YZ100桥式铸造起重机

机械工程学院毕业设计（论文）

1 绪论

1.1 研究的意义及目的

桥式铸造起重机是桥架型起重机的一种，它依靠起升机构和水平面内的两个相互垂直方向移动的运行机构，桥式铸造起重机是炼钢车间和连续铸造车间中的主要生产设备之一。它的主要用途是:将从高炉车间运来的铁水倒入混铁炉中进行贮存、保温，或兑入平炉或转炉中进行冶炼，以及吊运从平炉或转炉中炼好的钢水进行浇铸钢锭或在连续铸造车间中将盛钢桶直接吊到连铸机的钢包回转台上进行连续浇铸，用于不同规模的炼钢车间和不同的炼钢方式的铸造起重机的结构型式和性能参数各不相同。但桥式铸造起重机是冶金行业必须使用的一种起重运输机械。它具备承载能力大，工作可靠性高，运行速度快，维护检修方便，有完善的安全保护装置，制造工艺相对简单等优点。目前随着经济建设的发展，用户对桥式铸造起重机的性能和安全要求越来越高。但是目前的设计工作主要依靠手工完成，重复性劳动很大，而且国内桥式起重机的结构型式比较落后，其开发能力、产品规模和质量与国外都有着相当大的差距。当今，桥式起重机已不再是传统意义上粗大笨重、操作复杂、维护困难的工业设备，而是现代工业面向用户的设计理念和世界先进技术的完美结合，塑造出体积轻巧、结构紧凑、操作简便、使用安全、免维护等优秀特性的产品是当前起重机设计的目标。

冶金起重机通常是指参加炼钢、轧钢、锻造、热处理等生产过程并直接完成某一种特定工艺的特种起重机。这种起重机工作时其利用等级高，载荷状态重，工作环境恶劣，往往处在高温，高粉尘的环境中，并且由于高速运行，其承受的冲击载荷大，其功能非一般起重机能代替，所以市场对其的需求较大，对其的设计研究有着更高的要求。

本设计通过对桥式起重机的大车运行机构部分的设计计算，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器的选用；运行机构减速器的设计计算和零件的校核计算及结构设计，完成了桥式起重机的大车运行机构机械部分的设计。通过一系列的设计，满足设计要求，并且整个传动过程比较平稳，且大车运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。

1．2 国内外起重机的发展趋势

随着现代工业的迅速发展，新技术、新工艺的充分应用，社会生产力又跃上了一个新

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水平。一些大型、重型机构、设备、塔器的运输等工作，没有起重机是很难完成的。由于市场竞争的需要，起重机生产方式也由单件小批量向着多品种的变批量方向发展。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日益增长。起重量和工作速度也逐步提高，对能耗和可靠性要求更是越来越高。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。

1.2.1国外起重机发展

随着国际市场竞争的加剧，起重机械的科技含量要求明显提高，从而使国外各种制造起重机企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备来提高劳动生产率，这对世界销售市场、制造商和用户们都产生了巨大的影响。有关调查资料表明，65%的起重机械用户要求采用先进的起重机设备，主要是为了提高生产率、减少劳动工资。近年来，国外起重运输机械主要发展趋势如下：

(1)采用新理论、新技术和新手段。推广采用优化设计、可靠性概率设计、极限状态设计、虚拟样机设计、CAD/CAE设计等现代设计方法。

(2)向自动、智能和信息化，向成套、系统和规模化发展。

(3)向大型、高效和节能化发展。最大的桥式起重机起重量达1200t。 (4)向模块、通用化，向简易、多样化发展。

(5)重视产品的合理人机关系、外观造型与表面涂装，有利于提高作业效率和操作安全、舒适。

1.2.2国内起重机发展

目前国内销售市场对起重机械的需求量正在不断增加，据分析，目前全国的桥式、门式起重机的市场份额每年大约有200多亿。而其中桥式类型起重机就广泛应用于大型的生产车间、装配车间、以及冶金车间等等,是现代化生产中合理组织生产必不可少的生产设备。我国起重机应从以下几方面进行起重机的研究与改进：

(1)改进起重机械的结构，减轻自重。国内起重机多已采用计算机优化设计，以此提高整机的技术性能和减轻自重，并在此前提下尽量采用新结构。

(2)充分吸收利用国外先进技术。 (3)向大型化发展。

1.3 起重机设计概论

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1.3.1 起重机的作业特点

起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。由于反复起动和制动，各机构和结构将承受强烈的振动和冲击，有的甚至承受不稳定的变幅应力作用，这些都将对构件的强度计算产生较大影响。起重机属于有危险性作业的设备，它发生事故造成的损失将是巨大的。所以，起重机设计制造一定要严格按照国家标准和有关规定进行。

1.3.2 起重机的分类

根据GB/T 6974.1《起重机械名词术语—起重机械类别》和GB/T 20776《起重机械分类》的规定，起重机械可分为轻小型起重设备、起重机、升降机等类别。而起重机一般是指除了起升机构外还有水平运行机构的起重设备。起重机品种繁多，分类也多种多样。根据起重机构造的不同，可分为桥架型起重机和回转型起重机两类。

桥架型起重机包括梁式起重机、桥式起重机、门式起重机、装卸桥等。它除了起升机构外，还配有小车、大车两个运行机构。依靠这些机构的配合运动，可在整个长方形场地及其上空作业。这类起重机适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸。

回转型起重机，除起升机构外，通常还有旋转机构和变幅机构，依靠这些机构的配合，可以在圆形场地及其上空作业。回转型起重机可装设在车辆或其它运输工具上，这样就构成了常见的各种运行臂架式起重机，如门座式起重机、塔式起重机、汽车起重机等，他们具有很多的机动性，特别适用于露天装卸及安装工作。

1.3.3 起重机的组成

起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属结构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种安全指示装置等四大部分组成，其基本结构主要有起升机构、运行机构和金属结构等。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。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。

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2 大车系统方案设计

大车机构是由电动机、制动器、传动机构(包括减速器、传动轴、联轴器）桥架和车轮部件组成开动该机构可使起重机沿铺设厂房梁上的轨道运行，将调运的物体做水平移动，运行速度为38.8m／min。

1）大车主动轮的布置方案：

主动轮布置的位置及主动轮的数目应保证在任何情况下都有足够的主动轮压，主动轮在起动和制动过程中，由于附着力不足将会出现打滑现象。通常主动轮占车轮总数的一半。对于运行速度低的起重机也可取车轮总数的1/4，运行速度高的起重机可采用全部车轮驱动。

a）单面布置

由于主动轮在一侧轨道上，主动轮轮压之和变化较大、两侧车轮易跑偏，故 应用很少，只用于轮压本身不对称的起重机。

图2.1，单面布置

b）对面布置

在跨度小的桥式铸造起重机上用得较多，因为机构便于布置，能够保证主动轮轮压之和不随小车位置二变化，不宜用于臂架式起重机，因为主动轮轮压之和随臂架位置彼岸变化较大。

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图2.2，对面布置

c) 对角布置

常用于中、小型旋转起重机上，这是因为臂架旋转时对角主动轮轮压之和通常变化不大。

图2.3，对角布置

d）四角布置

广泛用于大型、高速运行的各种起重机上，这是因为四角上的主动轮呀之和基本不变。

图2.4，四角布置

综合比较上述车轮布置方案大车运行机构选取b）四角布置，最为合理。

2) 大车驱动装置布置方式 a）平行轴线布置

大多数起重机起升机构的驱动装置都采取电动机轴与卷筒轴平行布置。大起重最的起升机构由于起升速度相对较慢，减速器传动比增大，也有采用在减速器输出端加一级开式齿轮的方式，此外还可将定滑轮直接套装在卷筒上，并使卷简直接作为小车架的主体，在两端安装行走端粱构成整个起重小车，使结机构大为简化

b）同轴线布置

将电动机、减速器和卷筒成直线排列电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器〔常为

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普通行星减速器或少齿差行星减速器)的两端，或者把减速器布置

在卷筒内部。为使机构紧凑和提高组装性能，可采用带制动器的端面安装型式的 电动机同轴线布置的起升机构横向尺寸紧凑，但加工精度和安装要求较高，维修不太方便。

在本次设计中大车运行机构采用的是a）平行轴线布置方案，使结机构大为简化。见图2.5。

3) 大车驱动方式布置方式

根据布置不同，驱动方式有自行式和牵引式两种。自行式是机构直接装在运行部分上，依靠主动轮与轨道间的附着力运行，这种方式布置方便、改造简单、应用广泛。牵引式是驱动机构装在运行部分以外，通过钢丝绳牵引小车运行，一般只用于要求自重轻、运行速度高或者运行坡度较大的小车，如用在缆索起重机、塔式起重机上的牵引小车的运行。

自行式运行机构有集中驱动和分别驱动两种形式。

集中驱动是用一台电动机通过传动轴驱动两边的主动轮，这种机构可减少电动机与减速器的台数，但是需要复杂、笨重的传动系统，而且起重机金属结构的变形，对传动零件的强度及寿命影响较大，而且成本高，维修不便。因此，一般只用在桥式起重机小车和跨度小于16.5m的大车远行机构上。

现代起重机上广泛采用分别驱动，即两边车轮分别由两套独立的无机械 联系的驱动装量驱动。在起重机(大车)运行机构上广泛得到了采用。

本设计中大车运行机构采用分别驱动方式，见图2.5。既是省去了中间传动轴及其附件，自重轻，机构工作性能好，受机架变形影响小，安装和维修方便。可以省去长的走台，有利于减轻主梁自重等优点。

图2.5，大车运行机构布置方案 4）桥架

桥架是桥式起重机的金属结构，它一方面支承着小车，允许小车在它上面横向行驶；

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另一方面又是起重机行走的主体，可以沿铺设在厂房上面的轨道行驶。桥架由主梁及端梁构成，由于主梁形式较多，因而有各种不同形式的设计和桥架，首先要满足强度、刚度和稳定性的要求，而且也要考虑到自重和外形尺寸要小，加工制造简单等诸多因素。

a）工字钢桥架

其主梁由一根（或两根）工字钢构成，两端支承在端梁上，端梁的两端面为双槽型组成的门形，或用钢板弯焊成的口形，为了增加工字钢的承载能力，也可以在工字钢上加焊加强杆件；为增加水平刚性，在侧面加焊水平加强杆件或水平桁架，并兼走台，在小车轨道上即铺设工字钢顶上，这种桥架结构简单、加工方便，但承载能力差，刚度也比较小，智能用在跨度和起重量都不大的场合。

b）桁架式桥架是应用较早的一直桥架形式，由两根主梁和两根端梁组成。两根主梁都是空间四桁架结构，由主桁架、副桁架及上下水平桁架组成，各个桁架由3种不同型号的型钢焊接而成，小车轨道铺设在主桁架上，所以主桁架上承载大部分的垂直载荷。上下水平桁架承受水平力，并可保证桥架水平方向的刚性，在水平桁架上铺设有花纹钢板充当走台，走台钢板同时也加强了水平桁架的承载能力，在走台上面安装大车运行机构和电气设备。桁架式桥架自重小，风阻力也小，节省钢材，但其外形尺寸大，要求厂房建筑高度大，加工量大。

c)箱形梁桥架

整个桥架由两根（或一根）箱形的主梁和两根支承好主梁的端梁构成。

主梁由上下改版及左右腹板焊接而成，断面为封闭的箱形。小车轨道安装在上盖板上。根据轨道在主梁上安装位置的不同，箱形主梁结构可分为○1双主梁正轨箱形桥架。2箱○形双主梁偏轨桥架○3半偏轨箱形双梁桥架

在本设计中大车采用箱形梁桥架，两根主梁，两根副梁，两根端梁。最大限度的减少了桥架的辅助构件，充分利用了材料受力合理。既是四梁四轨式。

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3 大车机构的设计及计算

3.1 起重机的技术参数

YZ100/30－21A7桥式铸造起重机大车运行机构的跨度为21m，运行速度为38.8m／min，工作级别为M6，缓冲行程为100mm，电流种类为三相交流电：f=50HZ,u=380V

表3.1，YZ100/30－21A7桥式铸造起重机技术参数

项 目 起重量 工作级别 起升高度 起升速度 电流种类 起升机构 主小车 100t M7 28m 副小车 30t M6 30m 项 目 跨度/轨距 运行速度 工作级别 缓冲行程 电流种类 大车 21m 38.8m/min M6 100mm 运行机构 主小车 副小车 9m 37.4m/min M5 3.1m 77 m/min M6 7.4 m/min 11.86 m/min 三相交流 50Hz 380V 100mm 170mm 三相交流 50Hz 380V

3.2 起重机大车机构的设计计算

3.2.1 车轮的选择

车轮的种类和工作特点： 1.起重机用车轮按用途分为三种类型：

1）轨上行走式车轮，通常为轿、门式起重机的大、小车车轮．用量最大； 2）悬挂式车轮，在单梁起重机工字钢下翼缘上运行； 3）半圆槽滑轮式车轮，用于缆索起重机承载索上。 2.车轮按有无轮缘也可分为三种：

1)双轮绕车轮，用于桥、门式起重机大车走行轮，轮续高为25mm~30 mm； 2)单轮绕车轮点用于桥、门式起重机的小车走行轮，轮缘高为20mm～25mm，小车架跨度小，刚度好，不易脱轨；

3)无轮续车轮．没有轮缘阻挡，车轮容易脱轨，因而使用范围受到限制。如圆形轨道起重机的车轮，因有中心转轴的约束，车轮只能沿一特定半径的圆形轨道行走，故可用无

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轮缘车轮。也可在车轮两边加水平滚轮导向，防止脱轨。这三种车轮业已标准化，国际号为GB4628-84。标准车轮有三种型式：SYL型为双轮缘车轮．其基本尺寸见《起重机设计手册》图3—8—1和表3—8—1DYL型为单轮缘车轮，其基本尺寸见图3—8—2和表3—8—2‘WYL型为无轮绕车轮，其基本尺寸m图3—8—3和表3—8—3。 3.车轮计算：

YZ100/30－21A7桥式铸造起重机的大车车轮采用是双轮缘式，并且在车轮旁还应加装水平轮，这样可避免起重机歪斜运行时轮缘与轨道侧面的接触，歪斜力由水平轮来承受，使车轮轮缘的磨损减轻。

1疲劳计算时的轮压：

首先将起升载荷换算成等效载荷，然后再根据等效载荷及起重机（或小车）自重求出计算轮压。等效起升载荷按公式 Q等效起=Φ?Q起 计算： 式中 Q起——起升载荷的重量（公斤）；

Φ等效——等效静载系数

大车运行机构：

从桥式铸造起重机的设计要求可知Q起=130t=130000公斤 查《起重机计算实例》表1-20可知Φ等效=0.75

代入上式： Q等效起 = Φ?Q起 （3-1）

=130000 ?0.75

=97500 公斤 疲劳计算时的轮压为975000N 计算轮压：

对于桥式、龙门式起重机在计算轮压时，取小车位于离j支点1/4跨度处，并按公式求出计算轮压：

P计=KⅠ ? ? ? P等效 （3-2）

式中 KⅠ——等效冲击系数；

?——载荷变化系数，根据Q等效起/G查表， G为起重机或小车自重； P等效——根据等效起升载荷和起重机（或小车）自重求出的等效轮压。

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表3.2，等效冲击系数表KI、 KⅡ

运行速度载荷类别 <<60 >60~90 >90~180 >180 KI KI 1.00 1.00 1.05 1.10 1.10 1.20 1.15 1.30 表中运行速度单位为m/s

查《起重机计算实例》表2-7，既是上表，可知KI =1.0 计算：

Q等效起/G=97500/191620

=0.51

表3.3，载荷变化系数?

Q等效起/G 0.05 0.01 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 0.90 1.10 1.50 >1.60 0.98 0.96 0.94 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80

? 查《起重机计算实例》表2-8，既是上表，可知?=0.86

P等效=130000+191620=321620 公斤

把上述数据代入公式中

P计=KⅠ ? ? ? P等效 =1.0?0.51?321620 =164026.2公斤

即求得大车轮压为：

P计=1640262N

2）强度

校核时的最大计算轮压：

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P计max=ΦⅡ? Pmax （3-3） 式中 ΦⅡ——动力系数，按《起重机计算实例》图1-3选取；

Pmax——满载小车处于最不利位置时的最大轮压。

满载小车处于最不利位置时的最大轮压Pmax=164026.2 公斤。 把上述数据代入计算式中有

P计max=ΦⅡ? Pmax

=164026.2?1.1

=180428.82 公斤

计求得校核时的最大计算轮压：

P计max=1804288.2N

根据最大计算轮压值可查《起重机设计手册》按表3-8-11，可知，车轮的工作级别为M7，选用车轮材料为65Mn，轴承型号为3638，大车轨道型号为QU120,车轮直径为800mm，

3.2.2 轨道的选择

. 1）起重机轨道有三种：起重机钢轨、P型铁路钢软和方钢。钢轨的顶部作成凸状的，底部是具有一定宽度的乎板，增大与基础的接触面；轨道的截面多为工字形，具有良好的抗弯强度。方钢可看作是平顶钢轨，由于对车轮约磨损大，现在已很少用。

钢轨通常是含碳、锰较高的钢材(c＝0.5％～0.8％、Mn＝0.6％～1.5%)轧制而成。 本设计的起重机钢轨的材料为QU120，其基本尺寸见《起重机设计手册》表3-8-11所示。另外方钢主要用Q275的方钢或扁钢制成。

起直机的大车走行轨道必须固定在走行基础上，小车走行轨道固定在主梁上。当起重机工作时，轨道不能有横向和纵向移动．轨道要便于调整。

起重机轨道在主粱上的固定方式主要有以下几种，采用连续焊绕焊接，为不可拆结构，轨道截面可计入钢粱，增加了承裁强度，用于工作级别 M5以下的小车车轮轨道。采用螺钉联接，用于底部不易上螺栓的地方，国内最常用的固定方法，装配方便，但拆卸较麻烦，在轨道底部铺垫厚3mm一6mm橡胶．可减少冲击。

按照车轮踏而与轨道顶部形状的不同，其接触处可能是一直线(实际是矩形面积)，称为线接触，也可能是一点(实际是小椭圆面积)，称为点接触。线接触的受力情况较好，但往往由于机架变形和安装偏差等因素，使线接触应力分布不尽人意，因而在起重机的运行

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机构中常常常采用点接触结构。

起重机车轮所承受的载荷与运行机构传动系统的载荷无关，可直接根据起置机外载荷的平衡条件求得。车轮的疲劳计算载荷Pc可由起重机的最大轮和最小轮压来确定。GB 3811一834《起重机设计规范》规定， 根据点接触情况计算疲劳接触应力：

?j=40003式中 D——车轮直径（mm）

r——轨道头部曲率半径（公斤/厘米） 根据选取的轨道可知D=400mm

根据《起重机设计手册》表3-8-1查取，轨道头部曲率半径r=6公斤/厘米2 上述数据代入公式中有：

?j=400031??2Pj???r??D21??2Pj???r??Dc2 （3-4）

2

2 =400031??2180428.82 ????6??400

=69905.77Kg/cm2

=699057.7N/cm2

对于车轮材料65Mn，当HB>320时，[?jd] =160000-200000N/cm2，?j<[?jd], 因此满足疲劳强度计算。

2）强度校核 最大轮压的计算：

P计max=ΦⅡ? Pmax （3-5）

=164026.2?1.1 =180428.82 公斤

按点接触情况进行强度校核的接触应力：

1??2?jmax=3Pjmax????Dr?2

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1??2 =3180428.82???6??4002

=17.48Kg/cm2 =174.8N/cm2

车轮采用65Mn，HB>320时， [?j]= =160000-200000N/cm2， 由?jmax

< [?j]，故强度足够。

3.2.3 运行阻力的计算

起重机或小车在直线轨道上稳定运行的静阻力FJ由摩擦阻力Fm、坡道阻力Fp和风阻力Fq三项组成。

1) 摩擦阻力Fm ：

起重机或小车满载运行时的最大摩擦静阻力：

Fm =?Q?G?式中 Q——起升载荷（N）；

2f??dD??(Q?G)? (N) （3-6）

G——起重机或运行小车自重载荷（N）； f——滚动摩擦系数（mm），按表3.3 选取；

?——车轮轴承摩擦系数，车轮采用滚柱轴承，?取0.015，；

d——与轴承相配合处车轮轴的直径（mm），大车为100mm主小车为90，副小车为

80mm；

D——车轮踏面直径（mm），即车轮直径；

?——附加摩擦阻力系数，大小车均取1.5；

?——摩擦阻力系数，与车轮直径和轴承类型有关，大车初步计算取0.006，小车

取0.01.

表3.3 滚动摩擦系数f（mm）

车轮 材料 钢 平顶钢轨 车轮踏面直径（mm） 钢轨型式 100， 160 0.25 200， 320 0.3 400， 500 0.5 630, 710 0.6 800 900， 1000 0.7 0.7 第 - 13 - 页 共 49 页

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圆顶钢轨 铸铁 平顶钢轨 圆顶钢轨 0.3 0.4 0.4 0.5 0.6 0.6 0.7 0.8 0.8 0.9 1.0 0.9 1.2 1.2 0.9 1.4 由大车车轮直径D大=800mm，查得滚动摩擦系数f=0.7mm，轴承摩擦系数μ=0.015，附加阻力系数β=1.5，代入上式中：

Fm大 =?1300000?1916200? =34172N

Fm主 =?1000000?750000? =14547N

Fm副 =?300000?200000? =3656.N 2) 坡道阻力Fp ：

2?0.6?0.015?115600?1.5

2?0.8?0.015?115600?1.5

2?1?0.015?150800?1.5

Fp =?Q?G?sin? (N)

?为坡度角，当其非常小时，可用轨道坡度i代替。i值与起重机类型有关，桥式

起重机一般取为0.001。

故 Fp 大=?1300000?1916200??0.001 (N) =3216N

Fp 主=?1000000?750000??0.001 (N) =1750N

Fp 小=?300000?200000??0.001 (N) =500N 3) 风阻力Fq ：

由于是室内起重机，且运行速度不高，故风阻力可忽略不计。

4）静阻力FJ

FJ 大=34172+3216=37388N FJ 主= 14547+1750=16297 N FJ 副= 3656+500=4156N

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3.2.4 减速器的选择

3.2.4.1起动时间起动平均加速度 满载、上坡、起风时的起动时间： 计算公式如下：

t?n??J9.55(m?Tmq?T1) （S） （3-7）

式中：Tmq——电动机的平均起动转矩（N?m）；

T1——满载、上坡、迎风时作用于电动机轴上的静阻力矩 （N?m），按下式计算 T1?F1?D2000i??（N?m）

式中：i——减速器的传动比

T1?F1?D2000i??3216?16002000?23.24?0.9

=

=123.00

即满载、上坡、迎风时作用于电动机轴上的静阻力矩T1=123.00 N·m

起动时间一般应满足：对起重机，t=8~10s，小车运行机构t=4~6s，时间t具体可参照《起重机械》表7-10确定。在这里选取起动时间为t=9s，加（减）速时间为t=5.2s，加（减）速度为0.12m/s。 起动时间：

2?(Q?G)DC?2Tp=?mc(GD)/?? （3-8） /2i0???375(m?Mq?Mj)?n1式中： n1=705rpm

m=4驱动电动机台数

Mq=1.5×975×N/n1 =1.5×975×4/705 =82.9N·m

满载时运行静阻力矩：

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曲率，目的是要形成线接触而不是点接触。然而蜗杆蜗轮传动机构中存在齿间有较大滑移速度的缺点，正像交错轴斜齿轮那样。

蜗杆蜗轮机构有单包围和双包围机构。单包围机构就是蜗轮包裹着蜗杆的一种机构。当然，如果每个构件各自局部地包围着对方的蜗轮机构就是双包围蜗轮蜗杆机构。着两者之间的重要区别是，在双包围蜗轮组的轮齿间有面接触，而在单包围的蜗轮组的轮齿间有线接触。一个装置中的蜗杆和蜗轮正像交错轴斜齿轮那样具有相同的齿向，但是其斜齿齿角的角度是极不相同的。蜗杆上的齿斜角度通常很大，而蜗轮上的则极小，因此习惯常规定蜗杆的导角，那就是蜗杆齿斜角的余角；也规定了蜗轮上的齿斜角，该两角之和就等于90度的轴线交角。

当齿轮要用来传递相交轴之间的运动时，就需要某种形式的锥齿轮。虽然锥齿轮通常制造成能构成90度轴交角，但它们也可产生任何角度的轴交角。轮齿可以铸出，铣制或滚切加工。仅就滚齿而言就可达一级精度。在典型的锥齿轮安装中，其中一个锥齿轮常常装于支承的外侧。这意味着轴的挠曲情况更加明显而使在轮齿接触上具有更大的影响。

另外一个难题，发生在难于预示锥齿轮轮齿上的应力，实际上是由于齿轮被加工成锥状造成的。直齿锥齿轮易于设计且制造简单，如果他们安装的精密而确定，在运转中会产生良好效果。然而在直齿圆柱齿轮情况下，在节线速度较高时，他们将发出噪音。在这些情况下，螺旋锥齿轮比直齿轮能产生平稳的多的啮合作用，因此碰到高速运转的场合那是很有用的。当在汽车的各种不同用途中，有一个带偏心轴的类似锥齿轮的机构，那是常常所希望的。这样的齿轮机构叫做准双曲面齿轮机构，因为它们的节面是双曲回转面。这种齿轮之间的轮齿作用是沿着一根直线上产生滚动与滑动相结合的运动并和蜗轮蜗杆的轮齿作用有着更多的共同之处。轴是一种转动或静止的杆件。通常有圆形横截面。在轴上安装像齿轮，皮带轮，飞轮，曲柄，链轮和其他动力传递零件。轴能够承受弯曲，拉伸，压缩或扭转载荷，这些力相结合时，人们期望找到静强度和疲劳强度作为设计的重要依据。因为单根轴可以承受静压力，变应力和交变应力，所有的应力作用都是同时发生的。

“轴”这个词包含着多种含义，例如心轴和主轴。心轴也是轴，既可以旋转也可以静止的轴，但不承受扭转载荷。短的转动轴常常被称为主轴。

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当轴的弯曲或扭转变形必需被限制于很小的范围内时，其尺寸应根据变形来确定，然后进行应力分析。因此，如若轴要做得有足够的刚度以致挠曲不太大，那么合应力符合安全要求那是完全可能的。但决不意味着设计者要保证；它们是安全的，轴几乎总是要进行计算的，知道它们是处在可以接受的允许的极限以内。因之，设计者无论何时，动力传递零件，如齿轮或皮带轮都应该设置在靠近支持轴承附近。这就减低了弯矩，因而减小变形和弯曲应力。

虽然来自M.H.G方法在设计轴中难于应用，但它可能用来准确预示实际失效。这样，它是一个检验已经设计好了的轴的或者发现具体轴在运转中发生损坏原因的好方法。进而有着大量的关于设计的问题，其中由于别的考虑例如刚度考虑，尺寸已得到较好的限制。

设计者去查找关于圆角尺寸、热处理、表面光洁度和是否要进行喷丸处理等资料，那真正的唯一的需要是实现所要求的寿命和可靠性。

由于他们的功能相似，将离合器和制动器一起处理。简化摩擦离合器或制动器的动力学表达式中，各自以角速度w1和w2运动的两个转动惯量I1和I2，在制动器情况下其中之一可能是零，由于接上离合器或制动器而最终要导致同样的速度。因为两个构件开始以不同速度运转而使打滑发生了，并且在作用过程中能量散失，结果导致温升。在分析这些装置的性能时，我们应注意到作用力，传递的扭矩，散失的能量和温升。所传递的扭矩关系到作用力，摩擦系数和离合器或制动器的几何状况。这是一个静力学问题。这个问题将必须对每个几何机构形状分别进行研究。然而温升与能量损失有关，研究温升可能与制动器或离合器的类型无关。因为几何形状的重要性是散热表面。各种各样的离合器和制动器可作如下分类：

1．轮缘式内膨胀制冻块； 2．轮缘式外接触制动块； 3．条带式； 4．盘型或轴向式； 5．圆锥型； 6．混合式。

分析摩擦离合器和制动器的各种形式都应用一般的同样的程序，下面的步骤

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是必需的：

1．假定或确定摩擦表面上压力分布；

2．找出最大压力和任一点处压力之间的关系；

3．应用静平衡条件去找寻（a）作用力；（b）扭矩；(c)支反力。 混合式离合器包括几个类型，例如强制接触离合器、超载释放保护离合器、超越离合器、磁液离合器等等。

强制接触离合器由一个变位杆和两个夹爪组成。各种强制接触离合器之间最大的区别与夹爪的设计有关。为了在结合过程中给变换作用予较长时间周期，夹爪可以是棘轮式的，螺旋型或齿型的。有时使用许多齿或夹爪。他们可能在圆周面上加工齿，以便他们以圆柱周向配合来结合或者在配合元件的端面上加工齿来结合。虽然强制离合器不像摩擦接触离合器用的那么广泛，但它们确实有很重要的运用。离合器需要同步操作。

有些装置例如线性驱动装置或电机操作螺杆驱动器必须运行到一定的限度然后停顿下来。为着这些用途就需要超载释放保护离合器。这些离合器通常用弹簧加载，以使得在达到预定的力矩时释放。当到达超载点时听到的“喀嚓”声就被认定为是所希望的信号声。

超越离合器或连轴器允许机器的被动构件“空转”或“超越”，因为主动驱动件停顿了或者因为另一个动力源使被动构件增加了速度。这种离合器通常使用装在外套筒和内轴件之间的滚子或滚珠。该内轴件，在它的周边加工了数个平面。驱动作用是靠在套筒和平面之间契入的滚子来获得。因此该离合器与具有一定数量齿的棘轮棘爪机构等效。磁液离合器或制动器相对来说是一个新的发展，它们具有两平行的磁极板。这些磁极板之间有磁粉混合物润滑。电磁线圈被装入磁路中的某处。借助激励该线圈，磁液混合物的剪切强度可被精确的控制。这样从充分滑移到完全锁住的任何状态都可以获得。

加工基础作为产生形状的一种加工方法，机械加工是所有制造过程中最普遍使用的而且是最重要的方法。机械加工过程是一个产生形状的过程，在这过程中，驱动装置使工件上的一些材料以切屑的形式被去除。尽管在某些场合，工件无承受情况下，使用移动式装备来实现加工，但大多数的机械加工是通过既支承工件又支承刀具的装备来完成。

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机械加工在知道过程中具备两方面。小批生产低费用。对于铸造、锻造和压力加工，每一个要生产的具体工件形状，即使是一个零件，几乎都要花费高额的加工费用。靠焊接来产生的结构形状，在很大程度上取决于有效的原材料的形式。一般来说，通过利用贵重设备而又无需特种加工条件下，几乎可以以任何种类原材料开始，借助机械加工把原材料加工成任意所需要的结构形状，只要外部尺寸足够大，那都是可能的。因此对于生产一个零件，甚至当零件结构及要生产的批量大小上按原来都适于用铸造、锻造或者压力加工来生产的，但通常宁可选择机械加工。

严密的精度和良好的表面光洁度，机械加工的第二方面用途是建立在高精度和可能的表面光洁度基础上。许多零件，如果用别的其他方法来生产属于大批量生产的话，那么在机械加工中则是属于低公差且又能满足要求的小批量生产了。另方面，许多零件靠较粗的生产加工工艺提高其一般表面形状，而仅仅是在需要高精度的且选择过的表面才进行机械加工。例如内螺纹，除了机械加工之外，几乎没有别的加工方法能进行加工。又如已锻工件上的小孔加工，也是被锻后紧接着进行机械加工才完成的。

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