论文总字数：21288字

摘 要

门座式起重机是一种常用高效的起重机器，被广泛应用在码头、港口、矿场等场所。门座式起重机的结构组成是非常繁杂的，其中回转机构是为起重机提供回转功能的重要结构。同时减速器是回转机构重要组成部分，对回转机构中减速器进行合理设计，可以提高起重机的稳定性、安全性及效率同时还可以延长使用寿命。

通过对门座式起重机的减速器的研究分析，决定采用三级立式行星减速器代替原有减速器初级的“锥齿—锥齿”结构。该结构形式的减速器技术应用于各行各业，呈现体积小、重量轻、传动范围比大、效率高和工作平稳、动力分配均匀，自动调心等优势。

本次回转机构减速器设计采用两台立式减速器；传动方式选择2z-x型中NGW型星齿轮减速器串联传动；将三级行星系串联成一个三级立式减速器,可以使传动比大大提高，并且机构具有运行平稳、维护保养方便，工艺性好的特点。根据起重机的工作环境对减速器零件进行计算校核，在保证满足负载要求的前提下，合理设计各级行星系的结构和尺寸，使减速器的空间布局最为合理紧凑；确定减速器各级间传动方式，分配各级传动比，计算校核各级零件尺寸，选择合适的材料；对整个结构利用用UG进行三维建模和装配；再应用Workbench有限元分析软件对减速器的关键部位进行优化分析。因此无论是从经济效益还是生产效益的角度来讲，对起重机回转机构进行研究和分析，并设计出合理的传动方案对提高起重机的动态性能具有非常重要的意义。

关键词：门座式起重机；三级立式行星减速器；回转机构；传动比；有限元分析

Three - dimensional design of transmission scheme and planetary gear reducer for rotary mechanism

Abstract

Gantry crane is a kind of commonly used and efficient lifting equipment, which is widely used in wharf, industry and mining enterprises. It is composed of many structures, among which the rotary mechanism is an important structure for the crane to provide rotary function. The reasonable design of the reducer can improve the stability, safety and efficiency of the crane and prolong the service life.

The design of this reducer adopts two vertical reducers with transmission ratio of 183; NGW star gear reducer of 2z-x type in series transmission mode; three stage planetary system in series into a three-stage vertical reducer, which can greatly improve the transmission ratio. And the mechanism has the characteristics of smooth operation, convenient maintenance and good technology. According to the working environment of the crane, the parts of the reducer are calculated and checked. On the premise of satisfying the load requirements, the structure and size of all levels of the galaxy are reasonably designed to make the space layout of the reducer the most reasonable and compact. Determine the transmission mode between different stages of the reducer, distribute the transmission ratio of each level, calculate The whole structure is modeled and assembled by UG, which makes the structure of the reducer intuitively clear and can reflect the interrelation of the system completely. To sum up: no matter from the angle of economic benefit or production benefit, it is very positive to study and analyze the crane rotary mechanism and to design a reasonable transmission scheme to improve the dynamic performance of the crane.

Keywords: Portal crane, Three-stage vertical planetary reducer, Rotary mechanism, Transmission ratio

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 6

1.1 本课题研究的内容及意义 6

1.2 国内外门座式起重机发展趋势 6

1.2.1 大型化、专业化以及高速化 6

1.2.2 起重机的模块化和标准化 6

1.3 主要研究内容 6

第二章 门座式起重机回转机构概述 7

2.1 回转支承机构 7

2.2 回转驱动装置 7

2.3 门座式起重机回转机构方案设计 7

第三章 回转机构传动方案 9

3.1 任务书给定条件 9

3.2 结构分析 9

3.3 回转机构转柱支承参数 9

3.4 转柱支撑分配 10

3.5 回转机构载荷计算 10

3.5.1第一类载荷计算 10

3.5.2 第Ⅱ类静力超载载荷计算 11

3.5.3 第Ⅱ类工作状态载荷计算 11

3.5.4 第Ⅲ类工作状态载荷计算 13

3.5.5 支承装置载荷组合汇总 13

3.5.6回转支承装置反力计算 13

3.5.7上支承水平滚轮轮压 14

3.6上支承零部件计算 14

3.6.1水平滚轮接触应力 14

3.6.2滚轮轴承验算 15

3.6.3滚轮轴强度校核 15

3.6.4偏心轴(夹套轴)强度验算 16

3.6.5偏心轴调整锁紧螺钉剪切强度 16

3.6.6滚轮轴，偏心轴支承板孔接触强度计算 16

3.7下支承零部件强度计算 17

3.7.1大轴承寿命及静负荷运算 17

3.7.2下支承的上座强度计算 17

3.7.3下支承受水平力的构件剪应力计算 18

第四章 回转驱动装置设计计算 20

4.1 选取驱动机构传动类型和传动简图 20

4.2 电机的选择与验算 21

4.2.1 电动机静功率 21

4.2.2坡道阻力矩 21

4.2.3 风阻力矩 21

4.3电机验算 22

4.4行星齿轮传动配齿计算 23

4.4.1 初步计算齿轮的主要参数 23

4.4.2 齿轮材料 23

4.4.3 估算传动比和法向模数 23

4.5 各级齿轮尺寸 24

4.5.1 高速级主要几何尺寸 24

4.5.2中速级主要几何尺寸 24

4.5.3低速级主要几何尺寸 25

4.6 齿轮系强度校核 25

4.6.1 高速级外啮合齿面接触疲劳强度 25

4.6.2 第一级外啮合齿根弯曲疲劳强度 26

4.6.3 第一级内啮合齿面接触疲劳强度 27

4.6.4 第一级内啮合齿根弯曲疲劳强度 28

4.7齿轮静强度校核 29

4.8 传动装配条件验算 29

4.8.1 传动比条件 29

4.8.2 邻接条件 29

3.8.3同心条件 30

3.8.4装配条件 30

3.8.5啮合参数 30

4.9几何尺寸计算 30

4.9.1第一级传动齿轮副几何参数 30

4.10 传动效率计算 32

4.11 轴承设计及校核 32

4.11.1第一级行星轮轴承校核 32

4.12 联轴器计算 33

4.13 制动器选择 33

第五章 减速器三维建模 35

5.1建模思路 35

5.2零部件的模型建立 35

5.3减速器的装配 35

第六章 基于有限元法的减速器高速级箱体分析与优化 37

6.1 有限元法简介 37

6.2基于有限元法的应力分析 37

6.3 有限元静力分析的主要过程 37

6.3.1 材料的添加 37

6.3.2 模型的导入 38

6.3.3 更改确认导入模型材料 39

6.3.4 设置接触面 39

6.3.5 网格划分 39

6.3.6 载荷的加载和边界约束 40

6.3.7 计算求解 40

第七章 结论与展望 42

7.1 结论 42

7.2 展望 42

致 谢 43

参考文献 44

附录 45

第一章 引 言

1.1 本课题研究的内容及意义

自20世纪50年代以来，我国起重机取得了相当不错的发展，起重机的类型、规格、性能和技术水平有了质的飞跃。我国的起重机生产已经从最初的模仿阶段发展到现在的出口大国。

门座起重机多数使用在港口、码头、矿场货物的装卸。能减轻沉重的体力劳动，提升工人的操作环境，提高劳动生产率有很大的的帮助，是满足生产过程中，使用大量机械化十分重要的机械设备。

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