1、课程方案指导书new综合课程设计(轮胎式起重机起升机构设计指导书工程机械及物流技术系 薛渊哈尔滨工业大学2018年3月目 录第1章 概 述1.1 轮胎式起重机起升机构设计的教案目的轮胎式起升机构课程设计是工程机械及物流技术模块学生完成工程机械设计基础之后的一个重要实践教案环节。课堂上讲授的有关工程机械设计的基本理论、基础知识和基本技能要通过这个教案环节的印证、理解、消化、巩固和检验。轮胎式起重机起升机构设计是一次综合性的工程设计训练，通过这次设计活动，使学生受到如下几个方面的锻炼。1）运用工程机械设计基础课程中的基本理论，以及其他先行课程的相关知识，为指定的设计任务拟定合理可行的工作计划，并且
2、在设计过程中进行检验和修正；2）提高对工程机械设计的表达能力。其中包括，图纸、计算和文字表达能力等；3）学会查阅和运用与工程机械设计相关的文献资料。其中包括教材、专著、期刊、手册、标准、规范、样本等。4）培养学生掌握工程机械工作机构本体设计、分析步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，为后续专业课程和毕业设计奠定了基础1.2 设计内容与步骤1.方案设计1天） 对设计任务分析，确定起升机构的主要功能和附加功能；3）确定起升机构的方案，包括工作原理、驱动形式、传动形式、工作机构、制动形式、支撑结构形式和调速形式的确定。2. 设计计算和选择关键选型件3天）在设计方案的基础上
3、，进行设计计算和关键选型件，包括起升功率计算；钢丝绳选型计算和选择；液压马达的选型计算和选择；减速器的选型计算和选择；卷筒的选型计算和选择；制动器的设计计算及其他部件的设计计算和选择。3. 结构设计学时：89天）进行起升机构总体布局，绘制总装配图1张A0，）和部分零部件图2张A2）。4. 编写设计说明书学时：12天）5. 答辩学时：1天）1.3 设计工作量系统复习所需过的理论知识，积极思考、独立工作。准备必要的设计手册、设计规范。可收集同类产品资料，对同类产品进行分析、理解消化，鼓励进行创新设计。要明确题目，充分理解任务书。对所设计轮胎式起重机起升机构任务书提出的技术要求和起升机构整机环境约束
4、应有全面理解。轮胎式起重机起升机构设计的工作量如下：1起升卷扬装配图1张A0图；2零件图2张A1或A2）图；3设计说明书1份5000-10000字）。第2章 设计题目轮胎式起重机起升机构设计应充分发挥学生的主动性和积极性，以学生为主体完成设计任务，指导教师起着指导和答疑作用。鼓励学生创新性地完成课程设计。轮胎式起重机起升机构设计的题目和技术参数应体现如下几点要求。1 所设计的起升机构应是轮胎式起重机的起升机构；这样对可达到对学生进行工程机械设计综合训练的目的Q2起升速度(m/minVQ3工作级别Mj4基本起升高度(mH5主臂起升高度(mHmax6基本倍率a7常用倍率an8臂架最大仰角max9油
5、泵泄荷压力(MPapB10超载系数11臂架全缩长度(mLO12滑轮组安全距离(mb13调速系数第3章 轮胎式起重机起升机构设计起升机构是起重机的一个重要机构。起升机构可视为一个完整的机械系统考虑，但又受到整机约束，如结构约束、工作环境、动力源等。故在设计中必须满足起升机构性能要求，也应符合整机工作性能要求；同时还需要满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性能好、使用维护方便和美观等条件。起升机构的设计主要包括方案设计、设计计算和结构制图三大部分，一般地方案设计和设计计算部分在设计计算说明书中体现，是结构制图的依据，而结构制图是方案和设计计算的体现和细化，是产品制造的直接依据。3.1
6、方案设计接受设计任务书后，首先要对设计任务进行技术分析，确定机构要实现的主要功能和附加功能，并尽可能找出的约束条件。然后，根据要实现的功能和约束条件，确定系统的功能模块，并对功能模块形式进行分析和筛选，在此基础上确定机构工作原理，明确组成机构的关键零部件工能及结构形式，为具体下一部具体结构设计做好铺垫。3.1.1设计任务分析起升机构设计任务书给定了设计输入条件，通常包括基本功能要求。方案设计阶段的第一项工作就是要明确总体功能起重机的总体功能）对工作机构提出了什么样的基本功能要求，且以此为基础进行功能分析。基本性能要求有时也会对机构的功能产生影响，在进行设计任务分析时应注意发现机构工作性能与机构
7、工作原理之间的内在关系，在进行功能原理设计时加以考虑。通常设计任务分析工作包括功能分析和约束分析两项基本内容。功能分析就是分析起升机构所达到的功能。起升机构必须具备的功能有：基本功能和附加功能。其中，基本功能有：起升运动、下降运动和空中停留。附加功能主要是调速功能。约束条件主要有：结构约束、行使条件约束、动力约束。3.1.2功能模块划分和确定起升机构是由若干个功能模块组成，并在各个功能模块协调工作下完成指定任务。一般地包括动力、传动机构、制动机构、升降机构、操控系统和支承。划分功能模块后可进行功能模块形式的确定，其过程如下：1）机构功能模块形态搜索；2）功能模块形态评价与筛选。3.1.3方案确
8、定根据所确定的各个功能模块，确定起升机构的功能原理方案。通常，功能原理方案包括以下基本内容。 机构原理图；2 各组成部分的原理图；3）系统之间的相对位置，联接顺序与方式。 目标机构所包含的所有系统；2 各系统的形态；3 各系统之间的联接顺序与方式。(3-2式中：Fb产品最小破断拉力，kN；Fb设计要求最小破断拉力，kN；n安全系数，取n=4.5；P钢丝绳最大静荷载，N。Q起重量，取Q=25t；a基本臂倍率；滑轮效率，=0.95滑动轴承），=0.98取决于基本卷绳量La和常用卷绳量Lan，取其较大者，即。La和Lan分别由下式(3-4决定。(3-4(3-5由式式中：H基本臂起升高度；Hmax最长
9、主臂起升高度；an常用倍率；max臂架最大仰角；D卷筒直径，mm，Dd(hD-1，卷筒直径系数hD=16；aj待定倍率，根据Lj的计算结果确定；b滑轮组安全距离；hH滑轮直径系数；臂架全缩长度。3.2.2 钢丝绳用压板钢丝绳用压板的选择应根据国家规范(3-8式中 q马达排量，ml/r；qc马达计算排量，ml/r。M液压马达负载转矩，Nmp马达压力差，MPa；p=pB-pl-pb，pB为油泵泄荷压力，pB为系统液压；pl为马达前压力损失MPa），包括换向阀压力损失pH1.0MPa）和顺序阀压力损失pS=0.6MPa）；pb为马达后背压MPa），包括换向阀背压pHb=1.0MPa）和精滤器pJ=0
10、.4MPa）；mh马达机械效率。液压马达负载转矩由式式中 超载系数，可取=1.25。MDm卷筒最大静转矩，Nm。imax传动比最大值。T减速器效率，可取T=0.94。L联轴器效率，可取L=0.99。和分别由式(3-10和式(3-11表示。 (3-10 (3-11式中 Dm卷筒外层直径，mm；D卷筒效率；ni减速器输入转速界限；nD卷筒负载转速，r/min；调速系数。卷筒外径Dm和卷筒负载转速可分别由式312）和式d(3-12(3-13式中：m卷绕层数；VQ起升速度，取VQ=10m/min；Dz卷筒速度层直径，mm；卷绕层数m和卷筒速度层直径Dz分别取决于。 (3-14 (3-15式中Z=1+I
11、NT(m/2；D卷筒直径。3.2.4 减速器选择根据传递功率、力距、输入速度和传动比确定减速器的主要参数，同时考虑其结构空间和安装维修问题。减速器的选择工作主要包括类型确定和强度验算。1. 强度选型减速器的强度选型计算公式为P(3-16式中：修正强度功率，kw；P公称功率，kw；P强度功率，kw；nT减速器的临近ni的转速，r/min，查减速器手册可得到；ni减速器负载输入转速，r/min。负载输入转速由式(3-19Mq=0.159qMpmh (3-20P=MAXPm，PS(3-21(3-22(3-23(3-24式中 i减速器传动比。Mq液压马达可达转矩，Nm；qM马达产品铭牌排量，qM=50
12、0ml/r；SA安全系数，取SA=1.5；KA工况系数，取KA=1.25；Ni减速器负载输入功率，kw；Pm正常载荷计算功率，kw；PS尖峰载荷计算功率，kw；3.2.5 联轴器联轴器的选择包括类型和型号的确定以及力学验算。 先选定联轴器的类型再根据既定构件与联轴器的接口来确定联轴器的型号，之后，进行力学验算，并给出制图信息。可选择GCL型鼓形齿式联轴器。该联轴器承载能力大，工作可靠，补偿性能好。GCL型鼓形齿式联轴器许用条件为TCK1Tn(3-25TC=KT(3-26式中 Tn公称转矩，Tn=5000Nm；K1转矩修正系数；由设计手册查得；TC计算转矩，Nm，按下式计算。K工作情况系数，取K
13、=2；T理论转矩，取T= Mq=1626.57Nm。3.2.6轴承可采用类比法确定卷筒半轴轴径。然后进行验算和寿命计算。不同类型的轴承，其验算和寿命计算方法不同，下面以调心轴承为例介绍轴承的验算和寿命计算方法。1验算基本额定静载荷要满足CorSoPo(3-27Po=Fr+YoFa(3-28式中：Cor径向基本额定静载荷，取Cor=410103N；So安全系数，可取So=2.5；Po当量静载荷，N；Fr径向静载荷，N；Yo静轴向载荷系数；Fa轴向静载荷，N。并且，Fa=Frsin2。2. 寿命计算L10hTi(3-29(3-30式中：Ti轴承设计寿命；L10h轴承基本额定寿命可靠度为90%），h
14、；Cr基本额定动载荷，取Cr=195103N；n轴承转速，r/min；n=ni/i；P当量动载荷，N。当Fa/Fre，(3-31当Fa/Fre，(3-32式中：Y1轴向系数；fP载荷系数；Y2轴向系数。3.2.7 制动器起升机构的制动器为常闭式制动器。作为非选型件，在设计过程中，首先要进行原理设计，然后进行各个要件的实体设计。设计中要充分考虑在实现功能的前提下，结构紧凑，工作安全可靠，便于维修，符合国家规范。1制动器原理设计制动器的原理和原理要件见表3-1。2制动轮与制动带式中：MB制动力矩，Nm；B制动带宽度，mm；p许用比压，MPa；摩擦系数；制动带包角。制动力矩按下式计算。MB=MDm(
15、3-34其中安全系数=1.25。表3-1制动器简图及原理要件制动器简图制动器的原理要件序号要件名称1制动带2制动带紧边支座3制动轮4操动杠杆5杠杆支座6上闸弹簧7操动推拉杆8松闸油缸式中：S1制动带紧边拉力，N；i制动带横截面螺钉数目；dB螺钉直径；许用应力，可取=140MPa；制动带紧边拉力计算简图见图2-2，制动带紧边拉力按下式计算。(3-36式中：制动轮径向间隙，取=1.5mm。3. 上闸弹簧 F10.2Fj(3-39式中 F2最大工作载荷松闸力），N；Fj极限载荷，N；F1最小工作载荷、(3-39及可得(3-40式中：S2制动带松边拉力，N；i杠杆比。根据式制动带松边拉力按下式计算。(
16、3-42(2 弹簧圈数。弹簧圈数按下式计算。 (3-43式中 fSj单圈弹簧在Fj作用下的变形量；4. 松闸油缸(1 油缸内径d。油缸的计算公式如下。式中 m油缸机械效率，m=0.90.95；Pmin最小松闸比压。(2 缸筒外径D。根据内径和压力查液压缸设计手册,可得到缸筒外径, 再确定螺纹结构.缸筒材料精密无缝钢管。(3 螺纹长度。螺纹基本长度Lj可表示为 (3-44式中 dmin螺纹小径，mm；K应力集中系数；0许用剪应力，MPa；3.2.8 卷筒卷筒设计主要包括卷筒类型选择、结构尺寸确定和强度验算。卷筒的结构和强度计算必须符合起重机设计规范的要求5. 卷筒壁厚可按经验公式计算(3-46c
17、=0.5s(3-47式中：A1多层缠绕系数；t绳槽节距；c卷筒材料许用应力，MPa；s卷筒材料屈服极限,s = 235MPa。6. 卷筒挡板直径Dmax卷筒挡板直径的计算可根据Dmax=MAXDmm，DmB，DF来确定。Dmm为挡绳直径；DmB为制动盘直径，mm；DF为绳头相关直径，mm。Dmm=Dm+5d(3-48DFdD+4A(3-493.3 起升机构起制时间验算设计题目为“80吨轮胎式起重机起升机构设计”。技术要求见下表。参数名称参数代号参数值参数名称参数代号参数值起重量(tQ80t臂架最大仰角max 80起升速度(m/minVQ5m/s液压泵额定工作压力(MPapB / MPa16MP
18、a-32MPa工作级别MjM4超载系数1.2基本起升高度(mH10臂架全缩长度(mLO10主臂起升高度(mHmax40滑轮组安全距离(mb1.5基本倍率a14常用倍率an 10方案设计任务分析起重机的起升机构通常具有如下功能：起升运动、下降运动和空中停留等基本功能及轻载高速的附加功能。由于轮胎式起重机经常受到行驶条件的限制，因此起重机吊臂适合采用伸缩式吊臂。设计时常常将起升机构与整机的行驶动力相统一，因而起升机构采用“液压马达驱动”形式。起升机构功能模块划分起升机构划分为升降模块、驱动模块、制动模块、操作控制模块、支承模块和连接模块等部分。(2 (3已知参数：滑轮效率w=0.98，倍率a=14, 起重量Q=80t, 安全系数n=4.5。根据已知参数和式1）式292.2408103P(N64.9424103d(mm24查设计手册1. 钢丝绳长度钢丝绳的长度由两部分组成：卷绕长度和非卷绕长度。(4取决于基本卷绳量La和常用卷绳量Lan，取其较大者，即。La和Lan分别由下式决定。(5(6取H=10m；Hmax=40m；an=1
