一種常用起重機設計【抓斗橋式起重機】
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沈陽化工大學科亞學院
本科畢業(yè)設計
題 目： 一種常用起重機設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 1201班
學生姓名： 盛 坤
指導教師： 侯 志 敏
論文提交日期： 2016年 6 月 1 日
論文答辯日期： 2016年 6 月 6 日
摘要
橋式起重機使廠礦等企業(yè)完成了機械化生產，縮減了繁多的體力勞動的設備。在一些連續(xù)性生產流程中他有事不可或缺的工藝設備。目前，橋式起重機已經被廣泛應用在國民經濟建設的各個領域，產品也已經形成了許多個系列。隨著我國經濟建設的發(fā)展，用戶對其性能要求則越來越高，這就需要我們從其零件著手，優(yōu)化其設計，來增強橋式起重機的綜合經濟效益。
本文主要介紹了抓斗式橋式起重機的整體設計過程和設計理論,描述了起重機在國內外的一些發(fā)展狀況。其中主要設計了橋式起重機的運行機構和起升機構等，主要包括抓斗式橋式起重機小車運行機構的整體設計及傳動機構的布置小車運行機構的計算大車運行機構的整體設計和橋架結構的設計計算等。還有軸承的選擇聯軸器的選擇電動機的選擇減速起的選擇和校對。
本文的設計主要采用了文獻資料法、軟件設計法和討論等結合了國內外起重機的研究發(fā)展狀況參考了一些機械加工車間所使用的起重機性能參數從而系統的完成起重機的整體設計，還進行了大車和小車運行機構的相關計算以及驗算，其中包括緩沖器、電動機、減速器以及聯軸器的選擇和驗算，傳動方案的選擇，運行阻力的計算和起制動時間的驗算等。
關鍵詞: 橋式起重機; 起重機小車;起重機大車;運行機構;起升機機構;橋架機構; 減速器
Abstract
Bridge crane to enable the realization of mechanical production of Factories and mines to reduce the importance of heavy equipment manual. In some of the continuity of the production process. It is essential for process equipment .It can be in plant ,warehouse use ,also son of the use of open-air yard ,is a most widely used mechanical crane. At present ,the bridge crane is widely used in various fields of national economic construction , the production has also formed a number of series .With the development of the economic construction, users increasingly high performance requirements .so its design requirements has become more . Which require us to proceed from the parts.
This article mainly introduced the entire design theory and design process of bridge crane , which elaborated domestic and foreign crane development status . Among of them , it focused on the design of the bridge crane operation of institutions and hoisting mechanism . The overall design hat mainly includes the integral design of bridge crane car mechanism and transmission ; the calculation of crane small car mechanism; the integral design of the cart mechanism ; and bridge structure design calculation ; and so on.
In addition, this paper involves bearing choice , coupling choice , motor choice , along with reducer choice and checking. In the design process of this paper, mainly adopts methods of documentation, methods of the design of hard ware , and discussion were used . Combined with the domestic and foreign research development . Referenced some machining workshop crane used performance parameters , thus the design of crane system was completed.
Keywords: Bridge crane; Crane small car; Crane cart; operating mechanism; Hoisting； mechanism; Bridge institutions; drum; reducer
目 錄
第一章 前言 1
第二章 抓斗橋式起重機設計任務書 5
2.1 設計參數 5
2.2 工作條件 5
2.3 設計原則 5
第三章 小車起升機構和運行機構的設計計算 6
3.1 起升機構計算 6
3.1.1 確定機構傳動方案 6
3.1.2 確定吊鉤和滑輪組 7
3.1.3 鋼絲繩的計算 7
3.1.4 確定滑輪主要尺寸 7
3.1.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度 8
3.1.6 選擇電動機 10
3.1.7 驗算電動機發(fā)熱條件 10
3.1.8 選擇減速器 10
3.1.9 驗算起升速度和實際所需功率 11
3.1.10 校核減速器輸出軸強度 11
3.1.11 選擇制動器 12
3.1.12 選擇聯軸器 12
3.1.13 驗算啟動時間 13
3.1.14 驗算制動時間 13
3.1.15 高速浮動軸的計算 14
3.2 小車運行機構計算 15
3.2.1 確定傳動方案 15
3.2.2 選擇車輪與軌道并驗算其強度 16
3.2.3運行阻力計算 17
3.2.4選擇電動機 17
3.2.5 驗算電動機發(fā)熱條件 18
3.2.6 選擇減速器 18
3.2.7 驗算運行速度和實際所需功率 19
3.2.8驗算起動時間 19
3.2.9按起動工況校核減速器功率 20
3.2.10驗算起動不打滑條件 20
3.2.11選擇制動器 21
3.2.12 選擇高速軸聯軸器及制動輪 21
3.2.13 選擇低速軸聯軸器 22
3.2.14 驗算低速浮動軸強度 22
第四章 大車運行機構計算 24
4.1 確定傳動方案 24
4.2 選擇軌道 24
4.3 運行阻力計算 26
4.4驗算電動機發(fā)熱條件 28
4.5 選擇減速器 28
4.6 驗算運行速度和實際所需功率 29
4.7驗算啟動時間 29
4.8 啟動工況下校核減速器功率 30
4.9 驗算起動不打滑條件 31
4.10 選擇制動器 32
4.11選擇聯軸器 33
4.12 低速浮動軸多點驗算 35
第五章 結論 37
參考文獻 38
致謝 39
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 前言
第一章 前言
起重機械被用來對物料作起重、運輸、安裝和裝卸等作業(yè)的一種機械型設備，它能夠完成人力無法完成的物料的搬運工作，減輕工人們的體力勞動，提高勞動生產率，在工廠、車站、礦山、倉庫、水電站、港口碼頭、建筑工地等多個領域部門中得到了大量的使用，伴隨著生產規(guī)模的逐漸擴大，特別是現代化、專業(yè)化的要求，各種各樣專門用途的起重機相應的產生了，在很多重要的部門中，它不但是人們生產過程中的一種輔助型機械，而且也成為生產流水線作業(yè)上不可或缺的重要的機械設備，它的發(fā)展對國民經濟建設有著至關重要的促進作用。起重機械是起升，搬運物料及產品的機械型工具。起重機械對于提高工程機械生產部門的機械化，簡短生產周期和降低生產中成本，起著特別重要的作用。
在高層建筑、冶金、華工及電站等的建設施工中，需要吊裝和搬運的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運重量達幾百噸。因此必須選用一些大型起重機進行吊裝工作。通常采用的大型起重機有龍門起重機、履帶起重機、塔式起重機、門坐式起重機、輪式起重機以及一般在廠房內部安裝的橋式起重機等等。
在橋梁上，道路上和水利電力等施工建設中，關于起重機的使用范圍更是極其的廣泛。無論是裝卸各種大型的設備器材，開挖各種建筑材料以及廢料廢渣，吊裝廠房的各種構件工件，吊運與澆灌混凝土，安裝核電站設備等，均須使用起重機械。尤其是水電工程的施工，不但工程規(guī)模甚是浩大，而且地理條件特殊，施工季節(jié)改變性高、工程的本身又很繁復，需要吊裝搬運的建筑材料量、設備的品種多樣，所要求的起重機種類和數量就會更多。
在這些起重機當中，屬橋式起重機是材料消耗多，生產批量較大的一種起重機。因為這種起重機通常工作在高空，作業(yè)范圍能夠橫掃過整個廠房的建筑面積，所以很受用戶的歡迎，得到了很好的發(fā)展。隨著新世紀全球工業(yè)格局的新變化和我國工業(yè)技術水平盼陜速發(fā)展，創(chuàng)新設計越來越引起院校和企業(yè)的重視。隨著現代計算機控制技術飛速發(fā)展，使得起重機的設計在綜合考慮控制系統安全可靠性、操作的舒適性、機構及結構廣義優(yōu)化等方面有了更高層次的要求，因此起重機的設計必須從原來的常規(guī)設計模式中跳出來，用新原理、新方法、新觀點、新工藝、新技術來適應新形勢的新產品，創(chuàng)新設計的課題已實在地擺在了起重機設計師們的眼前。二戰(zhàn)以后的幾十年來，各個主要的發(fā)達的工業(yè)性國家開始絕對重視對設計技術的專項研究，起重機設計的水平也得到很快的發(fā)展。英國就從60年代開始，以國家的財力和政策來發(fā)展與推廣的創(chuàng)新設計；德國則提出“設計就是科學”的主張，使它的設計學的發(fā)展已經到了相當高水平的規(guī)模；美國則成立了“設計委員會”；日本同樣也比較重視設計的發(fā)展，將設計看作是美學、技術、經濟和人機工程學的一體化，并大力采用和推廣的新技術?？傊?，經濟技術發(fā)達的國家非常重視設計工作而且還大量引入創(chuàng)新型設計，這樣就使得整個機電產品也包括起重機得機械產品的造型設計、技術經濟型、安全可靠性等方面發(fā)生著快速的變化，設計水平也在日益的增高。我國關于起重機的設計和發(fā)展則是經歷了一個曲折的過程。以前大多是以模仿蘇聯的設計為主，依靠著設計者的累積的經驗，產品設計的局限性則很大。從60年代起，就開始了對新產品、新部件的開發(fā)設計與實驗研究的工作，從而迫使設計從仿制和經驗的設計逐漸走向了實驗研究和計算分析的階段。到了80年代，隨著寶鋼等一些大型企業(yè)對國外起重機的引進及與國外進行聯合設計國內制造等形式的采用，開始往國內引入了一些國際上的設計方法和先進技術。同時將計算機的應用技術引入了設計領域，對起重機的設計工作的發(fā)展起到了很大的推動作用。再通過專家系統的應用，極大地推進了創(chuàng)新設計的進程，并且利用系統論和信息論等現代計算機應用技術產出的研究成果，使得起重機的創(chuàng)新設計開始向智能化的方向發(fā)展。根據現實和發(fā)展，設計手段越來越體現出了虛擬化、精確化、自動化的特點?，F代的起重機產品正朝著機電一體化、模塊化、個性化、集成化的方向去發(fā)展。自動檢測、自動數據的處理（包括運算、存儲、記憶、判斷）、自動控制、自動顯示、自動保護和故障診斷及維護等功能得到了大量的應用。因此起重機的產品創(chuàng)新設計來降低設計的成本，提高設計的速度，縮短設計的周期為主要目的，其中包括降低成本的設計、可靠性的設計、并行的設計、快速的設計、等現代設計的技術。
目前，在工程式起重機械的領域當中，歐洲、美國和日本處于比較領先的地位。其中歐洲由于工業(yè)革命的發(fā)起地其作為工程式起重機的發(fā)源地，其中輪式起重機的生產技術水平最強。該地區(qū)的工程式起重機的機械生產商主要生產緊湊型輪胎起重機和履帶式起重機，還生產少量汽車式的起重機。在這其中，履帶式起重機、全路面式起重機是以中大噸位的為主；緊湊型輪胎式起重機則是以小噸位為主；汽車式起重機是為通用式底盤組裝地面上車，主要是以改變裝備為主。它的產品技術先進性高、可靠性高、性能強，產品銷往世界各地。
伴隨著我國經濟建設的飛速的步伐，生活和生產的各個領域的建設發(fā)展規(guī)模也逐年的擴張，也促進了施工機械化設備程度的快速提升。先進的機械設備已經成為了提高施工的速度，保證工程的質量和降低工程的成本的保障。所以起重機的行業(yè)也因此取得了快速的發(fā)展。為了促進社會主義初級階段的建設事業(yè)的發(fā)展，提高勞動生產率，充分發(fā)揮了其中屬于運輸機械的作用是具有重大意義的。箱形雙梁橋式起重機如下圖。
圖1箱形雙梁橋式起重機
箱形雙梁橋式起重機是由一個有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構成的雙梁橋架，在橋架上運行起重小車，可起吊和水平搬運各類物體,它適用于機械加工和裝配車間料場等場合。橋架的結構主要是有箱形結構，空腹桁架式結構，偏軌空腹箱形結構及箱形單主梁結構等，5-80噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結構，且為保證起重機的穩(wěn)定，我選擇箱形雙梁結構作為橋架結構。為了操縱和維護的需要，在傳動側走臺的下面裝有司機室。司機室有敞開式和封閉式兩種，一般工作環(huán)境的室內采用敞開式的司機室，在露天或高溫等惡劣環(huán)境中就使用封閉式的司機室。由我國電力部杭州機械設計研究所設計的起重量10t、跨度22.5m橋式抓斗起重機于1993年10月在浙江衢州化學工業(yè)公司熱電廠投產使用。該起重機在設計時充分考慮到濕料對抓斗的吸附力，因此與同類橋式抓斗起重機相比，更適合在水泥池中抓取濕料。由于采用了串激調速，所以在起動、制動中非常的平穩(wěn)。該起重機還具有自重輕、剛性好、生產率高等優(yōu)點，適合在電廠煤、灰場中頻繁作業(yè)的惡劣環(huán)境中使用。經過4個月的使用,運行良好，且于1994年2月通過地區(qū)勞動局安全監(jiān)察處的驗收。抓斗橋式起重機主要由箱形橋架、抓斗小車、大車運行機構、司機室和電氣控制系統組成。取物裝置為能抓取散裝物料的抓斗。抓斗橋式起重機有開閉機構和起升機構，抓斗以四根鋼絲繩分別懸掛在開閉機構和起升機構上。開閉機構驅動抓斗閉合，抓取物料，當斗口閉合時，立即開動起升機構，使四根鋼絲繩平均受載進行起升工作。卸料時只開動開閉機構，斗口隨即張開，傾斜物料。抓斗橋式起重機除起升機構不同外，其余結構部分與吊鉤橋式起重機基本相同。抓斗橋式起重機在工廠為確保起重機的安全，均設置了欄桿扶手，欄桿高度為1050mm，間距350mm，設兩道水平橫桿，底部設高度70mm的圍護板，橋架下設照明燈，司機室內設絕緣膠皮和門開關，各傳動部件均設置了防護罩，各欄桿門也均設置了安全開關，行程的終端設有止擋，滑線設有擋鉤架。其用途也非常廣泛主要應用于以下五點：
（1）抓斗橋式起重機廣泛適用于車間、貨場、電場、碼頭等進行散料的裝卸運輸。
（2）抓斗開啟方向有平行的垂直主梁兩種。
（3）抓斗橋式起重機全部機構均在司機室內操作，進入司機室平臺門的方向有：端入、側入和頂入。
（4）抓斗橋式起重機額定起重量包括抓斗白重。
（5）抓斗橋式起重機起重機均為重級工作制。
通過本次設計學會對橋架金屬結構的設計,加深對起重機各部分功能和設計特點的掌握,學會使用許用應力法設計。設計中認真參考各種資料如《起重機設計手冊》，運用各種途徑如上網,采取計算機輔助設計努力對橋式起重機橋架金屬結構進行合理設計；進一步提高機械設計能力和鞏固所學過的起重機械及機械零件等課程的理論知識。在設計中不僅學會了整部機器的設計方法，并且也熟悉零件的工藝性、機器的裝配和安全技術等方面的知識，從而提高分析問題和解決問題的能力。
由于本人的專業(yè)水平有限，實踐的經驗不是很足，再加上工作學習等原因，時間上也比較倉促，設計中難免會有錯誤和欠妥之處，懇請各位老師多多批評指導。
39
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 抓斗橋式起重機設計任務書
第二章 抓斗橋式起重機設計任務書
2.1 設計參數
主要參數為：起重量：Q=5t；起升高度：H=12m；起升速度：=10m/min；小車運行速度：=40m/min；大車運行速度：75m/min，跨度：L=20m；起重機估計總重量：G=240KN；小車估計自重：40KN；電源：三相交流電源，380V，50Hz
機構接電持續(xù)率：JC=25%；工作級別：A5。
2.2 工作條件
抓斗橋式起重機作業(yè)環(huán)境為室內作業(yè)，電源是三相異步交流電，電壓為380V，頻率為50HZ。電壓波動允許的上限為+10%，下限（尖峰電流時）為額定電壓的-10%。起重機的內部電壓損失為3%。環(huán)境溫度：-10℃+40℃，在24小時內平均溫度不超過+35℃。
2.3 設計原則
為了保證起重機正常安全工作，抓斗橋式起重機本其身應該具備三個基本條件。
（1）金屬的結構和機械的零部件應該具有很高的的剛度、抗彎曲能力度和足夠的強度；
（2）整機具備必要的抗傾覆穩(wěn)定性；
（3）原動機具備了滿足作業(yè)性能要求的所有功率，制動裝置還提供了必要的制 動轉矩。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 小車起升機構和運行機構的設計計算
第三章 小車起升機構和運行機構的設計計算
3.1 起升機構計算
3.1.1 確定機構傳動方案
起升機構可以選擇的有閉式傳動和開式傳動。
（1）閉式傳動是在卷筒和電動機之間，大多數的情況是應用傳動效率大的圓柱齒輪減速器，而蝸輪減速器因為傳動效率比較低，除了特殊環(huán)境使用外，一般都較少的應用。
（2）開式傳動是在減速器和電動機之間，除了減速器以外還有開式齒輪傳動，這種構造屬性適用于起升速度比較緩慢的情況，比如由我國生產的大型橋式起重機（Q≥85 t）的起升機構就是使用這種型式，因為開式齒輪的傳動比較適用于圓周速度較慢的情況，所以我們都將其擺放在較靠近卷筒的最后一級傳動中，以此用來保證它的正常運轉與工作。根據起升重量Q=5 t<85 t，應該選用傳動效率高的閉式傳動。
此設計采用的常用的開式傳動，傳動方案如下圖2。
`
1 減速器 2制動器 3、7 聯軸器 4 浮動軸 5電動機 6卷筒
圖2 傳動方案
3.1.2 確定吊鉤和滑輪組
吊鉤分為單鉤和雙鉤，一般場合下人們都使用單鉤，當起升的重量較大時應該用雙鉤，根據5 t起升重量選擇單鉤。吊鉤的材質是以低碳合金鋼或碳素結構鋼為主。查表選用G13，自重99 kg?；喗M分為單聯滑輪組和雙聯滑輪組。單聯滑輪組工作時，當重物在垂直位移的同時，還會有可能發(fā)生水平位移，這樣將會使卷筒支承造成附加的載荷，然而雙聯滑輪組在工作的時候所載重物應該無水平位移，當兩邊鋼絲繩的拉力有差別的時候，可以自動的均衡的負載。所以根據起升重量要求，應該選用雙聯滑輪組。
3.1.3 鋼絲繩的計算
鋼絲繩是由0.2~0.4 mm的特質碳素鋼光鋼絲捻制而成的，其具有強度高，耐磨性好，彈性大，撓性好，無方向性，能夠承受大的沖擊。根據靜載荷的物理原理采用計算法選擇鋼絲繩。如果滑輪組采用滾動軸承的話，當滑輪組倍率時，查表得出滑輪組效率。
鋼絲繩所受最大拉力：
(3-1)
式中：----為吊鉤組重量；
a----滑輪組型式系數。單滑輪組a=1；雙滑輪組a=2。
查表得出，中級的工作類型（工作級別為）時，安全系數n=5.5。
鋼絲繩計算破斷力：
(3-2)
查表后應選用瓦林吞型天然纖維芯鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強度1580MPa，光滑面的鋼絲，右交互捻，直徑d=11mm，鋼絲繩最小的破斷力，標記如下：
3.1.4 確定滑輪主要尺寸
滑輪的需用最小直徑：
D=d（e-1）=11（25-1）mm=264mm
式中：e----輪繩直徑比。查軸承等級表取得e=25。
查表選用滑輪直徑D=315mm，取平衡輪直徑，查表選用。查表選用鋼絲繩直徑d=11mm，D=315，滑輪軸直徑D1=80mm的型滑輪標記為：
ZB J80 006.8-87
查表后所選擇的平衡輪d=11mm，D=225mm，滑輪軸直徑D2=45的F型滑輪標記為：
ZB J80 006.8-87
3.1.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度
卷筒直徑：
查表選用D=300mm，卷筒繩槽t=13mm，槽底半徑r=7mm。
卷筒尺寸：
，取 (3-3)
式中 ----附加安全系數，取=3；
----卷槽的不切槽的部分長度，選擇其等于吊鉤組滑輪之間的距離，即，實際的長度在繩偏角允許的范圍內可以選擇適當的增加和減少；
----卷筒計算直徑
卷筒壁壓應力計算：
(3-4)
選用灰鑄鐵HT300，最小抗拉強度，需用壓應力：
，抗壓強度足夠。
卷筒拉應力驗算：由于D，尚應校核由彎矩產生的拉應力，卷筒彎矩圖示如下圖3：
圖3 卷筒彎矩圖
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒的中間時: (3-5)
卷筒斷面系數：
(3-6)
式中 D----卷筒外徑，D=300mm；
----卷筒內徑，。
于是
合成應力:
(3-7)
卷筒強度經過驗算獲得通過。所以選卷筒直徑為D=300mm，長度L=1500mm，卷筒槽底半徑r=7mm，槽距t=13，起升的高度H=12m，倍率；把較靠近減速器一端的卷筒槽向作為為左的A型卷筒標記為：
卷筒 J80 007.2-87
3.1.6 選擇電動機
計算靜功率：
(3-8)
式中 ----機構總效率，一般=0.80.9，取=0.85
電動機計算功率：
(3-9)
式中：系數由表查得，對于M1-M6級機構， 取=0.8
查表選擇YZR160L-6型電動機，在工作制下，JC=25%時，額定功率=13KW，轉速912rpmin，飛輪矩。
3.1.7 驗算電動機發(fā)熱條件
按等功率法，求JC=25%時所需的等效功率：
，發(fā)熱條件滿足。
式中 ----工作級別系數，查得，對于級， =0.75；
----系數，根據機構的啟動的時間和平均的工作時間的比查得。一般此值為0.10.2之間，取為0.1時，=0.87；
3.1.8 選擇減速器
卷筒轉速：
(3-10)
減速器總傳動比：
(3-11)
查表選用Ⅲ，當工作類型為中級時，許用功率，，輸入軸直徑，軸長。
3.1.9 驗算起升速度和實際所需功率
實際起升速度：
(3-12)
誤差：
(3-13)
實際所需功率：
(3-14)
3.1.10 校核減速器輸出軸強度
有公式得輸出軸最大徑向力：
(3-15)
式中 ----卷筒上卷繞鋼絲繩引起的載荷；
----卷筒及軸的自重，查表得。
----ZQ500減速器輸出的軸端的最大的允許徑向載荷的數值，由 表查得；
所以：
由輸出的軸最大扭矩：
(3-15)
式中：----電動機軸額定轉矩；
----當JC=25%時電動機最大力矩倍數，查表得；
----電動機傳動效率；
----減速器輸出軸最大允許轉矩，查表得。
所以
由以上計算，所選減速器能滿足要求。
3.1.11 選擇制動器
所需制動力矩：
(3-16)
式中 ----制動安全系數，查表取=1.75；
查表選用制動器，其制動轉矩，制動輪直徑，制動器質量。
3.1.12 選擇聯軸器
高速軸聯軸器的計算的轉矩，我們得到公式: (3-17)
式中 ----電動機額定轉矩；
n=1.5----聯軸器安全系數；
----剛性動載系數，一般.
由表查得YZ R-160L-6電動機軸端為圓形，D=48mm，。由表查得ZQ-500減速器的高速軸軸端為圓錐形，d=50mm，。
光靠電動機軸端的聯軸器，由表帶制動輪的半齒輪聯軸器械，其圖號為S286，最大容的許轉矩值，飛輪力矩，質量。
高速浮動軸兩端為圓柱形，。
靠減速器端聯軸器，由表選用帶制動輪的半齒輪聯軸器，其圖號為S123，最大容許轉矩，飛輪力矩
質量。
3.1.13 驗算啟動時間
啟動時間：
(3-18)
式中
靜阻力矩：
平均啟動轉矩：
所以
通常起升機構啟動時間為，此處，可在電氣設計時，增加啟動電阻，延長啟動時間，故所選電動機合適。
3.1.14 驗算制動時間
制動時間：
(3-19)
式中 ；
----制動器最大制動轉矩，。
所以
由表查得許用減速度，，，故
故合適。
3.1.15 高速浮動軸的計算
（1）疲勞計算
起升機構疲勞計算基本載荷
(3-20)
式中 ----動載系數，
----起升載荷的動載系數
由前已選定軸徑d=45mm，因此扭轉應力：
軸的材料用45號鋼，，。
彎曲：
扭轉：，。
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉應力：
式中： 考慮了零件的表面積情況和零件幾何形狀的應力集中的系數；
與零件幾何形狀有關，對于零件表面有急劇過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段: ，此處??；
----與零件表面加工粗糙度有關，對于粗糙度為3.2的，；對于12.5的，，此處取。
故
----考慮材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數，對于碳鋼及低合金鋼；
----安全系數，
所以：
故： 通過。
（2）強度驗算
軸受到的最大轉矩：
(3-21)
最大扭轉應力：
許用扭轉應力:
式中 ----安全系數，查表取得=1.5；
故通過。
高浮動軸的構造如下圖4所示，中間軸徑，取
圖4 高浮動軸
3.2 小車運行機構計算
3.2.1 確定傳動方案
具有四個車輪的其中半數為主動車輪的小車運行機構，有閉式傳動和帶有開式齒輪的傳動兩種。由于開式齒輪易磨損，因此現代起重機已很少采用。閉式齒輪傳動的方案中，齒輪易于維修保養(yǎng)，齒輪傳動構成獨立的減速器部件，機構的裝拆分組性好。
3.2.2 選擇車輪與軌道并驗算其強度
車輪最大輪壓：小車質量，假定輪壓均勻分布
(3-21)
車輪最小輪壓：
選車輪：查表得知，如果運行機構的速度時，，工作的級別是中級的時候，車輪直徑，軌道類型為，許用輪壓為，故選，能滿足要求。
強度驗算：按照軌道與車輪為線接觸及點接觸的兩種情況來驗查車輪接觸的強度大小。車輪的踏面的疲勞計算載荷：
車輪材料：ZG340-640，。
線接觸局部擠壓強度：
式中 ----許用線接觸的應力常數（），查表得；
-----軌道與車輪的有效的接觸長度，針對于軌道，=24.2；
----轉速系數；車輪轉速;
----工作級別系數；小車工作級別為級，;
，故通過。
點接觸局部擠壓強度：
式中 ----許用點接觸應力常數（）；查表取=0.132；
----曲率半徑；軌道與車輪的曲率半徑的比較大值，車輪， 軌道曲率半徑，故??；
----由（r取中較小值）比值所確定的系數，, 查表并用插值法算得m=0.428；
，故通過。
根據以上計算結果，選定直徑的單緣車輪，標記為：
車輪
3.2.3運行阻力計算
摩擦阻力距：
(3-22)
查表，因為車輪組的軸承型號為7512，據此選車輪組軸承亦為7512。軸承內徑與外徑平均值。由表查得出，滾動軸承的摩擦系數R=0.0003，軸承的摩擦系數，附加力阻力的系數，代入上式得滿載時運行阻力矩：
運行摩擦阻力：
空載時：
3.2.4選擇電動機
電動機靜功率:
(3-23)
式中 ----滿載時靜阻力；
=0.9----機構傳動效率；
m=1----驅動電機數目。
初選電動機功率:
式中 ----電動機的功率增大的系數，經表查出；
由表選用，工作制下，時，，電動機質量。
3.2.5 驗算電動機發(fā)熱條件
等效功率：
(3-24)
式中 ----工作級別系數。當時，。
----取，則
，故所選電動機滿足發(fā)熱條件。
3.2.6 選擇減速器
車輪轉速：
(3-25)
機構傳動比：
查表選用型減速器，，質量，(當轉速為時)，。
3.2.7 驗算運行速度和實際所需功率
實際運行速度：
(3-26)
誤差：
，合適。 (3-27)
實際所需電動機等效功率：
，合適。 (3-28)
3.2.8驗算起動時間
(3-29)
式中
滿載運行是折算到電動機軸上的運行僅阻力矩：
空載運行時：
初步估算制動輪和聯軸器的飛輪矩：
機構總飛輪矩：
滿載起動時間：
空載起動時間：
由表查得，當，推薦，，故所選電動機可以滿足快速起動的要求。
3.2.9按起動工況校核減速器功率
(3-30)
式中 ----計算載荷；
----運行機構同一級傳動的減速器個數；=1。
所選減速器的，故合適。
3.2.10驗算起動不打滑條件
因室內使用，故不計分阻及坡度阻力力矩，如果檢驗空載及滿載起動時的兩種情況。當處于空載起動的時候，主動車輪與軌道接觸處能夠得到圓周切向力： (3-31)
車輪與軌道的粘著力：
，故不會打滑。
滿載起動時，主動車輪與軌道接觸處得圓周切向力：
車輪與軌道的粘著力：
，所以當滿載起動的時候機器也不會出現打滑的現象，所以證明選擇的電動機比較合適。
3.2.11選擇制動器
對于小車運行機構的制動時間必須，取，因此，所需制動轉矩：
(3-32)
查表選用型制動器，其制動轉矩，所取制動時間與起動時間很接近，故可以滿足制動不打滑條件。
3.2.12 選擇高速軸聯軸器及制動輪
高速軸聯軸器計算轉矩：
(3-33)
式中: ----電動機額定轉矩；
----聯軸器安全系數，對運行機構取=1.35；
----機構剛性動載系數；，取=1.8。
由表查得電動機兩端伸出軸為圓柱形，。減速器高速軸端為圓柱形。經過查表我們選擇使用鼓形齒式的聯軸器，主動端A型的鍵槽；從動端A型的鍵槽。標記為： 聯軸器 ，其公稱轉矩，飛輪矩，質量。高速軸端制動輪：根據制動器已選為，已知其制動輪直徑，圓柱形軸孔，標記為：制動輪 ，其飛輪矩，質量。
以上聯軸器與制動輪飛輪矩紙=之和：，與原估計值基本相符，故以上計算不需要修改。
3.2.13 選擇低速軸聯軸器
低速軸聯軸器計算轉矩，可由前節(jié)的求出： (3-34)
根據表查得減速器低速軸端為圓柱形。取浮動軸裝聯軸器軸徑。根據表我們選擇兩個鼓型齒式聯軸器，它的主動端：Y型軸孔，A型鍵槽，。從動端：Y型軸孔，A型鍵槽，。標記為：聯軸器
前節(jié)已選定的車輪直徑，由表取車輪安裝軸直徑選擇兩個鼓型齒式聯軸器。其主動軸端：Y型軸孔，A型鍵槽，。從動端：Y型軸孔，A型鍵槽，。標記為：聯軸器 。
3.2.14 驗算低速浮動軸強度
（1）疲勞強度驗算：運行機構疲勞計算基本載荷：
(3-35)
由前節(jié)已選定浮動軸端直徑d=60mm，其扭轉應力：
浮動軸的載荷變化為對稱循環(huán)，材料仍然選用45鋼，由其起升機構高速浮動軸計算，得，，許用扭轉應力為：
式中: ----與起升機構浮動軸計算相同。
，故疲勞強度驗算通過。
（2）強度驗算
運行機構工作最大載荷：
(3-36)
式中: ----考慮彈性振動的力矩增大系數。對突然起動的機構，=1.5-1.7，=1.6；
----剛性動載的系數，取。
最大扭轉應力：
，故強度驗算通過。
低速浮動軸中間直徑，取。如下圖5：
圖5 低速浮動軸
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 大車運行機構計算
第四章 大車運行機構計算
4.1 確定傳動方案
跨度20m為中等跨度,為減輕重量,決定用以下傳動方案
圖6 傳動方案
4.2 選擇軌道與車輪，并檢驗其強度
如下圖7
圖7 車輪
計算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓
圖8大車輪壓
滿載時,最大輪壓:
= (4-1)
=
空載時,最小輪壓:
=
=
=51KN
車輪踏面疲勞計算載荷：
=
=78.83KN
車輪的材料采用ZG340-640(調質),700Mpa,380Mpa,。
查表選軌道型號為QU70。
點接觸局部擠壓強度驗算:
(4-2)
由文獻《起重運輸機械》表中查得,=0.181；
R ——為曲率半徑,軌道和車輪它們兩者曲率半徑中選擇最大的值。QU70曲率半徑為R=400mm；
m——由軌頂和車輪的曲率半徑之比(r/R)所確定的系數,查得m=0.46；
——轉速系數,車輪轉速時,；
——工作級別系數,查得,當M級時=1
故驗算通過。
（2） 線接觸局部擠壓強度驗算:
(4-3)
式中：k1——許用線接觸應力常數(N/mm2),由[1]表5-2查得,k1=6.6；
l ——車輪與軌道的有效接觸長度, Qu70軌道的l=70mm;
Dc——車輪直徑(mm);
,——同前
故驗算通過。
4.3 運行阻力計算
摩擦總阻力距:
(4-4)
由文獻《機械工程手冊》表查得=500mm車輪的軸承型號為7520,軸承內徑和外徑的平均值為140mm；
由表查得:滾動摩擦系數k=0.0006m；軸承摩擦系數；附加阻力系數。代入上式得：
當滿載時的運行阻力距
(4-5)
=
運行摩擦阻力:
當空載時:
電動機靜功率
(4-6)
式中: ——滿載運行時的靜阻力；
m=2——驅動電動機臺數；
=0.95——機構傳動效率
初選電動機功率:
式中：——電動機功率增大系數；
選用電動機YZR132M2-6，當在工作制下，JC=25%時，額定功率為4.0KW，額定轉速=900r/min，轉子飛輪矩為0.26kg.，電動機質量108kg。
4.4驗算電動機發(fā)熱條件
等效功率:
(4-7)
式中： ——工作級別系數,級， JC%=25%時=0.75
——由[1]按起重機工作場所得 /=0.2-0.3,取，查得 =1.3
由此可知, ,故初選電動機發(fā)熱通過。
4.5 選擇減速器
車輪轉速:
= (4-8)
機構傳動比:
選用兩臺減速器ZQ-350-Ⅴ-1/2Z，； [N]=9.2kw（當輸入轉速為1000r/min時）
可見<[N]
4.6 驗算運行速度和實際所需功率
實際運行速度:
(4-9)
誤差:
實際所需電動機靜功率:
由于 ,故所選電動機和減速器均合適。
4.7驗算啟動時間
啟動時間:
(4-10)
式中：n1=900 r/min
m=2 (驅動電機臺數)
——JC25%時電動機額定扭矩
滿載運行時的靜阻力距:
空載運行時的靜阻力距:
(4-11)
初步估算高速軸上聯軸器的飛輪距:
機構總飛輪矩(高速軸)：
滿載啟動時間：
=5.66s
空載啟動時間:
=4.36s
大車啟動時間在允許范圍(5～10s)之內，空載時間縮短，故合適。
4.8 啟動工況下校核減速器功率
啟動工況下減速器傳遞功率：
(4-12)
式中：
=
=9365N
——運行機構中同一級傳動減速器的個數，＝2
因此，
所選減速器的，[N]JC25％＝9.2KW>, 所以合適。
4.9 驗算起動不打滑條件
由于起重機是在室內使用，故坡度阻力及風阻力均不予考慮。
以下按三種工況進行驗算
（1） 二臺電動機空載時同時起動：
(4-13)
式中： N——主動輪輪壓和；
N——從動輪輪壓和；
f = 0.2——室內工作的粘著系數；
= 1.05~1.2——防止打滑的安全系數；
=2.98s
，故兩臺電動機空載起動不會打滑
（2）事故狀態(tài)：
當只有一個驅動裝置工作，而無載小車位于工作著的驅動裝置這一邊時，則
(4-14)
式中: N ——工作的主動輪輪壓
= 171000N ——非主動輪輪壓之和；
—— 一臺電動機工作時的空載起動時間：
=14.02s
=2.43s
, 故不打滑
（3）事故狀態(tài)：
當只有一個驅動裝置工作，而無載小車遠離工作著的驅動裝置這一邊時，則
；
=14.02s，與第2種工況相同
=1.8s
,故也不會打滑
4.10 選擇制動器
由表，取制動時間 5s
按空載計算制動力矩:
(4-15)
式中：
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