毕业设计100t船用起重机设计计算说明书

1、100t 船用起重机 计算说明书 上海海湾机电港口工程有限公司 武 汉 理 工 大 学 2008.06 目 录 第 1 章 绪 论 .1 1.1 起重机工作条件 .1 1.2 起重机的主要性能参数 .1 1.2.1 起重机和各机构的工作级别 .1 1.2.2 主要性能参数 .2 1.2.3 机构工作使用工况 .2 1.3 设计依据 .2 1.4 计算载荷 .2 1.5 计算工况 .3 1.6 动态系数 cv 计算 .3 第 2 章 机构设计 .5 2.1 主起升机构设计 .5 2.1.1 工况 1 设计计算（100t 工况） .5 2.1.2 工况 2 设计计算（50t 工况） .10 2.1

2、.3 工况 4 计算（检验工况） .14 2.1.4 100t 吊钩组计算 .15 2.1.5 50t 吊钩组计算 .27 2.2 副起升机构设计 .39 2.3 回转机构设计 .45 2.3.1 由 swl 引起的载荷 .45 2.3.2 由于臂架引起的载荷 .48 2.3.3 由于油缸引起的载荷 .52 2.3.4 由转台机房引起的载荷 .54 2.3.5 计算载荷汇总 .56 2.3.6 回转大轴承选型 .57 2.3.7 回转减速机选型 .58 2.4 主变幅机构设计 .68 2.4.1.计算参数 .68 2.4.2 设计载荷计算 .68 2.4.3 主臂架变幅油缸最大推力计算 .73

3、 2.4.4 变幅油缸缸径计算、行程确定及选型 .74 2.4.5 主变幅油缸压杆稳定性计算 .75 2.4.6 变幅油缸流量、工作压力及功率计算 .76 2.4.7 各工况计算结果统计 .76 2.4.8 主变幅油缸装配销轴校核 .77 2.5 副变幅机构设计 .79 2.5.1.计算参数 .79 2.5.2 设计载荷计算 .79 2.5.3 副变幅油缸最大推力计算 .83 2.5.4 变幅油缸缸径计算、行程确定及选型 .84 2.5.5 油缸选型 .84 2.5.6 副变幅油缸压杆稳定性计算 .84 2.5.7 变幅油缸流量、工作压力及功率计算 .85 2.5.8 副变幅油缸装配销轴校核

4、.86 第 3 章 液压系统设计 .88 3.2 主液压泵站选型设计 .88 3.2.1 系统主要执行元件最大工作情况汇总 .88 3.2.2 主泵组驱动电机选型计算 .88 3.2.3 主泵组液压泵选型计算 .90 3.3 应急备用泵组选型设计 .91 3.3.1 应急备用泵驱动电机选型 .91 3.3.2 应急备用泵选型计算 .91 3.4 液压泵控制形式 .92 3.5 液压油箱及其附件选型 .92 3.5.1 液压油箱容积计算 .92 3.5.2 油箱附件 .92 3.5.3 循环过滤冷却泵组 .92 3.6 cvg 主控制阀块 .93 3.6.1 进油模块 .93 3.6.2 控制模

5、块 .93 3.6.3 尾部模块 .94 3.6.4 回转马达平衡安全阀块 .94 3.6.5 主变幅油缸平衡安全阀块 .94 3.6.6 副变幅油缸平衡安全阀块 .94 3.6.7 主起升马达平衡安全阀块 .95 3.6.8 副起升马达平衡安全阀块 .95 3.6.9 应急释放回路 .96 第 4 章 结构设计 .97 4.1 臂架结构设计 .97 4.1.1 计算标准 .97 4.1.2 计算工况 .97 4.1.3 计算载荷 .98 4.1.4 计算结果 .101 4.2 主起升机构平台计算 .119 4.2.1 计算标准 .119 4.2.2 计算载荷 .119 4.2.3 计算工况

6、.119 4.2.4 计算模型 .119 4.2.5 材料及许用应力 .120 4.2.6 计算结果 .121 4.2.7 与平台撑杆连接销轴校核 .124 4.2.8 销轴耳板校核 .125 4.3 转台与机房总成结构计算 .126 4.3.1 计算标准 .126 4.3.2 计算载荷 .126 4.3.3 计算工况 .126 4.3.4 计算模型 .131 4.3.5 材料及许用应力 .132 4.3.6 计算结果 .133 4.4 支承圆筒结构计算 .138 4.4.1 支承圆筒结构有限元计算 .138 4.4.2 支承圆筒结构的稳定性校核 .144 第 1 章 绪 论 100t 船用起

7、重机是按照100t 船用起重机技术规格书的要求，由上海海湾机 电港口工程有限公司和武汉理工大学共同设计的一种电动液压折臂近海甲板起重机。 起重机包括主起升机构、副起升机构、油缸变幅机构、回转机构、主臂架、副臂架、 转台与机房总成、支承圆筒、液压系统、电气控制系统、安全装置等等，其中起升 机构、变幅机构和回转机构采用液压驱动。起升机构设有起重量 100t/50t 的主吊钩 各 1 个和起重量 10t 的副吊钩 1 个。变幅机构采用液压油缸变幅，起重机通过液压油 缸的变幅达到各种工况要求的高度和幅度，并且通过油缸的变幅，可以使臂架放倒 至水平状态，从而降低整个起重机的重心，方便航行。回转机构可实现

8、 360全回转， 回转支承采用三排滚柱式回转支承。整机控制采用 plc 可编程序控制器和智能触摸 屏，对起重机各机构的动作进行逻辑控制，对各安全装置的信号进行收集并处理， 保证起重机安全可靠地工作。 1.1 起重机工作条件 航 区：近海开敞水域 主钩使用工况：风力蒲氏 4 级 浪高 0.91.5m 副钩使用工况：风力蒲氏 5 级 浪高 1.53m 船舶最大纵倾 2，最大横倾斜 5 海 水 温 度：0+35 大 气 温 度：-10+40 1.2 起重机的主要性能参数 1.2.1 起重机和各机构的工作级别 整机工作级别：a4 起升机构工作级别：m4 变幅机构工作级别：m4 回转机构工作级别：m4

9、1.2.2 主要性能参数 100t 船用起重机各工况下的工作幅度、起升高度以及各机构的工作速度等主要性能 参数见表 1.2.1。 性能参数表 表 1.2.1 起重量(t)100502010 工作幅度最大/最小(m)10/515/527/525.37/5 起升高度甲板以上/甲板以(m)16/828/828/829/8 起升速度(m/min)05010010020 变幅时间(s)120机构工作速度 回转速度(r/min)0.5 液压驱动总功率(kw)2315kw+45kw 船用动力电源415v-50hz-3ph 1.2.3 机构工作使用工况 （1）各机构可单独动作，主（或副）起升机构可分别与回转机

10、构联合动作。 （2）主、副变幅机构为非工作机构，仅允许在较小的幅度变化范围内，主（或副） 变幅机构与起升、回转机构中的某一个工作机构作调整性的联合动作。 （3）起重机臂架垂直于船舷方向作业起吊 50t 以上货物时，船体应预先进行水仓压 载，方可进行起重作业。 1.3 设计依据 100t 船用起重机依据 api spec 2c-2004海上平台起重机规范和美国船级社 abs起重机检验规范设计，同时参考中国船级社 ccs船舶与海上设施起重设备 规范和中华人民共和国国家标准起重机设计规范 （gb3811-83）设计。 1.4 计算载荷 （1）安全工作负载 swl； （2）起重机部件产生的垂直载荷；

11、（3）供给船运动产生的前倾力； offsb w （4）供给船运动产生的侧倾力； sidesb w （5）静态起重机倾斜产生的水平载荷； sideci w （6）起重机运动产生的水平载荷； cmhorizontal w （7）风载荷 1.5 计算工况 1.5.1 工况 1：100t 船用起重机在工作幅度 10m 时起吊 100t，臂架垂直于船舷方向，船舶 前倾 2，横倾 5。 1.5.2 工况 2：100t 船用起重机在工作幅度 15m 时起吊 50t，臂架垂直于船舷方向，船舶前 倾 2，横倾 5。 1.5.3 工况 3：100t 船用起重机在工作幅度 27m 时起吊 20t，臂架垂直于船舷方向

12、，船舶前 倾 2，横倾 5。 1.5.4 工况 4：100t 船用起重机在工作幅度 25.37m 时起吊 10t，臂架垂直于船舷方向，船 舶前倾 2，横倾 5。 1.5.5 工况 5（检验工况）：起重机在 10m 时起吊 200t，同时承受水平载荷 8t，无风无浪。 1.6 动态系数 cv 计算 起重机整体的刚度等于起重机自身的刚度和钢丝绳刚度的合成，两个弹性元件k 1 k 2 k 组合模型可以简化成下图： 图 1.6.1 起重机简化模型 总体刚度合成公式，即。 12 111 kkk 12 12 kk k kk 1.6.1 主钩使用工况：风力蒲氏 4 级，浪高 0.91.5m 由 ansys

13、查出，臂架顶部变形量，钢丝绳变形量。 1 272.031mmx 2 93.702mmx 4 0 1 1 100510n 3859.854 272.031mm qq k x 4 0 2 2 100510n 11205.737 93.702mm qq k x 所以， 12 12 3859.854 11205.737nlb 2870.947192919.078 3859.854 11205.737mmft kk k kk 3 1 192919.078 14.1 32.2 105 102.2046 1.66 r k cvv g swl 1.6.2 副钩使用工况：风力蒲氏 5 级，浪高 1.53m 由

14、ansys 查出，臂架顶部变形量，钢丝绳变形量。 1 103.53mmx 2 36.709mmx 4 0 1 1 100.510n 1014.199 103.53mm qq k x 4 0 2 2 100.510n 2860.334 36.709mm qq k x 所以， 12 12 1014.199 2860.334nlb 748.72251338.65 1014.1992860.334mmft kk k kk 3 1 51338.65 1 8.8 32.2 10.5 102.2046 3.31 r k cvv g swl 第 2 章 机构设计 2.1 主起升机构设计 主起升机构有四种作业工

15、况： 计算工况 表 2.1.1 起升高度（m） 计算工况 额定负载 （t）甲板以上甲板以下 起升速度 （m/min ） 马达工作情况 工况 1（100t/10m）10016805双马达工作 工况 2（50t/15m）50288010单马达工作 工况 3（20t/27m）20288010单马达工作 工况 5检验工况208双马达工作 根据各种工况计算对比，在主起升机构中，选择工况一和工况二作为设计工况。 2.1.1 工况 1 设计计算（100t 工况） 起重机工作条件：安全工作负载 swl=100+5=105t(100t 吊钩组自重按照 5t 计算)； 风力蒲氏 4 级； 浪高；0.9 1.5m=

16、2.954.92ft sig h 动态系数 cv=1.66； 船舶最大纵倾 2，最大横倾斜 5。 供给船运动产生前倾和侧倾 当起重机臂架垂直于船舷方向，船舶横倾 5，纵倾 2。 （1）供给船运动产生的前倾力： offsb w offsb 6 4 5 lb =swltan =swltan5 1.05 101.66 0.0875 3.41 10 1.52 10 n wcv cv （前倾角） （2）供给船运动产生的侧倾力： sidesb w o 6 4 4 sbside 1.367 10 lb =swltan =swltan2 1.05 101.66 0.03492 6.08 10

17、n cv w cv （侧倾角） 静态起重机倾斜产生的水平载荷 sideci w 6 3 4 sideci 10 lb swltan swltan1 1.05 101.66 0.01745 6.84 3.04 10 n cv w cv （静态侧倾角度） 式中，起重机静态侧倾角度查 api spec 2c-2004 表 4，取 1。 起重机运动产生的水平载荷 horizontalcm w horrizontalcm 6 4 4 n swl 1.05 101.660.0577 2.28 10 lb 1.005 10 =cvaw 水平 式中，水平加速度，查 api sp

18、ec 2c-2004 表 4，=0.0577。a水平 1.1 0.01 sig ah 水平 （1）水平载荷作用在臂架顶部的前倾水平载荷 horizontalcm w offcm w 当在前倾为，侧倾为时为最不利工况。00900 offcmhorizontalcm 4 5 cos0 2.28 10 lb 1.005 10 n o ww （2）水平载荷作用在臂架顶部的侧倾水平载荷 horizontalcm w sidecm w sidecmhorizontalcm0sin 0 o ww 水平载荷组合 由于起重机运动于供给船运动产生的水平载荷的组合如下： （1）前倾载荷组合 22 o

19、ffdynoffsboffcm 5252 4 5 lb n |1.52 10 |1.005 10 | 4.09 10 1.82 10 |www （2）侧倾载荷组合 22 sidedynsidesbsidecm 422 4 4 lb n 6.08 10 1.36710 6.08 10 0 | | www 风载荷 （1）风压： 22 0.002561.646lb/ftpcvv 式中，v风速，取 19.68mph。 （2）载重的风载荷 重物投影面积 2 22 3 1(1.33/200) ft135ftaswl 重物风载荷 11=1.646 135246.9lb1098nfap 2.1

20、.1.6 总水平载荷的组合 总前倾载荷： offall w 53 offalloffdynoffwind 45 n 1.82 101.098 10 4.11 10 lb1.83 10 www 总侧倾载荷： sideall w 44 sideallsidedynoffwind 44 sideci lb2.05 10n 6.08 103.04 100 9.12 10 wwww 总起吊载荷 all q 222524242 alloffallsideall 5 6 ()(3.84 10 )(4.11 10 )(2.05 10 ) 3.87 10 lb 1.72 10 n v qswl

21、cww 钢丝绳选型计算 （1）起吊额定载荷 100t 时钢丝绳静拉力 j s 6 5 1.05 10 2.92 10 n 22 2 0.9 j swl s me 其中 4 7 11.021 0.9 11.024 1.02 1 n s k e k n k 式中， 安全工作负载，；swl 6 1.05 10 n 滑轮倍率，2；m 穿绳系效率； e 支承载荷的钢丝绳绳数，取； n4n 轴承常数，取； k1.02k 在行走滑轮组和顶部滑轮组或吊臂顶端滑轮组的滑轮总数，取； s7s （2）钢丝绳的选型 钢丝绳型号：df-g iwrc 6*ws(36) shinkosstandard 45

22、mm galvanized 300m right hand regular lay 2160(日本神钢钢线工业株式会社)； 最小破断拉力： 1895kn； 钢丝绳直径： 45mm； 安全系数： 。6.5n （3）钢丝绳单绳工作拉力s工 6 5 1.72 10 4.78 10 n 22 2 0.9 q s me al l 工 式中，总起吊载荷，； all q 6 1.72 10 n 滑轮倍率，2；m 穿绳系效率，0.9； e 滑轮选型计算 滑轮直径： mm20 45900ded 绳 取滑轮直径：1000mm d 0 卷扬机构计算 卷筒形式 双联单层卷筒 卷筒槽底直径

23、 d=1200mm 每联绕绳圈数 n=； 0 36 2 18.419 1.245 h m d 式中，h最大起升高度，取 h=36m； d0卷筒计算直径，d0=d+d绳=1.2+0.045=1.245。 （ 注：此处h取50t工况时的起升高度36m；钢丝绳使用时间长了会伸长，因此卷 筒上多加两圈绳槽，取，另外需设5圈安全圈）21n 最大单绳拉力 478kn 作用在卷筒上的扭矩 0 max 1.245 22 478595kn m 22 d ts 工 选用卓轮卷筒组 zhp4.34eg 卷筒长度 2780mm 容绳量 203.4m （ 注：卓轮卷筒组zhp4.34eg包括内藏式行星减速机两台（i=4

24、32.75） 、驻车制动 器2套、双联双出绳卷筒、卷扬机机座、压绳器、安全制动器（棘轮棘爪机构） 、 电力推杆、钢丝绳压板与紧固件、位置传感器等。） 1 液压马达选型计算 液压马达型号：f11-250-qf-sh-k-000 派克汉尼汾流体传动产品（上海）有限公司元 件 数量：2 台 排量： 最大转速： 242ml/rq 2400 /minr 最低稳定转速：50r/min 最高工作压力：350bar 初定系统工作压力：250barp 减速器减速比：432.75i 计算满载起升时液压马达的输出扭矩 m t 6 1.72 10(1.20.045) 1455.4n m 22 2 432

25、.75 0.85 all m qdd t mi （） 此时需要液压马达工作压差p 压力满足要求。 , 221455.4 20mpa25mpa 242 2 0.95 m m m t p q 当起升速度为 5m/min，卷筒的转速 t n 2 5 2.56r/min ()(1.20.045) t mv n dd 此时液压马达转速 m n 最高转速满足要求。2.56 432.751106.41r/min50r/min mt nni 液压马达输入油量 m q 484 1107.84 563.7l/min 10001000 0.95 m m r qn q 液压马达输出功率 w p kw 6 1.72 1

26、05 168.63 100060 1000 0.85 w qv p 计 2.1.2 工况 2 设计计算（50t 工况） 起重机工作条件：安全工作负载 swl=100+5=105t(100t 吊钩组自重按照 5t 计算)； 风力蒲氏 4 级； 浪高；0.9 1.5m=2.954.92ft sig h 动态系数 cv=1.66； 船舶最大纵倾 2，最大横倾斜 5。 供给船运动产生前倾和侧倾 当起重机臂架垂直于船舷方向，船舶横倾 5，纵倾 2。 （1）供给船运动产生的前倾力： offsb w offsb 5 4 4 lb tan5 5.4 101.66 0.0875 1.61 10

27、7.82 10 n wswl cv （2）供给船运动产生的侧倾力： sidesb w 5 3 4 sbside 10 lb tan2 5.4 101.66 0.03492 7.03 3.13 10 n o swl cv w 静态起重机倾斜产生的水平载荷 sideci w 5 3 4 sideci 10 lb tan1 5.4 101.66 0.01745 3.52 1.56 10 n swl cv w 式中，起重机静态侧倾角度查 api spec 2c-2004 表 4，取 1。 起重机运动产生的水平载荷 horizontalcm w horrizontalcm

28、 5 4 4 n 1.17 10 lb 5.17 10 =5.4 101.66 0.0577 wswl cva 水平 式中，水平加速度，查 api spec 2c-2004 表 4，=0.0577。a水平 1.1 0.01 sig ah 水平 （1）水平载荷作用在臂架顶部的前倾水平载荷 horizontalcm w offcm w 当在前倾为，侧倾为时为最不利工况。00900 offcmhorizontalcm 4 4 cos0 10 lb 10 1.17 5.17n o ww （2）水平载荷作用在臂架顶部的侧倾水平载荷 horizontalcm w sidecm w sidecmhorizo

29、ntalcm0sin 0 o ww 水平载荷组合 由于起重机运动于供给船运动产生的水平载荷的组合如下： （1）前倾载荷组合 22 offdynoffsboffcm 4242 4 4 lb n | 7.82 10 | 5.1710 | 2.11 10 9.3710 |www （2）侧倾载荷组合 22 sidedynsidesbsidecm 422 3 4 lb n 7.03 10 3.13 10 | = (3.13 10 )0 www 风载荷 （1）风压： 22 0.002561.646lb/ftpcvv 式中，v风速，取 19.68mph。 （2）载重的风载荷

30、重物投影面积 2 22 3 1(1.33/200) ft85.6ftaswl 重物风载荷 11=1.64685.6140.86lb626.6nfap 总水平载荷的组合 总前倾载荷： offall w 4 offalloffdynoffwind 44 n 9.37 10 2.12 10 lb9.43 10 626.2www 总侧倾载荷： sideall w 44 sideallsidedynoffwind 44 sideci lb1.05 10n 3.13 101.56 100 4.69 10 wwww 总起吊载荷 all q 222524242 alloffal

31、lsideall 5 5 ()(1.98 10 )(2.12 10 )(1.05 10 ) 2 10 lb 8.87 10 n v qswl cww 钢丝绳选型计算 钢丝绳选型同工况 1。 （1）钢丝绳单绳工作拉力s工 5 5 8.87 10 2.46 10 n 22 2 0.9 q s me al l 工 式中， 总起吊载荷，； all q 5 8.87 10 n 滑轮倍率，2；m 穿绳系效率，0.9。 e 滑轮选型计算 滑轮选型同工况 1。 0 卷扬机构 最大单绳拉力 246kn 作用在卷筒上的扭矩 0 max 1.245 22 246306k

32、n m 22 d ts 工 1 液压马达选型计算 液压马达型号：f11-250-qf-sh-k-000 派克汉尼汾流体传动产品（上海）有限公司元 件 数量：1 台（2 台马达中仅 1 台工作） 排量： 242ml/rq 最大转速： 最低稳定转速：50r/min 最高工作压力：2400 /minr 350bar 初定系统工作压力： 减速器减速比： 滑轮倍率250barp 432.75i 2m 计算满载起升时液压马达的输出扭矩 m t 5 8.87 10(1.20.045) 750.5n m 22 2 432.75 0.85 m qdd t mi 计 （） 此时需要液压马达工作压差p

33、 压力满足要求。 , 22750.5 20.5mpa25mpa 242 0.95 m m m t p q 当起升速度为 10m/min，卷筒的转速 t n 2 10 5.11r/min ()(1.20.045) t mv n dd 此时液压马达转速 m n 最高转速满足要求。5.11 432.752211.35r/min50r/min mt nni 液压马达输入油量 m q 242 2211.35 563.7l/min 10001000 0.95 m m r qn q 液压马达输出功率 w p kw 5 8.87 1010 173.9 100060 1000 0.85 w qv p 计 2.1

34、.3 工况 4 计算（检验工况） 计算参数 起重量： q=208 t 吊钩组自重： 0 5qt 马达扭矩校核 （1） 起吊 200 t 时钢丝绳静拉力 0 208050 591.67kn 22 2 0.9 j qq s me 其中 4 7 11.021 0.9 11.024 1.02 1 n s k e k n k 式中 穿绳系效率；e 支承载荷的钢丝绳绳数，取；n4n 轴承常数，取；k1.02k 在行走滑轮组和顶部滑轮组或吊臂顶端滑轮组的滑轮总数，取；s7s 此时钢丝绳安全系数 。2.7n （2）卷筒扭矩 0 2591.67 1.245736.63kn m 2

35、 mj d ts （3） 所需马达驱动扭矩 736360 2002.58n m 432.75 0.85 m t t i 马达排量为 484ml/r，此时马达工作压力为 , 222002.58 27.37mpa 484 0.95 m mm m t p q 2.1.4 100t 吊钩组计算 吊钩选型设计 （1） 吊钩技术参数 起重量：q=100t 强度等级：t 机构工作级别：m4 吊钩材料：dg34crmo 吊钩材料的屈服强度：490mpa s 载荷系数：， 1 2k 2 5k (2)吊钩主要尺寸 d=280mm d=236mm 图 吊钩主要尺寸图 (3)钩身强度校

36、核 a. 垂直截面 b-b 应力计算 图 b-b 截面图 mm300h 1 240mmb 2 112.7mmb mm 12 1 12 22402 112.7 300 =132.32 3240 112.73 bbh e bb mm 01 280 132.32272.32 22 d re b-b 截面面积：53775.78 b f 2 mm 由起重机设计手册表 3-4-6 得： 曲梁截面形状系数： b k0.108 屈服应力：490mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 2.5n 许用应力：mpa 1 490 196 2.5 s n b-b 截面内侧最大拉应力： 4

37、 11 01 2 100 10132.32 162.7mpa 2()2 53775.78 0.108272.32 132.32 bb k qe fkre 内侧 内侧 满足要求。 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 466.7 1.05 s n b-b 截面内侧最大拉应力： 4 21 01 5 100 10132.32 407mpa 2()2 53775.78 0.108272.32 132.32 bb k qe fkre 内侧 内侧 满足要求。 b. 斜截面 c-c 应力计算 图 c-c 截面图 mm370h 1 240mmb

38、2 127mmb mm 12 1 12 22402 127 370 =166 3240 1273 bbh e bb mm 01 280 166306 22 d re 30 c-c 截面面积： 67861 c f 2 mm 由起重机设计手册表 3-4-6 得： 曲梁截面形状系数：0.145 c k 屈服应力：490mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 2.5n 许用应力：mpa 1 490 196 2.5 s n c-c 截面内侧最大拉应力： 11 cc01 k qe sin(45) 2fk ()re 内侧 4 2 100 10166 sin(4530 ) 2 67861 0.

39、145 (306-166 164mpa ） 满足要求。 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 466.7 1.05 s n c-c 截面内侧最大拉应力： 21 cc01 k qe sin(45) 2fk ()re 内侧 4 2 100 10166 sin(4530 ) 2 67861 0.145 (306-166 410mpa ） 内侧 满足要求。 (4)头部直柄强度校核 直颈钩劲最小截面尺寸：mm 4 182d 螺纹选用220 32ty 螺纹小径：mm184.8d 内 屈服应力：490mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n

40、 许用应力：mpa 1 490 163.3 3 s n 直颈钩劲最小截面拉应力： mpa 4 1 22 4 44 2 100 10 =77 182 t k q d ，满足要求。 t 螺纹的剪应力 按第一圈螺纹承受有效载荷的一半、剪切面的高度为螺距的一半 的假定计算： 许用剪应力：mpa 0.70.7 163.3114.31 螺纹的剪应力：mpa 4 1 2 100 10 =107.7 184.8 32 k q d p 内 ，满足要求。 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 466.7 1.05 s n 直颈钩劲最小截面拉应力： mpa 4 2 2

41、2 4 44 5 100 10 =192 182 t k q d ，满足要求。 t 螺纹的剪应力 按第一圈螺纹承受有效载荷的一半、剪切面的高度为螺距的一半 的假定计算： 许用剪应力：mpa 0.70.7 466.7327 mpa 4 2 5 100 10 =269 184.8 32 k q d p 内 ，满足要求。 吊钩横梁的计算 图 吊钩横梁 mm230d mm680l mm300h mm550b mm70 mm 1 240d 吊钩横梁材料：45 屈服应力：345mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 345 115

42、 3 s n 中间截面 a-a 的最大弯曲应力： mpa 4 1 22 1.51.5 2 100 10680 =70.8 ()550230300 k qlm wbd h ，满足要求。 轴孔的许用挤压应力： 345 86.25mpa 44 s bs 轴孔的平均挤压应力： mpa 4 1 1 2 100 10 59.5 22 240 70 bs k q d ，满足要求。 bsbs 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 345 328.6 1.05 s n 中间截面 a-a 的最大弯曲应力： mpa 4 2 22 1.51.5 5 100 10680 =177

43、 ()550230300 k qlm wbd h ，满足要求。 轴孔的许用挤压应力： 345 328.6mpa 1.051.05 s bs 轴孔的平均挤压应力： mpa 4 2 1 5 100 10 149 22 240 70 bs k q d ，满足要求。 bsbs 滑轮轴计算 图 滑轮轴计算简图 图 滑轮轴计算弯矩图 滑轮轴材料：40cr 屈服应力：490mpa s 240mmd 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 490 163 3 s n 滑轮轴受最大的弯矩： max1 1 k q (66

44、0330) 4 m 4 8 1 =2 100 10(660-330) 4 =1.65 10 n mm 滑轮轴抗弯模量： 33 63 240 =1.36 10 mm 3232 d w 8 6 1.65 10 119.6mpa 1.36 10 m w ，满足要求。 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 467 1.05 s n 滑轮轴受最大的弯矩： max2 1 k q (660330) 4 m 4 8 1 =5 100 10(660-330) 4 =4.13 10 n mm 滑轮轴抗弯模量： 33 63 240 =1.36 10 mm 3232 d

45、 w 8 6 4.13 10 307mpa 1.36 10 m w ，满足要求。 拉板的计算 图 拉板 拉板材料：q345c 屈服应力：345mpa s 650mmb 0 320mmh 240mmd 50mm 10mm 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 345 115 3 s n 轴孔的许用挤压应力： 345 86.25mpa 44 s bs 240 0.37 650 d b 由起重机设计手册图 3-4-18 得： 应力集中系数：2.26 j a b-b 截面的最大应力： 4 1 / 2 100 102.26 78.7mpa

46、 2()(2)2650240502 10 j t k qa bd ，满足要求。 a-a 截面的最大拉应力： 22 10 22 0 (0.25) 2 (2)(0.25) k q hd dhd 422 22 2 100 103200.25 240 2 240502 103200.25 240 79mpa ，满足要求。 轴孔处的平均挤压应力： 4 1 2 100 10 59.5mpa 2 ()2 240502 10 bs k q d ，满足要求。 bsbs 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 345 328.6 1.05 s n 轴孔的许用挤压应力： 2 3

47、45 328.6mpa 1.05 s bs n 240 0.37 650 d b 由起重机设计手册图 3-4-18 得： 应力集中系数：2.26 j a b-b 截面的最大拉应力： 4 2 / 5 100 102.26 197mpa 2()(2)2650240502 10 j t k qa bd ，满足要求。 a-a 截面的最大拉应力： 22 20 22 0 (0.25) 2 (2)(0.25) k q hd dhd 422 22 5 100 103200.25 240 2 240502 103200.25 240 198mpa ，满足要求。 轴孔处的平均挤压应力： 4 2 5 100 10

48、149mpa 2 (2)2 240502 10 bs k q d ，满足要求。 bsbs 滑轮组轴承选型 (1) 按额定动载荷选择轴承 根据机械设计手册第 2 卷，当轴承可靠性为 90%、轴承材料为常规材料并在常规 条件运转时，取 500h 作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承 基本额定动载荷为： r tn dmh cp ff fff c 式中：基本额定动载荷值，n；c 当量动载荷，按机械设计手册第 2 卷式（7-2-2）计算，n；p 寿命因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-8 选取； h f 速度因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-9 选取；

49、 n f 力矩载荷因数，取 1.5； m f 冲击载荷因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-10 选取； d f 温度因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-11 选取； t f 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，n。 r c 取，。由于轴承选定为圆柱滚子轴承，所以1 h f5 . 1 m f66 . 1 d f5 . 1 n f1 t f n，代入上式得250000 r pf n=415kn 1 1.5 1.66 250000415000 1.5 1 hmd nt f f f cp f f (2) 按额定静载荷选择轴承 根据机械设计手册第 2 卷，额定静载荷计算见下式 r cp

50、sc 0000 式中：基本额定静载荷计算值，n； 0 c 当量静载荷，n； 0 p 安全因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-15 选取； 0 s 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，n； r c0 取n，=1.5，代入上式得 0 250000 r pf 0 s n=375kn 000 1.5 250000375000cs p (3) 轴承选型结果 根据以上动载荷和静载荷的计算，吊钩滑轮轴承选择圆柱滚子轴承，型号： nj1048，24036056，=470 kn，=745 kn，符合要求。 r c r c0 吊钩横梁轴承选型 (1) 按额定动载荷选择轴承 根据机械设计

51、手册第 2 卷，当轴承可靠性为 90%、轴承材料为常规材料并在常规 条件运转时，取 500h 作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承 基本额定动载荷为： r tn dmh cp ff fff c 式中：基本额定动载荷值，n；c 当量动载荷，按机械设计手册第 2 卷式（7-2-2）计算，n；p 寿命因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-8 选取； h f 速度因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-9 选取； n f 力矩载荷因数，取 1.5； m f 冲击载荷因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-10 选取； d f 温度因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-

52、11 选取； t f 轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定动载荷，n。 r c 取，。由于轴承选定为圆柱滚子轴承，所以1 h f5 . 1 m f66 . 1 d f5 . 1 n f1 t f n，代入上式得1000000pf n=1660kn 1 1.5 1.66 10000001660000 1.5 1 hmd nt f f f cp f f (2) 按额定静载荷选择轴承 根据机械设计手册第 2 卷，额定静载荷计算见下式 r cpsc 0000 式中：基本额定静载荷计算值，n； 0 c 当量静载荷，n； 0 p 安全因数，按机械设计手册第 2 卷表 7-2-15 选取； 0 s 轴承尺寸及

53、性能表中所列轴向基本额定静载荷，n； r c0 取n，=1.5，代入上式得1000000pf 0 s n=1500kn 000 1.5 10000001500000cs p (3) 轴承选型结果 根据以上动载荷和静载荷的计算，吊钩横梁轴承选择推力调心滚子轴承，型号： 29448，240440122，=2725 kn，=9771kn，符合要求。c 0 c 2.1.5 50t 吊钩组计算 吊钩选型设计 (1) 吊钩技术参数 起重量：q=50t 强度等级：t 机构工作级别：m4 吊钩材料：dg34crmo 吊钩材料的屈服强度：490mpa s 载荷系数：， 1 2k 2 5k (2)

54、 吊钩主要尺寸 d=250m 图 吊钩主要尺寸图 (3) 钩身强度校核 a. 钩身主弯曲截面 a-a 最危险 图 a-a 截面图 mm280h 1 224mmb 2 97mmb mm 12 1 12 22242 97 280 =121.5 3224973 bbh e bb 21 280 121.5158.5mmehe mm 01 250 121.5246.5 22 d re a-a 截面面积： 46734 a f 2 mm 由起重机设计手册表 3-4-6 得： 曲梁截面形状系数： a k0.113 屈服应力：490mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数

55、： 1 3n 许用应力：mpa 1 490 196 3 s n a-a 截面内侧最大拉应力： 4 11 01 2 50 10121.5 184mpa () 46734 0.113246.5 121.5 aa k qe fkre 内侧 ，满足要求。 内侧 a-a 截面外侧最大拉应力： 4 12 02 2 50 10158.5 74mpa () 46734 0.113246.5 158.5 aa k qe fkre 外侧 ，满足要求。 外侧 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 466.7 1.05 s n a-a 截面内侧最大拉应力： 4 21 0

56、1 5 50 10121.5 461mpa () 46734 0.113246.5 121.5 aa k qe fkre 内侧 ，满足要求。 内侧 a-a 截面外侧最大拉应力： 4 22 02 5 50 10158.5 185mpa () 46734 0.113246.5 158.5 aa k qe fkre 外侧 ，满足要求。 外侧 （4）头部直柄强度校核 直颈钩劲最小截面尺寸：mm 4 156d 螺纹选用180 20ty 螺纹小径：mm158d 内 屈服应力：490mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 490 163.3 3 s n 直颈钩劲最

57、小截面拉应力： mpa 4 1 22 4 44 2 50 10 =52 156 t k q d ，满足要求。 t 螺纹的剪应力 按第一圈螺纹承受有效载荷的一半、剪切面的高度为螺距的一半 的假定计算： 许用剪应力：mpa 0.80.8 163.3130.64 螺纹的剪应力：mpa 4 1 2 50 10 =101 158 20 k q d p 内 ，满足要求。 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 490 466.7 1.05 s n 直颈钩劲最小截面拉应力： mpa 4 2 22 4 44 5 50 10 =131 156 t k q d ，满足要求。

58、t 螺纹的剪应力 按第一圈螺纹承受有效载荷的一半、剪切面的高度为螺距的一半 的假定计算： 许用剪应力：mpa 0.80.8 466.7373.4 mpa 4 2 5 50 10 =252 158 20 k q d p 内 ，满足要求。 吊钩横梁的计算 图 吊钩横梁 mm190d mm660l mm280h mm410b mm70 mm 1 240d 吊钩横梁材料：45 屈服应力：345mpa s 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 345 115 3 s n 中间截面 a-a 的最大弯曲应力： mpa 4 1 22 1.51.

59、5 2 50 10660 =57 ()410 190280 k qlm wbd h ，满足要求。 轴孔的许用挤压应力： 345 86.25mpa 44 s bs 轴孔的平均挤压应力： mpa 4 1 1 2 50 10 30 22 240 70 bs k q d ，满足要求。 bsbs 当取载荷系数时： 2 5k 安全系数： 2 1.05n 许用应力：mpa 2 345 328.6 1.05 s n 中间截面 a-a 的最大弯曲应力： mpa 4 2 22 1.51.5 5 50 10660 =143 ()410 190280 k qlm wbd h ，满足要求。 轴孔的许用挤压应力： 345

60、 328.6mpa 1.051.05 s bs 轴孔的平均挤压应力： mpa 4 2 1 5 50 10 74 22 240 70 bs k q d ，满足要求。 bsbs 滑轮轴计算 图 滑轮轴计算简图 图 滑轮轴计算弯矩图 滑轮轴材料：40cr 屈服应力：490mpa s 240mmd 当取载荷系数时： 1 2k 安全系数： 1 3n 许用应力：mpa 1 490 163 3 s n 滑轮轴受最大的弯矩： max1 1 k q (660330) 4 m 4 8 1 =2 100 10(660-330) 4 =1.65 10 n