起重機(jī)小車設(shè)計(jì)計(jì)算

1、小車總體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì) 算 與 說 明結(jié) 果 1）確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，選擇滑輪組和吊鉤組 2）選擇鋼絲繩3）確定滑輪主要尺寸4）確定卷筒尺寸，并驗(yàn)算強(qiáng)度5）選電動(dòng)機(jī) 6）驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件7）選擇減速器8）驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率9）校核減速器輸出軸強(qiáng)度10）選擇制動(dòng)器（11）選擇聯(lián)軸器（12）驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間（13）驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間14）高速浮動(dòng)軸1）確定傳動(dòng)方案2）選擇車輪及軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度3）運(yùn)行阻力的計(jì)算4）選電動(dòng)機(jī)5）驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件6）選擇減速器7）驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率8）驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間9)按起動(dòng)工況校核減速器功率10）驗(yàn)算起動(dòng)不打滑條件11）選擇制動(dòng)器12）選擇高速

2、軸聯(lián)軸器及制動(dòng)輪13）選擇低速軸聯(lián)軸器14）驗(yàn)算低速浮動(dòng)軸強(qiáng)度1.起升機(jī)構(gòu)計(jì)算按照布置宜緊湊的原則決定采用如下圖5-1的方案。采用了雙聯(lián)滑輪組。按Q=15t，查表4-1取滑輪組倍率ih=3，承載繩分支數(shù)：Z=2ih=6 ， 圖5-1 起升機(jī)構(gòu)計(jì)算簡圖 查附表6選短型吊鉤組，圖號(hào)為T1-362.1507。得其質(zhì)量：G0=322kg兩端滑輪間距 A=358mm若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)ih=3，查1表3-4a得滑輪組效率h=0.985鋼絲繩所受最大拉力：Smax=2592.55kgf查2表12-2,中級(jí)工作類型(工作級(jí)別M5)時(shí),安全系數(shù)k=5.5。鋼絲繩選用線接觸粗細(xì)6W（19）型鋼絲繩，其破壞拉

3、力換算系數(shù)=0.85，鋼絲繩計(jì)算鋼絲破斷拉力總和Sb： Sb=5.5/0.85×2592.55=16775.32kgf查2表12-10選用繩6W（19），鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度200kgf/mm，光面鋼絲，左右互捻，直徑d=14.5mm，鋼絲繩最小破斷拉力Sb=17800kgf，標(biāo)記如下：鋼絲繩 6W（19）-14.5-200-I-光-右交（GB110274）滑輪的許用最小直徑：D=348mm式中系數(shù)e=25由2表12-2查得。由附表1選用標(biāo)準(zhǔn)滑輪直徑D=400mm，由附表2取平衡滑輪直徑D=0.6D=250mm；卷筒直徑： D=14.5=348mm選用D400mm，卷筒繩槽尺寸由2表13

4、-1查得槽距，t=20mm 卷筒尺寸： =1704mm 取L=2000mm式中 Z0附加安全系數(shù)，取Z0=2； L1卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，即L1=A=358mm，實(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減； D0卷筒計(jì)算直徑D0=D+d=414.5mm 卷筒壁厚： =+（610）=0.02×400+（610）=1418取=15mm卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算：=選用HT15-33鑄鐵材料，最小抗拉強(qiáng)度=1500kgf/cm,最小抗壓強(qiáng)度kgf/cm許用壓應(yīng)力：=1529.4kgf/cm 故抗壓強(qiáng)度足夠 卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：由于卷筒長度L3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎

5、矩圖示與圖5-2 圖5-2 卷筒彎矩圖卷筒最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)： =212848.35kgf.cm 卷筒斷面系數(shù)：=0.1=0.1×=1714.6式中卷筒外徑，=400mm； 卷筒內(nèi)徑，=-2=40-2×1.5=37cm于是 =kgf/cm 合成應(yīng)力：=+=124.14+=293.65kgf/cm式中許用拉應(yīng)力 =300kgf/cm 卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過。 計(jì)算靜功率： =26.51KW式中機(jī)構(gòu)總效率，取=0.85。（因=，卷筒效率=0.960.98；ZQ型減速器效率=0.94，故對(duì)于一般無開式齒輪的傳動(dòng)效率<0.85。所以取=0.85比較合適)電動(dòng)機(jī)計(jì)算功

6、率：=0.826.51=21.21KW式中系數(shù)由表查得，對(duì)于中級(jí)機(jī)構(gòu)，=0.750.85，取=0.8 查2表33-6選用電動(dòng)機(jī)JZR-51-8，其（25%）=22KW，=715rpm，=2.56kg·， 按照等效功率法，求=25%時(shí)所需的等效功率：··=0.75×0.87×26.51=17.3KW式中工作級(jí)別系數(shù)，查2表8-16，對(duì)于M5M6級(jí)，=0.75（中級(jí)）； 系數(shù)，根據(jù)tqtg值查得；/根據(jù)機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值，由1查得，一般起升機(jī)構(gòu)/=0.10.2，取/=0.1時(shí)，=0.87。由以上計(jì)算結(jié)果，故初選電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件

7、 卷筒轉(zhuǎn)速：=20.74r/min 減速器總傳動(dòng)比：、=34.47 查1附表35選ZQ-650-III-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級(jí)（相當(dāng)工作級(jí)別為M5級(jí)）時(shí)，許用功率N=29KW，=31.5，質(zhì)量=878，主軸直徑=60mm，軸端長=110mm（錐形） 實(shí)際起升速度：=9 =9.85m/min 誤差：=×100%=×100%=9.4%=15% 實(shí)際所需等效功率：=17.3=18.93KW=22KW 由2公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：= 式中=2×2592.55=5185.1kgf/cm卷筒上卷繞鋼絲所引起的載荷；=972kgf卷筒及軸自重，參考附表8估計(jì)

8、R=9200kgfZQ650減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，由附表14查得。=3078.55kgf=92000kgf 由1公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：=（0.70.8）式中=975=30kgf.m電動(dòng)機(jī)軸額定力矩； =2.8當(dāng)=25%時(shí)電動(dòng)機(jī)最大力矩倍數(shù)，由2表33-6查得； 減速器傳動(dòng)效率； kgf.m=（0.70.8）×2.8×30×31.5×0.95=(1759.62011)Nm=96500Nm 由以上計(jì)算，所選減速器能滿足要求 所需靜制動(dòng)力矩：·=· =1.75×=49.98kgf式中=1.75制動(dòng)安全系數(shù)，由

9、1查得。 由2表18-10選用YDWZ-300/50制動(dòng)器，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩=63kgf.m，制動(dòng)輪直徑=300mm，制動(dòng)器質(zhì)量=88 高速聯(lián)軸器計(jì)算扭矩： kgf.m kgf.m式中相應(yīng)于機(jī)構(gòu)JC%值的電動(dòng)機(jī)額定力矩?fù)Q算到高速軸上的力矩。 =1.6安全系數(shù)，查表2-7得； =2等效系數(shù)，查表2-21得。 由2圖33-1查得YZR-51-8電動(dòng)機(jī)軸端為圓錐形，。由附表18選用CLZ半聯(lián)軸器，其圖號(hào)為S180，最大容許轉(zhuǎn)矩=315kgf.m值，飛輪力矩kg·m，質(zhì)量=23.2kg浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形 由附表18選用帶制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器,其圖號(hào)為S198,最大容許轉(zhuǎn)矩=315kgf.m, 飛輪

10、矩 kg·m,質(zhì)量37.5kg.浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形 起動(dòng)時(shí)間：式中=2.56+0.396+1.8=4.756kgf·m 靜阻力矩：kgf·m平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：因此： =2.016s 查1對(duì)于380t通用橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的，此時(shí)2s. 故所選電動(dòng)機(jī)合適 制動(dòng)時(shí)間：式中 查1得v<12m/min，因?yàn)?，故合適。（1）疲勞計(jì)算 軸受脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)載荷，其等效扭矩：式中為2,等效系數(shù)，由表2-7查得； 相應(yīng)于機(jī)構(gòu)工作類型的電動(dòng)機(jī)額定力矩折算至計(jì)算軸的力矩。由上節(jié)選擇聯(lián)軸器中，已經(jīng)確定浮動(dòng)軸端直徑d=55mm,因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力軸材料用45號(hào)鋼，由表2-17 =0.22=1320

11、 =0.6=0.63000=1800許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：由1中式（2-11），（2-14）式中考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；與零件幾何形狀有關(guān)，對(duì)于零件表面有急劇過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，=1.52.5與零件表面加工光潔度有關(guān)，此處取k=2×1.25=2.5考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼，低合金鋼；安全系數(shù)，查表2-21得因此, 故, 通過.（2）強(qiáng)度計(jì)算 軸所受的最大轉(zhuǎn)矩動(dòng)力系數(shù)，由表2-5查得，因軸的工作速度較高，取為2；按額定起重重量計(jì)算軸所受靜阻力距，由上節(jié)計(jì)算得。最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：式中：安全系數(shù)，由表2-21查得 故合適。浮動(dòng)軸的構(gòu)造如圖所示

12、，中間軸徑高速浮動(dòng)軸構(gòu)造如圖所示，中間軸徑，取 圖5-3 高速浮動(dòng)軸構(gòu)造2.小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算經(jīng)比較后，確定采用下圖所示傳動(dòng)方案：圖5-4 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖 車輪最大輪壓：小車質(zhì)量估計(jì)取Gxc=4000kg 假定輪壓均布，則Pmax=（1500+4000）/4=4750kg 載荷率Q/Gxc=15000/4000=3.75>1.6 初選車輪：由2表19-6選擇車輪，當(dāng)運(yùn)行速度45m/min<60m/min ，Q/Gxc=15000/6000=3>1.6，工作級(jí)別為M5時(shí)，車輪直徑Dc=350mm，軌道型號(hào)為P24，許用輪壓為11.8t >Pmax。故初步選定車輪直徑=

13、350mm，而后校核強(qiáng)度。(1)疲勞計(jì)算：疲勞計(jì)算時(shí)的等效載荷:式中-等效系數(shù)，由表2-7查。車輪的計(jì)算輪壓：式中kfg小車車輪輪壓；沖擊系數(shù)，由表2-6，第一種載荷，v<1m/sec時(shí)等于=1。載荷變化系數(shù)，查1表5-3當(dāng)時(shí)， =0.8。根據(jù)點(diǎn)接觸情況計(jì)算接觸疲勞應(yīng)力：式中=13cm軌頂弧形半徑，由2表19-9查得。對(duì)于車輪材料ZG55，由1表5-4查的接觸許用應(yīng)力=17000-19000kgf/cm2.（2）強(qiáng)度校核 最大計(jì)算輪壓：式中K2沖擊系數(shù)K=1，由表2-6，第二種載荷，v1m/sec時(shí)等于=1。 點(diǎn)接觸時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度校核的接觸應(yīng)力車輪材料用ZG55，由2表7-10查得： =20

14、000-23000 kgf/cm2 < 摩擦總阻力矩：當(dāng)滿載運(yùn)行時(shí)的最大摩擦阻力：式中，Q起升載荷；G起重機(jī)或者運(yùn)行小車的自重載荷；d軸承內(nèi)外徑的平均值，d=125mm； D車輪踏面直徑，D=350mm，車輪軸承型號(hào)為7518；滾動(dòng)摩擦系數(shù)，初步計(jì)算時(shí)可按(1)表7-1到7-3查得 =0.0005m =0.02 =2。運(yùn)行摩擦阻力：當(dāng)無載荷時(shí)： 電動(dòng)機(jī)的靜功率：式中，Pj=Pm(Q=Q)滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力；m驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)m=1； 初選電動(dòng)機(jī)功率： N=kdNj= 1.15×2.9=3.33kw式中，kd電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù)，由1表7-6得kd=1.15。由2表33-6選用電動(dòng)機(jī)

15、，Ne=5kw，n1=930 r/min，(GD2)d=0.376kg.m2，電動(dòng)機(jī)質(zhì)量95kgf 。 電機(jī)等效功率： Nx =K2.5×r×Nj =0.75×1.12×2.9 =2.44kw式中，K2.5工作類型參數(shù)，由表8-16查得，當(dāng)JC%=25時(shí)，K2.5=0.75 r由(1)按起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.2，查得r=1.12由此可知，Nx < Ne，滿足發(fā)熱要求車輪轉(zhuǎn)速：nc=機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：i0=由2表21-16，選用ZSC-400-VI-2減速器， =27；N=3.12kw (當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為1250r/min時(shí))。 故NJ<N實(shí)際

16、運(yùn)行速度：Vdc=Vdc誤差：實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)靜功率：Nj=NJ由于Nj<Ne，故所選電動(dòng)機(jī)和減速器均合適起動(dòng)時(shí)間： tq=式中 n1=930r/min； m=1(驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù))；Mq=1.5Me=1.5滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力矩：Mj(Q=Q)=當(dāng)無載時(shí)的運(yùn)行靜阻力矩：Mj(Q=0)=初步估算制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的飛輪矩： (GD2)z+(GD2)l=0.26kg·m2機(jī)構(gòu)總飛輪矩（高速軸）：C(GD2)l=1.15×(0.376+0.26)=0.731kg·m2滿載起動(dòng)時(shí)間：tq(Q=Q)= =2.06s無載起動(dòng)時(shí)間： tq(Q=0) 當(dāng)時(shí), tq的推薦植為56 s

17、,故tq(Q=Q) <tq,故所選電動(dòng)機(jī)能滿足快速起動(dòng)的要求. 起動(dòng)工況下校核減速器功率：式中 Pd=Pj+Pg=Pj+=380+(15000+4000)=973.58kgfm運(yùn)行機(jī)構(gòu)中同一傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù)，m=1因此 N=所選用減速器的NJC25%=3.12kwN, 故減速器合適。如改選大一號(hào)，則中心距將由350增至400mm，相差太大，（考慮到減速器有一定的過載能力）由于起重機(jī)是在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。在無載起動(dòng)時(shí)，主動(dòng)車輪上與軌道接觸的圓周切向力：= =557.49kgf 車輪與軌道的粘著力： ，故可能打滑。解決辦法是在空載起動(dòng)時(shí)增大起動(dòng)電阻，延長起動(dòng)時(shí)間。滿載時(shí)

18、起動(dòng)，主動(dòng)車輪與軌道接觸處的圓周切向力： = +=753.58f車輪與軌道的粘著力：，故滿載起動(dòng)時(shí)不會(huì)打滑，因此所選電動(dòng)機(jī)合適。由1查得，對(duì)于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)間34s，取=3s，因此，所需制動(dòng)力矩：= -=1.97 kgf.m 由7表23-25選用，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 考慮到所取制動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)時(shí)間很接近，故略去制動(dòng)不打滑條件驗(yàn)算（1）高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由2（6-26）式： 式中 相應(yīng)于機(jī)構(gòu)JC%值的電動(dòng)機(jī)額定力矩折算到高速軸上的力矩； n安全系數(shù)，由表2-21查得； 等效系數(shù)，由表2-7查得。由2表33-1查電動(dòng)機(jī)兩端伸出軸各為圓柱d=40mm，=110mm。由2表21-15查ZSC-400減速

19、器高速軸端為圓柱形=30mm，=55mm。故從附表21-11選全齒式聯(lián)軸器，標(biāo)記為： CL聯(lián)軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩= ，飛輪矩=0.12kg·，質(zhì)量=10.2kg高速軸端制動(dòng)輪：根據(jù)制動(dòng)器已選定為，由7表23-39選制動(dòng)輪：制動(dòng)輪200-Y35 Q/ZB118.2(Y)，其飛輪矩=，質(zhì)量=11kgf以上聯(lián)軸器與制動(dòng)輪飛輪矩之和：+=原估計(jì)基本相符，故以上計(jì)算不需修改（2）低速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，可由前節(jié)的計(jì)算轉(zhuǎn)矩求出 kgf.m 由2表21-15查得ZSC-400減速器低速軸端為圓柱形d=65mm，L=85mm，由2表19-4查得主動(dòng)車輪的伸出軸端為圓柱形d=65mm，L=85mm，由7表21-11選用兩個(gè)CLZ3半齒式聯(lián)軸器。，標(biāo)記為 CLZ聯(lián)軸器 最大允許扭矩M=315kgf.m>（1）疲勞驗(yàn)算 低速浮動(dòng)軸的等效扭矩： kgf.m 前節(jié)已選定浮動(dòng)軸端直徑d=50mm，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 浮動(dòng)軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)（因運(yùn)行機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值相同），許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 式中：軸材料用45號(hào)鋼，取=6000 =3000，=0.22=1320 =0.6=0.63000=1800考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù),參考起升機(jī)構(gòu)計(jì)算，K=2.5;安全系數(shù)，查表2-21得: 疲勞計(jì)算通過（2