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圆环链条自动联环机设计
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圆环链条自动联环机设计,圆环链条自动联环机设计
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1 圆环链条自动联环机 摘 要 本毕业设计是一个圆环链条自动联环机的设计。首先，对圆环链条自动联环机作 了简单的概述；接着分析圆环链条自动联环机计算方法的选择原则，根据这些设计准 则与计算基础的设计；然后检查联环装置的主要部件的选择。普通型圆环链条自动联 环机由六个主要部件组成，目前，自动化机械向长距离，高速度，低摩擦的方向发展。 近年来，圆环链条自动联环机就是其中的一个。在设计中，该圆环链条自动联环机的 研制与应用，我国与国外先进水平相比仍有较大差距，在过程中的国内设计和圆环链 条自动联环机的制造中存在着许多问题。圆环链条自动联环机设计代表了设计的一般 过程，对今后的设计工作的选择有一定的参考价值。 关键词：圆环链条自动联环机；联环机构；电机；联环装置 2 Ring chain automatic link machine Abstract This graduation project is the design of an automatic link machine with circular chain. Firstly, a brief overview of the automatic ring linkage is given. Then, the selection principles of the calculation methods of the automatic ring linkage are analyzed. Then, according to these design criteria and the design of the calculation basis, the selection of the main components of the coupling device is checked. Ordinary ring chain automatic linking machine consists of six main components: at present, ring chain automatic linking machine is developing towards the direction of long distance, high speed and low friction. In recent years, ring chain automatic linking machine is one of them. In the design, the development and application of the automatic link machine for circular chain still lags far behind the advanced level of foreign countries. There are many problems in the process of domestic design and manufacture of the automatic link machine for circular chain. The design of automatic link machine for ring chain represents the general process of design, and has certain reference value for the selection of future design work. Key words: motor link device of automatic; link mechanism of ring chain 3 目 录 摘 要 1 Abstract.2 1.绪论.6 1.1 课题研究的背景 .6 1.2 国外研究现状.6 1.3 国内研究现状.7 1.4 制链行业技术现状、存在的问题与发展趋势 .8 1.4.1 制链行业技术现状8 1.4.2 存在的问题 .9 1.4.3 制链技术的发展趋势 .9 1.5 研究内容10 1.5.1 联环装置旋转装置10 1.5.2 联环装置10 1.5.3 移动机构10 1.5.4 进给系统垂直移动机构10 1.6 研究方案11 1.6.1 总体方案11 1.6.2 联环移动机构11 1.6.3 电机控制部分12 1.6.4 拟采取的技术措施12 2.圆环链条自动联环机材料介绍及选择 .13 2.1 按品质分类13 2.2 按化学成份分类13 2.3 按成形方法分类13 2.4 按金相组织分类13 2.5 按用途分类13 2.6 综合分类14 4 2.7 按冶炼方法分类14 3.圆环链条自动联环机主要零部件设计计算 .16 3.1 圆环链条自动联环机支架断面设计方式16 3.2 整体机架强度的计算17 3.3 支架变形度计算20 4.联环装置的设计方法 .23 4.1 联环装置旋转装置23 4.2 联环装置的设计23 4.3 联环装置中央断面设计24 5.进给系统的垂直移动机构的设计 .25 5.1 进给系统的垂直移动机构25 5.2 最大歪斜侧向力25 5.3 联环装置中央断面合成应力25 5.4 电机部分设计 26 6.圆环链条自动联环机装配图 .27 7.轴与齿轮结构设计 .28 7.1 齿轮参数确定28 7.1.1 高速级参数计算28 7.1.2 低速级参数计算32 7.2 受力分析与静强度校核32 7.2.1 受力分析32 7.2.2 低速级外啮合齿面静强度计算33 7.3 齿轮传动强度的校核计算34 7.3.1 齿面接触强度的校核计算34 7.3.2 齿根弯曲强度的计算35 7.4 主轴初步结构设计36 7.4.1 轴的分类和特点36 7.5 轴的设计计算37 7.5.1 固定板轴的设计计算37 7.5.2 轴的结构设计37 5 7.5.3 轴的强度计算42 7.5.4 主动固定板轴的设计计算42 7.6 传动结构及设计 .43 8.圆环链条自动联环机的组装要求及操作方式 46 8.1 圆环链条自动联环机的安装注意事项46 8.2 圆环链条自动联环机的试验要求46 参考文献 .47 外文文献 .49 中文译文 .56 致谢 .60 6 1.绪论 1.1 课题研究的背景 链条作为一种兼有齿轮传动和带传动特点的机械基础部件，在工程实际中有非常 广泛的应用。从吊装、汽车防滑到冶金矿山、农业机械、石油化工等关乎国家经济命 脉的支柱产业，链条都有不可替代的重要作用。而且随着煤矿规模的不断扩大，采煤 设备也向大型化、高功率、高强度方向发展。特别是刮板运输机所安装电动机的功率 越来越大，刮板的强度也越来越高。因此作为刮板输送机上的关键传动部件矿用高强 度圆环链的规格也越来越大，要求链条级别也越来越高，新的链条钢种和新的链环形 状和链条的结构形式的出现，促使制链设备不断更新换代和新的制链工艺和技术也得 到相应的快速发展。近年来科学技术发展迅猛，机械制造技术和自动化技术也在快速 发展，根据现代化市场的需求，机械制造业和自动化技术已经紧密联系在一起。制造 自动化技术的先进性有目共睹，它是先进的制造流程工艺、计算机技术等多个系统学 科的结合应用，自动化的内容还是以计算机技术的应用为主要元素。 圆环链条自动联环机是工厂企业普遍应用的联环设备，用作联环之用。联环设备 技术水平的高低和质量的优劣，关系到工艺效果的好坏、生产效率的高低和能源节省 的程度，从而直接影响企业的经济效益。而圆环链条自动联环机以它结构简单、处理 能力大、工作可靠等优点在所有联环设备中占有绝对优势，其占有量约为 95。最近 几年，各国对圆环链条自动联环机分技术的研究很重视，如强化联环参数，设备大型 化，零部件的化，自同步技术的推广应用，新联环机的出现等都是围绕着圆环链条自 动联环机发展起来的。下面就圆环链条自动联环机发展概况、品种规格、结构强度作 一下阐述。 1.2 国外研究现状 国外从 16 世纪开始联环设备的研究与生产，在 18 世纪欧洲工业革命时期，联环 设备得到迅速发展，到本世纪，联环设备发展到一个较高水平。 技术水平较高，较全的 RD 公司生产 200 多种联环设备，通用化程度较高，MJ 公 司和海因勒曼公司都研制了双倾角的联环设备。美国 DE 公司新研制 FF 型双频率联环， 采用了不同速度的联环器。CT 公司研制成三路分配器给料，一台高速电机驱动。日本 7 东海株式会社和 XX 公司等合作研制了垂直料流联环，把旋转运动和旋回运动结合起 来，对细料一次分级特别有效。 2005 年以前，上述这些公司已经陆续攻克了高难度的 42mm、50mm 宽带链 的 制造，经过现场试验，强度级别接近 1000n/mm2，开始了井下扩大应用和产品推 广。 近些年德国 Hteter 链条公司、德国 jdt 链条公司正在抓紧研制 56mm、60mm 的矿用链条，初步样品已在 2010 年国际煤炭技术装备展览会上展 出。目前，国际上矿用链条的发展趋势是：超大规格、高级别、高可靠性。国外制链 流程为下料加热锻制整形热处理测试等，各种规格的产品质量稳定，普遍 好于国内，主要表现在外观表面光滑、尺寸偏差小，性能强度高、有韧性等。集中体 现在： （1）加工技术先进。严格执行各工序规程，把好模具尺寸关，确保了产品的精度。 （2）设备管理水平高。设备的维护保养得到有效落实，确保了产品质量。 （3）全过程控制产品质量。 1.3 国内研究现状 由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国联环设备的 发展是本世纪近 50 年的事情。这期间，我国仿制了前苏联的 I 系列圆环链条自动联 环机、D 型摇动联环；波兰的 GD 圆环链条自动联环机、CE 型摇动联环和 GH 型吊 式直线圆环链条自动联环机。这些联环机仿制成功，为我国联环设备的发展奠定了坚 实的基础，并培养了一批技术人员。 50 年代国内圆环链条是采用手工联环机，设备使用冲床，工艺落后，噪音污染严 重，生产方式既不安全，效率又低。80 年代引进德国 WAFIOS 和 MRP 的全自动联环 设备。大致划分为：生产 20mm 以下链条的冷编机，编后链条主要在电阻对焊机上 焊接。生产 20mm 以上链条的热编机，编后链条主要在闪光对焊机上焊接。近年来 随着煤矿规模的扩大，采煤技术的发展，采煤设备也向大型化、大功率、高强度方面 发展。刮板输送机等采煤设备规格都不断增大，配套的圆环链的规格和强度级别也相 应在提高。在矿用高强度圆环链的不断发展中，新的链条结构形式和链环形状也研制 出现并开始推广应用。但产品质量与国外同类相比还有一定差距，存在的主要问题有： 8 （1）生产设备老旧精度低。国内制造链条的设备大多老旧，技术起点低，维护保 养不足，加工精度不够，难以保证高品质的产品质量。例如蒸汽锤，主要由操作者凭 经验控制击打力量，击打点准确率低，造成上下模错位、工件尺寸薄厚不一等现象比 较多，造成整形修磨工件飞边和毛刺后两端尺寸不一致、预拉伸后伸长量不齐等。 （2）加工技术不成熟。国内采用锻造立环的工艺时间不长，同时由于缺乏先进的 模具设计，精密生产经验不足，造成内孔圆角偏小、锻后内侧易发生折伤，废品比较 多。 （3）原材料不过关。与国外原材料相比，虽然牌号一样，但是产品质量却不尽如 人意。 （4）操作工技能参差不齐。工人操作水平不稳定，加之生产设备陈旧落后，加工 精度不一致等造成工件诸多质量问题。 （5）整体制造精度不高。由于前端原材料性能上的差距，锻造过程简单，生产设 备精度低，在现场使用过程中反映出部件磨损较快，变形较大，影响煤炭开采效率。 为解决上述问题，国内科研院所和装备制造企业积极应对，对此采取了多种办法。比 如 2006 年张家口煤矿机械制造公司整体收购了英国帕森斯链条公司后，又引进了德 国 Lasco 公司的程控全液压电液锤；同时对公司原有设备进行技术改造，在锻件加热 环节采用先进的中频炉加热技术，并对坯料加热温度实施现场监测。在原材料方面， 应用西安交通大学的张良运教授和包头钢铁学院的刘宗昌教授的研究成果，系统掌握 就进口钢 23mNnImOcR 的物化成分，完善热处理工艺，为矿用链条国产化生产提供了 坚实的技术支持。但是，毕竟大部分的核心技术还是要依赖进口，整个产业的国产化 道路还有较多技术难题需要解决。本课题就是针对制链设备进行设计和改进。 1.4 制链行业技术现状、存在的问题与发展趋势 1.4.1 制链行业技术现状 链条制造技术是生产企业的核心，其技术装备水平的优劣直接关系到企业的经济 效益和链条质量。这些年来，行业内部通过技术革新，不断优化工艺流程，加强现场 管理，同时成功研发了一批高端技术装备并投入生产，这些都有力推动了我国在中小 规格常用链条生产技术上不断向前发展，也得到用户及市场的普遍认可。对于大规格 9 的矿用链条、特别是非标的大型链条的生产，虽然国内很多企业具备了一定的加工能 力，在科研攻关方面投入也很大，但是大多数企业的整体制造能力和自动化水平还有 待提高。总之，在中小规格的常规链条的制造方面，我国的制造体系已经比较完善了， 但是在大规格链条的制造方面，关键技术还是主要依靠进口。 1.4.2 存在的问题 （1）高档产品少，品牌效应不够。 虽然每年我国生产的链条有将近 50%的出口， 但是主要是中低端市场；高端链条 出口不多，大多还得依靠进口。例如近些年我国汽 车发动机对高端链条需求量很大， 而且每年都呈上升趋势，但是这部分链条汽车制造 厂只能依赖进口。国内没有知名品牌，高端链条市场几乎被外国企业垄断。 （2）链条生产材料质量难以保证。国外链条加工使用的原料是由钢铁生产企业按 需求提供的。其理化成份、性能指标和几何尺寸都能达到用户要求，为链条后续生产 和自动化控制提供了有力有效保证。而我国链条行业比较复杂，虽然链条制造企业在 原材料采购上有多种方式，但是也局限在牌号、价格和规格等表面上，而钢材整体的 内在质量难以保证，有时可能会因为材料中的残留物和夹渣等而影响链条的生产。目 前一些企业也自行采取提纯办法改善钢材品质，效果并不理想。 （3）科研投入不够，行业技术力量薄弱。国内链条行业中上规模的企业不多，大 多以中小型民营企业为主，而且多数都是改革开放以后成立的，普遍时间较短；加之 链条行业又属微利经营，企业想通过自筹资金开展自主研发和关键技术引进比较困难。 只有少数实力强的企业在这方面走在了前列。因此，日益猛烈的市场竞争环境下，提 升行业整体水平就显得尤为重要了。 （4）热处理与检验水平有待提高。目前国外链条工件的化学热处理使用的是连续 热处理生产线，品质均匀质量稳定； 而国内大部分采用的是可倾回转炉，品质均匀性 比较难控制，这与国外相比有较大差距。此外，在生产各环节动态检测方面的差距也 比较大，比如材料改制、工件装配等。 （5）专业化配套生产不到位。目前，链条行业对常用部件的加工基本实现了专 业化生产，满足了行业内大部分企业的需求；但是提供专业配套服务的企业多数是被 动跟进，不能满足行业快速发展的要求，还有不少在行业中有共性需求的没有形成专 业化生产，比如模具加工。 10 1.4.3 制链技术的发展趋势 （1）树立科学的企业发展观，改变过去重产量、重市场、轻技术的观念，推动三 者健康协调发展。由于受到国家振兴装备制造业政策支持，在自主创新、先进技术的 研发应用以及高科技人才的引进和培养等方面势必将得到重视，生产企业应该强抓机 遇，因势利导，依靠科技进步，加快产业升级和经济转型。 （2）持续加强基础理论的研究，重点是链条材料特性的分析、磨损寿命机理以及 链条高速传动的稳定性等，建立一套完整的拥有自主知识产权的制链技术。 （3）不断提高链条生产技术水平，对生产过程中的核心技术加大研发和改造力度， 如材料改制、新型模具应用、零部件精加工、大规格链条部件的加工和整链装配技术， 早日建成具有国际领先水平的、成套技术装备的链条生产体系。 （4）加强链条生产配套设备的技术升级，在生产过程的各个环节，逐步实行自动 化控制系统，降低人为因素的影响，不断提高生产平稳率和产品质量的稳定性。 （5）为了满足制链行业快速发展的要求，加强相关科技领域和边缘交叉学科的攻 关。比如，淬火介质、润滑油、耐热、耐腐蚀新材料和纳米新技术的应用等，不断加 快制链前沿技术的研发和成果转化工作。 1.5 研究内容 1.5.1 联环装置旋转装置 联环装置旋转的方式是采用电能转换成机械能，从而使联环装置进行旋转，联环 装置旋转装置主要由旋转主轴、电机和固定板组成。通过电机带动一对转轴固定板实 现。 1.5.2 联环装置 采用圆周式固定装置，主要有转轴和联环装置两大部分，通过联环装置的选择， 以及转轴的选择，并计算出摩擦力。 1.5.3 移动机构 采用低速大扭矩的电机驱动联环移动机构，并通过转轴固定板以及主动从动滚轮 轮来实现移动。 11 1.5.4 进给系统垂直移动机构 选择圆周式垂直移动，运用垂直联环装置式，其主要由丝杆，支架，固定块组成。 1.6 研究方案 1.6.1 总体方案 圆环链条自动联环机主要由联环装置、垂直移动机构、动力装置和联环移动机构 部分组成。其总体设计方案如图 4-1 所示。转轴和联环装置旋转装置连接在一起，由 动力装置提供动力，使联环装置能实现旋转和联环的操作。联环移动机构以及垂直移 动机构其动力也是由动力装置提供来使联环机产生相应动作。 通过电机驱动三个联环扣，当凸轮下行完成第一步弯折。然后通过左右联环刀依 次进行动作，以此来到达连环的目的。最后通过下行切刀进行切断，完成连环。电机 控制连杆循环工作。 图图 4.14.1 圆环链条自动联环机方案图圆环链条自动联环机方案图 12 1.6.2 联环移动机构 采用电机分别驱动将电力的电能转换成机械能，并通过转轴固定板以及主动从动 轮来实现移动。前两个是从动轮，其运动靠滑块和钢轨的摩擦力实现的，后两个是主 动轮，由电机为滚轮架行驶提供动力。 1.6.3 电机控制部分 由各自独立的电机电路组成，主泵通过各电机电路控制电机，使联环机产生相应 动作。全电机驱动使联环机工作平稳、结构紧凑。 1.6.4 拟采取的技术措施 联环装置中弯曲成形的方法主要有压杆和靠模两种：压杆弯曲是依靠三根压辊滚 动使棒料发生弯曲，调整三根压辊的位置，可以改变环形半径，完成一次编环后，压 辊要回到初始位置，这种方法适用于大规格圆环链的制造。靠模弯环是指依靠与链环 形状一致的模具，在弯曲和挤压的作用下，使工件发生弯曲变形的一种方法。虽然这 种工艺生产效率高，精度也能达到设计要求，但是每种型号的链条必须使用对应的模 具，也就是说如果需要生产不同型号的链环，就需要储备与之配套的、相当数量的专 用模具，制模成本较高，且链环为封闭状况，弯曲半径大，变形应力大，靠模成形在 技术上要求也比较严格。而采用滚压成形，一定要设法提高生产系统的可靠性、稳定 性和精度。因此，如何实现链长度和宽度的一致性是本编环机设计的关键。 联环装置压杆式结构紧凑，可以改善组成机构零部件的受力情况，零件数量相对 较少，联环制造比较容易。如今大中型圆环链条自动联环机联环联环装置多数采用这 种结构。 联环移动机构采用电机分别驱动，体积小、结构简单、容易解决制动、缓冲和超 载保护问题。而一个电机驱动的联环移动机构适用于小型圆环链条自动联环机。 13 2.圆环链条自动联环机材料介绍及选择 2.1 按品质分类 (1) 普通钢（P0.045%，S0.050%）(2) 优质钢（P、S 均0.035%） (3) 高级优 质钢（P0.035%，S0.030%） 。 2.2 按化学成份分类 (1) 碳素钢：a.低碳钢（C0.25%） ；b.中碳钢（0.25C0.60%） ；c.高碳钢（C0.60%） 。 (2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量5%）b.中合金钢（合金元素总含量 510%）c.高合金钢（合金元素总含量10%） 。 灼烧可使钢中的碳变为二氧化碳挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。但灼烧后质 量会增多，原因：钢中的铁与氧结合生成四氧化三铁，且含炭少于铁。 2.3 按成形方法分类 (1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。 2.4 按金相组织分类 (1) 退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体） ；b.共析钢（珠光体） ；c.过共析钢 （珠光体+渗碳体） ；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体） 。 (2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。 (3) 无相变或部分发生相变的。 2.5 按用途分类 (1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 (2) 结构钢 a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、 氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用 钢。 b.弹簧钢。 c.轴承钢。 14 (3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 (4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电 热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢 (5) 专业用钢如圆环链条自动联环机联环装置用钢、船舶用钢、锅炉用钢、电 容器用钢、农机用钢等。 2.6 综合分类 (1)普通钢：a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金结构钢。 c.特定用途的普通结构钢。 (2)优质钢（包括高级优质钢） a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途优质结构钢。 b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。 c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰 耐磨钢。 2.7 按冶炼方法分类 (1) 按炉种分：a.平炉钢:(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。 b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c) 顶吹转炉钢。 c.电炉钢:(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉 钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分：a.沸腾钢；b.半镇静钢；镇静钢；d.特殊镇静钢。 普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元 素含量的限制较宽。在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：甲类钢（A 类钢）是保证力学性能的钢。乙类钢（B 类钢）是保证化学成分的钢。特类钢(C 类钢） 是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。中国目前生产和 使用最多的是含碳量在 0.20%左右的 A3 钢（甲类 3 号钢） ，主要用于工程结构。有的碳 15 素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以 限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要 求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构 钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等） 。 优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比，硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。 根据含碳量和用途的不同，这类钢大致又分为三类：小于 0.25%C 为低碳钢，其中尤 以含碳低于 0.10%的 08F,08Al 等，由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深 冲件如汽车、制罐等。20G 则是制造普通锅炉的主要材料。此外，低碳钢也广泛 地作为渗碳钢，用于机械制造业。0.250.60%C 为中碳钢，多在调质状态下使用， 制作机械制造工业的零件。大于 0.6%C 为高碳钢，多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。 根据含锰量的不同，又可分为普通含锰量（0.250.8%）和较高含锰量（0.71.0%和 0.91.2%）两钢组。锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强 度和耐磨性。通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”，如 15Mn、20Mn 以区别于正 常含锰量的碳素钢。 本次设计由于的本身安全性，采用结构钢来设计圆环链条自动联环机。 16 3.圆环链条自动联环机主要零部件设计计算 3.1 圆环链条自动联环机支架断面设计方式 圆环链条自动联环机整体跨中断面图 圆环链条自动联环机支架断面面积 F=0.5（l1-21）+21h1+22l2+F1+l3 =0.5（25+25+35）+48.541+25 = 116cm 圆环链条自动联环机支架断面水平形心轴 x-x 位置 y1= 11x 1 F y F 式中：F1圆环链条自动联环机支架面的面积（cm） F1 y1x-各部分面积对 x-x 轴的静矩之和（cm ） y1x-各部分面积形心至 x-x 轴的距离(cm) 17 则：y1=0.5（35-20.5） 55.25+20.52543+20.525.530+48.5413+110.50.5116=30cm y2 =56-30=26cm 结果得：F=116cm y1=30cm y2 =26cm 圆环链条自动联环机断面惯性矩 Jx=Jxi+Fi y1 2(Jxi 为对自身惯性矩） =(340.5 3) 12+340.525.75 2+ 20.525 312+20.52517.75 2+20.5（cos4725.5） 3 12cos47+20.525.58.25 2+48.5417.75 2+(10.51 2) 12+10.5129.5 2 =32336 4 cm Jy=Jyi+Fi y1 2(Jyi 为对自身惯性矩） =(0.534 3) 12+2250.5312+20.52517.252 +20.5（sin47 25.5）312sin47+20.525.58.52+110.53 12=11634 4 cm 结果：Jx=32336 Jy=11634 4 cm 4 cm 3.2 整体机架强度的计算 1.按机架外形分类：（1）网架式；（2）框架式；（3）梁柱式；（4）板块式； （5）箱壳式。 2（1）按材料可分为金属机架和非金属机架。 作机架的金属材料有钢、铸铁及铁合金 (各种不锈钢、铁合金等)、铝合金、铜合 金和其他 (如钢丝绳等)。 非金属机架有钢筋混凝土机架或机座、素混凝土机座平台、花岗岩机架或机座、 塑料机架、玻璃纤维机架、碳素纤维机架或其他材料机架。 （2）按机架的制造方法分。 （a）铸造机架，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁机 18 架的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的 中小型箱体。注塑机架的制造方法类似，它适用于大批量生产的小型、载荷很轻的机 架。 （b）焊接机架，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较 短。焊接机架适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。 螺栓连接机架或铆接机架，适用于大型结构的机架。这两种机架大部分被焊接机 架代替，但螺栓连接机架仍被广泛应用于需要拆卸移动的场合。 （c）冲压机架，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的机架。专业的 轧制、锻造机架。 （d）其他，用独自制造方法制造的各种金属机架或非金属机架。例如，钢丝绳机 架等。 根据圆环链条自动联环机的结构和特性，可不考虑联环装置的扭转力的惯性和圆 环链条自动联环机的水平面荷载水平是可以忽略不计。 竖向荷载的弯曲应力引起的下法兰（由于负荷不大，用一般的条件，在地上能达 到所要求的）： 根据 P543 26-99 计算： x= 单位：kg/cm 2 1 x yk Gk (+) y48 PLqL 操 2 式中：P=Q+G 滚轮 =20001.2+2211.1 =2643.1 其中： F-圆环链条自动联环机断面面积 F=0.0126 m -材料比重，对钢板 =7.85tm q-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷 q=7.5 tm 圆环链条自动联环机铸钢下翼局部弯曲计算 19 a、计算联环装置压作用点位置 i 及系数 i=a+c-e 式中：i-联环装置压作用点与联环装置表面的距离（cm） c-联环装置缘同铸钢翼缘边缘之间的间隙，取 c=0.4 cm a=(11.6-0.54) 2=5.53cm b-d 2 e=0.164R（cm）对普型铸钢，翼缘表面斜度为. 1 6 R-为圆环链条自动联环机曲率半径，由机械手册 31.84 查得 R=16.4 cm 则： e=0.16416.4=2.36 cm 所以：i=5.530.4-2.36=3.57 =3.575.53 =0.65 i a 结果：i=3.57 =0 .65 b、铸钢下翼缘局部曲应力计算： 横向（在 xy 平面内） ，局部弯曲应力 1 由下式计算： x= 11 2 a k P轮 0t 式中： a1-翼缘结构形成系数，贴板补强时取： a1=0.9 P联环装置-圆环链条自动联环机走联环装置最大联环装置压（Kg） P联环装置= 葫 GQ 12 2 起升载荷动载系数（ 2 =1.2） Q额定机械重量 1 起升冲击系数（11.1） 葫 G 圆环链条自动联环机自身重量 t0=t+ 其中：t-铸钢翼缘平均厚度 t=1.30 cm -补强板厚度 =1 cm 20 t02=（1.30+1）2=2.302=5.29 cm 所以：1=(0.92.18435.29)=301.19Kg/cm 结果：1=301Kgcm 1 点纵向（在 yz 平面内）局部弯曲应力为 2 由下式计算： 2= 12 2 a k P轮 0t 式中：k2 由得：k2=0.6 所以：2=（0.90.68435.6=81Kgcm 点纵向（yz 平面内）局部弯曲应力为 3，由下式计算： 3= 23 2 a k P轮 t 0 式中： K3-局部弯曲系数，得：k3=0.9 a2-翼缘结构形式系数，贴板补强时 a2=1.5 所以：3=（1.50.98435.29）=215Kgcm c、圆环链条自动联环机跨中断面当量应力计算 1 点当量应力为 当= 2 2 12x1x +-(+) 2 （ =）（）（7238130172381301 22 =703.6Kgcm2=1800Kgcm 点当量应力为 当 ，由下式计算： 当 i=x+3=723+215=938Kgcm=1800Kgcm 3.3 支架变形度计算 垂直静钢度计算 f= f= 3 x P L 48EJ L 700 式中：f-圆环链条自动联环机垂直静挠度（cm） P-静载荷（KG） P=Q+G=221kg L-跨度 L=1000 厘米 E-材料弹性衡量，对 3 号钢 E=2.1103103kg/cm 21 Jx-圆环链条自动联环机断面垂直惯性矩（） 4 cm Jx=32336 4 cm f-许用垂直静挠度（cm） ，取f= 厘米 L 700 所以：f=222110003(482.110310332336)=0.68cm f=1000700=1.43cm ff 所以满足要求结果： 水平静刚度计算 f 水=f 水= 出自 26-108 式 13 y P L 48EJ L 200 式中: f 水-圆环链条自动联环机支架水平静挠度（cm） P-水平惯性力（公斤） P=（2000+221）20=111.05 公斤 20 Q G Jy-圆环链条自动联环机断面水平惯性矩 Jy=11634 4 cm f 水-许用水平静挠度，取f 水= 厘米 L 200 f 水= 1000/200=5cm f 水=111.051000 3(482.110310311634)=0.1cm f 水f 水 满足要求 注：系数的选取是按 P 惯=a 平=(Q+G)/9.80.5(Q+G) 1 20 p g 1 20 P 惯-水平惯性力（公斤） g-重力加速度，取 g=9.8m/s a 平-圆环链条自动联环机运行机构的加速度，当驱动联环装置为总数的时， 取 a 平=0.5 m/s 注均自P12 表 6-8 得 动刚度计算 在垂直方向的自振周期： 22 T=2T 0.3s M K 式中：T-自振周期（秒） M-圆环链条自动联环机和圆环链条自动联环机的换重量 M=(0.5qlk+G) 1 g 其中：g-重力加速度 g=980cm/s L-跨度 L=1000cm q-圆环链条自动联环机均布载荷 q=0.99kg/cm G-机体的重量 G=221kg 所以：M=(0.50.991000221)=0.73kgscm 1 980 则：T=23.16=0.04s 16895 73. 0 T=0.04sT=0.3s 23 4.联环装置的设计方法 4.1 联环装置旋转装置 联环装置旋转装置主要由电机，小固定板，大固定板，联环装置，螺钉和弹簧压 头块组成。如图 4-2 所示。其工作原理是由电机产生的机械能通过转轴固定板，传递 到旋转主轴上，使联环装置实现旋转。 图图 4-24-2 联环装置结构联环装置结构 4.2 联环装置的设计 为减少圆环链条自动联环机运行中的歪斜和联环装置同轨道的摩擦阻力，圆环链 条自动联环机的联环装置 K 和跨度 S 要满足一定比例关系，对于本次设计而言比例关 系为。 7 1 5 1 L k = 即 k=()L k L 1 5 1 7 1 5 1 7 24 =() 10 1 5 1 7 =1.425.0m 取 k=3.5mm 4.3 联环装置中央断面设计 断面总面积 参数见中央断面图，则： F=2300.5+2210.5+28.51=79.5cm 形心位置 (相对于 z-z)则： y1=(2300.5+210.529.75+210.51.25+28.5115.75) 79.5 =15.3cm 所以：y2=30-15.3=16.7cm (相对于 y-y)则： z1=(300.522.75+300.51.25+28.510.5+2210.512) 79.5 =7.9cm 所以：z2=26-z1=18.1cm 断面惯性矩 Jx=21/120.530 3+2300.50.3 2+1/12128.5 3+1/12 3210.5 3+210.516.45 2+1/12210.5 3+1/12210.5 3+210.516.05 2 =8410 4 cm Jy=21/120.5213+2210.54.12+1/12300.53+300.516.852+1/1230 0.53+356.6520.5+1/1228.513+28.57.42 =6650 4 cm 以上的计算公式均出自 P166 垂直移动轴公式：Iz1=Iz+a2A 25 Iz= 3 bh 12 断面模数 Wx=Jx/y1=841015.3=550cm Wy=Jy/Z2=665016.7=452cm 5.进给系统的垂直移动机构的设计 5.1 进给系统的垂直移动机构 采用垂直联环装置式，垂直联环装置式又分为上四联环装置悬吊式、下托式、下 四联环装置悬吊式、倒四联环装置悬吊式和双四联环装置式。本设计采用的是上四联 环装置悬吊式，如图 4-3 所示。7 为垂直丝杆控制联环的上升与下降，5 为倾斜缸使联 环按一定角度上下摆动。而缓冲缸起缓冲作用，当联环上升时，使联环能竖直向上。 图图 4-34-3 垂直联环装置式结构示意图垂直联环装置式结构示意图 5.2 最大歪斜侧向力 进给系统的垂直移动机构运行时，由于各种原因会出现跑偏、歪斜现象。此时， 进给系统的垂直移动机构与轨道侧面的接触，并产生运行方向垂直的侧向力 s. 当载荷移到左端极限位置时，操纵室操纵时最大联环装置压为 ND=1631.5kg，并 认为 NAND,这时的最大歪斜侧向力为： SD=N。 式中：N-最大联环装置压 ,N=1631.5 公斤 -测压系数 对于联环装置 K 同跨度 1 的比例关系在=之间，可取0.1 1 k 1 5 1 7 所以 SD=0.1 1631.5=163.15Kg。 当载荷移动到右端极限位置时最大联环装置压 NA=NB=653.3Kg，并认为 NCNB 26 这时的最大歪斜侧向力为： SB=0.1 653.3=65.33Kg。 5.3 联环装置中央断面合成应力 最大侧向力考虑当载荷向右移动到极限位置时最大侧向力在 B 联环装置上即有 SB=65.33Kg： =+=+ x N K 2W y S K 2W B x N K 2W B y S K 2W 上式中：K 联环装置(k=200cm) WX和 WY 断面模数（ WX=550cm3和 WY=452cm3） 许用应力，由于联环装置受理复杂，一般只计算垂直载 荷和歪斜侧向力，所以许用应力 3 号钢取1600kgcm =653.32002550+65.332002452=362.3kg/cm 所以 =1600Kg/cm。 所以经过校核是安全的。 5.4 电机部分设计 主电机是的所有动力来源，为主轴提供切削所需的功率、扭矩，在机床设计时要 充分考虑主电机的参数，再结合同类机床的设计参数确定合理的选型及结构。 为保证工件效率，需要尽量的提高主轴转速， 故采用单主轴结构，主电机最高转 速选择 1800rmin，主电机到主轴端采用 1：1.2 降速传动比传动，以保证必要的主轴 扭矩。 27 6.圆环链条自动联环机装配图 28 7.轴与齿轮结构设计 7.1 齿轮参数确定 高速级输入端，2 表示低速级，两级外啮合齿轮材料、齿面硬度相同，则 =，取=， 1limH2limH1w n 2w n 2w1 ZZ w 2 . 1/ 21 bb ddB ， ， 21cc KK 21 /1.2 dd 22 221112 /2 vHnvHn K KZK KZ A=/=2.4 E 1w n di 2c K 1v K 2H K 2 1n Zw1 2 Z 2w n 2d 1c K 2v K 1H K 2 2n Z 2 2 ! Z ! w n rnr = =4.15 2 AB 查机械设计手册图 8-143 得 =10，故 =10.6。 2 i 1 i 7.1.1 高速级参数计算 根据经验选取螺旋角压力角 7.5 5 . 22 n 675.22 t 配齿计算 取 /= c ， 3 w n 1 iaZ 1w n 适当调整=10.6 1 i 29 , 13 64 3 a Z =18 , aZ = c-=174 b Z w naZ =0.5(-)=78 C Z b ZaZ 采用不等角变位，取=78， C Z 则 bC Z -Z aC j ZZ =1 查图可得适用的预计啮合角 2023 tac 范围内，预选21 23 tcb =21 30 tac (2)按接触强度初算 a-c 传动的中心距与模数 c w K n iT 11 a / T = 4 1.15 10 N m 查表 8-116 得接触强度适用的综合系数 K=3 太阳轮和轮材料选用渗碳淬火，齿面硬度 HRC60-62(太阳轮)和 HRC56- r 20C ni M T 58（轮）选取 lim 1300 H MPa 齿宽系数， 齿数比0.5 a b a 4.33 c a z u z 3 2 lim 476(1)244.7 a aH KT au u 模数， 取 n 2 cos m5.1 ac a zz 5m 未变位时 1 ()/cos 2 240 nac amzz 按预取啮合角可得 a-c 传动中心距变动系数 21 30 tac 30 cos/ ) 1 cos cos ()( 2 1 tac t can a a zzy =0.4785 则中心距 a=a+ n y n m =242.3926 a 取 a=243 计算 a-c 传动的实际中心距变动系数 Y 和啮合角 t y0.92809 n aa m t cosacos0.92809 t a a a 21.86 tac (4)计算 a-c 传动的变位系数(4)计算 aC 传动的变位系数 ()0.56813 2tan tt ab n invainva zz a 用图 8-15a 校核在 P8 线之上，承载能力较大，可用。 用图 8-15b 分配变位系数，得 =0.31, =0.25813 A X C X (5)计算 c-b 传动的中心距变动系数及啮合角 tac c-b 传动未变位时的中心距 cos/ )( 2 1 cbncb zzma =240 0 n aa y m 923955 . 0 cos cos ttcb a a 20 t a (6)计算 c-b 传动的变位系数 31 ()0 2tan tcbt bc n invainva zz a 0.26 bc (7)几何尺寸计算 分度圆直径公式：dmz 齿顶圆直径公式：2 aa ddh 齿顶高公式： * aa hhm 综上所述,各个齿轮分度圆直径为： , ；500 A d 300 C d 齿顶圆直径为： ，。540 Aa d340 Ca d (8)演算 a-c 传动的接触强度和抗弯强度 强度计算所需公式同定轴线齿轮传动，用相对与架的圆
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