码坯机升降机构设计

码坯机升降机构设计 1 绪论 1.1 砖瓦工业的现状 砖瓦作为房屋建筑最基本、 古老的材料在我国房屋建筑中有着非常重要的历史。 众所周知，我国是世界上砖瓦生产第一大国，进入 21 世纪以来，每年砖瓦产量 8100 亿块，其中粘土实心砖 4800 亿块以上，空心砖和多孔砖 1700 亿块以上，煤矸石、粉 煤灰等多种废渣砖 1600 亿块以上。砖瓦生产的第一大国，必然在砖瓦生产能耗上也是 第一大国。 当前我国正处在全面建设小康社会的重要时期，城市化步伐不断加快，建筑业和 房地产业成为拉动国民经济增长的主要源动力之一。建筑业的持续增长，特别是新农 村建设促使广大农村建筑需求的增长， 继续为砖瓦工业的发展提供广阔的市场空间。 在农村住房消费方面， “十一五”规划提出了新农村建设的重大战略任务和目标。毫 无疑问，随着新农村建设不断发展，农村房屋建设无论是数量，还是结构、功能、质 量，都将出现新的变化，对砖瓦和其他墙体屋面材料需求的拉动力将非常巨大。 因此，完全可以相信，在未来相当长一个时期，随着城乡建筑业的发展，砖瓦工 业仍然有着巨大的市场发展空间。 1.2 码坯机在国内的发展现状 随着我国墙体改革政策，国家对墙材有了一些新的革新要求，国内许多砖材生产 厂家，吸收引进了国内外最先进的生产技术，研发生产出国内外一流水平的成套制砖设备，为旧砖厂改造成为先进的自动化砖厂提供了可靠的技术保障。 从上世纪八十年代我国引进国外技术开始，我国制砖行业的技术装备得到了快速 的发展，例如热工设备中断面、大断面平顶隧道窑的出现改善了过去轮窑、小窑 的操作环境和操作水平；成型设备使产品质量产量都得到了极大的提高，取代了非真 空挤出机，在烧结砖厂得到了普遍的推广和应用，而码坯设备自动码坯机也是运 行可靠、技术先进的设备，目前在很多新建砖厂中应用，但还没有达到普遍使用。随 着我国经济的快速发展，企业对改善劳动环境，提高科技含量的观念也在逐渐增强， 而人们生活水平提高后，对自己所从事工作的环境要求也越来越高，逐渐的由体力劳 动向非体力劳动或轻体力劳动转变。这就对砖厂的码坯和卸坯工段用人多且劳动繁重 提出了一个课题，用自动码坯机替代人工码坯势在必行，是将来发展的必然趋势。 1.3 码坯机的概述 码坯机码坯机主要由切条机、切坯机、分坯机、夹盘机构、行走机构、升降机构、 旋转机构和电气系统等组成。码坯机的工作流程：切条机将坯切条，切坯机把切好的 砖坯推到分坯机上后分坯，分坯完成后的砖坯送至码坯机夹盘机构正下方。当夹盘到 达预定夹坯位置后，夹盘夹具工作，夹起砖坯，接着由升降机构上升至预定高度，行 走机构驱动机体行走至窑车正上方，旋转装置完成转向 90，然后升降机构下降至预定 放坯高度进行码坯，码坯机码放一层，旋转一层，形成十字交叉，经过上述动作循环， 即可完成窑车的全部码坯过程。 2 机构工作原理与方案的确定2.1 机构的工作原理 升降采用滚子链，使其运动准确，避免打滑现象，同时利用四个导向柱，增加设 备的稳定性。滚子链由大小链轮带动，共四组，布于四周，通过摆线针轮减速机通过 齿轮箱带动两根轴实现同步上升。最后在车架两端加上配重，通过钢丝绳与夹盘机构 连接，这样可以减轻滚子链受力，减小功率。行走机构通过另一摆线针轮减速机带动 行走轴实现行走。 2.2 机构方案的确定 设计方案见图 1 图 1 3 运动与动力参数的计算3.1 机构传动简图 3.2 图 2 1.行走轮 2.行走轴 3.行走摆线针轮减速机 4.行走从动齿轮 5.行走主动齿轮 6.小链轮轴 7.小链轮 8.大链轮 9.升降轴 10.升降从动齿轮 11.升降摆线针轮减速机 12.升降主动齿轮 减速器及电机的选择 本设计选用 B 系列摆线针轮减速机，因为摆线针轮减速机具有高速比和高效率。 单级传动，就能达到 1：87 的减速比，效率在 90以上，结构紧凑体积小。运转平稳 噪声低，使用可靠、经久耐用寿命长，设计合理，维修方便。B 系列摆线针轮减速机 减速机适用于 24 小时连续作制，并允许正反向运转。 型号的表示方法: 图 3B 系列摆线针轮减速机选型表见图 4 图 4 根据本地地质状况和土质资源进行研制，适合于国家标准砖体 24011553mm， 一次性码坯数量为 27X9 块,加上夹盘机构框架总重量约 1.5t 总重约 2.4t 。配重设计为 两个，每个 600Kg,因此本设计选用 升降摆线针轮减速机：BWDC153035 输出转速 43r/min 输出转矩 2343N.m 电压 380v 行走摆线针轮减速机：BWDC5.52223 输出转速 65r/min 输出转矩 6460N.m 电压 380v 减速机外形见图 5 图 53.3 传动比分配 40 23行走齿轮传动比 i2=1 292 =1.74 135 =2.16 3.4 各轴的转速计算 23 40=24.7r /min 行走轴 n2=65x1=65r/min 3.5 各轴输入扭矩计算齿轮传动效率查表取 1=0.9 齿轮轴 T1=T1=2343N.mx0.9=2108.7N.m 行走轴 T2=T1=6460N.mx0.9=5814N.m 4 齿轮传动的设计计算 4.1 升降机构齿轮设计计算 使用要求：预期使用寿命 10 年，每年 360 个工作日,每日 24 小时。传动尺寸无严 格限制，无严重过载。传动比 i=1.74。 因传动尺寸无严格限制，故小齿轮用 45Cr，采用锻件加工，锻打后正火 HB170210 ， 粗加工后调质处理 HB210230， 均取 220HB。 齿轮用 40Cr， 质处理， 度 241HB 286HB，平均取为 260HB。主要失效形式是弯曲疲劳折断和磨粒磨损，磨损尚无完善 的计算方法，故只进行弯曲疲劳强度计算。计算步骤(参照机械设计课本）如下： 齿面接触疲劳强度计算： （1）初步计算： n d1 2342 N.m 表 12.13 ，取 d 1 升降齿轮传动比 i = 链轮传动比 i = 升降轴 n =43x P 转矩： T 1 9.5 5 10 b 齿宽系数： d 12 7 710 P 580 Pa 接触疲劳极限：由图 C 取 H lim ， Hlim 2 ； 初步计算的许用接触应力： 0. 639 Pa Ad 值 由表 12.16 H 1 H 2 取 H lim Hlim 2 Ad 85 ； T 1 522 u 1 ； Pa ； 初步计算的小齿轮直径： d 1 A 3 d u 其中 u 1. 4 ， d 147.8 初步齿宽： （2）校核计算： 取 d1 230 mm ； b d1 90 d n m 圆周速度v: v 60 1000 4. 3 / s 精度等级：由表 12.6 齿数 z 和模数 m：初取 ，取为 7 级精度。 z 1 23 z 40 z 2 1 . 4 23 40 取 2 ； 1 由表 12.3 ，取 m 10 1 1 2 1 使用系数： 由表 12.9 动载系数： 由图 12.9 齿间载荷分配系数 K d 1 b 48 取 k 1. 0 ； 取 k 1. 5 ； ：由表 12.10 ，先求： 89.89N/mm 100N/mm 0 2 m d /z 10 ； z d / m 23 z iz 23 . 4 40 2 1 Ft 4314 5 k t 1 4314 5 1 1.8 8 3. z1 1 cos 1. 2 z 2 Z 4 3 4 1. 2 3 0. 7 K H 1 2 1 2 1. 2 由此得 Z 0. 7 齿向载荷分布系数 K ：由表 12.11 d ， 1. 7 0. 6 0. 6 0. 1 10 载荷系数： K K 80 1. 8 1.0 1. 5 1. 2 1. 8 1. 4 弹性系数 Z E ： 由表 12.12 Z E 189. MPa H ： 由图 12.16 H S 2.5 1. 接触最小安全系数：由 表 12.14 总工作时间： H min N t 10 300 8 0 4800 10 N 10 ，则指数 m=8.78 应力循环次数 L 由表 12.15，估计 L n Ti t hi 7 N N 60 n t 60 t 3. 8 0 L V 1 i i hi T 1 i 1 T t L L max / i 1.2 7 10 max h 接触寿命系数 Z N 由图 12.18 Z Z N 1. 8 Z N 2 1. 2 许用接触应力H H1 Hlim1 S Hmin N1 710 1.18 1 837.8MPa Z 580 1.22 H2 Hlim2 S N2 1 707.6MPa Hmin 2 KT 1 u 1 验算 H Z H bd 1 u 2 1. 4 172590 2. 1 189 2. 0. 7 579. Pa 2 80 2. b KH A B ( ) C 10 b 节点区域系数 Z Z 7 9 m n i 8. 7 N N 7 23 计算结果表明，接触疲劳强度足够。 （3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 d 因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整，故分度圆直径不会 改变 ，经确定： 小齿轮 z1=23 m=10 d1=mz1=230mm 齿宽 b1=90mm3 大齿轮 z2=40 m=10 d2=mz2=400mm 齿宽 b2=90mm 中心距 a a 1 2 2 2 315 m 齿宽 b b d d 1 90 m 齿根弯曲疲劳强度计算： 1. 3 0. 8 齿间载荷分配系数 K F 由表 12.10， K F 1 / Y 1 / 0. 8 1.4 7 齿向载荷分布系数 K F 载荷系数 K b / h 90 /( 2 5 2. ) 8. 3 由图 12.14 K F 1. 32 K K A K K F K F 1. 1. 5 . 7 . 2 2. 3 齿形系数 Y a 由图 12.21 Y a =2.53 Y a 2 2.23 应力修正系数 Y a 由图 12.22 Y a =1.62 Y a =1.74 弯曲疲劳极限 由图 12.23c =600MPa F lim 弯曲最小安全系数 S 由表 12.14 F lim F lim 2 S =450MPa =1.25 NF lim F lim 3 10 N 10 ， 应力循环次数 L 由表 12.15 ，估计 L N L N 1 60 t h 则指数m=49.91 max h 7 3. 7 0 L 2 L / i 1. 7 10 弯曲寿命系数 Y 由图 12.24 Y =0.95 Y =0.96 尺寸系数 Y N 由图 12.25 Y Y N 1 Y =1.0 N 2 许用弯曲应力 F F 1 F lim 1 S N 1 X 600 0 5 1 1 5 456 Pa Y YF min 450 0 6 1 验算 F 2 F lim 2 S N 2 X m ( z z ) 10 ( 3 40 0. 75 重合度系数 Y 0. 5 6 10 49. 1 n i hi T t 7 N N 1 5 345 MPa 2 T Y Y F min Y 223 Pa 456 Pa F 1 bd m Y Fa Sa Y F F 2 F Fa 2 Sa Fa Sa 211 F 2 345 Pa Y Y 传动无严重过载，故不作静强度校核。 4.2 行走机构齿轮设计计算 因传动尺寸无严格限制，故两个齿轮均用 45Cr，采用锻件加工，锻打后正火 HB170210，粗加工后调质处理 HB210230，平均取 220HB。由于传动比为 1，所以两齿 轮齿数设计为 28，模数为 10，所以 d=280,a=280。 齿根弯曲疲劳强度计算： 1. 3 齿间载荷分配系数 K F 由表 12.10， K F 1 / Y 1 / 0. 8 1.4 7 齿向载荷分布系数 K F b / h 90 /( 2 5 2. ) 8. 3 由图 12.14 K F 1. 32 载荷系数 K K K A K K F K F 1. 1. 5 . 7 . 2 2. 3 齿形系数 Y a 由图 12.21 Y a =2.53 Y a 2 2.23 应力修正系数 Y a 由图 12.22 Y a =1.62 Y a =1.74 弯曲疲劳极限 F lim 由图 12.23c F lim =600MPa F lim 2 =450MPa 弯曲最小安全系数 S F lim 由表 12.14 S F lim =1.25 L L 则指 数 m=49.91 max h L 2 L 弯曲寿命系数 Y 由图 12.24 Y 1 =0.95 Y N 2 =0.96 尺寸系数 Y 由图 12.25 Y =1.0 F min 验算 S F min 1 2 5 0. 75 重合度系数 Y 0. 5 0. 8 6 10 N 3 10 N 10 ， 49. 1 n 7 T t 7 N N / i 1. 7 10 Y Y F lim 1 N 1 X 456 Pa F Y Y F lim 2 N 2 X 345 MPa 2 T Y Y Y 223 Pa 456 Pa F 1 1 Y Fa Sa Y F F 2 F Fa 2 Sa Y a Sa Y 211 Pa F 2 345 Pa 两齿轮合格。 5 轴系零件的设计计算 5.1 升降轴的设计 5.1.1 升降轴的结构设计 初步计算升降轴的结构尺寸： 3 4 升降轴为实心轴轴材料选用 45 钢，按许用切应力计算： d A A 103 126 取 A 110 P 5. 3 W n 24 r / min d 65 m 取 d=90mm。 升降轴的结构图： P / n 图 6 升降轴的校核（参照机械设计步骤）： 简化轴上载荷如图：bd m 图 7 其中，错误！未找到引用源。=1752N ，T= 错误！未找到引用源。 =129.68Nm， 错误！未找到引用源。 =错误！未找到引用源。=3458错误！未找到引用 源。=3249.5N错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=3458错误！未找到引用 源。=1182.7N 画轴的弯矩图，扭矩图 图 8m 由弯矩图、扭矩图可知 B 点为危险截面。对 B 点进行校核计算： M=错误！未找到引用源。= 错误！未找到引用源。=276.64N 错误！未找到引用源。 查表得：错误！未找到引用源。=215Mpa，错误！未找到引用源。=102.5Mpa，错 误！未找到引用源。=60Mpa 对于不变的转矩，取错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=错误！ 未找到引用源。=0.27 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。= 错误！未找到引用源。=278Nm 所以： 错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。= 错误！未找到引用源。=43.43Mpa 错误！未找到引用源。=60Mpa 满足强度要求。 5.1.2 行走轴的结构设计 初步计算升降轴的结构尺寸： 升降轴为实心轴轴材料选用 45 钢，按许用切应力计算： d A P / n A 103 126 取 A 110 P 39 W n 65 / min d 93 5 m 取 d=100mm。 升降轴的结构图： 图 94 升降轴的校核（参照机械设计步骤）：同前 经校核满足要求。 6 轴上键连接的选择及校核 6.1 升降轴上键的选择及校核 因无特殊要求，选用圆头普通平键，键 2280， 通常错误！未找到引用源。 1.61.8）d 因此，L 错误！未找到引用源。 1.61.8）85=136153mm，取 L=80mm； 校核计算如下： 键的接触长度错误！未找到引用源。=Lb=8022=58mm。键与縠的接触高度 h 错误！ 未找到引用源。2=14 错误！未找到引用源。2=7mm； 许用挤压应力错误！未找到引用源。查表取错误！未找到引用源。=150Mpa；所以键 连接所能传递的转矩为： T=错误！未找到引用源。 d 错误！未找到引用源。 =错误！未找到引用源。 0.0040.040.034150错误！ 找到引用源。= 408Nm 错误！ 找到引用源。= 129.68N m。 所以，以上选择的参数满足强度要求。合理。 6.2 行走轴上键的选择及校核 因无特殊要求，选用圆头普通平键，键 2570， 通常错误！未找到引用源。 1.61.8）d 因此，L 错误！未找到引用源。 1.61.8）95=152171mm，取 L=70mm； 校核计算如下： 键的接触长度错误！未找到引用源。=Lb=7025=45mm。键与縠的接触高度错误！ 未找到引用源。h 错误！未找到引用源。2=14 错误！未找到引用源。2=7mm； 许用挤压应力错误！未找到引用源。查表取错误！未找到引用源。=150Mpa；所以键 连接所能传递的转矩为： T=错误！未找到引用源。 d 错误！未找到引用源。 =错误！未找到引用源。 0.0040.040.034150错误！ 找到引用源。= 408Nm 错误！ 找到引用源。= 129.68N m。 所以，以上选择的参数满足强度要求。合理。7 滚动轴承的选择及校核 升降轴上轴承的选择及校核 选择的滚动轴承为 6315 GB/T 276 与 6317 GB/T 276 两种 轴承 6315 的校核 径向力 Fr F F 1 168. 5 派生力 2 轴向力 52 N ， F B Fr B2 52 N 由于 F F B 223 52 7 275 N F A ， 所以轴向力为 F A 当量载荷 F A 223 ， F B F B 52 由于 F A Fr B 0 1 e ， 所以 X A 0. ， Y 1. ， X B 1 ， Y B 0 。 p P f p ( X A F A Y F A ) 509 04 P 轴承寿命的校核 10 Cr 7 1. ，故当量载荷为 f p ( X B F B Y F B ) 202 2 L 60 P ) 3. 8 0 h 24000 h 轴承 6317 的校核 径向力 Fr A F 1 F 1 1418. 2 2 F F 1. 2 e ， 由于为一般载荷，所以载荷系数为 f 6 ( 2 2 Fr b F 2 F 2 603 N 2 2 派生力 2 轴向力 443 ， F B Fr B2Y 189 N 由于 F F B 892 189 1081 F A ， 所以轴向力为 F A 当量载荷 F A 638 N ， F B F B 189 N 由于 F A 0 5 e ， F B 0 3 1 e ， 所以 X A 0. ， Y 1. ， X B 1 ， Y B 0 。 由于为一般载荷，所以载荷系数为 f p P f p ( X A F A Y F A ) 1905 4 P 轴承寿命的校核 10 Cr 7 1. ，故当量载荷为 f p ( X B F B Y F B ) 724 N L 60 P ) 1. 0 0 h 24000 8 齿轮箱及双联轴承座的设计 本设计两样都采用 ZG230450 材料做成，强度够，且能实现批量生产，具体参数见 零件图。 9 链轮与链条的设计 有大链轮与小链轮，传动比为 2.16，由链盘与轮毂焊接而成，链条采用 24A ， 大链轮 24 牙，小链轮 11 牙，具体参数见零件图。 10 车架的设计 焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于大的机械产品来说可以减轻自 重，节约能量。焊接结构强度和刚度高，结构重量轻， ，成本低，生产周期短，可靠 性好，而且施工简便。车架即大部分采用焊接。 车架的焊接要求全部为平焊，无焊缝，无裂纹，表面平整，垂直度和平行度要求达标，F F 6 ( 严格按照工艺流程规定进行焊接。主要的焊接原料为 14#槽钢，以及不同型号的铁板， 具体规格材料见图纸。参考文献 1朱中平.新编钢铁材料手册M. 北京：化学工业出版社， 2008.1 2孔凌嘉.简明机械设计手册M. 北京：北京理工大学出版社， 2008.2 3刘混举、赵河明、王春燕.机械