橋式起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
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1、焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章緒論 1.1 起重機(jī)的介紹 箱形雙梁橋式起重機(jī)是由一個(gè)有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋 架,在橋架上運(yùn)彳T起重小車,可起吊和水平搬運(yùn)各類物體,它適用于機(jī)械加工和裝配 車間料場(chǎng)等場(chǎng)合。 1.2 起重機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案 本次起重機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下: 起重量10t,跨度16.5m,起升高度為10m起升速度8m/min小車運(yùn)行速度 v=40m/min大車運(yùn)行速度V=90m/min大車運(yùn)行傳動(dòng)方式為分別傳動(dòng);橋架主梁型 式,箱形梁.小車估計(jì)重量4t,起重機(jī)的重量16.8t .工作類型為中級(jí)。 根據(jù)上述參數(shù)確定的總體方案如下: 主梁的設(shè)計(jì): 主梁跨
2、度16.5m是由上、下蓋板和兩塊垂直的腹板組成封閉箱形截面實(shí)體板 梁連接,主梁橫截面腹板的厚度為6mm,翼緣板的厚度為10mm,主梁上的走臺(tái)的 寬度取決于端梁的長(zhǎng)度和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平面尺寸,主梁跨度中部高度取 H=L/17 ,主梁和端梁采用搭接形式,主梁和端梁連接處的高度取 H0=0.4-0.6H, 腹板的穩(wěn)定性由橫向加勁板和,縱向加勁條或者角鋼來維持,縱向加勁條的焊接 采用連續(xù)點(diǎn)焊,主梁翼緣板和腹板的焊接采用貼角焊縫,主梁通常會(huì)產(chǎn)生下?lián)献?形,但加工和裝配時(shí)采用預(yù)制上拱。 小車的設(shè)計(jì): 小車主要有起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架組成。 起升機(jī)構(gòu)采用閉式傳動(dòng)方案,電動(dòng)機(jī)軸與二級(jí)圓柱齒輪減速
3、器的高速軸之間 采用兩個(gè)半齒聯(lián)軸器和一中間浮動(dòng)軸聯(lián)系起來,減速器的低速軸魚卷筒之間采用 圓柱齒輪傳動(dòng)。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動(dòng),小車的四個(gè)車輪固定在小車架的四周, 車輪采用帶有角形軸承箱的成組部件,電動(dòng)機(jī)裝在小車架的臺(tái)面上,由于電動(dòng)機(jī) 軸和車輪軸不在同一個(gè)平面上,所以運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用立式三級(jí)圓柱齒輪減速器,在 減速器的輸入軸與電動(dòng)機(jī)軸之間以及減速器的兩個(gè)輸出軸端與車輪軸之間均采用 帶浮動(dòng)軸的半齒聯(lián)軸器的連接方式。 小車架的設(shè)計(jì),采用粗略的計(jì)算方法,靠現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行,采用鋼板 沖壓成型的型鋼來代替原來的焊接橫梁。 端梁的設(shè)計(jì): 端梁部分在起重機(jī)中有著重要的作用,它是承載平移運(yùn)
4、輸?shù)年P(guān)鍵部件。端梁 部分是由車輪組合端梁架組成,端梁部分主要有上蓋板,腹板和下蓋板組成;端 梁是由兩段通過連接板和角鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成。在端梁的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋, 以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。端梁的主要尺寸是依據(jù)主梁的跨度,大車的輪距 和小車的軌距來確定的;大車的運(yùn)行采用分別傳動(dòng)的方案。 在裝配起重機(jī)的時(shí)候,先將端梁的一段與其中的一根主梁連接在一起,然后 再將端梁的兩段連接起來。 本章主要對(duì)箱形橋式起重機(jī)進(jìn)行介紹,確定了其總體方案并進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單 的分析。箱形雙梁橋式起重機(jī)具有加工零件少,工藝性好、通用性好及機(jī)構(gòu)安裝 檢修方便等一系列的優(yōu)點(diǎn),因而在生產(chǎn)中得到廣泛采用。我國(guó)在5噸到10噸的中
5、、 小起重量系列產(chǎn)品中主要采用這種形式,但這種結(jié)構(gòu)形式也存在一些缺點(diǎn):自重 大、易下?lián)?,在設(shè)計(jì)和制造時(shí)必須采取一些措施來防止或者減少。 2 **大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第二章大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)的基本原則和要求 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常和橋架的設(shè)計(jì)一起考慮,兩者的設(shè)計(jì)工作要交叉進(jìn) 行,一般的設(shè)計(jì)步驟: 1 .確定橋架結(jié)構(gòu)的形式和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳方式 2 .布置橋架的結(jié)構(gòu)尺寸 3 .安排大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的具體位置和尺寸 4 .綜合考慮二者的關(guān)系和完成部分的設(shè)計(jì) 對(duì)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是: 1 .機(jī)構(gòu)要緊湊,重量要輕 2 .和橋架配合
6、要合適,這樣橋架設(shè)計(jì)容易,機(jī)構(gòu)好布置 3 .盡量減輕主梁的扭轉(zhuǎn)載荷,不影響橋架剛度 4 .維修檢修方便,機(jī)構(gòu)布置合理 2.1.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 大車機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案,基本分為兩類: 分別傳動(dòng)和集中傳動(dòng),橋式起重機(jī)常用的跨度(10.5-32M)范圍均可用分別傳動(dòng) 的方案本設(shè)計(jì)采用分別傳動(dòng)的方案。 2.1.2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題: 1 .聯(lián)軸器的選擇 2 .軸承位置的安排 3 .軸長(zhǎng)度的確定 這三著是互相聯(lián)系的。 在具體布置大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件時(shí)應(yīng)該注意以幾點(diǎn): 1 .因?yàn)榇筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)要安裝在起重機(jī)橋架上,橋架的運(yùn)行速度很高,而且 受載之后向下?lián)锨瑱C(jī)構(gòu)零部件在橋
7、架上的安裝可能不十分準(zhǔn)確, 所以如果單從 保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼,凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車 輪的軸,最好都用浮動(dòng)軸。 2 .為了減少主梁的扭轉(zhuǎn)載荷,應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近主梁而遠(yuǎn)離走臺(tái)欄 桿;盡量靠近端梁,使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 3 .對(duì)于分別傳動(dòng)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料,在浮動(dòng)軸有足夠的 長(zhǎng)度的條件下,使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小,占用橋架的一個(gè)節(jié)問到兩個(gè)節(jié)間的 長(zhǎng)度,總之考慮到橋架的設(shè)計(jì)和制造方便。 4 .制動(dòng)器要安裝在靠近電動(dòng)機(jī),使浮動(dòng)軸可以在運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)發(fā)揮吸收 沖擊動(dòng)能的作用。 2.2大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算 已知數(shù)據(jù): 起重機(jī)的
8、起重量Q=100KN橋架跨度L=16.5m,大車運(yùn)行速度 Vdc=90m/min, 工作類型為中級(jí),機(jī)構(gòu)運(yùn)行持續(xù)率為 JC%=25起重機(jī)的估計(jì)重量G=168KN小車 的重量為Gc=40KN橋架采用箱形結(jié)構(gòu)。 計(jì)算過程如下: 2.2.1 確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案 本起重機(jī)采用分別傳動(dòng)的方案如圖(2-1) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)圖(2-1) 1—電動(dòng)機(jī)2 —制動(dòng)器 3 —高速浮動(dòng)軸 4 —聯(lián)軸器5 —減速器6—聯(lián)軸器7 低速浮動(dòng) 軸8 —聯(lián)軸器9 —車輪 2.2.2 選擇車輪與軌道,并驗(yàn)算其強(qiáng)度 按照如圖所示的重量分布,計(jì)算大車的最大輪壓和最小輪壓: 滿載時(shí)的最大輪壓: G-Gxc Q G
9、xc L -e Pna= 4 2 L 二 168-40 100 40 .16.5 -1.5 16.5 =95.6KN 空載時(shí)最大輪壓: 「 G - Gxc Gxc L — e P ma)= 4 2 L 168-40 40 16.5 -1.5 = - 4 2 16.5 =50.2KN 空載時(shí)最小輪壓: ,_ G - Gxc Gxc e P min= 4 2 L 168-40 40 1.5 = - 4 2 16.5 =33.8KN 式中的e為主鉤中心線離端梁的中心線的最小距離 e=1.5m 載荷率:Q/G=100/168=0.595 由[1
10、]表19-6選擇車輪:當(dāng)運(yùn)行速度為 Vdc=60-90m/min, Q/G=0.595時(shí)工作 類型為中級(jí)時(shí),車輪直徑 Dc=500mm軌道為P38的許用輪壓為150KN故可用。 1) .疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的等效載荷: Cd=02 - Q=0.6*100000=60000N 式中①2一等效系數(shù),有[1]表4-8查得 ①2=0.6 車論的計(jì)算輪壓: P= Kci - r - Pd =1.05X0.89 X 77450 =72380N 式中:Pd一車輪的等效輪壓 G-Gxc Cd Gxc L -1.5 Pd= , 4 2 L 168-40 60 40 1
11、6.5-1.5 = - 4 2 16.5 =77450N r一載荷變化系數(shù),查[1]表19-2,當(dāng)C/G=0.357時(shí),r=0.89 心一沖擊系數(shù),查[1]表19-1。第一種載荷當(dāng)運(yùn)行速度為 V=1.5m/s時(shí), Kci=1.05 根據(jù)點(diǎn)接觸情況計(jì)算疲勞接觸應(yīng)力: ;:.j =40003 Pj 2 1 ,Dc r …j F2~~rr =4000 3 72380 x 一十一 i 5 30 30 1 2 =13555Kg/cm2 2 二j =135550N/cm2 式中r-軌頂弧形半徑,由[3]附錄22查得r=300mm對(duì)于車輪材料ZG55II , 當(dāng)HB>3
12、20M, [ 5] =160000-200000N/cm 2,因此滿足疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 2) .強(qiáng)度校核 最大輪壓的計(jì)算: Rmax=K;II . Pnax =1.1 X 95600 =105160N 式中Kcii-沖擊系數(shù),由[3]表2-7第II類載荷Kcii=1.1 按點(diǎn)接觸情況進(jìn)行強(qiáng)度校核的接觸應(yīng)力: :-jmax= 3 Pj max 2 1 Dc r 22 1 f =3105160 — +— I 5 <50 30 J _ 2 =15353Kg/cm 2 二 jmax =153530N/cm 車輪采用 ZG55II,查[1]表 19-3 得,HB
13、>320W,[仃 j]=240000-300000N/cm2, 故強(qiáng)度足夠。 2.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算 摩擦總阻力距 Mm= (Q+G (K+卜 *d/2 ) 由[1]表19-4 Dc=500mm^輪的軸承型號(hào)為:22220K,軸承內(nèi)徑和外徑的平 均值為:(100+180) /2=140mm 由[1]中表9-2到表9-4查得:滾動(dòng)摩擦系數(shù) K=0.0006nl軸承摩擦系數(shù) =0.02,附加阻力系數(shù)6=1.5,代入上式中: 當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行阻力矩: Mm(Q=Q = Mm(Q=Q=P(Q+G)(氐 + k-) =1.5 (100000+168000) X ( 0.0006+0.02
14、2 X 0.14/2 ) =804N ? m 運(yùn)行摩擦阻力: Mm(Q = Q) 804 Pm (Q=Q = = — Dc 0.5 2 2 =3216N 空載時(shí): Mm(Q=0 = B XGX (K+p d/2) =1.5 X168000X ( 0.0006+0.02 X 0.14/2 ) =504N P m (Q=。= Mm(Q=Q / ( Dc/2 ) =504 X 2/0.5 =2016N 2.2.4 選擇電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)靜功率: N=P ? Vdc/ (60 - m- n ) =3216X 90/60/0.95/2=2.54KW 式中P=Pm (Q
15、=Q—滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力 (P m (Q=。 =2016N) m=2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù) 初選電動(dòng)機(jī)功率: N=K*Nj=1.3*2.54=3.3KW 式中K-電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù),由[1]表9-6查得Kd=1.3 查[2]表 31-27 選用電動(dòng)機(jī) YR160M-8 Ne=4KWm=705rm, (GD) =0.567kgm2, 電動(dòng)機(jī)的重量 G=160kg 2.2.5 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率條件 等效功率: Nx=K25 ? r ? Nj =0.75 X 1.3X2.54 =2.48KW 式中K25—工作類型系數(shù),由[1]表8-16查得當(dāng)JC%=25時(shí),K25=0.75
16、r—由[1]按照起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.25,由[1]圖8-37估得r=1.3
由此可知:Nx 17、.7 驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率
實(shí)際運(yùn)行的速度:
V dc=V dc i o / i。
=90 x 12.3/12.5=88.56m/min
誤差:
C = (Vdc- V dc) / Vdc
=(90-88.56) /90X100%=1.6%<15%合適
實(shí)際所需的電動(dòng)機(jī)功率:
N j=Nj . V dc/ Vdc
=2.54 X 88.56/90=2.49KW
由于N j 18、電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)
M=1.5X975XN/m
=1.5 X975X4/705=82.9N - m
滿載時(shí)運(yùn)行靜阻力矩:
M m(Q =Q)
M (Q=Q =
i0
804
= =67.7N - m
12.5 0.95
空載運(yùn)行時(shí)靜阻力矩:
M
M (Q=0 =一
i0
=42.4N ? m
12.5 0.95
初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩:
(GD2) ZL+(GD2) l=0.78 N - m
機(jī)構(gòu)總飛輪矩:
(GD2) 1=(gD)zl+(gD) l+(gD) d
=5.67+0.78=6.45 N - m
滿載起動(dòng)時(shí)間:
t 19、q(Q :Q)
n1
375(m .Mq - Mj)
2、
mc(GD )/
(Q G)DC
io
r 705
375(2 829-67.7)
(100000 168000) 0.25
2 1.15 6.45
12.5 12.5 0.95
=8.91s
空載啟動(dòng)時(shí)間:
t q (Q =0)
n1
375(m,Mq - Mj)
mc(GD2)/
(Q+G)DC1_
?/2
i 0
705
375(2 82.9 -67.7)
168000 0.25
2 1.15 6.45
12,5 12.5 0.95
=5.7s
起動(dòng)時(shí)間在允許范圍內(nèi)。 20、
2.2.9 起動(dòng)工況下校核減速器功率
起動(dòng)工況下減速器傳遞的功率
/
N= pd *vdc
60 m/
式中 Pd=P+Pg=P+Q__G—vdc― g 60tq(Q@
-100000 168000
=3216+
10
60^ =7746,2N
mi--運(yùn)行機(jī)構(gòu)中,同一級(jí)傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù),m/=2.
7746.2 88.56 , 因止匕N= =5.89KW
60 0,95 2
所以減速器的[N]中級(jí)=9.1KW>N故所選減速器功率合適。
2.2.10 驗(yàn)算啟動(dòng)不打滑條件
由于起重機(jī)室內(nèi)使用,故坡度阻力及風(fēng)阻力不考慮在內(nèi),以下按三種情況計(jì)
1.兩臺(tái)電 21、動(dòng)機(jī)空載時(shí)同時(shí)驅(qū)動(dòng):
n=
G vdc g60tq
Pif
P2(k 」d) ; Pik
2
DC
>nz
式中P產(chǎn)P/L , P;ax
=33.8+50.2=84KN---主動(dòng)輪輪壓
P2= p i=84KN----從動(dòng)輪輪壓
f=0.2-一 粘著系數(shù)(室內(nèi)工作)
nz一防止打滑的安全系數(shù).nz_1.05~1.2
3
84 103 0.2
o 84 103(0.0006 0.02
168M1C3M10 8856 1 (
x +
10 60 5.7
14) 1.5 84 103 0.0006
2
0.5
2
=2.97
n>nz,故兩臺(tái)電 22、動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)不會(huì)打滑
2.事故狀態(tài)
當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作,而無載小車位于工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí),則
n=
p1f nz
G 5,P2(k」2);P1k
60tq
Dc
2
式中
P產(chǎn)pmax=50.2KN----主動(dòng)輪輪壓
/ /
2 2 pmin + pmax
=2X33.8+50.2=117.8KN---從動(dòng)輪輪壓
匕---一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)空載啟動(dòng)時(shí)間
17
1.15 0.645
*/ 705
tq=
q 375 4.24
16800 0.52
2~~2
12.5 0.95
=13.47 s
n=
502 23、x0.2
168 8856 1178(00006 Q02 007)1.5 502 0.0006
70 60 1347 05
=2.94
n>nz,故不打滑.
3.事故狀態(tài)
當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作,而無載小車遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí),則
n=
R f
G v/ P2(k 」d) : p〔k
vdc 2
d皈 DC
式中Pi= Pm/in =33.8KN---主動(dòng)輪輪壓
P2=p\n +2pmax=33.8+2*50.2=134.2KN---從動(dòng)輪輪壓
tq= 13.47 S 一與第 ⑵ 種工況相同
338 0.2
n=
168 8856 1342(0.0 24、006 0.02 TiS 338 0.0006
_ 2
10 60 1347 0.5
2
=1.89 故也不會(huì)打滑
結(jié)論:根據(jù)上述不打滑驗(yàn)算結(jié)果可知,三種工況均不會(huì)打滑
2.2.11選擇制動(dòng)器
由[1]中所述,取制動(dòng)時(shí)間tz=5s
按空載計(jì)算動(dòng)力矩,令Q=0,得:
1 / n1 2 GDc2J】
Mz= —」M/+——1— mc(GD2)1 +—2^n >
m j 375 % 一 i0
式中
25、
( p p - pm min ) Dc
2io/
_ 336 -1344 0.5 0.95
一 2 12.5
=-19.2N? m
Pp=0.002G=168000X 0.002=336N
d
Pmin=G (K+以金)石
c2
0.14
168000 (0.0006 0.02—)
0.5
2
=1344N
M=2----制動(dòng)器臺(tái)數(shù).兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作
一 1
Mz= 一1一19.2 +
2
705
375 5
2 1.15 0.645
2
168000 052
12.52
0.95
26、=41.2 N ? m
現(xiàn)選用兩臺(tái)YWZ-200/25的制動(dòng)器,查[1]表18-10其制動(dòng)力矩M=200 N m, 為避免打滑,使用時(shí)將其制動(dòng)力矩調(diào)制 3.5 N ? m以下。
2.2.12 選擇聯(lián)軸器
根據(jù)傳動(dòng)方案,每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動(dòng)軸.
1 .機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩:
M /s=M InI =110.6 X 1.4=154.8 N - m
式中M一連軸器的等效力矩.
M i = % *Mel=2X 55.3=110.6 N - m
中1 一等效系數(shù) 取Q=2查[2]表2-7
Ml=9.75* 4000 =55.3 N - m
705
由[2]表33-2 27、0查的:電動(dòng)機(jī) Y160M1-8,軸端為圓柱形,d 1=48mm,L=110mrm
[2]19-5 查得ZLZ-160-12.5-iv 的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mn<在靠電 機(jī)端從由表[2]選聯(lián)軸器ZLLX浮動(dòng)軸端d=40mm;M=630N m,(GD) ZL=0.063Kg m,重量G=12.6Kg);在靠近減速器端,由[2]選用兩個(gè)聯(lián)軸器ZLD,在靠近減速器 端浮動(dòng)軸端直徑為 d=32mm;[M]=630 N ? m, (GD2)L=0.015Kg - m,重量 G=8.6Kg.
高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)零件的飛輪矩之和為:
(GD2)zL+(GD)L=0.063+0.015 28、=0.078 Kg - m
與原估算的基本相符,故不需要再算。
2 .低速軸的計(jì)算扭矩:
M js =Mjsj?
=154.8 X 15.75 X 0.95=2316.2 N m
2.2.13 浮動(dòng)軸的驗(yàn)算
1) .疲勞強(qiáng)度的計(jì)算
低速浮動(dòng)軸的等效力矩:
M=WrMl?
=1.4 X 55.3 X12.5 X0.95=919.4Nm
式中甲1一等效系數(shù),由[2]表2-7查得W 1=1.4
由上節(jié)已取得浮動(dòng)軸端直徑 D=60mm故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:
91940
3
0.2 6
2
= 2128 N/cm
由于浮動(dòng)軸載荷變化為循環(huán)(因?yàn)楦?dòng)軸在運(yùn)行過程中正反轉(zhuǎn)矩相 29、同) ,所
以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:
二 1 13200
■ =
k nI 1.92 1.4
=4910 N/cm 2
式中,材料用 45 號(hào)鋼,取Gb=60000N/cm2;仃s=30000N/c/貝h-1=0.22%=0.22
X 60000=13200N/cm;中0.6 4=0.6 X 30000=18000N/cnn
K=KK=1.6X 1.2=1.92
考慮零件的幾何形狀表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù) K=1.6, K=1.2, nI=1.4—安
全系數(shù),由[2]表2-21查得m<[=k]故疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算通過
2).靜強(qiáng)度的計(jì)算
計(jì)算強(qiáng)度扭矩:
Mma=F 2Md
30、=2.5 X 55.3 X 12.5 X0.95=1641.7 N ?m
式中甲2一動(dòng)力系數(shù),查[2]表2-5的W2=2.5
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
Mii =
W
164170
3
0.2 6
2
=3800N/cm
許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力:
- S
nH
18000 2
12860N/cm
1.4
可可II,故強(qiáng)度驗(yàn)算通過
高速軸所受扭矩雖比低速軸小,但強(qiáng)度還是足夠,故高速軸驗(yàn)算省去。
2.2.14緩沖器的選擇
1.碰撞時(shí)起重機(jī)的動(dòng)能
2g
G 一帶載起重機(jī)的重量 G=168000+100000 0.1 =178000N
V 0一碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度,V= ( 31、0.3?0.7) Vdx
g 一重力加速度取10m/s2
2 一 一 一一一 一 2
則.的 _178000 0.5 1.5
2g 2 10
=5006.25 N m
2 .緩沖行程內(nèi)由運(yùn)行阻力和制動(dòng)力消耗的功
W 阻=(P摩+P制)S
式中P摩一運(yùn)行阻力,其最小值為
Pmin = Gf0min=178000X 0.008=1424N
f 0min一最小摩擦阻力系數(shù)可取f0min=0.008
P 制一制動(dòng)器的制動(dòng)力矩?fù)Q算到車輪踏面上的力,亦可按最大制動(dòng)減速
度計(jì)算
P 產(chǎn)G[制]max=17800X 0.55=9790N g
口制 Lax =0.55 m /S 2
32、
S —緩沖行程取S=140 mm
因此 W阻=(1424+9790 X 0.14=1569.96N m
3 .緩沖器的緩沖容量
一個(gè)緩沖器要吸收的能量也就是緩沖器應(yīng)該具有的緩沖容量為:
W動(dòng)-W阻
w緩二n
=5006.25-1569.96 =3436.29 N m
式中n —緩沖器的個(gè)數(shù)取n=1
由[1]表22-3選擇彈簧緩沖器彈簧 D=120 mm d=30 mm
焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章端梁接頭的設(shè)計(jì)
3.端梁的設(shè)計(jì)
3.1 端梁的尺寸的確定
3.1.1 端梁的截面尺寸
1 .端梁截面尺寸的確定:
上蓋板、;1=10mm,
中部下蓋板1=10 m 33、m
頭部下蓋板、,.2=12mm
按照[1]表19-4直徑為500mm勺車輪組尺寸,確定端梁蓋板寬度和腹板的 高度時(shí),首先應(yīng)該配置好支承車輪的截面,其次再確定端梁中間截面的尺寸。配 置的結(jié)果,車輪輪緣距上蓋板底面為 25mm車輪兩側(cè)面距離支承處兩下蓋板內(nèi)邊 為10 mm因此車輪與端梁不容易相碰撞;并且端梁中部下蓋板與軌道便的距離 為55 mm如圖示(3-1 )
端梁的截面尺寸圖(3-1 )
3.1.2 端梁總體的尺寸
大車輪距的確定:K=(1?1) L= (1?1) X 16.5=2.06?3.3m 8 5 8 5
取 K=3300mm
端梁的高度H= (0.4?0.6) 34、 H主取H=500nim
確定端梁的總長(zhǎng)度L=4100nim
3.2 端梁的計(jì)算
1 .計(jì)算載荷的確定
設(shè)兩根主梁對(duì)端梁的作用力 QG+Pmax相等,則端梁的最大支反力:
QmQaxP)(Lxc 2a2) R-
K
式中K一大車輪距,K=330cm
L xc—小車輪距,Lxc=200cm
a 2—傳動(dòng)側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離,取 a2=70 cm
QmaxP)=114237N
因此 R=114237 (200 2 70) =117699N
330
2 .端梁垂直最大彎矩
端梁在主梁支反力 Q(G*作用下產(chǎn)生的最大彎矩為: ^Xmax
M zmax=Rai=1 35、17699X 60=7.06 義 106N
a 1一導(dǎo)電側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離,a1=60 cm。
3 .端梁的水平最大彎矩
1) .端梁因車輪在側(cè)向載荷下產(chǎn)生的最大水平彎矩: _
M pmax=Sa
式中:S一車輪側(cè)向載荷,S=P;
z一側(cè)壓系數(shù),由圖2-3查得,九二0.08;
P 一車輪輪壓,即端梁的支反力 P二R
因此:
M pmax二%
=0.08 X 117699X 60=564954N? cm
2 ).端梁因小車在起動(dòng)、制動(dòng)慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩:
’‘
|\^ pmax
_ Pxg (L xc 2 a2)
= ai
式中Px 36、g一小車的慣性載荷:
Pxg =
1
R=37000/7=5290N
7
因此:
M pmax
5290 (200 2 70)
= 60 =327018N- cm
330
比較M Pmax和M pmax兩值可知,應(yīng)該取其中較大值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
4.端梁的強(qiáng)度驗(yàn)算
端梁中間截面對(duì)水平重心線 X-X的截面模數(shù):
he.
B、1)h
48 0.6 3
(—— 40 1) 48 =2380.8 cm
端梁中間截面又t水平重心線 X-X的慣性矩:
? h
Ix=Wx-2
=2380.8
50 4
y =59520 cm
端梁中間截面又 37、t垂直重心線 Y-Y的截面模數(shù):
B、.1 ..
Wy =(- h)b
3
40 1 2
(—― 48 0.6) 27.41154.4 cm
3 cm
端梁中間截面又t水平重心線 X-X的半面積矩:
Sx=2 7 4 B,1 1
c …… … 48 1 3
48 0.6 12 40 1 2 =1325.6 cm
端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力:
_ _ M zmax . M pmax
-max Wx Wy
7.06 106
2380.8
564954 _一 2
=2965+489=3454N/cm
1154.4
端梁中間截面的剪應(yīng)力:
Q(Q P) *S 38、
3 max ^x
, G
「2、
114237 1325.6 2
=2120 N/cm
59520 2 0.6
25
下:
端梁支承截面對(duì)水平重心線 X-X的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計(jì)算如
首先求水平重心線的位置 水平重心線距上蓋板中線的距離:
c 1.2 12.7(0.5 12.7 0.5) 2 11 1.2(0.5 12.7 0.6)
Ci= =5.74
40 1 2 12.7 0.6 2 11 1.2
cm
水平重心線距腹板中線的距離:
C 2=5.74-0.5-0.5 X 12.7
=-1.11 cm
水平重心線距下蓋板 39、中線的距離:
C 3= (12.7+0.5+0.6 ) -5.74
=8.06cm
端梁支承截面對(duì)水平重心線X-X的慣性矩:
’ 1 - ? 3 ? 一 2一 1 .一一 3 一八一 .一一 一八
I x0 = — X40X 13+40X 1 X 5.742+2X — X 12.73X 0.6+2 X 12.7 X 0.6 X
1.11 2+2X 11X 1.23+2X 11 X 1.2 X 8.062=3297cn4
端梁支承截面對(duì)水平重心線X-X的最小截面模數(shù):
Wx0 = Ix0X
=3297
1
不
2
1
=406.1 cm
8.06 0.6
3
40、
端梁支承截面水平重心線 X-X下部半面積矩:
Sx0=2X 11X1.2 X8.06+ (8.06-0.6 ) X 0.6 X (8.06-0.6 ) /2
3
=229.5 cm
端梁支承截面附近的彎矩:
=Rd=117699X 14=1647786Ncm z
式中一
端梁支承截面的彎曲應(yīng)力:
,Mz 1647786
=二
Wx0 406.1
一一. 2
=4057.6N/cm
端梁支承截面的剪應(yīng)力:
Ra * Sxo 117699 229.5
= =-~ 八八
n 2 3297 0.6
I X0
一. 2
=6827.4 N/c 41、m
端梁支承截面的合成應(yīng)力:
廠-二- 2 3 . 2 = , 4057.62 3 6827.42
, _ 一_ 2
=12501.5 N/cm
端梁材料的許用應(yīng)力:
[ 5] II =(0.80 ?0.85)[司 II
__ 2
=(0.80 ?0.85)16000=12800 ?13600 N/cm
[ 叫 II =(0.80 ?0.85)[ 小
=(0.80 ?0.85)9500 =7600 ?8070 N/cm2
故端梁的強(qiáng)度滿足要
驗(yàn)算強(qiáng)度結(jié)果,所有計(jì)算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力,
求。
3.3主要焊縫的計(jì)算
3.3.1 端梁端部上翼 42、緣焊縫
端梁支承截面上蓋板對(duì)水平重心線 X-X的截面積矩:
S;=40X 1 X 5.74=229.6 cm 3
端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力:
Ra,S2 117699 229.6
:= 1 =
R1Ix0-0.7hf 4 3297 0.7 0.6
=4878.8 N/cm 2
式中m一上蓋板翼緣焊縫數(shù);
h f—焊肉的高度,取hf=0.6 cm
3.3.2 下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力驗(yàn)算
端梁支承截面下蓋板對(duì)水平重心線 X-X的面積矩:
3
S1=2X 12 X 1.2 X 8.06=232.128 cm
端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力:
_ RA S2 _ 1 43、17699 232.128
- 2 = = "
n 2lx0,o.7hf 4 3297 0.7 .6
2
=4929.8 N/cm
由[1]表 查得[[=9500 N/cm2,因此焊縫計(jì)算應(yīng)力滿足要求。
4端梁接頭的設(shè)計(jì)
4.1 端梁接頭的確定及計(jì)算
端梁的安裝接頭設(shè)計(jì)在端梁的中部, 根據(jù)端梁輪距K大小,則端梁有一個(gè)安 裝接頭。
端梁的街頭的上蓋板和腹板焊有角鋼做的連接法蘭,下蓋板的接頭用連接板 和受剪切的螺栓連接。頂部的角鋼是頂緊的,具連接螺栓基本不受力。同時(shí)在下 蓋板與連接板鉆孔是應(yīng)該同時(shí)鉆孔。
如下圖為接頭的安裝圖
下蓋板與連接板的連接采用 M18的螺栓, 44、而角鋼與腹板和上蓋板的連接采用 M16的螺栓。
焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章端梁接頭的設(shè)計(jì)
31
0E 寸 - 3
SLD
連接板和角鋼連接圖4-1(b)
4.1.1 腹板和下蓋板螺栓受力計(jì)算
1.腹板最下一排螺栓受力最大,每個(gè)螺栓所受的拉力為:
N 拉二
2 2
no H2 do
,二
2.5 d;
(H -b)M
n
2
2n(H -b-a1)2 4 ai2
(500 -65) 7.06 107
12 5002 182 2 45、2 2 2
?—2 12(500 -250) 4(185 115 45 )
2.5 162
=12500N
2.下腹板每個(gè)螺栓所受的剪力相等,其值為:
? N1
一 H do
剪= ■ -7
(H -b)2.5 d12
?12500
500 182
,2
(500-65)2.5 162
=7200N
式中n0一下蓋板一端總受剪面數(shù);n0=12
N 剪一下蓋板一個(gè)螺栓受剪面所受的剪力:
n ——側(cè)腹板受拉螺栓總數(shù);n=12
d i一腹板上連接螺栓的直徑(靜截面)
do一下腹板連接螺栓的直徑;di=16mm
H —梁高;H=500 mm
M 一連接處的 46、垂直彎矩;M=7.06X 106
其余的尺寸如圖示
4.1.2
de?e
,目胃口
上蓋板和腹板角鋼的連接焊縫受力計(jì)算
1.上蓋板角鋼連接焊縫受剪,其值為:
Q二
H -b 2.5(H -b) di2
2
[12 250 12 500 ?粵]12500=172500N
500 - 65 2.5(500-65) 162
2.腹板角鋼的連接焊縫同時(shí)受拉和受彎,其值分別為:
n(H -b - a1)
N 腹二」 1A n拉
H -b
= 6 (500 -65 -185) 12500 =43100N
500 - 65
n
2
2 a2
i 1 一
47、
乂腹= N拉
H -b
2(185 115 45 ) 12500 =2843000Nmm
500 -65
4.2計(jì)算螺栓和焊縫的強(qiáng)度
4.2.1 螺栓的強(qiáng)度校核
1.精制螺栓的許用抗剪承載力:
n剪"d\ i
[N 剪]= [t]
4
_ 2
3 3 14 1 8 13500
3 __13500 =103007.7N
4
2.螺栓的許用抗拉承載力
二d 一 _2 一
hb 八 h、 0.6 43 43、
式中一I =——(l +—) = (7 + 一)
r 1
[N 拉]=一[a] 4
一 . ._2
3.12 6 2 6
1. 48、6 13500 =27129.6N
式中[q=13500N/cm2 [ 5=13500N/cm2 由[1]表 25-5 查得
由于Nti<[N拉],N剪<[N剪]則有所選的螺栓符合強(qiáng)度要求
4.2.2焊縫的強(qiáng)度校核
1 .對(duì)腹板由彎矩M產(chǎn)生的焊縫最大剪應(yīng)力:
Mb 284300 43 2
.后 = =15458.7N/ cm
=395.4
焊縫的慣性矩
2I 2 395.4
其余尺寸見圖
2 .由剪力Q產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力:
bh
114237
43 0.6
2
=4427. 49、7N/ cm2
折算剪應(yīng)力:
=.. M Q = 15458.72 4427.72
=16079.6 N/ cm 2<[ ]=17000 N/ cm
[[由[1]表25-3查得
式中h—焊縫的計(jì)算厚度取h=6mm
3 .對(duì)上角鋼的焊縫
N 1776.8 2,
= =211.5 N/ cm <[]
2lh 2 7 0.6
由上計(jì)算符合要求
焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第五章焊接工藝設(shè)計(jì)
5焊接工藝設(shè)計(jì)
對(duì)橋式起重機(jī)來說,其橋架結(jié)構(gòu)主要是由很多鋼板通過焊接的方法連接在一起, 焊接的工藝的正確與否直接影響橋式起重機(jī)的力學(xué)性能和壽命。
角焊縫常用的確定焊角高度的 50、方法
5-1
角焊縫最小厚度為:
a>0.3 6max+1
6max為焊接件的較大厚度,但焊縫最小厚度不小于 4mm當(dāng)焊接件的厚度小于
4mm寸,焊縫厚度與焊接件的厚度相同。
角焊縫的厚度還不應(yīng)該大于較薄焊接件的厚度的 1.2倍,即:
a< 1.2 6min
按照以上的計(jì)算方法可以確定端梁橋架焊接的焊角高度 a=6mm.
在端梁橋架連接過程中均采用手工電弧焊,在焊接的過程中焊縫的布置很關(guān)鍵,
橋架的焊縫有很多地方密集交叉在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該避免如圖 5-1 (a)、5-1 (b)示
35
上蓋板
小筋板
彎板
5-2 (a)
5-2 (b)
51、
定位板和彎板的焊接時(shí)候,由于定位板起導(dǎo)向作用,在焊接時(shí)要特別注意,焊角 高度不能太高,否則車輪組在和端梁裝配的時(shí),車輪組不能從正確位置導(dǎo)入,焊 接中采用E5015 (J507)焊條,焊條直徑d=3.2mm焊接電流160A,焊角高度最大 4 mm。如圖5-2位彎板和定位板的焊接
5-3
角鋼和腹板、上蓋板的焊接采用的是搭接的方法, 在焊好后再將兩段端梁拼 在一塊進(jìn)行鉆孔。
由于所用的板材厚度大部分都小于 10mm,在焊接過程中都不開坡口進(jìn)行焊接。
主要焊縫的焊接過程如下表:
焊接
順序
焊接名稱
焊接方法
接頭
形式
焊接工藝
1
小筋板一腹板
手工電弧焊 52、
雙面
角接
不開坡口,采用 E5015J507)焊條, 焊條直徑d=4mm, 焊接電流160?
210A
2
筋板一腹板
手工電弧焊
雙面
角接
同上
3
端面板一腹板
手工電弧焊
雙面
角接
同上
4
定位板一彎板
手工電弧焊
搭接
不開坡口,采用 E5015J507)焊條, 焊條直徑 d=3.2mm焊接電流 160A
彎板一腹板
手工電弧焊
雙面
角接
不開坡口,采用 E5015J507)焊條, 焊條直徑d=4mm, 焊接電流160? 210A
5
鋼鋼一腹板
手工電弧焊
搭接
同上
鋼鋼一上蓋板
手工電弧焊
搭接 53、
同上
6
腹板一大筋板
手工電弧焊
角接
同上
7
卜蠱板一腹板
手工電弧焊
雙面
角接
同上
8
大筋板一卜盍板
手工電弧焊
角接
同上
9
上蓋板一腹板
手工電弧焊
角接
同上
10
大筋板一上蓋板
手工電弧焊
角接
同上
焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1]起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組,機(jī)械工業(yè)出版社, 1980 [2]機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 吳宗澤主編,機(jī)械工業(yè)出版社,2002
[3]起重機(jī)課程設(shè)計(jì) 北京鋼鐵學(xué)院編,冶金工業(yè)出版社,1982
[4]焊接手冊(cè) 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編,機(jī)械工業(yè)出 54、版社, 1992
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焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 致謝
致謝
首先向機(jī)電工程系的全體老師表示衷心的感謝,在這三年的時(shí)間里,他們?yōu)?我們的成長(zhǎng)和進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,有許多老師給予了指導(dǎo)和幫 助,尤其是盧杉老師和張曙靈老師,在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中, 給了我們很大
幫助,做為我們的輔導(dǎo)老師,盡職盡責(zé),一絲不茍。
至此,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也將告以段落,但老師的教誨卻讓人終生難忘,通過這 次畢業(yè)設(shè)計(jì),不但使我學(xué)到了知識(shí),也讓我學(xué)到了許多的道理,總之是受益匪淺。
盡管我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中做出了很多的努力,但由于我的水平有限,設(shè)計(jì)中 的錯(cuò)誤和不當(dāng)之處仍在所難免,望老師提出寶貴的意見。
最后,向文中引用到其學(xué)術(shù)論著及研究成果的學(xué)術(shù)前輩與同行們致謝!
再次向敬愛的老師表示衷心的感謝!
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