起重机课程设计

江苏师范大学连云港校区

海洋港口学院

课程设计说明书

课程名称 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师

年 月 日

目 录

绪 论 .......................................................................................................................................... 4 第1章 主起升机构计算 .......................................................................................................... 6 1.1 确定传动方案 .......................................................... 6 1.2 选择钢丝绳 ............................................................ 6 1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径 ........................................... 7 1.4 计算起升静功率 ........................................................ 9 1.5 初选电动机 ........................................................... 10 1.6 选用减速器 ........................................................... 10 1.7 电动机过载验算和发热验算 ............................................. 11 1.8 选择制动器 ........................................................... 12 1.9 选择联轴器 ........................................................... 12 1.10 验算起动时间 ........................................................ 13 1.11 验算制动时间 ........................................................ 13 1.12 高速轴计算 .......................................................... 14 第2章 小车副起升机构计算 ................................................................................................ 16 2.1 确定传动方案选择滑轮组和吊钩组 ....................................... 16 2.2 选择钢丝绳 ........................................................... 16 2.3 确定卷筒尺寸并验算强度 ............................................... 16 2.4 计算起升静功率 ....................................................... 17 2.5 初选电动机 ........................................................... 17 2.6 选用减速器 ........................................................... 17 2.7 电动机过载验算和发热验算 ............................................. 18 2.8 选择制动器 ........................................................... 19 2.9 选择联轴器 ........................................................... 19 2.10 验算起动时间 ........................................................ 19 2.11 验算制动时间 ........................................................ 20 2.12 高速轴计算 .......................................................... 21 第3章 小车运行机构计算 .............................................................................................. 23 3.1 确定机构传动方案 ..................................................... 23 3.2 选择车轮与轨道并验算其强度 ........................................... 23 3.3 运行阻力计算 ......................................................... 24 3.4 选电动机 ............................................................. 25 3.5 验算电动机发热条件 ................................................... 25 3.6 选择减速器 ........................................................... 25 3.7 验算运行速度和实际所需功率 ........................................... 25 3.8 验算启动时间 ......................................................... 26 3.9 按启动工况校核减速器功率 ............................................. 26 3.10 验算启动不打滑条件 .................................................. 27 3.11 选择制动器 .......................................................... 27 3.12 选择联轴器 .......................................................... 28

3.13 验算低速浮动轴强度 .................................................. 28 第4章 小车安全装置计算 .............................................................................................. 30 4.1 小车缓冲器 ........................................................... 30 4.2 起重量限制器 ......................................................... 31 4.3 行程限位开关和安全尺 ................................................. 31 自我小结 .................................................................................................................................. 31 参考文献 .................................................................................................................................. 32

绪 论

随着科学技术的进步和生产规模的扩大,通用桥式起重机亦相应的发展起来,各主

要资本主义国家和苏联,近年来为了垄断技术,争夺市场,对于桥式起重机的制造工艺及控制系统分别做了大量的试验,对产品进行了多方面的改进。

桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。

普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。

桥式起重机分类

1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。

2) 简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。

3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。

4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。

5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。

6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。

7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。

8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。

本次设计课题为32/5t通用桥式起重机机械部分设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。

通用桥式起由于该机械的设计过程中，主要需要设计两大机构：起升机构、运行机构能将我们所学的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以至用。因此，以此机型作为研究对象，具有一定的现实意义，又能便于我们理论联系实际。全面考察我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。由于我们的设计是一种初步尝试，而且知识水平有限，在设计中难免会有错误和不足之处，敬请各位老师给予批评指正，在此表示感谢。

第1章 主起升机构计算

1.1 确定传动方案

根据所给定的任务书。由于该类型的起重机额定起升吨位较小，起升作业范围较为宽裕，故此选用下图所示的传动方案（如图1所示）。

图1-1 主起升传动机构简图

1、钢丝绳2、电动机3、卷筒4、减速机5、传动轴 6、联轴器7、吊钩8、滑轮组

1.2 选择钢丝绳

1.2.1 钢丝绳缠绕图的确定

考虑到驱动装置应结构紧凑，总体尺寸不至太大，采用如图1-2所示的双联滑轮组。查起重机设计

图1-2 滑轮组 手册（如表1），该缠绕机构的

i滑轮组倍率h=4,因此承载绳分支数

i为Z=2h=8。错误！未找到引用源。为吊具自重载荷，初步估算其自重为

G0 =2.0% Q=0.02 320=6.4kN错误！未找到引用源。

表1-1 桥式与龙门起重机常用的滑轮组倍率

1.2.2 钢丝绳所受最大静拉力的计算

G?Q320?6.4钢丝绳所受到的最大静拉力可有下式确定 Smax?0??42kN2hh?ik2?4?0.97

式中 错误！未找到引用源。——为吊具自重； Q——为额定起重量；

i h——为滑轮组倍率； A——为滑轮组数 ； ——为滑轮组效率

按下式计算钢丝绳直径

Sd=c×max=0.096?42=19.7mm

σσc——选择系数，单位mm/N，用钢丝绳b=1850N/mm2，据M5及b查表得c值为0.096。

选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm， 其标记为6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)。

1.2.3 钢丝绳安全系数校验

钢丝绳的安全系数可按下式进行校验

式中 P——为钢丝绳的最小破断拉力 查有关设计手册可得P=236.7KN K——为安全系数 ，见表1-2

错误！未找到引用源。

经验算钢丝绳的安全系数足够。

表1-2 钢丝绳的安全系数 工作制度 安全系数K

轻级 5.0 中级 5.5 重级 6.0 1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径

卷筒和滑轮的最小卷绕直径

D0：

D0min≥h?d

式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数； 查表得：筒h1=18;滑轮h2=20； 筒最小卷绕直径轮最小卷绕直径

D0minh1?=d=18?20=360； D0minh2?=d=20?20=400。

考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=650㎜。

卷筒长度

L?2(L0?l1?l2)?l3?2[(Hm?n)t?3t?t]?l3?D0=1946.8mm。

式中 L0——筒上有绳槽长度，

L0=(Hm+n)tπD0，中安全圈n=2，起升高度H=16m，

槽节矩t=23mm，绕直径

D0=670mm；

l1——定绳尾所需长度,取l1=3?23=69mm；

l2——筒两端空余长度,取l2=t=23mm；

l3——筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距=150，3=1761mm。

l卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02?650+(6~10)]mm=19~23mm，δ=22.5mm。进行卷筒壁的压力计算。

满载吊钩上升到最高位置时，在钢丝绳的最高拉力错误！未找到引用源。 作用下，卷筒承受最大扭矩、弯矩及钢丝绳对卷筒壁的压应力作用（如图1-2所示）。

图1-2 卷筒受力图

⑴ 强度计算

由于L≤3D时，弯矩和扭矩的合应力一般不超过压应力的10～15%，所以只计算压应力。此时，卷筒壁的最大压应力是

式中 错误！未找到引用源。——应力减小系数，一般取0.75。

错误！未找到引用源。——多层卷绕系数，查表14-4取错误！未找到引用源。=1.4

错误！未找到引用源。——钢丝绳最大拉力 错误！未找到引用源。

δ——卷筒壁厚 δ=22.5mm

经验算卷筒的强度足够。 （2）稳定性验算

当前卷筒的直径和长度均较小，只要满足强度计算，一般稳定性都是足够的。故不再进行稳定性验算。

（3）卷筒转速计算

卷筒转速nt?mvn4?7.51==14.3r/min。 ?D03.14?0.67

1.4 计算起升静功率

Pj?

(Q?G0)vn(320000?6400)?7.51==47.6kW

60?100?060?1000?0.97式中 η——起升时总机械效率=0.858

?z——为滑轮组效率取0.97；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；连轴器效率取0.98。

η=ηzηchηlηt=0.97×0.94×0.982×0.9921.5 初选电动机

为了满足电动机启动时间与不过热要求，按下式初选相应于机构JC%值的电动机功率：

PJC≥GPj=0.8?47.6=38.08kW

式中 PJC：JC值时的功率，位为kW；

G：稳态负载平均系数如表1-4所示，根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。

表1-4 起升机构按静功率初选电动机的系数K值

查电动机产品目录，选用电动机型号为YZR280M-10，电动机转速

PJC=55KW，

nJC

=556r/min，

最大转矩允许过载倍数λm=2.8。飞轮转矩GD2=15.5KN.m2

nd?n0?式中

PjPJC(n0?nJC)?600?[47.6?(600?556)]=561.92r/min 55ndn0:在起升载荷,

PQ=326.4kN作用下电动机转速；

:电动机同步转速；

:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。

PJCnJC1.6 选用减速器

1.6.1 初选减速器型号nd 561.92i?减速器总传动比：

，取实际速比i=40。

PPn起升机构减速器按静功率j选取，根据j=47.6kW，d=561.92r/min，i=40，工作级别为M5，选定减速器为ZQH100，减速器许用功率[

ni?14.3?39.3Pnj]=79KW。低速轴最大扭矩

为M=20500N.m

减速器在561.92r/min时许用功率[P实际起升速度v'n=

'nj]为[P'nj]=

79?561.92=73.99>55kW

6007.51?39.30=7.38m/min

4047.6?39.3实际起升静功率Pj==46.77kW

401.6.2 验算输出轴端最大容许径向载荷

用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。

查卷筒的产品目录可知卷筒的自重错误！未找到引用源。

1.6.3 验算输出轴的最大容许扭矩

输出轴容许最大扭矩，按大于电动机的最大力矩进行校验

式中 错误！未找到引用源。 --------电动机实际最大力矩 错误！未找到引用源。---------------电动机最大力矩倍数 错误！未找到引用源。------------------传动比 ---------------减速器传动效率，取0.95

1.7 电动机过载验算和发热验算

过载验算按下式计算：

2.5(320?6.4)?103?7.38Q?G0H?=41.78kW Pn≥???n=

1?3.31000?0.858?60m?m1000?Pn=45KW>41.78kW，此题

Pn恰好与Pjc=

P25的功率相等。

P式中 n：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.5；

λm:基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查表得λm取1.7；

m:电动机个数； η:总机械效率η=0.858。 发热验算按下式计算:

P≥Pз

式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW,按CZ=300，JC值=25%，查表得P=43.867kW。

G?(Q?G0)??n0.8?(320?6.4)?103?7.38P??==38.08kW

1000m?1000?1?0.858P=43.867>P?=38.O8kW

经计算过载验算和发热验算通过

1.8 选择制动器

按下式计算，选制动器：

M制≥K制M'制静

式中

M制:制动力矩,单位为N.m；

KK 制:制动安全系数，查表1-5M5得zh=2.0；

M'制静:下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。

表1-5 制动安全系数

(Q?G0)D0'(320?6.4)?103?0.67?0.858Mj=??=586.4N.m

2mi2?4?40' η':下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.858

MzhMzhM'j? ==2586.4=1172.N.m

K选用zh=1172.8N.m选用YWZ5-400/121制动器，其额定制动力矩1250N.m；

K安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩zh=2000N.m。

1.9 选择联轴器

根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。

电动机的轴伸：d=85mm(锥形)，长度E=170±0.5mm； 减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度E=135mm； 浮动轴的轴头：d=60mm， 长度E=107mm。

选取梅花弹性连轴器：型号为MLL9-I-400[M]=2800N.m；GD2=132.5?4=530Kg.m；型号为MLL9，[M]=2800N.m；GD2=18.95?4=75.8Kg.m2。

电动机额定力矩Mn?9550计算所需力矩M=n?φ8Pjcnjc?9550?55=944.69N.m 556?Mn=1.5?1.8?944.69=2550.69N.M

式中n：安全系数取n=1.5；

?8：刚性动载系数，取

?8＝1.8。

[M]=2800>M=2550.69N.M

经计算所选连轴器合格。

1.10 验算起动时间

起动时间：

561.92(320?6.4)?103?0.672tq??[1.15?(15.6?530?75.8)?375?(1605.97?796.5)402?42?0.858nd(Q?G0)?103?D022?[c(GD)?]22375(Mq?Mj)im?=1.3s =

(GD2)1=(GD2)d+(GD2)l+(GD2)式中： 静阻力矩：

z=15.6+530+75.8=621.4kN.m

(Q+G0)D0(320+6.4)×103×0.67Mj===796.5N.m

2miη2×40×4×0.858电动机启动力矩：

Mq=1.7?Mn=1.7?944.69=1605.97N.m

平均起动加速度：

aq?7.38=0.095m/s2

tq?601.3?60=

?n'aq=0.095 m/s2<[a]=0.2 m/s2

经计算电动机启动时间合适。

1.11 验算制动时间

制动时间：

nd'(Q?G0)D022tzh??[C?GD?]22375(Mzh?Mj)ihm?644(320?6.4)?103?0.672= ?[1.15?(15.6?530?75.8)?]22375?(2000?586.4)40?4?0.858 =0.76snd：电机满载下降转速，单位为r/min； 'nd=2n0?nd=2?600-556=644r/min Mzh=2000N.m

'

M'j=586.4N.m

平均制动减速器速度azh?间也合适。

表1-9 与工作类型有关的制动时间

Vn7.83==0.17m/s2<[a]=0.2m/s2，所以制动时tzh600.76?60

1.12 高速轴计算

1.12.1疲劳计算

轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：

M1??1Me?2?71.72?143.43kgf.m至计算轴的力矩。

Me?975Ne(25%)n1(25%)?97542?71.72kgf.m 571

M式中：?1?2等效系数，由表查得；e相应于季候工作类型的电动机额定力矩传

由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=55㎜. 因此扭转应力为:

M114343?3?238.0kgf.m W?d32?n?许用扭转应力: [?oh]?2??11? k??n1轴材料用45钢, ?b?6000kgf/cm2，?s?3550kgf/cm2

??1?0.22?b?1320kgf/cm2K?kx?kmkxkxkm；

?s?0.6?s?2130kgf/cm2

-----考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;

-----与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合区段,

=1.5~2.5；

-----与零件表面加工光洁度有关,对于

对于?3,km?1.25~1.35;

?5,km?1.15~1.2;

此处取K=2?1.25=2.5

h-----考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取h=0.2.

nI安全系数,查表得nI=1.6.

2?1320?611.1kgf/cm2，故tn<[tok]通过。

(2.5?0.2)?1.6因此[tok]?1.12.2 强度验算

轴所受最大转矩：:

M2??c2Mj?1.09?342.3?373.1Mpa

式中:

?c2-----动力系数,由表查得 ?c2=2；

M2159.302??264kgf/cm 3W??8.532最大扭转应力:

?max?许用扭转应力: [?]2??sn2?2130?1331.25kgf/cm2 1.6式中: n2-----安全系数，由表查得n2=1.6。 tmax<[t]II故合适. 浮动轴的构造如(2)图所示,

中间轴径d1?d?(5~10)?75?(5~10)?80~85mm,取d1?85mm。

浮动轴（2）

第2章 小车副起升机构计算

2.1 确定传动方案选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则，决定采用下图的传动方案。如图图2-1所示，采用了单联

Gi滑轮组.按Q=5t，取滑轮组倍率h=2，因而承载绳分支数为 Z=4。0吊具自重载荷，其自重为：G=2.0%?

图2-1 副起升机构简图

Pq=0.02?49kN=0.98kN

2.2 选择钢丝绳

ih若滑轮组采用滚动轴承， 当h=2，查表得滑轮组效率h=0.97，钢丝绳所受最大拉力：

Smax?G0?Q49?0.98??12.88kN

hh?ih?x1?4?0.97按下式计算钢丝绳直径d：

d=c?Smax=0.096?12.88=10.895mm

??c: 选择系数，单位mm/N，选用钢丝绳b=1850N/mm2，根据M5及b查表得c

值为0.096。

选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=10mm， 其标记为6W(19)-10-185-I-光-右顺(GB1102-74)。

2.3 确定卷筒尺寸并验算强度

卷筒直径：

卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0min≥h?d

D0：

式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数； 查表得：卷筒h1=18；滑轮h2=20

D0minh1?=d=18?10=180 D滑轮最小卷绕直径0min=h2?d=20?10=200 卷筒最小卷绕直径

考虑起升机构布置及卷筒总长度不宜太长，滑轮直径和卷筒直径一致取D=400㎜。 卷筒长度：L=1500mm

卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02?400+(6~10)]mm=14~18mm，取δ=18mm，应进行

mv卷筒壁的压力计算。nt? n?D0=4?19.5r/min=60r/min。

卷筒转速

3.14?0.412.4 计算起升静功率

(Q?G0)vn(49?0.98)?19.5?103Pj?==18.17kW

60?1000?60?1000?0.894式中η起升时总机械效率=0.894

?z为滑轮组效率取0.97；?ch为传动机构机械效率取0.94；?t为卷筒轴承效率取0.99；

???z?ch?l?t?0.97?0.94?0.992?l连轴器效率取0.99。

2.5 初选电动机

PJC≥G

Pj=0.8?18.17=14.536kW

式中错误！未找到引用源。：在JC值时的功率，单位为KW；

G：稳态负载平均系数,根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。

n选用电动机型号为YZR180L-6，PJC=17KW，JC=955r/min，最大转矩允许过载倍数λm=2.5；飞轮转矩GD2=1.5KN.m2。

电动机转速nd?n0?式中

18.17(n0?nJC)?1000?[?(1000?955)]=951.9r/min PJC17=49.98kN作用下电动机转速；

Pjnd:在起升载荷,

PQn0:电动机同步转速；

:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。

PJCnJC2.6 选用减速器

2.6.1 初选减速器

nd951.9=15.865取实际速比i=16。 ?niP60Pn起升机构减速器按静功率j选取，根据j=18.17kW，d=951.9r/min，i=16，工

P作级别为M5，选定减速器为ZQH50，减速器许用功率[nj]=31KW。低速轴最大扭矩为

减速器总传动比：i?M=21000N.m。

'31?951.9P减速器在951.9r/min时许用功率[nj]为[P'nj]==29.5kW>17kW

100019.5?15.865'实际起升速度vn==19.334m/min；

1618.17?15.865实际起升静功率Pj==18.02kW。

16用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。

2.6.2 验算输出轴端最大容许径向载荷

用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。

查卷筒的产品目录可知卷筒的自重错误！未找到引用源。

2.6.3 验算输出轴的最大容许扭矩

输出轴容许最大扭矩，按大于电动机的最大力矩进行校验

式中 错误！未找到引用源。 --------电动机实际最大力矩 错误！未找到引用源。---------------电动机最大力矩倍数 错误！未找到引用源。------------------传动比 ---------------减速器传动效率，取0.95

2.7 电动机过载验算和发热验算

过载验算按下式计算：

2.1(49?0.98)?103?19.34Q?G0H?=15.136kW Pn≥???n=

1?2.51000?0.894?60m?m1000?Pn=17KW>15.136kW，此题

Pn恰好与

PjcP25=的功率相等。

式中

Pn:基准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW；

H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.1；

λm:基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，查表得λm取2.5； m:电动机个数； η:总机械效率η=0.894。 发热验算按下式计算:

P≥Pз

式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW，按CZ=150，JC值=25%，查表得P=15.393kW；

G?(Q?G0)??n0.8?(49?0.98)?103?19.34P??==14.42kW

1000m?1000?1?0.894P=15.363>P?=14.42kW

经计算过载验算和发热验算通过。

2.8 选择制动器

按下式计算，选制动器：

M制≥K制M'制静

式中

M制:制动力矩,单位为N.m；

KK 制:制动安全系数，查表1-5M5得zh=2.0；

M'制静:下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。

(Q?G0)D0'(49?0.98)?103?0.41?0.894Mj=??=143.12N.m

2mi2?4?16' η'：下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.894

Mzh=MzhM'j=2?143.12=286.24N.m

根据选用

=286.24N.m选用YWZ5315/30制动器，其额定制动力矩400N.m；

K安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩zh=290N.m。

Mzh2.9 选择联轴器

根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。

电动机的轴伸：d=55mm(锥形)，长度E=82±0.5mm； 减速器轴伸：d=50mm(柱形)，长度E=85mm； 浮动轴的轴头：d=45mm， 长度E=84mm。

选取梅花弹性连轴器：型号为MLL6-I-200，[M]=630N.m；GD2=6.7?4=26.8Kg.m2；

Pjc?17型号为MLL6，[M]=630N.m；GD2。 Mn?95502=1.85?95504=7.4Kg.m?njc955电动机额定力矩=170N.m

计算所需力矩M=n??8?Mn=1.5?2.0?170=510N.m 式中 n：安全系数取n=1.5； 8：刚性动载系数，取 [M]=630>M=510N.M 所选连轴器合格。

??8＝2.0；

2.10 验算起动时间

起动时间：

951.9(49?0.98)?103?0.412tq??[1.15?(1.5?26.8?7.4)?375?(289?179.07)162?42?0.894nd(Q?G0)?103?D022?[c(GD)?]22375(Mq?Mj)im?=1.0s式中：(GD2)1=(GD2)d+(GD2)l+(GD2)

z =

=1.5+26.8+7.4=35.7kN.m

静阻力矩：

(Q?G0)D0(49?0.98)?103?0.41Mj?==179.07N.m

2mi?2?16?4?0.894电动机启动力矩：

Mq=1.7?Mn=1.7?170=289N.m 平均起动加速度：

aq?19.34=0.32m/s2

tq?601.0?60=

?n'aq=0.32 m/s2<[a]=0.4 m/s2 经计算电动机启动时间合适。

2.11 验算制动时间

制动时间：

tzhnd(Q?G0)D0??[C?GD2?] 22375(Mzh?Mj)ihm?'2951.9(49?0.98)?103?0.412?[1.15?(1.5?26.8?7.4)?] =

375?(290?143)162?42?0.894 =0.85s

'nd：电机满载下降转速，单位为r/min； 'nd=2n0?nd=2?1000-951.9=1048.1r/min Mzh=290N.m

M'j=143N.m

平均制动减速器速度

azh?Vn19.34?=0.37m/s?<[a ]=0.4m/s?tzh600.85?60

所以制动时间也合适。

2.12 高速轴计算

2.12.1疲劳计算

轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：

M1??1Me?2?16.9?33.8kgf.m

Me?9550Ne(25%)n1(25%)?9550?17?166.172N.m 977由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=45㎜. 因此扭转应力为:

?n?M133.8??185.4kgf.cm 3W0.2?4.52??11? k??n1轴材料用45钢, ?b?6000kgf/cm2，?s?3550kgf/cm2；

??1?0.22?b?1320kgf/cm2弯矩：

?s?0.6?s?2130kgf/cm2扭矩： 许用扭转应力: [?oh]?轴受脉动循环的许用扭转应力：

2??11? ???n1????K?kx?kmkxkx-----考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;

-----与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合区段,

=1.5~2.5；

?5,km?1.15~1.2;km?3,km?1.25~1.35;-----与零件表面加工光洁度有关,对于对于 此处取K=2?1.25=2.5

-----考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取η=0.2. nIn安全系数,查表得I=1.6

因此[tok]?2?1320?611.1kgf/cm2，故tn<[tok]通过。

(2.5?0.2)?1.61.12.2 强度验算

轴所受最大转矩：:

M2=c2Mj=2×179.07=358.14kgf.m

式中: c2-----动力系数,由表查得 c2=2；

Mj?179.07kgf.mMj按照额定起重量计算轴受静力矩,

M358.14最大扭转应力: ?max?2??196.5kgf/cm2 3W0.2?4.5?2130s许用扭转应力: [?]2???1331.25kgf/cm2

n21.6式中: n2-----安全系数，由表查得n2=1.6。

??tmax<[t]II故合适.

浮动轴的构造如图（4）所示：

=d+(5~10)=45+(5~10)=50~55mm,取d1=55mm中间轴径d1,

图2-2 副起升高速传动轴构造图

第3章 小车运行机构计算

3.1 确定机构传动方案

经比较后，确定采用如图3-1所示的传动方案

图 3-1 小车运行机构简图

3.2 选择车轮与轨道并验算其强度

3.2.1 初步选择车轮直径

车轮的最大轮压：小车自重估计取为假定轮压均布，有

pmax?11(Q?Gxc)?(11300?32000)=10825kgf 44GXC=11300kgf

载荷率：

Q32000?=2.8>1.6 Gxc11300Q?2.8G由表选择车轮：当运行速度<60m/min， xc工作级别M5时，车轮直径D=400

㎜，轨道为38kgf/m 轻轨的许用轮压为13.4t，故可用。

3.2.1疲劳计算：

疲劳计算时的等效载荷： Qd??2Q?1.1?32000?35200kgf

式中 ?2：效系数，由表查得1.1。

P?Q?2??1Gxc?32000?1.1?11300?1?46500kgf车轮的计算轮压：jmax 根据点接触情况计算接触疲劳应力：

?jd?40003pj(21221?)=4000346500(?)2?27442.5kgf/cm2 Dr4030?jd式中：r=9cm-----轨顶弧形半径，由表查得。

[?jd]?24000~30000kgf/cm2对于车轮材料，由表查得接触许用应力，因此，?[?jd]，故疲劳计算通过。

3.2.1 强度验算：

最大计算轮压：Pjmax?k2Pmax?1.0?17000?17000kgf。

式中：k2冲击系数,由表第Ⅱ类载荷当运行速度v?1m/sec时，k2?k1?1。 点接触时进行强度校核的接触应力：

?dmax?40003pjmax(车轮材料用ZG55-

21212?)=400033500(?)2?18509.4kgf/cm2

359Dr，由表查得：

[?d]max?20000~23000kgf/cm2，?dmax?[?d]max强度校合通过。

3.3 运行阻力计算

摩擦阻力距：

错误！未找到引用源。

查有关设计手册可知由表知

Dc=400mm车轮的轴承型号为22213c调心滚子轴承，

轴承内径和外径的平均值d=92.5mm；

由表查得：滚动轴承摩擦系数k=0.0006；轴承摩擦系数 ??0.015，附加阻力系数

??1.5。

代入上式得：

当满载时运行阻力矩：

dMm??(Q?Gxc)(k??)

2=1.5?(32000?11300)?(0.0006?0.015=84kgf.m

0.0925) 2运行摩擦阻力：Pm(Q?Q)?当无载时运行阻力矩：

Mm(Q?Q)DC2?840.42?420kgf

dMm(Q?0)??Gxc(k??)

2=1.5?11300?(0.0006?0.015=22

0.0925) 2运行摩擦阻力：Pm(Q?0)Mm(Q?0)22?==110kgf

0.4DC22

3.4 选电动机

电动机静功率：

NJ?420?42.4=3.23kw

102?60?0.9?1102?60?m=

Pj?xc 式中：错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。------满载运行时的静阻力。

m=1------------驱动电机台数。 初选电动机功率：

N?kdNj?0.9?3.23?2.91kw

式中 错误！未找到引用源。----电动机增大系数，查表得错误！未找到引用源。。 查电动机产品目录选用电动机Y YZR-160M

n11000r/min(GD2)d0.41kgf.m2G==；电动机重量d=153.5kg。

1-6,Ne=5.5kw ；

3.5 验算电动机发热条件

N?k25?Nj?0.75?1.12?3.23?2.71等效功率： xkw

k式中：25-----工作类型系数,由表查得0.75；

?-----根据qt?0.2值查得?=1.12。

qNx

t由此可知，

3.6 选择减速器

车轮转速： nc?机构传动比：

vxc42.4??33.8rpm ?Dc3.14?0.4i0?n11000??29.59 nc33.8查表选用ZSC600-V-1减速器： i0'?31.2；[N]重级?6.21kw，可见Nj<[N]重级

3.7 验算运行速度和实际所需功率

i29.59?40.21m/min 实际运行速度： v'xc?vxc0?42.4?i'042.431.2v'xc?vxc40.21???100%??5.1%?15%，合适。 误差：e?vxc42.4v'40.21?3.06kw?Ne。 实际所需电动机静功率： N'j?Njxc?3.23vxc42.4故所选电动机和减速器均合适。

3.8 验算启动时间

启动时间：

式中 错误！未找到引用源。；m=1-----驱动电机数；

Mq?1.5Me?1.5?9755.5?8.04kgf.m 1000满载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力距：

Mj(Q?Q)?Mm(Q?Q)i0'??84?2.99kgf.m

31.2?0.9空载运行时折算到电动机轴上的运行静力矩：

Mj(Q?0)?Mm(Q?0)i0'??22?0.783kgf.m

31.3?0.9初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩：

(GD2)Z?0.38kgf.m2 机构总飞轮矩：

c(GD2)1?c[(GD2)d?(GD2)z]?1.15?(0.41?0.38)?0.79kgf.m2 满载起动时间： tq(Q?Q)=4.59

1000(32000?11300)?0.42??[0.79?] ?4.59s375(8.04?2.99)31.22?0.9无载起动时间：

100011300?0.42?(1?0.79?)?1.05s tq(Q=0)=

375?(8.04?0.783)31.22?0.9由表查得，当

vxc=30-60m/min时，起动时间推荐值为5~6sec，

tq>tq(Q=Q)，故所选

电动机满足季候快速起动要求。

3.9 按启动工况校核减速器功率

启动状况减速器传递的功率：

式中

为计算载荷；错误！未找到引用源。---运行机构中同一级传动机构的减速器个数，错误！未找到引用源。。

[N]重级?6.21所选用减速器的kw

大，考虑到减速器有定的过载能力，故不再改动。

3.10 验算启动不打滑条件

因在室内使用，故不计风阻力及坡度阻力距，只验算空载及满载启动时两种工况。空载启动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力：

车轮与轨道的粘着力：

?0.2?1130kgf?T(q?0) F(Q?0)?P1f?5650T(Q?Q)?Gxc?Qvxc'?g60tq(Q?Q)dP2(k??)??P1k2? DC211300?3200040.21?? =

1060?4.42=931.5kfg

21650?(0.0006?0.015?0.0925)?21650?0.00062 0.42车轮与轨道粘着力：

F(Q?Q)?P1f?21650?0.2?4330?T(Q?Q) ，故满载起动时不会

打滑，因此所选电动机合适。

3.11 选择制动器

t查起重机设计手册可知查得小车运行机构的制动时间tZ?3~4sec，取Z=4sec，因

此所需的制动力矩：

d(Q?Gxc)(k??)(Q?Gxc)D1n2?}MZ?{1[mc(GD2)l??]?'2'm375tzi0i02C11000(32000?11300)?0.42?{[1?0.466??0.9?21375?331.2=2.96kgf

(32000?11300)(0.0006?0.01531.20.0925)2?0.9]}

M由表选用制动器JWZ?200/100，额定制动力矩ez=4kgf.m，考虑到所取制动时间

ttz=4s与起动实际q=4.42s比较接近，并验算了起动不打滑条件，故略去制动不打滑条

件的验算。

3.12 选择联轴器

高速轴联轴器计算扭矩，可有下式得到：

Mjs??Meln1?2?5.36?1.4?15.0kgf.m

式中 Mel=975Ne=5.36kgf n1错误！未找到引用源。联轴器的安全系数；运行机构取错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。-----机构刚性动载系数，错误！未找到引用源。。

?0.0180.04348?0.002110??0.043㎜ 由表查电动机YZR-132M2-6两端伸出轴为圆柱形d=㎜，l=

'l'=49.5㎜；及d=40㎜，由附表查ZSC600减速器高速轴端为圆柱形d=30㎜，l=89.5

[M]max=71kgf.m；

㎜。故从附表中选一个全齿联轴器：S391联轴器，其最大允许扭矩

G?16.1kgf(GD2)l?0.38kgf/m2飞轮矩，重量l。 高速轴端制动轮，根据制动器YWZ-200/100由表选用制动轮200-Z48，飞轮矩(GD2)Z?0.8kgf/m2，重量Gz=10kg。

以上两部分飞轮矩之和与原估计相符，故有关计算不需要重新计算。

3.13 验算低速浮动轴强度

3.13.1 疲劳验算 运行机构疲劳计算基本载荷：

M1??1?Mel'5.36?i0???1.4??31.2?0.9?105.4kgf.m 22由前节已选定浮动轴端直径d=65mm,其扭转应力： M10540?n?1??391.1kgf/cm2 3W?(6.5)32?b?6000kgf/cm2??3550kg/cm2式中:材料用45钢，取； s；

??1?0.22?b?0.22?6000?1320kgf/cm2； ?s?0.6?s?0.6?3550?2130kgf/cm2

K?kx?km考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数，参考起升季候计

算，取K=2.5。

n?1.3安全系数，由表查得。 1因此

?n?[??1k]故疲劳验算通过。

3.13.3静强度计算

Mel'5.36i0??2.25??31.2?0.9?169.3kgf.m 22?c2式中： 动力系数,查表得?c2?2.25；

M2169302??628.3kgf/cm扭转应力： ?max? 3W?6.5?S?2130?321638.5kgf/cm2 许用扭转应力[?]2??n21.3因此， ??[?]2静强度验算通过。 静强度计算扭矩： M2??c2

第4章 小车安全装置计算

4.1 小车缓冲器

缓冲器采用现在通用的聚氨酯泡沫塑料缓冲器，初定缓冲器数目n=2。

4.1.1 缓冲行程

s?v2pt[amax]

式中 错误！未找到引用源。: 小车碰撞速度，有限位开关，故取错误！未

找到引用源。；

错误！未找到引用源。：容许的最大减速度，按照《起重机设计规范》

（GB3811-83）的规定，允许的最大减速度为4m/错误！未找到引用源。。

s?所以

v2pt2（0.7vt）0.4942.42??()m?61.17mm [amax]44604.1.2 缓冲能量EW

EW?1PGx211130000.7?42.4Vpt???()?1382.5N.m 2g210604.1.3 最大缓冲力Fmax 错误！未找到引用源。

Fmax?pGx113000[amax]??4?45200N g104.1.4 选用缓冲器

A?Fmax n[?]2[?]?3N/mm式中 [?]：橡胶的许用应力，采用中等硬度，中等强度的橡胶，，

弹性模数E?5N/mm；

n:缓冲器个数，取n=2

2A?45200mm2?7533.3mm2 2?3选用圆形断面，则其直径D为

D?4A橡胶缓冲器的长度L

L???4?7533.3mm?97.9mm，考有关标准，取D=100mm 3.14?nD2Es4Fmax3.14?2?1002?5?61.17?mm?106.2mm，取L=110mm

4?452004.1.5 缓冲器的额定缓冲行程sn,额定缓冲容量En和极限缓冲力F：

sn????L?3?110mm?66mm

E51EA2?D23.14?10022En?sn??32?100N?mm???L?2L8E8?5

EW1382.5?777.15??N?m?691.25mn211Fj?A?????D2?????3.14?1002?3N 44?23561.9N's4.1.6 实际的缓冲行程，最大缓冲力F'max和最大减速度amax

''' s?snEW1382.5?66?mm?62.24mm

2?777.15s'2EW2×1382.5=N≈44424.8N '3s62.24×10s61.17' amax='amax=×4m/s2≈3.93m/s2

62.24s' Fmax=[][]4.2 起重量限制器

起重机的安全事故大多数是由于超载而引起的，按照我国《起重机械安全规程》（GB6067-85）规定：额定起重量大于20t的桥式起重机应安装起重限制器 ；额定起重量小于20t以下的宜安装起重量限制器。为确保起重机运行过程的安全，严防超载现象造成的恶劣影响，在主副起吊钩上均安装超载限制器。其型号如下：

主起 副起

QCX3-MZ-3-16t QCX3-MZ-2-3.2t

4.3 行程限位开关和安全尺

为防止小车运行超过极限位置，设置行程限位装置。行程限位开关装在桥架端部，安全尺装在小车架上。

自我小结

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

在此感谢我们的曹老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次机器人设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

参考文献

[1]张质文，包起帆等.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社.2001

[2]倪庆兴，王殿臣.起重输送机械图册（上册）.北京：机械工业出版社，1991 [3]周明衡. 减速器选用手册. 北京. 化学工业出版社. 2002 [4]AUTOCAD实用教程（2005中文版）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2005 [5]大连理工大学工程画教研室.机械制图, 北京：高等教育出版社，2000 [6]杨长揆，傅东明. 起重机械（第二版）. 北京：机械工业出版社，1985 [7]倪庆兴，王殿臣.起重输送机械图册（上册）.北京：机械工业出版社，1991. [8]西南交通大学等.起重机设计手册. 北京：机械工业出版社，2001

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j5vr.html