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1、机械产品综合课程设计南 京 xxx 大学机械工程学院2013年9月电动葫芦设计一、概述电动葫芦是一种起重机械设备，它可安装在钢轨上，亦可配在某些起重机械上使用 （如电动单梁桥式起重机、龙门起重机、摇臂起重机等）。由于它具有体积小、重量轻、结构紧凑和操作方便等优点，因此是厂矿、码头、仓库等常用的起重设备之一。电动葫芦以起重量为 0.55t、起重高度为30m以下者居多。如图4-1所示的电动葫芦主要由电动机 （带 制动器）、减速器、钢丝绳及卷筒、导绳器、吊钩及滑轮、行车机构和操纵按钮等组成。图4-1电动葫芦1-减速器；2-行车机构；3-电动机；4-导绳器；5-钢丝绳及卷筒；6-操纵按钮；7-吊钩及滑
2、轮电动葫芦起升机构如图4-2所示。它由电动机通过联轴器直接带动齿轮减速器的输入轴，通过齿轮减速器末级大齿轮带动输出轴（空心轴），驱动卷筒转动，从而使吊钩起升或下降，其传动系统如图4-3所示。345图4-2电动葫户起升机构示意图1-减速器，2-输岀轴，3-输入轴，4-联轴器，5-电动机，6-制动器；7-弹簧，8-钢丝绳：9-卷筒图4-3电动葫芦起升机构传动系统如图4-2所示，齿轮减速器具有三级斜齿圆柱齿轮传动。为便于装拆，通常制成部件，并通过螺栓固 紧在卷筒的外壳上。为使结构紧凑和降低重量，每级小齿轮的齿数选得较少，所有齿轮均用强度较高、并 经热处理的合金钢制成。图4-4为齿轮减速器的装配图。减
3、速器的输入轴I和中间轴H、川均为齿轮轴，输出轴W是空心轴，末级大齿轮和卷筒通过花键和轴相联。为了尽可能减小该轴左端轴承的径向尺寸，一般采用滚针轴承作支 承。电动机采用特制的锥形转子电动机。如图4-2所示，它的一端装有常闭型锥形摩擦盘制动器。当电动机通电时，由于转子的磁力作用，使电动机转子向右作轴向移动，制动弹簧7被压缩，制动轮离开制动器的锥面，失去制动作用，电动机即开始转动，同时卷筒作相应的转动。当电动机断电时，轴向磁力消失， 制动轮在弹簧力作用下向左作轴向移动，使制动器锥面接合，产生制动力矩，使整机停止运动。二、设计计算设计电动葫芦齿轮减速器，一般已知条件为：起重量Q(t)、起升速度v(m
4、/ min)、起升高度H(m)、电动葫芦工作类型及工作环境等。对起重机械，按其载荷特性和工作忙闲程度，一般分为轻级、中级、重级 和特重级。对电动葫芦一般取为中级，其相应负荷持续率JC%值为25%。部分电动葫芦及其减速器主要参数见表4-1和表4-2。表4-1电动葫芦主要参数型号规格HCD-0.5HCD-1HCD-2HCD-3HCD-5HCD-10起重量0.5123510起升高度(m)6, 9, 126, 9, 12, 18, 24, 309,12,18,24,30起、升速度(m / min)888887运行速度(m / min)202020202020钢丝 绳直径(mm)4.87.4111315
5、.515.5规格6X 37(GB1102-74)电源三相交流380V50Hz工作类型中级JC25%起重电机功率(kW)0.81.53.04.57.513转速(r/ min)138013801380138013801400运行电机功率(kW)0.20.20.40.40.80.8X 2转速(r/ min)138013801380138013801380#zAfl#图4-4电动葫芦减速器1-齿轮（B） ; 2-中间轴（II ）, 3 一端盖板；4 一滚针轴承；5-通气孔；6-箱座；7-箱盖；8-齿轮（F）; 19-球轴承，10-挡圈；11-输出轴 ）:12-输入轴（I ） ； 13-卷筒；14-定位
6、销；15-螺栓；16-放油塞；17-套筒；18-中间轴（山）；19-齿轮（D）表4-2 电动葫芦减速器齿轮主要参数超址级模)齿数.变 位ja旋 线 育 向传 动 级模(mm)齿數变 位數X庭 线向传动级数(rnm)齿ft蛮 li 系 数JT旋 线 方 向总 传 动 比r0. 5! 50左2140右140左42. 33550右140左d4&0右i1-5160左2150右13+ 0. 40左47. 69620右480左J50-0. 40右2第12+ 0. 38左第3124-C.38右第414+ 0. 40左60. 5259右二J +-38左三47-0. 40右?15+ 0. 38左3134- 0.
7、 40右512+ o. 3S左68. 94级67一5 3S右56t)r 40左级43一38右512+ (h 3R左412+ 6 38右611十 0. 3S左BI. Il68一 0. 38右42(X 3845-0-38右102.514+ 0. 38左12+ 0- 3R12+ 0*38左113. 3090-a 38右347山3S左b54-0+3&右注：表中所有齿轮压力角 a n=20,螺旋角B =8 0634。电动葫芦齿轮减速器的设计内容包括：拟订传动方案，选择电动机及进行运动和动力计算，减速器主 要零件，包括齿轮、轴、轴承和花键联接等的工作能力计算。也可根据现有资料（表4-1、表4-2）采用类比
8、法选用合适的参数进行校核计算。现把其中一些设计计算要点简述如下：（一）确定钢丝绳及卷筒直径，选择电动机1 选择钢丝绳 根据图4-3,钢丝绳的静拉力Q “ QoN（4-1）m 7而Q”= Q+Q（4-2）式中 Q”总起重量，N ;Q起重量(公称重量),N ;Q吊具重量，N，般取Q=0.02Q ;Q的钢丝绳分支数，如图4-3结构所示，mm滑轮组倍率。对单联滑轮组，倍率等于支承重量 =2;n 7滑轮组效率，n 7= 0.980.99。钢丝绳的破断拉力(4-3)式中n许用安全系数。对工作类型为中级的电动葫芦，n = 5.5;换算系数，:0.80 0.90。根据工作条件及钢丝绳的破断拉力，表4-1选定钢
9、丝绳直径，必要时加以校核。即可由有关标准或手册选取钢丝绳直径d。也可根据起重量 Q按2 计算卷筒直径和转速 如图4-5所示，卷筒计算直径D0= ed= D+dmm(4-4)D= (e-1)d mm式中 d钢丝绳直径，mm;e直径比，e = D。/d,对电动葫芦，取 e= 20;D卷筒最小直径(槽底直径),mm,求出卷筒计算直径 D0后，应圆整为标准直径。卷筒的标准直径系列为:(4-5)300, 400, 500, 600, 700,800, 900,，单位为 mm。卷筒转速r/min(4-6)这里v为起升速度(m/ min),其余符号含义同前。3 .选择起重电动机起重电动机的静功率Qr,v60
10、 X 1000kW(4-7)=可瘵可I式中Q“一一总起重量(式(4-2) , N ;v起升速度，m/min ;n 0起升机构总效率；n 7滑轮组效率，一般n 7= 0.980.99;n 5卷筒效率，n 5= 0.98;n i齿轮减速器效率，可取为0.90-0.92。为保证电动机的使用性能，并满足起重机的工作要求，应选择相应于电动葫芦工作类型 动机，其功率的计算公式为：(4-8)(JC%值)的电(4-9)式中Ke起升机构按静功率初选电动机时的系数，对轻级起重机为0.700.80,中级为0.800.90,重级为0.90I，特重级为1.11.2。d图4-5卷筒直径根据功率Pjc从有关标准（表4-3）
11、选取与工作类型相吻合的电动机，并从中查出所选电动机相应的功率 和转速。也可根据起重量按表4-1选取，然后按静功率进行校核计算。表4-3 锥形转子异步电动机（ZD型）型号满载时额宦数值堵转剋流 额定电流堵转转矩 新定转矩功率(kW)电压（V）电流（A）(r/min)效事（%）功奉固数ZDjl2-40* g3802. 11380700 725+62153804” 31380720.745+百匕5ZDl-43+ 03807.013S00* 780.775+62” 7202-44+5380110- 780. H0久62” 72341-47+5J801814U00- 790. 805+62.7ZDt51
12、-41338027-51400缶53注：引自机械产品目录）第19册，机械工业出版社，1985年。（二）计算减速器的载荷和作用力1 计算减速器的载荷工作时，由于电动葫芦提升机构齿轮减速器承受不稳定循环变载荷，因此在对零件进行疲劳强度计算时，如果缺乏有关工作载荷记录的统计资料，对工作载荷类型为中级的电动葫芦，可以图4-6所示的典型载荷图作为计算依据。零件在使用寿命以内，实际总工作时数(4-10)10* JC% h式中 L使用寿命（年），根据起重机有关技术规定，对工作类型为中级的电动葫芦，齿轮寿命定为 年，滚动轴承寿命为 5年；to每年工作小时数，h，工作类型为中级时，to = 2000h;JC%机构工作类型，对电动葫芦可取JC%值为25%。2500h 计故此，根据式（4-10），在电动葫芦减速器中.齿轮的使用寿命可按5000h计算，滚动轴承按算。电动葫芦起升机构载荷有如下特点：（1）重物起升或下降时，在驱动机构中由钢丝绳拉力产生的转矩方向不变，即转矩为单向作用；（2）由于悬挂系统中的钢丝绳具有挠性，因重物惯性而产生的附加转矩
