10吨电动平车设计说明书

1 10 吨电动平车设计说明书 1 引 言 当代工厂中，电动平车因其承载力强、容易操作和装卸的特点得到广泛应用。而且，由于其经济性高，故障率低和清洗方便等优点，企业首选其当做内部的运输车辆。 动平车的概念 电动平车，又称电动平板车，也被称为平车、台车、过跨车、地爬车等，是工厂内部常用的电力驱动动的轨道运载车辆，可以在台面平整或非平整但无厢盖的条件下运行，车体由减速电机的驱动沿预先铺设的轨道运行，属于轨道式运输车。 动平车主要技术参数 有轨电动平车相关参数包括：尺寸，高度 ，吨位，供电模式，操作模式，轨道间距，轨道长度，供电方式及吨位是其主要技术参数。一般情况下，电动平车以载重吨位或供电方式来确定它的规格。 2 电动平车的总体设计 平板车主要包括导电系统，电控系统，传动系统，车身以及车轮组。汽车的电控系统主要有：限定位置开关装置 /变压器，旋转警示灯等。设计的时候，因为学科限制的问题，重点作了对电动平车传动系统，车轮和车架的选择设计工作。 汽车驱动装置包括电动机，减速器，制动器，制动轮，皮带轮，用来驱动小车行走。关于两种传动系的设计方案在下面图 了表示。通过比 较，示的传动方式。该驱动装置一侧放置在身体的下部，同时为了方便汽车修理变速器，设置检查孔在桌子上。 车架选择为焊接钢结构。该框架由钢和钢板焊接。平车动力系统的供电形式选取为通过电缆卷筒供电。 2 图 动方案 1 1 制动器； 2 电机； 3 带传动； 4 减速器； 5 联轴器； 6 车轮 3 图 动方案 2 1 制动器； 2 电机； 3 带传动； 4 减速器； 5 齿轮； 6 车轮 3 电动平车车轮的选用 车轮用于支撑整个装置的重量和电动平板车行走，可以分为轨道和轨道两，设计基于车 轮的轨道。 轮的材料选择 车轮材料根据它的作业级别和动力方式来确定。对于机械驱动且速度为 30m/级及以上的工作类型，铸钢高于 面硬度高于 00350，淬火的深度在 5毫米以上，这样能够延长车轮的寿命和增强车轮的耐磨层度。对于轻级或用人力推动的形式，速度低于 30 米每分钟的时候，选用铸铁作为车轮材料，表面的硬度选用在80240之间。 该电动平车利用机械运转提供动力，工作的级别是轻量级，行动的速度是 30 米每分钟，综合考虑到这些因素，选用 55钢作为轮子的制作原 料，表面上淬火的坚硬 4 度达到 310 360，表面上淬火的深浅度大于 20毫米（距花纹最深的地方大于 20毫米，坚硬度大于 80240）。 轮的结构选取 车轮能够按照轮缘的不同分为无缘、单缘（小车）和双缘（大车）。轮缘的主要用途是引导方向和预防车轮脱离轨道。 轮的接面可以制作成一个圆锥，圆柱或着鼓的形状，大多数的情况下都选择前边两个形状。 通过本次设计的任务要求可以知道，轮子对平车的运动状况的影响并不高，但为了进一步的减少电动平板车的制作本金，因此选定为单个车轮轮辋型车，代号为 构简图如图 图 缘车轮 轮的直径选取 车轮的大小由压轮，轮直径较大的压力增加，但直径太大，设备的成本也会相应增加，同时会导致车轮转速低的传导机制更加复杂。所以，当车轮的直径达到极限的大小的时候，通常选择的方法是增加轮数以分担车轮压力。如果轮数大于四，为使让汽车轮压分布的平均，那么就需要安装平衡装置。 车轮数的初步选定 n = 4，电动平板车的质量 m = 2T，是从以上，依据设计书的要求和负载的大小确定其最大车轮压力： 3式（ 参照 8 表 6 6，选择压力面是圆柱形的单个轮边缘的车轮，轮数确定是 5 4n 。 6 4 对传动系参数的计算 综上 所述，确定使用第二种的传动方式。传动方案简图如图 图 动方案 1 制动器； 2 电机； 3 带传动； 4 减速器； 5 齿轮； 6 车轮 设计参数： 1运输重量： 2轨距： 3行走速度： 0m ,行走距离： 4. 台面尺寸： 动机的选用 动机的类型选用 三相电路异步启动电动机是众多起重用的机械和冶炼金属用机械的动力装置。它拥有很高的机械强度跟抵抗过高过载的功能。 列是“绕线”转子电机， 列是“笼型”转子电机。冶金起重电机转子广泛使用，但在电机启动不是很频繁，功率容量和全压启动许可的地方后，还可以使用笼型转子。所以选择使用 列的三相异步电机。 7 动机的功率选用 电机额定的功率应不小于工作机所需要的其输出的功率。如果电机的功率比工作需要的小，就无法使机器的能够正常的工作；如果电机长时间的 超负荷运转，会使其发热量过大使电机过早出现故障；如果功率太大，那么相应的会使成本加大，并且会使电机长时间的低负荷运行，功率因数和效率过低，能量无法高效率利用。 工作机所需功率为： w 50(1000 式 （ 式中： S 安全系数，其值为 ； 摩擦系数，其值为 ； M 平车的载重量，其值为 0 ； m 平车自重，其值为 ； v 行走速度，其值为 0 ； g 重力加速度（ ），其值为 。 电机的 输出功率： 333321 式 （ 式中： 1 带传动效率； 2 滚动轴承效率； 3 齿轮传动效率。查 2表 1 、 、 。 检查 2 表 12 动机的转速选用 该电机在不同的转动速度下拥有的额定功率是一样的。低速电机系列的轮廓大，重量高，价格昂贵，但是能够让电机总的传动比和尺寸减小，而高速电机是完全不同的，应考虑到各个不同的影响因素来选择合适的电机转速。 按照负荷的不同，可以把电机划分成 时间内使用作业制 )、 续周期内使用作业制 )、 动的断续周期性使用作业制）、 制动的断续周期使用作业制 )。电机确定为断续周期内使用作业制度，每个作业周期范围每个小时内只需要启动使 用 6次。电机的负载的持续工作效率 %40 起动 +制动） /工作时间范围。 所以选用为 8225 机，电机的负载的持续工作效率是 %40时候的旋转速度为 15 r 。 动机的型号选用 根据电机确定的功率 和转动速速 15 rn d ， 根据 2 表 128225 8 动比的计算 车轮的转速： m i n/ 式 （ 式中： D 车轮直径，其值为 00 ； v 行走速度，其值为 0 。 总传动比： 5 取带传动的传动比 i， 式 （ 则低速时传动比 式 （ 电机减速器速度较低时的传动效率的比值 1 取 14 i 。 式中： 电动机满载转速，其值为 15 ； 车轮转速，其值为 。 行计算传动装置的动力性参数 机械传动装置动力性参数是进行每一个传动件设计的十分重要的理论依据。对其部件进行设计，第一步要算出各个轴的转动速度，扭矩和功率。每个轴 的动力参数大都是根据电机与工作机动力的传递方式来计算。 轴转速 轴 ： 0 m r； 式 （ 轴 ： 1= m r； 式 （ 轴 ： 9 2I= m r。 式 （ 轴功率 轴： 式 （ 轴： ； 式 （ 轴： 232 。 式 （ 轴转矩 轴： 550= 式 （ 轴 550= 式 （ 轴 550= 式 （ 动和动力参数列表 表 动和动力参数列表 轴名 运动和动力参数 转速 功率 转矩 轴 轴 轴 传动设计 知条件 电机的输出功率 小带轮转速 15 ，传动比 i，每天 10 工作时间为 16 小时，负荷变化时，负载起动。 计步骤和方法 确定计算功率 该计算是基于传输功率和功率 式 （ 其中： 计算功率， 工作情况系数，见 1表 8 P 所需传递的额定功率， 则 c a A 式 （ 选择 工作系数查 1表 8知 K 。通过功率 和小轮 的转动速度m 151 m ，和 1 型带为常见的 确定带轮的直径v 1）初步选择较小型传送轮的直径1 根据 1 中图 8表 8001 。 2）验算带速 v 参考 1 （ 8根据带的计算速度。带的传送速度一般不高于 30 米每秒。 验算带的速度 d 11 式 （ 经检验满足了设计的要求，所以此时的带速是合适的。 计算大带轮的直径 根据102 dd 来 算出大带轮的直径 式 （ 验算传动比 实际传动比 03 7412 误差 %50%000 i 合要求 选定中心距离 a ，同时选定 1)根据中心距的数值和尺寸大小的限制，通过 1 （ 8定初始中心距的位 11 置0a。 将把上面算得的数据带进式子 )(2)( a ，初步确定中间位置距离 a 0=410) 计算相应的带长0 由 1式（ 8 )(22 02122100 式（ 根据 1 8800。 3) 计算中心距 传动的实际中心距近似为 0 式 （ 取整为 531 8 0 i n 式 （ 9 41 8 0 式 （ 检验包围的角度 1 通过 1式 8带轮的包围角度 1 比较小。再根据 1式 8带轮上受到的总摩擦力也比较小。因此，在小车轮可能发生滑移。为了提高工作的驱动能力，应使 180121 此知 003741801 式 （ 确定带的根数 ( 00 式 （ 为了让 数常常不超过 5根。 通过表 8 1）得 ；查表 8 1）得 ；查表 8 1）得 K；查表 8 1）有 K 。于是得： 6 5 8.)2 1 2 3 0 （ 取 z=5根 每一根 根据式（ 8见 1），考虑离心力和包角，单根 12 20 ) 0 0 KF 式（ 由 1表 8 式 （ 故有 26 5 00 20 式 （ 带轮的轮槽 轮槽的选择必须跟 V 带相照应。带型为 界面如图 图 槽的界面形状 轮槽的截面 尺寸： 表 槽的界面尺寸 槽型 与 32 34 36 38 取 9； 6 ； 6 ； 001 ，与 1对应的 为 341 ； 742 ，与 2对应的 为 382 。 断带轮的结构形式 V 带轮的结构和基准直有关。当带轮直径 时候，选实心式；当d 300 的时候，选取腹板式；当 d 300 ，同时 0011 时，选取孔板式；当 00时，选取轮辐式。 13 选择大带轮形式 轴径 8 ，基准直径 742 。显然，d 42 ， d 3 0 03 7 42 ，确定使用轮辐式。其结构形式如图 示。 尺寸计算如下： 768)22 ，取 01 。 式 （ 23742 式 （ 3616226)15(2)1( 式 （ 7648(38)22 ，取 6 。 式 （ 31 即 。 式 （ 2 。 式 （ 1 。 式 （ 2 式 （ 图 带轮的结构 选择小带轮的形式 轴径 5 ，基准直径 001 。显然，d 01 ，并且 d 3002001 ，确定使用腹板式。图 示为其结构形式。 14 图 带轮的结构 尺寸计算如下： 130117(65)22 ，取 251 。 式 （ 02 。 式 （ 3616226)15(2)1( 。 式 （ 1355)22 ， 式 （ 取 20 。 3436)4171()4171( ，取 2 。 式 （ 带轮上进行周向定位的零件的选择 选择大带轮上的键 由 8 ，查得键的 810 长度 124118()104(128)104( , 式 （ 按键的长度系列取 25 即选键 125810 选择小带轮上的键 由 5 ，查得键的 1118 长度 7266()104(76)104( , 式 （ 按键的长度系列取 0 即选键 701118 15 速器的计算与选用 综上所诉，我们可以知道减速器总的传动效率的比值是 20 ，通过翻阅对比机械设计手册里面的减（变）速器、电机与电器这一章节，可以确定本次的设计应该使用 减速器本身材料所能承受的力的大小和能承受的最高温度是的功率制约着它的承载能力。因此，对于减速器的选择需要通过以下步骤。 输入功率 22经过查阅减（变）速器、电机与电器里面的图表 151515得工况系数 K ，启动系数 K，可靠度系数 1 根据前面知道，负载时所做功的效率 ，通过上边知道对减速器经过计算得出的功率是 。 式 （ 由计算选用 输入减 速器的功的效率率为 2，满足条件。 温度达到平衡状态时允许使用的功的效率需要符合2132122 。 根据表 15 15境温度系数 f 、载荷率系数 12 f 、公称功率利用系数 13 f。所以减速器的热平衡功率 t ，减 速器 41 ，显然12 P 。因此确定选择 速器。 动器的计算与选用 动器的类型选用 通过作业条件和使用的规定来选择需要的制动器类型。应考虑以下几点： 1）根据工作性质和工作条件选择。车辆行驶过程中为了调整扭矩，便于较好停车，常使用的开放式的制动 器。 2）需满足制动器使用的各项条件。安全性要求高的要求安装双制动机构，每个制动应能安全地支持运输货物，而不坠落。 3）应考虑应用的场所。在剩余空间足够宽阔的时候，可以安装块式制动器，若剩余的空间有限且不足够的时候，可以选择性的使用蹄式，带式或盘式制动器。 按照其性能的特点和应用选择制动形式：电力液压块式制动器。 动器的型号选用 制动转矩： 07 1 5 09 5 5 0式 （ 根据转矩确定使用 300200 动器。制动器 300200 尺寸参数如下： 16 表 动器的尺寸参数 制动器 规格 额定退距额定制动转矩 基本尺寸 1 2 3 D 1h K i d n 1e 2e 2000 160 200 250 250 190 180 65 18 10 170 133 G B E HA L 90 100 200 150 200 570 500 120 动齿轮的计算 知条件 动力传递方式经计算可以知道是斜齿轮传动，其输入功率为 ，小齿轮的转动速度 ，传动比 14 i ，使用电机作为驱动方式，极限作业时长为10 年，每一年作业时间大约是 300 天，每一天的作业时间大约是 16 小时，冲击等级为中，单方向运 转。 计步骤和方法 选择齿轮的制作原材料、精精确度的级别以及齿轮齿数模数 1）通过设计规定确定使用直齿轮。 2）精度等级选用 7 级精度。 3）材料的选择：根据 1中表 10确定选取使用 #45 钢作为齿轮的制作原料，小齿轮的表面坚硬层度 大齿轮齿面的坚硬层为 两种材料的坚硬层度的差值约 4）分别确定选取小大齿轮的齿的数目 241 z ， 24124412 通过各齿轮表面间的相互接触面的力的承受力度进行计算 由设计计算公式进行计算， 17 即 式 （ 1）确定公式内的各计算数值 .1 1表 10.0d1表 10 1图 10定两个齿轮的接触表面上的损坏极限压力强度的值分别是001 ， 502 1式 10算应力循环的次数 711 630010( 712 105 5 11 式 （ G. 根据 1 图 10 定 碰 触 表 面 的 受 损 使 用 时 间 常 用 数 值 选定失去功效概率是 1%，正常使用常数 S=10： M p aM p 841 i 式 （ M p aM p i 式 （ M p aM p 1 式 （ 2）计算 H 里面的比较小的数值写入下面的式子 233 211 式 （ v t / 式 （ 18 b 式 （ 模数 5211 式 （ 齿高 式 （ 按照 ，级别为 7的精确层度，通过 1图 101.11 1里面的表 10通过 1里面的表 10道精确曾吨为 7，小齿轮的分布形式采用的并不是对称性的分布时 1图 10 由 1式（ 10道 311 式 （ m 5511 式 （ 按齿根弯曲强度计算 通过 1式（ 10到齿根的弯曲强度的公式为 3 21 12 F 式 （ 1）确定公式内的各计算数值 1图 10齿轮齿根的最大变化层度导致损坏的数值是 001 大齿轮 002 19 1图 10 弯曲疲劳正常工作的常数 ,根据 1里面式（ 10知 M p aM p 式 （ M p aM p 式 （ 由 1表 10由 1表 10齿轮的 加以比较 1 F Y 式 （ 0 2 1 0 6 2 F Y 式 （ 大齿轮的数值大 2) 设计计算 241 233 211 式 （ 综上 可知，齿轮模数 m 的大小根据承载能力确定，承载能力只跟齿轮直径有关系，确定根据弯曲强度计算出的模数 2 ，参考碰触点的抗变形能力计算出各角度圆的最大弦 ，小型齿轮的模数 511 取 301 z 大齿轮齿数 303012 z 取 302 z 20 这样通过齿轮间的啮合进行动力传递，同时通过了了齿根部的最大抵抗变形能力和齿面碰触点的最大损坏能力的要求。 几何尺寸计算 1） 计算分度圆直径 60123011 式 （ 6 0123022 式 （ 2） 计算齿轮宽度 4 43 6 式 （ 取 502 ， 441 3） 齿顶圆直径： 8412123602 *11 式 （ 8412123602 *22 式 （ ）齿根圆直径： 3012)360)(2 *11 式 （ 3012)360)(2 *22 式 （ 几何尺寸列表 表 何尺寸列表 m 1Z 2Z 1d 2d 12121b 2b 12 30 30 360 360 384 384 330 330 14 150 判断齿轮的结构形式 1）判断小齿轮的结构形式 小齿轮上最大弦的数值是 5003841 又 3 ， 4D 为轴径，其值为 54 。 6 42 1 612)1410(3 8 4)1410(20 ，两个 取 640 n ， 。 44)(.) ，取 6 0 02 1 3 32 301 式 （ 2()1 3 62 6 4()(02 式 （ 取 02 。 21 2）判断大齿轮的结构形式 大齿轮上最大弦的数值是 5003841 又 ， 4D 为轴径， 44 。 6 42 1 612)1410(3 8 4)1410(20 ， 式 （ 取 640 n ， 。 4530(150)(.) ，取 0 82 2 6 32 301 式 （ 32 6 4()(02 式 （ 取 02 。 通过 1可以知道，较高速级的齿轮都使用腹板式。 齿轮的周向定位 1）小齿轮的周向定位 由 5 ，查得键的 1420 长度 140134()104(144)104(1 , 按键的长度系列取 40 即选键 1 4 01420 2）大齿轮的周向定位 由 46 ，查得键的 2036 长度 146140()104(150)104(2 , 按键的长度系列取40 即选键 1402032 22 5 行走机构的设计 电动平车的行动靠汽车的车轴和车轮的配合。本章介绍车轮轴的设计 。 设计 轴 的时候要判它 轴的外形和尺寸 是否都是合理的 考虑 到下面的多个 因素 :轴 需要装配的部件的种类 ,大小 ,数 目， 以及 还有跟 轴 相连的方式。在设计的时候 ,还必须根据各种状况逐个解决 . 动轮轴的设计 对其组成形式和各个参数进行设计 已知 :I 轴输入功率 速 ，转矩 6 5 09 5 5 0驱动 轮轴 使用 轴 承 跟 支座的 相 连 ,同时用 键 跟 大 齿 轮 链接 ,并且安设 定位轴肩 435 毫米 ,车 身的窄 度 是 2 米 边条件 , 如图 示。图 动轮轴 动轮轴的校核 按30m 校核轴直径。确定选择 45钢来作为主动轮轴的加工制作原料，通过 1表 15180 A。 所以 330m i n 。综合上边的计算过程可以知道，主动轮轴的最小直径是 20 。 做 出轴的计算简图如下： 23 图 动轮轴的计算简图 进行数值计算 圆周力： 1 4 2 62232 式 （ 径向力： 4 3 220t 1 4 720t 式 （ 轴向力： 3 820t 6 9 020t 式 （ 车轮力： 4 7 0 0 04 0 1 0(1 0 0 04 )(1 0 0 01 式 （ ； 882 ； 293 ； 064 ； 。 主动轮轴在水平范围内受到的力的分析如下： 图 直方向上的受力状况 由竖直方向力平衡得 1 2 C B A E E D A 3 5 4 1 4 7121 式 （ 由 0 )()( 54132211式 （ 57 43 2 式 （ 根据（ ( , ，则 8 7 8 6 3)( 2111式 （ 6 4 9 9322式 （ 4 7 3 3 7 9)( 54313式 （ 竖直方向上的受力状况： 图 直方向上的受力状况 由竖直方向力平衡得 4 3 2121 式 （ 由 00)()(543132211 根据（ , ,则 7 9 4 3 1)( 2111式 （ 1 5 8 0 9322式 （ 9 5 2 0 5)( 54313式 （ 总弯矩 74 43 86 3 2221211式 （ 222222式 （ 223233式 （ 计算扭矩 E 1B C D A 3 5 25 8 1 2 6 4 9 3式 （ 则 8 1 2 6 4 9 0 用图像表现出轴所承受的弯矩图和扭矩图如下： 图 平面弯矩图 图 直面弯矩图 图 矩图 判断危险截面 由计算知，截面 根据主动轮轴的弯扭的强度改正其强度。 进行核对校正的时候，仅仅对轴上最大的弯矩和扭矩的横截面的强度核对校正，m m m B C D E F A m m m B C D E F A C _ 8126490N26 过 1 ，计算出轴的应力大小为 M P 0)8 1 2 6 4 9 01( 4 2 5 7 132)()(322323222322 式 （ 通过 1表得到 1 安全。 动轮轴的设计 从动轮轴通过键来连接从动轮组 ,通过轴承来连接上支座 ,同时安放好定位的轴肩。轮距为 车架宽度为 综合上面的条件 ,其形式下图 图 动轮轴 主从动轮轴上的主要结构十分的相似 ,因为没有受到转矩和齿轮上的压轴力的影响 ,可以通过自重的校正来确定从动轮轴的强度已经满足了设计要求 ,所以不用再次校核其强度。 27 6 电动平车车架的设计 车架是整个电动平车的重点。同时可以通过自身的重量作为衡量电动 平板车的车架质量的优劣的标准。车架本身的结构设计还需要满足多个不同情况下的合理性的要求。因此对原料的选择是很有必要的。 架的材料选用 依照起重机设计手册的相关数据，确定电动平板车车架的材料为具有可焊性的碳素钢 有关特性如表 表 35Q 钢的特性 钢号 密度 )/( 3屈服强度 )(抗拉强度 )(击功 )( 235 500375 27 架的结构选用 车架的制造形式有铸造，铆接和焊接。其中主要采用焊接车架。该种车架的设计结构容易制造而且自身重量较小。 其三维建模图如图 示。 图 架 28 7 三维建模 三维建模的使用给了工程的作业 过程很大的方便。 第一步是创建各部件的模型，然后进行组装，制作出一个原型。详见如下： 图 动系统 图 动器 29 图 动轮轴装配 图 动轮轴装配 图 簧平衡架 30 图 架 图 动平车 31 8 对主动轮轴进行有限元分析 限元法的概念 有限元法是通过电子计算机开发的计算方法，是 对未知解的无限单元