机械课程设计计算书5010吨通用双梁桥式起重机小车设计计算

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1、- 1 -太原科技大学课程设计任务书太原科技大学课程设计任务书学院（直属系）：机械工程学院 时间：2011 年 12 日学 生 姓 名张治文指 导 教 师秦义校设计（论文）题目50/10 吨通用双梁桥式起重机小车设计计算主要研究内容1. 小车总体设计；2. 主/副起升机构设计计算；3. 小车运行机构设计计算；4. 小车主要安全装置设计计算；5. 小车总图绘制(标准 0 号或 1 号加长)1 张；6. 机构部件图 2 号 1 张，机构零件图 2 号 1 张。研究方法搜集查阅与分析研究相关国内外资料，综合所学基础与专业知识，遵循机械零件与起重机行业相关标准，在小组充分讨论基础上，制定合理的具有先进

2、性的设计方案，按时完成本设计提出的全部内容。主要技术指标(或研究目标)小车的主/副起升机构设计参数： 起重量 50/10t，起升高度 10/13m，起升速度 7.5/16m/min 起升机构工作级别 M5/M5， 小车运行机构设计参数： 工作级别 M5，运行速度 45m/min，轨距 2500mm，参考轮距3500mm，小车参考自重：约 17t主要参考文献1 张质文, 包起帆等. 起重机设计手册. 北京中国铁道出版社，20012 倪庆兴, 王殿臣. 起重输送机械图册(上册). 北京：机械工业出版社, 19913 编写组编，起重机设计规范 GB3811-2008. 北京：标准出版社, 20084

3、 中文 AUTOCAD 实用教程. 北京：机械工业出版社, 2009太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 2 -第一章 主起升机构计算1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组 按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图 1 所示，采用了双联滑轮组.按 Q=50t，表 8-3 查起重机械教材表 8-3 取滑轮组倍率 m=5，因而承载绳分支数为 Z=2m=10。吊具自重载荷。查起重机械教材表 8-6 得其自重为：0GG=3.0%=0.03 500=15kNqP图 1 主起升机构简图1.2 选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承 m=5，查起重机械教材表 5-4 得滑轮组效率=0.

4、96。z钢丝绳所受最大拉力0max500 1553.6522 5 0.96QzppSkNm 按下式计算钢丝绳直径 d=c=0.082=18.99mmmaxS53650c: 选择系数，单位为 mm/，用钢丝绳=1870N/mm，据 M5 及查表 5-1Nbb得 c 值为 0.082。查起重机设计手册表 3-1-1 选右向顺绕普通钢丝绳（点接触型）直径太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 3 -d=20mm，其标记为 GB/T3811-20086 1920.01870B镀右顺1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径卷筒和滑轮的最小卷绕直径： =0D00minDDdhdd式中 h 表示

5、卷筒、滑轮和平衡轮的卷绕直径与钢丝绳直径之比值；根据机构的工作级别，查表起重机械教材表 5-2 得：卷筒=20，滑轮1h=22.4；2h 卷筒最小卷绕直径=20 20=400；00minDD1dh20滑轮最小卷绕直径=22.4 20=448。00minDD2dh20考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，查起重机设计手册表 14-1 滑轮直径和卷筒直径一致取=800mm。0D 卷筒长度：=1800mm。3032102)(2)(2lPPPnDHmlllLL其中附加安全圈数 n=2，起升高度 H=10m，螺旋槽节矩 P=24mm，卷筒卷绕直径=800mm；0D：卷筒上有绳槽的长度，取0lmmPnDHm

6、L76.589)(00 ：定绳尾所需长度，取 =2 24=48mm1l1l ：筒两端空余长度，取=P=24mm2l2l ：筒中间无槽长度，根据滑轮组中心间距 1503l卷筒壁厚 =0.02D+(610)=0.02 800+(610)mm=2226mm，=24mm，进行卷筒壁的压力计算。(选用铸铁卷筒)卷筒转速=r/min=14.92r/min。0tmvnD80. 014. 35 . 751.4 计算起升静功率太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 4 - =77.4kW0()60 1000Qjpp vP832. 01000605 . 7)15000500000(式中 起升时总机

7、械效率=0.832220.90 0.94 0.980.99zchdt 查起重机械课本表 5-4为滑轮组效率取 0.90；查机械设计手册传动机构机械z效率取 0.94；卷筒轴承效率取 0.99；连轴器效率取 0.98。chtd1.5 初选电动机 G=0.9 77.4=69.64kWJCPjP式中 JC 值时的功率，单位为 kW,查起重机械教材表 4-5；JCP G稳态负载平均系数，根据电动机型号和 JC 值查起重机械教材表8-7 得 G=0.9。查起重机设计手册表 5-1-13 选用电动机型号为 YZR315M-8，=90KW，=720r/min，最大转矩允许过载倍数 m=2.8；飞轮转矩nPn

8、nGD=8.68K。N m电动机转速：=724.2r/min0077.4()750(750720)90jdnnPnnnnP式中 电动机同步转速；0n ,是电动机在 JC 值时额定功率和额定转速。nPnn1.6 选用减速器减速器总传动比：=48.54，取实际速比=50。92.142 .724ntdnii起升机构减速器按静功率选取，根据jP=90kW，=724.2r/min，=50，工作级别为 M5，查设计手册表 3-10-6 选jPdni定减速器为 QJS-630-63-3-P-W，减速器许用功率=132KW。低速轴最大扭矩njP为 M=85kN.m太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计

9、说明书- 5 -减速器在 724.2r/min 时许用功率=95.6685kW。njP10007 .724132实际起升速度=7.281m/min。nv5054.485 . 7实际起升静功率=75.1kW。jP5 . 7281. 74 .77用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。1.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：=58.9kWnP01000QnmppHm60832.010005.710)15500(8.211.23=85KW59.83kW，此题恰好与=的功率相等.nPnPjcP25P准接电持续率时，电动机额定功率，单位为 kW；np H系数，绕线式异步电动机，取 H=

10、2.1； m基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查起重机设计手 册表 5-1-2 得 m 取 2.8； m电动机个数为 1； 总机械效率 =0.832。 发热验算按下式计算: nP3tP式中 P:电动机在不同接电持续率 JC 值和不同 CZ 值时允许输出功率，单位为 kW,按 CZ=300，JC 值=40%，查表得=90kW,查起重机械教材表 4-4,G=0.8。nP=69.6kW03()1000QtGppPm60832. 0110005 . 710)15500(9 . 03 =90=69.6kWnPtP3过载验算和发热验算通过1.8 选择制动器按下式计算，选制动器： zhMzhKjM太

11、原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 6 -式中制动力矩,单位为；zhMN m 制动安全系数，根据工作级别 M5 查起重机械课本表 7-9 表得zhK=2.0；zhK 下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为。jMN m=685.6jM300()(500 15) 100.8 0.83222 5 50Qpp Dmi N m 其中：为下降时总机械效率，通常取0.832 =2 685.6=1371.2zhMzhKjMN m根据1371.2N.m 查起重机设计手册表 3-7 选用 YWZ2-500/125 制动器，zhK其额定制动力矩 1600；N m安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩

12、=2000。zhKN m1.9 选择联轴器根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩 M,则满足要求。查起重机设计手册表 5-1 得电动机的轴伸：d=95mm(柱形)，长度 E=170mm；查起重机设计手册表 3-10 得减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度 E=130mm；浮动轴的轴头：d=80mm， 长度 E=132mm。 查起重机设计手册表 5-12-14 选取梅花弹性连轴器：型号为 MLL9-I-500,M=2800；GD=98 4=392；型号为 MLL9，N m2Kg mtT=2800；GD=18.95 4=75.8。N m2Kg

13、m电动机额定力矩=1193.759095509550720ntnPTnN m计算所需力矩=1.8x1x1193.75=2148.751 2 3 tTk k k TN m式中：考虑联轴器重要程度的系数，取 1.8。1k：考虑机构工作级别的系数，取 1。2k太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 7 -：考虑角度偏差的系数，取 1。3k =2800T=2148.75N.MtT所选连轴器合格。1.10 验算起动时间起动时间： sJMMntjqdq13. 14 .9902 .194855. 9013.122 .724)(55. 9 230022 222(500 15) 100.6721

14、.151.15 10.4412.01344 9.8 5630.849QgppDJjkg mgm i静阻力矩：=990.4N.m00()2Qjpp DMmi832. 055028 . 010)15500(3电动机启动力矩：=1.7=1.7 955090/750=1948.2N.mqMnM平均起动加速度：=0.11m/s60pqat6013.15.7=0.107 m/s =0.2 m/spaa电动机启动时间合适。1.11 验算制动时间制动时间： 21.6775.81.33 375()9.55 (2000685.6)dzhzhjnjtsMM为满载下降时电动机高速轴上的转动惯量 j电机满载下降转速，单

15、位为 r/min；dn=2 750-724.2=775.8r/mindndnn 02太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 8 -=2000zhMN mmNmiDGQMj6 .685832. 050528 . 010)15500(2)(300平均制动减速器速度=0.098m/s =0.2m/s，所以60zhzhvat6033.183.7a制动时间也合适。1.12 高速轴计算1.12.1 疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：mNMMe4 .160411464 . 111式中：等效系数，由表查得；相应于季候工作类型的电动机额4.11eM定力矩传至计算轴的力矩。mNnNMee114

16、67509095509550%)25(1%)25(由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径 d=60.因此扭转应力为: 1331604.41604.4 3222.43.14 0.0932nMMPadW许用扭转应力: MPanko9 .7234. 112 . 05 . 2)1322(1211轴材料用 45 钢, ，MPab600MPas350；MPab13222. 01MPass2106 . 0-考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；mxkkK与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合xk区段, =1.52.5；xk与零件表面加工光洁度有关,对于对于 mk; 2 . 115

17、. 1, 5mk;35. 125. 1, 3mk太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 9 -故 K=2 1.25=2.5考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取 0.2。h安全系数,查表得=1.34.nInI因此，故 通过。2 132 72.9(2.50.2) 1.25MPant o1.12.2 静强度计算轴的最大扭矩：:22.5 990.42476cjMMN m式中: 动力系数,由表查得,因轴的工作速度较高,取； c2.5c按照额定起重量计算轴受静力矩, 。jM990.4jMN m最大扭转应力: MPaWM7 .283209. 0247632max许用扭转应

18、力: MPans8 .805 . 1321032式中: 安全系数，由表查得=1.5。2n2n故合适.max tt27.8kWnjP10006.96636实际起升速度=12.64m/min；nv406.3116实际起升静功率=21.96kW。jP406 .318 .27用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 13 -2.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：=20.93kWnP01000QnmppHm60855.010001610)5.2100(9.211.23=37KW20.93kW，此题恰好与=的功率相等。nPnPjcP

19、p40式中基准接电持续率时，电动机额定功率，单位为 kW；nP H系数，绕线式异步电动机，取 H=2.1； m基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，查起重机设计手册表5-1-2 表得 m 取 3.1； m电动机个数； 总机械效率 =0.885。发热验算按下式计算: P3tP式中 P电动机在不同接电持续率 JC 值和不同 CZ 值时允许输出功率，单位为 kW,按 CZ=300，JC 值=25%，查起重机设计手册表 5-1-36 得 P=85kW;查起重机械教材表 4-4 得 G=0.8。=27.7kW03()1000QtGppPm60885. 0110001610)2100(9 . 03 =

20、32.9=27.7kWnptP3过载验算和发热验算通过。2.8 选择制动器按下式计算，选制动器 zhMzhKjM制动力矩，单位为 N.m；zhM 制动安全系数，查起重机械课本表 7-9 M5 得=2.0；zhKzhK 下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为；jMN m太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 14 -=188.98jM4032885. 05 . 010) 5 . 2100(2)(300miDGQN m 下降时总机械效率，通常取 0.885 =2 188.98=377.89zhMzhMjMN m根据选用=380.12.查起重机设计手册表 3-7-19 选用 YWZ2

21、-300/50zhMN m制动器，其额定制动力矩 630；N m安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=630。zhKN m2.9 选择联轴器根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩 M,则满足要求。查起重机设计手册表 5-1,电动机的轴伸：d=70mm(柱形)，长度 E=140mm；查起重机设计手册表 3-10,减速器轴伸：d=65mm(柱形)，长度 E=140mm；浮动轴的轴头：d=60mm， 长度 E=130mm。查起重机设计手册表 5-12-14 选取梅花弹性连轴器：型号为 MLL7-I-250，=4000；GD=2.1 4=8.4； t

22、TN m2kg m电动机额定力矩=368.13795509550960ntnPTnN m计算所需力矩=1.8368.11.2=795.1Nm：1 2 3 tTk k k T式中：考虑联轴器重要程度的系数，取 1.8。1k：考虑机构工作级别的系数，取 1。2k：考虑角度偏差的系数，取 1。3k =4000T=795.1N.MtT所选连轴器合格。2.10 验算起动时间起动时间： 太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 15 - sJMMntjqdq34. 13 .24177.62555. 909. 56 .966)(55. 92320022 222(1002.5) 100.31.1

23、5 1.735.0944 9.8 3400.885QppDkg mgm i静阻力矩：=241.300()2QjPP DMmi8885. 034023 . 010) 5 . 2100(3N m电动机启动力矩：=1.7=1.8 3681.1=625.77qMnMN m平均起动加速度：=0.199m/s60Pqat6034.116=0.199 m/s =0.2 m/sPaa电动机启动时间合适。2.11 验算制动时间制动时间： 2.33 966.61.259.55()9.55 (377.96188.98)dzhzhjnjtsMM：为满载下降时电动机高速轴上的转动惯量 j电机 2320022 222()

24、(1002) 100.51.151.15 1.732.3344 9.8 3400.885QgPP Djjkg mgm i满载下降转速，单位为 r/min；dn=2 1000-966.6=1033.4r/mindndnn 02=377.96zhMN mmNmiDGQMj98.1884032885. 05 . 010)2100(2)(300太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 16 -平均制动减速器速度=0.213m/s =0.4m/s，所以60zhzhVat6025.116a制动时间也合适。2.12 高速轴计算2.12.1 疲劳计算：轴受脉动扭转载荷,其等效扭矩：mNMMe34

25、.5151 .3684 . 111式中：为等效系数，由表查得=1.4；相应于季候工作类型的电动机额定11eM力矩传至计算轴的力矩。mNnNMee1 .3689603795509550%)25(1%)25(由上节选择联轴器中，已确定浮动轴端直径 d=60.因此扭转应力为:MPadWMn3.2432/34.51531许用扭转应力: 11212 1301 72.92.50.21.25MPakn轴材料用 45 钢, ，pabM600pasM350；MPab13222. 01MPass2106 . 0-考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;mxkkK与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开

26、键槽及紧配合xk区段, =1.52.5；xk与零件表面加工光洁度有关,对于对于mk; 2 . 115. 1, 5mk;35. 125. 1, 3mk此处取 K=2 1.25=2.5考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取h=0.2。h太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 17 -安全系数,查表得=1.6。nInI因此 72.9MPa故通过。nt 2.12.2 静强度计算:轴的最大扭矩:22.5 368.1920.25cjMMN m式中: 动力系数,由表查得,因轴的工作速度较高,取c2.5c按照额定起重量计算轴受静力矩, jMmNMj71.350最大扭转应力:

27、MPadWM3 .2732/25.92032max许用扭转应力: 2210 80.833 1.5sMPan式中: 安全系数，由表查得=1.5。2n2n故合适.max tt1.65000017000QxcPG查起重机设计手册表 3-8-12 选择车轮：当运行速度4.2kw，故通过验算。查 JB/T_9003-2004_起重机“三合一”减速器手册表 5 选用三合一减速器型号为 QS08，两台三合一分别驱动两个主动轮，主动轮两个，从动轮两个。3.5 验算起动不打滑条件在无载起动时，主动车轮上与轨道接触处的圆周切向力：太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 22 -2)2(6012)0

28、()0(CQqxcxcfpQDkPdkPtvgGPPT25 . 00006. 0620005 . 1)212. 0015. 00006. 0(620001 . 1606 .388 . 9124001248=14538N车轮与轨道粘着力： mNfPFQ.1550025. 0620001)(n=06.1TF n为防止打滑安全系数，n=1.052 . 1 故满载起动时不会打滑，因此所选电动机合适。3.6 小车缓冲器小车质量和运行速度都不大，故采用橡胶缓冲器，初定缓冲器数目 n=2。3.6.1 缓冲行程max2avspt式中 ：小车碰撞速度，有限位开关，故取=；ptvptvtv7 . 0：容许的最大减

29、速度，为 4m/s。maxa 所以mmmvavstpt9 .68)6045(449. 047 . 022max2）（3.6.2 缓冲能量WE221117000045 0.72342.8 .221060GxWptPEVN mg3.6.3 最大缓冲力maxFNagpFGx68000410170000maxmax太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 23 -3.6.4 橡胶缓冲器的主要尺寸 橡胶断面积 AmaxnFA 式中 橡胶的许用应力，采用中等硬度，中等强度的橡胶，弹性模数；2/3mmN2/5mmNE n缓冲器个数，取 n=2 223 .113333268000mmmmA选用圆

30、形断面，则其直径 D 为 ，考有关标准，取 D=125mmmmmmAD15.12014. 33 .1133344橡胶缓冲器的长度 L ，取 L=150mmmmmmFEsnDL27.1246800049 .685125214. 342max23.6.5 缓冲器的额定缓冲行程,额定缓冲容量和极限缓冲力 FnsnE mmmmELsn9051503 mmNnEmmNLEDsLEAEWnn4 .117128 .23422 .11929035812514. 382122222 NNDAFj9 .36796312514. 34141223.6.6 实际的缓冲行程 ，最大缓冲力和最大减速度smaxFmaxa

31、mmmmsEssWn45.1048 .234221.11922108 NNsEFW9 .428291066.758 .2342223max 2max22maxmax/4/45. 3/445.10490smasmsmassa满足要求即可。太原科技大学课程设计说明书太原科技大学课程设计说明书- 24 -参考文献1 张质文, 包起帆等. 起重机设计手册. 北京中国铁道出版社，20012 倪庆兴, 王殿臣. 起重输送机械图册(上册). 北京：机械工业出版社,19913 yzr 电机参数4 陈道南, 盛汉中. 起重机设计课程设计指导书. 北京：机械工业出版社, 19915 编写组编，起重机设计规范 GB3811-2008. 北京：标准出版社, 20086 中文 AUTOCAD 实用教程. 北京：机械工业出版社, 20097 唐增宝，常建娥.机械设计 课程设计（第三版） ，华中科技出版社8 机械制图（第六版） ，高等教育出版社，20089 起重机械（先用课本）10 JB/T 9003-2004 起重机三合一减速器