机械毕业设计（论文）-码坯机提升行走机构设计【全套图纸】 .pdf

题目： 码坯机提升行走机构设计 学学 院：院： 工工 学学 院院 姓姓 名：名： 学学 号：号： 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 指导教师：指导教师： 职称：职称： 二二 0 一三一三 年年 五五 月月 目目 录录 摘 要 . i abstract . ii 第一章 绪 论 1 1.1 中国砖瓦工业发展状况分析 . 1 1.1.1 砖瓦工业现状 1 1.1.2 砖瓦工业发展形势 1 1.2 中国砖瓦机械行业发展现状及前景 . 2 1.2.1 砖瓦机械市场 2 1.2.2 自动码坯机取代人工码坯的必然性 3 1.2.3 自动码坯系统的特点 4 1.2.4 自动码坯系统遇到的挑战 4 1.2.5 自动码坯系统的发展趋势 4 1.3 本设计的主要内容 . 5 第二章 码坯机的总体设计 6 2.1 自动码坯系统介绍 . 6 2.1.1 自动码坯机结构组成 6 2.1.2 自动码坯系统流程 6 2.2 提升行走机构方案设计 . 7 2.3 码坯系统的参数设定 . 8 2.3.1 行走减速机及电机的选用参数： 9 2.3.2 提升减速机及电机的选用参数： . 9 第三章 提升行走系统设计 11 3.1 提升行走系统的工作原理 . 11 3.2 提升行走系统的组成部分 . 11 3.3 升降动力机构的设计 12 3.3.1 升降动力系统构成 12 3.3.2 减速机及电机的选用 13 3.3.3 升降齿轮传动设计及校核 13 3.3.4 升降轴 1 的设计 16 3.3.5 轴承的选用 20 3.4 行走轮组件设计 . 24 3.4.1 减速机及电机的选用 . 24 3.4.2 行走齿轮传动设计 . 25 3.4.3 行走驱动轴的设计 27 3.4.4 行走轮的设计 . 29 3.5 机架设计 30 3.6 导向杆的设计说明 . 31 3.7 配重块及保护装置的设计说明 32 第四章 设计总结 33 参考文献 34 致谢 35 i 摘摘 要要 在人力成本不断上升和科学技术发展的现状下，借助自动化设备代替人力 工作的方式日益受到现代制砖企业的青睐。传统的制砖企业通过人力将成型的 砖坯从切坯机搬运并码放到窑车上。因砖坯生产线刚生产出得砖坯湿度大、砖 坯重，单位时间砖坯产量高，需要搬运并码放到位，导致工人劳动负荷大、砖 坯码放质量不一、企业人力成本高。 对于大部分砖瓦制造企业来说，在原料处理设备和制坯生产设备都能满足 的前提下，瓶颈制约因素就是砖坯在窑车上的人工码垛。 全自动码坯机是应用在砖坯生产线的砖坯码放设备。与人工码坯方式相 比，具有生产效率高、砖坯码放质量好、程序可控等优点。 本课题在介绍码坯机的工作原理基础上，针对年产量 6000 万砖瓦制造企 业进行了码坯机的总体设计，并就码坯机的提升行走系统做了详细设计说明。 关键词：全自动；码坯机；提升；行走 砖瓦 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii abstract under the present situation of rising labor costs and the development of science and technology, more and more modern brick- making enterprises replace human work using automation equipment. brick of traditional enterprise in the shape of the tiles from the cutting machine handling and code into the kiln car through the human. brick production line has just out of adobe、 adobe heavy humidity, adobe high yield per unit time, the needs of handling and code in place, lead to high labor intensity of the workers, not a brick laying quality, corporate human cost is high. for the most part brick manufacturing enterprises, in the premise of material handling equipment and billet production equipment can meet the bottleneck restricting factors, is green on the kiln car manual palletizing. automatic laying adobe machine is used in the brick production line. compared with the manual setting mode, it has the advantages of high production efficiency, good quality, brick laying program controllable. the principle of automatic setting machine is introduced,the annual output of 60,000,000 brick manufacturing enterprises in the overall design of the automatic setting machine, and made a detailed design description the lifting and walking system. key words:automatic; setting machine;lifting;walking；brock 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 中国砖瓦工业发展状况分析中国砖瓦工业发展状况分析 1.1.1 砖瓦工业现状 结构调整步伐加快。随着国家墙体材料革新与建筑节能工作的推进，砖瓦产品 结构调整步伐加快，由粘土实心砖改产粘土、页岩多孔砖、空心砖和空心砌块，各 种利废制品（煤矸石砖、粉煤灰砖、掺工业固体废料在 30%以上的各种废渣砖） 、 蒸压灰砂（粉煤灰）制品总量呈上升趋势。目前砖瓦产品总量 10000 亿块/年，其中 粘土实心砖总量由“十一五”期间的 4800 亿块/年下降到 3800 亿块/年；烧结空心 制品、掺废渣（不含煤矸石、粉煤灰）30以上的各种废渣砖、煤矸石砖、粉煤灰 砖、灰砂砖迅速上升，由于墙改力度的加大，各种新型墙材产品总量增加，砖瓦产 品结构正发生着质的变化。 “十一五”期间共累计年节土 3.63 亿 t，年节约能源 3200 万 t 标煤，年利用废渣 3.5 亿 t，取得了较好的社会和经济效益。 生产规模发生变化。 到目前为止我国有 7 万多家砖瓦企业， 其中年产 5000 万块 标准砖以上者占 3%，年产 30005000 万块标准砖的企业占 7%左右，年产 1000 3000 万块标准砖占 20%30%，年产 1000 万块标准砖以下占 60%70%。新建烧 结利废产品生产线规模一般在年产 3000 万块以上，最大单线规模达到了年产 1.3 亿块，且多为采用掺用工业废渣生产烧结制品。国有经济的大型生产企业在逐年增 加。 1.1.2 砖瓦工业发展形势 发展循环经济，实施可持续发展战略，节约土地资源、节约能源，保护环境是 我国基本国策。加快墙体材料革新步伐，节约和保护土地资源，节约能源，资源综 合利用，是砖瓦行业生产今后必须遵循的原则。我国砖瓦行业的转型期已经到来， 企业整合，技术进步及生产高利废、高强度、同时具有多功能及符合建筑节能要求 的轻质、高强的产品一定将成为今后一阶段我们行业发展的必然之路。 我国砖瓦行业进入新世纪以来，每年总产量约 10000 亿块，基本上全部销售和 应用到各类建筑，我国目前有 7 万多家企业，平均每家企业年产量 1400 万块，现实 2 状况我国砖瓦行业大部分企业生产规模小，生产工艺、设备、技术落后面貌没有改 变。随着国民经济水平的提高和发展趋势，目前砖瓦行业落后的低素质劳动密集型 生产企业技术改造的步伐必然会加快。 前面我们谈过三个数字年总产量约 10000 亿块，7 万多家企业，平均每家企业 产量 1400 万块，基本上单打独斗的企业，这就是我们的行业。国外砖瓦行业二战以 后，与我国完全一样，经过几十年的发展整合。目前通常企业规模在 8000 万块/年 22000 万块/年，基本上是以企业集团成为一个大企业，每个企业集团都有几十家 至几百家企业，如奥地利维也纳山公司，在全球拥有 280 多家规模在年产 8000 万块/年22000 万块高质量产品的现代化生产企业， 国外发达国家砖瓦行业发展的 目前状况。非常类似我国的情况，随着我国工业化进程的加快，人口素质的提高， 目前我国低素质劳动密集型砖瓦行业必然会被全自动化现代化新型砖瓦企业所代 替，目前国外发达国家砖瓦行业现况也就是我国砖瓦行业的今后一阶段的未来。 从我国建设规模看砖瓦行业年总产量 10000 亿块每年基本产销平衡，而我国城 镇建设目前只达到 20%与发达国家 40%比还有很大空间，随着我国人民生活水平的 逐步提高，我国的基本建设已经向改善广大人民生活方向转变，特别是国务院每年 的一号文件，加强惠农和农村基本建设必将成为今后的我国基本建设的重点，我国 的新农村、小城镇、保障房和安居房建设必将会成为我国的城镇建设的最重要的方 面，近些年砖瓦价格持续走高，就反应上述建设效应，总的看我国砖瓦行业年总产 量 10000 亿块 5 到 10 年不会下降， 那么行业如果要达到年 10000 亿块的总产量， 就 需现代化生产企业即 8000 万块/年左右规模的现代化企业 12000 家以上才能满 足，而目前行业能够基本达到规模化和装备基本自动化的生产企业，不足 2000 家， 行业基本上没有企业集团和上市公司，行业发展面临多重压力，企业整合，技术进 步及节能环保必然成为行业发展的重中之重。 1.2 中国砖瓦机械行业发展现状及前景中国砖瓦机械行业发展现状及前景 1.2.1 砖瓦机械市场砖瓦机械市场 众所周知，改革开放 30 年来，我国国民经济发生了重大变化，取得了辉煌的成 就。在这 30 年的发展过程中，中国砖瓦工业也发生了巨大变化，在国家产业政策的 指导下，砖瓦行业是从一个手工作坊式和半机械化生产发展到现在有人工控制、自 3 动化生产，从单一粘土实心砖产品发展到多品种、多功能具节能、节地、利废、环 保的新型墙体材料，砖瓦产品结构进行了大调整，多孔砖、空心砖、空心砌块、墙 体装饰板、清水墙装饰砖、地砖等等，满足了各类建筑的需求。砖瓦机械的总体水 平也在快速提升，不仅满足国内城乡基本建设市场的需求，同时走出国门，服务于 不同的国家和地区。30 年的发展，中国砖瓦工业已经成为国民经济建设中不可缺失 的一个工业门类，在新世纪里将更加显现出新的活力。特别是在推动农村城市化、 住宅产业化、建筑节能化、环境绿色化的发展进程中，在建设资源节约型、环境友 好型、 生活小康型社会和当前拉动内需的建设中发挥着重要的生力军作用。 砖瓦发 展，装备是要素是基础，在每一个重大的发展阶段，砖瓦机械都起到了先行军的重 要作用，推动着砖瓦行业的技术进步。 从上世纪八十年代我国引进国外技术开始，随着我国墙改政策和墙材政策的不 断革新和发展，我国制砖设备的一些厂家或是通过引进消化吸收国外技术，或是自 主创新，使制砖设备更新换代，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就改善了过去轮窑、 小窑的操作环境和 操作水平；成型设备-双极真空挤出机（软塑、半硬塑、硬塑）使产品质量得到了极 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使用。与此同时， 另一项运行可靠、 技术先进的码坯设备-自动码坯机。 它目前也在很多新建砖厂中应 用，但没有达到普遍应用。 1.2.2 自动码坯机取代人工码坯的必然性 在加快城乡建设一体化和棚户区改造的新形势下，在节能环保、推广使用新型 墙体材料的大环境下，我国砖瓦行业的生产也加快了发展步伐。随着科学技术的不 断进步，经济实力的不断提升，生产力水平不断提高，砖瓦生产企业正朝着出砖产 量高、自动化程度高、管理水平高的方向发展。对于年产量为六千万块（拆标砖） 以上的砖瓦企业来说，在原料处理设备和制坯生产设备都能满足的前提下，瓶颈制 约因素就是砖坯在窑车（或干燥车）上的人工码垛。无论是一次码烧还是二次码烧 工艺，年产量在六千万块（拆标砖）以上，砖坯码垛每班需要配备 8 人至 12 人。在 当前劳动力日渐紧张、人员工资日渐提升的背景下，砖瓦生产企业的管理难度越来 越大。因此，在砖瓦生产企业推广使用自动码坯系统是解决上述瓶颈因素的良策。 使用人工码坯受人的影响非常大，一旦码坯工人人数不够，必然会导致产量的 4 降低，而使用码坯机则不会有这样的影响；此外，每个工人在码坯过程中拿坯的力 量、方式及码垛时的位置都不可能完全一致，对坯体质量也会有影响，而且在坯垛 从向上砖坯之间的缝隙很难保证一致是通缝，这样入窑后在窑的断面上增大了通风 的阻力，影响通风，烧结过程对砖的外观质量有一定影响。应用码坯机会减小破损 率和提高砖的质量。因此，用自动码坯机代替人工码坯势在必行，是将来发展的必 然趋势。 1.2.3 自动码坯系统的特点 自动码坯系统是集机械、气动、电控于一体的高科技新产品。该系统应用于生 产实际中能表现出：码坯产量高、适应能力强、运行可靠稳定、操作维护方便等特 点，取代人工码放码砖的作业，极大改善生产和现场管理环境，适合我国真空挤出 砖坯码放生产的现状，是值得应用推广的码坯码放生产设备。具体来说，自动码坯 系统处理砖坯年产 6000 万块（标砖）以上，正常生产中可以取消原有的码坯人员， 值守人员需 3 名左右。 如果再选配国内品质好的电器控制元件， 系统运行安全可靠、 抗干扰能力强。操作过程采用触摸屏显示，实现人机会话，使控制和调整简单易行。 因此，性价比高，投资回报率高。 1.2.4 自动码坯系统遇到的挑战 根据市场经验调查结果显示，自动码坯系统一般会遇到以下几个问题： 1、客户的个性化需求，如老砖厂改造中布局的变化，配套的设备，长方形窑车 中砖坯的码放等。 2、码放坯垛的稳定性； 3、夹码的砖型的多样性。 1.2.5 自动码坯系统的发展趋势 自动码坯系统结构简单，动作灵活准确，工艺顺畅，既可实现完全自动化控制， 也可以实现人工控制，生产效率高，维护使用方便，价格适中，可大幅度降低工人 的劳动强度。 5 自动码坯系统还具有完善的机械结构和电、气控制系统，确保了码坯的稳定性 和可靠性。 总之，自动码坯系统结构设计合理，生产工艺先进，夹运砖坯力度合适、移动 平稳、落位准确，市场竞争力大，具有良好的经济效益和社会效益。随着市场认知 度的提高，市场推广应用前景广阔。 1.3 本设计的主要内容 码坯机系统包括编组部分、码坯机架、行走及提升架、旋转机构、码坯夹盘、 气动系统和 plc 自动控制系统等组成。 本论文主要针对码坯系统中提升行走系统展开设计，其主要内容： 1、 介绍码坯机系统的工作原理。 2、 针对年产 6000 万砖厂使用码坯系统的总体设计。 3、 对提升行走系统进行整体详细设计，同时对每个部件进行受力、和结 构分析及校验。 6 第二章第二章 码坯机的总体设计码坯机的总体设计 2.1 自动码坯系统介绍自动码坯系统介绍 自动码坯系统是通过可编程序控制器， 自动执行所编制的运行程序来完成成型 砖坯由夹坯、分坯、码垛于一体的全过程。它主要适用于一次、二次码烧隧道窑中 的砖坯自动码放，一般采用较先进的 plc 集中控制，行走旋转采用变频控制、升降 夹坯采用液压控制、分坯运用数字技术，具有高效节能、维修简单、成本低廉、运 行可靠等特点，全自动码坯系统代表着目前国际先进水平。 2.1.1 自动码坯机结构组成自动码坯机结构组成 码坯机系统主要由编组部分、 码坯机架、 行走及提升架、 旋转机构、 码坯夹盘、 气动系统和 plc 自动控制系统等组成。 2.1.2 自动码坯系统流程自动码坯系统流程 成型泥条从真空挤出机挤出后， 经切条机自动将其分割成一段一段的泥条送往 切坯机。由切坯机推坯板推送泥条，泥条经过斜拉的钢丝切成成型砖坯。整条成型 砖坯落在接坯机上往前送， 而两侧的泥头分别落到回坯带上,并在其运送过程中自动 完成编组、使砖坯排列整齐至皮带机上。按照阵列编组要求自动完成砖坯排布，供 自动码坯机来夹取。 图 2-1 码坯系统 7 码坯机依照编制好的程序自动执行夹、运、码等工作。将夹取的砖坯运送至窑 车（或干燥车）的放坯位进行逐层的自动码垛，直到一辆窑车（或干燥车）码满为 止，这样就完成了自动码坯系统的整个工艺流程：切坯机把切好的砖坯推到步进机 上，待整个步进编组完成后，夹盘到达预定夹坯位置，夹盘夹具工作，夹起砖坯， 接着由电机提升夹盘至预定高度，分坯系统工作，分坯缸伸出，对砖坯进行分缝动 作，砖坯分缝完成后，行走装置驱动码坯机行走至窑车正上方，然后夹盘下降至预 定放坯高度，夹盘夹具张开把砖坯码放在窑车上，码坯机完成一次自动码放砖坯的 过程，第二次码放旋转系统完成转向 90，形成十字交叉。经过上述动作循环，即 完成窑车的全部码坯工作。 2.2 提升行走机构方案设计提升行走机构方案设计 码坯机用于搬送砖坯到窑车上，由于窑车上砖的码放总共有 14 层，即每一个工 作周期内其提升下降行程不一样。在编组机构和窑车之间码坯机的两个工作位置必 须与窑车轨道保持垂直，即码坯机行走轨道与窑车轨道垂直。 为实现搬送和层层码放的功能，设计如下提升行走机构： 1-行走减速电机 2-行走主动齿轮 3-行走轴 4-行走从动齿轮 5-链轮 6-升降轴 7-提升传动齿轮 8-提升链轮 9-提升减速电机 10-机架 11-行走轮 图2- 2 行走、升降机构结构简图 8 2.3 码坯系统的参数设定码坯系统的参数设定 码坯系统工作效率直接影响着制砖成本的高低，其工作效率越高，其砖坯单位 数量能耗越低，反之，其工作效率越低，其砖坯单位数量能耗越高。现以年产量为 6000 万块砖的工厂设定： 按照建材生产企业每年工作 11 个月、码坯系统及配套砖坯生产系统每天工 作 8 小时为准，其每小时产量应为 60000000 20000 330 8 = 块/小时 国家标准砖体尺寸： 24011553mm 码坯机一层码坯数量： 279=243 块 完成一次码坯，码坯机所耗时间： 243 360043.7s 20000 = 码坯机完成一次码坯其动作流程如图 2- 3： 图 2- 3 码坯机工作流程 完成一次码坯，所耗时间包括：码坯机分坯以及夹、放坯时间等。所以设定码 坯提升和行走消耗时间为 31.6s 码坯机提升高度（按最高点计算） ：14115=1610mm=1.6m 码坯机行走路程长度：3m 由于考虑到码坯机运行过程中的定位误差和重复定位误差，最终估算设定：码 坯机行走速度为 1m/s,升降速度为 0.25m/s （1.640.25）+（321）=31.6s （2- 1） 设定码坯机定位误差和重复定位误差：30003mm 由每块砖湿坯时重量 3.5kg，则一层砖坯重量为：2433.5=850.5kg，考虑夹盘 机构设计 3t，配重设计 1t。 总重量设为 10t 下降 夹坯 上升 行走 下降 放坯 原点 上升 行走 下降 9 2.3.1 行走减速机及电机的选用参数行走减速机及电机的选用参数： 设定行走轮直径为 250mm 行走工作所需转速： rmin =vd=76.4n 行行 (2- 2) 大概传动比（齿轮传动比设为 1） ： 1 1440 i =18.5 76.4 (2- 3) 35 f=mg=10 1010=10 n (2- 4) 53 f= mg=0.018 10 =1.8 10 n 行走 (2- 5) (查资料钢轮和钢轨滚动摩擦系数为 0.0160.02，在此取 0.018） 1 p =fv =1.8kw 行行 ， 1 p=1.8 0.9=2kwp 行走总 (2- 6) 2.3.2 提升减速机及电机的选用参数：提升减速机及电机的选用参数： 设定升降轮直径为 190mm 升降工作所需转速： r min n=vd=25.1 升降升降 (2- 7) 升降减速机输出转速（齿轮传动比设 1） ： r min n=25.1 1=25.1 大概传动比： 2 i =1440 25.1=57.1 升降机构： 10 f+g=g+g 配重升降砖坯夹盘机构 (2- 8) 3 f=g+gg=3+1=n 配重升降砖坯夹盘机构 1.5 2.5 10 3 2 p =fv=2.5 100.25=6.25kw 升降升降 2 p=p=6.25 0.9=6.94kw 升降总 11 第三章第三章 提升行走系统设计提升行走系统设计 3.1 提升行走系统的工作原理提升行走系统的工作原理 在搬运砖坯的过程中，采用行走减速电机带动齿轮啮合，传动至整个行走 小车使得码坯机得以左右行走。到达预定位置时，通过电磁制动，电机停止转 动，使小车精确落位。 提升机构的作用使整个夹盘上升下降，其工作原理如下：减速电机带动提 升轴转动，同时通过提升轴上的啮合齿轮作用，使得两根提升轴做相对转动， 同时轴端提升链轮带动链条，链条一头连接夹盘，一头连接配重块。通过减速 电机的正反转，使夹盘的上下升降得以实现。 3.2 提升行走系统的组成部分提升行走系统的组成部分 提升行走系统主要由提升机构、行走机构、车架、导向杆、链条、配重块、 保护装置组成。如图（3-1） ： 图 3-1 提升行走系统 12 3.3 升降动力机构的设计升降动力机构的设计 升降动力机构是用来给夹盘提供一个稳定的上下运动的一个机构。是码坯 系统中最主要的一部分。 图3- 2 提升系统三维示意图 3.3.1 升降动力系统构成升降动力系统构成 图 3- 3 升降动力机构结构简图 13 图 3- 3 为升降动力机构结构简图，包括减速电机，提升轴、提升链轮、齿 轮、轴承座、链轮组件等。 3.3.2 减速机及电机的选用减速机及电机的选用 根据式（2- 7） 、 （2- 9）得出减速机的输出扭矩为： 3 9550 10 p t n =2754.8n m 查找相应资料，确定选用 7.5kw 电磁式三相异步制动电机，减速机选用 k 系列 斜齿-螺旋锥齿轮减速机，传动比为 55.5。 减速机型号为:kw107- 56.37- yej7.5- b31- 90- 4p。 k 系列斜齿-螺旋锥齿轮减速机具有体积小，重量轻，传递转矩大，性能优越等 特点，是一种新颖减速传动装置。高刚性箱体，优质合金钢的齿轮与齿轮表面经渗 碳淬火，齿面经高精度磨齿加工，传动平稳噪音低，承载能力大，耗能低，传动效 率高，温升低，寿命长等特点。 图3- 4 k 系列斜齿减速机结构 其主要外形尺寸及安装尺寸如下： 1 12 340;270;503;315;33; 350;360;95;90;25; aahhs qkkdb = = 3.3.3 升降齿轮传动设计及校核升降齿轮传动设计及校核 传动装置预期使命 8 年，单班制，传动尺寸无严格限制，无严重过载。 设定升降机构传动比 i=1，则两齿轮结构材料完全相同。采用 7 级精度标准齿 轮传动。齿轮材料选用 45 钢，锻件，调质 230250hb，齿面粗糙度 6.3。 接触疲劳强度设计计算： 14 2 3 21 eh dh z z z z kt d + （3- 1） 式中： 齿数比1i = =； 齿宽系数1 d =； 载荷系数： av kk k k k =； 工况系数1.25 a k =，动载系数1.05 v k =； 齿向载荷分布系数1.15k=， 载荷分配系数1k=，初值1.53k = 齿轮转矩： 3 9550 10 p t n =2754807.69n mm （3- 2） 材料弹性系数 2 189.8 e zn mm= 重合度系数 4 0.868(1.74) 3 z = 节点区域系数h=2.5 z 螺旋角系数z 1 = 许用接触疲劳应力 lim min hn h h z s = 齿轮接触寿命系数 n z1= () 2 hlimh min 720n /s1mm=齿轮接触疲劳极限应力，最小许用接触安全系数 可得，许用接触疲劳应力： lim min hn h h z s = 2 720n / mm= （3- 3） 将上述所有参数值代入式（3- 1） ，得159.34dmm，取240dmm=，模数 6 d m z =，中心距0.5 2240admm=，齿宽240 d bdmm= 15 1、相关参数的修正 齿轮圆周速度： 0.65/ 60 1000 dn vm s = （3- 4） 与初估0.5m/s 相符，z=40未变。故 v k值无需修正。k 及其他参数均未变，无 需修正；直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸及参数保持不变。 2、弯曲疲劳强度校核 2 ffasaf n kt y y y y bdm = （3- 5） 式中： 1.53k = 2754807.69tn mm= 240bmm= 240dmm= 6 n m = 齿形系数 2.4 fa y= 应力修正系数 1.68 sa y = 重合度系数： 12 0.7511 0.250.6891.883.2cos1.71 zz y =+=+= （） （3- 6） 螺旋角参数： y1=1 120 = （3- 7） 许用弯曲疲劳应力： 2 flimn f min y y =410/ x f nmm s = （3- 8） () fxn min s1y1y1=最小许用弯曲安全系数，尺寸系数，弯曲寿命系数 16 将上述参数值代入式（3- 5） ，得： 22 f 67.76n/mm410/n mm = 满足弯曲疲劳强度。 3、齿轮结构设计 齿轮结构如下图所示： （具体尺寸见设计图纸） 图3- 5 升降传动齿轮 4、润滑 选择工业齿轮油 n320。 3.3.4 升降轴升降轴 1 的设计的设计 设升降齿轮传动比为 40 40 升降轴n升降=26r/min1=26r/min 1、材料的选择 设计行走轴为实心轴，材料选择为45号钢，调质。查资料得： 22222 11 650/;360/;300/;155/;390/ bsb n mmn mmn mmn mmn mm = 2、轴径概略计算 按转矩 t 来计算，许用扭转应力 予以降低，以补偿弯矩的影响。对于实心 轴，其强度条件式为： 17 3 3 9550 10 0.2 t p t n mpa wd = （3- 9） 改写成计算轴的直径的设计计算公式则为： 3 33 33 9550 10 .() 0.20.2 tpp dcmm nn = （3- 10） 式中： t工作扭矩()n mm； t w 轴的抗扭截面系数( ) 3 mm ； p轴传递的功率（kw)； n轴的转速（r/min） ； c许用扭转应力 有关的系数。 对于45号钢，c=107- 108 2 (4030/)n mm =。在此取 =35，可得到 d69.4mm。 由上图可知，考虑轴上减速机107kw的安装：轴伸尺寸90,25dmm bmm=， 以及便于轴系零件的装拆，采用阶梯轴结构，各轴段的直径和长度等如下确定。 （参 看结构设计） 3、结构设计 各轴段直径设计:（如图，从右往左） 图3- 6 升降轴1 最小安装在联轴器上 1 70dmm= 链轮安装轴段 2 75dmm= 齿轮安装轴段 3 80dmm= 减速机安装轴段90dmm= 18 链轮安装轴段 5 75dmm= 联轴器安装轴段 6 70dmm= 各轴段长度设计： 1 70mm=l， 2345 85,60,645,70,70mmmmmmmmmm=lllll 4、强度校核 根据轴的结构,弯矩图如下所示：根据合成弯矩: 22 dhdv mmm=+ （3- 11） 22 1002487.55276251132858.92 a a mn mm =+= 22 1039775547251174995.6 b b mn mm =+= 扭矩： 6 9.55 102754807.7 p tn mm n = （3- 12） 当量弯矩： () 2 2 e mmt=+ （3- 13） - 1 b +1 b =0.27 为转化系数，对于稳定不变的扭矩， 19 图3- 7 升降轴1剪力、弯矩图 ()() 22 1174995.6(0.272754807.7)1851927.5 ee maambbn mm当： （3- 15） 当量静载荷： 0 yf rr pf =+ （3- 16） 2、轴承工作能力的校核 由公式可求得，轴承当量动载荷： 1121 0.6528315.875 rr pfy fn =+= 2222 0.6528034.125 rr pfy fn =+= 12rr pp 所以按考虑。且当量动载荷为：28315.9，当量静载荷： 101 24120 rrr ffy fn =+= 21 28315.975000 r c （3- 18） 满足要求，合格。 3.3.6 链轮组件设计 轴的设计 1、材料的选择 设计行走轴为实心轴，材料选择为45号钢，调质。查资料，得： 22 222 11 650/;360/; 300/;155/;390/ bs b n mmn mm n mmn mmn mm = = 2、轴径概略计算 按转矩 t 来计算，许用扭转应力 予以降低，以补偿弯矩的影响。对于实心 轴，其强度条件式为： 3 3 9550 10 0.2 t p t n mpa wd = （3- 19） 改写成计算轴的直径的设计计算公式则为： 3 33 33 9550 10 .() 0.20.2 tpp dcmm nn = （3- 20） 22 式中： t 为工作扭矩（n.mm） ；错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。为轴的抗扭截面系数（mm） ；p 为 轴传递的功率（kw)；n 为轴的转速（r/min） ；c 为许用扭转应力有关的系数。 对于 45 号刚，c=107- 108; 30 40 =错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。在此取 35 =错误！ 未找到引用源。 错误！ 未找到引用源。 在此 t 为错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。可求得40.6dmm错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。 1、结构设计（具体尺寸见图纸） 图3- 9 链轮轴 2、强度、刚度校核 链轮组件轴强度、刚度校核步骤同升降轴，在此就不文字说明，校核结果合格。 链轮的设计 1、 材料的选择 选择45号钢，调质 hb235。 2、轮径概略计算 因链条选择为滚子链16a （标准件） ， 节距25.4pmm=， 滚子外径15.88 r dmm=， 排距29.29 t pmm=,内链板高度 max 24.13hmm=。则链轮齿数17z =。 所以可求得：分度圆直径： 25.4 =138.3mm 180 sin10.6 sin z p d = （3- 21） 齿顶圆直径: max1 1.25154.17 a ddpdmm=+= （3- 22） min1 1.6 (1p145.43 z a dddmm=+=） （3- 23） 齿根圆直径： 23 1 138.3 15.88122.42 f dddmm= （3- 24） 分度圆弦齿高： max1 0.8 (0.625)0.59.13 a hpdmm z =+= （3- 25） min1 0.5()4.76 a hpdmm= （3- 26） 最大齿根距离，偶数齿： 122.42 xf ldmm= （3- 27） 齿侧凸缘（或排间槽）直径： 2 180? cot1.040.76109.87 g dphmm z = （3- 28） 2、链轮结构 链轮结构如下图所示： （具体尺寸见设计图纸） 图3- 10 链轮齿轮 轴承座的选用 链轮组件中，轴承的选用步骤同升降系统的轴承选用一样。最终确定选用带座 球轴承 ucp208。 平键的设计 24 根据前面链轮组件轴的结构设计，选用平键。 。具体结构参看图纸。 则健的工作长度： (74 14)60llbmm= （3- 29） 转矩，查表，取平键连接许用挤压应力。 44 470000 77.4 45 9 60 pp t dhl = （3- 30） 满足挤压强度。 3.4 行走轮组件设计行走轮组件设计 行走轮组件是用来提供小车行走的动力的装置，其由电机提供动力，通过 减速机带动主动齿轮，与传动齿轮啮合，带动行走轴的转动。 图 3-11 行走轮组件三维示意图 3.4.1 减速机及电机的选用减速机及电机的选用 根据式（2- 3） 、 （2- 6） ， p行走=2kw，i1=18.82。 9550 258 p tn m n =g 选择摆线针轮减速机：bwd2- 17- 2.2 根据使用场所及应用特点，电机选用 2.2kw 电磁式三相异步制动电机： yej100l2- 4- 2.2 b 系列摆线针轮减速机具有高速比和高效率。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 25 摆线针轮减速机适用于 24 小时连续作制，并允许正反向运转。 3.4.2 行走齿轮传动设计行走齿轮传动设计 同升降齿轮，传动装置预期使命8年，单班制，传动尺寸无严格限制，无严重过 载。因设定升降机构传动比 i=1，则两齿轮结构材料完全相同。采用7级精度标准齿 轮传动。齿轮材料选用45钢，锻件，调质230250hb，齿面粗糙度6.3。 1、接触疲劳强度设计计算： 2 3 21 eh dh z z z z kt d + （3- 31） 式中： 齿数比1i = = 齿宽系数1 d = 载荷系数 av kk k k k = 工况系数1.25 a k =，动载系数1.05 v k = 齿向载荷分布系数1.15k=， 载荷分配系数1k=，初值1.53k = 齿轮转矩： 3 9550 10 p t n =238750n mm （3- 32） 材料弹性系数 2 189.8 e zn mm= 重合度系数： 4 0.868(1.74) 3 z = （3- 33） 节点区域系数 h=2.5 z 螺旋角系数z 1 = 许用接触疲劳应力 lim min hn h h z s = 齿轮接触寿命系数 n z1= 26 2 hlim h min 720n / s1 mm= = 齿轮接触疲劳极限应力， 最小许用接触安全系数 可得，许用接触疲劳应力： lim min hn h h z s = 2 720n / mm= （3- 34） 将上述所有参数值代入式（3-21） ，得 159.34dmm ，取 240dmm= ，则模数 6 d m z = ，中心距 0.5 2240admm= ，齿宽 60 d bdmm= （查表，齿宽系数 取0.25 d =错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 ） 2、 相关参数的修正 齿轮圆周速度： 1.10/ 60 1000 dn vm s = （3- 35） 与初估1m/s 相符，z=40未变。故 v k值无需修正。k 及其他参数均未变，无需 修正；直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸及参数保持不变。 3、 弯曲疲劳强度校核 2 ffasaf n kt y y y y bdm = （3- 36） 式中： 1.53k = 238750tn mm= 240bmm= 240dmm= 6 n m = 齿形系数2.4 fa y= 应力修正系数1.68 sa y = 重合度系数： 12 0.7511 0.250.6891.883.2cos1.71 zz y =+=+= （） （3- 37） 27 螺旋角参数： y1=1 120 = （3- 38） 许用弯曲疲劳应力： 2 flimn f min y y =410/ x f n mm s = （3- 39） () fxn min s1y1y1=最小许用弯曲安全系数，尺寸系数，弯曲寿命系数 将上述参数值代入式（3- 26） ，可得： 22 f 5.87n/mm410/n mm =，满足弯曲 疲劳强度。 4、 齿轮结构设计 齿轮结构如下图所示：（具体尺寸见设计图纸） 图3- 12 行走齿轮 5、 润滑 选择工业齿轮油 n320。 3.4.3 行走驱动轴的设计行走驱动轴的设计 因为行走齿轮传动比为1 则行走轴 n行=88r/min1=88r/min 28 1、材料的选择 设计行走轴为实心轴，材料选择为45号钢。 2、轴径概略计算 按转矩 t 来计算，许用扭转应力 予以降低，以补偿弯矩的影响。对于实心 轴，其强度条件式为： 3 3 9550 10 0.2 t p t n mpa wd = （3- 40） 改写成计算轴的直径的设计计算公式则为： 3 33 33 9550 10 .() 0.20.2 tpp dcmm nn = （3- 41） 式中：t 为工作扭矩()n mm； t w 为轴的抗扭截面系数( ) 3 mm； p 为轴传递的功率（kw） ； n 为轴的转速（r/min） ； c 为许用扭转应力 有关的系数。 对于45号刚，c=107- 108 2 (4030/)n mm =。在此取 =35，可得到 30.7dmm。 3、结构设计 各轴段直径设计： （如图，从右往左） 图3- 13 行走轴 行走轮轴段 1 85dmm= 衬套、轴承轴段 2 90dmm= 光轴段95dmm= 齿轮、衬套、轴承轴段 3 90dmm= 29 行走轮轴段 4 85dmm= 各轴段长度设计： 1234 89,245,89,340,89mmmmmmmmmm=lllll 4、强度、刚度校核 行走轴的强度刚度校核步骤同前升降轴校核，在此不作文字说明。 校核合格。 3.4.4 行走轮的设计行走轮的设计 行走轮在轻轨上行走，根据重定位原则在一边采用 u 槽形轮，另外一边采用 平面轮。 1、 材料的选择 查找相关工程材料资料，决定行走轮材料选用 zg45，调质。其抗拉强度，屈服 强度，延伸率，冲击韧性。 2、轮径概略计算 由轴设计知，轴径85mm 用于行走轮。则设定轮中心孔直径85mm，则轮径设为 280mm。且因为滑槽因素，设定轮槽深为30mm。 3、结构设计 行走轮结构如下图所示： （具体尺寸参看设计图纸） 图3- 14 行走轮 2、 轴承座的选用 30 根据行走轴的设计结构，查相关资料决定选用 ucp318带座球轴承。 3、 平键的设计选择 根据行走轮轴组件的结构设计。查机械设计手册，平键连接标准尺寸表，选用 平键： 2214用于行走轮和轴；2514用于齿轮和轴的配合。 行走轮和轴：长 l=85 mm,轴 t=9 mm, 毂 t1=5.4 mm 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。 齿轮和轴：长 l=55 mm,轴 t=9 mm, 毂 t1=5.4 mm 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 。 具体结构参看图纸。 则键的工作长度： (8522)63llbmm= （3- 42） 转矩，查表，取平键连接许用挤压应力。 44 240000 12.8 85 14 63 pp t dhl = （3- 43） 满足挤压强度。 （齿轮和轴的配合平键同理） 3.5 机架设计 1、机架结构设计 机架采用框架结构。框架结构又称架构式结构，是指由梁和柱以刚接或者铰接 相连接而构成的承重体系结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水 平载荷和竖向载荷。它空间分隔灵活，自重轻，节省材料。可以较灵活的配合较大 结构的布置。 2、机架材料选择 本机构的基准件为机架。机架材料选择为 q235，矩形空心型钢管。碳素钢是机 械工业中应用最广的材料，其强度、韧性、塑形都比铸铁高，并能用热处理等方法 来改善其加工性能和机械性能。钢零件的毛坯可用碾轧、锻造、冲压、铸造或焊接 等方法获得。q235 主要用于工程结构。在此选用规格：高 120mm、宽 60mm、厚 5mm。 31 其结构形式下图所示： （具体尺寸见设计图纸） 图3- 15 机 架 3、机架制造工艺设计 制造工艺选择焊接。 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，结构重量轻，成本低，生产周期短，可靠性好， 而且施工简便。即机架极大部分都采用焊接。 焊接要求全部为平焊，无焊缝，无裂纹，表面平整，垂直度和平行度要求要达 标，严格按照工艺流程规定进行焊接。 4、机架导向装置的设计说明 导向装置采用自润滑轴承，为减小导杆在导孔中运动的摩擦。 5、支撑方管的设计说明 支撑方管材料也选择 q235 圆管，要保证四个轴心线相互平行，并与机架底平 面垂直。 3.6 导向杆的设计说明 导向杆是用于夹盘升降的定位装置，采用四根导向杆在机架导向装置中滑 32 动、限制了夹盘的 5 个自由度，使夹盘在行走机构移动的时候不会晃动。 导向杆采用圆管进行加工