10T桥式起重机起升机构设计研究（本科毕业论文设计）.doc

中文摘要摘 要桥式起重机在工业中占据一个至关重要的角色。在世界上成千上万的船舶码头、建筑工地、钢铁厂、仓库、核动力站、垃圾废旧贮藏工厂以及其他大工业中心都有使用它们。这种省时、有效的操作处理体系对工业生产有着重要的贡献。正因为如此，改善起重机的操作效率是非常有价值的。本次设计在熟悉SolidWorks2006功能和有关模块的基础上，探讨了三维CAD软件支持卷筒及小车架结构设计过程的工作方式，并研究了相应计算机辅助设计功能的原理和实现方法，提出了基于SolidWorks2006软件平台开发桥式起重机小车架及起升机构核心部件卷筒的三维CAD系统的方案和实现方法。利用SolidWorks软件对小车架和卷筒进行建模、装配和有限元分析。本次设计对桥式起重机小车架及起升机构核心部件卷筒三维CAD系统主要完成了三个功能模块:零件库、装配体库、有限元分析模块。零件库针对桥式起重机小车架及卷筒部件设计中的零件进行开发，它实现了零件的科学管理和标准件的参数化设计。装配体库利用零件库中是零件进行了装配仿真，建立了桥式起重机小车架及卷筒部件的三维模型，并进行了有限元分析，得到了小车架受力时的应力、位移等强度指标，对指导起重机小车的设计有一定的意义。关键词：桥式起重机，SolidWorks2006，CAD,零件库，装配体库，有限元分析II AbstractABSTRACTBridge cranes occupy a crucial role within industry. They are used throughout the world in thousands of shipping yerds, construction sites, steel mills, warehouses,nuclear power and waste storage facilities, and other industrial complexes. The timeliness and effectiveness of this manipulation system are important contributors to industial productivity. For this resson, improving the operational effectiveness of crane can be extremely valuable.For the purpose, I will discuss the ways how the coil and the hoisting shelf designed in the 3D CAD softwareSolidWorks2006, and research the principle and the way how CAD does, and put forward the way and the 3D CAD project which is using to develop the bridge crane hoisting shelf and the coilthe key part of the hoisting machineon SolidWorks 2005 software plant. I will form models and assemble and do FEA to the hoisting shelf and the coil.I will complete three function modules the spare parts store and the assembly store and the FEA module in 3D CAD system of the hoisting shelf and the coil in this engineer. The spare parts of the coil and the hoisting shelf are designed in the spare parts store, which can carry out the scientific managing of the spare parts and parametrical designing of the standard spare parts. The spare parts will be assembled in the assembly store, and be done FEA, and then, we will get the stress and displacements of the hoisting shelf with the loads acting on it. It has some significance for the design of bridge carne hoisting vehicle.63 1 绪论Keywords：Bridge cranes ,SolidWorks2006，CAD,Spare parts store, Assembly store,FEA目 录 中文摘要英文摘要1绪论1 1.1课题的目的及意义1 1.2课题任务、重点研究内容、实现途径.3 1.2 本章小结32 SolidWorks与COSMOSWorks简介4 2.1 SolidWorks简介4.1.1 SolidWorks的概述4.1. SolidWorks软件的特色4 2.2 COSMOSWorks简介6.1.1 COSMOSWorks基本介绍6.1.COSMOSWorks功能和特点6 2.3本章小结83桥式起重机小车起升机构的总体设计计算9 3.1 桥式起重机小车的构造9 3.2 小车起升机构的总体设计计算103.2.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组103.2.2 选择钢丝绳 103.2.3 确定滑轮主要尺寸113.2.4 确定卷筒尺寸，并验算强度113.2.5 选择电动机143.2.6 验算电动机发热条件143.2.7 选择减速器153.2.8 验算起升速度和实际所需功率153.2.9 校核减速器输出轴强度153.2.10 选择制动器163.2.11 选择联轴器173.2.12 验算起动时间173.2.13 验算制动时间183.2.14 高速浮动轴计算193.3 本章小结224 卷筒部件的设计计算22 4.1 卷筒22 4.2 联接盘22 4.3 卷筒轮毂23 4.4 卷筒轴、轴承及轴承座24 4.5 钢丝绳在卷筒上的固定装置25 4.6 卷筒部件设计计算274.6.1 卷筒轴设计计算274.6.2 选择轴承284.6.3 绳端固定装置计算30 4.7 本章小结315 卷筒及小车架的三维零件库32 5.1 卷筒部件的三维零件库32 5.2小车架的建模34 5.3本章小结376 桥式起重机小车架和卷筒心轴的有限元分析38 6.1 有限元分析法（FEA）386.1.1 有限元法简介386.1.2 利用COSMOSWorks进行有限元分析38 6.2 小车架基于COSMOSWorks的有限元分析396.2.1 小车架的受力分析计算396.2.2 小车架的有限元分析416.3 卷筒心轴基于COSMOSWorks的有限元分析486.3.1 卷筒心轴的受力分析计算486.3.2 卷筒心轴的有限元分析48 6.4 本章小结557 结论与致谢56参考文献57 1 绪论 1.1课题的目的及意义起重机作为物料搬运、装卸或用于安装的机械设备，可以减轻或代替人们的体力劳动，提高劳动生产率。它被广泛应用于国民经济的各个领域之中。在冶金行业、机械制造工业、电力工业、煤炭工业、交通运输业、建筑工业、建材工业等国民经济支柱行业中，起重运输机械都扮演着重要的角色。随着时代的发展，制造工厂和装卸作业场所开始转向室内，使桥式起重机占据了主导地位。桥式起重机主要应用于大型加工企业，如钢铁、冶金和建材等行业，完成生产过程中起重和吊装等工作。其中用于生产车间的桥式起重机，是起重机的一个主要类型，由于起重机行驶在高空，作业范围能扫过整个厂房的建筑面积，具有非常重要的不可替代的作用，因而深受用户欢迎，得到了极大发展。本论文10吨桥式起重机的研究具有非常重要的意义。在我国当前使用的桥式起重机中大部分为60、70年代生产的，除少量的退役报废外，大部分仍在继续使用，老化问题日益突出，超期使用依据不足，风险性较大。如何科学评估在役起重机桥架结构的承载能力，保证其安全运行是急待解决的问题。承载能力评估与桥架结构的极限强度、稳定性能有关。评估的目的是要弄清楚桥架结构的实际安全储备，以避免桥架结构在日常使用中发生灾难性的后果，即保证桥架结构使用的可靠性(安全性、实用性、耐久性)并做出正常使用、降级使用、维修加固、报废等科学决策。实际生产中由于金属桥架结构承载能力不足引起的事故时有发生。因此，如何对这些在役的起重机金属结构进行检测评定，如何科学评估其承载能力，就成为生产中面临的重要问题。对具有广泛应用的桥式起重机桥架结构的承载能力进行有效评估，更有着重大的工程实用意义和理论研究价值。另外，从我国的宏观经济发展来看，随着大量出现的设备老化现象，一方面需要愈来愈多的新设备，另一方面国家资金有限，必须充分利用已有的结构，采用科学有效的方法对其进行评定，以便做出科学决策。因此本课题的研究方法不仅有着重要的科学价值，而且具有广泛的工程应用前景和重大的社会效益和经济效益。 但是在未来，桥式起重机己不再是传统意义上粗大笨重、操作复杂、维护困难的工业设备，它将面向用户的设计理念与世界先进技术的完美结合在一起。塑造出具备体积轻巧、结构紧凑、操作简便、使用安全、免维护等特性的产品是起重机设计的目标。今后，桥式起重机的发展趋势为：1）向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。2）向自动化、智能化、集成化和信息化发展。3）向成套化、系统化、综合化和规模化发展。4）向模块化、组合化、系列化和通用化发展。5）向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。6）采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。利用CAD提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。7）采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。 桥式起重机是生产车间中应用广泛的一种起重设备,起升机构是桥式起重机的重要组成部分,起重小车用以支撑整机的机械、电器设备以及被起升的重物,承受和传递作用在起重机上的各种较为复杂的载荷。桥式起重机被广泛应用于国民经济建设的各个领域，产品已经形成多个系列，随着经济建设的发展，用户对其性能要求越来越高。但是目前的设计手段还停留在二维阶段，工作量大、设计过程不直观、设计过程中的错误也不容易发现。随着三维图形技术和计算机技术的发展，三维设计已经成为CAD发展的必然趋势。目前，三维CAD技术在桥式起重机设计方面的应用主要集中在起重机产品的三维实体造型、出效果图等方面，而对起重机比较全面的三维参数化设计、出工程图方面的研究尚处于探索阶段。 通用桥式起重机设计制造已形成标准系列化产品，同系列产品之间存在功能相似或结构相近的零部件(包括一些标准件)，这些都为进行参数化设计创造了条件。设计人员在设计同一系列桥式起重机的不同型号产品时，只需要在此系列已有产品设计的基础上进行系列化相似性设计。通过对这些零部件模型的快速修改生成新产品的三维零件模型，通过重新装配生成新产品的三维装配模型。基于这样的思想对桥式起重机参数化设计进行研究。 本课题设计的桥式起重机三维参数化设计系统是在研究桥式起重机结构特点、设计流程、设计方法的基础上，以Solidworks为软件支撑平台。同时，桥式起重机是一种结构形式相对稳定,系列件、通用件和相似件占相当比例的产品。结合企业现状与需求,对桥式起重机的桥架进行三维CAD设计,可以避免大量重复设计,显著提高设计效率。目前企业的设计软件正逐步由二维向三维转移,对三维机械设计软件SolidWorks进行本地化二次开发,可以为解决CAD与PDM、CAPP、CAM、ERP的信息集成创造条件,同时更好地将产品的设计意图贯彻到后续环节,为开发新一代的产品创造前提。同时，随着经济发展的全球化、市场竞争的日益激烈，我国的起重机械制造业面临着巨大的挑战。为了适应经济全球化趋势和激烈的市场竞争，提高国产起重机械的技术含量，赢得国内外市场，本论文以功能分析为基础，采用国外先进软件建立实体模型的方法，对桥式起重机进行新的设计，使其能够更快、更好地符合市场需求。1.2课题任务、重点研究内容、实现途径1.2.1本课题设计研究完成的任务：1、10T起升机构设计计算；2、建立10T起升机构零部件的力学模型；3、10T起升机构零件有限元分析；4、10T起升机构装配图、零件图设计；5、整理分析数据，完成论文。1.2.2本课题重点研究的内容：1、对Solidworks软件的学习达到可以熟练得建立三维实体模型；2、能利用COSMOSX软件对实体模型进行分析；3、对桥式起重机的小车进行进行总体设计；4、对桥式起重机小车的部件设计；1.2.3本课题的实现途径：1、首先查阅参考文献，了解桥式起重机的基本结构，对起重机的起升机构要重点了解，为以后的建模打下基础。2、对桥式起重机的小车架和卷筒部分进行计算校核。3、利用Solidwors软件建立三维实体模型库，小车架模型、左右小件、卷筒以及卷筒轴；4、利用Solidworks软件建立装配图库：左右小件、卷筒以及卷筒轴进行简单的装配；5、COSMOSWORKS软件，能够对实体模型（小车架以及卷筒轴）进行加载荷分析；6、对桥式起重机的起升机构进行力学计算；7、利用计算的数据，对桥式起重机小车及其部件进行有限元分析，检查设计的起升机构是否符合设计标准； 1.3本章小结 本章对本次设计的意义和目的进行了介绍，明确了设计任务和研究重点，确定实现途径。为下面的设计研究奠定了基础。 2 SolidWorks与 COSMOSWorks简介2 SolidWorks与COSMOSWorks简介2.1 SolidWorks简介2.1.1SolidWorks的概述SolidWorks 是美国SolidWorks公司开发的基于Windows平台的三维机械设计软件，其易用和友好的界面，能够在整个产品设计工作中完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在技术内核上它采用先进的ParaSolid图形语言平台。SolidWorks有着全面的零件实体建模功能，为用户提供了丰富的建模手段。在Solidworks的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计用“自顶而下”的方法进行装配设计，SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。在工程图绘制方面SolidWorks也毫不逊色，用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。此外SolidWorks软件提供完整的、免费的开发工具（API），用户可以用Visual Basic、Visual C+或其他支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。SolidWorks公司的宗旨就是要丢弃CAD设计的复杂性，使建模、装配、工程图的过程更直观。2.1.2 SolidWorks软件的特色 SolidWorks是原创的、基于Windows平台的三维机械设计软件，是Windows原创润件的典型代表。它总结和继承了大型机械CAD软件的特点，是在Windows环境下实现的第一个三维机械CAD软件。 SolidWork软件有如下的特点：全Windows截面，操作非常简单方便 SolidWorks软件非常容易学习，利用SolidWorks的帮助系统，没有任何单位设计经验的设计人员也可以快速掌握SolidWorks的设计方法；SolidWorks采用内核本地化，全中文应用界面；SolidWorks支持特征的“复制、剪切、粘贴”操作，支持拖动复制、移动技术。清晰、直观、整齐的“全动感”用户界面 “全动感”的用户界面使设计过程变得非常轻松。动态标注用不同的颜色及说明提醒设计者目前的操作对象；标注也可以使设计者在图形区域就设定特征的有关参数；鼠标确认以及丰富的快捷菜单使得设计零件非常容易；建立特征时，无论鼠标在什么位置，都可以快速确定特征建立；图形区域动态的预览，使得在设计过程中就可以审视设计的合理性； 首创的特征管理器能够将设计的过程记录下来，并形成FeatureManager设计树。设计人员利用它可以很好地通过管理和修改特征来控制零件、装配和工程图；强大的、动态激活的PropertyManager（属性管理器），提供了非常方便地查看和修改属性的操作；利用PropertyManager减少了图形区域的对话框，使设计界面简洁、明快；利用ConfigerationManager（配置管理器）很容易建立和修改零件或装配的不同形态，大大提高了设计效率。灵活的草图绘制和检查功能草图绘制状态和特征定义状态有明显的区分标志，设计者很容易辩明自己的操作状态；草图绘制更加容易，设计者可以快速适应并掌握SolidWorks灵活的绘图方式：单击-单击式或单击-拖动式；绘制草图过程中的动态反馈和推理可以自动添加几何约束，使得绘图时非常清楚和简单，草图中采用不同的颜色来显示草图的不同的状态；拖动草图的图元，可以快速改变草图形状甚至是几何关系或尺寸值；可以绘制用于管道设计或扫描特征的3D草图；可以检查草图的合理性。强大的特征建立能力和零件与装配的控制功能 强大的基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现零件的设计；可以对特征和草图进行动态修改，通过拖动操作进行设计修改，几乎可以作到随心所欲；功能设备和全相关的钣金设计能力。利用钣金特征可以直接设计钣金零件，钣金的正交切除、角处理以及边线切口等处理都非常容易；SolidWorks提供了大量的钣金成形工具，采用简单的拖动技术就可以建立钣金零件中的常用形状；利用Feature Palette窗口，只需要简单地拖动到零件中就可以快速建立特征；管理和使用库特征非常方便；利用零件和装配体的配置不仅可以利用现有的设计，建立企业的产品库，而且解决了系列产品的设计问题。配置的应用涉及零件、装配和工程图；可以利用Excel软件驱动配置，从而自动生成零件或装配体配置；使用装配体轻化，可以快速、高效地处理大型装配，提高系统性能；按照同心、重合、距离、角度、相切等关系，装配约束丰富多样；可以进行动画式的装配和动态查看装配运动；在装配中可以实现智能化装备，也可以进行动态装配干涉检查和间隙检测，以及静态干涉检查；在装配中可以利用现有的零件相对某平面产生镜像，零件或使用原有零件按镜像位置装配。完整的、符合标准的详细工程图使用RapidDraft工程图技术，可以将工程图与三维模型单独进行操作，以及加快工程图的操作，但仍然保持与三维模型的相关性；可以为三维模型自动生产工程图，包括视图、尺寸和标注；灵活多样的视图操作：可以建立各种类型的投影视图、剖面视图和局部放大图；交替位置视图能够方便地显示零部件不同位置，在同一视图中生成装配的多种不同位置的视图，以便了解运动的顺序。最大限度地利用已有数据进行设计，方便数据交换可以通过标准数据格式与其他CAD软件进行数据交换；提供数据输入诊断功能，允许用户对输入的实体执行几何简化、模型误差重设以及冗余拓扑移除；利用插件形式提供免费的数据接口，可以很方便地与其他三维CAD软件如Pro/ENGINEER、UG、MDT、SolidEdges等进行数据交换；DXF/DWG文件转换向导可以将用户通过其他软件建立的工程图文件转化成SolidWorks的工程图文件，操作非常方便；可以将模型文件输出成标准的数据格式，将工程图文件输出成DXF/DWG格式。支持工作组协同作业3D Meeting是基于微软NetMeeting技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供协同工作环境，利用3D Meeting可以通过Internet实时地协同工作；支持Web目录，可以将设计数据存放在互联网的文件中，和存放在本地硬盘一样方便；可以将工程图输出成eDrawings文件格式，便于交流设计思想。提供了自由、开放、功能完整的API开发工具接口，可以根据实际情况利用VC、VB、VBA或其他OLE开发程序对SolidWorks进行二次开发。2.2COSMOSWorks简介2.2.1 COSMOSWorks基本介绍Structural Research and Analysis Corporation（SRAC）创建于1982年，是一个全力发展有限元分析软件的公司，公司成立的宗旨是为工程界提供一套高品质并且具有最新技术、价格低廉并能为大众所接受的有限元软件。1988年SRAC公司着手对有限元分析软件进行以Parasolid为几何核心，全新编写。以Windows视窗界面为平台，给使用者提供操作简单的友好界面，包含实体建构能力的前、后处理器的有限元分析软件GEOSTAR。GEOSTAR根据用户的需要可以单独存在，也可以与所有基于Windows平台的CAD软件的领导者SolidWorks服务的全新嵌入式有限元分析软件COSMOSWorks。COSMOSWorks使用SRAC公司开发的当今世上最快的有限元分析算法快速有限元算法（FFE），完全集成在Windows环境并与SolidWorks软件无缝集成。从最近的测试表明，快速有限元算法（FFE）提升了传统算法50100倍的解题速度，并降低磁盘储存空间，只需要原来的5%就够了；更重要的是，它在微机上就可以解决复杂的分析问题，节省使用者在硬件上的投资。2.2.2 COSMOSWorks功能和特点SRAC公司的快速有限元算法（FFE）比较突出的原因如下：快速有限元算法参考以往的有限元求解算法的经验，以C+语言重新编写程序，程序代码中尽量减少循环语句，并且引入当今世界范围内软件程序设计新技术的精华。因此极大提高了求解器的速度。快速有限元算法使用新的技术开发、管理其资料库，使程序在读、写、打开、保存资料及文件时，能够大幅提升速度。快速有限元算法按独家数值分析经验，搜索所有可能的预设条件组合（经大型复杂运算测试无误者）来解题，所以在求解时快速而能收敛。在微机上应用的工程分析软件，有了快速有限元算法，就好比一个引擎加上涡轮增压器，可以使软件运行一直处于加速度状态。过去在工作站上运行的工程分析问题，现在可以拿到微机上来解决，帮助用户大显身手，并且实现了同步工程的梦想。SRAC公司为SolidWorks提供了三个插件，分别是COSMOSWorks、COSMOSMotion和COSMOSFloWorks。COSMOSMotion：是一个全功能运动仿真软件，可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真，得到系统中各零部件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。并以动画、图形、表格等多种形式输入结果，还可以将零部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到主流有限元分析软件中以作出正确的强度和结构分析。COSMOSFloWorks：是一个流体动力学和热传导分析软件，可以在不同雷诺数范围上，建立跨音速、超音速和压音速的可压缩和不可压缩的气体和流动的模型，以确保获得真实的计算结果。COSMOSWorks：为设计工程师在SolidWorks的环境下，提供比较完整的分析手段。凭借先进的快速有限元技术（FFE），工程师能非常迅速得实现对大规模的复杂设计的分析和验证，并且获得修正和优化设计所需的必要信息。COSMOSWorks的基本模块可以做对零件或装配体进行静力分析、固有频率和模态分析、失稳分析和热应力分析。静力学分析研究零件在只受静力情况下，零组件的应力、应变分布。固有频率和模态分析确定零件或装配的造型与其固有频率的关系，在需要共振效果的场合，如超声波焊接扬声器，音叉，获得最佳设计效果。失稳分析当压应力没有超过材料的屈服强度时，薄壁结构件发生的失稳情况。热分析在存在温度梯度情况下，零件的热应力分布情况，以及研究热量在零件和装配中的传播。疲劳分析预测疲劳对产品全生命周期的影响，确定可能发生疲劳破坏的区域。非线性分析用于分析橡胶类或者塑料类的零件或装配体的行为，还用于分析金属结构在达到屈服极限后的力学行为。也可以用于考虑大扭转和大变形，如：突然失稳。间隙/接触分析在特定的载荷下。两个或者更多运动零件相互作用。例如：在传动脸或者其他机械系统中接触间隙未知的情况下分析应力和载荷传递。优化在保持满足其他性能判断（如应力失效）的前提下，自动定义最小体积设计。2.3本章小结本章简单介绍了SolidWorks与COSMOSWorks软件的基本情况和其基本功能，为下面的建立三维实体模型以及有限元分析做了很好的铺垫。 3 起升机构总体设计计算3 桥式起重机小车起升机构的总体设计计算3.1 桥式起重机小车的构造 桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。另外，还有一些安全防护装置。起升机构主要包括：电动机、减速器、制动器、联轴器、滑轮、钢丝绳、吊钩组、高速浮动轴和卷筒等。 我国制造的桥式起重机的小车（图3-1）具有下列特征：1） 起升机构和运行机构由独立的部件构成。2） 在设计机构和小车架时，遵循了“三化”（标准化、通用化和系列化）原则。这可使零部件的互换性得到保证，降低制造和使用维护起重机的费用，并使所需零部件的备品量减到最少。 图 桥式起重机小车构造图 1-垫板；2-电动机；3-减速器；4-制动器；5-轴承座；6-从动车轮；7-角形轴承箱； 8-主动车轮；9-栏杆；10-排碍板；11-撞尺 3）小车架用钢板焊接而成。在小车架上焊有底座（垫板1），电动机等均安装在这种底座上。为了简化车架的加工，底座的加工面应尽量布置在同一水平面或垂直面上。 4）起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大，传动比高时低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。5）所有机构中都采用滚动轴承。 6）过去都采用短行程或长行程交流电磁铁，弹簧上闸的瓦块式制动器，而重锤上闸的长行程电磁铁制动器已不采用。 7）在制造起重机时，由于对零件进行热处理，从而提高了零件表面的耐磨性，延长了使用寿命。 8）为简化起重机机构的维护工作，轴承的润滑最好采用集中润滑系统。3.2小车起升机构的总体设计计算设计内容计算与说明结果1)确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组2)选择钢丝按照布置紧凑原则，决定采用1图4-10的方案，如图所示，采用了双滑轮组，按Q=10T，查1表4-1取滑轮组倍率 承载绳分支数：Z=2ih=23=6图起升机构计算简图查1附表8选图号G15吊钩组，得其质量：G。=219kg两动滑轮间距A=185mm。若滑轮组采用滚动轴承，当 ih=3查2表-得滑轮组效率为。钢丝绳所受最大拉力： （） 查2表2-4，中级工作类型（工作级别）时，安全系数n=5.5，钢丝绳计算破断拉力：选图号G15吊钩组A=185mm设计内容计算与说明结果3)确定滑轮主要尺寸4)确定卷筒尺寸，并验算强度 （）查1附表1选用瓦林吞型纤维钢芯钢丝绳619W+FC，钢丝公称抗拉强度1670，光面钢丝，右交互捻，直径d=14mm，钢丝绳最小破断拉力 ，标记如下： 钢丝绳滑轮的许用最小直径：mm （）式中系数e=25由2表2-4查得。由1附表2选用滑轮直径mm，取平衡滑轮直径 （）由1附表2选用。滑轮的绳槽部分尺寸可由1附表3查得。由1附表4选用钢丝绳直径d=14mm，D=355mm，滑轮直径的型滑轮，标记为滑轮14355-90 ZB J80 006.8-87由1附表5平衡滑轮选用d=14mm，D=225mm，滑轮轴直径的F型滑轮标记为：滑轮F14225-45 ZB J80 006.9-87卷筒直径： mm（）由1附表13选用D=400mm，卷筒绳槽尺寸由4附表14-3查得槽距取t=16mm，槽底半径r=8mm，卷筒尺寸：（）d=14mm=355mmDp=225mm卷筒直径D=400mm设计内容计算与说明结果取L=1500mm式中 附加安全系数，取=2； 卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即=A=185mm（图-），实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；卷筒计算直径=D+d=400+14=414mm卷筒壁厚：（）取mm。卷筒壁压应力验算：（）选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度，许用压应力：（），故抗压强度足够。卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L3D，尚应校简有弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩如图3-3所示： （图3-3 卷筒弯矩图）卷筒长L=1500mm卷筒壁厚mm卷筒抗压强度足够设计内容计算与说明结果卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时： （10）卷筒断面系数： （11）式中 D卷筒外径，D=400mm； 卷筒内径， 于是 （12）合成应力： （13）式中许用拉应力: （14）卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D=400mm，长度L=1500mm；卷筒槽形的槽底半径r=8mm，槽距t=16mm；起升高度H=15m，倍率；靠近减速器一端的卷筒槽向左的A型卷筒，标记为：卷筒 A4001500-816-153 左 ZB J80 007.2-87卷筒强度验算通过设计内容计算与说明结果5)选电动机6)验算电动机发热条件计算静功率：（1）式中：机构总效率，一般，取电动机计算功率（1）式中由2表6-1查得：对于级机构，取查1附表30选用电动机，其，电机质量按照等效功率法，求所需要的等效功率（1）式中工作级别系数，查2表6-4，对于级别；系数，根据机构平均启动时间与平均工作时间的比值（）查得，由2表6-3，一般起升机构取由2图6-6查得=0.87由以上计算结果，故初选电动机能满足发热条件。选电动机电动机发热验算通过设计内容计算与说明结果7)选择减速器8)验算起升速度和实际所需功率9)校核减速器输出轴强度卷筒转速：（1）减速器总传动比：（1）查1附表35选减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为级）时，许用功率，质量，入轴直径，轴端长（锥形）。实际起升速度：（）误差：（）实际所需等效功率：（）由2公式（6-16）得输出轴最大径向力：（）式中卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷；卷筒及轴自重，参考1 附表14选减速器实际起升速度设计内容计算与说明结果10)选择制动器估计；由2公式（6-17）得输出轴最大扭矩：（）式中电动机轴额定力矩当JC=25%时电动机最大力矩倍数，由1附表33查得减速器传动效率减速器输出轴最大容许转矩，由由1附表36查得由以上计算，所选减速器能满足要求。所需要静制动力矩：（）式中制动安全系数，由2表6-6查得。由1附表15选用制动器，其制动转矩，制动轮直径，制动质量减速器输出轴强度足够选用制动器设计内容计算与说明结果11)选择联轴器12）验算起动时间高速轴联轴器计算转矩，由2式（6-26）（）式中 电动机额定转矩（由前节求出）n=1.5联轴器安全系数刚性动载荷系数，一般由1附表31查得电动机轴端为圆柱形d=65mm，从1附表34查得ZQ-500减速器的高速轴端为圆锥形d=50mm，靠电动机轴端联轴器由1附表44选用带制动轮的半齿联轴器，其图号，最大容许转矩值，飞轮力矩，质量。浮动轴的两轴端为圆柱形d=45mm，靠减速器轴端联轴器由1附表45选用带mm制动轮的半齿联轴器，其图号为，最大容许转矩，飞轮力矩，质量，为与制动器相适应，将联轴器所带mm制动轮，修改为应用。起动时间：（）带制动轮的半齿联轴器，图号带制动轮的半齿联轴器，图号设计内容计算与说明结果13）验算制动时间式中（）静阻力矩：平均起动转矩： 通常起升机构起动时间为，此处，可在电气设计时，延长起动时间，故所选电动机合适。制动时间：（）式中（）查2表6-6得许用减速器， ，故 故合适。设计内容计算与说明结果14）高速浮动轴计算疲劳计算 由3起升机构疲劳计算基本载荷：（）式中动载系数 起升载荷动载系数（物品起升或下降制动的动载效应）由前节已选定轴径d=45mm，因此扭转应力：（）轴材料用45号钢，。弯曲：扭转： 轴受脉动循环的许用扭转应力： （333）式中 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 表面有急剧过渡和开有键槽及紧 配合区段， 与零件表面加工光洁度有关，当 粗糙度为3.2时，设计内容计算与说明结果 当粗糙度为12.5时此处取 考虑材料对应力循环不对称的敏感 系数，对碳钢及低合金钢 安全系数， （由3表30 查得） 故 通过。强度验算：轴所受最大扭矩： （334）最大扭转应力： （335）许用扭转应力： （336）式中安全系数， 故通过。浮动轴的构造如图3-4所示，中间轴径取。图3-4 浮动轴构造疲劳计算通过强度计算通过 4 卷筒部件设计计算3.3 本章小结 本章通过对桥式起重机小车进行总体设计，确定了电动机、减速器、制动器、联轴器、滑轮、钢丝绳、吊钩组等的型号并确定了高速浮动轴以及卷筒的直径和长度等参数，为下一步进行部件设计奠定了基础。4 卷筒部件的设计计算 为了进一步确定卷筒部件的结构参数，本章对卷筒进行部件设计。 卷筒部件的形式很多，根据起升机构传动方案的不同而不同。根据本次设计中确定的传动方案，卷筒部件的构造如图4-1所示，主要由卷筒1、联接盘2、卷筒轴3、卷筒轴承座4和钢丝绳在卷筒上的联接件以及其它一些连接定位的零件等组成。 图4-1 卷筒部件1 卷筒；2联接盘；3卷筒轴；4轴承4.1 卷筒 卷筒可用HT150到HT300的灰铸铁及ZG270-500、ZG230-450的铸钢铸造的毛坯，也有用Q235（A3）钢板焊接的毛坯加工而成。后者的自重要比前的轻3540%。在我国现有的标准系列桥式起重机小车中常采用铸造卷筒。本次设计中采用HT200。4.2 联接盘 联接盘用于连接卷筒与减速器的输出轴端喇叭口。它既是一个带内齿的半齿轮联轴器，又是卷筒的一个轮毂。因此，可使减速器输出轴扭矩借助联接盘传到卷筒上，而使卷筒旋转。同时，卷筒上钢丝绳的作用力可以通过联接盘的轮毂传递给卷筒轴，再由卷筒轴的左轴承通过喇叭口作用到减速器的机壳上。联接盘与卷筒的联接形式，常见的有两种：一种是连接铰孔螺栓安装在卷筒内（图4-2a），这种联接形式的联接盘1在安装时，螺栓扳手不能伸入卷筒2内。为了防止在安装时脱落，又可以使联接盘