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1、焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 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 車間料場等場合。 1.2 起重機(jī)設(shè)計的總體方案 本次起重機(jī)設(shè)計的主要參數(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)行傳動方式為分別傳動；橋架主梁型 式,箱形梁.小車估計重量4t,起重機(jī)的重量16.8t .工作類型為中級。 根據(jù)上述參數(shù)確定的總體方案如下： 主梁的設(shè)計： 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,主梁上的走臺的 寬度取決于端梁的長度和大車運(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，主梁通常會產(chǎn)生下?lián)献?形，但加工和裝配時采用預(yù)制上拱。 小車的設(shè)計： 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)采用閉式傳動方案，電動機(jī)軸與二級圓柱齒輪減速

3、器的高速軸之間 采用兩個半齒聯(lián)軸器和一中間浮動軸聯(lián)系起來，減速器的低速軸魚卷筒之間采用 圓柱齒輪傳動。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動，小車的四個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，電動機(jī)裝在小車架的臺面上，由于電動機(jī) 軸和車輪軸不在同一個平面上，所以運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用立式三級圓柱齒輪減速器，在 減速器的輸入軸與電動機(jī)軸之間以及減速器的兩個輸出軸端與車輪軸之間均采用 帶浮動軸的半齒聯(lián)軸器的連接方式。 小車架的設(shè)計，采用粗略的計算方法，靠現(xiàn)有資料和經(jīng)驗來進(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： 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)行采用分別傳動的方案。 在裝配起重機(jī)的時候，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)計和制造時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 第二章大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計 2.大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計 2.1 設(shè)計的基本原則和要求 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計通常和橋架的設(shè)計一起考慮，兩者的設(shè)計工作要交叉進(jìn) 行，一般的設(shè)計步驟： 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 對大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本要求是： 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)傳動方案 大車機(jī)構(gòu)傳動方案，基本分為兩類： 分別傳動和集中傳動，橋式起重機(jī)常用的跨度（10.5-32M）范圍均可用分別傳動 的方案本設(shè)計采用分別傳動的方案。 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)的零部件時應(yīng)該注意以幾點(diǎn)： 1 .因為大車運(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?，機(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)動性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動機(jī)、減速器和車 輪的軸，最好都用浮動軸。 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 .對于分別傳動的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，在浮動軸有足夠的 長度的條件下，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺減小，占用橋架的一個節(jié)問到兩個節(jié)間的 長度，總之考慮到橋架的設(shè)計和制造方便。 4 .制動器要安裝在靠近電動機(jī)，使浮動軸可以在運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動時發(fā)揮吸收 沖擊動能的作用。 2.2大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計算 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，機(jī)構(gòu)運(yùn)行持續(xù)率為 JC%=25起重機(jī)的估計重量G=168KN小車 的重量為Gc=40KN橋架采用箱形結(jié)構(gòu)。 計算過程如下： 2.2.1 確定機(jī)構(gòu)的傳動方案 本起重機(jī)采用分別傳動的方案如圖（2-1） 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)圖（2-1） 1—電動機(jī)2 —制動器 3 —高速浮動軸 4 —聯(lián)軸器5 —減速器6—聯(lián)軸器7 低速浮動 軸8 —聯(lián)軸器9 —車輪 2.2.2 選擇車輪與軌道，并驗算其強(qiáng)度 按照如圖所示的重量分布，計算大車的最大輪壓和最小輪壓： 滿載時的最大輪壓： 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時工作 類型為中級時，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)度的計算 疲勞強(qiáng)度計算時的等效載荷： 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，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， Kci=1.05 根據(jù)點(diǎn)接觸情況計算疲勞接觸應(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)度計算。 2) .強(qiáng)度校核 最大輪壓的計算： 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： 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 選擇電動機(jī) 電動機(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)行時的靜阻力 (P m (Q=。 =2016N) m=2驅(qū)動電動機(jī)的臺數(shù) 初選電動機(jī)功率： N=K*Nj=1.3*2.54=3.3KW 式中K-電動機(jī)功率增大系數(shù)，由［1］表9-6查得Kd=1.3 查［2］表 31-27 選用電動機(jī) YR160M-8 Ne=4KWm=705rm, (GD) =0.567kgm2, 電動機(jī)的重量 G=160kg 2.2.5 驗算電動機(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，K25=0.75

16、r—由［1］按照起重機(jī)工作場所得tq/tg=0.25,由［1］圖8-37估得r=1.3 由此可知：Nx

17、.7 驗算運(yùn)行速度和實際所需功率 實際運(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 實際所需的電動機(jī)功率： N j=Nj . V dc/ Vdc =2.54 X 88.56/90=2.49KW 由于N j

18、電動機(jī)臺數(shù) M=1.5X975XN/m =1.5 X975X4/705=82.9N - m 滿載時運(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 滿載起動時間:  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 空載啟動時間: 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 起動時間在允許范圍內(nèi)。

20、 2.2.9 起動工況下校核減速器功率 起動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，同一級傳動減速器的個數(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=9.1KW>N故所選減速器功率合適。 2.2.10 驗算啟動不打滑條件 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 1.兩臺電

21、動機(jī)空載時同時驅(qū)動: 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---主動輪輪壓 P2= p i=84KN----從動輪輪壓 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,故兩臺電

22、動機(jī)空載啟動不會打滑 2.事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車位于工作著的驅(qū)動裝置這一邊時，則 n= p1f nz G 5,P2（k」2）；P1k 60tq Dc 2 式中 P產(chǎn)pmax=50.2KN----主動輪輪壓 / / 2 2 pmin + pmax =2X33.8+50.2=117.8KN---從動輪輪壓 匕---一臺電動機(jī)工作時空載啟動時間 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)只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動裝置這一邊時，則 n= R f G v/ P2(k 」d) ： p〔k vdc 2 d皈 DC 式中Pi= Pm/in =33.8KN---主動輪輪壓 P2=p\n +2pmax=33.8+2*50.2=134.2KN---從動輪輪壓 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 故也不會打滑 結(jié)論:根據(jù)上述不打滑驗算結(jié)果可知，三種工況均不會打滑 2.2.11選擇制動器 由［1］中所述，取制動時間tz=5s 按空載計算動力矩，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----制動器臺數(shù).兩套驅(qū)動裝置工作 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YWZ-200/25的制動器，查［1］表18-10其制動力矩M=200 N m, 為避免打滑，使用時將其制動力矩調(diào)制 3.5 N ? m以下。 2.2.12 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)傳動方案，每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動軸. 1 .機(jī)構(gòu)高速軸上的計算扭矩： 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］選用兩個聯(lián)軸器ZLD,在靠近減速器 端浮動軸端直徑為 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 .低速軸的計算扭矩： M js =Mjsj? =154.8 X 15.75 X 0.95=2316.2 N m 2.2.13 浮動軸的驗算 1) .疲勞強(qiáng)度的計算 低速浮動軸的等效力矩： 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 由于浮動軸載荷變化為循環(huán)(因為浮動軸在運(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)度驗算通過 2).靜強(qiáng)度的計算 計算強(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，故高速軸驗算省去。 2.2.14緩沖器的選擇 1.碰撞時起重機(jī)的動能 2g G 一帶載起重機(jī)的重量 G=168000+100000 0.1 =178000N V 0一碰撞時的瞬時速度，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 制一制動器的制動力矩?fù)Q算到車輪踏面上的力，亦可按最大制動減速 度計算 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-W阻 w緩二n =5006.25-1569.96 =3436.29 N m 式中n —緩沖器的個數(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 第四章端梁接頭的設(shè)計 3.端梁的設(shè)計 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，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 確定端梁的總長度L=4100nim 3.2 端梁的計算 1 .計算載荷的確定 設(shè)兩根主梁對端梁的作用力 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、制動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)度計算。 4.端梁的強(qiáng)度驗算 端梁中間截面對水平重心線 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: 端梁支承截面對水平重心線 X-X的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計算如 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 驗算強(qiáng)度結(jié)果，所有計算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力, 求。 3.3主要焊縫的計算 3.3.1 端梁端部上翼

42、緣焊縫 端梁支承截面上蓋板對水平重心線 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)力驗算 端梁支承截面下蓋板對水平重心線 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,因此焊縫計算應(yīng)力滿足要求。 4端梁接頭的設(shè)計 4.1 端梁接頭的確定及計算 端梁的安裝接頭設(shè)計在端梁的中部， 根據(jù)端梁輪距K大小，則端梁有一個安 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。同時在下 蓋板與連接板鉆孔是應(yīng)該同時鉆孔。 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 第四章端梁接頭的設(shè)計 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算 1.腹板最下一排螺栓受力最大，每個螺栓所受的拉力為: 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—焊縫的計算厚度取h=6mm 3 .對上角鋼的焊縫 N 1776.8 2, = =211.5 N/ cm <[] 2lh 2 7 0.6 由上計算符合要求 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 第五章焊接工藝設(shè)計 5焊接工藝設(shè)計 對橋式起重機(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)計時應(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候，由于定位板起導(dǎo)向作用，在焊接時要特別注意，焊角 高度不能太高，否則車輪組在和端梁裝配的時，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 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1]起重機(jī)設(shè)計手冊 《起重機(jī)設(shè)計手冊》編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社， 1980 [2]機(jī)械設(shè)計師手冊 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 北京鋼鐵學(xué)院編，冶金工業(yè)出版社，1982 [4]焊接手冊 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會編，機(jī)械工業(yè)出

54、版社， 1992 36 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 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，在這三年的時間里，他們?yōu)?我們的成長和進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。在這次畢業(yè)設(shè)計中，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)計的整個過程中， 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，不但使我學(xué)到了知識，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)計過程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，設(shè)計中 的錯誤和不當(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！ 37