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目 錄
1 緒論 ………………………………………………………………………（1）
1.1 吊車的歷史 ……………………………………………………………… （1）
1.2 吊車國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 ………………………………………………… （1）
1.3 吊車的發(fā)展趨勢 ………………………………………………………（2）
2 工作機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………（4）
2.1 鋼絲繩的選擇 ……………………………………………………………（4）
2.1.1 鋼絲繩的種類 …………………………………………………………（4）
2.1.2 鋼絲繩的型號…………………………………………………………（4）
2.1.3 鋼絲繩直徑的選擇……………………………………………………（5）
2.2 卷筒和滑輪直徑的選擇 …………………………………………………（5）3 傳動裝置的設(shè)計和計算……………………………………………… （7）
3.1 計算卷筒的功率 ………………………………………………………… （7）
3.2 計算卷筒的轉(zhuǎn)速 ………………………………………………………… （7）
3.3 電動機的選擇 …………………………………………………………… （7）
3.3.1 電動機類型的選擇 ………………………………………………… （7）
3.3.2 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 ………………………………………………… （8）
3.3.3 電動機功率的選擇 ………………………………………………… （8）
3.4 計算總傳動比…………………………………………………………… （8）
3.5 確定傳動方案，畫出傳動示意圖……………………………………… （9）
3.6 分配傳動比……………………………………………………………… （9）
3.7 計算效率。驗算電動機的功率…………………………………………（10）
3.8 計算各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩…………………………………………（10）
3.9 制動器的選擇……………………………………………………………（12）
3.10 傳動機構(gòu)的設(shè)計和計算 ……………………………………………… （13）
3.10.1 帶傳動 ……………………………………………………………… （13）
3.10.2 齒輪傳動 …………………………………………………………… （15）
3.11 畫出總體結(jié)構(gòu)方案圖 ………………………………………………… （16）
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………………………… （17）
4.1 初算各軸的最小直徑……………………………………………………（17）
4.2 帶輪的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………（18）
4.3 齒輪的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………（19）
4.4 卷筒的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………（20）
4.5 滑輪的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………（21）
4.6 升臂桿和支撐桿的結(jié)構(gòu)…………………………………………………（21）
4.6.1 升臂桿和支撐桿的尺寸………………………………………………（21）
4.6.2 根據(jù)強度條件、決定升臂桿的材料和斷面尺寸……………………（22）
4.6.3 根據(jù)強度條件，決定支撐桿的材料和斷面尺寸……………………（25）
4.7 畫制動輪裝置和卷同裝置的結(jié)構(gòu)圖 ……………………………………（26）
4.8 繪制吊車的總裝配圖 ……………………………………………………（26）
4.9 拆畫重要零件圖 …………………………………………………………（26）
5 設(shè)計小結(jié) …………………………………………………………………（27）
5.1 小結(jié) ………………………………………………………………………（27）
5.2 設(shè)計心得 …………………………………………………………………（27）
參考文獻………………………………………………………………………（29）
致 謝……………………………………………………………………………（30）
南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
1 緒論
起重機是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機械，又稱吊車。它主要用來吊運成件物品，配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\散狀物料和液態(tài)物料。起重機的工作特點是作間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、卸載等動作的相應(yīng)機構(gòu)是交替工作的。各機構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動和正反方向運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。起重機通常按結(jié)構(gòu)分為臂架型起重機和橋架型起重機。臂架型起重機包括塔式起重機、門座起重機、浮游起重機、自行式起重機、由桅桿和臂架組成的桅桿起重機、沿墻壁運行的壁行起重機和裝在船舶甲板上的甲板起重機等；橋架型起重機包括橋式起重機、龍門起重機、運載橋和纜索起重機等。隨著我國機械化的發(fā)展，中、大型機械設(shè)備越來越多的運用于各行各業(yè)。由于人力資源有限以及人力的局限性，在很多人力無法完成搬運的時候，我們更多的會想起用一種機器代替人力，起重設(shè)備就孕育而出。吊車作為起重設(shè)備的一種，它具有操作簡單、易于移動、使用靈活方便、適應(yīng)性強等優(yōu)點，簡易吊車由電動機經(jīng)常傳動和一對開式齒輪傳動，將運動和動力傳給卷筒，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。但如何發(fā)展大起重量的起重機、提高電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命逐步成為研究熱點。
1.1 吊車的歷史
中國古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機的雛形；14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動臂架型起重機；19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機；起重機的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金?屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動；到了19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動的起重機逐漸取代了水力驅(qū)動的起重機；20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動機或內(nèi)燃機為動力裝置的各種起重機基本形成。到如今，吊車的種類、外形和結(jié)構(gòu)越來越多樣化，用途越來越細化，已經(jīng)形成了一個單獨的產(chǎn)業(yè)。
1.2 吊車國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
目前，在工程起重機械領(lǐng)域，歐洲、美國和日本處于領(lǐng)先地位。
????歐洲作為工程起重機的發(fā)源地，輪式起重機生產(chǎn)技術(shù)水平最高。該地區(qū)的工程起重機械業(yè)主要生產(chǎn)全地面起重機、履帶式起重機和緊湊型輪胎起重機，也生產(chǎn)少量汽車起重機。其中，全路面起重機、履帶起重機以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機則以小噸位為主；汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進、性能高、可靠性高，產(chǎn)品銷往全球。
????美國工程起重機行業(yè)的技術(shù)水平相對落后于歐洲。不過近年來，美國工程起重機械業(yè)通過收購和合并手段，得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機、履帶式起重機、全路面起重機和汽車起重機。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克公司，特點是技術(shù)較先進、性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美洲地區(qū)和亞太地區(qū)。
????日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟強國，輪式起重機開發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀(jì)70年代），但是發(fā)展速度很快，很受亞太市場歡迎。此外，日本還通過收購手段更新生產(chǎn)技術(shù)。如日本多田野通過收購德國法恩底盤公司，發(fā)展全路面技術(shù)。日本工程起重機械業(yè)主要生產(chǎn)汽車起重機、履帶起重機、越野輪胎起重機和全路面起重機。其中，越野輪胎起重機的產(chǎn)量最大，汽車起重機的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢，全路面起重機的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢。主要生產(chǎn)企業(yè)包括多田野、加藤、神鋼、日立和小松等。產(chǎn)品特點是技術(shù)水平和性能較高，但可靠性落后于歐美。
我國隨車起重機行業(yè)從70年代到今天，有了長足的發(fā)展和壯大，取得了令國人為之振奮的成績。但目前在發(fā)展過程中所體現(xiàn)的共性是生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)不規(guī)范，產(chǎn)品中所體現(xiàn)的共性問題是生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)不規(guī)范和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等。同時，由于市場競爭的不規(guī)范又形成了價格大戰(zhàn)，一些企業(yè)為了蠅頭小利，采用低配置的辦法“以小充大，以次充好”，既損害了消費都的權(quán)益又?jǐn)_亂了正常的市場競爭。
1.3 吊車的發(fā)展趨勢
隨著科技化進程的逐步推進，高科技的運用越來越多，大型設(shè)備、高精度、高要求的機器的需求量也逐步上升。以前的吊車也已經(jīng)滿足不了工廠和社會的要求了，為此，吊車業(yè)的改革和技術(shù)創(chuàng)新勢在必行。
吊車創(chuàng)新設(shè)計的理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，應(yīng)用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、用戶滿意的價格和造型、提高產(chǎn)品的功能、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期為目的而進行的相應(yīng)工作。吊車創(chuàng)新理論、方法與技術(shù)研究的宗旨是從吊車作為特種設(shè)備所要求的安全性和可靠性的工作目標(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)性、經(jīng)濟性約束條件下，創(chuàng)造性地完成吊車的創(chuàng)新設(shè)計，使其在滿足用戶交貨期和性能要求的前提下做到技術(shù)性與經(jīng)濟性最佳搭配。
吊車運輸（物料搬運）機械隨著國際市場競爭加劇的驅(qū)動，其科技含量明顯提高，近年來主要工業(yè)國家的發(fā)展趨勢如下：
???（1）采用新理論、新技術(shù)和新手段。進一步開展物料搬運機械的載荷變化規(guī)律、動態(tài)特性、疲勞特性和可靠性的試驗研究；推廣采用優(yōu)化設(shè)計、可靠性概率設(shè)計、極限狀態(tài)設(shè)計、虛擬樣機設(shè)計、CAD/CAE設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。
???（2）向自動、智能和信息化，向成套、系統(tǒng)和規(guī)?；l(fā)展。將各種物料搬運機械單機組合為成套系統(tǒng)，使生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運機械有機結(jié)合，即通過計算機對物料搬運系統(tǒng)進行動態(tài)模擬仿真，尋求最佳匹配組合，并將這類自動、智能的設(shè)備納入到系統(tǒng)的多級計算機信息控制與管理網(wǎng)絡(luò)，并配有自監(jiān)測、自診斷維護裝置。
中國的吊車設(shè)計的發(fā)展經(jīng)歷了一個曲折的過程。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設(shè)計為主，憑借設(shè)計者的經(jīng)驗，產(chǎn)品設(shè)計的局限性很大。從60年代起，開始了新產(chǎn)品、新部件的開發(fā)設(shè)計與實驗研究工作，從而使設(shè)計從仿制和經(jīng)驗設(shè)計逐漸走向?qū)嶒炑芯亢陀嬎惴治鲭A段。到了80年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對國外起重機的引進及與國外進行聯(lián)合設(shè)計、國內(nèi)制造等形式的采用，開始在國內(nèi)引入了一些國際上的先進技術(shù)與設(shè)計方法。同時將計算機應(yīng)用技術(shù)引入設(shè)計領(lǐng)域，對吊車設(shè)計工作的發(fā)展起了很大的推動作用。
但是，中國吊車設(shè)計領(lǐng)域仍存在不少問題，主要是大多中小企業(yè)對設(shè)計研究分析不夠，資金投入少，人員培訓(xùn)工作跟不上發(fā)展的需要，一直沒形成開發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計和應(yīng)變能力，對引進的先進技術(shù)和產(chǎn)品，沒有從設(shè)計的角度進行消化，更沒有能力進行再創(chuàng)新工作。沒有形成合理的設(shè)計人員梯隊，產(chǎn)品仍然是幾十年不變樣，目前仍以照抄照搬為生存方式，沒有自己的知識產(chǎn)權(quán)，只是在應(yīng)付低價拿來的合同。為數(shù)不多的幾個大型企業(yè)則在創(chuàng)新設(shè)計中快速發(fā)展，使得國內(nèi)吊車設(shè)計能力和水平逐步與國外的先進設(shè)計縮短了距離。這些企業(yè)已大量采用新的計算機新技術(shù)，二維CAD早已普及，三維設(shè)計已推廣。電氣設(shè)計采用ED等先進設(shè)計手段，引入定子調(diào)壓和變頻調(diào)速，PLC參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實現(xiàn)了定位準(zhǔn)確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地推進了創(chuàng)新設(shè)計的進程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計算機應(yīng)用技術(shù)研究成果，使得吊車的創(chuàng)新設(shè)計開始向智能化方向發(fā)展。
2 工作機構(gòu)的設(shè)計
這里的工作機構(gòu)是指吊車的起升機構(gòu)，即包括卷筒、滑輪和鋼絲繩。
2.1 鋼絲繩的選擇
2.1.1鋼絲繩的種類
鋼絲繩又叫鋼索，是用優(yōu)質(zhì)高強度碳素鋼絲制成的。鋼絲繩拉力強度高，耐磨損，是起重工作中最常用的繩索之一。它的種類有很多：
（1）按鋼絲繩繩股數(shù)量的不同可分為單股和多股。單股鋼絲繩剛性較大，不易撓曲。多股鋼絲繩是先由鋼絲擰成股，再由股擰成繩，隨著股數(shù)的增加，股內(nèi)的鋼絲愈細愈多，加上中間有個柔軟的芯子，撓曲性也就愈好。這種鋼絲繩可以通過直徑較小的滑輪或卷筒工作。在其重機械中，以六股和八股的鋼絲繩應(yīng)用較多。
（2）按鋼絲繩繩芯材料的不同可分為纖維芯（如用劍麻、棉紗等制成）、石棉芯和金屬芯三種。它們各有其優(yōu)缺點：用油浸的纖維芯鋼絲繩，比較柔軟，容易彎曲，繩芯中含油較多，能潤滑鋼絲并能起到防止銹蝕的作用，但不能在較高的溫度下工作，不能承受橫向重壓（如在卷筒上纏繞多層鋼索）。用石棉芯的鋼絲繩，除了比較柔軟，容易彎曲外，還可適應(yīng)在較高溫度下工作，但是也不能承受橫向重壓。金屬芯鋼絲繩，強度較大，能承受橫向重壓，并可在較高溫度下工作，但是鋼絲繩太硬，不易彎曲。
（3）按鋼絲繩的搓捻方向不同可分為右同向捻，左同向捻，右交互捻，左交互捻和混合捻等幾種。在鋼絲繩中，鋼絲搓捻方向和鋼絲股搓捻方向一致的稱為同向捻，不一致的稱為交互捻。相鄰兩股鋼絲的捻向相反，則稱為混合捻。
同向捻鋼絲繩表面平整，比較柔軟，易于彎曲。它與滑輪槽接觸面積大，單位面積的壓力小，磨損也小，比交互捻鋼絲繩耐用。但由于繩股與鋼絲都以相同方向扭轉(zhuǎn)一定角度，使鋼絲繩在受力后具有一個反向回捻的趨勢，吊重物時會使重物旋轉(zhuǎn)。其次，同向捻鋼絲繩還易于扭結(jié)、糾纏，給工作帶來不便，故一般只用于拖拉繩和牽引裝置上，不宜用于起重機和滑輪組的吊裝工作。交互捻鋼絲繩性能與同向捻鋼絲繩相反，雖然耐用程度較差，但使用比較方便，故多用于起重機和滑輪組上的吊裝工作。
綜上所述，此例決定采用纖維芯的交互捻鋼絲繩。
2.1.2鋼絲繩的型號
國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩品種型號較多，按抗拉強度分為140公斤/、155公斤/、170公斤/、185公斤/、200公斤/五個等級。
標(biāo)記示范為：
2.1.3鋼絲繩的直徑選擇
根據(jù)經(jīng)驗公式：
式中 ————單根鋼絲繩的最大工作拉力，N；
————鋼絲繩的破斷拉力總和，N；
———鋼絲繩安全系數(shù)。
已知G=750公斤，圖2.1為吊重時滑輪組的受力情況，G將由兩根鋼絲繩分擔(dān)，因此得到
式中 ———滑輪組的效率（因摩擦力所產(chǎn)生的損失），一般為94%，即=0.94 圖2.1滑輪組受力情況
則
也就是說，需要大約3910N的力才能提升750公斤的重物。
再查得安全系數(shù)S=5
按表21-1查得，此鋼絲繩的標(biāo)記為：
鋼絲繩6*37+6.2-140-Ⅰ-光-右交GB1102-74
2.2卷筒和滑輪的選擇
卷筒在吊車中起到省力的作用。在此簡易吊車中，運用了一組簡單的滑輪組裝置：一個定滑輪和一個動滑輪。動滑輪可以省一半的力，而定滑輪可以改變力的方向。而當(dāng)他們同時使用時，既可以省力，又可以改變力的方向。
人民經(jīng)過長期的實踐，對于卷筒和滑輪直徑的計算，現(xiàn)已總結(jié)成了經(jīng)驗公式：
式中 D------卷筒和滑輪的名義直徑，即槽底直徑，毫米；
d------鋼絲繩直徑，即繩的外接圓直徑，毫米；
e------由鋼絲繩用途和工作類型決定的系數(shù)。
現(xiàn)已知d=6.2毫米，由冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表24-7查得，屬于輕級的，取e=16，
則
取滑輪的直徑?？紤]到提升速度和傳動比的要求，取卷筒的直徑為。
3 傳動裝置的設(shè)計和計算
手動絞車是以人力做動力，但對于起重量大的起重機械，人的力量是有限的，且效率很低，于是就出現(xiàn)了機動絞車，它的動力一般是電動機。要設(shè)計這種機動絞車，就要知道工作機構(gòu)在提升最大重量時所需要的功率，并由此選擇電動機，設(shè)計傳動裝置。
3.1計算卷筒的功率
=PV
式中 P————卷筒鋼絲繩的拉力，此例為=3910N；
————卷筒鋼絲繩的線速度，此例為吊鉤運動速度的2倍=046米/秒。
則
=39100.46KW=1.8KW
3.2計算卷筒的轉(zhuǎn)速
根據(jù)卷筒的速度為，得到卷筒的轉(zhuǎn)速為：
式中 ————卷筒的計算直徑是指按鋼絲繩橫截面中心量得的直徑，單位：毫米
此例為
則
3.3 電動機的選擇
3.3.1 電動機類型的選擇
電動機是已經(jīng)系列化了的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。在設(shè)計中，主要根據(jù)所需電動機的輸出功率、工作條件及經(jīng)濟要求，從產(chǎn)品目錄中選擇其類型、結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速、并確定其型號。
因為三相交流異步電動機（特別是鼠籠式感應(yīng)電動機）具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格便宜和維護方便等優(yōu)點，所以應(yīng)用廣泛。尤其在中小功率，無須調(diào)速而又長期帶動穩(wěn)定或變動載荷的設(shè)備中用得較多。
在選擇電動機的類型時，主要考慮的是：靜載荷或慣性載荷的大小，工作機械長期連續(xù)工作還是重復(fù)短時工作，工作環(huán)境是否多灰塵或水土飛濺等方面。
對于一般用途，無特殊要求的工作機械（如機床，鼓風(fēng)機，水泵等）通常選用J2或JO2型電動機。對于灰塵較多或水土飛濺的地方（如磨粉機，碾米機，農(nóng)用機械，礦山機械等）則必須選用JO2型封閉自冷式電動機。
對于起動載荷或慣性載荷較大的機械（如連續(xù)運輸機械，壓縮機，錘擊機，柱塞式泵等），則宜選用JO3或JO2型電動機。
對于各種型式的起重機，牽引機和冶金機械設(shè)備等，必須選用JZ，JZR型起重及冶金用三相異步電動機。
3.3.2 電動機轉(zhuǎn)速的選擇
同一功率的異步電動機有每分鐘轉(zhuǎn)速為3000，1500，1000，750的幾種。當(dāng)工作機械（如鼓風(fēng)機，壓縮機等）轉(zhuǎn)速較高時，一般選用同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分的電動機較為經(jīng)濟。如果工作機械的轉(zhuǎn)速太低（即傳動裝置的總傳動比太大），將導(dǎo)致傳動裝置機構(gòu)復(fù)雜，價格較高，所以需要全面考慮。
在一般機械中1500和1000轉(zhuǎn)/分的電動機用得最多。它們適應(yīng)性大，供應(yīng)普遍。同步轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分的電動機，只有要求低轉(zhuǎn)速，在功率較大，起動次數(shù)頻繁等情況下才使用。
3.3.3 電動機功率的選擇
從類型來講，此例宜選用JZ型三相異步電動機，因為這類電動機具有較高的機械強度及過載能力，能承受經(jīng)常的機械沖擊及振動，轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大，適用于經(jīng)?？焖倨饎蛹皺C械制動的場合；從轉(zhuǎn)速來講，為了使傳動裝置不至于太復(fù)雜，電動機的轉(zhuǎn)速不宜太高；從功率來講，若考慮機械傳動的總效率在左右，則所需要電動機的功率為。根據(jù)以上分析，查《機械設(shè)計手冊》知，選擇JZ-11-6型電動機，其額定功率=2.2千瓦，滿載轉(zhuǎn)速=837轉(zhuǎn)/分。
據(jù)以上選擇所得的電動機型號查得相應(yīng)的機座型號，從而可得相關(guān)的安裝尺寸和電動機的尺寸參數(shù)，電動機選用B3式的機座，型號為JZ-11-6，相關(guān)尺寸參數(shù)如下：
A=190，B=140，C=70，D=28，E=60，F(xiàn)=8，G=24，H=112，K=12，AB=245，AC=230，AD=190，HD=265，L=400，單位為mm。
3.4計算總傳動比
圖3.1 電動機的安裝及外形尺寸
3.5確定傳動方案，畫出傳動示意圖
為了獲得的降速比，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的兩級圓柱齒輪減速器，按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表17-25查得，比較接近的只有名義傳動比為20，減速器高速軸許用功率=2.68千瓦，總中心距為250毫米，屬于重型減速器。其標(biāo)記為：
畫出傳動示意圖得到第一個傳動方案，由于減速器的實際傳動比為20.17，比要求的偏大，但又找不到其它更合適的減速器，因此決定自行設(shè)計一個傳動裝置的方案，由帶傳動和開式齒輪傳動組成，其傳動示意圖如圖3.2所示。
3.6分配傳動比
根據(jù)冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表19-2推薦的各類傳動機構(gòu)單級傳動比的范圍，可將總傳動比=19.6分配為=4，=4.9或=3.4，=5.76，使齒輪的傳動比稍大于帶輪的傳動比，這樣可經(jīng)濟一些。
一對嚙合齒輪的傳動比最好不是整數(shù)，這樣有利齒輪均勻磨損。同時考慮到要增加小帶輪的包角，最后決定采用第二組傳動比。
圖3.2 傳動示意圖
3.7計算效率、驗算電動機的功率
推薦的各類傳動機構(gòu)效率和其它資料，可以得到：
=0.96 ，=0.94，0.99
則 =
因此
這說明前面所選的電動機的功率是足夠的。
3.8 計算各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩
已知=2.2千瓦、=837轉(zhuǎn)/分， =3.4，=5.76，=0.96，=0.94，=0.99，則
各軸的轉(zhuǎn)速為：
電動機軸轉(zhuǎn)速
小齒輪軸轉(zhuǎn)速
卷筒軸轉(zhuǎn)速
各軸的功率為：
電動機軸功率
小齒輪軸功率
卷筒軸功率
比卷筒實際所需要的功率=1.8千瓦要大一些，因此能保證正常工作。
各軸的轉(zhuǎn)矩為：
吊車在起重時，卷筒的受力情況如圖3.3所示，在鋼絲繩最大拉力的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
方向為順時針。
但是吊車要提升重物，卷筒應(yīng)該逆時針轉(zhuǎn)動才行。因此必須使小齒輪給大齒輪施加一個作用力F，使大齒輪產(chǎn)生逆時針方向的轉(zhuǎn)矩，并且還要使大于，才能提升起重物。而這個F力是由電動機的額定功率=2.2千瓦傳遞來的，即電動機軸轉(zhuǎn)矩
小齒輪軸轉(zhuǎn)矩
卷筒軸轉(zhuǎn)矩
計算結(jié)果表明，大于，能夠使卷筒得到逆時針方向的轉(zhuǎn)動，達到提升起重物的目的。
現(xiàn)將以上計算所得數(shù)值列于下表，以備后面進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算時使用。
圖3.3 卷筒的受力分析
表3.1 傳動系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)表
電動機軸
小齒輪軸
卷筒軸
傳 動 比
3.4
5.76
轉(zhuǎn)速n,轉(zhuǎn)/分
837
246.2
42.7
功率N，千瓦
2.2
2
轉(zhuǎn)矩，J
25.1
81.93
439.2
3.9 制動器的選擇
此吊車是靠電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)提升和卸下重物的。考慮到工作中的必要停止，應(yīng)設(shè)有一個制動裝置（包括制動器及其附件）。制動裝置是用來對運動著的軸產(chǎn)生阻力矩，并使軸很快地減速或停止轉(zhuǎn)動的裝置。
制動器的選擇是根據(jù)吊車提升最大重物時的制動力矩要大于軸上的最大轉(zhuǎn)矩的原則進行的。即
式中 ————制動安全系數(shù)，見表3.2。此例屬于輕級工作類型，取=1.5；
——— —被制動軸的最大轉(zhuǎn)矩，J,
表3.2 制動安全系數(shù)
工 作 類 型
K制
輕 級
1.5
中 級
1.75
重 級
2
特 重 級
2.5
那么被制動的軸要選哪一根好呢？本例中有三根軸，可有三個不同的方案。它們的優(yōu)缺點比較，見表3.3
通過表3.3三種方案分析，決定采用第三種方案，即以小齒輪軸作為被制動的軸，此軸的轉(zhuǎn)矩表3.1可以知道，其制動力矩為：
按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表24-44查得，可選用電磁閘瓦制動器JWZ—200。其產(chǎn)生的制動力矩，當(dāng)負荷持續(xù)率為JC=25%時，為=156.8J，正好大于122.9J，完全能夠達到制動的目的。這個制動器的標(biāo)記為：JWZ-200制動器ZB112-62。
3.10 傳動機構(gòu)的設(shè)計和計算
3.10.1 帶傳動
已知帶所傳遞的名義功率=2.2千瓦，參考冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表7-4，其具體計算步驟如下：
選取工作情況系數(shù)=1.3，則計算功率為：
根據(jù)=2.86千瓦和=837轉(zhuǎn)/分，查得為A型膠帶；
參考冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表7-3和7-6，選取小帶輪直徑為=125毫米；
大帶輪直徑，符合標(biāo)準(zhǔn)值；
驗算帶速度為，故合用；
表3.3 方案比較
序 號
方 案
優(yōu) 缺 點
1
電動機轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，制動力矩也小，可選用小型電磁閘瓦制動器，制動輪能和小帶輪做成一體，但缺點是電動機軸懸重較大，更主要的是制動輪表面線速度較高，在制動過程中發(fā)熱嚴(yán)重，會降低制動輪帶面的摩擦系數(shù)，影響制動輪的壽命。
2
卷筒軸轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大，制動力矩也大，高達M制≥1.5×4484≥6726公斤·厘米，要選用較大的電磁閘瓦制動器，所需的制動輪直徑（400毫米）和寬度（190毫米）也都較大，裝配時受到相鄰兩軸空間位置的限制，結(jié)構(gòu)上可能無法實現(xiàn)。
3
小齒輪軸轉(zhuǎn)速介于上面兩者之間，位置也足夠，且布置均勻，結(jié)構(gòu)緊湊。
初定中心距
從結(jié)構(gòu)上考慮，取=800毫米；
三角膠帶計算長度為
=1600+863.5+28.13=2491.63毫米
選取A型帶相近的計算長度=2533毫米，其內(nèi)周長=2500毫米；
實際中心距應(yīng)為：
驗算小帶輪包角
大于，故合用
計算三角膠帶根數(shù)z.,當(dāng)=5.48米/秒，A型膠帶小帶輪直徑=125毫米時，查得單根膠帶所能傳遞的功率=0.95千瓦；當(dāng)= 時，查得；再查得從而得到
取=3根
3.10.2齒輪傳動
首先確定齒數(shù)。已知=5.7，初選22，則誤差0.35%，小于4%是允許的。
再確定模數(shù)。已知=22，=246.2轉(zhuǎn)/分，=2.1千瓦，若大，小齒輪選用材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表8-7得當(dāng)=22時，齒形系數(shù)為Y=0.270；再查表8-6得雙向工作的許用彎曲應(yīng)力，取開式齒輪傳動齒寬系數(shù)、載荷系數(shù)K=1.4，計算模數(shù)為：
而按冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》圖8-24查得m=3.25毫米，為安全起見，決定取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為m=3.5毫米。
計算齒輪的幾何尺寸如下：
小齒輪分度圓直徑
大齒輪分度圓直徑
小齒輪齒頂圓直徑
大齒輪齒頂圓直徑
小齒輪齒根圓直徑
大齒輪齒根圓直徑
中心距
大、小齒輪齒寬 B
3.11 畫出總體結(jié)構(gòu)方案圖
總體結(jié)構(gòu)方案圖如圖3.4所示
圖3.4 總體結(jié)構(gòu)方案圖
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1初算各軸的最小直徑
軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（例如齒輪、蝸輪等），都必須安裝在軸上才能進行運動及動力傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。
小齒輪軸的直徑：該軸選用材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由于小齒輪齒根到鍵槽底部的距離e<,所以齒輪和軸得做成一體，叫做齒輪軸。
卷筒軸的直徑：該軸選用材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，取A=12。則
取標(biāo)準(zhǔn)直徑為=45毫米。
4.2帶輪的結(jié)構(gòu)
已知選用A型膠帶，查冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》中表7-10計算得：=3.5毫米 =7.5毫米 =12毫米 毫米 =12.5毫米 = =14毫米；
輪槽數(shù)=3;
輪寬B 毫米；
外徑=毫米；
孔徑d等于電動機軸直徑，查得JZ-11-6型電動機軸直徑=35毫米；
帶輪材料選為HT20-40灰鑄鐵；
帶輪結(jié)構(gòu)型式查得為實心輪。
當(dāng)大帶輪計算直徑=425毫米時，， ，， ，，， ,z,B等，都和小帶輪一樣；
外徑毫米；
孔徑d等于和它裝配的軸頭直徑，由前面計算得。應(yīng)為28毫米，因帶輪較大，而孔徑較小，結(jié)構(gòu)上不相稱，故取=38毫米；
大帶輪材料也選HT20-40灰鑄鐵；
大帶輪結(jié)構(gòu)型式查得為四橢圓輪輻；
輪緣內(nèi)徑毫米；
輪轂外徑毫米；
輪轂寬度毫米；
對于四橢圓輪輻的帶輪，
毫米
式中 ————膠帶所傳遞的功率，此例=2.1千瓦；
————帶輪的轉(zhuǎn)速，此例=246.2轉(zhuǎn)/分。
代入上式得到：
毫米；
然后計算得到：
4.3齒輪的結(jié)構(gòu)
小齒輪，由于〈160毫米，做成實心結(jié)構(gòu)，材料用45號鋼，正火處理。
大齒輪，由于160毫米〈〈500毫米，做成腹板式結(jié)構(gòu)，材料用45號鋼，正火處理。
輪緣內(nèi)徑
齒輪孔徑d等于與其相配的軸徑，由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定，現(xiàn)確定=55毫米；
輪緣外徑
輪緣寬度
輻板厚度
輻板上的孔數(shù)由齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸決定。考慮到大齒輪要和卷筒卷體組裝，不能按一般的經(jīng)驗公式計算，只好初步確定孔數(shù)為八個，孔徑孔的圓周定位尺寸至少要大于卷筒擋板的直徑，故確定為355毫米。
4.4卷筒的結(jié)構(gòu)
通常采用圓柱形卷筒，可以做成整體鑄造的、焊接的或組合的三種型式。
焊接卷筒與鑄造卷筒相比，能減輕重量30%~40%，特別是單件生產(chǎn)時，用焊接卷筒可不用木模，還能降低成本。此例采用組合卷筒，沿卷筒軸向聯(lián)接的結(jié)構(gòu)。
在大多數(shù)情況下，鋼絲繩在卷筒上只繞一層。為了引導(dǎo)繩索，以免鋼絲繩纏繞時互相摩擦，卷筒的表面做成螺旋槽面。只有用手驅(qū)動的卷筒或因結(jié)構(gòu)上的原因，而必須用多層纏繞時才允許用光面卷筒。
卷筒的繩槽面如圖所示。其幾何尺寸可參照冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表24-19進行設(shè)計計算。此例，d=6.2毫米，=200毫米， =206.2毫米，h=2.5毫米，p=8毫米，R=4毫米，r=0.5毫米。由于此吊車要求不高，為簡化工藝也可做成光面卷筒。
工作時，鋼絲繩在卷筒表面的偏斜角不能太大，否則纏繞的鋼絲繩將發(fā)生疏密不均或亂扣的現(xiàn)象。為此，當(dāng)鋼絲繩繞到卷筒兩側(cè)時，對于光面卷筒偏斜角不得大于，即
，
也就是卷筒前面安裝的第一個轉(zhuǎn)向滑輪中心線到卷筒中心線的距離A要大于卷筒長度L的5倍。
式中 ————卷筒上有螺旋槽部分的有效長度，毫米；
————最大提升高度，=2500毫米；
————卷筒繩槽節(jié)距，=8毫米；
————卷筒端部無繩槽部分的長度，可有結(jié)構(gòu)需要決定=59毫米；
————附加長度，包括固定鋼絲繩所需要的長度和為減少鋼絲繩末端在卷筒上固定處（接頭）的作用力的必要長度。=81毫米。
將具體數(shù)據(jù)代入上式。得到：
卷筒的壁厚按下列公式確定：
鑄造卷筒
焊接卷筒
此例確定為鑄造卷筒，
鋼絲繩末端在卷筒上的固定要求牢固可靠，便于裝拆，檢查。其中最常用的方法是用壓板和螺栓進行固接。
考慮到卷筒一端和大齒輪作軸向聯(lián)接，另一端和端蓋作軸向聯(lián)接，故把卷筒設(shè)計成所示結(jié)構(gòu)形式，其材料為ZG35
4.5滑輪的結(jié)構(gòu)
此例做成實體輪。
————滑輪的名義直徑，=120毫米；
————滑輪的計算直徑是指從鋼絲繩橫截面中心量得的直徑，
————滑輪的繩槽角，一般為。
4.6升臂桿和支撐桿的結(jié)構(gòu)
4.6.1升臂桿和支撐桿的尺寸
如圖4.1所示，由于起升最大高度，再考慮活動滑輪裝置對起升高度的影響，估計升臂桿頂端離地面的高度約為3230毫米，若升臂桿的傾斜角為，則在直角三角形ACM中，
，取AC=3500毫米。
這個長度，經(jīng)校核，也使A超過卷筒長度的五倍以上。
支撐桿的頂端B點約位于AC的2/3處，現(xiàn)取AB=2250毫米，圖中為BA、BD的投影角度，即BA與BN夾角。在ABN中，可利用正弦定理求出：
-
圖4.1求升臂桿、支撐桿的長度
在直角三角形中，
圓整后取==。
4.6.2根據(jù)強度條件、決定升臂桿的材料和斷面尺寸
根據(jù)力學(xué)常識，由圖4.2可以分析出升臂桿的受力情況。這里為分析問題的方便，我們將升臂桿放平畫出，A點和B點畫成固定支座，如圖所示。此處的升臂桿相當(dāng)于二支座懸臂梁，為平面任意力系。作用在上面的外力，已知的有G、，若取XOY直角坐標(biāo)系，就可以利用平衡條件。求出桿件A點和B點的支反力。
為了求，可設(shè)各力對A點的力矩之和為零，見圖4.3 即：
圖4.2升臂桿的受力分析
圖4.3求力
式中 、、為A點到G、、各力作用線的距離，也就是力臂之長。
所以得到750*9.8*1750-399*9.8*426.5-*769.5=0
=
現(xiàn)按XOY直角坐標(biāo)系，將各力分解為X和Y坐標(biāo)的分力，得到：
。
根據(jù)X方向分力的和為零的平衡條件，可得：
根據(jù)Y方向分力的和為零的平衡條件，可得：
負號說明與圖上假設(shè)的方向相反。
從圖4.3可以看出，升臂桿AC在外力作用下，將同時承受拉壓、剪切和彎矩，但是以彎矩為主。其最大彎矩及相應(yīng)的截面位置，根據(jù)材料力學(xué)相關(guān)知識可知，最大彎矩在B之座處：
若升臂桿選用熱扎方鋼，其材料為A3，參考冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表2-5，查得許用彎曲應(yīng)力，考慮到提升重物開始和停止的瞬間有沖擊載荷，應(yīng)適當(dāng)降低許用彎曲應(yīng)力，現(xiàn)取，根據(jù)強度條件
式中 ————抗彎斷面系數(shù)，，與斷面形狀和中性軸的位置有關(guān)。對于熱方鋼，若邊長為,則。
所以
按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版上冊表2-22，選取邊長=65毫米，長度為3550毫米的熱扎方鋼。
4.6.3根據(jù)強度條件，決定支撐桿的材料和斷面尺寸
由于支撐桿受到一個與大小相等，方向相反的作用力作用，利用平行四邊形法則，將分解為相等的和兩個力，即兩個支撐桿受到兩個相等的壓力。已知二支撐桿的夾角為，根據(jù)余弦定理得到：
因
則
若選支撐桿為熱扎方鋼，其材料為A3許用壓力應(yīng)按冶金工業(yè)出版社出版的《機械設(shè)計自學(xué)入門》表2-2，選取，則。根據(jù)強度條件公式
式中 A————鋼材的橫截面積，。對于方鋼，其邊長為，則A= 。
因此，
所以
按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版上冊表2-22查得，只要選取=7毫米的熱扎方鋼，就能承受得起772公斤的壓力。
與此同時，支撐桿還受到一個與大小相等、方向相反的作用力。它將由BD、BE兩個支撐桿分擔(dān)，各為，是兩個桿的彎矩力，兩個桿相當(dāng)于懸臂梁，最大的彎矩在固定端D和E處，其最大值為乘以D（或E）點到力作用線的距離DK（或EK）。在直角三角形中。DK=EK= ，即
若已知A3鋼的許用彎曲應(yīng)力，根據(jù)彎曲強度條件公式
則
按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第二版上冊表2-22查得，選取邊長=68毫米，長為2050毫米的熱扎方鋼。
從以上計算可以看出，這兩根支撐桿只要承受彎矩力，只要彎曲強度足夠，壓縮強度是不成問題的。
4.7畫制動輪裝置和卷同裝置的結(jié)構(gòu)圖
在已知制動輪、卷筒、齒輪、帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸和軸的最小直徑的前提下，就可以進行制動裝置和卷筒裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和畫圖工作。它涉及到軸承的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
本例中的兩根軸是支承在軸承座聲，由于安裝時不可能絕對保證兩頭的軸承座的同軸性，因此軸承宜選用1000型滾動軸承。按冶金工業(yè)出版社出版的《機械零件設(shè)計手冊》第一版表19-9查得，可選擇1209型雙列向心球面軸承。再根據(jù)它的外徑D=85毫米，按該手冊表19-42選擇GZ-85軸承座，按表19-46選擇悶蓋,按該手冊表24-9選擇螺紋聯(lián)接部分尺寸為的旋蓋式油杯。透蓋有標(biāo)準(zhǔn)可查，根據(jù)軸承座孔徑和透蓋孔的軸徑選取。
4.8繪制吊車的總裝配圖
機架都是鋼結(jié)構(gòu)的，可用槽鋼和角鋼焊接而成，在畫總裝圖時，還要考慮帶的張緊方式，此例是用螺栓來調(diào)節(jié)電動機的位置。
4.9拆畫重要零件圖
為了便于制造，必須根據(jù)總裝圖和部件裝配圖，來拆畫重要零件圖。如大齒輪、大帶輪、小齒輪軸、卷筒軸，制動輪等零件。
5 設(shè)計小結(jié)
5.1 小結(jié)
本次設(shè)計的主題為簡易吊車。在很多任務(wù)廠的車間中經(jīng)常會用到一種簡易的小車，用于起吊、搬運一些小型的機械設(shè)備，而這種小車就是簡易的吊車。而我在此設(shè)計的吊車即是以其為模板。
此簡易吊車主要由減速器、吊掛系統(tǒng)和帶輪傳動構(gòu)成。該簡易吊車的工作原理是：帶輪將發(fā)動機的動能傳遞到齒輪在傳動到齒輪上，最終帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，拉動鋼絲繩克服重物的重力使重物垂直上升，達到起升物體的目的。
在設(shè)計之初，我們利用已知的數(shù)據(jù)條件，對傳動方案的選擇，確定了總體結(jié)構(gòu)方案和對相關(guān)參數(shù)的設(shè)計計算,其中包括選擇合適的傳動方案和對吊車各個零件的設(shè)計計算以及校核。在根據(jù)計算和查得的數(shù)據(jù)和尺寸，畫出簡易吊車的總裝配圖，在對一些主要的零件進行拆畫，如制動器，繪制零件圖。我們設(shè)計都是以已知條件作為基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照要求計算和查閱相關(guān)資料，可以保證其的準(zhǔn)確性。但百密難有一疏，在工作中難免會出現(xiàn)差錯，而且實際操作的環(huán)境比較復(fù)雜，各零件的工作狀態(tài)不知，而且由于時間有限，忽略了一些細節(jié)，比如發(fā)動機是如何固定位。同樣本人能力有限，經(jīng)驗不足，有些地方考慮的不夠周全，特此說明。
5.2設(shè)計心得
畢設(shè)快要完成了，我的大學(xué)也即將結(jié)束了，回想起著三個多月的經(jīng)歷，有太多太多的
東西值得我去懷念。
選題之初，只是出于一種好奇，而選擇了吳暉老師的《簡易吊車設(shè)計》。開始的茫然、不知所措，到如今的論文結(jié)束，這期間我經(jīng)歷了很多的掙扎。課題有了，卻完全看不明白，不知從何下手，茫然、無知、焦慮，甚至一度想要放棄，值得慶幸的是，我堅持下來了，看書、查資料、問老師，一點一點的提高自己對課題的理解和領(lǐng)悟。下面是我做畢設(shè)的一點小小的心得：
第一，畢設(shè)的開始是要選題，盡可能的選擇自己感興趣的課題或者自己熟悉的課題。
興趣是最好的老師，有了興趣，你會更容易的投入你的課題研究中；有了興趣你會更主動的去查閱資料，補充知識、完善自己。而如果是自己熟悉的課題，你會有多的看法和見解，了解的多，自然做起來得心應(yīng)手。
第二，多查閱資料。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準(zhǔn)備工作，好的開端相當(dāng)于成功的一半，因此資料是否全面、可靠，關(guān)系到整個畢業(yè)設(shè)計的進程。現(xiàn)在科技日新月異，網(wǎng)絡(luò)中的信息更是包羅萬象。有什么不明白的，百度、google一下，全明白了。去圖書館同樣也可以?？傊傊?，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。
第三，多問問身邊的人。在做畢設(shè)的期間，遇見不明白的，自己又無法單獨解決的，可以多去問問老師、問問同學(xué)，眾人拾材火焰高，群眾的力量是偉大的。在困難中前行，在困難中獲得最有價值的知識，也能提高我們的團結(jié)互助的能力。
通過這次畢設(shè)，我的能力得到了很好的鍛煉。能夠獨自去查閱資料、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、直至最后完成論文。從中我更好的認(rèn)識到自己的不足，有很多知識還需要完善，在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)，在社會的大舞臺上演繹人生更美好的篇章。
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致謝
如火的六月，我即將畢業(yè)，繽紛的四年大學(xué)生活，真有些依依不舍。
回顧大學(xué)四年，真的有太多的感慨，太多的依戀，太多太多的不舍。四年的時光在我們?nèi)松胁凰汩L，但是卻值得我們終生懷念。四年的慢慢求學(xué)，四年的朝夕相處，四年間共同勉勵。四年，大學(xué)中的四年是我們?nèi)松凶蠲篮玫臅r光，花一樣的年紀(jì)，在花園般的母校留下了太多太多值得我們懷念的東西，學(xué)到的知識更值得我們受益終身。時光如箭，歲月如梭，現(xiàn)在我們即將畢業(yè)離開這里，帶著眾多的不舍，登上人生更大的舞臺，開創(chuàng)人生更高的高度。在此，我真誠的感謝我的父母、感謝吳暉老師、感謝我的室友以及感謝所有關(guān)心我的人和我關(guān)心的人。
特別感謝吳暉老師對我論文的悉心指導(dǎo)，從論文選題到論文的寫作過程給予我真誠的鼓勵、中肯的建議和指導(dǎo)。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)給予我深深地影響，促使我在論文寫作中精益求精。對吳老師的辛勤指導(dǎo)，呈上我最誠摯的謝意。
感謝在我大學(xué)四年學(xué)習(xí)生活中，給予我淳淳教誨的所有的老師們，謝謝您們曾經(jīng)給予我的一切。感謝在求學(xué)路上一起奮斗的同學(xué)們，謝謝你們同我一起編織的美好大學(xué)，更感謝我的父母，謝謝你們的支持和理解。
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