橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(含CAD圖紙和說明書)
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摘 要
本設(shè)計(jì)簡要地介紹了橋式起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r、特點(diǎn)、組成、性能、結(jié)構(gòu)及起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并參照相關(guān)資料對(duì)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)及其零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從方案論證到具體設(shè)計(jì)計(jì)算，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)在整體設(shè)計(jì)中的作用，從而提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了工作效率。
首先在橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)從起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案展開，在橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，從鋼絲繩的選取及校核、卷筒選定、吊鉤的設(shè)計(jì)、吊鉤橫軸確定、電機(jī)、減速器和制動(dòng)器的選取及相關(guān)校核這幾方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。在小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中我們從起重機(jī)整體出發(fā)，由受力計(jì)算，車輪選取，電機(jī)及減速器選定校核和浮動(dòng)軸的設(shè)計(jì)構(gòu)成。
關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)
Abstract
The design brief introduction of the overhead crane state of development, characteristics, composition, performance, structure, and the lifting mechanism and operation of the trolley design, and in the light of relevant information on the crane and its components or design, from the feasibility study to the specific program design, make full use of computers in the overall design, thereby improving the design quality and shorten the design cycle, improve work efficiency.
First in the overhead crane hoisting mechanism design, the design of hoisting bodies from the design program launched the bridge crane hoisting mechanism design, selected from the rope and Verification, selected reel, hook design, determine horizontal hook, motor, brake and reducer selection and related Check these aspects of design. Trolley operation in the design calculations from the crane overall, by force, wheel selection, motor and reducer selected Checking and floating axis constitutes the design.
Keywords: Overhead crane; Hoisting mechanism; Traverse mechanism; Design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 概述 1
1.1 橋式起重機(jī)的簡介 1
1.2 起重機(jī)械的發(fā)展 1
1.3 起重機(jī)械的特點(diǎn) 1
1.4 起重機(jī)械的組成 2
2 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 3
2.2 鋼絲繩的選擇 3
2.3 滑輪的計(jì)算與選擇 4
2.4 吊鉤的計(jì)算 5
2.5 卷筒的計(jì)算 11
2.6 繩端固定裝置的計(jì)算 13
2.7 電動(dòng)機(jī)的選用 14
2.8 減速器的計(jì)算與選用 15
2.9 起升速度和實(shí)際所需功率 16
2.10 制動(dòng)器的選用 16
2.11 起升和制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算 16
2.12 高速浮動(dòng)軸的計(jì)算 17
2.13 聯(lián)軸器的計(jì)算與選用 19
3 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
3.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 20
3.2 車輪的選用與驗(yàn)算 20
3.3 運(yùn)行阻力的計(jì)算 21
3.4 電動(dòng)機(jī)的選用 22
3.5 減速器的計(jì)算與選用 23
3.6 運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率 23
3.7 起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算 24
3.8 校核減速器功率 25
3.9 起動(dòng)不打滑條件 25
3.10 制動(dòng)輪的計(jì)算 26
3.11 高速軸聯(lián)軸器及制動(dòng)器 26
3.12 低速軸聯(lián)軸器的選用 27
3.13 低速浮動(dòng)軸的驗(yàn)算 27
4 總結(jié) 29
謝辭 30
參考文獻(xiàn) 31
1 概述
1.1 橋式起重機(jī)的簡介
起重機(jī)械和其它自然科學(xué)一樣，是人類生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，它是隨著人們的生產(chǎn)實(shí)踐逐漸發(fā)展并不斷豐富完善的。橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。
橋式起重機(jī)是生產(chǎn)車間、料場(chǎng)、電站廠房和倉庫中為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化與自動(dòng)化，減輕體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要物品搬運(yùn)設(shè)備。橋式起重機(jī)安裝在廠房高處兩側(cè)的吊車梁上，整機(jī)可以沿鋪設(shè)在吊車梁上的軌道縱向行駛。而起重小車又可沿小車軌道橫向行駛，吊鉤則作升降運(yùn)動(dòng)。
橋式起重機(jī)常見的類型有以下三種形式：
通用橋式起重機(jī)：取物裝置為吊鉤，適用于各種物料的搬運(yùn)，通用性強(qiáng)；抓斗式橋式起重機(jī)：取物裝置是抓斗，用于大批量散粒物料的搬運(yùn)；電磁橋式起重機(jī)：取物裝置為電磁吸盤，為專用起重機(jī)，用于鐵磁性物料的搬運(yùn)。
經(jīng)過比較，選用電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)。這種起重機(jī)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)均為電力驅(qū)動(dòng)。起重小車在橋架主梁上方鋪設(shè)的軌道上行駛，其橋架是雙主梁結(jié)構(gòu)形式。在橋架兩側(cè)的走臺(tái)上，一側(cè)用來安裝大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，另一側(cè)則安裝有電氣設(shè)備和給小車供電的滑線設(shè)施。
普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)和橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。
1.2 起重機(jī)械的發(fā)展
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高，起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來越高。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多跨學(xué)科的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，這些都促使起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段。起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)輕型化和多樣化。有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用場(chǎng)合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會(huì)有更好的發(fā)展，并將取代大部分中小噸位的一般用途橋式起重機(jī)。
1.3 起重機(jī)械的特點(diǎn)
起重機(jī)械是一種間歇?jiǎng)幼鞯臋C(jī)械，它具有重要而短暫的工作特征。起重機(jī)械在搬運(yùn)物料時(shí)，通常經(jīng)歷著上料、運(yùn)送、卸料以及回到原處的過程，各工作機(jī)構(gòu)在工作時(shí)作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)，例如經(jīng)歷起升機(jī)構(gòu)的工作由物品的升、降和空載取裝置的升、降所組成；運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作由負(fù)載和空載時(shí)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所組成。在起重機(jī)械的每一個(gè)工作循環(huán)，即每搬運(yùn)一次物品的過程中，其有關(guān)的工作機(jī)構(gòu)都要作一次正向和反向的運(yùn)動(dòng)。起重機(jī)械與連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械的主要區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫往復(fù)工作循環(huán)運(yùn)送物品，而后者是以長期連續(xù)單向的工作運(yùn)送物品。正是由于這一基本差異決定了起重機(jī)械和連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械在構(gòu)造和設(shè)計(jì)計(jì)算方面的許多重要差別。在起重機(jī)械中，用來使貨物提升或下降的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械最基本的機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)通常包括：取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、減速裝置、驅(qū)動(dòng)裝置以及安全裝置等部分，其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)通用零件。
起升機(jī)構(gòu)中大多數(shù)情況均采用閉式減速器傳動(dòng)，并且以漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)為主。一些新穎的齒輪傳動(dòng)如圓弧齒輪，擺線行星齒輪傳動(dòng)，漸開線少齒傳動(dòng)和諧傳動(dòng)正被逐漸應(yīng)用到起重機(jī)械上來。
1.4 起重機(jī)械的組成
工作機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是使被吊運(yùn)的物品獲得必要的升降和水平位移，從而實(shí)現(xiàn)物品裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)要求。起重機(jī)械上常用的工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，即所謂起重機(jī)械的四大構(gòu)件。此外，針對(duì)某些特殊的使用要求，有時(shí)還設(shè)有伸縮機(jī)構(gòu)，放倒機(jī)構(gòu)，夾鉗機(jī)構(gòu)等，在這些機(jī)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)物品垂直升降的起升結(jié)構(gòu)是起重機(jī)械的基本工作機(jī)構(gòu)，而其它機(jī)構(gòu)則是輔助的工作機(jī)構(gòu)，配合起升機(jī)構(gòu)工作。根據(jù)具體使用要求，輔助的工作機(jī)構(gòu)卻是任何一種起重機(jī)械所必不可少的。金屬結(jié)構(gòu)，它是起重機(jī)械的骨架，決定了起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)造型，它用來支撐工作機(jī)構(gòu)、物品的重力、自身重力以及外部載荷等，并將這些重力和載荷傳遞給起重機(jī)械的支撐基礎(chǔ)。動(dòng)力設(shè)備，它為起重機(jī)械提供工作動(dòng)力、控制、照明和聯(lián)絡(luò)等。
2 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案
起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該確保滿足起重機(jī)的主要工作性能，要合理選擇機(jī)構(gòu)型式，要使機(jī)構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重輕和維修保養(yǎng)方便等。
起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括：根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，并確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)布置方案；按給定的整機(jī)主要參數(shù)（最大額定起重量、起升高度、起升速度等）確定起升機(jī)構(gòu)參數(shù)，并確定機(jī)構(gòu)各部件的結(jié)構(gòu)類型和尺寸；以及機(jī)構(gòu)動(dòng)力裝置的選擇計(jì)算等。
起升機(jī)構(gòu)的起重零部件的選擇計(jì)算主要包括：吊鉤、起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率、起重鋼絲繩、滑輪與卷筒。起升機(jī)構(gòu)的布置如圖2.1所示：
圖2.1 起升機(jī)構(gòu)布置方案
按照布置宜緊湊的原則，采用雙聯(lián)滑輪組。如下圖：
圖2.2 滑輪組簡圖
按，查文獻(xiàn)[1]表選滑輪組倍率，承載繩分支數(shù)：。查文獻(xiàn)[1]附表選圖號(hào)為G15吊鉤組，得其質(zhì)量：，兩動(dòng)滑輪間距。
2.2 鋼絲繩的選擇
(1) 選擇鋼絲繩
鋼絲繩是由許多高強(qiáng)鋼絲編繞而成。鋼絲的材料通常采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其含碳量為，根據(jù)不同使用目的，其結(jié)構(gòu)和編繞方式各不相同，有單繞，雙重繞，三重繞等型式。起重機(jī)用鋼絲繩采用雙繞繩，即先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。繩芯的材料可用有機(jī)物芯如麻芯，棉芯，還可用石棉芯或金屬芯。有機(jī)物芯的鋼絲繩具有較大的撓性和彈性，潤滑性好，但不能承受橫向壓力，不耐高溫；石棉芯鋼絲繩的特性與上述相似，但能在高溫條件下工作；金屬芯鋼絲繩強(qiáng)度高，能承受高溫工作和橫向力，但潤滑性較差。一般情況下常選用有機(jī)物芯的鋼絲繩，高溫時(shí)宜用石棉芯或金屬芯，在卷筒上多層卷進(jìn)繞時(shí)宜用金屬芯的鋼絲繩。
若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)，查文獻(xiàn)[1]表得滑輪組效率：鋼絲繩所受最大拉力：
kN (2-1)
查文獻(xiàn)[1]附表選用，中級(jí)工作類型（工作級(jí)別）時(shí)安全系數(shù)。
鋼絲繩計(jì)算破斷拉力:
kN (2-2)
查文獻(xiàn)[1]附表選用瓦林型纖維芯鋼絲繩，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度，光面鋼絲，右交互捻，直徑，鋼絲繩最小破斷拉力，標(biāo)記如下：
鋼絲繩: 14NAT6×19W+FC1770ZS10867.4GB/T8918-1996
(2) 鋼絲繩允許的偏斜角
1) 鋼絲繩進(jìn)出滑輪時(shí)的允許偏角:
(2-3)
式中 由[2]查得: ；
；
。
所以 。
2) 鋼絲繩進(jìn)出卷筒時(shí)允許偏角：
，
查[2]表，。向空槽方向，向鄰槽方向。
2.3 滑輪的計(jì)算與選擇
滑輪的許用最小直徑：
(2-4)
式中 系數(shù)由查文獻(xiàn)[1]表查得；
滑輪直徑，取平衡滑輪直徑
，查文獻(xiàn)[1]附表選用。
滑輪的繩槽部分尺寸可由查文獻(xiàn)[2]附表查得。
由查文獻(xiàn)[1]附表選用鋼絲繩直徑,,滑輪軸直徑的型滑輪標(biāo)記為:
滑輪：E114×350-80 JB/T 9005.3-1999
由查文獻(xiàn)[1]附表平衡滑輪選用,,滑輪直徑的型滑輪標(biāo)記為:
滑輪：F14×250-80 JB/T 9005.3-1999
2.4 吊鉤的計(jì)算
(1) 確定吊鉤裝置構(gòu)造方案
吊鉤按制造方法可分為鍛造吊鉤和片式吊鉤；按其結(jié)構(gòu)型式可分為單鉤和雙鉤；長鉤和短鉤。
吊鉤裝置用于三倍率雙聯(lián)滑輪組，所以必須采用長型的構(gòu)造方案。吊鉤鉤身的截面形狀有圓形，方形，梯形或字形。從受力情況分析，以字形截面最為合理，但鍛造工藝較復(fù)雜。梯形截面受力較合理，鍛造容易。
鍛造吊鉤的材料一般采用號(hào)鋼。起重量較小的吊鉤也可采用或；片式吊鉤由切割成型的多片鋼板構(gòu)成，其厚度不得小于20mm并使板鉤在高度方向與鋼板軋制方向一致。
工程起重機(jī)常用T字形或梯形截面的鍛造單鉤。通過吊鉤已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可查閱有關(guān)手冊(cè)直接選用。采用非標(biāo)準(zhǔn)吊鉤或需對(duì)所選項(xiàng)吊鉤進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，可按下述方法進(jìn)行。
由文獻(xiàn)[3]表選擇一個(gè)鍛造單面吊鉤,鉤號(hào)為，材料采用號(hào)鋼。
(2) 吊鉤主體結(jié)構(gòu)的主要尺寸
1) 根據(jù)文獻(xiàn)[3]當(dāng)選擇吊鉤類型為直柄號(hào)吊鉤，由文獻(xiàn)[5]表所得。
2) 吊鉤螺母最小工作高度查文獻(xiàn)[4]選M56螺母：
mm (2-5)
考慮設(shè)置防松螺栓，實(shí)際取螺紋高度：。
3) 螺母外徑：
mm (2-6)
取。
(3) 吊鉤強(qiáng)度驗(yàn)算
1) 吊鉤軸的頸部螺紋M56處拉伸應(yīng)力：
(2-7)
式中 —螺紋內(nèi)徑，由文獻(xiàn)[4]表6-3查得，；
—?jiǎng)恿ο禂?shù)，由文獻(xiàn)[4]圖查得。
由文獻(xiàn)[6]表查得等級(jí)，安全系數(shù)，材料號(hào)鋼，由文獻(xiàn)[6]表查得，故，故滿足強(qiáng)度要求。
2) 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鎻?qiáng)度驗(yàn)算：
其受拉力，偏心力距，由
(2-8)
式中
得出：。
MPa (2-9)
MPa (2-10)
因?yàn)?故滿足強(qiáng)度要求。其應(yīng)力分布如圖2.3所示。
圖2.3 吊鉤彎曲處應(yīng)力分布
3) 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍮-B強(qiáng)度驗(yàn)算：
系物繩張力一側(cè)：
kg (2-11)
圖2.4 鋼絲繩一側(cè)受力
由上圖2.4鋼絲繩受力圖可得：
kg (2-12)
MPa (2-13)
(2-14)
故滿足強(qiáng)度要求。
因?yàn)锽-B斷面尺寸按理當(dāng)比斷面小，但由于斷面有強(qiáng)烈的磨損，一般取與斷面相同的尺寸。
(4) 推力球軸承的選擇
由于軸承在工作過程中很少轉(zhuǎn)動(dòng)，故可根據(jù)額定靜負(fù)荷選擇。由文獻(xiàn)[3]表選51211(GB/T301-1995)推力球軸承，由文獻(xiàn)表查得其額定靜負(fù)荷，由文獻(xiàn)[7]表13-6查得載荷系數(shù)。
軸承當(dāng)量靜負(fù)荷：
(2-15)
所以 安全。
式中 —安全系數(shù)由文獻(xiàn)[3]表選用。
(5) 吊鉤組軸及拉板的強(qiáng)度驗(yàn)算
1) 吊鉤橫軸的計(jì)算
由文獻(xiàn)[1]附圖可知，橫軸兩側(cè)拉板的間距是由滑輪之間尺寸所決定。橫軸可做為一簡支梁來進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
橫軸的計(jì)算載荷如圖2.5(a)：
(2-16)
式中 由文獻(xiàn)[1]圖查取動(dòng)載系數(shù)。
橫軸的最大彎矩：
(2-17)
中間斷面的截面模數(shù)如圖2.5b：
(2-18)
圖2.5 吊鉤橫軸和滑輪軸的計(jì)算簡圖
彎曲應(yīng)力：
(2-19)
橫軸材料由文獻(xiàn)[6]表查取，許用應(yīng)力。故橫軸強(qiáng)度足夠。其中式中為安全系數(shù)見文獻(xiàn)[6]表5-10。
2) 滑輪軸的計(jì)算
滑輪軸是一個(gè)簡支梁，支點(diǎn)距離。它的作用是承受滑輪的三個(gè)壓力，為計(jì)算簡便起見，把三個(gè)力看作集中力如圖2.5c。
滑輪的作用力：
(2-20)
軸上的彎矩（和斷面）：
(2-21)
和斷面模數(shù)：
(2-21)
彎曲應(yīng)力：
(2-21)
滑輪軸的材料與吊鉤橫軸相同，亦為號(hào)鋼，許用應(yīng)力也相同。，
故強(qiáng)度足夠。
3) 拉板的強(qiáng)度校核
圖2.6 拉板簡圖
拉板的尺寸如圖2.6所示，斷面a-a的拉伸應(yīng)力：
(2-24)
式中 —應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]圖5-13查得。
拉板材料為Q-235號(hào)鋼，由文獻(xiàn)[6]表和表得了屈服極限和安全系數(shù)，許用拉伸應(yīng)力：
(2-25)
垂直斷面內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力最大，其為：
(2-26)
又因?yàn)榈蹉^橫梁的軸頸，材料鑄鋼ZG340-640，由文獻(xiàn)[6]表查出，由文獻(xiàn)[6]表查得安全系數(shù)為。
2.5 卷筒的計(jì)算
(1) 卷筒尺寸
1) 卷筒直徑：
(2-27)
查文獻(xiàn)[1]附表13取，卷筒繩槽尺寸由文獻(xiàn)[2]表14-3查得槽距，， 槽底半徑。
2) 卷筒長度
(2-28)
式中 —起重機(jī)最大高度： ；
—卷筒的計(jì)算直徑：；
—附加安全圈數(shù)，一般取圈：??；
—繩槽節(jié)距：查文獻(xiàn)[2]表，取；
—卷筒不切槽部分長度：取其等于吊鉤滑輪的間距；
取 。
卷筒的壁厚：
(2-29)
取。
(2) 卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算
1) 卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算
(2-30)
式中 —多層卷繞系數(shù)， 取單層則；
—應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時(shí)對(duì)筒壁應(yīng)力有減小作用，一般可?。?
—鋼絲繩最大靜拉力，；
—卷筒壁厚，；
—繩槽節(jié)距，；
將數(shù)值代入上式，得：。
對(duì)鑄鐵卷筒HT20-40，則文獻(xiàn)[6]表10-1查得其最小抗拉強(qiáng)度。
許用壓應(yīng)力：
(2-31)
，故卷筒壓縮強(qiáng)度足夠。
2) 卷筒應(yīng)力驗(yàn)算
由于卷筒長度，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖如圖2.7。
圖2.7 卷筒受力簡圖
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒是中間時(shí):
(2-32)
卷筒斷面系數(shù):
(2-33)
式中 —卷筒外徑,；
—卷筒內(nèi)徑,
于是
(2-34)
合成應(yīng)力:
(2-35)
式中 許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[6]表和查，。
所以 ，卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過。故選定卷筒直徑，長度，卷筒槽的槽底半徑，槽距；起升高度H=15m，倍率a=3靠近減速器一端的卷筒槽為向左的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒：—左 JB/T 9006.2—1999
2.6 繩端固定裝置的計(jì)算
根據(jù)鋼繩直徑為，由文獻(xiàn)[2]表選擇壓板固定裝置（圖2.8）并將壓板的繩槽改用梯形槽。雙頭螺柱的直徑M24。
圖2.8 鋼繩固定端簡圖
用壓板固定鋼絲繩,已知卷筒長度計(jì)算采用的附加圈數(shù)，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)。則在繩端固處的作用力：
(2-36)
壓板螺栓所受之拉力：
(2-37)
式中 -壓板梯形槽與鋼繩的換算摩擦系數(shù)。當(dāng)時(shí)：
(2-38)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
(2-39)
式中 （螺栓數(shù)）；
（螺紋內(nèi)徑）；
（彎矩）。
螺栓材料為，由文獻(xiàn)[6]表查取屈服極限，則許用拉伸應(yīng)力為：（由[6]表取安全系數(shù)）。
， 因?yàn)?，故通過強(qiáng)度驗(yàn)算。
2.7 電動(dòng)機(jī)的選用
(1) 電動(dòng)機(jī)的功率確定
起升機(jī)構(gòu)靜功率：
(2-40)
式中 機(jī)構(gòu)總效率是由三部分組成：滑輪組效率 、卷筒效率和減速器效率，由文獻(xiàn)[3]查得一般，取。
電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率：
(2-41)
式中 系數(shù)由文獻(xiàn)[1]表查得，對(duì)于級(jí)機(jī)構(gòu)，。
查文獻(xiàn)[1]附表30選用電機(jī)，其，，，電機(jī)質(zhì)量。
(2) 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件
電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱驗(yàn)算
(2-42)
其中 （查文獻(xiàn)[2]表）
由此，初選電動(dòng)機(jī)能滿足不過熱條件。
2.8 減速器的計(jì)算與選用
(1) 減速器傳動(dòng)比
卷筒轉(zhuǎn)速：
(2-43)
減速器總傳動(dòng)比：
(2-44)
式中 —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速；
—卷筒轉(zhuǎn)速；
(2) 減速器的選取
查文獻(xiàn)[1]附表選取減速器，當(dāng)工作類型為中級(jí)時(shí)，許用功率，，質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長度（錐形）。
(3) 輸出軸強(qiáng)度校核：
輸出軸最大徑向力Rmax
(2-45)
式中: 卷筒上卷引起的載荷；
卷筒及軸自重，由文獻(xiàn)[1]附表估算；
減速器輸出軸端最大允許向載荷，由[1]附表查得。
由文獻(xiàn)[1]公式得輸出最大扭矩：
(2-46)
式中: 電機(jī)軸額定力矩；
當(dāng)時(shí)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，由文獻(xiàn)[1]附表查出；
減速器傳動(dòng)效率；
減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由文獻(xiàn)[1]附表。
所以：
由上計(jì)算，所選取減速器能滿足要求。
2.9 起升速度和實(shí)際所需功率
(1) 實(shí)際速度
驗(yàn)算貨物實(shí)際速度：
(2-47)
誤差：
(2-48)
(2) 實(shí)際功率
實(shí)際所需等效功率：
(2-49)
2.10 制動(dòng)器的選用
根據(jù)物體下降時(shí)的扭矩
(2-50)
由文獻(xiàn)[3]附表選用：電力液壓推桿制動(dòng)器。
參數(shù)： 制動(dòng)直徑；
制動(dòng)力矩；
配用推動(dòng)器型號(hào)：；
電機(jī)功率；
配用制動(dòng)架型號(hào)：ZDJ-300/25Z。
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
(2-51)
2.11 起升和制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算
(1) 起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算
機(jī)構(gòu)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生加速度和慣性力。如起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間過長，加速度小，要影響起重機(jī)的生產(chǎn)率；如起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間過短,加速度太大，會(huì)給金屬結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部件施加很大的動(dòng)載荷。因此,必須把起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間(或起動(dòng)加速度與制動(dòng)減速度)控制在一定的范圍內(nèi)。
起動(dòng)時(shí)間：
(2-52)
式中 —電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，
(2-53)
靜阻力矩：
(2-54)
平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
(2-55)
所以
(2-56)
通常起升機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)間為，此處小于，可在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，增加起動(dòng)電阻，延長起動(dòng)時(shí)間，故所選電動(dòng)機(jī)合適。
(2) 制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算
制動(dòng)時(shí)間:
(2-57)
式中
(2-58)
由文獻(xiàn)[1]表查得許用加速度，，，故：
，，符合要求。
2.12 高速浮動(dòng)軸的計(jì)算
(1) 疲勞計(jì)算
由文獻(xiàn)[2]起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷
(2-59)
式中 —?jiǎng)虞d系數(shù)，；
—起升載荷動(dòng)載系數(shù)（物品起升或下降制動(dòng)的動(dòng)載效應(yīng)），
由前節(jié)選定軸徑，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
軸材料用號(hào)鋼，，，
彎曲：，
扭矩：；
軸受脈動(dòng)循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
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)于零件表面有急過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，；
—與零件表面加工光潔度有關(guān)，對(duì)于粗糙度為3.2, ；
對(duì)于粗糙度為12.5；,此處??；
—考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼及低合金鋼；
—安全系數(shù)，（由文獻(xiàn)[2]表查得）。
所以 。故 通過。
(2) 強(qiáng)度驗(yàn)算
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
(2-60)
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(2-61)
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(2-62)
式中 —安全系數(shù)，。
因?yàn)? ，故通過。
浮動(dòng)軸的構(gòu)造如圖2.9所示，中間軸徑：
，取。
圖2.9 高速浮動(dòng)軸構(gòu)造圖
2.13 聯(lián)軸器的計(jì)算與選用
高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由[1] 式：
(2-63)
式中 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
聯(lián)軸器安全系數(shù)；
剛性動(dòng)載系數(shù)，一般。
由文獻(xiàn)[1]附表查得電動(dòng)機(jī)軸端為圓錐形,軸端，。
從文獻(xiàn)[1]附表查得減速器的高速軸端為圓錐形，?？侩妱?dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器由文獻(xiàn)[1]附表選用半聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量。浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形，?？繙p速器端聯(lián)軸器 由文獻(xiàn)[1]附表選用帶制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量。為與制動(dòng)器YWZ-200/25相適應(yīng)，將聯(lián)軸器所帶制動(dòng)輪。
3 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案
經(jīng)比較后，確定采用如圖3.1所示的傳動(dòng)方案。
圖3.1 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)圖
3.2 車輪的選用與驗(yàn)算
(1) 車輪選用
車輪最大輪壓，小車質(zhì)量為。假定輪壓均布：
(3-1)
車輪最小輪壓：
(3-2)
初選車輪：由文獻(xiàn)[1]附表可知，當(dāng)運(yùn)行速度，，工
作級(jí)為中級(jí)時(shí)，車輪直徑軌道型號(hào)為的許用輪壓為。
根據(jù)GB4628-84規(guī)定，直徑系列為，，，，。
故初選定車輪直徑為，而后校核強(qiáng)度。
(2) 強(qiáng)度驗(yàn)算
按車輪與軌道為線接觸兩種情況驗(yàn)算車輪接觸強(qiáng)度。車輪踏面疲勞計(jì)算載荷：
(3-3)
車輪材料，由文獻(xiàn)[5]表1-27選ZG340-60，，。
線接觸局部擠壓強(qiáng)度：
(3-4)
式中 —許用線接觸應(yīng)力常數(shù)()，由文獻(xiàn)[1]附表查得其為6；
—車輪與軌道有效接觸強(qiáng)度,對(duì)于軌道(P18)（由文獻(xiàn)[1]附表）；
—轉(zhuǎn)速系數(shù)，由[1]表，車輪轉(zhuǎn)速時(shí)，；
—工作級(jí)別系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表，當(dāng)為級(jí)時(shí)；
，故通過。
點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度
(3-5)
式中 —許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)，由文獻(xiàn)[1]表查得；
—曲率半徑，車輪與軌道曲率半徑中最大值車輪軌道曲率半徑（由文獻(xiàn)[1]附表查得），故?。?
—由比值（為，中的小值）所確定的系數(shù)，，由文獻(xiàn)[1]表查得。
,故通過。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選定直徑的單輪緣車輪子：
3.3 運(yùn)行阻力的計(jì)算
摩擦阻力矩：
(3-6)
查文獻(xiàn)[1]附表，此選車輪組軸承亦。軸承內(nèi)徑和外徑的平均值。由文獻(xiàn)[1]表查得滾動(dòng)摩擦系數(shù)，軸承摩擦系數(shù)，附加阻力系數(shù)，代入式得
滿載運(yùn)行阻力矩：
(3-7)
運(yùn)行摩擦阻力：
(3-8)
當(dāng)空載時(shí)：
(3-9)
運(yùn)行摩擦阻力：
(3-10)
3.4 電動(dòng)機(jī)的選用
(1) 電動(dòng)機(jī)選用
電動(dòng)機(jī)靜功率：
(3-11)
式中 —滿載時(shí)靜功率;
—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；
—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)。
初選電動(dòng)機(jī)功率：
(3-12)
式中 —電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù)，由文獻(xiàn)[3]中，取
由文獻(xiàn)[3]表，JC%=40%型號(hào)YZR-132MB。，同步轉(zhuǎn)速為，滿載時(shí)轉(zhuǎn)速為。輸出軸徑為。
(2) 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件
等效功率：
(3-13)
式中 G由文獻(xiàn)[2]表7-11查得小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)其可?。?
故 ，所以所選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過。
3.5 減速器的計(jì)算與選用
車輪轉(zhuǎn)速：
(3-14)
機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
(3-15)
電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩:
(3-16)
疲勞計(jì)算基本載荷：
(3-17)
式中 -電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；
-剛性動(dòng)載系數(shù)，。
則有：
相對(duì)工作級(jí)別的計(jì)算功率，按，得。
初選型號(hào)查文獻(xiàn)[5]表。又由式。因?yàn)?，所以選擇減速器滿足要求。 選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的減速器時(shí)，其總設(shè)計(jì)壽命一般應(yīng)與它所在機(jī)構(gòu)的利用等級(jí)相符合。一般情況下，可根據(jù)傳動(dòng)比、輸入軸的轉(zhuǎn)速、工作級(jí)別和電動(dòng)機(jī)的額定功率來選擇減速器的具體型號(hào)并使減速器的許用功率[P]滿足下式：
(3-18)
式中 K—選用系數(shù)，根據(jù)減速器的型號(hào)和使用場(chǎng)合確定。
根據(jù)以上條件選用型號(hào)為型減速器。
3.6 運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率
(1) 實(shí)際運(yùn)行速度
(3-19)
誤差：
(3-20)
(2) 實(shí)際所需等效功率
(3-21)
3.7 起動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算
起動(dòng)時(shí)間：
(3-22)
式中 ；
驅(qū)動(dòng)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
(3-23)
滿載運(yùn)行時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的運(yùn)行靜阻力矩：
(3-24)
滿載運(yùn)行時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的運(yùn)行靜阻力矩：
(3-25)
初步估算制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的飛輪矩：
(3-26)
機(jī)構(gòu)總飛輪矩：
(3-27)
(1) 滿載起動(dòng)時(shí)間：
(3-28)
(2) 無載荷起動(dòng)時(shí)間：
(3-29)
由文獻(xiàn)[1]表查得，當(dāng)時(shí)，[]推薦值為，[]故所選項(xiàng)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。
3.8 校核減速器功率
起動(dòng)狀況減速器傳動(dòng)的功率：
(3-30)
式中
—運(yùn)行機(jī)構(gòu)中同一級(jí)傳動(dòng)的減速器個(gè)數(shù)，。
所以所選用減速符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.9 起動(dòng)不打滑條件
因室內(nèi)使用，故不計(jì)風(fēng)及坡阻力矩，只驗(yàn)算空載及滿載起動(dòng)時(shí)兩種工況。空載起動(dòng)時(shí)，主動(dòng)車輪配軌道接觸處的圓周切向力：
(3-31)
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。
滿載起動(dòng)時(shí)，主動(dòng)車辦與軌道接觸處的圓周切向力：
(3-32)
車輪與軌道的粘著力：
(3-33)
故滿載起動(dòng)時(shí)不會(huì)打滑，因此所選項(xiàng)電動(dòng)機(jī)合適。
3.10 制動(dòng)輪的計(jì)算
由[1]查得，對(duì)于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)間取，因此，所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
(3-34)
由文獻(xiàn)[1]表選用YWZ100/25Z型制動(dòng)輪，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
考慮到所取制動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)時(shí)間接近，故略去制動(dòng)不打滑條件驗(yàn)算。
3.11 高速軸聯(lián)軸器及制動(dòng)器
(1) 高速軸聯(lián)軸器
高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由文獻(xiàn)[1] 式：
(3-35)
式中
N—聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)；
—機(jī)構(gòu)剛性動(dòng)載系數(shù)，，取。
由文獻(xiàn)[3]表查電動(dòng)機(jī)YZR-132MB兩端伸出軸各為圓柱形，。由文獻(xiàn)[5]附表查得減速器高軸端為圓柱形，。故從文獻(xiàn)[4]表12-2選凸緣聯(lián)軸器。主動(dòng)端A型鍵槽，，從動(dòng)端A型鍵槽，。標(biāo)記為：聯(lián)軸器。其公稱轉(zhuǎn)矩，,飛輪矩，質(zhì)量。
(2) 制動(dòng)器
高速軸端制動(dòng)器：根據(jù)制動(dòng)器已選定為，其飛輪矩[]，質(zhì)量。
以上聯(lián)軸器與制動(dòng)輪飛輪轉(zhuǎn)矩之和：
(3-36)
與原估計(jì)0.26基本相符，故以上計(jì)算不需修改。
3.12 低速軸聯(lián)軸器的選用
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
(3-37)
由文獻(xiàn)[5]表查得減速器低速軸端為圓柱形，，取浮動(dòng)軸裝聯(lián)軸器軸軸徑，，由文獻(xiàn)[4]表選用兩個(gè)凸緣聯(lián)軸器。主動(dòng)端A型鍵槽，，從動(dòng)端A型鍵槽，L=84mm。
由前節(jié)已選車輪直徑，由表參考車輪組，車輪軸安裝聯(lián)軸器處直徑，。同樣選用兩個(gè)YL型凸緣聯(lián)軸器。其安裝聯(lián)軸器。其主動(dòng)軸端；Y型軸孔，A型鍵槽，；從動(dòng)端：Y型軸孔，A型鍵槽，。標(biāo)記為：
3.13 低速浮動(dòng)軸的驗(yàn)算
(1) 疲勞驗(yàn)算
由[2]運(yùn)行機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算載荷：
(3-38)
由前節(jié)已選定浮動(dòng)軸端直徑，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-39)
浮動(dòng)軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)（因行機(jī)構(gòu)正反轉(zhuǎn)矩相同），材料仍選用鋼，由起升機(jī)構(gòu)高速浮動(dòng)軸計(jì)算，得，許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-40)
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)于零件表面有急過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，；
—與零件表面加工光潔度有關(guān)，對(duì)于粗糙度為3.2, ；對(duì)于粗糙度為12.5；,此處?。?
—考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼及低合金鋼；
—安全系數(shù)，（由文獻(xiàn)[2]表查得）。
故 ，通過驗(yàn)算。
(2) 強(qiáng)度驗(yàn)算
由運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作最大載荷：
(3-41)
式中 —考慮彈性振動(dòng)的力矩增大系數(shù)，對(duì)突然起動(dòng)的機(jī)構(gòu)，由文獻(xiàn)[2]式查 ，此處取其為；
—?jiǎng)傂詣?dòng)載系數(shù)，文獻(xiàn)[2]式查,取。
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-42)
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-43)
所以 故通過。
浮動(dòng)軸直徑：取。
4 總結(jié)
經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使得我學(xué)會(huì)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)態(tài)度，了解了設(shè)計(jì)人員的困難與艱辛。設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這一個(gè)從無到有的過程，需要參考許多的文獻(xiàn)并進(jìn)行大量的計(jì)算，才能得到來之不易的結(jié)果。
剛剛拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，從頭到尾看了一遍，感覺很難，比書本上的要深?yuàn)W的多，于是我就查閱資料，仔細(xì)推敲，進(jìn)行繁冗的計(jì)算，最終的到我的數(shù)據(jù)，繪出我的圖形。
經(jīng)過設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算和繪圖，最終我看到了自己的成果，心情非常愉悅，畢竟這是我認(rèn)真思考,認(rèn)真吸取各參考文獻(xiàn)中的知識(shí)所設(shè)計(jì)出來的東西。雖然我的設(shè)計(jì)存在不少紕漏，但經(jīng)過指導(dǎo)老師（程賢福老師）的細(xì)心查看和耐心指導(dǎo)，我最終得以順利完成此次設(shè)計(jì)。
最后在這里感謝那些幫助過我的同學(xué)，特別是老師不厭其煩的細(xì)心指導(dǎo)的孜孜不倦的教誨讓我受益良多，相信這對(duì)我今后的人生會(huì)有極大的幫助！
謝 辭
本文是在導(dǎo)師程賢福老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個(gè)論文工作中，程老師都給予了全面、認(rèn)真的指導(dǎo)，在論文工作即將完成之際，向關(guān)心、教育我的導(dǎo)師表示衷心的感謝！幾年來的耳濡目染，導(dǎo)師高尚的品格、淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和勤奮求實(shí)的工作作風(fēng)給本人留下了深刻的印象，使本人受到了深刻的教育和啟迪，并將成為本人終生受益的寶貴財(cái)富。
同時(shí)我還要感謝在我遇到困難時(shí)鼓勵(lì)我堅(jiān)持下去的同學(xué)們，正是他們的幫助才使我得以完成此次的設(shè)計(jì)，這份深厚的友誼我將永記在心。
當(dāng)然我還應(yīng)該感謝在大學(xué)期間教過我的每一位老師。正是他們每一點(diǎn)每一滴的教誨，使我的理論知識(shí)逐日積累，我才能順利完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
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