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机械毕业设计课程设计

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桥式起重机起升机构设计,机械毕业设计课程设计

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华东交通大学 课程设计（论文）任务书 机电工程 学院 机械设计及其制造 专业 05机设（ 1） 班级 一、 课程设计（论文）题目： 20t桥式起重机起升机构 二、 课程设计（论文）工作自 2008 年 6 月 30 日 起 至 2008年 7 月 11日 止。 三、 课程设计（论文）的内容要求： 主要技术参数： 起重量： Q=20t； 工作级别： M5（ JC%=25%）； 起升高度： 16m; 起升速度： 7.5m/min。 设计任务要求： （ 1）对起升机构进行设计计算，选择计算起重零部件， 并验算； （ 2） 绘制吊钩滑轮组图（ 1， CAD）； （ 3） 绘制卷筒压板零件图（ 3，手工画）； （ 4） 绘制吊钩横梁零件图（ 2， CAD）； （ 5） 编写设计计算说明书（ 1份） nts 课程设计（论文）评审意见 评阅人 nts存档资料 成绩： 华 东 交 通 大 学 课 程 设 计 （论 文 ） 所属课程名称 工程起重机 题 目 20t 桥式 起重机起升机构 院 系 机电工程学院 班级 05 机设（ 1） 班 学生 陈位吉 学 号 20050310010514 指导老师 程贤福 辅导老师 程贤福 2007 年 7 月 9 日 nts华东交通大学课程设计 - 1 -1 起升机构方案的选择 起升机构一般由驱动装置 (包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等 )、钢丝绳卷绕装置 (包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮 )、取物装置和安全保护装置组成。电动机驱动是起升机构的主要驱动方式。 当起重量在 50t以下时，常见的 桥式 起重机 的起升机构布置方式 如图 1所示； 1-电动机； 2-联轴器； 3-传动轴； 4-制动器； 5-减速器； 6-卷筒； 7-轴承座； 8-平滑滑轮； 9-钢丝绳； 10-滑轮组； 11-吊钩 图 1起升机构配置方案 当起重量在 20-30t时，常见的起升机构钢丝绳卷绕如图 2所示。采用 双 联滑轮组 ，滑轮组倍率 m=4。 图 2 钢丝绳卷绕示意图 nts华东交通大学课程设计 - 2 -2 起升机构设计计算 2.1 钢丝绳 、 滑轮 和卷筒 直径的 确定 2.1.1 钢丝绳的计算与 确定 采用双联滑轮组， 按 tQ 20 ， 查取滑轮组倍率 m =4； 钢丝绳所受最大拉力（载荷）： NZPS Q 2602098.08204000m a x 滑（ 式 1） 式中 QP 最大载荷， NgQQP GQ 2040001040020000 其中 kgQQG 4 0 002.0 ； Z 悬挂吊重的钢丝绳分支数 ， 8422 mZ ； 滑 滑轮组效率，滑=0.98； 所选钢丝绳的 直径 应满足： maxSCd （式 2） 260201.0 mm1.16 式中 d 钢丝绳 直径 ； maxS 钢丝绳最大静工作拉力 ； C 选择系数，根据起重机械表 2-4， NmmC /1.0 ； 取钢丝绳直径 mmd 18 ， 捻向：交互捻；选择钢丝绳型号为： 1781 6 7 019618 ZSSN A T 119 19968918/ TGB 2.1.2 滑轮 和卷筒 直径的确定 按 钢丝绳中心 来计算 滑轮与卷筒的 最小 直径： hdD min ； （式 3） 式中 minD 按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的最小直径； d 钢丝绳直径； h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，根据机械设计手册表 8.1-61，对滑轮 1h =20，对卷筒 2h =18； 根据 (式 1-3)，得 nts华东交通大学课程设计 - 3 -滑轮 mmdhD 36 018202m i n ； 取动滑轮直径 (滑轮槽底直径 ) mmD 450 ，平衡滑轮 DD 8.06.0平。取mmDD 3604508.08.0 平 。 卷筒 mmdhD 32 418181m i n ； 2.2 吊钩滑轮组的选择和验算 2.2.1.吊钩的选择 吊钩尾部螺纹直径的确定 , 21224 dPFP QQ 75.5814.3 20400009.144 21 QPdmm4.69 （式 4） 式中 QP 最大其中载荷； 2 起动动载系数，由起重机械表 1-9确定 09.12 ； F 螺纹根部面积； 1d 螺纹根部直径； 许用应力， ns ， 4n ；选等级强度为 M ，则as MP235， aMP75.58 ； 采用短型吊钩组，根据额定起重量 tQ 20 和工作类型 M5 来 选择直柄单钩LM16 MGB/T10051.1 1988，吊钩材料为 DG20,螺纹外径 mmd 80 ， 螺纹根部直径 mmd 691 。 2.2.2 吊钩螺母 的计算 螺母高度不得小于 H， mmddtPH Q 5 1 . 83069-803 . 1 4102 0 0 0 0 04422212 （式 5） 式中 t=10mm 螺距； p 许用挤压应力，钢对钢 MPap 3530 （螺母材料 45号钢）； nts华东交通大学课程设计 - 4 -公制螺母的高度 mmd 96802.11 .2H ； 考虑放止动垫片的尺寸取螺母高度： mm100H ； 螺母外径： mmdD 144801 .8 1 .8 外。 2.2.3止推轴承 的计算 对于颈部直径 mmd 80 的吊钩选轻系列单列止推轴承 8317，取静负荷容量 NC o 340000 。 轴承的计算载荷应等于或小于其静负荷容量： 0Q 2448002040002.1 CNPRQ 安计（式 6） 2.2.4 吊钩横梁 的计算 图 3 吊钩横梁计算简图 采用 45 号钢制造，强度极限 MPab 610，屈服极限 MPas 430， 耐 久极限 MPa2501 。 假设横梁上作用集中载荷，计算弯曲应力，此外还认为剪切力对弯曲应力影响不大，按结构布置确定计算尺寸，即靠边两个滑轮轴线间的距离 mml 240 ，横梁中间宽度 mmB 160 ， 拉板厚度 mm30 ， 横梁的计算载荷 244800N计Q（也是止推轴承的计算载荷） 。 中间截面 A-A 的最大弯曲应力 5.25.1 22 shdB lQWM 计nts华东交通大学课程设计 - 5 - sdB lQh 25.25.1 计= 43085160 2402448005.25.1 mm7.82 （式 7） 式中 h 横梁高度； 2d 轴孔直径， mmdd 855805212 ； 取 mmh 100 。 轴孔 1d 的平均挤压应力 bebe dQ 12 计8630224480021 sQd计mm4.47 （式 8） 式中 be 许用挤压应力， M Pasbe 865 ； 拉板厚度， mm30 取 mmd 601 。 2.2.5 滑轮及滑轮轴承的选择 由钢丝绳直径 mmd 81绳，动滑轮直径 mm504D 滑，选择滑轮的型号为滑轮 1997.36 5 J B / T 9 0 0 545081A 。 滑轮用内轴套和隔环 : 内轴套： 19995 .41 1 0 J B /T 9 0 0T 6 5 ； 隔环； 19990 5 .4H 1 4 0 J B /T 9 0 ； 滑轮轴承： 46216； 滑轮挡盖： 1 9 9 90 0 5 .4A G 1 4 0 J B /T 9 。 2.3 卷筒的计算 2.3.1 卷筒的基本尺寸 取卷筒（按槽底计算）直径 mm605D ； 卷筒的计算 直径（按缠绕钢丝绳的中心计算） mm785D 卷； 卷筒长度 100)6040745(2)(2310 光LLLLL smm1790 （式 9） 式中 0L 卷筒上有螺旋槽部分长 nts华东交通大学课程设计 - 6 -202578.14.341610m a x0 opZDmHLmm745 其中 maxH 最大起升高度； m 滑轮组倍率； 0D 卷筒计算直径， mmdDD 5780 ； 1Z 固定钢丝绳安全圈数，取 21 Z ； p 绳槽槽距，查机械设计手册表 8.1-49，得 20p ； 1L 无绳槽卷筒端部尺寸， mmpL 4021 ； 2L 固定钢丝绳区段的长度， mmpL 6032 ； 光L 左右螺旋槽之间的距离， 4130022702m i n tgtghlL 光mm88 其中 l 两侧滑轮绳槽中心线之间的距离， mml 270 ； minh 当吊钩滑轮位于最上部极限位置时，卷筒轴和滑轮轴之间的距离， mmh 1300min ； 绕上卷筒的钢丝绳分支相对于垂直位置的允许偏角， 4 ； 取 mmL 100光； 其壁厚按经验公式确定 mmD 208.856 002.010602.0 。 2.3.2 验算卷筒强度 卷筒的采莲采用 HT30，抗压强度为 MPa750 ， 抗拉强度为 MPa250 。 卷筒所受压应力 107M P a162034360S m a x p压 M P ak b 17 625.475 0 压 （ 式 10） 式中 k 对吊钩起重机的安全系数， k =4.25; nts华东交通大学课程设计 - 7 - 压压 ，满足 受压 强度要求 。 由于卷筒长度 DL 3 ，尚应计算弯矩产生的拉应力； 图 4 卷筒弯矩图 WM拉卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时， 2 1m a xm a x LLSlSM mmN 2 1 9 8 69 0 02100179026020 （式 11） 式中 L 卷筒全长； 1L 左右螺旋槽之间的距离； 卷筒断面系数 560 5205601.01.044414 DDDW 34505142 mm （式 12） 式中 D 卷筒直径， mmD 560 ； 1D 卷筒内径， mmDD 52021 ； 弯矩产生的拉应力 4 5 0 51 4 22 1 9 86 9 0 0 WM拉 拉 MPa88.4满足受拉强度要求； 合成应力 05.651765088.4 拉压拉拉 MPa36.23 2.3.3 卷筒转速 nts华东交通大学课程设计 - 8 -m in/1 6 .5 3578.0 3 .1 4 47 .5Dvm0rn 卷 2.4 电动机的确定 2.4.1 电动机的 确定 起升机构静功率： 88.06000 07.52040 006000 0vP Q静PKW29 （ 式 13） 式中 QP 最大起升载荷； 起升机构总效率 88.094.096.098.0 传筒滑 ； 电动机的计算功率： 静电 PK jcP由起重机的工作级别 M5，可以由工程起重机标 3 19中得到： 0.8电Kkw2.32920 .8Pjc 根据机械设计通用手册 选定 MYZR 225 型电动机 ， 主要指标为： 转速 min/7500 rn 额定功率 kwP 26 jcP转速 min/7081 rn 输出轴直径 mmD 65 输出轴长度 mmE 140 键槽宽 mmF 16 2.4.2 电动机发热 及过载 验算 等效功率： 静效 rPP （ 式 14） 根据表 3 27，tt起 ，查表 3 52 起升机构曲线 1 得 r=0.88，查表 3 28得 K=0.75， KWrPP 4.19920 .8 80 .7 5 静效nts华东交通大学课程设计 - 9 -KWPjc 92效PPjc，电动机满足不过热条件。 过载验算： 0.886000011.57.52040001.4 z 60000vHPP Q静（ 式 15） KW0.72 符合要求。 2.5 减速器的选用 2.5.1 减速器的确定 电动机的转速： )708750(8.2125.27750)(PP-nn10jc0 nn静（ 式 16） min/5.697 r 传动比： 2.241 6 .5 36 9 7.5i 卷nn 根据减速器选用手册选定 减速器型变速器 40242Z S Y(242Z S Y 1991JB/T5560 ， 主要参数： 输入转速 750r/min 许用输入功率 31KW 货物的实际速度 m in/03.8404 708578.014.3D rmi nv 卷（ 式 17） 2.5.2 减速器 的验算 验算减速器被动轴的最大扭矩及最大径向力 最大扭矩的验算： TiT 75.0max （ 式 18） mmN 2 1 1 8 294.02.425.697 269 5 5 00.275.0 式中 电动机最大转矩倍数， =2.0； i 减速器的传动比； 减速器的效率， =0.94； nts华东交通大学课程设计 - 10 - 减速器许用输入扭矩 mmNT 23500 max TT ， 符合要求； 输出轴最大径向力的验算： )2(5.0m a xm a x 卷PSR （ 式 19） N30020 80006020220.5 ）（式中 maxS 卷筒上钢丝绳最大拉力； 卷P 卷筒重量，查阅得 NP 8000卷； 低速轴端的最大容许径向载荷 NP 99400 ， max PR ，符合要求。 2.6 制动器的选择 根据物体下降时的扭矩静降T: miT 2 DP 0Q静降 （ 式 20） 88.02.4242 578.0204000 mN 3.349 式中 QP 最大载荷量， NPQ 204000； 0D 卷筒计算直径， mD 578.00 ； m 滑轮组倍率， 4m ； i 减速器传动比， 2.42i ； 总效率， 88.0 ； 制动转矩 mN2451 .5 T 静降制T， 查机械设计通用手册选择制动器 10300/50Y W Z ， 主要参数： 制动轮直径 mm300 额定转矩 m630N 2.7 联轴器的选择 根据电动机输出轴的直径和变速器输入直径选用联轴器 CL4 型齿轮联轴器和 CL2 型齿轮联轴器。 CL4 的主要参数： 公称转矩 m1400N nts华东交通大学课程设计 - 11 - 许用转速 3000r/min 转动惯量 2m0.05kg CL2 的主要参数： 公称转矩 m5600N 许用转矩 2000r/min 转动惯量 2m0.21kg 联轴器力矩的校核： max31kkT T（ 式 21） 5.49618.1 mN 7.893 式中 T 传扭矩的计算值； maxT 按第 类 载 荷 计 算 的 轴 传 最 大 扭 矩 ， 对 高 速 轴maxT nmT)8.07.0( ，在此m位电动及转矩的允许过载倍数，nT位电动机的额定转矩 ， mNTn 331750269550， mNT 5.4 9 63 3 1275.0m a x；其中， 1k 联轴器重要参数，对于起升机构 1k =1.8； 3k 角度偏差系数， 1k3； 联轴器符合要求。 2.8 起制动时间验算 2.8.1 起动时间的验算 启动时间： )973-530(55.92750)(55.9tq jQ TTJn （ 式 22） s18.1 式中 n 电动机额定转速， min/750 rn ； QT 电动机平均起动转矩， mNTTnQ 5307502695506.16.1； jT 电动机静阻力矩， mNmiDPT Qj 3802 0； J 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（ 2mkg ）： 903.06.403404175.0200 000)01.16.0(15.140)(15.1 232232imDPJJJ Qcd卷 22 mkg nts华东交通大学课程设计 - 12 - 其中 dJ 电动机转子的转动惯量，dJ=0.67 2mkg ； cJ 制动 轮和联轴器的转动惯量，cJ=1.01 2mkg ； stt qq 2 ，起动时间 符合要求。 2.8.2 制动时间的验算 满载下降制动时间： )(55.9t z静降制 TTJn（ 式 23） )49.33-630(55.9 2825 s62.0 式中 n 满载下降时的电动机转速， m in/8 2 51.1 rnn ； 制T 制动器的制动力 矩， mNT 630制； 静降T 电动机静阻力矩， mNT 3.349静降； J 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量 2mkg ， 2 J 。 nts华东交通大学课程设计 - 13 - 3 参考文献 1