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摇臂式行车设计
JIANGXIAGRICULTURALUNIVERSITY
本科毕业论文（设计）
题目：
摇臂式行车设计
学院：
姓名：
学号：
专业：
年级：
指导教师
二0一四年五月
目录
摘要1
Abstract2
1前言3
2设计计算4
2.1工字梁的选取4
2.1.1工字梁的受力分析4
2.1.2工字梁的最大转矩5
2.1.3工字梁的刚度计算9
2．2工字梁与立柱连接主轴设计计算10
2.2.1轴的材料选择10
2.2.2轴的结构设计10
2.2.3轴上零件的定位10
2.2.4轴的结构工艺性11
2.2.5轴的尺寸的设计计算：
11
2.2.6轴的强度校核13
2.2.7确定个轴段的直径14
3电葫芦的选择:
14
4开式齿轮的选取15
5轴承的校核选用15
6回转驱动装置选择15
7.电动葫芦限位装置设计16
8机座的固定17
参考文献18
致谢19
摘要
摇臂式行车又称立柱式摇臂起重机，起重量在125千克至5000千克，是由电葫芦、摇臂驱动装置、摇臂和立柱构成。
立柱下面底座由地脚螺栓安定在混泥土上，由电机带动减速驱动装置使摇臂回转，电动葫芦在工字钢上作直线往复运动作业。
它的特点有：
自重轻、梁长、起重量大，安装、操作、维修方便。
它们完全独立，是一种很好的工作岗位起重机，并适用于各种场合的货场和装卸平台。
立柱占地面积小。
对于提升空间非常小的情况下也可以获得相当大的起重高度。
关键词:
摇臂式、立柱式、起重机
Abstract
RockerdrivingisalsocalledthepillarjibcraneliftingWeightin125Kg-5000Kg,iscomposedofanuprightcolumnrockerarm-rockerdrivingdeviceandelectrichoistcomponents.
Thecolumnisthebasethroughtheboltandsetinconcretefoundationdrivenbyamotorreducerdrivetherockerarms,electrichoistformovementoperationinthespiralarmsi-steel.It’sfeaturesarelightweight,armlength,weight,installation,operation,repairsimple.Theyarecompletelyingdependent,isanidealjobcrane,yardandloadingandunloadingplatformandissuitableforoutdoor.ThecolumnhastheadvantagesofsmallRocker driving isalsocalledthe pillar jibcrane, liftingweight in125Kg-5000Kg, iscomposedofanuprightcolumn, rockerarm, rocker drivingdevice andelectrichoistmovement operation inthespiralarmsi-steel. Its featuresare:
lightweight, armlength, weight, installation, operation, repair simple. Theyarecompletelyindependent, isanideal job crane, yard and loadingandunloadingplatform andissuitablefor outdoor. Thecolumn hastheadvantagesofsmallcircumstancescanalsogetgreatliftingheight.
Keywords:
rockerarmtype, columntype, crane
1前言
起重机是一种间歇运动,回收机械。
工作周期:
从获取获取设备的项目,然后线性运动到目标位置项,然后反向运动,使取设备回原位,然后下一个周期。
起重机械一般通过提高机制（物品上下运动）、运行（起重机械）、变幅机构和回转机构（移动项目级别）,再加上焊接机制,动力装置,操纵和控制的重要辅助设备。
上下一定范围内搬运重物的起重机械更多的行动,也称为起重机。
用于提升项目,配备适当的机也可以解除后材料和液体材料。
起重机的工作特点是间歇运动,采取在一个工作循环,即材料运输、卸载相应机构替代工作。
机构通常在启动、制动和运行工况的积极和消极的方向。
起重机机构有四类,即:
货物电梯起重机构,水平运动机制,是一个旋转起重机回转机构,回转机构,改变回转半径。
摆臂式起重机是近年来发展起来的中小型起重设备,可靠、安全、高效、节能、节省时间和精力,灵活的特点。
简而言之,任何操作空间紧张的场合比传统设备的优势,广泛应用于各种行业。
摇臂式行车由回转臂回转驱动装置，立柱及电葫芦组成，立柱下面通过地脚螺栓国定在混呢图基础上，由齿轮啮合驱动摇臂回转，电葫芦在悬臂工字钢上作左右直线运动，并起吊重物。
如图1-1：
本次设计为0.5T立柱摇臂式起重机，起重提升部分选用标准的CD型电动葫芦，电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有重量轻，结构紧凑，零部件通用性强，体积小，操作简便等等优点。
CD电动葫芦减速器使用特殊硬化的材料加工硬化制成，运转动静小，稳定性强，寿命长久。
为有效避免联轴器故障，电机和减速器间的驱动是直连式的。
起升电机是一个带有平面盘式制动圆柱电动机。
电机和制动器的设计会保证高效率、高循环性的连续性运行。
制动器是高寿命摩擦和弹力制动隔板构成。
就算在电源断电的时候，也具有稳定性和自动制动的作用。
摩擦衬垫寿命长，制动系统具有自动补偿功能。
电动葫芦可以安装无线遥控,远程控制的范围内可以容易使用和工作更方便。
由于电动葫芦具有重量轻、体积小、操作方便、外形美观等特点，拥有独特的电机热保护装置，更具安全性。
本次设计选用的市场上可购的CD型号0.5T电动葫芦。
2设计计算
2.1工字梁的选取
本次设计已知数据：
整机高度3000mm摇臂长2500mm
起升高度：
2500mm小车行走速度20m/min起升速度8m/min
2.1.1工字梁的受力分析
由图可知工字钢受力为悬臂梁，工字梁上手下拉重物G=500kg，悬臂长2500mm，如图2-1：
图2-1
工字梁的许用应力：
根据参考文献【1】工字梁的材料为Q235，为低碳钢塑性材料，
由公式：
式中：
—屈服极限；
—安全系数，一般选（1.5~2.5）
通常安全系数的选取是从安全和经济的角度出发，如果安全系数越大，强度越大，但安全却不经济。
因此二者需要统一，材料的许用应力和安全系数也不是恒定不变的，随着科技的发展及人们对客观事物的深入认识，二者应选取的更切合实际。
因为起重过程中有冲击载荷的存在，上述二者一般是在静载荷状态下选取的，所以取
=2.5。
参考文献【1】表13.1，Q235的屈服强度
=235Mpa.
所以
=
2.1.2工字梁的最大转矩
由于电葫芦在工字梁上可以往返运动，所以工字梁受力有两个极限即一个在最外边与最里边。
（1）电葫芦在工字梁的最外端时：
工字梁自重先忽略，在选取
工字梁的时候参数选取大一个等级，补偿重力的缺失。
受力如图2-2：
图2-2
求支反力：
由梁的整体静力平衡方程，可得出支反力。
列弯矩方程。
取梁的左端A坐标原点，梁AB为X轴，则弯矩方程为：
绘制弯矩图：
根据弯矩方程绘出此梁的弯矩图。
如图2-3所示：
图2-3
则最大弯矩为：
（2）当电动葫芦在最内端的时候，如图2-4：
图2-4
求支反力：
由梁的整体静力平衡方程，可得出支反力。
列弯矩方程。
取梁的左端A坐标原点，梁AB为X轴，则弯矩方程为：
绘制弯矩图：
根据弯矩方程绘出此梁的弯矩图，如图2-5
图2-5
则最大弯矩为：
所以最大的内应力为
由参考文献【1】根据公式，计算所要达到的抗弯截面模量：
由参考文献【1】查表可得，选用16号工字钢，其
。
本次设计选用16号工字钢。
2.1.3工字梁的刚度计算
在工程设计中，通常按梁的强度条件选择梁的截面尺寸，然后按梁的刚度进行校核，校核梁的刚度的目的，就是要控制梁的变形，使梁的最大挠度或最大转角在规定的许可范围内，故梁的刚度条件，由参考文献【1】得：
式中:
-许可挠度，
式中：
—最大挠度；F—工字梁受力；
l—悬臂梁的长度；E—工字钢弹性模量；I—工字钢截面惯性矩
工字钢受力可知当工字钢在外端时，此梁受力最大，受集中力G=5kN，受力处跨度
l=2500mm。
根据工作性质规定
。
16号工字钢E=200GP。
<
故此梁满足刚度
2．2工字梁与立柱连接主轴设计计算
轴是机械设备的重要部件之一。
在轴的计算,因此,不仅考虑轴本身,还必须设计影响轴向轴部分。
轴通过轴承连接列,安装在轴旋转部分轴运动,形成了一个轴轴部分的基础上。
它的主要功能房间支持旋转运动和运动和权力转移。
2.2.1轴的材料选择
选择轴的材料时除第一要满足使用要求外，第二考虑材料的加工工艺性及经济性。
轴的材料一般采用碳素钢和合金钢，轴的坯一般用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。
轴的常用材料为优质中碳钢，如35、45、50钢，其中以45钢最为常用。
起重设备载荷大，而且冲击载荷的存在，因此，在这里应工作要求较高选用45钢。
2.2.2轴的结构设计
轴的结构设计要确定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构设计本身一定要考虑强度问题，结构的合理性，同时应满足使用要求。
2.2.3轴上零件的定位
1）轴上零件的轴向固定
轴端挡圈同样也用于固定轴端部件，可以承受较大的轴向力。
轴端挡圈可以使用螺钉固定，为了预防轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可使用双螺钉加止动垫圈放松等固定方法。
轴向零件在轴向的准确工作位置是靠一定的轴向固定的方法实现的。
可选用轴肩、轴端挡板、轴承端盖等来定位。
2）轴上零件的周向固定
周向固定的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。
常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。
3）各段轴直径和长度的确定
确定各段轴的直径时，可根据轴所受弯矩初步估算轴所需的直径。
将初步求出直径作为承受弯矩的轴端最小直径，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从最小直径处开始慢慢确定各段轴的直径。
确定各段轴端的长度时，应尽量使结构紧凑，同时也要保证零件所需的装配和调整空间。
轴的各段长度主要按照各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。
2.2.4轴的结构工艺性
轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，而且生产率高、成本低。
轴的结构越简单，它的工艺性越好。
1）为了便于轴上零件的装配，在轴端加工出
倒角。
2）同一轴上直径相近的地方的不同轴端上的键槽采用一种规格的键槽截面尺寸，并放在轴的同一母线上。
3）为减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的倒角应尽量采用相同尺寸。
2.2.5轴的尺寸的设计计算：
已知：
轴只承受弯矩，不传递转矩。
工字梁：
电动葫芦：
由文献【2】查得选用
提升重物拉力：
根据受力分析图2-6：
图2-6
工字梁与立柱连接轴之间受到一个拉力
，则主轴底部受一个支撑力，如图2-6所示轴的受力分析：
1）弯矩方程：
2）绘制弯矩图2-7：
图2-7
所以：
由参考文献【1】公式：
式中：
—屈服极限，45钢
=360Mpa;
—安全系数，选取3
则
=120
由参考文献【1】公式：
所以：
得出
选
。
2.2.6轴的强度校核
参考文献【1】由公式：
式中：
—最大挠度；
—轴的受力；
—轴跨度受力长度；
—轴的弹性变量；
—轴的截面惯性矩
F=7.3131KN受力处的跨度L=100mm。
根据工作性质规定
。
45钢轴
。
其中：
—许可挠度，起重机连接轴跨度系数：
0.001~0.002L
代入公式：
<
故此梁满足刚度要求。
取
。
2.2.7确定个轴段的直径
主轴下端安装圆锥滚子轴承。
根据
根据参考文献【3】机械制图手册，选用圆锥滚子轴承30208，其尺寸为
所以取
轴2段是连接悬臂梁与焊接在一起的法兰板焊接在一起，取
3电葫芦的选择:
电动葫芦是一种特殊的起重设备,安装在起重机、龙门起重机,电动葫芦体积小,重量轻,操作简单,方便使用,等,用于工矿企业、仓储码头和其他地方。
提升重量平均为0.1~80吨,举升高度是3~30米。
由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成,分为钢丝绳电动葫芦,电动葫芦链条。
链式电动葫芦可分为进口和国内两种;钢丝绳电动葫芦单速升级CD,MD速提升;迷你电动葫芦、起重机、多功能电梯。
在这里，根据工作环境要求，我们选取
型电动葫芦。
各项参数如下：
起重量：
0.5t
起升高度：
3m
起升速度：
8m/min
运行速度：
20m/min
钢丝绳：
4.8mm（绳的直径）
运行轨道：
工字钢梁型号为16
电源：
额定电压为380V的三相交流电动机
起重电机：
ZDZ1-4额定功率1.5kw转速为1440r/min
4开式齿轮的选取
选定齿轮的类型及基本参数
1）选择直齿圆柱齿轮
2）根据摇臂式起重机的工作环境，确定选用精度等级4
3）材料的选择。
一般选用45钢，进行调质处理
4）选定齿轮的齿数。
开式齿轮的传动，由于齿数主要为磨损失效为是齿轮不知过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取17~25,。
大齿轮是焊在立柱外端，内径为200mm。
m是齿轮抗弯能力的重要标志，根据工作环境的使用要求，选用m=5。
从而选出大齿轮为齿数54，分度圆半径为270mm的齿轮，齿轮宽度为B=50mm。
5轴承的校核选用
本次设计中选用滚动轴承，与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，起动灵敏，效率高，轮滑简便和易于互换等特点，得到广泛使用。
由图纸可知，轴承既收到轴向力也受到径向力，所以选用圆锥滚子轴承，它可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调轴承的游隙。
因为主轴的最小直径为40mm,所以选用30208型的圆锥滚子轴承。
6回转驱动装置选择
电动回转驱动装置通常装在起重机的回转部分上，电机进过减速器带动最后一级齿轮相啮合，以实现起重机回转。
在起重机回转机构中常用的是下列三种形式的机械传动装置：
立式电动机与蜗轮减速起传动
立式电动机与立式圆柱齿轮减速器传动
立式电动机与行星减速器传动
市场上，摇臂式起重机采用行星齿轮系减速原理，即第三种形式。
这种形式应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置。
摆线针轮减速机传动装置可以分为三个部分:
输入部分、减速部分和输出部分。
位错在输入轴上配备了一个180°的双偏心套筒,打开偏心套筒配备两个称为滚柱轴承的手臂,H的形成,两个摆线齿轮中心孔的偏心套筒转臂轴承滚道,由一群摆线齿轮和销齿轮啮合圆形排列的针,形成齿差,内啮合齿轮减速器的机构（为了减少摩擦,在小比例的减速机,针与针齿齿轮组）。
这种传动方法的优点结构紧凑体积小,运转平稳噪音低,使用可靠、寿命长，设计合理维修方便，容易分解安装。
这种传动分为单级传动和双级传动：
单级传动的传动比一般为9~87，而双级传动的传动比一般为121~7569。
根据此次设计的摇臂式起重机的工作状态：
摇臂的转速为2r/min，从而应该选择双级传动E。
再根据其安装位置，应采用立式安装L。
最后根据传动效果要求，电机选用额定电压为380V的三相交流电动机，转速为1440r/min，额定功率为4KW。
再在电机上加一个变频器，从而达到对电机节能调速的目的。
所以，摆线针轮减速机的型号为BLEY53-43X174。
即B系列双级法兰式立装式摆线针轮减速机.
7.电动葫芦限位装置设计
采用时下比较常用的尼龙块起到限位、减震的作用。
将其与工字梁焊接在一起。
尼龙块的结构如图：
7-1
将其与槽型板连接：
8机座的固定
采用地脚螺栓将法兰盘与地面连接，如图8-1所示：
参考文献
【1】《材料力学》刘鸿文主编高等教育出版社2011版
【2】《起重机设计手册》张志文编北京铁道出版社2001版
【3】《机械制图手册》叶玉驹等编机械工业出版社
【4】《机械设计》西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著高等教育出版社
【5】《机械制图》何铭新等主编高等教育出版社
致谢
即将告别四年的大学生活，紧张的毕业设计也将结束，接下来就将跨入另一个生活圈。
在这四年里，我得到了很多老师、同学的关心与帮助，是我能够顺利的完成学业，以一个充满自信、理想的姿态踏入社会。
我感谢他们给我带来的一切，为我可以开启了一扇新的大门。
本论文是在李涛老师的悉心指导下完成的。
李老师丰富的专业知识，耐心的教学方式给了在这次设计中提供了巨大的帮助。
同时在李老师的影响下，我培养了自己严谨，坚持不懈的态度，提高了各方面的思考动手能力。
本论文在导师一步步的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。
再此，特向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
愿导师身体健康，事事顺利。
同时，也祝福每一位帮助我成长的师长。
再次感谢与我共同走过大学生活的朋友们、同学们，是你们在我脆弱难过的时候，深处援手，我会永记于心。
感谢上天的恩赐让你们出现在我的生命里。
即将面临分别，希望你们在以后的日子里，开心、快乐，希望你们能实现自己的理想，到达自己想去的地方。
最后感谢各位老师和同学，祝你们以后工作顺利、事事顺心。
谢谢！
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