20-5T雙梁門式起重機(jī)小車起升機(jī)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（含6張CAD圖紙）,20,梁門,起重機(jī),小車,機(jī)構(gòu),運(yùn)行,設(shè)計(jì),CAD,圖紙 20/5T雙梁門式起重機(jī)小車起升機(jī)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 門式起重機(jī)是一種應(yīng)用范圍非常廣泛的起重機(jī)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(jī)，常應(yīng)用在戶外起重工作中。門式起重機(jī)廣泛應(yīng)用到建筑、港口、機(jī)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(jì)研究的是20/5噸門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)囊括了電機(jī)、減速機(jī)的選擇和驗(yàn)算，制動系統(tǒng)的選擇，卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算，聯(lián)軸器的選擇等，所涉及到的知識涵蓋了整個(gè)大學(xué)期間所學(xué)習(xí)到的基礎(chǔ)知識。在本次設(shè)計(jì)中，首先明確了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。然后針對本次設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的參數(shù)對起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對運(yùn)行小車進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后形成了設(shè)計(jì)說明書并繪制了相應(yīng)的CAD圖紙。 關(guān)鍵詞：門式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；運(yùn)行小車；設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)概述 7 1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 10 第二章 門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 2.1設(shè)計(jì)基本參數(shù) 11 2.2傳動方案的確定 11 2.3主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 2.3.1鋼絲繩的計(jì)算 12 2.3.2滑輪最小直徑計(jì)算 13 2.3.3卷筒尺寸計(jì)算 13 2.3.4卷筒的受力校核 13 2.3.5選擇電動機(jī) 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(jī)的驗(yàn)算 17 2.3.10減速器的驗(yàn)算 18 2.3.11高速浮動軸計(jì)算 19 2.4副起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 2.4.1鋼絲繩的計(jì)算 20 2.3.2滑輪最小直徑計(jì)算 21 2.3.3卷筒尺寸計(jì)算 21 2.3.4卷筒的受力校核 22 2.3.5選擇電動機(jī) 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(jī)的驗(yàn)算 25 2.3.10減速器的驗(yàn)算 26 2.3.11高速浮動軸計(jì)算 27 第三章 起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 3.1輪壓計(jì)算 29 3.2車輪和軌道選擇和驗(yàn)算 29 3.2.1車輪和軌道選擇 29 3.2.2強(qiáng)度等驗(yàn)算 29 3.3運(yùn)行阻力計(jì)算 30 3.4選電動機(jī) 31 3.5電動機(jī)驗(yàn)算 32 3.6選擇減速器 32 3.7驗(yàn)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(jì) 34 4.1小車架形式的確定 34 4.2小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 總結(jié) 35 致 謝 36 參考文獻(xiàn) 37 前言 門式起重機(jī)也就是常說的龍門起重機(jī)，是一種能夠適應(yīng)露天戶外工作的大型起重機(jī)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(gè)行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，比如港口、機(jī)械加工廠、產(chǎn)品與之等行業(yè)。同時(shí)對于門式起重機(jī)來說，其結(jié)構(gòu)組成以及工作等都是連續(xù)輸送機(jī)械組成機(jī)械化裝卸系統(tǒng)的理論機(jī)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(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)。在機(jī)構(gòu)上，起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)利用計(jì)算機(jī)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(jìn)的方向發(fā)展，最大起重量已經(jīng)能夠達(dá)到兩萬噸。我國的起重機(jī)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 所以隨著科技的發(fā)展，各種先進(jìn)的控制技術(shù)、機(jī)械構(gòu)造等都逐步的應(yīng)用到起重機(jī)械上，起重機(jī)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(jì)也就是基于常用的門式起重機(jī)，對其起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過以點(diǎn)帶面的方式了解整個(gè)門式起重機(jī)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(jì)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(jī)是物流運(yùn)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(yùn)輸環(huán)境。所以起重機(jī)械的發(fā)展水平可以看做是一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)增長水平。 門式起重機(jī)，既具有普通起重機(jī)所具有的起升機(jī)構(gòu)、主梁、行走機(jī)構(gòu)等基本構(gòu)造，同時(shí)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(jī)具有典型的特點(diǎn)，可以通過對它的研究，實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)械的一個(gè)全面系統(tǒng)的了解。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是以此為背景，通過對門式起重機(jī)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(jī)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對其關(guān)鍵的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并選擇，同時(shí)對工作中承受較大載荷的零部件進(jìn)行應(yīng)力分析以及校驗(yàn)，最后對零部件進(jìn)行繪圖圖紙。希望通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠?qū)Υ髮W(xué)所學(xué)習(xí)的專業(yè)機(jī)械知識進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、多學(xué)科綜合應(yīng)用的目的，從而為以后的工作、設(shè)計(jì)、專業(yè)等方面的成長奠定基礎(chǔ)，為以后工作做個(gè)良好的開端。同時(shí)希望利用設(shè)計(jì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，能夠鍛煉自己對整個(gè)設(shè)計(jì)工作的把握，從大方向把握，從整體觀把握等。通過設(shè)計(jì)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(jì)能力。 1.2門式起重機(jī)概述 門式起重機(jī)的分類方式比較多，常見的就是根據(jù)其機(jī)構(gòu)以及設(shè)計(jì)等進(jìn)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(jìn)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(jī)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(shí)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(jī)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(jìn)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(jī)，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(jī)，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(gè)或者兩個(gè)懸臂的機(jī)構(gòu)。在吊裝的時(shí)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(jī)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(dú)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(gè)腹板等組成一個(gè)箱底，為了增加強(qiáng)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(shí)在上蓋板上會設(shè)計(jì)行走的軌道，以及未來便于維護(hù)保養(yǎng)等還會有走臺等結(jié)構(gòu)裝置。 起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)實(shí)現(xiàn)對重物物體的提升的主要機(jī)構(gòu)。是門式起重機(jī)上最重要的結(jié)構(gòu)之一。在起升機(jī)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(jī)構(gòu)，主要組成部分是起升卷繞機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)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(gè)車輪配合，利用電機(jī)驅(qū)動能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的跨度之間運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對不同的跨度之間的吊運(yùn)。 起升卷繞機(jī)構(gòu)實(shí)際上就是一個(gè)卷揚(yáng)機(jī)和一組滑輪組的組合。一般對于起重量小于15噸的起重機(jī)來說都是設(shè)計(jì)一套卷繞機(jī)構(gòu)。對于大于十五噸的起重機(jī)來說，一般都設(shè)計(jì)兩套卷繞機(jī)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(diǎn)。副起升機(jī)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(jī)，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(jī)所設(shè)計(jì)的吊鉤所能夠吊起的最大重量，在吊裝的時(shí)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(jī)的額定起重量，需要符合國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因?yàn)閷τ谄鹬貦C(jī)來說，他的起重量基本就決定了起重機(jī)整體的重量等參數(shù)，所以在設(shè)計(jì)、選擇的時(shí)候都需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行考慮，過大和過小都會產(chǎn)生資源的浪費(fèi)。 2、 起升高度和跨度 起升高度指的是起重機(jī)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(jī)，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(jìn)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(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(gè)參數(shù)，因?yàn)檐壘嗫梢园筌囆凶哕壘唷⑿≤囆凶哕壘嗟取? 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(gè)參數(shù)。 大車行走軌距主要指的是行走機(jī)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(jī)的軸距也可以稱之為基距，他指的是沿著縱向運(yùn)動方向的起重機(jī)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(jī)起吊的物品重量和運(yùn)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(jī)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(jī)構(gòu)、運(yùn)行等各種速度。其中起升速度指的是起升機(jī)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(yùn)行速度指的是大車運(yùn)行速度或者小車運(yùn)行速度。都是一種直線運(yùn)動，在設(shè)計(jì)之初一般都會設(shè)定好定值。 8、 起重機(jī)工作級別 起重機(jī)的工作級別是一個(gè)重要的參數(shù)，在設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)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(jī)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(yùn)輸設(shè)備可以追溯到公元前，那時(shí)候的勞動人們就借助杠桿或者滑輪原理進(jìn)行勞動。到了蒸汽機(jī)時(shí)代，隨著第一次工業(yè)革命的開始，人們對動力的認(rèn)知以及應(yīng)用達(dá)到了一個(gè)新的境界，這時(shí)候起重機(jī)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(gè)利用蒸汽裝置作為動力的回轉(zhuǎn)式起重機(jī)，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(shí)現(xiàn)了機(jī)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(jī)械發(fā)展的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，到了十九世紀(jì)八十年代，開始出現(xiàn)了第一臺電機(jī)動力的升降機(jī)械，之后通過對蒸汽式回轉(zhuǎn)起重機(jī)的改造，形成了電動力結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)起動機(jī)，之后經(jīng)過不斷的改進(jìn)，逐漸形成了現(xiàn)在的橋式起重機(jī)以及門座起重機(jī)的原型機(jī)。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(shí)施，一些新的起重機(jī)械結(jié)構(gòu)形式不斷出現(xiàn)。同時(shí)由于焊接技術(shù)的不斷改進(jìn)以及完善，一些箱型結(jié)構(gòu)的起重機(jī)由于功能多，效率高，互換性強(qiáng)等特點(diǎn)，逐漸得到了普及。后來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用，制圖設(shè)計(jì)以及三維虛擬模擬等的不斷應(yīng)用，使得人們對于起重機(jī)械的整體設(shè)計(jì)、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(jī)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(dá)國家在起重機(jī)械上技術(shù)較為先進(jìn)，在門式起重機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)以及先進(jìn)的工藝制造加工技術(shù)的出現(xiàn)，對于起重機(jī)的設(shè)計(jì)更加先進(jìn)。 對于國內(nèi)的企業(yè)，為了能夠快速設(shè)計(jì)制造出能夠適合實(shí)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(jì)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(jī)的需求量一直旺盛，所研究的起重機(jī)在其中噸位、結(jié)構(gòu)等都領(lǐng)先全球。 第二章 門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)基本參數(shù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的是20/5t門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)及小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(yùn)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(jì)的起重量，總共是20噸和5噸分別是兩個(gè)主、副起升機(jī)構(gòu)?？傮w布置在一個(gè)起升小車上。根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的原則以及總體布局緊湊的基本要求。本次設(shè)計(jì)的起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)滑輪設(shè)計(jì)方案，其起升機(jī)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(jī)主、副起升機(jī)構(gòu)方案 圖中a表示主起升機(jī)構(gòu)的方案，其起重量為20噸，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的方案，其起重量為5噸，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.3.1鋼絲繩的計(jì)算 鋼絲繩是起重機(jī)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(jī)的起升動作就是利用電機(jī)通過滾筒帶動鋼絲繩進(jìn)行上下運(yùn)動。鋼絲繩的計(jì)算一般都是采用靜力計(jì)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(jì)算鋼絲繩在起升的時(shí)候所需要的最大拉力。 根據(jù)起重機(jī)主起升機(jī)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(jī)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(jì)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(qiáng)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(jì)算 滑輪最小許用直徑計(jì)算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個(gè)系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)的形式為中級門式起重機(jī)，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(jì)算 滑輪最小許用直徑計(jì)算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個(gè)系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)的形式為中級門式起重機(jī)，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇500mm。 然后計(jì)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(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計(jì)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(jì)算： N/m=77.12MPa。 卷筒的材料一般是選擇鑄鐵。本次設(shè)計(jì)參考同類產(chǎn)品，選擇材質(zhì)為HT200，其最小抗拉強(qiáng)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(jì)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(yàn)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(shí)候，其彎矩計(jì)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(jì)算可以看到＜ ，表示卷筒的強(qiáng)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(jī) 在起重機(jī)械中，對于電機(jī)的選擇一般都是選擇YZR或者JZR系列的電機(jī)，他們都屬于冶金起重用的三相異步電機(jī)。所屬型號的電機(jī)一般都具有承載能力強(qiáng)，安全系數(shù)高，機(jī)械強(qiáng)度大以及穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，適合短期內(nèi)高強(qiáng)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(jī)械設(shè)備中。所以本次設(shè)計(jì)也選擇這種形式的電動機(jī)。在具體選擇電動機(jī)的時(shí)候，需要根據(jù)具體的起升載荷、起升速度、傳動效率等計(jì)算出所需要電機(jī)的凈功率，然后綜合考慮其安全容量等進(jìn)行確定具體的電機(jī)。電機(jī)的凈功率計(jì)算如下： 式中—機(jī)構(gòu)總效率，取=0.85。 則電動機(jī)的計(jì)算功率： 起升機(jī)構(gòu)按靜功率初選電動機(jī)的系數(shù)，一般JC＝25%的電動機(jī)的=0.9。則 在選擇電動機(jī)的型號的時(shí)候，需要考慮其安全系數(shù)、功率容量等，所以選擇電機(jī)型號為YZR250MA-8，JC=25%，，轉(zhuǎn)速=715r/min。 2.3.6選擇減速器 計(jì)算減速機(jī)的總傳動比，一直電機(jī)的轉(zhuǎn)速，首先計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選ZQ-650-Ⅱ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時(shí)，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(jì)算所需要的制動器制動力矩，計(jì)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(shí)候主動軸所需要的靜力矩。 帶入全部參數(shù)可得： ≥ = 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算力矩應(yīng)滿足下式要求： 式中： —聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩； —聯(lián)軸器的最大允許扭矩； n—安全系數(shù)，取n=1.5； —?jiǎng)傂詣虞d系數(shù)，取=1.5； ——電動機(jī)軸上的額定扭矩： 則 由表查得，電動機(jī)YZR225M-8的軸端直徑為70mm，軸伸為140mm。根據(jù)以上條件，由機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)的驗(yàn)算 電機(jī)的驗(yàn)算主要從兩個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)算，分別是電機(jī)的過載能力以及發(fā)熱校核。 首先從電機(jī)的過載能力驗(yàn)算。過載能力主要指的就是起重機(jī)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)所出現(xiàn)了較大的工作載荷，根據(jù)計(jì)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(jī)個(gè)數(shù)，m=1； —允許過載倍率，取=2.8； 由上可知，，過載驗(yàn)算通過。 然后根據(jù)發(fā)熱性能進(jìn)行校核，根據(jù)等效功率法，校核計(jì)算電機(jī)不發(fā)熱的條件如下： 式中各參數(shù)： N25—電動機(jī)在JC=25%時(shí)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(jī)不會過熱。 2.3.10減速器的驗(yàn)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(jī)的驗(yàn)算一般需要通過速度、功率以及軸扭矩等進(jìn)行驗(yàn)算。 首先對起升速度進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際的起升速度計(jì)算如下： 速度誤差： , 可以看到減速機(jī)的速度能夠滿足使用要求。 然后對減速機(jī)的功率進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算實(shí)際所需要的功率如下： 則 因，所以減速器功率驗(yàn)算通過。 然后計(jì)算減速機(jī)對于輸出軸最大扭矩的校核計(jì)算。其最大扭矩校核計(jì)算公式如下： 式中各參數(shù)： —電動機(jī)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(jì)算可以看到所選擇減速機(jī)能夠滿足要求。 2.3.11高速浮動軸計(jì)算 首先計(jì)算起升機(jī)構(gòu)工作中所承受的基本載荷，計(jì)算如下： =1.06×467.5=495.55N.m 公式中各參數(shù)： —?jiǎng)虞d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(jī)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(jì)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(jì)算： =0.27()=0.27(600+300)=243MPa 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)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(jì)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(jì)算得： MPa 根據(jù)計(jì)算可以看到＜ 。 對軸的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 首先計(jì)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(jì)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.4.1鋼絲繩的計(jì)算 鋼絲繩是起重機(jī)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(jī)的起升動作就是利用電機(jī)通過滾筒帶動鋼絲繩進(jìn)行上下運(yùn)動。鋼絲繩的計(jì)算一般都是采用靜力計(jì)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(jì)算鋼絲繩在起升的時(shí)候所需要的最大拉力。 根據(jù)起重機(jī)主起升機(jī)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(jī)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(jì)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(qiáng)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(jì)算 滑輪最小許用直徑計(jì)算公式如下： D≥d（e-1）=14×（25-1）=336mm 公式中的e表示一個(gè)系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)的形式為中級門式起重機(jī)，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(jì)算 滑輪最小許用直徑計(jì)算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=336mm 公式中的e表示一個(gè)系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)的形式為中級門式起重機(jī)，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇350mm。 然后計(jì)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(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計(jì)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(jì)算： N/m=77.12MPa。 卷筒的材料一般是選擇鑄鐵。本次設(shè)計(jì)參考同類產(chǎn)品，選擇材質(zhì)為HT200，其最小抗拉強(qiáng)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(jì)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(yàn)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(shí)候，其彎矩計(jì)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(jì)算可以看到＜ ，表示卷筒的強(qiáng)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(jī) 在起重機(jī)械中，對于電機(jī)的選擇一般都是選擇YZR或者JZR系列的電機(jī)，他們都屬于冶金起重用的三相異步電機(jī)。所屬型號的電機(jī)一般都具有承載能力強(qiáng)，安全系數(shù)高，機(jī)械強(qiáng)度大以及穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，適合短期內(nèi)高強(qiáng)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(jī)械設(shè)備中。所以本次設(shè)計(jì)也選擇這種形式的電動機(jī)。在具體選擇電動機(jī)的時(shí)候，需要根據(jù)具體的起升載荷、起升速度、傳動效率等計(jì)算出所需要電機(jī)的凈功率，然后綜合考慮其安全容量等進(jìn)行確定具體的電機(jī)。電機(jī)的凈功率計(jì)算如下： 式中—機(jī)構(gòu)總效率，取=0.85。 則電動機(jī)的計(jì)算功率： 起升機(jī)構(gòu)按靜功率初選電動機(jī)的系數(shù)，一般JC＝25%的電動機(jī)的=0.9。則 在選擇電動機(jī)的型號的時(shí)候，需要考慮其安全系數(shù)、功率容量等，所以用電動機(jī)JZR-42-8，其（25%）=16 kW，=715r/min，=1.46kgm，電機(jī)質(zhì)量 =260 kg。 2.3.6選擇減速器 計(jì)算減速機(jī)的總傳動比，一直電機(jī)的轉(zhuǎn)速，首先計(jì)算卷筒的轉(zhuǎn)速，如下： 卷筒轉(zhuǎn)速： = 減速器總傳動比： = 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選擇減速器為：JZQ500,實(shí)際傳動比=31.5，輸入功率為18.5Kw。 2.3.7選擇制動器 首先計(jì)算所需要的制動器制動力矩，計(jì)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(shí)候主動軸所需要的靜力矩。 帶入全部參數(shù)可得： ≥ = 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算力矩應(yīng)滿足下式要求： 式中： —聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩； —聯(lián)軸器的最大允許扭矩； n—安全系數(shù)，取n=1.5； —?jiǎng)傂詣虞d系數(shù)，取=1.5； —電動機(jī)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(jī)的驗(yàn)算 電機(jī)的驗(yàn)算主要從兩個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)算，分別是電機(jī)的過載能力以及發(fā)熱校核。 首先從電機(jī)的過載能力驗(yàn)算。過載能力主要指的就是起重機(jī)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)所出現(xiàn)了較大的工作載荷，根據(jù)計(jì)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(jī)個(gè)數(shù)，m=1； —允許過載倍率，取=2.8； 由上可知，，過載驗(yàn)算通過。 然后根據(jù)發(fā)熱性能進(jìn)行校核，根據(jù)等效功率法，校核計(jì)算電機(jī)不發(fā)熱的條件如下： 式中各參數(shù)： N25—電動機(jī)在JC=25%時(shí)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(jī)不會過熱。 2.3.10減速器的驗(yàn)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(jī)的驗(yàn)算一般需要通過速度、功率以及軸扭矩等進(jìn)行驗(yàn)算。 首先對起升速度進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際的起升速度計(jì)算如下： 速度誤差： , 可以看到減速機(jī)的速度能夠滿足使用要求。 然后對減速機(jī)的功率進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算實(shí)際所需要的功率如下： 則 因，所以減速器功率驗(yàn)算通過。 然后計(jì)算減速機(jī)對于輸出軸最大扭矩的校核計(jì)算。其最大扭矩校核計(jì)算公式如下： 式中各參數(shù)： —電動機(jī)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(jì)算可以看到所選擇減速機(jī)能夠滿足要求。 2.3.11高速浮動軸計(jì)算 首先計(jì)算起升機(jī)構(gòu)工作中所承受的基本載荷，計(jì)算如下： =1.06×144.3=153N.m 公式中各參數(shù)： —?jiǎng)虞d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(jī)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(jì)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(jì)算： =0.27()=0.27(600+300)=243MPa 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)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(jì)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(jì)算得： MPa 根據(jù)計(jì)算可以看到＜ 。 對軸的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。 首先計(jì)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(jì)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(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是利用車輪以及起重機(jī)上的軌道配合行走的。在運(yùn)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(jì)成兩個(gè)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(yùn)行機(jī)構(gòu)一般也是選擇電機(jī)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(jī)構(gòu)小車運(yùn)行。 3.1輪壓計(jì)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(jìn)行計(jì)算。 最大輪壓指的狀態(tài)是主起升機(jī)構(gòu)滿足的時(shí)候的壓力，計(jì)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(yàn)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(yùn)行速度為45.2m/min小于60m/min，同時(shí)根據(jù)起升總量與小車的比值20000/7800=2.56＞1.6，起重機(jī)的工作級別為M5等，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》以及GB4628-84規(guī)定選擇小車運(yùn)行機(jī)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(jìn)行驗(yàn)算，以確保符合使用要求。 3.2.2強(qiáng)度等驗(yàn)算 首先進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)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(diǎn)接觸等兩種情況進(jìn)行驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。 車輪踏面疲勞計(jì)算載荷： P= 車輪的材質(zhì)選擇ZG340-640，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊，其σ=640 MPa，σ=340 MPa。 線接觸擠壓強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)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(jì)算=，取=0.99； —工作級別數(shù)，當(dāng)為M5級時(shí)=1。 帶入個(gè)參數(shù)計(jì)算得： P==6×400×26.13×0.99×1=62084N 根據(jù)計(jì)算可以看到，線接觸時(shí)能夠滿足要求。 計(jì)算點(diǎn)接觸擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式如下： P= 公式中各參數(shù)含義： —許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm），根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)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(gè)參數(shù)計(jì)算看得： P==0.132××0.99×1=138068N 根據(jù)計(jì)算可以看到 P ＞ P。 根據(jù)上面的計(jì)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(yùn)行阻力計(jì)算 小車運(yùn)行時(shí)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(jì)算。 當(dāng)滿載的時(shí)候阻力計(jì)算如下： =2×（20000+7800）（0.0007+） =116.8kg.m=1168Nm 運(yùn)行摩擦阻力： = 沒有負(fù)載時(shí)候的運(yùn)行阻力計(jì)算如下： =βG（+μ） =2×7800×（0.0007+）=327.6N.m ==1872N 3.4選電動機(jī) 計(jì)算所需要的電機(jī)功率： = 公式中各參數(shù)含義： =—滿載運(yùn)行時(shí)靜阻力； η=0.9—機(jī)構(gòu)傳動效率； m=1—驅(qū)動電動機(jī)臺數(shù)； 帶入?yún)?shù)計(jì)算 ==4.9kw 初選電動機(jī)功率： ==1.15×4.9=5.635kw 式中： 表示電動機(jī)功率增大系數(shù)，查得，=1.15。 根據(jù)功率選擇電機(jī)型號為JZR-22-6，N（25%）=7.5 kw，=915 r/min， (GD)=0.419 kgm，電機(jī)質(zhì)量=108 kg。 3.5電動機(jī)驗(yàn)算 根據(jù)等效功率，計(jì)算當(dāng)JC=25%時(shí)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(jī)械設(shè)計(jì)》查取=1.1。 根據(jù)計(jì)算可以看到，所選擇電機(jī)能夠滿足要求。 3.6選擇減速器 首先計(jì)算車輪的轉(zhuǎn)速 == 傳動比： ==25 根據(jù)計(jì)算選擇減速器型號為ZSC-400-I-2，當(dāng)工作級別為M5時(shí)，許用功率[N]=2.8kw，=22.4 。 3.7驗(yàn)算減速器 實(shí)際運(yùn)行速度： = =r/min 誤差： =＜[]= 15% 實(shí)際所需電動機(jī)等效功率： ＜N 根據(jù)計(jì)算可知，電機(jī)選擇合適。 3.8選擇制動器 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)要求制動時(shí)間為3~4秒之內(nèi)，本次設(shè)計(jì)取值4秒，則所需要的制動轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下： = =358Nm 根據(jù)所計(jì)算的轉(zhuǎn)矩參考《機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)間=4s與起動時(shí)間很接近，故略去制動不打滑條件驗(yàn)算。 3.9選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪 高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩， = =1.35×1.8×78.6=190.9Nm 式中： — 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，計(jì)算如下： = 9550==190.9Nm ； —聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)=1.35； —機(jī)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(jī)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(shí)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(jì)算轉(zhuǎn)矩，可由前節(jié)的計(jì)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(jī)尺寸聯(lián)軸器型號選擇鼓形齒式聯(lián)軸器。同時(shí)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(jì) 4.1卷筒的設(shè)計(jì) 卷筒最小許用直徑計(jì)算公式如下： D≥d（e-1）=18×（25-1）=432mm 公式中的e表示一個(gè)系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)的形式為中級門式起重機(jī)，其值取25，則帶入可得滑輪最小直徑可以選擇500mm。 然后計(jì)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(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； —卷筒計(jì)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(jì) 卷筒軸的主要結(jié)構(gòu)功能是用來支撐整個(gè)卷筒，中間和卷筒配合，兩頭利用軸承進(jìn)行支撐，并且使用聯(lián)軸器實(shí)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(jì) 卷筒組是一個(gè)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(jì) 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(jì)計(jì)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(jì) 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的起重量，根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的原則以及總體布局緊湊的基本要求。本次設(shè)計(jì)的起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)滑輪設(shè)計(jì)方案，主起升機(jī)構(gòu)的基本方案在前面章節(jié)已經(jīng)確定并進(jìn)行了計(jì)算。同時(shí)其起重量為20噸，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)研究的是20/5T龍門起重機(jī)的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)在港口、基建等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)起重機(jī)械，以其運(yùn)動能力強(qiáng)，起重量大、工作效率高等著稱。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要研究的就是龍門起重機(jī)的起升機(jī)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(jī)所承受的基本載荷。進(jìn)而深入設(shè)計(jì)計(jì)算了起升機(jī)構(gòu)以及對關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，對其中核心零部件進(jìn)行了校核，對部分成品件進(jìn)行了參數(shù)的計(jì)算和型號的選擇。使其能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和使用的目的。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(gè)學(xué)科、各個(gè)知識點(diǎn)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(shí)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我自信、專心的能力，設(shè)計(jì)是枯燥的，但是只有耐得住枯燥，耐得住寂寞，從設(shè)計(jì)中尋找樂趣，尋找成就 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)，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(gè)學(xué)科、各個(gè)知識點(diǎn)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(shí)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我自信、專心的能力。設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)期，首先需要衷心感謝我的指導(dǎo)老師包振明！她嚴(yán)謹(jǐn)?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(shí)間給我指點(diǎn)迷津。在專業(yè)方面，老師循序漸進(jìn)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(shí)地的完成設(shè)計(jì)。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(jì)時(shí)期，我得到了同組同學(xué)的互相幫助，感謝大家！ 同時(shí)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(xiàng)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(jìn)的動力！ 參考文獻(xiàn) [1]黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等.現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.5-6頁. 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