32-5t通用桥式起重机小车设计-机械设计及自动化专业毕业设计-毕业论文.doc

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1、本科毕业设计题目：32/5t通用桥式起重机小车设计学 院:机械自动化学院专 业:机械工程及自动化学 号:学生姓名:指导教师:日 期:二一二年六月摘 要 本文主要介绍了桥式起重机的整体设计理论和设计过程，其中重点设计了桥式起重机的运行机构起升机构等，主要包括桥式起重机小车运行机构的整体设计及传动机构的布置，小车运行机构计算。还有轴承的选择、联轴器的选择、电动机的选择、减速器的选择和校核。桥式起重机是桥架型起重机的一种，它依靠起升机构和在水平面内的两个相互垂直方向移动的运行机构，能在矩形场地及其上空作业，是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对简单等优点。

2、起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。关键词：桥式起重机；起升机构；运行机构；起重运输机械。 Abstract This article ma

3、inly introduced the entire design theory and design process of bridge.type hoist crane，which focused on the design of the bridge crane operation of institutions and hoisting mechanismThe overall design that mainly includes the bridge type derrick small car to circulate organization and spread the de

4、coration that the motive reaches, the small car circulates an organization calculation.Still have the choice of the choice, electric motor of the choice, allied stalk machine of bearings, decelerate machine of choice and pit in the school. The bridge crane is a bridge.type crane, it relies on the li

5、fting mechanism and in the horizontal plane, two mutually perpendicular direction of the run institutions, in the rectangular space over the job, the industrial and mining enterprises widely used as a starting heavy transport machinery. It has a large carrying capacity, high reliability, work, and m

6、anufacturing process is relatively simple. .Lifting bodies, including the motor, brake, reducer, drum and pulley. Reducer, the motor driven reel rotation, so that the wire rope wound on a reel or roll down, lifting heavy objects. The small frame rack, support care and installation from the winch and

7、 trolley run institutions, and other parts usually welded structures. . Cranes run the drive can be divided into two categories: a centralized drive, which uses an electric motor to drive the long drive shaft drive on both sides of Active Wheel; other as, respectively, driven both sides of the activ

8、e wheels each with a motor drives. Small bridge crane in more frequent use of brakes, gear units and motors combined into one triple play drive mode, the big since the weight of ordinary bridge crane is easy to install and adjust the drive often universal coupling Keyword:Bridge type derrick; Hoisti

9、ng mechanism; Run institutions ;Hoisting and conveying machinery. 目 录设计任务书.1概述.21 主起升机构的计算.71.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组.71.2 选择钢丝绳.71.3 确定卷筒尺寸并验算强度.81.4 初选电动机.101.5 选用标准减速器.111.6 校核减速器输出轴强度.111.7 电动机过载验算和发热验算.111.8 选择制动器.121.9 选择联轴器.131.10 验算起动时间.131.11 验算制动时间.141.12 高速轴计算.15 1.12.1疲劳计算15 1.12.2验算轴所受的最大转矩1

10、52 副起升机构计算.172.1 确定传动方案，选择滑轮组、钢丝绳和吊.172.2 确定卷筒尺寸、转速并验算强度.172.3选择电动机并验算过载和发热情况.182.4 选择减速器.212.5 选择制动器.212.6 选择联轴器.222.7 验算启动时间.222.8 验算制动时间.232.9 高速浮动轴的设计计算.23 2.9.1疲劳计算.23 2.9.2验算轴所受的最大转矩.233 小车运行机构的设计与计算.273.1 确定机构传动方案.273.2小车运行机构的计算28 3.2.1选择车轮与轨道并验算其强度.28 3.2.2 选择电动机和减速器.29 3.2.3 验算空载和满载时的启、制动时间

11、及不打滑条件.30 3.2.4 选择制动器和联轴器.303.3 浮动轴的设计和校核.31 3.3.1 疲劳计算.31 3.3.2 强度验算.314 小车布局和安全装置的计算.364.1 小车布局374.2 小车缓冲器的选择和校核37设计心得.37参考文献.39致谢 40附录 .41有关图纸 42设计任务设计（论文）题目32/5吨通用双梁桥式起重机小车设计计算研究方法搜集查阅与分析研究相关国内外资料，综合所学基础与专业知识，遵循机械零件与起重机行业相关标准，在小组充分讨论基础上，制定合理的具有先进性的设计方案，按时完成本设计提出的全部内容。主要技术指标(或研究目标)小车的主/副起升机构设计参数：

12、起重量32/5t，起升高度10/10.85m，起升速度7.5/19.5m/min起升机构工作级别M5/M5； 小车运行机构设计参数：工作级别M5，运行速度45m/min，轨距2500mm，参考轮距2700mm，小车参考自重：约11.3t概 述桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，设置在小车上的起升机构实现货物垂直升降。三个机构的综合，构成一立方体形的工作范围，这样就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥

13、式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。各类桥式起重机的特点如： 1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。 2) 简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。 3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基

14、本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。 5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。 6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。 7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立

15、柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊盛料器高温液态钢包，用以支持和翻转钢包，副小车用来抬起钢包，浇铸液态金属。 桥式类型起重机的金属结构一般由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形

16、双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主

17、梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。下面具体介绍普通桥式起重机的构造。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机

18、运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机大车运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。本次设计课题为32/5t通用桥式起重机小车设计，主要包括起升、运行两大机构及其安全装置的设计计算和装配图与零部件图的绘制。将我们所学

19、的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以至用、理论联系实际。培养我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。1.主起升机构计算1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组 按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图1所示，采用了双联滑轮组.按Q=32t，表8.2查取滑轮组倍率=4，因而承载绳分支数为 Z=2=8。查3附表8选择图号为G25吊钩组，得其参考质量G0=647kg,两动滑轮间距A=150mm 查1表8.1.89选取吊钩号 LYD100.M，吊具自重载荷。得其自重为：G=2.0%=0.02320=6.4kN 图1-1 主起升机构简图1.2 选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承

20、，=4,查1表3.2.11和2.2.3得得滑轮组效率1=0.98、2=0.97，得hh=z=1X2=0.96钢丝绳所受最大拉力按下式计算钢丝绳直径 d=c=0.096=19.7mmc: 选择系数，单位mm/，用钢丝绳=1850N/mm，据M5及查2表8.1.8表8.1.31得c值为0.096。故，选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm，其标记为6W(19).20.185.I.光.右顺(GB1102.74)。1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径由1通用机械表1.6查得。由3附表2选用滑艳直径D=400mm,，取平衡滑轮直径Dp0.6400=240mm 由3附表4选用钢丝绳直径d=18mm.D=4

21、00mm.滑轮轴直径D5=90mm的F型滑轮标记为： 滑轮F18x 25590 ZB J80 006987由3附表5平衡滑轮选用d=18mm，D=225mm,滑轮轴直径D6=45mm的F型滑轮标记为：滑轮F18x22545 ZB J80 006987卷筒和滑轮的最小卷绕直径： d （e.1）式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；查表得：筒=18;滑轮=20； 筒最小卷绕直径=d=1820=360； 轮最小卷绕直径=d=2020=400。考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=650。 卷筒长度 =1460mm。式中：筒上有绳槽长度，安全圈n=2，起升高度H=10

22、m， 槽节矩t=22mm，绕直径=D0+d=650+20=670mm；选取卷筒型号为 A650x2000.11x22.12x4.左 GB/T 9006.2.1999查表8.1.478.1.50得 ：定绳尾所需长度,取=100； ：筒两端空余长度,取=45； ：筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距=150。卷筒壁厚=0.02D+(610)=0.02650+(610)mm=1923mm，=20mm，进行卷筒壁的压力计算 选用灰铸铁HT200,最小抗拉强度b=195 N/cm2许用应力:ymax3D,尚应验算弯矩产生的拉应力,卷筒弯矩图示于图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:M=式中 D卷筒外

23、径,D=400mm Di=卷筒内径,Di=370mm于是i=Mw/W=28350000/1714597.5=16.53MPa合成应力：=20.995N/2式中许用拉应力 卷筒强度验算通过。 卷筒A650x20001122124左 JB/T9006219991.4 计算起升静功率 =47.6kW式中起升时总机械效率=0.858为滑轮组效率取0.97（查表3.2.10）；传动机构机械效率取0.94（查表2.2.3）；卷筒轴承效率取0.99；连轴器效率取0.98（查2.2.4）。1.5 初选电动机 G=0.847.6=38.08kW式中 ：JC值时的功率，位为kW； G：稳态负载平均系数，根据电动机

24、型号和JC值查表2.2.5和2.2.6得G=0.8。查机械设计课程设计表16.516.6选用电动机型号为YZR280M.10，=55KW，=556r/min，最大转矩允许过载倍数m=2.8；飞轮转矩GD=15.5KN.m。电动机转速=561.92r/min式中 :在起升载荷=326.4kN作用下电动机转速； :电动机同步转速； ,:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。1.6 选用减速器减速器总传动比：=39.3，取实际速比=40。起升机构减速器按静功率选取，根据=47.6kW，=561.92r/min，=40，工作级别为M5，查减速器使用手册选定减速器为ZQH100，减速器许用功率=79KW

25、。低速轴最大扭矩为M=20500N.m减速器在561.92r/min时许用功率为=73.9955kW实际起升速度=561.92403.140.654=7.2m/min实际起升静功率=39.72kW用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。1.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：=55KW55kW，此题恰好与=的功率相等。式中 ：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.5； m:基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查表16.5和16.6查电机参数得m取2.8； m:电动机个数； :总机械效率=0.858。发热验算按下式计算: PP

26、式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW,按CZ=300，JC值=25%，查表得P=43.867kW。=37.98kW P=43.867=37.98kW过载验算和发热验算通过1.8 选择制动器按下式计算，选制动器： 式中:制动力矩,单位为N.m； :制动安全系数，查表2.2.7由M5得=1.75； :下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。 =586.4N.m :下降时总机械效率，通常取0.858 =1.75586.4=1026.2.N.m 查表3.7.17和3.7.18由=1026.2N.m选用YWZ5.400/121制动器，及其安装参数。其额定制动

27、力矩1250N.m；安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。1.9 选择联轴器根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=85mm(锥形)，长度E=1700.5mm；减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度E=135mm；浮动轴的轴头：d=60mm， 长度E=107mm。 查表3.12.14选取梅花弹性连轴器：型号为MLL9.I.400M=5600N.m；GD=132.54=530Kg.m；型号为MLL9，M=5600N.m；GD=18.954=75.8Kg.m。电动机额定力矩=944.69N.m计算所

28、需力矩式中M:所传输的转矩的计算值 ：按第二类载荷计算的最大转矩（=（0.70.8） M：为联轴器的许用扭矩，查表3.12.14选取 ：联轴器的重要程度系数，查表3.12.2选取 ：角偏差系数，非齿轮联轴器，取1，否则查表3.12.4 所选连轴器合格。1.10 验算起动时间起动时间： =1.33s式中： =15.6+530+75.8=621.4kN.m静阻力矩：=796.5N.m电动机启动力矩：式中查表2.2.8选取=1.7,验算启动时间： 式中由表2.2.9查得 11.5平均起动加速度：=0.095m/s=0.095 m/s=0.2 m/s电动机启动时间合适。1.11 验算制动时间制动时间：

29、 = =1.23s：电机满载下降转速，单位为r/min；=2600.556=644r/min=2000N.m=586.4N.m平均制动减速器速度=0.16m/s=0.2m/s，所以制动时间也合适。1.12高速轴计算1.12.1疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：=1.09944.69=1029.7 式中 .动载系数，=1/2(1+)=1/2(1+1.18)=1.09 起升载荷动裁系数(物品起升或下降制动的动载效应)， 1+0.71v=1+0.7115.24/60=1.18由前节巳选定轴径d=75mm,因扭转应力：N/m=12.204MPa 轴材料用45号钢，=600MPa，=300MPa，弯

30、曲：=0.27(=0.27(600+300)=243Mpa 扭转 =140Mpa =0.6300=180MPa轴受脉动循环的许用扭转应力， =式中 k=kk一考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数， k与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有链槽及紧合区段，k=1525， k一一与零件表面加工光洁度有关.对平面粗糙度为3.2的零件 k=1151.2：对于平面粗糙度为12.5的零件，K=1.25135 此处取k=21.25=2.5 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢及低合金钢=0.2，n1.安全系数，n1=1.25(由2表30查得) = =88.9MPa故 通过 1.21.

31、2 验算轴所受最大转矩： M=Me=118944.69=1700.442MPa 最大扭转应力：= 许用扭转应力， =120MPa式中n.安全系数, n=1.5 故通过 浮动轴的构造如图4.24所示,中间轴径d1=d+(510)=80mm,取=80mm!2 副起升机构的设计计算2.1 确定传动方案，选择滑轮组、钢丝绳和吊钩组按照布置宜紧凑的原则，决定采用图4.10的方塞。如图4.22所示，采用了双联滑轮组。按Q=5t查表42取滑轮组倍率 ih=2，承载绳分支数； Z=2ih =4图2-1 起升机构计算简图查3附表8选图号为G13吊钩组，得其质量G0=99kg,两动滑轮间距A=150mm 若滑轮组

32、用滚动轴承，当 ih =2，查表得滑轮组效率：h=0.99钢丝绳所受最大拉力:查通用机械表2.4中级工作类型(工作级别M5)时，安全系数n=5,钢丝绳计算破断拉力Sb Sb=5Smax=512.876=90.132kN按下式计算钢丝绳直径d： d=c=0.096=10.895mm查3附表l选用瓦林吞型纤维芯钢丝绳6x19W+FC，钢丝公称抗拉强度1670MPa，光面钢丝，右交互捻，直径d=13mm，钢丝绳最小破断拉力Sb=93.14kN,标记如下；钢丝绳13NAT6l9W十FCl670ZS93GB8918.88滑轴的许用最小直径： Dd(e.1)=13(25.1)=312mm式中系数e=25由

33、1通用机械表1.6查得。由3附表2选用滑艳直径D=315mm,，取平衡滑轮直径Dp0.6D=06 315=189mm 由3附表4选用钢丝绳直径d=13mm.D=315mm.滑轮轴直径D=90mm的F型滑轮标记为： 滑轮F13x 25590 ZB J80 006987由3附表5平衡滑轮选用d=13mm，D=225mm,滑轮轴直径D6=45mm的F型滑轮标记为：滑轮F13x22545 ZB J80 006987 2.2 确定卷筒尺寸、转速并验算强度： Dd(e.1)=13(25.1)=312mm由3附表13选用D=400mm，卷简绳槽尺寸由3附表143查得槽距，t=13mm，槽底半径r7mm 卷筒

34、尺寸: L=2=2(=984.32mm 取L=1500mm 式中 Z0附加安全系数,Z0=2; L1卷槽不切槽部分长度,取其等与吊钩组动滑轮的间距,即L1=A=150,实际长度在钢丝绳偏斜角允许范围内可适应增减。D0卷筒计算直径D0=D+d=413mm卷筒壁厚：=0.02D+(610)=0.02400+(610)=1418mm取=15mm卷筒壁压应力验算： 选用灰铸铁HT200,最小抗拉强度b=195 N/cm2许用应力:ymax3D,尚应验算弯矩产生的拉应力,卷筒弯矩图示于图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:M=W=0.1式中 D卷筒外径,D=400mm Di=卷筒内径,Di=370

35、mm于是i=Mw/W=8369400/1714597.5=4.9 MPa合成应力：=+=20.995N/2式中许用拉应力=39MPa1ll 卷筒强度验算通过。卷筒A400x15007X13122左JB/T9006219992.3 选择电机、验算过载和发热情况计算静功率：=18.17kW式中：起升时总机械效率=0.894为滑轮组效率取0.97；为传动机构机械效率取0.94；为卷筒轴承效率取0.99；连轴器效率取0.99。电动机计算功率，NeKdNj=0.914.7=13.23KW式中 系数K对于M5级机构，Kd=O85095,取kd=0.9初选电动机：G=0.818.17=14.536kW式中：

36、在JC值时的功率,单位为kW; G：稳态负载平均系数,根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。查3附表30选用电动机，电动机型号为YZR180L.6，=17KW，=955r/min，最大转矩允许过载倍数m=2.5；飞轮转矩GD=1.5kg.m2,电机质量=260kg。电动机转速=951.9r/min式中:在起升载荷=49.98kN作用下电动机转速； :电动机同步转速； ,:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。 按照等效功率法，求JC=25时所需的等效功率：=0.850.8714.7=10.62kW 式中k25工作级别系数。对于M5级，k25=0.85 r系数，根据机构平均起动时间与平均工作时

37、间的比值（t/t）查得，一般起升机构t/t=0.1查得r=0.87由以上计算结果 ，故初选电动机能满足卷筒转速：n=23.07r/min2.4 选择减速器 减速器总传动比;=31 查3附 表35选ZQH503CA减速器，当工作类型为重级(相当工作级别为M7级)时，许用功率N=12.8kw,=31.5,质量Gg=345kg，入轴直径=50mm，轴端长=85mm(锥形) 实际起升速度; =15=15.24m/min 误差： =x100=1.6=15 实际所需等效功率： =10.6=10.24KWNe(25)=16KW 由(1)公式(616)得输出轴最大径向力： Rmax=（aS+G）R式中 aS=2x12876=25752N N=25.752kN.卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷， Gj=4.56kN.卷筒及轴自重，参考附表14估计， R=20.5kNZQ5OO减速器箱出轴端最大允许径向