机械毕业设计（论文）-码坯机升降机构的设计【全套图纸】

码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 1 摘要 现在，码坯机主要由切条机、切坯机、分坯机、夹盘机构、行走机构、升降机构、 旋转机构和电气系统等组成。其中升降机构是其中一个重要部分，现在升降机构一般 采用液压升降与滚子链升降两种方法。液压升降因为液压元件的制造精度要求较高、 价格较贵，而且不能得到严格的传动比、效率较低。又由于工作性能易受到温度变化 的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作，所以设计采用滚子链升降。升降 采用滚子链，使其运动准确，避免打滑现象，同时利用四个导向柱，增加设备的稳定 性。滚子链由大小链轮带动，共四组，布于四周，通过摆线针轮减速机通过齿轮箱带 动两根轴实现同步上升。最后在车架两端加上配重，通过钢丝绳与夹盘机构连接，这 样可以减轻滚子链受力，减小功率。行走机构通过另一摆线针轮减速机带动行走轴行 走。此为本文设计方案，并且通过计算，论证了该设计方案的可行性。 关键词：码坯机；升降机构；行走机构；滚子链升降 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 2 Abstract Now, setting machine is mainly composed of a cutting machine, cutting machine, cutter, chuck mechanism, running mechanism, lifting mechanism, a rotating mechanism and electrical system. The lifting mechanism is one of the most important parts, now lifting mechanism generally adopt hydraulic lifting and roller chain lifting two methods. Hydraulic lift for hydraulic components of the manufacturing precision is high, the price is more expensive, but can not be a strict transmission ratio, low efficiency. Because the working performance are susceptible to the influence of temperature change, therefore not at very high or very low temperature conditions, so the design of the roller chain lifting. Lifting the roller chain, the motion accuracy, avoid the slip phenomenon, at the same time using four guide posts, increases the stability of equipment. Roller chain sprocket drive by size, a total of four groups, the cloth around, through the cycloidal pinwheel speed reducer through the gear box drives two axis synchronous rise. In the final frame ends with counterweight, through the steel wire rope and the chuck body connected, this can reduce roller chain stress, reduce power. Walking mechanism through another cycloid reducer drive shaft walk walking. This is the design, and through calculation, it proves the feasibility of design scheme. Key words :Setting machine; lifting mechanism; running mechanism; the roller chain lifter 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 3 目录 1 绪论1 1.1 砖瓦工业的现状1 1.2 码坯机在国内的发展现状1 1.3 码坯机的概述2 2 机构工作原理与方案的确定3 2.1 机构的工作原理3 2.2 机构方案的确定3 3 运动与动力参数的计算4 3.1 机构传动简图4 3.2 减速器及电机的选择4 3.3 传动比分配6 3.4 各轴的转速计算6 4 齿轮传动的设计计算6 4.1 升降机构齿轮设计计算6 4.2 行走机构齿轮设计计算10 5 轴系零件的设计计算11 5.1 升降轴的设计11 5.1.1 升降轴的结构设计11 5.1.2 行走轴的结构设计13 6 轴上键连接的选择及校核14 6.1 升降轴上键的选择及校核14 6.2 行走轴上键的选择及校核14 7 滚动轴承的选择及校核15 8 齿轮箱及双联轴承座的设计16 9 链轮与链条的设计16 10 车架的设计16 参考文献18 致谢19 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 4 1 绪论 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 1.1 砖瓦工业的现状 砖瓦作为房屋建筑最基本、最古老的材料在我国房屋建筑中有着非常重要的历史。 众所周知，我国是世界上砖瓦生产第一大国，进入 21 世纪以来，每年砖瓦产量 8100 亿块，其中粘土实心砖 4800 亿块以上，空心砖和多孔砖 1700 亿块以上，煤矸石、粉 煤灰等多种废渣砖 1600 亿块以上。砖瓦生产的第一大国，必然在砖瓦生产能耗上也 是第一大国。 当前我国正处在全面建设小康社会的重要时期，城市化步伐不断加快，建筑业和 房地产业成为拉动国民经济增长的主要源动力之一。建筑业的持续增长，特别是新农 村建设促使广大农村建筑需求的增长，将继续为砖瓦工业的发展提供广阔的市场空间。 在农村住房消费方面， “十一五”规划提出了新农村建设的重大战略任务和目标。毫 无疑问，随着新农村建设不断发展，农村房屋建设无论是数量，还是结构、功能、质 量，都将出现新的变化，对砖瓦和其他墙体屋面材料需求的拉动力将非常巨大。 因此，完全可以相信，在未来相当长一个时期，随着城乡建筑业的发展，砖瓦工 业仍然有着巨大的市场发展空间。 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 5 1.2 码坯机在国内的发展现状 随着我国墙体改革政策，国家对墙材有了一些新的革新要求，国内许多砖材生产 厂家，吸收引进了国内外最先进的生产技术，研发生产出国内外一流水平的成套制砖 设备，为旧砖厂改造成为先进的自动化砖厂提供了可靠的技术保障。 从上世纪八十年代我国引进国外技术开始，我国制砖行业的技术装备得到了快速 的发展，例如热工设备中断面、大断面平顶隧道窑的出现改善了过去轮窑、小窑 的操作环境和操作水平；成型设备使产品质量产量都得到了极大的提高，取代了非真 空挤出机，在烧结砖厂得到了普遍的推广和应用，而码坯设备自动码坯机也是运 行可靠、技术先进的设备，目前在很多新建砖厂中应用，但还没有达到普遍使用。随 着我国经济的快速发展，企业对改善劳动环境，提高科技含量的观念也在逐渐增强， 而人们生活水平提高后，对自己所从事工作的环境要求也越来越高，逐渐的由体力劳 动向非体力劳动或轻体力劳动转变。这就对砖厂的码坯和卸坯工段用人多且劳动繁重 提出了一个课题，用自动码坯机替代人工码坯势在必行，是将来发展的必然趋势。 1.3 码坯机的概述 码坯机主要由切条机、切坯机、分坯机、夹盘机构、行走机构、升降机构、旋转 机构和电气系统等组成。码坯机的工作流程：切条机将坯切条，切坯机把切好的砖坯 推到分坯机上后分坯，分坯完成后的砖坯送至码坯机夹盘机构正下方。当夹盘到达预 定夹坯位置后，夹盘夹具工作，夹起砖坯，接着由升降机构上升至预定高度，行走机 构驱动机体行走至窑车正上方，旋转装置完成转向 90，然后升降机构下降至预定放 坯高度进行码坯，码坯机码放一层，旋转一层，形成十字交叉，经过上述动作循环， 即可完成窑车的全部码坯过程。 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 6 2 机构工作原理与方案的确定 2.1 机构的工作原理 升降采用滚子链，使其运动准确，避免打滑现象，同时利用四个导向柱，增加设 备的稳定性。滚子链由大小链轮带动，共四组，布于四周，通过摆线针轮减速机通过 齿轮箱带动两根轴实现同步上升。最后在车架两端加上配重，通过钢丝绳与夹盘机构 连接，这样可以减轻滚子链受力，减小功率。行走机构通过另一摆线针轮减速机带动 行走轴实现行走。 2.2 机构方案的确定 设计方案见图 1 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 7 图 1 3 运动与动力参数的计算 3.1 机构传动简图 图 2 1.行走轮 2.行走轴 3.行走摆线针轮减速机 4.行走从动齿轮 5.行走主动齿轮 6.小链轮轴 7.小链轮 8.大链轮 9.升降轴 10.升降从动齿轮 11.升降摆线针轮减速机 12.升降主动齿轮 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 8 3.2 减速器及电机的选择 本设计选用 B 系列摆线针轮减速机，因为摆线针轮减速机具有高速比和高效率。 单级传动，就能达到 1：87 的减速比，效率在 90以上，结构紧凑体积小。运转平 稳噪声低，使用可靠、经久耐用寿命长，设计合理，维修方便。B 系列摆线针轮减速 机减速机适用于 24 小时连续作制，并允许正反向运转。 型号的表示方法: 图 3 B 系列摆线针轮减速机选型表见图 4 图 4 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 9 根据本地地质状况和土质资源进行研制，适合于国家标准砖体 24011553mm， 一次性码坯数量为 27X9 块,加上夹盘机构框架总重量约 1.5t 总重约 2.4t。配重设计为 两个，每个 600Kg,因此本设计选用 升降摆线针轮减速机：BWDC15-30-35 输出转速 43r/min 输出转矩 2343N.m 电压 380v 行走摆线针轮减速机：BWDC5.5-22-23 输出转速 65r/min 输出转矩 6460N.m 电压 380v 减速机外形见图 5 图 5 3.3 传动比分配 升降齿轮传动比 i1=1.74 23 40 行走齿轮传动比 i2=1 链轮传动比 i3=2.16 135 292 3.4 各轴的转速计算 升降轴 n1=43x=24.7r/min 40 23 行走轴 n2=65x1=65r/min 3.5 各轴输入扭矩计算 齿轮传动效率查表取 1=0.9 齿轮轴 T1=T1=2343N.mx0.9=2108.7N.m 行走轴 T2=T1=6460N.mx0.9=5814N.m 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 10 4 齿轮传动的设计计算 4.1 升降机构齿轮设计计算 使用要求：预期使用寿命 10 年，每年 360 个工作日,每日 24 小时。传动尺寸无 严格限制，无严重过载。传动比 i=1.74。 因传动尺寸无严格限制，故小齿轮用 45Cr，采用锻件加工，锻打后正火 HB170- 210，粗加工后调质处理 HB210-230，平均取 220HB。大齿轮用 40Cr，调质处理，硬 度 241HB286HB，平均取为 260HB。主要失效形式是弯曲疲劳折断和磨粒磨损， 磨损尚无完善的计算方法，故只进行弯曲疲劳强度计算。计算步骤(参照机械设计课 本）如下： 齿面接触疲劳强度计算： （1）初步计算： 转矩： N.m23421055 . 9 1 6 1 n P T 齿宽系数： 表12.13，取 1d b d 8 1d 接触疲劳极限：由图取，；C 17.12MP710 1 limH MPa580 2lim H 初步计算的许用接触应力： ； MPa6399 . 0 1lim1 HH ；MPa52290 2lim2 HH . 值 由表12.16 取 ； dA 8 85dA 初步计算的小齿轮直径： 其中 ， 3 2 1 d 1 1 u uT Ad Hd 8 74. 1u 取；147.81dmmd1230 初步齿宽： mm901ddb （2）校核计算： 圆周速度v: sm 100060 nd v 11 /3 . 4 精度等级：由表12.6，取为7级精度。 8 齿数z和模数m：初取 23 1 z 取；,402374 . 1 2 z 40 2 z 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 11 ；10 1 1/zdm 由表12.3，取 8 10m 则 23/z 11 md 4074 . 1 23 12 izz 使用系数： 由表12.9 取；00 . 1 Ak 动载系数： 由图12.9 取； 8 15 . 1 Vk 齿间载荷分配系数：由表12.10，先求：HK 8 N75.4314 2 1 1 d T Ft 100N/mm89.89N/mm 48 75.431401 . b FktA 72. 1cos 11 2 . 388 . 1 21 zz 87 . 0 3 72 . 1 -4 3 -4 Z 由此得 32 . 1 87 . 0 11 22 Z KH 齿向载荷分布系数：由表12.11，HK 8 bC d b BAKH 32 1 10)( 28 . 1 801061. 036 . 0 16 . 0 17 . 1 3 载荷系数： HHVAKKKKK 94 . 1 28 . 1 32 . 1 15 . 1 0 . 1 弹性系数： 由表12.12 E Z 8 MPa8189.ZE 节点区域系数： 由图12.16 H Z 8 52.ZH 接触最小安全系数：由 表12.14 8 0 . 1 min H S 总工作时间： h480020830010.th 应力循环次数 由表12.15，估计 ，则指数m=8.78 L N 97 1010 L N 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 12 7 87 . 8 1 max 1 max 1 11 1018 . 3 60n60 h hi n i i m i n i hiiVL t t T T tn T T tNN 7 12 1027 . 1 /iNN LL 接触寿命系数 由图12.18 N Z 8 18 . 1 1 N Z22 . 1 2 N Z 许用接触应力 H 837.8MPa 1 1.18710 Hmin N1Hlim1 H1 S Z 707.6MPa 1 1.22580 Hmin N2Hlim2 H2 S Z 验算 u u bd KT ZZZHE H 12 2 1 1 5 . 2 15 . 2 80 17259094 . 1 2 87 . 0 5 . 2 8 . 189 3 H2MPa8 .579 计算结果表明，接触疲劳强度足够。 （3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径d 因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整，故分度圆直径不会 改变，经确定： 13 小齿轮 z1=23 m=10 d1=mz1=230mm 齿宽 b1=90mm 大齿轮 z2=40 m=10 d2=mz2=400mm 齿宽 b2=90mm 中心距 a mm315 2 )4023(10 2 )( 21 zzm a 齿宽b mm90 1 db d 齿根弯曲疲劳强度计算： 重合度系数68 . 0 73 . 1 75 . 0 25 . 0 Y 齿间载荷分配系数 由表12.10， F K47 . 1 68 . 0 /1/1 YKF 齿向载荷分布系数 F K53 . 8 5 . 225290)./(h/b 由图12.14 8 32 . 1 F K 载荷系数K 23 . 2 32 . 1 47 . 1 15 . 1 0 . 1 FFVA KKKKK 齿形系数 由图12.21 =2.53 2.23 Fa Y 8 1Fa Y 2Fa Y 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 13 应力修正系数 由图12.22 =1.62 =1.74 Sa Y 8 1Sa Y 2Sa Y 弯曲疲劳极限 由图12.23c =600MPa limF 8 1limF =450MPa 2limF 弯曲最小安全系数 由表12.14 =1.25 limF S 8 limF S 应力循环次数 由表12.15，估计 ， L N 8106 10103 L N 则指数m=49.91 7 91.49 1 max h111 1017 . 3 60 h hi n i i VL t t T T tnNN 7 12 1027 . 1 /iNN LL 弯曲寿命系数 由图12.24 =0.95 =0.96 N Y 8 1N Y 2N Y 尺寸系数 由图12.25 =1.0 X Y 8 X Y 许用弯曲应力 F MPa456 251 1950600 11 1 . . S YY minF XNlimF F 验算 MPa6345 251 1960450 22 2 . . . S YY minF XNlimF F MPa456MPa5 .223 2 111 1 1 1 FSaFaF YYY mbd KT MPa6 .345MPa 6 . 211 2 11 22 12 F SaFa SaFa FF YY YY 传动无严重过载，故不作静强度校核。 4.2 行走机构齿轮设计计算 因传动尺寸无严格限制，故两个齿轮均用45Cr，采用锻件加工，锻打后正火 HB170-210，粗加工后调质处理HB210-230，平均取220HB。由于传动比为1，所以两 齿轮齿数设计为28，模数为10，所以d=280,a=280。 齿根弯曲疲劳强度计算： 重合度系数68 . 0 73 . 1 75 . 0 25 . 0 Y 齿间载荷分配系数 由表12.10， F K47 . 1 68 . 0 /1/1 YKF 齿向载荷分布系数 F K53 . 8 5 . 225290)./(h/b 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 14 由图12.14 8 32 . 1 F K 载荷系数K 23 . 2 32 . 1 47 . 1 15 . 1 0 . 1 FFVA KKKKK 齿形系数 由图12.21 =2.53 2.23 Fa Y 8 1Fa Y 2Fa Y 应力修正系数 由图12.22 =1.62 =1.74 Sa Y 8 1Sa Y 2Sa Y 弯曲疲劳极限 由图12.23c =600MPa limF 8 1limF =450MPa 2limF 弯曲最小安全系数 由表12.14 =1.25 limF S 8 limF S 应力循环次数 由表12.15，估计 ， L N 8106 10103 L N 则指 数m=49.91 7 91.49 1 max h111 1017 . 3 60 h hi n i i VL t t T T tnNN 7 12 1027 . 1 /iNN LL 弯曲寿命系数 由图12.24 =0.95 =0.96 N Y 8 1N Y 2N Y 尺寸系数 由图12.25 =1.0 X Y 8 X Y 许用弯曲应力 F MPa456 251 1950600 11 1 . . S YY minF XNlimF F 验算 MPa6345 251 1960450 22 2 . . . S YY minF XNlimF F MPa456MPa5 .223 2 111 1 1 1 FSaFaF YYY mbd KT MPa6 .345MPa 6 . 211 2 11 22 12 F SaFa SaFa FF YY YY 两齿轮合格。 5 轴系零件的设计计算 5.1 升降轴的设计 5.1.1 升降轴的结构设计 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 15 初步计算升降轴的结构尺寸： 升降轴为实心轴轴材料选用45钢，按许用切应力计算： 3 /nPAd 14 取;126103A110A kW23 . 5 Pmin/r 7 . 24n ; mm6 .65d 取d=90mm。 升降轴的结构图： 图6 升降轴的校核（参照机械设计步骤）： 简化轴上载荷如图： 图 7 其中，=1752N，T=129.68Nm， =3458=3249.5N 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 16 =3458=1182.7N 画轴的弯矩图，扭矩图 图 8 由弯矩图、扭矩图可知 B 点为危险截面。对 B 点进行校核计算： M=276.64N m 查表得：=215Mpa，=102.5Mpa，=60Mpa 对于不变的转矩，取 =0.27 =278Nm 所以： =43.43Mpa=60Mpa 满足强度要求。 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 17 5.1.2 行走轴的结构设计 初步计算升降轴的结构尺寸： 升降轴为实心轴轴材料选用45钢，按许用切应力计算： 3 /nPAd 14 取;126103A110A kW 6 . 39Pmin/r65n ; mm25.93d 取 d=100mm。 升降轴的结构图： 图 9 升降轴的校核（参照机械设计步骤）：同前 经校核满足要求。 6 轴上键连接的选择及校核 6.1 升降轴上键的选择及校核 因无特殊要求，选用圆头普通平键，键 2280， 通常（1.61.8）d 因此，L （1.61.8）85=136153mm，取 L=80mm； 校核计算如下： 键的接触长度=L-b=80-22=58mm。键与縠的接触高度 h 2=14 2=7mm； 许用挤压应力查表取=150Mpa；所以键连接所能传递的转矩为： 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 18 T=d= 0.0040.040.034150=408Nm=129.68N m。 所以，以上选择的参数满足强度要求。合理。 6.2 行走轴上键的选择及校核 因无特殊要求，选用圆头普通平键，键 2570， 通常（1.61.8）d 因此，L （1.61.8）95=152171mm，取 L=70mm； 校核计算如下： 键的接触长度=L-b=70-25=45mm。键与縠的接触高度h 2=14 2=7mm； 许用挤压应力查表取=150Mpa；所以键连接所能传递的转矩为： T=d= 0.0040.040.034150=408Nm=129.68N m。 所以，以上选择的参数满足强度要求。合理。 7 滚动轴承的选择及校核 升降轴上轴承的选择及校核 选择的滚动轴承为 6315 GB/T 276 与 6317 GB/T 276 两种 轴承 6315 的校核 径向力 5 .168 2 1 2 1 VHr FFF 派生力 ，N Y F F rA dA 7 .52 2 N Y F F rB dB 7 . 52 2 轴向力 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 19 由于， dAdBa FNFF 7 . 2757 .52223 1 所以轴向力为，223 aA F7 .52 aB F 当量载荷 由于，e F F rA aA 32. 1e F F rB aB 31 . 0 所以，。4 . 0 A X6 . 1 A Y1 B X0 B Y 由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为2 . 1 p f NFYFXfP aAArAApA 04.509)(22.202)( aBBrBBpB FYFXfP 轴承寿命的校核 hh P Cr n L A h 240001098 . 3 )( 60 10 7 1 6 轴承 6317 的校核 径向力 NFFF VHrA 5 . 1418 2 1 2 1 NFFF VHrb 5 .603 2 2 2 2 派生力 ，N Y F F rA dA 443 2 N Y F F rB dB 189 2 轴向力 由于， dAdBa FNFF1081189892 1 所以轴向力为，NFaA638NFaB189 当量载荷 由于，e F F rA aA 45 . 0 e F F rB aB 31 . 0 所以，。4 . 0 A X6 . 1 A Y1 B X0 B Y 由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为2 . 1 p f NFYFXfP aAArAApA 84.1905)(NFYFXfP aBBrBBpB 2 . 724)( 轴承寿命的校核 hh P Cr n L A h 240001050 . 1 )( 60 10 7 1 6 码坯机升降机构设计码坯机升降机构设计 20 8 齿轮箱及双联轴承座的设计 本设计两样都采用 ZG230-450 材料做成，强度够，且能实现批量生产，具体参数 见零件图。 9 链轮与链条的设计 有大链轮与小链轮，传动比为 2.16，由链盘与轮毂焊接而成，链条采用 24A， 大链轮 24 牙，小链轮 11 牙，具体参数见零件图。 10 车架的设计 焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于 大的机械产品 来说可以减轻自 重，节约能量。 焊接结构强度和刚度高，结构重