1、SC200/200 施工升降机机械厂结构设计计算书1一、受力分析：根据该机的使用工况，出现的载荷有：工作载荷、风载荷以及自重载荷，最不利的载荷组合为：升降机超速运行且载荷的吊笼宽度外偏 放置，风载荷沿平行于建筑物方向吹来。1 6最不利工况为一个吊笼运行至上极限位置，另一个吊笼在底部的情况。(如图一所示)二、立柱几何特性计算1、立柱标准节构造立柱标准节构造为：以四根 764mm 无缝钢管(材料为 Q235)为主肢，成正方形截面650650mm 布置，以 8 根 26.82.75mm 钢管(材料 Q235)及 8 根 L75505mm 角钢(上、下框架)和四根L75505mm 角钢(中框架)为连缀
2、件焊接而成。(如图二所示)2、主肢截面积Ao=(D 2d 2)4式中 Ao主肢截面面积(mm 2)D主肢钢管外径(mm)d主肢钢管内径(mm)已知：D=76mm d=68mmAo= (D2d 2)= (76268 2)=904.78mm2 4 3.14 43、立柱截面形心位置因为立柱截面为对称结构，所以立柱截面形心位于立柱截面几234何中心位置，(x c、y c)为形心坐标。4、一根主肢截面惯性矩。Io= ( D4d 4) 64式中 Io为一根主肢对通过形心坐标轴的惯性矩(mm 4)D=76mm， d=68mmIo= ( D4d 4)= (76468 4)=588106.14mm4 64 3.
3、14 645、立柱标准节对形心轴 X 轴、Y 轴的惯性矩Ix=4Io+4YcA=4588106.14+3252904.784=384621974.6mm4Iy=Ix=384621974.6mm46、立柱截面面积A=4Ao=4904.78=3619.12mm27、立柱截面对形心轴的回转半径rx= rx对形心 x 轴的回转半径。AIry= ry对形心 y 轴的回转半径。Ix=Iy=3846=1974.6mm4 A=3619.12mm2r x=ry=326mm8、连缀件截面面积。26.82.75mm 钢管截面面积Ag= (D2d 2)= (26.8221.3 2)=207.78mm2 4 3.14
4、45L63405 mm 角钢截面面积 Fg 1=499.3mm2L75505 mm 角钢截面面积 Fg 2=612.5mm29、边缀件截面惯性矩26.82.75mm 钢管截面惯性矩Ig= ( D4d 4)= (26.8421.3 4)=15218.76mm4 64 3.14 64L63405 角钢截面惯性矩Ig1x=20.02cm4 Ig1y=6.31cm4截面面积 Ag 1=4.993cm2L75505 角钢截面惯性矩Ig2x=34.86cm4 Ig2y=12.61cm4截面面积 Ag 2=6.125cm2三、载荷计算(如图三所示)1.升降机载荷作用于升降机的垂直载荷有驱动机构自重 P 驱
5、=659(10N)吊笼自重 P 笼 =1070(10N)额定提升载重量 P 载 =2000(10N)考虑动载、超载因素则系统计算载荷 P=K1P 驱 + K1P 笼 + K1K2P 载式中 K1动载系数 K1=1.2K2超载系数 K2=1.1P=1.2659+1.21070+1.21.1100=4186.8(10N)67由设计图纸可计算得齿条简化中心到同侧立柱管中心的距离为:L1=56mm同侧立柱管中心到标准节形心的距离为： L 2=325mmL=L1+L2=56+325=381mm载荷对立柱形心产生弯矩 Mc 为Mc=K1P 驱 (L 驱 +L)+ K1P 笼 (L 笼 +L)+ K1K2P
6、 载 (L 载 +L)=1.2659(170+381)+1.21070(730+381)+1.21.1(950+381)1600=4673.3268(10Nm)因此可知:作用于立柱顶端的载荷有:轴压力 P=4186.8(10N)弯矩 Mc=467.3268(10Nm)吊笼风载荷 P 风下面计算 P 风2.吊笼风载荷 P 风 (通过吊笼上的滚轮作用于立柱上)P 风 =Cwq AL式中 Cw风力系数 取 Cw=1.5q 标准工作风压 q =(10N/m2)结构充实率 =0.4AL升降机外轮廓面积 AL=34.198=12.594M 2P 风 =1.5250.412.594=188.91(10N)3
7、.导轨架风载荷8按下式计算 F W=Cwq AL式中 Cw=1.2q =25(10N/m2)=0.4AL=H(0.65+0.076)=0.726H m2风载荷沿整个导轨架高度均匀布，按单位高度计算风载荷：q= = =8.712(10N/m)Fw H 1.2250.726H0.4 H即 q=8.712kg/m四、结构内力计算1.计算简图根据结构受力情况，导轨架可简化为多跨连续梁，并运用多跨连续梁的三弯矩方程求解结构内力及支反力，为此将各支点用铰代替，为与厚结构等效，用弯矩 M0，M 1M16作用于顶端以保持其平衡。(如图四所示)。2列方程求内力对第 16 点取弯矩(如图五所示)，由平衡条件(M
8、16=0)得Mc+ P 风 L+ qL2+M16=01 2M 16=(Mc+ P 风 L+ qL2)1 2式中:Mc=4673326.8(10Nmm)=4673.3268(10Nm)P 风 =188.91(10N)L=9m91011q=8.712(10Nm)M 16=(4673.3268+188.919+ 8.71292)1 2=6726.3546(10Nm)对于支点 15,运用三弯矩方程，得：(如图六所示)M16L+2M15(L+L)+M14L= qL31 2即： M16+4M15+M14=352.35同理可得: M 15+4M14+M13=352.35M14+4M13+M12=352.35
9、M13+4M12+M11=352.35M12+4M11+M10=352.35M11+4M10+M9=352.35M10+4M9+M8=352.35M9+4M8+M7=352.35M8+4M7+M6=352.35M7+4M6+M5=352.35M6+4M5+M4=352.35M5+4M4+M3=352.35M4+4M3+M2=352.35M3+4M2+M1=352.35对于支点 1,运用三弯矩方程:M2L+2(L+L0)M1+M0L0= q(L3+L03)1 412式中 L=9m L0=6m即：9M 2+30M1+6M0= 8.7(93+63)=2055.3751 4化简得：3M 2+10M1+
10、2M0=685.125由支点 0 的平衡条件(0 点转角为零)，得= + + =0M1l 6EIM0l 3EIql03 24ET3M1+4M0=78.4解联立方程组：M 16=6550.1748M16+4M15+M14=352.35M15+4M14+M13=352.35M14+4M13+M12=352.35M13+4M12+M11=352.35M12+4M11+M10=352.35M11+4M10+M9=352.35M10+4M9+M8=352.35M9+4M8+M7=352.35M8+4M7+M6=352.35M7+4M6+M5=352.35M6+4M5+M4=352.35M5+4M4+M3
11、=352.35M4+4M3+M2=352.35M3+4M2+M1=352.35133M2+10M1+2M0=685.1253M1+4M0=78.4将 M16=6726.3546 代入下式，得M15=0.25M 14+1593.5并依次代入下式，得M14= 518.89M13 3.75M13=0.268M 12+44.61M12=0.268M 11106.37M11=0.268M 1065.91M10=0.268M 976.75M9=0.268M 873.85M8=0.268M 774.62M7=0.268M 674.47M5=0.268M 474.46M4=0.268M 374.46M3=0.
12、268M 274.46M2=0.268M 174.46M1=0.21750.211.78M0=28.19解出 M0并代入以上各式，得：(单位 10Nm)M0=15.81 M1=46.78M2=61.69 M3=57.9314M4=58.94 M5=58.67M6=58.75 M7=58.68M8=58.90 M9=58.06M10=61.19 M11=49.51M12=93.10 M13=69.56M14=537.44 M15=1727.86M16=6726.35463求各支座反力(由图五、图六)R16= R16 + R 16 由图五所示，由M A=0，得R16L+M 16+Mc qL2=01
13、 2R 16= qL1 2 M16+Mc l如图六所示，由M 15=0，得：R16 L+M 16 qL2M 15=01 2R 16 1= qL+1 2 M15 M16 lR16= R 16 + R 16= qL+M15 2M16 Mc l将 q=8.712 10N/m M15=1727.86 10N/m M16=6726.410N/m Mc=4673.3268 10N/m 代入上式，得R16=8.7129+ =1245.9(101727.86+26726.4 4673.3268 915N)对于 1 点 R 1= R 1+ R 1其中 R 1= + 8.712 9M2 M1 9 1 2R 1=
14、+ 8.712 6M0 M1 6 1 2R 1= R1+ R 1= + +8.7127.5 61.69 46.78 9 15.81 46.78 6=42.86(10N)对于其他各点(除 O 点外)，可用下面方法求出支反力(如图七、八、九所示)如图七，由M n+1=0，得：RnL+MnM n+1 qL2=01 2Rn= + qLMn+1 Mn L 1 2如图八，由Mn-1=0，得RL+Mn qL2Mn1=01 2R= + qLMn 1 Mn L 1 2Rn=Rn+Rn= +qL(n=2，3，15)Mn+1 2Mn+Mn-1 L对于 O 点，如图九所示，由M 1=0，得：RoLo+Mo qLo2M
15、 1=01 2Ro= qLo+ = 8.7126+1 2 M1 Mo Lo 1 2 46.78+15.81 616=20.98 10N将 Mo、M 1、M 2M16及 qL 值代入以上两式，可计算得出各点支反力：(Rn为该支点上临界支反力)(Rn“为该支点下临界支反力) 单位(10N)R16=1245.9 R16=267.3 R16“=978.6R15=1112.7 R15=-900.2 R15“=-212.5R14=397.54 R14=290.9 R14“=106.64R13=-7.12 R13=-28.24 R13“=21.12R12=101.31 R12=57.27 R12“=44.0
16、4R11=72.36 R11=34.36 R11“=37.90R10=80.05 R10=40.50 R10“=39.55R9=77.96 R9=38.85 R9“=39.11R8=78.51 R8=39.29 R8“=39.22R7=78.38 R7=39.18 R7“=39.20R6=78.42 R6=39.21 R6“=39.21R5=78.37 R5=39.20 R5“=39.17R4=78.55 R4=39.23 R4“=39.32R3=78.00 R3=39.10 R3“=38.9R2=80.48 R2=39.62 R2“=40.86R1=42.86 R1=27.15 R1“=15
17、.17Ro=20.984、绘制内力图17绘制弯矩、剪刀、轴力图(如图十、图十一、图十二所示)5、最大内力位置从以上内力图，可以看出，最大弯矩、最大剪刀发生在第 16 点处，在 16 点处，M max=6726.4(10N.m)Qmax=1245.9(10N)最大轴力发生在导轨架根部Pmax=17886.8(10N)五、整体稳定性校核由弯矩、剪刀图可以看出，第 15 个附着点以上这一段受力最大，所以应对这一段危险截面进行整体稳定验算，另外，由轴力图可以看出，导轨架根部轴心压力最大，也应对底部进行验算。1、对第 16 点进行稳定性验算。计算简图，(如图十三所示)， Pc该处弯矩 M=6726.4(
18、10N.m) Mc轴力 N=5008.8(10N)a、相对偏心率 x计算。 9m x= = 16M N A W M N Ab Ix式中：A标准节截面面积 9mA=3619.12mm2Ix标准节截面对 x 轴的惯性矩 15Ix=384621974.6mm4b标准节截面最外点到形心距离 图十三18192021b= + =363mm650 2 76 2 x= =4.596726354.6 5008.8 3619.12363 384621974.6b、换算长细比 h 计算已知该段长度 L=18m计算长度 Lo=L与结构支承型式有关的系数查钢结构表 5-4，得 =1.35Lo=1.3518=24.3m长
19、细比 x=o rxrx截面对 x 轴回转半径 rx=336mmx= =74.524300 326得换算长细比hx= XAx40入式中：hx换算长细比A标准节截面面积 A=3619.12mm 2A1x标准节截面中垂直于 x 轴的各斜腹杆面积和A1x=23.14(26.8221.3 2)/4=415.56mm2 hx= =XAx40入 56.413905.7=76.822即 hx=76.8由 x=4.59 及 hx=76.8 查钢结构附表 12，知pgx=0.152c、计算整体稳定应力x= = =9.11(10N/mm2)n A pgx 5008.8 3619.120.152x=9.1117(10
20、N/mm 2)=第 16 点整体稳定性满足2、对导轨架根部进行整体稳定验算(如图 14 所示)因为根部轴力较弯矩的影响较大，故忽略弯矩造成的偏心作用。O 点截面轴心力为N=Pc+q 自L=4186.8+137100=17886.8(10N) P长细比x= = = 9mLo rxL rx1.471500 326=6.76(其中 Lo=L，=1.47) 1换算长细比 6mhx= 01402Ax入= 56.2397.6=19.85 图十四23近似按轴心压杆验算整体稳定查表得，=0.9813稳定应力= = =5(10N/mm2)N A 17886.8 0.98133619.12=517(10N/mm
21、2)=可见导轨架根部亦满足整体稳定。六、刚度验算因导轨架截面为正方形650650mm，所以在 x 方向刚度与 y 方向刚度近似相等，所以在 y 方向上刚度亦满足要求。七、局部稳定性计算仍然对 16 点及 o 点截面进行局部(单肢)稳定性验算。1、16 点处截面计算计算单肢内力在该截面上内力：轴压力 P=5008.8(10N)弯矩 Mmax=6726.3546(10Nm)该截面上，单肢轴压力N 单压 = +P 4M 2h单肢轴拉力P 单拉 = P 4 M 2hh立柱截面单边长，h=6540mm24则 N 单压 = + =6426.3(10N)5008.8 4 6726354.6 2650则 N
22、单拉 = =3921.9(10N)5008.8 4 6726354.6 2650(此处负号表示拉力)单肢回转半径计算r 单 = 单单AII 单 单肢惯性矩 Io Io=588106.14mm4A 单 单肢截面积 Ao Ao=904.78mm2则 r 单 = =单单I78.9041536单肢长细比计算 单 =L单 r单r 单 单肢计算长度，近似取标准节两角钢框之间净距，两端近似视为铰接。=1 L 单 =Lo=700mm 单 = = =27.45L单 r单 700 25.5查表得稳定系数 =0.96465校核单肢应力 单拉 = = =4.33(10N/mm2)N单 拉 A单 3921.9 904.
23、78 单压 = = =7.36(10N/mm2)N单 压 A单 6426.3 904.780.9646525可见单肢拉应力，单肢压应力均小于因此，16 点处截面局部稳定满足。2、导轨架根部(即 o 点)局部稳定校核。回该处轴力影响远大于弯矩影响，所以可忽略弯矩影响，只校核轴力造成的影响。在导轨架底部 Nmax=17886.8(10N)N 单= =4471.7(10N)17886.8 4则 = = = =5.1(10N/mm2)N单 A单 4471.7 904.78096465即 =5.117(10N/mm 2)=因此可见，导轨架根部的局部稳定亦满足。八、导轨架连缀件计算由计算可知，导轨架最大剪
24、力发生在第 16 点处。Q=1245.9(10N)(参照图二所示)，剪力作用线为 y 轴方向杆长 L 1=776.3mm L2 = 841.5mm L 3=879.7mm1、当附着力作用于标准节上端时，剪力作用到杆 2 上的力为：N2= = =943.9 10NQ 2cos48.7 1245.9 2cos48.7杆 2 为 26.82.75mm 钢管I= (D4d 4)= (2.68421.3 4)=15218.8mm4 64 3.14 64A= (D2d 2)= (2.68221.3 2)=207.78mm2 4 3.14 426r= = =8.56mmAI78.2015将杆 2 简化为两端
25、铰支 (=1)杆 2 的长细比= = =98.3L2 r2841.5 8.56查表得稳定系数 2=0.615则杆 2 应力：= = =7.39(10N/mm2)N2 2A2 943.9 0.615207.78可见杆 2 满足稳定条件。2、当附着力作用于标准节下端时，则剪力作用到杆 3 上的力N3= = =987.7 10NQ 2cos50.9 1245.9 2cos50.9杆 3 长细比= = =102.8L3 r3879.7 8.56查表得 =0.5854则 3= = =8.12(10N/mm2)N3 3A3 987.7 0.5854207.78可见杆 3 亦满足稳定条件。3、验算标准节横角
26、钢强度。将角钢与立柱管的联接简化为固接，则载荷通过齿条作用于角钢，如图十五所示：a=152 P b=422574 图十五27假设载荷 Pc 由三组角钢框共同承担，则每根角钢上的载荷为：P= = =1395.6(10N)Pc 34186.8 3由 P 引起的弯矩M= = =60725(10N.mm)2Pa2b2 L3 21395.615224222 5743验算最小角钢 L63405mm又Wmin=4.74cm 3=4740mm3则 max= =12.81(10N/mm2)60725 4740可见，标准节框架角钢安全。九、标准节联接螺栓计算。立柱标准节联接螺栓为 8.8 级高强螺栓 M24230
27、MM螺栓与被联接件之间受力及变形关系见图十六,图中：F2工作拉力 FF 预 预紧力 F 总F 残 被联接件在承受 F 预 F2工作拉力后的残余预紧力。 F 残 取 F 残 =0.8F2 图十六F 总 螺栓受到的总拉力F 总 =F2+F 残 =F2+0.8F2=1.8F2又F 2=3921.9 (10N)F 总 =1.8F2=7059.42 (10N)28M24 螺栓(8.8 级)许用拉力F 许 =29900 (10N)十、附着装置计算附着装置简化图(如图十七所示)下面验算几个弱点：1、A、B 处螺栓剪力2、杆 1、2、33、杆 4、5(一)取 Q=1245.9(10N)验算 A、B 处螺栓(各有两个受剪面)分别对 A、B 取矩，由M=0 得：M A=0，得： Q476+F B338=0M B=0，得： Q476F A338=0得：F A=1754.6 (10N) 拉 F B=-1754.6 (10N) 压A、B 处螺栓为 M2070mm A= B= =2.79(10N/mm2)1010N/mm 21754.6 23.14102=可见 A、B 两处螺栓安全。(二)验算标 1、2、31、计算杆 1 受力对 D 点取矩，由M D=0，得：Q2486F 1L1D=0式中：Q=1245.9(10N)29F1杆 1 所受力
