塔式起重机行走部减速装置的研究

　　摘要

　　塔式起重机是我国工业化建设必不可少的大型器械设备，而其工作效率和工作性能也直接体现了一个国家的工业化程度。塔式起重机的这些工作要求与塔机行走部减速装置的性能好坏又有直接的关系，而零件的设计和选择决定着减速器的性能，因此，合理的减速器的设计是提升塔式起重机性能的最有效途径之一。

　　减速器作为传动装置，作用于工作机和原动机之间，可以通过增大转矩和降低转速来满足工作需求。结合塔式起重机行走部工作要求，对塔机行走部的减速器的传动零件进行参数设计计算，选用更加合理的参数设计计算来提高减速器承载能力、减轻质量、减少成本和增加寿命，经过准确合理的参数设计计算和选择，再通过二维、三维等机械制图软件进行绘制设计，确保减速器的合理性和实用性，满足实际情况中的零件的标准化、通用化以及减速器本身的易维修性。

　　本文仅对减速器进行基于数学规划的方法达到合理参数设计计算，结合塔式起重机实际作业情况考虑设计，随着中国工业化发展和塔机的更新换代，该课题还有很多后续的优化设计工作需要完成。

　　关键词：减速器；参数设计计算；零件

　　Tower crane of walking speed reducerResearch

　　Abstract

　　Tower crane is an essential part of our country industrialization construction of large equipment, and its efficiency and working performance also directly reflects the degree of a country's industrialization. Tower crane of the job requirements and walking speed of reduction gear performance is good or bad has a direct relationship, and the design of the parts and choice decides the performance of reducer, therefore, reasonable design of gear reducer is one of the most effective way to improve the performance of tower crane.

　　Reducer as actuator, role between the working machine and prime mover, can reducethe speed by increasing the torque and to meet the job requirements. Combining tower crane travel department work, walk for the department of reducer for parameter design and calculation of the transmission parts, choose more reasonable parameter design and calculation to improve the quality of gear reducer bearing capacity and reduce, reduce costs and increase longevity, through accurate and reasonable parameter design calculation and selection, through 2 d and 3 d mechanical drawing software such as drawing design, ensure the rationality and practicability of the speed reducer, meet the actual situation of the parts of standardization, generalization and easy maintainability reducer itself.

　　This article only for the gear reducer based on the mathematical programming method to achieve the parameter optimization design, in combination with the practical assignment consider design of tower crane, as China's industrial development and upgrading of tower crane, the optimization design of the subject and many subsequent work needs to be done.

　　Key Words：Reducer；Design value；Parts

　　目录

　　1 绪论 .................................................................................................................................... 1 2设计任务书 ...................................................................................................................... 3

　　2.1 设计条件 ................................................................................................................ 3

　　2.2 原始数据 ................................................................................................................ 3

　　2.3 传动装置总图 ...................................................................................................... 3 3机械传动装置的设计计算 ....................................................................................... 4

　　3.1 传动方案的拟定 ................................................................................................. 4

　　3.2 电动机的选择 ...................................................................................................... 4

　　3.3 传动比的计算与分配 ....................................................................................... 5 4计算传动装置运动参数 ............................................................................................ 6

　　4.1 计算各轴转速 ...................................................................................................... 6

　　4.2 计算各轴功率 ...................................................................................................... 6

　　4.3 计算各轴扭矩 ...................................................................................................... 6 5传动零件的设计计算 ................................................................................................. 8

　　5.1 高速级齿轮设计 ................................................................................................. 8

　　5.2 低速级齿轮设计 ............................................................................................... 13

　　5.3 开式齿轮设计计算 .......................................................................................... 18 6轴系零件的设计计算 ............................................................................................... 23

　　6.1 高速轴的设计计算 .......................................................................................... 23

　　6.2 中速轴的设计计算 .......................................................................................... 26

　　6.3 低速轴的设计计算 .......................................................................................... 29

　　7 轴承的选择和校核计算 ......................................................................................... 32 8键的选择和校核计算 ............................................................................................... 34 9减速器附件的设计..................................................................................................... 36 10润滑与密封 ................................................................................................................. 37 总结 ....................................................................................................................................... 38 致谢 ....................................................................................................................................... 39 参考文献 ............................................................................................................................. 41

　　1 绪论

　　本文主要研究的是塔式起重机行走部减速装置，塔式起重机在高层建筑工地施工和安装工程起吊物料中的应用十分广泛。随着中国工业化进程的快速发展，塔式起重机市场也越来越大，塔机的更新换代也十分迅速，能否满足高效率的工作要求将是检验塔式起重机性能的唯一标准。

　　塔式起重机行走部减速装置是塔机重要的工作组成部分，而减速器正是其核心部件。减速器在各行各业中都有着广泛运用，减速器的类别、型式有很多。一般可以根据减速器中所采用的齿轮齿形和轮廓曲线来划分减速器的类别；而从结构上划分减速器，又可以根据齿面硬度、传动级数、联接型式等因素来设计不同性能的减速器。由于目前生产的减速器还存在着承载能力低、体积大、寿命短及其成本高等问题，若要满足塔式起重机的工作强度和需求，一般的减速器必然不能达到，因此，本文对二级齿轮减速器进行了参数优化设计和选择，尽可能满足塔机行走部的性能需求。对塔式起重机市场所需求的各品种塔机的多样化有着重要的意义。

　　综合来看，我国塔机产品的技术性能、制作质量和产品型号规格，与发达国家相比，仍然存在较大的差距，因此，对减速器进行改进优化，选择更适合的参数势在必行，只要我们敢于创新，很快便可超越其他国家，让我国塔机制造生产技术走在世界前线。

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　　2 设计任务书

　　2.1 设计条件

　　塔式起重机的工作空间一般较大，在高层建筑建设以及安装工程中起吊物料的运用十分广泛且重要。起重机可在专用钢轨上水平行走。行走部减速装置可正反转，载荷平稳；运动速度允许误差5%；传动零件工作总时数10000h，大修2000h；由中型机械厂制造，小批量生产。

　　2.2 原始数据

　　表1 塔式起重机行走部原始数据

　　2.3 传动装置总图

　　1- 电动机；2-减速器；3传动轴；4-齿轮传动；5-车轮；6-轨道

　　图1 传动简图

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　　3 机械传动装置的设计计算

　　3.1 传动方案的拟定

　　（1） 由设计任务书可知，电动机通过联轴器将动力传入减速器，再经过联轴器

　　传给齿轮从而带动车轮工作。传动系统中使用二级分流式圆柱齿轮减速器。

　　（2） 计算车轮工作转速

　　??6010000.58601000??===31.65r/min （3） 采用水平剖分式是为了方便加工。 ′

　　（4） 因为高速级轴转速较高并且无轴向力，所以在轴承的选择上暂选择深沟球

　　轴承；而低速级轴选择圆柱滚子轴承。

　　（5） 联轴器全部选择弹性套柱销联轴器。

　　3.2 电动机的选择

　　计算工作机所需功率Pw，查机械设计课程设计书［4］得公式（3-1）：

　　????=???????? 1000??

　　式中????=1.6Kn,????=0.58m/s,η为总效率。

　　查表得：滚动轴承效率??1=0.98，齿轮效率??2=0.97，联轴器效率??3=0.99， 车轮效率??4=0.90。所以，可得：

　　??=0.9830.9960.9730.90=0.728

　　可得：????=1.60.58 10000.728=1.275kw

　　已知起动系数????=1.3

　　所需电动机额定功率??≥????′=1.31.275=1.658kw

　　3

　　查机械设计课程设计书表17-7可知：选择Y系列1500r/min电动机具体牌号为Y100L1-4型，额定功率为2.2kw,满载转速为1430r/min。

　　3.3 传动比的计算与分配

　　计算总传动比，查机械设计课程设计书公式（3-5）：??=???? ????

　　1430??==45.18 二级圆柱减速器，选择两级的大齿轮的直径相近，从而达到相近的浸油深度。查机械设计课程设计书公式（3-7）：??1= ??1= =7.66

　　??2= =3.16

　　??3= =2.03

　　可得高速级传动比??1=7.66,中速级传动比??2=3.16,低速级传动比??3=2.03。

　　4 计算传动装置运动参数

　　4.1 计算各轴转速

　　高速轴Ⅰ转速 ??1=????=1430r/min

　　中间轴Ⅱ转速 ??2=??1 ??1=1430 7.66=187r/min

　　4

　　低速轴Ⅲ转速 ??3=??2 ??2=187 3.16=59r/min 输出轴Ⅳ转速 ??4=??3=59r/min 车轮轴Ⅴ转速 ??5=??4 ??3=19r/min

　　4.2 计算各轴功率 电动机轴功率 ??0=????1=2.20.98=2.16kw 高速轴Ⅰ功率 ??1=??0??1??2=2.160.980.97=2.05kw 中间轴Ⅱ功率 ??2=??1??2??3=2.050.970.99=1.97kw 低速轴Ⅲ功率 ??3=??2??2??3=1.970.970.99=1.89kw 输出轴Ⅳ功率 ??4=??3??1??3=1.890.980.99=1.83kw 车轮轴Ⅴ功率 ??5=??4??2??3=1.830.970.99=1.76kw

　　4.3 计算各轴扭矩 电动机轴扭矩 ??0=9500??0 ????=95002.16 1430=14.3Nm 高速轴Ⅰ扭矩 ??1=9500??1 ??1=95002.05 1430=13.6Nm 中间轴Ⅱ扭矩 ??2=9500??2 ??2=95001.97 187=100.1Nm 低速轴Ⅲ扭矩 ??3=9500??3 ??3=95001.89 59=304.3Nm 输出轴Ⅳ扭矩 ??4=9500??4 ??4=95001.83 59=294.7Nm 车轮轴Ⅴ扭矩 ??5=9500??5 ??5=95001.76 19=880Nm

　　表2 各轴转速、功率、扭矩

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　　5 传动零件的设计计算

　　5.1 高速级齿轮设计

　　(1)选择齿轮材料，确定许用应力。 小齿轮 40Cr调质 ??????1=260HBS

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