砂箱转运机设计说明书

- 1 -1 前 言在 现 代 工 业 生 产 过 程 中 ， 物 料 转 运 这 一 过 程 对 大 部 分 企 业 来 说 ， 是 不 可 缺 少的 一 步 ， 在 原 材 料 的 生 产 过 程 中 也 是 这 样 。 对 转 运 系 统 的 运 行 要 求 是 ： 在 限 定 的节 拍 时 间 内 , 完 成 横 向 搬 运 , 并 平 稳 、 准 确 地 停 止 在 起 始 或 终 止 位 置 。 据 国 外统 计 ： 在 中 等 批 量 的 生 产 车 间 里 ， 零 件 在 生 产 线 上 的 时 间 仅 占 生 产 时 间 的10%， 而 90%的 时 间 消 耗 在 原 材 料 、 工 具 、 零 件 的 转 运 、 等 待 上 ， 物 料 转 运 的 费 用占 全 部 生 产 费 用 的 30%40%。 从 而 可 见 转 运 机 器 的 技 术 水 平 和 设 备 状 态 对 工 业自 动 生 产 线 的 运 行 影 响 很 大 , 既 影 响 自 动 生 产 线 的 开 动 率 , 又 影 响 自 动 生 产 线的 运 行 速 度 。 因 此 ， 设 计 合 理 、 高 效 、 安 全 的 物 料 转 运 机 器 对 压 缩 库 存 资 金 占 用 、缩 短 物 流 转 运 所 占 时 间 ， 是 十 分 必 要 的 。在 我 国 的 铸 造 工 业 生 产 领 域 内 ， 物 料 转 运 的 应 用 比 较 常 见 ， 应 用 也 比 较 广 泛 ，按 照 转 运 作 业 的 要 求 可 以 分 为 ： 1） 水 平 或 斜 面 运 动 搬 运 作 业 ； 2） 垂 直 运 动装 卸 作 业 ； 3） 提 升 或 下 降 运 动 码 垛 或 取 货 作 业 ； 4） 绕 垂 直 轴 线 转 动 转向 作 业 ； 5） 绕 水 平 轴 线 转 动 翻 转 作 业 。 而 本 设 计 题 目 是 砂 箱 转 运 机 ， 是 属 于水 平 搬 运 作 业 范 畴 。 在 工 业 生 产 中 ， 小 批 量 生 产 一 般 采 用 人 工 搬 运 ； 中 大 批 量 生产 一 般 采 用 自 动 化 搬 运 线 。 本 设 计 是 解 决 铸 造 行 业 中 砂 箱 转 运 的 问 题 ， 是 属 于 中大 批 量 生 产 范 畴 ， 因 此 采 用 自 动 化 搬 运 线 。 自 动 化 搬 运 线 是 利 用 PLC 控 制 电 机的 运 动 ， 电 机 带 动 皮 带 、 链 条 、 齿 轮 等 机 构 ， 从 而 实 现 物 体 的 搬 运 。从 古 至 今 ， 人 们 经 历 了 从 人 工 搬 运 、 纯 机 械 搬 运 、 电 机 带 动 机 械 进 行 搬 运 、 自 动化 搬 运 线 。 我 国 从 自 动 化 搬 运 线 的 空 白 到 现 在 的 初 具 规 模 ， 并 且 已 经 基 本 广 泛 应用 于 生 产 实 践 中 。 现 在 ， 我 国 的 自 动 化 搬 运 机 已 经 有 少 量 的 出 口 ， 国 外 厂 家 生 产的 产 品 也 已 逐 步 退 出 了 中 国 的 市 场 。目 前 ， 我 国 关 于 铸 造 产 业 中 的 专 利 主 要 涉 及 到 铸 造 设 备 、 模 具 制 造 等 ， 而 有关 铸 造 中 的 物 料 转 运 的 问 题 涉 及 的 较 少 。- 2 -2 选题的目的及意义在 现 在 的 铸 造 行 业 中 ， 绝 大 多 数 都 是 中 大 批 量 生 产 ， 而 铸 造 中 砂 箱 转 运 的 问题 是 不 可 忽 视 的 一 步 。 如 图 （ 2.1） 所 示 ， 表 明 了 砂 箱 转 运 在 铸 造 自 动 生 产 线 上的 重 要 工 艺 位 置 1。 能 使 砂 箱 平 稳 、 准 确 从 一 个 生 产 线 转 运 到 下 一 生 产 线 中 ， 从而 使 整 个 铸 造 生 产 线 顺 利 的 进 行 下 去 。 这 显 得 尤 为 重 要 。 本 设 计 拟 选 择 砂 箱 转 运作 为 课 题 方 向 ， 采 用 电 机 带 动 链 条 (链 条 固 定 在 支 撑 砂 箱 的 装 置 上 )从 而 对 砂 箱进 行 转 运 。 之 所 以 采 用 链 条 传 动 ， 是 因 为 链 条 传 动 比 皮 带 传 动 效 率 高 、 结 构 紧 凑 ，比 齿 轮 方 便 、 简 单 ， 而 且 成 本 较 低 ， 可 以 远 距 离 传 动 。 通 过 本 次 设 计 可 以 将 自 己所 学 的 理 论 知 识 与 实 际 相 结 合 ， 提 高 自 己 的 设 计 水 平 ， 动 手 能 力 ， 巩 固 基 础 知 识 ，并 将 知 识 有 机 的 整 合 到 一 起 。图 2.1 铸造自动生产线的工艺流程- 3 -3 方案设计及要求我 设 计 的 是 砂 箱 转 运 机 。 砂 箱 转 运 机 工 作 时 ， 驱 动 电 机 带 动 传 动 链 进 行 运 动 ，而 链 条 固 定 在 支 撑 砂 箱 的 装 置 上 ， 从 而 带 动 砂 箱 运 动 。 最 后 由 顶 出 装 置 将 砂 箱 顶起 ， 从 而 进 入 下 一 生 产 线 。设 计 方 案 要 求 ：1. 采 用 液 压 传 动 ， 工 作 压 力 为 16MPa；2. 设 计 的 机 械 可 完 成 给 定 砂 箱 的 搬 运 ， 砂 箱 尺 寸 ： 1200 x 920 x 320 mm；3. 完 成 液 压 缸 的 选 型 ；4. 结 构 模 块 化 ， 便 于 装 配 ；5. 由 于 时 间 的 关 系 ， 本 次 设 计 仅 对 机 械 系 统 进 行 了 设 计 ， 而 对 液 压 系 统 、电 气 控 制 系 统 不 做 设 计 。- 4 -4 砂箱转运机总体方案设计根 据 生 产 工 艺 ， 砂 箱 转 运 机 工 作 时 ， 传 动 系 统 (3)带 动 支 撑 砂 箱 装 置 (6)进行 运 动 ,从 而 带 动 砂 箱 (5)运 动 。 最 后 由 顶 出 系 统 (4)将 砂 箱 顶 起 ， 由 机 械 手 搬 运到 下 一 生 产 线 。 其 总 体 结 构 示 意 图 如 图 4.1 所 示 ：图 4.1 总体结构示意图1 工作台 2 导轨 3 传动系统 4 顶出系统5 砂箱 6 砂箱支撑装置- 5 -5 主要结构的选择5.1 砂箱的选用砂 箱 是 铸 造 车 间 使 用 的 主 要 工 艺 装 备 之 一 ， 合 理 的 砂 箱 结 构 和 尺 寸 对 获 得 优质 铸 件 、 提 高 劳 动 生 产 率 有 很 大 作 用 。砂 箱 按 制 造 方 法 分 ： 整 铸 式 的 砂 箱 、 焊 接 式 的 砂 箱 和 装 配 式 的 砂 箱 三 种 砂 箱2。而 本 次 设 计 用 到 的 砂 箱 ， 如 图 5.1 所 示 ：图 5.1 砂箱其 中 砂 箱 尺 寸 ： 1200 x 920 x 320 mm。5.2 砂箱支撑装置的选用砂 箱 放 置 装 置 一 般 是 把 砂 箱 直 接 放 置 到 平 面 上 ， 这 样 放 置 不 但 摩 擦 大 而 且 受力 不 均 匀 ， 出 于 此 考 虑 ， 本 次 设 计 对 传 统 的 放 置 装 置 进 行 了 改 进 ， 即 在 装 置 中 添加 八 个 辊 轮 ， 其 简 图 如 图 5.2 所 示 ：- 6 -图 5.2 支撑砂箱装置的简图其 辊 轮 外 观 如 图 5.3 所 示 ：图 5.3 辊轮外观其 固 定 方 式 采 用 双 螺 母 防 松 固 定 ， 滚 轮 轴 采 用 调 质 后 的 45 号 钢 。 而 选 择 辊轮 中 的 滚 动 轴 承 主 要 依 据 几 下 几 个 原 则 3：（ 1） 轴 承 载 荷轴 承 所 承 受 的 载 荷 大 小 、 性 质 和 方 向 ， 是 选 择 滚 动 轴 承 类 型 的 重 要 依 据 。（ 2） 轴 承 的 转 动 速 度在 一 般 的 转 速 下 ， 转 速 的 高 低 对 轴 承 类 型 的 选 择 不 会 发 生 什 么 影 响 ， 只 有 在转 速 比 较 高 时 ， 才 会 对 其 有 较 显 著 的 影 响 。（ 3） 轴 承 的 调 心 性 能当 轴 承 的 中 心 线 和 轴 承 座 的 中 心 线 存 在 角 度 误 差 时 ， 或 因 支 撑 轴 受 到 力 而 发生 弯 曲 或 倾 斜 时 ， 都 会 引 起 轴 承 内 外 圈 的 轴 线 发 生 偏 斜 。 此 时 ， 应 该 采 用 有 一 定调 心 功 能 的 调 心 轴 承 或 带 轴 承 座 的 深 沟 球 轴 承 。（ 4） 轴 承 的 安 装 和 拆 卸轴 承 能 便 于 拆 卸 ， 也 是 在 选 择 轴 承 类 型 的 时 候 应 该 考 虑 的 因 素 。 在 轴 承 座 不存 在 刨 分 面 而 必 须 沿 轴 向 安 装 和 拆 卸 轴 承 的 组 件 时 ， 应 该 首 先 选 用 内 外 圈 可 以 分离 的 轴 承 。- 7 -查 阅 机 械 设 计 手 册 和 参 照 以 上 原 则 以 及 轴 的 内 径 ， 我 选 择 深 沟 球 轴 承 。 轴 承型 号 为 6006 GB/T2761994,个 数 为 2 个 ,详 细 信 息 为 ： 内 径 30mm， 外 径55mm， 宽 度 13mm。5.3 顶出系统的选用利 用 液 压 缸 ， 将 放 置 砂 箱 的 装 置 顶 出 一 定 高 度 ， 从 而 由 机 械 手 将 砂 箱 转 入 到下 一 生 产 线 。 其 顶 出 系 统 如 图 5.4 所 示 ：图 5.4 顶出系统简图5.3.1 液压缸的选择与计算我 所 设 计 的 顶 出 系 统 中 的 液 压 缸 工 作 压 力 是 16MPa， 需 要 提 供 的 最 少 推 力有 以 下 几 部 分 组 成 ：1.砂 箱 重 约 150Kg2.砂 箱 支 撑 装 置 的 重 约 300Kg3.顶 出 装 置 重 约 400Kg4.其 余 重 约 60Kg所 以 F=（ 150+300+400+60） 10=9100N。 我 要 根 据 这 个 要 求 来 选 择 顶 出 系 统用 的 液 压 缸 。1.液 压 缸 类 型 的 选 择根 据 我 所 设 计 的 顶 出 系 统 的 功 能 来 看 ， 我 需 要 一 个 单 杆 双 作 用 液 压 缸 ， 它 能够 实 现 往 复 运 动 。- 8 -2.液 压 缸 主 要 几 何 尺 寸 的 计 算 4(1)压 力油 液 作 用 在 单 位 面 积 上 的 压 强 Pa (5.1) 从 上 面 的 公 式 可 以 看 出 ， 压 力 值 的 存 在 是 由 载 荷 的 存 在 而 产 生 的 。 在 同一 个 活 塞 的 有 效 工 作 面 积 上 ， 受 到 的 载 荷 越 大 ， 用 来 克 服 载 荷 所 需 的 压 力 就越 大 。额 定 压 力 （ 公 称 压 力 ） PN， 是 指 液 压 缸 能 用 以 长 期 工 作 的 压 力 。 由 于 我所 需 要 的 液 压 缸 的 工 作 压 力 为 16MPa， 所 以 由 液 压 缸 压 力 的 分 级 可 以 知 道 ，此 液 压 缸 属 于 中 高 压 。 最 高 允 许 压 力 mx也 是 动 态 试 验 的 压 力 ， 是 液 压 缸 在瞬 间 所 能 承 受 的 最 大 的 压 力 。 各 国 规 范 通 用 规 定 为(MPa) Np5.1ax所 以 我 所 选 用 的 液 压 缸 的 最 高 允 许 压 力 为 max=24MPa(2)单 杆 液 压 缸 的 推 力 F1310pA(5.2) 式 中 F1液 压 缸 推 力 （ kN）p工 作 压 力 （ MPa）1A活 塞 的 作 用 面 积 （ 2m）214AD(5.3)D活 塞 直 径 （ m）(3)速 比液 压 缸 活 塞 往 复 运 动 时 的 速 度 之 比 为 (5.4) AFp2221)(4dDA- 9 -D液 压 缸 的 活 塞 直 径 ， （ m） d活 塞 杆 直 径 ， （ m）由 于 我 选 用 的 液 压 缸 工 作 压 力 是 16MPa， 参 照 机 械 设 计 手 册 （ 单 行 本 ） 表23.6-58， 我 选 择 速 比 1.4。（ 4)液 压 缸 的 总 效 率液 压 缸 的 总 效 率 由 以 下 效 率 组 成 ：机 械 效 率 ， 由 活 塞 及 活 塞 杆 密 封 处 的 摩 擦 阻 力 所 造 成 的 摩 擦 损 失 ， m在 额 定 压 力 下 ， 通 常 可 取 =0.90.95 。 我 选 0.9 容 积 效 率 ， 由 各 密 封 件 泄 漏 所 造 成 ， 如 前 述 ， 通 常 取 活 塞 密 封 为 弹 性v材 料 时 =1； 活 塞 密 封 为 金 属 环 时 =0.98。 我 要 选 择 的 活 塞 密 封 件 为 弹 性 材 料vv的 ， 所 以 =1。作 用 力 效 率 ， 由 排 出 口 背 压 所 产 生 的 反 作 用 力 造 成 。d活 塞 杆 伸 出 时(5.5)活 塞 杆 缩 回 时(5.6) 21Apd当 排 油 直 接 回 油 箱 时 d所 以 液 压 缸 的 总 效 率 (5.7) dvmt所 以 我 所 选 择 的 液 压 缸 的 总 效 率 为 0.9.（ 5） 活 塞 杆 的 理 论 作 用 力此 液 压 缸 的 理 论 作 用 力 (5.8) tF0F0实 际 作 用 力 , 负 载 率 ， 一 般 取 0.50.7.由 F=9100N, =0.6, =0.9 可 知 其 理 论 作 用 力 为t/(.)852。12pAd- 10 -（ 6） 液 压 缸 内 径 D由 公 式310FpA（ 5.2） 可 以 导 出23.710Fp（5.9）D液 压 缸 内 径 （ m）F1液 压 缸 推 力 (kN)p选 定 的 工 作 压 力 （ MPa）把 F=16.852kN， p=16MPa 带 入 公 式 （ 5.9） 得 D=36.6mm， 考 虑 到 此 液 压 缸的 工 作 环 境 ， 结 果 应 加 一 安 全 系 数 ， 选 安 全 系 数 n=2， 所 以D=36.62=73.2mm。 参 照 表 23.6-594， 选 择 液 压 缸 内 径 D=80mm， 其 外 径D1=95mm。（ 7） 活 塞 杆 直 径 d参 照 机 械 设 计 手 册 （ 单 行 本 ） 表 23.6-57， 得 ：d=0.56D=0.5680mm=44.8mm参 照 机 械 设 计 手 册 （ 单 行 本 ） 4 表 23.6-65， 活 塞 杆 直 径 d=45mm。（ 8） 液 压 缸 行 程 S通 过 总 体 的 方 案 设 计 可 得 知 此 液 压 缸 的 行 程 为 S=380mm.按 照 GB23491980 中 的 液 压 缸 行 程 ， 最 终 选 择 液 压 缸 的 行 程 S=400mm。 联 系 上 面 的 几 个 计 算可 从 一 些 现 有 的 液 压 缸 中 选 择 我 所 需 要 的 。 那 么 我 所 选 择 的 液 压 缸 是 轻 型 拉 杆 式液 压 缸 ， 安 装 方 式 为 前 端 方 法 兰 式 。 此 液 压 缸 的 外 形 尺 寸 按 照 机 械 设 计 手 册 （ 单行 本 ） 表 23.6-114 4 进 行 设 计 。 而 结 构 简 图 如 图 5.5 所 示 ：图5.5 液压缸结构简图- 11 -5.3.2 导向装置的设计此 次 设 计 的 这 个 顶 出 系 统 的 导 向 装 置 和 液 压 缸 一 起 作 用 于 上 面 的 顶 出 装 置 。此 导 向 装 置 主 要 是 两 根 导 向 杆 ， 两 个 导 套 以 及 八 个 螺 钉 组 成 。 该 其 中 一 个 导 向 机构 的 结 构 简 图 如 图 5.6 所 示 ：图5.6导向机构1 导向杆 2 导向套 3 螺钉 4 固定套板导 向 机 构 是 在 液 压 缸 运 动 过 程 中 起 导 向 和 支 承 作 用 ， 不 仅 有 利 于 运 动 部 件 的灵 活 性 ， 还 增 加 了 活 塞 杆 的 刚 度 ， 因 此 导 向 机 构 的 选 择 至 关 重 要 。（ 1） 导 向 杆导 向 杆 的 要 求 ： 1.以 分 型 面 为 基 准 ， 比 型 芯 长 ； 2 要 选 耐 磨 性 的 材 料 ，所 需 要 的 此 导 向 杆 用 45 号 钢 ； 3.导 向 杆 的 固 定 形 式 有 多种, 选 用 螺 钉 固 定 式 。 4.导向 杆 的 配 合 精 度 ： 对 导 向 杆 固 定 端 为 过 渡 配 合 H7/k6； 对 导 向 杆 导 向 端 为 间 隙配 合 H7/f65。 其 外 形 结 构 如 图 5.7 所 示 ：- 12 -图 5.7 导向杆外形结构图（ 2） 导 向 套导 向 套 的 目 的 是 为 了 确 保 导 向 杆 以 免 被 卡 住 ， 从 而 起 到 导 向 的 作 用 。 导向 套 由 于 要 与 导 向 杆 发 生 相 对 运 动 所 以 对 于 硬 度 的 要 求 比 较 高 ， 所 以 要 选 用 耐 磨材 料 ， 因 此 我 选 用 45 号 钢 。 导 套 与 导 向 杆 的 配 合 为 间 隙 配 合 H7/h6,其 外 型 结构 如 图 5.8 所 示 ： 图 5.8 导向套外形结构图（ 3） 此 导 向 杆 的 顶 端 加 工 出 螺 纹 ， 在 将 此 导 向 装 置 安 装 在 顶 出 装 置 上 的 螺纹 孔 中 ， 可 以 使 液 压 缸 的 活 塞 杆 严 格 的 按 直 线 运 动 。 5.3.3 顶出装置的设计导 向 杆 通 过 螺 纹 连 接 ， 与 顶 出 装 置 相 固 定 。 当 砂 箱 转 运 到 下 一 生 产 线 时 ， 液压 缸 进 行 动 作 ， 将 顶 出 装 置 顶 起 ， 使 砂 箱 离 开 放 置 砂 箱 的 装 置 一 段 距 离 ， 然 后 由机 械 手 将 砂 箱 运 到 下 一 生 产 线 。 所 以 顶 出 装 置 也 显 得 尤 为 重 要 。 其 外 形 结 构 如 图5.9 所 示 ：- 13 -图 5.9 顶出装置外形结构图5.4 传动系统的选用首 先 ， 应 该 满 足 机 器 的 功 能 要 求 ， 如 所 能 传 递 的 功 率 的 大 小 、 转 动 速 度 和 运动 的 形 式 ， 除 此 之 外 还 应 该 满 足 平 稳 运 行 、 传 动 的 效 率 比 较 高 、 传 动 的 距 离 比 较远 、 结 构 不 复 杂 、 使 用 维 护 起 来 方 便 。常 用 传 动 方 案 有 3 种 6：（ 1） 带 传 动 ： 结 构 比 较 简 单 ,比 较 适 用 于 两 轴 的 中 心 距 比 较 大 的 传 动 场 合 ； 传 动 平 稳 噪 声 小 、 能 吸 收 震 动 ； 过 载 的 时 候 皮 带 会 在 带 轮 上 打 滑 ,能 防 止 机器 中 薄 弱 的 零 部 件 的 损 坏 ,起 到 了 安 全 保 护 的 作 用 ； 不 能 保 证 非 常 精 确 的 传 动比 ， 而 带 轮 的 材 料 一 般 采 用 铸 铁 等 。（ 3） 圆 柱 齿 轮 传 动 ： 此 传 动 能 够 保 证 瞬 时 传 动 比 恒 定 ,平 稳 性 很 高 ,传 递准 确 可 靠 ； 能 传 递 的 功 率 和 运 动 的 速 度 范 围 比 较 大 ； 结 构 小 巧 、 此 传 动 工作 起 来 可 靠 ,能 够 实 现 较 大 的 传 动 比 ； 传 动 的 效 率 高 ,使 用 的 寿 命 比 较 长 。（ 2) 链 传 动 : 和 齿 轮 传 动 相 比 较 ,它 可 以 在 两 轴 中 心 距 比 较 远 的 状 况 下 传递 运 动 和 动 力 ； 制 造 的 精 度 、 安 装 的 精 度 低 成 本 低 ； 和 带 传 动 相 比 较 ,它 能 够 保 证 准 确 的 平 均 传 动 比 ,传 递 功 率 较 大 ,并 且 作 用 在 轴 和 轴 承 上 的 力 较 小 ； 传 递 的 效 率 比 较 高 ,一 般 的 情 况 下 可 以 达 到 0.95 0.97； 能 在 低 速 、 重 载和 高 温 的 条 件 下 以 及 灰 土 飞 扬 的 恶 劣 的 环 境 中 工 作 ； 链 条 的 铰 链 磨 损 之 后 ,会 使 得 节 距 变 大 造 成 脱 落 等 现 象 。根 据 砂 箱 转 运 机 实 际 工 作 情 况 ， 结 合 机 械 造 价 以 及 工 厂 的 经 济 效 益 ， 选 择 电机 -链 传 动 ， 如 图 5.10 所 示 :- 14 -图 5.10 传动系统示意图5.4.1 电 动 机 的 选 择 与 计 算（ 1） 由 于 我 设 计 的 砂 箱 转 运 机 是 在 铸 造 自 动 化 生 产 线 上 运 行 的 ， 并 且 要 求能 使 砂 箱 平 稳 、 准 确 从 一 个 生 产 线 转 运 到 下 一 生 产 线 中 。 经 过 考 虑 我 选 择 交 流 伺服 电 机 ， 该 类 型 电 机 的 优 点 有 7：1、 精 度 ： 能 够 完 成 速 度 、 位 置 和 所 承 受 力 矩 的 闭 环 控 制 ； 弥 补 了 步 进 电 动机 的 失 步 问 题 ；2、 转 速 ： 在 速 度 较 高 时 ， 性 能 比 较 好 ， 额 定 转 速 一 般 能 够 达 到2000 3000 转 ；3、 适 应 性 ： 抵 抗 过 载 的 能 力 强 ， 能 够 承 受 很 大 的 负 载 ， 对 存 在 负 载 波 动 以及 要 求 电 机 快 速 起 动 的 场 合 比 较 适 用 ；4、 稳 定 ： 在 速 度 低 时 运 行 较 平 稳 ， 在 速 度 低 时 不 会 产 生 和 步 进 电 动 机 存 在步 进 运 行 的 现 象 。 能 在 高 速 响 应 要 求 的 场 合 使 用 ；5、 及 时 性 ： 电 动 机 调 速 时 间 短 ， 一 般 的 情 况 下 在 一 秒 之 内 ；6、 舒 适 性 ： 发 热 、 噪 音 比 较 低 。（ 2） 确 定 电 动 机 的 功 率标 准 电 动 机 的 容 量 以 额 定 功 率 表 示 ， 所 选 用 电 动 机 的 额 定 功 率 P 应 不 小 于所 需 工 作 机 要 求 的 功 率 Pd。 工 作 机 要 求 的 电 动 机 功 率 Pd 为Pd=Pw/ (5.10)式 中 Pd工 作 机 要 求 的 电 动 机 输 出 功 率 ， 单 位 为 kWPw工 作 机 所 需 输 入 功 率 ， 单 位 为 kW； 电 动 机 至 工 作 机 之 间 传 动 装 置 的 总 效 率 。工 作 机 所 需 功 率 Pw 应 由 机 器 工 作 阻 力 和 运 动 参 数 计 算 所 得 ， Pw 为10Fv(5.11)- 15 -式 中 F工 作 机 所 要 克 服 的 阻 力V工 作 机 的 线 速 度工 作 机 的 效 率w根 据 经 验 得 砂 箱 转 运 得 平 均 速 度 0.5/vms其 中 F=mg， m 由 以 下 几 部 分 组 成 ：5.砂 箱 重 约 150Kg6.砂 箱 支 撑 的 装 置 重 约 300Kg7.顶 出 装 置 重 约 400Kg8.其 余 重 约 60Kg考 虑 到 该 砂 箱 转 运 机 的 工 作 场 合 、 环 境 等 ， 通 过 查 阅 资 料 和 根 据 生 产 经 验 得工 作 机 的 阻 力 系 数 =0.5， 所 以 工 作 机 所 要 克 服 的 阻 力Fmn(5.12)式 中 n安 全 系 数 ， 查 阅 资 料 铸 造 中 的 安 全 系 数 n=23， 根 据 经 验 n 选3。代 入 数 据 得 F=9.1KN把 F=9.1KN， 05/vs代 入 (5.10)和 (5.11)得 Pd=7.1（ KW）所 以 P7.1KW经 过 上 网 查 阅 资 料 我 选 择 上 海 登 奇 机 电 技 术 有 限 公 司 制 造 的 &GM7 系 列 交流 伺 服 变 频 (主 轴 )电 机 。GM7 系 列 交 流 伺 服 变 频 (主 轴 )电 机 能 够 和 国 内 外 各 种 不 同 档 次 的 变 频 器 或 者主 轴 得 变 频 器 相 配 套 ， 从 而 对 其 进 行 开 环 控 制 ， 或 者 是 闭 环 控 制 运 行 ， 此 电 机 广泛 应 用 于 自 动 生 产 线 、 建 材 、 塑 料 机 器 、 纺 织 业 、 轻 工 机 械 、 数 控 机 床 、 自 动 输送 线 等 等 需 要 调 节 速 度 的 场 合 。GM7 系 列 交 流 伺 服 变 频 (主 轴 )电 机 由 定 子 、 转 子 、 低 噪 音 风 机 、 高 精 度 的 编码 器 等 一 些 部 件 组 成 ， 在 对 其 进 行 结 构 的 优 化 设 计 和 磁 路 优 化 设 计 的 基 础 上 ， 采用 了 F 级 特 殊 绝 缘 的 结 构 以 及 高 精 度 加 工 和 特 殊 工 艺 ， 使 得 此 电 动 机 具 备 了 以 下优 点 ：1） 结 构 比 较 紧 凑 ， 占 地 面 积 小 ， 重 量 比 较 轻 ；2） 整 机 采 用 了 特 殊 的 设 计 ， 电 磁 的 振 动 比 较 小 ， 噪 音 也 比 较 低 ， 旋 转 起 来 的精 度 比 较 高 ， 恒 转 矩 以 及 恒 功 率 的 调 节 速 度 的 范 围 比 较 宽 ；3） 转 子 的 转 动 惯 量 比 较 小 ， 响 应 起 来 的 速 度 比 较 快 ；4） 存 在 的 气 隙 比 较 均 匀 ， 电 机 的 平 衡 精 度 较 高 ， 转 矩 存 在 的 脉 动 小 ；5） 电 机 采 用 了 全 密 封 的 设 计 ， 其 防 护 的 等 级 达 到 了 IP54；6） 电 机 采 用 特 殊 的 F 级 绝 缘 结 构 ；- 16 -7） 耐 冲 击 ， 寿 命 较 普 通 电 机 长 ， 运 行 起 来 可 靠 ；8） 性 价 比 较 高 。其 技 术 数 据 如 表 1 所 示 ：表 1 GM7 系列交流伺服变频(主轴)电机技术数据表根 据 上 表 所 示 和 我 所 算 得 P7.1KW， 所 以 我 选 择 的 交 流 伺 服 变 频 (主 轴 )电- 17 -机 的 型 号 是 GM7103-4SC61 其 主 要 参 数 如 表 2 所 示表 2 GM7103-4SC61 交流伺服变频(主轴)电机的主要参数该 电 机 的 外 形 尺 寸 如 图 5.11 所 示 ：图 5.11 交流伺服变频(主轴)电机 GM7103-4SC61 的外形尺寸5.4.2 链 条 与 链 轮 的 设 计 与 计 算 8（ 1） 链 条 的 分 类 与 选 择 ：链 条 按 照 用 途 的 不 同 可 以 分 为 传 动 链 、 输 送 链 和 起 重 链 。 输 送 链 和 起 重 链 主要 用 于 运 输 和 起 重 机 械 中 。 而 在 一 般 的 机 器 中 ， 最 常 用 到 的 是 传 动 链 。传 动 链 又 可 分 为 短 节 距 精 密 滚 子 链 、 齿 形 链 等 一 些 类 型 。 其 中 传 动 系 统 的 低速 级 常 用 滚 子 链 ， 滚 子 链 在 一 般 的 情 况 下 能 传 递 的 功 率 在 100KW 以 下 ， 链 速 不能 超 过 15m/s， 传 动 比 最 大 为 8。 齿 形 链 在 现 实 生 活 中 使 用 比 较 少 。 由 于 设 计 的机 器 需 要 传 输 的 功 率 不 大 ， 因 此 采 用 单 排 链 就 能 满 足 要 求 ， 而 且 多 排 链 承 载 的 能力 是 与 它 的 排 数 成 正 比 的 ， 但 是 由 于 精 度 的 影 响 ， 各 排 链 能 承 受 的 载 荷 不 容 易 分布 均 匀 ， 所 以 排 数 不 能 过 多 ， 因 此 选 用 单 排 链 。型号 额定功率(kw) 额定转矩（Nm）额定电流(A) 额定转速(r/min)GM7103-4SC61 7.5 35.8 18.8 2000- 18 -（ 2） 链 条 的 设 计 与 计 算已 知 设 计 功 率 P =0.5 kW， n=38.5 r/min根 据 表 3， 工 况 系 数 =1.0， 查 机 械 设 计 手 册 图 9-13 =1.0， 单 排 链 。 选 链AKZK轮 齿 数 25 齿 。表 3 工况系数 A则 计 算 功 率 为 Pca=KA P=1.01.01.5=1.5kW， 根 据 Pca=1.5kW 和 链 轮Z转 速 n=38.5 r/min 查 询 机 械 设 计 手 册 图 8-7a， 选 10A-1。由 于 所 要 求 的 链 传 动 是 经 常 的 传 动 并 且 要 求 传 动 比 较 精 确 ， 所 以 根 据 表 4选 择 传 动 用 短 节 距 精 密 滚 子 链 。表 4 常用链传动的类型、结构特点和应用- 19 -根 据 我 所 设 计 的 砂 箱 转 运 机 转 运 的 距 离 ， 初 选 中 心 距 =5030mm， 链 条 长a度 L=8676mm。（ 3） 链 轮 的 设 计 与 计 算 链 轮 齿 形滚 子 链 和 链 轮 的 啮 合 形 式 是 属 于 非 共 轭 啮 合 的 形 式 ， 其 链 轮 的 齿 形 设 计 灵 活 。在 国 标 GB/T12431997 中 没 有 规 定 具 体 的 链 轮 齿 形 ， 只 规 定 了 最 小 和 最 大 的 齿槽 形 状 以 及 极 限 参 数 ， 参 照 表 92 计 算 出 滚 子 链 链 轮 的 齿 槽 形 状 图 5.12 所 示 ：- 20 -图 5.12 链轮齿槽形状图 链 轮 的 基 本 参 数 以 及 主 要 的 尺 寸链 轮 的 基 本 参 数 有 链 条 的 节 距 p、 套 筒 的 最 大 外 径 ， 排 距 和 齿 数 z。1dtp由 上 面 的 计 算 可 知 ， 选 用 单 排 链 ， 齿 数 z=25查 机 械 设 计 表 49-1 得 ：配 用 链 条 的 节 距 p=15.875mm滚 子 外 径 =10.16mmd排 距 =18.11mmt由 机 械 设 计 手 册 4表 9-3 滚 子 链 轮 的 主 要 尺 寸 计 算 得 ：分 度 圆 直 径 dd= （5.13）018sinzp=15.875/sin(180/25)=127(mm)齿 顶 圆 直 径 ad- 21 -（5.14）maxd1.25rpd=127+1.2515.875-10.16=136.7（mm）齿 根 圆 直 径 fd=d- =116.84(mm)fd1链 轮 的 轴 向 齿 廓 尺 寸 由 表 9-4 查 得 ， 最 终 链 轮 结 构 如 图 5.13 所 示 ：图 5.13 链轮结构图 链 轮 的 材 料 及 结 构设 计 的 链 轮 轮 齿 要 有 足 够 的 强 度 以 及 耐 磨 性 。 我 们 常 用 的 链 轮 材 料 如 表 5所 示 ：表 5 链轮材料链轮材料 应用范围15，20 Z25 存在冲击载荷的主动、从动链轮35 Z25 主动链轮- 22 -45，50，ZG45 没有激烈的冲击以及振动；容易磨损的主、从动链轮15Cr，20Cr Z25 的大功率的传动 40Cr，35SiMn ，35CrMo使用 A 级链条传动的主动、从动链轮A3，A5 中等速度、中等功率，比较大的链轮不低于 HT15-33 Z50 的从动链轮夹布胶木 P6kw 速度比较高且要求传动平稳处由 于 运 动 中 存 在 动 载 荷 ， 且 我 选 择 的 链 轮 没 有 主 动 链 轮 和 从 动 链 轮 ， 故 链 轮选 用 40Cr 经 渗 碳 淬 火 处 理 。 链 轮 直 径 较 小 ， 制 成 整 体 式 。 链 传 动 的 润 滑链 传 动 时 的 润 滑 非 常 重 要 ， 对 于 高 速 重 载 的 链 传 动 尤 为 明 显 。 良 好 的 润 滑 能减 少 链 的 磨 损 以 及 缓 和 冲 击 ， 提 高 链 的 承 载 能 力 ， 延 长 链 的 寿 命 ， 所 以 链 传 动 应该 合 理 地 选 择 润 滑 的 方 式 以 及 使 用 的 润 滑 剂 种 类 。 较 常 用 的 润 滑 方 式 有 11：a： 人 工 定 期 润 滑 ： 用 油 壶 或 者 是 油 刷 注 油 ， 每 次 给 油 一 次 ， 比 较 适 用 于 链的 速 度 v 4m/s 的 传 动 。b： 滴 油 润 滑 ： 用 油 杯 经 过 油 管 往 链 的 内 、 外 链 板 的 间 隙 处 滴 油 ， 适 用 于 链的 速 度 v 10m/s 的 传 动 。c： 油 浴 润 滑 ： 传 动 链 从 密 闭 的 油 池 里 经 过 ， 链 条 浸 油 的 深 度 6 12mm 之间 ， 用 于 链 的 速 度 v=6 12m/s 的 传 动 。d： 飞 溅 润 滑 ： 在 密 闭 的 容 器 中 ， 使 用 甩 油 盘 将 润 滑 油 甩 起 ， 然 后 经 过 壳 体上 的 储 存 润 滑 油 的 装 置 将 油 导 流 到 传 动 链 上 。 其 中 甩 油 盘 的 速 度 应 该 大 于3m/s， 浸 油 的 深 度 一 般 情 况 下 在 12 15mm 。e： 压 力 油 循 环 润 滑 ： 用 油 泵 将 润 滑 油 喷 到 传 动 链 上 ， 喷 口 应 该 设 在 链 条 进入 啮 合 之 处 。 适 用 于 链 速 v 8m/s 的 较 大 功 率 的 传 动 ， 链 传 动 中 常 用 的 润 滑 油有 L-AN32、 L-AN46、 L-AN68、 L-AN100 等 润 滑 油 。 当 环 境 温 度 较 低 时 ， 粘 度 应低 ； 传 递 功 率 较 大 时 ， 粘 度 应 高 。根 据 我 选 的 链 号 10A1 和 链 条 速 度 V=0.5m/s， 选 用 定 期 人 工 润 滑 。5.5 工作台和支架的设计- 23 -5.5.1 导轨以及工作台的设计我 所 设 计 的 砂 箱 转 运 机 上 的 导 轨 就 是 给 转 运 装 置 一 个 定 位 ， 使 得 转 运 装 置 能够 顺 利 的 将 砂 箱 从 一 个 生 产 线 转 运 到 下 一 生 产 线 中 。 此 导 轨 只 需 满 足 很 小 的 弯 曲强 度 和 一 定 的 硬 度 要 求 即 可 。为 了 满 足 对 导 轨 的 要 求 ， 对 于 导 轨 的 材 料 我 选 择 耐 磨 铸 铁 铸 铁 。 因 为 在 有润 滑 的 条 件 下 ， 此 时 的 铸 铁 具 有 摩 擦 系 数 小 ， 在 工 作 过 程 中 磨 损 较 少 、 动 力 的 消耗 小 等 特 点 ， 所 以 对 要 导 轨 进 行 耐 磨 涂 层 工 艺 处 理 。 由 于 此 处 的 导 轨 只 起 到 支 撑和 导 向 的 作 用 ， 所 以 导 轨 的 形 状 我 选 择 长 方 体 的 形 状 ， 其 外 形 尺 寸 参 照 零 件 图 。导 轨 通 过 焊 接 在 工 作 台 上 ， 并 且 要 经 过 焊 后 加 工 ， 工 作 台 是 专 门 订 做 的 工字 钢 ， 然 后 通 过 焊 接 而 成 。 焊 接 方 式 选 择 翻 边 式 。5.5.2 支架的设计支 架 我 选 择 用 厚 钢 板 焊 接 成 工 字 型 结 构 ， 其 优 点 有 ： 翼 缘 比 较 宽 ， 侧 向的 刚 度 较 大 ， 抗 弯 的 能 力 强 ； 翼 缘 两 个 表 面 相 互 平 行 ， 使 得 连 接 、 加 工 、 安 装十 分 的 简 便 ； 和 一 般 的 型 钢 相 比 ， 成 本 较 低 ， 精 度 比 较 高 ， 残 余 的 应 力 较 小 ，不 需 要 昂 贵 的 焊 接 材 料 以 及 焊 缝 的 检 测 ， 能 节 约 制 作 成 本 大 约 30%； 相 同 的负 荷 下 ， 热 轧 H 钢 结 构 比 传 统 的 结 构 钢 重 量 减 轻 大 约 15%； 与 砼 结 构 相 比 较 ，工 字 钢 的 结 构 可 以 增 大 6%的 使 用 面 积 ， 而 结 构 自 身 的 重 量 能 减 轻 25%左 右 ， 减少 了 结 构 设 计 存 在 的 内 力 9。而 机 架 设 计 要 符 合 以 下 要 求 ： 在 满 足 了 所 要 求 的 强 度 和 刚 度 的 前 提 下 ， 机 架 的 重 量 应 该 要 求 轻 、 成 本 低 ； 抗 振 性 要 好 。 把 受 迫 振 动 的 振 动 幅 度 限 制 在 允 许 的 范 围 之 内 ； 造 型 好 ， 适 用 经 济 并 且 美 观 大 方 ； 温 度 场 的 布 局 要 合 理 ， 热 变 形 对 机 架 的 精 度 影 响 要 小 ； 结 构 设 计 要 合 理 ， 工 艺 性 要 较 好 ， 铸 造 、 焊 接 和 机 械 加 工 方 便 14。其 尺 寸 参 照 零 件 图 （ 底 座 ） 。6 其它零部件的设计与计算6.1 链条连接处及缓冲的设计链 条 连 接 8处 采 用 如 图 6.1 所 示 ：- 24 -图 6.1 链条连接处简图缓 冲 装 置 采 用 弹 簧 进 行 ， 可 以 对 装 置 进 行 前 后 误 差 的 调 节 。 根 据 工 作 情 况 ，选 用 YI 型 圆 柱 螺 旋 压 缩 弹 簧 ， 弹 簧 的 直 径 d 为 8mm， 自 由 高 度 0H为 75mm， 有效 圈 数 n 为 11.5 圈 。6.2 链轮保护罩的设计由 于 我 设 计 的 砂 箱 转 运 机 是 工 作 在 自 动 化 铸 造 车 间 ， 同 时 考 虑 到 安 全 问 题 ，所 以 要 对 链 轮 加 一 保 护 罩 12， 其 保 护 罩 的 结 构 简 图 如 图 6.2 所 示 ：图 6.2 链轮保护罩结构简图6.3 防掉辊轮的设计由 于 转 运 装 置 在 导 轨 上 运 动 时 ， 如 果 只 有 导 向 措 施 没 有 定 位 措 施 即 没 有 纵 向防 掉 措 施 ， 那 么 转 运 装 置 在 导 轨 上 运 动 的 时 候 就 会 发 生 偏 斜 。 所 以 就 设 计 了 一 个防 掉 装 置 即 防 掉 辊 轮 11， 在 转 运 装 置 的 一 侧 安 装 两 对 防 掉 辊 轮 。 其 辊 轮 外 观 如图 6.3 所 示 ：- 25 -图 6.3 辊轮外观图滚 轮 的 另 一 端 我 采 用 双 螺 母 进 行 防 松 固 定 。 而 选 择 辊 轮 中 的 滚 动 轴 承 的 主 要依 据 ： 参 照 支 撑 砂 箱 装 置 中 辊 轮 的 选 用 原 则 。 使 用 机 械 设 计 手 册 通 过 以 上 原 则以 及 轴 的 内 径 ， 辊 轮 中 的 轴 承 选 择 深 沟 球 轴 承 。 轴 承 型 号 为 6006 GB/T2761994,个 数 为 2 个