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机械毕业设计全套
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链条预紧力测试仪最终,机械毕业设计全套
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刮板式输煤机链条预紧力测试仪 毕业答辩 姓名：高 波 学号： 100510660 学院： 机电工程学院 班级： 2010级机制一班 内蒙古农业大学本科生毕业设计（论文） 指导教师：张云 nts关于圆环链及刮板式输送机 用于刮板式输送机（刮板链），起运输作用。 nts刮板链 ntsnts刮板链 nts刮板机视频演示 nts工作原理 如图所示，当液压油进入到油缸推动活塞杆向右运动，带动着右架体运动，使右架体的下半部分箱向左运动。待左右架体间链条立环松动时，停止供液，此时通过压力表显示可间接得出所测预紧力的大小。当测试结束的时候，活塞杆不在运动，这时链条对右架体有一个向右的推力，使活塞杆恢复到初始位置，这就完成了一次预紧力的测试。 nts原始数据 此测试仪用于圆环链 48X152-Z-P预紧力的测试，要求手动，油缸的最大工作压力为 60MPa。 厂家要求手动，所以根据人机工程学原理选择手动泵如下 ， (外型小，重量轻，便于携带 ) BS63/1.5 A型 nts力的计算 受力示意图 根据杠杆原理 P*S*X=F*Y 则 F=P*S/Y nts右架体销轴的校核 由图可知销轴受剪切力 nts右架体销轴校核 由装配图可知受最大剪切力的销轴为右架体与活塞杆链接处的销轴，销轴的直径为 d=48mm。 通过计算可得 故 =78500 则销轴受到剪切内力 剪切应力 =40MPa 销轴材料许用剪切应力 所以销轴满足使用要求。 16 3 21 0 1 0 (1 0 0 1 0 )7 8 5 0 0 ( )F P AN 1F 23 3 9 2 5 0 ( )F F N1 3 9 2 5 0 ( )2FQN 23392502 1 . 7 04 8 1 04QM P aA nts三维图 nts工程总图 nts活塞杆 nts 希望各位老师批评指正 nts致谢 特别感谢我的毕业设计指导教师张云老师 nts感谢观看 nts 摘 要 该设计根据 刮板式输煤机链条预紧力测试仪 的用途特点和 厂家的实际要求，设计刮板式输煤机链条预紧力测试仪。此机包括两大部分：机械结构和液压油缸。 本次设计是液压部分和机械结构的设计，该 测试仪主要实现对链条的预紧力的测试。 还有就是张紧机构工作原理的确定，机械结构的设计，液压油缸的设计，对机械结构的强度校核。 关键词： 预紧力测试仪 机械结构 液压油缸 nts Abstract The design is based on coal scraper chain preload tester machine uses actual manufacturers、 characteristics and requirements, design chain scraper coal machine preload tester. This machine includes two parts: the mechanical structure and hydraulic cylinders. This design is part of hydraulic and mechanical structure design, the main achievement of the chain tester preload tests. There is a tensioning mechanism works to determine the mechanical structure design, hydraulic cylinder design, mechanical strength check. Keywords: pre-tightening force tester mechanical structure hydraulic oil cylinder nts 目 录 引言 - 1 1 提出、分析、 选择系统方案 - 2 2 确定总体方案 - 2 2.1 预紧力测试仪的工作原理图 - 2 2.2 原是参数的确定 - 3 3 液压系统部分的计算与元件类型的选择 - - 3 3.1 手动泵的选择 - 3 3.1.1 手动泵的原理图 - 3 3.1.2 手动泵型号 - 4 3.2 液压缸主要参数计算和设计 - 4 3.2.1 液压缸缸筒的设计和计算 - 4 3.2.2 活塞杆的设计和计算 - 7 3.2.3 活塞套的设计和计算 - - 9 3.2.4 导向套的设计与计算 - 11 3.2.5 最小导向 长度的计算 - 14 3.2.6 液压油的选择 - 14 4 机械部分的设计 - 15 4.1 预紧力测试仪的总图 - 15 4.1.1 机械结构部分元件的选择 - 16 4.2 强度的校核 - 18 4.2.1 右架体圆孔部分销轴的校核 - 18 致谢 - 20 主要参考文献 - 21 附件 nts 1 引言 输送机在负载工作前需要对刮板链施加一定预紧力，以保证在负载条件下运行正常。预紧力是否合适对刮板链工作性能有直接影响。 在当今社会上，有许多大型工业企业里都有很多设备用到了链条传动装置。我们常见的如：煤矿刮板输送机，电梯，运输机等等。那么链条预紧力的测试就非常的重要。 随着采煤综合机械化程度的不断提高，刮板输送机正朝着大功率、大运量、大运距及重型溜槽、重型链条方向发展，因此对刮板输送机提出了更高的要求。刮板链是刮板输送机的关键件之一，它的性 能对输送机的正常运行有直接影响。输送机在负载条件下工作时牵引力会使链条发生弹性变形，所以刮板输送机安装时需要对刮板链施加一定预紧力，链条预紧力是刮板链正常运行的必要条件之一，预紧力是否合适直接影响到刮板链运行过程中的工作性能。不同的刮板输送机以及在不同工作条件下需要的预紧力不同，需要根据具体的条件进行分析计算，以保证刮板输送机的正常运行。 刮板链预紧力既不能太小又不能太大，预紧力使用得不适当，会引起链条过早地损坏、出现断链以及链条磨损不正常。如果预紧力太小，链条就会在张力最小点处松弛，导致堆链、跳链 、打牙等事故。如果预紧力太大，又会使链条同链轮啮合过紧， 增大刮板链运行阻力，会加速磨损、造成振动等，甚至造成断链，会增加传动部电动机的功率消耗和零部件的磨损；严重影响到煤矿生产效率、生产安全和刮板输送机使用寿命等。尤其是刚刚使用的新链条，需要每天对链条张紧程度进行检查，当使用一定阶段以后，链条中断快速延伸后，才可适当延长对张紧程度的检查周期。所以应选择合理的预紧力以满足刮板输送机的正常工作要求。 本测试仪采用液压加载方式，根据国家技术监督局的标准 （ GB/T3722-92） 对液压式压力测试仪的性能要 求，针对上述试验内容以及实验对象的特性等因素，我设计研制了本实验机。 由于与电气及机械传动方式比较，液压传动具有以下优点： (1)同样的功率，液压传动装置的重量轻，体积紧凑，惯性小。 (2) 能在很大调整范围内，实现无极变速。 (3)运动平稳，便于现实频繁及平稳的换向。易于吸收冲击力和自动防止过载。 (4)与电气或压缩空气相配合，可以实现多种的自动化。 (5)系统内全部机构都在油内工作，能自行润滑，可以经久耐用。 (6)液压元件易于实现通用化和标准化。 所以我选择液压加载方式作为本预紧力测试仪的加载方式。在通过压力传感器，将实际被测物体所受到的力转化为电信号，再经过电路以及液晶显示器转化为数字讯号，显示在液晶显示器上，操作者可以直接读出力的数值。方便、直观是本预紧力测nts 2 试仪另一大优点。 1.提出、分析、选择系统方案 根据厂家的实际要求，对现有的刮板式输煤机链条预紧力测试仪的液压系统进行设计，提出以下液压系统方案： 该液压系统主要实现对链条的夹紧控制，工作行程较小，且往复速度不同。 单活塞杆液压缸计算示意图 2. 总体方案的确定 2.1 预紧力测试仪的工作原理图： 图（ 1） 如图所示，当液压油进入到油缸推动活塞杆向右运动，带动着右架体运动，使右架体的下半部分箱向左运动。待左右架体间链条立环松动时，停止供液，此时通过压nts 3 力表显示可间接得出所测预紧力的大小。当测试结束的时候，活塞杆不在运动，这时链条对右架体有一个向右的推力，使活塞杆恢复到初始位置，这就完成了一次预紧力的测试。 2.2 原始参数的确定 此测试仪用于 48X152-50-Z-P 预紧力的测试； 油缸的最大工作压力为 60MPa。油缸 的最大工作行程为 50mm。 3. 液压系统部分的计算与元件类型的选择 3.1 手动泵的选择 因为泵的动力由人工提供，所以在泵的设计中必须要考虑人力的承受影响。总的原则是根据人机工程学原理，考虑到具有一般劳动能力的人使用起来轻松自如。 3.1.1 手动泵的原理图 PO1234图（ 2） 1：操纵杆 2：滑块 3：柱塞 4：油缸 工作时，先将操纵杆 1 向上抬起，这时油从 O 口经单向阀进入油缸，再向下压操纵杆油液从 P 口排出。如此循环往复，泵即可源源不断地将油 O 口吸入，从 P 口排出。 nts 4 3.1.2 手动泵的型号 BS63/1.5 A 型 3.2 液压缸主要参数计算和设计 已知：油缸的运动速度： V=180mm/min=3mm/s 工作压力： P=10MPa 实际使用推力： F=78500N 3.2.1 液压缸缸筒的设计和计算 （ 1） 缸径的计算： PA=F F 液压缸实际使用推力 （ N） 。 F=78500N P 液压缸的供油压力，一般为系统压力 (MP) A 活塞受力面面积 （ mm） D 缸筒内径 （ mm） 10（ D/2） =78500 解得： D=100mm 根据新编液压工程手册下册 P1386 表 23.1-4(摘自 GB/T2348-93）液压缸缸筒内径尺寸系列选 D=100。 表 23.1-4 液压缸内径尺寸系列（摘自 GB/T2348-93） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 nts 5 （ 2） 缸筒壁厚计算 液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。 液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律应壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 /D=0.08 0.3 时 PmaxD/(2.3 -3Pmax)（ m） 式中 D-缸筒内 径 （ m） ； Pmax 最高允许压力 （ MPa） 24165.15.1m a x nPPPn -公称压力 见新编液压工程手册下册 1385P 表 23.1-2（摘自 GB7938-87）液压缸的公称压力 Pn a 取 Pn =16 钢筒材料的许用应力 （ MPa） 无缝钢管： 1 3 05/6 5 0/ ns n 安全系数 根据液压缸的工作压力取 n=5(通常取 n=5) 所以， 5.102431303.2/10024 见新编液压工程手册1396P表 23.3-2 取 mm5.10 液压缸缸筒壁厚算出后，即可求出缸筒的外径为 mmDD 12 15.10210 021 (3) 缸筒材料的选择 缸筒的材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，目前，普遍采用的缸筒材料是热轧或是冷轧无缝钢管。常用 20 钢、 35 钢、 45 钢， 20 钢的力学性能低，且不能调质，应用较少； 35 钢焊接性能较好； 45 钢应调质到 241 285HB。根据新编液压工程手册下册1399P表 23.3-3 高精度冷拔无缝钢管产品规格，选用 35 号钢。 表 23.3-4 高精度冷拔无缝钢管机械性能 材料 抗拉强度 a 屈服强度 a 伸长率 % 硬度 27SiMn 900 800 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 (280) 320 (360) 400 (450) 500 nts 6 图（ 3）液压缸缸筒平面图 nts 7 图（ 4）液压缸缸筒三维图 3.2.2 活塞杆的设计与计算 (1) 活塞杆直径的计算 无速比要求时，活塞杆直径可【参见机械设计手册】 即 d=(1/3-1/5)D d 活塞杆直径 D 缸筒内径 d=(1/3-1/5)100=33.3 20(mm) 由新编液压工程手册下册1387P表 23.1-5（摘自 GB/T2348-93） 活塞杆外径尺寸系列选 d=50mm。 表 23.1-5 活塞杆外径尺寸系列（摘自 GB/T2348-93） 4 5 6 8 10 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 (2) 活塞杆材料的选择及加工要求 活塞杆常用 的材料及机械性能见新编液压工程手册下册1406P表 23.3-8。另外，由专业厂生产的高精度冷拔活塞杆，可直接用于液压缸。 表 23.3-8 活塞杆常用的材料及机械性能 材料 抗拉强 度 a 屈服强度 a 伸长率 % 热处理 45 600 340 13 调质、镀铬 活塞杆规格及其性能参数见下表： 见新编液压工程手册下册1406P表 23.3-9 活塞杆规格及其性能参数如下： 规格 精度 表面粗糙度 交货长度 材质 E4 8fmRa 1.02.0 14m(成都油缸厂 ) 45 活塞杆加工要求： nts 8 a.活塞杆表面镀硬铬、镀层厚度 15 25um、调质 b.直线度 0.02mm/100mm C.活塞杆外径公差7f 9f 图（ 5）液压缸活塞杆平面图 图（ 6）液压缸活塞杆三维图 (3) 活塞杆外径弯曲稳定性验算 【参见新编液压工程手册下册1405P】 活塞杆通常是细长杆体，因此活塞杆的弯曲计算一般可按“欧拉公式”进行。活塞杆弯曲失稳临界负荷 KF ，可按下式计算 nts 9 NLJF BK 2262 /10 在活塞杆弯曲失稳临界负荷 KF 时，活塞杆将纵向弯曲。因此，活塞杆最大工作负荷 F 应按下式验证。 KK nFF / 式中， 活塞杆材料的弹性模数 a 1A 活 塞杆横截面惯性矩 4m 圆截面： 44 049.064/ ddJ 4m K 安装及导向系数（见新编液压工程手册下册表 23.3-7）取 K=2 Kn 安全系数，一般取 5.3Kn BL 安装距（见新编液压工程手册下册表 23.3-7） m 23264332 102422/101050049.010210 KF =2.71 06 5107.7/ KK nF 因为， NNF 5107.77 8 5 0 0 所以，活塞杆满足弯曲稳定性条件。 3.2.3 活塞套的设计与计算 活塞套的宽度一般由密封件、导向坏（支撑环）的安装沟槽尺寸来决定的。根据以上考虑的出的活塞套宽度通常都能满足强度要求。 (摘自新编液压工程手册下册 P1400) (2)活塞套材料的选择及加工时的要求 活塞套，一般选用 35 钢、 45 钢。此处选用 45 钢。 由于活塞套在液压力的作用下沿缸筒往复滑动，与缸筒配合要适当。根据常规的设计，活塞加工时有以下要求： a.外径对内孔的径向跳动公差按 7 级或 8 级精度选取。 b.端面对内孔轴线的垂直度按 7 级精度选取。 c.活塞外径的圆柱度公差按 9 级精度选取。 nts 10 图（ 7）液压缸活塞套二维图 nts 11 图（ 8）液压缸活塞套三维图 3.2.4 导向套的设计与计算 (1)导向套宽度计算： 活塞杆的导向套的主要尺寸是导向宽度，通常按活塞杆直径、导向套的型式、导向套材料的承载能力，以及可能遇到的最大侧向负载等因素来考虑。 导向套的受力情况，应根据液压缸的安装方式，导向套结构型式、外部负载、有无导向装置等因素作具体分析 。 A.导向套承受的载荷 FG (A)液压缸垂直安装，外部负载无导向装置，活塞杆受偏心轴向负载 F1 时， MO = LF1 (Nm) （ 23.3-34） LMFGGO (N) （ 23.3-35） 式中 MO 外力作用于活塞杆的外力 （ Nm） nts 12 F1 作用于活塞杆的偏心载荷 （ N） L 偏心载荷的偏心距 （ m） FG 活塞杆的导向套承受的载荷 （ N） LG 活塞至导向套间距 (m) 当活塞杆外伸达到行程终端最不利的位置时，取 LG D +2d （ m） 式中 D、 d 分别为活塞及活塞杆外径 （ m） （ B） 对于其它受力情况（例如非垂直安装的液压缸，则在 MO 内还要考虑液压缸的重量作用），只要求出必须由导向套所承受的力矩 MO 后，即可求出 FG 。 B.导向套承受的支承压力 Pr Pr = dbKFG 10 6 (MPa) （ 23.3-36） 式中 b 导向套的宽度 （ m） ； K 安全系数，通常取 1K2； 据式 23.3-36 求得的支撑压力 Pr ，应在导向套材料允许的范围内。通常取 青铜： Pr 8MPa 填充聚四氟乙烯： Pr 15MPa 导向套的宽度 b b 10 6PdKFrG (m) (23.3-37) 101008.0 22080 0 6 102.5 2 )(52 mm nts 13 图（ 9）导向套的二维平面图 nts 14 图（ 10）导向套的三维立体图 3.2.5 最 小导向长度的计算 当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度 H。【摘自液压元件376P】 如果导向长度过小将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。 对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足下式要求， 2/20/ DLH 2/10020/50 52.5mm 取 H 55mm 式中， L 液压缸最大工作行程 mm D 缸筒内径 mm 3.2.6 液压油的选择 【参见新编液压工程手册 】 nts 15 为了满足液压传动的要求，液压传动采用专用液压油。 选择液压油时应作如下考虑： 10、 12 号液压油：深度精制的轻质石油馏分油为基础油，加入增粘剂、抗氧剂、抗摩剂、防锈剂等制成的，具有良好的粘性、低温性、氧化稳定性。适用于低温工作、常温粘度较低的液压系统。 46 号液压油：具有良好的抗氧性、润滑性、冷却性，粘度较低、摩擦系数小、能有效的减少机械运行的摩擦阻力，容易清洗。 综上所述 ，选用 46 号液压油。 4.机械部分的设计 4.1 预紧力测试仪的总图 图（ 11）预紧力测试仪三维图 nts 16 图（ 12）预紧力测试仪二维图 4.1.1 机械结构部分元件的选择 通过类比和参照的方法，再根据扁平链 48X152-50-Z-P 的形状。我选择了如下图所示的左、右架体的结构，它们的材料根据实际强度校核的结果，右架体我选择 45号钢、左架体选择 27SiMn，再经过调制处理，使其具有优良的综合机械性能。 nts 17 （ 13）右架体三维图 (14) 二维图 （ 15）左架体三维图 （ 16）左架体二维图 nts 18 由预紧力测试仪总图得知，左架体与拉板之间采用焊接的方式链接，把拉板和左架体固定成为一体。右架体则采用销轴，把拉板和右架体链接在一起，当活塞杆运动时，带着右架体绕着销轴转动。从而完成预紧力测试仪对链条预紧力的测试。 4.2 强度校核 4.2.1 右架体圆孔 部分销轴的校核 由图 （ 17） 可知销轴受剪切力 图（ 17） 由装配图可知受最大剪切力的销轴为右架体与活塞杆链接处的销轴，销轴的直径为 d=40mm。 通过计算可得： F1 = PA 61010 )( 1010 0 342 =78500（ N） nts 19 故： F1 =78500N F2 =F3 =39250N 则：销轴受到的剪切内力 NFQ 392502 1 剪切应力 )( 1040 343 9 2 5 02 AQ =31.25MPa =40MPa 销轴材料许用剪切应力 所以销轴满足使用要求。 nts 20 致 谢 首先感谢我的毕业设计指导教师张云老师，在这几个月的毕业设计过 程中，张云老师对我的帮助不仅仅是学习上的，还有对于我以后工作上的问题也有很大的帮助。在毕业设计过程中我遇到了很多问题，看到了自己很多的不足之处，但是张云老师总会在百忙之中抽出时间来帮助我解决各种疑难问题，教我怎么样用 proe 做工程图，刚开始觉得很困难，但在张老师的悉心指导下，我慢慢的能熟练运用 proe 做三维图和工程图。这点使我感到有很大的成就感。而且这对于我以后的生活工作也有不可替代的帮助。 再次，感谢这四年来所有教过我的老师，没有他们我的毕业设计未必能够完成。 第三，感谢我的母校内蒙古农业大学，是他给了我 学习的机会。马上就要毕业了，马上就要离开这座美丽的学校，虽然没有什么不舍，但是内蒙古农业大学肯定会是我一生最重要的转折点，他会在我的脑海里一直占有一席之地。所以，感谢你，内蒙古农业大学。 最后，再次感谢我的毕业设计导师张云，谢谢您给我的所有帮助，祝您在以后的日子里身体健康，工作顺利。谢谢。 nts 21 参 考 文 献 1 雷天觉 .新编液压工程手册 M.北京理工大学出版社 ,199
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