5噸通用橋式起重機(jī)雙梁小車設(shè)計(jì)

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1、 5 噸通用橋式起重機(jī)雙梁小車設(shè)計(jì) 緒 論 橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)， 又稱天車。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行， 起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，設(shè)置在小車上的起升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)貨物垂直升降。三個(gè)機(jī)構(gòu)的綜合， 構(gòu)成一立方體形的工作范圍， 這樣就可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料， 不受地面設(shè)備的阻礙。 橋式起重機(jī)廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。 橋式起重機(jī)可分為普通橋式起重機(jī)、簡易梁橋式起重機(jī)和冶金專用橋式起重機(jī)三種。 各類橋式起重機(jī)的特

2、點(diǎn)如下 1. 普通橋式起重機(jī)主要采用電力驅(qū)動(dòng)，一般是在司機(jī)室內(nèi)操縱，也有遠(yuǎn)距離控制的。起重量可達(dá)五百噸，跨度可達(dá) 60 米。 2. 簡易梁橋式起重機(jī)又稱梁式起重機(jī)， 其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機(jī)類似，起重量、跨度和工作速度均較小。 橋架主梁是由工字鋼或其它型鋼和板鋼組成的簡單截面梁， 用手拉葫蘆或電動(dòng)葫蘆配上簡易小車作為起重小車， 小車一般在工字梁的下翼緣上運(yùn)行。 橋架可以沿高架上的軌道運(yùn)行， 也可沿懸吊在高架下面的軌道運(yùn)行，這種起重機(jī)稱為懸掛梁式起重機(jī)。 3. 冶金專用橋式起重機(jī)在鋼鐵生產(chǎn)過程中可參與特定的工藝操作，其基本 結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機(jī)相似， 但在起重小車上還裝

3、有特殊的工作機(jī)構(gòu)或裝置。 這種起重機(jī)的工作特點(diǎn)是使用頻繁、條件惡劣，工作級(jí)別較高。主要有五種類型。 4. 鑄造起重機(jī)：供吊運(yùn)鐵水注入混鐵爐、煉鋼爐和吊運(yùn)鋼水注入連續(xù)鑄錠設(shè)備或鋼錠模等用。主小車吊運(yùn)盛桶，副小車進(jìn)行翻轉(zhuǎn)盛桶等輔助工作。 5.夾鉗起重機(jī)：利用夾鉗將高溫鋼錠垂直地吊運(yùn)到深坑均熱爐中，或把它取 出放到運(yùn)錠車上。 6.脫錠起重機(jī)：用以把鋼錠從鋼錠模中強(qiáng)制脫出。 小車上有專門的脫錠裝置， 脫錠方式根據(jù)錠模的形狀而定： 有的脫錠起重機(jī)用項(xiàng)桿壓住鋼錠， 用大鉗提起錠 模；有的用大鉗壓住錠模，用小鉗提起鋼錠。 7. 加料起重機(jī)：用以將爐料加到平爐中。主小

4、車的立柱下端裝有挑桿，用 以挑動(dòng)料箱并將它送入爐內(nèi)。主柱可繞垂直軸回轉(zhuǎn)，挑桿可上下擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)。 副小車用于修爐等輔助作業(yè)。 1 橋式類型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)一般由主梁和端梁組成， 分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成， 雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接， 端梁兩端裝有車輪， 用以支承橋架在高架上運(yùn)行。主梁上焊有軌道， 供起重小車運(yùn)行。 橋架主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。 箱形結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱形雙梁、偏軌箱形雙梁、偏軌箱形單主梁等幾種。正軌箱形雙梁是

5、廣泛采用的一種基本形式， 主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。 偏軌箱形雙梁和偏軌箱形單主梁的截面都是由上、 下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加勁板可以省去， 其中偏軌箱形單主梁是由一根寬翼緣箱形主梁代替兩根主梁，自重較小，但制造較復(fù)雜。 四桁架式結(jié)構(gòu)由四片平面桁架組合成封閉型空間結(jié)構(gòu)， 在上水平桁架表面一般鋪有走臺(tái)板， 自重輕，剛度大，但與其它結(jié)構(gòu)相比， 外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強(qiáng)度較低，已較少生產(chǎn)。 空腹桁架結(jié)構(gòu)類似偏軌箱形主梁， 由四片鋼板組成

6、一封閉結(jié)構(gòu)， 除主腹板為實(shí)腹工字形梁外， 其余三片鋼板上按照設(shè)計(jì)要求切割成許多窗口， 形成一個(gè)無斜桿的空腹桁架，在上、 下水平桁架表面鋪有走臺(tái)板， 起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及電氣設(shè)備裝在橋架內(nèi)部，自重較輕，整體剛度大，這在中國是較為廣泛采用的一種型式。 下面具體介紹普通橋式起重機(jī)的構(gòu)造。 普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、 橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。 起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。 起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、 制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。 電動(dòng)機(jī)通過減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。 小車架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，

7、通常為焊接結(jié)構(gòu)。 起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類： 一類為集中驅(qū)動(dòng)， 即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車輪； 另一類為分別驅(qū)動(dòng)、 即兩邊的主動(dòng)車輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中、 小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、 減速器和電動(dòng)機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬向聯(lián)軸器。 起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車輪， 如果起重量很大， 常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車架裝置， 使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車輪上。 本次設(shè)計(jì)課題為 5t 通用橋式起重機(jī)小車設(shè)計(jì)，主要包括起升、運(yùn)

8、行兩大機(jī)構(gòu)及其安全裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算和裝配圖與零部件圖的繪制。 將我們所學(xué)的知識(shí)最大 2 限度的貫穿起來， 使我們學(xué)以至用、理論聯(lián)系實(shí)際。培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)能力及理論聯(lián)系實(shí)際過程中分析問題、解決問題的能力。 1.小車設(shè)計(jì)方案的確定 2. 1.1 本設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 1 、 起重量 5 噸； 2 、 起重機(jī)結(jié)構(gòu)采用箱型結(jié)構(gòu)； 3 、 工作級(jí)別 M5； 4 、 起升高度 16 米； 5 、 起重小車起升速度 11.3m/min ； 6 、 環(huán)境溫度： -20 0 C~400 C

9、; 7 、 起重小車運(yùn)行速度 37.4m/min ； 8 、 海拔高度： 1000m以下； 9 、 濕度： 40%； 10 、起重機(jī)軌道： P18； 11 、室內(nèi)使用； 12 、顏色：橘紅。 1.2 設(shè)計(jì)要求： 1 、依據(jù) GB3811-83《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。 2 、圖紙： 2.1 、小車總裝配圖（不考慮電氣部分） 2.2 、卷筒結(jié)構(gòu)圖 2.3 、滑輪組結(jié)構(gòu)圖 2.4 、吊鉤組結(jié)構(gòu)圖 2.5 、主動(dòng)車輪組結(jié)構(gòu)圖 2.6 、被動(dòng)車輪組結(jié)構(gòu)圖 3 、計(jì)算書內(nèi)容： 小車

10、的概述、 結(jié)構(gòu)組成、機(jī)構(gòu)計(jì)算（卷筒計(jì)算、 電機(jī)計(jì)算、減速機(jī)選型、 制動(dòng)器計(jì)算、聯(lián)軸器計(jì)算）（包括電機(jī)發(fā)熱） 、軸承的選擇計(jì)算 （減速機(jī)內(nèi)部的齒輪可以不計(jì)算）。 3 4 、小車運(yùn)行部分計(jì)算（包括電機(jī)發(fā)熱）、車輪計(jì)算、車輪軸計(jì)算、軸承的選擇計(jì)算（減速機(jī)內(nèi)部的齒輪可以不計(jì)算）。 5 、自己認(rèn)為需要增加的計(jì)算內(nèi)容。 1.3 簡圖： 主起升機(jī)構(gòu)簡圖

11、 吊鉤組機(jī)構(gòu)簡圖 4 高速浮動(dòng)軸構(gòu)造 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖

12、 5 2. 主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，選擇滑輪組和吊鉤組 按照布置宜緊湊的原則， 決定采用如下圖 5-1 的方案。按 Q=5t，查[1] 表 4-2 取滑輪組倍率 ih=2 ，承載繩分支數(shù)： Z=2i h=4 查[1] 附表 9 選短型吊鉤組，得其質(zhì)量： G0 =99kg 兩端滑輪間距 A=162mm。 所以 i h =2 Z=4

13、 2.2 選擇鋼絲繩 若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng) i h=2， 查 [1] 表 2-1 得滑輪組效率η h=0.985 鋼絲繩所受最大拉力： Q G0 = 5000 99 =8.62KN Smax= 2 2 0.985 2i h 查 [2] 表, 中級(jí)工作類型 ( 工作級(jí)別 M5) 時(shí) , 安全系數(shù) n=5。鋼絲繩計(jì)算破斷拉力 Sb： S b=nSmax=58

14、.62=43.1KN 查 [1] 附表 1 選用纖維芯鋼絲繩 6W(19)-13.5-155I ，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度 1670MPa，光面鋼絲，左右互捻，直徑 d=11mm，鋼絲繩最小破斷拉 6 力 [S b ]=66.68KN，標(biāo)記如下：鋼絲繩 6W(19)-13.5-155I 2.3 確定滑輪主要尺寸 滑輪的許用最小直徑： D≥ d e 1 = 20 25 1 =480mm 式中系數(shù) e=25由 [2] 表 2-4 查得。由[1] 附表 2 選用滑輪直徑 D=280mm，取平衡滑輪的直徑 Dp=0.6*

15、264=158.4 由表的 Dp=225mm?；喌睦K槽部分尺寸可由 [1] 附表 3 查得。由附表 4 選用鋼絲繩 d=11mm，D=280mm，滑輪軸直徑 D5=90mm的 E1 型滑輪，其標(biāo)記為： 滑輪 E111 280-90 ZB J80 006.8-87 所以 D=400mm 2.4 確定卷筒尺寸，并驗(yàn)算強(qiáng)度 卷筒直徑： D ≥ d e 1 =11 25 1 =264mm 由 [1] 附表 13 選用， A 型卷筒繩槽尺寸 D=315mm由[3] 附表 14-3 查得槽距， t=14mm，槽底半徑 r=7mm

16、 卷筒尺寸： H ih Z 0 4 t L1 = 2 18 103 3 L=2 D0 2 4 13 162 3.14 326 =1089.1mm 取 L=1100mm 式中 Z 0——附加安全系數(shù)，取 Z0 =2； L 1——卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，即 L1=A=162mm，實(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； D 0——卷筒計(jì)算直徑 D0=D+d=315+11=326mm 卷筒壁厚： =0.02D +（6～10）=0.02 315+（6～10）=12.3

17、 ～ 16.3 取 =13mm 卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算： 卷筒的長度 L=946，而 3 倍 D 為 945 7 卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：卷筒長度 L＞3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力， 卷筒彎矩圖示與圖 5-2 卷筒彎矩圖 卷筒最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)： M w = Smax l = Smax L L1 =8620 1100 162 2

18、 2 =4042780Nmm 卷筒斷面系數(shù)： W =0.1 D 4 D i 4 =0.1 3154 2894 =921729.67 mm3 D 315 式中 D ——卷筒外徑， D =315mm； Di ——卷筒內(nèi)徑， Di = D -2 =315-2 13=289mm 于是 M w = 4042780 =4.39MPa l = 921729.67 W 合成應(yīng)力：

19、 l = l + l y max =4.39+ 39 51=19.7MPa y 130 式中許用拉應(yīng)力 l = b = 195 =39MPa n2 5 8 ∴ l ＜ l 卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過。故選定卷筒直徑 D =315mm，長度 L=1100mm；卷 筒槽形的槽底半徑 r =7mm，槽距 t =13mm，倍率 i h =3 卷筒 A3151100-7 13-20 3 左

20、ZB J80 007.2-87 所以 Ds=90mm L=1100mm =13mm 通過校核計(jì)算 l ＜ l 強(qiáng)度驗(yàn)算通過。 2.5 選電動(dòng)機(jī) 計(jì)算靜功率： N j = Q G0 v = 5000 99 8 =14KW 102 60 102 60 0.85 式中 ——機(jī)構(gòu)總效率，一般 =0.8 ～ 0.9 ，取 =0.85 電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率： N e ≥ kd N j =0.8 14=11.2KW 式中系數(shù) kd 由[2] 表 6-1 查得，對(duì)于 M 1 ～

21、 M e 級(jí)機(jī)構(gòu)， k d =0.75 ～0.85 ，取 kd =0.8 查 [1] 附表 30 選用電動(dòng)機(jī) JZR -41-8 ，其 ， ， 2 Ne =11KW n1 =710rpm [ GD 2 ] d =1.06kg m2 ，電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 Gd =210kg N e =11.2KW 選電動(dòng)機(jī) YZR180L-8 2.6 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件 按照等效功率法，求 JC =25%時(shí)所需的等效功率： N x ≥ k25 N j =0.75 0.87 7.84=5.1KW

22、 9 式中 k25 ——工作級(jí)別系數(shù)，查 [2] 表 6-4 ，對(duì)于 M5～ M6 級(jí)， k 25 =0.75 ； ——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比重 （ tq / t g ）查得。由 [2] 表 6-3 ，一般起升機(jī)構(gòu) t q / t g =0.1 ～0.2 ，取 t q / t g =0.1 ，由 [2] 圖 6-6 查得 =0.87 。 由以上計(jì)算結(jié)果 N x ＜ N e ，故初選電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件 N x =5.1KW N x ＜ N e 電動(dòng)機(jī)

23、發(fā)熱驗(yàn)算通過 2.7 選擇減速器 卷筒轉(zhuǎn)速： Vi h = 13.3* 2 =26r/min N j = 3.14 0.326 D 0 減速器總傳動(dòng)比：、 i0 = n1 =710 =27.3 n j 26 查 [1] 附表 35 選 PJ-500Ⅱ-3CA-左減速器，當(dāng)工作類型為中級(jí)（相當(dāng)工作級(jí)別為 M5 級(jí)）時(shí)，許用功率 [N]=31.5KW， i 0 =40.17 ，質(zhì)量 G g =878 ㎏，主軸直徑 d1 =60mm，軸端長

24、 l1 =110mm（錐形） 選減速器 PJ-500Ⅱ-3CA 2.8 驗(yàn)算起升速度 實(shí)際起升速度： v =26* 0.326 =8.476m/min 10 2.9 校核減速器輸出軸強(qiáng)度 由 2-2-10 得輸出軸最大徑向力 Fmax ： F max = 2 S+G/2 [F] ∴ Fmax =1.05 * 8.62 4.56 / 2 =11.3KN＜[ F ]=26.5KN 由 2-2-11 得輸出軸最大扭矩：

25、 M max = 2 M M ∴ M max =1.05*40=42KNm＜ [ M ]=96500Nm 由以上計(jì)算，所選減速器能滿足要求 M max ＜[ M ] 減速器輸出軸強(qiáng)度足夠 2.10 選擇制動(dòng)器 所需靜制動(dòng)力矩： M z K z M j = K z QG0 D 0 2i hi 0 =1.75 5000 3 99 0.315 0.85 2 27.3 =14.5 ㎏ m 式中 K z =1.75 ——制動(dòng)安全系數(shù)，由 [

26、2] 第六章查得。 由 [1] 附表 15 選用 YWZ5-250/23 制動(dòng)器，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M ez =140^225Nm， 制動(dòng)輪直徑 D z =250mm，制動(dòng)器質(zhì)量 Gz =37.6 ㎏ 選用 YWZ5-250/23 制動(dòng)器 2.11 選擇聯(lián)軸器 高速聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由 [2] （ 6-26 ）式： M c n 8 M e 1.5 1.8 151 408 Nm 11 式中 M e 151——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（前節(jié)求出）； n =1.5 ——

27、聯(lián)軸器安全系數(shù)； 8 =1.8 ——?jiǎng)傂詣?dòng)載系數(shù)，一般 8 =1.5 ～2.0 。 由[1] 附表 29 查得 JZR2 -41- 軸端 d 65mm ， l 105mm 。從[1] 附表 34 查得減速器的高速軸為圓錐形 d 42mm, l 85mm 。 靠電動(dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器 由[1] 附表 43 選用 CLZ3 -S 139 半聯(lián)軸器，最大容 許轉(zhuǎn)矩 [ M ]=3150Nm＞ M C 值，飛輪力矩 GD 2 2 ，質(zhì)量 t l 0.403kg m Gl =23.6

28、kg 浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形 d 55mm,l 85mm 靠減速器軸端聯(lián)軸器 由[1] 附表 45 選用帶 300mm 制動(dòng)輪的半齒聯(lián) 軸 器 , 其圖 號(hào) 為 S385, 最 大容 許轉(zhuǎn) 矩 [ M t ]=1400Nm, 飛 輪 力 矩 GD 2 l 0.33 kg m2 , 質(zhì)量 18.4kg 為與制動(dòng)器 Y 相適應(yīng) , 將 S385 聯(lián)軸 器所需制動(dòng)輪 , 修改為 250mm 應(yīng)用 半齒聯(lián)軸器； CLZ3 , 圖號(hào) S139 M C ＜[ M t ] 帶 250

29、mm 制動(dòng)輪半齒聯(lián)軸器 , 圖號(hào) S385 2.12 驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間 起動(dòng)時(shí)間： t q n1 C GD 2 1 Q G0 D 2 0 38.2 M q M j i 2 式中 GD 2 1 GD 2 d GD 2 Z =1.063 2+0.403 2+0.33 2=1.40kg m2 靜阻力矩： Q G0 D 0 5000 99 0.315 kg m M j 2 27.3 30.61 2i 0.85

30、 12 =306.1Nm 平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： M q 1.5M e 1.5 220 330 Nm ∴ tq 710 5000 99 0.3152 38.2 330 306.1 1.15 1.40 27.3 2 0.85 3 =0.68s 查[2] 對(duì)于 3～80t 通用橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的 [t q ] 1 ~ 5 sec，此時(shí) tq >1s. 故所選電動(dòng)機(jī)合適。 tq 0.68sec 2.13 驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間 由 [2] 式

31、（ 6-24 ）得，制動(dòng)時(shí)間： t z n1 M j ) C(GD 2 )1 (Q G0 )D0 2 38.2(M e2 i 2 710 38.2(2800 455.26) 1.15 1.40 2 455.26 502 0.65 0.46 sec 式中

32、 M j (Q G0 )D 2ih i0 (5000 99) 0.315 0.85 84.2 N m 2 3 27.3 查 [1] 表 6-6 查得許用減速度 a 0.2,a=v / t z ， [tz] 0.67 sec，因?yàn)? t [ tz] ，故合適。 tz =0.46sec [tz] 0.67 sec t [ tz]

33、 13 2.14 高速浮動(dòng)軸 （1）疲勞計(jì)算 軸受脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)載荷，其等效扭矩： M Im ax 6 M e 2 146 292 N m 式中 6 ——?jiǎng)虞d系數(shù) 6 =2 由上節(jié)選擇聯(lián)軸器中， 已經(jīng)確定浮動(dòng)軸端直徑 d=42mm,因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 軸材料用 45 號(hào)鋼， b 650MPa , s 360MPa 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：由 [1] 中式（ 2-11 ），（ 2-14 ） 2 1 1 [ ok ] nI k 式中 k kx km —

34、—考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系 數(shù)； k x ——與零件幾何形狀有關(guān)，對(duì)于零件表面有急劇過渡和開有鍵槽及 緊配合區(qū)段， kx =1.5 — 2.5 km ——與零件表面加工光潔度有關(guān)，此處取 k=21.25=2.5 ——考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱的敏感系數(shù)， 對(duì)碳鋼，低合金鋼 0.2 n I ——安全系數(shù)，查 [1] 表 30 得 nI 1.25 因此 , 2 143 [ ok ] 66 .2MPa (2.5 0.2) 1.6 故, n [ ok ] 通過 .

35、 （2）強(qiáng)度計(jì)算 軸所受的最大轉(zhuǎn)矩 M I Im ax2 M e 1.68 146 245.28MPa 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： max M I Im ax 245.28 26.68MPa W 3.14 0.0423 /16 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 14 [ ] II s 216 nII 135MPa 1.6 式中： nII ——安全系數(shù)，由 [1] 表 2-21 查得 nII 1.6 max[ ] II 故合適。

36、 浮動(dòng)軸的構(gòu)造如圖所示，中間軸徑 高速浮動(dòng)軸構(gòu)造如圖所示，中間軸徑 d1 d (5 ~ 10) 50^ 55mm ，取 d1 55mm 高速浮動(dòng)軸構(gòu)造 15 3. 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

37、3.1 確定傳動(dòng)方案 經(jīng)比較后，確定采用下圖所示傳動(dòng)方案： 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖 3.2 選擇車輪及軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度 車輪最大輪壓：小車質(zhì)量估計(jì)取 Gxc =2560kg 輪壓，則 Pmax=（5000+2560）/4= 1890kg 車輪最小輪壓： Pmin=Gxc /4=5000/4=1250kg 初選車輪：由 [1] 表 3-8-15P360 ，當(dāng)運(yùn)行速度 40m/mi

38、n<60m/min ， Q/Gxc=5000/2560=1.9>1.6 ，工作級(jí)別為 M5時(shí)，車輪直徑 Dc =250mm，許 用 輪 壓 為 11.8t >Pmax 。 GB4628— 84 規(guī) 定 ， 直 徑 系 為 Dc =250,315,400,500,630mm，故初步選定車輪直徑 Dc =250mm，而后校 核強(qiáng)度。 強(qiáng)度驗(yàn)算： 按車輪與軌道為線接觸及點(diǎn)接觸兩種情況驗(yàn)算車輪接觸強(qiáng)度車輪踏面疲勞計(jì)算載荷： P c=（2Pmax+Pmin）/3= （21890+1250） /3 =1677N 16

39、 車輪材料為 ZG340-640，σ s=340Mpa，σ b=640Mpa 線接觸局部擠壓強(qiáng)度： P c ’=k1DclC 1C2=6.0 25026.13 11=39195sN 式中 , k 1 ——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（ 2 表 5-2 查得 k1=6.0 N/mm），由 [2] l ——車輪與軌道有效接觸強(qiáng)度，對(duì)于 P24， l=b=26.13mm C 1——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由 [2] 表 5-3 ，車輪轉(zhuǎn)速 Nc=v/Dc=40/ （3.14*0.4 ）=31.85r/min

40、 時(shí)， C1 =1.0 C 2——工作級(jí)別，由 [2] 表 5-4 ，當(dāng)為 M5時(shí)， C 2=1 P c ’ > P c，故通過。 點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度： P c ’’ =k2R2C1C2/m3=0.132 2002 1 1/0.47 3 =50855N 2 式中，k2 ——許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù) （N/mm），由[3] 表 5-2 查得 k2=0.132 R — — 曲 率 半 徑 ， 車 輪 與 軌 道 曲 率 半 徑 中 的 大 值 。 車 輪 R1 =D/2=250/2=125mm，軌道 R2 =200mm，故

41、取 R=00mm m ——由 R1/R2 比值所確定的系數(shù)， R1/R 2= 125/200=0.625 ，由 [3] 表 5-5 查得 m=0.47 P c’’ >Pc，故通過。 ; 驗(yàn)算車輪強(qiáng)度大車車輪采用圓柱形踏面的雙輪緣車輪： 材料選用 ZG340-640（相當(dāng)于 ZG55，正火后回火）車輪直徑 350mm。為了提高車輪的使用壽命， 車輪踏面和輪緣內(nèi)側(cè)進(jìn)行表面淬火， 便面強(qiáng)度達(dá)到 HB300～ 380. 對(duì)于淬硬層的深度，應(yīng)大于 15～20mm，因輪壓 Nmax=4192公斤，故選用 P18型鐵路鋼軌（圓弧頂），由于軌頂面是 弧 形能適

42、應(yīng)車輪的傾斜， 一級(jí)起重機(jī)跑偏的情況具有足夠的強(qiáng)度， 使壽命長，同時(shí)其軌頂應(yīng)有足夠的寬度以減少對(duì)基礎(chǔ)的比壓， 截面具有足夠的抗彎強(qiáng)度， 軌面一般與車輪配用，不再進(jìn)行強(qiáng)度校核。驗(yàn)算車輪的疲 勞強(qiáng)度由于車輪在使用中失效的主要原因是踏面疲勞損壞，車輪的計(jì)算蛀牙是踏面疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。踏面疲勞計(jì)算載荷： PC= 自 (4-11 式) 式中： PC-車輪他民疲勞計(jì)算載荷（ N） 17 Pmax-起重機(jī)正常工作時(shí)的最大輪壓 Pmin-起重機(jī)正常工作時(shí)的最小輪壓故 PC=30.4KN 因圓柱形踏面與圓弧頂鋼軌為點(diǎn)接觸所以車

43、輪踏面的疲勞計(jì)算載荷應(yīng) 滿 足：; 式中： C1-轉(zhuǎn)速系數(shù)，表 4-4 ， 查得 C1=1.13（插值法 計(jì)算） C2-運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別系數(shù)，表 4-5 得： C2=1.00（工作級(jí)別為 M5） K2-與車輪材料有關(guān)的點(diǎn)接觸應(yīng)力常熟，查 4-6 得： K2=0.126（插值法 計(jì) 算）查得： ;b=640MPa〔 s〕 P3-39R-曲率半徑， P18 型軌道頂面曲率半 徑， R=175mm，取車輪半徑與軌道頂曲面曲率半徑中之大值，故取 R=175mmm 由軌道頂面曲率半徑與車輪半徑之比所確定的系數(shù)： m=

44、 = =0.514 根據(jù)比值，查 0.487 表 4-7 得： m=0.487 則： PC=30.4KN＜ C1C2K2 =37.75KN所以車輪疲勞強(qiáng)度校核通過。 3.3 運(yùn)行阻力的計(jì)算 1. 摩擦阻力 Fm： 小車滿載運(yùn)行時(shí)的最大摩擦阻力： F m ( Q G ) 2 f d ( Q G ) D = （5000+2560)*0.015*9.8 =1111.3N 式中， ——摩擦阻力系數(shù)，初步計(jì)算時(shí)可按 (1) 表 2-3-5 查得 =0.015 。 滿載

45、運(yùn)行時(shí)最小摩擦阻力： Fm0=( G Q ) 2 f d D = (5000 2560 ) 2 0.4 0.02 60 *9.8 250 18 =592.7N 空載運(yùn)行時(shí)最小阻力： Fm1 =G(2 f d ) D =2560*9.8*(0.4*2+0.02*60)/2500=200N F=0.4( 查表 2-3-2) =0.02 （查表 2-3-3 ） 2. 坡道阻力 F p F p =（Q+G） sin = （ 5000+2560）*9.8*0.001=74N 3. 風(fēng)阻力

46、 F風(fēng) F 風(fēng) =0 F j =1111.32+74+0=1185.32N 3.4 選電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)的靜功率： F j v 0 Pj= m 1000 = 1185 .32 43 . 7 0 .9 1 60 1000 =0.96kw 式中， ——機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，取 0.9 式中 Fj =Fm(Q=Q)——滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力； m——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù) m=1； 對(duì)于橋式起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)可按下式初

47、選電動(dòng)機(jī)： P=kd Pj=1.33 0.96=1.27kw 初選電動(dòng)機(jī)功率： N=kd Nj =1.25*1.27=1.5kw 式中， kd ——電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù)，由 [1] 表 7-6 得 kd=1.25 。 由附表選用電動(dòng)機(jī) YZR112M-，6 Ne=1.5kw，n1=877 r/min ，電動(dòng)機(jī)質(zhì) 量 74kg 。 19 3.5 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件 電機(jī)等效功率： Nx =K2.5 r Nj =0.75 1.12 1.27 =1.06k

48、w 式中， K2.5——工作類型參數(shù)，由 2 表 6-4 查得 K2.5=0.75 r ——由 (1) 按起重機(jī)工作場所得 tq/tg=0.2 ，查得 r=1.12 由此可知， Nx < N e ，滿足發(fā)熱要求 3.6 選擇減速器 車輪轉(zhuǎn)速： c VDC 43.7 55.7 / min n = DC 0.25 r 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比： 0 n1 877 15.7 i = n2 55.7

49、 由[1] 附表 40，選用 JSC-350- -2 減速器。 故 NJ<[N] 3.7 驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率 實(shí)際運(yùn)行速度： i 0 31.5 39.8 26.8m / min V’dc=Vdc 46.7 i 0 誤差： VdcVdc 31.5 26.8 14.8% 15% Vdc 31.5 實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)靜功率： N’j =NJ V dc 3.72 26.8 Vdc 3.1

50、5kw 31.5 20 由于 N’j

51、 Me =9550 ne (JC 25%) n1 ( JC 25%) 3.9 按起動(dòng)工況校核減速器功率 起動(dòng)工況下校核減速器功率： N d= PdVdc 1000 m 式中 P d=Pj +Pg=Pj + Q G Vdc g 60tq (Q Q ) 10 26.8 =8100+(7000+20000) =17904N m’——運(yùn)行機(jī)構(gòu)中同一傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù)， m’ =1 因此 N d= 17904 26.8 8.89kw 1000 60 0.9

52、 1 所選用減速器的 [N] JC25%=6.9kw＜Nd, 故減速器合適。 3.10 驗(yàn)算起動(dòng)不打滑條件 由于起重機(jī)是在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。 以下按二種工況進(jìn)行驗(yàn)算 空載起動(dòng)時(shí)，主動(dòng)車輪與軌道接觸的圓周切向力： 21 vc P2 k d P1k T Q 0 Gxc 2 = g 60tq Q Dc / 2 0 7000 26.8 3500

53、 0.005 0.02 0.125 2 3500 0.0005 2 9.81 60 0.41 0.4 / 2 =847.4 ㎏=8474N 車輪與軌道的粘著力： F P f 3500 0.2 700 kg 7000 N ＜ T（ Q 0），故可能打滑。解 （ Q 0） 1 決辦法是在空載起動(dòng)時(shí)增大起動(dòng)電阻，延長起動(dòng)時(shí)間。滿載時(shí)起動(dòng)，主動(dòng)車輪與軌道接觸處的圓周切向力： T Q Q （ Q G XC 0 vc P2 ( fd / 2)P1 k

54、 ） 2 （ 60tq (Q Q ) D C g = 32000 11200 36.1 9.81 60 3.8 21600 0.0005 0.02 0.14 1.5 21600 0.0005 + 2 0.4 / 2 =1069.5 ㎏=10695N 車輪與軌道的粘著力：

55、 （ Q Q ） P1 f 20000 7000 0.2 2700kg 27000N ＞ T(Q Q ) ，故滿 F 2 載起動(dòng)時(shí)不會(huì)打滑，因此所選電動(dòng)機(jī)合適。 3.11 選擇制動(dòng)器 由 [2] 查得，對(duì)于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)間 t z ≤3～ 4s，取 tz =2s，因 此，所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 2Q Gxc Dc2 Q Gxc k d 1 n1 2 M z 38.2tz mcGD l 2 i0 m i0

56、 = 1{ 1000 1 1.15 0.863 20000 7000 0.42 0.9 1 38.2 2 46.72 22 20000 7000 0.0005 0.02 0.125 10 - 2 } 46.7 0.9 =27.2 Nm 由附表 15 選用 MW 100 40 ，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M ez 112Nm 考慮到所取制動(dòng)時(shí)間 tz 2s與起動(dòng)時(shí)間 t q 1.23s很接近，故略去制 動(dòng)不打滑條件驗(yàn)算

57、 3.12 選擇高速軸聯(lián)軸器及制動(dòng)輪 高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由 [2] （6-26 ）式： M c n 8 M e 1.35 1.8 17.55 42.64Nm 式中 M e 9750 N e JC 25% 9750 1.8 17.55Nm ——電動(dòng)額定轉(zhuǎn)矩； n1 1000 n ——聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運(yùn)行機(jī)構(gòu) n=1.35 ； 8 ——機(jī)構(gòu)剛性動(dòng)載系數(shù)， 8 =1.2 ～ 2.0 ，取 8 =1.8 。 由附表 31 查電動(dòng)機(jī) YZR112M-6兩端伸

58、出軸各為圓柱d=32mm， l =80mm。由附表 37 查 JSC-350 減速器高速軸 端為圓柱形 d1 =22mm， l =50mm。故從 1 附表 41 選鼓形齒式聯(lián)軸器，主 動(dòng)端 A 型鍵槽 d1 =32mm，L=80mm；從動(dòng)端 A 型鍵槽 d 2 =22mm，L=50mm。 標(biāo)記為： GICL 聯(lián)軸器 32 80 ZBJ19013-89。其公稱轉(zhuǎn)矩 T n Nm ＞ 1 22 50 630 ，飛輪矩 GD 2 =0.009kg m2 ，質(zhì)量 Gl =5.9kg M c =42.65

59、Nm l 高速軸端制動(dòng)輪：根據(jù)制動(dòng)器已選定為 YWZ5 100 /18 ，由 [1] 附表 16 選制動(dòng)輪直徑 D z =100mm，圓柱形軸孔 d=32mm，L=80mm，標(biāo)記為：制動(dòng) 輪 100-Y32 JB/ZQ4389-86 ，其飛輪矩 GD 2 Z = 0.2kg m2 ，質(zhì)量 Gz =10kg 以上聯(lián)軸器與制動(dòng)輪飛輪矩之和： GD 2 l + GD 2 z =0.209kg m2 原估計(jì) 0.281kg m2 基本相符，故以上計(jì)算不需修改 23 3.

60、13 選擇低速軸聯(lián)軸器 低速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，可由前節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 M c 求出 M C 1 M c i0 1 42.64 15 0.9 287 Nm 2 2 由 [1] 附表 37 查得 ZSC-350減速器低速軸端為圓柱形 d=45mm，L=80mm，取浮動(dòng)軸裝聯(lián)軸器軸徑 d=45mm，L=80mm，由[1] 附表 42 選用兩個(gè) GICLZ4 鼓形齒式聯(lián)軸器。其主動(dòng)端： Y 型軸孔 A 型鍵槽， d1 =45mm。從動(dòng)端： Y 型軸孔， A 型鍵槽， d2 =45m，L=80mm，標(biāo)記為 GICLZ3

61、 聯(lián)軸器 45 80 ZBJ 19014 89 45 80 由前節(jié)已選定車輪直徑 Dc =250mm，車輪軸安裝聯(lián)軸器處直徑 d=45mm， L=80mm，同樣選用兩個(gè) GICLZ4 鼓形齒式聯(lián)軸器。其主動(dòng)軸端： Y 型軸 孔， A 型鍵槽 d1 =45m， L=80mm，從動(dòng)端： Y 型軸孔， A型鍵槽 d2 =45mm， L=80mm，標(biāo)記為： GICLZ3 聯(lián)軸器 45 80 ZBJ19014-89 45 80 3.14 驗(yàn)算低速浮動(dòng)軸強(qiáng)度 （1）疲勞驗(yàn)算 由[4] 運(yùn)行機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基

62、本載荷 M r max 5 M e i0 1.8 42.66 15.7 0.9 542 Nm 2 2 前節(jié)已選定浮動(dòng)軸端直徑 d=70mm，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： M r max 542 21.7 10 6 N / m 2 21.7MPa n 0.2 0.05 3 W 浮動(dòng)軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán) （因運(yùn)行機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值相同），材 料 仍 選 用 45 鋼 ， 由 起 升 機(jī) 構(gòu) 高 速 浮 動(dòng) 軸 計(jì) 算 ， 得 1 140MPa , s 180MPa ，許用扭轉(zhuǎn)

63、應(yīng)力： 1 1 140 1 1k nⅠ 2.5 44.8MPa k 1.25 24 式中 k、 n ＜1k 通過 nⅠ——與起升機(jī)構(gòu)浮動(dòng)軸計(jì)算相同 （2）強(qiáng)度驗(yàn)算 由[4] 運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作最大載荷 MⅡmax M e 1.6 1.8 42.66 58 i0 15.7 0.9 868N.m 2 2 式中 5 ——考慮彈性振動(dòng)的力矩增大系數(shù)，對(duì)突然起 動(dòng)的機(jī)構(gòu)， 5 =1.5 ～ 1.7 ，此處取 5 =1.6 ；

64、 8 ——?jiǎng)傂詣?dòng)載系數(shù)，取 8 =1.8 。 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： maxM Ⅱ max 868 34.7 106 N / m 2 34.7MPa W 0.2 0.05 3 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： Ⅱ s 180 120MPa nⅡ 1.5 max ＜ Ⅱ 故通過 浮動(dòng)軸直徑： d 1 d （5～10） =50～55m 取 。 d1

65、 =50mm 致謝 非常感謝在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段李達(dá)敏老師給自己的 指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作，修改，到論文定稿，他給了我耐心 的指導(dǎo)和無私的幫助，為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，他放棄了自己的休息時(shí)間， 他 的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表示我誠摯的謝意。同時(shí)， 感 25 謝所有的任課老師和所有同學(xué)在這四年來為自己的指導(dǎo)和幫助， 是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)

66、了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步， 在此向他們表示我由衷的謝意， 并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過這一段的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了， 這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺， 這除了自身的努力外， 與各位老師，同學(xué)和朋友的關(guān)心，支持和鼓勵(lì)是分不開的。 在我的設(shè)計(jì)過程中，我的指導(dǎo)老師傾注了大亮點(diǎn)心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍一遍的指出我設(shè)計(jì)中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。 同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位要是以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程， 畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成， 同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。 我將銘記我曾是一名河南科技學(xué)院新科學(xué)院的學(xué)子， 在今后的工作中把新科學(xué)院的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。 感謝各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。