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摘要
橋式起重機是應用比較廣泛的一種起重機械，也是消耗材料最多的一種起重機。它能駕駛在高空，能橫掃整個廠房的建筑面積，因而廣受歡迎，得到廣泛應用。
橋式起重機的起升機構是用來實現貨物升降的,它是天車中最基本的機構。起升機構主要由驅動裝置、傳動裝置、卷繞裝置、取物裝置及制動裝置等組成。此外，根據需要還可裝設各種輔助裝置，如限位器、起重限制器、稱重裝置等。起升機構的構造是：電動機通過聯軸器與減速的高速軸相連，而減速器的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷上或放下，經過吊鉤組，使吊鉤上升或下降。所以起升機構的設計要通過初選傳動方案，滑輪組，吊鉤組，卷筒組，鋼絲繩，電機，聯軸器，制動器，高速軸等部件，然后根據具體參數計算選取具體型號，最后驗算無誤才可完成。
本起重機為50/10t雙梁橋式起重機，用于工廠車間吊運物品，本課題主要對50/10t雙梁橋式起重機小車副起升機構進行總體設計。要求起重機械運行平穩(wěn)，定位準確，安全可靠，技術性能先進。本設計采用閉式傳動，為安全計，帶制動輪的半齒聯軸器和制動器應靠近減速器，這樣萬一浮動軸被扭斷，制動器仍可以制動住卷筒。
本文簡要地介紹了50/10t雙梁橋式起重機的性能、結構、發(fā)展狀況等，并參照《起重機設計規(guī)范》(GB3811-83)及《起重機設計手冊》對起重機起升機構及其零部件進行設計計算，從方案論證到具體設計計算，充分發(fā)揮了計算機在整體設計中的作用，從而提高了設計質量、縮短了設計周期，提高了工作效率。
關鍵詞 橋式起重機；起升機構；傳動方案；部件
Abstract
The bridge-type hoist crane is the application quite widespread one kind of hoisting machinery, is also consumable material most one kind of hoist cranes It can drive in the upper air, can sweep away the entire workshop the floor space, thus, obtains the widespread application.
The bridge-type hoist crane's hoisting mechanism is uses for to realize the cargo fluctuation, it is in the overhead traveling crane the most basic mechanism.The hoisting mechanism mainly by the drive, the transmission device, the coiling installment, takes the installment and the arresting gear and so on is composed. In addition, according to needs also to be possible to install each kind of auxiliary unit, like the limitator, lifts heavy objects the killer, the weighing installment and so on. Hoisting mechanism's structure is: The electric motor is connected through the shaft coupling and the deceleration high speed axis, but reduction gear's slow speed shaft leads the reel, or lays down the steel wire volume, after the lift hook group, causes the lift hook to rise or the drop. Therefore hoisting mechanism's design must through the primary election transmission plan, the block and tackle, the lift hook group, the reel group, the steel wire, the electrical machinery, the shaft coupling, the brake, parts and so on high speed axis, then the basis concrete parameter computation selection concrete model, the checking calculation unmistakable only then be possible to complete finally.
This carne is a kind of 50/10t bridge carnes. It uses in the factory workshop lifting the goods, This topic mainly vice-rises the organization to the 50/10t double beam bridge type hoist crane machine car to carry on the system design. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology. This design uses the closed transmission. For the sake of safety, the tape stopping round half gear shaft coupling and the brake should approach the reduction gear, floats the moving axis to wrench apart like this accidentally, the brake still might apply the brake to live in the reel.
This text briefly introduce the carne’s capability, structure, the actuality of development, and so on, referring to “Design criterion of carne” (GB3811-83) and design and calculate of the hoisting mechanism and its accessory in “Design handbook of carne”. From scheme demonstrating to designing and calculating, it takes full advantage of the computer in the whole design to raise the quality of the design, cut the cycle of the design, improve the work efficiency
Keywords Bridge-type hoist crane Hoisting mechanism Transmission plan Components
II
目 錄
1 緒論 1
1.1 選題的意義 1
1.2 本課題的研究目的 2
1.3 橋式起重機的研究現狀 2
1.3.1 重點產品大型化，高速化和專用化 2
1.3.2 系列產品模塊化、組合化和標準化 2
1.3.3 通用產品小型化、輕型化和多樣化 3
1.3.4 產品性能自動化、智能化和數字化 3
1.3.5 成套化、集成化和柔性化 3
1.3.6 產品構造新型化、美觀化和實用化 4
1.4 橋式起重機的分類 5
1.5 起升機構的介紹 6
1.6 本課題的主要技術參數 6
2 傳動方案的確定 7
2.1 傳動方案的分類 7
3 起升機構各部件的選擇計算 9
3.1 吊鉤組的選擇 9
3.1.1 吊鉤組的組成及分類 9
3.1.2 選擇吊鉤組 10
3.2 鋼絲繩的選擇 10
3.2.1 鋼絲繩的構造及分類 11
3.2.2 鋼絲繩的計算 11
3.3 滑輪組的選用 12
3.3.1 輪組的定義及分類 12
3.3.2 滑輪組的初步選定 12
3.3.3 滑輪組倍率的確定 12
3.3.4 滑輪最小直徑的確定 13
3.4 卷筒組的選擇 13
3.4.1 卷筒的作用及分類 13
3.4.2 卷筒的參數計算 14
3.5 根據靜功率初選電動機 15
3.6 減速器選擇 15
3.6.1 減速器概述 15
3.6.2 減速器選型計算 15
3.7 制動器的選擇 16
3.7.1 制動器的簡介 16
3.7.2 制動器的選型計算 18
3.8 聯軸器的選擇 18
3.8.1 聯軸器的分類及特性 18
3.8.2 聯軸器的選型計算 18
3.9 制動時間的驗算 19
3.10 起動時間的驗算 19
3.11 電動機發(fā)熱驗算 20
3.12 高速浮動軸的驗算 20
結論 21
致謝 23
參考文獻 24
附錄 25
附錄一 25
25
1 緒論
1.1 選題的意義
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，隨著生產規(guī)模的日益擴大，特別是現代化、專業(yè)化的要求，各種專門用途的起重機相繼產生，在許多重要的部門中，它不僅是生產過程中的輔助機械，而且已成為生產流水作業(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，搬運物料及產品的機械工具。起重機械對于提高工程機械各生產部門的機械化，縮短生產周期和降低生產成本，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。
圖1-1雙梁橋式起重機
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。圖1-1是典型的雙梁橋式起重機。
1.2 本課題的研究目的
(1)熟悉橋式起重機的結構和工作原理；
(2)掌握橋式起重機的設計方法；
(3)將所學的理論知識應用到實際的生產設計中去，培養(yǎng)實際動手能力；
(4)了解制造業(yè)的發(fā)展，為以后工作做準備。
1.3 橋式起重機的研究現狀
1.3.1 重點產品大型化，高速化和專用化
由于工業(yè)生產規(guī)模不斷擴大，生產效率日益提高，以及產品生產過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經濟性。目前世界上最大的履帶起重機起重量3000t，最大的橋式起重機起重量1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機級最大運行速度240m／min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m／min。
1.3.2 系列產品模塊化、組合化和標準化
用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯接要素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的起重機改換成具有相當批量的模塊生產，實現高效率的專業(yè)化生產，企業(yè)的生產組織也可由產品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產品，充分滿足用戶需求。目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計的設計費用下降12％，生產成本下降45％，經濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結構由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產工藝流程任意布置，可有叉道、轉彎、過跨、變軌距。所有部件都可實現大扎遏生產，再根據用戶的不同需求和具體物料搬運路線在短時間內將各種部件組合搭配即成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型自動化物料搬運系統(tǒng)。
1.3.3 通用產品小型化、輕型化和多樣化
有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。德國德馬格公司經過幾十年的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個輕型組合式的標準起重機系列。起重量1~80噸，工作級別A1～A7，整個系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據用戶需要每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調速。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、無線遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等七種選擇。大車及小車的供電有電纜小車導電、DVS系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大大降低廠房建筑物的建造成本，同時也可減小起重機的運行功率和運行成本。與通用產品相比較，起重量10t，跨度22.5m，通用雙梁橋式起重機自重24t，起重機軌面以上高度1876mm，起重機寬度5980mm；德馬格起重機的自重只有8.7t，重量輕了176％，起重機軌面以上高度920mm，降低了104％，起重機寬度2980mm，外形尺寸減少了100%。
1.3.4 產品性能自動化、智能化和數字化
起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(tǒng)，實現起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數字化控制系統(tǒng)。主要由全數字化控制驅動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數據管理系統(tǒng)、數字化操縱給定檢測等設備組成。變壓變頻調速、射頻數據通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場感應防碰撞技術、現場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應自動化生產的需要。
1.3.5 成套化、集成化和柔性化
在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產設備有機結合，與生產系統(tǒng)協調配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入輸出接口，實現信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產搬運自動化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。
1.3.6 產品構造新型化、美觀化和實用化
結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種啟強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。橋式起重機的橋架結構型式大多采用箱形四梁結構，主梁與端梁采用高強度螺栓聯接，便于運輸與安裝。在機構方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構?！叭弦弧边\行機構是當今世界輕、中級起重機運行機構的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結構緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外已廣泛應用到各種起重機運行機構上。為使中小噸位的起重小車結構盡量簡化，同時降低起童機的尺寸高度，減少輪壓，國外已大量采用電動葫蘆作為起升機構。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡、滑輪等都用焊接結構。減速器齒輪都采用齒面，以減輕自重、減小體積、提高承載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動器的應用范圍也越來越大。此外，各機構采用的電動機都向高轉速發(fā)展，從而減小電機基座號，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的制動器
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，輪式起重機生產技術水平最高。該地區(qū)的工程起重機械業(yè)主要生產全地面起重機、履帶式起重機和緊湊型輪胎起重機，也生產少量汽車起重機。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。其產品技術先進、性能高、可靠性高，產品銷往全球。
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)后崛起的經濟強國，輪式起重機開發(fā)生產雖然起步較晚（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量最大，汽車起重機的產量次之，呈減少趨勢，全路面起重機的產量最少，呈上升趨勢。主要生產企業(yè)包括多田野、加藤、神鋼、日立和小松等。產品特點是技術水平和性能較高，但可靠性落后于歐美。
隨著我國經濟建設步伐的加快，生產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，提高勞動生產率，充分發(fā)揮其中運輸機械的作用是具有重要意義的。
1.4 橋式起重機的分類
橋式起重機一般可分為通用橋式起重機和冶金橋式起重機兩大類。通用橋式起重機主要用于一般車間的物件裝卸、吊運；冶金橋式起重機主要用于冶金生產中某些特殊的工藝操作。各類橋式起重機又由于取物裝置、專用功能和構造特點等的不同成分成各種形式。
通用橋式起重機一般是電動雙梁起重機，按照取物裝置和構造可分為：
（1）吊鉤式橋式起重機 吊鉤式橋式起重機是以吊鉤作為取物裝置的起重機，它是由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構和電氣控制設備等幾部分組成。
（2）抓斗式橋式起動機 抓斗式橋式起動機是以抓斗作為取物裝置的起動機，用于抓取碎散物料。其他部分與吊鉤式橋式起動機完全相同‘
（3）電磁式橋式起動機 電磁式橋式起動機是用電磁盤作為取物裝置的橋式起重機，吊運有導磁性的金屬材料，如型鋼、鋼板和廢鋼鐵等。
（4）兩用橋式起動機 兩用橋式起重機是裝有兩種取物裝置的橋式起重機，分為吊鉤抓斗和抓斗電磁兩種。兩種取物裝置均在一臺小車上，同時裝有兩套各自獨立的起升機構。第一種中一套起升機構用于吊鉤，另一套起升機構用于抓斗；第二種中一套起升機構用于抓斗，另一套起升機構用于電磁盤。根據裝卸和搬運物料的需要，可以隨時更換其中的一種吊具。
（5）三用橋式起重機 三用橋式起重機裝有吊鉤、電磁盤和電動抓斗三種取物裝置。根據不同的工作性質，可以變換其中任意一種吊具。電動抓斗使用交流電，而電磁盤使用直流電，使用時要通過轉換開關來變更電源。這種橋式起動機適用于各種物料種類經常改變的情況。
（6）雙小車橋式起動機 雙小車橋式起動機具有兩臺起重小車，兩臺小車的起重重量相同，可以單獨作業(yè)也可以聯合作業(yè)。在某些雙小車橋式起動機的兩個小車上，裝有可變速的起升機構，輕載時可以高速運行，重載時可以低速運行；在吊運較重物件時，兩臺小車可以并行吊運。這種起重機的有效工作范圍廣，適用于吊運橫放在跨度方向上的長形工件。
1.5 起升機構的介紹
起升機構是用來實現貨物升降的,它是天車中最基本的機構.起升機構主要有驅動裝置、傳動裝置、卷繞裝置、取物裝置及制動裝置等組成。此外，根據需要還可裝設各種輔助裝置，如限位器、起重限制器、稱重裝置等。
起升機構的構造是：電動機通過聯軸器與減速的高速軸相連，而減速器的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷上或放下，經過吊鉤組，是吊鉤上升或下降
其中聯軸器為齒輪聯軸器，通常將齒輪聯軸器制成兩個半齒輪聯軸器，中間用一段軸連起來，這根軸稱為浮動軸或補償軸。制動器一般為常閉式的，它裝有電磁鐵或電動推桿作為自動的松閘裝置與電動機電氣連鎖。減速器一般采用半封閉式的標準兩級圓柱齒輪減速器。
卷筒安裝在轉軸上，卷筒軸一端支撐在雙列調心球軸承上，另一端與減速器低速軸通過特種聯軸器連接，支撐在減速器軸的內腔和軸承座中。
卷筒安裝的另一種形式：將卷筒直接剛性地裝在減速器軸上，為了消除小車架受載變形的影響，減速器被支撐在鉸軸上，卷筒的軸承采用自位軸承，允許軸向游動，這種結構簡單，維修方便，具有自動調整減速器低速軸與卷筒同心的作用。
起重量在10T以下的天車，采用一套起升機構，即一個吊鉤；在15T以上的天車采用主、副兩套起升機構，即兩個吊鉤。其中起重較大的稱為主起升機構或主鉤，較小的稱為副起升機構或副鉤，副鉤的起重量約為主鉤的1/6~1/4。副鉤的起升速度較快，可以提高貨吊運的效率。主副鉤的起重量用分數表示，分子表示主鉤的起重量，分母表示副鉤的起重量，例如20/5，表示主鉤的重量為20T，副鉤的起重量為5T。
1.6 本課題的主要技術參數
主鉤 副鉤 起重機工作級別M5
起重量 50t 10t 小車自重15.5t～18.5t
起升高度 12m 16m 運行機構工作級別M5
起升速度 9m/min 16m/min 小車運行速度40～45m/min
輪距 3400mm 軌距 2500mm
2 傳動方案的確定
2.1 傳動方案的分類
因起重量、起升速度和起升高度設計參數的不同，橋式起重機小車有多種傳動方案。大致可分為閉式傳動和帶有開式齒輪傳動的兩類。
2.2 傳動方案的選擇
通過查閱《起重機設計手冊》得知：電動起重機的所有機構都采用閉式齒輪傳動（減速器）。而通過查閱《起重機課程設計》得知，帶有開式齒輪的傳動結構型式適用于起升速度較低的情況，如我國生產的大起重量的橋式起重機（起重量大于等于80噸）的起升機構多采用這種型式。
綜合以上觀點，又考慮到本課題的主要參數，選取閉式傳動。如圖2-1；
閉式傳動在電動機與卷筒之間大多數情況采用傳動效率較高的圓柱齒輪減速器，而渦輪減速器（圖2-1d）由于傳動效率低，除受位置限制需要用外，一般很少應用。
在圖2-1a和b中電動機與減速器之間采用一帶制動輪的彈性柱銷聯軸器或一帶制動輪的全齒聯軸器直接連接，而圖c中電動機與減速器之間采用一中間軸，軸的一端聯有半齒聯軸器。這種在兩個聯軸器之間沒有外支座的中間軸，除允許徑向和角度有一定偏移外，由于可沿軸向稍微串動，因此稱它為浮動軸。
利用浮動軸比只用一個聯軸器連接有下列優(yōu)點：（1）容許較大的安裝誤差，而軸越長容許的安裝誤差越大。故浮動軸長度一般不易過短（不小于500mm）否則所起的補償作用不大：（2）由于有足夠的維修操作空間，便于拆卸和更換零件；（3）是小車由零部件自重引起的輪壓分布均勻。利用浮動軸的缺點就是增加了零件數量和轉動慣量，因而在起動和制動時增加了動力矩。
綜合考慮，選用c方案。
為安全計，帶制動輪的半齒聯軸器和制動器應靠近減速器，這樣萬一浮動軸被扭斷，制動器仍可以制動住卷筒。
如圖c虛線所示，也可以將制動器放在減速器的外側，這時候在浮動軸的兩端應該采用同型號的兩個半齒聯軸器，同時還要安裝一個與制動器相配合的制動輪。
3 起升機構各部件的選擇計算
3.1 吊鉤組的選擇
3.1.1 吊鉤組的組成及分類
吊鉤組式起重機上應用的最廣泛的一種取物裝置，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。
圖3-1 短型吊鉤組
短型吊鉤組（圖3-1）吊鉤橫梁位于滑輪軸下方，吊鉤直桿部分較短，滑輪組軸向尺寸較小，鋼絲繩偏角較小，鋼絲繩分支數偶奇不受限制，應用較多，缺點是整體尺寸較大。
圖3-2 長型吊鉤組
長型吊鉤組（圖3-2），吊鉤直桿部分較長，滑輪軸和吊鉤橫梁部分成為一體，整體高度尺寸較小，但滑輪組軸向尺寸較大，鋼絲繩分支數限為偶數。
圖3-3 倍率可變的吊鉤組
圖3-3是一種通過部分滑輪軸心的固定，倍率可變的吊鉤組。
吊鉤有單鉤、C型鉤、雙鉤、片式鉤等類型。
單鉤多用于中小起重量的起重機。雙鉤受力條件較好，鉤體材料能充分利用，用于起重量較大的起重機，C型鉤常用于船舶裝卸，上部突出可防止起升時掛住艙口（圖3-4）
圖3-4 C型鉤
吊鉤鉤身的形狀有圓形、矩形、梯形、T字型等，其中T字型結構最合理，但工藝復雜。圓形截面用于小型吊鉤，一般吊鉤均為帶圓弧角的梯形截面。
吊鉤常用模鍛制造，鉤的頭部具有直柄，開有螺紋。（懸掛在單支鋼繩上的吊鉤頭部設有環(huán)眼）在大起重量或者吊運高溫物料的大型冶金起重機上采用由多片鋼板鉚合并在鉤口上設置護墊的吊鉤（板鉤），它不會整體突然斷裂，工作安全，可靠性較好，個別板片可以更換。片式鉤只能制成矩形截面，夠體材料不能充分利用，自重較大，片式吊鉤的頭部常制有環(huán)眼。為防止系物繩自動脫鉤，可在吊鉤上加裝安全閉鎖裝置（圖3-5）。
圖3-5 裝有安全閉鎖裝置的吊鉤
3.1.2 選擇吊鉤組
因為本課題為小起重量，大多用單鉤，為安全考慮，選用裝有安全閉鎖裝置的吊鉤，所以，初選吊鉤組為段性吊鉤組，吊鉤為裝有安全閉鎖裝置的單鉤。
3.2 鋼絲繩的選擇
3.2.1 鋼絲繩的構造及分類
鋼絲繩是用多根或多股細鋼絲擰成的撓性繩索，鋼絲繩是由多層鋼絲捻成股，再以繩芯為中心，由一定數量股捻繞成螺旋狀的繩。在物料搬運機械中，供提升、牽引、拉緊和承載之用。鋼絲繩的強度高、自重輕、工作平穩(wěn)、不易驟然整根折斷，工作可靠。它由鋼絲和繩芯構成。鋼絲繩按擰繞的層次可分為單繞繩、雙繞繩和三繞繩。鋼絲繩也可按股中每層鋼絲之間的接觸狀態(tài)分為點接觸、線接觸或面接觸3種。鋼絲繩的截面除了圓股外，還有三角股、橢圓股和扁股等異型股。與圓股的相比，它們有較高的強度，與卷筒或滑輪繩槽的接觸性能好，使用壽命長，但制造較復雜。起重機使用圓形截面的鋼絲繩，繩股截面也多是圓形。
鋼絲繩的選擇包括鋼絲繩結構形式的選擇和鋼絲繩直徑的確定。繞經滑輪跟卷筒的工作機構應該優(yōu)先選用線接觸的鋼絲繩結構。
3.2.2 鋼絲繩的計算
3.2.2.1 鋼絲繩靜拉力計算
式(3.1)
式中 Q——額定起重量，Q=10t；
——吊鉤組自重，=0.2t（吊鉤組自重通常取額定起重量的2%）；
m——滑輪組倍率，由前面內容得知，m=3；
——滑輪組效率。
所以
3.2.2.2 鋼絲繩的選型計算
所選擇的鋼絲繩破斷拉力應滿足
， 式（3.2）
式中——鋼絲繩破斷拉力；
——鋼絲繩破斷拉力總和；
——折減系數，對于的鋼絲繩，=0.85；
——鋼絲繩安全系數，對于中級工作類型，n=5.5。
由上式可得
即11226.47公斤
根據查鋼絲繩產品目錄，可選鋼絲繩（GB1102-74）
=11450公斤＞11226.47公斤，所以符合要求。
3.3 滑輪組的選用
3.3.1 輪組的定義及分類
由鋼絲繩繞過若干動滑輪和定滑輪所組成的裝置稱為滑輪組。根據滑輪組的功能分為省力滑輪組和增速滑輪組。按構造特點又可以分為單聯滑輪組和雙聯滑輪組。
3.3.2 滑輪組的初步選定
省力滑輪組廣泛應用于起重機的起升機構和普通臂架變幅機構，它能用較小的鋼絲繩拉力吊起數倍于鋼絲繩拉力的重物。而增速滑輪組主要用于液壓或氣力驅動的機構中。
雙聯滑輪組在橋式、門式和門座式起重機中普遍應用。單聯滑輪組多用于汽車、輪胎、履帶、鐵路、塔式和纜式起重機。雙聯滑輪組多與單層繞卷筒并用，與單聯滑輪組配合使用的多為多層繞卷筒。
綜上所述，滑輪組初步選定為雙聯省力型滑輪組。
3.3.3 滑輪組倍率的確定
滑輪組倍率m是省力滑輪組的省力倍數，也是增速滑輪組的增速倍數，
式（3.3）
式中 L——鋼絲繩自由端移動距離；
H——物品提升距離；
——鋼絲繩線速度；
——物品提升速度；
S——鋼絲繩自由端拉力。
單聯滑輪組的倍率等于吊起物品鋼絲繩的分支數，雙聯滑輪組可以看成是兩個倍率相同，各起吊Q/2的單聯滑輪組通過平衡滑輪并聯而成，因此雙聯滑輪組的倍率等于吊起物品鋼絲繩 分支數的1/2。
滑輪組倍率的選定對起升機構的總體尺寸影響較大，倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷筒直徑也都在減小，在起升高度不變時，需提高卷筒轉數，即減小機構傳動比，但倍率過大會使滑輪組本身體積和重量增大，同時會降低效率，增大鋼絲繩的磨損。
起重量小時，選用小的倍率，隨著起重量增大，倍率相應提高，倍率增大，起升速度相應減小。
門、橋式起重機常用的雙聯滑輪組倍率見表3-1：
表3-1 門、橋式起重機常用的雙聯滑輪組倍率表
額定起重量Q（t）
3
5
8
12.5
16
20
32
50
80
100
125
160
200
250
m
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
6
8
8
則選定滑輪組的倍率為3，即m=3 。圖3-6和3-7。
圖3-6倍率為3的滑輪組
圖3-6適用于重量起升速度低的起重機，考慮到本課題的參數，選用圖3-7所示方案。
圖3-7倍率為3的滑輪組
3.3.4 滑輪最小直徑的確定
滑輪的最小直徑指自繩槽底部算起的直徑
式（3.4）
式中e——系數，對中級工作類型的橋式起重機e=25。
所以。
查標準規(guī)格使用的滑輪直徑D=350毫米。
3.4 卷筒組的選擇
3.4.1 卷筒的作用及分類
卷筒組是起升機構和牽引機構中纏繞鋼絲繩的部件，常用卷筒組有齒輪鏈接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內裝行星齒輪式。
根據鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數分單層繞卷筒和多層繞卷筒。根據鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯卷筒（一根鋼絲繩分支繞入卷筒）和雙聯卷筒（兩根鋼絲繩分支同時繞入卷筒）單聯卷筒可以單層繞或多層繞。起升高度大時，為了減小雙聯卷筒長度，由將兩個多層饒卷筒通州不知，或平行布置外加同步裝置的實例。
多層繞卷筒可以減小卷筒長度，十機構緊湊，但鋼絲繩磨損加快，工作級別M5以上的機構不宜使用。
卷筒由鑄造或焊接經機加工后制成。鑄造卷筒一般采用不低于HT-200的灰鑄鐵，重要卷筒可采用高強度鑄鐵或球墨鑄鐵，必須采用鑄鋼時應不低于ZG230-450。焊接卷筒多采用Q235鋼板彎曲焊接支撐，重量輕，適宜于單件生產和大尺寸卷筒。國外有用帶繩槽的熱軋成型鋼板制造的焊接卷筒。
3.4.2 卷筒的參數計算
3.4.2.1 卷筒的最小直徑的確定
卷筒的最小直徑指自繩槽底部算起的直徑
式（3.4）
式中e——系數，對中級工作類型的橋式起重機e=25。
所以。
查標準規(guī)格使用的卷筒的直徑D=400毫米。
3.4.2.2 卷筒長度和厚度的計算
式（3.5）
而 式（3.6）
式中 ——最大起升高度，H=16m；
n——鋼絲繩安全圈數，n≥1.5取2；
t——繩槽節(jié)距，t=d+（2—4）取t=16mm；
——空余部分和固定鋼絲繩所需長度，??；
——卷筒左右繩槽之間不刻槽部分長度，根據鋼繩允許偏斜角度確定，；
其中 ——吊鉤兩側滑輪繩槽中心線之間距離L3=350mm；
——當吊鉤滑輪組位于上部極限位置時，卷筒軸和滑輪軸之間的距離，；
α——卷筒上繞出的鋼絲繩分支相對于鉛垂線的允許偏斜角，
取tan6°=0.1；
L0——卷筒半邊繩槽部分長度。
卷筒長度L雙=2（624.64+48+48）+80=1521.28mm
取L雙=1550mm卷筒材料采用HT20-40
其壁厚可按經驗公式確定取16mm卷筒轉速n=vm/(π D0)=37.06轉/分。
3.5 根據靜功率初選電動機
起升機構功率計算
式（3.7）
式中 η0——起升機構總效率。
η0=η組η筒η傳=0.98×0.98×0.94=0.903
按下式初選相應于起升機構JC%值的電動機功率
查電動機產品目錄，選擇接近的電動機JZR252-8，功率N=30KW，轉速n=720轉/分，
最大轉矩倍率，電動機轉子轉動慣量GD2電=3.38公斤·米2，電動機軸上額定扭矩。
3.6 減速器選擇
3.6.1 減速器概述
減速器是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。一般的減速器有斜齒輪減速器(包括平行軸斜齒輪減速器、蝸輪減速器、錐齒輪減速器等等)、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星摩擦式機械無級變速機等等。
減速器的作用
（1） 降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能通過減速器額定扭矩。
（2） 速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機都有一個慣量數值。
3.6.2 減速器選型計算
3.6.2.1 起升機構傳動比
式（3.8）
根據傳動比I=22.9電動機功率N=30KW，電動機轉速n=720轉/分，工作類型，從減速器產品目錄可選ZQH65-V-3CA型減速器，傳動比i=20，輸入功率N=47.5KW，轉速n=750轉/分。
3.6.2.2 驗算減速器被動軸的最大扭矩及最大徑向力
（1）最大扭矩的驗算
式（3.9）
式中 M額——電動機額定扭矩。M額=40.625公斤·米；
i——傳動比，i=20；
η——電動機至減速器被動軸的效率η=0.94；
——電機最大轉矩倍數，。
查ZQ系列減速器端暫容扭矩[M]=2500Kg·m，所以。
（2）最大徑向力的驗算
式（3.10）
式中 ——卷筒上鋼絲繩最大拉力，，即1735公斤；
G卷——卷筒重量G卷=800公斤（參照大廠數據）。
查得減速器低速軸上最大短暫容許扭矩為5250公斤·米，低速軸端最大容許徑向載荷 [P]=9940公斤。
滿足要求。
（3）起升速度驗算
即V實=0.25905m/s。
速度偏差應小于15%
即，滿足要求。
3.7 制動器的選擇
3.7.1 制動器的簡介
制動器是保證起重機安全正常工作的重要部件。制動裝置用以防止懸吊的物體或吊臂下落，防止轉臺或起重機在風力或坡道分離作用下流動，使起重機機構減速停車，在特殊情況下調節(jié)或限制機構的運動速度。制動器主要由制動架、制動件和操縱裝置等組成。有些制動器還裝有制動件間隙的自動調整裝置。為了減小制動力矩和結構尺寸，制動器通常裝在設備的高速軸上，但對安全性要求較高的大型設備(如礦井提升機、電梯等)則應裝在靠近設備工作部分的低速軸上。有些制動器已標準化和系列化，并由專業(yè)工廠制造以供選用
制動系可分為如下幾類：
制動器可以分為摩擦式和非摩擦式兩大類。
（1）摩擦式制動器?？恐苿蛹c運動件之間的摩擦力制動。
（2）非摩擦式制動器。制動器的結構形式主要有磁粉制動器（利用磁粉磁化所產生的剪力來制動）、磁渦流制動器（通過調節(jié)勵磁電流來調節(jié)制動力矩的大?。┮约八疁u流制動器等。
按制動件的結構形式又可分為外抱塊式制動器、內張?zhí)闶街苿悠?、帶式制動器、盤式制動器等；
按制動件所處工作狀態(tài)還可分為常閉式制動器（常處于緊閘狀態(tài)，需施加外力方可解除制動）和常開式制動器（常處于松閘狀態(tài)，需施加外力方可制動）；
按操縱方式也可分為人力、液壓、氣壓和電磁力操縱的制動器。
按制動系統(tǒng)的作用 制動系統(tǒng)可分為行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)、應急制動系統(tǒng)及輔助制動系統(tǒng)等。上述各制動系統(tǒng)中，行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。
制動操縱能源 制動系統(tǒng)可分為人力制動系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)和伺服制動系統(tǒng)等。以駕駛員的肌體作為唯一制動能源的制動系統(tǒng)稱為人力制動系統(tǒng)；完全靠由發(fā)動機的動力轉化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的系統(tǒng)稱為動力制動系統(tǒng)；兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。
按制動能量的傳輸方式 制動系統(tǒng)可分為機械式、液壓式、氣壓式、電磁式等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系稱為組合式制動系統(tǒng)。
起重機的工作機構必須安裝可靠的制動器。只有在一下情況下可以不裝制動器：
（1） 機構由作直線運動的油缸驅動，鎖閉油路能可靠的止動機構。
（2） 橋式起重機的手動運行機構，且不受風力或坡道分力作用。
起重機的制動器應滿足以下要求：
（1） 具有機構所要求的制動轉矩；
（2） 制動平穩(wěn)；
（3） 上閘和松閘動作迅速；
（4） 制動器受力構件具有足夠的強度和剛度；
（5） 檢查、維修、調整方便；
（6） 摩擦副的磨損小，使用壽命長；
（7） 制動力矩穩(wěn)定，工作可靠；
（8） 摩擦面溫度不超過允許值；
（9） 外形尺寸和重量小。
3.7.2 制動器的選型計算
制動器裝在高速軸上其制動力矩應滿足下式
式（3.11）
式中 K制——制動安全系數，對于中級工作類型K制=1.75；
M制靜——滿載時制動軸上的靜力矩
式（3.12）
式中 ——機構總效率，
所以，M制=。
查產品目錄，選擇YDWZ-300/50制動器，M制=63公斤·米，制動輪直徑D=300mm，飛輪矩GD聯2=0.60Kg·m2。
所以，滿足要求。
3.8 聯軸器的選擇
3.8.1 聯軸器的分類及特性
起重機使用的聯軸器主要用來連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軸向偏移，有的還能改善傳動裝置的動態(tài)特性。半聯軸器有時可以兼做制動輪。起重機常用的聯軸器有齒輪聯軸器、梅花彈性聯軸器、彈性柱銷聯軸器、尼龍柱銷聯軸器、萬向聯軸器、耦合器（液體聯軸器）等。
3.8.2 聯軸器的選型計算
電動機軸上采用CL型聯軸器（雙錐型軸端）對于CL型齒形聯軸器根據下式選擇
式中 M計——聯軸器傳遞的計算力矩（公斤·米）；
[M]——聯軸器許用扭矩（公斤·米）
； 式（3.13）
其中 nI——相應于第I類載荷的安全系數，nI=1.8；
——計及實際起重量變動影響的等效靜載荷系數，；
——計及機構啟動、制動時動載荷對傳動零件影響的等效動載荷系；
M零額——相應于機構JC%值的電動機額定力矩傳至計算零件的力矩M零額=M額=40.625公斤·米。
所以。
根據結構型式連接尺寸和查聯軸器產品目錄，又考慮到電機軸徑為70mm，所以選擇CL4聯軸器，允許最大扭矩[M]=560 kg·m，GD聯2=0.85kg·m2.因為，所以滿足要求。
同樣的方法選擇連接減速器跟浮動軸的聯軸器，又考慮到制動輪的直徑為300mm，查聯軸器系列表，選擇帶制動輪的聯軸器，允許最大扭矩315kg·m。因為[M]＞M計，符合要求。
3.9 制動時間的驗算
式（3.14）
式中 ——制動器制動力矩；
——滿載時制動軸上的靜力矩，=31.66kg·m；
n——電動機轉速，n=720轉/分；
V——起升速度，V=15.543米/分=0.259米/秒；
——起升機構效率=0.903；
K——考慮其他傳動件飛輪矩的影響系數，換算到電動機軸上時取K=1.2；
——電動機轉子飛輪矩，=3.38公斤·米2；
——電動機軸上聯軸器飛輪矩，=0.42公斤·米2，GD2聯制=10公斤·米2
t制＜1～2秒,制動時間較短，制動力矩較大為了防止沖擊，在使用時可調節(jié)制動力矩，式制動時間在1.25秒左右。
3.10 起動時間的驗算
式（3.15）
式中 ——電動機平均啟動力矩；
，取65公斤·米；
——電動機上靜力矩；
V——起升速度，V=15.543米/分=0.259米/秒。
，符合起動時間在2秒以內的要求。
3.11 電動機發(fā)熱驗算
式（3.16）
式中 N靜——滿載靜功率，
K——機構工作系數，K=0.75
γ——系數，根據t起/t工查起重機手冊第97頁圖8-37曲線，對起升機構一般情況t起/t工=0.05到0.1，查得0.875。
所以，滿足要求。
3.12 高速浮動軸的驗算
許用應力計算法：
式(3.17)
式中 P——傳動的功率（KW）；
n——軸的轉速，r/min
r= d0/d——軸內徑d0與外徑之比，對實心軸r=0；
［τ］——許用應力，對Q235取11.5～19.5MPa。
所以取d=80mm符合要求。
結論
我認為我的這次起重機設計是我大學里專業(yè)學習收獲最多的一次。在設計中我系統(tǒng)得復習了許多以前的知識。對我知識體系的鞏固和升華有很大的作用。在這里，我將自己的一些設計心得寫出來與大家分享。
1）現在的機械設計可以說是一種組合與篩選。由于世界范圍的工業(yè)大生產，專業(yè)化，標準化成為一種必然。社會的飛速進度也要求我們提高生產效率。這就要求現代企業(yè)必須能夠滿足大規(guī)模的生產要求。而標準化是這一趨勢的必然出路。標準化是有利也有弊的，它的主要弊端就是使許多企業(yè)單純依靠標準，失去了創(chuàng)新的能力。標準是一個最底的要求，是社會技術成熟的結果，它并不代表行業(yè)最先進的技術和設計方法。所以我們要在滿足標準化的同時進行技術創(chuàng)新。才能不斷地進步。只有這樣，設計才不會是一種純粹的數學游戲，而成為一種神圣的職業(yè)。
2）國內的技術創(chuàng)新主要集中在零件上，這些年來，許多企業(yè)也加大了對控制方面的重視。但是我認為機器整體的機型變化也很重要?，F在的起重機械，尤其是