1472-起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1472-起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),起重機(jī),總體,整體,設(shè)計(jì),金屬,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 外文題目：Dragon Gate Cranes design and metal structure design 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文 02 頁(yè)） 圖紙共 2 張 完成日期 2006 年 6 月 答辯日期 摘要：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，強(qiáng)度。SummarySince 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: Cranes, metal structure, carrying capacity, fatigue strength, intensity目錄2 龍門式起重機(jī)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案………………………………52.1 龍門起重機(jī)總體設(shè)計(jì)所需的基本參數(shù)……………………………………52.2 起重機(jī)的選型…………………………………………………62.2.1 起重機(jī)基本型式的選擇…………………………………………62.2.2 起重機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇………………………………………63 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………73.1 金屬結(jié)構(gòu)概述……………………………………………………73.2 箱形結(jié)構(gòu)門架強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………83.2.1 金屬結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………103.2.2 主減速器的潤(rùn)滑…………………………………………………163.3 驅(qū)動(dòng)橋-差速器……………………………………………………183.3.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的基本參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算……193.4 驅(qū)動(dòng)橋-半軸………………………………………………………253.4.1 全浮式半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核…………………………………253.5 驅(qū)動(dòng)橋-橋殼………………………………………………………283.5.1 鋼板沖奪焊接整體式橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算……………294 總結(jié)…………………………………………………………………32致謝……………………………………………………………………33參考文獻(xiàn)………………………………………………………………34附錄 A…………………………………………………………………35附錄 B…………………………………………………………………37概述龍門起重機(jī)的種類很多，按龍門起重機(jī)龍門架的七部結(jié)構(gòu)型式可以分為單梁龍門起重機(jī)、雙梁龍門起重機(jī)和單梁龍門起重機(jī)和單主梁龍門起重機(jī)等等各種類型起重機(jī)。按照上部結(jié)構(gòu)，主梁的結(jié)構(gòu)又可分為單箱形主梁和雙箱形主梁等等各種類型。由于本人設(shè)計(jì)的起重機(jī)結(jié)構(gòu)為龍門式箱形結(jié)構(gòu)，支腿型式為“ ”型。就不考慮其他?類型起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)外起重機(jī)中應(yīng)用最普遍的一種梁架結(jié)構(gòu)型式。因?yàn)橄湫瘟菏骄哂性O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造工藝性好等優(yōu)點(diǎn)，而這些有利條件對(duì)于尺寸規(guī)格多、生產(chǎn)批量較大的箱式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，顯得更加重要。由于小車軌道整正中鋪設(shè)的箱形梁式結(jié)構(gòu)至今仍然是我國(guó)成批生產(chǎn)的、最常用的、典型的一種結(jié)構(gòu)。我主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是龍門起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)中有起重機(jī)的選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、質(zhì)量、等。金屬結(jié)構(gòu)包括：梁、直架、力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的校核和計(jì)算。起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案起重機(jī)選擇類型為：箱形梁式龍門起重機(jī)，箱形梁式結(jié)構(gòu)起重機(jī)主要由兩根主梁和兩根端梁組成。主梁是由上、下蓋板和兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實(shí)體板梁結(jié)構(gòu)。小車運(yùn)行的軌道可以鋪設(shè)在主梁上蓋板的正中間，也可以設(shè)在靠里側(cè)的垂直腹板的上方或介于上述兩者之間的位置。因此，梁架中兩根主梁的間距主要取決于起重小車的軌距，主要與起升機(jī)構(gòu)的布置有關(guān)，梁架的兩端梁間的距離取決于梁架的跨度大小。相比之下，箱型梁結(jié)構(gòu)比衍架結(jié)構(gòu)耐用度高、抗彎能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。是市場(chǎng)上最為實(shí)用的一種類型起重機(jī)，深受客戶歡迎的理想的起重機(jī)。1 起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面：1.1 門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)方案確定。1．1．1 起重機(jī)的設(shè)計(jì)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(jí)別等。qV已知數(shù)據(jù)和計(jì)算起重量：50 t起升高度：4.2 m跨度：5 起升速度：7.5工作級(jí)別： 級(jí)；5M機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率：25%1.2．龍們起重機(jī)的總體方案和基本參數(shù)確定各構(gòu)件質(zhì)量數(shù)據(jù)如下：起重機(jī)總質(zhì)量： ；主梁： ；支腿： （一根） ；下橫kgGL49612?kgGq1862?kgGt385?梁： （一根） ；軌道： 走臺(tái)欄桿： =2067 ；電氣均布質(zhì)量：kg236?? 950zt；吊具： 。Gdq450k30吊鉤的選擇：吊鉤裝置是起重機(jī)最重要的一個(gè)承載部件。它要求強(qiáng)度足夠，工作安全可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不會(huì)發(fā)生突然破壞和鋼絲繩脫槽等現(xiàn)象。吊鉤裝置有長(zhǎng)型和短型兩種。長(zhǎng)型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn)：吊鉤裝在橫軸上，滑輪裝在單獨(dú)的心軸上。而短型吊鉤裝置的構(gòu)造特點(diǎn)：吊鉤橫軸與滑輪心軸合而為一。長(zhǎng)型吊鉤裝置的吊鉤較短；而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長(zhǎng)。我的設(shè)計(jì)選擇長(zhǎng)吊鉤?；喗M數(shù)選擇：滑輪組是由定滑輪組和動(dòng)滑輪組組成。由于動(dòng)滑輪組與吊鉤裝在一起，稱為吊鉤組，所以我選擇定滑輪組。定滑輪組的滑輪數(shù)依滑輪組倍率不同而不同，安裝在起重小車架上。雙梁箱形結(jié)構(gòu)形式起重機(jī)提升 50 的滑輪組為雙聯(lián)滑輪組。t吊鉤組上起重機(jī)應(yīng)用最廣泛的取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、橫梁、動(dòng)滑輪組、推力軸承和拉板等組成。起重機(jī)常用的軌道有三種：1）起重機(jī)鋼軌道；2）鐵路軌道；3）方鋼軌道。本次設(shè)計(jì)我選用起重機(jī)鋼軌道（即正軌） 。詳細(xì)步驟如下：1．3．1 主起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：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(dòng)簡(jiǎn)圖：圖 主起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖1——電動(dòng)機(jī)；2——聯(lián)軸器；3——傳動(dòng)軸；4——制動(dòng)輪聯(lián)軸器；5——制動(dòng)器；6——減速器；7——卷筒；8——滑輪組；9——吊鉤組選擇鋼絲繩：采用雙聯(lián)滑輪組，取主起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率 3?hi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(hào)為62?Z的 50 吊鉤組代用。吊鉤組質(zhì)量 ，兩滑輪間距 。1607.32?Tt kgG320?mt580滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng) 時(shí)，滑輪組效率 。鋼絲繩承受最大拉力：3?hi 985.?NiGQShv 2706598.02)(max?????選用鋼絲繩標(biāo)記如下：8911186.1786 ??GBZSFCWNAT確定滑輪尺寸：滑輪的許用最小直徑： 式中，系數(shù) 。選medD432)5()(?? 25?e用標(biāo)準(zhǔn)滑輪 。選用平衡滑輪 。mD450? mDp2806.?選擇電動(dòng)機(jī)：靜功率計(jì)算： kWvGQNnj 5.248.06179)32(601)( ???????式中 ——機(jī)構(gòu)的總效率，取 =0.85。?電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率：式中，.6195.2480kNKjde ??? ,8.0?dK選則電動(dòng)機(jī)的型號(hào)如下：YZAR255M-8， 工作制， =40%， 次， ，sSJCZkwNe2%)4(， 。電動(dòng)機(jī)軸端尺寸 ，min715r?223.kgmGD?md65?l10電動(dòng)機(jī)的驗(yàn)算：電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力kWvQHNoMn 4.2185.01697)32(4.2106)( ???????????式中 ——系數(shù)。 ；1.2?——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過(guò)載倍率， 。M .M?——機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)。m，過(guò)載演算通過(guò)??enN?1．3 門架的結(jié)構(gòu)選擇型式：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“ ”型。?1．4 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LH)201~5(?支腿時(shí)，取 ， ，采用單箱型時(shí)，取 。主梁幾何特LH)251~(?B)31~2(?B3性：面積 ；靜面矩 ； ；慣性矩 8.374cmFcmSx1368cSy； 截面模數(shù) ； ；4132876cIx 91Iy 3705W?104ml?。395mWyr?對(duì)于支腿，腿高 h 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Hb?具體結(jié)果確定?？紤]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oLK)61~4(?主梁全長(zhǎng)。1．4．1 門式起重機(jī)的載荷及其組合：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。1．4．2 箱形結(jié)構(gòu)的門架自重：箱形截面橋架自重 對(duì)于 75 以下的普通門式起重機(jī)，橋架(主梁)自重按下式估算：t帶懸臂 =0.5 1283.32qGoHQL5.0???1326無(wú)懸臂 =0.772.58式中 ——額定起重量( )；t ——橋架(主梁)全長(zhǎng)( )；oLm——起升高度( )。H門架的計(jì)算載荷： cNqf 13.50.1????支腿自重：雙梁門架的支腿單位長(zhǎng)度自重常取為主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度自重的 0.2～0.4 倍單主梁門架的支腿單位長(zhǎng)度自重取為主梁的 0.7～0.9 倍。1．4．3 慣性力(慣性載荷)機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和沖擊振動(dòng)引起的慣性載荷的確定。對(duì)于主動(dòng)輪僅布置在一側(cè)的門式起重機(jī)，設(shè) 1 輪為主動(dòng)輪，2 輪為從動(dòng)輪，則大車制動(dòng)慣性力 為：dgP= 231.85zdxczdqxcdgQqdg gtvGQtv)(???? ????31502.)64(31502.78.式中 ——大車制動(dòng)時(shí)，由橋架自重引起的水平慣性力；qdgP、 、 和 等符號(hào)pGxcdvzt1．4．4 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(shí)，可按下式計(jì)算側(cè)向力：max1.0VS?式中 ——大車的最大輪壓。maxV當(dāng)門式起重機(jī)的運(yùn)行速度較低時(shí)，側(cè)向力按照之腿由于運(yùn)行阻力不同時(shí)求出=LBWSA2)(??6.102352)9..37(???表示主梁由于側(cè)向力引起的彎矩。其中：=SMBAL2?? 30.1272193?????式中 和 ——兩支腿處的運(yùn)行阻力，且 > ；AWB AWB 和 ——兩支腿運(yùn)行牽引力，且 。ATB BAT?1．4．5 進(jìn)行最大拉力驗(yàn)算：kNymMixA 32)451025(2482a ??????1．4．6 計(jì)算受拉單栓承載力??kNPNt .17.0.故 tAT?驗(yàn)算通過(guò)。1．4．7 載荷組合由于各種載荷不可能同時(shí)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(lái)確定這些載荷的組合。1．5 門式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合通常考慮以下幾種情況：1．5．1 對(duì)于主梁，考慮小車位于跨中或懸臂端，小車滿載下降制動(dòng)，同時(shí)大車平穩(wěn)制動(dòng)，風(fēng)力平行大車軌道方向。稱為計(jì)算情況 II 。a1．5．2 對(duì)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：1．5．3 支腿幾何尺寸和幾何特性：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(dòng)，小車位于跨端或懸端，小車滿載下降制動(dòng)，同時(shí)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)，風(fēng)力沿小車軌道方向，稱為計(jì)算情況 II 。b表 門式起重機(jī)的計(jì)算載荷組合計(jì) 算 構(gòu) 件 主 梁 支 腿載荷情況及組合IIaIIdIIbIIcIId門架自重 qG4?qmGm4?G起升載荷 Q2— Q22—小車慣性力 — — ?xgP— —大車慣性力 ?dgP— — ?dg—大車偏斜側(cè)向力?S— ?S?S—門架支承橫推力— — H—風(fēng)力 mFP??F?tFPtF??FP小車自重 xcG4?xcxc?xcG4xc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qmmF?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(hào)同前述。tFP?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(dòng)，同時(shí)大車平穩(wěn)制動(dòng)，風(fēng)力平行大車軌道。稱為計(jì)算情況 。c?1．5．4 對(duì)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(shí)大車和小車皆不動(dòng)，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 。d?對(duì)于每種計(jì)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(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力值也各不相同。2．起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：箱型結(jié)構(gòu)形式，支腿型式為“ ”型。主要參數(shù)及校核計(jì)算如下：?2．1．1 主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核計(jì)算：主梁的內(nèi)力計(jì)算：計(jì)算主梁的內(nèi)力時(shí)，將門架當(dāng)作平面靜定分析 2．1．2 正應(yīng)力的校核驗(yàn)算：根據(jù)公式計(jì)算的垂直彎矩同時(shí)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：=????????15.)(3maxax2yzzWM??23.175.)3976.2105.(???主梁支承載面：=??????15.)(maxaxysccz ??25.18.)376.214.(???式中 、 ——主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩；axzMszax、 ——主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩；mcsc、 ——主梁跨中和支承載面對(duì) 軸的載面摸數(shù)；zxWx——主梁對(duì) 軸的載面摸數(shù)。yy強(qiáng)度許用應(yīng)力為：??MPans45.1803.2????確定應(yīng)力循環(huán)特性 01.maxin?Nr鋼的強(qiáng)度許用應(yīng)力為：AQ235??MPans45.1803.2????式中 為載荷組合的安全系數(shù)。2．1．3 剪應(yīng)力的校核驗(yàn)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(jì)算：cQ=)(21????xcISQ59.13)69(305???式中 ——主梁載面的一部分對(duì)中性軸的靜矩； ——主梁載面對(duì) 軸的慣性矩；xIx、 ——主梁的主、副腹板的厚度。1?2在水平載荷作用下，蓋板上的剪應(yīng)力：=oysISQ??2?1.0625134??式中 ——支承處的水平剪力；s——主梁載面的一部分對(duì) 軸的靜矩；ySy——主梁載面對(duì) 軸的慣性矩；I——上、下蓋板厚度。o?主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計(jì)算，計(jì)算式為：主腹板上 =112????kM3.2160935??副腹板上 =22k .蓋板上 =oko???0.416395??式中 ——作用與主梁支承載面的扭矩；KM——主梁封閉載面的輪廓面積， 。?bh??在主梁載面上，各種載荷在同一點(diǎn)引起的剪應(yīng)力予疊加。主梁扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：對(duì)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(jì)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(yàn)算如下：cmbeo 87.3.906.821 ????????2．1．4 支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度校核驗(yàn)算：對(duì)于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門架的支腿應(yīng)分別選取幾個(gè)載面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算： 強(qiáng)度驗(yàn)算式為： ???????FNWMtxtymmaxaa式中 ——門架平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩；a——支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩；tmx——支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的軸向力；tNa、 ——驗(yàn)算載面對(duì) 軸和 軸的載面模數(shù)；xWyxy——驗(yàn)算載面的面積。F根據(jù)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算截面需要的面積：??2max4.10835.2mNAj ????2I .7.rtaxj由計(jì)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。2m2．1．5 下橫梁的截面尺寸及幾何特性強(qiáng)度驗(yàn)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(yàn)算其強(qiáng)度，即彎曲應(yīng)力：=??????xWM??18532式中 ——作用在下橫梁載面的總彎矩；——驗(yàn)算載面對(duì) 軸的載面模數(shù)。xx主梁支腿抗彎剛度比：系數(shù)： =LhIK??127.24316803?式中 ——主梁繞 x 軸慣性矩；2I= ——支腿折算慣性矩；1456398cmx?h=9.8m， L2 128.95631712????LhIk2．1．6 支腿與下橫梁的內(nèi)力校核計(jì)算：由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力。有懸臂時(shí)的側(cè)推力為：=)32(461???khLqHj 56.172)3402(96????為了安全起見(jiàn)，現(xiàn)將有懸臂門架當(dāng)作無(wú)懸臂門架計(jì)算，即Nkhqj .17)32(98041.5)32(4?????彎矩 cmHMDc ???2.459.72．1．7 支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)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：cp????NlapVc 38.204967).16(28.35)(1 ???????lc .5).(.6)(122．1．8 箱型梁的約束彎曲校核計(jì)算：根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在薄壁箱型梁的角點(diǎn)上，最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為：)1(?????o式中 ——自由彎曲正應(yīng)力；o?——考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù)；LB75.1??B——翼緣板寬度。初選箱形截面腹板厚度 mc012.62????????????????????????????3121423LECQGAxc ????8.82??????? ????????????? 31285 280.310.3)4.021.(剛度是控制條件。?? ,1602736.0132 kNQkBAQ????????????????圖 薄壁箱形梁約束彎曲時(shí)截面正應(yīng)力分布圖 腹板受輪壓局部擠壓計(jì)算2．1．9 輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力校核計(jì)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(jì)時(shí)，能使得LVmaxNA 支座側(cè)的兩個(gè)車輪輪壓接近相等，則：當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時(shí)（圖 ） ，腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力為：=m??????P式中 ——局部壓應(yīng)力 ；_m??????2mNP———集中載荷（ N） ；——板厚（mm） ；?——集中載荷分布長(zhǎng)度，可按下式計(jì)算：?=50+ =7012h????0?式中 ?——集中載荷作用長(zhǎng)度，對(duì)車輪取 ；m5—-自構(gòu)件頂面（無(wú)軌時(shí)）或軌頂（有軌時(shí)）至板計(jì)算高度上邊緣的距離1h（mm）.當(dāng)起重機(jī)小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時(shí)，局部彎曲應(yīng)力為：普通正軌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(shí)上蓋板應(yīng)按被兩腹板和相鄰兩筋板分隔成的矩形板計(jì)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(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算簡(jiǎn)圖更加復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化計(jì)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(lái)計(jì)算蓋板撓度；4）計(jì)算應(yīng)力時(shí)，假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長(zhǎng)為 a 和 b 矩形面積上接觸。此時(shí)，(cm), 為軌道寬度， 為軌道高度。521??ph?1bph 圖 上蓋板的局部彎曲計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)于正軌箱型梁，由于集中載荷的作用點(diǎn)在板的中心或偏一距離，故應(yīng)采用板殼理論計(jì)算。根據(jù)板殼理論，作用在受載面積中心（圖）彎距：?8NMx? ?????? ????)1()1(sin4l2( vvdb?????10.253)1(325)91(20314.362sinl2(14.385 ??????? ????????8NMx? ?????? ????)1()1(sinl2( vvdb?????10.253)1(325)91(20314.362sinl2(14.385 ??????? ???????式中 )(121bad、?32196?aIkPN?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(jiàn)表 。1kba表 系數(shù) 1kba1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.01k0.127 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(shí)， ；? 2b??=ktgkt11?????392513????tgt=318.10 ktgkt11????=3 3925?=203.5 ；1abk?v________波桑比； ， ——系數(shù)，其值取決于 和 的值（參見(jiàn)表 ） ；??ab?上蓋板上的折算應(yīng)力按下式求得：??2)(z?折 ??????zx)(2= 318230130130?式中 ——由垂直彎矩引起的正應(yīng)力， ， ， 應(yīng)帶各自的正負(fù)號(hào)代xz入。表 對(duì)于矩形板的因子 和 的值??? 0.100.20 0.3. 0.40 0.50 0.10 0.20 0.30 0.40 0.500.5 2.792 2.352 1.945 1.686 1.599 0.557 --0.179 -0.647 -0.852 -0.9060.60.70.80.91.01.21.41.61.82.03.0?2.8612.9042.9332.9522.9662.9822.9002.9552.9772.9993.0003.0002.5452.6772.7682.93228792.9362.9662.9822.9002.9553.0003.0002.2272.4332.5842.6942.7662.8802.9362.9662.9822.9003.0003.0002.0112.2592.4482.5912.6982.8362.9122.9532.9752.9872.9993.0001.9362.1982.3992.5332.6692.8202.9032.9482.9722.9852.9993.0000.6770.7580.8140.8560.8870.9310.9580.9750.9850.9910.9991.0000.0530.2400.3910.4560.6110.7560.8490.9080.9450.9680.9981.000-0.439-0.229-0.0310.1480.3040.5510.7190.8280.8970.9390.9961.000-0.701-0.514-0.310-0.108-0.0800.3930.6160.7640.8580.9150.9951.000-0.779-0.605-0.4.04-0.1980.0000.3350.5780.7400.8340.9060.9941.0002．10 主梁的剛度校核計(jì)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(yàn)算由有效載荷（移動(dòng)載荷）產(chǎn)生的靜撓度（不計(jì)動(dòng)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(duì)不允許殘余（永久）變形。1）靜剛度當(dāng)兩個(gè)不相等的移動(dòng)集中載荷對(duì)稱作用于梁的跨度中央時(shí)（圖） ，其最大靜撓度由下式確定： 對(duì)于圖 所示情況，梁的最大靜撓度：???flLlLlEIpf ??????)75.0()75.0(12)( 22121= ?2.106)3.3.3 2???允許靜撓度值 分別推薦如下：??f2）門式起重機(jī)的跨中撓度??Lf???????10~7式中 L——起重機(jī)的跨度。3）門式起重機(jī)的懸臂撓度= =12930??1350Lf?3?式中 ________懸臂長(zhǎng)度。14）門式起重機(jī)跨中水平位移=??Lfs201??28310??根據(jù)剛度條件，型鋼梁需要的截面慣性矩為：??25533 94.61.487PLLPfEI ???式中 ——梁的跨度（ ） ；Lm——型鋼梁的許用撓度， ；??f ??70f?——電動(dòng)葫蘆在額定起重量時(shí)的總輪壓（不計(jì)動(dòng)力系數(shù)） 。按下式計(jì)算：phGQP??其中， ——額定起重量 ，)(N——電動(dòng)葫蘆自重 。h 5）動(dòng)剛度在起重機(jī)小車卸載時(shí)，主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動(dòng)，這種振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響不大，但對(duì)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(guò)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(duì)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(dòng)剛度。圖 梁的剛度計(jì)算對(duì)于一般使用的起重機(jī)，不必驗(yàn)算起動(dòng)剛度。對(duì)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(yàn)算動(dòng)剛度，要求小車位于跨中時(shí)的滿載自振頻率 f 不應(yīng)低于 2HZ?？砂聪铝泄津?yàn)算滿載自振頻率：=0.6 =1367.12)1(.6.0kmMKfs??31678?式中 ________滿載自振頻率， （HZ） ；f————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sk單位垂直靜撓度所需的集中力的大小 ；按表 計(jì)算；??cmkN——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(duì)于雙梁結(jié)構(gòu)，如果小車質(zhì)sM量按整臺(tái)小車計(jì)算，則 近似等于一根主梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量） （ ） ；按表 計(jì)算；s cmskN2?—— 與額定起升載荷的質(zhì)量 之比，即 ；ms QMQM?—— 與鋼絲繩繞組的剛度系數(shù) 之比，即 。KS iKtsKk?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(zhǎng)Tk所需的力）可按下式計(jì)算：=rtlFnEk?128045362??式中 ——鋼絲繩繞組的剛度系數(shù) ；tK??cmN——繞組的分支數(shù)；n——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 1.0rE ?；4102cmkN——一根鋼絲繩的鋼絲截面積 ;rF??2cm_____鋼絲繩繞組在相當(dāng)于額定起升高度時(shí)的實(shí)際平均下放長(zhǎng)度，可近似rl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(shí)際平均下放長(zhǎng)度（cm）,見(jiàn)圖 。2．11 穩(wěn)定性校核計(jì)算：對(duì)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(yàn)算，但應(yīng)進(jìn)行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗(yàn)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：2）彎曲剪應(yīng)力：在剪力作用下，梁的腹板會(huì)在 45 度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性（圖） ；3）彎曲正（壓）應(yīng)力。這時(shí)，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長(zhǎng)方向失去局部穩(wěn)定性（圖） ；4）彎曲正（壓）應(yīng)力和軸向壓應(yīng)力（如門式起重機(jī)的支腿） ；5）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(shí)，腹板會(huì)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(shí)喪失局部穩(wěn)定。這時(shí)，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(jì)算 。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(lái)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(gè)高度上設(shè)置橫向加勁板（圖） ；2）對(duì)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(shí)，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） 。1． 12 箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計(jì)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(shí)，橫向加勁板10??h之間的距離不應(yīng)大于 2h 或 3m；當(dāng) 時(shí)，不應(yīng)大于 2.5h。在跨度較大時(shí)橫10??h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(shí)際生產(chǎn)中，為了限制腹板波浪度，一般取間距 m。2.?2）如果腹板僅在剪應(yīng)力作用下；當(dāng) （對(duì)于低碳鋼）或70??h（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，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，)60~5(??h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(duì)于低碳鋼）或1??h（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，可不必加固。)145~(??h4）對(duì)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(duì)于低碳鋼）或240??h（對(duì)于低合金鋼）時(shí)，一般只加一根縱向加勁條，如果因梁高很大，20??而必須用兩根縱向加勁條來(lái)加固腹板時(shí)，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(jiàn)表 3-6。圖 箱形主梁加勁板的設(shè)置 5）若腹板僅僅只用橫向勁板加固時(shí)，對(duì)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(kāi)孔，但應(yīng)保證 mm，加)403(??hbf勁板厚度不應(yīng)小于 。jb156）在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為：3?hJ?=3 =117.3227?縱向加勁條所需的慣性矩根據(jù)比值 確定h17）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(shí)，一般在腹板上須設(shè)置短橫向加勁板（圖 ） ，其高度 或 。h3.01?114.?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 。??)50~4(1?2．13 腹板局部穩(wěn)定性的校核驗(yàn)算：對(duì)于正軌箱形梁，腹板同時(shí)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(shí)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(dòng)的簡(jiǎn)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(xiě)成如下通式：Ecrxk??1 Ercrxk???、mr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cr1??mcr作用下的臨界屈曲應(yīng)力 ；??2Nx——板邊支承情況影響系數(shù)，也稱嵌固系數(shù)，兩非承載邊簡(jiǎn)支支承時(shí)取 1，彈性嵌固時(shí)取 1.2~1.5，詳見(jiàn)表 ；、 、 ——分別為簡(jiǎn)支支承板在受 x 方向正應(yīng)力、剪應(yīng)力?krm和 y 方向局部應(yīng)力時(shí)的屈曲系數(shù)，其值參見(jiàn)表 ；——板屈曲的歐拉應(yīng)力 ，可按下式計(jì)算：E??2mN2222 109)1(???????????????bbDE ??????=163.31式中 D= ——板的單位寬度彎曲剛度；)1(23???E——板厚；____垂直于正應(yīng)力方向的板寬，驗(yàn)算腹板時(shí)為腹板的計(jì)算高度；ba____垂直于局部壓應(yīng)力方向的板長(zhǎng)，驗(yàn)算腹板時(shí)為橫向加勁板間的距離；E——彈性模數(shù) ；??2mN—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(shí)的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式1??m?、、2211121, 4343????????????????????????????? crmcrcrcrmcrd ???? = 3.741.29340.156????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)???????12?1?2符號(hào)；其它符號(hào)同前。當(dāng)臨界應(yīng)力超過(guò) 0.75 時(shí)，按式（ ）求得折減臨界復(fù)合應(yīng)力 ：s cr????????crtsscr,3.51??式中 ——材料的屈服點(diǎn) 。s???2mN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(yàn)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(shí)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(yàn)算公式如下：或 =312.1cr1????ncrcr1?或 =cr?r?6.253或mcr????nmcrcr?14..0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)??cr??\1??mcr力。當(dāng)板受壓應(yīng)力，剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力同時(shí)作用的等效復(fù)合應(yīng)力按式（ ）計(jì)算時(shí)，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 。2．14 加肋板的穩(wěn)定性校核計(jì)算： 在工程設(shè)計(jì)中，為了滿足公式（ ） ，有時(shí)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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)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)ab?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EIs?sI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 ?=??bsbsbs IIDI322311?????? 21.370.612??式中 b, 為板的寬度和厚度。對(duì)于剛性加強(qiáng)肋而言，有最小剛度比 ，亦即當(dāng)剛? min?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(shí)，此加強(qiáng)肋的剛度比即為最小剛度比。這時(shí)，板的屈曲只能限于區(qū)格板內(nèi)，也就是說(shuō)區(qū)格板的屈曲將先于整板。當(dāng)加強(qiáng)板剛度不夠時(shí)，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時(shí)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(jì)算。在求得剛性肋的最小剛度后，即可計(jì)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。sI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(shí)，則上區(qū)格板（圖 ）的局壓屈曲系數(shù) 按表 計(jì)算 ，而下區(qū)格板則按m? ??mk8.0或 。此時(shí)上區(qū)格板的驗(yàn)算公式應(yīng)為改寫(xiě)的式（ ） ，即1?a3nImcr??下區(qū)格板的局部驗(yàn)算公式則為：0.4 mcr?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。Imcr??cr對(duì)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(duì)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(duì)較?。╞------- 兩腹板間距； -------------------上翼緣板厚度） ，因1?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(shí)（括號(hào)內(nèi)數(shù)字用于低合金鋼） ，應(yīng)設(shè)置一條縱向加勁條，??102???b縱向加勁條的慣性矩：132.0??bIz?4cm式中 -------------系數(shù)，按表 3-11 選用。1?表 3-10 受壓翼緣板的寬厚比 不大于 1?b板的長(zhǎng)邊支承特性鋼 235Q 低合金鋼一邊簡(jiǎn)支，一邊自由 15 12一邊嵌固，一邊自由 30 25兩邊簡(jiǎn)支 60 50兩邊嵌固 70 60當(dāng) 時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩：)150()10(2???b423.cmIz?? 式中 ——系數(shù)；2?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2．15 受扭構(gòu)件的校核計(jì)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(kāi)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(shí)，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(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力，這稱為自由扭轉(zhuǎn)，這時(shí)，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(wú)任何約束時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。圖 a 為工字形截面桿件兩自由端受兩個(gè)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(zhǎng)度不改變，截面上就不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力。表 系數(shù) 值1?0.5 0.6 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00.050.100.150.203.403.693.974.255.596.116.227.138.058.559.6510.4510.758.559.6510.4510.7511.8913.0414.1813.5815.1416.7018.2616.6718.7220.7722.3219.9022.4825.0727.6522.3626.5629.7632.9626.9530.8334.7238.6130.2835.4340.0344.6330.2836.7243.7251.2830.2836.7243.7251.28注： ，式中 a——箱形梁橫向加勁板間距；b——兩腹板間距。b?? ，一般可先取 試算，式中 ——一條縱向加勁條的面積2.01????bAz 1.0??zA.2cm表 系數(shù) 值2?0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00.050.100.150.207.398.048.689.3311.5312.6812.8314.9816.3018.1019.9021.7021.7024.2926.8829.4827.5531.0734.6035.1233.9938.6043.2147.8240.9346.7652.5958.4048.3055.4662.6269.7956.0064.7073.4082.1064.3874.7585.1295.9072.9785.1397.30109.4782.0496.16110.28124.2891.54107.74123.94140.14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(shí)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(shí)，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(zhǎng)度的扭角也沿桿長(zhǎng)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?yàn)楦骺v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(wèn)題比自由扭轉(zhuǎn)問(wèn)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(shí)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(lái)達(dá)到平衡。由此可知，開(kāi)口薄壁截面受扭轉(zhuǎn)時(shí)，截面上k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 ????k?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???Mk hM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 0??dF??nhM? 328+120=4482．16 開(kāi)口薄板構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算：1）自由扭轉(zhuǎn)開(kāi)口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí)，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力力按下式計(jì)算（圖 ）：=maxax??kIM?15.3927150??式中 ——純扭矩 ； h??cN?-------計(jì)算截面中最大壁厚；max?-------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） ，1kI其扭轉(zhuǎn)慣性矩 ，按下式計(jì)算：1kI、 -------------矩形窄條相應(yīng)的寬度和厚度（cm）1b?----------修正系數(shù)，對(duì)于各種截面的 值列出如下：1k軋制 形截面 1.00L?1k軋制 形截面 1.20T軋制 形截面 1.20I1k開(kāi)口截面剪應(yīng)力沿截面上的分布如圖 所示。 圖 3-15 開(kāi)口薄壁構(gòu)件的自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算簡(jiǎn)圖單位長(zhǎng)度的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，按下式計(jì)算：??11??cmGIMk?= =362.44.5732.690?2）約束扭轉(zhuǎn)開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的法向應(yīng)力 和剪應(yīng)力 的計(jì)算比較復(fù)雜，可參看起重機(jī)????設(shè)計(jì)手冊(cè)。開(kāi)口薄壁構(gòu)件約束扭轉(zhuǎn)引起的應(yīng)力很高，有時(shí)甚至超過(guò)構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的應(yīng)力，必須予以重視。2．17 閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)校核計(jì)算閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉(zhuǎn)時(shí)，純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的分布與開(kāi)口截面中不相同（圖 ） ，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應(yīng)力并不等于零，這是閉口與開(kāi)口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉(zhuǎn)剪力流由于在整個(gè)截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強(qiáng)，這是它的主要優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。閉口截面的純扭轉(zhuǎn)剪力流已單獨(dú)平衡外扭矩，而約束扭轉(zhuǎn)剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)時(shí)，在截面上產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力按下式計(jì)算：??2minaxcNMk????= 71.93458.016??式中------------截面輪廓中線所圍成的面積的兩倍； -------------截面中最小壁厚（cm）;min?-------------作用在所計(jì)算截面的扭矩（ ） 。kMcmN?剪應(yīng)力的分布示意圖 中。1）閉口截面薄壁構(gòu)件單位長(zhǎng)度相對(duì)扭轉(zhuǎn)角按下式計(jì)算：??12??cmGIMkh?= =2238.1 5.3479式中 ， ----------系數(shù)，對(duì)焊接構(gòu)件 ：對(duì)鉚接構(gòu)件 ????dskI222k 12?k；3.02k----------對(duì)截面閉合軸線全積分。??ds正軌雙梁橋式起重機(jī)和單主梁門式起重機(jī)的箱形主梁屬于閉口薄壁構(gòu)件受約束扭轉(zhuǎn)，理論分析和計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，閉口截面的抗扭能力很強(qiáng)，其約束扭轉(zhuǎn)法向應(yīng)力 ??很低，一般只有構(gòu)件受自由彎曲時(shí)的法向應(yīng)力的 5% 左右，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應(yīng)力。05.???0約束扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 約為自由彎曲剪應(yīng)力 的 10~20 % ，而 比自由??Q???扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 小得多，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可以忽略 而只按自由扭轉(zhuǎn)計(jì)算剪應(yīng)力。k? ?2．18 連接的計(jì)算由于設(shè)計(jì)，制造，安裝和運(yùn)輸?shù)确矫娴囊?，金屬結(jié)構(gòu)通常是用型剛（或鋼板）彼此用連接件連接成獨(dú)立桿件，各桿件又用連接件互相連接起來(lái)，組成各個(gè)結(jié)構(gòu)物以承受外力作用。結(jié)構(gòu)物的各安裝，運(yùn)輸單元之間也是用連接件互相連接構(gòu)成整體，由此可見(jiàn)，連接方法及其可靠性對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)的正常工作有著重要影響。金屬結(jié)構(gòu)的連接方法主要有焊接，螺接和鉚接。下面介紹兩種常用的連接方法--------焊接和螺接。圖 閉合截面薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)計(jì)算2．19 焊接焊接是把連接金屬局部加熱成液態(tài)或膠體狀態(tài)，用壓力或填充金屬，是金屬結(jié)合成一個(gè)整體的方法。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用的焊接主要有電焊和氣焊兩類。電焊又可分為電弧焊，電阻焊（用于焊鋼筋，薄板等）和電渣焊（用于焊厚度和截面特大的構(gòu)件） ，其中以電弧焊應(yīng)用最廣。電弧焊是借電弧產(chǎn)生的高溫（-3600 度）來(lái)熔化焊件與焊條進(jìn)行焊接的。電弧焊是金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法，它又可以分為手工焊，埋弧