桥式起重机小车设计.doc

太原科技大学课程设计说明书机械课程设计说明书题目：50/12.5t A5桥式起重机小车设计(16m) 班级： 姓名： 学号： 指导老师：目 录设计任务书-1第1章 主起升机构计算-71.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组-71.2 选择钢丝绳-71.3 确定卷筒尺寸并验算强度-81.4 初选电动机-101.5 选用标准减速器-111.6 校核减速器输出轴强度-111.7 电动机过载验算和发热验算-111.8 选择制动器-121.9 选择联轴器-131.10 验算起动时间-131.11 验算制动时间-141.12 高速轴计算-15第2章 副起升机构计算-172.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组-172.2 钢丝绳的选择-172.3 确定卷筒尺寸并验算强度-182.4 初选电动机-212.5 选用标准减速器-212.6 校核减速器输出轴强度-222.7 电动机过载验算和发热验算-222.8 选择制动器-232.9 选择联轴器-232.10 验算起动时间-242.11 验算制动时间-252.12 高速轴计算-25第3章 小车运行机构计算-273.1 确定机构传动方案-273.2 选择车轮与轨道并验算其强度-283.3 运行阻力计算 -293.4 选电动机-303.5 验算电动机发热条件-303.6 选择减速器-313.7 验算运行速度和实际所需功率-313.8 验算起动条件-313.9 按起动工况校核减速器功率-323.10 验算起动不打滑条件-333.11 选择制动器-333.12 选择联轴器-343.13 验算低速浮动轴的强度-353.14 小车缓冲器-36参考文献-39太原科技大学课程设计任务书学院（直属系）：机电工程学院 时间：2009年12月29日学 生 姓 名指 导 教 师设计（论文）题目50/12.5t A5桥式起重机小车设计(16m)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1号1张，机构零件图3号1张（选其一即可）。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50/12.5t，起升高度14/16m，起升速度6.5/14m/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40-45m/min，轨距2500mm，参考轮距3300mm，小车参考自重：约15.5t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 AUTOCAD实用教程(2005中文版). 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 20054 杨长揆, 傅东明. 起重机械(第二版). 北京：机械工业出版社, 19855 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, 19916 孙恒, 陈作模. 机械原理(第六版). 北京：高等教育出版社, 20007 编写组编，起重机设计规范GB3811-2008. 北京：标准出版社, 2008第1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图1 主起升机构简图 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8-2查取滑轮组倍率=5，因而承载绳分支数为 Z=2=10。吊具自重载荷,查表得其自重为10.5t,选取G40吊钩组。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，=5，查表得滑轮组效率=0.97。钢丝绳所受最大拉力按下式计算钢丝绳直径 d=c=0.085=19.6mmc: 选择系数，单位mm/，用钢丝绳=1870/mm，据M5及得c值为0.85,取自GB/T3811-2008.选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm，其标记为6W(19)-20-187-I-光-右顺(GB/T3811-2008)。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： hd式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；查表得：筒=20;滑轮=22.4； 筒最小卷绕直径=d=21.420=428； 轮最小卷绕直径=d=1920=380。考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=800。 卷筒长度 =1800mm。式中：筒上有绳槽长度，中安全圈n=2，起升高度H=14m， 槽节矩t=d+(2-4)=26，绕直径=800mm(取自GB/T3811-2008)； ：定绳尾所需长度,取=326=78mm； ：筒两端空余长度,取=t=24mm； ：筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距350mm。卷筒壁厚=0.02D+(6-10)=0.02800+8mm=24mm，=24mm，进行卷筒壁的压力计算。卷筒转速=r/min=12.6r/min。卷筒压应力验算：因，弯曲和扭转的合成应力不超过10%-15%，只计算压应力即可。选择卷筒材料为HT200，最小抗拉强度为170MPa,安全系数n取1.5，故 1.4 计算起升静功率 =53.79kW式中起升时总机械效率=0.858为滑轮组效率取0.97；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；联轴器效率取0.98。一般取0.85。1.5 初选电动机 G=0.8=53.52kW式中 ：JC=25%时的功率，单位为kW； G：稳态负载平均系数，所查CZ=150，根据ZC值和JC值查表得G=0.8。选用电动机型号为YZR315M-10，=75kW，与PJC=52kW相差不大，故满足发热条件，该电动机在基准工作制S340%时的额定输出功率Pn=55kW，额定转速n=590r/min，最大转矩允许过载倍数m=2；飞轮转矩GD=28.6Kg.m2电动机转速=741.5r/min式中 :在起升载荷=515kN作用下电动机转速； :电动机同步转速； ,:是电动机在JC=40%值时额定功率和额定转速。1.6 选用减速器减速器总传动比：=58.85，按减速机公称传动比为63，取实际速比=63。起升机构减速器按静功率选取，根据=75kW，=741.5r/min，=75，工作级别为M5，选定减速器为QJRS630753PW，减速器许用功率=98KW。减速器587.5r/min时许用功率为=68.5868.385kW实际起升速度=6.022m/min 实际起升静功率=50.23kW用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。1.7 电动机过载验算过载验算按下式计算：=68.32kW=75KW68.32kW，故该电动机满足使用要求式中 ：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； 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,查表得m取2； m:电动机个数； :总机械效率=0.85。1.8 选择制动器按下式计算，选制动器： 式中:制动力矩,单位为N.m； :制动安全系数，考虑工作级别为M5，设置两套制动器查表M5得=2； :下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。=781.7N.m :下降时总机械效率，通常取0.85 =.选用YWZ-400/90制动器，其额定制动力矩1600N.m；由于额定制动力矩与实际所需的制动力矩相差不大，安装时不需要调制动力矩。1.9 选择联轴器根据电动机和减速器的轴伸尺寸及形状选联轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=90mm(锥形)，长度E=1800.5mm；减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度E=180mm；浮动轴的轴头：d=90mm， 长度E=115mm。 由起重机设计手册根据联轴器传递的扭矩和工作条件来选择 -考虑联轴器重要程度系数-考虑机构工作级别的系数，取1-对于除齿轮联轴器以外，取1.所选连轴器合格。1.10 验算起动时间起动时间： 式中： 静阻力矩：=781.72电动机启动力矩：=1.8=1.8N.m平均起动加速度：=0.04m/s=0.04m/s=0.15m/s电动机启动时间合适。1.11 验算制动时间制动时间： ：电机满载下降转速，单位为r/min；=2/min=1129.58=平均制动减速器速度=0.083/sPJC=27.448条件满足要求，该电动机在基准工作制S340%时的额定输出功率Pn=37kW，额定转速n=960r/min，最大转矩允许过载倍数m=2.7；飞轮转矩GD=1.52Kg.m2。电动机转速=963式中 :在起升载荷=127.5kN作用下电动机转速； :电动机同步转速； ,:是电动机在JC=40%值时额定功率和额定转速。2.6 选用减速器减速器总传动比： =26.58。取31.5实际起升速度=12.985m/min实际起升静功率=25.458kW2.7 电动机过载验算过载验算按下式计算：=25.6222.593kW=37KW25.62kW，故该电动机满足使用要求式中 ：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； 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,查表得m取3.1； m:电动机个数； :总机械效率=0.892。2.8 选择制动器按下式计算，选制动器： :制动安全系数，考虑工作级别为M5，设置两套制动器查表M5得=2； :下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。=266.6N.m :下降时总机械效率，通常取0.85 =.选用YWZ-400/45制动器，其额定制动力矩1600N.m；由于额定制动力矩与实际所需的制动力矩相差不大，安装时不需要调制动力矩。2.9 选择联轴器根据电动机和减速器的轴伸尺寸及形状选联轴器，使连轴器的许用应力矩M大于计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=70mm(锥形)，长度E=1200.5mm；减速器轴伸:d=70mm(柱形)，长度E=120mm；浮动轴的轴头：d=70mm， 长度E=120mm。 根据所选制动器所配的制动轮直径D=315mm,初选带制动轮的半齿联轴器：减速机输入轴端，选主动端Y型轴孔d1=70mm,L1=120mm,带制动轮从动端Z型轴孔d2=70mm,L2=120mm,GD=0.64Kg.m，M=2000N.m；电动机端，选LTZ4型弹性套柱销联轴器主动端Z型轴孔，dz=70mm,Lz=120mm,从动端Y型轴孔，d3=70mm,L3=120mm,GD=0.64Kg.m。电动机额定力矩=368.1N.M由起重机设计手册根据联轴器传递的扭矩和工作条件来选择 -考虑联轴器重要程度系数-考虑机构工作级别的系数，取1-对于除齿轮联轴器以外，取1.所选连轴器合格。2.10 验算起动时间起动时间：式中： 静阻力矩：=419.43N.m电动机启动力矩：=1.8=1.8368.1=662.58N.m平均起动加速度：=0.192m/s=0.192m/s=0.2m/s电动机启动时间合适。2.11 验算制动时间制动时间： ：电机满载下降转速，单位为r/min；=2-963=1037r/min=533.2N.m=N.m平均制动减速度=0.199m/s=0.4m/s，所以制动时间也合适。2.12 高速轴计算2.12.1疲劳计算：轴受脉动扭转载荷，高速轴上的等效扭矩：式中：Mn为高速轴上的额定力矩。由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=70. 许用扭转应力: 轴材料用45钢, ，；-考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;-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区段, =1.52.5；-与零件表面加工光洁度有关,对于对于此处取K=21.25=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.，故 通过。2.12.2静强度计算:浮动轴的静强度：最大弯矩最大扭转应力: 许用扭转应力: 式中: -安全系数，由表查得=1.5。故合适.第3章 小车运行机构计算3.1 确定机构传动方案经比较后,确定采用如图（5）所示的传动方案。运行机构简图（5）3.2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估计取为=15500kg假定轮压均布，有 =16375kg载荷率： =3.05由表选择车轮：当运行速度60m/min，工作级别M5时，车轮直径D=500，轨道为43kg/m 车轮材料选用ZG50MnMo,轻轨的许用轮压为16.5t，故可用。3.2.1疲劳计算：疲劳计算时的等效载荷：线接触时：K1与材料有关的许用线接触应力常数，取5.6，Dl车轮直径500mmE车轮与轨道的有效接触长度，单位为mm，C1是转速系数，C2工作级别系数，取1故,满足要求。点接触时：R曲率半径，为轨道曲率半径与车轮曲率半径中的大者，m-由轨道顶部的曲率半径r与车轮曲率半径R之比有关的系数，取0.41车轮的计算轮压： 点接触局部挤压强度：式中：许用点接触应力常数（N/），由4表9-5查得=0.132；R：曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的大值，车轮，轨道曲率半径（由5附表22查得），故取R=500mm;：由比值（为、中的小值）所确定的系数，由4表9-8查得=0.42，故通过。根据以上计算结果，选定直径=500mm的单轮缘车轮，标记为：车轮 DYL500 GB 462884根据点接触情况计算接触疲劳应力：=27442.5式中：r=9cm-轨顶弧形半径，由表查得。对于车轮材料，由表查得接触许用应力，因此，故疲劳计算通过。3.2.2强度校核 最大计算轮压：。式中：冲击系数,由表第类载荷当运行速度时，。点接触时进行强度校核的接触应力：=车轮材料用ZG55-，由表查得：，强度校合通过。3.3 运行阻力计算摩擦力矩： 由表知=500mm车轮的轴承型号为32224调心滚子轴承，轴承内径和外径的平均值d=167.5mm；由表查得：滚动轴承摩擦系数k=0.0006；轴承摩擦系数 ，附加阻力系数。代入上式得：当满载时运行阻力矩：=1823.8运行摩擦阻力：当无载时运行阻力矩： =431.58运行摩擦阻力：=1726.33.4 选电动机电动机静功率:：=6.08kw式中：-满载运行时静阻力；m=1-驱动电动机台数。初选电动机功率： kw式中 ：电动机功率增大系数，表查得=0.9。查表选用电动机YZR-160M1-6,=6.3kw ；=9303.5验算电动机发热条件等效功率： 式中：-工作类型系数,由表查得0.75； -根据值查得=1.12。由此可知， 故初选电动机发热条件通过。3.6 选择减速器车轮转速： 机构传动比： 查表选用ZSC400减速器，取公称传动比35.53.7 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： 误差：，合适。实际所需电动机静功率： 。 故所选电动机和减速器均合适。3.8 验算起动条件起动时间：式中：=930r.p.m；m=1(驱动电机台数) 当满载时运行静阻力矩： 当无载时运行静阻力矩： 初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩： 满载起动时间： =4.46s无载起动时间： =由表查得，当=45m/min时，起动时间推荐值为56sec，故所选电动机满足季候快速起动要求。3.9 按起动工况校核减速器功率起动状况减速器传递的功率：式中： =计算载荷： -运行机构中同一级传动减速器的个数： =1，因此 所选用减速器的kwN=7.9kw，如改大一号，则中心距将增大，相差太大，考虑到减速器有定的过载能力，故不再改动。3.10 验算起动不打滑条件打滑计算：其中: 经过验算，车轮不打滑。3.11 选择制动器查得小车运行机构的制动时间，取=4sec，因此所需的制动力矩： 由表选用制动器，额定制动力矩=200，考虑到所取制动时间=4s与起动实际=4.46s比较接近，并验算了起动不打滑条件，故略去制动不打滑条件的验算。3.12 选择联轴器机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩: 式中： =2等效系数，由表查得； =1.4安全系数，由表查得；相应于机构值的电动机额定力矩换算到高速轴上的力矩=66由表查电动机两端伸出轴为圆柱形d=60，l=115及=60，=115；由附表查ZSC600减速器高速轴端为圆柱形d=60，l=115。故从附表中选一个全齿联轴器：CLZ3联轴器，其最大允许扭矩200。高速轴端制动轮，根据制动器YWZ-200/25由表选用制动轮200-Z48，飞轮矩，重量。以上两部分飞轮矩之和与原估计相符，故有关计算不需要重新计算。3.12.2低速轴的计算扭矩： 由附表查得减速器低速轴端为圆柱形d=65；由附表查得主动车轮的伸出轴端为圆柱形d=65mm，故从附表中选四个半齿联轴器:联轴器。3.13 验算低速浮动轴强度3.13.1疲劳计算低速浮动轴的等效扭矩：式中： 等效系数，由表查得；由上节已取浮动轴端直径d=65mm，其扭转应力浮动轴的载荷变化为对称循环(因运行机构正反转扭矩值相同)，许用扭转应力：式中:材料用45钢，取； ；考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数，参考起升季候计算，取K=2.5。 安全系数，由表查得。因此故疲劳验算通过。3.13.3静强度计算静强度计算扭矩： 式中： 动力系数,查表得；扭转应力： 许用扭转应力因此， 静强度验算通过。浮动轴：第4章 小车安全装置计算4.1 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。4.1.1 缓冲行程式中 ：小车碰撞速度，有限位开关，故取=；：容许的最大减速度，为4m/s。 所以4.1.2 缓冲能量4.1.3 最大缓冲力4.1.4 橡胶缓冲器的主要尺寸 橡胶断面积A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； n:缓冲器个数，取