5T桥式起重机小车运行机构设计毕业设计

东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日 期：5T桥式起重机小车运行机构设计摘 要桥式起重机是工业生产中的惯用基础器械，它可以利用大车运行机构和小车运行机构在车间内任意允许位置调配零件，这可以大大缩减人力物力，而且效果明显。日常生活中在车间内搬运大型零件或重型装置，桥式起重机是必不可少的。桥式起重机小车运行机构作用是控制小车在主梁上正反向的停动，它与起升机构一起安装在小车架上，组成部件有减速器、电动机、制动器、主动轮组、从动轮组、传动轴等。本文设计的桥式起重机为室内使用，配备在需要频繁搬运重型零件的车间内，自然条件对它的工作影响相对较小。5T桥式起重机在行业内属于中小型器械，起重机的载荷不高，在设计过程中对部件的选择范围相对较宽。关键词：小车运行机构；桥式起重机；小车架；减速器Design of the 5T Bridge Type Hoist Crane Car Movement OrganizationAbstractBridge crane is commonly used in industrial production as a based instrument, it can use the cart running institutions and car running mechanism deploy any parts ahywhere in the limited workshop to reduce manpower greatly, and the effect is obvious. Bridge crane is necessary to handling large or heavy equipment parts inside the workshop in our life.That is control of the car to move forward and reverse on the bridge girder. Bridge type hoist crane Car movement organization mounted on the small frame with the lifting organization. And it is consisted of reducer, motor, brake, the driving wheel group, the driven wheel group, the transmission shaft and so on. In this paper, the bridge crane is designed for using indoor, and it would be located in the workshop equipped with the need to carry the heavy parts frequently, because of that the natural condition has an relatively small influence on its work. 5T type bridge crane is belong to the small and medium-sized equipment in the industry, crane load is not so high, that the range of the selection of parts is relatively wide in this design.Keywords：Car Movement Organization; Bridge Type Hoist; Small Frame; Reducer目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 起重机的定义11.2 起重机的工作原理11.2.1 驱动装置1机构组成21.2.3 起升取物装置21.3 国内外起重机发展状况2第二章 桥式起重机的介绍3组成和特点32.2 桥式起重机的分类32.2.1 通用桥式起重机32.2.2 专用桥式起重机32.2.3 电动葫芦型桥式起重机4小车42.3.1 起升机构52.3.2 小车架5小车运行机构52.3.4 安全装置62.4 本次毕业设计中的内容7主要参数7结构特点8第三章 小车运行机构及小车架9小车运行机构设计分析9确定传动方案93.3 桥式起重机小车架分析113.3.1 小车架的形式113.3.2 小车架的结构123.4 小车架的方案选用13第四章 小车运行机构设计计算154.1 小车运行机构设计计算154.1.1 确定传动方案154.1.2 车轮及其轨道的选择154.1.3 计算运行阻力164.1.4 电动机的选择16电机发热条件的验算17减速器的选择17运行速度和实际所需功率的验算17起动时间的验算17减速器功率的校核18车轮起动不打滑条件的验算194.1.11 制动器的选择194.1.12 高速轴联轴器以及制动轮的选用204.1.13 低速轴联轴器的选择20低速浮动轴的强度验算21第五章 小车架的计算235.1 计算参数235.2 求支点反力265.3 求弯曲力矩和扭转力矩265.3.1 对断面265.3.2 梁（减速机梁）275.3.3 梁（中间梁）29第六章 结束语31致 谢32参考文献33第一章 引 言起重机行业的迅猛发展已经将起重机设计的发展要求提高到了一个更高层次，当今市场企业用以提升自身竞争力的途径主要就是创新设计方法。“传统的设计理念和方法已经不能与现代化的计算机设计技术相适应，这对于行业的直接影响就在于设计的模式转变，要充分考虑到客户的使用性能，机构的设计和布局要充分满足人机关系，让产品可以在安全、舒适、高效的环境中稳定运行。1-2”这对于初步涉足行业设计的年轻设计者而言所要补充和提升的技能就是在传统设计基础之上将现代化的知识合理的渗透到设计过程中来，要用创新的思维和观点来面对日新月异的市场变化和发展。桥式起重机是以主梁架与车间两侧端梁轨道上进行允许范围内起吊、搬运重物的机械设备。主梁以打车运行机构沿设于车间两侧高架上的轨道实现纵向运动，这样的布置可以使对于车间空间范围最大化的利用，在任何位置进行重物调度不受地面设备的影响。这已经是行业内使用数量最多而且使用范围最广的一种起重机械。小车运行机构作为起重机上的重要机构，对其进行研究，改进其结构使其更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的现实意义。本次设计的桥式起重机小车运行机构的组成部件主要有运行驱动装置、运行支承装置以及一些相应的控制设备。“传统设计的桥式起重机小车运行机构大多采用集中驱动方式，但这种驱动方式在恶劣的环境下也有其弊端就是受零件数量和型号选择的影响容易出现冲击噪声，从而产生磨损缩减使用寿命。因此，一些级别要求较高的大型设备大多采用分别驱动方式，这样不仅减少了零部件的数量，而且通过对结构布置的改进也避免了很多毛病的出现。3”对于本次设计，由于是室内使用且载荷较小，为简化结构、节约成本，任然沿用传统集中布置方式。 起重机的定义“起重机(Crane)是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，具有动作间歇性和作业循环性的货物搬运机械。其工作循环大概可以分为一下几个部分：取物装置提起货物；纵向或横向水平移动到所需地点发下货物；返回原位进入下一循环。4”1.2 起重机的工作原理“起重机械5”的主要用途和使命就是起重，这也决定了起升机构在整个起重机中的核心地位，任何形式的起重机的选择与设计都必须包含起升机构，而为了拓宽起重机的多方面使用性并增大工作环境的许用范围，在传统机构的基础上再设计出其他机构与起升机构配合运行。 驱动装置“驱动装置6”的作用就是为整个工作机构提供动力来源以便能够按照制定要求实现运行。行业内常见的驱动装置主要分为电力驱动和内燃机驱动等。由于电能的清洁性和经济性，在实际生产制造过程中大多选用电力驱动，几乎所有在小范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等都采用这种驱动。而对于像汽车起重机或履带起重机这种流动式起重机而言大多采用内燃机驱动。机构组成机构主要包括：运行机构、起升机构、旋转机构和变幅机构。其中运行机构就是通过大车和小车分别带动主梁和小车运行来实现水平搬运物料；起升机构就是负责垂直起降货物，将其升至一个合适位置方便平移；旋转机构就是通过机构间的运动组合来搬运货物；変幅机构主要应用在门座式起重机中通过控制臂架的角度和长短来控制作业幅度。1. 起升取物装置“取物装置7”是根据起重机使用需求选择使用吊钩、抓斗、夹板、吸盘等形式，将货物按生产需要进行搬移或筛选分离的装置。取物装置选择的正确与否直接影响到工作效率的高低。 国内外起重机发展状况“根据所查资料，国内外起重机的发展趋势归纳如下4个部分: 8-11”1.大型化现今社会,工业生产工程的不断扩大对大型起重机的迫切需求已经使目前现有的起重机规格不能满足，为此，新世纪的起重机设计项目也正在向大型化发展，纵观整个国际环境在这方面的研究相对领先的还属德国。2.高新材料及工艺新材料的使用，大幅提高了钢材质量。在机构使用等级不变的情况下提高许用应力的设定，这样可以在一定程度上降低机构的重量从而节省了用料成本。对于批量生产的设备零件，使用数控工艺能提高生产率降低成本。3.设计参数化这几年,一些国内外起重机企业在起重机设计形式上已经从单一的CAD(计算机辅助设计系统)绘图,发展到整体设计的计算机参数化和模块化。国内生产重量约29t的起重机,国外一些制造商可以控制在18t左右。4.整合设计21世纪以来，起重机设计行业内的设计概念有了翻天覆地的变化，多轴式的设计方案打破了传统的驱动设计,采用液压传动使得整体结构更为紧凑。综上所述国内外在起重机设计理念方面的发展已经日趋成熟,多种快速设计系统的开发也逐步可以实现推广。而对于传统的设计繁琐，我们现在要做的是将设计过程数字化、参数化、程序化大大降低设计周期。第二章 桥式起重机的介绍组成和特点桥式起重机就是主梁两端通过运行装置像平板桥一样直接支撑在高架轨道上的起重机。其一般由桥架（主梁）、起重小车、司机室、电气设备等几大部分组成。12”其特点就是可以充分利用主梁下方车间空间，避开底面障碍物搬运移动重型货物或零部件。 桥式起重机的分类.1 通用桥式起重机通用型桥式起重机就是在普通环境中工作的一般用途的桥式起重机。根据其取物装置的不同大致可以如下进行分类：1.电磁桥式起重机 取物装置上挂1个直流起重电磁铁，用来吸引与吊运磁性黑金属及相关产品。主要应用于垃圾回收站等需要将较为繁杂的含磁性物质的货物进行分类的场合。2.吊钩桥式起重机此种桥式起重机的取物装置直接就是金属吊钩，根据不同吨位的起重机选择不同规格的吊钩，结构较为简单直接用于货物的搬运，一般安装于生产车间内或有高架轨的露天场合。10t以下的一般只设1个起升机构；16t以上的则可以用主、副两个起升机构来实现不同起重量的起升要求。3.抓斗桥式起重机取物装置为抓斗，以钢丝绳连接实现抓斗的开闭与起升。主要用于码头等有大量散货需要装卸搬运的场合。以上介绍的是三种最基本的形式，另外可以根据起重机的多用性派生出两用、三用和双小车三种形式的桥式起重机。.2 专用桥式起重机在生产过程中为了满足特殊环境的工作需求，需要在通用型桥式起重机的基础上结合具体情况加以改善设计从而确保起重机工作的安全性与稳定性。一下分别介绍三种专用桥式起重机。1.绝缘吊钩桥式起重机 此结构形式的设计主要是为了避免起重机运行过程中带电设备的电流可能经过导电货物传到起重机上从而危及到司机室内的人员安全。这种形式的起重机一般要求在吊钩组、小车架和小车轮处设置3道绝缘装置增强安全性。2.冶金桥式起重机 根据冶金车间的工作需求细化设计取物装置，尤其在其材料选用方面要着重考虑以适应高温环境。这类起重机的起重量普遍很大，有的高达数百吨。 3.防爆吊钩桥式起重机 此类起重机所用的整套电气设备都必须考虑其防爆性能。大小车车轮要选用不易与轨道间产生摩擦火花的复合材料制造，避免引发燃烧或爆炸事故。这类起重机一般安装在粉尘量较严重的车间或放有易燃易爆物的场所。.3 电动葫芦型桥式起重机 这类桥式起重机是用一个自行式电动葫芦代替通用桥式起重机的起重小车来实现货物的起升与平移的。与通用桥式起重机相比，其运行速度较慢、起重量小、工作级别不高，但比较容易与标准件配套使用、能耗不高、用料量低，对高架轨的压力较小，经济性好，使用方便。图2.1 桥式起重机的分类小车桥式起重机小车又称行车（图），它的整体支承装置是由钢板焊接而成的小车架，为其提供动力的是小车运行机构，而负责升降货物的机构则是卷筒起升机构。除此之外，为了维持小车运行的平稳性和避免发生冲击还需设置一些安全装置。在设计过程中，起升机构和运行机构是分开设计选择独立部件组成的。在动力传递方案设定中，将轴与轴间传递的不精确因素用齿轮联轴器来进行补偿，这在很大程度上弥补了轴线的偏移，修正了安装过程中的一些不确定性误差。这样的设计方案，使得机构的拆装与维修便利性得到了很大的改善。此外对于部件的选择，尽量选用标准件或行业成品，这样不仅可以节省大量的资金成本，也反而会提高设备部件的互换性，使产品在市场更具性价比。2.3.1 起升机构“起升机构由电动机、传动装置、卷筒、制动器、滑轮组及吊钩装置等组成。由于这些零件结构和组合方式的差异性，因此有很多种结构形式，但不管哪种形式，均应考虑到改善零部件受力情况，减少外形尺寸及自重，工作平稳，安全可靠，拆装维修方便等因素。19”由于本设计主要考虑的是运行机构，而且起升机构也有同组成员专门设计，故此不做详细阐述。图2.2 吊钩桥式起重机2.3.2 小车架小车架要承受全部的起升重量以及小车的自重，因此必须要保证它的强度和刚度满足要求，再次基础之上还应尽力减轻自重以控制轮压以及主梁的受载。现代工业的进步使得起重机小车架大多采用焊接结构完成，用料主要考虑钢板或角钢。由于小车的受力大多分布在车轮行走轨道两侧，小车架的结构也因此而用沿着轨道上方的纵梁和搭在两纵梁之间的横梁构成一个刚性的整体，纵梁的两端与中间段的结构不同，要为安装车轮的角形轴承箱留出直角悬架。其余空缺面积都用钢板焊接平整，为简化车架的加工，焊接装配电机、减速器等的垫板时应当尽量控制在同一平面。.3小车运行机构桥式起重机小车运行机构由减速器、电动机、主从动车轮组、联轴器、传动轴等组成。根据设计参数要求以及设计的设备工作环境要求计算选择适当的部件，要充分考虑到彼此之间的装配关系，避免相互干涉。机构中各轴的支承均选用用滚动轴承，卷筒和车轮安装在转轴或心轴上。因为起重小车是后轮驱动设备，从动车轮不需要承担转矩安装在心轴上，而主动车轮有动力输入则安装在转轴上，轮轴与减速器输出轴端用齿式联轴器连接。因为车轮组是焊装在小车架上的，所以卸下联轴器后车轮就可以单独拿下。由于小车架总体尺寸有限，因此在机构布置时可用空间也很有限，为使得结构紧凑可以将制动轮与齿轮联轴器做成一个部件，这样不仅有利于拆装而且也大大节省了用料（图中5）。图2.3 桥式起重机小车构造图1-垫板；2-从动车轮组；3-主动车轮组；4-减速器；5、6-起升及运行机构2.3.4 安全装置起重小车除有运行机构、起升机构和小车架外，还要配备安全保护装置。安全装置主要有重量限制器、限位开关、栏杆、排障板、撞尺及缓冲器等。1.栏杆栏杆的作用就是在小车安装和维修过程中保障人员。一般与小车架的非轨道侧用焊接或螺栓连接的方式进行固定，为了不阻碍维修人员的上下进出在沿轨道侧一般不设栏杆。对于栏杆的材料选择，业内普遍选用的是角钢（L50）或钢管，而且为了保证其功能规定高度不低于0.8m。2.限位开关“其作用是限制吊钩和小车架的极限位置。为了让吊钩不会与小车架相碰，在起升机构卷筒旁边设置坠重式限位开关（图a）。“当吊钩组上升到最高点，吊钩组上的挡板便将坠重抬起，使钢丝绳松弛，继而带动杠杆在另一端重块作用下转动30左右，断开开关盒内的电路触点，起升机构电动机断电停止工作，吊钩组只能下降。图示意的是将坠重固定在连杆上，吊钩组上升到极限点撞上连杆使其绕固定铰点摆动抬起固定在其上的坠重，带动开关动作，电动机断电停机。相比较而言上述两种方案中后一种布置方式使限位开关在小车架上的位置选择性更为灵活。19”图2.4 杠杆式限位开关3.缓冲器、排障板与挡铁为了防止限位开关失灵，在大车桥架轨道的两个极端位置，装有弹簧式缓冲器和挡铁，用此来阻止小车前进和吸收撞击时小车的动能。缓冲器安在小车架上（图2.4 b）其构造图如图所示。当小车运行速度不高时，也可以用木块和橡胶块进行缓冲。挡铁装在桥架主梁的两端，也有将缓冲器和挡铁的位置对调安装的。排障板设在小车架端梁两端的车轮外侧，用于清除轨道上的障碍物，以确保小车安全稳定的运行。图2.5 弹簧式缓冲器 本次毕业设计中的内容.1主要参数这次设计的起重机为5T桥式起重机，安装于普通工程厂房内，用于车间大型零件和重型器械的搬运和调用。基本数据为桥机跨度：m；额定起重量：5T；起升高度：14m；起升速度：10m/min；小车运行速度: 50m/min；大车运行速度：60m/min;整机工作级别：A5;机构工作级别：M6。.2结构特点1.本设计选用双梁单小车结构，小车上设有一个吊钩起升机构用于吊运5t以下物品。2.车轮组采用单点分别润滑，减速器立式安装，带油泵润滑。3.小车架由主梁、端梁、栏杆等组成，均用钢板焊接而成。第三章 小车运行机构及小车架3.1小车运行机构设计分析“小车运行机构7”是通用桥式起重机小车的三大组成机构之一，也是起重小车的动力源泉。它的工作形式就是驱动起重小车在主梁桥架上做横向移动，带动抓取货物的取物装置到达指定位置。运行机构的主要结构就是从动力源电动机一直到输出原件主动车轮的一整条传动链，为了满足刚度强度要求所有零部件都采用金属机械制造而成。它的组成结构可以如图3.1所示分类。图3.1 小车运行机构结构图根据主梁桥架的不同在其上设置的小车结构也有所差异，因而派生出单双梁两种小车形式。本设计所采用的方式就是双梁形式的单小车吊钩桥式起重机。为了缩减设计周期提高工作效率，在设计计算中可以参考使用同类型产品的设计计算套路，结合自身的设计参数要求进行相应的变动改良设计，这样技能减少设计工作量而且大大降低设计成本。3.2确定传动方案运行机构的布置方法主要分为集中布置和分开布置两种，大车运行机构承担的载荷较重而且整体稳定性要求也比较高大多采用分开布置方案，而对于小车运行机构而言其结构相对集中车轮间的转矩差不是很大，为了力矩传递的高效性大多选用集中驱动方案。集中驱动需要选用传动轴来将减速器的转矩直接传递到主动车轮组，为了安装方便电动机通常设置在小车架上方，这就需要选用立式安装的减速器来上下传递力矩。为了简化整体的设计步骤减轻任务尽量选择标准件和行业成品进行组装，这样既节约了成本又为后续使用提高了便利性。整个运行机构的核心部件就是立式减速器，不仅仅是因为它的重量较重更是因为在整条传动链中的核心地位，根据减速器的位置设置于小车轮单侧、车架中间以及与电动机传动轴整合安装传动方案可大致分为下述三种形式。（1）减速器位于单边车轮一边图所示的是立式减速器布置在靠近某一侧车轮的方案。这样的方案是的减速器正好处在某一侧主梁上方，有利于小车的拆装和维修，直接从主梁上行走就可以。至于它的缺点就是离减速器较远的一侧车轮需要用较粗的传动轴来传递转矩，而且由于两侧车轮离减速器距离不等，接受的力矩有一定的偏差会在行走过程中产生一些波动影响稳定性。实物图见图。减速器位于单边车轮一边的传动方案图3.3 实物图（2）减速器位于小车架（两车轮）中间图3.4所示的是减速器布置在车架中间的传动方案。这种传动方案避免了两侧车轮离减速器不等距而产生的力矩差的问题保证了两侧车轮均用接受力矩安装也比较方便，允许有一定的安装偏差，但由于两侧都相距一定距离使得机构中要多添加传动轴和联轴器来传递力矩，这样整体机构就会变得有些笨重，同时也提高了制造成本。实体三维模型见图。图 减速器在中间的小车运行机构简图图3.5 实体三维模型（3）“三合一”驱动为了实现机构的高效性可以将传动装置、驱动装置、制动装置整合成一个整体，这种新型的整合结构已经在行业内有了很好的发展并且也开始进行推广使用。因为三个独立部件合为一体使其整体结构变得紧凑，以上的一切优化设计都在其性能上得到了很好的体现，方便高效、体轻稳定，但这一切的高性能都要以其高昂的造价为前提。因此，为了节约成本，本设计并未选择此设计方案。3.3 桥式起重机小车架分析3.3.1 小车架的形式“小车架是起重小车运行机构和起升机构的装配基础，是整个小车的基座骨架。因此在选择钢板或成型钢材焊接时必须要严格考虑到它的刚度强度要求，而且要在保证性能的基础上轻量化、便利化。根据不同时期的生产力发展水平小车架的制造型式大致经历了三大阶段，即为铸造、铆接和焊接。每次的发展与变换都比前者要优化很多，具体介绍如下：1.铸造型铸造的小车架将轴承座和减速器的箱壳都铸成一体。它的整体比较坚固耐冲击，而且由于一次成型使得其上孔与垫块的位置定位精准不易发生偏差。但是由于使用铸造形式，车架整体会显得比较笨重这不仅仅体现在其重量上，在工艺上安排得也比较繁琐，现在已经基本淘汰。2.铆接型铆接技术发展起来以后被迅速应用到了小车架的设计中来，这不仅大大减轻了小车架的重量而且在用料上也相对节省了很多，因而本大量使用以取代铸造型的小车架。（3）焊接型最近十几年焊接技术得到了很好的发展，这也为小车架的生产提供一个新的转变方式，焊接的小车架由成型钢和钢板焊接而成，其中槽钢、角钢和工字钢应用得比较广泛，为了节约成本在成型钢可以满足条件前提下尽量选用成型钢。根据起重机其重量的不同在焊接材料的选择上也有很大的差异，起重量相对较小的的可以直接全部用成型钢完成，而对于有一定起重量的起重机而言则可以适当选用一些成型钢配合使用，起重量很大的起重机就必须全部用钢板来配合完成，在应力和扭矩较大的地方多设置一些筋板对整体的强度更有利。近年来，为了减少焊接工作量，在车架中采用一部分钢板冲压成型的构件来替代焊接构件，使车架的重量减轻，制造更方便。制造小车架所用的型钢和钢板一般都用Q-235钢。在设计过程中不能为了降低车架重量以为选用高强度钢材，那样会对小车架的刚度产生很大的影响最后直接导致整体工作性能大打折扣 13”3.3.2 小车架的结构小车架的形式一般分为两根纵梁加两跟横梁和两根纵梁加多根横梁两种形式，如图和图所示。两根纵梁沿着轨道方向铺设两端要为主从动车轮组的角轴承箱的焊接留有空间，在与之垂直方向则用横梁连接形成小车架的主要受力刚架。在车架上的所有空缺部分都用钢板拼接焊平整，但要注意在需要留孔和槽的地方留出充足的空间用以穿钢丝绳。为便于机构的安装，车架台面上要焊接电动机、减速器、制动器和轴承座的所有垫板或垫座。同时为了简化垫板加工以及焊接的方便尽可能把这些垫板的加工面布置在同一平面内。如果需要局部加强可以在小车架台面板的下面焊上一些将强劲。图3.4 连根横梁小车架平面布置图图3.5 三根横梁的小车架平面布置图在小车架纵梁两端弯曲下盖板上要焊接垫块以安装主从动车轮组的角形轴承箱，因此要选用厚度合适的钢板才能承担力矩。“垫板的四面都要加工，侧面的宽度要与角形轴承箱的凹槽形成配合。在焊接固定的地方要留有足够的间隙，因为一般此处的焊缝高度要达到6mm左右才能将垫板与轴承箱凹槽相联结。14”3.4 小车架的方案选用根据本设计的参数要求选用如图所示的方案，为将上节所选用的电动机、减速器、制动器、车轮组等安装布置于小车架上，需要在小车架上焊接台面和垫块用于与电动机、减速器、制动器的地脚螺栓连接固定，现设计布置如图所示。图3.6 小车运行机构装配图第四章 小车运行机构设计计算 小车运行机构设计计算.1 确定传动方案经比较后，确定采用图所示传动方案，因为本设计所要求的载荷较小，该方案的缺点对本设计的影响小，相反由于去结构简单，装卸维修方便更有利于生产实践。.2 车轮及其轨道的选择1.车轮、轨道最大轮压：小车自重取Gxc=4000kg。假设轮压均布，则根据公式：Pmax=14Q+Gxc=145000+4000=2250kg=22500N （4-1）同理可得最小轮压为：Pmin=14Gxc=144000=1000kg=10000N （4-2）根据“附表1716”，当运行速度0.9，工作级别为中级时，车轮直径可以选用Dc=315mm，相应的轨道型号则选用18kg/m（P18），查表得该轨道许用轮压为。国标GB4628-84规定，车轮直径可取的行业系列有Dc=250、315、400、500、630mm，因此为了节约成本提高经济性初选车轮直径为Dc=315mm。2.验算强度:车轮的接触强度要按照车轮与轨道的点接触和线接触两种情况进行校验。首先要计算车轮踏面的疲劳载荷：Pc=2Pmax+Pmin3=222500+100003=18333.3N （4-3）为保证车轮的耐磨性可以选择ZG50SiMn作为车轮的材料，查表可得 S=340MPa ，b=640MPa 计算点接触局部挤压强度：Pc=k2R2m3C1C2=0.132157.520.4730.940.9=26681.598N （4-4）k2点接触许用应力常数（N/mm2），根据“表5-216”可知k2=0.132；R曲率半径，为了保证车轮的强度一般取车轮与轨道曲率半径中较大的值，车轮曲率半径为r1=D2=3152，轨道曲率半径为r2=90（由“附表2215”查得），故取R=3152=157.5；m由rR比值（r为r1、r2中的小值）所确定的系数，rR=90157.5=0.57，由“表5-516”查得m；PcPc 验算通过计算线接触局部挤压强度：Pc=k1DclC1C2=5.625019.40.960.9=23466.24N （4-5）其中 k1线接触许用应力常数（N/mm2），由“表5-2可知k1；17” l轨道与车轮之间的有效接触强度，“附表22，16”可知对于轨道P18而言，l； C1转动速度系数，“表5-3，17”当nc=vD=500.315=50.525rpm时，C1=0.94； C2机构工作级别系数，“表5-4，16”当工作级别为M6时，取C2=1。PcPc 验算通过根据计算结果，选定直径Dc=315mm的单轮缘车轮作为主动车轮，标记为：车轮DYL-315 GB4628-84；被动车轮选用同规格的双轮缘车轮。.3 计算运行阻力计算阻力矩：Mm=（Q+Gxc）（k+d2） （4-6）根据“附表19，15”可知Dc=350mm的车轮组作用的滚动轴承型号为7518，因此Dc=315mm车轮组的轴承也选用型号为7518的滚动轴承。根据轴承尺寸可算出轴承内外径平均值d=90+1602=125mm。根据“表7-1表7-316”可知此型号轴承滚动摩擦系数为k=0.0003,轴承摩擦系数为=0.02，附加阻力系数为=2.0，带入式（4-6）可知满载时运行阻力矩为：MmQ=Q=5000+40000.0003+0.020.12522=27.9kgm=279N （4-7）运行摩擦阻力为：Pm(Q=Q)=Mm(Q=Q)Dc/2=2790.315/2=1771.43N （4-8）空载时：Mm（Q=0）=Gxck+d2=40000.0003+0.020.12522=12.4kgm=124Nm （4-9）Pm(Q=0)=Mm(Q=0)Dc/2=1240.315/2=787.3N （4-10）.4 电动机的选择计算静功率：Nj=Pjvc1000m=1771.431000600.91=1.64kw （4-11）其中 Pj=Pm（Q=Q）为满载时的静阻力； 为机构传动总效率； m=1 为电动机选用的台数。初定电机功率：N=kdNj=1.151.64=1.886kw （4-12）其中 kd电动机的功率增大系数，根据“表7-616”可知，kd=1.15由“附表3022”选用电动机YZR132M1-6， NekW， n1=908r/min， (GD2)dkgm2；电机质量Gdkg。.5电机发热条件的验算计算等效功率：Nx=K25Nj=0.751.121.64=1.3776kW （4-13）其中 K25电机的工作级别系数，查表可知，“JC=25%时，K25=0.7516”； 由“表6-516”查得tq/tg，查“图6-623”得。NxNe，所以电机的发热条件验算通过.6减速器的选择转化车轮旋转速度：nc=vcDc=503.140.315=50.55r/min （4-14）机构所需传动比计算：i0=n1nc=90850.55=17.9 （4-15）由“附表4015”参考选择ZSC-350-2型立式减速器，具体参数为：i0=17.2 ，N中级=2.2kW ，NxN中级。4.1.7运行速度和实际所需功率的验算实际速度：vc=vci0i0=5017.917.2=52.044m/min （4-16）计算误差：=vc-vcvc=50-52.04450100%=4.0876%15% 可以通过 （4-17）实际所需的等效功率：Nx=Nxvcvc=1.377652.04450=1.4339Ne ，合格 （4-18）.8起动时间的验算机构起动时间计算公式：tq=n138.2（mMq-Mi）mCGD21+（Q+Gxc）Dc2i02 （4-19）其中 n1=908r/min；驱动电动机台数m=1；Mq=1.5Me=1.59550Ne（JC25%）n1=1.595502.2908=34.708Nm （4-20）运行过程中等效到电机轴上的运行静阻力计算：满载计算：Mj（Q=Q）=MmQ=Qi0=27917.20.9=18.02Nm （4-21）空载计算：Mj（Q=0）=MmQ=0i0=12417.20.9=8.01Nm （4-22）估算制动轮、联轴器的转动惯量：GD2z+GD2l=0.26kgm2 （4-23）机构总飞轮转动惯量：CGD21=CGD2d+GD2z+GD2l=1.150.06+0.26=0.368kgm2 （4-24）满载工矿下的起动时间：tq（Q=Q）=90838.2（134.708-18.02）10.368+5000+40000.315217.220.9=5.3s （4-25）空载工矿下的起动时间：tq（Q=0）=90838.2（134.708-8.01）10.368+40000.315217.220.9=1.6548s （4-26）根据“表7-616”可知，vc的情况下，tq可以选择推荐值来进行比较和验算，经比较tq(Q=Q) tq，所以上节选用的电动机可以满足快速起动的需要。.9减速器功率的校核由于整个机构在起动状况下所承担的转矩最大，其所需的功率在次工况下也达到峰值，因此用次工况下减速器传递的功率来验算一定可以满足整体要求：N=Pdvc1000m=3335.5450.891000600.91=3.14kW （4-27）其中 计算载荷Pd=Pj+Pg=Pj+Q+Gxcgvc60tqQ=Q =1771.43+（5000+4000）109.852.044605.3=3274.433N （4-28） 整个机构中同一级别传动的减速器的个数m=1。送上所述，前节选用的减速器N中级kWT(Q=0) ，故不打滑。 （4-30）满载状况下，同理求出主动车轮在接触点的圆周切向力： TQ=Q=Q+Gxcgvc60tqQ=Q+P2k+d2+P1kDc2 =5000+40009.852.044605.3+45000.0003+0.020.12522+45000.00030.3152 =247.44kg=2474.4N （4-31）轨道附着力：Ft(Q=Q)=P1f=45000.2=900kg=9000NT(Q=Q) （4-32）综上计算所述，在满载起动的情况下机构任然能够保持不打滑，所以前节所选用的电动机完全可以满足功率需求。.11 制动器的选择根据资料查的小车运行机构的制动时间范围tz34s，在本设计中取tz=3s，再根据该值计算机构所需的制动转矩： Mz=1mn138.2tzmcGD21+Q+GxcDc2i02-Q+Gxck+d2i0 =1190838.2311.150.368+90000.315217.220.9 -90000.0003+0.020.12521017.20.9 =17.579Nm （4-33）根据“附表1515”可以参考选用JWZ-100型瓦式制动器，它的制动转矩为Mez=20Nm。在根据所选用的制动时间tz=3s，用同上节的方法计算得：T(Q=0)=1585.7N，Ft(Q=0)T(Q=0) （4-34）T(Q=Q)=3567.8N，Ft(Q=Q)T(Q=Q) （4-35）综上所示，所选用的制动器完全可以满足机构告诉制动时的不打滑条件。.12 高速轴联轴器以及制动轮的选用1.首先计算高速轴联轴器计算高速轴联轴器所承受的转矩：Mc=n8Me=1.351.823.139=56.227Nm （4-36）其中 电动机的额定转矩为Me=9550Ne（JC25%）n1=95502.2908=23.139Nm； （4-37） 运行机构中联轴器的安全系数取n=1.35； 机构刚性动载系数的取值范围8=1.22.0，对于本设计而言取其值8=1.8。根据手册查得本设计所选用的YZR132M1-6型电动机，两端伸出轴均为圆柱形d=38mm，l=80mm。ZSC-350型立式减速器高速轴端伸出轴为圆柱形d1=22mm，l=50mm。为了满足高速轴间的转矩要求，根据手册选用GICL型鼓形齿式全齿联轴器，其主动端以A型键槽d1=35mm，L=80mm配合；从动端也用A型键槽d2=22mm，L=50mm来进行配合。根据国标标记为：GICL1联轴器 38802250 ZBJ19013-89。查得此款联轴器的公称转矩Tn=630NmMc=57.69Nm，转动惯量（GD2）l=0.009kgm2，质量Gl=5.9kg；2.制动轮的选择根据已选用的YWZ5200/23型瓦式制动器，通过标准件的选择确定制动轮的直径为Dz=200mm，中间用圆柱形轴孔连接d=35mm，L=82mm，并在其上设置紧定螺钉来为其轴向固定，根据国标标记其为：制动轮200-Y35 JB/ZQ4389-86，其转动惯量（GD2）z=0.2kgm2，质量Gz=10kg；计算所选用的联轴器和制动轮转动惯量总和：（GD2）l+（GD2）z=0.209kgm2 （4-38）与此前估计的 kgm2基本相符，因此以上计算符合要求无需修改。.13 低速轴联轴器的选择此联轴器的转矩可以根据前节高速轴端的联轴器计算进行系数调节得出：Mc=12Mci0=1256.22717.20.9=435.199Nm （4-39）查阅手册可得ZSC-350型立式减速器的低速轴端为圆柱形d=45mm，L=70mm，取浮动轴装联轴器轴径d=40mm，L=70mm，由“附表4215”与浮动轴相连的一端选用GICLZ3鼓形齿式联轴器。其主动端：Y型轴孔，A型键槽d1=45mm，L=70mm。从动端：Y型轴孔，A型键槽d2=40mm，L=70mm，标记为：GICLZ3联轴器45704070ZBJ19014-89而与车轮组直接想接触的一端则选用GICL鼓形齿式联轴器，主动端A型键槽d1=40mm，L=80mm；从动端A型键槽d2=65mm，L=85mm。标记为：GICL3联轴器 40806585 ZBJ19013-89。 本设计所选用的车轮直径为Dc=315mm，由于没有此型号车轮的标准车轮组可以选用，现参考350车轮组的设计选用转轴和心轴，取车轮轴与轴承相配合处的轴径为d=65mm，L=85mm，同样选用两个GICLZ3型鼓形齿式联轴器，但不同的是此处只需选用半齿的即可满足要求。其主动端：Y型轴孔，A型键槽d1=40mm，L=70mm。从动端：Y型轴孔，A型键槽d2=65mm，L=85mm，标记为：GICLZ3联轴器40706585ZBJ19014-89.14低速浮动轴的强度验算1.疲劳验算计算浮动轴的基本载荷：Mmax=8Me2i0=1.823.139217.20.9=322.37Nm （4-40）因为已经假定其轴径为d=40mm，计算扭转应力得：n=MmaxW=322.370.2（0.04）3=25.185106 N/m2=25.185MPa （4-41）由于运行机够正反转的转矩值相同，浮动轴的载荷变化可以认为是对称循环，因为传动轴要承担复杂的受力而选择其制造材料为45钢，根据起升机构中的高速浮动轴计算可知-1=143MPa，s=216MPa，因而进一步计算此处的扭转许用应力：-1k=-1k1n=1432.511.25=45.76MPa （4-42）经过比较n -1k，所以疲劳验算合格2.强度验算：计算浮动轴的最大载荷：Mmax=58Me2i0=1.61.823.139217.20.9=515.796Nm （4-43）其中，对于突然起动的机构而言考虑它的弹性振动力矩增大系数5=1.51.7，本设计取值5=1.6；而对于刚性动载系数，则取值8=1.8。根据上述计算的最大载荷计算出最大扭转应力：max=MmaxW=515.7960.2（0.04）3=40.297106 N/m2=40.297MPa （4-44）轴的扭转许用应力计算可得：=sn=2161.5=144MPa （4-45）经比较max ，所以强度验算也合格。为了留有一定的过载空间浮动轴可取直径范围d1=d+510=40+510=4550mm，而对于本设计选择d1=50mm的浮动轴进行传递连接。 （4-46）第五章 小车架的计算为了“简化计算作如下的假定及许用应力值的确定：1. 小车自重中，除掉主要集中载荷外，其余的重量认为均匀分布在两个纵梁上。2. 许用应力值的确定：由于车架受力复杂，且要求刚性大，因此许用应力应取得较低些。纵梁（垂直于卷筒轴的梁）采用=900kg/cm2横梁（平行于卷筒轴的梁）采用=800kg/cm2剪切应力采用=700 kg/cm23. 因许用应力取的较底当梁处于偏心载荷作用时，认为载荷是作用在梁的中心线上，因此可忽略扭转力矩（但5吨小车架没有忽略），并将横梁与纵梁连接起来的焊缝近似的按纯剪切进行计算。4. 5吨小车架按三个轮子受力即三个着力点来进行计算。（但如按制造技术条件，最好是假定2个主动轮着地，本计算中未核算此情形）。18”5.1 计算参数Gd电动机重量 D卷筒直径GjZQ500减速机重量 d钢丝绳直径Gg吊钩重量 n腹板数目Gs卷筒重量 腹板厚度Gw固定滑轮重量 n1上翼缘焊缝数目S钢丝绳最大拉力 n2下翼缘焊缝数目动力系数 n3梁与梁连接处焊缝数目G小车自重 剪切应力 Gq分布在两个纵梁上的重量 Lh焊缝长度R支点反力 hw焊缝高度P为各梁上的作用力 Z重心W断面系数 许用弯曲应合弯曲及扭转合成应力 许用剪切应力J惯性矩 S静力矩M弯弯曲力矩 弯曲应力M扭扭转力矩已知参数：Gd=365kg； Gj=345kg； Gg=98kg； Gs=327kg； Gw=14kg； S=1275kg； =1.3 ；G=2560kg；Gq=GGjGgGsGw=25603459832714=1776kg图5.1 5T小车架平面布置草图图5.2 计算示意图ZQ500减速机重量及卷筒重量一半及S值的力：P1=Gj+Gs2+S=345+3272+1658=2167kg （5-1）固定滑轮的重量及2S值的力：P3=Gw+2S=14+21.31275=14+3315=3329kg （5-2）从卷筒上传递的钢丝绳拉力对小车架所引起的弯曲力矩：M弯=2SD+d2=2127540+1.352=5.2785104kgm （5-3）卷筒重量一半及S值的力：P2=Gs2+S