1、本 科 毕 业 设 计题 目 16/3t 桥 式 起 重 机 结 构 及 运 行 机 构 设 计学 院: 机械自动化专 业: 机械工程及其自动化学 号: 200603130212学生姓名: 陈旭指导教师: 龙靖宇日 期: 2010.6武汉科技大学本科毕业设计摘 要本次毕业设计是针对毕业实习中桥式起重机所做的具体到吨位级别的设计。随着我国制造业的发展，桥式起重机越来越多的应用到工业生产当中。在工厂中搬运重物，机床上下件，装运工作吊装零部件，流水线上的定点工作等都要用到起重机。起重机中种数量最多，在大小工厂之中均有应用的就是小吨位的起重机，小吨位的桥式起重机广泛的用于轻量工件的吊运，在我国机械工业
2、中占有十分重要的地位。但是，我国现在应用的各大起重机还是仿造国外落后技术制造出来的，而且已经在工厂内应用了多年，有些甚至还是七八十年代的产品，无论在质量上还是在功能上都满足不了日益增长的工业需求。如何设计使其成本最低化，布置合理化，功能现代化是我们研究的课题。本次设计就是对小吨位的桥式起重机进行设计，主要设计内容是 16/3t 桥式起重机的结构及运行机构，其中包括桥架结构的布置计算及校核，主梁结构的计算及校核，端梁结构的计算及校核，主端梁连接以及大车运行机构零部件的选择及校核。关键词： 起重机 ； 大车运行机构 ； 桥架 ； 主端梁 ； 小吨位武汉科技大学本科毕业设计IABSTRACTThe
3、graduation project is a bridge crane for the graduation field work done by the tonnage level specific to the design. As Chinas manufacturing industry, more and more applications crane to which industrial production. Carry a heavy load in the factory, machine parts up and down, the work of lifting pa
4、rts of shipment, assembly line work should be fixed on the crane is used. The largest number of species of cranes, both in the size of the factory into the application is small tonnage cranes, bridge cranes small tonnage of lightweight parts for a wide range of lifting, in Chinas machinery industry
5、plays a very important position. However, our current application, or copy large crane behind the technology produced abroad, and has been applied in the factory for many years, and some 70 to 80 years of products, both in quality or functionality are not growing to meet the industrial demand. How t
6、o design it the lowest cost, rationalize the layout, function modernization is the subject of our study. This design is for small tonnage bridge crane design, the main design elements are 16/3t crane structure and operation of institutions, including the bridge structure, calculation and checking th
7、e layout, the main beam structure calculation and checking , end beams calculation and checking, the main end beam connect and run the cart and checking body parts of choice. Keywords: Crane； The moving mainframe； Bridge； Main beam and end beam； Small tonnage 目 录武汉科技大学本科毕业设计II1 绪论11.1 桥式起重机的介绍11.2 桥
8、式起重机设计的总体方案11.2.1 主梁和桥架的设计11.2.2 端梁的设计12 大车运行机构的设计22.1 设计的基本原则和要求22.1.1 机构传动方案22.1.2 大车运行机构具体布置的主要问题22.2 大车运行机构的计算武汉科技大学本科毕业设计III32.2.1 确定机构传动方案32.2.2 大车车轮与轨道的选择及其强度校核32.2.3 运行阻力运算52.2.4 选择电动机62.2.5 验算电动机的发热条件62.2.6 减速器的选择62.2.7 验算运行速度和实际所需功率 72.2.8 验算起动时间72.2.9 起动工况下校核减速器功率82.2.10 验算启动不打滑条件8武汉科技大学本
9、科毕业设计IV2.2.11 选择制动器102.2.12 选择联轴器112.2.13 浮动轴的验算112.2.14 缓冲器的选择123 桥架结构的计算143.1 主要尺寸的确定143.1.1 大车轮距143.1.2 主梁高度143.1.3 端梁高度143.1.4 桥架端部梯形高度武汉科技大学本科毕业设计V143.1.5 主梁腹板高度153.1.6 确定主梁截面尺寸153.1.7 加劲板的布置尺寸153.2 主梁的计算163.2.1 计算载荷确定163.2.2 主梁垂直最大弯矩163.2.3 主梁水平最大弯矩173.2.4 主梁的强度验算173.2.5 主梁的垂直刚度验算193.2.6 主梁的水平
10、刚度验武汉科技大学本科毕业设计VI算193.3 端梁的计算203.3.1 计算载荷的确定203.3.2 端梁垂直最大弯矩203.3.3 梁的水平弯矩203.3.4 端梁截面尺寸的确定213.3.5 端梁的强度验算223.4 主要焊缝的计算233.4.1 端梁端部上翼缘焊缝233.4.2 端梁端部下翼缘焊缝24武汉科技大学本科毕业设计VII3.4.3 主梁与端梁的连接焊缝243.4.4 主梁上盖板焊缝24结束语 25参考文献 26 致谢27附录一：图纸目录及总量附录二：部分图纸（图幅小于 A3）武汉科技大学本科毕业设计01 绪论1.1 桥式起重机的介绍桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型
11、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，构成一矩形的工作范围，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。1.2 桥式起重机设计的总体方案 起重机课程设计的主要参数:表 1.1 起重机课程设计参数工作级别 A5跨度 L（m） 25.5主起升 副起升 小车运行大车运行起升重量Q（t）16 3起升高 H(m) 12 14工作V(m/min)9.5 18.5 44.2 74工作级别 A5 A5 A5 A5JC% 75% 75% 75% 75%1.2.1 主梁和
12、桥架的设计主梁跨度 25.5m ,主要构件是上盖板、下盖板和两块垂直腹板，主梁和端梁采用搭接形式，走台的宽度取决于端梁的长度和大车运行机构的平面尺寸，司机室采用闭式一侧安装，腹板上加横向加劲板和纵向加劲条或者角钢来固定，纵向加劲条的焊接采用自动焊，主梁翼缘板和腹板的焊接采用贴角焊缝，腹板的下边和下盖板硬做成抛物线形。1.2.2 端梁的设计端梁采用箱型的实体板梁式结构，是由车轮组合端梁架组成，端梁的中间截面也是由上盖板，下盖板和两块腹板组成；通常把端梁制成制成三个分段，端梁是由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。端梁的主要尺寸是依据主梁的跨度，大车的轮距和小车的轨距来确定的；大车的运行采用分
13、别驱动的方案。在装配起重机的时候，先将端梁的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后再将端梁的两段连接起来。 下面对主梁，端梁，桥架进行详细计算和校核。武汉科技大学本科毕业设计1武汉科技大学本科毕业设计22 大车运行机构的设计2.1 设计的基本原则和要求大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤：1. 确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式2. 布置桥架的结构尺寸3. 安排大车运行机构的具体位置和尺寸4. 综合考虑二者的关系和完成部分的设计 对大车运行机构设计的基本要求是：1. 机构要紧凑，重量要轻2. 和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置3.
14、 尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度4. 维修检修方便，机构布置合理2.1.1 机构传动方案大车机构传动方案，基本分为两类：分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（10.5-32M）范围均可用分别传动的方案，本设计跨度为 25.5m 采用分别传动的方案。2.1.2 大车运行机构具体布置的主要问题1. 联轴器的选择2. 轴承位置的安排3. 轴长度的确定这三着是互相联系的。在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点：1. 因为大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确
15、性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。2. 为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。3. 对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，在浮动轴有足够的长度的条件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之武汉科技大学本科毕业设计3考虑到桥架的设计和制造方便。4. 制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。2.2 大车运行机构的计算参数：起重机估计总重 G=30.5t，桥架跨度 L=25.5m，起重量 Q=16t，大车运行速度 Vdc=7
16、4m/min，工作级别为 A5 级，机构运行持续率为 JC%=25%，小车的重量为Gxc=6.611t，桥架为箱形结构。2.2.1 确定机构传动方案本起重机设计的传动方案如图所示：图 2.1 大车运行机构1电动机 2制动器 3高速浮动轴 4联轴器 5减速器 6联轴器 7 低速浮动轴 8联轴器 9车轮2.2.2 大车车轮与轨道的选择及其强度校核如图所示的重量分布，计算大车车轮的最大轮压和最小轮压。武汉科技大学本科毕业设计4图 2.2 大车轮压受力图满载时，最大轮压：Pmax= LeQ2Gxc4-（2.1） = 5.241.6106.-305=165.932KN空载时，最小轮压：Pmin= Le2
17、Gxc4-（2.2）= 5.161-305=61.0187KN式中的 e 为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离 e=1.544m车轮踏面疲劳计算载荷Pc= 32minax=（2*165.932+61.019）/3=130.961KN （2.3）车轮材料，采用 ZG340-640(调制)， b=700MP， s=380MP，由附表 18 选择车轮直径 D =500mm，由 1表 5-1 查得轨道型号为 QU70（起重机专用轨道）按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度1）点接触局部挤压强度验算：武汉科技大学本科毕业设计5P c=k2R c1c2/m3=281257N （2.4）k
18、2-许用点应力常数 (N/mm2),由【1】表 5-2，取 k2=0.181R-曲率半径，由车轮和轨道两者曲率半径中取最大值。取 QU70 的曲率半径为400mmM-由轨顶和车轮的曲率半径之比（r/R）所确定的系数,由【1】表 5-5 查得，m=0.461c1-转数系数，由【1】表 5-3，车轮转速 nc= dv/D c=74/0.5=47.134r/min,c=0.9515.c2-工作级别系数 ,由表 5-4，M 5级别，c 2=1P cP 故验算通过2）线接触局部挤压强度验算Pc=k1D lc c2=219796.5KN （2.5）式中，k1 -许用点应力常数(N/mm 2),由【1】表
19、5-2，取 k1=6.6l-车轮与轨道的有效接触长度，QU70 中，l=70mmc1-转数系数，由【1】表 5-3，车轮转速 nc= dv/D c=74/0.5=47.134r/min,c=0.9515.c2-工作级别系数 ,由表 5-4，M 5级别，c 2=1PcP 故验算通过2.2.3 运行阻力运算摩擦总阻力距Mm=（Q+G） （K+*d/2）由【3】 Dc=500mm 车轮的轴承型号为：7520， 轴承内径和外径的平均值为：（100+180）/2=140mm由【2】中表 9-2 到表 9-4 查得：滚动摩擦系数 K=0.0006m，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数 =1.2，代入上式
20、中：当满载时的运行阻力矩：武汉科技大学本科毕业设计6Mm（Q=Q） = Mm(Q=Q)=(Q+G)( + 2d) =1.2（160000+305000）（0.0006+0.020.14/2）=1116Nm （2.6）运行摩擦阻力：Pm（Q=Q） = 2)(DcQ= 5.016=4464N （2.7）空载时：Mm（Q=0） =G（K+d/2） （2.8）=1.2305000（0.0006+0.020.14/2）=732N P m（Q=0） = Mm（Q=0） /（Dc/2） （2.9）=7322/0.5=2928N2.2.4 选择电动机电动机静功率：Nj=PjVdc/（1000m ） （2.10
21、）=446474/1000/60/0.95/2=2.90KW式中Pj=Pm（Q=Q） 满载运行时的静阻力(P m（Q=0） =4464N)m=2 驱动电动机的台数初选电动机功率：N=Kd*Nj=1.19*2.90=3.45KW式中 Kd-电动机功率增大系数，由【2】表 7-6 查得 Kd=1.19查【1】表 31-27 选用电动机 YZR160M1；Ne=5.8KW，n 1=927r/min， （GD 2）=0.547kgm2，电动机的重量 Gd=154kg2.2.5 验算电动机的发热条件等效功率：Nx=K25rNj ）=0.751.32.90=2.82KW （2.11）武汉科技大学本科毕业设
22、计7式中K25工作类型系数，由1查得当 JC%=25 时，K 25=0.75r由1按照起重机工作场所得 tq/tg=0.25，r=1.3由此可知：N xNd,故所选减速器功率合适。2.2.10 验算启动不打滑条件由于起重机室内使用,故坡度阻力及风阻力不考虑在内.以下按三种情况计算.1.两台电动机空载时同时驱动：n= 2)(602)(/1cQqdcDkpdkptvgGfnz 式中 p1= /max/in=61019+165932=226951N主动轮轮压p2= p1=226915N从动轮轮压f=0.2粘着系数(室内工作)nz防止打滑的安全系数.n z1.051.2n = 25.006.91)46
23、.(2516.30475.9 武汉科技大学本科毕业设计10（2.26）=3.84nnz,故两台电动机空载启动不会打滑2.事故状态当只有一个驱动装置工作,而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时,则n= 2)(601)(/1cQqdcDkpdkptvgGfnz 式中 （2.27）p1= /max=765932N主动轮轮压p2=2 /in+ /=287990N从动轮轮压/)0(Qqt一台电动机工作时空载启动时间/)0(qt= )60.3789(2.395.04.239.152=9.41 sn= 25.06.87).(41.9605 =4.16snnz,故不打滑.3.事故状态当只有一个驱动装置工作,而
24、无载小车远离工作着的驱动装置这一边时,则式中P1= /min=61019N主动轮轮压P2= /ip2 /ax=392883N从动轮轮压/)0(Qqt= 9.41S 与第二种工况相同n= 25.006.19)46.(392841.60735.1=2.42s 武汉科技大学本科毕业设计11nnz， 故也不会打滑2.2.11 选择制动器由【2】中所述,取制动时间 tz=6s按空载计算动力矩,令 Q=0,带入1 的（7-16）得:Mz= 20121/ )(2.381iGDmctnmCzj式中 （2.28） /0min/2)(pcj = 49.5.61（2.29）=-21.2115NmPp=0.002G=
25、3050000.002=610N 坡度阻力Pmin=G 21)(cDd= 5.0)14.6(3=2440NM=2制动器台数.两套驱动装置工作Mz= 95.04.239.01526.3897215.（2.30）=28 Nm现选用两台 YWZ-200/23 的制动器，查【1】附表 15 其制动力矩 MeZ=112 Nm，为避免打滑，使用时将其制动力矩调制 28 Nm 以下2.2.12 选择联轴器根据传动方案,每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴.武汉科技大学本科毕业设计121.机构高速轴上的计算扭矩： /jsM= In=119.51.4=167.3 Nm （2.31）式中 MI连轴器的等效力矩.M
26、I= el1=259.75=119.5 Nm （2.32） 1等效系数 取 1=2 查2表 2-6（A5A6 级）Mel=95550* 9278.5=119.5 Nm由【1】附表 29 查的:电动机 YZR160M,轴端为圆锥形,d 1=48mm,L=110mm;由附表 34查得 ZQ350 减速器,高速轴端为 d=40mm,l=60mm,故在靠电机端从由附表 43 选两个半齿轮联轴器 S161（靠近电机端为圆锥形，浮动轴端 d=35mm;MI=3150Nm,(GD2)ZL=0.314Kgm,重量 G=18.4Kg） ；在靠近减速器端，由附表 43 选用两个半齿轮联轴器 S447，在靠近减速器
27、端为圆锥形，浮动轴端直径为 d=35mm;MI=7110 Nm, (GD2)L=0.107Kgm, 重量 G=9.46Kg. 高速轴上转动零件的飞轮矩之和为： (GD2)ZL+(GD2)L=0.314+0.107=0.421 Kgm与原估算的基本相符，故不需要再算。2.低速轴的计算扭矩： 0 iMjsjs（2.33）=167.320.490.95=3256.58 Nm由【1】附表 34 得，ZQ350 减速器低速轴端为圆锥形，d=65mm，l=105mm由【1】附表 19 查得，Dc=500mm，主动车轮伸出轴为圆锥形，d=75mm，l=105mm故从【1】附表 42 中选用 4 个联轴节：G
28、ICLZ4650AY 另两个 GICLZ47560AY2.2.13 浮动轴的验算1）.疲劳强度的计算低速浮动轴的等效力矩：MI= 1Meli0=1.459.7520.490.95=1625.11Nm （2.34）式中 1等效系数，由2表 2-6 查得 1=1.4由上节已取得浮动轴端直径 D=60mm，故其扭转应力为：武汉科技大学本科毕业设计1361.370.2165WMInMPa （2.35）由于浮动轴载荷变化为循环（因为浮动轴在运行过程中正反转矩相同） ，所以许用扭转应力为：4.19231Ikn（2.36）=49.1MPa式中，材料用 45 号钢，取 b=600MPa; s=300MPa,则
29、 -1=0.22b=0.22600=132MPa2； s=0.6s=0.630000=180MPaK=KxKm=1.61.2=1.92 （2.37）考虑零件的几何形状表面状况的应力集中系数，由第二章第五节及2第四章查得：Kx=1.6，K m=1.2，n I=1.4安全系数，由表 2-18 查得 n 5.3H=365.7mmb 0L=510mm因此，取 b=550mm盖板厚度：B=b+2+40=602mm（自动焊） 取 B=600mm （3.5）武汉科技大学本科毕业设计17主梁实际高度：H=h+2 1=1280+2*10=1300mm （3.6）同理，主梁支撑面的腹板高度取 h0=520mm，这
30、时，支撑截面的实际高度H0=h +2 1=540mm主梁中间截面和支撑截面的尺寸简图分别示意于下图：图 3.1 主梁中间截面示意图（左）主梁支撑截面的尺寸简图（右）3.1.7 加劲板的布置尺寸为保证主梁截面中受压件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件主梁大加劲板间距：ah=1280mm，取 a=1200mm （3.7）主梁端部（梯形部分）小加劲板的间距：a1= 3=400mm （3.8）武汉科技大学本科毕业设计18主梁中部（矩形部分）小加劲板的间距：a=（1.52）h=19202560mm 取 a=2100mm （3.9）最小抗扭弯度 Wmin=90.12a1 i6/ 2/P=1.478 （3.
31、10）式中，P-小车轮压，取平均值，并设小车自重为 Gxc=66110N 2-动力系数，由【1】 图 2-2 曲线 2=1.1（起升高度 9.5m）-钢轨的许用应力， =170MPa因此，根据布置方便，取 a 1=a/3=700mm由于腹板的高厚比 h/=1280/6=217160,所以要设置水平加劲杆，以保证腹板局部稳定性，采用45*45*5 角钢做水平加劲杆。3.2 主梁的计算3.2.1 计算载荷确定查【1】图 7-11 曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，G 2/q=110000N，ql=G 2/L=110000/2550=43.14N/cm （3.11）查【1】表 7-3 得，主梁由于
32、分别驱动，大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷：Q= 4ql=1.18*43.14=50.9N/cm （3.12）由【1】表 7-4，P1=57000N,P2=56000N考虑动力系数 的小车车轮的计算轮压值：P1= 2P1=62700N （3.13）P2= P2=61600N 武汉科技大学本科毕业设计19（3.14）式中， 2=1.15-动力系数，由【1】图 2-2 中曲线查得。3.2.2 主梁垂直最大弯矩= + + （3.15）设敞开式司机操纵室的重量 G0=10000N，其重心距支点的距离为 l0=320cm)32015.0(18. )29.5067(453218.5627)(max
33、PGM=135*106N/m3.2.3 主梁水平最大弯矩=0.8 （3.16）式中：g重力加速度，g=9.81 ，a大车起动、制动加速度平均值， a= = 2/06.154.)86(07sm不计及冲击系数 和动载系数 时主梁垂直最大弯矩，由下式算得：= +G0l +G l1=100*106N/m （3.17）因此主梁的水平最大弯矩：武汉科技大学本科毕业设计20cmN/10)8.612(8.9015408. 66 =16 cmN/13.2.4 主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力根据【1】公式 7-19 计算：（3.18）式中：主梁中间截面对水平重心轴线 x-x 的抗弯截面模数，其近似值为：=（ ）h= 128)603.128(= 3.956cm （3.19）主梁中间截面对垂直重心轴线 y-y 的抗弯截面模数，其近似值为：=（ ）b= 3524)6.012836( cm（3.20）因此可得： MPa5248.1096由【1】表 2-19 查得 Q235 的许用应力为 4.1653.270MPa故主梁支承截面的最大剪应力根据【1】公式 7-20 计算：（3.21）式中：【1】公式 7-15 计算：
