1、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 13m/min起升机构工作级别 M6， 小车运行机构设计参数：工作级别 M6
2、，运行速度 45m/min，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，20012 成大先. 机械设计手册(单行本).北京：化学工业出版社，20043 陈道南起重运输机械冶金工业出版社，20054 华玉洁. 起重机设计规范S.北京: 中国标准出版社，19845 濮良贵机械设计高等教育出版社，2000.126 陈国璋起重机计算实例中国铁道出版社，20057 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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 Q=40t，查1表 4-2取滑轮组倍率 ，承载绳分3hi支数：（4-1）26h
8、Zi查1附表 6选短型吊钩组，图号为 T1-362.1508。得其质量：两端滑轮间距 A=87mm。0G=47kg2 选择钢线绳若滑轮组采用滚动轴承，当 ，查1表 2-1得滑轮组效率hi=3h=0.985钢丝绳所受最大拉力：0max2467985hQSKNi（4-2）查2表 2-4,中级工作类型(工作级别 M6)时,安全系数 n=5.5。钢丝绳计算破断拉力 ：bSmax5.346190.5bSnKN（4-3）查1附表 1选用纤维芯钢丝绳 619W+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 20NAT
9、619W+FC1670ZS233.6GB8918-883 确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直径： 1205480Ddem（4-4）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：滑轮 E120500-100ZBJ80006.8-874 确定卷筒尺寸并验算强度卷筒直径： 。由1附表 13选用1205480DdemD=500mm，卷筒绳槽尺寸由3附表 14-3查得槽距，t=22mm，槽底半径
10、 r=11mm卷筒尺寸：301602422487.5164hHiLZtLm（4-5）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；D0卷筒计算直径 D0=D+d=500+20=520mm 卷筒壁厚：（4-6）0.2(610)=.25+(610)=2D:取 =20mm卷筒壁压应力验算：62max346078.10/78.MPa.2nySNmt（4-7）选用灰铸铁 HT200，最小抗拉强度 95b许用压应力： = = =130Mpa。 故抗压强度足够y1nb5.9maxy
11、Y卷筒拉应力验算：由于卷筒长度 L3D，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： = = （4-wMlSmax21aL28703468）=33123595Nmm卷筒断面系数：=0.1 =0.1 =3545088 （4-WDi450463m9）式中 卷筒外径， =500mm；卷筒内径， = -2 =500-220=460mmi i于是 = =9.34Mpa （4-lWMw3540812910）合成应力：（4-11） max39+ =.4+78. =295Mpa10llly式中许用拉应力 = = =39MPa l2nb5l
12、l卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径 =500mm，长度 L=2000mm；卷筒槽形D的槽底半径 =11mm，槽距 =22mm；起升高度 =16m，倍率 =3。rtHhi卷筒 A5002000-1122-163 左 ZBJ80007.2-875 选电动机验算电动机发热条件计算静功率： = = =40.1KW jN6012vGQ2.1085467（4-12）式中 机构总效率，一般 =0.80.9，取 =0.85电动机计算功率： =0.8 40.1=32.11KW ejdk（4-13）式中系数 由 2表 6-1查得，对于 级机构， =0.750.85，取 =0.8dk1Medkdk查1附表 28选用
13、电动机 YZR 250M2，其 （25%）=33KW， =725rpm， N1n2GD=7.0kg ，电动机质量 =513kg。d2mdG按照等效功率法，求 =25%时所需的等效功率：JC =0.750.8540.1=25.6KW （4-xN25kj14）式中 工作级别系数，查2表 6-4，对于 M5M6 级， =0.75；25 25k系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（ / ）查得。 qtg由2表 6-3，一般起升机构 / =0.10.2，取 / =0.1，由2图 6-6查qtgqtg=0.85。由以上计算结果 ，故初选电动机能满足发热条件xNe6 选择标准减速器卷筒转速： =
14、= =18.7r/min j0DVih52.143减 速 器 总 传 动 比： = = =38.80ijn7.8查1附表 35选 ZQ-650-3CA 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=31.5KW， =40.17，质量 =878，主轴直径0igG=60mm，轴端长 =110mm（锥形） 。1d1l7 验算起升速度和实际所需功率实际起升速度：（4-16）04.1720.6m/in38iv误差：= 100%= 100%=3.9% =15% （4-17）v 2.106实际所需等效功率： 25%.652.310x evNKWNK8 校核减速器输出轴强度由2公式（6-1
15、6）得输出轴最大径向力：= （4-18）maxRjGSax21R式中 =234630=69260N=69.26KN卷筒上卷绕钢丝所引起的载荷；maxS=9.81KN卷筒及轴自重，参考1附表 14估计jGR=89.5KNZQ650减速器输出轴端最大允许径向载荷，由1附表 36查得。 = =39.5KN =89.5KNmaxR81.926.1R由2公式（6-17）得输出轴最大扭矩：=（ 0.70.8） （4-19）maxMMie0max式中 = =9750 =443.8Nm电动机轴额定力矩；e1%)25(970nNe73=2.8当 =25%时电动机最大力矩倍数；maxJC减速器传动效率；95.0N
16、m减速器输出轴最大容许转矩，由1附表 36查得。6M =0.82.8443.840.170.95=37936Nm =96500Nmmax M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：（4-0 20467.521.750823165.8zsjzhQGDMKiNm20）式中 =1.75制动安全系数，由2第六章查得。z由1附表 15选用 YWZ5-315/50制动器，其制动转矩 =360710Nm，制ezM动轮直径 =315mm，制动器质量 =61.4zDzG10 选择联轴器高速联轴器计算转矩，由2（6-26）式：(4-21)81.543.819.ceMnNm式中 电动机额定转
17、矩（前节求出） ；.43e=1.5联轴器安全系数；n=1.8刚性动载系数，一般 =1.52.0。由1附表 29查得 YZR-88250M2电动机轴端为圆锥形 ， 。从1附表 34查得 ZQ-650md70l15减速器的高速轴为圆锥形 。,6靠近电动机轴端联轴器 由1附表 43选用 CLZ 半联轴器，其图号为3S180，最大容许转矩 =3150Nm 值，飞轮力矩 kgm ，Mt C40.2lGD2质量 =23.2kglG浮动轴的两端为圆柱形 mld85,靠减速器轴端联轴器 由1附表 45选用带 制动轮的半齿联轴器,其30图号为 S198,最大容许转矩 =3150Nm，飞轮力矩 kgm ,质量Mt
18、 8.12lGD237.5kg。为与制动器 YWZ5-315/50相适应，将 S198联轴器所需 制动轮，m30修改为 。m31511 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：(4-22)mNMeax 86.472065.16Im式中 动载系数 =0.5（1+ ）=1.065 62起升动载系数2=1+0.71v=1+0.71 10.6/60=1.132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MPamNWMaxn 2.14/02.1405.286763Im (4-23)轴材料用 45号钢， Paasb,6弯曲： =0.27（ + ）=0.27 （6
19、00+300）=243MPa1s扭转： = / =243/ =140MPa3=0.6 =0.6 300=180MPass许用扭转应力：由1中式（2-11） ， （2-14）(4-24)12okIn式中 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；mxk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， =1.52.5xk与零件表面加工光洁度有关，此处取 k=21.25=2.5m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安全系数，查1表 30得In25.1In因此, MPaok 9.8.205.14故, 通过。okn（2）强度计算 轴所受的最大转矩(4-25)2
20、m1.34502eax Pa最大扭转应力：(4-26)max31.90.25axMMW许用扭转应力：(4-27)PanIsI 15.8式中： 安全系数，由1表 2-21查得 故合适。高速In .I Imax浮动轴构造如图所示中间轴径 ，取d650)1(1md6512.小车运行机构计算1 选择车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压：小车质量估计取 16t。假定轮压均布，则（4-28）maxP=(250+9)/4=310kg车轮最小轮压： incG/275（4-29）初选车轮：由1表 3-8-15 ，当运行速度大于 40m/min小于 60m/min 360P， ，工作级别为 M6时，车轮直径 ，xc
21、Q/G=2092.1 350cDm轨道型号为 。4P许用轮压大于 ，GB462884 规定，直径系 可取max c250,315,400,500,630，故初步选定车轮直径 =400mm，而后校核强度。D强度验算：按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况验算车轮接触强度车轮踏面疲劳计算载荷：（4-30）maxin22675018333cPN车轮材料为 ZG340-640， ，s=4Mpab=640pa线接触局部挤压强度：（4-31）c12P=kDIC6.0.1327N式中, 许用线接触应力常数（N/mm2） ，由2表 5-2查得1K 16.0K车轮与轨道有效接触强度，对于 ，I 24P6.13Ib
22、m转速系数，由 2表 5-3，车轮转速1C（4-32）c0N=v/D=31.85r/in.4此时， 1.0工作级别，由2表 5-4得值为 12C因为 Pc Pc，故通过。点接触局部挤压强度：2 2 3c130.1P=kR/m=426N47（4-33）式中，k2许用点接触应力常数（N/mm2） ，由3表 5-2查得 k2=0.132R曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的大值。车轮R1=D/2=400/2=200mm，轨道 R2=300mm，故取 R=300mmm由 比值所确定的系数， ，12/ 12R/=03.67由3表 5-5查得 m=0.47因为 ，故通过。cP 2 运行阻力计算摩擦阻力 ：mF
23、小车满载运行时的最大摩擦阻力：（4-34）2()()0.5.20.150+943675NmfdQGQGD式中，Q起升载荷；G起重机或者运行小车的自重载荷；滚动摩擦系数，由(1)表 2-3-2查得 f=0.6；f车轮轴承摩擦系数，由(1)表 2-3-3查得 =0.02； d与轴承相配合处车轮轴的直径，d=125mm；D车轮踏面直径，D=400mm；附加摩擦阻力系数，由(1)表 2-3-4查得 =2； 摩擦阻力系数，初步计算时可按(1)表 2-3-5查得 =0.01。 空载运行时最小摩擦阻力：（4-35）(0)220.5.02.159415mQfdFGDN3 选电动机并验算电动机发热条件电动机的静
24、功率：036751.2.01109jjFvP Kwm（4-36）式中， 机构传动效率，取 0.9式中 满载运行时的静阻力jF驱动电动机台数 2m对于桥式起重机的小车运行机构可按下式初选电动机：（4-37）djP=k14.7Kw初选电动机功率：（4-38）djN.68=2.9k式中， 电动机功率增大系数，由1表 7-6得 。dkd1由附表选用电动机 YZR-160M1， ，e5.wn0 r/min，电动机质量 154kg 。 22d(GD)=0.47gm电机等效功率：x2.5jNKr0.7124.=396k（4-39）式中， 工作类型参数，由 表 6-4查得2.5K22.5K07由(1)按起重机
25、工作场所得 ，查得 r=1.12rtq/g=由此可知， 满足发热要求。xeN M =8NmnT22=.9kgmlGD5.9lGkg高速轴端制动轮：根据制动器已选定为 ，由1附表 16选制23/05YWZ动轮直径 =200mm，圆柱形轴孔 d=38mm，L=80mm，标记为：制动轮 200-Y38 zDJB/ZQ4389-86，其飞轮矩 = ，质量 =10kgZGD22.0mkgzG以上联轴器与制动轮飞轮矩之和： + =lD2209.mkg原估计 基本相符，故以上计算不需修改281.0mkg低速轴联轴器计算转矩，可由前节的计算转矩 求出cM（4-57） 013746.09287.12ccMi N
26、m由1附表 37查得 ZSC-600减速器低速轴端为圆柱形 d=80mm，L=115mm，取浮动轴装联轴器轴径 d=8mm，L=115mm，由1附表 42选用两个 GICLZ 鼓形4齿式联轴器。其主动端：Y 型轴孔 A型键槽， =80mm。从动端：Y 型轴孔，A1d型键槽， =75m，L=8mm，标记为 GICLZ 联轴器2d3891045780ZBJ由前节已选定车轮直径 ，由1表 19参考 车轮组，取4cDm3车轮轴安装联轴器处直径 d=80mm，L=115mm，同样选用两个 GICLZ 鼓形齿式联4轴器。其主动轴端：Y 型轴孔，A 型键槽 =75m， L=115mm，从动端：Y 型轴孔，1
27、dA型键槽 =80mm，L=115mm，标记为：GICLZ 联轴器 ZBJ19014-89。2d31578010 验算低速浮动轴强度（1）疲劳验算 由4运行机构疲劳计算基本载荷（4-58）max5056.18470.921422erMi Nm前节已选定浮动轴端直径 d=70mm，其扭转应力：（4-59）62ax3./.0.8rn MPaW浮动轴的载荷变化为对称循环（因运行机构正反转转矩值相同） ，材料仍选用 45钢，由起升机构高速浮动轴计算，得 ，许用扭aas180,140转应力：（4-60）140.82.5k MPn式中 与起升机构浮动轴计算相同k、n通过1nkt（2）强度验算 由4运行机构工作最大载荷max58056830.924.622eMi MPa（4-61）式中 考虑弹性振动的力矩增大系数，对突然起动的机构，5=1.51.7 ，此处取 =1.6；5刚性动载系数，取 。8 81.最大扭转应力：（4-62）62maxax 3240.6.0/3.MNmMPaW许用扭转应力：（4-63）1820.5san 因为 故通过max浮动轴直径： 取 。1(50)=89md:190d
