20-5T雙梁門式起重機小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)設(shè)計（含6張CAD圖紙）,20,梁門,起重機,小車,機構(gòu),運行,設(shè)計,CAD,圖紙 晉中學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)學(xué)院院機械學(xué)院專專業(yè)業(yè)班班級級學(xué)學(xué)生生姓姓名名學(xué)學(xué)號號設(shè)設(shè)計計題題目目20/5T 雙梁門式起重機小 車 起 升 機 構(gòu) 及 運 行 機 構(gòu) 設(shè) 計起起迄迄日日期期設(shè)設(shè)計計(論論文文)地地點點晉中學(xué)院指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師劉慧玲職職稱稱副教授院院長長職職稱稱副教授發(fā)任務(wù)書日期:年月日晉中學(xué)院機械學(xué)院晉中學(xué)院機械學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：20/5T20/5T 雙梁門式起重機小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)設(shè)計雙梁門式起重機小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料） ：起重機作為裝備機械在機械制造業(yè)中占有舉足輕重的地位，小車運行機構(gòu)是門式起重機的重要組成部分，小車主要由起升機構(gòu)和運行機構(gòu)以及控制系統(tǒng)組成，起升機構(gòu)和運行機構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有:1. 了解起升機構(gòu)和運行機構(gòu)工作原理，對其進行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計；2. 對電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器、卷筒組及傳動軸等進行計算和選型；3. 完成起升機構(gòu)和運行機構(gòu)布局設(shè)計，小車架設(shè)計；4. 完成小車總裝圖；5. 完成設(shè)計說明書。設(shè)計參數(shù)：設(shè)計參數(shù)：1. 起重量：主起升 20T，副起升 5T；跨度 18M；懸臂長：左 8082mm，右 10082mm。2. 起升高度：12M.3. 起升速度：主鉤 7.16m/min，副鉤 12.21m/min。4. 小車運行速度：45.2m/min5. 小車重約 7.8t；工作級別：M5。畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：1. 確定 20/5T 雙梁門式起重機小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)的主要參數(shù)和總體設(shè)計方案；2. 繪制小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)的總體設(shè)計裝配圖,圖紙必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)；3. 繪制小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)的關(guān)鍵零件圖紙,圖紙必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)；4. 翻譯相關(guān)的外文資料；5. 按照規(guī)定格式用計算機打印畢業(yè)設(shè)計說明書。學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件（論文） ：1. 畢業(yè)設(shè)計最終需提交開題報告、5000 字左右的相關(guān)英文資料的中文譯文、設(shè)計說明書以及工程圖紙，其中設(shè)計說明書不少于 15000 字（約 30 頁） ，工程圖紙不少于 6 張，且 0號圖不少于 1 張， 12 號圖不少于 2 張， 工程圖紙的幅面和標(biāo)注樣式應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；2. 設(shè)計說明書的版面、字體、圖表等應(yīng)嚴格按照學(xué)校教務(wù)處網(wǎng)上提供的格式處理，設(shè)計說明書要求有中英文題目、摘要、關(guān)鍵詞以及目錄、前言、正文、結(jié)束語、參考文獻等內(nèi)容；3. 圖紙按照標(biāo)準(zhǔn)折疊方法折好，設(shè)計說明書、中英文譯文、任務(wù)書、開題報告、實習(xí)報告、評閱書等裝訂成冊；4. 所有設(shè)計成果、文件等需提交電子文檔。主要參考文獻（資料） ：1 張質(zhì)文,包起帆.起重機設(shè)計手冊.北京:中國鐵道出版社,2001.2 周明衡.減速器選用手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.3 郭克希,王建國.機械制圖.北京:機械工業(yè)出版社,2006.4 成大先.機械設(shè)計手冊單行本.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.5 羅振輝.起重機械與司索指揮.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2006.6 嚴大考.起重機械.鄭州:鄭州大學(xué)出版社,2003.7 鄭江,許瑛.機械設(shè)計.北京:北京大學(xué)出版社,2006.8 常治斌,張京輝.機械原理.北京:北京大學(xué)出版社,2007.9 孫靖民,梁迎春.機械優(yōu)化設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2006.10 趙運才,何法江.機械工程專業(yè)英語.北京:北京大學(xué)出版社,2008.11 洪亮.Pro/Engineer Wildfire 應(yīng)用教程.北京:清華大學(xué)出版社,2007.12 唐增寶,何永然.機械設(shè)計課程設(shè)計.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005.13 管彤賢,潘力行.起重機械典型結(jié)構(gòu)圖冊.北京:人民交通出版社,1993.14 起重機設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2001.專 業(yè) 班 級學(xué) 生指導(dǎo)教師簽字日 期教 研 室 主 任 簽 字日 期 20/5T雙梁門式起重機小車起升機構(gòu)及運行機構(gòu)設(shè)計 摘要 門式起重機是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的起重機械設(shè)備。由于其能夠借助軌道或者輪胎自主行走，利用門架支撐，所以有別于常用的橋式起重機，常應(yīng)用在戶外起重工作中。門式起重機廣泛應(yīng)用到建筑、港口、機械、食品等領(lǐng)域中，應(yīng)用范圍非常廣泛，起重范圍也是能夠從0.5噸到幾百噸之間。 本次畢業(yè)設(shè)計研究的是20/5噸門式起重機起升機構(gòu)及小車運行機構(gòu)設(shè)計，起重機的起升機構(gòu)設(shè)計囊括了電機、減速機的選擇和驗算，制動系統(tǒng)的選擇，卷筒的設(shè)計計算，聯(lián)軸器的選擇等，所涉及到的知識涵蓋了整個大學(xué)期間所學(xué)習(xí)到的基礎(chǔ)知識。在本次設(shè)計中，首先明確了本次畢業(yè)設(shè)計的目的和意義，通過網(wǎng)絡(luò)等深入了解了關(guān)于門式起重機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后針對本次設(shè)計任務(wù)書給定的參數(shù)對起重機的起升機構(gòu)主要零部件進行了設(shè)計計算，對運行小車進行了設(shè)計計算，最后形成了設(shè)計說明書并繪制了相應(yīng)的CAD圖紙。 關(guān)鍵詞：門式起重機；起升機構(gòu)；運行小車；設(shè)計計算 Abstract Gantry crane is a kind of widely used lifting equipment. Because it can walk autonomously with the help of track or tire and support by gantry, it is different from the bridge crane in common use and often used in outdoor lifting work. Gantry crane is widely used in construction, port, machinery, food and other fields, with a very wide range of applications. The lifting range is also from 0.5 tons to hundreds of tons. This graduation project is about the design of hoisting mechanism and trolley running mechanism of 20 / 5t gantry crane. The hoisting mechanism design of crane includes the selection and checking calculation of motor and reducer, the selection of braking system, the design calculation of drum, the selection of coupling, etc. the knowledge involved covers the basic knowledge learned during the whole university. In this design, first of all, the purpose and significance of this graduation project are clarified, and the development status of gantry crane at home and abroad is deeply understood through the network. Then, according to the parameters given in the design specification, the main parts of the hoisting mechanism of the crane are designed and calculated, and the running trolley is designed and calculated. Finally, the design specification is formed and the corresponding CAD drawings are drawn. Key words: gantry crane; lifting mechanism; trolley; design calculation 目錄 摘要 2 Abstract 3 前言 6 第一章 緒論 7 1.1研究的目的和意義 7 1.2門式起重機概述 7 1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 10 第二章 門式起重機起升機構(gòu)設(shè)計 11 2.1設(shè)計基本參數(shù) 11 2.2傳動方案的確定 11 2.3主起升機構(gòu)的設(shè)計計算 12 2.3.1鋼絲繩的計算 12 2.3.2滑輪最小直徑計算 13 2.3.3卷筒尺寸計算 13 2.3.4卷筒的受力校核 13 2.3.5選擇電動機 15 2.3.6選擇減速器 15 2.3.7選擇制動器 16 2.3.8選擇聯(lián)軸器 16 2.3.9電機的驗算 17 2.3.10減速器的驗算 18 2.3.11高速浮動軸計算 19 2.4副起升機構(gòu)的設(shè)計計算 20 2.4.1鋼絲繩的計算 20 2.3.2滑輪最小直徑計算 21 2.3.3卷筒尺寸計算 21 2.3.4卷筒的受力校核 22 2.3.5選擇電動機 23 2.3.6選擇減速器 24 2.3.7選擇制動器 24 2.3.8選擇聯(lián)軸器 25 2.3.9電機的驗算 25 2.3.10減速器的驗算 26 2.3.11高速浮動軸計算 27 第三章 起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 29 3.1輪壓計算 29 3.2車輪和軌道選擇和驗算 29 3.2.1車輪和軌道選擇 29 3.2.2強度等驗算 29 3.3運行阻力計算 30 3.4選電動機 31 3.5電動機驗算 32 3.6選擇減速器 32 3.7驗算減速器 32 3.8選擇制動器 32 3.9選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪 33 3.10選擇低速軸聯(lián)軸器 33 第四章 小車架設(shè)計 34 4.1小車架形式的確定 34 4.2小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 總結(jié) 35 致 謝 36 參考文獻 37 前言 門式起重機也就是常說的龍門起重機，是一種能夠適應(yīng)露天戶外工作的大型起重機械，工作性質(zhì)比較靈活，作業(yè)范圍比較廣、效率高，所以在各個行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，比如港口、機械加工廠、產(chǎn)品與之等行業(yè)。同時對于門式起重機來說，其結(jié)構(gòu)組成以及工作等都是連續(xù)輸送機械組成機械化裝卸系統(tǒng)的理論機種，所以其具有典型的代表意義。 隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高以及科技的發(fā)展，門式起重機在結(jié)構(gòu)設(shè)計以及自動化結(jié)構(gòu)、控制等方面也在不斷的變化以及具有新的特點。在機構(gòu)上，起重機的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)利用計算機技術(shù)以及虛擬模擬技術(shù)等，在起重質(zhì)量方面，目前已經(jīng)朝向著大型、輕型并進的方向發(fā)展，最大起重量已經(jīng)能夠達到兩萬噸。我國的起重機已經(jīng)達到了世界先進水平。 所以隨著科技的發(fā)展，各種先進的控制技術(shù)、機械構(gòu)造等都逐步的應(yīng)用到起重機械上，起重機的自動化程度不斷提高，結(jié)構(gòu)趨向簡單化，穩(wěn)定性不斷提高。本次設(shè)計也就是基于常用的門式起重機，對其起升機構(gòu)進行設(shè)計，進而通過以點帶面的方式了解整個門式起重機的結(jié)構(gòu)。 第一章 緒論 1.1研究的目的和意義 近些年，隨著我國經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，特別是網(wǎng)購以及跨境電商的迅猛發(fā)展，使得我國的物流行業(yè)發(fā)展迅速。而門式起重機是物流運輸行業(yè)中必不可少的一部分，特別是對于跨境物流的港口運輸環(huán)境。所以起重機械的發(fā)展水平可以看做是一個國家的經(jīng)濟增長水平。 門式起重機，既具有普通起重機所具有的起升機構(gòu)、主梁、行走機構(gòu)等基本構(gòu)造，同時還具有起升噸數(shù)范圍比較大，能夠吊裝的范圍廣。所以門式起重機具有典型的特點，可以通過對它的研究，實現(xiàn)對起重機械的一個全面系統(tǒng)的了解。 本次畢業(yè)設(shè)計就是以此為背景，通過對門式起重機的工作原理以及過程深入、全面、系統(tǒng)的了解，然后對其起升機構(gòu)以及運行機構(gòu)進行設(shè)計，對其關(guān)鍵的零部件進行設(shè)計計算并選擇，同時對工作中承受較大載荷的零部件進行應(yīng)力分析以及校驗，最后對零部件進行繪圖圖紙。希望通過本次畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)Υ髮W(xué)所學(xué)習(xí)的專業(yè)機械知識進行一個系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際、多學(xué)科綜合應(yīng)用的目的，從而為以后的工作、設(shè)計、專業(yè)等方面的成長奠定基礎(chǔ)，為以后工作做個良好的開端。同時希望利用設(shè)計完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，能夠鍛煉自己對整個設(shè)計工作的把握，從大方向把握，從整體觀把握等。通過設(shè)計中的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及逆向思維等提升自己的學(xué)習(xí)能力、設(shè)計能力。 1.2門式起重機概述 門式起重機的分類方式比較多，常見的就是根據(jù)其機構(gòu)以及設(shè)計等進行分類。常見分類方法以及分類種類可以概括如下。 1、 根據(jù)主梁的數(shù)量進行分類。目前常見的有單主梁、雙主梁以及多梁等結(jié)構(gòu)，一般50噸以下的都是雙梁結(jié)構(gòu)，五十噸以上的有四梁、六梁等多種結(jié)構(gòu)形式。 2、 根據(jù)取物裝置的不同，可以分為吊鉤式、抓斗式、電吸盤等多種結(jié)構(gòu)形式。 3、 根據(jù)整體結(jié)構(gòu)形式可以分為桁架式、箱梁結(jié)構(gòu)、管型結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)等多種形式。 4、 根據(jù)支腿的結(jié)構(gòu)形式可以分為L型、A型、O型、半門型等多種結(jié)構(gòu)形式。 5、 根據(jù)起重機的支腿與主梁的鏈接方式等，可以分為剛性支腳、柔性支腳等兩種形式，一般都可以利用螺栓、鉸鏈等方式裝配鏈接。 6、 根據(jù)用途的不同，可以分為造船用、水電用、集裝箱用以及裝卸用等多種形式。 同時根據(jù)結(jié)構(gòu)以及用途等也可以分為輪胎式、軌道式、雙懸臂等多種結(jié)構(gòu)。 門式起重機的主要結(jié)構(gòu)由主梁、起升裝置、支腿、控制系統(tǒng)都能夠組裝，相互直接利用螺栓等進行裝配鏈接。 主梁的結(jié)構(gòu)形式比較多，對于起重量在20噸左右以及以內(nèi)的起重機，一般都是采用垂直反滾輪式的結(jié)構(gòu)。對于較大噸位的起重機，一般都是采用水平反滾輪式結(jié)構(gòu)。一般門架系統(tǒng)都會帶有一個或者兩個懸臂的機構(gòu)。在吊裝的時候，為了確保物品能夠通過支腿，所以一般都會將支撐腿做成傾斜結(jié)構(gòu)的，這樣構(gòu)造比較簡單、安裝快捷、總體質(zhì)量輕，所以應(yīng)用較為廣泛。在主梁的機構(gòu)中，常見的有箱型結(jié)構(gòu)、偏軌箱型結(jié)構(gòu)、單主梁結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)、三腳架結(jié)構(gòu)以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等多種形式，每一種都有自己獨特的應(yīng)用范圍，其中最常用的就是箱型結(jié)構(gòu)。他的整體結(jié)構(gòu)就是主梁由上、下蓋板以及兩個腹板等組成一個箱底，為了增加強度，會在箱體內(nèi)增加縱橫筋板等，在主梁上一般都會鋪設(shè)欄桿以及工作臺燈。同時在上蓋板上會設(shè)計行走的軌道，以及未來便于維護保養(yǎng)等還會有走臺等結(jié)構(gòu)裝置。 起升機構(gòu)是起重機實現(xiàn)對重物物體的提升的主要機構(gòu)。是門式起重機上最重要的結(jié)構(gòu)之一。在起升機構(gòu)中主要的結(jié)構(gòu)有起重小車以及電動葫蘆兩種。其中電動葫蘆主要用于小噸位起升。起重小車是最常見的起升機構(gòu)，主要組成部分是起升卷繞機構(gòu)、運行機構(gòu)、車架以及電氣設(shè)備等組成。 車架一般是鋼結(jié)構(gòu)，底部和四個車輪配合，利用電機驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的跨度之間運行，實現(xiàn)對不同的跨度之間的吊運。 起升卷繞機構(gòu)實際上就是一個卷揚機和一組滑輪組的組合。一般對于起重量小于15噸的起重機來說都是設(shè)計一套卷繞機構(gòu)。對于大于十五噸的起重機來說，一般都設(shè)計兩套卷繞機構(gòu)，分為主起升和副起升。一般主起升的額定載荷比較大，工作速度相對較慢一點。副起升機構(gòu)的額定載荷比較小，但是工作速度較快。所以二者根據(jù)不同的范圍相互協(xié)調(diào)輔助工作。 對于門式起重機，其主要參數(shù)包含了額定起重量、起升速度和跨度、軌距、輪壓等基本參數(shù)，下面簡單介紹。 1、 額定起重量。 額定起重量一般表示為Q，單位是噸。也就是指起重機所設(shè)計的吊鉤所能夠吊起的最大重量，在吊裝的時候，如果使用了輔助的吊裝器具，則需要把這些器具的重量也包含在內(nèi)。對于起重機的額定起重量，需要符合國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因為對于起重機來說，他的起重量基本就決定了起重機整體的重量等參數(shù)，所以在設(shè)計、選擇的時候都需要根據(jù)實際情況進行考慮，過大和過小都會產(chǎn)生資源的浪費。 2、 起升高度和跨度 起升高度指的是起重機的吊鉤在最低位置和最高位置之間的垂直距離，其起升高度需要能夠符合國家的規(guī)定。對于龍門起重機，其跨度一般都是在10米到40米之間。一般懸臂的長度根據(jù)跨度進行選擇，取值為跨度的五分之一到三分之一。對于其起升高度，一般選擇為8米到15米，對于其他特殊要求的可以根據(jù)具體使用方式要求進行設(shè)計。 3、 軌距 對于軌距來說，也稱之為輪距，他指的不是單一的一個參數(shù)，因為軌距可以包含大車行走軌距、小車行走軌距等。 對于小車的軌距，指的是小車軌道中心線之間的距離，是和主梁等相關(guān)等一個參數(shù)。 大車行走軌距主要指的是行走機構(gòu)底座軌道之間的距離。指的是軌道中心線的距離。 4、 軸距 門式起重機的軸距也可以稱之為基距，他指的是沿著縱向運動方向的起重機和小車支撐中心線之間的距離。他的尺寸和支撐輪等的布置有關(guān)系。 5、 起重力矩及傾覆力矩 起重力矩指的是起重機起吊的物品重量和運行幅度的成績。他的傾覆力矩指的是其中物品到傾覆線距離之間的積。 6、 輪壓 輪壓指的是起重機通過車輪所傳遞到軌道上的最大載荷，根據(jù)工作情況的不通，可以分為工作輪壓和非工作輪壓。 7、 工作速度 工作速度包含了起升機構(gòu)、運行等各種速度。其中起升速度指的是起升機構(gòu)提升重物或者下放重物的速度，一般都需要在國標(biāo)規(guī)定的范圍之內(nèi)。 運行速度指的是大車運行速度或者小車運行速度。都是一種直線運動，在設(shè)計之初一般都會設(shè)定好定值。 8、 起重機工作級別 起重機的工作級別是一個重要的參數(shù)，在設(shè)計計算過程中，較多的參數(shù)選擇都和工作級別有關(guān)系。起重機的工作級別主要是考慮起重量、利用率、工作循環(huán)程度等特性。也可以換一種說法就是起重機的工作級別表示他工作的繁忙程度。 1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 對于起重設(shè)備來說，最早的運輸設(shè)備可以追溯到公元前，那時候的勞動人們就借助杠桿或者滑輪原理進行勞動。到了蒸汽機時代，隨著第一次工業(yè)革命的開始，人們對動力的認知以及應(yīng)用達到了一個新的境界，這時候起重機械也得到了快速的發(fā)展，在十九世紀(jì)二十年代，歐洲出現(xiàn)了第一個利用蒸汽裝置作為動力的回轉(zhuǎn)式起重機，它標(biāo)志著對于起重設(shè)備的動力來源從此結(jié)束了人工驅(qū)動，實現(xiàn)了機械化的操作。隨著工業(yè)水平的不但發(fā)展，后來電力驅(qū)動出現(xiàn)了，并得到了大力的發(fā)展，這也成為了起重機械發(fā)展的重大轉(zhuǎn)折點，到了十九世紀(jì)八十年代，開始出現(xiàn)了第一臺電機動力的升降機械，之后通過對蒸汽式回轉(zhuǎn)起重機的改造，形成了電動力結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)起動機，之后經(jīng)過不斷的改進，逐漸形成了現(xiàn)在的橋式起重機以及門座起重機的原型機。并且后來隨著新的材料不斷被應(yīng)用，新的加工工藝不斷被發(fā)現(xiàn)和實施，一些新的起重機械結(jié)構(gòu)形式不斷出現(xiàn)。同時由于焊接技術(shù)的不斷改進以及完善，一些箱型結(jié)構(gòu)的起重機由于功能多，效率高，互換性強等特點，逐漸得到了普及。后來隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用，制圖設(shè)計以及三維虛擬模擬等的不斷應(yīng)用，使得人們對于起重機械的整體設(shè)計、受力分析、結(jié)構(gòu)布置等能夠更加方面快捷的模擬以及優(yōu)化，使得起重機械的使用性能以及安全性能不斷得到完善，可靠性以及穩(wěn)定性都有顯著提高。 歐美等發(fā)達國家在起重機械上技術(shù)較為先進，在門式起重機上，朝向著集成化、自動化和智能化的方向發(fā)展。特別是近些年，隨著計算機技術(shù)以及先進的工藝制造加工技術(shù)的出現(xiàn)，對于起重機的設(shè)計更加先進。 對于國內(nèi)的企業(yè)，為了能夠快速設(shè)計制造出能夠適合實際生產(chǎn)的產(chǎn)品，逐漸也是依靠標(biāo)準(zhǔn)化以及系列化的要求，形成自己的一套設(shè)計方式，能夠滿足不同的產(chǎn)品需求。并且隨著我國對門式起重機的需求量一直旺盛，所研究的起重機在其中噸位、結(jié)構(gòu)等都領(lǐng)先全球。 第二章 門式起重機起升機構(gòu)設(shè)計 2.1設(shè)計基本參數(shù) 本次畢業(yè)設(shè)計研究的是20/5t門式起重機起升機構(gòu)及小車運行機構(gòu)設(shè)計，其基本參數(shù)是依據(jù)任務(wù)書給定的參數(shù)，如下： 1. 起重量：主起升 20t，副起升 5t； 2. 跨度 18m；懸臂長：左 8082mm，右 10082mm。 3. 起升高度：12m。 4. 起升速度：主鉤 7.16m/min，副鉤 12.21m/min。 5. 小車運行速度：45.2m/min 6. 小車重約 7.8t；工作級別：M5。 2.2傳動方案的確定 根據(jù)本次設(shè)計的起重量，總共是20噸和5噸分別是兩個主、副起升機構(gòu)。總體布置在一個起升小車上。根據(jù)起升機構(gòu)的原則以及總體布局緊湊的基本要求。本次設(shè)計的起升機構(gòu)采用雙聯(lián)滑輪設(shè)計方案，其起升機構(gòu)的基本方案入下圖2.1所示。 a 主起升方案 b 副起升方案 圖2.1門式起重機主、副起升機構(gòu)方案 圖中a表示主起升機構(gòu)的方案，其起重量為20噸，根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》中的推薦，選擇滑輪組的倍率ih=4，則承載的鋼絲繩的支數(shù)z=2ih=8。 圖中b表示主起升機構(gòu)的方案，其起重量為5噸，根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》中的推薦，選擇滑輪組的倍率ih=2，則承載的鋼絲繩的支數(shù)z=2ih=4。 2.3主起升機構(gòu)的設(shè)計計算 2.3.1鋼絲繩的計算 鋼絲繩是起重機械設(shè)備中最常用的撓性元件，也是起升過程中的主要承載物。起重機的起升動作就是利用電機通過滾筒帶動鋼絲繩進行上下運動。鋼絲繩的計算一般都是采用靜力計算方法，也就是要求鎖選擇的鋼絲繩最大的靜拉力需要小于或等于鋼絲繩的許用拉力。 首先計算鋼絲繩在起升的時候所需要的最大拉力。 根據(jù)起重機主起升機構(gòu)的額定起重量為20噸，前面章節(jié)已經(jīng)選定了滑輪組倍率為4，起重機構(gòu)的吊鉤選擇短鉤型吊鉤組，則鋼絲繩所需要承受的最大應(yīng)力計算如下： 公式中各參數(shù)表示的意思如下： —額定起重量，＝20000公斤； —吊鉤組重量，根據(jù)所選擇吊鉤組=364公斤； —滑輪組倍率，＝4； —滑輪組效率，查手冊?。?.975。 帶入?yún)?shù)可得： 所選擇的鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)當(dāng)滿足以下要求 式中各參數(shù)含義： —鋼絲繩的破斷拉力； —鋼絲繩破斷拉力總和； a—折減系數(shù)，對于繩6×19的鋼絲繩a＝0.85； —鋼絲繩安全系數(shù)，對于中級工作類型=5.5。 由上式可得 查手冊，選擇鋼絲繩6×9W+IWRC，其公稱強度為1570MPa，直徑為18mm，其允許破斷拉力總和為324000N。 選用鋼絲繩標(biāo)記如下：鋼絲繩6×9W+IWRC18。 2.3.2滑輪最小直徑計算 滑輪最小許用直徑計算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個系數(shù)，根據(jù)起重機的形式為中級門式起重機，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇450mm。 2.3.3卷筒尺寸計算 滑輪最小許用直徑計算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個系數(shù)，根據(jù)起重機的形式為中級門式起重機，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇500mm。 然后計算卷筒的長度。 卷筒尺寸： == 1440mm 取=1500mm。 式中： —附加安全系數(shù)，取= 2； —卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=87 mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計算直徑=D+d=500+16=516mm 卷筒壁厚： δ=0.02D+（6～10）=0.02×500 +（6～10） =16～20 mm 取δ=18 mm 2.3.4卷筒的受力校核 卷筒壁壓應(yīng)力計算： N/m=77.12MPa。 卷筒的材料一般是選擇鑄鐵。本次設(shè)計參考同類產(chǎn)品，選擇材質(zhì)為HT200，其最小抗拉強度為σ=195 MPa，則根據(jù)其安全系數(shù)取值為1.5，則材質(zhì)的許用壓應(yīng)力為： =130MPa。 根據(jù)計算可以看到，所選擇的滾筒能夠滿足使用要求。 對于卷筒來說，由于卷筒的長度大于三倍的直徑，所以需要重新校驗彎曲應(yīng)力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒所承受的彎矩圖如下 根據(jù)彎矩圖可以看到卷筒在工作中最大彎矩出現(xiàn)在當(dāng)鋼絲繩處于卷筒中間位置的時候，其彎矩計算如下： 卷筒斷面系數(shù)： 式中各參數(shù)含義： D—卷筒外徑，D=500 mm； D—卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=500-2×18=464 mm。 可以卷筒的應(yīng)力： 合成應(yīng)力： 式中許用拉應(yīng)力： 根據(jù)計算可以看到＜ ，表示卷筒的強度能夠滿足要求。所以根據(jù)其起升高度，最終選擇卷筒的直徑為500mm，長度為1500mm，卷筒的槽型槽底半徑為=9.5 mm，槽矩=19 mm。 2.3.5選擇電動機 在起重機械中，對于電機的選擇一般都是選擇YZR或者JZR系列的電機，他們都屬于冶金起重用的三相異步電機。所屬型號的電機一般都具有承載能力強，安全系數(shù)高，機械強度大以及穩(wěn)定性高等特點，適合短期內(nèi)高強度工作或者周期性工作，對別是針對這種啟動頻繁，啟停會產(chǎn)生沖擊等機械設(shè)備中。所以本次設(shè)計也選擇這種形式的電動機。在具體選擇電動機的時候，需要根據(jù)具體的起升載荷、起升速度、傳動效率等計算出所需要電機的凈功率，然后綜合考慮其安全容量等進行確定具體的電機。電機的凈功率計算如下： 式中—機構(gòu)總效率，取=0.85。 則電動機的計算功率： 起升機構(gòu)按靜功率初選電動機的系數(shù)，一般JC＝25%的電動機的=0.9。則 在選擇電動機的型號的時候，需要考慮其安全系數(shù)、功率容量等，所以選擇電機型號為YZR250MA-8，JC=25%，，轉(zhuǎn)速=715r/min。 2.3.6選擇減速器 計算減速機的總傳動比，一直電機的轉(zhuǎn)速，首先計算卷筒的轉(zhuǎn)速，如下： 卷筒轉(zhuǎn)速： = 減速器總傳動比： = = 38.76 查《機械設(shè)計手冊》選ZQ-650-Ⅱ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時，許用功率[N]=31.5 kW， =40.17，質(zhì)量=878 kg。 2.3.7選擇制動器 首先計算所需要的制動器制動力矩，計算公式如下： ≥ 公式中Kz--制動器的制動安全系數(shù)，取值1.5； MJ--滿載的時候主動軸所需要的靜力矩。 帶入全部參數(shù)可得： ≥ = 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》制動器選用YWZ—315/50，其制動力矩=360～710 Nm，制動輪直徑=315 mm，制動器質(zhì)量=61.4 Kg。 2.3.8選擇聯(lián)軸器 聯(lián)軸器計算力矩應(yīng)滿足下式要求： 式中： —聯(lián)軸器的計算扭矩； —聯(lián)軸器的最大允許扭矩； n—安全系數(shù)，取n=1.5； —剛性動載系數(shù)，取=1.5； ——電動機軸上的額定扭矩： 則 由表查得，電動機YZR225M-8的軸端直徑為70mm，軸伸為140mm。根據(jù)以上條件，由機械設(shè)計手冊選得聯(lián)軸器號數(shù)為YLD12，最大允許扭矩為，飛輪矩為，質(zhì)量。由于制動器的制動輪半徑為100mm，故浮動軸直徑d=65mm。 2.3.9電機的驗算 電機的驗算主要從兩個方面進行驗算，分別是電機的過載能力以及發(fā)熱校核。 首先從電機的過載能力驗算。過載能力主要指的就是起重機構(gòu)在很短時間內(nèi)所出現(xiàn)了較大的工作載荷，根據(jù)計算公式，其額定功率應(yīng)當(dāng)滿足一下條件。 式中各參數(shù)： —系數(shù)，取=2.1； —電動機個數(shù)，m=1； —允許過載倍率，取=2.8； 由上可知，，過載驗算通過。 然后根據(jù)發(fā)熱性能進行校核，根據(jù)等效功率法，校核計算電機不發(fā)熱的條件如下： 式中各參數(shù)： N25—電動機在JC=25%時的額定功率35Kw； —滿載靜功率； —系數(shù)，取=0.8； ——系數(shù)，取=0.95。 ； 則 。 由上可知電動機不會過熱。 2.3.10減速器的驗算 減速器在工作中主要承受的作用力就是起升過程中卷筒以及重物之間綜合產(chǎn)生的徑向力以及扭矩等，所以減速機的驗算一般需要通過速度、功率以及軸扭矩等進行驗算。 首先對起升速度進行驗證。實際的起升速度計算如下： 速度誤差： , 可以看到減速機的速度能夠滿足使用要求。 然后對減速機的功率進行驗算，計算實際所需要的功率如下： 則 因，所以減速器功率驗算通過。 然后計算減速機對于輸出軸最大扭矩的校核計算。其最大扭矩校核計算公式如下： 式中各參數(shù)： —電動機最大力矩倍數(shù)，取=2.5； —減速器效率，取=0.95； —減速器輸出軸上的最大短暫容許扭矩，。 根據(jù)計算可以看到所選擇減速機能夠滿足要求。 2.3.11高速浮動軸計算 首先計算起升機構(gòu)工作中所承受的基本載荷，計算如下： =1.06×467.5=495.55N.m 公式中各參數(shù)： —動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.12）=1.06 —起升載荷動載系數(shù)=1+0.71=1+0.71×=1.12 在前面的章節(jié)中，根據(jù)減速機的結(jié)構(gòu)尺寸等，已經(jīng)選擇了主軸的軸徑d為55m，所以所承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算為： =11.03MPa 根據(jù)所選擇的軸的材質(zhì)為45鋼，則可以查詢得=600 MPa，=300 MPa 。 彎曲應(yīng)力計算： =0.27()=0.27(600+300)=243MPa 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算 =140 MPa =0.6=0.6×300=180MPa 軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： []= 式中各參數(shù)： --根據(jù)零件的形狀以及表面所形成的應(yīng)力集中系數(shù)，計算公式為： k= 表示和零部件的幾何形狀有關(guān)的參數(shù)，比如常見的鍵槽等，取值為1.5到2.5之間。 表示和零部件表面粗糙度油管的取值為1.25。 =2×1.25=2.5 η —不同的材料對循環(huán)應(yīng)力所產(chǎn)生的反應(yīng)敏感程度，對于碳鋼來說取值為0.2. —安全系數(shù) =1.25。 帶入計算得： MPa 根據(jù)計算可以看到＜ 。 對軸的強度進行驗算。 首先計算軸所承受的最大轉(zhuǎn)矩如下： ==1.12×467.5=523.6MPa 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： = 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： []===120MPa 根據(jù)計算可以看到＜[]，所以所選擇的軸的尺寸滿足要求。 浮動軸的中間軸徑d=d+（5～10）=55+（5～10）=60～65 mm，取d=65 mm。 2.4副起升機構(gòu)的設(shè)計計算 2.4.1鋼絲繩的計算 鋼絲繩是起重機械設(shè)備中最常用的撓性元件，也是起升過程中的主要承載物。起重機的起升動作就是利用電機通過滾筒帶動鋼絲繩進行上下運動。鋼絲繩的計算一般都是采用靜力計算方法，也就是要求鎖選擇的鋼絲繩最大的靜拉力需要小于或等于鋼絲繩的許用拉力。 首先計算鋼絲繩在起升的時候所需要的最大拉力。 根據(jù)起重機主起升機構(gòu)的額定起重量為5噸，前面章節(jié)已經(jīng)選定了滑輪組倍率為2，起重機構(gòu)的吊鉤選擇短鉤型吊鉤組，則鋼絲繩所需要承受的最大應(yīng)力計算如下： 公式中各參數(shù)表示的意思如下： —額定起重量，＝5000公斤； —吊鉤組重量，根據(jù)所選擇吊鉤組=99公斤； —滑輪組倍率，＝2； —滑輪組效率，查手冊?。?.99。 帶入?yún)?shù)可得： 所選擇的鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)當(dāng)滿足以下要求 式中各參數(shù)含義： —鋼絲繩的破斷拉力； —鋼絲繩破斷拉力總和； a—折減系數(shù)，對于繩6×19的鋼絲繩a＝0.85； —鋼絲繩安全系數(shù)，對于中級工作類型=5.5。 由上式可得 選擇鋼絲繩6×19，其公稱強度為1550MPa，直徑為14mm，其允許破斷拉力總和為109500N。 選用鋼絲繩標(biāo)記如下：鋼芯鋼絲繩6×19-14.0-1550-I-光-右交GB8918-88。 2.3.2滑輪最小直徑計算 滑輪最小許用直徑計算公式如下： D≥d（e-1）=14×（25-1）=336mm 公式中的e表示一個系數(shù)，根據(jù)起重機的形式為中級門式起重機，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇350mm。 2.3.3卷筒尺寸計算 滑輪最小許用直徑計算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=336mm 公式中的e表示一個系數(shù)，根據(jù)起重機的形式為中級門式起重機，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇350mm。 然后計算卷筒的長度。 卷筒尺寸： == 977mm 取=1000mm。 式中： —附加安全系數(shù)，取= 2； —卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=87 mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計算直徑=D+d=350+15=365mm 卷筒壁厚： δ=0.02D+（6～10）=0.02×350+（6～10） =13～17mm 取δ=15mm 2.3.4卷筒的受力校核 卷筒壁壓應(yīng)力計算： N/m=77.12MPa。 卷筒的材料一般是選擇鑄鐵。本次設(shè)計參考同類產(chǎn)品，選擇材質(zhì)為HT200，其最小抗拉強度為σ=195 MPa，則根據(jù)其安全系數(shù)取值為1.5，則材質(zhì)的許用壓應(yīng)力為： =130MPa。 根據(jù)計算可以看到，所選擇的滾筒能夠滿足使用要求。 對于卷筒來說，由于卷筒的長度大于三倍的直徑，所以需要重新校驗彎曲應(yīng)力所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒所承受的彎矩圖如下 根據(jù)彎矩圖可以看到卷筒在工作中最大彎矩出現(xiàn)在當(dāng)鋼絲繩處于卷筒中間位置的時候，其彎矩計算如下： 卷筒斷面系數(shù)： 式中各參數(shù)含義： D—卷筒外徑，D=350 mm； D—卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=350-2×15=32 mm。 可以卷筒的應(yīng)力： 合成應(yīng)力： 式中許用拉應(yīng)力： 根據(jù)計算可以看到＜ ，表示卷筒的強度能夠滿足要求。所以根據(jù)其起升高度，最終選擇卷筒的直徑為350mm，長度為1000mm，卷筒的槽型槽底半徑為=7.5 mm，槽矩=17 mm。 2.3.5選擇電動機 在起重機械中，對于電機的選擇一般都是選擇YZR或者JZR系列的電機，他們都屬于冶金起重用的三相異步電機。所屬型號的電機一般都具有承載能力強，安全系數(shù)高，機械強度大以及穩(wěn)定性高等特點，適合短期內(nèi)高強度工作或者周期性工作，對別是針對這種啟動頻繁，啟停會產(chǎn)生沖擊等機械設(shè)備中。所以本次設(shè)計也選擇這種形式的電動機。在具體選擇電動機的時候，需要根據(jù)具體的起升載荷、起升速度、傳動效率等計算出所需要電機的凈功率，然后綜合考慮其安全容量等進行確定具體的電機。電機的凈功率計算如下： 式中—機構(gòu)總效率，取=0.85。 則電動機的計算功率： 起升機構(gòu)按靜功率初選電動機的系數(shù)，一般JC＝25%的電動機的=0.9。則 在選擇電動機的型號的時候，需要考慮其安全系數(shù)、功率容量等，所以用電動機JZR-42-8，其（25%）=16 kW，=715r/min，=1.46kgm，電機質(zhì)量 =260 kg。 2.3.6選擇減速器 計算減速機的總傳動比，一直電機的轉(zhuǎn)速，首先計算卷筒的轉(zhuǎn)速，如下： 卷筒轉(zhuǎn)速： = 減速器總傳動比： = 查《機械設(shè)計手冊》選擇減速器為：JZQ500,實際傳動比=31.5，輸入功率為18.5Kw。 2.3.7選擇制動器 首先計算所需要的制動器制動力矩，計算公式如下： ≥ 公式中Kz--制動器的制動安全系數(shù)，取值1.5； MJ--滿載的時候主動軸所需要的靜力矩。 帶入全部參數(shù)可得： ≥ = 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》制動器選用YWZ—250/30，其制動力矩 =225～360 Nm，制動輪直徑=250mm，制動器質(zhì)量=43.6 Kg。 2.3.8選擇聯(lián)軸器 聯(lián)軸器計算力矩應(yīng)滿足下式要求： 式中： —聯(lián)軸器的計算扭矩； —聯(lián)軸器的最大允許扭矩； n—安全系數(shù)，取n=1.5； —剛性動載系數(shù)，取=1.5； —電動機軸上的額定扭矩： 則 由表查得，，從手冊選得聯(lián)軸器號數(shù)為YLD12，最大允許扭矩為，飛輪矩為，質(zhì)量。由于制動器的制動輪的直徑是100mm.從而，浮動軸直徑d=55mm。 2.3.9電機的驗算 電機的驗算主要從兩個方面進行驗算，分別是電機的過載能力以及發(fā)熱校核。 首先從電機的過載能力驗算。過載能力主要指的就是起重機構(gòu)在很短時間內(nèi)所出現(xiàn)了較大的工作載荷，根據(jù)計算公式，其額定功率應(yīng)當(dāng)滿足一下條件。 式中各參數(shù)： —系數(shù)，取=2.1； —電動機個數(shù)，m=1； —允許過載倍率，取=2.8； 由上可知，，過載驗算通過。 然后根據(jù)發(fā)熱性能進行校核，根據(jù)等效功率法，校核計算電機不發(fā)熱的條件如下： 式中各參數(shù)： N25—電動機在JC=25%時的額定功率16Kw； —滿載靜功率； —系數(shù)，取=0.8； ——系數(shù)，取=0.95。 ； 則 。 由上可知電動機不會過熱。 2.3.10減速器的驗算 減速器在工作中主要承受的作用力就是起升過程中卷筒以及重物之間綜合產(chǎn)生的徑向力以及扭矩等，所以減速機的驗算一般需要通過速度、功率以及軸扭矩等進行驗算。 首先對起升速度進行驗證。實際的起升速度計算如下： 速度誤差： , 可以看到減速機的速度能夠滿足使用要求。 然后對減速機的功率進行驗算，計算實際所需要的功率如下： 則 因，所以減速器功率驗算通過。 然后計算減速機對于輸出軸最大扭矩的校核計算。其最大扭矩校核計算公式如下： 式中各參數(shù)： —電動機最大力矩倍數(shù)，取=2.5； —減速器效率，取=0.95； —減速器輸出軸上的最大短暫容許扭矩，。 根據(jù)計算可以看到所選擇減速機能夠滿足要求。 2.3.11高速浮動軸計算 首先計算起升機構(gòu)工作中所承受的基本載荷，計算如下： =1.06×144.3=153N.m 公式中各參數(shù)： —動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.12）=1.06 —起升載荷動載系數(shù)=1+0.71=1+0.71×=1.12 在前面的章節(jié)中，根據(jù)減速機的結(jié)構(gòu)尺寸等，已經(jīng)選擇了主軸的軸徑d為45m，所以所承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算為： 根據(jù)所選擇的軸的材質(zhì)為45鋼，則可以查詢得=600 MPa，=300 MPa 。 彎曲應(yīng)力計算： =0.27()=0.27(600+300)=243MPa 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算 =140MPa =0.6=0.6×300=180MPa 軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： []= 式中各參數(shù)： --根據(jù)零件的形狀以及表面所形成的應(yīng)力集中系數(shù)，計算公式為： k= 表示和零部件的幾何形狀有關(guān)的參數(shù)，比如常見的鍵槽等，取值為1.5到2.5之間。 表示和零部件表面粗糙度油管的取值為1.25。 =2×1.25=2.5 η —不同的材料對循環(huán)應(yīng)力所產(chǎn)生的反應(yīng)敏感程度，對于碳鋼來說取值為0.2。 —安全系數(shù) =1.25。 帶入計算得： MPa 根據(jù)計算可以看到＜ 。 對軸的強度進行驗算。 首先計算軸所承受的最大轉(zhuǎn)矩如下： ==1.12×153=171.36MPa 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： = 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： []===120MPa 根據(jù)計算可以看到＜[]，所以所選擇的軸的尺寸滿足要求。 浮動軸的中間軸徑d=d+（5～10）=45+（5～10）=50～55 mm，取d=55 mm。 第三章 起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計 起重機小車運行機構(gòu)是利用車輪以及起重機上的軌道配合行走的。在運行的過過程中，一般為了避免出現(xiàn)啃道的現(xiàn)象的出現(xiàn)，都會設(shè)計成兩個主動輪的結(jié)構(gòu)。提高了小車的靈活性以及驅(qū)動力。小車運行機構(gòu)一般也是選擇電機驅(qū)動，通過減速器以及傳動軸等傳遞到車輛上，發(fā)動起升機構(gòu)小車運行。 3.1輪壓計算 車輪的輪壓分為最大輪壓以及最小輪壓。其中小車總質(zhì)量根據(jù)任務(wù)書為7.8t。分別進行計算。 最大輪壓指的狀態(tài)是主起升機構(gòu)滿足的時候的壓力，計算如下： 車輪最大輪壓： P =（Q+ G）=（20000+7800）=6950 Kg 車輪最小輪壓： P= G=×7800=1950kg 3.2車輪和軌道選擇和驗算 3.2.1車輪和軌道選擇 根據(jù)任務(wù)書給定的參數(shù)，小車的運行速度為45.2m/min小于60m/min，同時根據(jù)起升總量與小車的比值20000/7800=2.56＞1.6，起重機的工作級別為M5等，參考《機械設(shè)計手冊》以及GB4628-84規(guī)定選擇小車運行機構(gòu)的車輪直徑350mm，軌道選擇型號為P38。所選擇軌道的許用壓力為13.4t，每米質(zhì)量為38kg。下面對所選擇的參數(shù)進行驗算，以確保符合使用要求。 3.2.2強度等驗算 首先進行強度計算。在工作中，根據(jù)車輪和軌道之間的接觸為線接觸以及點接觸等兩種情況進行驗算接觸強度。 車輪踏面疲勞計算載荷： P= 車輪的材質(zhì)選擇ZG340-640，根據(jù)設(shè)計手冊，其σ=640 MPa，σ=340 MPa。 線接觸擠壓強度計算公式如下： P= 公式中各參數(shù)含義： —許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm），查得=6； —車輪與軌道有效接觸強度，對于軌道P38軌道=b=26.13mm； —車輪轉(zhuǎn)速系數(shù)， 根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速計算=，取=0.99； —工作級別數(shù)，當(dāng)為M5級時=1。 帶入個參數(shù)計算得： P==6×400×26.13×0.99×1=62084N 根據(jù)計算可以看到，線接觸時能夠滿足要求。 計算點接觸擠壓強度計算公式如下： P= 公式中各參數(shù)含義： —許用點接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm），根據(jù)機械設(shè)計手冊查得=0.132； —曲率半徑，車輪與軌道曲率半徑中的大值，車輪===175；軌道曲率半徑查得=300，故取=300； m—由比值（為、中的小值）所確定的系數(shù)，==0.58，查取 m=0.44； 帶入個參數(shù)計算看得： P==0.132××0.99×1=138068N 根據(jù)計算可以看到 P ＞ P。 根據(jù)上面的計算可以看到，所選擇的車輪和軌道能夠滿足使用要求。 3.3運行阻力計算 小車運行時候所產(chǎn)生的摩擦阻力矩如下所示。 =（Q+ G）（+μ）β 根據(jù)車輪的直徑為400mm，車輪的軸承型號選擇7250，其軸承的內(nèi)徑和外徑尺寸分別是100mm和180mm，根據(jù)其滾動摩擦系數(shù)取值k=0.0007，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=0.2 ，帶入計算。 當(dāng)滿載的時候阻力計算如下： =2×（20000+7800）（0.0007+） =116.8kg.m=1168Nm 運行摩擦阻力： = 沒有負載時候的運行阻力計算如下： =βG（+μ） =2×7800×（0.0007+）=327.6N.m ==1872N 3.4選電動機 計算所需要的電機功率： = 公式中各參數(shù)含義： =—滿載運行時靜阻力； η=0.9—機構(gòu)傳動效率； m=1—驅(qū)動電動機臺數(shù)； 帶入?yún)?shù)計算 ==4.9kw 初選電動機功率： ==1.15×4.9=5.635kw 式中： 表示電動機功率增大系數(shù)，查得，=1.15。 根據(jù)功率選擇電機型號為JZR-22-6，N（25%）=7.5 kw，=915 r/min， (GD)=0.419 kgm，電機質(zhì)量=108 kg。 3.5電動機驗算 根據(jù)等效功率，計算當(dāng)JC=25%時所需要的等效功率。 ＝KN=0.5×1.1×4.9=2.7kw 公式中各參數(shù)含義。 K—工作級別系數(shù)，根據(jù)M5取值K=0.5； —根據(jù)《機械設(shè)計》查取=1.1。 根據(jù)計算可以看到，所選擇電機能夠滿足要求。 3.6選擇減速器 首先計算車輪的轉(zhuǎn)速 == 傳動比： ==25 根據(jù)計算選擇減速器型號為ZSC-400-I-2，當(dāng)工作級別為M5時，許用功率[N]=2.8kw，=22.4 。 3.7驗算減速器 實際運行速度： = =r/min 誤差： =＜[]= 15% 實際所需電動機等效功率： ＜N 根據(jù)計算可知，電機選擇合適。 3.8選擇制動器 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》小車的運行機構(gòu)要求制動時間為3~4秒之內(nèi)，本次設(shè)計取值4秒，則所需要的制動轉(zhuǎn)矩計算如下： = =358Nm 根據(jù)所計算的轉(zhuǎn)矩參考《機械設(shè)計手冊》選擇制動器為YWZ—250/30，其制動轉(zhuǎn)矩 =225～360 Nm，考慮到所取制動時間=4s與起動時間很接近，故略去制動不打滑條件驗算。 3.9選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪 高速軸聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩， = =1.35×1.8×78.6=190.9Nm 式中： — 電動機額定轉(zhuǎn)矩，計算如下： = 9550==190.9Nm ； —聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運行機構(gòu)=1.35； —機構(gòu)剛性動載系數(shù)，一般=1.2 ～ 2.0，取=1.8； 根據(jù)所選擇電機以及標(biāo)準(zhǔn)的尺寸，可以查詢得到高速軸聯(lián)軸器型號選擇GICL鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩T=1120 Nm ＞=190 Nm，飛輪轉(zhuǎn)矩（GD）=0.02 kg m，質(zhì)量=9.7 kg 。 同時根據(jù)制動器已選定制動器型號YWZ —250/30，選制動輪直徑D=250 mm。 3.10選擇低速軸聯(lián)軸器 低速軸聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩，可由前節(jié)的計算轉(zhuǎn)矩求出： =η=×190.9×22.4×0.9=1924.3 Nm 根據(jù)所選擇的減速機尺寸聯(lián)軸器型號選擇鼓形齒式聯(lián)軸器。同時根據(jù)所選擇的車輪的直徑尺寸等，車輪軸的聯(lián)軸器型號也選擇鼓形齒式聯(lián)軸器 第四章 主要零部件設(shè)計 4.1卷筒的設(shè)計 卷筒最小許用直徑計算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個系數(shù)，根據(jù)起重機的形式為中級門式起重機，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇500mm。 然后計算卷筒的長度。 卷筒尺寸： == 1440mm 取=1500mm。 式中： —附加安全系數(shù)，取= 2； —卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=87 mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計算直徑=D+d=500+16=516mm 卷筒壁厚： δ=0.02D+（6～10）=0.02×500 +（6～10） =16～20 mm 取δ=18 mm 卷筒零部件圖紙如下圖4.1所示。 圖4.1卷筒零件圖 4.2卷筒軸的設(shè)計 卷筒軸的主要結(jié)構(gòu)功能是用來支撐整個卷筒，中間和卷筒配合，兩頭利用軸承進行支撐，并且使用聯(lián)軸器實現(xiàn)連接傳動。卷筒軸的尺寸結(jié)構(gòu)如下圖4.2所示。 圖4.2卷筒軸結(jié)構(gòu)尺寸 4.3卷筒組的設(shè)計 卷筒組是一個裝配體，主要組成有卷筒、主軸、襯板等裝配而成，其主要結(jié)構(gòu)入下圖4.3所示。 圖4.3卷筒組結(jié)構(gòu)圖 4.4吊鉤頭的設(shè)計 20t吊鉤頭選擇的是標(biāo)準(zhǔn)件，由于吊鉤頭已經(jīng)具有國家標(biāo)準(zhǔn)，所以在結(jié)構(gòu)中就省去了設(shè)計計算環(huán)節(jié)。吊鉤頭主要尺寸入下圖4.4所示。 4.4吊鉤頭結(jié)構(gòu)圖 4.5吊鉤組的設(shè)計 根據(jù)本次設(shè)計的起重量，根據(jù)起升機構(gòu)的原則以及總體布局緊湊的基本要求。本次設(shè)計的起升機構(gòu)采用雙聯(lián)滑輪設(shè)計方案，主起升機構(gòu)的基本方案在前面章節(jié)已經(jīng)確定并進行了計算。同時其起重量為20噸，根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》中的推薦，選擇滑輪組的倍率ih=4，則承載的鋼絲繩的支數(shù)z=2ih=8。吊鉤組的結(jié)構(gòu)入下圖所示。 圖4.5吊鉤組結(jié)構(gòu)圖 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計研究的是20/5T龍門起重機的設(shè)計，這是一個在港口、基建等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一個起重機械，以其運動能力強，起重量大、工作效率高等著稱。 在本次畢業(yè)設(shè)計中，主要研究的就是龍門起重機的起升機構(gòu)。首先了解了課題研究的背景和意義，然后對其目前的發(fā)展?fàn)铙w和未來發(fā)展的方向做了了解分析。然后確定了起重機所承受的基本載荷。進而深入設(shè)計計算了起升機構(gòu)以及對關(guān)鍵零部件的設(shè)計計算，對其中核心零部件進行了校核，對部分成品件進行了參數(shù)的計算和型號的選擇。使其能夠達到設(shè)計的要求和使用的目的。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，不但重新溫習(xí)了四年來所學(xué)習(xí)的專業(yè)理論知識，更是學(xué)會了理解了融會貫通的含義。通過各個學(xué)科、各個知識點的連接以及相互之間的關(guān)聯(lián)，使得我學(xué)會了如何取發(fā)現(xiàn)問題，從哪里入手解決問題。同時通過畢業(yè)設(shè)計也培養(yǎng)了我自信、專心的能力，設(shè)計是枯燥的，但是只有耐得住枯燥，耐得住寂寞，從設(shè)計中尋找樂趣，尋找成就 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，我的內(nèi)心充滿了激動，通過本次畢業(yè)設(shè)計，不但重新溫習(xí)了四年來所學(xué)習(xí)的專業(yè)理論知識，更是學(xué)會了理解了融會貫通的含義。通過各個學(xué)科、各個知識點的連接以及相互之間的關(guān)聯(lián)，使得我學(xué)會了如何取發(fā)現(xiàn)問題，從哪里入手解決問題。同時通過畢業(yè)設(shè)計也培養(yǎng)了我自信、專心的能力。設(shè)計是枯燥的，但是必須耐得住枯燥，耐得住寂寞，從中尋找樂趣。 在畢業(yè)設(shè)計時期，首先需要衷心感謝我的指導(dǎo)老師包振明！她嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深的影響著我，不論老師有多忙，總會抽出時間給我指點迷津。在專業(yè)方面，老師循序漸進的講解，是我能夠更加系統(tǒng)的把四年來所學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識貫穿起來，教導(dǎo)我要戒驕戒躁，腳踏實地的完成設(shè)計。包老師不但教我專業(yè)知識，還教我解決問題的能力，更教導(dǎo)了我做人的道理。 在畢業(yè)設(shè)計時期，我得到了同組同學(xué)的互相幫助，感謝大家！ 同時還要感謝學(xué)校以及四年來教育我課程的老師，是您們培養(yǎng)了我的各項技能，立足社會的根本。 最后感謝所有幫助過我的同學(xué)朋友們，你們的支持和幫助是我前進的動力！ 參考文獻 [1]黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等.現(xiàn)代起重運輸機械[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.5-6頁. 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