小车运行机构计算说明书概要.docx
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小车运行机构计算说明书概要
5-50/10吨吊钩桥式起重机
计算书
一、小车部分
2、小车运行机构计算
编号：
GJS—1.2
技术科
设计计算说明书
第1页
共25页
5-50/10吨吊钩桥式起重机小车运行机构计算书目录
说明
一、电动机的选择
1、小车运行总静阻力计算
2、电动机轴上静阻力矩及静功率计算
3、选定电动机和减速机速比确定
4、总飞轮矩的计算
5、电动机起动时间计算
6、平均起动加速度计算
7、电动机功率按发热条件的校核
8、起动时附着安全系数的校验
二、减速机选择
1、耐久计算载荷的确定
2、减速机输入功率的计算
3、减速机一端从动轴的最大承载力矩
三、制动器选择
1、容许制动减速度的确定
2、空载制动不打滑的制动轴上所需的总制动力矩
3、化到制动轴上的空载运行静阻力矩
4、制动器制动力矩的计算
5、空载制动的最小制动路
6、满载制动减速度
技术科
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第2页
共25页
7、满载制动制动路
四：
齿轮联轴器的选择
1、电机联轴器计算力距
2、传动轴上齿轮联轴器计算力矩
五、传动轴计算
1、强度计算
2、扭转耐久性安全系数的计算
六、行轮计算
1、行轮相当载荷的确定
2、容许局部挤压应力
3、轮缘点接触时局部挤压应力的校验
附：
计算表表1—表13
技术科
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第3页
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说明
1、计算范围：
本计算按我厂已生产的吊钩桥式起重机（载重量5—50/10吨）
小车运行机构技术性能进行核算。
机构情况见小车运行机构简图（图1）
工作制度：
中级
工作条件：
室内：
常温及典型的工作负菏情况
2、计算方法：
为便于计算，比较和消除重复的说明起见，将5—50/10吨小车列在一个计算表上用同法算出。
[在各章，公式及数据的直上方用[]表示参考资料号码]计算时将各计算表中的已知参数代入相应计算公式，便得出表列的计算结果。
3、计算参考资料及号码
⑴起重机机构和起重机运输机械零件的计算（57年版）全苏起重运输机器制造科学研究所编。
⑵起重机机构和起重运输机械零件的计算（59年俄文版）全苏起重运输机器制造科学研究所编。
⑶通用桥式起重机
⑷起重机设计手册
⑸电动桥式起重机设计技术条件
技术科
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4、小车运行机构简图：
顺号
名称
数量
1
减速机
1
2
电机联轴器
1
3
电动机
1
4
制动器
1
5
齿轮联轴器
4
6
主动车轮
2
7
轴承箱
4
8
传动轴
2
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第5页
共25页
一、电动机的选择：
（1）
1、小车运行总静阻力W总静计算
算式：
W总静=R缘W摩（kg）
式中：
K缘—行轮凸缘对钢机头部摩擦阻力系数
取K缘=2.5
W摩=（G车+Gn）
（kg）
——小车满载摩擦阻力
G车——小车重量（kg）
Gn——额定起重量（t）
D行轮——行轮直径（cm）
d——行轮轴径（cm）
μ——行轮滚动摩擦力臂（cm）
据
（1）书（表17）[1]化简为表1表1
D行轮
25
35
40
50
μ
0.04
0.05
0.06
0.06
f——行轮轴承摩擦系数，据[1]（表18）[1]
取f=0.02
2、电动机轴上静阻力矩M静及静动率N静计算：
算式：
小车满载时：
；或
小车空载时：
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式中：
η——机构效率
取η=0.9
n电（r/min），V车（m/min）及i——初步设计时初步选择的电动机转数，小车行走速度及机构传动比（由电动机至车轮间）
W总静（kg），D行轮（m）、G车（kg）及Q载（kg）——仝前
3、选定电动机和减速机速比确定。
⑴由电动样本查出电动机的型号，功率P额（kw）、转数n电（r/min）及最大力矩倍数Ψ
⑵计算电动机额定转矩M额
⑶
式中D行轮（m）及V车（m/min）——仝前
4、机构总飞轮矩换算到电动机轴上的值GD总2
算式：
小车满载时：
小车空载时：
式中：
——位于电动机轴上的电动机转子，联轴器，制动轮等飞轮矩之和
GD2电——电动机转子飞轮矩（kgm2）
GD2联——电机联轴器飞轮矩（kgm2）
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GD2制——制动轮飞轮矩（kg.m2）
Q载（kg），G车（kg），V车（m/min），η电（r/min）及η——仝前
5、电动机起动时间t起计算
算式：
小车满载时：
小车空载时：
式中：
t相对——由负荷率α负及电动机最大起动力矩M起而查得的相对起动时间。
直此有三种情况：
⑴t相对（满、最小）——满载全压起动时的相对起动时间，
据
由图2查得
⑵t相对（满正常）——满载正常起动时间的相对起动时间
据
由图2查得
⑶t相对（空最小）——空载全压起动时的相对起动时间，
据
由图2查得
GD2总（满）（kg.m2）、GD2总（空）（kg.m2）、n电（转/分）、M额（kg.m2）
M静（空）（kg.m）、M静（满）（kg.m）及ψ——仝前
图2为⑴书（图111）⑴的放大图
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α
6、平均起动加速度α平的计算：
算式：
式中：
V车（m/min）及t起（t）——仝前
α平的三和值为：
α平（空最大）＞α平（满最大）＞α平（满正常）
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7、电动机功率按发热条件的校核：
由于电动机的实际工况难以具体确定因此发热校核用求出电动机在
JC=25%时，所需的当量额定功率N25值来校核。
即确定的电动机在
JC=25%时之名牌功率P额＞N25时为通过。
算式：
N25=K类型r当．N静（满）（kw）
式中：
K类型——工作类型系数，按表2查得（参书
（1）241页）
K类型=0.75表2
工作类型
轻型
中型
重型
K类型
0.5
0.75
1.0
N静（满）（kw）——仝前
r当——起动情况对当量功率影响的系数。
按起动时间与运转工序的平均时间之比值t平均比值及机构类型由
（1）书图119）查得
图3是将（图119）简化后所得。
在t平均比值=0.2（查表93[1]得）时，在此查得γ当=1.125。
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8、起动时附着安全系数K附的校验
校对小车空载全压起动对的不利条件下的K附值：
算式：
式中：
G主动轮压（空）——空载时小车主动轮压对轨道的总压力，[可用满载时主动轮压减去由载重引起的主动轮压得到]（kg）
f附着——行轮与钢轨的附着系数，对于室内工作没有潮气情形取
f附着=0.25
a——行轮总数，对于Gn=5-50吨的小车运行机构为a=4
b——空轮的行轮总数。
对于Gn5-50吨的小车运行机构为b=2
——小车空载运行阻力（kg）
G车（kg）、f（=0.02）、d（cm）、D行轮（cm）、K缘（=2.5）及
μ（cm）——仝前
将上列各值代入算式后得出：
算式（简化）：
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二、减速机选择：
（1）
1、耐久计算栽荷P计算的确定
算式：
P计算=W总静+W动（kg）
式中：
W动=
α平（满载）（kg）
——小车满载起重机时的惯性力，考虑正常起动状态即最大起动力矩为额定力矩的2-2.5倍的情况
W总静（kg）、G车（kg）及Gn（kg）——仝前
Q平（满正常）——最大起动力矩=2-2.5倍时的平均起动加速度（m/t2），在此Q平（满载）相当于Q平（满载、正常）
2、减速机输入功率N输入的计算：
算式：
式中：
η（0.9＇）及V车（m/min）——仝前
根据算出的N输入，减速机速比i及运动型式来确定减速机型号。
3、减速机一端从动轴的最大承载力矩M最大（承载）
算式：
M最大（承载）=
M最大（承载）≤M最大（容许）为通过。
式中：
G总主动轮压——小车满载时主动行轮承受的总压力（kg）
G最大主动轮压——主动轮压中的最大主动轮压（kg）
M最大（容许）——所选定的减速机府端从动轴可以承受的最大容许扭转力矩（kg.m）。
由所选定的减速机参数表申查得。
M额（kg.m）、ψ、i及η（=0.95）——仝前
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三、制动器的选择：
[1]
制动时要避免行轮在钢轨上的滑移现象产生，因此要选择适当的减速度，并按空载情形下进行制动力矩的计算和选择制动器。
1、容许制动减速度j减的确定：
对于不同情形下的j减值按（表25）[1]选取。
对f附着=0.15
的情形下的荐用容许减速度j减值为j减=0.55（m/min）
2、空载制动不打滑时制动轴上所需的总制动力矩M总制动
算式：
式中：
∑GD2转=1.15GD2高（kgm2）
——换算到制动轴上（在此为电动机轴）的机构旋转质量的总飞轮矩
η制——制动轴转数，在此为电动机转数（
）
即η制=η电，G车（kg）、D行轮（厘米）、g=961（cm/t2）、i
V车（m/min）、η（=0.9）及j减（m/t2）（仝前）
3、化到制动轴上的空载运行（K缘=1）静阻力矩M空（静制）
算式：
M空（静制）=M静（空）
式中：
M静（空）（kg.m）、η（=0.9）及K缘（=2.5）—仝前
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4、制动器制动力矩M制动器的计算：
算式：
M制动器=M总制动——M空（静制）（kg.m）
按计算所得M制动器值选择制动器
5、空载制动的最小制动路S最小的计算
算式：
S最小=
式中：
V车（m/min）及j减（m/t2）——仝前
6、满载制动（在制动力距M制动器不变时）减速度j减（满）：
算式：
式中：
M总制动（kg.m）、i、η（=0.9）、D行轮（m）、Q载（kg）
G车（kg）、∑GD2转（kg.m2）、η制（
）及
V车（m/min）——仝前
7、满载制动（M制动器不变时）的制动路S（满）：
算式：
式中：
V车（m/min）及j减（满）——仝前
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四、齿轮联轴器的选择：
电机联轴器及传动轴齿轮联轴器（机构简图中顺号2及5）均按齿轮联轴器最大容许扭矩M容许，大于计算力矩M计算来选择。
1、电机联轴器计算力矩M计算（电）：
算式：
M计算（电）=K重要ψM额≤M容许（电）
式中：
K重要——重要程度系数，查（表174）选取，在此取
K重要=1.2
M容许（电）——选定的马达联轴器最大容许扭矩（kg.m）
ψ及M额（kg.m）——仝前
若M计算（电）LK重要M制动器则选择联轴器算式为：
K重要M制动器≤M容许（电）（kg.m）
2、转动轴上齿轮联轴器计算力矩计算（转）
算式：
M计算（转）=K重要ψ、M额、i、η
式中：
K重要（=1.2）、ψ、M额（kg.m）、i、η（=0.95）G总主动轮压（kg）
及G最大主动轮压（kg）——仝前
M容许（转）——选定的传动轴上的齿轮联轴器的最大容许扭矩（kg.m）
若M计算（马）LK重要M制动器，则选择联轴器算式为：
K重要M制动器i、η≤M容许（传）（kg.m）
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五、传动轴计算：
认为传动轴（示竟图顺号8）只承受扭转载荷；材料：
45号钢
1、强度计算：
算式：
式中：
⑴抗扭净载面系数W扭
⑵传动轴最大作用转矩M最大扭：
M最大扭=ψM额iη
若ψM额＜M制动器则算式为：
M最大扭=M制动器iη
⑶许用扭转应力[τ]
[τ]=
（kg/cm2）
d轴、b及t——传动轴各部尺寸（cm）见（图4）（图示）
σ屈服——材料屈服极限应力，对45号钢为：
σ屈服=3400kg/cm2
K强=1.2×1×1.44（见[1]340页）[τ]=
η（=0.95）、ψ、M额
、M制动器
、i、G总主动轮压
及
G最大主动轮压（kg）——仝前
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第16页
共25页
2、扭转耐久性安全系数n扭的计算：
算式：
式中：
（1）扭当剪切应力τ当：
（kg/cm2）
W扭（cm3）——仝前
M相当=K期限M（静+动）（kg.m）——耐久计算相当转矩
M（静+动）=P计算
——耐久计算的计算相当转矩
P计算（kg）D行轮（m）、G总主动轮压（kg）及G最大主动轮压（kg）——仝前
K期限——使用期限系数，由[1]书（表2）[1]及（表4）[1]综合为表3来查取。
在小车工作制度为中级转轴使用期限15年及转轴每分钟转数约50转/分之时查得K期限=0.9
表3
小车运行工作制度
轻级
中级
重级
轴的使用期限（年）
25
15
10
轴的转数（转/分）
10
50
10
50
10
50
使用期限系数K期限
0.75
0.85
0.8
0.9
0.9
1.0
⑵扭转耐久限τ-1
τ-1=0.22σ强度（kg/cm2）
转轴材料：
45号钢，σ强度=6000kg/cm2
t-1=0.22×6000=1320kg/cm2（如按设计手册[4]取45号钢τ-11500~2000kg/cm2则安全系数更大）。
⑶轴劲上有过盈配合零件时有效应力集中系数与尺寸因素的比值
：
45号钢传动轴在轴颈上有压配合传力零件
的值
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第17页
共25页
可查表如下：
表4
过盈配合表面的压缩应力P压
kg/cm2
传动轴直径（厘米）
1.4
2.2
3.0
4.0
5.0
10-20
0
1.04
1.18
1.27
1.31
1.55
1.63
100
1.33
1.50
1.63
1.68
1.97
2.08
200
1.50
1.70
1.84
1.90
2.24
2.35
≥300
1.60
1.81
1.96
2.02
2.38
2.50
⑷过盈配合表面压缩应力P压的计算：
根据参考书[3]，对基孔制静配合je，P压＞300kg/cm2
⑸容许耐久性安全系数[n扭]
[η扭]=K重要，K制度，K材料、[2][5]
K重要——零件重要程度系数，K重要=1.2
K制度——考虑机构工作制度及计算应力与实际应力差别系数
K制度=1.1
P材料——材料的可靠性系数，取K材料=1.3
[n扭]=1.2×1.1×1.3=1.72
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六、行轮计算[1]
设计选用钢轨为圆弧表面，行轮材料55∧Ⅱ
1、行轮相当载荷P相当的确定
算式：
P相当=ν载变K工况G最大轮压（kg）
式中：
K工况——机构工作情况系数，由[1]书（表28）[1]简化得表5如下：
表5
工作制度
轻型
中型
重型
K工况
1.1
1.2
1.4
γ载变——载荷变化系数由
（1）书（表27）
（1）得表6
Q载G车
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.1
0.15
0.5
0.65
0.75
0.9
1.1
1.5
≥1.6
γ载变
0.98
0.96
0.94
0.92
0.91
0.9
0.89
0.88
0.87
0.86
0.85
0.84
0.83
0.82
0.81
0.8
G最大轮压——小车轮压中最大的轮压（公斤）
Gn（kg）、G车（kg）及G最大轮压（kg）——仝前
2、容许局部挤压应力[σ]挤压
与行轮材料，表面硬度，接触情形等有关，查[1]书（表178）
（1）
取[σ]挤压=17000（kg/cm2）
3、轮缘点接触时局部挤压应力σ挤压的校验
算式：
σ挤压=16500m3
（kg/cm2）
式中：
γ大——行轮半径或钢轨凸面半径，取两者较小值为大值（厘米）、较小值则为γ小值。
m——与行轨半径及钢轨凸面半径有关的系数由[1]（表77）[1]得表7
表7
r小/r大
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.15
0.1
0.05
m
0.388
0.40
0.42
0.44
0.468
0.49
0.536
0.60
0.716
0.80
0.97
1.28
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第19页
共25页
一、电动机选择
1、小车运行总静阻力：
W总静=K缘W摩；W摩=（G车+Gn）
（计算表1）
额定起
重量Gn
（t）
小车重
G车（kg）
行轮直径D行轮（cm）
摩擦力臂μ
（cm）
摩擦系数
f
行轮轴径d
（cm）
系数
K缘
摩擦阻力
W摩
（kg）
总静阻力
W总
（kg）
5
1950
25
0.04
0.02
6
2.5
56
140
2560
61
152
10
3724
35
0.05
9
110
275
4034
112
280
15/5
7012
116
440
8010
184
460
20/5
7518
220
550
8394
227
568
30/5
11319
40
0.06
10
331
827
12234
338
845
50/10
16132
50
0.06
12
476
1190
16916
481
1200
电动机功率N静计算及电动机的选定：
（计算表2）
额定起重量
Gn
（t）
小车重
G车
（kg）
电动机轴上静阻力矩
满载移动
功率
N静（满）
（kg）
选定的电动机主要参数
预选
速度
比i
估计效率
η
满载M静（满）（kw）
空载M静（空）（kg.m）
功率P额
（kg）
转数n电
r/min
最大力矩
倍数ψ
型号
5
1950
1.13
0.316
1.03
2.2
885
2.3
YZR132M1-6
17.2
0.9
2560
1.23
0.417
1.12
10
3724
2.39
0.65
2.23
3.5
910
2.5
YZR132M2-6
22.4
0.9
4034
2.43
0.70
2.27
15/3
7012
3.82
1.23
3.56
8010
3.99
1.39
3.72
20/5
7518
4.77
1.30
4.45
8394
4.93
1.46
4.60
30/5
11319
6.73
1.84
6.49
5
940
2.9
YZR160M1-6
27.3
0.9
12234
6.88
1.99
6.64
50/10
16132
8.72
2.13
8.45
7.5
945
2.8
YZR160M2-6
37.9
0.9
16916
8.80
2.22
8.52
技术科
设计计算说明书
第20页
共25页
3、满载及空载时机构总飞轮矩换行
到电动机轴上的值GD2总（满）及GD2总（空）
（计算表3）
起重量Gn
（t）
小车重
G车（kg）
V车
m/min
效率
η
η电
γ/min
电动转子飞轮矩GD2电kg/m2
马达联轴器飞轮矩GD2联
kgm2
制动轮飞轮矩GD2制（kgm2）
在电机轴上的诸零件飞轮矩和GD2高（kgm2）
飞轮矩
GD2总（空）
（kgm2）
飞轮矩
GD2总（满）
（kgm2）
5
1950
40.4
0.9
885
0.17
0.12
0.10
0.39
0.906
2.093
2560
1.049
2.225
10
3724
44.6
910
0.27
0.49
1.574
4.265
4034
1.654
4.364
15/3
7012
2.464
6.524
8010
2.734
6.804
20/5
7518
2.599
8.014
8394
2.834
8.424
30/5
11319
43.4
940
0.41
0.63
3.444
10.624
12234
3.654
10.924
50/10
16132
39.2
945
0.57
0.79
4.07
13.9
16916
4.23
14.0
4、电动机起动时间t起及平均起动机加速度α平：
；
；
（计算表4）
额定起重量Gn
（t）
小车重
G车
（kg）
电动机额定转矩M额（kgm）
负荷率α负
相对起动时间t相对
起动时间t起（秒）
α平（mt2）
满载
空载
满载
最小
满载
正常
空载
最小
满载
最小
满载
正常
空载
最小
满载
最大
满载
正常
空载
最大
5
1950
2.42
0.465
0.132
1.1
1.24
0.980
2.23
2.52
0.870
0.301
0.267
0.774
2560
0.51
0.172
1.15
1.32
0.986
2.49
2.85
1.015
0.27
0.236
0.663
10
3724
3.75
0.637
0.173
1.30
1.54
0.987
3.60
4.26
1.005
0.206
0.175
0.740
4034
0.649
0.187
1.32
1.55
0.988
3.74
4.39
1.056
0.199
0.169
0.703
15/3
7012
1.019
0.328
2.40
3.36
1.0
10.15
14.2
1.643
0.073
0.052
0.453
8010
1.064
0.371
2.68
4.02
1.028
11.80
17.7
1.816
0.063
0.048
0.410
20/5
7518
1.271
0.347
4.23
4.23
1.04
21.9
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