毕业设计（论文）-现代双梁桥式起重机设计.doc

河北工程学院毕业设计（论文） 目 录 第第 1 章章 前言前言1 第第 2 章章 起升机构设计起升机构设计3 2.1 确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组3 2.2 选择钢丝绳7 2.3 确定滑轮组的主要尺寸8 2.4 确定卷筒尺寸并验算其强度 9 2.5 选电动机11 2.6 验算电动机发热条件12 2.7 选择减速器13 2.8 验算起升速度和实际所需功率13 2.9 校核减速器输出轴强度14 2.10 选择制动器16 2.11 选择联轴器17 2.12 验算启动时间18 2.13 验算制动时间19 2.14 高速浮动轴计算20 第第 3 章章 小车运行机构的设计计算小车运行机构的设计计算23 3.1 确定机构的传动方案23 3.2 选择车轮与轨道并验算其强度23 3.3 运行阻力的计算25 3.4 选电动机25 3.5 验算电动机发热条件26 3.6 选择减速器6 3.7 验算运行机构速度和实际所需功率26 3.8 验算启动条件27 3.9 按起动工况校核减速器功 率28 3.10 验算起动不打滑条件 28 河北工程学院毕业设计（论文） 3.11 选择连轴器28 3.12 演算低速浮动轴强度29 第第 4 章章 动滑轮的计动滑轮的计 算算31 第第 5 章章 主起升机构的卷筒的计算主起升机构的卷筒的计算32 5.1 卷通心轴的计算32 5.2 选择轴承33 5.3 绳端固定装置计算34 第第 6 章章 吊钩组的计算吊钩组的计算36 6.1 吊钩截面的应力计算36 6.2 叉子计算38 6.3 拉板校核40 第第 7 章章 大车运行机构的设计大车运行机构的设计42 结论结论44 致谢致谢44 参考资料参考资料45 外文资料外文资料46 河北工程学院毕业设计（论文） 第第1章章前言前言 起重机械是用来升降物品或人员的，有的还能使这些物品或人员在其工作范围内 作水平或空间移动的机械。取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上 的起重机，称为“桥架型起重机” 。 桥架两端通过运行机构直接支承在高架轨道上的桥架型起重机，称之为“桥式起 重机” 。桥式起重机一般有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重 小车、电气设备、司机室等几大部分组成。外形像一个两端支承在平行的两条架空轨 道上平移运行的单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作 横向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用。 桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几 吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机都是在通 用吊钩桥式起重机的基础上派生发展出来的。 起重机的产品型号表示为： 类、组、型代号 特征代号 主参数代号 更新代号 例如：QD20/5桥式起重机表示为，吊钩桥式起重机，主钩20t，副钩5t。 在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求： 整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互 配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同， 其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程 限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工 作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建 筑物的高度。 小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面 的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。 但也不应太大，否则小车就不紧凑。 小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮 河北工程学院毕业设计（论文） 轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该 超过平均轮压得20%。 小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配 合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则 上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的 设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应 配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高 设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护 检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各 个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。 河北工程学院毕业设计（论文） 第第2章章 起升机构设计起升机构设计 2.1 确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组 2.1.1 主起升机构 根据设计要求的参数，起重量Q=300t，属大起重量桥式起重 起起升升机机构构计计算算简简图图 河北工程学院毕业设计（论文） 机，鉴于目前我国的生产经验及以生产出的机型，决定采用开式 传动。 该设计的基本参数如下表： 起重 量Q 起升高 度H 起升速度V运行速度V跨 度L 300/ 50t 31/ 33m 1.1/7.0m/min27.5/ 8.0m/min 22m 根据设计所给的参数我们可以有如下方案，如图a所示。 显然，a方案结构简单，安装及维修都比较方便，但是由于 轴 两端的变形较大使得小齿轮沿齿宽方向受力不均匀，易 产生磨损。针对这一缺点b方案都对其进行了完善，使小齿 轮的受力均匀，而且从结构上看，该方案不但可以使小齿轮 受力均匀，而且结构紧凑简单，又考虑我国现有的生产经验 故采用最终采用此方案。 由设计参数知，起升高度H为31m，根据这一参数，我们选 择双联滑轮组单层卷绕。这种绕绳方法构造简单，制造及安装方 便，由于该起重机的起重量较大，钢丝绳对卷筒的压力较大，故 此采用单层绕。综上所述，采用开式、双联滑轮组单层绕结构。 按Q=300t，查1表4-1取滑轮组的倍率Ih=10，则可知钢丝绳 的分支数为Z=4*Ih=40。查2表15-15，知Q=300t的桥式起重机选 用叠片式双钩，叠板式双钩是由钢板冲剪成的钢片，用铆钉连接 开式传动 而成。为了使负荷均等分布到所有钢片上，在叠板钩开口处， 装镶可拆环的钢板。同时，在钩 颈环形孔中装有轴套。钩片材 料用A3钢。这种结构有很 河北工程学院毕业设计（论文） 电电动动机机 变变 速速 箱箱 开开 式式 齿齿 轮轮 卷卷筒筒 轴轴 承承 轴轴 承承 联联 轴轴 器器 图a 第一种传动方案 电电动动机机 变变 速速 箱箱 开开 式式 齿齿 轮轮 卷卷筒筒 轴轴 承承 轴轴 承承 联联 轴轴 器器 联联 轴轴 器器 图b第二种传动方案 多优点：（1）制造比较简单，特别是尺寸较大的吊钩（2） ih=12 河北工程学院毕业设计（论文） 工作可靠，因为破坏开始时，首先在某一片钢片上产生， Z=24 这样就可以进行维修，从而避免了破坏的进一步发展。该 叠片式 吊钩的自重为：G0=14t，两动滑轮间距A=250mm.。 双钩 2.1.2 副起升机构 副起升机构参照主起升机构的原理采用，闭式传动、双连 滑轮组、单层绕结构。根据其要求的起重量为50t，查1表 4-1 可知，取滑轮组倍率Ih=4，则承重绳的分支为：Z=2 Ih=8。 ih=4 查2表15-10选用单钩（梯形截面）A型，其自重为 Z=8 Gg=326kgf，查2表15-15选用5个滑轮，直径采用D=600mm 单钩 ，其自重为Gg=80kgf，两动滑轮间距为A=120mm，估算吊钩 组自重为Gg=1t。 （参阅2 表13-2） 。 2.2 选择钢丝绳选择钢丝绳 2.2.1 主起升机构 主起升卷筒的钢丝绳的卷绕主起升卷筒的钢丝绳的卷绕 在双联滑轮组中，可以采用平衡滑轮结构，但也可以采用 平衡杠杆来满足使用及装配的要求。采用平衡杠杆的优点是能 用两根长度相等的短绳来代替平衡滑轮中所用的一根长绳，这 样可以更加方便的进行更换及安装，特别是在大起重量的起重 机当中，绳索的分支数比较多，采用这种结构的又有点就更加 河北工程学院毕业设计（论文） 明显。其具体结构如上图所示。 因为在起升过程中，钢丝绳的安全性至关重要，所以要保 证钢丝绳的使用寿命，为此，我们可以采取以下措施： （1） 高安全系数，也就是降低钢丝绳的应力。 （2）选用较大的滑轮与卷筒直径。 （3）滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的关系， 其太大会使钢丝绳与滑轮槽接触面积减小，太小会使钢 丝绳与槽壁间的摩擦剧烈，甚至会卡死。 （4）尽量减少钢丝绳的弯曲次数。 滑轮组采用滚动轴承，当ih=12时，查3表2-1，知滑轮 组的效率是：h=0.915。钢丝绳受到的最大的拉力为： kgf i GQ s hh 14298 915.0*12*2 10*)14300( 2 )( 3 0 max 查3表2-4知在中级工作类型时，安全系数K=5.5，钢丝绳 选用线接触6w（19）型钢丝绳，查2表12-3可知，其破断拉 力换算系数=0.85，则钢丝绳的计算钢丝绳破断拉力总和为： kgf s k sb 92516414298* 85.0 5.5 max 查2表12-10知，钢丝绳6w（19） ，公称抗拉强度185kgf Smax=14298kgf 直径d=35mm，其钢丝破断拉力总和为：Sb=92750kgf， d=35mm 标记如下：钢丝绳6w（19）-35-185-I-光-右交（1102-74） 2.2.2 副起升机构 河北工程学院毕业设计（论文） 副卷筒的钢丝卷绕副卷筒的钢丝卷绕 根据其倍率为Ih=4，如上主起升机构的计算，查3表2-1知 滑轮组效率为h=0.975，钢丝绳所受的最大拉力： 5 . 6538 )915 . 0 *4*2( 10*)150( 2 )( 3 0 max hh i GQ s 查3表2-4知在中级工作类型时，安全系数K=5.5，钢丝绳采用 线接触6w（19）型钢丝绳，查2表12-3可知，其破断拉力换算 系数=0.85，则钢丝绳的计算钢丝绳破断拉力总和为： 42308 5.6538*85.0 5.5 * max s k sb 查2表12-10知，钢丝绳6w（19） ，公称抗拉强度200kgf， Smax=6538.5kgf 直径d=22.5mm，其钢丝破断拉力总和为：Sb=42350kgf， d=22.5mm 其标记如下： 钢丝绳6w（19）-22.5-200-I-光-右交（1102-74） 2.3 确定滑轮组的主要尺寸确定滑轮组的主要尺寸 河北工程学院毕业设计（论文） 滑轮许用最小直径：Dd(e-1)，查3表2-4查知，其中 轮绳直径比e=25。 2.3.1 主起升机构 有：D35*(25-1)=840mm，参考2表13-2，初步选用滑轮 D=1000mm，由1中附表2知取平衡滑轮直径Dp=0.6D D=1000mm =0.6*1000=600mm，取Dp=600mm，其具体尺寸参照2表13-2 。 Dp=600mm 2.3.2 副起升机构 有：D22.5*(25-1)=540mm， 参考2表13-2，初步选用滑轮D=600mm，由1中附表2知 取平衡滑轮直径Dp=0.6D=0.6*600=360mm，取Dp=400mm， D=600mm 其具体尺寸参照2表13-2。 Dp=400mm 2.4 确定卷筒尺寸并验算其强度确定卷筒尺寸并验算其强度 卷筒直径：Dd(e-1) 2.4.1 主起升机构 卷筒直径： Dd(e-1)=35*24=840mm 为了适当的减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用 卷筒直径D=2100mm，参照2表14-3，选用标准槽卷筒，其绳槽 螺距。 卷筒长度： 10 0 )4(*2LtZ D Hi L h 即 4581mm 16038*42 2138)*(3.14 12 *31000*2L 则卷筒的长度为：L=4600mm 如上公式，其中Z0为附加安全圈数，取Z0=2。L1 为 卷筒中央无槽的光面部分，取其L1=A=160mm，D0为 河北工程学院毕业设计（论文） 卷筒计算直径D0=D+d=2138mm。 卷筒的壁厚： mm 5248)106(2100*02.0 )106(02.0 D 取=50mm。 卷筒壁压力验算： kgf/cm2 752 )38*50( 14298 max max t s y 卷筒设计采用20Mn钢焊接而成，查4表4-9知，其抗 D=2100mm 压强度极限=4500 kgf/cm2,抗拉强度极限b=2750 kgf/cm2, L=4600mm by 故其许 用压应力y=by/4.25=4500/4.25=1059 kgf/cm2, t=38mm， 因此可 以看出强度足够可以满足使用要求。 =50mm 由于卷筒长度L20000kgfm，即：有MmaxN故减速器满足要求。 3.10 验算起动不打滑条件验算起动不打滑条件 因该机型用于电站厂房内的检修，故坡度及风阻力矩均不 计，故在无载启动时，主动车轮上与轨道接触处的圆周切向力： 查2 表18-10，取YDWZ-200/25型制动器，额定制动力矩 Mez=20kgfm。由于所取制动时间tz=3sec，且已经验算了 启动不打滑条件，故略去制动不打滑验算。 3.11 选择连轴器选择连轴器 （1）机构高速轴上全齿连轴器的计算扭矩 kgfm nMM eljs 7.14 4.1*930/5*975*2 1 其中，=2，等效系数，查1表2-7可知， n1=1.4,安全系数，查1表2-21可知， Mel相应于机构JC%值得电动机额定力矩折算到高速 轴上的力矩， 查2图33-1可知，电动机JZR2-21-6的参数为：d=40mm,l=110mm,d=40mm,l=110mm. clz3型联轴器 河北工程学院毕业设计（论文） 查2表17-6选用clz3型连轴器，最大允许扭矩为： M=315kgfm,飞轮矩（GD2）z=0.345kgfm2,重量为： Gz=21.7kgfm. (2)低速轴的计算扭矩 kgfm iMM jsjs 7 . 17579 . 0*71.265* 7 . 14*5 . 0 '5 . 0' 0 查2表21-11知，ZQ-850+250型减速器的低速轴为：d=140mm, l=200mm，查2表19-7可知，QU800型车轮伸出轴端： d=150mm,l=180mm. 查2表17-6选用连轴器clz8型，最大允许扭矩为： Mmax=23660kgfm. 3.12 演算低速浮动轴强度演算低速浮动轴强度 疲劳演算 低速浮动轴的等效扭矩： kgfm i M M el 5 . 8779 . 0*71.265*2/24 . 3 *4 . 1 2 ' 0 1 1 其中， =1.4，查1表2-7知，因浮动轴d=130mm,则有： kgfm W M In 200 )13*3 . 0/( 5 . 877 21 则其许用扭转应力为： 2 1 / 1 . 3774 . 1/1*5 . 2/1320 /1*/ cmkg nk mk 其中，材料用45钢，取s=6000kgf/cm2,s=3000kgf/cm2, -1 =0.22s =0.22*6000=1320kgf/cm2, s =0.6s =0.6*3000=1800kgf/cm2 k=kxkm考虑零件的几何形状及表面状况的应力集中系数， 取k=2.5,I=1.4，安全系数查1表2-21可知， 有n16.5m） ，一般采用高速集中传动方案，而对小跨度（13.5m） 可以采用低速集中传动方案。 在大车运行机构具体布置的主要问题是： (1) 联轴器的选择 (2) 轴承位置的安排 (3) 轴长度的确定 这三者是相互联系的，在设计过程中要考虑到其中各个部分的配 合，做到相互兼顾，充分发挥各个零件的作用。在布置大车运行 机构时，要注意以下几个方面： (1) 要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之 后会发生挠曲现象，机构零部件在桥架上的安装不可能十分准确 河北工程学院毕业设计（论文） 所以单单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，在 靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好采用浮动轴。 (2) 为了减少主梁的扭转载荷，应使机构零部件尽量靠近主梁而 远离走台栏杆，尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件 的重量。 (3) 对于集中传动的大车运行机构，轴承应安装在桥架走台的撑 杆上方，而不要为安装轴承而增加杆件，以致增加桥架梁重量并 使制造麻烦。对于分别传动的大车运行机构应参考有关的资料进 行设计。在保证浮动轴有足够长度的情况下，要尽量减小机构的 尺寸。 (4) 制动器要靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时能发 挥吸收冲击动能的作用。 参照以上所述，由于所设计的参数级别较大，跨度中等，故 分别驱动 采用分别驱动的方案。 大车运行机构的设计计算与小车运行机构的计算过程及步骤类 似，也要首先计算车轮运行阻力及车轮及轨道所能承受的强度， 然后，选择电动机，联轴器，变速箱，浮动轴，车轮及轨道并对 其进行强度，制动性的校核。 河北工程学院毕业设计（论文） 结论结论 通过此次毕业设计，让我了解到了很多方面东西。首先，此次毕业设计把大学四 年来的理论知识复习、总结并应用于实践当中，让我们对工程机械特别是起重机械有 了更深入的了解。从整体结构到各个部件都有了一个全面的认识。此次设计不但是对 我们以前学习的一种深入，更是我们今后工作的一种理论基础。 致谢致谢 毕业设计是我们大学生活中很重要的一个课题，现在我完成毕业设计即将完成学 业、步入社会，首先要感谢孙振军老师在毕业设计过程中的指导和帮助，感谢各位老 师四年来的关心和教导。我一定谨记老师们的教诲，今后努力工作不辜负老师们的期 望和教导。 河北工程学院毕业设计（论文） 参考资料参考资料 1 起重机课程设计 陈道南、盛汉中 冶金工业出版社 1982.6 2 起重机设计手册 机械工业出版社 3 起重运输机械 陈道南、过玉清、周培德、盛汉中 高等学校试用教材 2000 4 机械零件手册 周开勤 高等教育出版社 2000.12 5 起重机计算实例 陈国璋、孙桂林、金永懿、孙学伟、徐秉业 中国铁道出版社 1985 6 机械设计 濮良贵、纪名刚 高等教育出版社 2000.12 7 互换性与技术测量 廖念钊等 中国计量出版社 2000.1 河北工程学院毕业设计（论文） Design of machine and machine elements Machine design Machine design is the art of planning or devising new or improved machines to accomplish specific purposes. In general, a machine will consist of a combination of several different mechanical elements properly designed and arranged to work together, as a whole. During the initial planning of a machine, fundamental decisions must be made concerning loading, type of kinematic elements to be used, and correct utilization of the properties of engineering materials. Economic considerations are usually of prime importance when the design of new machinery is undertaken. In general, the lowest over-all costs are designed. Consideration should be given not only to the cost of design, manufacture the necessary safety features and be of pleasing external appearance. The objective is to produce a machine which is not only sufficiently rugged to function properly for a reasonable life, but is at the same time cheap enough to be economically feasible. The engineer in charge of the design of a machine should not only have adequate technical training, but must be a man of sound judgment and wide experience, qualities which are usually acquired only after considerable time has been spent in actual professional work. Design of machine elements The principles of design are, of course, universal. The same theory or equations may be applied to a very small part, as in an instrument, or, to a larger but similar part used in a piece of heavy equipment. In no ease, however, should mathematical calculations be looked upon as absolute and final. They are all subject to the accuracy of the various assumptions, which must necessarily be made in engineering work. Sometimes only a portion of the total number of parts in a machine are designed on the basis of analytic calculations. The form and size of the remaining parts are designed on the basis of analytic calculations. On the other hand, if the machine is very expensive, or if weight is a factor, as in airplanes, design computations may then be made for almost all the parts. The purpose of the design calculations is, of course, to attempt to predict the stress or 河北工程学院毕业设计（论文） deformation in the part in order that it may sagely carry the loads, which will be imposed on it, and that it may last for the expected life of the machine. All calculations are, of course, dependent on the physical properties of the construction materials as determined by laboratory tests. A rational method of design attempts to take the results of relatively simple and fundamental tests such as tension, compression, torsion, and fatigue and apply them to all the complicated and involved situations encountered in present-day machinery. In addition, it has been amply proved that such details as surface condition, fillets, notches, manufacturing tolerances, and heat treatment have a market effect on the strength and useful life of a machine part. The design and drafting departments must specify completely all such particulars, must specify completely all such particulars, and thus exercise the necessary close control over the finished product. As mentioned above, machine design is a vast field of engineering technology. As such, it begins with the conception of an idea and follows through the various phases of design analysis, manufacturing, marketing and consumerism. The following is a list of the major areas of consideration in the general field of machine design: Initial design conception; Strength analysis; Materials selection; Appearance; Manufacturing; Safety; Environment effects; Reliability and life; Strength is a measure of the ability to resist, without fails, forces which cause stresses and strains. The forces may be; Gradually applied; 河北工程学院毕业设计（论文） Suddenly applied; Applied under impact; Applied with continuous direction reversals; Applied at low or elevated temperatures. If a critical part of a machine fails, the whole machine must be shut down until a repair is made. Thus, when designing a new machine, it is extremely important that critical parts be made strong enough to prevent failure. The designer should determine as precisely as possible the nature, magnitude, direction and point of application of all forces. Machine design is mot, however, an exact science and it is, therefore, rarely possible to determine exactly all the applied forces. In addition, different samples of a specified material will exhibit somewhat different abilities to resist loads, temperatures and other environment conditions. In spite of this, design calculations based on appropriate assumptions are invaluable in the proper design of machine. Moreover, it is absolutely essential that a design engineer knows how and why parts fail so that reliable machines which require minimum maintenance can be designed. Sometimes, a failure can be serious, such as when a tire blows out on an automobile traveling at high speeds. On the other hand, a failure may be no more than a nuisance. An example is the loosening of the radiator hose in the automobile cooling system. The consequence of this latter failure is usually the loss of some radiator coolant, a condition which is readily detected and corrected. The type of load a part absorbs is just as significant as the magnitude. Generally speaking, dynamic loads with direction reversals cause greater difficulties than static loads and, therefore, fatigue strength must be considered. Another concern is whether the material is ductile or brittle. For example, brittle materials are considered to be unacceptable where fatigue is involved. In general, the design engineer must consider all possible modes of failure, which include the following: Stress; 河北工程学院毕业设计（论文） Deformation; Wear; Corrosion; Vibration; Environmental damage; Loosening of fastening devices. The part sizes and shapes selected must also take into account many dimensional factors whic