橋式起重機的組成和特點 取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機，稱為“橋架型起重機”。 橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式起重機”。 橋式起重機一般由裝有大車運行機構的橋架、裝有起升機構和小車運行機構的起重小車、電氣設備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構用來將起重小車和物品作縱向移動。 橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎上派生發(fā)展出來的。 1.3.3橋式起重機小車 橋式起重機小車主要由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成；另外還有一些安全防護裝置。 橋式起重機的小車（圖2.3）主要具有下列特征： 1）運行機構由獨立的部件構成。這些部件間選用聯(lián)軸器聯(lián)接起來。齒輪聯(lián)軸器補償了轉軸中心線的偏差和歪斜，這些偏差和歪斜是由于制造與安裝不精確，以及小車架變形而發(fā)生彼此位移所引起的。由于選用了分組的獨立部件，因此使機構的裝拆方便。 2）在設計機構和小車架的時候，遵循通用化、標準化和系列化的原則。這使零部件的互換性得到了保證，大大的降低了制造和使用維護起重機的費用，并使所需零件和部件的備品量縮減到最少。 圖1-1 橋式起重機小車構造圖 1-墊板；2-從動車輪組；3-主動車輪組；4-減速器；5、6-起升及運行機構 3）小車的車架用鋼板焊接而成。在車架上焊有墊板1（圖1-1），電動機、減速器、制動器和可拆卸的軸承等均安裝在墊板上。為了簡化車架的加工，墊板的加工面盡量布置在同一水平或垂直面上。 4）運行機構選用減速器式的傳動裝置，僅在起重量較大、傳動比高時，低速級才選用一級開式齒輪減速，而高速級仍選用減速器傳動。 5）所有機構中均選用滾動軸承。車輪和卷筒安裝在轉軸和轉動的心軸上。通常情況下，從動車輪安裝在轉動心軸上（帶有兩個角形軸承箱）。而主動車輪安裝在獨立轉軸上（帶有兩個角形軸承箱），它與減速器的輸出軸端用聯(lián)軸器相連接。因此，車輪可與其軸承箱一同從軌道上推出。減速器（圖1-1中4）也可單獨的拆裝。 6）過去都選用短行程或長行程交流電磁鐵、彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重墜上閘的長行程電磁鐵制動器幾乎不再使用。近年來趨向用制動性能良好的電動液壓推桿和電磁液壓推桿式制動器來取代上述制動器。要求制動平穩(wěn)和容易得到直流電源的地方，還可應用直流電磁鐵制動器。 為了使部件方便裝拆，通常，將齒輪聯(lián)軸器與制動輪做成一個部件（圖1-2中5）。但根據(jù)機構布置需要，也可以將制動輪作成獨立的零件來安裝（圖1-2中6）。 7）制造起重機時，由于零件熱處理得到了廣泛的應用，大大地提高了零件表面的耐磨性，延長了它們的使用壽命。 8）為了簡化起重機機構的維護工作，軸承的潤滑最好選用集中潤滑系統(tǒng)。 起重小車除有運行機構和小車架外，還必須有必要的安全保護裝置：如欄桿、限位開關、排障板、、撞尺和緩沖器等。其具體要求分述如下： ①欄桿和排障板：欄桿用于保護維修人員的操作安全。它設置在與小車軌道垂直的小車臺邊緣上。為便于小車維修人員上下，在小車的另外兩邊則不設欄桿。欄桿可用角鋼（L50）或鋼管制作，高度不低于800mm。 排障板裝在小車架端梁兩端的車輪外邊，用于推開小車軌道上可能有的障礙物，以利于小車運行。 ②限位開關：用于限制吊鉤和小車架極限位置。在起升機構中，墜重式限位開關裝在小車平臺上卷筒的旁邊，用于限制吊鉤向上位置，使其不能碰到小車架上。如圖1-2a限位開關的盒體伸出一個短軸，軸上固定有帶重塊的杠桿1，其另一端用鋼繩懸掛一個墜重2保持平衡。圖1-2b將墜重固定在一連桿3上，吊鉤組上升到極限位置時，撞上連桿使其繞一端固定鉸擺動并抬起固定其上的墜重，使開關動作，電動機斷電。后一種布置方式使限位開關在小車臺面上的位置選擇較為靈活些。墜重上裝有一個套環(huán)3，此套環(huán)在起重鋼絲繩的一個分支外面，并不妨礙鋼絲繩上下移動。當?shù)蹉^組上升到允許的最高位置時，固定在吊鉤組上的擋板4就將墜重2抬起，使懸掛它的鋼繩松弛，此時，杠桿1在另一端重塊作用下轉動約30o，因此使開關盒內的電路觸點斷開，起升機構電動機斷電停止，吊鉤組不再上升。由于接線關系，這時吊鉤組只能向下降方向運動。 圖1-2 起升和小車運行機構的限位關系 上述兩種布置方式所用的墜重作用式限位開關，這種裝置方式較為笨重。另一種限位開關為螺旋式限位開關，它安裝在卷筒軸的一端，利用絲桿和螺母的相對運動來控制電路的觸點閉合，限位開關就通過卷筒的旋轉間接地控制了吊鉤組上升的極限位置。 無論是哪一種限位開關，吊鉤組上升的極限位置應該與卷筒或定滑輪之間保持一定的距離。 小車運行機構的行程限位開關一共有兩個，它們安裝在起重機橋梁主梁的兩端，位于小車的一根軌道外側的主梁上蓋板上。在小車架相應的端梁外側固定著一根用角鋼彎折的撞尺（圖1-2b中6）。當小車運行至極限位置時，撞尺壓迫限位開關的搖柄轉動30o，使開關盒內的觸點斷開，運行機構的電動機斷電，此時電動機只能作反向起動。 考慮到小車撞尺觸及限位開關使電機斷電并制動后，小車行程限位開關的位置要安裝適當，小車還要走一段制動行程。因此，開關要安裝在小車緩沖器相碰的擋鐵前邊一段距離。 ③緩沖器與擋鐵：用于阻止小車越軌和減少其所受沖擊，吸收小車與擋鐵相撞時的動能。常用的小車緩沖器是安裝在小車架上（圖1-2b中5），而擋鐵則裝在橋架主梁的兩端；有些則將緩沖器和擋鐵的位置反過來安裝。 橋式起重機小車運行機構構成： 橋式起重機小車運行機構是由減速器、電動機、車輪組、制動器、傳動軸以及其他附件所組成。 小車運行機構的傳動方式分為兩種一種是減速器是小車車驅動輪之間的定位，另一種是一邊的減速器在車上。第一種小車傳動方式的優(yōu)點是小車兩邊的減速器輸出軸和傳動軸的扭矩是均勻的。第二種傳動方式的優(yōu)點是安裝和維護更方便，缺點是起動時有軌電車覺得扭曲現(xiàn)象。 第二章 設計方案 2.1設計要求 本次起重機設計的主要參數(shù)要求如下： 16T、跨度16.5m，小車軌距3m，起升高度16m，工作級別A5/A6，主起升速度(M5) 8m/min，大車運行速度(M5) 63m/min，小車運行速度(M5) 32m/min，最大輪壓160kN，參考鋼軌P43。 設計小車的基本原則和要求: 在設計橋式起重機小車時，必須力求滿足以下幾方面的要求： 1)整合起重機與廠房建筑物的配合，以及小車與橋架的配合要適當。小車與橋架購互相配合，主要在于：小車軌炬(車輪中心平面間的水平距離)和橋架上的小車軌炬應相同；其次在于：小車上的緩沖器與橋架上的擋鐵位置要配合好，小車上的撞尺尺和橋架上的行程限位開關要配合恰當。小車的平面布置愈緊湊，小車愈能跑到靠近橋架的兩端，起重機工作范圍也就愈大。小車的高度小，相應地可使起重機的高度減小，從而降低f廠房建筑物的高度。 2)小車上機構的布置及同一機構中各零部件間的配合要求適當。起升機構和小車運行機構在小車平面上的布置要合理，二者之間的炬寓不應太小，否則維修不便，或造成小車架難以設計；但也不應太大，否則小車就不緊湊。 3)小車車輪的輪壓分布要求均勻。如能滿足這個要求，則可以獲得最小的車輪、軸及軸承箱的尺寸，并且使起重機橋架主梁上受到均勻的載荷。一般最大輪壓不吵過平均輪壓的20%。 4)小車架上的機構與小車架配合要適當。為使小車上的起升、運行機構與小車架配合得好，要求二者之間的配合尺寸相符；聯(lián)接零件選擇適當和安裝方便。在設計原則上，要以機構為主，盡量用小車架去配合機構；同時機構的布置也要盡量使鋼結構的設計制造方便。因為小車架是為了安置與支承起升機構和小車運行機構的，所以小車架要按照起升和運行機構的要求設計，但在不影響機構工作的條件下，機構的布置也應配合小車架的設計，使其構造簡單、合理和便于制造。 5)盡量選用標準零部件，以提高設計與制造的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 6)小車各部分的設計應考慮制造、安裝和維護檢修方便，盡可能保證各部件拆下修理時而不需移動鄰近的部件。 以上所述，機械與建筑物的配合、機構與小車架的配合、機構的布置以及制造安裝與維修等方面的要求，不僅是設計小車的基本要求，也是設計其它機械的基本要求。至于輪壓分布要求均勻，則是設計起重機小車的特殊要求，應予以充分注意。 2.2小車運行機構的方案設計 對于具有四個車輪其中半數(shù)為主動輪的小車運行機概其傳動方案可分為兩大區(qū)：即帶有開式齒輪傳動的和全部為閉式齒輪傳動的。 2.2.1帶有開式齒輪傳動的方案 在這種方案的運行機構中，傳動的高速級封閉在箱殼內用油浴潤滑，而低速級選用的是開式齒輪。圖2.1a中開式大齒輪做成齒圈式，分別用螺栓固定在兩個主動車輪的輪輻上，并與車輪一起繞固定的車輪心軸旋轉。這種傳動方案，經(jīng)實際使用證明，雖然在繁重工作的條件下也能滿足要求，具有足夠的可靠性，但車輪的裝拆檢修不便。圖2.1b所示傳動方案中的大齒輪與車輪裝在一根轉軸上。這種方案的優(yōu)點是結構簡單，可以很方便地檢修車輪與軸承。缺點是大齒輪的支點距離較大，影響齒輪的正常嚙合。 在上述兩傳動方案中，由于開式齒輪、輪齒的磨損嚴重，因此，一般用途的橋式起重機小車運行機構，大多選用閉式齒輪傳動。 圖2.1具有開式齒輪傳動的小車運行機構 1-電動機 2-制動器 3-聯(lián)軸器 4-減速器 5-開式齒輪 6-車輪 2.2.2全為閉式齒輪的傳動方案 全部為閉式齒輪傳動方案如圖2.2和圖2.3所示。這種方案的運行機構由電動機1、制動器2、ZSC型立式減速器3、車輪4、半齒聯(lián)軸器5、浮動軸6和全齒聯(lián)軸器7等組成。在這些方案中，由于齒輪的維護保養(yǎng)條件好，齒輪傳動構成獨立的減速器部件，因此機構的裝拆分組性較好。 圖2.1a和b為減速器裝在小車旁邊的型式。這種方案，安裝和維護減速器的工人可在橋架走臺上工作，較為安全便利；但缺點是減速器與靠近的一個車輪之間的把矩較大一—等于全部輸出扭矩，所需軸徑也較大。在方案a中，處在減速器與車輪驅動軸之間的聯(lián)軸器8，由于間隔很小，難于選擇合適和可靠的結構(例如過去曾選用的十字溝槽聯(lián)軸器，容易從構榴過渡處出現(xiàn)裂紋而損壞)。 在方案b中，車輪傳動軸為一根通軸，沒有聯(lián)軸器5。兩個車輪懸臂支承在軸承的外側。因此結構簡化，重量也相應的減輕。同時，由于空出了軸承7的位置，減速器出軸與車輪軸之間的間隔增大，可以選用較長的齒輪聯(lián)軸器，從而也就增加了機構工作的可靠性。但應指出，在這種方案中，要求在小車架安裝軸承處進行加工，以保證車輪軸線有足夠的平行和準確，因此要求具有較高的制造工藝水平。 圖2.2a和b為減速器在兩車輪中間的型式。在這種方案中，傳動軸所受的扭矩較小——每邊軸的扭矩是減速器出軸扭矩的一半。減速器出軸與車輪軸之間可選用半齒聯(lián)軸器 5和浮動軸6聯(lián)接(二根浮動軸可以等長，也可以不等長)，或用一個全齒聯(lián)軸器7和—根浮動軸6聯(lián)接。由于安裝的偏差允許稍大一些，因而安裝方便。這種方案的缺點是由于機構中的車輪軸承(4個)和聯(lián)軸器(圖a為4個，圖b為3個)較多，因而使運行機構顯得比較復雜和笨重，制造成本比較高。一般，起重量10噸以上的橋式起重機小車都選用這種方案。 圖2.3中a、b兩種方案的不同點，主要在于電動機與減速器入軸的聯(lián)接方式不同：a方案是直接聯(lián)接，b方案中間加了一浮動軸。它們的特點已在起升機構的傳動方案中介紹了，這里不再重復。選擇時，如小車軌距稍寬，應盡量利用方案b，因其對加工、安裝不準確和小車架變形的補償作用較大，有利于機構的運轉。 在小車運行機構中，考慮到制動時高速浮動軸能起一部分緩沖的作用，因此，制動器的位置多裝在員電動機出軸端的半聯(lián)軸器上(圖2.3b)，也可以將制動輪單獨裝在減速器另一個出軸端上。在圖2.3a中帶制動輪聯(lián)軸器應該選用全齒式帶制動輪的聯(lián)軸器，或帶制動輪的彈性注銷或尼龍拴銷聯(lián)軸器。 圖2.2 減速器裝在小車旁側的運行機構 1-電動機 2-制動器 3-立式減速器 4-車輪 5-半齒輪聯(lián)軸器 6-浮動 軸 7-全齒輪聯(lián)軸器 8-十字溝槽聯(lián)軸器 圖2.3 減速器裝在小車中間的運行機構 1-電動機 2-制動器 3-立式減速器 4-車輪 5-半齒輪聯(lián)軸器 6-浮動軸 7-全齒輪聯(lián)軸器 2.2.3最終方案確定 經(jīng)過比較，最終選擇下圖的傳動方案： 圖2.4小車運行機構傳動簡圖 1、電動機 2、制動器 3、減速器 4、車輪 5聯(lián)軸器 6浮動軸 7聯(lián)軸器 本方案傳動軸所受的扭矩較小，每邊軸的扭矩是減速器輸出軸扭矩的一半。減速器輸出軸與車輪軸之間的聯(lián)接采用了半齒聯(lián)軸器5和浮動軸6，因而便于安裝，且允許有較大的安裝誤差。由于齒輪的維護保養(yǎng)條件好，齒輪傳動構成獨立的減速器部件，因而機構的拆裝分組性好。但這種方案中，車輪軸承和聯(lián)軸器不可避免增多會使運行機構的結構復雜化，造成制造難度加大。 第三章 小車運行機構的設計 3.1車輪、軌道選擇與校核 車輪的最大輪壓Q，小車自重為。假定輪壓均布： （3-1） 載荷率 （3-2） 由[2]表19-6選擇車輪：當運行速度，，工作類型為中級時，車輪直徑，軌道為的許用輪壓為，故可用。 3.1.1 疲勞計算 疲勞計算時的等效載荷： （3-3） 式中 ————等效系數(shù)，由表3-1查得： 表3-1 等效系數(shù)值 系數(shù) 機構名稱 零件名稱及位置 工作類型 所有機構 電動機至驅動器區(qū)段 輕級 中級 重級 特重級 起升、非平衡變幅機構 制動器以后區(qū)段 2.0 2.0 2.0 2.0 運行、旋轉、平衡變幅機構 1.0 1.1 1.2 1.3 1.2 1.4 1.5 1.6 支承零件 運行裝置、支承旋轉模型 0.5 0.6 0,75 0.85 金屬結構 焊接板結構和鉚接結構 — 0.75 0.85 0.9 焊接桁架結構 — 0.7 0.8 0.85 車輪的計算輪壓： (3-4) 式中 ； —小車車輪等效輪壓； —沖擊系數(shù)，由表3-2，第一種載荷，當運行速度時，； 表3-2 沖擊系數(shù)值 運行速度m/s <1.0 1.0~1.5 1.6~3.0 >3.0 k 1.0 1.1 1.2 1.3 注：1.對于無接縫軌道，或裝設彈簧減速裝置的運行機構，則可將表中所列k值的小數(shù)部分減少一半； 2.對第II類載荷計算時；第I類載荷計算時。 —載荷變化系數(shù)，查[1]表5-3，當時，。 根據(jù)點接觸情況計算疲勞應力： (3-5) 式中 —軌頂弧形半徑，由文獻[7]表2-31查得。 對于車輪材料ZG55II，由[1]表5-4查得接觸許用應力，因此，，疲勞計算通過。 3.1.2 強度校合 最大計算輪壓： (3-6) 式中 ——沖擊系數(shù)，由表3-2第II類載荷當運行速度時，。 點接觸時進行強度校核的接觸應力： 車輪材料用ZG55II，由[1]表5-4查得：，，強度校核通過。 3.1.3運行阻力的計算 摩擦總阻力矩： (3-7) 由[2]表19-4知車輪的軸承型號為7518，軸承內徑和外徑的平均值；由文獻[1]表7-1~7-3查得：滾動摩擦系數(shù)，軸承摩擦系數(shù)，附加阻力系數(shù)，代入式得 滿載時運行阻力矩： (3-8) 運行摩擦阻力： (3-9) 當空載時： (3-10) 運行摩擦阻力： (3-11) 3.2 電動機的選用 3.2.1 電動機選用 電動機靜功率： (3-12) 式中 —滿載時靜功率; —機構傳動效率； —驅動電動機臺數(shù)。 初選電動機功率： (3-13) 式中 —電動機功率增大系數(shù)，由參考文獻[1]中表7-6查得：。 查[2]表中33-6，選用電動機-6。，，，電機重量。 3.2.2 驗算電動機發(fā)熱條件 等效功率： (3-14) 式中 G由文獻[2]表7-11查得小車運行機構其可取0.8； 由此可知，故初選電動機發(fā)熱條件通過。 3.3 減速器的計算與設計 3.3.1 減速器設計 a、速比 車輪的踏面直徑 減速器速比 b、選用減速器功率 減速器數(shù)量 等效系數(shù) 減速器傳動比的分配： 由于減速器選用的是三級斜齒圓柱立式減速器，所以傳動比的分配為：。令， 計算得到：，， 表3-3 總傳動比及其分配 總傳動比 高速級齒輪傳動傳動比 中速級齒輪傳動傳動比 低速級齒輪傳動傳動比 100 6.042 4.648 3.575 3.3.2 減速器各軸的傳遞功率、轉速、轉矩 轉動慣量 （1）各軸的輸入功率 （2）各軸的轉速 （3）各軸的輸入扭矩 3.3.3 高速級齒輪的計算 ，，， 材料：大小齒輪選用的材料為，并經(jīng)過調質和表面淬火，硬度為 閉式傳動，精度7級，初選材料螺旋角使用期6年，每年工作300天，每天8小時。 1、選用小齒輪齒數(shù)，得，取。 2、由公式 ①試選載荷系數(shù)。 ②小齒輪傳遞扭矩。 ③由表10.7[5]取齒寬系數(shù)。 ④由表10.6[5]查得，材料的彈性影響系數(shù)。 ⑤由圖10.30[5]選取區(qū)域系數(shù)。 ⑥由圖10.26[5]查得 ⑦由圖10.21e[5]查得，大小齒輪。 ⑧應力循環(huán)系數(shù) ⑨由圖10.19[5]查得接觸疲勞壽命系數(shù) ⑩計算疲勞許用應力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1。 許用接觸應力 ，取 （2）計算 ① = ②計算圓周速度 ③計算齒寬及模數(shù) ④計算載荷系數(shù) 查表10.2[5]得 根據(jù)，7級精度，由圖10.8[5]查得動載系數(shù) 由表10.4[5]查得，6級精度 考慮齒輪為7級精度，取 由圖10.13[5]查得 假設 ，由表10.3[5]查得 ⑤計算縱向重合度 ⑥= ⑦計算模數(shù) (3)按齒輪彎曲強度計算 ①計算載荷系數(shù) ②根據(jù)縱向重合度，從圖10.28[5]查得螺旋角影響系數(shù) ③計算當量齒數(shù) ④查取齒形系數(shù)由表10.5[5]查得 查取應力校正系數(shù)由表10.5[5]查得 ⑤計算彎曲疲勞許用應力 由圖10.20d[5]查得 由圖10.18[5]查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 ⑦計算大小齒輪的 ，并加以比較。 小齒輪的數(shù)值大 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值，取分度圓直徑 。 取 取 （4）幾何尺寸計算 ①計算中心距 取 ②按圓整后中心距修正螺旋角 角改變不多，故參數(shù)不必修正。 ③計算大小齒輪的分度圓直徑 ④計算齒寬 圓整后 驗算 所以，滿足齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度。 3.3.4 中速級齒輪的計算 ，，， 材料：大小齒輪選用的材料為，并經(jīng)過調質和表面淬火，硬度為 閉式傳動，精度7級，初選材料螺旋角使用期6年，每年工作300天，每天8小時。 1、選用小齒輪齒數(shù)，得，取 2、由公式 ①試選載荷系數(shù)。 ②小齒輪傳遞扭矩。 ③由表10.7[5]取齒寬系數(shù)。 ④由表10.6[5]查得，材料的彈性影響系數(shù)。 ⑤由圖10.30[5]選取區(qū)域系數(shù)。 ⑥由圖10.26[5]查得 ⑦由圖10.21e[5]查得，大小齒輪 ⑧應用循環(huán)系數(shù) ⑨由圖10.19[5]查得接觸疲勞壽命系數(shù) ⑩計算疲勞許用應力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1 許用接觸應力 ，取 （2）計算 ① ②計算圓周速度 ③計算齒寬及模數(shù) ④計算載荷系數(shù) 查表10.2[5]得 根據(jù)，7級精度，由圖10.8[5]查得動載系數(shù) 由表10.4[5]查得，6級精度 考慮齒輪為7級精度，取 由圖10.13[5]查得 假設 ，由表10.3[5]查得 ⑤計算縱向重合度 ⑥ ⑦計算模數(shù) (3)按齒輪彎曲強度計算 ①計算載荷系數(shù) ②根據(jù)縱向重合度，從圖10.28[5]查得螺旋角影響系數(shù) ③計算當量齒數(shù) ④查取齒形系數(shù)由表10.5[5]查得 查取應力校正系數(shù)由表10.5[5]查得 ⑤計算彎曲疲勞許用應力 由圖10.20e[5]查得 由圖10.18[5]查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 ⑦計算大小齒輪的 ，并加以比較。 小齒輪的數(shù)值大 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值，取分度圓直徑 。 取 取 （4）幾何尺寸計算 ①計算中心距 取 ②按圓整后中心距修正螺旋角 角改變不多，故參數(shù)不必修正。 ③計算大小齒輪的分度圓直徑 ④計算齒寬 圓整后 驗算 所以，滿足齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度。 3.3.5 低速級齒輪的計算 ，，， 材料：大小齒輪選用的材料為，并經(jīng)過調質和表面淬火，硬度為閉式傳動，精度7級，初選材料螺旋角使用期6年，每年工作300天，每天8小時。 1、選用小齒輪齒數(shù)，得，取 2、由公式 ①試選載荷系數(shù) ②小齒輪傳遞扭矩 ③由表10.7[5]取齒寬系數(shù) ④由表10.6[5]查得，材料的彈性影響系數(shù) ⑤由圖10.30[5]選取區(qū)域系數(shù) ⑥由圖10.26[5]查得 ⑦由圖10.21e[5]查得，大小齒輪 ⑧應力循環(huán)系數(shù) ⑨由圖10.19[5]查得接觸疲勞壽命系數(shù) ⑩計算疲勞許用應力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1 許用接觸應力 ，取 (2)計算 ① ②計算圓周速度 ③計算齒寬及模數(shù) ④計算載荷系數(shù) 查表10.2[5]得 根據(jù)，7級精度，由圖10.8[5]查得動載系數(shù) 由表10.4[5]查得，6級精度 考慮齒輪為7級精度，取 由圖10.13[5]查得 假設 ，由表10.3[5]查得 ⑤計算縱向重合度 ⑥ ⑦計算模數(shù) (3)按齒輪彎曲強度計算 ①計算載荷系數(shù) ②根據(jù)縱向重合度，從圖10.28[5]查得螺旋角影響系數(shù) ③計算當量齒數(shù) ④查取齒形系數(shù)由表10.5[5]查得 查取應力校正系數(shù)由表10.5[5]查得 ⑤計算彎曲疲勞許用應力 由圖10.20e[5]查得 由圖10.18[5]查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 ⑦計算大小齒輪的 ，并加以比較。 小齒輪的數(shù)值大 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大，取標準值，取分度圓直徑 。 取 取 (4)幾何尺寸計算 ①計算中心距 取 ②按圓整后中心距修正螺旋角 角改變不多，故參數(shù)不必修正。 ③計算大小齒輪的分度圓直徑 ④計算齒寬 圓整后 驗算 所以，滿足齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度。 3.3.6 齒輪的結構形式 小齒輪 齒輪軸—直徑較小的鋼質齒輪，當齒根圓直徑與軸徑接近時，可以將齒輪和軸做成一體，成為齒輪軸。 大齒輪 腹板式—頂圓直徑的齒輪可以是鍛造的或鑄造的，通常選用腹板式結構。 3.3.7 減速器箱體及其附件 減速器箱體多選用剖分式結構。剖分式箱體由箱座與箱蓋兩部分組成，用螺栓聯(lián)接起來構成一個整體。剖分面與減速器內傳動件軸心線平面重合，有利于軸系部件的安裝和拆卸。剖分結合面必須有一定的寬度，并且要求仔細加工。為了保證箱體的剛度，在軸承座處設有加強肋。箱體底座要有一定的寬度和厚度，以保證安裝穩(wěn)定性與剛度。 減速器箱體一半多用HT150、HT200制造。鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，成本低。 3.3.8減速器附件設計 （1）窺視孔和視孔蓋 窺視孔應設在箱蓋頂部能夠看到齒輪嚙合區(qū)的位置，其大小以手能伸入箱體進行檢查操作為宜。窺視孔處應設計凸臺以便于加工。視孔蓋可用螺釘緊固在凸臺上，并應考慮密封。 （2）油面指示器 油面指示器應設置在便于觀察且油面較穩(wěn)定的部位，如低速軸部位。油標尺的結構簡單，在減速器中較常選用。油標尺上有表示最高及最低油面的刻線。裝有隔離套的油尺，可以減輕油攪動的影響。油標尺安裝位置不能太低，以避免油溢出油標尺座孔。 （3）放油孔和螺塞 放油孔應設置在油池的最低處，平時用螺塞堵住。選用圓柱螺塞時，箱座上裝螺塞處應設置凸臺，并加封油墊片。放油孔不能高于油池底面，以避免油排不凈。 （4）通氣器 通氣器應設置在箱蓋頂部或視孔蓋上。較完善的通氣器內部制成一定曲路，并設置金屬網(wǎng)。選擇通氣器類型時應考慮器對環(huán)境的適應性，其規(guī)格尺寸應與減速器大小相適應。 （5）定位銷 常選用圓錐銷做定位銷。兩定位銷間的距離越遠越可靠，因此，通常將其設置在箱體凸緣的對角處，并應作非對稱布置。定位銷車輪轉速： (3-15) 機構傳動比： (3-16) 查[2]表21-16選用ZSC—400減速器，，（當輸入軸轉速為1000rpm）可見。 3.4校核計算 3.4.1運行速度和實際所需功率 (1)實際運行速度 實際運行速度： (3-17) 誤差： 合適 (3-18) (2)實際所需等效功率 (3-19) 所選電動機與減速器均合適。 3.4.2驗算起動條件 起動時間： (3-20) 式中 ； 驅動電機臺數(shù)； (3-21) 滿載運行時折算到電動機軸上的運行靜阻力矩： (3-22) 空載運行時折算到電動機軸上的運行靜阻力矩： (3-23) 初步估算制動輪和聯(lián)軸器的飛輪矩： (3-24) 機構總飛輪矩： (3-25) (1) 滿載起動時間： (3-26) (2) 無載荷起動時間： (3-27) 由文獻[1]表7-6查得，當時，[]推薦值為，[]故所選項電動機能滿足要求。 3.4.3按起動工況校核減速器功率 起動狀況減速器傳動的功率： (3-28) 式中 (3-29) —運行機構中同一級傳動的減速器個數(shù)，。 因此 (3-30) 所用減速器的，如改選用大一號，則中心距將由400增至600mm，相差太大，考慮到減速器有一定的過載能力（如），故不再變動。 3.4.4起動不打滑條件 因室內使用，故不計風及坡阻力矩，只驗算空載及滿載起動時兩種工況。空載起動時，主動車輪配軌道接觸處的圓周切向力： (3-31) 車輪與軌道的粘著力： ，故可能打滑。解決辦法是在空載起動增大起動電阻，延長起動時間。 滿載起動時，主動車辦與軌道接觸處的圓周切向力： (3-32) 車輪與軌道的粘著力： (3-33) 故滿載起動時不會打滑，因此所選項電動機合適。 3.5 制動輪的設計 由[1]查得，對于小車運行機構制動時間取，因此，所需制動轉矩： (3-34) 由[7]表23-25選用YWZ200/25制動器，額定制動力矩。 考慮到所取制動時間與起動時間接近，故略去制動不打滑條件驗算。 3.6 聯(lián)軸器及制動器選擇 3.6.1高速軸聯(lián)軸器及制動器 高速軸聯(lián)軸器計算轉矩，由文獻[1] 式： (3-35) 式中 φ=2—等效系數(shù)，由表,3-1查得； —安全系數(shù)，由表3-3查得； —相應于機構JC％值的電動機額定力矩折算到高速軸上的力矩。 (3-36) 由[2]圖33-1查電動機YZR160M1-6兩端伸出軸為圓柱及，由由[2]表21-16查ZSC—400減速器高速軸端為圓柱形。故從[7]表21-11中選一個全齒聯(lián)軸器：聯(lián)軸器，其最大允許扭矩，飛輪矩重量。 高度軸端制動輪，根據(jù)制動器YWZ200/25由表[7]23-29選用制動輪200—Y35，,飛輪矩，重量。 以上兩部分飛輪矩之和與原估計相符，故有關計算不需要重新計算。 表3-3 機構零件的安全系數(shù) 計 算 的 機 構 零 件 計 算 類 別 疲勞計算（I類） 強度計算（II類） 強度驗算（III類） 起升、變幅機構的支撐零件，防爬裝置，取物裝置和制動器零件 鍛、軋件 鑄 件 1.45 1.45 1.60 1.80 1.45 1.45 1.60 1.80 1.30 1.30 1.40 1.60 運行、旋轉機構的零件 鍛、軋件 鑄 件 1.30 1.30 1.40 1.60 1.30 1.30 1.40 1.60 — — — — 注：在特殊載荷（安裝、運輸、沖擊載荷）情況下的安全系數(shù)一律取為：對綴、軋件，對鑄件。 3.6.2低速軸聯(lián)軸器的選用 低速軸聯(lián)軸器計算轉矩，可由前節(jié)的計算轉矩求出 (3-37) 由文獻[2]表21-15查得減速器ZSC—400的低速軸端為圓柱形，，由文獻[2]表19—4查得主動車輪的伸出軸端為圓柱形故從[7]表21—11中選出四個半齒輪聯(lián)軸器：，最大允許扭矩（標記中分子數(shù)字表示浮動軸伸端直徑）。 3.7 驗算低速浮動軸強度 3.7.1 疲勞驗算 低速浮動軸的等效扭矩： (3-38) 式中 —等效系數(shù)，由表2-1查得。 由上節(jié)已取浮動軸端直徑，其扭轉應力： （3-39） 浮動軸的載荷變化為對稱循環(huán)（因運行機構正反轉扭矩值相同），許用扭轉應力： （3-40） 式中：材料用45鋼，?。?；； ——考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應力集中系數(shù)，參考起升機構計算，?。? ——安全系數(shù)，查表3-3得；因此，疲勞驗算通過。 3.7.2 靜強度計算 靜強度計算扭矩： （3-41） 式中 ——動力系數(shù)，查表3-3得。 表3—4 機構零件的安全系數(shù) 計 算 的 機 構 零 件 計 算 類 別 疲勞計算（I類） 強度計算（II類） 強度驗算（III類） 起升、變幅機構的支撐零件，防爬裝置，取物裝置和制動器零件 鍛、軋件 鑄 件 1.45 1.45 1.60 1.80 1.45 1.45 1.60 1.80 1.30 1.30 1.40 1.60 運行、旋轉機構的零件 鍛、軋件 鑄 件 1.30 1.30 1.40 1.60 1.30 1.30 1.40 1.60 — — — — 注：在特殊載荷（安裝、運輸、沖擊載荷）情況下的安全系數(shù)一律取為：對綴、軋件，對鑄件。 扭轉應力： （3-42） 許用扭轉剪應力： （3-43） 因此，，靜強度驗算通過。 浮動軸徑：，?。▍⒁娤聢D） 第四章 小車車架的設計 4.1小車架結構及型式選擇 小車架的型式有鑄造的，鉚接的和焊接的三種。因焊劑技術的發(fā)展與成熟，現(xiàn)在焊接的小車架已成為最普遍選用的型式。本設計中小車架選用焊接的型式。焊接的小車架由型鋼（槽鋼、工字鋼、角鋼）和鋼板焊接而成。其重量較輕，且剛度較好。 小車架的主要受力構件有：兩根順著小車軌道的縱梁，兩根與之相垂直的橫梁。縱梁支承在車輪的軸承上；橫梁與縱梁焊在一起形成一剛性整體。小車架的主要構件圖如圖3.1： 圖4.1 小車架的主要構件 在縱梁與橫梁上邊焊有鋼板，構成小車架的臺面。為了安裝方便，臺面上安裝電動機、減速器、制動器和軸承座的地方焊有墊板，且這些墊板的加工面布置在同一平面上。在小車臺面板下邊，焊有一些加勁板，以增強安裝部件的局部剛度。 如圖4.2，在小車架縱