电动葫芦设计说明书.docx
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电动葫芦设计说明书
合肥工业大学
课程设计说明书
设计题目：
电动葫芦
学生姓名：
张蒙祺
学号：
专业班级：
机械设计07-6
指导教师：
黄康赵小勇尤涛
2011年1月22日
摘要
电动葫芦简称电葫芦,是一种轻小型起重设备。
应用领域：
提升、牵移、装卸重物，如各种大中型砼、钢结构及机械设备的安装和移动，适用于建筑安装公司、厂矿的土木建筑工程及桥梁施工、电力、船舶、汽车制造、建筑、公路、桥梁、冶金、矿山、边坡隧道、井道治理防护等基础建设工程的机械设备。
关键词：
起重机械电动葫芦
Electrichoistisakindofsmallliftingequipment.
Applicationareas:
promotion,ledmoving,loadingandunloadingheavyobjects,suchasvarioussizedconcrete,steelandmechanicalequipmentinstallationandmobile,forconstructionandinstallationcompanies,factoriesandminesinthecivilconstructionandbridgeconstruction,electricity,shipbuilding,automobilemanufacturing,Buildings,roads,bridges,metallurgical,mining,slopetunnels,wellsandotherinfrastructureconstructionmanagementprotectionofmechanicalequipment.
Keywords：
LiftingMechanicalElectrichoist
1引言错误!
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2设计任务书错误!
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3起升机构动力学计算错误!
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钢丝绳最大拉力错误!
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钢丝绳直径的计算与选择错误!
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卷筒结构及尺寸计算与选择错误!
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卷筒绳槽尺寸错误!
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卷筒直径错误!
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卷筒长度错误!
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卷筒厚度错误!
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卷筒转速错误!
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卷筒强度计算错误!
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电动机选择错误!
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电动机类型选择错误!
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电动机容量的确定及发热校核错误!
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4传动系统设计及计算错误!
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传动方案的拟定及传动比计算错误!
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行星齿轮传动的齿数确定错误!
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传动比条件错误!
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通同心条件错误!
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邻接条件错误!
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装配条件错误!
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齿数的确定错误!
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5传动装置的承载能力和效率计算错误!
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行星齿轮传动的受力分析错误!
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行星齿轮传动承载能力计算错误!
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按齿面接触强度计算小齿轮分度圆直径错误!
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按齿轮弯曲强度计算齿轮模数错误!
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行星齿轮传动的效率计算错误!
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6运行机构的设计计算错误!
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运行机构方案设计错误!
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运行机构中车轮、轨道的选择错误!
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车轮错误!
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轨道错误!
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运行机构中电动机及制动器的选择错误!
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运行阻力的计算错误!
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运行机构驱动电动机的选择错误!
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运行机构中减速器装置的设计计算错误!
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结构形式错误!
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传动比分配错误!
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各轴运动学和动力学参数错误!
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传动零件的设计错误!
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7电动葫芦的电气控制错误!
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8参考文献错误!
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1引言
电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有体积小，自重轻，操作简单，使
用方便等特点，用于工矿企业，仓储码头等场所。
起重量一般为〜80吨,
起升高度为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和环链电动葫芦两种。
环链电动葫芦分为进口和国产两种；钢丝绳电动葫芦分CD1型、MD1型等。
此文为CD1型电动葫芦设计说明书，总结记录了设计过程及参数校核等内容，供今后参考和学习。
2设计任务书
设计参数:
起重量mo
3t
起升高度11
24m
起升速度v，n
m/s
运行速度
30m/min
跨距
12m
工作制度
中级，接电持续率JC25%~45%
3起升机构动力学计算
钢丝绳最大拉力
I'q
Srnax=K^；（—2h）
Fq——起重量3000kg；
:
――系数，单联卷筒K=1;双联卷筒K=2;
m滑轮组倍率2;
||——滑轮组及导向滑轮的效率，对于滚动轴承，狂卩取，对于滑动轴承，
I>1取为；
［计算结论
钢丝绳直径的计算与选择
由［1］表1-3得机构利用等级：
二；
由［1］表1-4得名义载荷谱系数：
卜「=；
由［1］表1-5得机构工作级别：
T；
由［1］表1-11得选择系数：
c=，安全系数：
n=5；钢丝绳最小直径：
|d=c\Smax=12,44nun（1-20）
由［1］表1-10取钢丝绳直径d=14mm,公称抗拉强度1770MPa,破断拉力;
［计算结论］钢丝绳直径d=14mm
卷筒结构及尺寸计算与选择
卷筒绳槽尺寸
由［1］表1-8取卷筒绳槽尺寸：
R=8mm
［计算结论］卷筒绳槽尺寸：
R=8mm
卷筒直径
名义直径：
D=（h^1）xd（1-10）
h――与机构工作级别相关的系数，由［1］表1-9取：
h=18;
d钢丝绳直径（mm）；
得D=238mm,根据卷筒长度的需要，取卷筒直径D=400mm；卷绕直径：
Do=D+d=252nun（1-II）
［计算结论］卷筒直径D=400mm
卷筒长度
卷筒分为单联卷筒和双联卷筒，单联卷筒只有一条螺旋槽，单联卷筒长度为：
（L=Lo+Li+2.1/2（1*12）
其中
"二僚-訂）I
H起升咼度24x］（Tmin；；
m
-滑轮组倍率；
Do-
卷筒卷绕直径（mm）；
n
-附加安全圈数，取n=2；
t——
螺旋槽螺距由［1］表1-8得t=16mm；
14
—固定绳尾所需长度Li=3t；
It
—卷筒两端空余部分长度
［计算结论］卷筒长度L=711mm；
卷筒厚度
8=0.02D+（6-10）=l6mm
［计算结论］卷筒厚度=16mr
卷筒转速
卷筒转速：
bOOOOmVjt
nt_乐
式中:
"t卷筒转速（r/min）；
起升速度（m/s）；
Do卷筒的卷绕直径（mm）；
m滑轮组倍率
［计算结论］卷筒转速口=1432r/min
卷筒强度计算
卷筒壁主要承受压应力、扭转应力和弯曲应力，而扭转应力通常很小，可以忽略不记。
卷筒壁压应力的分布是不均匀的，内表面应力较高，当壁厚不大时可以近似认为是均匀分布的。
压应力依照下式计算：
（1-14）
其中:
■.――作用在筒壁上的压应力；
三」一一许用应力，由［2］得75MPa;
A应力减小系数；
Smas钢丝绳最大拉力（N）；
■――卷筒厚度16mm；
t卷筒螺旋绳槽螺距16mm
综上：
.f內三王.〕
弯曲应力依照下式计算：
gu莎二云丽（】■⑴
式中：
kJ――弯曲应力（MPa）;
h仏-弯矩（），对于单联卷筒，|h%-=Smax"L；
——抗弯截面模量，
综上可得：
爲-「」•I-I
［计算结论］弯曲强度校核：
安全
电动机选择
电动机类型选择
电动葫芦经常在短时重复、频繁启动和逆转、过载及恶劣的环境下工作，因此要求电动机应具有以下特点：
在规定的工况下（短时重复的工作方式，一定的接电持续率），电动机发热不超过允许值；
启动转矩倍数和最大转矩倍数大，以满足频繁启动和过载启动的要求；转子的转动惯量小，以缩短启动加速时间；
机械结构强，密封性能好。
综上所述，结合现有电机情况，选用YEJ系列电磁制动电动机。
电动机容量的确定及发热校核
电动机容量确定的原则是在规定的工作方式下，电动机温升不超过容许值,
保证有足够的启动转矩和过载能力。
用于断续、周期性负荷的电动机，根据负荷性质分为断续周期性工作、带
启动的断续周期性工作及带电制动的断续周期性工作三种工作方式。
电动机的断
续工作用接电持续率或称负载持续率JC值来表征，JC值表示在一个周期中负载
（即通电）所持续的时间百分比。
JC值分为15%、25%、40%、60%和100%。
电动机容量计算过程如下：
计算稳态平均功率，初选电动机型号稳态平均功率：
I
P厂丽°一23）
式中：
——起升机构电动机的稳态平均功率；
G――稳态负载平均系数，由［1］表1-13取；
.――起升载荷（N）;
-1起升速度（m/s）；
——机构总效率
综上可得：
'I.-II■■■.
初选电动机型号：
YEJ132S1-2（，3000r/min）电动机过载校核
起升机构电动机过载校核公式：
HFovnI
P沱灵；（1・24）
式中：
•一一基准接电持续率时的电动机额定功率（kW）；
.——起升载荷（N）;
'――起升速度（m/s）；
——机构总效率
――基准接电持续率时，电动机转矩匀速的过载倍数，取技术条件规
定值或实际达到的值，订=2」；
H考虑电压降、最大转矩存在误差等因素的系数，H=
综上可得：
P沱睛厂&观晋
［计算结论］取电动机：
YEJ160M-6（，970r/min）
电动机发热校核
电动机所需的接电持续率：
――基准工作方式下的电动机额定功率（kW）；t――一个工作循环的时间（s）；
一个工作循环中电动机实际工作时间（s）
［计算结论］.-匸1：
厂满足发热条件
计算静力矩，选用制动器
起升时作用在电动机轴上的转矩为:
FUD
下降时作用在电动机轴上的转矩为:
式中：
•.一一起升载荷（N）;
］J卷筒的卷绕直径（mm）；
m滑轮组倍率
i——总传动比，电动机额定转速和卷筒转速之比，i=69;
――上升时机构总效率初定；――下降时机构总效率初定
综上可得：
Tj-51,2xwS•gmT；-36.96>-nun
所选用的制动器力矩必须大于由升起载荷产生的转矩，使升起载荷处于悬吊状态
且有足够的安全裕度，制动器的制动力矩满足：
式中：
hlzd――制动器的制动力矩（KFl）;
5――制动安全系数，由［1］表1-14得故选用制动器为：
4传动系统设计及计算
传动方案的拟定及传动比计算
常用行星轮系特点:
N型少齿差行星轮系齿轮传动
传动比范围较大，结构紧凑，体积及重量小，但效率比NGW型低，且内啮合齿
轮变位后径向力较大，使轴承径向载荷加大，适用于小功率或短期工作的情况；NN型行星齿轮传动
传动比范围大，效率低，适用于短期工作。
若行星架为从动件，当传动比达到某一数值后，机构发生自锁；
NGWN型行星齿轮传动
传动比范围大，结构紧凑，体积小，效率低于NGW型，工艺性差，适用于中小功率或短期工作的情况；
NGW型行星齿轮传动
效率高，体积小，重量轻，结构简单，制造方便，传递功率范围大，轴向尺寸小,可用于各种工作条件，但单级传动比范围较小。
综上所述并结合设计任务的实际情况，选用NGWN型行星齿轮传动作为传动方案。
如图所示：
行星齿轮传动的齿数确定
传动比条件
此类行星齿轮传动可以看成由一个NGW型和一个NN型型芯齿轮传动串联而成，其运动简图如图4-1。
此类行星齿轮传动的传动比可表示为：
通同心条件
设a-c齿轮啮合副、c-b齿轮啮合副、d-e齿轮啮合副的实际中心距分别为
F■t、
迪心古4址，应保证：
ff1
对于标准齿轮传动、高度变位齿轮传动和等啮合角的角度变位齿轮传动，若各对啮合副均为模数相等的直齿轮组成时，贝
；Za-2Zc=Zb
-/jc=ZeZe
邻接条件
在设计行星齿轮传动时，为提高承载能力，减少机构尺寸，常均匀、对称
地布置若干个行星轮。
为使相邻两个行星轮不相互碰撞，必须保证他们齿顶之间在连心线方向有一定的间隙，通常最小间隙应大于模数之一半。
设相邻两个行星轮中心之间的距离为L,行星轮的齿顶圆直径为…，则邻接条件为：
I*>弘口即二（2*5）
式中：
|——行星轮个数；
仏a-c啮合副的实际中心距；
――行星轮的齿顶圆直径为
装配条件
在行星齿轮传动中，几个行星轮能均匀装入，并保证与中心轮正确啮合所具备的齿数关系即为装配条件。
由于NGWN结构上可视为一个NGW型和一个NN型行星齿轮传动串联，
通常取中心轮齿数•或.和为行星轮个数*的整数倍。
齿数的确定
经配齿及验算传动比条件、同心条件、邻接条件和装配条件，得各齿轮齿数基本参数如下表：
表4-1
a
b
c
d
e
齿数z
\21
78
29
「26
75
5传动装置的承载能力和效率计算
行星齿轮传动的受力分析
在行星齿轮传动中，凡是与主轴线重合且直接承受外加转矩的构件，成为基本构件。
作用在基本构件上的转矩T（Nm）、传递的功率P（kW）及旋转速度n（r/min）符合如下关系：
-9549；=73.8Nm（3■羽
弘='^（l+3'Te=-727Nm
za（缈八Te
Ta=-1*—=-1.17NT111
Za+忑blyd
［计算结论］t-nJ
Tb=-72.7N・m
Ta-•1J7Nm
行星齿轮传动承载能力计算
按齿面接触强度计算小齿轮分度圆直径
按齿面接触强度计算小齿轮分度圆直径|:
皿KaKhpKhz也E
山肚血J關如订*«伽）（3）
式中：
：
■.——算式系数，对钢制直齿传动氐；
使用系数，对电动葫芦减速器传动齿轮，可取=1；
•'――计算接触强度的行星轮间载荷不均匀系数。
无均载机构时，「值依照［1］图3-1查取；对太阳轮或内齿轮为可变柔性机构，可取山I：
I1l'-i1，其中氏爲为［1］图3-1查得之值；当采用齿轮联轴器浮动均载机构时，对于6级精度齿轮可取120,对于7级精度齿轮可取Khp=1-W^1-25，当太阳轮浮动时取小值，行星架浮动时取大值；采用杠杆式联动均载机构时，取
--I■'II。
综上所述，此处取-I'V7
Il――计算齿轮副小齿轮的名义转矩（
u齿数比，l_,z1为计算齿轮副的小齿轮齿数，z2为大齿轮齿
数；
“•小齿轮齿宽系数，依照［1］表3-2得％L-二®我.•T；
I――行星轮个数；
Khx――综合系数。
当行星轮个数小于等于3时，可取Kht=I.K2.4；当
行星轮个数大于3时，可取'-■■■■"^..70对高精度齿轮或硬齿面齿轮或采用有
利于齿向载荷分布的措施，岛工可取小值。
综上，此处取Khe=2,0；
屮E——电动葫芦动力系数。
对高速级齿轮取^=13-1.4；对低速级齿
轮取Tnc=11L2o故此处取Tnc=135；
CHIrn试验齿轮的接触疲劳极限
综上所述，对于齿轮a与齿轮c的啮合，可计算得：
-
［计算结论］＜1|-“⑴丁
按齿轮弯曲强度计算齿轮模数
按齿轮弯曲强度计算齿轮模数|:
式中：
Ktrnl——算式系数。
对钢制直齿传动K帅=12」，斜齿传动K询u5；
K卜|计算齿轮弯曲强度的行星轮间载荷不均匀系数，可取
|Kff=1+1.3（艮hp-1），其中Khf见式（3-2）;
•――综合系数。
当行星轮数小于等于3时，可取---，
当行星轮数大于3时，可取X一■；-!
•对高精度齿轮或采用有利于齿向载荷分
布的措施，二可取小值;
YFai――载荷作用于齿顶时小齿轮的齿形系数，依照
GB/T3480-1983可得丫油、一，；
■齐丄'I试验齿轮的弯曲疲劳极限
综上，对于齿轮a与齿轮c的啮合，模数H
［计算结论］——八
行星齿轮传动的效率计算
行星齿轮传动的功率损失主要包括：
齿轮啮合副的摩擦损失、轴承中的摩擦损失、润滑油飞溅和搅动的液力损失、均载机构或输出机构的摩擦损失，故行星齿轮传动总效率为：
耳二旳訓斶YV1Q（3-13）
式中：
——齿轮啮合效率。
依照［1］表3-5可得；
叩一一轴承效率。
一般比齿轮啮合效率大得多，可以忽略不计；
'——考虑液力损失的效率，一般在电动葫芦行星传动中因搅油速度较
低，液力损失亦不予考虑；
■.——均载机构或N型传动输出机构的效率，目前尚无准确的计算方法，
必要时以实验测定。
一般大于齿轮啮合效率。
综上可知，行星齿轮传动总效率主要取决于齿轮啮合效率■。
在NGWN型传动中，齿轮啮合效率为：
b1-i诚-b
6运行机构的设计计算
运行机构方案设计
运行机构是电动葫芦的重要组成部分，它用于实现电动葫芦的水平运动，运行机构主要有牵引式和自行式两种。
牵引式由装在运行部分以外的驱动装置驱动，通常由钢丝绳牵引；自行式运行机构的全部装置则装在运行部分上，制造简单，零
件少，拆装方便而广泛应用。
电动葫芦的运行机构多为自行式，自行式运行机构一般由装在小车上的电动机、制动器、减速装置、车轮和轨道组成。
电动机通过减速装置驱动车轮转动，依靠主动轮和轨道之间的摩擦力，使电动葫芦移动，制动器用来停住电动葫芦。
电动葫芦小车的驱动方式有单边驱动、双边驱动和全轮驱动三种。
单边驱动结构简单，制造、安装方便，应用广泛。
综上所述，此处选取自行式、单边驱动的运行机构。
运行机构中车轮、轨道的选择
车轮
车轮的材料
运行机构的车轮多用铸钢制造，一般使用ZG35为了提高车轮的承载能力与使用寿命，车轮踏面进行热处理。
车轮的计算
电动葫芦车轮的计算轮压一般由起升载荷、自重载荷及其冲压载荷构成。
根据经验，车轮踏面疲劳计算轮压为：
2Fmac+Firan
Fc=§0-1）
式中：
1%――车轮踏面疲劳计算轮压（N）;
1'inax――设备正常工作时的最大轮压：
二：
、-“廿注二
1：
皿一一设备正常工作时的最小轮压：
|卩讪产Fg+F车=4500
综上可得：
一
［计算结论］_5"小
按线接触校核接触疲劳强度：
Fc^kiDlcics（4-2）
式中：
Z――与材料有关的许用线接触应力常数（MPa），钢制车轮心值按照［1］表4-4选取；
D——车轮直径，依照［1］表4-3取D=134mm；
l――车轮与轨道有效接触长度，依照［1］表4-3取l=30mm；
5――转速系数，依照［1］表4-5选取：
G=；
匕一一工作级别系数，依照［1］表4-6选取：
七=15
综上可得，k|Dk心=故满足使用要求
［计算结论］线接触校核接触疲劳强度：
安全
轨道
电动葫芦运行机构的支撑轨道选用热轧普通工字钢（GB/T706-1988），计算
选择过程如下
刚度条件
支撑轨道的刚度条件按照下式计算：
（4-4）
700（Fq+Fa）Lz
式中：
•-――起升载荷30000N;
l：
d――电动葫芦自重载荷3500N;
:
――轨道两端跨距，根据设计任务书，〕「「「；
E——弹性模量20200MPa
I』一一轨迹跨中截面对水平形心轴惯性矩（
综上可得，RMI4S<00m/,由［1］附表F12初选36C热轧普通工字钢,
［计算结论］'=14X00cm4
强度条件
式中：
吶――轨道中截面上的弯曲应力（MPa）;
1Q——起升载荷30000N；
巾——电动葫芦自重载荷3500N;
q|――轨道单位长度自重，由［1］附表F12查的q=
41N/mm；
|l|――轨道两端跨距，根据设计任务书，LU000imn；
1轨道下表面至截面水平形心轴的距离180mm；
1联一一起升载荷动载系数，取；
A运行冲击系数，由［1］表4-8得；
轨迹跨中截面对水平形心轴惯性矩（r|）
［计算结论］弯曲应力「I丨丨|\下:
运行机构中电动机及制动器的选择
运行阻力的计算
有轨运行机构的阻力由三部分组成：
摩擦阻力、风阻力和坡度阻力。
对于跨度不
大、工作于室内的电动葫芦而言，其运行阻力主要为摩擦阻力，包括：
车轮轴承
中的摩擦阻力门、车轮踏面上的滚动摩擦阻力比，以及车轮轮缘与轨道之间的附
加摩擦阻力
车轮轴承摩擦阻力：
F产F屍
式中：
二——车轮计算轮压，26500N;
丿——车轮直径，134mm；
d——车轮轴承摩擦圆直径；
——摩擦系数
车轮踏面摩擦阻力：
F2=F。
肖
式中：
I——滚动摩擦系数
运行阻力
总的运行阻力为车轮轴承中的摩擦阻力】：
1、车轮踏面上的滚动摩擦阻力1=，以及
车轮轮缘与轨道之间的附加摩擦阻力之和，由于车轮轮缘与轨道之间的附加摩
擦阻力•是一个随机变量（随着起重机的结构形式和制造质量不同变动很大）在一般计算中用一个附加系数进行简化处理。
故总的运行阻力为：
Fz=Fi+Fa+Fa=（Fi+=（晋+乌Fc卩=coFcp
式中：
心一一运行阻力（N）;
Fc——车轮计算轮压，26500N；
◎――复合摩擦系数，的-0.006（滚动轴承）或to0.015（滑动轴承）；
——附加阻力系数，单边驱动时；
综上可得，■-I■■■■
［计算结论］运行阻力匚-TU
运行机构驱动电动机的选择
电动机容量初选
计算出克服阻力所需的静工作功率：
=6000011（4・12）
式中：
认⑷一一电动机的静工作功率（kW）；
――运行阻力，318N;卜:
:
运行速度，30m/min；
运行机构传动的总机械效率，取；
考虑启动及过载的影响，电动机实际工作功率按下式计算：
Pw=^KdPwo（4-13）
式中:
——电动机实际工作功率（kW）；
m——驱动电机个数，此处为1；
Kd过载影响系数，由［1］表4-9得
综上可得，%=，初选电动机!
sn=0.75KW，l500r/min。
［计算结论］电动机实际工作功率-匕K
验算启动时间
减速装置传动比为：
111411M
一两一J3.46（4-14）
电动机轴上的转矩平衡方程式为：
式中：
一——折合转动惯量（|：
皆胡）；
血高速轴上旋转质量的转动惯量，包括：
电动机转子、联轴器和制动
器的转动惯量（血“n?
）；
:
――驱动电机的个数；
呂——重力加速度，s2.
（4-17）
因此，运行机构满载情况下的起动时间为:
式中：
升级会员 