起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例
起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示例
注:以下內(nèi)容為通用起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模板,大家只需要
往里面代入自己的數(shù)據(jù)即可。 中間不可見(jiàn)內(nèi)容需要把文檔下載下來(lái)后
把字體改為黑色才可見(jiàn)!
1.1 確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案
跨度 28.5m 為中等跨度 , 為減輕重量 , 決定采用本書圖 2.1 的傳動(dòng)方案選擇車輪與軌道 , 并驗(yàn)算其強(qiáng)度
1.2 選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度 [5]
按照?qǐng)D 2.1 所示的重量分布 , 計(jì)算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓
G=G-G
g
xc
11.25m
e
L=22.5m
2Pmin
2P
max
圖 2.1
滿載時(shí) , 最大輪壓
Pm ax =
G
G xc
+
Q
Gxc
.
L e
4
2
L
=
380
105 + 320
105
28.5 1.5
4
2
28.5
=270.1KN
空載時(shí) , 最小輪壓 :
Pm in = GG xc + G xc . 1
4
2 L
=
380 105 +
105
1.5
4
2
28.5
=71.51KN
車輪踏面疲勞計(jì)算載荷 [6]
2Pmax
Pmin
=
2
270.1
71.51
=203.9KN
Pc =
3
3
車輪材料 : 采用 ZG340-640(調(diào)質(zhì) ),
b =700MPa,
由附表
18
選擇車輪直
s =380MPa,
徑 Dc=500mm 由,[1] 表 5-1 查得軌道型號(hào)為 P38(鐵路軌道 ) 或 Qu70(起重機(jī)專用軌道 )
按車輪與軌道為點(diǎn)接觸和線接觸兩種情況來(lái)驗(yàn)算車輪的接觸強(qiáng)度點(diǎn)接觸局部擠
壓強(qiáng)度驗(yàn)算 [7]
Pc
=k 2
R 2 c 1 c 2 =0.151 4002 0.97
1=438925N
(2.1)
m 3
0.43
2
取 k 2
=0.181
k 2 ——許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)( N/mm )由 [1] 表 5-2
R——曲率半徑, 由車論和軌道兩者曲率半徑中取最大值,
取 QU70軌道的曲率半
徑為 R=400mm
m——由軌頂和車輪曲率半徑之比(
r/R )所確定的系數(shù),由 [1] 表 5-5
查 m=0.4
c 1
——轉(zhuǎn)速系數(shù), 由 [1]
表 5-3 ,車論轉(zhuǎn)速 n c = Vdc =
85
=38.6r/min
,c 1 =0.97
DC
0.7
c 2
——工作級(jí)別系數(shù),由 [1] 表 5-4
查得當(dāng) M5級(jí)時(shí), c 2 =1
Pc
> Pc 故驗(yàn)算通過(guò)
線接觸局部擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算 [8]
P
=k D l c
1
c
2
=6.8 700
70 0.97 1=323204N
C
1 c
k 1 ——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)(
2
表 5-2
查得 k 1 =6.6
N/mm )由 [1]
l ——車軌與軌道的有效接觸長(zhǎng)度, P38 軌道的 l=68mm,而 QU70軌道的 l=70mm,按后者計(jì)算
Dc ——車論直徑( mm)
c 1 ,c 2 ——同前
PC >Pc 故驗(yàn)算通過(guò)
1.3 運(yùn)行阻力計(jì)算
摩擦總阻力矩 [9] :
Mm = (Q+G)(k+
d )
(2.2)
2
由 [3] 查得 Dc =700mm車輪的軸承型號(hào)為 7524,與軸承內(nèi)徑相配合處車輪軸直徑d=120mm;由 [1] 表 7-1 至 7-3 查得:滾動(dòng)摩擦系數(shù) k=0.0008 ;軸承摩擦系數(shù)
=0.02 ;附加阻力系數(shù) =1.5 。代入上式得:
當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行阻力矩 [10] :
M
=
(Q+G)( k+
d )
m (Q Q )
2
=1.5
(320000+380000)(0.0008+0.02
0.12
?
2
) =2100N m
運(yùn)行摩擦阻力
Pm (Q Q )
M m( Q Q )
=
2100
=6000 N? m
=
0.7/2
DC /2
當(dāng)空載時(shí)
Mm (Q 0) =1.5
380000 (0.0008+0.02 0.12 )=1140 N? m
2
Pm (Q 0) = M m(Q 0 ) = 1140 =3257 N?m
Dc / 2
0.7/ 2
1.4 選擇電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)靜功率 [11] :
Nj
Pj vdc
=
6000
85
=4.47kW
=
60
0.95 2
1000 m
1000
式中 P j = P m (Q Q ) ——滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力;
m=2 ——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù);
=0.95 ——機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率
初選電動(dòng)機(jī)效率:
N=kd N j =1.3 4.47=5.81kW
式中 k d ——電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù),由 [1] 中表 7-6 查得 k d =1.3
由附表 30 選用電動(dòng)機(jī) JZR2 -31-6 ;Ne =11Kw;n1 =950r/min ;
2
=0.53kg
2
;電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 155kg
( GD ) d
? m
1.5 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件
等效功率 [13] :
Nx =k25 N j =0.75 1.28 4.47=4.29Kw
k 25 ——工作級(jí)別系數(shù) , 由 [1] 查得 , 當(dāng) JC%=25%時(shí), k 25 =0.75;
——由 [1] 按起重機(jī)工作場(chǎng)所得 t q /t g =0.25 查得 =1.28
由此可知 , N x < N e , 故初選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱通過(guò) .
1.6 選擇減速器
車輪轉(zhuǎn)速 :
n c
= vdc =
85
=38.68r/min
Dc
0.7
機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 :
i o = n1 = 950 =24.56
nc 38.68
查附表 35, 選用兩臺(tái) ZQ-500-IV-1Z 減速器 , i o‘ =23.34 [N]=24.5Kw( 當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為 1000 r/min)
可見(jiàn) N j <[N]
1.7 驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率
實(shí)際運(yùn)行速度 :
v dc‘ =v dc
i o’ =85
24.56 =89.44m/min
i o
23.34
‘
= 85 89 .44
誤差 = vdc vdc
100%=5%<15%
vdc
85
實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)靜功率 :
’
Nj ‘ = N j
vdc
=4.47
89.44 =4.70Kw
vdc
85
由于 N j‘ < N j
, 故所選電動(dòng)機(jī)和減速器均合適
1.8
驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間
起動(dòng)時(shí)間
t
=
n1
2
( Q
G) D c
2
(2.3)
(
[mc(GD )
+
]
q
)
1
‘2
38.2 mM q M j
i o ?
式中 n 1 =950r/min;
M=2(
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù) );
M
q =1.5Me =1.5
9550
11 =165.87N? m
950
M
(
)
e
=9550 N e
JC25% —— JC25%時(shí)電動(dòng)機(jī)額定扭矩
(
)
n1
JC25%
滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力矩 :
M m( Q Q)
=
2100
=94.71 N ? m
Mj( Q Q)=‘
23.34 0.95
io
空載運(yùn)行時(shí)的靜阻力矩 :
M m(Q
0)
1140
=51.41 N ? m
Mj( Q 0)=‘
=
23.34 0.95
i o
初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩 :
(GD2 ) zl +(GD2 ) l =0.33+0.202=0.532kg ? m2
(2.4)
機(jī)構(gòu)總飛輪矩 ( 高速軸 );
(GD2 ) 1 =(GD2 ) d +(GD2 ) zl +(GD2 ) l =0.78+0.532=1.31 kg
? m2
(2.5)
滿載起動(dòng)時(shí)間
t q (Q Q )=
950
[2
1.15
1.31
(32000
38000) 0.72
]=7.27s
38.2(2 165.87
94.71)
23.342
0.95
空載起動(dòng)時(shí)間 :
t q (Q 0)=
950
[2
1.15
1.31
38000
0.72
165.87
23.342
0.95
38.2 (2
51.41)
]=3.46s
由 [2] 知, 起動(dòng)時(shí)間在允許范圍 (8 ~10s) 之內(nèi) , 故合適
起動(dòng)工況下減速器傳遞功率 :
1.9 起動(dòng)工況下校核減速器功率
‘
N
= Pd vdc
’
(2.6)
d
1000 m
式
中
Pd
=
Pj
+
Pg
=
‘
P j
+ Q
G
vdc
=6000+ 89.44
(32000+38000)=20353N
g
60t q(Q
Q)
60 7.27
‘
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)中同一級(jí)傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù)
‘
=2
m
, m
因此, N
d =
20353
89.44
=15.97 kW
1000
60
0.95
2
所選用減速器的 [N]
JC 25% =24.5Kw> Nd , 所以合適
1.10 驗(yàn)算起動(dòng)不打滑條件
由于起重機(jī)是在室內(nèi)使用 , 故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮 . 以下按三種工況進(jìn)行驗(yàn)算兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)同時(shí)起動(dòng) :
P f
n=
1
n z
(2.7)
P(2 k
d
‘
)P2 k
G
vdc
2
g
60tq(Q 0)
D c / 2
式中 P1 =Pm in ’+Pm ax‘ =119410+71510=190920N——主動(dòng)輪輪壓和 ;
P2 = P 1 =190920N——從動(dòng)輪輪壓和 ;
F=0.2 ——室內(nèi)工作的粘著系數(shù) ;
n z =1.05 ~1.2 ——防止打滑的安全系數(shù)
n=
190920
0.2
(
0.02
0.14)
190920
0.0008
89.44
190920 0.0008
1.5
2
38000
0.7/2
60 3.46
=2.91
n>n z , 故兩抬電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)不打滑
事故狀態(tài) : 當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作 , 而無(wú)載小車位于工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊
時(shí) , 則
n=
P1 f
n z
d
P(2
)P1 k
‘
k
G
vdc
2
g
60tq(Q 0)
D c / 2
P = P
‘
=86000N——工作的主動(dòng)輪輪壓 ;
1
m ax
P2 =2 P min ’+ P m ax =2 54000+86000=194000N——非主動(dòng)輪輪壓之和 ;
t ’q(Q
0)——一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的空載起動(dòng)時(shí)間 :
t q
(
)
950
[1.15 1.31+
38000
0.72
]=8.14s
Q 0 =
38.(2165.87
51.41)
23.342
0.95
n=
190920
0.2
=3.35
0.12)
(
0.02
119410
0.0008
89.44
26243 0.0008
1.5
38000
2
60 13.12
0.7/ 2
n>n z
故不打滑
事故狀態(tài) : 當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作 ,
而無(wú)載小車遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊
時(shí) , 則
P1 = P m in ’=71510N
P2 =2 P m ax‘ + P m in ’=2 119410+71510=310330N
t ’q(Q
0)=8.14s, 與第 2 種工況相同
n=
71510
0.2
=1.46s
8944
310330
0.002
1.5
71510
0.0008
38000
0.7/2
60 8.14
n>n z
故也不會(huì)打滑
1.11
選擇制動(dòng)器
由 [1] 取制動(dòng)時(shí)間 t z =3.5s
按空載計(jì)算制動(dòng)力矩 , 即 Q=0代入 [1] 的( 7-16 )式:
Mz =
1
{M j
+
n1
[ mc(GD
2
) 1 +
GD c
2
(2.7)
io 2
]}
m
38.2t z
=
( Pp
Pm min ) Dc
=
(760
2171.43)
0.7
0.95
=-20.11 N
? m
式中 Mj
2i o
2 23.34
P p =0.002G=0.002 380000=760N——坡度阻力
G (k
d )
380000(0.0008
0.02
0.12)
Pm m in =
D c
2
=
0.7/ 2
2
=2240N
/ 2
M=2——制動(dòng)器臺(tái)數(shù),兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作
M z =
1
{-20.11+
950
[2 1.15 1.31
38000 0.72
0.95
]} =117.32 N ? m
2
38.2 3.5
23.342
現(xiàn)選用兩臺(tái) YWZ200/23 制動(dòng)器,查附表得其額定制動(dòng)力矩
M =112.225 N ?m
5
ez
為避免打滑,使用時(shí)需將其制動(dòng)力矩調(diào)至 117.32N ? m以下。
考慮到所取的制動(dòng)時(shí)間 t z t q (Q=0),在驗(yàn)算起動(dòng)不打滑條件時(shí)已知是足夠安
全的,故制動(dòng)不打滑驗(yàn)算從略。
1.12 選擇聯(lián)軸器
根據(jù)機(jī)構(gòu)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
Mjs =M n =102.6 1.4=143N? m
M ——聯(lián)軸器的等效力矩
M = 1 Mel =251.3=102.6 N ? m
1 ——等效系數(shù),見(jiàn)表 2-7 取 1 =2
Mel =9550 N e =9550 5 =51.3 N ? m
n1 930
由附表 31 查得,電動(dòng)機(jī) JZR2 -21-6 ,軸端為圓柱形, d1 =40mm,l=110mm,由附
表 34 查得 ZQ-350 減速器高速軸端為圓錐形 d=40mm,l=60mm,故在靠近電動(dòng)機(jī)端從附表 44 中選兩個(gè)帶 200 制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器 S196(靠電動(dòng)機(jī)一側(cè)為圓
柱形孔,浮動(dòng)軸端 d=40mm)[M l ]=710 N?m;(GD2 ) zl =0.36kg ?m2 ;重量 G=15kg。
在靠減速器端,由附表 43 選用兩個(gè)半齒聯(lián)軸器 S193(靠減速器端為圓錐形,浮
動(dòng)軸端直徑 d=40mm);其 [M l ]=710 N ? m; (GD2 ) l =0.107 kg ? m2 ;重量 G=8.36kg
高速軸上傳動(dòng)零件的飛輪矩之和為:
(GD2 ) zl +(GD2 ) l =0.36+0.107=0.467 kg ? m2
與原估計(jì)基本相符,故有關(guān)計(jì)算則不需要重復(fù)
低速軸的計(jì)算扭矩:
Mjs " = M js i o =14320.49 0.95=2783 N ? m
由附表 34 查得 ZQ-350 減速器低速軸端為圓柱形, d=80mm,l=125mm
由附表 19 查得 Dc =700mm的主動(dòng)車輪的伸出軸為圓柱形, d=90mm,l=125mm
故從附表 42 中選用 4 個(gè)聯(lián)軸節(jié):
其中兩個(gè)為: GICLZ5 YA80 (靠減速器端)
A80
另兩個(gè)為: GICLZ5 YA80 (靠車輪端)
A90
所有的 [M l ]=3150 N? m,(GD2 )=0.0149kg ?m2 ,重量 G=25.5kg(在聯(lián)軸器型號(hào)標(biāo)
記中,分子均為表示浮動(dòng)軸端直徑)
1.13 浮動(dòng)軸的驗(yàn)算
疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算:
M =
1 Mel i
o
‘
=1.4 110.58 23.34 0.95=3432.65 N
? m
式中
1 ——等效系數(shù),由表
2-6
查得
1 =1.4
由上節(jié)已取浮動(dòng)軸直徑
d=80mm,故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:
n = M =
3432 .65 3 =33.52Mpa
(2.8)
W
0.2 0.08
由于浮動(dòng)軸載荷變化為對(duì)稱循環(huán) (因?yàn)楦?dòng)軸在運(yùn)行過(guò)程中正反轉(zhuǎn)之扭矩相同)
,
所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為:
[ 1 k ]=
1
1 =132
1
=49.1 MPa
k
n 1.92
1.4
式中材料用
45 號(hào)鋼,取
b =600MPa;
s =300MPa。所以, 1 =0.22 b =0.22
600=132MPa
s =0.6 s =0.6 3000=1800MPa
k=k x k m =1.6 1.2=1.92 ——考慮零件幾何形狀,表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)。由
第二章第五節(jié)及 [2] 第四章查得: k x =1.6 ; k m =1.2
n =1.4 ——安全系數(shù)(由表 2-18 查得) n <[ 1k ], 故疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)
靜強(qiáng)度驗(yàn)算:
計(jì)算靜強(qiáng)度扭矩:
M
=
c
M
el
i
‘
m ax
o
=2.5 110.58 23.34 0.95=6129.7N ? m
式中
c ——?jiǎng)恿ο禂?shù),查表 2-5 得 c
=2.5 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
M
6129.7
59.9MPa
=
0.2 0.083
W
許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力:
[ ] = s
180
128.6MPa 〈[
] ,故靜強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)
n
1.4
高速軸所受扭矩雖比低速軸小(二者相差 i o ‘ 倍),但強(qiáng)度還是足夠的,故此
處高速軸的強(qiáng)度驗(yàn)算從略