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1、 中文摘要 摘 要 橋式起重機在工業(yè)中占據(jù)一個至關重要的角色。在世界上成千上萬的船舶碼頭、建筑工地、鋼鐵廠、倉庫、核動力站、垃圾廢舊貯藏工廠以及其他大工業(yè)中心都有使用它們。這種省時、有效的操作處理體系對工業(yè)生產有著重要的貢獻。正因為如此，改善起重機的操作效率是非常有價值的。 本次設計在熟悉SolidWorks2006功能和有關模塊的基礎上，探討了三維CAD軟件支持卷筒及小車架結構設計過程的工作方式，并研究了相應計算機輔助設計功能的原理和實現(xiàn)方法，提出了基于SolidWork

2、s2006軟件平臺開發(fā)橋式起重機小車架及起升機構核心部件卷筒的三維CAD系統(tǒng)的方案和實現(xiàn)方法。利用SolidWorks軟件對小車架和卷筒進行建模、裝配和有限元分析。 本次設計對橋式起重機小車架及起升機構核心部件卷筒三維CAD系統(tǒng)主要完成了三個功能模塊:零件庫、裝配體庫、有限元分析模塊。零件庫針對橋式起重機小車架及卷筒部件設計中的零件進行開發(fā)，它實現(xiàn)了零件的科學管理和標準件的參數(shù)化設計。裝配體庫利用零件庫中是零件進行了裝配仿真，建立了橋式起重機小車架及卷筒部件的三維模型，并進行了有限元分析，得到了小車架受力時的應力、位移等強度指標，對指導起重機小車的設計有一定的意義。

3、 關鍵詞：橋式起重機，SolidWorks2006，CAD,零件庫，裝配體庫，有限元分析 II Abstract ABSTRACT Bridge cranes occupy a crucial role within industry. They are used throughout the world in thousands of shipping yerds, construction sites, steel mills, war

4、ehouses,nuclear power and waste storage facilities, and other industrial complexes. The timeliness and effectiveness of this manipulation system are important contributors to industial productivity. For this resson, improving the operational effectiveness of crane can be extremely valuable. For the

5、 purpose, I will discuss the ways how the coil and the hoisting shelf designed in the 3D CAD software——SolidWorks2006, and research the principle and the way how CAD does, and put forward the way and the 3D CAD project which is using to develop the bridge crane hoisting shelf and the coil——the key p

6、art of the hoisting machine——on SolidWorks 2005 software plant. I will form models and assemble and do FEA to the hoisting shelf and the coil. I will complete three function modules the spare parts store and the assembly store and the FEA module in 3D CAD system of the hoisting shelf and the coil i

7、n this engineer. The spare parts of the coil and the hoisting shelf are designed in the spare parts store, which can carry out the scientific managing of the spare parts and parametrical designing of the standard spare parts. The spare parts will be assembled in the assembly store, and be done FEA,

8、and then, we will get the stress and displacements of the hoisting shelf with the loads acting on it. It has some significance for the design of bridge carne hoisting vehicle. 60 1 緒論 Keywords：Bridge cranes ,SolidWorks2006，CAD,Spare pa

9、rts store, Assembly store,FEA 目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 1緒論 1 1.1課題的目的及意義 1 1.2課題任務、重點研究內容、實現(xiàn)途徑…………………………………………………….3 1.2 本章小結 3 2 SolidWorks與COSMOSWorks簡介 4 2.1 SolidWorks簡介 4 　?。?1.1 SolidWorks的概述 4 　?。?1.２ SolidWorks軟件的特色 4 　 2.2 COSMOSWorks簡介 6 ２.1.1 COSMOSWo

10、rks基本介紹 6 　?。?1.２COSMOSWorks功能和特點 6 2.3本章小結 8 3橋式起重機小車起升機構的總體設計計算 9 3.1 橋式起重機小車的構造 9 3.2 小車起升機構的總體設計計算 10 3.2.1 確定起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組 10 3.2.2 選擇鋼絲繩 10 3.2.3 確定滑輪主要尺寸 11 3.2.4 確定卷筒尺寸，并驗算強度 11 3.2.5 選擇電動機 14 3.2.6 驗算電動機發(fā)熱條件 14 3.2.7 選擇減速器 15 3.2.8 驗算起升速度和實際所需功率 15 3.2.9 校核減速器輸出軸強

11、度 15 3.2.10 選擇制動器 16 3.2.11 選擇聯(lián)軸器 17 3.2.12 驗算起動時間 17 3.2.13 驗算制動時間 18 3.2.14 高速浮動軸計算 19 3.3 本章小結 22 4 卷筒部件的設計計算 22 4.1 卷筒 22 4.2 聯(lián)接盤 22 4.3 卷筒輪轂 23 4.4 卷筒軸、軸承及軸承座 24 4.5 鋼絲繩在卷筒上的固定裝置 25 4.6 卷筒部件設計計算 27 4.6.1 卷筒軸設計計算 27 4.6.2 選擇軸承 28 4.6.3 繩端固定裝置計算 30 4.7 本章小結 31 5 卷筒

12、及小車架的三維零件庫 32 5.1 卷筒部件的三維零件庫 32 5.2小車架的建模 34 5.3本章小結 37 6 橋式起重機小車架和卷筒心軸的有限元分析 38 6.1 有限元分析法（FEA） 38 6.1.1 有限元法簡介 38 6.1.2 利用COSMOSWorks進行有限元分析 38 6.2 小車架基于COSMOSWorks的有限元分析 39 6.2.1 小車架的受力分析計算 39 6.2.2 小車架的有限元分析 41 6.3 卷筒心軸基于COSMOSWorks的有限元分析 48 6.3.1 卷筒心軸的受力分析計算 48 6.3.2 卷筒心軸

13、的有限元分析 48 6.4 本章小結 55 7 結論與致謝 56 參考文獻 57 1 緒論 1.1課題的目的及意義 起重機作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機械設備，可以減輕或代替人們的體力勞動，提高勞動生產率。它被廣泛應用于國民經濟的各個領域之中。在冶金行業(yè)、機械制造工業(yè)、電力工業(yè)、煤炭工業(yè)、交通運輸業(yè)、建筑工業(yè)、建材工業(yè)等國民經濟支柱行業(yè)中，起重運輸機械都扮演著重要的角色。隨著時代的發(fā)展，制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉向室內，使橋式起重機占據(jù)了主導地

14、位。橋式起重機主要應用于大型加工企業(yè)，如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)，完成生產過程中起重和吊裝等工作。其中用于生產車間的橋式起重機，是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的不可替代的作用，因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。本論文10噸橋式起重機的研究具有非常重要的意義。 在我國當前使用的橋式起重機中大部分為60、70年代生產的，除少量的退役報廢外，大部分仍在繼續(xù)使用，老化問題日益突出，超期使用依據(jù)不足，風險性較大。如何科學評估在役起重機橋架結構的承載能力，保證其安全運行是急待解決的問題。 承載能力評估與橋架結構的極限強度、穩(wěn)定性能有關。評估的

15、目的是要弄清楚橋架結構的實際安全儲備，以避免橋架結構在日常使用中發(fā)生災難性的后果，即保證橋架結構使用的可靠性(安全性、實用性、耐久性)并做出正常使用、降級使用、維修加固、報廢等科學決策。實際生產中由于金屬橋架結構承載能力不足引起的事故時有發(fā)生。因此，如何對這些在役的起重機金屬結構進行檢測評定，如何科學評估其承載能力，就成為生產中面臨的重要問題。對具有廣泛應用的橋式起重機橋架結構的承載能力進行有效評估，更有著重大的工程實用意義和理論研究價值。 另外，從我國的宏觀經濟發(fā)展來看，隨著大量出現(xiàn)的設備老化現(xiàn)象，一方面需要愈來愈多的新設備，另一方面國家資金有限，必須充分利用已有的結構，采用科學有效的方法

16、對其進行評定，以便做出科學決策。因此本課題的研究方法不僅有著重要的科學價值，而且具有廣泛的工程應用前景和重大的社會效益和經濟效益。 但是在未來，橋式起重機己不再是傳統(tǒng)意義上粗大笨重、操作復雜、維護困難的工業(yè)設備，它將面向用戶的設計理念與世界先進技術的完美結合在一起。塑造出具備體積輕巧、結構緊湊、操作簡便、使用安全、免維護等特性的產品是起重機設計的目標。今后，橋式起重機的發(fā)展趨勢為： 1）向大型化、高效率化、無保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展。 2）向自動化、智能化、集成化和信息化發(fā)展。 3）向成套化、系統(tǒng)化、綜合化和規(guī)?；l(fā)展。 4）向模塊化、組合化、系列化和通用化發(fā)展。 5）向小型化、輕型

17、化、簡易化和多樣化發(fā)展。 6）采用新理論、新方法、新技術和新手段提高設計質量。利用CAD提高設計效率與質量，與計算機輔助制造系統(tǒng)相銜接，實現(xiàn)產品設計與制造一體化。 7）采用新結構、新部件、新材料和新工藝提高產品性能。 橋式起重機是生產車間中應用廣泛的一種起重設備,起升機構是橋式起重機的重要組成部分,起重小車用以支撐整機的機械、電器設備以及被起升的重物,承受和傳遞作用在起重機上的各種較為復雜的載荷。 橋式起重機被廣泛應用于國民經濟建設的各個領域，產品已經形成多個系列，隨著經濟建設的發(fā)展，用戶對其性能要求越來越高。但是目前的設計手段還停留在二維階段，工作量大、設計過程不直觀、設計過程

18、中的錯誤也不容易發(fā)現(xiàn)。隨著三維圖形技術和計算機技術的發(fā)展，三維設計已經成為CAD發(fā)展的必然趨勢。目前，三維CAD技術在橋式起重機設計方面的應用主要集中在起重機產品的三維實體造型、出效果圖等方面，而對起重機比較全面的三維參數(shù)化設計、出工程圖方面的研究尚處于探索階段。 通用橋式起重機設計制造已形成標準系列化產品，同系列產品之間存在功能相似或結構相近的零部件(包括一些標準件)，這些都為進行參數(shù)化設計創(chuàng)造了條件。設計人員在設計同一系列橋式起重機的不同型號產品時，只需要在此系列已有產品設計的基礎上進行系列化相似性設計。通過對這些零部件模型的快速修改生成新產品的三維零件模型，通過重新裝配生成新產品的三維裝

19、配模型?；谶@樣的思想對橋式起重機參數(shù)化設計進行研究。 本課題設計的橋式起重機三維參數(shù)化設計系統(tǒng)是在研究橋式起重機結構特點、設計流程、設計方法的基礎上，以Solidworks為軟件支撐平臺。 同時，橋式起重機是一種結構形式相對穩(wěn)定,系列件、通用件和相似件占相當比例的產品。結合企業(yè)現(xiàn)狀與需求,對橋式起重機的橋架進行三維CAD設計,可以避免大量重復設計,顯著提高設計效率。目前企業(yè)的設計軟件正逐步由二維向三維轉移,對三維機械設計軟件SolidWorks進行本地化二次開發(fā),可以為解決CAD與PDM、CAPP、CAM、ERP的信息集成創(chuàng)造條件,同時更好地將產品的設計意圖貫徹到后續(xù)環(huán)節(jié),為開發(fā)新一代的產

20、品創(chuàng)造前提。 同時，隨著經濟發(fā)展的全球化、市場競爭的日益激烈，我國的起重機械制造業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了適應經濟全球化趨勢和激烈的市場競爭，提高國產起重機械的技術含量，贏得國內外市場，本論文以功能分析為基礎，采用國外先進軟件建立實體模型的方法，對橋式起重機進行新的設計，使其能夠更快、更好地符合市場需求。 1.2課題任務、重點研究內容、實現(xiàn)途徑 1.2.1本課題設計研究完成的任務： 1、10T起升機構設計計算； 2、建立10T起升機構零部件的力學模型； 3、10T起升機構零件有限元分析； 4、10T起升機構裝配圖、零件圖設計； 5、整理分析數(shù)據(jù)，完成論文。 1.2.2本課題

21、重點研究的內容： 1、對Solidworks軟件的學習達到可以熟練得建立三維實體模型； 2、能利用COSMOSX軟件對實體模型進行分析； 3、對橋式起重機的小車進行進行總體設計； 4、對橋式起重機小車的部件設計； 1.2.3本課題的實現(xiàn)途徑： 1、首先查閱參考文獻，了解橋式起重機的基本結構，對起重機的起升機構要重點了解，為以后的建模打下基礎。 2、對橋式起重機的小車架和卷筒部分進行計算校核。 3、利用Solidwors軟件建立三維實體模型庫，小車架模型、左右小件、卷筒以及卷筒軸； 4、利用Solidworks軟件建立裝配圖庫：左右小件、卷筒以及卷筒軸進行簡單的裝配； 5、C

22、OSMOSWORKS軟件，能夠對實體模型（小車架以及卷筒軸）進行加載荷分析； 6、對橋式起重機的起升機構進行力學計算； 7、利用計算的數(shù)據(jù)，對橋式起重機小車及其部件進行有限元分析，檢查設計的起升機構是否符合設計標準； 1.3本章小結 本章對本次設計的意義和目的進行了介紹，明確了設計任務和研究重點，確定實現(xiàn)途徑。為下面的設計研究奠定了基礎。 2 SolidWorks與 COSMOSWorks簡介 2 SolidWorks與COSMOSWorks簡介 2.1 SolidWorks簡介 2.1.1S

23、olidWorks的概述 SolidWorks 是美國SolidWorks公司開發(fā)的基于Windows平臺的三維機械設計軟件，其易用和友好的界面，能夠在整個產品設計工作中完全自動捕捉設計意圖和引導設計修改。在技術內核上它采用先進的ParaSolid圖形語言平臺。SolidWorks有著全面的零件實體建模功能，為用戶提供了豐富的建模手段。在Solidworks的裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設計用“自頂而下”的方法進行裝配設計，SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設計的效率。在工程圖繪制方面SolidWorks也毫不遜色，用SolidWorks的標注和細節(jié)繪制

24、工具，能快捷地生成完整的、符合實際產品表示的工程圖紙。此外SolidWorks軟件提供完整的、免費的開發(fā)工具（API），用戶可以用Visual Basic、Visual C++或其他支持OLE的編程語言建立自己的應用方案。通過數(shù)據(jù)轉換接口，SolidWorks可以很容易地將目前市場幾乎所有的機械CAD軟件集成到現(xiàn)在的設計環(huán)境中來。SolidWorks公司的宗旨就是要丟棄CAD設計的復雜性，使建模、裝配、工程圖的過程更直觀。 2.1.2 SolidWorks軟件的特色 SolidWorks是原創(chuàng)的、基于Windows平臺的三維機械設計軟件，是Windows原創(chuàng)潤件的典型代表。它總結和繼承

25、了大型機械CAD軟件的特點，是在Windows環(huán)境下實現(xiàn)的第一個三維機械CAD軟件。 SolidWork軟件有如下的特點： ①全Windows截面，操作非常簡單方便 SolidWorks軟件非常容易學習，利用SolidWorks的幫助系統(tǒng)，沒有任何單位設計經驗的設計人員也可以快速掌握SolidWorks的設計方法；SolidWorks采用內核本地化，全中文應用界面；SolidWorks支持特征的“復制、剪切、粘貼”操作，支持拖動復制、移動技術。 ②清晰、直觀、整齊的“全動感”用戶界面 “全動感”的用戶界面使設計過程變得非常輕松。動態(tài)標注用不同的顏色及說明提醒設計者目前的

26、操作對象；標注也可以使設計者在圖形區(qū)域就設定特征的有關參數(shù)；鼠標確認以及豐富的快捷菜單使得設計零件非常容易；建立特征時，無論鼠標在什么位置，都可以快速確定特征建立；圖形區(qū)域動態(tài)的預覽，使得在設計過程中就可以審視設計的合理性； 首創(chuàng)的特征管理器能夠將設計的過程記錄下來，并形成FeatureManager設計樹。設計人員利用它可以很好地通過管理和修改特征來控制零件、裝配和工程圖；強大的、動態(tài)激活的PropertyManager（屬性管理器），提供了非常方便地查看和修改屬性的操作；利用PropertyManager減少了圖形區(qū)域的對話框，使設計界面簡潔、明快；利用Configeration

27、Manager（配置管理器）很容易建立和修改零件或裝配的不同形態(tài)，大大提高了設計效率。 ③靈活的草圖繪制和檢查功能 草圖繪制狀態(tài)和特征定義狀態(tài)有明顯的區(qū)分標志，設計者很容易辯明自己的操作狀態(tài)；草圖繪制更加容易，設計者可以快速適應并掌握SolidWorks靈活的繪圖方式：單擊-單擊式或單擊-拖動式；繪制草圖過程中的動態(tài)反饋和推理可以自動添加幾何約束，使得繪圖時非常清楚和簡單，草圖中采用不同的顏色來顯示草圖的不同的狀態(tài)；拖動草圖的圖元，可以快速改變草圖形狀甚至是幾何關系或尺寸值；可以繪制用于管道設計或掃描特征的3D草圖；可以檢查草圖的合理性。 ④強大的特征建立能力和零件與裝配的控制功能

28、 強大的基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)零件的設計；可以對特征和草圖進行動態(tài)修改，通過拖動操作進行設計修改，幾乎可以作到隨心所欲；功能設備和全相關的鈑金設計能力。利用鈑金特征可以直接設計鈑金零件，鈑金的正交切除、角處理以及邊線切口等處理都非常容易；SolidWorks提供了大量的鈑金成形工具，采用簡單的拖動技術就可以建立鈑金零件中的常用形狀；利用Feature Palette窗口，只需要簡單地拖動到零件中就可以快速建立特征；管理和使用庫特征非常方便；利用零件和裝配體的配置不僅可以利用現(xiàn)有的設計，建立企業(yè)的產品庫，而且解決了系列產品的設

29、計問題。配置的應用涉及零件、裝配和工程圖；可以利用Excel軟件驅動配置，從而自動生成零件或裝配體配置；使用裝配體輕化，可以快速、高效地處理大型裝配，提高系統(tǒng)性能；按照同心、重合、距離、角度、相切等關系，裝配約束豐富多樣；可以進行動畫式的裝配和動態(tài)查看裝配運動；在裝配中可以實現(xiàn)智能化裝備，也可以進行動態(tài)裝配干涉檢查和間隙檢測，以及靜態(tài)干涉檢查；在裝配中可以利用現(xiàn)有的零件相對某平面產生鏡像，零件或使用原有零件按鏡像位置裝配。 ⑤完整的、符合標準的詳細工程圖 使用RapidDraft工程圖技術，可以將工程圖與三維模型單獨進行操作，以及加快工程圖的操作，但仍然保持與三維模型的相關性；可以為三維模

30、型自動生產工程圖，包括視圖、尺寸和標注；靈活多樣的視圖操作：可以建立各種類型的投影視圖、剖面視圖和局部放大圖；交替位置視圖能夠方便地顯示零部件不同位置，在同一視圖中生成裝配的多種不同位置的視圖，以便了解運動的順序。 ⑥最大限度地利用已有數(shù)據(jù)進行設計，方便數(shù)據(jù)交換 可以通過標準數(shù)據(jù)格式與其他CAD軟件進行數(shù)據(jù)交換；提供數(shù)據(jù)輸入診斷功能，允許用戶對輸入的實體執(zhí)行幾何簡化、模型誤差重設以及冗余拓撲移除；利用插件形式提供免費的數(shù)據(jù)接口，可以很方便地與其他三維CAD軟件如Pro/ENGINEER、UG、MDT、SolidEdges等進行數(shù)據(jù)交換；DXF/DWG文件轉換向導可以將用戶通過其他軟件建立的

31、工程圖文件轉化成SolidWorks的工程圖文件，操作非常方便；可以將模型文件輸出成標準的數(shù)據(jù)格式，將工程圖文件輸出成DXF/DWG格式。 ⑦支持工作組協(xié)同作業(yè) 3D Meeting是基于微軟NetMeeting技術而開發(fā)的專門為SolidWorks設計人員提供協(xié)同工作環(huán)境，利用3D Meeting可以通過Internet實時地協(xié)同工作；支持Web目錄，可以將設計數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件中，和存放在本地硬盤一樣方便；可以將工程圖輸出成eDrawings文件格式，便于交流設計思想。 ⑧提供了自由、開放、功能完整的API開發(fā)工具接口，可以根據(jù)實際情況利用VC、VB、VBA或其他OLE開發(fā)程序對

32、SolidWorks進行二次開發(fā)。 2.2COSMOSWorks簡介 2.2.1 COSMOSWorks基本介紹 Structural Research and Analysis Corporation（SRAC）創(chuàng)建于1982年，是一個全力發(fā)展有限元分析軟件的公司，公司成立的宗旨是為工程界提供一套高品質并且具有最新技術、價格低廉并能為大眾所接受的有限元軟件。 1988年SRAC公司著手對有限元分析軟件進行以Parasolid為幾何核心，全新編寫。以Windows視窗界面為平臺，給使用者提供操作簡單的友好界面，包含實體建構能力的前、后處理器的有限元分析軟件——GEOSTAR。GEO

33、STAR根據(jù)用戶的需要可以單獨存在，也可以與所有基于Windows平臺的CAD軟件的領導者——SolidWorks服務的全新嵌入式有限元分析軟件COSMOSWorks。 COSMOSWorks使用SRAC公司開發(fā)的當今世上最快的有限元分析算法——快速有限元算法（FFE），完全集成在Windows環(huán)境并與SolidWorks軟件無縫集成。從最近的測試表明，快速有限元算法（FFE）提升了傳統(tǒng)算法50~100倍的解題速度，并降低磁盤儲存空間，只需要原來的5%就夠了；更重要的是，它在微機上就可以解決復雜的分析問題，節(jié)省使用者在硬件上的投資。 2.2.2 COSMOSWorks功能和特點 SRAC

34、公司的快速有限元算法（FFE）比較突出的原因如下： ①快速有限元算法參考以往的有限元求解算法的經驗，以C++語言重新編寫程序，程序代碼中盡量減少循環(huán)語句，并且引入當今世界范圍內軟件程序設計新技術的精華。因此極大提高了求解器的速度。 ②快速有限元算法使用新的技術開發(fā)、管理其資料庫，使程序在讀、寫、打開、保存資料及文件時，能夠大幅提升速度。 ③快速有限元算法按獨家數(shù)值分析經驗，搜索所有可能的預設條件組合（經大型復雜運算測試無誤者）來解題，所以在求解時快速而能收斂。 在微機上應用的工程分析軟件，有了快速有限元算法，就好比一個引擎加上渦輪增壓器，可以使軟件運行一直處于加速度狀態(tài)。過去在工作站上

35、運行的工程分析問題，現(xiàn)在可以拿到微機上來解決，幫助用戶大顯身手，并且實現(xiàn)了同步工程的夢想。 SRAC公司為SolidWorks提供了三個插件，分別是COSMOSWorks、COSMOSMotion和COSMOSFloWorks。 COSMOSMotion：是一個全功能運動仿真軟件，可以對復雜機械系統(tǒng)進行完整的運動學和動力學仿真，得到系統(tǒng)中各零部件的運動情況，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并以動畫、圖形、表格等多種形式輸入結果，還可以將零部件在復雜運動情況下的復雜載荷情況直接輸出到主流有限元分析軟件中以作出正確的強度和結構分析。 COSMOSFloWorks：是一個流體動力學

36、和熱傳導分析軟件，可以在不同雷諾數(shù)范圍上，建立跨音速、超音速和壓音速的可壓縮和不可壓縮的氣體和流動的模型，以確保獲得真實的計算結果。 COSMOSWorks：為設計工程師在SolidWorks的環(huán)境下，提供比較完整的分析手段。憑借先進的快速有限元技術（FFE），工程師能非常迅速得實現(xiàn)對大規(guī)模的復雜設計的分析和驗證，并且獲得修正和優(yōu)化設計所需的必要信息。 COSMOSWorks的基本模塊可以做對零件或裝配體進行靜力分析、固有頻率和模態(tài)分析、失穩(wěn)分析和熱應力分析。 靜力學分析——研究零件在只受靜力情況下，零組件的應力、應變分布。 固有頻率和模態(tài)分析——確定零件或裝配的造型與其固有頻率的關系

37、，在需要共振效果的場合，如超聲波焊接揚聲器，音叉，獲得最佳設計效果。 失穩(wěn)分析——當壓應力沒有超過材料的屈服強度時，薄壁結構件發(fā)生的失穩(wěn)情況。 熱分析——在存在溫度梯度情況下，零件的熱應力分布情況，以及研究熱量在零件和裝配中的傳播。 疲勞分析——預測疲勞對產品全生命周期的影響，確定可能發(fā)生疲勞破壞的區(qū)域。 非線性分析——用于分析橡膠類或者塑料類的零件或裝配體的行為，還用于分析金屬結構在達到屈服極限后的力學行為。也可以用于考慮大扭轉和大變形，如：突然失穩(wěn)。 間隙/接觸分析——在特定的載荷下。兩個或者更多運動零件相互作用。例如：在傳動臉或者其他機械系統(tǒng)中接觸間隙未知的情況下分析應力和載荷

38、傳遞。 優(yōu)化——在保持滿足其他性能判斷（如應力失效）的前提下，自動定義最小體積設計。 2.3本章小結 本章簡單介紹了SolidWorks與COSMOSWorks軟件的基本情況和其基本功能，為下面的建立三維實體模型以及有限元分析做了很好的鋪墊。 3 起升機構總體設計計算 3 橋式起重機小車起升機構的總體設計計算 3.1 橋式起重機小車的構造 橋式起重機小車主要由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。另外，還有一些安全防護裝置。起升機構主要包括：電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器、滑輪、鋼絲繩、

39、吊鉤組、高速浮動軸和卷筒等。 我國制造的橋式起重機的小車（圖3-1）具有下列特征： 1） 起升機構和運行機構由獨立的部件構成。 2） 在設計機構和小車架時，遵循了“三化”（標準化、通用化和系列化） 原則。這可使零部件的互換性得到保證，降低制造和使用維護起重機的費用，并使所需零部件的備品量減到最少。 圖３－１ 橋式起重機小車構造圖 1-墊板；2-電動機；3-減速器；4-制動器；5-軸承座；6-從動車輪；7-角形軸承箱； 8-主動車輪；9-欄桿

40、；10-排礙板；11-撞尺 3）小車架用鋼板焊接而成。在小車架上焊有底座（墊板1），電動機等均安裝在這種底座上。為了簡化車架的加工，底座的加工面應盡量布置在同一水平面或垂直面上。 4）起升機構和運行機構采用減速器式傳動裝置，僅在起重量較大，傳動比高時低速級才采用一級開式齒輪，而高速級仍采用減速器傳動。 5）所有機構中都采用滾動軸承。 6）過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵，彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重錘上閘的長行程電磁鐵制動器已不采用。 7）在制造起重機時，由于對零件進行熱處理，從而提高了零件表面的耐磨性，延長了使用壽命。 8）為簡化起重機機構的維護工作，軸承的

41、潤滑最好采用集中潤滑系統(tǒng)。 3.2小車起升機構的總體設計計算 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 1)確定起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組 2)選擇鋼絲 　按照布置緊湊原則，決定采用[1]圖4-10的方案，如圖３－２所示，采用了雙滑輪組，按Q=10T，查[1]表4-1取滑輪組倍率 承載繩分支數(shù)：Z=2ih=2×3=6 圖３－２　起升機構計算簡圖 查[1]附表8選圖號G15吊鉤組，得其質量：G。=219kg 兩動滑輪間距A=185mm。 若滑輪組采用滾動軸承

42、，當 ih=3查[2]表２-１得滑輪組效率為。鋼絲繩所受最大拉力： 　?。ǎ常保? 查[2]表2-4，中級工作類型（工作級別）時，安全 系數(shù)n=5.5，鋼絲繩計算破斷拉力： Ｚ＝６ 選圖號G15吊鉤組 A=185mm 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 3)確定滑輪主要尺寸 4)確定卷筒尺寸，并驗算強度 　　?。ǎ常玻? 查[1]附表1選用瓦林吞型纖維鋼芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強

43、度1670，光面鋼絲，右交互捻，直徑d=14mm，鋼絲繩最小破斷拉力 ，標記如下： 鋼絲繩　 滑輪的許用最小直徑： 　mm 　　?。ǎ常常? 式中系數(shù)e=25由[2]表2-4查得。由[1]附表2選用滑輪直徑mm，取平衡滑輪直徑 　 　　?。ǎ常矗? 由[1]附表2選用?；喌睦K槽部分尺寸可由[1]附表3查得。由[1]附表4選用鋼絲繩直徑d=14mm，D=355mm，滑輪直徑的型滑輪，標記為 　　　　　滑輪14×355-90 ZB J80 006.8-87 由[1]附表5平衡滑輪選用d=14mm，D=225mm，滑輪軸直徑的F型滑輪標記為： 　　　　　滑輪F14×

44、225-45 ZB J80 006.9-87 卷筒直徑： mm　　　?。ǎ常担? 由[1]附表13選用D=400mm，卷筒繩槽尺寸由[4]附表14-3查得槽距取t=16mm，槽底半徑r=8mm，卷筒尺寸： 　　　　　　（３－６） d=14mm Ｄ=355mm Dp=225mm 卷筒直徑 D=400mm 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 取L=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

45、組動滑輪的間距，即=A=185mm（圖３-３），實際長度在繩偏斜角允許范圍內可以適當增減； ——卷筒計算直徑=D+d=400+14=414mm 卷筒壁厚： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常罚? 取mm。 卷筒壁壓應力驗算： 　　　　　　?。ǎ常福? 選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強度，許用壓應力： 　　　　　　　　　　（３－９） ，故抗壓強度足夠。 卷筒拉應力驗算：由于卷筒長度L〉3D，尚應校簡有彎矩產生的拉應力，卷筒彎矩如圖3-3所示： （圖3-3 卷筒彎矩圖） 卷筒長 L=1

46、500mm 卷筒壁厚 mm 卷筒抗壓強度足夠 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時： （３－10）卷筒斷面系數(shù)： （３－11） 式中 D——卷筒外徑，D=400mm； ——卷筒內徑， 于是 （３－12） 合成應力：

47、 （３－13） 式中許用拉應力: （３－14） 卷筒強度驗算通過。故選定卷筒直徑D=400mm，長度L=1500mm；卷筒槽形的槽底半徑r=8mm，槽距t=16mm；起升高度H=15m，倍率；靠近減速器一端的卷筒槽向左的A型卷筒，標記為： 卷筒 A400×1500-8×16-15×3 左 ZB J80 007.2-87 卷筒強度驗算通過 設計內容 計　

48、算　與　說　明 結　果 5)選電動機 6)驗算電動機發(fā)熱條件 計算靜功率： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常?５）式中： η——機構總效率，一般，取 電動機計算功率 　　　　　　?。ǎ常?６） 式中由[2]表6-1查得： 對于級機構，，取 　　　查[1]附表30選用電動機， 其，， 電機質量 按照等效功率法，求所需要的等效功率 　?。ǎ常?７） 式中——工作級別系數(shù)，查[2]表6-4，對于級 　　　　　　別； γ——系數(shù)，根據(jù)機構平均啟動時間與平均工作 時間的比值（）查得，由[2]表6-

49、3，一般起升機 構取由[2]圖6-6查得 　　γ=0.87 由以上計算結果，故初選電動機能滿足發(fā)熱條件。 選電動機 電動機發(fā)熱驗算通過 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 7)選擇減速器 8)驗算起升速度和實際所需功率 9)校核減速器輸出軸強度 卷筒轉速： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常?８） 減速器總傳動比： 　　　　　　　　　　　　?。ǎ常?９） 查[1]

50、附表35選減速器，當工作類型為中級 （相當工作級別為級）時，許用功率， 　，質量，入軸直徑， 　軸端長（錐形）。 　實際起升速度： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常玻埃? 　誤差： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３－２１） 　實際所需等效功率： 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常玻玻? 　 　由[2]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力： 　　　　　　　　　　（３－２３） 　式中——卷筒上卷繞鋼絲繩引起的載荷； 　　　——卷筒及軸自重，參考[1] 附表14

51、選減速器 實際起升速度 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 10)選擇制動器 估計； 由[2]公式（6-17）得輸出軸最大扭矩： 　　　　?。ǎ常玻矗? 式中 　　　　　　　　　　　　　——電動機軸額定力矩 　——當JC=25%時電動機最大力矩倍數(shù)，由 　　　　　[1]附表33查得 　——減速器傳動效率 　——減速器輸出軸最大容許轉矩，由 　　　　　　　　由[1]附表36查得 　　　 由以

52、上計算，所選減速器能滿足要求。 所需要靜制動力矩： 　　　　　　（３－２５） 式中——制動安全系數(shù)，由[2]表6-6查得。 由[1]附表15選用制動器，其制動轉矩 ，制動輪直徑，制動質量 減速器輸出軸強度足夠 選用制動器 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 11)選擇聯(lián)軸器 12）驗算起動時間

53、高速軸聯(lián)軸器計算轉矩，由[2]式（6-26） 　?。ǎ常玻叮? 式中 ——電動機額定轉矩（由前節(jié)求出） 　　　　n=1.5——聯(lián)軸器安全系數(shù) 　　　——剛性動載荷系數(shù)，一般 　　　由[1]附表31查得電動機軸端為圓柱形d=65mm，，從[1]附表34查得ZQ-500 減速器的高速軸端為圓錐形d=50mm， 靠電動機軸端聯(lián)軸器 由[1]附表44選用帶制動輪的半齒聯(lián)軸器，其圖號，最大容許轉矩值， 飛輪力矩，質量。 浮動軸的兩軸端為圓柱形d=45mm， 靠減速器軸端聯(lián)軸器 　　由[1]附表45選用帶mm制動輪的半齒聯(lián)軸器，其圖號為，最大容許轉矩，飛輪力矩，質量，為與制

54、動器相適應，將聯(lián)軸器所帶mm制動輪，修改為應用。 起動時間： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常玻罚? 帶 制動輪的半齒聯(lián)軸器，圖號 帶制 動輪的半齒 聯(lián)軸器，圖號 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 13）驗算制動時間 式中 　　　?。ǎ常玻福? 靜阻力矩： 平均起動轉矩： 　 通常起升機構起動時間為，此處，可在電氣設計時，延長起動時間，故所選電動機合適。 制動時間

55、： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３－２９） 式中 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常常埃? 查[2]表6-6得許用減速器， ， 故　　 故合適。 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 14）高速浮動軸計算 ⑴疲勞計算 由[3]起升機構疲勞計算基本載荷： 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常常保? 式中 ——動載系數(shù) ——起升載荷動載系數(shù)（物品起升或下降

56、制動 　　　的動載效應） 由前節(jié)已選定軸徑d=45mm，因此扭轉應力： 　　　　　　　　　　　　　　　　　?。ǎ常常玻? 軸材料用45號鋼，，。 彎曲： 扭轉： 軸受脈動循環(huán)的許用扭轉應力： （3－33） 式中 ——考慮零件幾何形狀和零件表面狀 況的應力集中系數(shù) ——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，

57、 ——與零件表面加工光潔度有關，當 粗糙度為3.2時， 設計內容 計　算　與　說　明 結　果 當粗糙度為12.5時 此處取 ——考慮材料對應力循環(huán)不對稱的敏感 系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼 ——安全系數(shù)， （由[3]表30 查得） 故 通過。 ⑵強度驗算： 軸所受最大扭矩： （3－34） 最大扭轉應力： （3－35） 許

58、用扭轉應力： （3－36） 式中——安全系數(shù)， 故通過。 浮動軸的構造如圖3-4所示，中間軸徑 取。 圖3-4 浮動軸構造 疲勞計算通過 強度計算通過 4 卷筒部件設計計算 3.3 本章小結 本章通過對橋式起重機小車進行總體設計，確定了電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器、滑輪、鋼絲繩、吊鉤組等的型號并確定了高速浮動軸以及卷筒的直徑和

59、長度等參數(shù)，為下一步進行部件設計奠定了基礎。 4 卷筒部件的設計計算 為了進一步確定卷筒部件的結構參數(shù)，本章對卷筒進行部件設計。 卷筒部件的形式很多，根據(jù)起升機構傳動方案的不同而不同。根據(jù)本次設計中確定的傳動方案，卷筒部件的構造如圖4-1所示，主要由卷筒1、聯(lián)接盤2、卷筒軸3、卷筒軸承座4和鋼絲繩在卷筒上的聯(lián)接件以及其它一些連接定位的零件等組成。 圖4-1 卷筒部件 1— 卷筒；2—聯(lián)接盤；3—卷筒軸；4—軸承 4.1 卷筒 卷筒可用HT150到HT300的灰鑄鐵及ZG27

60、0-500、ZG230-450的鑄鋼鑄造的毛坯，也有用Q235（A3）鋼板焊接的毛坯加工而成。后者的自重要比前的輕35~40%。在我國現(xiàn)有的標準系列橋式起重機小車中常采用鑄造卷筒。本次設計中采用HT200。 4.2 聯(lián)接盤 聯(lián)接盤用于連接卷筒與減速器的輸出軸端喇叭口。它既是一個帶內齒的半齒輪聯(lián)軸器，又是卷筒的一個輪轂。因此，可使減速器輸出軸扭矩借助聯(lián)接盤傳到卷筒上，而使卷筒旋轉。同時，卷筒上鋼絲繩的作用力可以通過聯(lián)接盤的輪轂傳遞給卷筒軸，再由卷筒軸的左軸承通過喇叭口作用到減速器的機殼上。 聯(lián)接盤與卷筒的聯(lián)接形式，常見的有兩種：一種是連接鉸孔螺栓安裝在卷筒內（圖4-2a），這種聯(lián)接

61、形式的聯(lián)接盤1在安裝時，螺栓扳手不能伸入卷筒2內。為了防止在安裝時脫落，又可以使聯(lián)接盤容易裝上，所以鉸孔螺栓和卷筒內凸緣上螺孔要采用過度配合，而螺栓與聯(lián)接盤凸緣上螺孔的配合采用動配合。它用于卷筒直徑交大的情況。另一種是連接鉸孔螺栓裝在卷筒之外的形式（圖4-2b）。它常用于卷筒直徑較小、螺栓無法裝在卷筒之內的情況下。這時可將卷筒2做出一個凸緣，于是聯(lián)接盤1的連接螺栓可在卷筒外固接。前一種聯(lián)接形式用的最多，因為卷筒制造方便，后一種只在不得已的情況下采用。本次設計采用前一種。 圖4-2 卷筒和聯(lián)接盤的聯(lián)接 在聯(lián)接盤的外側，也就是靠近減速器

62、的一邊，有一格密封蓋（也叫可分盤）用于防止灰塵進入齒隙。因為密封蓋是最后安裝，為了便于裝配，所以做成兩半，在兩半的接縫處要加上橡膠或毛氈墊以防灰塵侵入。密封蓋與齒側之間要留有一定間隙（圖4-2），以免蓋與外齒側摩碰。 因為聯(lián)接盤內齒與減速器輸出軸的外齒嚙合處要經常注油潤滑，所以在聯(lián)接盤的外邊要伸入注油管以便注油。 卷筒與減速器的聯(lián)接及聯(lián)接盤的主要尺寸，可以參考[4]表14-1決定。 4.3 卷筒輪轂 卷筒輪轂的形式有整體式和裝配式兩種。 1. 整體式卷筒輪轂 如圖4-3a所示，輪轂與卷筒做成一體。這種輪轂鑄造的工藝性較差；輪轂與輪輻過

63、渡處鑄造時容易產生裂縫；輪轂處易有鑄造缺陷，費工時多。圖4-3a的構造系輪轂兩邊均有加肋板，而圖3-3b的加肋板都在卷筒外側，因此，鑄造時后者容易清砂。 2. 裝配式的卷筒輪轂 如圖4-3c、d所示，輪轂與卷筒分別制成，然后裝配成一體。這種輪轂鑄造方便且容易保證質量；鑄造后也容易清沙。缺點是加工及裝配工時較多。多了一些連接的零件如螺栓等。 圖4-3c的聯(lián)接螺栓在卷筒一側，而圖4-3c的聯(lián)接螺栓則擰在卷筒壁上。前者是已采用過的標準形式，后者卷筒為圓筒形的，可以采用連續(xù)鑄造的方法，其鑄造工藝性好，現(xiàn)已為工廠新的標準設計所采用。

64、 圖4-3 卷筒輪轂 本次設計中采用圖4-3c的方案。 4.4 卷筒軸、軸承及軸承座 卷筒軸在卷速器一端。穿過聯(lián)接盤插入減速器輸出軸端的喇叭口內。如果喇叭口較大，則可以安裝自位的滾球軸承（圖4-4a）來支撐卷筒；如果喇叭口較小，則用特制的球面滑動軸承（圖4-4b）來支撐卷筒軸。卷筒軸的另一側，則用單獨的自位滾動軸承和軸承座來支持它（參看[1]附表47）。 卷筒軸的材料通常為調質的45號鋼。卷筒軸僅承受卷筒輪轂傳遞的載荷（由于鋼絲繩拉力引起的）。因扭矩直接由減速器輸出軸端通過齒輪連接盤傳導卷筒上，所以卷筒軸為兩支點的轉動心軸（不承受扭矩）。

65、 圖4-4 卷筒軸在減速器端的支承 1— 減速器輸出軸喇叭口；2—滾動軸承；3—卷筒軸；4—聯(lián)接盤 卷筒軸承座可采用標準軸承座（[1]附圖41），另配上一焊接支架，也可以采用專用的高型軸承座（[1]附圖40）。卷筒軸承座主要承受卷筒和卷筒軸的自重及鋼絲繩傳遞的作用力。為使合軸承座定位，需要定位裝置。一般在卷筒部件安裝調整驕好后，用一小段角鋼焊在小車架上使軸承座定位。 4.5 鋼絲繩在卷筒上的固定裝置 鋼絲繩在卷筒上的固定裝置應保證工作可靠，便于檢查和容易拆換鋼絲繩，避免鋼絲繩在固定處受到過分彎曲?，F(xiàn)有鋼絲繩固定裝置都是利用摩擦力來固定的。在進行結算時，應

66、該考慮由于附加圈數(shù)（1.5~3圈）與卷筒表面的摩擦力影響，而使進入固定裝置的鋼絲繩作用力減少。令繞入卷筒繩的拉力為S，繩索在卷筒上的最少附加圈數(shù)為1.5圈（即包角），繩索在卷筒上的摩擦系數(shù)，則在固定處繩的作用力為： （4-1） 為了安全起見，固定處繩的作用力可取： （4-2） 現(xiàn)在常用的固定裝置由三種： 1） 利用壓緊螺釘及壓板的方法：如圖4-5所示在卷筒上鑄出一通槽，鋼繩末端放到此槽內用壓板及螺釘壓緊。為使繩索可靠地固定，必須使。式中F為繩索與壓板之間的摩擦力。由于F系螺釘壓緊壓板之力P產生的，故 式中 ——接觸表面的摩擦系數(shù)，一般取。于是： （4-3） 求出P力后就可以根據(jù)壓縮強度條件來計算螺釘?shù)膬葟健?