PF输送设备驱动装置设计（全套含CAD图纸）
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下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 毕业设计（论文） 题 目： P/F 线履带式直线驱动 装置的设计 学 院 ： 专 业 ： 学 生 姓 名 ： 指 导 教 师 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985 摘 要 摘要：为了解决高速线材生产线收集区输送设备 P/F 线横向浮动式直线 驱动装置的种种设计缺陷和不足，更好的满足生产工艺的要求，对驱动装置重 新进行设计，采用履带式直线驱动装置。过载安全保护由原来的安全销改为履 带过载打滑保护并且增加了浮动过载保护装置增强了设备的安全性，加大外形 尺寸的传动轴通过固定轴承钨以后再与减速机相连接，保证了驱动装置提供足 够的驱动力，可调整的张紧链轮及链条支撑机构使得安装调整链条啮合间隙更 加方便，新设计的快速切换装置使得驱动之间的切换更加迅速，以上的种种设 计从根本上弥补了横向浮动式直线驱动装置的设计缺陷，保证了 P/F 线更加安 全稳定的运行。 关键词：横向浮动式 设计 履带式 直线驱动装置 英文摘要 Abstract Abstract: In order to address the collection of high- speed wire production line conveyor equipment area P / F Floating horizontal line drive straight all the defects and deficiencies in the design, production processes and better meet the requirements of re-drive design, the use of track-type linear drive unit . Overload protection of the safety pin changed from the original track skid overload protection and overload protection device to increase the floating equipment to enhance security, increase the size of the drive shaft through a fixed bearing tungsten later connected with the reducer to ensure that the driver device to provide sufficient driving force, adjustable chain tensioning sprocket support and allow institutions to adjust the chain meshing clearance more convenient, the new fast-switching devices designed to make drivers more quickly switch between, the design of the above make up a fundamental Floating horizontal straight-line defects in the design of drive to ensure that the P / F line to run a more secure and stable. Key words: horizontal floating design Crawler drive a straight line 目录 目 录 第一章 绪论 .1 1.1 P/F 线输送系统的技术描述 1 1.2 P/F 线输送系统的工艺流程 1 1.3 P/F 线输送系统的发展前景 3 1.4 课题的提出及其现实意义 .3 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 .5 2.1 动力传动系统 .5 2.2 传动系统 .5 2.3 快速切换装置 .7 2.4 安全保护装置 .7 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 .9 3.1 电机及减速机的选择计算 9 3.2 履带及带轮的选择设计计算 12 3.3 传动轴的设计计算 18 3.4 轴承钨的设计计算 26 3.5 传动装置的设计计算 .29 3.6 弹性浮动报警装置的设计计算 .34 3.7 快速切换装置的设计计算 .37 结 论 39 参考文献 40 致 谢 41 目录 第一章 绪论 0 第一章 绪论 1.1 P/F 线输送系统的技术描述 P/F 线又被称为宽推头积放式悬挂输送机，是高速线材轧制过程中的最后 一道工序。该输送机是依靠计算机或 PLC 可编程控制器组成的集中或分散的 控制系统来实现盘卷的连续输送、分检、存储、工艺加工、定位、跟踪等功能。 P/F 线的控制系统是由动力控制系统，程序控制系统，数据采集系统及上 位监控系统组成，其中动力控制系统和程序控制系统为 P/F 线的基本功能；数 据采集系统用于识别物料特征和参数，以实现物料的区别管理；上位监控系统 用于动态的反映系统的实时运行情况，故障情况和生产情况。动力控制系统包 括 P/F 线牵引链的驱动，制动，润滑等装置的控制，根据实际的系统要求动力 控制可实现无级变频调速。程序控制系统包括停止器，道岔，吊具，夹紧机构 等输送机的相关部件的顺序动作的逻辑控制。数据采集系统是用于将输送机以 外的其它相关的数据采集到控制系统中以便于协调控制和同一管理。上位控制 系统是将实时控制系统通过数据传送至监控计算机，用于动态的反映系统的实 时运行情况、故障情况和生产情况。 1.2 P/F 线输送系统的工艺流程 1.2.1 挂卷 盘卷在集卷站收集完成以后，双臂芯棒旋转，空芯棒进入集卷筒接收下一 个盘卷，带卷芯棒回转将线圈回转成水平位置，运卷小车将套在芯棒上的松散 盘卷托起、压紧、运出，并挂到处于等待位置的 C 型钩上。初始状态时，上卷 工位为空位，夹紧器处于开启状态，当 P/F 线上的空钩进入上卷工位时，上卷 工位停止器检测到承载小车到位后，PLC 发出信号夹紧器动作，把 C 型钩稳 定夹持，运卷小车将松散的盘卷送到上卷工位下降将盘卷放在 C 型钩上后自动 返回，运卷小车给控制器发出 C 型钩可以离开的信号，夹紧器自动打开后，上 第一章 绪论 1 卷工位的停止器打开，吊挂盘卷的 C 型钩被释放离开，盘卷进入冷却区，根据 PLC 指令在挂卷接收区等待的空钩运行到挂卷工位等待，下一个循环开始。 1.2.2 冷却、检查、切头尾、修整、取样 盘卷上钩温度最高达到 650，盘卷在运行过程中经过 P/F 线的冷却区域 温度慢慢下降，松卷的冷却时间一般为 25 分钟，为了尽量缩短冷却区的长度 而又保证松卷有足够的冷却时间，冷却区设有小车积存区。盘卷冷却区设有检 查、切头尾、取样操作工位，吊挂散卷的承载小车经过冷却区时，在检查、切 头尾、取样操作工位逐卷进行检查、尺寸检验和修剪工序，并进行批量抽样检 查，以确定其机械性能的有关技术参数。经检查、修剪、取样检查后盘卷进入 打捆等待区。 1.2.3 压紧打捆 在打捆工位前，设置空钩和重钩检测装置，用来检测吊具上是否带盘卷， 如果吊具上没有带有盘卷，打捆工位停止器即打开，吊具将直接通过打捆工位。 如吊具上带有盘卷，打捆工位停止器处于关闭状态，承载小车在进入打捆工位 后立即停止，止退器将 C 型钩限制在制定区域内同时 C 型钩也被上方夹紧器 夹持。根据与 P/F 线链锁的打捆机电控系统的指令，打捆机将松散的盘卷压紧、 打捆，打捆结束后打捆机给 P/F 线发出打捆工序完成的指令，夹紧器自动打开， 停止器动作，承载小车被释放进入下一工位。 1.2.4 称重、挂牌 在称重工位前设置有空钩/重钩检测装置，用来检测吊具上是否带有盘卷， 如果吊具上没有带盘卷，称重工位停止器立即打开，吊具直接通过称重工位。 如果吊具上带有盘卷，称重工位停止器关闭，承载小车进入称重工位后立即停 止，止退器将承载小车限定在制定区域内，PLC 发出指令，夹紧器动作将 C 型钩稳定夹持。输送系统发出电子信号给电子秤，电子秤接收到信号以后进行 一系列的称重动作，称重结束后夹紧器自动打开，停止器动作，承载小车被释 放，进入到下一工序。 1.2.5 卸卷 承载小车进入卸卷等待工位后，当卸卷工位空位时，等待工位停止器自动打 开，承载小车被释放进入卸卷工位。这是卸卷工位停止器和止退器将其固定， 第一章 绪论 2 夹紧器将 C 型钩夹持稳。根据 P/F 线给卸卷小车的指令，卸卷小车进行卸卷一 系列动作，卸卷完成以后，夹紧器自动打开，停止器动作，承载小车被释放， 进入下一循环。 1.3 P/F 线输送系统的发展前景 P/F 线输送系统由最早的“窄推头”输送系统发展到现在的“宽推头”输 送系统，更能适应现在高度工业化生产的需要。“宽推头”输送系统专有的设 计技术减少了抬压轨的数量，具有更高的可靠性和灵活性。速度可调的低速、 分档设置的高速、产品的再循环能力、操作的平衡性、可积放功能，在一个柔 性的加工系统中提供了最大限度的物料输送和最佳的成本效果比。该输送机现 已经广泛应用于汽车制造、轧钢、炼铝等行业，是当今最为实用和成功的输送 设备。 1.4 课题的提出及其现实意义 1.4.1 课题的提出 随着经济及工业技术的发展，高速线材生产线逐渐的发展起来。许多企业 纷纷的引进高速线材生产线并获得了可观的经济效益。经济的发展同时也对线 材的强度及表面质量提出了苛刻的要求。P/F 线就是高速线材在轧制过程中的 最后一道工序，许多重要的工作如检查、取样、切头尾等工作都是在 P/F 线上 完成的。这就对 P/F 线的稳定运行和可靠运行提出了要求，而 P/F 线稳定运行 的关键在于驱动装置的可靠运行。在传统的早期的产品中驱动装置采用横向浮 动式直线驱动，此驱动在设计上和使用上存在着缺陷和不足。驱动链轮与联轴 器通过安全销连接，安全销与连接孔采用过渡配合，当安全销与连接孔配合间 隙大时安全销剪切变形大安全销则频繁被剪断；主传动轴通过平键与减速机连 接以后直接与驱动联轴器相连，主传动轴无支撑点，这就造成在传动过程中发 生刚性变形，破坏了驱动链条的张紧力从而破坏了链条间的啮合间隙，驱动链 条频繁断裂；传统的横向浮动式直线驱动支撑轨道为铆焊结构，在运行的过程 中很容易发生变形，同时缺少快速切换装置，当驱动装置出现问题时备用驱动 需要很长时间才能切入。以上的种种缺陷和不足，在日常的生产过程中逐渐的 第一章 绪论 3 显现出来并且给生产带来了影响，这就需要对驱动装置进行重新设计或改造来 消除隐患与不足，提高 P/F 线的稳定性和可靠性。 1.4.2 研究的意义 履带式直线驱动装置由机架、浮动架、电机减速机及驱动链条组成。牢固 的支撑架保证驱动装置可以提供足够的驱动力，可调整的张紧轮及链条支撑机 构使得安装调整链条啮合间隙更为方便。同时驱动装置新设计了旋转浮动过载 保护装置，当牵引力超过设定值时旋转浮动过载保护装置中承扭弹簧被压紧， 从而触动限位开关，PLC 控制系统自动切断电源，驱动装置停止转动，防止设 备损坏，当故障排除后将限位开关复位后即可气动驱动装置继续工作。以上种 种优点和特性弥补了横向浮动式直线装置的不足，更能为 P/F 线的稳定运行提 供动力，同时适应了高度工业化生产的需要，推动了科技的进一步向前发展。 本文将重点研究履带式动力传动系统、快速切换系统及旋转浮动过载保护系 统。 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 4 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 P/F 线履带式直线驱动装置主要由动力传动系统、传动系统、快速切换装置、 安全防护装置组成，具体设计如下： 2.1 动力传动系统 图 2-1 动力系统原理 （1、电机 2、减速机 3、皮带传动系统） 电机安装在浮动支架上，减速机安装在固定支架上，电机转动通过皮带传 动将驱动力传递给减速机，从而带动减速机转动。 现初定方案如下： P/F 线履带式直线驱动装置中驱动力采用 Y 系列三相异步电动机。 减速机采用平面二次包络环球面蜗杆减速机。 电机与减速机之间通过 V 型皮带进行传动。 2.2 传动系统 减速机输出轴为空心轴，传动轴通过平键与空心轴连接在一起。 联轴器通过平键与传动轴连接在一起，驱动链轮与联轴器采用间隙配合， 通过安全销把合，当系统负荷过大时安全销被剪断，联轴器与驱动链轮失去连 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 5 接，驱动链条停止传动，从而保护系统设备的安全。 传动轴尺寸过长，在传递动力的过程中会发生弯曲变形，影响驱动链条与 牵引链条的啮合精度，因而增加了轴承钨机构，对传动轴起到固定支撑的作用， 保证链条的啮合精度。 图 2-2 传动系统原理图 （1、减速机 2、传动轴 3、轴承钨 4、驱动链轮及联轴器） 现初定方案如下： 与减速机连接的驱动传动轴加大其外形尺寸。 增加轴承钨对其进行固定，增加其在传动过程中的刚性。 驱动链轮与联轴器之间通过螺栓连接，在必要时起到安全保护的作用， 联轴器与传动轴之间通过平键连接。 主传动链轮与从动链轮采用 1：1 的传动比等功率传动传动。 驱动链条形式：32A-1X60、链条加配驱动爪、驱动爪材质：45 钢、热处理： 298-332HB、齿部表面淬火处理：HRC55-60、淬火深度：3.2mm。牵引链条采 用 X-678 模锻可拆卸链条，节距为 153.2mm，许用拉力 27KN，极限拉伸载荷 320KN。牵引链条的运行速度为 15m/min。 C 型吊具数量为 65 组，单个承载能力为 2500kg。 承载小车采用四车组形式，承载小车的积存间距为 1850mm。 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 6 2.3 快速切换装置 履带式直线驱动装置新设计增加驱动切换装置，当一台驱动出现故障需要切 换到另一台驱动时，可以实现驱动间的快速切换。调整杆通过螺纹与传动支撑 轨道连接，转动调整杆，螺纹带动驱动移动，从而实现驱动之间的切换。 图 2-3 直线驱动快速切换装置原理图 （1、支撑轨道 2、调整螺杆 3、手柄） 2.4 安全保护装置 P/F 线驱动采用浮动式过载保护装置，浮动弹簧预设预紧力，当载荷过大， 超出弹簧的预紧力，弹簧杆碰触接近开关，从而实现过载保护。 第二章 P/F 线履带式直线驱动装置的总体设计方案 7 图 2-4 旋转浮动过载保护装置原理图 （1、弹簧座 2、承扭弹簧 3、限位 4、行程开关） 承扭弹簧固定在弹簧座上，在安装承扭弹簧时给弹簧施加一定的预紧力， 预紧力的大小可以通过弹簧尾部的螺栓来调整。弹簧座与电机的浮动支架连接 在一起，并且在浮动支架的前端安装了限位开关。浮动支架可以根据系统的负 载情况来调整电机与减速机之间的距离，从而带动承扭弹簧的压缩与拉伸，当 系统过载时承扭弹簧被压紧，从而触动限位开关，PLC 控制系统自动切断电源， 驱动装置停止转动，防止设备损坏，当故障排除后将限位开关复位后即可气动 驱动装置继续工作。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 8 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 3.1 电机及减速机的选择计算 3.1.1 电机的选择计算 1、电机类型的选择 P/F 线直线驱动装置为连续生产的设备，在运行的过程中需要平滑调速。 根据以上条件，查阅机械设计手册初步选取电机类型为： 变频电源供电的笼型异步电动机 2、电动机额定转速的选择 电机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。在确定电机的额定转速 时，必须考虑机械减速机构的传动比值，两者相互配合，经过技术、经济全面 的比较才确定。通常电机的转速不低于 500r/min，因为当功率一定时，电动机 的转速越低，则其尺寸越大，价格越贵，而且效率也比较低，如果选择高速电 动机，势必增大减速机构的传动比，致使机械传动起来比较复杂。 对于一些不需要调速的高、中速机械，可以选用相应转速的电动机不经机 械减速机构而直接参与传动。需要调速的机械，电动机的最高转速应于生产机 械转速相适应。 P/F 线为需要变频调速的机械设备，而笼型异步电动机的电压为 380V，对 应的转速范围为 0.6-320KW，转速范围为 1500r/min，综合考虑，电机的额定转 速选定为 1460r/min。 3、电机功率的选择及计算 P/F 线牵引链条的相关技术参数： 链条形式：模锻可拆卸链条（X-678） 极限拉伸载荷：320KN 许用拉力：27KN 安全系数：12 链条运行速度：15m/min 需用电机的功率为： 输送机运行速度(m/min)链条计算拉力（kgf）/60 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 9 带入数据求得输送线的需用功率为 6.75KW 输送链条正常运行时功率为 6.75KW 4、电机过载能力和平均启动转矩的校验 电机瞬时过载一般不会造成电机过热，故不考虑电机发热问题。交流电动 机的瞬时过载能力受到临界转矩的限制，直流电动机则受到换向器火花的限制。 笼型异步电动机为连续工作制。 查询机械设计手册，选取电机短时允许转矩过载倍数 T=2 查询机械设计手册，异步电动机的余量系数 K=0.9 查询机械设计手册，电压波动系数 Ku=0.85 电动机的额定转矩为 Tn=2300N.m 异步电动机过载倍数校验 Tmax KkuKuTTn 带入数据求得： Tmax 2992 N.m 综合以上考虑，选取 Y 系列（IP44）三相异步电动机 Y160M-4 额定功率：11KW 转速：1460r/min 同步转速：1500 r/min Y 系列（IP44）三相异步电动机效率高，耗电少，性能好，噪音低，振动 小，体积小，重量轻，运行可靠，维修方便。为 B 级绝缘。结构为全封闭，自 扇冷却式，能防止灰尘，铁屑，杂物侵入电机内部，符合 P/F 线输送机的使用 要求。 3.1.2 减速机的选择计算 1、减速机类型的选择 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴之间 交错的夹角为任意值，一般为 90 度，蜗杆传动具有以下特点： (1)当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗杆只转过一个齿距，因而能实现 大的传动比。在动力传动中，一般传动比 i=5-80，在分度机构或手动机构中， 传动比可达 300，若只传递动力，传动比可达 1000。因传动比大而零件数目少， 因而结构紧凑。 (2)在蜗杆传动中，因蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 10 啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳， 噪声低。 (3)当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁 性。 平面二次包络环球面蜗杆减速机是以直齿或斜齿的平面蜗轮为铲形轮展成 的环面蜗杆传动，具有承载能力大，传动效率高，结构紧凑的特点。广泛应用 于各种传动机械，如冶金、矿山、起重、化工、建筑、塑胶、船舶等行业的机 械设备中。使用范围为：输入轴转速1500r/min，工作环境温度-40-40 摄氏度， 当环境温度低于零摄氏度以下时，启动前润滑油必须加热到零摄氏度以上或采 用低凝固点的润滑油，当环境温度高于 40 摄氏度时，需要采取强迫冷却措施。 蜗杆轴可正、反两方向旋转，蜗杆螺旋线方向为右旋。 P/F 线驱动装置传动负载大，使用安装空间有限，环境温度为常温，需要 传动两轴空间交错，符合平面二次包络环球面蜗杆减速机的使用范围。 P/F 线驱动装置选用减速机为： 平面二次包络环球面蜗杆减速机 2、减速机传动比的选择 P/F 线输送机牵引链条的运行速度为 15m/min，驱动链轮输出速度为 16r/min，而驱动电机的运行转速为 1460 r/min，则传动电机的传动比范围在 0- 60 之间选择，查询天津华盛昌齿轮有限公司生产的平面二次包络环球面蜗杆减 速机手册，对照减速机的转速范围选择传动比为： I=39（减速机传动比） 3、减速机润滑方式的选择 润滑对于蜗杆传动来说，具有特别的意义。因为当润滑不良时，传动效率 将明显降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险，所以往往采用粘 度大的矿物油进行良好的润滑，在润滑油中还常加入添加剂，使其抗胶合能力 提高。 蜗杆传动采用的润滑油、润滑方法及润滑装置与齿轮传动基本相同。 更具平面二次包络环球面蜗杆减速机使用环境选取润滑油如下： 润滑油牌号：HJ-50 运动粘度：61.2-74.8 粘度指数：大于 90 闪点不低于 180 倾点不高于-8 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 11 给油方法：油池润滑 给油量：浸油深度为蜗杆的一个齿高 4、蜗杆传动的热平衡 蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量较大。在闭式传动中，如果产生 的热量不能及时散尽，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增加摩擦损失， 甚至产生胶合。所以必须根据单位时间内的发热量等于单位时间内的散热量进 行热平衡计算，保证油温稳定的处于规定的范围内 平面二次包络环球面蜗杆减速机采用蜗杆轴端加装热风扇加速空气流通的 方式进行热平衡。 综合以上因素对 P/F 线履带式直线驱动做出了选择： 型号：22TS 200 额定功率：45KW 输入转速：1500 r/min 传动比：39 类型：平面二次包络环球面蜗杆减速机 3.2 履带及带轮的选择设计计算 3.2.1 履带的设计计算 1、履带传动的特性 履带传动是由固定于主动轴上的带轮、固定于从动轴上的带轮和紧套在两 带轮上的传动履带组成的。当原动机驱动主动链轮转动，由于带和带轮之间的 摩擦（或啮合）便拖动从动带轮一起转动，并传递一定的动力。 履带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近 代机械中广泛的应用。 2、履带传动的类型 在履带传动中，常用的有平带传动、V 带传动、多楔带传动和同步带传动。 平带传动结构最简单，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用较多。 在一般传动中广泛选用 V 带传动。V 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出了 相应的带槽。传动时 V 带只和轮槽的两个侧面接触，即以两个侧面为工作面。 根据槽免摩擦原理，在同样的张紧力下，V 带传动较平带传动能产生更大的摩 擦力，这是 V 带传动的主要优点。再加上 V 带传动允许的传动比较大，结构较 紧凑，以及 V 带多已经标准化并大量生产的优点，因而得到广泛的应用。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 12 综合考虑 P/F 线驱动装置履带采用 V 带传动。 3、V 带传动中的受力分析 安装传动带时，传动带即以一定的张紧力套在两个带轮上。由于张紧力的 作用，带和带轮之间的接触面上就产生了正压力。带传动不工作时，带两边的 拉力相等。带工作时主动带轮转动，带与带轮的接触面件便产生了摩擦力，主 动轮作用在带上的摩擦力的方向与主动轮的圆周速度方向相同，主动轮就靠此 摩擦力驱使带运动，带作用在从动轮的摩擦力方向与带的运动方向相同，带同 样靠此摩擦力带动从动轮传动。 4、V 带的设计计算 已知条件： 电动机的额定功率：11KW 功率因数：COS=0.85 转速：1460r/min 确定计算功率 Pc 带轮工作方式为连续工作，重载起动，载荷变动较小 选取工作情况系数 =1.4，AK 由公式 Pc= P 可得计算功率 Pc Pc=110.851.4=13.09KW 选取普通 V 带型号 根据 Pc=13.09KW、n1=1460r/min 查手册可知选用 B 型普通 V 带 确定带轮基准直径 、1d2 选取 =200mm,1d 且 =200mm =125 mmmin 则主动带轮基准直径选用符合要求 由于此带传动减速传动，则传动比 i=2 =400mm2d 从动轮的转速误差率为零 验算带速 v106nd 带入数据可得 v=15.3m/s 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 13 带速在 5-25 m/s 范围内 确定带的基准长度 和实际中心距 adL 按结构设计要求初定中心距 =1100mm0 由公式 可得 =2828 mm0 21210 4)()(2adda0L 选取基准长度 =2800 mm、实际中心距 a=1086 mmdL 中心距 a 的变动范围为 md1045.minL73ax 验算小带轮包角 1 由式 得 1=1801203.58012ad 确定 V 带根数 z LcKPpz)(0 根据 =200mm、n1=1460r/min 查表用内差法可得 =5.15KW1d 0P 功率增量 =0（查表得 =1）)1(0ibniK 查手册得 5.LK1 带入数据可得 z=3.29 根 圆整得 z=4 根 求初拉力 及带轮轴上的压力0FQF 查表得 B 型普通 V 带的每米长质量 q=0.17kg/m V 带的初拉力为 NqvKzvPc297)15.2(0 轴上的压力 为QFzQ2376sin 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 14 设计结果 选用 4 根 B-4000GB1171-89V 带 中心距 a=1086 mm 主动带轮基准直径 =200mm、1d 从动带轮基准直径 =400mm2 轴上的压力 =2376NQF 5、V 带传动的张紧装置 各种材质的 V 带都不是完全弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的 运转以后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力降低。为了保证带传动的能力， 应定期检查预紧力的数值如果发现不足，必须重新设定预紧力以后才能正常工 作。 常见的张紧装置有以下几种： 定期张紧装置 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。在水平或 倾斜不大的传动中，将装有带轮的电机安装在制有滑道的基板上。要调节带的 预紧力时，松开基板上的各种螺栓，旋动调节螺母将电动机推移到相应的位置， 然后拧紧螺母。 在垂直或接近垂直的传动中，将装有带轮的电动机安装在可调的摆架上即 可。 自动张紧装置 将装有带轮的电动机安装在浮动摆架上，利用电机的自重使电机带轮随同 电动机绕固定轴摆动，以自动保持张力。 采用张紧轮装置 当中心距不可调时，可采取张紧轮将带张紧。张紧轮一般放在松边的内侧， 使带只受单向弯曲。 在 P/F 线履带式直线驱动装置中采用定期张紧装置将装有带轮的电机安装 在制有滑道的基板上，要调节带的预紧力时，松开基板上的各种螺栓，旋动调 节螺母将电动机推移到相应的位置，然后拧紧螺母。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 15 图 3-1 电机张紧原理图 （1、电机 2 浮动支架 3、调整螺杆） 3.2.2 履带轮的设计计算 1、V 带轮的设计要求 在设计 V 带轮时应满足以下要求： (1)质量小 (2)结构工艺性好 (3)无过大的铸造内应力 (4)质量分布均匀 (5)转速高时要经过动平衡 (6)轮槽工作面要精加工 (7)各槽的尺寸和角度要保持一定的精度 (8)载荷分布均匀 2、常用材料 灰铸铁 灰铸铁的熔点比钢低，流动性好，凝固过程中析出了比容较大的石墨，减少 了收缩率，故具有良好的铸造工艺性能，能够铸造形状比较复杂的零件。热处 理只能改变灰铸铁的基体组织，不改变石墨的大小、形状和分布，故灰铸铁的 热处理只用于消除铸造内应力和白口组织，稳定尺寸或提高工件表面的硬度或 耐磨性。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 16 球墨铸铁 球墨铸铁基体组织上分布着球状石墨，由于球状石墨对基体组织的割裂作 用和应力集中作用很小，所以球墨铸铁的性能远高于灰铸铁。石墨球越圆整、 细小、均匀，则力学性能越高在某些时候可以等同于碳钢，同时还具有灰铸铁 的减震性。 3、带轮的材质 灰铸铁具有其独特的特性，且性价比较高，所以带轮采用灰铸铁。 带轮的材质主要采用灰铸铁。 常用的牌号为： HT150 或 HT200 转速较高时宜采用铸钢，小功率时可采用铸铝或塑料。 HT200 可以承受较大的弯曲应力，用于强度、耐磨性要求较高的较重要的 零件和要求保持气密性的部件，具有良好的耐热性和减震性。 因此在此选用 HT200 作为带轮的材质。 4、皮带轮的尺寸设计 主动端皮带轮的尺寸设计 采用 P-型腹板带轮，其尺寸如下所示： 基准宽度 =14mm、db 基准线上槽深 =3.5 mm、ah 基准线下槽深 =10.8 mmf 槽间距 e=19.4 mm、 槽边距 f=11.5 mm、 轮缘厚 =7.5 mm、 圆角半径 r1=0.2-0.5 mm 带轮宽 B=（ z-1）e+2f=81.2 mm、 带轮基准直径 =200 mm、1d 外径 =207 mma 内径：42mm 平键连接 b=12mm 具体尺寸及带轮结构参看皮带轮图纸 (2)从动端皮带轮的设计 采用 P-型腹板带轮，其尺寸如下所示： 基准宽度 =14mm、db 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 17 基准线上槽深 =3.5 mm、ah 基准线下槽深 =10.8 mmf 槽间距 e=19.4 mm、 槽边距 f=11.5 mm、 轮缘厚 =7.5 mm、 圆角半径 r1=0.2-0.5 mm 带轮宽 B=（ z-1）e+2f=81.2 mm、 带轮基准直径 =400 mm、1d 外径 =407 mma 内径：65mm 平键连接 b=18mm 具体尺寸及带轮结构参看皮带轮图纸 皮带轮与电机及减速机之间采用平键连接，平键选用尺寸根据电机及减速机的型号已经 选定，所以不需要再进行校核，可以直接使用。 3.3 传动轴的设计计算 3.3.1 主动端传动轴的设计计算 1、轴的用途及分类 轴是组成机器零件的重要零件之一。一切做回转运动的零件都必须安装在 轴上才能进行运动或传递动力。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动 及动力。 按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴、传动轴三类。 工作中即承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。 工作中只承受弯矩而不承受扭矩的称为心轴。 2、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢 钢轴的毛胚多数为轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢 价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高 其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制作轴应用比较广泛，其中常用为 45 钢 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大的动力， 并要求减小尺寸与重量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温的工作环境 中，常采用合金钢。 在一般的工作温度下各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，因此在选择钢 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 18 的种类和决定钢的热处理方法时，根据强度及耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转 强度。 P/F 线驱动装置主传动轴无其他特殊要求，故选用 45 钢作为材质 3、轴的设计 轴的设计包括定出轴的合理外形和全部的结构尺寸 轴的结构主要取决于以下因素 (1)轴在机器中的安装位置和方法。 (2)轴上安装零件的类型 (3)轴上安装零件的尺寸与数量 (4)轴上安装零件的连接方法 (5)载荷的性质、大小、方向分布 (6)轴的加工工艺 但不论具备何种条件轴都应满足： (1)轴和装在轴上的零件具有准确的工作位置 (2)轴上的零件便于拆卸和调整 (3)轴具有良好的工艺性 依据以上的的设计方法结合 P/F 线驱动装置主传动轴的连接部件，对轴及 其结构做出了设计，具体的尺寸和结构参照图纸。 4、轴的强度校核 传动轴的已知条件 传动轴的转速：16r/min 传递功率：11KW 轴上作用力 F=2376N 此轴传递为中小功率，对材质无特殊要求 故选用 45 钢并经调质处理。 查得： 强度极限 MPaB650 许用弯曲应力 b1 轴的简图如下所示： 、对轴进行受力分析 如下图所示 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 19 已知 F=2376N 以 A 点为支点，根据力矩平衡可得 Rb=964N 以 B 点为支点，根据力平衡原理得 Ra=3340N 转矩图及弯矩图 作弯矩图如下 作转矩图 由公式 T=9550000p/n 可得 T=9550000150.85/1460=83398N.mm 求当量弯矩 因轴为单向运转，故可认为脉动循环变化 修正系数 为 0.6 经分析可知，在 A 截面处轴所受的弯扭组合最大 在 A 截面的左面虽受弯扭组合比较小，但其截面比较小，也有可能为危险 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 20 截面，对其逐项进行校核验证。 当量弯矩公式为 Me= 22）（ TM 对于 A 截面： Me= =167324.5N.mm22）（PaWe10 许用弯曲应力 Mb61 此处设计满足要求 对于 A 截面的左面： Me= =118049N.mm22）（ TPaWe1 许用弯曲应力 Mb601 此处设计满足要求 因此可知主动端传动轴符合设计要求 5、用平键的校核 平键的两侧是工作面，工作时靠健和键槽的挤压来传递动力 减速机与主传动轴之间的连接键为 C 型普通平键，其规格为 2816135 主传动轴与链轮联轴器之间的连接键为 C 型普通平键，其规格为 3218160 平键连接工作时的主要失效形式为组成连接的键、轴和轮毂中强度较弱材料的 表面的压溃，有时也出现键被剪断的现象，因此要对键工作表面的挤压强度和 剪切强度进行计算 、减速机与主传动轴之间的连接键进行校核 挤压强度的校核 挤压强度公式 dhlTp4 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、d 为轴径，单位为 mm、 h 为键的高度，单位为 mm、l 为键的工作长度，C 型键 l=L-0.5b 带入数据得 p=1.57MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得许用挤压应力 =120 MPap 经校核键的挤压强度满足设计要求 剪切强度的校核 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 21 剪切强度公式 DblT2 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、D 为轴径，单位为 mm、b 为键的宽度，单位为 mm、l 为键的工作长度 带入数据得 =0.4 MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得 =90 MPap 经校核键的剪切强度满足设计要求 、主传动轴与链轮联轴器之间的连接键进行校核 挤压强度的校核 挤压强度公式 dhlTp4 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、d 为轴径，单位为 mm、 h 为键的高度，单位为 mm、l 为键的工作长度 带入数据得 p=1.39MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得许用挤压应力 =120 MPap 经校核键的挤压强度满足设计要求 剪切强度的校核 剪切强度公式 DblT2 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、D 为轴径，单位为 mm、b 为键的宽度，单位为 mm、l 为键的工作长度 带入数据得 =0.37 MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得 =90 MPap 经校核键的剪切强度满足设计要求 通过对以上平键进行校核可以得知两平键的挤压强度与剪切强度完全满足设 计要求。 3.3.2 从动端传动轴的设计计算 1、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢 钢轴的毛胚多数为轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢 价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高 其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制作轴应用比较广泛，其中常用为 45 钢 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大的动力， 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 22 并要求减小尺寸与重量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温的工作环境 中，常采用合金钢。 在一般的工作温度下各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，因此在选择钢 的种类和决定钢的热处理方法时，根据强度及耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转 强度。 P/F 线驱动装置从动端传动轴无其他特殊要求，故选用 45 钢作为材质 2、轴的设计 轴的设计包括定出轴的合理外形和全部的结构尺寸 轴的结构主要取决于以下因素 (1)轴在机器中的安装位置和方法。 (2)轴上安装零件的类型 (3)轴上安装零件的尺寸与数量 (4)轴上安装零件的连接方法 (5)载荷的性质、大小、方向分布 (6)轴的加工工艺 但不论具备何种条件轴都应满足： (1)轴和装在轴上的零件具有准确的工作位置 (2)轴上的零件便于拆卸和调整 (3)轴具有良好的工艺性 依据以上的的设计方法结合 P/F 线驱动装置从动端传动轴的连接部件，对轴 及其结构做出了设计，具体的尺寸和结构参照图纸。 3、轴的强度校核 从动轴的已知条件 从动轴的转速：16r/min 传递功率：11KW 轴上作用力 从动链轮与主动链轮为等功率传动，根据力学定律则有： F=964N 此轴传递为中小功率，对材质无特殊要求 故选用 45 钢并经调质处理。 查得： 强度极限 MPaB650 许用弯曲应力 b1 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 23 轴的简图如下所示： 、对轴进行受力分析 如下图所示 1、 转矩图及弯矩图 计算转矩 轴在 A 点处所受的弯矩最大为 154240N.m 作转矩图 由公式 T=9550000p/n 可得 T=9550000150.85/1460=83398N.mm 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 24 、求当量弯矩 因轴为单向运转，故可认为脉动循环变化 修正系数 为 0.6 经分析可知，在 A 截面处轴所受的弯扭组合最大 当量弯矩公式为 Me= 22）（ TM 对于 A 截面： Me= =167324.5N.mm22）（PaWe10 许用弯曲应力 Mb61 此处设计满足要求 由此可知从动端传动轴满足设计要求 5、用平键的校核 从动轴与链轮联轴器之间的连接键为 C 型普通平键，其规格为 3218160 平键连接工作时的主要失效形式为组成连接的键、轴和轮毂中强度较弱材料的 表面的压溃，有时也出现键被剪断的现象，因此要对键工作表面的挤压强度和 剪切强度进行计算 从动轴与链轮联轴器之间的连接键进行校核 挤压强度的校核 挤压强度公式 dhlTp4 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、d 为轴径，单位为 mm、 h 为键的高度，单位为 mm、l 为键的工作长度 带入数据得 p=1.39MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得许用挤压应力 =120 MPap 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 25 经校核键的挤压强度满足设计要求 剪切强度的校核 剪切强度公式 DblT2 式中 T 为被固定零件传递的转矩，单位为 N.mm、D 为轴径，单位为 mm、b 为键的宽度，单位为 mm、l 为键的工作长度 带入数据得 =0.37 MPa 键为钢材质，静连接，轻微冲击，查手册得 =90 MPap 经校核键的剪切强度满足设计要求 通过对以上平键进行校核可以得知平键的挤压强度与剪切强度完全满足设计 要求。 3.4 轴承钨的设计计算 轴承钨作用是固定主传动轴的重要部件，对传动轴的传动起到很重要的作用， 因此对其设计也是非常重要的 1、 轴承的功用和类型 轴承的功用是支撑轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑之间 的摩擦。根据支撑处相对运动的摩擦性质，轴承分为滑动轴承和滚动摩擦轴承。 2、滚动轴承的组成 滚动轴承一般由内圈、外圈、保持架、滚动体组成。滚动轴承的内圈与外圈 应具有较高的硬度和接触疲劳强度，良好的耐磨性和冲击韧性，一般采用特殊 轴承钢制造。滚动轴承的工作表面必须经过磨削抛光处理，以提高其接触疲劳 强度。滚动轴承具有摩擦阻力小，启动灵敏，效率高旋转精度高，润滑简便和 拆卸方便等优点。 3、调心滚子轴承的特性 调心滚子轴承是有两列内圈滚道，调心型外圈滚道和调心型滚子的轴承。外 圈滚道面中心与轴承中心一致，因此具有自动调心的性能。可以自动调整由于 轴承与轴承座之间的安装误差或轴绕性所产生的偏心。 4、轴承钨用轴承类型及型号的选择 住传动轴在传动过程中，由于轴向力的作用会产生偏心，而调心滚子轴承外 圈滚道面中心与轴承中心一致，因此具有自动调心的性能，因而可以弥补轴向 力产生的偏心。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 26 轴承形式选用为：调心滚子轴承 传动轴外径尺寸为 135mm 则轴承内径选取为 135mm 轴承外径尺寸选取 270mm 厚度为 73mm 选取轴承型号为：22230K 额定动载荷为：508KN 额定静载荷为：875KN 极限转速：1600r/min 5、紧定套的选择 轴承是固定在轴的外圆上，减速机在安装调整好以后才对轴承钨进行紧固， 为了便于调整选用紧定套对轴承进行定位 依据轴承形式选取紧定套为：H3130 根据轴承及紧定套的型号，选取轴承座型号为：SN530 标准轴承座 6、轴承配合的选择 根据作用在轴承负荷的方向、性质及内外圈的哪一方旋转，则各套圈所承受 的负荷可分为旋转负荷、静止负荷、不定向负荷，负荷不同则选取的配合不同： 1、 承受旋转负荷和不定向负荷的套圈选取静配合即过盈配合。 2、 承受静止负荷的套圈可选取过渡配合或间隙配合 轴承负荷大或承受振动、冲击负荷时，其过盈应增大。 要求保持旋转精度时，需要采用高精度轴承 P/F 线轴承钨承受旋转负荷，负荷冲击及振动很小，所以采用过盈配合。 7、轴承的润滑 轴承润滑的作用 1、 润滑轴承的各部件，减小摩擦和磨损 2、 带走轴承内部因摩擦或其它原因产生的热量 3、 轴承的防锈和防尘 4、 使轴承的滚动接触面经常形成适当的油膜，延长轴承的疲劳寿命 轴承钨选用的轴承选用脂润滑 1、 润滑脂的充量 外壳内的润滑脂充填量随外壳的结构和容积而有所不同，一般填充容积 的 1/3-1/2 为宜。 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设计方案 27 充填量过多时，润滑脂因搅拌发热而发生变质，老化和润、软化 低速轴承有时为防止异物的入侵有时也可以多填写润滑脂 2、 润滑脂的补充与更换 润滑油的补充与更换与润滑方式有密切的关系 补充的润滑脂应尽量选用同一牌号的润滑脂 保证新的润滑脂确实进入轴承内部 根据以上设计计算，明确了轴承钨的设计，具体设计如下： 轴承形式选用为：调心滚子轴承 轴承内径选取为 135mm 轴承外径尺寸选取 270mm 厚度为 73mm 选取轴承型号为：22230K 额定动载荷为：508KN 额定静载荷为：875KN 极限转速：1600r/min 紧定套为：H3130 轴承座型号为：SN530 润滑方式为：脂润滑 润滑剂选用：普通锂基脂 图 3-2 轴承钨结构原理图 （1、轴承钨 2、传动轴 3、联轴器及驱动链轮） 第三章 P/F 线履带式直线驱动装置的具体设
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