桥式起重机起升机构的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 桥式起重机是在建筑工地、工厂等场所广泛使用的一种机械装置，它的广泛应用是现代化生产特点的标志 。 设计一个结构合理、适用方便、工作可靠的桥式起重机起升机构在实际生产中具有非常积极的现实意义。 由于现在室内运行的桥式起重机基本上是采用电力驱动，且电动机容量的选择与各机构的尺寸布置和运转的经济性有密切关系， 所以刚开始 进行 起升机构 设计， 先 对动力系统进行计算、选择及校验。电动机的选择主要是热容量的选择，而校验主要是对电动机的过载能力 进行 校验和发热校验。桥式起重机 起升机构 设计主要包括 钢丝绳的选取及校 核、卷筒的设计选择、吊钩的选择、吊钩横轴确定、浮动轴、电动机、滑轮组的设计选择、减速器和制动器的选取及相关校核 。在设计中， 先 确定传动设计方案 ，再根据动力传动方向进行设计和计算 ，力求工作可靠。 本文完成了桥式起重机起升机构动力部分、传动部分的设计。功能实现合理，结构相对比较简单，工作比较可靠。 关键词 ：桥式起重机；起升机构；起升机构零部件。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 he is in so of is It a to be to in s s on at of on to s is is to s s s In on to s is 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目 录 摘 要 . 1 . 2 目 录 . 3 引 言 . 4 1 起升机构传动设计 . 5 . 5 . 6 . 6 . 8 . 8 . 11 . 11 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 . 18 间验算 . 19 2 轴的设计计算 . 22 . 22 . 23 3 用压板固定钢丝绳的计算 . 24 . 24 . 24 总 结 . 26 参考文献 . 27 后 记 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 引 言 为了完成将物品从空间的某一地点搬运到另一地点这一作业，起重机一般有使物品沿空间的三个方向运动的机构。其中作上下移动的起升机构是不可缺少的。平面运动可以用两种不同的运动组合来实现。按照这种组合方式不同，起重机可分为两大类型：桥式起重机和回转类型起重机。驱动起重机运动的是运行机构，用来起吊货物的是起升机构。为了实现这些运动、安放这些机构并承受载荷，起重机必须有足够的强度和刚度的金属结构，有驱动机构运动并 实现运动控制的动力控制系统；以及，为保证起重机安全并可靠运转的安全和信号指示装置。 桥式起重机的特点在于：它不占建筑物内的地面 空间 ， 却能够在空间的范围内实现一系列的功能，非常的利于对空间的合理应用。 此外，桥式起重机 可以 以 较低的 价格实现借助控制盘和操纵盘进行自动控制、或半自动控制、内撞电脑的程序控制。可以说，设置在室内的起重机中，桥式起重机约占 90%。 对桥式起重机，特别是大功率的桥式起重机的需要量日以增加。随着现代科学技术的发展，各种新技术、新材料、新结构、新工艺在桥式起重机上得到广泛的应用。所有这些因素都 有里地促进了工程起重机的发展。根据国内外现有桥式起重机产品和技术资料的分析，近年来桥式起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面： 1）通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展 为了提高建设工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍然是以轻便灵活的中小型起重机为主。 2）重视 “三化 ”，逐步过渡采用国际标准 三化是指：标准化、系列化、通用化 3）发展一机多用产品 为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机是重视了 产品的多用性。 4）采用新技术、新材料、新结构、新工 艺 为了减轻起重机的自重，提高起重机的性能，保证起重机可靠地工作，现在都多采用新技术、新材料、新结构和新工艺。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 起升机构传动设计 定起升机构传动方案 桥式起重机的起升机构通常是以省力钢丝绳滑轮组作为执行机构，滑轮组采用三个滑轮的形式，从卷筒出来的钢丝绳直接下放与吊钩联系，这时为了防止吊钩在钢丝绳收、放过程中水平移动，通常采用双联滑轮组，滑轮组倍率取为 =3。起升机构的传动形式随机器房的布置要求而定，一般总是由电动机通过联轴器、齿轮减速器带动卷筒。在高速轴上装有制动器，以便将货物安全地停止于 悬空状态。对于上面的传动机构简图，是一种通用的传动形式。电动机通过联轴器与减速器联系，减速器的低速轴直接与卷筒联系，这样可以减少在空间上的横向尺寸。在这一传动方式中，如果空间上布置的限制，使电动机紧靠减速器，为了补偿由于电动机及减速器底座高程误差或底架受力时的变形，联轴器要采用调节性能较好的弹性联轴器。联轴器靠减速器侧带有制动轮，以便使制动器能可靠的制动住悬挂的货物。在本次设计时，根据结构紧凑的原则，起升机构采用带浮动轴的传动方案，如图 1所示。在布置上有较大的空间，因此可以将电动机与减速器间的距离加大，可以 用弹性柱销齿式联轴器和带制动轮弹性柱销齿式联轴器，两联轴器之间用浮动轴联系（见图1）。这种方式可以允许有较大的安装误差。 123456789图 1 起升机构计算简图 吊钩组可以查有关标准选用，因缺乏现成资料， 查 起重机械 表 3吊钩组质量为： 330 原QQ (1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 与起重量原 30 1021 0 0 N (1丝绳的选用 双联卷筒的钢丝绳最大静拉力为： a x 组 (1式中组为升降滑轮组的效率，根据 m 值的大小查机械设计手册辅助资料表 3于中级工作制，查机械设计手册表 钢丝绳的安全系数 n=6 。 钢丝绳计算用钢丝破断拉力的总和 ： 2 5 86m a x b 起重机械 表 2用 376 型钢丝绳。 查机械设计手册 8918择 637 钢丝绳，公称抗拉强度 1670径为 d=14钢丝绳最小破断拉力0F=108 b。标记如下： 钢丝绳： 147S+670Z B/T 8918 解释为：公称直径为 14面状态为光面钢丝，结构形式为 6 股，每股 37 丝西鲁式天然纤维芯，钢丝公称抗拉强度 1670向为右交互捻，钢丝最小破断拉力为108 筒的设计计算 卷筒最小直径（槽底） 2 6 61412011 ( 1 式中 机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，查机械设计手册 3 根据钢丝绳直径， 取卷筒直径 D =400 卷槽尺寸： R=6 卷筒长度： 210 (1式中：0D卷筒计算直径，由钢丝绳中心算起的卷筒直径 0 ； D 卷筒名义直径（卷筒槽底直径）； 滑轮组倍率； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 0L是卷筒有螺旋部分长； 1L 无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要决定； 2L 固定绳所需长度， 2 ； m 中间光滑部分长度，实际长度在绳偏角允 许范围内可以增减，根据钢丝绳允许偏角确定，暂取为 100 1Z 为固定钢绳的安全系数， ，取 21Z ； 1500022322 10m a 1550L 卷筒厚度： 铸铁卷筒 筒壁厚可先按经验公式初步确定，然后进行强度验算， = 10=00+（ 6 10） =14 18 =15 材料为 度为 15压强度极限 750N/拉强度极限 250N/ 卷筒壁压应力验算： 4m a x 压压 (1式中： t绳槽槽距； y抗压强度极限。 2 5 9 2m a x 压压 N/故卷筒压缩强度足够。 由于 ，需验算由弯矩和扭矩产生的应力（因扭转应力很小，一般忽略不计），卷筒受力和所受弯矩如图 2 所示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 图 2 卷筒受力和弯矩简图 卷筒断面抗弯模量计算公式 : 1 4 5 9 74 0 0 3 7 04 0 4444 3m a x 10120812 1001500172592 N 1 4 5 9 7 101 2 0 8 1 3 弯 N/ 225052505拉压弯压拉压弯故卷筒的强度足够。 卷筒转速： m in/ t 钩及其附件的选择计算 钩 根据机械设计手册表 应与 起重量为 10t 的情况，吊钩用 M 级强度级别的钢材（相当于 20 号优质钢），吊钩号为 10，吊钩尺寸如图 3 所示：吊钩材料采用度极限 b=420服强度 0 极限 s=2 335久极限 钩轴径螺纹尺寸为公制螺纹 ，内径 d=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 验算吊钩截面 的强度。 截面 拉伸计算： M P 524 压 进行更精确的计算时则验算吊钩径部的疲劳载荷。 图 3 直柄吊钩 钩身主弯曲截 面（水平截面） 危险截面。截面 ，内外侧边界最大应力应满足以下条件： 内( 1 外( 1 式中 1e 截面 心至截面内边的距离（ 2e 截面 心至截面外边的距离（ 0R截面 心轴线至曲率中心 O 点距离（ 截面 面积（用等值梯形截面代替实际截面）（ 截面 形状系数； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 6 3 252 11030852 21 1 0302853 221211 bb 012 0 s 因： 外 即 符合要求； 25 同理因： 内 即 符合要求； 当吊索和铅垂线成 45角度时求截面 的应力： 吊钩拉伸力： 5 0 0 0 02102 45 502 ； 截面内 的最大拉伸应力为 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 2 5 0 0 010121 因为 截面 尺寸大致相等，所以两截面的参数近似相等，取成相等，以简化计算。 截面 的剪切 应力： 2 510 5 据第三强度理论求截面 的合应力； 222 1 内 ： 可知 即满足要求。 钩螺母 首先，螺母的高度不得不小于 H： Pd 22644 ( 1 式中： t螺距（ 8 P 许用挤压应力。钢对钢时 p=3035母材料采用 45 号钢）。 104644 22 522 Pd 母的高度选用 60制螺母的宽为 ： D= d 虑放止动片的尺寸，取螺母宽度 120D 钩横梁 吊钩横梁采用 45 钢，正火处理 850，调质处理硬度 230拉强度极限b=640服强度极限s=355曲疲劳极限 1 =275切疲劳极限1 =155用弯曲应力 1 =60计吊钩横梁如图 4 所示： 下面来验算该横梁是否能达到要求 : 中间截面 最大弯曲应力的计算公式为 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 2 ( 1 12( 1 式中 : 2 动载系数 , L 吊钩拉板中心之间的距离； 1d 吊钩与拉板配合的尺寸； 拉板厚度， =30 d吊钩孔径； h 吊钩与拉板配合的高度； B 横梁的宽度； 56 (工作时有相对转动，对中小起重量取小值，大起重量去大值 ) 34 (工作时无相对转动，对中小起重量取小值，大起重量去大值 )； 图 4 吊钩横梁 252 即符合要求。 02 51 7153555 因为： 综上可知，该吊钩横梁能达到要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 轮组的设计计算 滑轮直径的大小对与钢丝绳的使用寿命影响很大，增大滑轮直径可以降低钢丝的弯曲应力和挤压应力，有利于提高钢丝绳的使用寿命。实验证明，卷筒和松开钢丝绳时，在钢丝上产生弯曲疲劳，特别是挤压疲劳对钢丝的折断起了决定性作用。为了提高钢丝绳的使用寿命，滑轮的直径不能过小。根据起重机设计规范的规定，滑轮的最小卷筒直径不能小于下式规定的数值： 式中：钢丝绳中心计算的滑轮最小卷绕直径（ h 与机构工作级别和钢丝绳机构有关的系数，查起重机械表 32 选得：h ； d 钢丝绳的直径（ 图 5 滑轮图 滑轮直径按下式计算： ； 取： 350D 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 钩拉板的设计计算 图 6 拉板简图 拉板的简图如图 6 所示，采用 45 号钢的材料，其上有轴孔的水平截面 垂直截面 危险截面。下面对这些截面一一验证。 水平截面 内侧孔边最大应力为： ( 1 式中：j截面集中系数，查起重机设计手册图 3418 得， 2.2j； b 拉板宽度； d 拉板与拉板的配合尺寸； 拉板厚度； 1 拉板的凸台高度； s ： 7.1 s满足要求。 水平截面 内侧孔边最大应力为（切向 ): 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 式中：0h孔中心到拉板底边的长度； s s即符号要求。 轴孔处的平均挤压应力为 则： d Q 12( 1 0251 d ： 所以 符合要求。 轮轴的设计计算 根据滑轮和拉板的尺寸，滑轮轴受力和弯矩图如图 7 所示，则从图中可以发现该滑轮轴受弯矩最大为： 18531302 210 因： 33 所以： 8 5 13m a x d 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 3531 5取： 100d 图 7 滑轮轴受力弯矩图 动机选择计算 电动机静功率的计算，公式为： 100060 j( 1 式中： 为机构总效率， 。在此， 985.0z 为滑轮组效率； 为卷筒效率，d导向滑轮效率，见起重机械表 695.0e 为传动效率，见起重 机 械 表 6 采 用 闭 式 圆 柱 齿 轮 传 动 作 初 步 计 算 时 ，91 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 即： 0 060 0 5 线型异步电动机的稳态平均功率为： 0 0 式中： G 为稳态负载平均系数，见起重机械表 66得， , %40查连续运动机械表 33择 号，功率 步转速 750r/载转速 n=722r/大转矩倍数 子转动惯量 量 340 起升机构电动机过载能力按下式进行校验： 6000Mn u 1 式中：准接电持续率时的电动机的额定功率； u电动机台数； M 基准接电持续率时，电动机转矩的允许过载倍数； H 考虑电压降及转矩允差以及静载试验超载的系数，线绕异步电动机取 则： 0 0601021 0 0 0603 P 所以该起升机构电动机能满足不过热条件。 速器的选择计算 起升机构传动比： 20 式中： n 电动机额定转速（ r/ 筒转速（ r/ 查减速器标准，选择 C 减速器 （ 外啮合渐开线圆柱齿 轮减速器） ，i=40，极限偏差： (符合要求。 卷筒实际速度： i m/ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 动器的选择 起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩，在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度，制动器应满足下式要求： i 2 0( 1 则： 34032 1021 0 09 1 0 i Nm 查机械设计手册表 用 制动器。 轴器的选择 依据所传递的扭矩、转速和被连接的轴径等参数选择联轴器的具体规格，起升机构中的联轴器应满足下式要求： m ( 1 式中： T 所传递的扭矩的计算值（ Nm）； 按第 类 载 荷 计 算 的 传 动 轴 的 最 大 扭 矩 。 对 高 速 轴 T a x ；在此 M 为电动机转矩允许过载倍数 电动机额定转矩， 9550(Nm)， n 为电动机的额定转速（ r/m）。对低速轴 2T 2T； 2 为起升载荷动载系数，查老师的 资料表 1 2=1+T 为钢丝绳最大静拉力作用于卷筒的扭矩（ Nm）； T 联轴器许用扭矩（ Nm）； 1K 联轴器重要程度系数。对起升机构， ； 3K角度偏差系数。除齿轮 联轴器外， 13K； 417722 a m。 查机械设计手册表 凸缘 联轴器和 带制动轮弹性柱销齿式联轴器。 接中间轴弹性柱销齿式联轴器公称转矩30Nm，转动惯量 量 8动轮直径0D=250带制动轮弹性 齿式联轴器公称转矩600Nm，转动惯量 量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 动和制动时间验算 机构起动和制动时，产生加速度和惯性力。如起动和制动时间 太 长， 而 加速度 太 小，就会 影响 到 起重机的生产率 。如果 起动制动时间 太 短，加速度 太 大，金属机构和传动部件就会受到比较大的 动载荷，因此，必须把起动 时间 和制动时间控制在一定的 允许值 之内。 起动时间和起动 平均加速度验算： (1) 9 5 5 0( 1 式中：动机的平均启动转矩（ Nm），见起重机械 6 电动机静阻力矩，按下式计算： j 20（ Nm） 推荐起动时间（ s），见起重机械表 6 J 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（ Kg按下式计算： 22204015.1 动机转子的转动惯量（ Kg在电动机样本中查取； 动轮联轴器的转动惯量； 轴器的转动惯量； 19 1 04 1 m m 14 1 69 5 5 0 s 通常 3 80t 通用桥式起重机，起动时间 1 2s，上述起动时间符合电动机起动要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 (2) qq m/式中 :q起动平均加速度 (m/ 平均升降加 (减 )速度推荐值 (m/见起重机械表 6 m/ qq m/以起动平均加速度符合要求。 (3) 满载下制动时间： 1n 满载下降时电动机转速（ r/通常取 ； 制动器制动转矩（ Nm）； 1载下降时制动轴静转矩（ Nm）；按下式计算： j 201（ Nm） 1J 下降时换算到电动机轴上的 机构总转动惯量（ kg按下式计算： 2201 4015.1 推荐制动时间（ s），可取 qz ； 01 Nm； 2232201 = 13 1 11 s 查表知 1 2s 之间，所以符合要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 制动时间长短与起动机作业条件有关。制动时间过短，会引起物件上下跳动，难以准确定位。制动时间过长，会产生 “溜钩 ”现象，影响吊钩工作。 制动平均减速度： zj m/式中： 1v 满载下降速度（ m/s） ,可取 ； 1 zj m/表 6 m/以符合要求。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 2 轴的设计计算 筒轴的设计计算 图 8 卷 筒 轴受力弯矩图 卷筒轴受力弯矩如图 8 所示（由于扭矩很小可以不用考虑 ），则从图中可以发现该滑轮轴受弯矩最大为： 19297.0 m a xm a x 因： 33 所以： 3 m a xm a x d ： 7 2 5 3 m a x Fd ： 85d 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 动轴的设计计算 由上节对电动机的选择可知浮动轴所传递的扭矩为： 509 5 50 m 因为浮动轴只承受扭矩，查机械设计表 151，轴的材料为 45，调质，硬度 230拉强度极限 B =640服强度极限s=355曲疲劳极限 1 =275切疲劳极限 1 =155用弯曲应力 1 =60： 2 式中： T 许用扭转切应力，查机械设计表 153 得 T =30 所以： 14 8 33 2 T 取 d =40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 尾固定处的拉力 为了减少钢丝绳固定处的拉力，钢丝绳在卷筒上应有 3 圈的安全 圈，利用钢丝绳与卷筒之间的摩擦，减少绳尾固定处的拉力，根据欧拉公式，绳尾固定处拉力 (N) ( 3 式中： 钢丝绳与卷筒表面之间的摩擦系数， = 安全圈在卷筒上包角（通常取 3 圈）； e 自然对数的底数， e 取： 4, ； 则： m a xm a x N 旋预紧力 P 压板槽为半圆形，若不考虑钢丝绳与卷筒摩擦力的影响，经分析，则压板固定的实际安全系数可提高近一倍。 则有： 224 旋强度验算 压板螺栓除受预紧力 P 的拉伸作用外，还受由垫 圈与压板之间的摩擦力 螺栓弯曲引起的拉力，故螺栓的最大拉力为： 31121 ( 3 式中： z 固定钢丝绳用的螺栓数量，一般不少于两个； 1d 螺栓螺纹内径（ 1 垫圈与绳压板之间的摩擦系数，可 ； t 1P 力的作用力臂； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 螺栓许用拉应力，取 s s螺栓屈服强度。 选用螺栓的性能等级为 机械设计表 5：抗拉强度极限 s=500机械设计指导表 9 则： 65 s 因为： 所以：螺栓强度完全符合要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 总 结 经过将近