《金属结构》
课程设计说明书
专业：起重运输机械设计与制造
班级：xxx
姓名：xxx
学号：xxxx
指导教师：xx
日期：20xx年x月
目录
第一章 绪 论 .................................. 错误！未定义书签。
第二章 箱型桥式起重机金属结构设计参数 ......... 错误！未定义书签。
第三章 载荷的确定 ............................................... 7
3.1均布载荷的确定 ........................................... 7
3.2 集中载荷的确定........................................... 8
3.3 惯性载荷的确定........................................... 8
第四章 主梁的设计计算 ........................................... 8
4.1大车轮距的确定 .......................... 错误！未定义书签。
4.2主梁的高度 ............................................... 8
4.3端梁的高度 ............................................... 8
4.4桥架端部梯形高度 ......................................... 9
4.5主梁腹板高度 ............................................. 9
4.6确定主梁截面尺寸 ......................................... 9
第五章 主梁的校核 .............................................. 12
5.1．计算载荷的确定......................................... 12
5.2主梁垂直最大弯矩 ........................................ 13
5.3主梁水平最大弯矩 ........................................ 13
5.4主梁的强度验算 .......................................... 14
5.5主梁的垂直刚度验算 ...................................... 15
5.6主梁的水平刚度验算 ...................................... 16
第六章 端梁的计算 .............................................. 17
6.1计算载荷的确定 .......................................... 17
6.2端梁垂直最大弯矩 ........................................ 17
6.3端梁水平最大弯矩 ........................................ 17
6.4端梁截面尺寸的确定 ...................................... 18
6.5端梁的强度验算 .......................................... 19
第七章 主梁和端梁的连接计算 .................................... 21
7.1端梁端部上翼缘焊缝 ...................................... 21
7.2端梁端部下翼缘焊缝 ...................................... 21
7.3主梁与端梁的连接焊缝 .................................... 22
7.4主梁上盖板焊缝 .......................................... 22
致 谢 .......................................................... 23 参考文献 ....................................... 错误！未定义书签。
第一章 绪 论
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围， 就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。
起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。
起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。
偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，
自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。
桥式起重机分类：
1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。
2) 简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上面的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。
3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。
4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。
5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。
6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。
7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。
以充分利用 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。
在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求： 整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建筑物的高度。
小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。
小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。
小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。
本次设计为5t电动双梁桥式起重机设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。
第二章 箱型桥式起重机金属结构设计参数
起重量： 5t
跨度S： 25.5 m
工作级别： A5
起升高度： 12m
小车轮距BC： 1.1 m
小车轨距b： 2m
起升速度： 11m/min
小车运行速度：40 m/min
小车工作级别： M 5
大车运行速度： 90 m/min
小车自重：2.6t
机构总重：23.5t
第三章 载荷的确定
3.1均布载荷的确定
查图4-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，Gq/2=8.8kN则主梁由于桥
架自重引起的均布载荷：
ql=Gq/2
L=8800
22.5=345.1N/m
查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷： =6.07N/cm，取qy=6.3N/cm
3.2 集中载荷的确定
由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为：
Gd=7000N
主梁的总均布载荷：
q'=ql+qy=32.2+6.3=37.5N/cm
主梁的总计算均布载荷：
q=ψ4⨯q`=1.1⨯37.5=41.25N/cm
式中ϕ4=1.1-冲击系数，由公式2-5得。
3.3 惯性载荷的确定
作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用： P1=21000; P2=18000
考虑动力系数ϕ2的小车车轮的计算轮压值为：
P1=ϕ2P1=1.15⨯21000=24150N
P1=ϕ2P2=1.15⨯18000=20700N
式中 ϕ2=1.15-动力系数，由图2-2中曲线查得。
第四章 主梁的设计计算
4.1主梁的高度H1
H1=(11~)s=1.5~1.8m 此处取H1=1.6m 1714
4.2端梁的高度H2
为使主、端梁连接方便，考虑主梁弯矩变化情况，将主梁做成变截面，变截面端部高度等于端梁高度，常取H2≈0.5H1=0.8m
4.3桥架端部变截面长度d
1111d=(~)L=(~)⨯25.5=3.2~6.4m 取d=5m 8684
4.4主梁腹板高度h
根据主梁计算高度H1=1.6m，最后选定腹板高度h=1.55m
4.5主梁两腹板内壁间距B 1
B1≥H1=530mm 取B1=550mm 3
4.6确定主梁截面尺寸
对于mQ=5~30t腹板厚δ1=6mm 上下翼缘板δ0=6~40mm，取δ0=10mm
4.7盖板宽度B4
B4=B1+2δ1+200=762mm 取B4=760mm
4.8主梁的实际高度H1
H1=h+2δ0=1550+2⨯10=1570mm
4.9实际的端梁高度H2
H2=785mm
4.9验算箱形梁的整体稳定性 箱形梁的刚度很大，若梁的高宽比H1≤3,则梁的整体稳定性不需验算。 B1+2δ1
H11570==2.8
4.10加劲板的布置尺寸
4.10.1梁的翼缘板极限宽厚比和加劲肋的设置 箱形梁受压翼缘外伸部分取：b1/δ0≤235/s。 此式满足
箱形梁在两腹板之间的受压翼缘板取:b/δ0≤235/σs 此式不满足，所以应在受压翼缘板内侧等间距设置一条纵向加劲肋，被加劲肋分隔开的翼缘区格宽厚比(b/2δ0)仍需满足上述要求。如下图
4.10.2梁腹板的极限宽厚比和加劲肋的位置 当b/δ≤235/σs时，不需加设任何加劲肋，不需验算腹板稳定性，b
为腹板高度，δ为腹板厚度。 此题不满足此式 当235/σs
取等间距布置，其间距宜取a=（1~1.5）b，且不大于2m。此题满足此式，所以要设置横向加劲肋。
当160235/σs
满足，所以不加纵向加劲肋。
当240235/σs
满足，所以不加横向加劲肋。
综上所述，梁要加设横向加劲肋，其间距a=550~825mm，此处取
a=700mm
为了保持主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件 主梁端部大加劲板的间距：
a'≈h=1.2m,取a'=1mm
主梁端部（梯形部分）小加劲板的间距：
a1=a`=0.5m 2
主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：
a=(1.5~2)h=1.8~2.4m,取a=2m
主梁中部小加劲板的间距：若小车钢轨采用P15轻轨，其对水平中心轴线x-x的最小抗弯截面模数Wmin=47.3cm3，根据连续梁由钢轨的抗弯强度条件求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央）：
a1≤6Wmin[σ]=ψ2P6⨯47.7⨯17000=102.3m 26000+100000⎛⎫1.15⨯ ⎪4⎝⎭
式中P －小车的轮压，取平均值，
ϕ2-动力系数，由图2-2曲线查得ϕ2=1.15；
[σ]-钢轨的许用应力，[σ]=170MPa.
a=1m 2
由于腹板的高厚比h/δ= 1200/6=200
第五章 主梁的校核
5.1．计算载荷的确定
查图4-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，Gq/2=32000N则主梁由于桥
架自重引起的均布载荷：
q1=Gq
L=70000=31.2N/cm 2250
查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷： qy=0.6~0.65N/cm，取qy=6.3N/cm
由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为：
Gd=7000N
主梁的总均布载荷：
q'=ql+qy=31.2+6.3=37.5N/cm
主梁的总计算均布载荷：
q=ψ4q'=1.1⨯37.5=41.25 N/cm
式中ϕ4=1.1-冲击系数，由公式2-5得。
作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用： P1=21000; P2=18000
考虑动力系数ϕ2的小车车轮的计算轮压值为：
P1=ϕ2P1=1.15⨯21000=24150N
P1=ϕ2P2=1.15⨯18000=20700N
式中 ϕ2=1.15-动力系数，由图2-2中曲线查得。
5.2主梁垂直最大弯矩
由公式（4-12）计算主梁垂直最大弯矩：
⎡⎛L-BXC⎫qL+ψ4Gdψ4l⎤P+P-⎢12 L⎪+2l⎥⎝⎭(G+P)⎥+ψ4G0L Mmax=⎢P+Pq⎛⎫⎢⎥4 12+⎪⎢⎥2⎭⎝L⎣⎦
设敞开司机室的重量为G0=1000N,其重心距支点的距离为l0=280cm
将各已知数值代入上式公式计算可得：
G+P) M(
max=5.6⨯107N⋅cm 2
5.3主梁水平最大弯矩
由公式（7-18）计算主梁水平最大弯矩：
(G+P)Mgmax=0.8Mmax.''a g
式中g-重力加速度,g=9.81m/s2;
a=vq-大车起动、制动加速度平均值，tq=6~8s, tq
则a=
'902=0.1875~0.25m/s; 60⨯6~8'(G+P) -不计冲击系数和动载系数时主梁垂直最大弯矩，由下式算得： Mmax
M(G'+P')
max[P= '1+L-Bxcq'L+GdG0l02P2()+-]+G0l0 P1'+P2'q'
4(+)L2'
=2.8⨯106N⋅cm
因此得主梁水平最大弯矩：
Mymax=0.8⨯2.8⨯106⨯0.15~0.2=(3.36~4.48)⨯104N⋅cm 9.81
取 Mymax=4⨯104N⋅cm
5.4主梁的强度验算
主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式（7-19）计算：
(G+P)MmaxMgmax+
≤[σ] σ=σ(G+p)+σg=WxWy
式中 -主梁中间截面对水平中心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：
⎛h⎫Wx= 0+Bσ1⎪h=7680cm3 ⎝3⎭
Wy-主梁中间截面对垂直中心轴线y-y的抗弯截面模数，其近似值：
⎛Bσ⎫Wy= 1+hf⎪b=3840cm3
⎝3⎭
因此可得： 56⨯10-64⨯104
+=73Mpa σ=76803840
由表（2-19）查得Q235钢的许用应力为[σ]∏
[σ]∏=σs/1.33=220/1.33=165.4MPa
故 σ
主梁支撑截面的最大剪应力根据公式（7-20）计算：
(G+P)Qmax.Sτmax=≤[τ]∏ Ixo2δ
(G+P)式中 Qmax-主梁支撑截面所受的最大剪力，由公式（7-13）计算：
(G+P)Qmax=P1+P2L-Bxcql+ψ4GdL-L0++ψ4G0=103726NL2L
P1L3[1+α(1-6β3+4β4)]f=-主梁支撑截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近48EIX
似值： Lx0≈Wx0-H0⎛h0H⎫= +Bδ1⎪h0⨯0=31500cm3 2⎝32⎭
S-主梁支撑截面半面积对水平重心轴线x-x的静距，其近似值：
S=2⨯h0δh0⎛hδ⎫⨯+Bδ1 0+1⎪=217cm43 24⎝22⎭
因此可得：
τmax=103726⨯2174=6Mpa 31500⨯2⨯0.6
由表（2-24）查得A3钢的许用剪应力为 [τ]∏ =
5.5主梁的垂直刚度验算
主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度 可按照公式（7-23） 进行计算：
式中
α=
β=P220700==0.857 P241501Bxc110==0.05 L2250
H125Lx≈Wx⋅=7680⨯=4.8⨯105 22
因此可得：
24150⨯225031+0.8571-6⨯0.052+4⨯0.074
f==0.133cm 6648⨯21⨯10⨯3.8⨯10[()]
允许的挠度值由公式 （7-22）得：
[f]=L=2.86cm 700
因此 f
5.6主梁的水平刚度验算
主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下 ，产生的水平最大挠度可按公式（7-25） 计算（略去第三项，简化成简支梁）：
fg=Pg+Ly
48EIy+qgly384EIy
式中pg-作用在主梁上的集中惯性载荷
''PN G=(0.01~0.02)vP1+P2=585~1170()
qg-作用在主梁上的均布惯性载荷
qg=(0.01~0.02)vq'=0.5625~1.125N
Iy=Wy⋅B50=3840⨯=96000cm4 22
由此可得：
1170⨯2250311.25⨯22504
fg=+=0.18cm 6648⨯21⨯10⨯96000384⨯21⨯10⨯96000
水平挠度的许用值：
[f]=2250=1.125cm 2000g
因此
由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。
当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算 主梁的局部稳定性验算从略
第六章 端梁的计算
6.1计算载荷的确定
(G+P)设两根主梁对端梁的作用力Qmax相等，则端梁的最大支反力由公式（4-30）
计算（参见图4-17）
(G+P)Qmax(Lxc+2a2)RA= K
式中 K-大车轮距，K=400cm;
Lxc- 小车轨距， Lxc=140cm
a2-传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离，取a2=120cm.
因此可得：
RA=103726(200+2⨯120)=114098.6N 400
6.2端梁垂直最大弯矩
(G+P)端梁在主梁支反力Qmax作用下产生的垂直最大弯矩由公式（4-27）计算：
MZmax=RA⋅a1=114098.6⨯90=10.27⨯106N⋅cm
式中 a1-导电侧车轮轴线至主梁水平中心线的距离，a1=90cm.
6.3端梁水平最大弯矩
端梁因车轮在侧向载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式（4-27）计算：
'MPmax=s.a1
式中S-车轮侧向载荷，由公式（2-6）计算S=λP；
λ-侧压系数，由图2-3查得，λ=0.08；
P-车轮轮压，即端梁的支反力P=RA.
因此M'
pmax=λRA⋅a1=0.08⨯114098.6⨯90=821509.92N⋅cm
端梁因小车在起、制动惯性载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式
（4-32）计算：
Pxg(Lxc+2a2)'MP=a1 maxK
式中 Pxg-小车惯性载荷，由公式（7-8）计算：
p121000==3000N 77
3000⨯(200+2⨯120)=⨯90=297000N⋅cm 因此M0
pmax400pxg=
'''比较MPmax和Mpmax两值可知，应取其中较大值进行强度计算
6.4端梁截面尺寸的确定
端梁长L=14mm
根据表4-2推荐，选定端梁各构件的板厚如下：
上盖板δ1=8mm
中部下盖板δ1=8mm
头部下盖板δ2=12mm
腹板δ=6mm
按照[4]查得Φ400车轮组的尺寸，确定端梁盖板宽度和腹板高度时，首先应配置好支撑车轮的截面（图4-23a）,其次再决定端梁中间截面尺寸（图4-23b）.
如图7-23配置的结果，车轮轮缘距上盖板底面32mm;车轮两侧面距支撑处两下盖板内边为10mm因此车轮与端梁不致磨损。同时腹板中线正好通过车轮轴承箱的中心平面。最后，要检端梁中部下盖板与轨道面的距离。如图，4-23b所以此距离为60mm，最合适。
6.5端梁的强度验算
端梁中间截面对水平重心线x-x的截面模数：
⎛hδ⎫Wx'= +Bδ1⎪h=3000cm3 ⎝3⎭
端梁中间截面对水平重心线x-x的惯性矩：
60=90000cm4 2
端梁中间截面对水平重心线y-y的截面模数： 'I'x=WX≈3000⨯
⎛Bδ⎫⎛40⎫Wy'= 1+hδ⎪b= +58⨯0.6⎪⨯27.4=1320cm3 ⎝3⎭⎝3⎭
端梁中间截面对水平重心线
Sx=2⨯x-x的半面积距：hδhh+δ129⨯+Bδ1⨯=2⨯29⨯0.6⨯+40⨯1⨯29.5=575cm3 2422
端梁中间截面的最大弯曲应力由公式(7-34)计算的得：
σmax
MZmaxMpmaxRA⋅a1S⋅a1=+=+=41Mpa 'Wz'Wy'WXWy'
端梁中间截面的剪应力：
(G+P)Qmax⋅Sx103726⨯575τ===5.5Mpa Ix⋅2δ90000⨯2⨯0.6
端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩、截面模数及面积距的计算如下： 首先求水平重心线的位置
水平重心线距上盖板的距离：
C1=2⨯18.2⨯0.6(0.5⨯18.2+0.5)+2⨯12⨯1.2(0.5+16.2+0.6)=8.45cm 40⨯1+2⨯18.2⨯0.6+2⨯12⨯1.2
水平重心线距腹板中线的距离：
C2=8.15-0.5⨯18.2=-1.45cm
水平重心线距下盖板的中心线的距离：
C3=(18.2+0.5+0.6)-8.15=11.15cm
端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩：
I'
x0+4=11⨯40⨯13+40⨯1⨯8.152+2⨯⨯18.22⨯0.61212
1+2⨯18.2⨯0.6⨯1.452+2⨯⨯1.22+2⨯12⨯1.2⨯11.152
12
=632.3N⋅cm4
端梁支撑截对水平重心线x-x的最小截面模数：
11Wx'0=I'x0+4⨯=6323⨯=538cm3
11.15+0.6C2+2 2
端梁支撑截面水平重心线x-x下部半面积距：
'Sx=2⨯12⨯1.2⨯11.15+(11.15-0.6)⨯0.6⨯011.15-0.62
=323cm3
端梁支撑截面附近的弯矩：
Mz=RA⋅d=114098.6⨯14=1597380.4N⋅cm
式中 d即图中7-23中H尺寸（参见图4-17）
断裂支撑截面的弯曲应力由公式（4-36）计算：
σ'=Mz1597380.4==29.7Mpa Wx0538
端梁支撑截面的剪应力由公式（4-37）计算：
τ='RA⋅Sx0
nIx0⋅f=114098.6⨯323=48.6Mpa 2⨯6323⨯0.6
端梁支撑截面的合成应力由公式（7-38）计算：
σ='+3I'=29.72+3⨯48.6=89.26Mpa
端梁材料的许用应力 2
[σd]∏=(0.80~0.85[σ]∏)=(0.80~0.85)⨯165.4
=132.3~140.6Mpa
[τd]∏=(0.80~0.85[τ]∏)=(0.80~0.85)⨯95.6
=76.5~81.3Mpa
强度验算结果，所有计算应力均小于材料的许用应力，即端梁的强度满足要求
第七章 主梁和端梁的连接计算
7.1端梁端部上翼缘焊缝
端梁支撑截面上盖板对水平重心线x-x的截面积矩
S1'=40⨯1⨯8.15=326cm3
端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力（参见图4-18）由公式（4-40）得：
RA⋅S1'114098.6⨯323τ1==n2Ix0⨯0.7⨯hf2⨯6323⨯0.6⨯0.1
=69.4Mpa
式中 n1-上盖板翼缘焊缝数。
hf-焊缝高度，取hf=0.6cm
7.2端梁端部下翼缘焊缝
端梁支撑截面下盖板对水平重心线x-x的面积矩
'S2=2⨯12⨯1.2⨯11.15=321cm3
端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力由公式（7-41）计算得：
'RA⋅S2114098.6⨯321τx==n2Ix0.7⋅hf4⨯6323⨯0.7⨯0.6 0
=34.48Mpa
7.3主梁与端梁的连接焊缝
主梁与端梁腹板的连接焊缝的剪应力由公式（4-42）计算（参看图4-20）
(P+G)Qmax103726τ===22.45Mpa n⋅0.7hf⋅h02⨯0.7⨯0.6⨯55
式中 h0-连接处焊缝计算高度，h0=0.95h=0.95⨯58=55cm
7.4主梁上盖板焊缝
(G+P)主梁在支撑处最大剪应力Qmax作用下，上盖板焊缝剪应力由公式（4-43）计算
得：
(G+P)QmaxSτ= 2⨯0.7hfIx0
式中 Ix0-主梁在支撑处截面对水平重心线x-x的惯性矩，前面已计算得
Ix0=95500cm4；
S-主梁上盖板对截面水平重心线x-x的面积
60+0.8S=50⨯0.8⨯=1216cm4 2
103726⨯1216=15.73Mpa 因此计算得：τ=2⨯0.7⨯0.6⨯9550
焊缝的许用应力查得[τ]=95MPa，因此各焊缝计算应力均满足要求。
致 谢
值此设计完成之际，首先衷心的感谢我的设计指导老师安林超老师。此次设计是在安老师的悉心指导下完成的。在课题的研究过程中，安老师提出了许多宝贵的指导性意见，才使得我的毕业设计可以顺利进行。安老师求真务实的治学态度、诲人不倦的工作作风、平易近人的态度给我留下深刻的印象。在我的整个毕业设计阶段，无论在专业学习，还是在图纸设计和说明书撰写止，安老师都给予了极大的关心、指导和鼓励。在本次设计过程中还要特别感谢各家实习单位能给我提供良好的实习环境，使我能对自己所设计的题目有一个更加深刻的认识。此外，还有幸和许多同学对相关问题进行了探讨和研究，并从中得到了很多有益的启发。在此对这些同学表示由衷的感谢。最后感谢所有对我有过帮助的人。
参考文献
[1] 邓星钟，机电传动控制（第四版），武汉：华中科技大学出版社，2001
[2] 巩云鹏. 机械设计课程设计 辽宁：东北大学出版社，2000.
[3] 起重机械设计制造新工艺与质量验收标准及操作维护衫手册.
[4] 濮良贵、纪名刚等.《机械设计》，高等教育出版社，2001
[5] 杨黎明，机电一体化系统设计手册，北京，国防工业出版社，1997
[6] 张质文，起重机设计手册，北京，中国铁道工业出版社，1998
[7] 万力，顾迪民等，起重机设计规范，北京，中国标准出版社，2008
[8] 邓黎黎，工程建设与设计，2008年第Z1期
《金属结构》
课程设计说明书
专业：起重运输机械设计与制造
班级：xxx
姓名：xxx
学号：xxxx
指导教师：xx
日期：20xx年x月
目录
第一章 绪 论 .................................. 错误！未定义书签。
第二章 箱型桥式起重机金属结构设计参数 ......... 错误！未定义书签。
第三章 载荷的确定 ............................................... 7
3.1均布载荷的确定 ........................................... 7
3.2 集中载荷的确定........................................... 8
3.3 惯性载荷的确定........................................... 8
第四章 主梁的设计计算 ........................................... 8
4.1大车轮距的确定 .......................... 错误！未定义书签。
4.2主梁的高度 ............................................... 8
4.3端梁的高度 ............................................... 8
4.4桥架端部梯形高度 ......................................... 9
4.5主梁腹板高度 ............................................. 9
4.6确定主梁截面尺寸 ......................................... 9
第五章 主梁的校核 .............................................. 12
5.1．计算载荷的确定......................................... 12
5.2主梁垂直最大弯矩 ........................................ 13
5.3主梁水平最大弯矩 ........................................ 13
5.4主梁的强度验算 .......................................... 14
5.5主梁的垂直刚度验算 ...................................... 15
5.6主梁的水平刚度验算 ...................................... 16
第六章 端梁的计算 .............................................. 17
6.1计算载荷的确定 .......................................... 17
6.2端梁垂直最大弯矩 ........................................ 17
6.3端梁水平最大弯矩 ........................................ 17
6.4端梁截面尺寸的确定 ...................................... 18
6.5端梁的强度验算 .......................................... 19
第七章 主梁和端梁的连接计算 .................................... 21
7.1端梁端部上翼缘焊缝 ...................................... 21
7.2端梁端部下翼缘焊缝 ...................................... 21
7.3主梁与端梁的连接焊缝 .................................... 22
7.4主梁上盖板焊缝 .......................................... 22
致 谢 .......................................................... 23 参考文献 ....................................... 错误！未定义书签。
第一章 绪 论
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围， 就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。
起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。
起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。
偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，
自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。
桥式起重机分类：
1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。
2) 简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上面的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。
3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。
4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。
5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。
6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。
7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。
以充分利用 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。
在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求： 整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建筑物的高度。
小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。
小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。
小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。
本次设计为5t电动双梁桥式起重机设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。
第二章 箱型桥式起重机金属结构设计参数
起重量： 5t
跨度S： 25.5 m
工作级别： A5
起升高度： 12m
小车轮距BC： 1.1 m
小车轨距b： 2m
起升速度： 11m/min
小车运行速度：40 m/min
小车工作级别： M 5
大车运行速度： 90 m/min
小车自重：2.6t
机构总重：23.5t
第三章 载荷的确定
3.1均布载荷的确定
查图4-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，Gq/2=8.8kN则主梁由于桥
架自重引起的均布载荷：
ql=Gq/2
L=8800
22.5=345.1N/m
查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷： =6.07N/cm，取qy=6.3N/cm
3.2 集中载荷的确定
由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为：
Gd=7000N
主梁的总均布载荷：
q'=ql+qy=32.2+6.3=37.5N/cm
主梁的总计算均布载荷：
q=ψ4⨯q`=1.1⨯37.5=41.25N/cm
式中ϕ4=1.1-冲击系数，由公式2-5得。
3.3 惯性载荷的确定
作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用： P1=21000; P2=18000
考虑动力系数ϕ2的小车车轮的计算轮压值为：
P1=ϕ2P1=1.15⨯21000=24150N
P1=ϕ2P2=1.15⨯18000=20700N
式中 ϕ2=1.15-动力系数，由图2-2中曲线查得。
第四章 主梁的设计计算
4.1主梁的高度H1
H1=(11~)s=1.5~1.8m 此处取H1=1.6m 1714
4.2端梁的高度H2
为使主、端梁连接方便，考虑主梁弯矩变化情况，将主梁做成变截面，变截面端部高度等于端梁高度，常取H2≈0.5H1=0.8m
4.3桥架端部变截面长度d
1111d=(~)L=(~)⨯25.5=3.2~6.4m 取d=5m 8684
4.4主梁腹板高度h
根据主梁计算高度H1=1.6m，最后选定腹板高度h=1.55m
4.5主梁两腹板内壁间距B 1
B1≥H1=530mm 取B1=550mm 3
4.6确定主梁截面尺寸
对于mQ=5~30t腹板厚δ1=6mm 上下翼缘板δ0=6~40mm，取δ0=10mm
4.7盖板宽度B4
B4=B1+2δ1+200=762mm 取B4=760mm
4.8主梁的实际高度H1
H1=h+2δ0=1550+2⨯10=1570mm
4.9实际的端梁高度H2
H2=785mm
4.9验算箱形梁的整体稳定性 箱形梁的刚度很大，若梁的高宽比H1≤3,则梁的整体稳定性不需验算。 B1+2δ1
H11570==2.8
4.10加劲板的布置尺寸
4.10.1梁的翼缘板极限宽厚比和加劲肋的设置 箱形梁受压翼缘外伸部分取：b1/δ0≤235/s。 此式满足
箱形梁在两腹板之间的受压翼缘板取:b/δ0≤235/σs 此式不满足，所以应在受压翼缘板内侧等间距设置一条纵向加劲肋，被加劲肋分隔开的翼缘区格宽厚比(b/2δ0)仍需满足上述要求。如下图
4.10.2梁腹板的极限宽厚比和加劲肋的位置 当b/δ≤235/σs时，不需加设任何加劲肋，不需验算腹板稳定性，b
为腹板高度，δ为腹板厚度。 此题不满足此式 当235/σs
取等间距布置，其间距宜取a=（1~1.5）b，且不大于2m。此题满足此式，所以要设置横向加劲肋。
当160235/σs
满足，所以不加纵向加劲肋。
当240235/σs
满足，所以不加横向加劲肋。
综上所述，梁要加设横向加劲肋，其间距a=550~825mm，此处取
a=700mm
为了保持主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件 主梁端部大加劲板的间距：
a'≈h=1.2m,取a'=1mm
主梁端部（梯形部分）小加劲板的间距：
a1=a`=0.5m 2
主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：
a=(1.5~2)h=1.8~2.4m,取a=2m
主梁中部小加劲板的间距：若小车钢轨采用P15轻轨，其对水平中心轴线x-x的最小抗弯截面模数Wmin=47.3cm3，根据连续梁由钢轨的抗弯强度条件求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央）：
a1≤6Wmin[σ]=ψ2P6⨯47.7⨯17000=102.3m 26000+100000⎛⎫1.15⨯ ⎪4⎝⎭
式中P －小车的轮压，取平均值，
ϕ2-动力系数，由图2-2曲线查得ϕ2=1.15；
[σ]-钢轨的许用应力，[σ]=170MPa.
a=1m 2
由于腹板的高厚比h/δ= 1200/6=200
第五章 主梁的校核
5.1．计算载荷的确定
查图4-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，Gq/2=32000N则主梁由于桥
架自重引起的均布载荷：
q1=Gq
L=70000=31.2N/cm 2250
查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷： qy=0.6~0.65N/cm，取qy=6.3N/cm
由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为：
Gd=7000N
主梁的总均布载荷：
q'=ql+qy=31.2+6.3=37.5N/cm
主梁的总计算均布载荷：
q=ψ4q'=1.1⨯37.5=41.25 N/cm
式中ϕ4=1.1-冲击系数，由公式2-5得。
作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用： P1=21000; P2=18000
考虑动力系数ϕ2的小车车轮的计算轮压值为：
P1=ϕ2P1=1.15⨯21000=24150N
P1=ϕ2P2=1.15⨯18000=20700N
式中 ϕ2=1.15-动力系数，由图2-2中曲线查得。
5.2主梁垂直最大弯矩
由公式（4-12）计算主梁垂直最大弯矩：
⎡⎛L-BXC⎫qL+ψ4Gdψ4l⎤P+P-⎢12 L⎪+2l⎥⎝⎭(G+P)⎥+ψ4G0L Mmax=⎢P+Pq⎛⎫⎢⎥4 12+⎪⎢⎥2⎭⎝L⎣⎦
设敞开司机室的重量为G0=1000N,其重心距支点的距离为l0=280cm
将各已知数值代入上式公式计算可得：
G+P) M(
max=5.6⨯107N⋅cm 2
5.3主梁水平最大弯矩
由公式（7-18）计算主梁水平最大弯矩：
(G+P)Mgmax=0.8Mmax.''a g
式中g-重力加速度,g=9.81m/s2;
a=vq-大车起动、制动加速度平均值，tq=6~8s, tq
则a=
'902=0.1875~0.25m/s; 60⨯6~8'(G+P) -不计冲击系数和动载系数时主梁垂直最大弯矩，由下式算得： Mmax
M(G'+P')
max[P= '1+L-Bxcq'L+GdG0l02P2()+-]+G0l0 P1'+P2'q'
4(+)L2'
=2.8⨯106N⋅cm
因此得主梁水平最大弯矩：
Mymax=0.8⨯2.8⨯106⨯0.15~0.2=(3.36~4.48)⨯104N⋅cm 9.81
取 Mymax=4⨯104N⋅cm
5.4主梁的强度验算
主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式（7-19）计算：
(G+P)MmaxMgmax+
≤[σ] σ=σ(G+p)+σg=WxWy
式中 -主梁中间截面对水平中心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：
⎛h⎫Wx= 0+Bσ1⎪h=7680cm3 ⎝3⎭
Wy-主梁中间截面对垂直中心轴线y-y的抗弯截面模数，其近似值：
⎛Bσ⎫Wy= 1+hf⎪b=3840cm3
⎝3⎭
因此可得： 56⨯10-64⨯104
+=73Mpa σ=76803840
由表（2-19）查得Q235钢的许用应力为[σ]∏
[σ]∏=σs/1.33=220/1.33=165.4MPa
故 σ
主梁支撑截面的最大剪应力根据公式（7-20）计算：
(G+P)Qmax.Sτmax=≤[τ]∏ Ixo2δ
(G+P)式中 Qmax-主梁支撑截面所受的最大剪力，由公式（7-13）计算：
(G+P)Qmax=P1+P2L-Bxcql+ψ4GdL-L0++ψ4G0=103726NL2L
P1L3[1+α(1-6β3+4β4)]f=-主梁支撑截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近48EIX
似值： Lx0≈Wx0-H0⎛h0H⎫= +Bδ1⎪h0⨯0=31500cm3 2⎝32⎭
S-主梁支撑截面半面积对水平重心轴线x-x的静距，其近似值：
S=2⨯h0δh0⎛hδ⎫⨯+Bδ1 0+1⎪=217cm43 24⎝22⎭
因此可得：
τmax=103726⨯2174=6Mpa 31500⨯2⨯0.6
由表（2-24）查得A3钢的许用剪应力为 [τ]∏ =
5.5主梁的垂直刚度验算
主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度 可按照公式（7-23） 进行计算：
式中
α=
β=P220700==0.857 P241501Bxc110==0.05 L2250
H125Lx≈Wx⋅=7680⨯=4.8⨯105 22
因此可得：
24150⨯225031+0.8571-6⨯0.052+4⨯0.074
f==0.133cm 6648⨯21⨯10⨯3.8⨯10[()]
允许的挠度值由公式 （7-22）得：
[f]=L=2.86cm 700
因此 f
5.6主梁的水平刚度验算
主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下 ，产生的水平最大挠度可按公式（7-25） 计算（略去第三项，简化成简支梁）：
fg=Pg+Ly
48EIy+qgly384EIy
式中pg-作用在主梁上的集中惯性载荷
''PN G=(0.01~0.02)vP1+P2=585~1170()
qg-作用在主梁上的均布惯性载荷
qg=(0.01~0.02)vq'=0.5625~1.125N
Iy=Wy⋅B50=3840⨯=96000cm4 22
由此可得：
1170⨯2250311.25⨯22504
fg=+=0.18cm 6648⨯21⨯10⨯96000384⨯21⨯10⨯96000
水平挠度的许用值：
[f]=2250=1.125cm 2000g
因此
由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。
当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算 主梁的局部稳定性验算从略
第六章 端梁的计算
6.1计算载荷的确定
(G+P)设两根主梁对端梁的作用力Qmax相等，则端梁的最大支反力由公式（4-30）
计算（参见图4-17）
(G+P)Qmax(Lxc+2a2)RA= K
式中 K-大车轮距，K=400cm;
Lxc- 小车轨距， Lxc=140cm
a2-传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离，取a2=120cm.
因此可得：
RA=103726(200+2⨯120)=114098.6N 400
6.2端梁垂直最大弯矩
(G+P)端梁在主梁支反力Qmax作用下产生的垂直最大弯矩由公式（4-27）计算：
MZmax=RA⋅a1=114098.6⨯90=10.27⨯106N⋅cm
式中 a1-导电侧车轮轴线至主梁水平中心线的距离，a1=90cm.
6.3端梁水平最大弯矩
端梁因车轮在侧向载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式（4-27）计算：
'MPmax=s.a1
式中S-车轮侧向载荷，由公式（2-6）计算S=λP；
λ-侧压系数，由图2-3查得，λ=0.08；
P-车轮轮压，即端梁的支反力P=RA.
因此M'
pmax=λRA⋅a1=0.08⨯114098.6⨯90=821509.92N⋅cm
端梁因小车在起、制动惯性载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式
（4-32）计算：
Pxg(Lxc+2a2)'MP=a1 maxK
式中 Pxg-小车惯性载荷，由公式（7-8）计算：
p121000==3000N 77
3000⨯(200+2⨯120)=⨯90=297000N⋅cm 因此M0
pmax400pxg=
'''比较MPmax和Mpmax两值可知，应取其中较大值进行强度计算
6.4端梁截面尺寸的确定
端梁长L=14mm
根据表4-2推荐，选定端梁各构件的板厚如下：
上盖板δ1=8mm
中部下盖板δ1=8mm
头部下盖板δ2=12mm
腹板δ=6mm
按照[4]查得Φ400车轮组的尺寸，确定端梁盖板宽度和腹板高度时，首先应配置好支撑车轮的截面（图4-23a）,其次再决定端梁中间截面尺寸（图4-23b）.
如图7-23配置的结果，车轮轮缘距上盖板底面32mm;车轮两侧面距支撑处两下盖板内边为10mm因此车轮与端梁不致磨损。同时腹板中线正好通过车轮轴承箱的中心平面。最后，要检端梁中部下盖板与轨道面的距离。如图，4-23b所以此距离为60mm，最合适。
6.5端梁的强度验算
端梁中间截面对水平重心线x-x的截面模数：
⎛hδ⎫Wx'= +Bδ1⎪h=3000cm3 ⎝3⎭
端梁中间截面对水平重心线x-x的惯性矩：
60=90000cm4 2
端梁中间截面对水平重心线y-y的截面模数： 'I'x=WX≈3000⨯
⎛Bδ⎫⎛40⎫Wy'= 1+hδ⎪b= +58⨯0.6⎪⨯27.4=1320cm3 ⎝3⎭⎝3⎭
端梁中间截面对水平重心线
Sx=2⨯x-x的半面积距：hδhh+δ129⨯+Bδ1⨯=2⨯29⨯0.6⨯+40⨯1⨯29.5=575cm3 2422
端梁中间截面的最大弯曲应力由公式(7-34)计算的得：
σmax
MZmaxMpmaxRA⋅a1S⋅a1=+=+=41Mpa 'Wz'Wy'WXWy'
端梁中间截面的剪应力：
(G+P)Qmax⋅Sx103726⨯575τ===5.5Mpa Ix⋅2δ90000⨯2⨯0.6
端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩、截面模数及面积距的计算如下： 首先求水平重心线的位置
水平重心线距上盖板的距离：
C1=2⨯18.2⨯0.6(0.5⨯18.2+0.5)+2⨯12⨯1.2(0.5+16.2+0.6)=8.45cm 40⨯1+2⨯18.2⨯0.6+2⨯12⨯1.2
水平重心线距腹板中线的距离：
C2=8.15-0.5⨯18.2=-1.45cm
水平重心线距下盖板的中心线的距离：
C3=(18.2+0.5+0.6)-8.15=11.15cm
端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩：
I'
x0+4=11⨯40⨯13+40⨯1⨯8.152+2⨯⨯18.22⨯0.61212
1+2⨯18.2⨯0.6⨯1.452+2⨯⨯1.22+2⨯12⨯1.2⨯11.152
12
=632.3N⋅cm4
端梁支撑截对水平重心线x-x的最小截面模数：
11Wx'0=I'x0+4⨯=6323⨯=538cm3
11.15+0.6C2+2 2
端梁支撑截面水平重心线x-x下部半面积距：
'Sx=2⨯12⨯1.2⨯11.15+(11.15-0.6)⨯0.6⨯011.15-0.62
=323cm3
端梁支撑截面附近的弯矩：
Mz=RA⋅d=114098.6⨯14=1597380.4N⋅cm
式中 d即图中7-23中H尺寸（参见图4-17）
断裂支撑截面的弯曲应力由公式（4-36）计算：
σ'=Mz1597380.4==29.7Mpa Wx0538
端梁支撑截面的剪应力由公式（4-37）计算：
τ='RA⋅Sx0
nIx0⋅f=114098.6⨯323=48.6Mpa 2⨯6323⨯0.6
端梁支撑截面的合成应力由公式（7-38）计算：
σ='+3I'=29.72+3⨯48.6=89.26Mpa
端梁材料的许用应力 2
[σd]∏=(0.80~0.85[σ]∏)=(0.80~0.85)⨯165.4
=132.3~140.6Mpa
[τd]∏=(0.80~0.85[τ]∏)=(0.80~0.85)⨯95.6
=76.5~81.3Mpa
强度验算结果，所有计算应力均小于材料的许用应力，即端梁的强度满足要求
第七章 主梁和端梁的连接计算
7.1端梁端部上翼缘焊缝
端梁支撑截面上盖板对水平重心线x-x的截面积矩
S1'=40⨯1⨯8.15=326cm3
端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力（参见图4-18）由公式（4-40）得：
RA⋅S1'114098.6⨯323τ1==n2Ix0⨯0.7⨯hf2⨯6323⨯0.6⨯0.1
=69.4Mpa
式中 n1-上盖板翼缘焊缝数。
hf-焊缝高度，取hf=0.6cm
7.2端梁端部下翼缘焊缝
端梁支撑截面下盖板对水平重心线x-x的面积矩
'S2=2⨯12⨯1.2⨯11.15=321cm3
端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力由公式（7-41）计算得：
'RA⋅S2114098.6⨯321τx==n2Ix0.7⋅hf4⨯6323⨯0.7⨯0.6 0
=34.48Mpa
7.3主梁与端梁的连接焊缝
主梁与端梁腹板的连接焊缝的剪应力由公式（4-42）计算（参看图4-20）
(P+G)Qmax103726τ===22.45Mpa n⋅0.7hf⋅h02⨯0.7⨯0.6⨯55
式中 h0-连接处焊缝计算高度，h0=0.95h=0.95⨯58=55cm
7.4主梁上盖板焊缝
(G+P)主梁在支撑处最大剪应力Qmax作用下，上盖板焊缝剪应力由公式（4-43）计算
得：
(G+P)QmaxSτ= 2⨯0.7hfIx0
式中 Ix0-主梁在支撑处截面对水平重心线x-x的惯性矩，前面已计算得
Ix0=95500cm4；
S-主梁上盖板对截面水平重心线x-x的面积
60+0.8S=50⨯0.8⨯=1216cm4 2
103726⨯1216=15.73Mpa 因此计算得：τ=2⨯0.7⨯0.6⨯9550
焊缝的许用应力查得[τ]=95MPa，因此各焊缝计算应力均满足要求。
致 谢
值此设计完成之际，首先衷心的感谢我的设计指导老师安林超老师。此次设计是在安老师的悉心指导下完成的。在课题的研究过程中，安老师提出了许多宝贵的指导性意见，才使得我的毕业设计可以顺利进行。安老师求真务实的治学态度、诲人不倦的工作作风、平易近人的态度给我留下深刻的印象。在我的整个毕业设计阶段，无论在专业学习，还是在图纸设计和说明书撰写止，安老师都给予了极大的关心、指导和鼓励。在本次设计过程中还要特别感谢各家实习单位能给我提供良好的实习环境，使我能对自己所设计的题目有一个更加深刻的认识。此外，还有幸和许多同学对相关问题进行了探讨和研究，并从中得到了很多有益的启发。在此对这些同学表示由衷的感谢。最后感谢所有对我有过帮助的人。
参考文献
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