毕业设计（论文）-高压送电线路架空线除冰器设计.pdf

编号：毕业设计说明书题目：高压送电线路架空线高压送电线路架空线除冰器设计除冰器设计学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：唐夏翔学号：0600110223指导教师：匡兵职称：副教授题目类型：题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2010年5月12日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘要电线覆冰而引发的大面积停电事故影响面积广，其修复工作难度大、周期长，一直是国内外电力系统需要解决的难点问题之一。在电线的覆冰灾害中，由雨凇所引起的覆冰危害性最大。常规的热力融冰法不能安全有效地清除由雨凇所导致的电力线路导线覆冰。本文针对热力融冰法的不足与局限，提出了一种机械式除冰方法。并完成了除冰器整机各主要部件的机械结构的设计。主要工作如下：除冰器的总体方案设计。提出了三种的除冰方案，并通过其相互之间的优劣比较，最终选取了一种可行的除冰机构和行走机构的方案。除冰器主要结构的设计。从安装和维护的便利性出发，完成了行走驱动组件的结构设计。从实际受力情况和加工工艺出发，完成了悬挂组件的结构设计。并利用SolidWorks的CAE功能对前悬挂轴的受力情况进行了分析，验证了前悬挂轴的设计尺寸。针对除冰头的工作情况，确定了除冰头的传动方式、运动参数和零件布置。除冰器其他结构的设计。根据除冰器各主要部件的安装需要，对箱体的结构进行了设计，并对其承载能力进行了校核。根据除冰器在除冰作业中的需要设计了辅助除冰装置。确定了除冰器控制系统和监视器的性能要求，并预留了安装位置。覆盖件的设计。针对除冰器的防水和防冰屑等要求，设计了除冰器的覆盖件。关键词：架空输电线路；机械除冰；雨凇；机械设计桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸AbstractThelarge-scalepoweroutagethatcausesbythecoveringiceontheoverheadelectrictransmissionwires(OETW)influenceareaiswide.Itisdifficulttorepairandneedforalongperiod.Thisproblemisoneofthekeyproblemsthatelectricpowersystemneedstosolve.Thedamageofaccumulativeicingcoveringontheelectricwiresbywhatfreezingraincausesismostserious.ThecommonforcleaningiceusesheattomelttheaccumulativeicingwhichcoveringontheOETW.Howeversecurityandefficiencyoftheisnotenoughwhencleanthecoveringicewhichcausedbythefreezingrain.Aimedattheshortageandthelimitsoftheice-meltsofheatamechanicalde-icingbeenpresentedinthispaper.StructureofthewholemachineisdecidedandStructuredesignsofallsub-assembleisaccomplished.Themaincontentsareasfollowing:Conceptualdesignofwholemachineisdecided.Threede-icingsareproposedandanalyzedamoreappropriateappliestothede-icingmachine.Inadditionthedrivingsub-assembleisdecided.Designofthemaincomponents.BasedonconvenienceoffixingandmaintenanceStructuredesignsofthedrivingsub-assembleisaccomplished.Structuredesignofthesuspensionsub-assembleisascertainedaccordingtotheworkstressandmanufactureprocess.TheworkstressofthefrontsuspensionshaftisanalyzedbyusingCAEfunctionofSolidWorks.Theanalysisresultsdemonstratestructuredesignofthefrontsuspensionshaft.Aimedattheworkingconditionpowertransmissionkeyparametersandstructureofthede-icingheadsub-assemblearedecided.Designoftheothercomponents.Accordingtothefixingrequirementsstructureoftheboxisdesigned.Moreoverloadedabilityoftheboxischecked.Accordingtoworkingrequirementsofde-icingmachineasetofaccessorialde-icingpartsisdesigned.Thefunctionrequirementsofcontrolsystemandmonitoraredecided.Moreoveritsfixingstructureisdesigned.Basedonwaterproofandicescraps-proofrequirementstheoverlaypartofde-icingmachineiddesigned.Keywords：overheadelectrictransmissionwiresMechanicalde-icingfreezingrainMachineDesign桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目录1绪论.11.1选题背景.11.2课题研究的意义.11.3课题难点和拟解决的关键问题.22除冰器的机构方案拟定.32.1线路除冰方案的比较与选择.32.2行走方案的确定.43行走驱动组件的设计与计算.53.1行走驱动组件的传动方式选择.53.2行走驱动组件的动力设计.53.2.1总体载荷的确定.53.3驱动组件齿轮传动的计算.73.4行走动力输出链传动的计算.103.5行走传动轴的设计计算.123.6行走驱动组件的结构设计.144.1悬挂组件的总体设计.164.2后悬挂轴的设计及校核.184.3前悬挂轴的设计及校核.194.4张紧机构的设计.215.1除冰头传动方式的确定.225.2除冰参数的确定.225.3除冰头的总体设计.235.4除冰电机输出轴的设计及计算.235.5右除冰轴系一级带传动的设计及计算.255.6右除冰传动轴及轴上零件的设计.265.7右除冰轴系二级齿轮传动的设计及计算.275.8右除冰轴及轴上零件的设计.305.9除冰轮的设计.315.10换向齿轮的传动设计计算.325.11过轮轴及轴上零件的设计.345.12左除冰轴系的设计.356除冰机其他结构的设计.37桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸6.1箱体的设计.376.2箱体的强度校核.376.3监视器的功能设计.396.4机载控制盒的性能设计.396.5电池的性能设计.396.6辅助冰刀的设计.406.7刮铲的设计.406.8吊环的设计.406.9覆盖件的设计.41设计总结.42谢辞.43参考文献.44附录.45桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共50页1绪论1.1选题背景近年来，国内外电力系统因重大冰雪灾害而发生了多起引起的大面积停电事故。1998年1月加拿大东部安大略和魁北克等省发生了该国历史上最严重的冰雪灾害，导致加拿大全境大面积停电和魁北克省的通信和电力网络的全面瘫痪。共有1600km的线路受损，超过500个钢结构支架和2500个木结构支架受到破坏。此次暴风雪所造成的物质损失约为8亿美元1。2008年1月，湖南、江西、贵州等南方省份遭受了50年一遇的冰雪灾害。输电线路和杆塔由于覆冰严重被压垮导致大面积停电并且造成了南北交通动脉的大堵塞使铁路、公路和航空运输暂时或局部陷入瘫痪状态，还给10多个省区的上亿灾区人口造成财产损失和其他损害2。电网冰雪灾害所导致供电中断事故修复工作难度大周期长停电影响面积广因而一直是全世界范围内需要解决的难点问题34。冰雪灾害对电网的影响主要是覆冰。其中覆冰对电网的危害主要有两方面：一是输电线路覆冰超过设计标准，不堪重负引起断线和倒塔事故；二是绝缘子覆冰后引起闪络跳闸5。冰雪灾害已严重威胁到电网安全运行。特别是随着超特高压线路的建设和实施，采用远距离大容量输电线路导线的直径在不断增大，多分裂导线相继出现。在某些地形复杂地区及大跨越线段，导线的直径、离地高度等参数还会有所提高，线路设计中究竟选取多大的覆冰载荷尚无标准可查。面对冰雪灾害，对覆冰线路进行及时有效的除冰作业成为维持电网安全稳定运行的关键6。导线覆冰一般分为雨凇、雾凇、混合淞和白霜四种。导线覆雪分为干雪和湿雪两种。因为雪的密度较低，故覆冰对导线的危害较之覆雪要严重的多。而导线覆冰中雨凇所导致的覆冰比重在0.750.9gcm2，远远大于雾凇、混合淞和白霜所导致的密度为0.20.6gcm2的覆冰。此外，雨凇积冰透明，粘合力很强，积冰增厚迅速。因而，雨凇所导致的覆冰对电力线路的危害最大2。1.2课题研究的意义目前针对雨凇较为成熟的除冰方式为热力融冰法，其包括有短路融冰法和带负载直流融冰法等7。这两种方法虽然已经得到广泛的应用，但其缺点和不足依然明显。其中短路融冰法在短路融冰时需将包括融冰线路在内的所有融冰回路中架空输电线停下来对于大截面、双分裂导线因无法选取融冰电源而难以做到对500kV主供电线路而言几乎不可能。而带负载直流融冰法虽然无需中断供电，提高电网可靠性避免非典型运行方式但却无法对避雷线和架空地线进行除冰作业8。值得一提的是，冰害是个季节性危害为除冰而配置的变电站设备其使用也是季节性的。即使是在冬季，除冰装置也不是一直在使用，而是短时使用。在非除冰时间闲置是比较大的浪费。有资料显示专为500kV线路配一套直流融冰装置需花费用上亿元。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共50页特别是在2008年冰雪灾害时的覆冰事故发生后，电力抢修工人必须攀爬输电铁塔，用重物（铁锤）对覆冰进行敲击来对其进行清除。该方法不仅效率低下，而且很容易造成人员伤亡5。因此，有必要研究效率高、可操作性强、安全性能好的除冰方法及装置。如果采用机械式除冰器进行除冰，不但可以在电网正常工作时进行除冰作业，而且可以机动灵活的针对特定线路进行局部除冰而无需进行电网调度。机械式除冰效率高、可操作性强、安全性能好、对线路无破坏、能应用于跨江输电线路等优点，可用于人工不易除冰的区段除冰，如江河、深山等地。在覆冰初期能够有效对覆冰进行清除。此外还可以节约大量购置专用融冰设备的费用9。因而机械除冰机器人拥有较广阔的应用前景。1.3课题难点和拟解决的关键问题由于该装置主要是在冰雪低温条件下针对架空电力线路进行除冰作业。环境复杂，工况恶劣。势必对除冰效率和系统可靠性提出了较高的要求。此外，对线路的适应性也是设计中必须考虑到的一个问题。由于国内外机械式除冰器的相关资料较少，故设计的难点在于除冰器除冰方式的选择、除冰器工作原理的确定、结构设计、关键参数的确定。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第3页共50页2除冰器的机构方案拟定2.1线路除冰方案的比较与选择方案一采用双轴电机输出转矩，通过带传动，将动力传递给除冰轮轴，两根除冰轮轴上分别安装一个除冰轮，通过除冰轮边缘的锯齿切削除冰。如图2-1所示。除冰轮除冰轮电机除冰轮电机图2-1除冰机构方案一图2-2除冰机构方案二方案二采用单轴直流电机输出，通过带传动，将动力传递给主轴。主轴通过挠性联轴器带动两个除冰轮旋转。除冰轮边缘通过链条连接有若干个钢球，可以对电线上的冰进行击打，从而达到破碎除冰的目的。如图2-2所示。方案三与方案二相似，采用单轴直流电机输出，通过齿轮传动，将动力传递给与电线平行除冰轴。除冰轴带动两个除冰轮旋转。除冰轮边缘通过链条连接有若干个钢球，可以对电线上的冰进行击打，从而达到破碎除冰的目的。为保证两个除冰轮旋转方向相反，故在其中一个除冰轮前增设一个过轮。如图2-3所示8。电机图2-3除冰机构方案三图2-4行走机构方案除冰轮电机行走轮除冰轮方案的比较方案一：采用采用双轴电机，通过带传动，将动力传递给除冰轮轴，两根除冰轮轴上分别安装一个除冰轮，通过除冰轮边缘的锯齿切削除冰。这种方案虽然整体结构比较简单，但除冰轴为悬臂布置，由于切削时产生的切削力较大，故对除冰轮轴提出了较高的刚度要求，对安装、定位和固定造成了困难，不便于拆卸和张紧。此外，由于结构限制，锯盘的安装空间较小，固定困难，在工作中有可能会被冰块桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第4页共50页卡死，安全性较差。而且切削方式除冰所消耗能量较多对，对于以蓄电池为能源的小型除冰设备来说是个致命的弱点。故不予以采用。方案二：采用单轴直流电机，通过带传动，将动力传递给主轴。主轴通过两个挠性联轴器带动两个除冰轮旋转。除冰轮边缘通过链条连接有若干个钢球，可以对电线上的冰进行连续击打，从而达到破碎除冰的目的。这种方案但其结构较为简单，耗能少，机构刚度较好，且链条铁球敲击冰块过程没有嵌入的可能，对传动机构冲击小，具有过载保护的特性，即使是某一链条损坏，仍然可以继续进行除冰作业，具有较好的鲁棒性。但是其需要能较大角度改变转矩的夹角。目前的联轴器所能容许的最大夹角仅为10。若采用增加除冰链条的长度的方法，虽然可以弥补夹角的不足，但过长链条不仅会增加能耗而且会增加发生意外的可能性。此外，使用软轴替代联轴器传动虽然可以增加传动的夹角，但软轴所能传递的转矩有限，对于极端恶劣的覆冰情况下除冰是否能传递足够的除冰动力比较没有信心。故不予以优先采用。方案三：动力传递方式与方案二类似，但除冰轴与电机轴、电线方向平行，不仅有利于动力的传递，而且对于安装和紧固的便利性比方案二高，整体刚度也较好。但是由于除冰轮横向布置，从而轴与轴之间的中心距较大。传动链中段可能需要设置带轮或链轮，故其横向尺寸较大。此外，为了保证除冰轮的转向，需要额外增加轴的数量，进而导致除冰部分零件数目的增多，结构比方案二略复杂化。首先，由于电力线路除冰作业几乎是在在野外山区低温条件下进行的，需要除冰器具有较高的可靠性及维修便利性。其次，导线覆冰的硬度较大，且厚薄不一，塔架间跨距较大。除冰机构需要较大的刚度，充足的除冰储备能力和较长的续航时间。故选用方案三10。2.2行走方案的确定行走轮上有型槽可以保证在除冰器在电线上安全行走。并能对多种规格的电线有自适应能力。直流电机通过链传动，将动力输出给后行走轮。以驱动除冰器在电线上行走。在必要时，可增加传动环节，以弥补单级链传动传动比的不足。主要采用链传动的原因是因为除冰器工作环境较为恶劣，中心距较大，要求传递大转矩，转速较低，载荷较平稳，没有急剧反转的要求。故采用链传动。其与摩擦带传动相比，没有弹性打滑现象，因而能保证平均传动比的准确。传动效率较高。又因为链条不需要像带那样张得很紧，故作用在轴径向上的压轴力较小，可以改善轴的受力状况。链条采用金属材料制造，同等使用条件和工作要求下，链传动整体尺寸较小，结构较为紧凑，可靠，寿命更长V10。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第5页共50页3行走驱动组件的设计与计算3.1行走驱动组件的传动方式选择由于行走部分为半开式传动，工作环境较为恶劣，中心距较大，要求传递大转矩，转速较低，载荷较平稳，没有急剧反转的要求。故采用链传动。其与摩擦带传动相比，没有弹性打滑现象，因而能保证平均传动比的准确。传动效率较高。又因为链条不需要像带那样张得很紧，故作用在轴径向上的压轴力较小，可以改善轴的受力状况。链条采用金属材料制造，同等使用条件和工作要求下，链传动整体尺寸较小，结构较为紧凑，可靠性更高，寿命更长。与此同时，为了减少链传动级的传动比以减少链轮的尺寸。在电机和链传动之间增加一级齿轮传动。故有齿轮、链轮两级传动。在传动结构中，为了便于现场快速更换电动机，也为了避免现场出现调整传动齿轮中心距和轴线平行度的问题。设计将电动机固定于一个独立的架体内，同时，将第一级齿轮传动也安装于该独立架体上。为了便于架体与除冰器间的安装、紧固与调整，架体上设有可调整安装的结构。这样通过该结构还可以实现对链条中心距的调整，以实现对链条的张紧。并可简化专设的链条张紧结构。减少零件数量11。3.2行走驱动组件的动力设计3.2.1总体载荷的确定12通过对除冰器的预建模，可以知道模型的总体积。通过设定结构部分的密度为钢的密度，即7.9kgL电池部分密度为硫酸电池的平均密度，即12kgL。通过软件测量功能可知，结构部分体积为19.824L，电池总体积为9L。故：结构部分质量19.8247.9=157kg三个电池质量912=108kg共计265kgFmg(3-1)故总载荷为2597N3.2.2总功率的确定(1)行走轮牵引力的确定设计最大爬坡角为=30，因为载荷为265kg即F=2957N。故所需牵引力为1sinFF(3-2)所以F1=1478.5N(2)行走轮的输出功率设计最大行驶速率为v=0.05ms，牵引力F1=1478.5N输出功率Pw有11000WFvP=0.074KW(3-3)桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第6页共50页Pw=0.074KW(3)行走驱动电动机输出功率考虑到传动装置的功率损耗，电动机输出功率为Pd=wSP(3-4)式中，1、2、3、4为从电动机至行走轮之间的各传动机构和轴承的效率。由于行走机构传动过程采用一对齿轮传动一条滚子链、两对深沟球轴承、最终采用摩擦传动。经查表可得：开式齿轮传动1=0.97链传动2=0.90；开式滚动轴承3=0.97；行走轮与电线摩擦传动3=0.80；有两对滚动轴承，则20.970.900.970.800.657因为，机器在电线上行走，属于危险作业，故电机功率需留有安全余量，S=2.5故：Pd=wSP=0.0742.5=0.281kw0.657(4)行走驱动电动机额定功率查产品目录，可选取电动机（5D2300-24），额定功率Ped=0.300kw，输出同步转速，最大允许扭矩为0.8Nm3000rminn同时配用5GU系列减速器，其减速比从3200。3.2.3行走传动各级传动比的分配(1)确定挂轮转速由于通过软件测量工具可知挂轮与电线接触点半径为38.8mm，约为40mm，设计最大速度v=0.15ms因为行走轮最大线速度为260Rnv(3-5)其中R挂轮有效半径，m。n挂轮转速，rmin；故n=35.836rmin(2)各级传动比的分配因为余下传动比为i为nin(3-6)其中N电动机同步转速，rmin；故=83.33i选用5GU30K减速器，其减速比为30，其输出转速为110rmin。余下采用两级链轮传动，传动比有如下关系123iiii其中1i减速器减速比；桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第7页共50页2i第一级链轮减速比；3i第二级链轮减速比则i2i3两级中减速比为231iiii故i2i3=2.77取第一级链传动减速比i2=2.5则2332iiii故第二级链传动的减速比为3i=1.1083.3驱动组件齿轮传动的计算123.3.1确定齿轮类型、精度等级。材料和齿数由于第一级的齿轮传动为普通半开式传动，采用直齿圆柱齿轮传动。而且电机输出转速较低，工况较为恶劣，可采用8级精度。大齿轮材料选择为#45，采用调质处理，齿面硬度为220HBS，小齿轮材料选择为40Cr，采用调质处理，齿面硬度为250HBS。由于该齿轮为半开式传动，齿数应尽可能少，故取小齿轮的齿数z1=23大齿轮齿数z2=2.521=52.5，取z2=53。3.3.2确定齿轮轮齿接触曲疲劳强度计算参数(1)小齿轮转矩1119550PTn(3-7)其中：P1电机额定功率，kW；n1电机输出转速，rmin电机额定功率P1=0.3kW电机输出转速n1=100rmin故小齿轮转矩T1=28.65Nm(2)齿宽系数ZE的选择由于齿轮采用悬臂布置，故其齿宽系数取ZE=0.4(3)材料弹性影响系数ZE的选择由于齿轮副材料均为#45锻钢，故取材料弹性影响系数ZE=189.812MPa(4)许用接触疲劳强度的确定由于大齿轮齿面硬度为220HBS，小齿轮齿面硬度为250HBS。大齿轮故接触疲劳强度极限为600MPa，小齿轮故接触疲劳强度极限为700MPa。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第8页共50页(5)确定应力循环次数160hNnjL(3-8)12NNi故N1=601002（5505）=15000000，N1=10000000(6)确定接触疲劳系数由应力循环次数查表可知大齿轮接触疲劳寿命系数KHN2=1.4，小齿轮接触疲劳寿命系数KHN1=1.5(7)确定齿轮接触疲劳许用应力齿轮的许用应力为limHNKS(3-9)因为是半开式传动，故安全系数S=1.25，故小齿轮接触疲劳许用应力H1=700MPa大齿轮接触疲劳许用应力H2=600MPa3.3.3齿轮接触疲劳强度计算(1)确定小齿轮分度圆直径32111ttdHKTuZEdut(3-10)故=21.241mm1td(2)确定齿宽1dbd(3-11)故齿宽b=8.49mm(3)确齿宽齿高比模数为：11=7021=2.86ttdmz(3-12)齿高为：(3-13)2.5=2.252.86=6.43thm(4)确齿圆周速度11601000tdnv(3-14)故小齿轮圆周速度为v=0.366ms(5)确齿载荷系数根据齿轮转速v=0.366ms，8级精度，动载系数确定KK=1.1；直齿轮故KH=1，K=1；使用系数=1.25；AK桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第9页共50页3.3.4确定齿轮齿根弯曲疲劳强度计算参数(1)确定齿轮弯曲疲劳极限查表得，小齿轮弯曲疲劳极限1FE=600MPa，大齿轮弯曲疲劳极限2FE=550MPa(2)确定齿轮弯曲疲劳安全系数查表得小齿轮弯曲疲劳安全系数1FNK=0.8大齿轮弯曲疲劳安全系数2FNK=0.9(3)确定齿轮载荷系数AVKKKKK(3-15)其中AK使用系数VK动载系数K齿间载荷分配系数K齿向载荷分布系数K=1.251.11.111.14=1.72(4)确定齿轮齿形系数查表得大齿轮齿形系数=2.302FaY小齿轮齿形系数=2.761FaY(5)确定应力校正系数大齿轮应力校正系数=1.702SaY小齿轮应力校正系数=1.561SaY111SaFaFYY=0.00717222SaFaFYY=0.00711取较大值0.00717。3.3.4齿轮弯曲应力计算31212saFadFYYKTmz(3-16)计算得m=2.91故向上元整为标准模数，即m=3.0小齿轮齿数为11dzm(3-17)桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第10页共50页故小齿轮齿数=20取为211z因而大齿轮齿数取为53齿21=1.521=52.5ziz3.3.5几何尺寸计算(1)计算分度圆小齿轮分度圆直径=3.021=63mm1dmz12大齿轮分度圆直径=3.053=159mm2dmz(2)计算中心距12dda2=111mm(3-18)(3)确定齿轮宽度取B1=15mmB2=10mm(4)计算转速由于121nni(3-19)1n=100110，=2.5故=4044rmin1i2n3.3.6齿轮的外形设计由于小齿轮直径较小，为了制造方便，采用实心式。大齿轮直径较大，为了节约材料，减轻重量，采用孔板式。小齿轮的齿宽比大齿轮要大，以方便调整安装。传动形式均采用普通平键传动。如图3-1所示。图3-1行走驱动齿轮3.4行走动力输出链传动的计算12133.4.1确定传动比和齿数因为第二级链传动所分配的传动比为1.1，故取z1=21，故z2=23。3.4.2单排链的计算功率AZcaPKKPPK(3-20)AK工况系数；ZK主动链轮齿数系数；PK多排链系数；P功率，kW；电动机驱动，有一定冲击，故工况系数取1.4；AK桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第11页共50页主动链轮齿数为21故主动链轮齿数系数ZK取1.2；单排链，故多排链系数取1；PK功率P=300W=0.30kW故计算功率=0.504kw=504wcaP3.4.3确定链条型号及节距caP=0.504kW因为n2=42rmin故选用10A链，其节距p=15.875mm，抗拉载荷为22.2kN3.4.4计算链节数和中心距链节数0PL有20122100222PazzzzpLpa(3-21)其中0a初选中心距，mm；预选中心距=410mm，又=21，=23，=15.875mm0a1z2zp得0PL=83.65故圆整为PL=74因为121pLzzz=8.75故查表得中心距计算系数1f=0.24990故中心距a有112()pafpLzz2(3-22)得=412.585413mma链的布置如图5-1所示。3.4.5计算链速32601000znpv(3-23)3=21z，n2=44rmin故v=0.245ms，查表可知其采用人工定期润滑方式。3.4.6压轴力计算压轴力pFpefKF其中eF紧边拉力，N；FpK压轴系数；有紧边拉力1000ePFv=1227.12N，链条为垂直传动，故有压轴力系数=1.05FpK故压轴力pf=1288.5N3.4.7链轮主要尺寸计算桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第12页共50页分度圆为180sin()pdz(3-24)z1=21，z2=23故经过计算得d1=106.51mm，d2=116.58mm3.4.8链板强度校核紧边拉力=1227.12N，10A链的抗拉载荷FFeQ=22.2kN，工况系数K=1.4AQAeFS4KF8(3-25)有S=13.2故链板强度安全3.4.9链的张紧和安装在本设计中，采用箱体底板开矩圆槽和行走电机架螺栓连接来保证链的中心距。并可在一段时间链松弛后对链条中心距进行调整，以保证链的张紧。如图3-2a、b所示。图3-2行走链传动a图3-2行走链传动紧固方式b3.4.10链轮的外形设计由于链轮处于低速重载工作状态，链轮受力情况较为恶劣，故链轮须采用优质材料以保证在正常服役期内不会提前实现失效。故链轮材料采用15Cr，进行渗碳，淬火，低温回火处理。在确保链轮齿部表面具有较高的强度、硬度的同时，心部具有较强的韧性1718。3.5行走传动轴的设计计算12-153.5.1行走传动轴的轴上零件设计行走传动轴的轴系零件如图3-3所示。行走从动齿轮通过键66，将动力传递给后轴，后轴通过键将动力传递给传动链轮，轴的径向固定由两个轴承6005固定在左右轴承架上，轴的轴向固定由轴承架安装调整及传动链轮与链轮和左轴承之间的调整环来实现。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第13页共50页图3-3行走传动轴3.5.2行走传动轴的设计行走传动轴是将动力由电动机传递到行走轮的传动中间环节零件。其作用和地位都很重要。故其材料选用比一般轴常用的#45性能要好的40Cr1718，其屈服极限更高，抗弯、抗剪能力更强。而且在设计中适当增大设计轴径。以保证轴的正常服役。由于动力是由轴端的齿轮输入轴的，故在轴端与齿轮配合处开始键槽。为了保证键的接触强度和动力的安全传递，采用两个C型平键于180布置的方式。为了保证齿轮的定位准确，在轴承段和与键槽段之间安排有过度轴段。3.5.3轴承的润滑设计由于行走传动中间轴转速过低，且不方便采用油润滑。又由于脂润滑方式形成的油膜强度高，可承受较大的载荷，不易流失，便于密封，一次加脂可以维持很长的一段时间。考虑到除冰器是在野外低温恶劣环境下工作，为了降低维护成品，提高工作可靠性，故该轴承采用脂润滑方式12。3.5.4行走传动轴扭转刚度的校核行走传动轴主要承受扭转载荷，故对其扭转刚度进行校核。其输入功率P=0.30kw转速n=42rmin，输入端为20mm，材料选用40Cr1718。查表得其T为3555。395500000.2PnTd(3-26)T=42.63MPaT，故符合要求，可以安全工作。3.5.5轴键的设计校核轴键的工作面为均载，静态的普通键连接，有3210pTkld(3-27)工作有轻微冲击，故行走部分的键连接的需用挤压应力=120MPaP=300w=0.30kw桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第14页共50页扭矩9549PTn(3-28)n2=42rmin故T=68.20Nm(1)动力输入键的校核20轴段采用公称尺寸b为66的普通C型平键，取有效键长=15mm如图3-4a所示。hl故p=151.56MPa故采用双键连接故p=101.04.6MPa可安全工作。(2)动力输出键的校核26轴段采用公称尺寸b为87的普通A型平键，取有效键长l=17mm。如图3-4b所示。h故p=114.6MPa，故符合要求，可以安全工作。图3-4a行走传动轴动力输入键图3-4b行走传动轴动力输出键3.6行走驱动组件的结构设计12-153.6.1组件的总体结构设计为了提高架体的强度，行走电机支架的架体采用笼式结构，全部采用角钢焊接而成。为了便于轴承座的安装、紧固与调整，架体上方开设有螺栓孔。为了方便驱动组件在除冰器箱体内的安装以及对驱动链条的张紧，架体底部开螺栓用设矩圆槽。行走驱动组件如图3-5所示。图3-5行走驱动组件图3-6行走驱动电机的固定3.6.2电动机的固定行走驱动电机与行走电机支架之间的连接采用螺栓连接的方式。并采用弹性垫圈防松。如图3-6所示。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第15页共50页3.6.3传动轴的固定传动轴的固定采用一对轴承座双单向固定的形式。传动轴通过轴承架与行走电机支架进行连接。其连接方式采用螺栓连接的方式。并采用弹性垫圈防松。行走电机支架的螺栓孔与螺栓之间有一定的间隙，以备轴承架位置调整之用。轴承架与行走电机支架如图3-7所示。图3-7轴承架的固定桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第16页共50页4悬挂组件的设计与计算4.1悬挂组件的总体设计12-154.1.1悬挂方式的选择与初步设计选挂方式有单开式、对开式、悬臂式和封闭式等。但从加工工艺性和现场安装便利性等因素考虑。采用单开式，如图4-1a所示。但是单开式弯曲刚度不够，限制其尺寸和承载能力。故在其受压面设置肋板，并在其内部设置小肋板19。如图4-1b所示。图4-1a挂架的初步设计图4-1b挂架的初步设计4.1.2挂架的设计挂架采用单开式设计，以方便安装。并用拉杆形成力封闭结构。整体采用焊接结构。增设肋板以提高强度刚度。挂架与箱体之间采用螺栓连接，在挂架底板上开式有螺栓孔。并预留了张紧装置的安装位置。此外在挂架上还预留有安装其他除冰器附件的安装接口。挂架的最终设计如图4-2所示。图4-2挂架的最终设计图4-3力封闭拉杆4.1.3力封闭拉杆的设计(1)拉杆的设计为了提高挂架的承载能力，故在其开口端设置拉杆，在形成力封闭结构的同时，可迅速开启和封闭，不影响除冰器的安装与拆卸。其全部结构均采用焊接结构，方便制造与维修。结构如图4-3所示。(2)挂架危险截面的校核经测算挂架及拉杆危险截面（不包括肋板）面积为A=3434mm2，如图4-4所示。工作载荷，2957NFQ235许用应力235MPa桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第17页共50页安全系数=5S截面拉应力为：1.3SFA(4-1)=5.60Mpa，故符合要求，可安全工作。挂架及拉杆危险截面如图4-4所示。图4-4挂架及拉杆的危险截面图4-5挂轮4.1.4挂轮的设计挂轮采用梯形截面轮设计，以增加行走时的摩擦力。并可以对多种直径规格的电线具有自适应行走能力20。为了便于接收动力在轮毂内开设键槽。其结构如图4-5所示。4.1.5悬挂组件的紧固挂架与箱体之间采用螺栓连接，在挂架底板上开设有8个螺栓孔。采用螺栓螺母连接，弹性垫圈防松。设计采用8个M10螺栓连接，如图4-6所示。查手册有M10螺栓小径，18.37mmd工作载荷2957NF安全系数S=5许用抗拉强度=235MPa该截面拉应力为：211.34caFSnd(4-2)F工作载荷，N；S安全系数；1d螺栓小径，mm；n螺栓个数；材料许用抗拉强度，MPa；=43.66Mpaca故符合要求。悬挂组件与箱体的连接如图4-7所示桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第18页共50页图4-6悬挂组件与挂架的螺栓连接图4-7悬挂组件与挂架的连接4.2后悬挂轴的设计及校核12-15194.2.1后悬挂轴的轴上零件的设计后悬挂轴是用于传递动力给行走轮并承受一部分除冰器载荷的重要零件。其分别与轴承、调整环键行走轮套筒等零件有装配关系。如图4-7所示。图4-7后悬挂轴及其轴上零件图4-8后悬挂轴4.2.2后悬挂轴的设计后悬挂轴是用于传递动力给行走轮并承受一部分除冰器载荷的重要零件。由于其受力情况比较复杂、恶劣。所以轴的材料选用性能高于40Cr的40CrNi。40CrNi是一种中碳合金调质钢。具有高强度、高韧性以及高淬透性。在调质状态下，综合力学性能良好，低温冲击韧度良好，是制造除冰器重要工作轴的理想材料。其可以达到的硬度更高，屈服极限更高，抗弯、抗剪能力更强。而且适当增大设计轴径。以保证轴的正常服役。后悬挂轴的结构如图4-8所示1718。4.2.3轴的扭转强度校核后悬挂轴主要承受扭转载荷，故对其扭转刚度进行校核。其输入功率P=0.30kw转速n=1236rmin，输入端为24mm，材料选用40CrNi。查表得其T为359519。根据公式(3-26)其扭转载荷转速为12rmin的时候，=86.35MpaTT转速为36rmin的时候，=28.78MpaTT故符合要求。4.2.4输入键的设计校核后悬挂轴的轴键的工作面为均载，静态的普通键连接，工作有轻微冲击，故行走部分的键连接的需用挤压应力=120MPa，n=300w=0.30kwP2=36rmin故根据公式(3-27)、(3-28)T=79.54Nm桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第19页共50页(1)动力输入键的校核20轴段采用公称尺寸b为87的普通A型平键，取有效键长=10mm，如图5-4所示。hl故=189.38M