雙梁懸掛過軌橋式起重機設計說明書 最終版 - 副本

1、畢業(yè)設計（論文）說明書課題名稱：KSX12.5-3.75雙梁懸掛過軌起重機起升機構的設計 河南省高等教育自學考試2015年4月1日摘 要 橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。橋式起重機廣泛地應用在室內外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。 普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機橋架金屬結構組成。起重小車又由起升機構、小車運行機構和小

2、車架三部分組成。起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構。起重機運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯軸器。起重機運行機構一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。

3、當車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。橋架的金屬結構由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結構類型較多比較典型的有箱形結構、四桁架結構和空腹桁架結構。箱形結構又可分為正軌箱形雙梁、偏軌箱形雙梁、偏軌箱形單主梁等幾種。本文先對SolidWorks軟件作出簡介，對此三維軟件作出一系列的說明，而后對雙梁懸掛過軌橋式起重機設備進行介紹，并結合SolidWorks軟件，將二

4、者融會貫通。通過SolidWorks軟件設計，從二維的AUTOCAD零件圖紙，到三維的SolidWorks整個設備，大大地提高了設計的效果和效率，避免了工程師們在現實中出現的錯誤，切切實實地展現出三維軟件的強大性能。關鍵詞：雙梁懸掛過軌橋式起重機；液壓缸；Silidworks；設備。absraotePneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure t

5、o moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and ato

6、mic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic

7、part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure w

8、ork.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical p

9、are-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced. The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer auger.This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters

10、, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered b

11、y the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom. 目錄摘要1Abstract2第一章緒論5 1.1課題的來源與研究的目的與意義.5 1.2雙梁懸掛過軌橋式起重機的方案分析.5 1.2.1 結構分析.6 1.2.2 機械結構

12、總體方案與布局.7 1.3課題研究的內容.8 1.3.1 Solidworks設計基礎.9 1.3.2 草圖繪制.10 1.3.3 基準特征，參考幾何體的創(chuàng)建.11 1.3.4 拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建.12 1.3.5 工程圖的設計.13 1.3.6 裝配設計.14第二章機械結構的設計.17 2.1 起升機構的設計18 2.1.1 起升電動機的選型計算18 2.1.2 圓柱齒輪減速器的選型計算18 2.1.3 卷筒選型計算19 2.1.4 浮動軸的設計計算19 2.1.5 聯軸器的選型計算20 2.1.6 鋼絲繩的選型計算21 2.1.7 制動器的選型計算22 2.2 行走小車的機構的設

13、計23 2.2.1小車行走電機的選型計算24 2.2.2傳動齒輪的設計計算25 2.3 鎖緊機構的選型計算25第三章 各部分強度的校核.26 3.1浮動軸強度的校核26 3.2齒輪強度的校核27第四章 結構設計及三維建模28 4.1起升電機的三維建模29 4.2減速器的三維建模29 4.3掛鉤的三維建模30 4.4雙梁懸掛過軌橋式起重機的三維建模31第五章 主要零件的有限元分析32 5.1浮動軸的有限元分析33參考文獻34致謝35畢業(yè)設計小結36 第一章 緒論機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產業(yè)。不論是傳統產業(yè)，還是新興產業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，

14、機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產各種產品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎

15、。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。 研究、設計和發(fā)展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。 1.1課題的來源與研究的目的和意義 現代工業(yè)雙梁懸掛過軌橋式起重機起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品。雙梁懸掛過軌橋式起重機首先是從美國開始研制的。1

16、958年美國聯合控制公司研制出第一臺雙梁懸掛過軌橋式起重機。日本是工業(yè)雙梁懸掛過軌橋式起重機發(fā)展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型雙梁懸掛過軌橋式起重機后，大力研究雙梁懸掛過軌橋式起重機的研究。據報道，1976年從事雙梁懸掛過軌橋式起重機的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1979年120多個大學和國家研究部門用在雙梁懸掛過軌橋式起重機的研究費用42%。1979年日本雙梁懸掛過軌橋式起重機的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的雙梁懸掛過軌橋式起重機產值約為67億日元，比1978年增長

17、50%。智能雙梁懸掛過軌橋式起重機約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，雙梁懸掛過軌橋式起重機累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%60%的速度增長。使用雙梁懸掛過軌橋式起重機最多的是汽車工業(yè)，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。第三代雙梁懸掛過軌橋式起重機則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。隨著雙梁懸掛過軌橋式起重機的

18、研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。1.2 雙梁懸掛過軌橋式起重機的方案分析 雙梁懸掛過軌橋式起重機主要用在大型的加工車間，特別是流水線上作業(yè)的地方經常用到，例如鋼材、一些中的零部件的調運等等場合，都需要用到橋式起重機，結合具體的工況，一般的雙梁懸掛過軌橋式起重機都是用在車間很大，需要調運零部件很重的場合，所以在這里，我們設計的這款起重機型號為KSX12.5-3.75A3，端車分別安裝在車間兩側的鋼構上的軌道上面，雙梁橫跨整個車間與端車通過螺栓，焊接相連。雙梁上面分別安裝有軌道，這樣就便于小車在上面能夠橫向行走，而端車是縱向行走，小車橫向行

19、走，絞車實現吊鉤的升降，這樣就全方位地實現了工件的調運，方便快捷。1.2.1 結構分析 本次設計的雙梁懸掛過軌橋式起重機主要用于流水線上大且重工件的調運，橋式起重機主要由：主梁，端梁，小車，吊鉤以及導軌等等零部件組成，其中整個橋式起重機沿著縱向安裝的軌道作縱向往復運動，而安裝在主梁上面的小車則沿著橫向安裝在主梁上面的軌道作橫向往復運動，吊鉤則實現工件的垂直升降，其工作區(qū)域為一矩形，運動示意圖如下：1.2.2 機械結構總體方案與布局 雙梁懸掛過軌橋式起重機主要由：主梁，端梁，小車，吊鉤以及導軌等等零部件組成，其方案布局圖如下圖所示：1.3.1 SolidWorks設計基礎 熟悉SolidWork

20、s的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導入等基本操作，掌握三維建模流程。1.3.2 草圖繪制 掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣列、實體轉換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。1.3.3 基準特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據建模需

21、要綜合應用各種參考幾何體。1.3.4拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建模 靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實體。1.3.5工程圖設計 靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。1.3.6 裝配設計 靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈

22、活運用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。第二章 機械結構的設計2.1 起升機構的設計2.1.1 起升電動機的選型計算 已知雙梁懸掛過軌橋式起重機中，兩個端梁，以及主梁，和小車等等零部件的總重量，我們取2000Kg，掛鉤在Z方向移動范圍為50mm8000mm，卷筒直徑d=450mm, 具體的電機設計計算如下:N=3.7(KW)G雙梁懸掛過軌橋式起重機的調運能力，1000kg/h傳動效率，取0.75 所以根據N3.7kw，n1500r/min，查B1表

23、10-4-1選用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4電機。2.1.2 圓柱齒輪減速器的選型計算根據以上計算可知，卷筒的轉速為37.68mm/min,則根據公式有：減速器的總傳動比為：=588/37.68=15.6，根據相關表格可知，我們選擇ZQ-1000型的圓柱齒輪減速器，其需用功力N=432KW，傳動比i=15.6，自重g=3200KG,輸出最大扭矩T=118000N。2.1.3 卷筒選型計算 根據工況可知，系統的工作級別為M2級，由一下表格可得，卷筒鋼絲繩直徑比系數為e=14。則卷筒直徑由一下公式可得： 其中，卷筒尺寸圖如下：2.1.4 浮動軸的設計計算（1）初步確定軸的

24、直徑 根據工作條件，取mm（2）浮動軸受力分析N （3.33） N （3.34） N 傳動軸的受力簡圖（3）繪制浮動軸的受力簡圖，如圖所示，求支座反力垂直面支反力：由，得： 由，得： N （3.37）水平面支反力：由，得： （3.38） N由，得： N （3.39） （4）作彎矩圖：垂直面彎矩圖：C點 Nmm （3.40）水平面彎矩圖：C點 Nmm （3.41）合成彎矩圖：C點Nmm （3.42） （5）作轉矩T圖： Nmm2.1.5 聯軸器的選型計算根據公式 mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯軸器型號。聯軸器的計算轉矩，查機械設計

25、（第八版）表14-1，由于轉矩變化很小，故取，則=1.3X49.24=64012N.Mm查機械設計課程設計表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯軸器其工稱轉矩為1250N.m，而電動機軸的直徑為20mm所以聯軸器的孔徑不能太小。取=60mm，半聯軸器長度L=80mm，半聯軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。軸向滾動絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯軸器，其公稱轉矩為1250000，半聯軸器的孔徑60mm，半聯軸器長度82mm。2.1.6 鋼絲繩的選型計算鋼絲繩在工程起重機上使用的非常普遍，一般由許多高強度鋼絲編繞而成。它首先由單根鋼絲繞在一起形成股，然后將其中一些股繞成繩芯，再由其它股組成的外股圍繞繩

26、芯繞成鋼絲繩。有些進口鋼絲繩內部還包含一個塑料插芯，通常以塑料涂層的形式經過特殊處理覆蓋在繩芯上，重要的鋼絲繩則在繩內部充填適當的潤滑劑以減少摩擦。根據以上工況，計算可得：鋼絲繩所承受的最大拉力為：，根據起升機構級別，查下表可得安全系數K=5，其中整繩破斷拉力，查表選取鋼絲繩型號6W(19)-18-155-光-右交（GB1102-74),鋼絲繩直徑D=20mm。2.1.7 制動器的選型計算 根據系統工況，計算靜制動力矩：，故選用YWZ-600/200制動器。2.2 行走小車的機構的設計2.2.1 小車行走電機的選型計算 已知行走小車上各零部件的總重量，我們取800Kg，小車輪與導軌之間的摩擦系

27、數取，則根據公式有： 根據負載公式:N=2.3(KW)G小車的總重輪子與導軌之間的摩擦系數，取0.5 所以根據N2.3kw，n1500r/min，查B1表10-4-1選用Y100M-4，再查表10-4-2得Y100M-4電機。2.2.2 傳動齒輪的設計計算本次設計的齒輪傳動是由兩個直齒圓柱齒輪來完成的。即小齒輪和大齒輪。小齒輪安裝在電機輸出軸上，大齒輪安裝在中間軸。通過這兩個齒輪，將運動傳遞到小車的運動上面。1）齒輪模數的確定參考同類產品：選取小齒輪材料為45#鋼，齒面淬火，淬火硬度為HBS220-280；大齒輪材料同樣用45#鋼，調質處理HBS220-280。初選z=40, 則z2=i40=

28、240=80, 為減小傳動的尺寸，小齒輪和大齒輪均為硬齒面； 模數大小需由彎曲疲勞強度確定。由于第二對齒輪傳動承載較大，就按第二對齒輪傳動初步計算。按彎曲強度，m 1P201式（10-5） 式中，取載荷系數K=1.325，z=23，轉矩T=6338 Nw齒寬系數=0.51小齒輪、大齒輪許用彎曲應力：=637MP，=396MP齒形系數：Y=2.69 ， Y=2.21應力修正系數：Y=1.58 ， Y=1.77以上數據均查自1P200 = 就按二者中的大值計算，將諸值代入式，得M=4.5mm圓整，取m=5mm。2.3鎖緊機構的選型計算小車的鎖緊機構在雙梁過軌橋式起重機的工作過程中的起到了至關重要的

29、保證人身安全的作用，本次設計的鎖緊機構為為電機帶動齒輪傳動，從而來帶動主擋車板擺動，當主擋車板擺動到一定的程度的時候就好副擋車板嚙合了，這樣就限制了小車的繼續(xù)移動，當中控系統發(fā)出信號給鎖緊機構的電機了，電機開始反轉，這樣，主擋車板就和副擋車板脫離，這樣小車就可以移動了。第3章 各部分強度的校核3.1浮動軸強度的校核按彎扭合成應力校核軸的強度校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻1，15-5可知，取，軸的計算應力 MPa （3.43）選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精確校核軸的疲勞強度判斷危險截面從應力集中對軸的疲勞強度的影響來

30、看，截面IV和V引起的應力集中最嚴重，而V受的彎矩較大；從受載的情況來看，截面C的應力最大，但應力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左側抗彎截面系數 mm （3.44）抗扭截面系數 mm （3.45）截面V左側的彎矩M為 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應 Mpa （3.47） 截面上的扭轉切應力MPa （3.48）軸的材料為45鋼，調質處理。由文獻1表可知，MPa，MPa，MPa。由文獻1 附表可知，用插入法求出 ，軸按精車加工，由文獻1 附圖可知，表面質量系數為： 軸未經表面強化處理，固得綜合系數為 （3.49） 由文獻1 ，可知，碳鋼的特性系數

31、取 取所以軸在截面V左側的安全系數為 （3.50） （3.51） （3.52）故該軸在截面V左側的強度是足夠的。截面V右側抗彎截面系數 mm抗扭截面系數 mm截面V左側的彎矩M為 MPa截面V上的扭矩T為 MPa 截面上的彎曲應力 MPa截面上的扭轉切應力 MPa截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數及按文獻1附表查取。因， ，又由文獻1附圖可得軸的材料的敏感系數為 ，故有效應力集中系數按文獻1，附為 （3.53） 由文獻1附圖可得軸的截面形狀系數為由文獻1附圖可得軸的材料的敏感扭轉剪切尺寸系數為綜合系數為 所以軸在截面V左側的安全系數為 故該軸在截面V左側的強度是足夠的。3.2齒輪強度的校核

32、齒形系數Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21應力修正系數Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775彎曲疲勞極限 600，650，450彎曲安全系數S S=1.0應力循環(huán)次數N 小齒輪為主動輪。每轉一周，小齒輪同一側嚙合一次，彎曲應力按脈動循環(huán)變化；中間同一側齒面口嚙合一次，彎曲應力按對稱循環(huán)變化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910彎曲壽命系數KFNKFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15許用彎曲應力 =540 =650=518驗算：經計算知：大小齒輪

33、均滿足彎曲強度要求，且具有高的可靠性。第4章 結構設計及三維建模 4.1起升電機的三維建模4.2減速器的三維建模4.3掛鉤的三維建模第五章 主要零件的有限元分析5.1浮動軸的有限元分析 在這一設備里，浮動軸是受力最大也是最重要的零件，在這里，我們以浮動軸為例，進行受力分析，案例如下：浮動軸三維零件圖操作步驟如下圖所示：點擊分析工具欄命令，如圖所示： 點擊“添加夾具”按鈕，對主軸添加一個夾具，我們選擇浮動軸左側為夾具，如下圖所示： 再接著在浮動軸的右邊添加一個力，如圖所示：選擇材料為45#鋼，如下圖所示：點擊開始分析按鈕，系統就會自動對模型進行應力等方面的分析，如下圖所示：這就是分析后的浮動軸的

34、應力分布情況：參考文獻1張福學編著.雙梁懸掛過軌橋式起重機技術及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。2何發(fā)昌著，邵遠編著.雙梁懸掛過軌橋式起重機的原理及應用.北京：高等教育出版社，1996。3張利平著. 液壓技術速查手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2006.12。4李寶仁著. 液壓技術低成本綜合自動化. 北京：機械工業(yè)出版社，1999.9。5宋學義著. 雙梁懸掛過軌橋式起重機速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。6陳奎生著. 氣與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學出版社，2008.5。7SMC（中國）有限公司. 雙梁懸掛過軌橋式起重機實用液壓技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.108徐文燦著. 雙梁懸掛過軌橋式起重機系統設計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。9曾孔庚.雙梁懸掛過軌橋式起重機的發(fā)展趨勢. 機器人