机械专业课程设计

铝水自动倾卸装置设计说明书学院班级姓名学号指导老师XXX前言在现代社会快速发展的时候，我们的科技工业也在飞速的发展，在许多工程中，我们都要遇到一些大型的，大重量的物件搬运工作和其它工作，在人工不能完成的情况下，我们人类开创了各种各样的工程机械，解决了大量的重大难题。作为新世纪的大学生，我们学工程的一代毕业生面临着许多新的挑战。我们只有通过不断的训练、不断的去经历机械设计中的困难，才能在新的科技指下，做出更完美的工程机械产品。目录（一）总的设计准备和计划3一，设计的任务3二，给定的主要参数3三，设计的原理和主要思想3四，总的设计基本方案4（二）承载铝包，并使之上下移动的结构部分的设计4一，基本设计4二，简要说明5三，基本尺寸及其分析和运动情况5四，受力分析及计算5五，主梁的设计及校核7六，左边摆杆的设计及校核10三自动倾卸铝水装置部分的设计10一，基本设计11二，长度尺寸分析及说明11三，简单的分析计算12四，倾卸机构的设计及校核14（四）杆件之间的绞接设计和其它小部分设计。18一，铝包凸台的设计18二，销的设计19（五）液压系统的设计20一，基本情况20二，液压泵的选择21三，液压缸的设计21（1）支撑液压缸的设计22（2）倾卸液压缸的设计26（3）主要受力液压缸，即牵引部液压缸的校核27四，其它液压控制的选择29（一）总的设计准备和计划一，设计的任务设计一个关于铝水自动倾卸的机械装置，它首先必须能够支撑一个很重的铝包，并且能够从其它机器上取下铝包，所以该装置还能载着铝包上下左右移动，由于机械是安装在一个普通的能移动的车上的，所以装置主要完成上下移动就可以了，在本次设计中，要求铝包能上下移动14M左右，当然还要保证铝包内的铝水不倒出来，其次，还要完成一个至关重要的动作，就是必须能自动缓慢的倾倒铝水，最重要的是一定要把铝包里的铝水倾倒干净。二，给定的主要参数铝包在装满铝水时，最大重量为16吨，铝包的具体尺寸如下图所示三，设计的原理和主要思想本次设计的所采用的最基本的原理就是四连杆机构的一些基本特性。充分利用四连杆机架的这些特殊性能，再以单活塞杆液压缸为传动装置，液压泵为动力最终完成要求的动作,达到设计的目的。四，总的设计基本方案如下图所示简要说明在设计时考虑为使铝包能够平动，还要让铝包上下移动14M左右的竖直距离，所以选择用液压缸为立柱。（二）承载铝包，并使之上下移动的结构部分的设计一，基本设计为了保证铝包的平稳，设计一平行四连杆，保证铝包的平动，再通过一液压缸为动力装置，推动主梁上下移动。设计简图如下二，简要说明图中两平行液压支撑杆的最大摆角为30度（方向向右），摆动的最高点在竖直方向。所以摆杆的最上端的两个极限位置的连线与水平方向成15度角，左边的摆杆在最低位置时，液压支撑杆偏右30度，所以左边的上下摆杆要承受拉力就可以了,在最低位时，摆杆处于水平。显然在整个运动过程中，左边的摆杆都只承受拉力，没有承受挤压力。三，基本尺寸及其分析和运动情况左边的摆杆长2M,两液压支撑杆的水平距离为1M,主梁总长4M,右边支出端长2M,在最低位置时，液压支撑杆偏右30度，总长为2M,所以铝包的高度为1732M，当液压支撑杆不断伸长时，液压支撑杆也向左摆动，当液压支撑杆摆到竖直方向时，即铝包到达最高高度，这时左边的摆杆顺时针刚才转过60度。四，受力分析及计算情况一当两液压支撑杆在竖直方向时，即铝包在最高位置时，液压支撑杆主要承受竖直方向上的力，而不承受水平方向上的力，所以，此时左边的摆杆在水平方向受力很微小，可以忽略不计，当然在竖直方向的力也可以忽略不计。以下是受力简图F1F2G已知铝包满载时，最重达16吨，由于是前后两根主梁承受铝包，所以每一根主梁受一半的力。即，G9878400N21630所以列平衡方程式得力的平衡F1GF2弯矩平衡G2F11连立方程组解得F1156800NF2235200N情况二当两根摆杆运动到最大偏角时，即在右边偏竖直方向30度角时，液压支撑杆还是主要承受竖直方向的力，在水平方向上的力有摆杆承受。以下是受力简图F1F2GF拉列平衡方程式在竖直方向时，跟情况一相同，所以可以得知F1Y156800F2Y235200根据几何知识可得F1XF1YTAN3090500NF2XF2YTAN30135800N所以有F1191000NF2271600N在水平方向时F拉F1XF2X解得F拉45300N用FD表示油缸受到最大的压力。在使铝包竖直方向上的移动时，液压缸的受力最大为情况二时的F2所以FDF2271600N五，主梁的设计及校核根据实际情况和主梁的受力情况确定主梁材料为45钢，调质处理。主梁有两根，各方面尺寸都一样，截面尺寸为高H35CM,宽B15CM。经过查表可知需要的45钢的参数有S355MPA,B600MPA,B60MPA1（1）抗弯矩校核绘制主梁的弯矩图显然，最大弯矩处在与摆杆绞接的两旁。MMAXG2156800NM抗弯截面系数WBH/6MMAX01503500030625M23所以当量弯曲应力CAWMX1568000003062551200000N/M2512MPA000055385M3截面尺寸选择长为200MM，宽为100MM的长方形。抗弯截面系数W0102/60000667000055385M3弯曲应力强度满足要求。连接两摇杆间的水平杆的受力分析F1杆F1杆F杆前面都已经算出F1杆38175NF176349N弯矩图最大弯矩为M2F1杆08381750830540NM杆的抗弯截面系数WD/323314023278510M4所以当量弯曲应力CAWM23054078510438910N/M62389MPA999MM2根据实际工作情况,及铝包自身的大小,铝包凸台大小确定为DN50MM所以是在主梁的右端合适的地方开一个直径为54MM的半圆凹槽，圆中心深80MM即可。凸台的长度比主梁宽稍大一点就可以了，此处选取长为18MM。二，销的设计因为销是标准件，所以只用选择型号就可以了。在整个装置中，需要用到销的地方较多，有如下几个地方。移动铝包的结构部分中，主梁与左边摆杆的绞接部，一个销，左边摆杆与机架，一个销，两根液压支撑杆分别与机架和主梁，共四个销；倾卸铝水结构部中，摇杆与主梁摇杆和倾卸液压缸，两个销，倾卸液压缸与主梁，一个销，总共9个销，有两根主梁来支撑铝包，所以整个装置需要的销为18个。全部选择材料为45钢，调质处理，表面氧化处理的A型圆柱销。在所有销中，承受力最大的是牵引部中，与液压支撑杆2绞接部分的两个销。这里选取的销为D50MM,L200MM查表可知销的参数S355MPA取S2所以S/S35521775MPA在所有的销中，受剪力最大的是装在液压支撑杆2上的两个销。其大小为F2271600N4F2/D2427160031400521384MPA1775MPA满足剪切强度要。其次，与液压支撑杆1绞接部分的两个销受力稍小，F1191000MPA因为销并不是贵的零件，所以选相同的尺寸也没有什么关系，则强度也一定能满足要求。其余地方用的销中，受剪力最大的也不超过60KN，所以可以统一选用相同的，且较小的尺寸为D30MM,L200MM4F/D24600003140032849MPA1775MPA满足剪切强度要。（五）液压系统的设计一，基本情况从前面的设计计算中，可以知道本装置一共需要6个液压缸，分为两种的情况，在使铝包移支的竖直支撑液压杆中有四个液压缸，需要的最大推力为271600N，最短时长度要求为2M，其最大的行程要求为1464M。在倾卸机构的两个液压缸中需要的最大推力为FD55008N，工作时，其长度至少为15M。其最大行程要求为1M。此处，本次设计的机械装置是一个大载重量的机械，所以要求液压缸的运动速度比较低，铝包在满载时重达16吨，所以初步确定速在008M/S左右。二，液压泵的选择根据系统的工作情况来看，首先选择液压泵。我们都知道液压泵的主要性能参数有液压泵的压力、排量、流量、容积效率、功率、转速。泵的流量要大于系统工作的最大流量，为了延长使用寿命，各项参数的选用不能同时在最大。在各类液压泵的特性中，我们可知，外啮合的齿轮泵应用最为广泛，其价格也比较便宜，它的结构简单，体积小，重量轻，工艺性好，维护方便，使用寿命也长。虽然工作压力不高，但是可以采用端面补尝，在本装置的工作条件中比较合适，所以选用外啮合齿轮泵。外啮合齿轮泵的主要参数有压力范围250MPA排量范围03650ML/R转速范围3007000RMIN1最大功率120KW所以流量Q的范围1575800ML/S三，液压缸的设计从基本情况可以看出，要求液压缸的推力比较大，所以选用工程液压缸。（1）支撑液压缸的设计竖直支撑液压杆中的四个液压缸，每个缸的推力要求最大是271600N，行程15M，根据其实际受力情况，这里选择的工程液压缸,其主要参数为工作压力P16MPA缸筒内径D200MM活塞杆直径D110MM最大行程L15M推力F50265KN拉力F拉25635KN速比146这是一种单活塞液压缸取容积效率095输入的流量Q25L/S所以推动时的速度V11ADQ24039527564MM/S80MM/S所以收缩时的速度V2V1/146517MM/S当活塞全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度，如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性。对于一般的液压缸，最小导向长度应满足如下要求HL/20D/2175MM（A）液压缸缸体的设计缸筒的外径为245MM,材料选择45钢，并调质到241285HB，为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内镀以厚度为3040M的铬层，并加以抛光，一般要求液压缸缸筒的内表面尽量光滑。但并非粗糙度越低越好。当表面粗糙度过低时会造成完全密封，因此缸筒内表面粗糙度的要求不能形成表面油膜而变成干摩擦滑动，结果反而加剧了活塞和缸筒的磨损。选择RA025M。还有，缸筒必须保证必要的形位公差，这是为保证液压缸有较低的启动压力和在运动中不发生“别劲”现象，对缸筒的形位公差要有足够的注意。通常情况下，液压缸的缸筒应有专用的加工设备，以设备、夹具和工艺过程的正确性保证缸筒的形位公差。一般情况下缸筒内径的圆度、圆柱度误差不能大于缸筒直径尺寸公差的一半缸筒轴线的直线度误差每500MM长度上不大于003MM，缸筒端面对缸筒轴线的圆跳动每100MM不大于004MM。由于设计中缸体带有耳环，耳环胡孔径的中心线对缸体内孔轴线的垂直度公差按9级精度选取。缸体端面的垂直度公差值按7级精度选取。耳环式液压缸的耳环孔对缸筒轴线的位置误差不大于003MM。此外，液压缸的压强很大，而且缸筒比较长，当液压缸的长度特别大且工作压力较高时，应采用特殊的结构，以保证液压缸的变形不致过大。采用的具体方法是在液压缸缸筒的中部加装加强箍。（B）液压缸缸盖的设计选择45号锻钢为材料，导向孔的表面粗糙度RA125M，缸盖与缸体的联接方式为内螺纹联接。（C）液压缸活塞的设计液压缸活塞选用材料为耐磨铸铁，活塞与活塞杆采用螺纹联接。活塞的宽度B（0610）D，这里取B08D08200160MM（D）活塞杆的设计由于稳定性的要求较高，所以杆的材料选择35CRMO钢，调质处理。端部选择单耳环的结构形式，耳环材料采用45钢，耳环的内径根据选用的销的尺寸来确定，外径根据受力情况选为直径150MM。活塞杆的形位公差，要求活塞杆的直线度公差要小于03MM，。圆度等其它几何精度公差不大于外径公差的1/2。与活塞内孔配合的轴径与外圆的同轴度公差不大于002MM。（E）排气装置的设计为使液压缸运动稳定，在新装上液压缸之后，必须将缸内的空气排出，排气的方法之一是使液压缸反复运动，直到运动平稳。但更可靠的方法是在液压缸上设置排气塞排气阀，排气塞的位置一般放在液压缸的端部，双作用液压则应设置两个排气塞。排气塞的材料3CR13，选为排气塞M12。（F）缓冲装置的设计缓冲装置的作用就是要在行程终点减低活塞杆的速度，以免引起冲击。当液压缸速度较低（小于100MM/S）时，缓冲装置已经失去意义。因此，低速液压缸不必采用缓冲装置，在这次设计中，液压缸的伸缩速度最大不超过80MM/S，由于液压缸的运动速度很小，所以不需要采用缓冲装置。（G）导向套的设计由于液压缸在工作中的受力是很大的，也很复杂，活塞杆在运动时可能出现不稳定的情况，导向套可以加固活塞杆的稳定，导向套的长度一般因液压缸的大小和活塞杆密封的种类和用途而异，但一般应在活塞杆直径的06倍以上，以保证活塞杆有足够的稳定度，根据经验公式有导向套滑动面的长度A（0610）D这里取A08D08200160MM从前面的设计中我们知道，液压缸缸盖与缸体之间的联结方式为内螺纹联结。所以缸盖与导向套成一体，这里就不用设计导向套了。（H）液压缸的密封设计由于液压缸的压强很大，所以选择O型圈密封，提高容积效率。液压缸的其它细节部分在设计图上有说明。（2）倾卸液压缸的设计倾卸机构中的两个液压缸，要求推力为55008N，行程为1M，根据其实际受力情况，还有装置的工作条件，也选择工程液压缸，单活塞液压缸的主要参数为工作压力P16MPA缸筒内径D80MM活塞杆直径D40MM最大行程L1M推力F8042KN拉力F拉6032KN速比133取容积效率095输入的流量Q05L/S所以推动时的速度V12ADQ248013959455MM/S所以收缩时的速度V2V1/146711MM/S活塞杆的最小导向长度应满足如下要求HL/20D/2130MM活塞的宽度B（0610）D，这里取B08D088064MM导向套滑动面的长度A（0610）D这里取A08D088064MM缸筒外径为127MM其它的设计这里就不再一一说明。这是一个普通的液压缸，基本上都是选择常用的材料和公差尺寸。（3）主要受力液压缸，即牵引部液压缸的校核1，缸筒壁厚的校核由于这是一个压强较大的，缸筒的直径也比较大的液压缸，