简易吊车设计说明书

毕业设计（论文）

题目： 简易吊车设计

系 别 航空与机械工程系 专业名称 机械设计制造及其自动化 班级学号 108102307 学生姓名 段 盼 光 指导教师 吴 晖

二O一四 年 五 月

毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计(论文)题目： 简易吊车设计

II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：

设计一移动式简易吊车，要求提升的最大重量为G=750公斤，提升的线速 度为v0?0.46m/s，提升的最大高度为H?2.5m,适用于机械加工车间小范围 内的起重和搬运。

III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：

1. 收集资料、外文资料翻译、开题报告 第1周—第2周 2. 总体方案的确定 第3周—第4周 3. 参数确定及设计计算 第5周—第7周 4. 简易吊车装配图设计及零部件图设计 第8周—第15周 5. 撰写毕业设计论文 第16周—第17周

Ⅳ 、主 要参考资料：

[1] 璞良贵，纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，2001 [2] 孙桓，陈作模主编.机械原理.第六版.北京：高等教育出版社，2002 [3] 成大先主编.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004 [4] 赵学田主编.机械设计自学入门.北京：冶金工业出版社，1982

[5] Ye Zhonghe, Lan Zhaohui. Mechanisms and Machine Theory. Higher Education Press, 2001.7

航空与机械工程 系 机械设计及其自动化 专业类 1081023 班

学生：

填写日期： 2014 年 2 月 15 日

指导教师：

助理指导教师(并指出所负责的部分)：

航空与机械工程系 系主任（签名）:

附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

学士学位论文原创性声明

本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名： 日期：

导师签名： 日期：

简易吊车设计

学生姓名：段盼光 班级：1081023 指导老师：吴晖

摘要：本课题的目的就是设计一简易吊车来代替人力实现重物的搬运。该吊车的工

作原理是：由电动机经带轮传动和一对开式齿轮传动，将运动和动力传给卷筒，再通过钢丝绳和滑轮组来提升重物。

通过任务书中的条件参数，设计计算相关的数据，选择钢丝绳的种类和型号，进而计算出卷筒和滑轮的直径，确定一些其它的标准零部件。在此基础上进行传动装置的设计和计算，完成其进行结构设计，工作主要包括完成了轴的设计、确定了带轮的结构、齿轮的结构、卷筒的结构、滑轮的结构 、伸臂杆和支撑杆的结构，绘制了吊车的总装配图、制动轮装置和卷筒装置的结构图，完成部分零件工作图的设计。

关键词：简易吊车 设计计算 结构设计

指导老师签名：

Simple design of the cable car

Student’s name: Duan Pan Guang Class: 1081023 Supervisor: Wu Hui

Abstract: The purpose of this project is to design a simple realization of the cable car

to replace the human handling of heavy weights. The working principle of the cable car is: by the motor via a pulley drive and gear drive off, the movement and momentum to the drum, and then through the rope and pulleys to raise heavy objects group.

Conditions through the parameters of the task book, design and calculation of relevant data, select the type and model of wire rope, and then calculated the diameter of the drum and pulley, to identify a number of other parts of the standards. Carried out on the basis of gear design and calculation, to complete its structural design, primarily include the completion of the design of the shaft to determine the structure of the pulley, the gear structure of the drum structure, block structure, under and the supporting bar of the structure, rendering a total mapping of the crane assembly, brake drum round of devices and device structure, the completion of the work of some parts of the design plans.

Keyword: Simple cable car Calculation Structural Design

Signature of Supervisor:

目 录

1 绪论

1.1 吊车的历史 ............................................ 1 1.2 吊车国内外的研究现状 ................. 错误！未定义书签。 1.3 吊车的发展趋势 ........................................ 4

2 工作机构的设计

2.1 钢丝绳的选择 .......................................... 9

2.1.1 钢丝绳的种类 .............................................. 9 2.1.2 钢丝绳的型号 ............................................. 9 2.1.3 钢丝绳直径的选择 ........................................ 10

2.2 卷筒和滑轮直径的选择 ................................. 10

3 传动装置的设计和计算

3.1 计算卷筒的功率 ....................................... 12 3.2 计算卷筒的转速 ....................................... 12 3.3 电动机的选择 ......................................... 12

3.3.1 电动机类型的选择 ......................................... 12 3.3.2 电动机转速的选择 ......................................... 13 3.3.3 电动机功率的选择 ......................................... 13

3.4 计算总传动比 ......................................... 14 3.5 确定传动方案，画出传动示意图 ......................... 14 3.6 分配传动比 ........................................... 15

I

3.7 计算效率。验算电动机的功率 ........................... 15 3.8 计算各轴的转速、功率和转矩 ........................... 16 3.9 制动器的选择 ......................................... 18 3.10 传动机构的设计和计算 ................................ 18

3.10.1 带传动 .................................................. 18 3.10.2 齿轮传动 ................................................ 21

3.11 画出总体结构方案图 ................................... 错误！未定义书签。2

4 结构设计

4.1 初算各轴的最小直径 .................. 错误！未定义书签。3 4.2 带轮的结构 .......................... 错误！未定义书签。3 4.3 齿轮的结构 .......................... 错误！未定义书签。4 4.4 卷筒的结构 .......................... 错误！未定义书签。5 4.5 滑轮的结构 .......................... 错误！未定义书签。6 4.6 升臂杆和支撑杆的结构 ................ 错误！未定义书签。6

4.6.1 升臂杆和支撑杆的尺寸 ................. 错误！未定义书签。6 4.6.2 根据强度条件、决定升臂杆的材料和断面尺寸 ................. 28 4.6.3 根据强度条件，决定支撑杆的材料和断面尺寸 ................. 30

4.7 画制动轮装置和卷同装置的结构图 ...... 错误！未定义书签。1 4.8 绘制吊车的总装配图 .................. 错误！未定义书签。2 4.9 拆画重要零件图 ...................... 错误！未定义书签。2

5 设计小结

5.1 小结 ................................ 错误！未定义书签。3

II

5.2 设计心得 ............................ 错误！未定义书签。3

参考文献 .............................. 错误！未定义书签。5 致 谢 ................................. 错误！未定义书签。6

III

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简易吊车设计

1 绪论

吊车是起重机的俗称，起重机(Crane)是起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。

起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。

吊车的种类：A．可移动式：汽车吊、履带吊、行吊等。 B．固定式：码头吊、塔吊、龙门吊等。 吊车这个名称是统一的一个称号。 通常所说的吊车多指汽车吊、履带吊、轮胎吊。

简易吊车由电动机经常传动和一对开式齿轮传动，将运动和动力传给卷筒，再通过钢丝绳和滑轮组提升重物。但如何发展大起重量的起重机、提高电气设备的可靠性和使用寿命逐步成为研究热点。

1.1 吊车的历史

中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形

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成。起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。

1.2 吊车国内外的研究现状

国外现状：

欧洲作为工程起重机的发源地，也是经济非常发达的地区，代表轮式起重机的最高水平，最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克，同时还有森内博根、德国格鲁夫、多田野·法恩、波塔恩、奥米格、里格、PPM等著名企业，该地区主要现状为：主要生产全地面起重机、履带式起重机，紧凑型轮胎起重机，也生产少量汽车起重机。其中全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主；紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主；汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车，即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高，产品遍布全球。美国工程起重机相对落后于欧洲水平。近年来，通过收购和合并的手段，先是格鲁夫收购了欧洲老牌起重机企业克虏伯公司，然后特雷克斯收购了德国德马克；随后，马尼托瓦克兼并了包括美国格鲁夫公司在内的国内大部分工程起重机企业，使美国工程起重机行业得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高，其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲，产品主要销往美州地区和亚太地区。

日本作为二战后崛起的经济强国，轮式起重机开发生产虽然起步较晚（起步于20世纪70年代），但发展很快，很受亚太市场的欢迎；同时，日本通过收购的手段来更新技术，加快发展速度，如日本多田野收购德国法恩底盘公司来发展其全路面技术。日本主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机、全路面起重机，其中越野轮胎起重机产量最大，汽车起重机的产量次之，呈减少趋势，全路面起重机的产量最少，呈上升趋势，主要生产企业为多田野、加藤、神钢、日立、小松等。产品特点是技术水平、性能、可靠性落后于欧美水平，40%的产品用于出口。 国内现状：

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（1）从市场方面看：中国工程起重机取得了长足的发展，我国2003年工程起重机的销售量近9000台，比北美、西欧和日本的需求总和还要大，中国已经成为世界起重机的中心。但另一方面，虽然年产销量巨大，但所生产的起重机是很单一的汽车起重机产品，履带式起重机的产量全年不到100台，而汽车起重机的产量也集中在12吨到25吨的吨位区间内，35吨以上的起重机全年总量也只在500台左右。主要生产厂家为徐重、浦沅、北起、长起、泰起、蚌起和锦重。近年来徐重依托区位优势、资源优势和技术优势，一度打破了“四大家族”的行业格局，使产量和市场占有率一度飚升，同时依靠技术创新引领行业发展。虽然我国曾于上世纪引进了德国和日本的先进技术，但由于国内配套件水平跟不上以及国内工艺水平跟不上等原因，即使是同样的技术，由于工艺水平和配套水平的差异，造成产品实物水平与国外存在着很大的区别。同时，近期我国起重机市场以个体用户为主，各生产厂家不断完善产品系列，不断提高产品作业性能，而相对忽视了对产品可靠性的改进（受国家基础工业的限制），对结构创新、新技术的运用推广相对较少，严重减慢了我国工程起重机行业技术进步的步伐。目前我国工程起重机产品以满足国内市场为主，部分销往非洲、中东、南美、澳州和前苏联市场。

其他地区如印度主要生产小吨位汽车起重机、移动式起重机（可吊重行驶但不能回转），韩国生产小吨位全路面起重机、俄罗斯等独联体国家生产中小吨位汽车起重机，其产量较低、技术比较落后，发展前景容乐观。

（2）从产品类型上看：我国工程起重机行业在94～99年是发展低谷，5年中行业几个主要的生产厂家，苦练内功，积极 组织产品变型和换代，在产品外观上下功夫。

从99年以来，随经济建设新一轮启动，工程起重 机市场竞争格局发生巨大变化，各企业不断调整思路、更新观念、转换机制、提高核心竞争力，努力开发产品，开拓市场。产品重心也从8t、12t向16t、25t、50t中大吨位发展，25t增速最快，产量不断翻新，基本占据主导地位。50t产品由于需求面较广，技术逐渐成熟，也大批量进入市场。目前国内主要产品系列，汽车起重机为8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、65t、80t、l00t，全地面起重机为25t、50t、125t、160t和履带起重机为35t、50t、l00t、150t。

（3）从产品整体技术风格上看： 下车有全头和半头两种不同风格，多年来半头车因总体布置的方便性及价格因素一直被广泛采用。但近年来随着物质条件的改善，人们的生活条件和质量提高，操作方便、舒适、可靠 逐渐成为用户关注的焦点，中

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大吨位向全头方向发展。上车操纵从传统的机械操作向液比例和电液比例方向发展，起重吊臂也从传统的三节向四节、五节方向发展，产品的起重性能和起重高度有了较大提高，产品的外观和可靠性有了较大幅度提高。

（4）从我国工程起重机行业技术发展趋势上来看：国内工程机械产品近十年来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、 可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外 工程机械比较来看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面：

①整机性能：由于先进技术和新材料的应用，同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用，结构形式更加合理；

②高性能、高可靠性的配套件，选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥； ③电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用； ④操作更方便、舒适、安全，保护装置更加完善； ⑤向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。

1.3 吊车的发展趋势

随着科技化进程的逐步推进，高科技的运用越来越多，大型设备、高精度、高要求的机器的需求量也逐步上升。以前的吊车也已经满足不了工厂和社会的要求了，为此，吊车业的改革和技术创新势在必行。

吊车创新设计的理论、方法与工具是基于现代设计理论和方法，应用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品的功能、缩短产品开发周期为目的而进行的相应工作。吊车创新理论、方法与技术研究的宗旨是从吊车作为特种设备所要求的安全性和可靠性的工作目标出发，在特定技术性、经济性约束条件下，创造性地完成吊车的创新设计，使其在满足用户交货期和性能要求的前提下做到技术性与经济性最佳搭配。

吊车运输（物料搬运）机械随着国际市场竞争加剧的驱动，其科技含量明显提高，近年来主要工业国家的发展趋势如下：

(1)大型化和专用化

由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可

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靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的浮游起重机起重量达6，500t，最大的履带起重机起重量达3，000t，最大的桥式起重机起重量为1，200t，集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机最大运行速度是240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min 。 工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。例如冶金、核电、造纸、垃圾处理的专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装箱专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机，在国际市场打开了销路。这种起重机安装在房屋结构上，跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高。在起重小车下面安装有多节伸缩导管，与飞机维修平台相连，并可作360度旋转。通过大车和小车的位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位，进行飞机的维护和修理，极为快捷方便。 (2)模块化和组合化

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。

目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12%，生产成本下降45%，经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大批量生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。

（3）轻型化和多样化

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有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量为1-63吨，工作级别为A1-A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较，起重量为10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重是24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm; 德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176%，起重机轨面以上高度为920mm，降低了104%，起重机宽度为2980mm，外形尺寸减少了100%。

(4)自动化和智能化

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。

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(5)成套化和系统化

在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。 (6）新型化和实用化

结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于运输与安装。

在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简化，同时降低起重机的尺寸高度，减小轮压，国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用硬齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。

在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。今后会更加注重起重机的安全性，研制新型安全保护装置。重视司机的工作条件，应用人体工程学设计司机室，降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术，用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方

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式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。

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2 工作机构的设计

2.1 钢丝绳的选择

2.1.1钢丝绳的种类

钢丝绳又叫钢索，是用优质高强度碳素钢丝制成的。钢丝绳拉力强度高，耐磨损，是起重工作中最常用的绳索之一。它的种类有很多：

（1）按钢丝绳绳股数量的不同可分为单股和多股。单股钢丝绳刚性较大，不易挠曲。多股钢丝绳是先由钢丝拧成股，再由股拧成绳，随着股数的增加，股内的钢丝愈细愈多，加上中间有个柔软的芯子，挠曲性也就愈好。这种钢丝绳可以通过直径较小的滑轮或卷筒工作。在其重机械中，以六股和八股的钢丝绳应用较多。

（2）按钢丝绳绳芯材料的不同可分为纤维芯（如用剑麻、棉纱等制成）、石棉芯和金属芯三种。它们各有其优缺点：用油浸的纤维芯钢丝绳，比较柔软，容易弯曲，绳芯中含油较多，能润滑钢丝并能起到防止锈蚀的作用，但不能在较高的温度下工作，不能承受横向重压（如在卷筒上缠绕多层钢索）。用石棉芯的钢丝绳，除了比较柔软，容易弯曲外，还可适应在较高温度下工作，但是也不能承受横向重压。金属芯钢丝绳，强度较大，能承受横向重压，并可在较高温度下工作，但是钢丝绳太硬，不易弯曲。

（3）按钢丝绳的搓捻方向不同可分为右同向捻，左同向捻，右交互捻，左交互捻和混合捻等几种。在钢丝绳中，钢丝搓捻方向和钢丝股搓捻方向一致的称为同向捻，不一致的称为交互捻。相邻两股钢丝的捻向相反，则称为混合捻。

同向捻钢丝绳表面平整，比较柔软，易于弯曲。它与滑轮槽接触面积大，单位面积的压力小，磨损也小，比交互捻钢丝绳耐用。但由于绳股与钢丝都以相同方向扭转一定角度，使钢丝绳在受力后具有一个反向回捻的趋势，吊重物时会使重物旋转。其次，同向捻钢丝绳还易于扭结、纠缠，给工作带来不便，故一般只用于拖拉绳和牵引装置上，不宜用于起重机和滑轮组的吊装工作。交互捻钢丝绳性能与同向捻钢丝绳相反，虽然耐用程度较差，但使用比较方便，故多用于起重机和滑轮组上的吊装工作。

综上所述，此例决定采用纤维芯的交互捻钢丝绳。

2.1.2钢丝绳的型号

国产标准钢丝绳品种型号较多，按抗拉强度分为140公斤/毫米2、155公斤

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/毫米2、170公斤/毫米2、185公斤/毫米2、200公斤/毫米2五个等级。

标记示范为：

185/2 637+11-185-I--GB1102----74 37 d=11

2.1.3钢丝绳的直径选择

根据经验公式： P最大?S?P破

式中 P最大————单根钢丝绳的最大工作拉力，N；

P破————钢丝绳的破断拉力总和，N；

S———钢丝绳安全系数。

已知G=750公斤，图2.1为吊重时滑轮组的受力情况，G将由两根钢丝绳分担，因此得到

P最大?G/2?g

式中 ?———滑轮组的效率（因摩擦力所产生的损失）， 一般为94%，即?=0.94 则

P最大?750/2?9.8?3910N 0.94也就是说，需要大约3910N的力才能提升750公斤的重物。 再查得安全系数S=5

P最大?S?3910?5?19550N

图2.1滑轮组受力情况

2.2卷筒和滑轮的选择

卷筒在吊车中起到省力的作用。在此简易吊车中，运用了一组简单的滑轮组装置：一个定滑轮和一个动滑轮。动滑轮可以省一半的力，而定滑轮可以改变力的方向。而

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当他们同时使用时，既可以省力，又可以改变力的方向。

人民经过长期的实践，对于卷筒和滑轮直径的计算，现已总结成了经验公式：

D?(e?1)d

式中 D------卷筒和滑轮的名义直径，即槽底直径，毫米； d------钢丝绳直径，即绳的外接圆直径，毫米； e------由钢丝绳用途和工作类型决定的系数。

现已知d=6.2毫米，由冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表24-7查得，属于轻级的，取e=16， 则

D?(16?1)?6.2?93毫米

取滑轮的直径D滑?120毫米。考虑到提升速度和传动比的要求，取卷筒的直径为

D卷?200毫米。

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3 传动装置的设计和计算

手动绞车是以人力做动力，但对于起重量大的起重机械，人的力量是有限的，且效率很低，于是就出现了机动绞车，它的动力一般是电动机。要设计这种机动绞车，就要知道工作机构在提升最大重量时所需要的功率，并由此选择电动机，设计传动装置。

3.1计算卷筒的功率

N卷=PV

式中 P————卷筒钢丝绳的拉力，此例为P最大=3910N；

?————卷筒钢丝绳的线速度，此例为吊钩运动速度的2倍?=046米/秒。 则

N卷=3910?0.46KW=1.8KW

3.2计算卷筒的转速

根据卷筒的速度为???D0n卷60?1000米/秒，得到卷筒的转速为：

60?1000? 转/分

?D0n卷?式中 D0————卷筒的计算直径是指按钢丝绳横截面中心量得的直径，单位：毫米

此例为D0?D卷?d?200?6.2?206.2毫米 则

n卷?60?1000?0.46?42.6转/分

3.14?206.2

3.3 电动机的选择

3.3.1 电动机类型的选择

电动机是已经系列化了的标准产品。在设计中，主要根据所需电动机的输出功率、

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工作条件及经济要求，从产品目录中选择其类型、结构形式、容量（功率）和转速、并确定其型号。

因为三相交流异步电动机（特别是鼠笼式感应电动机）具有结构简单，工作可靠，价格便宜和维护方便等优点，所以应用广泛。尤其在中小功率，无须调速而又长期带动稳定或变动载荷的设备中用得较多。

在选择电动机的类型时，主要考虑的是：静载荷或惯性载荷的大小，工作机械长期连续工作还是重复短时工作，工作环境是否多灰尘或水土飞溅等方面。

对于一般用途，无特殊要求的工作机械（如机床，鼓风机，水泵等）通常选用J2或JO2型电动机。对于灰尘较多或水土飞溅的地方（如磨粉机，碾米机，农用机械，矿山机械等）则必须选用JO2型封闭自冷式电动机。

对于起动载荷或惯性载荷较大的机械（如连续运输机械，压缩机，锤击机，柱塞式泵等），则宜选用JO3或JO2型电动机。

对于各种型式的起重机，牵引机和冶金机械设备等，必须选用JZ，JZR型起重及冶金用三相异步电动机。

3.3.2 电动机转速的选择

同一功率的异步电动机有每分钟转速为3000，1500，1000，750的几种。当工作机械（如鼓风机，压缩机等）转速较高时，一般选用同步转速为3000转/分的电动机较为经济。如果工作机械的转速太低（即传动装置的总传动比太大），将导致传动装置机构复杂，价格较高，所以需要全面考虑。

在一般机械中1500和1000转/分的电动机用得最多。它们适应性大，供应普遍。同步转速为750转/分的电动机，只有要求低转速，在功率较大，起动次数频繁等情况下才使用。

3.3.3 电动机功率的选择

从类型来讲，此例宜选用JZ型三相异步电动机，因为这类电动机具有较高的机械强度及过载能力，能承受经常的机械冲击及振动，转动惯量小，过载能力大，适用于经常快速起动及机械制动的场合；从转速来讲，为了使传动装置不至于太复杂，电动机的转速不宜太高；从功率来讲，若考虑机械传动的总效率在?总?0.8左右，则所需要电动机的功率为i总?19.6。根据以上分析，查《机械设计手册》知，选择JZ-11-6型电动机，其额定功率N电=2.2千瓦，满载转速n电=837转/分。

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据以上选择所得的电动机型号查得相应的机座型号，从而可得相关的安装尺寸和电动机的尺寸参数，电动机选用B3式的机座，型号为JZ-11-6，相关尺寸参数如下： A=190，B=140，C=70，D=28，E=60，F=8，G=24，H=112，K=12，AB=245，AC=230，AD=190，HD=265，L=400，单位为mm。

3.4计算总传动比

i总?

n电837??19.6 n卷42.6

图3.1 电动机的安装及外形尺寸

3.5确定传动方案，画出传动示意图

为了获得i总?19.6的降速比，可以采用标准的两级圆柱齿轮减速器，按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表17-25查得，比较接近的只有名义传动比为20，减速器高速轴许用功率N1=2.68千瓦，总中心距为250毫米，属于重型减速器。其标记为：

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画出传动示意图得到第一个传动方案，由于减速器的实际传动比为20.17，比要求的偏大，但又找不到其它更合适的减速器，因此决定自行设计一个传动装置的方案，由带传动和开式齿轮传动组成，其传动示意图如图3.2所示。

3.6分配传动比

根据冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表19-2推荐的各类传动机构单级传动比的范围，可将总传动比i总=19.6分配为i带=4，i齿=4.9或i带=3.4，i齿=5.76，使齿轮的传动比稍大于带轮的传动比，这样可经济一些。

一对啮合齿轮的传动比最好不是整数，这样有利齿轮均匀磨损。同时考虑到要增加小带轮的包角，最后决定采用第二组传动比。

图3.2 传动示意图

3.7计算效率、验算电动机的功率

推荐的各类传动机构效率和其它资料，可以得到：

?带=0.96 ，?齿=0.94，?滚0.99

2则 ?总=?带??齿??滚?0.96?0.94?0.992?0.88

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因此

N电?N卷?总?1.80?2.05千瓦 0.88这说明前面所选的电动机的功率是足够的。

3.8 计算各轴的转速、功率和转矩

已知N电=2.2千瓦、n电=837转/分， i带=3.4，i齿=5.76，?带=0.96，?齿=0.94，

?滚=0.99，则

各轴的转速为：

电动机轴转速n1?n电?837转/分； 小齿轮轴转速n2?n1837??246.2转/分； i带3.4卷筒轴转速n3?n2246.2??42.7转/分。 i齿5.76各轴的功率为：

电动机轴功率N1?N电?2.2千瓦；

小齿轮轴功率N2?N1??带?2.2?0.96?2.1千瓦； 卷筒轴功率N3?N2??滚??齿?2.1?0.99?0.94?2千瓦；

N3比卷筒实际所需要的功率N卷=1.8千瓦要大一些，因此能保证正常工作。 各轴的转矩为：

吊车在起重时，卷筒的受力情况如图3.3所示，在钢丝绳最大拉力P最大的作用下产生的转矩为：

M卷筒?P最大?D0206.2?3910??403J 22方向为顺时针。

但是吊车要提升重物，卷筒应该逆时针转动才行。因此必须使小齿轮给大齿轮施加一个作用力F，使大齿轮产生逆时针方向的转矩，并且还要使M扭大齿轮大于M扭卷，才能提升起重物。而这个F力是由电动机的额定功率N电=2.2千瓦传递来的，即电动机轴转矩

N电2.2M扭电?9550??9550??25.1J

n电837 16

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小齿轮轴转矩 M扭小齿?M扭电?i带??带?25.1?3.4?0.96?81.93J 卷筒轴转矩

M扭大齿轮?M扭小齿?i齿??齿??滚?81.93?5.76?0.94?0.99?439.2J 计算结果表明，M扭大齿轮大于M扭卷，能够使卷筒得到逆时针方向的转动，达到提升起重物的目的。

现将以上计算所得数值列于下表，以备后面进行结构设计和计算时使用。

图3.3 卷筒的受力分析

表3.1 传动系统设计数据表

传 动 比 i 转速n,转/分 功率N，千瓦 转矩M扭，J 电动机轴 3.4 837 2.2 25.1 小齿轮轴 246.2 81.93 卷筒轴 5.76 42.7 2 439.2 17

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3.9 制动器的选择

此吊车是靠电动机的正反转来实现提升和卸下重物的。考虑到工作中的必要停止，应设有一个制动装置（包括制动器及其附件）。制动装置是用来对运动着的轴产生阻力矩，并使轴很快地减速或停止转动的装置。

制动器的选择是根据吊车提升最大重物时的制动力矩要大于轴上的最大转矩的原则进行的。即

M制?K制?M扭最大

式中 K制————制动安全系数，见表3.2。此例属于轻级工作类型，取

K制=1.5；

M扭最大————被制动轴的最大转矩，J,

表3.2 制动安全系数

工 作 类 型 轻 级 中 级 重 级 特 重 级 K制 1.5 1.75 2 2.5 那么被制动的轴要选哪一根好呢？本例中有三根轴，可有三个不同的方案。它们的优缺点比较，见表3.3

通过表3.3三种方案分析，决定采用第三种方案，即以小齿轮轴作为被制动的轴，此轴的转矩表3.1可以知道M小齿?81.93J，其制动力矩为：

M制?1.5?M小齿?1.5?81.93?122.9J

按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表24-44查得，可选用电磁闸瓦制动器JWZ—200。其产生的制动力矩，当负荷持续率为JC=25%时，为

M制=156.8J，正好大于122.9J，完全能够达到制动的目的。这个制动器的标记为：JWZ-200制动器ZB112-62。

3.10 传动机构的设计和计算

3.10.1 带传动

已知带所传递的名义功率N电=2.2千瓦，参考冶金工业出版社出版的《机械设计

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自学入门》表7-4，其具体计算步骤如下：

选取工作情况系数K工=1.3，则计算功率为：

N计?K工?N电?1.3?2.2?2.86千瓦；

根据N计=2.86千瓦和n电=837转/分，查得为A型胶带；

参考冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表7-3和7-6，选取小带轮直径为d1=125毫米；

大带轮直径d2?i带?d1?3.4?125?425毫米，符合标准值；

?d1n13.14?125?837验算带速度为??故合用； ??5.48米/秒，小于25米/秒，

60?100060?1000

表3.3 方案比较

序 号 1 方 案 优 缺 点 电动机转速高，转矩小，制动力矩也小，可选用小型电磁闸瓦制动器，制动轮能和小带轮做成一体，但缺点是电动机轴悬重较大，更主要的是制动轮表面线速度较高，在制动过程中发热严重，会降低制动轮带面的摩擦系数，影响制动轮的寿命。 2 卷筒轴转速低，转矩大，制动力矩也大，高达M制≥1.5×4484≥6726公斤·厘米，要选用较大的电磁闸瓦制动器，所需的制动轮直径（400毫米）和宽度（190毫米）也都较大，装配时受到相邻两轴空间位置的限制，结构上可能无法实现。 19

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3 小齿轮轴转速介于上面两者之间，位置也足够，且布置均匀，结构紧凑。 初定中心距a0

0.7(d1?d2)??0?2(d1?d2) 0.7(125?425)??0?2(125?425)

385??0?1100

从结构上考虑，取a0=800毫米； 三角胶带计算长度为

2（d2?d1） ?2?0?(d1?d2)?24a0L0计?23.14（425?125）(125?425)? ?2?800? 24?800 =1600+863.5+28.13=2491.63毫米

选取A型带相近的计算长度L计=2533毫米，其内周长L内=2500毫米； 实际中心距?应为： ???0?L计?L0计2533?2491.63?800??800?20.69?820.69毫米 22验算小带轮包角?1

?1?180??d2?d1??57.3??180??425?125?57.3? 821 ?180??20.9??159.1?大于120?，故合用

计算三角胶带根数z.,当?=5.48米/秒，A型胶带小带轮直径d1=125毫米时，查得单根胶带所能传递的功率N0=0.95千瓦；当?1= 159.1?时，查得K包角?0.95；再查得K带长?1.09，从而得到

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z?取z=3根

3.10.2齿轮传动

N计2.86??2.9

N0?K包角?K带长0.95?0.95?1.09首先确定齿数。已知i齿?2?i齿??1?5.7?22?125,实际传动比i齿?=5.7，初选

?1?22，则

?2125误差0.35%，小于4%是允??5.68，?122许的。

再确定模数。已知?1=22，n2=246.2转/分，N2=2.1千瓦，若大，小齿轮选用材料为45号钢，调质处理。查冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表8-7得当?1=22时，齿形系数为Y=0.270；再查表8-6得双向工作的许用弯曲应力

[?1]/?15.2?80%?12.16公斤/毫米2，Y[?1]/?0.27?12.16?3.28公斤/毫米2，取开式齿

轮传动齿宽系数?m?12、载荷系数K=1.4，计算模数为：

m?1253KN21.4?2.13?125?0.024?3毫米 ?125/?1?m[?]n222?12?3.28?246.2而按冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》图8-24查得m=3.25毫米，为安全起见，决定取标准模数为m=3.5毫米。计算齿轮的几何尺寸如下：

小齿轮分度圆直径d1?m?1?3.5?22?77毫米； 大齿轮分度圆直径d2?m?2?3.5?125?437.5毫米；

（?1+2）?3.5?（22+2）?84毫米；小齿轮齿顶圆直径d顶1?m

（?2+2）?3.5?（125+2）?444.5毫米；大齿轮齿顶圆直径d顶2?m

（?1-2.5）?3.5?（22-2.5）?68.25毫米；小齿轮齿根圆直径d根1?m （?2-2.5）?3.5?（125-2.5）?428.75毫米；大齿轮齿根圆直径d根2?m

11中心距 a?m(?1??2)??3.5(22?125)?257.25毫米；

22大、小齿轮齿宽 B??m?m?12?3.5?42毫米。

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3.11 画出总体结构方案图

总体结构方案图如图3.4所示

图3.4 总体结构方案图

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4 结构设计

4.1初算各轴的最小直径

轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。

小齿轮轴的直径：该轴选用材料为45号钢，调质处理。由于小齿轮齿根到键槽底部的距离e<2mt,所以齿轮和轴得做成一体，叫做齿轮轴。

卷筒轴的直径：该轴选用材料为45号钢，调质处理，取A=12。则

d3?A3取标准直径为d3=45毫米。

N32?123?12?0.36?4.3厘米 n342.74.2带轮的结构

已知选用A型胶带，查冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》中表7-10计算得：hamin=3.5毫米 ?min=7.5毫米 hfmin=12毫米 e?19?0.4毫米 f=12.5毫米

?0= 34? bd=14毫米；

轮槽数z=3;

轮宽B ?(z?1)e?2f?(3?1)?19?2?12.5?63毫米； 外径d顶1=d1?2hamin?125?2?3.5?132毫米；

孔径d等于电动机轴直径，查得JZ-11-6型电动机轴直径d轴=35毫米； 带轮材料选为HT20-40灰铸铁； 带轮结构型式查得为实心轮。

当大带轮计算直径d2=425毫米时，hamin， ?min，hfmin， e，f，?0， bd,z,B等，都和小带轮一样；

外径d顶2?d2?2hamin?425?2?3.5?432毫米；

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孔径d等于和它装配的轴头直径，由前面计算得。应为28毫米，因带轮较大，而孔径较小，结构上不相称，故取d轴=38毫米；

大带轮材料也选HT20-40灰铸铁； 大带轮结构型式查得为四椭圆轮辐；

2hfmin+?min）?425?2?(12?7.5)?386毫米； 轮缘内径d缘?d2?（轮毂外径d毂?（1.8~2）d轴?（1.8~2）?38=68.4~76，取d毂?76毫米； 轮毂宽度L?（1.5~2）d轴?（1.5~2）?38=57~76，取L?70毫米； 对于四椭圆轮辐的带轮，

h1?1823N毫米 n式中 N————胶带所传递的功率，此例N2=2.1千瓦； n————带轮的转速，此例n2=246.2转/分。 代入上式得到：

h1?1823N2.1?1823?182?0.204?37毫米； n246.2然后计算得到：

h2?0.8h1?0.8?37?29.6毫米； b1?0.4h1?0.4?37?14.8毫米； b2?0.3h1?0.3?37?11.1毫米； f1?0.2h1?0.2?37?7.4毫米；

f2?0.16h1?0.16?37?5.92毫米；

4.3齿轮的结构

小齿轮，由于d顶1〈160毫米，做成实心结构，材料用45号钢，正火处理。 大齿轮，由于160毫米〈d顶2〈500毫米，做成腹板式结构，材料用45号钢，正火处理。

??（2.5~4）m=（2.5~4）?3.5=8.75~14，取?=12毫米；

轮缘内径d缘?d根2?2?0?428.75?2?12?404.75，取d缘?405毫米；

齿轮孔径d等于与其相配的轴径，由轴的结构设计决定，现确定d轴=55毫米； 轮缘外径d毂?1.6d轴?1.6?55?88毫米；

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轮缘宽度L?(1.2~1.5)d轴? （1.2~1.5）?55=66~82.5，取L=66毫米；辐板厚度C?0.2B?0.2?42?8.4,去C?10毫米。

辐板上的孔数由齿轮的结构尺寸决定。考虑到大齿轮要和卷筒卷体组装，不能按一般的经验公式计算，只好初步确定孔数为八个，孔径d0?30毫米，孔的圆周定位尺寸至少要大于卷筒挡板的直径，故确定为355毫米。

4.4卷筒的结构

通常采用圆柱形卷筒，可以做成整体铸造的、焊接的或组合的三种型式。 焊接卷筒与铸造卷筒相比，能减轻重量30%~40%，特别是单件生产时，用焊接卷筒可不用木模，还能降低成本。此例采用组合卷筒，沿卷筒轴向联接的结构。

在大多数情况下，钢丝绳在卷筒上只绕一层。为了引导绳索，以免钢丝绳缠绕时互相摩擦，卷筒的表面做成螺旋槽面。只有用手驱动的卷筒或因结构上的原因，而必须用多层缠绕时才允许用光面卷筒。

卷筒的绳槽面如图所示。其几何尺寸可参照冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版中册表24-19进行设计计算。此例，d=6.2毫米，D卷=200毫米，

D0=206.2毫米，h=2.5毫米，p=8毫米，R=4毫米，r=0.5毫米。由于此吊车要求不高，为简化工艺也可做成光面卷筒。

工作时，钢丝绳在卷筒表面的偏斜角不能太大，否则缠绕的钢丝绳将发生疏密不均或乱扣的现象。为此，当钢丝绳绕到卷筒两侧时，对于光面卷筒偏斜角不得大于

1?30/，即

Ltg??2?0.025，

A也就是卷筒前面安装的第一个转向滑轮中心线到卷筒中心线的距离A要大于卷筒长度L的5倍。

L?L0?2L1?L2

式中 L0————卷筒上有螺旋槽部分的有效长度，毫米；

L0?H最大?D0P

H最大————最大提升高度，H最大=2500毫米； P————卷筒绳槽节距，P=8毫米；

L1————卷筒端部无绳槽部分的长度，可有结构需要决定L1=59毫

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米；

L2————附加长度，包括固定钢丝绳所需要的长度和为减少钢丝绳末端在卷筒上固定处（接头）的作用力的必要长度。L2=81毫米。将具体数据代入上式。得到：

L?H最大?D0?P?L1?L2?2500?8?118?81?230毫米

3.14?206.2卷筒的壁厚按下列公式确定：

（6～10）mm 铸造卷筒??0.02D卷?焊接卷筒??d毫米 此例确定为铸造卷筒，

??0.02?200?8?12毫米

钢丝绳末端在卷筒上的固定要求牢固可靠，便于装拆，检查。其中最常用的方法是用压板和螺栓进行固接。

考虑到卷筒一端和大齿轮作轴向联接，另一端和端盖作轴向联接，故把卷筒设计成所示结构形式，其材料为ZG35

4.5滑轮的结构

此例做成实体轮。

D滑————滑轮的名义直径，D滑=120毫米；

D0————滑轮的计算直径是指从钢丝绳横截面中心量得的直径，

D0?D滑?d?120?6.2?126.2毫米；

?————滑轮的绳槽角，一般为??30?~50?。

4.6升臂杆和支撑杆的结构

4.6.1升臂杆和支撑杆的尺寸

如图4.1所示，由于起升最大高度H最大?2500毫米，再考虑活动滑轮装置对起升高度的影响，估计升臂杆顶端离地面的高度约为3230毫米，若升臂杆的倾斜角为

60?，则在直角三角形ACM中，

sin60??CM AC 26

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AC?CM3030??3499，取AC=3500毫米。 ?sin600.866这个长度，经校核，也使A超过卷筒长度的五倍以上。

支撑杆的顶端B点约位于AC的2/3处，现取AB=2250毫米，图中20?为BA、BD的投影角度，即BA与BN夹角。在?ABN中，可利用正弦定理求出：

?ANB?180??(?A??B)?180??(60??20?)?100?

AB2250?-BN??sin60??0.866?1978.57毫米 ?sin1000.9848 图4.1求升臂杆、支撑杆的长度

在直角三角形B1D1N1中，

B1D1?B1E1?B1N11978.57??2048.42毫米 ?cos150.9659圆整后取B1D1=B1E1=2050毫米。

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4.6.2根据强度条件、决定升臂杆的材料和断面尺寸

根据力学常识，由图4.2可以分析出升臂杆的受力情况。这里为分析问题的方便，我们将升臂杆放平画出，A点和B点画成固定支座，如图所示。此处的升臂杆相当于二支座悬臂梁，为平面任意力系。作用在上面的外力，已知的有G、P最大，若取XOY直角坐标系，就可以利用平衡条件。求出杆件A点和B点的支反力。

为了求Fb，可设各力对A点的力矩之和为零，见图4.3 即：

G?l1?P最大?l2?Fb?l3?0

图4.2升臂杆的受力分析

图4.3求力Fb

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式中 l1、l2、l3为A点到G、P最大、Fb各力作用线的距离，也就是力臂之长。 l1?AC?sin30??3500?0.5?1750毫米； l2?AC?sin7??3500?0.12185?426.5毫米； l3?AB?sin20??2250?0.342?769.5毫米；

所以得到750*9.8*1750-399*9.8*426.5-Fb*769.5=0

1312500?170173.5*9.8?14548.1N Fb=

769.5

现按XOY直角坐标系，将各力分解为X和Y坐标的分力，得到：

Fbx?Fbcos20??14548.1?0.94?13675.214N;Fby?Fbsin20??14548.1?0.342?4975.4502N;Gx?G?cos30??7350?0.866?6365.1N;GY?G?sin30??7350?0.5?3675N;PX?P最大cos7??3910.2?0.9925?3880.8735NPY?P最大sin7??3910.2?0.1219?476.65N。

根据X方向分力的和为零的平衡条件，可得：

GX?FbX?FaX?PX?0FaX?FbX?GX?PX?13675.214?6365.1?3880.8735?3429.2405N根据Y方向分力的和为零的平衡条件，可得：

?GY?PY?FbY?FaY?0FaY?GY?PY?FbY?3675?476.65?4975.4502??1777.1N负号说明Fay与图上假设的方向相反。

从图4.3可以看出，升臂杆AC在外力作用下，将同时承受拉压、剪切和弯矩，但是以弯矩为主。其最大弯矩及相应的截面位置，根据材料力学相关知识可知，最大弯矩在B之座处：

M弯最大?（GY?PY）?BC?(3675?476.65)?(3500?2250)?3998N?m

若升臂杆选用热扎方钢，其材料为A3，参考冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表2-5，查得许用弯曲应力[?]?1500公斤/厘米2，考虑到提升重物开始和停止的瞬间有冲击载荷，应适当降低许用弯曲应力，现取[?]?1000公斤/厘米2，根据强度条件

?最大?M弯最大W弯?[?弯]

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式中 W弯————抗弯断面系数，厘米3，与断面形状和中性轴的位置有关。对

a3于热方钢，若边长为a,则W弯?。

6所以 W弯?M弯最大[?弯]?40800?40.8厘米3 1000 a3?40.8?6?244.8 a?6.26厘米

按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表2-22，选取边长

a=65毫米，长度为3550毫米的热扎方钢。

4.6.3根据强度条件，决定支撑杆的材料和断面尺寸

由于支撑杆受到一个与Fb大小相等，方向相反的作用力Fb/作用，利用平行四边形法则，将Fb/分解为相等的Fd/和Fe/两个力，即两个支撑杆受到两个相等的压力。已知二支撑杆的夹角为30?，根据余弦定理得到：

Fb/2?Fd/2?Fe/2?2Fd/Fe/?cos150?

因 Fd/?Fe/ 则

Fb/2?2Fd/2?2Fd/2?cos150??2Fd/2(1?cos150?)?2(1?0.87)Fd/2?3.74Fd/2

Fd/2Fb/2? 3.74Fd?/1/Fb?0.52?1484.5?9.8?7565N 3.74若选支撑杆为热扎方钢，其材料为A3许用压力应按冶金工业出版社出版的《机械设计自学入门》表2-2，选取，则[?压]?1600公斤/厘米2。根据强度条件公式

?压最大?P压?[?压] A式中 A————钢材的横截面积，厘米2。对于方钢，其边长为a，则A= a2。 因此， A?P压[?压]?772?0.4825

[?压]1600?/Pd 30

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所以 a?0.4825?0.69厘米

按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表2-22查得，只要选取a=7毫米的热扎方钢，就能承受得起772公斤的压力。

与此同时，支撑杆还受到一个与Fby大小相等、方向相反的作用力Fby/。它将由BD、BE两个支撑杆分担，各为

Fby/2，是两个杆的弯矩力，两个杆相当于悬臂梁，最

Fby/2大的弯矩在固定端D和E处，其最大值为

乘以D（或E）点到Fby/力作用线的距

离DK（或EK）。在直角三角形B1D1K中。DK=EK= B1D1cos20?，即

M弯最大F507.7?9.8?bY?B1D1cos20???2050?0.94?10?3?4794N?m 22/若已知A3钢的许用弯曲应力[?弯]?1000公斤/厘米2，根据弯曲强度条件公式

?最大?M弯最大W弯?[?弯]

489169?48.9169 1000则 W弯?M弯最大[?弯]?a3?48.9169?6?293.5014 a?6.65厘米

按冶金工业出版社出版的《机械零件设计手册》第二版上册表2-22查得，选取边长a=68毫米，长为2050毫米的热扎方钢。

从以上计算可以看出，这两根支撑杆只要承受弯矩力，只要弯曲强度足够，压缩强度是不成问题的。

4.7画制动轮装置和卷同装置的结构图

在已知制动轮、卷筒、齿轮、带轮的结构尺寸和轴的最小直径的前提下，就可以进行制动装置和卷筒装置的结构设计和画图工作。它涉及到轴承的选择和轴的结构设计。

本例中的两根轴是支承在轴承座声，由于安装时不可能绝对保证两头的轴承座的同轴性，因此轴承宜选用1000型滚动轴承。按冶金工业出版社出版的《机械零件设

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