钢丝绳养护装置张力机设计

- 1 -1 前言1.1 钢丝绳清洗装置介绍钢丝绳清洗装置是对钢丝绳进行清洗、浸油等操作，在钢丝绳进行架线工作之后，钢丝绳的表面以及股间缝隙中夹藏有很多尘土或污垢，为延长钢丝绳的寿命，需要对钢丝绳进行清洗和扫垢工作。钢丝绳的清洗工作是指绳盘固定在张力机上，在牵引机和张力机分别提供牵引力和张紧力的情况下对钢丝绳进行张紧，钢丝绳在这两台机器之间经过清洗池和油槽，然后将钢丝绳卷绕在牵引机的绳盘上。钢丝绳的清洗装置工作环境比较恶劣，所以在设计清洗装置各个部分结构时，应尽量不用齿轮传动、蜗杆传动等精密传动，而选择使用带传动、链传动等能够工作在恶劣的环境中的传动形式，从而保证整个清洗装置的寿命。1.2 张力机简介张力机是在整个清洗装置中作为一个放线机构，并且能够起到张紧钢丝绳的作用。既钢丝绳通过张力机进行展放时，为使得导线产生一个张力而使其脱离地面，需要在导线上施加一个与钢丝绳放线方向相反的力，而这个相反的力需要有张力控制装置通过钢丝绳放线机构产生一个阻力距并从而产生张力来实现。目前，国内张力机的种类有很多，随着制造业的发展，张力机的各种形式也随之产生。很多生产厂商通过改变张力机的张力控制装置来实现张力机的改进。国内外关于钢丝绳清洗装置的张力机并不是很多，只是由原始的形式来实现，而且工作环境较为糟糕。相对应的是用于架空线路输电的张力机却发展的较为成熟。几乎所有的高空架线张力机都是由液压驱动形式来实现，那是因为高空架线用张力机的驱动功率很大，电机无法实现。除此之外，张力机的种类有很多，有机械摩擦制动张力机、电磁制动张力机、空气压缩制动张力机。液压制动张力机能够无极控制放线张力的大小，产生的张力较为稳定，受放线速度的影响较小，但重量大，维护检修技术要求较高，还容易发生漏油等现象。机械摩擦制动张力机是直接在张力机放线机构上施加机械摩擦阻力距得到张力，这种形式的张力机摩擦较为严重，产生的摩擦热很大。空气压缩制动张力机噪音大，张力不平稳，制动功率也很小，很少使用。张力机的张力产生和控制装置是张力机最重要的一部分，选择不同的张力控制装置，张力机的结构差别就很大，所以张力机的形式取决于张力产生装置形式的不同。1.3 本设计钢丝绳清洗装置张力机简介钢丝绳清洗装置张力机是清洗装置中产生张力的部分，它直接决定钢丝绳能否脱离地面，保证钢丝绳与地面、跨越物之间有一定的距离。张力机在放线过程中，- 2 -通过在卷筒上产生制动阻力距，使得在钢丝绳的清洗过程中保证钢丝绳有一定程度的张紧被牵引机进行牵引卷绕。张力机产生张力过大，钢丝绳内部应力就会过大，造成钢丝绳的破坏。而若钢丝绳的张力太小，就不能将钢丝绳拖起。所以需要将钢丝绳的张力控制在一定范围内，而张力的控制需要用张力机的张力产生和控制装置来实现。张力产生和控制装置作为整个张力机的核心，它通过磁粉制动器在放线机构上产生阻力距来制动放线机构。对于本次设计的张力机主要由放线机构、减速器、磁粉制动器、电机、电器控制装置、带传动、链传动等组成。放线机构主要是卷筒部分，由于受力不大，故对卷筒要求不高，采用摩芯式结构，卷筒表面加工成抛物线曲面，既中间小，向两端逐渐增大。减速器和磁粉制动器均采用外购件，根据功率、转矩和各种结构尺寸来选择电机、减速器、磁粉制动器。根据清洗时钢丝绳的速度与所选择电机的速度确定出总共的传动比，然后由带传动、链传动和减速器的传动比要求分配各级传动比。张力机的工作环境比较恶劣，所以对张力机的各种零部件的精密度要求不高，只要能在钢丝绳的清洗过程中能够承受 1600-kg 的绳盘和 2000N 左右的张力即可。- 3 -2 张力机设计方案确定2.1 选题背景2.1.1. 背景目前，国内市场上大多采用机械摩擦式张力机，由于该张力机摩擦、磨损较为严重，而产生的热量又无法进行利用，故很多张力机器都闲置不用。国外对于张力机器的研究也是在此基础上进行改造，这样既节约了资金，提高设备的利用率，又能够在一定程度上缓解了所需张力机紧张的局面，取得了较好的经济效益和社会效益，并且积累了张力机器改造的经验，为以后张力机的设计和改造奠定了一定的理论和实践基础。2.1.2 选题的目的和意义张力架线就是在高压空送架线工程中，采用一套机械设备，使导线在一定的张力情况下展放。而现在我们所见到的张力机器则是由液压驱动的滚轮式张力机，这种机器虽然能够实现张力架线这种功能，但液压驱动能够产生很大张力，而清洗钢丝绳并不需要如此大的张力，造成浪费。通过本次毕业设计，将控制、机械制图、机械制造及机械设计等在大学四年中所学的知识贯穿起来，进一步将自己所学到的专业知识应用到实际产品中。通过这次毕业设计，能够发现自己的欠缺点，并能够了解作为一名设计人员应具备的素质。 2.2 设计内容2.2.1 设计内容研究张力机包含张力控制装置、放线机构、机械传动部分、制动器和机架等，我们所进行的设计包括上述几个部分 。121：张力产生和控制装置张力产生于控制装置是张力机较关键的部分，是产生阻力距并进而产生张力的装置。2：放线机构放线机构是张力机的工作机构，导线是通过它展放的。目前的放线机构有双摩擦放线卷筒、单槽大包角双摩擦轮、滑动槽链、多轮滚压式或履带压延式、导线轴架和最原始的木质磨芯式卷筒等形式。对于本次张力机的设计是采用铸铁摩芯式卷筒。3：机械主传动组成张力产生装置上产生的阻力距，是通过机械传动部分传递到放线机构上。该设- 4 -计方案中机械传动有带传动、链传动、减速机构等。4：制动器同一般机械系统上的制动器作用相同，临时停机时保证放线机构不传动。5：机架及辅助设备机架有很多种形式，由于该方案设计的张力机是用于钢丝绳清洗时而用，是在厂房进行操作，故可以设计为固定式的，既台架式机架。2.2.2 设计参数主要参数有: 1.钢丝绳速度：V=1500-2000m/h2.单盘重量：1000-1600kg3.绳盘尺寸：1400（外径） X 420（内径） X 560（宽度）mm4.需要张力：15002000 N2.2.3 张力机设计方案伴随着经济的发展，我们对各项需求增加，对产品的功能、特性追求最佳设计。再设计该产品时，首先查阅有关张力机的书籍、期刊、论文、设计手册和设备技术参数。通过了解这些知识，对国内外张力机的发展、张力机的制造技术、研究水平和发展趋势具体了解之后，再通过实习进行感性了解之后，开始构思张力机的设计。对于张力机的设计而言，我们要实现其功能有很多种方式。设计张力机时必定要选择一种能够实现所需要的功能、性能较为可靠、整体尺寸小、成本低廉的方法。电磁制动张力机是利用电磁感应在转盘上产生涡流，使放线机构上产生阻力距。电磁制动张力机结构简单，噪声小，没有独立的风扇冷却系统，采用电气控制，操作方便，也易实现自动控制和集中控制。但也有缺点，需要有电源、低速性能差，但电源用量较小，在电源异常情况下，可采用蓄电池来代替电源。电磁制动张力机结构图如下图：- 5 -图 1 电磁制动张力机示意图1-放线机构 2-增速器 3-涡流制动装置 4-制动器5-电气控制装置 6-电源 7-电动机 8-链传动电磁制动张力机的设计主要有以下几个部分：机架，是用于支撑上述所有部件的机构，它的设计只要是遵循设计学原理和人机功能学原理即可。其高度有卷筒的直径来决定，与牵引机和清洗槽的高度有关系-。张力产生和控制装置，实现张力产生的方法有很多，而我们所进行的设计是从多种实现方法中选择一种最佳的方法，我们所选择的是电磁制动。结构原理图如下图所示：- 6 -图 2：电磁制动装置结构图1-励磁绕组 2-静子铁芯 3-电枢 4-风扇放线机构，其主要参数是卷筒直径和卷筒长度，一般是根据钢丝绳的直径来确定。机械主传动部分，包括带传动、链传动、减速机构。链传动的设计要遵循机械设计上所学的知识，设计链传动的齿数、节距、链接数、链轮直径等；减速机构可在市场上直接购买，一般有链传动减速装置和齿轮减速器。由于我们所设计的张力机在减速器这一轴上的速度还较高，而链传动增速装置不宜于用在高速轴上，故要选择齿轮减速器。制动器，这一部分并不需要进行制动器内部元件的设计，而是直接购买过来进行其位置的设计。采用的是磁粉制动器，安装在增速后的轴上。如下图：- 7 -图 3：制动器- 8 -3 张力机机械结构设计张力机机械结构的总体设计要遵循实用性原则、经济型原则、人机工程学原则、美学原则和工艺原则。运用所学的知识进行原理功能分析，既要实现这种功能需要哪些机构部件。根据所设计的原理进行传动部分、连接部分和轴系部分的设计。然后选择各个零部件的材料，将各个部分进行校核计算。这一部分的设计就是将理论知识和原理转换为实物，最终完成张力机的整体设计。3.1 张力机总体设计根据张力机设计所给定的参数进行总体结构设计，钢丝绳的线速度为1500-2000m/h，单盘重量为1000-1600kg，绳盘尺寸为1400（外径）420（内径） 560（宽度）mm，需要张力：15002000 N。由于运动和动力都是由电机所传递的，故先根据张力和钢丝绳的线速度计算功率，由功率选择电机。然后由电机的速度与钢丝绳的线速度确定整个张力机系统的传动比。3.1.1 电机的选择由于规定张力机所能够应用的钢丝绳的直径d最大为28mm，卷筒直径D=40d-100 (3.1)=4028-100=1020(mm) 由于n =v/(d) (3.2)mi=2000/(1.0260)=10.4(r/min) 已知卷筒与绳盘之间的力为1400N，有摩擦力公式f=F*e ,n是在卷筒上的缠绕圈un14.3数，由于使用的是摩芯式卷筒，摩芯式卷筒规定缠绕圈数一般在3-4圈，故取n=3;u是摩擦系数，对于卷筒来讲，所选用的卷筒材料是HT150，要求机加工时加工精度高,故摩擦系数较小点，取u=0.1。F=fe (3.3)un=1400e 1.034.- 9 -3600(N)因为张力为3600N,钢丝绳速度为2000m/h,P=FV (3.4)=36002000/3600=2(KW)由于卷筒部分功率为1.1KW，这个效率是由电机经过摩擦损耗而剩余的。由卷筒效率是0.96，链传动效率是0.96，减速器效率是0.97，带传动效率是0.96，联轴器效率为0.99。P = 15432（3.5）=2/(0.960.960.970.960.99)=2.35（KW） 由此选择电机功率为3KW，由于对电机的要求不高，所以选择普通的Y系列三相异步电机即可，根据机械设计手册表12-1，选择Y132-S型号，该型号电机的额定功率是3kw,转速是1000r/min。3.1.2 各轴转速的计算有上述计算电动机转速为 1000r/min，卷筒转速为 15r/min，所以张力机总系统的传动比是 66。根据机械工程经验，链传动一般为 i =2-5，单级减速器 i =4-126，V 带传动 i =7。根据上述经验值分配各个传动比，带传动传动比为 4，减速器3传动比为 5，链传动传动比为 3.3。有以上选定的传动比进行各个轴的转速计算，卷筒所在轴的转速为n =15r/min，1n =n i =153.3=49.5(r/min)21n =n i =49.55=247.5(r/min)33.2 各零部件的选择及计算3.2.1 卷筒轴最小直径计算及轴的设计计算由于该轴所承受的力为 3KN 左右，综合这一轴上所需安装的各种零部件，该轴所传递的功率为 2KW，转速是 15r/min，故选择轴的材料为 45 钢。- 10 -由轴的扭转强度条件 16= (3.6)stWT32.095dnPT所以d (3.7)32.095nPT式中 A = ，根据机械设计课本表 15-3，45 钢 A 的取值范围是 103-032.95T 0126，当轴所受的弯矩较小或是只受扭转、不受轴向载荷或是轴向载荷较小时，A就取小值。由于该轴只受到扭矩作用，又不受轴向载荷，所以 A 取 105 即可。0 0d =A (3.8)min03P=105 =53.6(mm)3152由上述计算可得 d 为 55mm。min卷筒轴上直径最小部分是与机架相连处，也是安装轴承端盖部分。由于轴肩高度一般取 0.08-0.1d，而轴承内径有 60、65，所以根据轴承内径及轴肩高度取值，安装轴承部分直径设计为 60mm，内径为 60 的轴承内圈高度为 7，所以安装链轮部分轴的直径为 70mm，按此方法依次进行设计，该轴最大直径处应是安装卷筒的轴肩处，设计为 116mm，卷筒直径为 100mm。3.2.2 卷筒的设计计算由于摩芯式卷筒受力不是很大，而且只受到扭转作用，综合考虑其实用性和经济性能，卷筒材料选用 HT150。摩芯式卷筒表面采用圆弧结构，由于设计采用缠绕三圈，随着张力机放线的进行，当缠绕的第三圈出线时，第一圈和第二圈就会发生- 11 -挤压，钢丝绳在卷筒表面上就会发生滑移。所以在设计卷筒结构时要综合考虑多个方面的因素，如圆弧结构问题、动力传递问题、外形结构问题。在圆弧结构方面，若要使张力机顺利的工作，在张力机进行放线时，必须保证钢丝绳在卷筒上顺次不断向卷筒中部滑移。若要使钢丝绳在卷筒上顺利的滑移，而不出现重叠、紊乱等现象。圆弧的倾斜角要设计在一定的范围内，机械制造加工经验一般将圆弧角度控制在 20-25 度左右。动力传递方面，要将轴上的动力传递在卷筒上，需要将其连接起来，一般选用键连接。外形结构上，钢丝绳一般采用低碳钢制造，所以钢丝绳在缠绕时一般会有最小弯曲半径，钢丝绳的直径不同，其最小弯曲半径也不相同。由于卷筒直径要根据能够清洗的钢丝绳最大直径来考虑，已知条件规定所能够清洗的钢丝绳最大直径为 28mm，而D=40d-100=4028-100=1020(mm)，由以上计算，卷筒的直径较大，为减轻重量和节约材料，卷筒采用腹板式结构，如带轮、链轮一样，较大直径结构为减轻重量采用腹板式和空心式结构。根据机械行业规定，卷筒的宽度是由卷筒圆弧部分的最小直径来确定，总之，卷筒宽度也和钢丝绳的直径有关，一般取 B=0.25D=0.251020=260(mm)。3.2.3 轴承及轴承端盖的选择根据上述轴的设计计算，安装轴承的轴径为 60mm。由于只受到径向力的作用，而深沟球轴承的价格又最低，深沟球能够承受很大的径向力，同时能够承受一部分轴向力，故选用深沟球轴承。由机械设计学课本表 6-7，选用型号 6014。轴承端盖选用凸缘式轴承盖，由于所选用的轴承是 6014，其外径是 110，查机械设计学课本表 11-10，轴承端盖用 6 个安装螺钉，选用 M10 的螺钉。安装螺钉的定位直径是D =D+2.5d =110+2.510=135(mm)03轴承端盖的最大直径是D =D +2.5d =135+2.510=160(mm)203轴承端盖厚度为e=1.2d =1.210=12(mm)3轴承端盖的支撑设计由端盖的结构而决定，综合各方面的结构考虑，设计支撑的长度为 8mm，根据轴承的外圈厚度，设计轴承支撑的厚度为 6mm，3.2.4 带传动的设计计算由于动力系统的速度较高，而所需要的速度有较低，故需要传动系统进行降速。与电机相连的那级转速较高，不适于用链传动，而齿轮传动精度较高，对工作环境- 12 -要求较高，且齿轮传动成本较带传动、链传动高很多，而整个钢丝绳养护系统工作环境比较恶劣，综合这几个方面的原因，这一级选择带传动。由上述分配带传动的传动比为 4，张力机的载荷变化较小，每天工作 8 小时，轻载启动，故选择 K =1.0，带传动所传递的功率是 3KW，所以计算功率AP =K P=1.03=3(KW) (3.9)caA而小带轮的转速既电机的转速为 1000r/min，根据机械设计课本表 8-11，V 带的类型应选择 A 型。根据带传动的设计计算 ，16（1）确定带轮的基准直径 d 并验算带速 v1）初选小带轮的基准直径 d 1根据带的类型，查表 8-6 和 8-8，选择小带轮的基准直径是 100，大带轮的基准直径是 400。2)验算带的速度带的速度不能过高，也不能太低，一般取带的速度 v=5-25m/s，最大速度不能超过30m/s。根据公式v= (3.10)106nd=5.24(m/s)所以带的速度符合要求。3）确定中心距 a，选择 V 带的基准长度根据带传动总体尺寸限制和减速器尺寸的限制，中心距至少选择为 600mm。带的长度L 2a +(d +d )/2+(d +d ) /4a (3.11)0d1d21d20=2600+(100+400)/2+(100+400) /(4600)=2023(mm)- 13 -根据表 8-2 得，选择带的基准长度为 2000mm。带传动的实际中心距近似为a a +(L -L )/2 (3.12)0d0=588.5(mm)由于带轮会有制造误差，V 带也存在着弹性，会出现松弛或是过度张紧状态，机械行业中也规定带传动的中心距变动范围a =a-0.015L (3.13)mind=588.5-0.0152000=558.5(mm)a =a+0.03L (3.14)mxd=588.5+0.032000=648.5(mm)4)验算小带轮的包角 1由于带的缺陷就是会发生弹性滑动，这是带传动无法避免的，当带传动的包角过小时，带传动就会发生打滑现象，打滑会加剧带的磨损，降低带的使用寿命。而小带轮的包角相比大带轮来说较小，所以需要验算小带轮的包角。=180 -（d -d ）57.3/a 1021d(3.15)=150.8 9005)确定带的根数 zZ= (3.16)AKP0=2.83- 14 -为满足其强度和受力要求，需要选择三根带。3.2.5 减速器的选择在整个传动系统中，为满足降速要求，需要加一减速器进行减速，减速器的选择需要考虑很多因素，如结构尺寸问题、传动比、减速器重量以及减速器轴的大小问题。在选择减速器时，也要考虑减速器的中心距问题，因为加速器的输入端要安装磁粉制动器和带轮，输出端要安装链轮，为防止三者之间的干涉，减速器的中心距要慎重选择。中心距既不要太大，造成空间和材料的浪费，提高成本；中心距也不能太小，若要过小的话，输入轴和输出轴端安装的联轴器和链轮会发生干涉。由于减速器是外购件，在选择时要综合考虑各方面的因素。因为单级减速器就可以满足传动比 5 的要求，且其成本较低，所以不选择二级减速器。减速器有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器圆锥-圆柱齿轮减速器、蜗杆减速器等等，这几种减速器中，圆柱齿轮减速器成本最低，所以选择圆柱齿轮减速器。减速器的种类有很多，在进行选择时，当满足其工作要求时，要选择经济性最好的。综合以上方面考虑，减速器的中心距选择为 250mm。3.2.6 链传动的设计计算在这最后一级传动系统中，运用链传动进行减速、传递运动和动力。实现其功能的有带传动、链传动和齿轮传动。带传动过程中具有弹性滑动现象，而且容易发生打滑现象，不能够保持恒定的传动比，传动效率较低。齿轮传动的制造精度和安装精度都较高，由于张力机的工作环境较为恶劣，不适于选用较高精度的传动方式。这一级的转速较低，张力机对安装和制造精度要求又较低，而链传动整体尺寸较小，结构较为紧凑，鉴于链传动的各种优点，故选择链传动。在以上计算中分配给链传动的传动比是 3.3，为防止链的磨损和跳链现象，链的最小齿数为 17，而又为使得链齿摩擦、磨损均匀，链齿数一般设计为奇数。故此设计小链轮齿数为 19，大链轮齿数是 53。由于张力机工作过程中是平稳运转，所以工况系数选择为 K =1，由机械设计A图 9-13，主动链轮齿数系数为 K =1.35，设计为单排链,即 K =1。所以当量单排链z p的计算功率P = (3.17)caKpzA=2.8(KW)(1)选择链的型号和节距- 15 -由以上可得计算功率 P 为 2.8，小链轮转速 n 为 50r/min，查机械设计图 9-13 得选ca择链的型号为 16A。查机械设计表 9-1,得节距 P 为 25.4。（2）计算链节数和中心距中心距一般选为 a =(30-50)p，取 a =813，链节数00L =2a /p+(z +z )/2+(z -z )/(2 )*p/a (3.18)0p12210=110(mm)(3)计算链速 v，然后根据链速选择合理的润滑方式V= (3.19)106pnz=0.4(m/s)由链速和链的型号选择为定期人工润滑。（4）计算压轴力 F p有效圆周力为：F =1000P/v (3.20)e=7000(N)由于该链传动是水平布置，其压轴力系数一般是 1.15，则压轴力F K F (3.21)pfe=8050(N)3.2.7 磁粉制动器的选择在钢丝绳进行放线时，如果电机突然停机，绳盘在惯性作用下会继续放线，在张力机上安装制动器是为了保证在临时停机时绳盘不发生转动。同时张力机上的制动器还具有产生阻力距的作用，产生的阻力距会使得钢丝绳产生张力。- 16 -普通的制动器有带式制动和盘式制动，带式制动主要安装在低速轴上，盘式制动主要安装在高速轴上。这两种制动方式都只能保证突然停机时不发生转动，不能够提供阻力距。磁粉制动器是利用电磁作用下的磁粉来传递转矩，它是利用电器装置进行控制，磁粉制动器产生的转矩与电流成正比关系，可以通过控制电流的恒定来控制输出的转矩，这样就可以得到恒定的张力。利用磁粉制动响应较快，结构简单、无污染、无振动冲击。磁粉制动器是通过最大制动转矩和最大滑差功率来选择其型号，最大滑差功率3KW，最大制动转矩是 77Nm，根据磁粉制动器技术参数表查得，功率完全符合要求，转矩相差很大。而磁粉制动器的使用方法中规定，在滑差功率完全满足的情况下，应把制动器放在高速级，这样可减小转矩。由于制动器重量较大，而轴颈较小，所以选择机座式磁粉制动器。查得技术参数表，选择型号为 FZJ-10。3.2.8 联轴器的设计磁粉制动器与减速器轴的连接是通过联轴器来实现的，由于在该轴上所传递的转矩不大，所以选择刚性联轴器即可满足其要求。大多标准的联轴器都是连接两个相同直径的轴，而该系统中所需要的联轴器是连接两个不同直径的轴。设计联轴器只要满足其转矩要求即可，先从标准中按照减速器轴径进行选择，按照这一型号进行设计，把磁粉制动器端联轴器的轴径孔设计为磁粉制动器的直径大小，如图 4。图 4 联轴器3.2.9 机架的设计机架部分的设计包含整个张力机系统的支撑结构，机架部分设计重点考虑各个零部件如何安装，各部件之间是否能够发生干扰。机架整体采用四个支腿支撑，卷筒轴处采用固定支腿，由于绳盘需要经常拆卸，所以绳盘处的支撑需要采用能够调节高度的支撑，所以采用螺纹支撑。由于机架整体采用空心方刚，为固定轴承端盖，需要在卷筒轴处焊接一个实心套筒。在绳盘轴处，由于轴要经常拆卸，需要在机架上焊接能够安装销钉的凸台。在以上的选型中，- 17 -电机、制动器都是机座式的，还有减速器的安装，需要焊接支撑板和肋。为安装这些部件，机架的长度达到 3 米，宽度为 893mm。3.2.10 各标准件的选择在整个系统中，用到很多标准件，如键、螺钉、螺栓、小圆螺母。这些标准件需要根据其应用环境进行选择。（1） 键带传动、链传动、卷筒和联轴器与轴之间都需要键进行连接，键可以进行周向定位，也可以传递没运动和动力。键在选择时是根据轴径尺寸在标准中来选择键的截面尺寸，根据轮毂长度来选择键的长度，一般键长等于或略小于轮毂的长度。卷筒连接处键的尺寸是 2816180,大链轮处键的尺寸是 201256,小链轮处键的尺寸是 281632,减速器端联轴器处键的尺寸是 14970,制动器端键的尺寸是181170,大带轮处键的尺寸为 161045,小带轮处键的尺寸为 10845。（2） 螺钉螺钉的选择是根据连接件的尺寸来选择，轴承端盖处螺钉是根据轴承外径来选择，其尺寸是 M835。小链轮、大小带轮端面固定的螺钉是根据轴径大小来选择，其尺寸分别是 M1243、M1246 和 M1235。（3） 螺栓螺栓的选择跟螺钉相同，只不过螺栓连接的是两个薄板，螺钉可以实现一个薄板和一厚板的连接。大链轮连接处螺栓的尺寸 M12，联轴器处螺栓尺寸是 M16。电机安装处螺栓的尺寸是 M10，减速器安装螺栓尺寸为 M24，制动器处安装螺栓尺寸是 M12。（4） 小圆螺母小圆螺母的选择时根据轴上螺纹的尺寸来选择，其作用是对卷筒进行轴向固定，选择的规格是 M852。- 18 -4 轴上零件的定位为了防止零件在轴上发生周向运动和轴向滑动，需要对零件进行周向定位和轴向定位，以确保零件具有准确的工作位置。（1） 卷筒轴的定位卷筒轴上需要进行定位的零件有很多，如轴承、链轮、卷筒，如图 5。图 5 卷筒轴轴承的定位有内圈定位和外圈定位。内圈定位一般采用套筒和轴肩，外圈一般采用轴承端盖和箱体。在该卷筒轴上轴承的内圈定位采用套筒和轴肩，外圈采用轴承端盖定位。链轮采用平键进行周向定位，轴向定位采用轴肩和套筒。卷筒的周向定位与链轮相同，采用键进行定位。轴向定位一端采用轴肩，另一端采用小圆螺母。（2） 减速器输出轴链轮和输入轴上带轮和联轴器的定位减速器输出轴上安装的是小链轮，小链轮周向采用键进行定位。轴向一端采用轴肩定位，另一端采用螺钉和平板定位。减速器输入轴上安装的是大带轮和联轴器，大带轮用键进行周向定位，用轴肩和螺钉进行轴向定位。联轴器周向定位采用键连接，轴向定位采用轴肩。（3） 绳盘轴的定位绳盘轴上需要定位的零件只有轴承，而该轴承的定位方式与卷筒轴上轴承的定位方式。- 19 - 20 -5 零件的校核（1）卷筒轴的校核对于卷筒轴来讲，除受到安装在轴上各零部件的重力之外，就只受到钢丝绳的切向张力作用，既该轴是一个传动轴，如此该轴只承受转矩，而不受弯矩作用。轴上所承受的转矩是由钢丝绳的张力所引起的，卷筒出线口钢丝绳的张力是 3600N，故其所受的转矩是 1836Nm。能够承受这样大转矩的轴的最小直径是 52mm，而所设计的轴的最小直径是 56mm，因而能够满足使用要求。（2）绳盘轴的校核绳盘轴在张力机工作时固定不动，只受到静应力的作用，这根轴属于心轴，既只受到弯矩而不受转矩的作用。该轴受到的最大弯矩为 980Nm，由此计算出轴的最小直径是 47mm，而所设计的轴的最小直径是 50mm，故该轴也符合要求。（3）键的校核在设计的该系统中有多处用到键，其中主要用到的是普通平键，其主要的实效形式是工作面被压溃，所以只需要按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于卷筒轴上大链轮的平键，其截面尺寸是 2012，键的长度是 56。普通平键的强度条件是(5.1)kldTp102p其中 k 是键与轮毂键槽的接触高度，k=6;l 是键的工作长度，l=60d 是键所在轴处的直径，d=7676510832p=141（ MPa） (MPa)5p其余六个键的校核与以上方法相同，经校核计算都符合要求。（4）轴承的寿命计算在工作过程中由于受力的变化，轴承可能会发生失效。但在设计任何一系统时，都会对所选择的标准件进行寿命预算，以确保零件在保质期内不发生破坏。对于卷筒轴上的轴承，由于只受纯径向载荷，且 F =3600N，该轴运动较平稳，r- 21 -查机械设计表 13-6，载荷系数 f =1.2 所以pP=f F (5.2)pr=1.23600=7200(N)根据选择轴承的型号为 6013，其基本额定动载荷是 32.0，该轴的转速是 10r/min，因为使用的是球轴承，所以 =3。由公式L = ( ) (5.3)hn601PC= ( )72033=1.510 (h)5由以上计算轴承寿命满足预订寿命要求。绳盘轴上的轴承也是采用深沟球轴承，只受到径向力的作用，其径向力为1400N，回转也是比较平稳，查机械设计表 13-6 得 f =1.2pP=f F =1.21400=1680Npr选择的该轴承的型号是 6010，其基本额定动载荷是 22.0，该轴的转速是 10r/min，由此其寿命是L =h3618020=310 （h）6- 22 -6 结论经过这三个月的毕业设计，我系统掌握了机械设计方面的专业知识，学会运用大学四年所学的知识进行系统的设计，对于一个设计题目，也学会如何着手开始设计，学会运用设计题目中给出的已知条件去推理、演算。通过这次毕业设计，我系统了解了张力机的工作原理，也了解国内外张力机的发展趋势和发展水平，学会设计张力机时应该注意哪些问题。学会了通用机器的设计方法，要实现什么样的功能应该选择什么样的机构部件，明白从市场上购买过来的仪器该通过什么样的方法才能满足自己的要求，该如何从市场上选择自己的需求。经过这次毕业设计，总结体会如下：1）完成张力机的总体机构设计设计张力机的目的就是使得钢丝绳产生张力，产生张力的方法有很多，根据课题要求从这么多方法中选择一种经济性能好、使用性能佳的方法。从所选择的普通三相异步电机到放线机构要通过一系列的减速机构来实现2）完成张力机的机架部分设计张力机的机架部分设计要在总体机构确定之后才能进一步的设计，要根据总体机构的要求去添加或减少一些结构。如轴承端盖的固定需要在机架安装轴承处焊接一个类似于套筒的结构。在要安装电机、制动器和减速器处需要焊接托板去支撑这些外购件。3）各种零部件的校