焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 1 1 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)行起重小車 ,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(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。 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)献冃危庸ず脱b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)軸與二級圓柱齒輪減速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焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 2 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)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、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。 焦作大學(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) 3 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?，機(jī)構(gòu)零部件在橋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)欄焦作大學(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) 4 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(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)間到兩個(gè)節(jié)間的長度，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(jì)重量 G=168KN，小車的重量 為 Gxc=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： Pmax=L eLQ 2G x c4G x c-G= 5.16 5.15.162 401004 40-168 焦作大學(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) 5 =95.6KN 空載時(shí)最大輪壓： P max=L eL 2G x c4G x c-G=5.16 5.15.162404 40-1 6 8 =50.2KN 空載時(shí)最小輪壓： P min=Le 2G xc4G xc-G=5.16 5.12404 40-168 =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： Qd= 2 Q=0.6*100000=60000N 式中 2 等效系數(shù)，有 1表 4-8查得 2=0.6 車論的計(jì)算輪壓： Pj= KCI r Pd =1.05 0.89 77450 =72380N 式中： Pd 車輪的等效輪壓 Pd=LLQd 5.12 G x c4G x c-G =5.16 5.15.162 40604 40-168 =77450N r 載荷變化系數(shù)，查 1表 19-2，當(dāng) Qd/G=0.357時(shí)， r=0.89 Kc1 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)，焦作大學(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) 6 Kc1=1.05 根據(jù)點(diǎn)接觸情況計(jì)算疲勞接觸應(yīng)力： j=40003212 rDcPj =40003230150272380 =13555Kg/cm2 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) HB320時(shí)， jd =160000-200000N/cm2，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： Pjmax=KcII Pmax =1.1 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 212m ax rDcPj= 3 23015021 0 5 1 6 0 =15353Kg/cm2 jmax =153530N/cm2 車輪采用 ZG55II，查 1表 19-3得， HB320 時(shí)， j=240000-300000N/cm2， jmax 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)焦作大學(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) 11 算 . 1.兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)同時(shí)驅(qū)動(dòng)： n=2)2(6012/1cqdcDkpdkptvgGfpnz 式中 p1= /max/min pp =33.8+50.2=84KN-主動(dòng)輪輪壓 p2= p1=84KN-從動(dòng)輪輪壓 f=0.2-粘著 系數(shù) (室內(nèi)工作 ) nz 防止打滑的安全系數(shù) .nz 1.051.2 n = 25.00006.010845.1)214.002.00006.0(10847.56056.881010108.162.010843333 =2.97 nnz,故兩臺(tái)電動(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=2)2(6012/1cqdcDkpdkptvgGfp nz 式中 p1= /maxp=50.2KN-主動(dòng)輪輪壓 p2=2 /minp + /maxp=2 33.8+50.2=117.8KN-從動(dòng)輪輪壓 /qt -一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)空載啟動(dòng)時(shí)間 焦作大學(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) 12 /qt = 24.4375705 95.05.125.01 6 8 0 06 4 5.015.122 =13.47 s n=25.00006.02.505.1)07.002.00006.0(8.11747.136056.88101682.02.50 =2.94 nnz,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=2)2(6012/1cqdcDkpdkptvgGfp nz 式中 P1= /minP =33.8KN-主動(dòng)輪輪壓 P2= /minp 2 /maxp=33.8+2*50.2=134.2KN-從動(dòng)輪輪壓 /qt = 13.47 S 與第 (2)種工況 相同 n=25.00 0 0 6.08.335.1)214.002.00 0 0 6.0(2.13447.136056.88101682.08.33 =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 : Mz= 202121/ )(3751iGDGDmctnMmCzj式中 焦作大學(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) 13 /0m in/ 2 )( i DppM cmpj = 5.122 95.05.01344336 =-19.2N m Pp=0.002G=168000 0.002=336N Pmin=G21)2( cDd =25.0)214.002.00006.0(1 6 8 0 0 0 =1344N M=2-制動(dòng)器臺(tái)數(shù) .兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作 Mz= 95.05.125.0168000645.015.1253757052.192122 =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： /jsM = IInM =110.6 1.4=154.8 N m 式中 MI 連軸器的等效力矩 . MI=elM1=2 55.3=110.6 N m 1 等效系數(shù) 取 1 =2查 2表 2-7 Mel=9.75*7054000=55.3 N m 由 2表 33-20 查的 :電動(dòng)機(jī) Y160M1-8,軸端為圓柱形 ,d1=48mm,L=110mm;由219-5 查得 ZLZ-160-12.5-iv 的減速器 ,高速軸端為 d=32mm,l=58mm,故在靠電機(jī)端從由表 2選聯(lián)軸器 ZLL2（浮動(dòng)軸端 d=40mm;MI=630N m,(GD2)ZL=0.063Kg m,焦作大學(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) 14 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;MI=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+(GD2)L=0.063+0.015=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： 0 iMM jsjs =154.8 15.75 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： MI= 1Meli =1.4 55.3 12.5 0.95=919.4Nm 式中 1 等效系數(shù)，由 2表 2-7查得 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： 212862.091940 3 WM InN/cm2 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)矩相同），所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 4.192.11 3 2 0 0111 Ik nk =4910 N/cm2 式中，材料用 45號鋼，取 b=60000 N/cm2; s=30000N/cm2,則 -1=0.22b=0.22 60000=13200N/cm2； s=0.6s=0.6 30000=18000N/cm2 K=KxKm=1.6 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) Kx=1.6， Km=1.2， nI=1.4 安焦作大學(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) 15 全系數(shù)，由 2表 2-21查得 n-1k 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： Mmax= 2Meli =2.5 55.3 12.5 0.95=1641.7 Nm 式中 2 動(dòng)力系數(shù)，查 2表 2-5的 2=2.5 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： =362.0164170WM II =3800N/cm2 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： 128604.118000 IISII nN/cm2 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 W 動(dòng) =gGv220 G 帶載起重機(jī)的重量 G=168000+100000 0.1 =178000N V0 碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度， V0=（ 0.3 0.7） Vdx g 重力加速度取 10m/s2 焦作大學(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) 16 則 W 動(dòng) = 1025.15.01780002220gGv =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 運(yùn)行阻力，其最小值為 Pmin=Gf0min=178000 0.008=1424N f0min 最小摩擦阻力系數(shù)可取 f0min=0.008 P 制 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 制 = max制agG =17800 0.55=9790N max制a=0.55 m /s2 S 緩沖行程取 S=140 mm 因此 W 阻 =（ 1424+9790） 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： n W-W 阻動(dòng)緩 W=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) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 17 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 mm 頭部下蓋板 2=12mm 按照 1表 19-4 直徑為 500mm 的車輪組尺寸，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=（8151） L=（8151） 16.5=2.06 3.3m 取 K=3300 端梁的高度 H0=（ 0.4 0.6） H 主 取 H0=500 確定端梁的總長度 L=4100 3.2 端梁的計(jì)算 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 18 1.計(jì)算 載荷的確定 設(shè)兩根主梁對端梁的作用力 Q(G+P)max相等，則端梁的最大支反力： RA=K aL xc)2(Q 2P)(Qm ax 式中 K 大車輪距， K=330cm Lxc 小車輪距， Lxc=200cm a2 傳動(dòng)側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，取 a2=70 cm P)(QmaxQ =114237N 因此 RA=330 )702200(1 1 4 2 3 7 =117699N 2.端梁垂直最 大彎矩 端梁在主梁支反力 Q PG )(max 作用下產(chǎn)生的最大彎矩為： Mzmax=RAa1=117699 60=7.06 106N a1 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： Mp max=Sa1 式中： S 車輪側(cè)向載荷， S=P； 側(cè)壓系數(shù)，由圖 2-3查得， =0.08； P 車輪輪壓，即端梁的支反力 P=RA 因此： Mp max=RAa1 =0.08 117699 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： Mp max=K aLP xcxg)2( 2 a1 式中 Pxg 小車的慣性載荷： Pxg= 71P1=37000/7=5290N 因此： 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 19 Mp max= 60330 )702200(5290 =327018N cm 比較 Mp max和 Mp max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 端梁中間截面對水平重心線 X-X的截面模數(shù)： hBhWx )3( 1 = 48)1403 6.048( =2380.8cm3 端梁中間截面對水平重心線 X-X的慣性矩： 2 hWI xx =2380.8250=59520cm4 端梁中間截面對垂直重心線 Y-Y的截面模數(shù)： bhBWy )3( 1 = 4.27)6.0483 140( 1154.4cm2 端梁中間截面對水平重心線 X-X的半面積矩： 2422 11 hBhhS x=2 148140126.048 =1325.6cm3 端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力： WMypxzWMm a xm a xm a x =4.11545649548.2380 1006.76 =2965+489=3454N/cm2 端梁中間截面的剪應(yīng)力： 2)(max xxPQI SQ=6.0259520 6.1325114237 =2120 N/cm2 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 20 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(jì)算如下： 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： C1=2.11126.07.122140 )6.07.125.0(2.1112)5.07.125.0(7.122.1 =5.74 cm 水平重心線距腹 板中線的距離： C2=5.74-0.5-0.5 12.7 =-1.11 cm 水平重心線距下蓋板中線的距離： C3=（ 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： Ix0=121 40 13+40 1 5.742+2121 12.73 0.6+2 12.7 0.61.112+2 11 1.23+2 11 1.2 8.062=3297cm4 端梁支承截面對水平重心線 X-X的最小截面模數(shù)： Wx 0=Ix02123C=32976.006.8 1=406.1 cm3 端梁支承截面水平重心線 X-X下部半面積矩： Sx 0=2 11 1.2 8.06+（ 8.06-0.6） 0.6（ 8.06-0.6） /2 =229.5 cm3 端梁支承截面附近的彎矩： Mz=RAd=117699 14=1647786Ncm 式中 端梁支承截面的彎曲應(yīng)力： 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 21 1.40616477860 WM xZ=4057.6N/cm2 端梁支承截面的剪應(yīng)力： 6.0329725.22911769900 ISRxxAn=6827.4 N/cm2 端梁支承截面的合成應(yīng)力： 2222 4.682736.40573 =12501.5 N/cm2 端梁材料的許用應(yīng)力： dII=(0.80 0.85) II =(0.80 0.85)16000=12800 13600 N/cm2 dII=(0.80 0.85) II = (0.80 0.85)9500 =7600 8070 N/cm2 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，故端梁的強(qiáng)度滿足要求。 3.3 主要焊縫的計(jì)算 3.3.1 端梁端部上翼緣焊縫 端梁支承截面上蓋板對水平重心線 X-X的截面積矩： S1 =40 1 5.74=229.6 cm3 端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： 6.07.03 2 9 746.2291 1 7 6 9 97.0 012hInSRfxA =4878.8 N/cm2 式中 n1 上蓋板翼緣焊縫數(shù)； hf 焊肉的高度，取 hf=0.6 cm 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 第三章 端梁的設(shè)計(jì) 22 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水平重心線 X-X的面積矩： S1 =2 12 1.2 8.06=232.128 cm3 端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： 6.07.032974128.2321176997.00222 hInSRfxA =4929.8 N/cm2 由 1表 查得 =9500 N/cm2，因此焊縫計(jì)算應(yīng)力滿足要求。 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) 23 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，其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，而角鋼與腹板和上蓋板的連接采用M16的螺栓。 （ a） 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) 24 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 =21221212020 4)(25.2)(niiaabHnddHnMbH =)45115185(4)250500(1216185.2 500121006.7)65500(22222227 =12500N 2.下腹板每個(gè)螺栓所受的剪力相等，其值為： N 剪 =121205.2)( NddbHH = 1250016185.2)65500(50022 =7200N 式中 n0 下蓋板一端總受剪面數(shù)； n0=12 N 剪 下蓋板一個(gè)螺栓受剪面所受的剪力： n 一側(cè)腹板受拉螺栓總數(shù)； n=12 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) 25 d1 腹板上連接螺栓的直徑（靜截面） d0 下腹板連接螺栓的直徑； d1=16mm H 梁高； H=500 mm M 連接處的垂直彎矩； M=7.06 106 其余的尺寸如圖示 4.1.2 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=拉NddbHHnbHabHn )(5.2)(2212001 = 125001618)65500(5.250012655002501222 =172500N 2.腹板角鋼的連接焊縫同時(shí)受拉和受彎，其值分別為： N 腹 =拉NbHabHn )( 1 = 1250065500 )18565500(6 =43100N M 腹 =拉NbHanii2122= 1250065500 )45115185(2222 =2843000Nmm 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) 26 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 = 42 dn 剪 =4 135008.114.332 =103007.7N 2.螺栓的許用抗拉承載力 N 拉 = 42 d =4 135006.114.32 =27129.6N 式中 =13500N/cm2 =13500N/cm2 由 1表 25-5查得 由于 N 拉 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： M=IMb2=4.3952 43284300 =15458.7N/ cm2 式中 I )6437(2 436.0)6(222 hlhb =395.4 焊縫的慣性矩 其余尺寸見圖 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) 27 2.由剪力 Q產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力： Q=bhQ=6.043114237=4427.7N/ cm2 折算剪應(yīng)力： = 22QM = 22 7.44277.15458 =16079.6 N/ cm2=17000 N/ cm2 由 1表 25-3查得 式中 h 焊縫的計(jì)算厚度取 h=6mm 3.對上角鋼的焊縫 =lhN2=6.072 8.1776=211.5 N/ cm2 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) 28 5 焊接工藝設(shè)計(jì) 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 定焊角高度的方法 5-1 角焊縫最小厚度為： a 0.3max+1 max 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時(shí)，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 1.2min 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)