起重机小车设计计算

小车总体机构的设计计算设计内容计算与说明1）确定起升 机构传动方 案，选择滑轮 组和吊钩组i =3hZ=6i图5-1起升机构计算简图选短型吊钩查附表6选短型吊钩组，图号为T1-362.1507。得其质 组，图号为1起升机构计算按照布置宜紧凑的原则决定采用如下图5-1的方案。采用了双联滑轮组。按Q=151,查表4-1取滑轮组倍率ih=3,h承载绳分支数：量：G0=322kg两端滑轮间距A=358mmT1-362.15072）选择钢丝 绳若滑轮组采用滚动轴承，当ih=3，查1表3-4a得滑h轮组效率n =0.985h钢丝绳所受最大拉力：maxQ + G0 2i耳 h15 + 322 =2592.55kgf2 x 3 x 0.985Z=2ih=63)确定滑轮主要尺寸4)确定卷筒尺寸，并验算强度查2表12-2,中级工作类型(工作级别M5)时，安全系数5k=5.5。钢丝绳选用线接触粗细6W(19)型钢丝绳，其破坏拉力换算系数申=0.85，钢丝绳计算钢丝破断拉力总和S :bkS 二一S =5.5/0.85X2592.55=16775.32kgf b 申 max查2表12-10选用绳6W (19),钢丝公称抗拉强度200kgf/mm 2,光面钢丝，左右互捻，直径d=14.5mm，钢d=14.5mm丝绳最小破断拉力S = 17800kgf，标记如下：b钢丝绳 6W (19) -14.5-200-1-光-右交(GB110274)滑轮的许用最小直径：D 三 d(e -1)= 14.5(25 - l)=348mm式中系数e=25由2表12-2查得。由附表1选用标准滑 轮直径D=400mm，由附表2取平衡滑轮直径D =06D=250mm；p卷筒直径：D 三 d(e -1)=14.5(25 - 1)=348mmD=400mmD =250mmpD=400mm选用D400mm，卷筒绳槽尺寸由2表13-1查得槽距, t二20mm卷筒尺寸:L=2000mmT J H X iJ .L = 2 h + Z + 4 t + Li兀D0丿1v 0 丿二 2| 12 X103 X 313.14 x 414.5+ 2 + 4 20 + 358 丿=1704mm 取 L=2000mm式中Z0附加安全系数，取Z=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L=A=358mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；5 =15mmD0卷筒计算直径D0=D+d=414.5mm卷筒壁厚：5 = 0.02D + （6 10） =0.02X400+ （6 10） =14 18 取 5 =15mm卷筒壁压应力验算：2592.551.5 x 2=864.18kgf / cm 2_ SSG = nax = Q= maxy max 5 x t y max Qy maxY选用HT15-33铸铁材料，最小抗拉强度q =1500kgf/cm2, b最小抗压强度q = 6500 kgf/cm2 by许用压应力：L = 4 =1529.4kgf/cm2y 4.254.25Q V Q故抗压强度足够y maxY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5-2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:M = S l = Sw maxmax=2592.55 x(200 - 35.8、=212848.35kgf.cm卷筒断面系数:W =0.1=0.1X 404 374 =1714.6cm 340式中D卷筒外径,D=400mm；卷筒内径,D = D -25 =40-2 X 1.5=37cmi于是M2 二 124.14 kgf/cm 21714.6合成应力:QQ，二 Q + l-i i QyQ=124.14+ x 864.18 =293.65kgf/cy maxQ V Qll强度验算通过式中许用拉应力L = =300kgf/cm2l n 52Q V Q ll卷筒强度验算通过。5）选电动机计算静功率：N = + G0=血 + 322)9 =26.51KW j 102 x 60n 102 x 60 x 0.85式中耳机构总效率，取耳=0.85。（因n=n n nn=o.96o.98； zq型减速器效h* j* o，卷筒效率6）验算电动机发热条件率n=0.94,故对于一般无开式齿轮的传动效率n 0.85。 所以取n=0.85比较合适）电动机计算功率：N 三 kN =0.8 X 26.51=21.21KWe d j式中系数k由表查得，对于中级机构，dk =0.75 0.85，取 k =0.8dd查2表33-6选用电动机JZR -51-8，其N （25%）2e=22KW， n =715rpm， GD 2 =2.56kg m2，1d按照等效功率法，求JC =25%时所需的等效功率：N 三 k 丫 N =0.75 X 0.87 X26.51=17.3KWx 25j式中k 工作级别系数，查2表8-16,对于M5M6级,2556k =0.75 （中级）;25系数，根据tq/ tg值查得;t /1根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值，由q / g1查得，一般起升机构t /1 =0.10.2，取q gt /1 =0.1 时，丫 =0.87。q g由以上计算结果N V N，故初选电动机能满足发热条件xe卷筒转速：N =21.21KWe选电动机JZR -51-82N =17.3KWxN V Nxe电动机发热验算通过=-Vi =X =20.74r/min兀 D 3.14 x 0.414507）选择减速器减速器总传动比：、=34.47._n 715i 1 0 n 20.74jZQ650|_3Ci =31.5，质量 G =8780gkg,主轴直径d=60mm，轴端长查1附表35选ZQ-650-|-3CA减速器，当工作类型为选减速器 中级（相当工作级别为M5级）时，许用功率N=29KW,=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-i =9i o34 47=9.85m/min31.5v =9.85m/min误差: = v - v X 100%= 9.85 -9 X 100%=9.4%V 8 =15% v9实际所需等效功率:9）校核减速器输出轴强度N = N 匕= 17.3 985 =18.93KWV N （=22KWx x v9e（25%）由2公式（6T6）得输出轴最大径向力:R=1 （aS+ G）W R max 2 maxjN V N /、xe（25%）式中 aS =2X2592.55=5185.1kgf/cm2 卷筒上卷绕max钢丝所引起的载荷;G =972kgf卷筒及轴自重，参考附表8估计 jR=9200kgfZQ650减速器输出轴端最大容许径向载荷，由附表14查得。. R =1（5185.1 + 972）=3078.55kgf V R =92000kgf max 2由1公式（6-17）得输出轴最大扭矩：M = （0.70.8）屮 M i耳maxmax eR Vr maxN22式中 M = 975e（25% =975=30kgf.m电动机轴额定en715i力矩;屮=2.8当JC =25%时电动机最大力矩倍数，由 max2表33-6查得；耳二0.95 减速器传动效率;0Im =5950 kgf.mM =max(0.70.8 ) X 2.8 X 30 X 31.5M K M :二K oo耳z zj z2i ih 0(15000 + 322)14145 门“ =1.75 Xx 0.852 x 3 x 31.5=49.98kgf式中K =1.75制动安全系数，由1 查得。z选用由表18-10选用YDWZ-300/50制动器，其制动转矩YDWZ-300/50M =63kgf.m，制动轮直径D =300mm，制动器质量G =88ezzzkg制动器10 ）选择制动器咼速联轴器计算扭矩:M 二申 M n = 2 x 1.6 x 30 = 96 kgf.m kgf.mjsel I式中M = 30相应于机构JC%值的电动机额定力矩换 el算到高速轴上的力矩。=1.6安全系数，查表2-7得；申=2等效系数，查表2-21得。 8错误！未找到引用源。由2图33-1查得YZR 2 -51-8电动机轴端为圆锥形(11)选择联轴器d = 70mm, l = 105mm。由附表18选用CLZ半联轴器,3半齿联轴器;CLZ其图号为S180，最大容许转矩M =315kgf.mM值,C飞轮力矩 Gd2) = 0.396 kg m2，质量g =23.2kgl/S18浮动轴的两端为圆柱形d = 55mm, I = 85mm由附表18选用带0300mm制动轮的半齿联轴器，其图号为S198,最大容许转矩M =315kgf.m,飞轮矩tQd2) = 1.8 kg m2,质量 37.5kg.z带 0 300mm浮动轴的两端为圆柱形d = 55mm, l = 85mm动轮半齿联轴起动时间:器，图号S198t =q 375qU c Gd 2)+gM M 丿1i 2-)D 200i 2耳式中 Gd2)=Gd2) Gd2) =2.56+0.396+1.81dZ=4.756kgf m 2静阻力矩：“(Q G )D (15000 322b.4145 杯M =00= 39.5 kgf mj2in2 x 3 x 31.5 x 0.85平均起动转矩:(12 )验算起动时间M = 1.5M = 1.5 x 975 二%)= 1.5 x 975 工=45kgf .m qi -n125%715因此:=715q = 375(45 39.5)1.15 x 4.756 十(号00哄XO41452 (3 x 31.5/ x 0.85=2.016s查1对于380t通用桥式起重机起升机构的 t = 1 2sec，此时t 2s.故所选电动机合适qq制动时间：t = 2.0 secqt =z38.2(M -M )e 2j715=375(63 - 28.56)C (GD 2) + (Q + Go)Dq2 耳1i 2x 1.15 x 4.756 +(150 + 322)x0.41452 x0.85(3 x 31.5)2=0.32 sec(13 )验算制 动时间M (Q + G)DM =0 耳i2i i式中h 0(15000 + 322)x0.4145 八 “ “了 上=x 0.85 = 28.56kgf m2 x 3 x 31.5t =0.32secz查1得 v12m/min, t=1sec，因为t tj，故合适。(1)疲劳计算 轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩:M I = p M = 2 x 30 = 60kgf - mIm ax1 etz = 1sect tz式中申 为2,等效系数，由表2-7查得;1相应于机构工作类型的电动机额定力矩折算至计算轴的力矩。Me, = 975 “严%)“75 兰-=30kgf.ni61111(25%)715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60000.2 x 5.53=180.3kgf / cm 214)高速浮动 轴式中k = k - kx m考虑零件几何形状和零件表面状况轴材料用 45 号钢，c = 6000kgf /cm2Q = 3000kgf /cm2b由表 2-17t_i=0.22 c b =1320kgf /cm 2t s =0.6 c =0.6 x 3000=1800 kgf 1 cm 2s许用扭转应力：由1 中式(2-11), (2-14)2t1t =-1o k +q nI的应力集中系数;k与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡x和开有键槽及紧配合区段，k =1.52.5x与零件表面加工光洁度有关，此处取k=2X1.25=2.5考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢耳=0.2 ；9安全系数，查表2-21得ni = 1.6因此,t =2 X1320= 611.1kgf .mok (2.5 + 0.2) x 1.6故，T T通过.okT Tnok疲劳计算通过(2)强度计算 轴所受的最大转矩M =申 cMj = 2 x 39.5 = 79kgf .m9c 动力系数，由表2-5查得，因轴的工作速度较高, 取为2；Mj按额定起重重量计算轴所受静阻力距，由上节计算得。T IIsnii1800T6=1125kgf / cm 2最大扭转应力:M790037 4kfT=I Im ax = 3/.4kgf .mmaxW0.2 X 5.53T T maxII许用扭转应力：强度计算通过式中：n 安全系数，由表2-21查得n = 1.6IIiiT1.6初选车轮：由2表19-6选择车轮，当运行速度45m/min1.6,工作级别 为M5时，车轮直径D =350mm，轨道型号为P24，许用 c轮压为11.8t P 。故初步选定车轮直径D =350mm，而 maxc后校核强度。疲劳计算：疲劳计算时的等效载荷：Q 二申 Q 二 0.6 x 15000 二 9000kgfd 2式中申2 = 0.6-等效系数，由表2-7查。车轮的计算轮压：车轮直径：D =350mmc材料：ZG340-640轨道：24kgf/mP 二 K yP 二 1 x 0.81 x 3250 二 2600kgf j I d9000+40004=3250kfg小车车轮轮压；K冲击系数，由表2-6，第一种载荷，vv1m/sec时i等于K =1。iQ 9000 丫 载荷变化系数，查1 表5-3当Gd = 4ooo = 2.25时,xcY =0.8。根据点接触情况计算接触疲劳应力：2 1 2 1b= 4OOO3：P ( + )2 = 40003：2600(+)2jd 3 j D r33513=14407.8kgf / cm 2式中r =13cm轨顶弧形半径，由2表19-9查得。对于车轮材料ZG55 II ,由1表5-4查的接触许用应力b=17000-19000kgf/cm2.jd(2)强度校核最大计算轮压：P = K P = 1 x 4750 = 4750 kgfj max2 max式中K2一一冲击系数K=1,由表2-6,第二种载荷,v三1m/secb b 线接 jd jd触疲劳强度通过。b b d maxd max强度校核通过。时等于k =1。l点接触时进行强度校核的接触应力1、3513Pbd max=4000衬 P (? + !)2 = 40003 5750(? + 丄)/ max D rA1 3513=17613.1kgf / cm 2车轮材料用ZG55I，由2表7-10查得:b=20000-23000 kgf/cm2 b b d maxd maxd max摩擦总阻力矩：M = 66.5kgf .mm当满载运行时的最大摩擦阻力：M = (Q +卩0 125=2(15000 + 4000 )(0.0005 + 0.02-) = 66.5kgf .mf23)运行阻力的计算式中，Q起升载荷；G起重机或者运行小车的自重载荷；d轴承内外径的平均值，d=125mm；D一一车轮踏面直径，D=350mm，车轮轴承型号为7518；k 滚动摩擦系数，初步计算时可按表7-1到7-3 查得 k =0.0005m 卩=0.020 =2。运行摩擦阻力:Pm(Q=Q)380kgfM66 5P = mo=Q)= 380kgfm(Q=q)D /20.35/2M = 14 kgf .mm (Q = 0)C当无载荷时：M 二 G2kd 0m (Q=0)xc2P = 80 kgm (Q=0)0 125二 2x 4000(0.0005 + 0.02)二 14kgf m2Pm (Q=0)Mm (Q=0)D /2C140.35/2=80kgf电动机的静功率:Pvjxc102 x 60n m380 x 42102 x 60 x 0.9=2.90 kw4)选电动机选电动机：JZR - 21 - 62N =5 kwen 1=930r/min式中，P=P(QQ)满载运行时的静阻力；J m(Q=Q)m驱动电动机台数m=1；初选电动机功率：N=k N.= 1.15 X 2.9=3.33kwd J式中，kd一一电动机功率增大系数，由表7-6得kd=1.15。由2表 33-6 选用电动机 JZR - 21 - 6，N =5kw，n“=930 2 e 1r/min，(GD2)d=0.376kg.m2，电动机质量 95kgf。电机等效功率:=0.75 X 1.12 X2.9=2.44kw式中，K2.5工作类型参数，由L表8-16查得，当JC%=25发热验算通过时，K2.5=0.75r 一由按起重机工作场所得tq/tg=0.2，查得r=i.i25）验算电动机发热条件由此可知，Nx N，满足发热要求 ev42n = l = 38.2r / minc 兀D兀 x 0.35C车轮转速：机构传动比:930 - 24.350 n 38.22由2表 21-16，选用 ZSC-400-vi-2 减速器,=27；ZSC-400-VI-2 减速器6）选择减速器故 NjVN实际运行速度:r i . _ 24.35“ cc / .卜=42 x = 37.88m / min dc dc i270误差:V - V 42 - 37 88-=9.8% 15%42 dcxc Vdc实际所需电动机静功率:叫和Ne均在N=3.12kw （当输入转速为 1250r/min 时）。许用范围内“ V“ 37.88N =N xc = 2.9 x = 2.59kwj J V42xc由于N.vN，故所选电动机和减速器均合适 j e7）验算运行速度和实际所需起动时间:功率ntq= 38.2(mMq - Mj) mC(GD )i +(Q + G)D 2C i20 “式中n l=930r/mi n；m=1 (驱动电动机台数);M =1.5M =1.5x 975 x= 7.86kgf - mqe930满载运行时的静阻力矩：8）验算起动时 间M766.5m( Q=Q)= 2.74kgf - mi n 27 x 0.90当无载时的运行静阻力矩：叫(Q=Q)M14M= m (Q=0) = 0.576kgf - mj(Q=0)i n 27 x 0.90初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩：(GD2)z+(GD2)0.26kg m2机构总飞轮矩(高速轴)：C(GD2)l=1.15X (0.376+0.26)=0.731kg m2满载起动时间：=930(15000 + 4000) x 0.352tq(Q=Q)= 375(7.86 - 2.71) .+272 x 0.9=2.06s无载起动时间：t930q(Q=0) 375(7.86 - 0.576)0.731 +4000 x 0.352272 x 0.9=0.503s当L =30m/min 60m/ s 时，t 的推荐植为 56 s,cq故tq（Q=Q）%，故所选电动机能满足快速起动的要求.t =0.503s T(Q=Q)i 20mbD)+ (+G 応11）选择制动 器 930375 x 31x 0.731 +(15000 + 4000)3.352x 0.9故满载起动时不会打滑，因此所选电动机合适。由1查得，对于小车运行机构制动时间t W34s，取zt =3s，因此，所需制动力矩:zn1 m 3&2tz仏。+ 40000,0005 + 0.02 2 晋272 0.9=1.97 kgf.m由7表23-25选用YWZ - 200/100 ,其制动转矩选制动器JWZ-200/10012)选择高速轴联轴器及制动轮M = 4kgf mez考虑到所取制动时间t = 3s与起动时间t = 2.06s很接 q近，故略去制动不打滑条件验算(1)高速轴联轴器计算转矩，由2 (6-26)式:M =申n M = 1.4 2 2 2 5.24 = 14.67kgf .mjsI elN5式中 M 二 9750 e J?5%)二 975 x二 5.24Nm 一一相应eln930i于机构JC%值的电动机额定力矩折算到高速轴上的力矩；n一安全系数，由表2-21查得;申一一等效系数，由表2-7查得。高速轴联轴器由2表33-1查电动机JZR2 - 21 - 6两端伸出轴各为圆柱 d=40mm，l=110mm。由2表 21-15 查 ZSC-400 减速器高速轴端为圆柱形d =30mm，l =55mm。故从t附1CL联轴器YA35JA30表21-11选全齿式联轴器，标记为：CL1联轴器J30其公称转矩T二71kgf .m M = 14.67kgf m，飞轮矩ncCd 2) =0.12kg m 2，质量G =10.2kg制动轮ll高速轴端制动轮：根据制动器已选定为YZW 200/100，200-Y35Q/ZB118.2(Y)由7表 23-39 选制动轮：制动轮 200-Y35 Q/ZB118.2(Y)，其飞轮矩 Gd 21 = 0.14kg - m2，质量G =11kgfzz以上联轴器与制动轮飞轮矩之和：Cd 2）+ Qd22 =0.26kg - m2l原估计0.281kg - m2基本相符，故以上计算不需修改（2）低速轴联轴器计算转矩，可由前节的计算转矩Mc求出1 1M = M -if = x 14.67 x 27 x0.9 = 178.24 kgf.m js 2 j 02由2表21-15查得ZSC-400减速器低速轴端为圆柱形13）选择低速轴联轴器d=65mm, L=85mm，由2表19-4查得主动车轮的伸出轴低速轴联轴器 端为圆柱形d=65mm， L=85mm，由7表21-11选用两个CLZ 联轴器clz3半齿式联轴器。标记为33YA50CLZ联轴器缎A653A65最大允许扭矩M=315kgf.mM C（1）疲劳验算 低速浮动轴的等效扭矩：M5 24M =屮 2刀 i耳=1.4x 2 x 27 x 0.9 = 89.13 kgf.m前节已选定浮动轴端直径d=50mm，其扭转应力:89130.2 xG)=356.52kgf / cm214）验算低速浮动轴强度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），许用扭转应力：=-1kt 11 kni13201x -2.51.4=377.1kgf / cm2式中：轴材料用45号钢，取b =6000 kgf / cm 2bQ =3000 kgf /cm* 1 2, t =0.22Q =1320 kgf /cm2s-1bT s =0.6Q =0.6X 3000=1800 kgf /cm2sK二K - K 考虑零件几何形状和零件表面状况的应x mT V IT n-1k疲劳计算通过力集中系数,参考起升机构计算，K=2.5;n = 1.4 安全系数，查表2-21得：IT VL 疲劳计算通过n-1k（2）静强度计算 静强度计算扭矩：M5 24M =屮 -im= 2.25xx 27x 0.9II CII 2 o2=143.25kgf.m式中屮一一动力系数，查表2-5屮 =2.25。cIIcII扭转应力：TmaxM W143250.2 x 53=573kgf .m许用扭转剪应力:2T V T maxII静强度验算通 过 浮动轴d=50 d =601T =1800ii1.4=1286kgf .miiT Vt 静强度验算通过maxII浮动轴直径：d = d + （510）=5560m 取d =60mm1 13 吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，2006.54 陈道南、盛汉中.起重机课程设计.冶金工业出版社，2002.6参考文献：1陈道南、过玉清、周培德、盛汉中.起重运输机械.冶金工业出版社，20052起重机设计手册编写组起重机设计手册机械工业出版社,1980