起重小车-设计

起重机小车总体设计

说

明

书

班级：机09-5班

姓名：路俊亮

学号：0964103504

设计任务书

学生姓名指导教师设计（论文）题目桥式起重机小车设计计算

主要研究内容1.小车总体设计；

2.主起升机构设计计算；

3.小车运行机构设计计算；

研究方法查阅搜集与分析研究相关国内外资料，综合所学基础与专业知识，遵循机械零件与本专业相关标准，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) 小车的主起升机构设计参数：

起重量40t，起升高度12m，起升速度13 起升机构工作级别M6，

小车运行机构设计参数：

工作级别M6，运行速度45，

小车参考自重：约16t

主要参考文献[1]张质文.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，2001

[2]成大先.机械设计手册(单行本).北京：化学工业出版社，2004

[3]陈道南．起重运输机械．冶金工业出版社，2005

[4]华玉洁. 起重机设计规范[S].北京: 中国标准出版社，1984

[5]濮良贵．机械设计．高等教育出版社，2000.12

[6]陈国璋．起重机计算实例．中国铁道出版社，2005

[7]胡宗武.起重机设计计算.北京：北京科技出版社，1989

前言

桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备，由于它的两端支承在支架上，形状似桥，并可沿导轨行走，又称“天车”。随着科学技术的迅速发展，国内外各种先进的电气控制和机械技术正逐步应用到起重机上，起重机的自动化程度越来越高，结构日趋简单，性能愈加可靠，起重越来越大，品种越来越全。对于起重量大、跨距大的起重设备多采用双梁桥式起重机，它有一个两根箱型主梁和两根横梁构成的双梁桥架，在桥架上运行小车，可垂直起吊和水平搬运各类物件。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，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。它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。

伴随着工业的迅速发展和科学技术的不断进步，桥式起重机在结构设计及自动化程度上相继出现了一些新的变化和新的特点，在结构上国内起重设备已采用计算机优化设计，以提高起重机的机械性能，在起重质量方面逐步向大型化发展，大型桥式起重机正在钢铁、水利、发电等行业不断出现，家喻户晓的三峡发电厂安装的两台1200/125T的桥式起重机，07年9月起重量达2万吨的桥式起重机在山东烟台佛士船厂投入使用，它标志着我国起重行业已达到世界先进水平。

桥式起重机在现代工业生产和起重运输中充分应用到生产过程的机械化、自动化等，故桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。所以起重机已是现代工业生产中不可或缺的一种设备。

起重机小车的构造

桥式起重小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成；另外，还有一些安全防护装置。

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。

小车运行机构包括电动机、制动器、减速器、车轮组等。

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。

起升机构的传动方案

采用闭式传动的起升机构构造型式

而图中电动机与减速器之间采用一中间轴，轴的一端联有半齿联轴器，另一端则联有带制动轮的半齿联轴器。像这种在两个半齿联轴器之间没有外支座的中间轴，除允许径向和角度有微量偏移外，由于可沿轴向稍微串动，因此称它为浮动轴。

利用浮动轴联接比弹性柱销联轴器或全齿联轴器有两大优点：

1）容许较大的安装误差，而且轴愈长允许的安装误差愈大；

2）由于足够的维修操作空间，便于拆卸和更换零件；

3）使小车由于自重引起的轮压分布均匀。

利用浮动轴的缺点是增加了零件数量和增大了转动惯量，因而在起动与制动时增加了动力矩。

选择如图所示的闭式传动方案。即在电动机与减速器之间采用一根浮动轴，把卷筒轴与减速低速轴合并为一根轴。

小车运行机构的传动方案

对于具有四个车轮其中半数为主动轮的小车运行机构，其传动方案可分为两大类：带有开式齿轮传动的和全部为闭式齿轮传动的。

减速器装在小车中间的运行机构

1-电动机；2-制动器；3-立式减速器；4-车轮；5-半齿轮联轴器；

6-浮动轴；7-全齿轮联轴器

全部为闭式齿轮传动方案如图。这种方案的运行机构由电动机、制动器、立式减速器、车轮、半齿联轴器、浮动轴、全齿联轴器等组成。这个方案中由于齿轮的维护保养条件好，齿轮传动构成独立的减速器部件，因此机构的装拆分组性好。

图为减速器在两车轮中间的型式。在这种方案中，传动轴所受的扭矩较小。减速器出轴与车轮轴之间可采用半齿联轴器5和浮动轴6联接，或用一个全齿联轴器7和一根浮动轴6联接。由于安装的偏差允许稍大一些，因而安装方便。一般起重量10吨以上的桥式起重机小车都采用这种方案。

起重小车的计算

1.起升机构计算

1确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组

选定传动方案。按40t ，查[1]表4-2取滑轮组倍率3h

i =，承载绳分支

数： 26h Z i == （4-1）

查[1]附表6选短型吊钩组，图号为T1-362.1508。得其质量：

0G =467kg 两端滑轮间距 87。

2 选择钢线绳

若滑轮组采用滚动轴承，当

h i =3，查[1]表2-1得滑轮组效率h =0.985η

钢丝绳所受最大拉力： 0max 2000046734.632230.985h Q G S KN i η++=

==??

（4-2） 查[2]表2-4,中级工作类型(工作级别M6)时,安全系数5.5。

钢丝绳计算破断拉力b S ：

max 5.534.63190.5b S n S KN

=?=?=

（4-3） 查[1]附表1选用纤维芯钢丝绳6×19，钢丝公称抗拉强度1670，光面钢丝，左右互捻，直径20，钢丝绳最小破断拉力[]=220.4，标记如下：

钢丝绳 206×191670233.68918-88

3 确定滑轮主要尺寸

滑轮的许用最小直径：

()()120251480D d e mm

≥-=-=

（4-4）

式中系数25由[2]表2-4查得。由[1]附表2选用滑轮直径500，由于选用

短型吊钩，所以不用平衡滑轮。滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。由附

表4选用钢丝绳20，500，滑轮轴直径D5=100的E1型滑轮，其标记为：

滑轮E120×500-10080006.8-87

4 确定卷筒尺寸并验算强度

卷筒直径：()()120251480D d e mm ≥-=-=。由[1]附表13选用500，

卷筒绳槽尺寸由[3]附表14-3查得槽距，22，槽底半径11

卷筒尺寸：

3010161032422422873.145201644h H i L Z t L D mm

π???????=+++=+++ ? ??????

=

（4-5）

取2000

式中 Z0—附加安全系数，取Z0=2；

L1—卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即L187，实际

长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；

D0—卷筒计算直径D0500+20=520

卷筒壁厚： 0.02(610)=0.02500+(610)=1620D δ=+? （4-6）

取δ=20

卷筒壁压应力验算：

62max 3463078.710/78.7MPa 0.020.022nax y S N m t σδ=

==?=??

（4-7） 选用灰铸铁200，最小抗拉强度195b MPa σ=

许用压应力：[]y σ1n b σ5.1195130。[]max y Y σσ<故抗压强度足够

卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示与图4-5

图4-5 卷筒弯矩图

卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：

w M l S m ax ??? ??-21max L L S ??? ??-?287200034630 （4-8）

=33123595N ·

卷筒断面系数：

W =0.1???? ??-D D D i 44=0.1×50046050044-=35450883mm

（4-9）

式中D —卷筒外径，D =500；

i D —卷筒内径，i D D 2δ=500-2×20=460

于是 l σW M w 354508833123595

9.34 （4-10）

合成应力：

[][]'max 39+ =9.34+78.7 =32.95Mpa 130l l l y y σσσσσ=?? （4-11）

式中许用拉应力 []l σ2n b σ519539 ∴'l σ＜[]l σ

卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D =500，长度2000；卷筒槽形的槽底半径r =11，槽距t =22；起升高度H =16m ，倍率h i =3。

卷筒 A500×2000-11×22-16×3左80007.2-87

5 选电动机验算电动机发热条件

计算静功率：j N ()η601020?+v G Q ()2.1085.06010246720000??+40.1 （4-12） 式中η—机构总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85

电动机计算功率：e N ≥j d N k =0.8?40.1=32.11 （4-13）

式中系数d k 由[2]表6-1查得，对于1M ～e M 级机构，d k =0.75～0.85，取d k =0.8

查[1]附表28选用电动机 250M2，其e N （25%）=33，1n =725，[2GD ]d =7.0·2m ，

电动机质量d G =513。

按照等效功率法，求JC =25%时所需的等效功率：

x N ≥25k ·γ·j N =0.75×0.85×40.1=25.6 （4-14） 式中25k —工作级别系数，查[2]表6-4，对于M5～M6级，25k =0.75；

γ—系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（q t /g t ）查得。

由[2]表6-3，一般起升机构q t g t 0.1～0.2，取q t g t 0.1，由[2]图6-6查γ=0.85。 由以上计算结果x N ＜e N ，故初选电动机能满足发热条件

6 选择标准减速器

卷筒转速：j N 0D Vi h π52.014.332.10??18.7

减 速 器 总 传 动 比：0i j n n 17.1872538.8

查[1]附表35选650Ⅱ-3减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为M5级）时，许用功率[N]=31.5，0'i =40.17，质量

g G =878㎏，主轴直径1d =60，轴端

长1l =110（锥形）。

7 验算起升速度和实际所需功率

实际起升速度：

'0'040.1710.210.6m/min 38.8i v v

i === （4-16）

误差： ε=v v v -'×1002.102

.106.10-×1003.9%＜[ε]=15% （4-17）

实际所需等效功率：

()''

25%10.625.626.63310.2x x e v N N KW N KW v ==?=<= 8 校核减速器输出轴强度

由[2]公式（6-16）得输出轴最大径向力：

m ax R =()j G aS +max 21≤[R ] （4-18）

式中m ax aS =2×34630=6926069.26——卷筒上卷绕钢丝所引起的载荷；

j G =9.81—卷筒及轴自重，参考[1]附表14估计

[R]=89.5—650减速器输出轴端最大允许径向载荷，由[1]附表36查得。 ∴m ax R ()81.926.6921+39.5＜[R ]=89.5

由[2]公式（6-17）得输出轴最大扭矩：

m ax M =（0.7～0.8）[]M i M e ≤00'max ηψ （4-19）

式中e M 1%)25(9750n N e 975072533=443.8——电动机轴额定力矩；

max ψ=2.8—当JC =25%时电动机最大力矩倍数；

95.00=η—减速器传动效率；

[]60500=M —减速器输出轴最大容许转矩，由[1]附表36查得。 ∴m ax M =0.8×2.8×443.8×40.17×0.95=37936＜[M ]=96500

由以上计算，所选减速器能满足要求。

9 选择制动器

所需静制动力矩：

()()00''020*******.521.750.8522340.17

656.8z s j z

h Q G D M K M K i i N m η++≥?==????=? （4-20）

式中z K =1.75—制动安全系数，由[2]第六章查得。

由[1]附表15选用5-315/50制动器，其制动转矩ez M =360～710，制动轮直径z D =315，制动器质量z G =61.4㎏

10 选择联轴器

高速联轴器计算转矩，由[2]（6-26）式：

8 1.5 1.8443.81198.3c e M n M N m ?==??=? (4-21)

式中8.443=e M —电动机额定转矩（前节求出）；

n =1.5—联轴器安全系数；

8?=1.8—刚性动载系数，一般8?=1.5～2.0。由[1]附表29查得250M2电动机轴端为圆锥形mm d 70=，mm l 105=。从[1]附表34查得650减速器的高速轴为圆锥形mm l mm d 110,60==。

靠近电动机轴端联轴器 由[1]附表43选用3半联轴器，其图号为S180，最大容许转矩[M t ]=3150＞C M 值，飞轮力矩()403.02

=l GD ·m 2，质量l G =23.2

浮动轴的两端为圆柱形mm l mm d 85,55==

靠减速器轴端联轴器 由[1]附表45选用带mm 300φ制动轮的半齿联轴器,其

图号为S198,最大容许转矩[M t ]=3150，飞轮力矩()

8.12=l GD ·m 2,质量37.5。为与制动器5-315/50相适应，将S198联轴器所需mm 300φ制动轮，修改为mm 315φ。

11 高速浮动轴计算

（1）疲劳计算 轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：

m

N M M e ax ?=?==86.472444065.16Im ? (4-22)

式中6?—动载系数6?=0.5（1+2?）=1.065

2?—起升动载系数 2?=1+0.711+0.71?10.6/60=1.13

由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径55,因此扭转应力

MPa m N W M ax n 2.14/102.14055.02.086.472263Im =?=?==τ

(4-23)

轴材料用45号钢，

MPa MPa s b 300,600==σσ 弯曲：1-σ=0.27（b σ+ s σ）=0.27?（600+300）=243

扭转：1-τ= 1-σ32433140

s τ=0.6s σ=0.6?300=180

许用扭转应力：由[1]中式（2-11），（2-14）

121[]ok I k n ττη-=

-+ (4-24) 式中m x k k k ?=—考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；

x k —与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，x k =1.5—2.5

m k —与零件表面加工光洁度有关，此处取2×1.25=2.5

η—考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢2.0=η I n —安全系数，查[1]表30得25.1=I n

因此,

MPa ok 9.8825.12.05.21402][=???=τ 故, ][ok n ττ<通过。