起重機(jī)總體設(shè)計及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

起重機(jī)總體設(shè)計及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計,起重機(jī),總體,整體,設(shè)計,金屬,結(jié)構(gòu)設(shè)計 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 教 務(wù) 處 2005年12月 中文題目：龍門式起重機(jī)總體設(shè)計及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計 外文題目：Dragon Gate Cranes design and metal structure design 畢業(yè)設(shè)計（論文）共 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文02頁） 圖紙共2張 完成日期 2006年6月 答辯日期 2006年6月 摘要： 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對起重機(jī)的需求量不斷增長。近年來，起重機(jī)工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，起重機(jī)工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)起重機(jī)廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。 研究推廣能提高勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大起重機(jī)應(yīng)用范圍的各種領(lǐng)域工作，也是起重機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)了高性能工藝、適應(yīng)工作環(huán)境能力、承載能力強(qiáng)功能、抗疲勞強(qiáng)度性能及抗彎曲性能性能等精制、高校、經(jīng)濟(jì)的起重機(jī)設(shè)計新方法。 雖然中國起重機(jī)工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。 目前，起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件所用的材料有普通碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，普通低合金鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼。金屬結(jié)構(gòu)的支座常用鑄鋼。金屬結(jié)構(gòu)的聯(lián)分為焊接和螺栓聯(lián)接兩大類。 關(guān)鍵詞： 起重機(jī)，金屬結(jié)構(gòu)，承載能力，疲勞強(qiáng)度，碳素鋼。 Summary : Since the reform and opening up, with the rapid development of the national economy, the growing market demand for cranes. In recent years, the crane industry has been around for 15% growth rate, rapid development, the ownership of components crane industry has undergone tremendous changes, with the exception of state-owned professional crane plant, collective, joint ventures, investment and private development has been rapid. Promote research to improve productivity and product quality, reduce costs and expand the scope of application of the various field cranes and crane technology development directions. Current and emerging high-performance succession process, the capacity to adapt to the working environment, supports a strong ability to function, to resist fatigue strength to resist bending performance and the performance of refined performance, colleges, and economic crane design new methods. Although Chinese crane industry in the past 10 years has made remarkable progress, but with many industry lags far behind developed countries. Currently, the major lift transport aircraft structural components used in the metal materials with ordinary carbon steel, quality carbon structural steel, low alloy steel ordinary, alloy structural steel. Common cast steel base metal structure. Metal welding and bolts into the structure of the links in two broad categories. key wordS: Hoist crane, Metal structure 目錄 前言………………………………………………………………………1 1起重機(jī)的概述………………………………………………………2 2龍門式起重機(jī)設(shè)計的總體設(shè)計……………………………………5 2.1龍門起重機(jī)總體設(shè)計所需的基本參數(shù)……………………………………5 2.2起重機(jī)的選型…………………………………………………6 2.2.1起重機(jī)基本型式的選擇…………………………………………6 2.2.2起重機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇………………………………………6 3 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………7 3.1金屬結(jié)構(gòu)概述……………………………………………………7 3.2箱形結(jié)構(gòu)門架強(qiáng)度計算……………………………………………8 3.2.1金屬結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算…………………………10 3.2.2 主減速器的潤滑…………………………………………………16 3.3驅(qū)動橋-差速器……………………………………………………18 3.3.1對稱式圓錐行星齒輪差速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計計算……19 3.4 驅(qū)動橋-半軸………………………………………………………25 3.4.1全浮式半軸的設(shè)計計算與校核…………………………………25 3.5 驅(qū)動橋-橋殼………………………………………………………28 3.5.1 鋼板沖奪焊接整體式橋殼的受力分析及強(qiáng)度計算……………29 4 總結(jié)…………………………………………………………………32 致謝……………………………………………………………………33 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………34 附錄A…………………………………………………………………35 附錄B…………………………………………………………………37 前言 我國起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化與實現(xiàn)生產(chǎn)近年來也有較大進(jìn)步，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展，精度亦有提高。但是總體情況還滿足不了重工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高，結(jié)構(gòu)材料，選材，鋼的強(qiáng)度，硬度，耐用性，耐磨性等等。標(biāo)準(zhǔn)件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家末形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多的問題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨=服務(wù)等都還有待于進(jìn)步提高 起重機(jī)總體設(shè)計及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計 龍門式起重機(jī)的總體設(shè)計包括以下內(nèi)容：確定總體方案，選擇主要參數(shù)，確定計算載荷，計算壓輪和穩(wěn)定性。 起重機(jī)的設(shè)計參數(shù)是指：起重量Q(t)、跨度L(m)起升高度H(m)起升速度(m/min)、和工作級別等。 已知數(shù)據(jù)和計算 起重量：50 起升高度：4.2 跨度：5 起升速度：7.5 工作級別：級； 機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率：25% 起重機(jī)的設(shè)計參數(shù)是指：有無電源(交流或直流)、工作地點(室內(nèi)或室外)、最大行程以及工作環(huán)境(溫度、濕度、有無煤氣或酸氣)等。 其它要求：如起重機(jī)所占空間的限制、司機(jī)室的型式(敞開式或封閉式)、司機(jī)室的位置(在橋梁中間或一端)、司機(jī)室的高度、操縱方式(手動、電動，遙控)等。 龍門起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定： 龍門起重機(jī)廣泛用于各種工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸和建筑施工。主要在露天貯料場、建筑構(gòu)件加工場、船塢、電站、港口和鐵路貨站等處，用其裝卸及搬運(yùn)貨物、設(shè)備以及建筑構(gòu)件安裝等。 各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)： 起重機(jī)總質(zhì)量：；主梁：；支腿：（一根）；下橫梁：（一根）；軌道：走臺欄桿：=2067；操縱室：；電氣均布質(zhì)量：；電氣集中質(zhì)量：；操縱室梯子安裝：；吊具：。 一、門架的結(jié)構(gòu)型式： 采用板梁結(jié)構(gòu)。由于板梁結(jié)構(gòu)制造方便，采用這種型式的門式起重機(jī)占多數(shù)。門架可制成雙腿(全門架)，門架主梁與支腿的選擇是剛性連接的。門架采用雙梁。門架結(jié)構(gòu)是板梁式箱形結(jié)構(gòu)。雙梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿制成“八”字型。 1， 主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計： 1） 根據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊原則采用如圖 所示的起升機(jī)構(gòu)傳動簡圖： 圖 主起升機(jī)構(gòu)傳動簡圖 1——電動機(jī)；2——聯(lián)軸器；3——傳動軸；4——制動輪聯(lián)軸器；5——制動器；6——減速器；7——卷筒；8——滑輪組；9——吊鉤組 2）選擇鋼絲繩：采用雙聯(lián)滑輪組，取主起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率 如圖 a、b所示，主起升機(jī)構(gòu)承載繩索分支數(shù)采用圖號為的50吊鉤組代用。吊鉤組質(zhì)量，兩滑輪間距?；喗M采用滾動軸承，當(dāng)時，滑輪組效率。鋼絲繩承受最大拉力： 選用鋼絲繩標(biāo)記如下： 3） 確定滑輪尺寸： 滑輪的許用最小直徑： 式中，系數(shù)。選用標(biāo)準(zhǔn)滑輪。選用平衡滑輪。 4） 選擇電動機(jī)： 靜功率計算： 式中 ——機(jī)構(gòu)的總效率，取=0.85。 電動機(jī)計算功率： 式中， 選則電動機(jī)的型號如下： YZAR255M-8，工作制，=40%，次，，，。電動機(jī)軸端尺寸， 電動機(jī)的驗算： 電動機(jī)的過載能力 式中 ——系數(shù)。； ——電動機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍率，。 ——機(jī)構(gòu)中電動機(jī)個數(shù)。 ，過載演算通過 二、門架的主要尺寸的確定：門架主要構(gòu)件有主梁、支腿和下橫梁，皆采用箱形結(jié)構(gòu)。主梁截面如圖 所示，其幾何尺寸如下： 箱行主梁的截面以矩形截面。門式起重機(jī)的主梁高度：當(dāng)采用兩條剛性支腿時，取，，采用單箱型時，取。主梁幾何特性：面積 ；靜面矩 ；；慣性矩 ； 截面模數(shù) ；；。 對于支腿，腿高h(yuǎn)由所要求的門架凈空尺寸確定。剛性支腿的上部連接按箱形結(jié)構(gòu)寬度(主梁高度)確定；柔性支腿的上、下部和剛性支腿的下部連接按門架下橫梁寬度及具體結(jié)果確定。 考慮到起重機(jī)沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求，門式起重機(jī)的輪距，為主梁全長。 三、門式起重機(jī)的載荷及其組合： 1．載荷 作用在門式起重機(jī)上的載荷有：起重載荷、門架自重、電氣設(shè)備及司機(jī)室等自重；、及風(fēng)力等。 1)箱形結(jié)構(gòu)的門架自重：箱形截面橋架自重 對于75以下的普通門式起重機(jī)，橋架(主梁)自重按下式估算： 帶懸臂 無懸臂 式中 ——額定起重量()； ——橋架(主梁)全長()； ——起升高度()。 門架的計算載荷： 支腿自重：雙梁門架的支腿單位長度自重常取為主梁單位長度自重的0.2～0.4倍單主梁門架的支腿單位長度自重取為主梁的0.7～0.9倍。 3)慣性力(慣性載荷) 機(jī)構(gòu)起、制動時產(chǎn)生的慣性力和沖擊振動引起的慣性載荷的確定。 對于主動輪僅布置在一側(cè)的門式起重機(jī)，設(shè)1輪為主動輪，2輪為從動輪，則大車制動慣性力為： 式中 ——大車制動時，由橋架自重引起的水平慣性力； 、、和等符號 4)大車運(yùn)行偏斜側(cè)向力 當(dāng)門式起重機(jī)的運(yùn)行速度與橋式起重機(jī)的運(yùn)行速度相近時，可按下式計算側(cè)向力： 式中 ——大車的最大輪壓。 當(dāng)門式起重機(jī)的運(yùn)行速度較低時，側(cè)向力按照之腿由于運(yùn)行阻力不同時求出 表示主梁由于側(cè)向力引起的彎矩。其中： 式中 和——兩支腿處的運(yùn)行阻力，且>； 和——兩支腿運(yùn)行牽引力，且。 1）進(jìn)行最大拉力驗算： 2）計算受拉單栓承載力 故 驗算通過。 2．載荷組合 由于各種載荷不可能同時作用在門架結(jié)構(gòu)上，因此要根據(jù)門式起重機(jī)的使用情況來確定這些載荷的組合。 門式起重機(jī)的計算載荷組合通?？紤]以下幾種情況： 1)對于主梁，考慮小車位于跨中或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風(fēng)力平行大車軌道方向。稱為計算情況II。 2)對于支腿，分別考慮門架平面和支腿平面內(nèi)的兩種載荷組合：支腿幾何尺寸和幾何特性：①支腿總體尺寸 采用型支腿，確定總體幾何尺寸如下： ① 在門架的平面內(nèi)，大車不動，小車位于跨端或懸端，小車滿載下降制動，同時小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動，風(fēng)力沿小車軌道方向，稱為計算情況II。 表 門式起重機(jī)的計算載荷組合 計 算 構(gòu) 件 主 梁 支 腿 載荷情況及組合 II II II II II 門架自重 起升載荷 — — 小車慣性力 — — — — 大車慣性力 — — — 大車偏斜側(cè)向力 — — 門架支承橫推力 — — — 風(fēng)力 小車自重 注：表中——橋架(主梁)自重；——門架(包括主梁和支腿等)自重，——在門架平面內(nèi)，沿小車軌道方向的風(fēng)力；——在支腿平面內(nèi)，沿大車軌道方向的風(fēng)力。其余符號同前述。 ② 在支腿平面內(nèi)，小車位于跨度端或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風(fēng)力平行大車軌道。稱為計算情況。 3) 對于主梁和支腿，還應(yīng)考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合，這時大車和小車皆不動，空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風(fēng)載荷，稱為技術(shù)情況。 對于每種計算情況，由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同，所以在設(shè)計計算時，對金屬結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力值也各不相同。 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容及計算： 四、箱形結(jié)構(gòu)門架的強(qiáng)度校核驗算 1．主梁危險載面的強(qiáng)度驗算 主梁的內(nèi)力計算：計算主梁的內(nèi)力時，將門架當(dāng)作平面靜定分析 1）正應(yīng)力的驗算 根據(jù)公式計算的垂直彎矩同時作用在主梁上，并考慮約束彎曲和約束扭轉(zhuǎn)的影響，主梁再面上的正應(yīng)力可按下式疊加： 主梁跨中： 主梁支承載面： 式中 、——主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、——主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、——主梁跨中和支承載面對軸的載面摸數(shù)； ——主梁對軸的載面摸數(shù)。 強(qiáng)度許用應(yīng)力為： 1）確定應(yīng)力循環(huán)特性 鋼的強(qiáng)度許用應(yīng)力為： 式中 為載荷組合的安全系數(shù)。 2）剪應(yīng)力的驗算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應(yīng)力按下式計算： 式中 ——主梁載面的一部分對中性軸的靜矩； ——主梁載面對軸的慣性矩； 、——主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應(yīng)力： 式中 ——支承處的水平剪力； ——主梁載面的一部分對軸的靜矩； ——主梁載面對軸的慣性矩； ——上、下蓋板厚度。 主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計算，計算式為： 主腹板上 = 副腹板上 = 蓋板上 = 式中 ——作用與主梁支承載面的扭矩； ——主梁封閉載面的輪廓面積，。 在主梁載面上，各種載荷在同一點引起的剪應(yīng)力予疊加。 主梁扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：對于單主梁箱形門式起重機(jī)，其主梁截面除承受自由彎曲應(yīng)力外，還承受約束彎曲應(yīng)力、約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力（以增大15%的自由彎曲應(yīng)力計入）和剪應(yīng)力。此外。主梁截面還承受純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，縣驗算如下： 2、支腿危險載面的強(qiáng)度驗算 對于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿應(yīng)分別選取幾個載面進(jìn)行強(qiáng)度計算。 強(qiáng)度驗算式為： 式中 ——門架平面，支腿驗算載面的最大彎矩； ——支腿平面，支腿驗算載面的最大彎矩； ——支腿平面，支腿驗算載面的軸向力； 、——驗算載面對軸和軸的載面模數(shù)； ——驗算載面的面積。 根據(jù)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度條件計算截面需要的面積： 由計算結(jié)構(gòu)知，桿件應(yīng)根據(jù)疲勞強(qiáng)度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為20732.55。 下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗算： 將各種載荷作用在門架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗算其強(qiáng)度，即彎曲應(yīng)力： = 式中 ——作用在下橫梁載面的總彎矩； ——驗算載面對軸的載面模數(shù)。 主梁支腿抗彎剛度比：系數(shù)： 式中 ——主梁繞x軸慣性矩； =——支腿折算慣性矩； h=9.8m， 支腿與下橫梁的內(nèi)力計算： 1， 由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力。有懸臂時的側(cè)推力為： 為了安全起見，現(xiàn)將有懸臂門架當(dāng)作無懸臂門架計算，即 彎矩 支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計算： 由垂直載荷引起的支腿內(nèi)力在垂直載荷作用下引起的支腿內(nèi)力為支反力： 箱型梁的約束彎曲計算 近年來，橋式起重機(jī)有采用寬翼緣箱形梁，這時薄壁箱形梁受彎曲時，在剪應(yīng)力作用下，翼緣板和腹板產(chǎn)生了翹曲，梁的截面不在保持平面，而有翹曲（圖b中虛線所示）。由于這種翹曲受到了約束，因而破壞了正應(yīng)力按平面分布的規(guī)律，這時正應(yīng)力沿梁寬的分布不再是一個常數(shù)，沿著梁高的分布也不再符合線性分布規(guī)律（圖 ），其中虛線表示自由彎曲應(yīng)力。 圖 薄壁箱形梁的計算 圖 薄壁箱形梁約束彎曲時剪應(yīng)力分布 根據(jù)理論分析和實驗驗證，在薄壁箱型梁的角點上，最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為： 式中 ——自由彎曲正應(yīng)力； ——考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù)； B——翼緣板寬度。 初選箱形截面腹板厚度 8.82 剛度是控制條件。 圖 薄壁箱形梁約束彎曲時截面正應(yīng)力分布 圖 腹板受輪壓局部擠壓計算 六，輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計算： 由于門架平面內(nèi)A支座處輪壓最大，其值為=475818.8，若在是設(shè)計時，能使得A支座側(cè)的兩個車輪輪壓接近相等，則： 1） 當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時（圖 ），腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力為：= 式中 ——局部壓應(yīng)力； P———集中載荷（N）； ——板厚（mm）； ——集中載荷分布長度，可按下式計算： 式中 ——集中載荷作用長度，對車輪??； —-自構(gòu)件頂面（無軌時）或軌頂（有軌時）至板計算高度上邊緣的距離（mm）. 2）當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時，局部彎曲應(yīng)力為：普通正軌或半偏軌道布置在兩腹板中間的上蓋板上，由輪壓作用而使上蓋板產(chǎn)生局部彎曲，此時上蓋板應(yīng)按被兩腹板和相鄰兩筋板分隔成的矩形板計算，如圖 所示。 箱型梁上蓋板是超靜定薄板。它支承在梁的腹板和橫向加筋板上。這種薄板的計算簡圖較復(fù)雜，再加上在小車輪壓作用下，起重機(jī)箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計算簡圖更加復(fù)雜。 為了簡化計算，特作如下假設(shè)： （1）把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板； （2）軌道視為一根中部受集中載荷的梁； （3）根據(jù)薄板受集中載荷作用來計算蓋板撓度； （4）計算應(yīng)力時，假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長為a和b矩形面積上接觸。此時， (cm),為軌道寬度，為軌道高度。 圖 上蓋板的局部彎曲計算簡圖 對于正軌和半偏軌箱型梁，由于集中載荷的作用點在板的中心或偏一距離，故應(yīng)采用板殼理論計算。根據(jù)板殼理論，作用在受載面積中心（圖）彎距： 式中 在此處 I---------軌道的慣性矩； ——上蓋板的厚度； —系數(shù)，取決于之間值，見表 。 表 系數(shù) 1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0.127 0.138 0.148 0.162 0.171 0.177 0.180 ——軌道中心線至腹板的距離，正軌時，； ； v________波桑比； ，——系數(shù)，其值取決于和的值（參見表 ）； 上蓋板上的折算應(yīng)力按下式求得： 式中 ——由垂直彎矩引起的正應(yīng)力， ，，應(yīng)帶各自的正負(fù)號代入。 表 對于矩形板的因子和的值 0.10 0.20 0.3. 0.40 0.50 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.5 2.792 2.352 1.945 1.686 1.599 0.557 --0.179 -0.647 -0.852 -0.906 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 2.861 2.904 2.933 2.952 2.966 2.982 2.900 2.955 2.977 2.999 3.000 3.000 2.545 2.677 2.768 2.932 2879 2.936 2.966 2.982 2.900 2.955 3.000 3.000 2.227 2.433 2.584 2.694 2.766 2.880 2.936 2.966 2.982 2.900 3.000 3.000 2.011 2.259 2.448 2.591 2.698 2.836 2.912 2.953 2.975 2.987 2.999 3.000 1.936 2.198 2.399 2.533 2.669 2.820 2.903 2.948 2.972 2.985 2.999 3.000 0.677 0.758 0.814 0.856 0.887 0.931 0.958 0.975 0.985 0.991 0.999 1.000 0.053 0.240 0.391 0.456 0.611 0.756 0.849 0.908 0.945 0.968 0.998 1.000 -0.439 -0.229 -0.031 0.148 0.304 0.551 0.719 0.828 0.897 0.939 0.996 1.000 -0.701 -0.514 -0.310 -0.108 -0.080 0.393 0.616 0.764 0.858 0.915 0.995 1.000 -0.779 -0.605 -0.4.04 -0.198 0.000 0.335 0.578 0.740 0.834 0.906 0.994 1.000 六，主梁的剛度校核計算： 梁除了滿足強(qiáng)度條件外，還需具有一定的剛度（限制變形）才能滿足使用要求。用于起重機(jī)的梁只驗算由有效載荷（移動載荷）產(chǎn)生的靜撓度（不計動力系數(shù)），梁的這種變形是彈性變形，外載荷消失后梁能復(fù)原，絕對不允許殘余（永久）變形。 1，靜剛度 當(dāng)兩個不相等的移動集中載荷對稱作用于梁的跨度中央時（圖），其最大靜撓度由下式確定： 對于圖 所示情況，梁的最大靜撓度： 允許靜撓度值分別推薦如下： 1） 橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)的跨中撓度 式中 L——起重機(jī)的跨度。 2） 門式起重機(jī)的懸臂撓度 式中 ________懸臂長度。 3） 橋式起重機(jī)跨中水平位移 根據(jù)剛度條件，型鋼梁需要的截面慣性矩為： 式中 ——梁的跨度（）； ——型鋼梁的許用撓度，； ——電動葫蘆在額定起重量時的總輪壓（不計動力系數(shù)）。按下式計算： 其中，——額定起重量， ——電動葫蘆自重。 2， 動剛度 在起重機(jī)小車卸載時，主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動，這種振動對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響不大，但對于起重機(jī)的正常使用以及司機(jī)的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過程影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率，因此，從現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求出發(fā)（特別是對高速運(yùn)行的起重機(jī)以及要求所吊運(yùn)件能精確安裝的起重機(jī)），起重機(jī)應(yīng)保證一定的動剛度。 圖 梁的剛度計算 對于一般使用的起重機(jī)，不必驗算起動剛度。對于工藝上及生產(chǎn)率上有較高要求的橋式起重機(jī)，應(yīng)驗算動剛度，要求小車位于跨中時的滿載自振頻率f不應(yīng)低于2HZ。 可按下列公式驗算滿載自振頻率： =0.6=1367.1 式中 ________滿載自振頻率，（HZ）； ————主梁結(jié)構(gòu)在跨中的剛度系數(shù)，其物理意義為使主梁在跨中處產(chǎn)生單位垂直靜撓度所需的集中力的大??；按表 計算； ——主梁結(jié)構(gòu)在跨中的換算集中質(zhì)量與小車質(zhì)量之和（對于雙梁結(jié)構(gòu)，如果小車質(zhì)量按整臺小車計算，則近似等于一根主梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量）（）；按表 計算； ——與額定起升載荷的質(zhì)量之比，即； ——與鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)之比，即。 鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)（其物理意義為使鋼絲繩繞組在荷重懸掛處產(chǎn)生單位靜伸長所需的力）可按下式計算： = 式中 ——鋼絲繩繞組的剛度系數(shù)； ——繞組的分支數(shù)； ——所用的鋼絲繩的縱向彈性模數(shù)，與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般取值1.0； ——一根鋼絲繩的鋼絲截面積; _____鋼絲繩繞組在相當(dāng)于額定起升高度時的實際平均下放長度，可近似取為卷筒中心與上部固定滑輪中心之半處至吊滑輪中心的實際平均下放長度（cm）,見圖 。 七，穩(wěn)定性計算： 對于雙梁箱形截面橋式和門式起重機(jī)以及單主梁門式起重機(jī)，一般不進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算，但應(yīng)進(jìn)行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗算。 1， 橋式類型起重機(jī)梁的腹板可能在下列幾種應(yīng)力作用下喪失穩(wěn)定性 1） 彎曲剪應(yīng)力：在剪力作用下，梁的腹板會在45度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性（圖）； 2） 彎曲正（壓）應(yīng)力。這時，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長方向失去局部穩(wěn)定性（圖）； 3） 彎曲正（壓）應(yīng)力和軸向壓應(yīng)力（如門式起重機(jī)的支腿）； 4） 作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產(chǎn)生壓應(yīng)力（如偏軌橋式和門式起重機(jī)），這時，腹板會因擠壓應(yīng)力在豎向失去穩(wěn)定（圖和圖）。 金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應(yīng)力共同作用在梁的腹板上時喪失局部穩(wěn)定。這時，腹板隨著作用于其上的載荷性質(zhì)不同翹曲各種曲面（圖）。 圖 腹板局部穩(wěn)定的計算 表 垂直動剛度計算數(shù)據(jù) 注：集中公式里的——整個橋架結(jié)構(gòu)（不包括支腿及下橫梁）單位長度重量； ——全部橋架結(jié)構(gòu)的慣性矩； ——跨度一側(cè)全部支腿的慣性矩； ——小車（帶吊具）重量。 為了保證梁的腹板的局部穩(wěn)定性，通常用加勁板或加勁桿來加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經(jīng)濟(jì)些。加固的方式如下： 1） 在箱形截面梁整個高度上設(shè)置橫向加勁板（圖）； 2） 對于正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)，除設(shè)置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設(shè)置短橫向加勁板（圖）； 3） 在跨度較大的橋式和門式起重機(jī)中。梁的高度比較大，這時，除設(shè)置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設(shè)置一條縱向加勁線，如果需要，例如從工藝方面限制腹板旁彎和波浪形，在腹板受壓區(qū)也設(shè)置縱向加勁桿（圖）。 2， 箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計原則 1） 通常沿腹板全高設(shè)置橫向加勁板（圖和）加固腹板。當(dāng)時，橫向加勁板之間的距離不應(yīng)大于2h或3m；當(dāng)時，不應(yīng)大于2.5h。在跨度較大時橫向加勁板的間距，在支座附近較小些，而在跨中較大些?？紤]到實際生產(chǎn)中，為了限制腹板波浪度，一般取間距m。 2）如果腹板僅在剪應(yīng)力作用下；當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必設(shè)置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉(zhuǎn)剛度，提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設(shè)置橫向加勁板。 3）如果腹板僅在正應(yīng)力作用下，當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，可不必加固。 5） 對于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設(shè)置縱向加勁條（圖的3），且設(shè)置在離受壓翼緣板（0.2~0.25）h處（圖 ）；當(dāng)（對于低碳鋼）或（對于低合金鋼）時，一般只加一根縱向加勁條，如果因梁高很大，而必須用兩根縱向加勁條來加固腹板時，則第一根縱向加勁條離受壓邊緣距離為（0.15~0.20）h ，第二根離受壓邊緣距離為（0.35~0.40）h?？v向加勁條截面必須的慣性矩見表3-6。 圖 箱形主梁加勁板的設(shè)置 6） 若腹板僅僅只用橫向勁板加固時，對于箱形截面梁，橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距b，若梁寬B較大，橫向加勁板中部可開孔，但應(yīng)保證mm，加勁板厚度不應(yīng)小于。 7） 在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為： 縱向加勁條所需的慣性矩根據(jù)比值確定（表 ） 8） 當(dāng)梁的上翼緣作用有集中載荷（例如正軌箱形結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)）時，一般在腹板上須設(shè)置短橫向加勁板（圖 ），其高度或。 如果腹板上有縱向加勁條，則短橫向加勁板應(yīng)與縱向加勁條相連，短橫向加勁板的間距。 八，腹板局部穩(wěn)定性的校核驗算 表3-6 縱向加勁條必須的慣性矩 對于偏軌箱形梁，腹板同時受彎曲正應(yīng)力，剪應(yīng)力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應(yīng)力。 根據(jù)板的彈性穩(wěn)定理論，結(jié)合工程實際，可將工字型截面的腹板看作是由上下翼緣板支承著的彈性嵌固板，但有水平位移的可能。彈性嵌固起提高腹板屈曲系數(shù)的作用，能水平位移，有降低抗屈曲能力的作用，所以可以偏安全地認(rèn)為腹板的上下支承是只能轉(zhuǎn)動的簡支支承，不考慮其嵌固影響。 在有較強(qiáng)翼緣板的情況下，工字型截面的腹板彈性嵌固支承影響系數(shù)可以取x=1.5。 薄板在各種載荷情況和各種支承情況下的局部穩(wěn)定的臨界屈曲應(yīng)力公式可寫成如下通式： 、 式中 、、——分別為x方向正應(yīng)力、剪切應(yīng)力和y方向局部壓應(yīng)力作用下的臨界屈曲應(yīng)力； x——板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡支支承時取1，彈性嵌固時取1.2~1.5，詳見表 ； 、、——分別為簡支支承板在受x方向正應(yīng)力、剪應(yīng)力和y方向局部應(yīng)力時的屈曲系數(shù)，其值參見表 ； ——板屈曲的歐拉應(yīng)力，可按下式計算： =163.31 式中 D=——板的單位寬度彎曲剛度； ——板厚； ____垂直于正應(yīng)力方向的板寬，驗算腹板時為腹板的計算高度； a____垂直于局部壓應(yīng)力方向的板長，驗算腹板時為橫向加勁板間的距離； E——彈性模數(shù)； —波桑比。 板在壓應(yīng)力剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式 、 、 = 式中，為板邊兩端應(yīng)力之比，為板邊最大應(yīng)力，、各帶自己的正負(fù)符號；其它符號同前。 當(dāng)臨界應(yīng)力超過0.75時，按式（ ）求得折減臨界復(fù)合應(yīng)力： 式中 ——材料的屈服點。 表 示出局部區(qū)格板的屈曲系數(shù)。 薄板局部穩(wěn)定性的驗算是以屈曲臨界應(yīng)力為極限應(yīng)力的。只要作用在板上的載荷應(yīng)力（在非均布應(yīng)力時取最大的應(yīng)力值）小于極限應(yīng)力（或許用應(yīng)力），板是穩(wěn)定的，其驗算公式如下： 或 或 或 式中 n——安全系數(shù)，其值與強(qiáng)度安全系數(shù)一致，按載荷組合分別取1.5、1.33、和1.15； 和——分別為正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的許用屈曲臨界應(yīng)力。 當(dāng)板受壓應(yīng)力，剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力同時作用的等效復(fù)合應(yīng)力按式（ ）計算時，板的屈曲安全系數(shù)可以取得小一些，一般可以減小百分之十。 九，加肋板的穩(wěn)定性校核計算： 在工程設(shè)計中，為了滿足公式（ ），有時不得不增加板厚，這常常要增加鋼材用量。而在板的受壓部位加上幾根加勁條或加強(qiáng)肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經(jīng)濟(jì)些。剛性的加強(qiáng)肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計算穩(wěn)定性時的寬度b和a的值。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 有關(guān)，屈曲臨界應(yīng)力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強(qiáng)肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強(qiáng)肋的剛度以 的乘積表示。 是加強(qiáng)肋繞被加強(qiáng)板板厚中心線的面積慣性矩。加強(qiáng)肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強(qiáng)肋的剛度比，常以 表示，即 = 式中 b, 為板的寬度和厚度。對于剛性加強(qiáng)肋而言，有最小剛度比 ，亦即當(dāng)剛性加強(qiáng)肋使區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應(yīng)力時，此加強(qiáng)肋的剛度比即為最小剛度比。這時，板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi)，也就是說區(qū)格板的屈曲將先于整板。當(dāng)加強(qiáng)板剛度不夠時，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時的加強(qiáng)肋稱為柔性加強(qiáng)肋。帶柔性肋板的屈曲系數(shù)可按公式計算。 在求得剛性肋的最小剛度后，即可計算剛性肋的面積慣性矩。所有剛性肋的面積慣性矩（）必須大于此值。 當(dāng)橋式類型起重機(jī)主梁腹板被縱向肋分格為上，下兩區(qū)格，并受有y 方向的局部壓力時，則上區(qū)格板（圖 ）的局壓屈曲系數(shù) 按表 計算 ，而下區(qū)格板則按或。此時上區(qū)格板的驗算公式應(yīng)為改寫的式（ ），即 下區(qū)格板的局部驗算公式則為： 0.4 式中， 和分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應(yīng)力。 對于普通橋式起重機(jī)，由于梁的受壓翼緣板屬于均勻受壓情況，只要合理選取板寬B和厚度 的比值（表 ），則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據(jù)滿足局部穩(wěn)定性條件，圖3-11列出了受壓翼緣尺寸比例關(guān)系。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機(jī)，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較薄（b-------兩腹板間距； -------------------上翼緣板厚度），因此受壓翼緣板必須根據(jù)局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。 當(dāng)60（50） 時（括號內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼），應(yīng)設(shè)置一條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 -------------系數(shù)，按表3-11選用。 表3-10 受壓翼緣板的寬厚比 板的長邊支承特性 不大于 鋼 低合金鋼 一邊簡支，一邊自由 15 12 一邊嵌固，一邊自由 30 25 兩邊簡支 60 50 兩邊嵌固 70 60 當(dāng)時，應(yīng)設(shè)置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩： 式中 ——系數(shù)，按表 選用； b——兩腹板間距。 圖 受局部壓力的區(qū)格板 圖 受壓翼緣的尺寸比例 十，受扭構(gòu)件的校核計算 1，自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)的概念 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結(jié)構(gòu)。 非圓截面直桿受扭時，其橫截面不再保持平面而產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。如果所有的截面都自由翹曲，則在截面上不會產(chǎn)生正應(yīng)力，這稱為自由扭轉(zhuǎn)，這時，桿件所有截面的翹曲量相同。因此，在橫截面內(nèi)只產(chǎn)生與外扭轉(zhuǎn)相平衡的剪力。這種情況只有當(dāng)?shù)冉孛嬷睏U的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無任何約束時才會產(chǎn)生。 圖 a為工字形截面桿件兩自由端受兩個力偶作用而產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn)，圖 a為變形后的情況，平行于桿軸的縱向直線（例如翼緣）仍保持直線，截面ABCD已有翹曲不再成平面，由于各截面均能自由翹曲，且翹曲量相同，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會產(chǎn)生正應(yīng)力。 表 系數(shù) 值 0.5 0.6 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 0.05 0.10 0.15 0.20 3.40 3.69 3.97 4.25 5.59 6.11 6.22 7.13 8.05 8.55 9.65 10.45 10.75 8.55 9.65 10.45 10.75 11.89 13.04 14.18 13.58 15.14 16.70 18.26 16.67 18.72 20.77 22.32 19.90 22.48 25.07 27.65 22.36 26.56 29.76 32.96 26.95 30.83 34.72 38.61 30.28 35.43 40.03 44.63 30.28 36.72 43.72 51.28 30.28 36.72 43.72 51.28 注：，式中a——箱形梁橫向加勁板間距；b——兩腹板間距。 ，一般可先取試算，式中——一條縱向加勁條的面積. 表 系數(shù) 值 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 0.05 0.10 0.15 0.20 7.39 8.04 8.68 9.33 11.53 12.68 12.83 14.98 16.30 18.10 19.90 21.70 21.70 24.29 26.88 29.48 27.55 31.07 34.60 35.12 33.99 38.60 43.21 47.82 40.93 46.76 52.59 58.40 48.30 55.46 62.62 69.79 56.00 64.70 73.40 82.10 64.38 74.75 85.12 95.90 72.97 85.13 97.30 109.47 82.04 96.16 110.28 124.28 91.54 107.74 123.94 140.14 注：集中和的意義同前表。 圖3-12 桿件的自由扭轉(zhuǎn) 如果桿件受扭時截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉(zhuǎn)。 當(dāng)桿件產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產(chǎn)生拉伸活壓縮變形，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應(yīng)變，就使得截面上不僅存在著扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，還存在發(fā)向應(yīng)力，又因為各縱向纖維的法向應(yīng)力不一定相同，就導(dǎo)致桿件產(chǎn)生彎曲（圖 ） ，所以約束扭轉(zhuǎn)也常稱為彎曲扭轉(zhuǎn)。 另一方面由于桿件彎曲必將產(chǎn)生彎曲剪應(yīng)力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉(zhuǎn)問題比自由扭轉(zhuǎn)問題復(fù)雜得多。 如圖 中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉(zhuǎn)，于是也將產(chǎn)生約束扭轉(zhuǎn)。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產(chǎn)生了正應(yīng)力（如圖 a ），同時由于彎曲變形，又產(chǎn)生了附加剪應(yīng)力 （如圖 b ），這種附加剪應(yīng)力 只能平衡一部門外扭轉(zhuǎn)，剩下的外扭轉(zhuǎn)將由純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 （圖 c）來達(dá)到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時，截面上將產(chǎn)生三種應(yīng)力，即約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力 ，約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 和純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 。由 合成內(nèi)扭矩記為 ，稱為約束扭轉(zhuǎn)力矩；由 合成的內(nèi)扭矩記為 ，稱為自由扭轉(zhuǎn)力矩。根據(jù)靜力平衡條件得： 圖 桿件的約束扭轉(zhuǎn) 圖 約束扭轉(zhuǎn)的截面應(yīng)力 十一，開口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計算： 1， 自由扭轉(zhuǎn) 開口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力力按下式計算（圖 ）： 式中 ——純扭矩； -------計算截面中最大壁厚； -------截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T字形，工字形。槽形）， 其扭轉(zhuǎn)慣性矩 ，按下式計算： 、 -------------矩形窄條相應(yīng)的寬度和厚度（cm） ----------修正系數(shù)，對于各種截面的 值列出如下： 軋制 形截面 1.00 軋制 形截面 1.20 軋制 形截面 1.20 開口截面剪應(yīng)力沿截面上的分布如圖 所示。 圖3-15 開口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計算簡圖 單位長度的相對扭轉(zhuǎn)角，按下式計算： ==362.4 2，約束扭轉(zhuǎn) 開