第七章 起升机构的设计计算

起动时间：
tq
38.2
n1 Mq
M
j
C
GD 2
1
Q G0 D20
i 2
式中 GD 2 1 GD 2 d GD 2
=7.0+0.403+1.8
Z
=9.203kg·m 2
静阻力矩：
M
j
Q G0 D0
2i
20000 4670.58 51.95 kg·m
2 3 40.17 0.85
于是
l=
Mw W
= 33123595 =9.34MPa 3545088
合成应力：
l ' = l
+
l y
=9.34+ 39
y max
130
78.7
=32.95MPa
式中许用拉应力
l
=b n2
= 195 =39MPa 5
∴ l ' ＜ l
卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径 D =500mm，长度 L=2000mm；卷筒槽形的
Z0
4t
L1
=
2
16103 3 3.14 520
2
4
22
87
=1644mm 取 L=2000mm 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 L1=A=87mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
M w = S maxl
=
S
m
ax
L L1 2
= 34630
2000 87 2
=33123595N·mm 卷筒断面系数：
W
=0.1
D4
Di 4 D
=0.1×
500
4 460 500
4
=3545088 mm3
式中 D ——卷筒外径， D =500mm；
Di ——卷筒内径， Di = D -2 =500-2×20=460mm
靠电动机轴端联轴器 由[1]附表 43 选用 CLZ 半联轴器，其图号为 S180，最大 3
容 许 转 矩 [ M t ]=3150Nm ＞ MC 值 ， 飞 轮 力 矩 GD2 l 0.403 kg · m 2 ， 质 量
Gl =23.2kg 浮动轴的两端为圆柱形 d 55mm,l 85mm
D0——卷筒计算直径 D0=D+d=500+20=520mm 卷筒壁厚：
= 0.02D +（6～10）=0.02×500+（6～10）=16～20 取 =20mm 卷筒壁压应力验算：
=
y max
S nax t
=
34630 0.02 0.022
= 78.7 106
N/m2=78.7MPa
选用灰铸铁 HT200，最小抗拉强度b =195MPa
式中
M
e
=
9750
N
e(25%)
n1
=9750 33 =443.8Nm——电动机轴额定力矩； 725
max =2.8——当 JC =25%时电动机最大力矩倍数
0 0.95 ——减速器传动效率；
M 60500 Nm——减速器输出轴最大容许转矩，由[1]附表 36 查得。
∴ M max=0.8×2.8×443.8×40.17×0.95=37936Nm＜[ M ]=96500Nm
滑轮的许用最小直径：
D≥ de 1 = 2025 1=480mm
式中系数 e=25 由[2]表 2-4 查得。由[1]附表 2 选用滑轮直径 D=500mm，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 d=20mm，D=500mm，滑轮轴直径 D5=100mm 的 E1 型滑轮，其标 记为：
tz
n1 38.2(M e2
来自百度文库
M
j
'
)
C
(GD
2
)1
(Q
G0 i2
)
D0
2
725
38.2(710 375.3)
1.15 9.203
(20000 467) 0.522 (3 40.17)2
0.85
0.64sec
式中
M
' j
(Q G0 )D 2ih i0 '
(20000 467) 0.52 0.85 375.3N m 2 3 40.17
查[1]表 6-6 查得许用减速度 a 0.2,a=v ' / t z ，[tz] 0.883sec ，因为 t [tz] ，故 合适。
14）高速浮动轴
（1）疲劳计算 轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩： M Im ax 6 M e 1.065 444 472 .86 N m
式中6 ——动载系数6 =0.5（1+2 ）=1.065
=519.5Nm 平均起动转矩：
M q 1.5M e 1.5 444 666 Nm
∴ tq
725
38.2666
519
.5
1.15
9.203
20000 4677 0.58 2 3 40.172 0.85
=1.429s
查[2]对于 3～80t 通用桥式起重机起升机构的[tq ] 1 ~ 5sec，此时 tq >1s. 13）验算制动时间 由[2]式（6-24）得，制动时间：
2ih 2 3 0.985 查[2]表 2-4,中级工作类型(工作级别 M5)时,安全系数 n=5.5。 钢丝绳计算破断拉力 Sb：
Sb=n×Smax=5.5×34.63=190.5KN 查[1]附表 1 选用纤维芯钢丝绳 6×19W+FC，钢丝公称抗拉强度 1670MPa，光面钢 丝，左右互捻，直径 d=20mm，钢丝绳最小破断拉力[Sb]=220.4KN，标记如下： 钢丝绳 20NAT6×19W+FC1670ZS233.6GB8918-88 3）确定滑轮主要尺寸
第七章 起升机构的设计计算
1）确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组 1.起升机构计算 按照布置宜紧凑的原则，决定采用如下图 7-1 的方案。按 Q=40t，取滑轮组倍率 ih =3，承载绳分支数： Z=2 ih =6
L1
A
图 7-1 起升机构计算简图 2）选择钢丝绳 查[1]附表 9 选短型吊钩组，图号为 T1-362.1508。得其质量：G0=467kg 两端滑 轮间距 A=87mm 若滑轮组采用滚动轴承，当 ih=3，查[1]表 2-1 得滑轮组效率ηh=0.985 钢丝绳所受最大拉力： Smax= Q G0 = 20000 467 =3463kg=34.63KN
式中 M e 443 .8 ——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 YZR-250M2 电动机轴端为圆锥形 d 70mm，l 105mm。从 [1]附表 34 查得 ZQ-650 减速器的高速轴为圆锥形 d 60mm,l 110mm 。
Gj =9.81KN——卷筒及轴自重，参考[1]附表 14 估计
[R]=89.5KN——ZQ650 减速器输出轴端最大允许径向
载荷，由[1]附表 36 查得。
∴
Rm
ax
=
1 2
69.26
9.81
=39.5KN＜[
R
]=89.5KN
由[2]公式（6-17）得输出轴最大扭矩：
M max=（0.7～0.8） maxMei'00 M
2 ——起升动载系数，
2 =1+0.71v=1+0.7110.6/60=1.13 由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径 d=55mm,因此扭转应力
n
M Imax W
472.86 0.2 0.0553
14.2 106 N / m2
14.2MPa
轴材料用 45 号钢， b 600 MPa, s 300 MPa
弯曲： 1=0.27（b + s ）=0.27（600+300）=243MPa
扭转： 1 = 1/ 3 =243/ 3 =140MPa
s =0.6 s =0.6300=180MPa
许用扭转应力：由[1]中式（2-11），（2-14）
[ ok
]
2 1 k
1 nI
式中 k k x km ——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；
许用压应力： y
=b n1
= 195 =130MPa 1.5
y max＜ Y 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 5-2
L
lx
L1
Smax
Smax
2 Smax
图 5-2 卷筒弯矩图 卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：
式中 ——机构总效率，一般 =0.8～0.9，取 =0.85 电动机计算功率：
Ne ≥ kd N j =0.840.1=32.11KW 式中系数 kd 由[2]表 6-1 查得，对于 M 1 ～ M e 级机构， kd =0.75～0.85，取 kd =0.8
查[1]附表 28 选用电动机 YZR 250M2，其 Ne （25%）=33KW， n1 =725rpm， [ GD 2 ] d =7.0kg· m2 ，电动机质量 Gd =513kg 6）验算电动机发热条件
由以上计算，所选减速器能满足要求 10）选择制动器 所需静制动力矩：
M z
Kz ·M '
j=Kz ·
Q G0 D0 2ihi '0
=1.75× 20000 4670.52 0.85
2 3 40.17 =65.67 ㎏·m=656.8Nm
式中 K z =1.75——制动安全系数，由[2]第六章查得。
M5 级）时，许用功率[N]=31.5KW，i '0 =40.17，质量 Gg =878 ㎏，主轴直径 d1 =60mm， 轴端长 l1 =110mm（锥形）
8）验算起升速度和实际所需功率
实际起升速度：
v
'
=
v
i0 i'0
=10.2
40.17 38.8
=10.6m/min
误差：
= v' v ×100%= 10.6 10.2 ×100%=3.9%＜[ ]=15%
由[1]附表 15 选用 YWZ5-315/50 制动器，其制动转矩 Mez =360～710Nm，制动
轮直径 Dz =315mm，制动器质量 Gz =61.4 ㎏
11）选择联轴器
高速联轴器计算转矩，由[2]（6-26）式： M c n8M e 1.5 1.8 443 .8 1198 .3Nm
按照等效功率法，求 JC =25%时所需的等效功率： Nx ≥ k25 · · N j =0.75×0.85×40.1=25.6KW 式中 k25 ——工作级别系数，查[2]表 6-4，对于 M5～M6 级， k25 =0.75；
——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（ tq / t g ）查得。 由[2]表 6-3，一般起升机构 tq / t g =0.1～0.2，取 tq / t g =0.1，由[2]图 6-6 查得 =0.85。
滑轮 E120×500-100 ZB J80 006.8-87
4）确定卷筒尺寸，并验算强度
卷筒直径：
D≥ de 1 =20 25 1 =480mm
由[1]附表 13 选用 D=500mm，卷筒绳槽尺寸由[3]附表 14-3 查得槽距，t=22mm， 槽底半径 r=11mm
卷筒尺寸：
L=
2
H ih D0
靠减速器轴端联轴器 由[1]附表 45 选用带300mm 制动轮的半齿联轴器,其图
号为
S198,最大容许转矩[ M
]=3150Nm,
t
飞轮力矩 GD2 l 1.8
kg·m 2 ,质量
37.5
kg.为与制动器 YWZ5-315/50 相适应,将 S198 联轴器所需300mm 制动轮,修改为
315mm 应用 12）验算起动时间
v
10.2
实际所需等效功率：
N
'x=
Nx
v' v
=25.6 10.6 10.2
=26.6KW＜
Ne
25% =33KW
9）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：
Rm
ax
=
1 2
aSmax G j
≤[ R ]
式中 aSmax=2×34630=69260N=69.26KN——卷筒上卷绕钢丝所引起的载荷；
由以上计算结果 Nx ＜ Ne ，故初选电动机能满足发热条件 7）选择减速器
卷筒转速：
N
j
=
Vih D0
=
10.2 3 =18.7r/min 3.14 0.52
减速器总传动比：、
i0
=
n1 nj
= 725 18.7
=38.8
查[1]附表 35 选 ZQ-650Ⅱ-3CA 减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为
槽底半径 r =11mm，槽距 t =22mm；起升高度 H =16m，倍率 ih =3
卷筒 A500×2000-11×22-16×3 左 ZB J80 007.2-87 5）选电动机 计算静功率：
N
j
=
Q G0 v
102 60
=
20000 467 10.2
102 60 0.85
=40.1KW