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1、摘要1Abstract2第1章绪论31.1 对起重机研究意义31.2 国内外起重机31.2.1 国外起重机3122国内起重机发展方向41.3 设计内容4第2章主起升机构的设计52.1 确定起升机构传动方案,选择滑轮组和吊钩组52.2 选择钢丝绳52.3 确定滑轮主要尺寸62.4 确定卷筒尺寸并验算强度72.5 选电动机92.6 验算电动机发热条件92.7 选择减速器102.8 验算起升速度和实际所需功率102.9 校核减速器输出轴强度102.10 选择制动器112.11 选择联轴器112.12 验算起动时间122.12.1 起动时间验算122.12.2 起动平均加速度4132.13 验算制动时
2、间132.13.1 满载下降制动时间142.13.2 制动平均减速度142.14 高速浮动轴验算142.14.1 疲劳验算142.14.2 静强度计算15第3章 小车运行机构173.1 确定机构传动方案173.2 选择车轮与轨道并验算其强度173.3 运行阻计算183.4 选电动机193.5 验算电动机发热条件203.6 选择减速器203.7 验算运行速度和实际所需功率203.8 验算起动时间203.9 按起动况校核减速器功率213.10 验算起动不打滑条件223.13 选择低速轴联轴器243.14 验算低速浮动轴强度243.14.1 疲劳验算243.14.2 强度验算25第4章副起升机构设计
3、264.1 确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组264.2 选择钢丝绳264.3 确定卷筒尺寸并验算强度274.4 计算起升静功率274.5 初选电动机284.6 选用减速器284.7 电动机过载验算和发热验算284.8 选择制动器294.9 选择联轴器304.10 验算起制动时间304.12 高速轴计算314.12.1 疲劳计算314.12.2 静强度计算32第5章大车运行机构的设计345.1确定机构的传动方案345.4 运行阻计算365.5 选择电动机375.6 验算电动机发热条件375.7 选择减速器375.8 验算运行速度和实际所需功率385.9 验算起动时间385.10 起动况下校核减速
4、器功率395.11 验算起动不打滑条件405.12 选择制动器415.13 选择联轴器425.13.1 机构高速轴上的计算扭矩425.13.2 低速轴的计算扭矩435.13.3 浮动轴的验算43参考文献45致谢46摘要根据机械设计标准和起重机设计标准及各零部件的选择标准,依据所给参数和 具体工作环境,设计出了桥式起重机小车大车各个机构。起升机构采用电动机驱动, 布置方式采用电动机轴与卷筒轴平等布置。小（大）车运行机构主动轮采用对面布 置方式,集中驱动。各零部件间采用具有补偿性能的齿轮联轴器连接,带制动轮的 联轴器安装在减速器的高速轴上,这样,即使联轴器被损坏,制动器仍可将卷筒制 动,确保机构安
5、全。为使起升机构布置方便并增大补偿能力,在电动机与减速器之 间采用浮动轴连接。带制动轮的半齿联轴器和制动器靠近减速器,万一浮动轴被扭 断,制动器仍可以制动住卷筒。关键词:桥式起重机;起升机构;小车运行机构;大车运行机构AbstractAccording to the mechanical design standards and design standards for cranes and other parts of the selection criteria, based on the given parameters and the specific working environm
6、ent, the design of the bridge crane car agencies. Lifting bodies using motor-driven layout with the use of motor axis equal axis reel layout. Car driving wheel used to run institutions across the layout, concentrated drive. Between the various components of compensation with the performance of the u
7、se of the gear coupling to connect with the coupling wheel brake installed on the axis of high-speed reducer, so that even if the coupling has been damaged can be brake drum brake to ensure that security agencies. In order to facilitate the hoisting mechanism and increase the compensation arrangemen
8、t of capacity between the motor and reducer with floating-axis connection. Semi-round with brake and brake gear coupling near the reducer, if the floating-axis has been broken, brakes can still brake drum live.Keywords: bridge crane； hoisting mechanism； car run institutions； The moving mainframe第1章绪
9、论1.1 对起重机研究意义起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。它可以完成 靠人力无法完成的物料搬运工作,减轻人们的体力劳动,提高劳动生产率,在厂、 矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域和部门中得到了广泛的应用。 随着生产规模日益扩大,特别是现代化、专业化生产的要求,各种专门用途的起重机 相继产生,在许多重要的部门中,它不仅是生产过程中的辅助机械,而且已成为生产 流水作业线上不可缺少的重要机械设备，它的发展对国民经济建设起着积极的促进作 用。桥式起重机不但要容易操作,容易维护,而且安全性要好,可靠性要高,要求具 有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。加
10、强对桥式起重机的研究和改进, 促进其不断发展,必将对整个起重运输行业产生深远的影响。1.2 国内外起重机随着现代工业的迅速发展,新技术、新工艺的充分应用,社会生产又跃上了 个新水平。些大型、重型机构、设备、塔器的运输等工作，没有起重机是很难 完成的。由于市场竞争的需要,起重机生产方式也由单件小批量向着多品种的变批 量方向发展。由于业生产规模的不断扩大,生产效率日益提高,以及产品生产过 程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增 长。起重量越来越大,工作速度越来越高,对能耗和可靠性要求也越来越高。起重 机已成为自动化生产流程中的重要环节。1.2.1 国外起重机目前世
11、界销售市场对起重机械的需量正在不断增加,根据公布的财务统计数据, 2007年世界最大的20家起重机制造商个主要特点就是销售增长超过40%。随着国际市场竞争的加剧,起重机械的科技含量要求明显提高,从而使国外各 种制造起重机企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备去提高 劳动生产率,这对世界销售市场、制造商和用户都产生了巨大的影响。有关调查资料表明,65%的起重机械用户主要是为了提高生产率、减少劳动资, 因而要求采用先进的起重机设备的用户便越来越多。近年来,国外起重运输机械主要发展趋势如下:(1)采用新理论、新技术和新手段。推广采用优化设计、可靠性概率设计、极限 状态设计、虚拟样机设
12、计、CAD/CAE设计等现代设计方法。(2)向自动、智能和信息化,向成套、系统和规模化发展。(3)向大型、高效和节能化发展。(4)向模块、通用化,向简易、多样化发展。(5)重视产品的合理人机关系、外观造型与表面涂装,有利于提高作业效率和操 作安全舒适。1.2.2 国内起重机发展方向目前国内销售市场对起重机械的需求量正在不断增加,据分析,目前全国的桥式、 门式起重机的市场份额每年大约有200多亿。而其中桥式类型起重机就广泛应用于大 型的生产车间、装配车间、以及冶金车间等等,是现代化生产中合理组织生产必不可 少的生产设备。我国起重机应从以下几方面进行起重机的研究与改进:(1)改进起重机械的结构,减
13、轻自重。(2)充分吸收利用国外先进技术。(3)向大型化发展。1.3 设计内容设计参数如下:起重量(t)跨度(m)起升高度(m)速度(m/min)无主起升副起升主起升副起升主起升副起升小车大车无163. 222. 5161816.419.543.8101.4无工作级别车轮直径(nun)卷筒直径起升倍率主起升副起升小车大车丿乍小车主起升副起升主起升副起升M6M5M5M670035050030032根据所给参数设计完成桥式起重机的起升及运行机构的设计。第2章主起升机构的设计2.1 确定起升机构传动方案,选择滑轮组和吊钩组按照布置宜紧凑的原则,采用闭式传动起升机构构造型式,如图2T所示,采 用了双联滑
14、轮组,按。=16， 滑轮组倍率=3,承载绳分支数:Z = 2ih=6图2T起升机构计算简图查起重机设计手册选图号为T1-362. 1508吊钩组,得其质量:G。=467依 两动滑轮间距：A = 87/77/7J 2.2 选择钢丝绳初步选择双联滑轮组,滑轮组采用滚动轴承,如图2-2所示16t钢丝绳缠绕图 滑轮组倍率黒=3时，查起重机设计手册得滑轮组效率=0.98钢丝绳所受最大 拉:Q+G.(16000 + 467)*9.8S =-=”- 混=27445max21人人2*3*0.98Q额定起重量,Q=16t;G0吊钩组重量,G = 467依触黯郷16七2-2钢丝绳缠绕图查起重机设计手册,工作级别加
15、6时,安全系数n=6,钢丝绳破断拉Se = c =6x27445 = 164.67 D b max钢丝绳是起重机的重要部件,也是安全系数要求较高的部件,已经形成了国家 标准,那么我们要考虑到各种型号的功能,以及材料的利用率,进行有比较的选择。d =c4s s为单根钢丝破断拉s = 52/z其中式中:C为选择系数，S为钢丝绳最大工作静压，d为钢丝绳最小直径根据起重机械选择c=0. 109,公称抗拉强度为4 =1700N mtn-1= 0.109 * V164670/6 = 18min钢丝绳型号 W6x 19 -18.0 -17/镀-右图G51102 - 742.3 确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小
16、直径:Dh2d查表根据工作级别查起重机械刀2 =22.4卷筒 =20 N h2d=22.4* 18=403.2查起重机课程设计手册,取滑轮直径D=450mm;取平衡滑轮直径约为0. 6d=0. 6*450=270（选用钢绳直径 d=18mm, D=450mmo记为 El 18 x 450 -120ZBJ 80006.8-872.4确定卷筒尺寸并验算强度1 .卷筒直径:。= 500mm N h|d=20x 18=3602 .卷筒绳槽尺寸:由起重机械查得槽距t=26mm,槽底半径3 .确定卷筒长度并验算起强度:如下图2-3所示2-3卷筒尺寸简图L = 2(L0 + l,+l2)+l3,H-i, !
17、6*3*103。,Lo = ( + n) t=(1-2)26=819mmDo7518D0 = D + d = 500 + 18 = 518mmLo一螺旋绳槽部分长度;H一起升高度;Do一卷绕直径:n附加安全圈数,取2；绳尾固定部分长度,按固定方法确定,一般取L=3t=78卷筒两端空余部分长度,取50mmh卷筒中央不切槽部分长度,取其等于吊钩组两工作动滑轮的间距, 即L3 =A= 87mm,实际长度在绳偏斜角允许范围类可以适当增减。经计算:L = 2(Lo+h + )+ 13 R198bn，取 L=2000mm.卷筒壁厚:= 0.020 + (6 10) = 0.02x500 + (6 10)
18、= 16 20mm,取灰=18mm 卷 筒壁压应验算:= 91.48xl()6N/m2=9L48MPa31 0.015x0.02由起重机械选用灰铸铁“T200,最小抗拉强度 = 195,许用压应：6=丄=9= 130MPaW山 故强度足够n, 1.5卷筒拉应验算:由于卷筒长度3。,尚应校验由弯矩产生的拉应,卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:, nio =n1smax= 25.1828.4、 A AC 2000 _ 87 _ , .AH (O + Go)“ 10002.1*16467*9.8*16.4 =57.35kw1*1.7*1000*0.95*60式中平均起动转矩标准值,对绕线型异
19、步电动机取1.7H系数,绕线式异步电动机取2.1电动机满足不过载要求,电动机选择符合要求。2.7 选择减速器减速器总传动比:%579_n, 18.43= 31.41选用标准型号的减速器时,其总设计寿命一般应与它所在机构的利用等级相符 合。一般情况下,可根据传动比、输入轴的转速、工作级别和电动机的额定功率来 选择减速器的具体型号,并使减速器的许用功率满足一定条件。QJ型起重机减速器 用于起升机构的选用方法:p( +(p2)x.2(-5) Pe =0.5x2.1x1.12 x75 = 70.31式中(p2起升载荷动载系数;/工作级别,/ = 18。查起重机械设计手册选择型号为QJR-D-500-3
20、1.5-IV-P-W的标准减速器, 其许用功率为79kW,输出轴端最大允许径向载荷60000N,许用输出扭矩42500N m2.8 验算起升速度和实际所需功率实际起升速度为:V _iov = 21dlx 16.4 = 16.35/n/mini 31.5v-VA =x 100% =v并要求起升速度偏差应小于10%.16.4 76.35 1。 = ,3% 10%16.4实际所需等效功率:=- GPi =垣史 x 41.53 = 41.40hv满足要求。v 16.42.9 校核减速器输出轴强度(1)轴端最大径向力五max，按下式校验:-=娟皿+= 1.1 + 27445+9810/2 = 35094
21、 (N) W 60000(N)式中Gj =9.81kN-卷筒及轴自重忸减速器输出轴端的允许最大径向载荷(N)。输出轴轴端的最大径向经验算满足要求。(2)基于起升机构载荷的特点,减速器输出轴承受的短暂最大扭矩应满足以下条 件:=0.75(Q + G。)。(16000 + 467)518*0.94*9.81 = 41J/V M2ihi2*3*31.5TmM =0.75*2*415*31.5*0.94=184324丹=42500(N m)式中(p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；由以上计算知,所选减速器能满足要求。2.10 选择制动器制动器是保证起重机安全的重
22、要部件,起升机构的每套独立的驱动装置至少要 装设个支持制动器。支持制动器应是常闭式的,制动轮必须装在与传动机构刚性联 结的轴上。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系数,制动转矩7;应满足下式要求:所需静制动矩:M _ s(Q + G)2 (16000 + 467)518*0.94*9.8M 7U = A Az , = Z.j=Z.j =/.j/V Mzh 乃2ihi2*3*31.5式中:K： =2.5制动安全系数查手册选用标准块式制动器其型号为:YW500800,制动轮直径为500mm,额 定制动转矩为!400N m,整机质量为!58kgo
23、2.11 选择联轴器2.11.1 髙速轴联轴器依据所传递的扭矩、转速和被联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:T =右 Gmax = 15 X1X 0.7 X 3.4 X 9550 x = 529.95 l(N-m)Mr厶。,1 Z| , 16467x0.518 x9.8 按下式计算:=1.15x(8.68 + 10.3+4)+；：(kg , m )40 x 32 x 31.52 x 0.84= 14.81系数1.15用以考虑高速轴以外其他回转质量的转动惯量,标准零部件给出飞轮矩,n2,GD2 则按 =4电动机转子的转动惯量(kg - m2)；制动轮和联轴器的
24、转动惯量(kg m2)；推荐起动时间(s).所以起动时间满足要求。2.12.2起动平均加速度戛%=r4(6/式中起动平均加速度(m/s二起升速度(m/s)；同一平均升降加(减)速度推荐值(0.6-0.8m/s2)。所以该起动时间合适。2.13验算制动时间制动时间与制动平均减速度验算2.13.I满载下降制动时间t.=9.55(7； )1.1x579x14.819.55x(1043.24-415)=1.57(5)式中 n满载下降时电动机转速(r/min),通常取 =1.1;Tz制动器制动转矩Nm;T；满载下降时制动轴静转矩N按下式计算:(Q + G。)。 _ (16000 + 467)518 *
25、0.94*9.8 _1 ； iD/v ivi1 一一下降时换算到电动机轴上的机构总转动惯量(kg m2)/:推荐制动时间(s)。所以满载时制动时间满足要求。2.13.2制动平均减速度v 1.1x16.4 、 / , 2 11 a, = = 0.19 (m/s) W az t. 60x1.57丄式中y 满载下降速度,n =1.1所以该制动时间合适。2.14高速浮动轴验算2.14.1 疲劳验算轴受脉动扭转载荷,其等效扭矩:M,=也=2x126.30 = 252.6 N m式中 恥等效系数,由起重机课程设计手册查得=2。Me相应于机构工作类型的电动机额定力矩折算至计算轴的矩N ,。P75M . =9
26、75 = 975x =126.30 m/579由选择的联轴器中,已确定浮动轴端直径= 90mm,因此扭转应:252600.2x9?= 173.25 (N/cm2)许用扭转应:%=2J-丄K + /2x14081x 2.5+ 0.2 1.6= 651.85 (N/cm2)轴材料用45号钢,调质处理。由机械设计查得:cf;)= 6400N/cm2, crs = 3550 N/cmJ,由起重机课程设计查得:r_, = 0.22ab = 1408 N/cmJ , =0.6cr* =2130 N/cm 。式中K考虑零件几何形状和零件表面状况的应集中系数,K=kx-kmkx与零件几何形状有关,对于零件表面
27、有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段,kx =1.5- 2.5 一与零件表面加工光洁度有关,对于V5, km =1.15-1.2;对于V3,km =1.25 - 1.35 此处取 K = 2x1.25 = 2.5考虑材料对应循环不对称的敏感系数,对碳钢、低合金钢= 0.2。n,安全系数,查起重机课程设计得,=1.6。故.*，通过。2.14.2 静强度计算MH = y/cnM, =1.5x1043.24 = 1564.86 N m轴的最大扭矩:如图2-4所示高速轴式中 W川动系数，查起重机课程设计得材。 =1.5。按额定起重量计算轴所受静阻矩,由上节计算A/ = 1043 .24 N m。 最大扭转
28、应:max金:黑 073.29 (N/加)许用扭转应:用=厶=图= 1331.25 (N/cm2) J/ n 1.6式中n安全系数,查起重机课程设计得 =1.6JM,满足要求。浮动轴的构造如2-5图所示,d = 90mm, / = 115mm,中间轴径d = d+ (510) mm,取 4 = l(X)mmo2-5低速浮动轴构造图第3章 小车运行机构3.1 确定机构传动方案小车的传动方式有两种.即减速器位于小车主动轮中间或减速器位于小车主动 轮侧。减速器位于小车主动轮中间的小车传动方式.使小车减速器输出轴及两侧 传动轴所承受的扭矩比较均匀。减速器位于小车主动轮一侧的传动方式,安装和维 修比较方
29、便,但起车时小车车体有左右扭摆现象。对于双梁桥式起重机,小车运行机构采用图2-6减速器位于小车主动轮中间的 传动方案:小车运行机构传动简图2-63.2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压:小车质量估计,取G“=6300kg。假定轮均布:P max =丄(Q + G) = -(16000 + 6300) = 5575kg = 5575044车轮最小轮压:Pmin = - Gw =丄 x 6300 = 1575奴=1575044初选车轮:由起重机课程设计可知,当运行速度4 60m/min时,工作级别为中级时,车轮直径=350mm,轨道型号为P43 强度验算:按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况
30、验算车轮接触强度。车轮踏面疲劳计算载荷:c 2Pmax+Pmin 2x55750+15750,Pc = 42416.7N33车轮材料,取 ZG340-640, q = 340Mpa, q = 640MPa 线接触局部挤压强度:pc= KDLC1C2 = 6.0 X 350 x46x 0.99 x 1 = 382536许用线接触应常数（N/mm2）,由起重机运输机械查得K1=6L车轮与轨道有效接触强度,对于轨道P43起重机课程设计,L=46mmC,转速系数,由起重机运输机械,车轮转速,=纟且 = 27.89rpm 7vD 4 x0.5时,C尸0.99；C工作级别系数,由起重机运输机械，当工作级别
31、为M5时,C2=l； 七,故通过 点接触局部挤压强度:Pe- = K2 CiC2 = 0.181x X 0.99x1 = 375798才0,3883式中：K2许用点接触应常数（N/mm2 ）,由起重机运输机械查得,K2=0. 181R 一一曲率半径,车轮与轨道曲率半径的大值,”以 D 350隼轮 n =175!轨道曲率半径2=175由起重机课程设计,故取R=350mm；rm由比值（r为rl,r2中小值）所确定的系数,由起重机运输机械, 并利用内插值法得m=0. 388匕,故通过根据以上计算结果,选定直径Dc=350的双轮缘车轮,标记为:车轮 DYL-350 GB4628-843.3 运行阻计算
32、摩擦阻矩：Mm =(Q + Gxc)(K +查起重机课程设计得,由Dc=350mm车轮组的轴承型号为7524,据此选出 Dc=350车轮组轴承亦为7524.轴承内径和外径的平均值 =- = 167.5wzn ,由起重机运输机械查得滚动摩擦系数K=0. 0009,轴承摩擦系数R=0.02,附加阻 系数8=2.0 (采用导轮式电缆装置导电)， 代入上式得:满载时运行阻矩M” =(Q = )= (。+ GQ(K + =(16000 + 6300) x (0.0009 + 0,02 x 0175) x 2=114.845kg 加= 1148.45N 切运行摩擦阻:Pm(Q = 2)=Mm(Q = 0)
33、1148.45=4593.8无载时运行阻矩:M，mq = o)= Gxc(K + 山口 = 6300 x (0.0009 + 0.02 x。,讐)x 2=32.445依 m 324.45NmMm(Q = o) 324.45 只运行摩擦阻:。=。)=1297.8N723.4 选电动机电动机静功率:Nj =PjVc10004593.8x43.81000 x 0.9 x 60= 3.71KW式中=P“,隹q满载时静阻;n =0.9机构传动效率：m=l 驱动电机台数初选电动机功率：N = KdNj = 1.15x3.71 = 4.267KW式中K”电动机功率增大系数,由起重机运输机械得，Kd=l. 1
34、5 由起重机课程设计选用电动机JZR2-42-8, Ne=16kw,nl=715r/min, (GD2)d = 1.456kg m2,电机质量 Gd=260kg。3.5 验算电动机发热条件等效功率:Nx = KxyNj = 0.75 xl.l2x 3.79 = 3.187KW式中5工作级别系数,由起重机运输机械查得,当Jc=25%时,25=0,75； 由起重机运输机械查得, % =。2，查起重机运输机械得=1. 12NxNe,故所选电动机发热条件通过3.6 选择减速器车轮转速:,=旦 =/3用 =27.83.tvD ixO.5 /min机构传动比:io = % = 715一 = 25.69nc
35、 27.83查起重机课程设计选用ZSC-600-V减速器,2= 27.3, N=21kWo3.7 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度:%，=史= 43.8x 生”= 41.21m/minio- 27.3 、，.C V 43.8 4 1 .2 1zw L C . ZW L ZWI / ,人 *T*.咲差: =x 100% = 5.91% 15% ,故合适。Vc 43.8实际所需电动机等效功率:M = N,E = 3.187x- = 2.998KW = 1.15 x( 1.465 + 0.6) = 2.3747依 m2式中由起重机运输机械得知计及其他传动飞轮矩影响系数,折算到电动 机轴上可取C
36、=l. 15满载起动时间:715tq(Q = 0)=38.2x(1x320.56-46.74)x2.3747+幽3吗=0.729527.32x0.9无载起动时间:715tq(Q = 0)=38.2x(1x320.56-13.2)6300x0.52n . .x 2.3575 +； = 0.14s27.32 x 0.9由起重机运输机械得,当吐= 44.6m/min = 0.74m/s时,tq推荐值为5. 5s, tq (Q=Q) tq,故所选电动机能满足快速起动要求。3.9 按起动况校核减速器功率起动状况减速器传递的功率:N=*2972Oxfl.2L = o,424KW100077 M 1000x60x0.9x1Pd - Pj + Pg = Pj + Q + G g 60tq(Q = 0)60x0.14= 4593.8+幽”3x3L = 564.7N 加一ig行机构中同一级传动的减速器个数,加=1所用减速器N中级N,但考虑减速器有一定过载能力,故选用的减速器可行。3.10 验算起动不打滑条件因室内使用,故不计风阻及坡度阻矩,只验算空载及满载起动时两种况。 空載起动时,主动车轮与轨道接触处的圆周切向:G v P，K + 卩1）。+ P、K（划一 g