大型H钢翻转提升机构设计.doc

论文摘要 本文阐述了大型 H 钢翻转提升机构的设计 设计包括了机械结构设计和控制 系统设计两部分 机械结构部分采用了链式翻转 液压提升的结构组合 包括传 动系统设计 翻转机构的具体设计 液压缸的设计等 控制系统采用了液压和机 电结合的方式 利用液压控制系统的提升 机电控制系统的翻转操作 为了降低 系统的成本 控制系统采用的是继电器控制而不是现在比较流行的 PLC 控制 关键词关键词 H 钢 翻转机构 提升机构 Abstract This text elaborated the large H steel inside out promote the design of the mrvhsnidm the design included the machine structure design and the system design two fractions of control The machine structure fraction adopted the type of chain inside out the structure assemble that liquid presses to promote The concrete design liquid that designs the contents to include the drive system design inside out mrvhsnidm presses design etc of the urn Control the system adopts the liquid to press and the mode of the machine electrical twinning make use of the liquid to press to control the system to promote inside out operation of the machine electric control system For the sake of the step down cost of the system control what system adoption is a relay control but is not now than popular of control of PLC Keyword H steel Inside out mrvhsnidm Promote the mrvhsnidm 目 录 论文摘要 2 ABSTRACT 3 目 录 4 第 1 章 绪论 1 1 1 课题来源及研究的目的和意义 1 1 2 同类设备目前的发展状况 1 第 2 章 系统总体设计 6 2 1 初始参数的拟订 6 2 2 机构的选择及各部分采用形式的确定 6 2 2 1 翻转机构 6 2 2 2 提升机构 9 2 3 H 钢翻转过程分析 9 2 4 大型 H 钢翻转提升机的布置 10 第 3 章 传动系统零件的选择及设计 12 3 1 电动机的选择 12 3 2 带传动设计及计算 13 3 2 1 皮带传动的计算 13 3 2 2 V 带轮设计及计算 15 3 2 3 皮带传动的张紧 17 第 4 章 翻转和提升装置零件设计 19 4 1 链条的选择及链轮的设计计算 19 4 1 1 链条的选择 19 4 1 2 链轮的设计及计算 20 4 1 3 滑轮的设计 21 4 1 4 链条的润滑 22 4 2 轴的结构设计及各部分的校核 23 4 2 1 轴的设计及计算 23 4 2 2 滚动轴承的校核 26 4 2 3 键的强度校核 26 4 3 液压缸的设计及计算 27 4 3 1 液压缸的结构设计 27 4 3 2 液压缸缓冲 排气和密封防尘装置设计及选择 34 第 5 章 控制系统设计 37 5 1 液压系统设计 37 5 2 电气控制系统设计 42 5 3 系统工作过程 45 结 论 47 致 谢 48 参考文献 49 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 11 1 课题来源及研究的目的和意义课题来源及研究的目的和意义 随着经济的不断发展 大型工业与民用建筑不断的出现 以至使得像大型 H 钢这样的钢材有着大量的市场需求 H 钢虽然可以用热轧的方法制造 但只能在端面高度为 400 600mm 范围内 取得最佳经济效果 小于或大于这个范围 用其它焊接方法制造更为有利 同时 在焊接生产加工中 当 H 钢完成组对并进行一面的焊接后 需要将其翻转 以 便焊接另一面 但由于 H 钢体积大 重量重 人工很难翻转 所以需要专用的 设备 尤其是在大批量生产中 就更需要一种翻转提升机构来完成这一操作 以 提高生产效率 大型 H 钢翻转提升机就是应用在这种场合下的设备 1 21 2 同类设备目前的发展状况同类设备目前的发展状况 对于翻转机构 现在已有很多的形式 如有框架式 头尾架式 链式 环式 推举式等 并已在实际生产中用于各种工件的翻转 目前国内还未对各种形式的 翻转机制订出系列标准 但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机 并成系列 另外 配合焊接机器人使用的框架式 头尾架式翻转机 国内外均有生产 它们都是点位控制 控制点数以使用要求而定 但多为 2 点 每隔 180 4 点 每隔 90 8 点 每隔 45 控制 翻转速度以恒速的为多 但也有 变速 的 翻转机与机器人联机按程序动作 载重量多在 20 3000Kg 之间 例如我国 汽车 摩托车等制造行业使用的弧焊机器人加工中心 已成功地采用了国产头尾 架式和框架式的焊接翻转机 由于是恒速翻转 点位控制 并辅以电磁制动和汽 缸锥销强制定位 所以多采用交流电动机驱动 普通齿轮副减速 机械传动系统 的制造精度比轨迹控制的低 1 到 2 级 造价便宜 提升机构主要有机械式和液压式两种 且各种提升设备已形成标准系列 在 这里就不在做详细的阐述 机械式与液压式起升机构的应用 主要介绍了机械式和液压式起升机构的基 本分类 以及这两种机构在实际工程中的应用 一 起升机构的组成 一 起升机构的组成 起升机构可分为机械式和液压式两种 机械式起升机构包括 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 2 1 啮合式驱动装置 a 用于主要为提升件货的绳索卷绕式起升机构 b 用于双绳或四绳抓斗的绳索卷绕式起升机构 c 链条卷绕式起升机构 d 螺杆或针齿条以及齿条起升机构 2 驱绳轮起升机构的摩擦式驱动装置 液压式起升机构 a 压缸起升机构 b 压马达驱动的绳索卷绕起升机构 二 机械式起升机构的应用二 机械式起升机构的应用 TDR 80 型单晶炉是一种生产半导体的专用设备 该设备中就使用了一 种新型的软轴卷扬提升机构 如图 1 图 1 新型软轴卷扬提升机构 主箱体 1 起支撑和密封作用 旋转动力通过减速机传递给传动轴 2 带动卷 扬轮旋转 实现软轴的提升 为了消除传动卷扬提升机构中软轴钢丝绳的偏移和 堆压 传动轴 2 设计为精密滚动花键副结构 在传递旋转动力的同时 有可以作 相对移动 卷扬轮 5 牵引螺纹套 6 与传动轴 2 的滚动花键套联接在一起 当滚 动花键副带动卷扬轮旋转时 牵引螺纹套也同时旋转 由于牵引螺母 7 固定不动 这样卷扬轮就由牵引螺纹套带着一起移动 将牵引螺纹套的螺纹距与卷扬轮的绳 槽螺距设计为相等 这样就能保证在卷扬轮旋转提升软轴钢丝绳时 伴随着卷扬 轮的水平同步移动 克服了软轴钢丝绳的堆压与偏移 确保了软轴钢丝绳始终在 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 3 调定的回转中心上 图 1 所示提升机构是对传统软轴卷扬提升机构的一种改进形式 通过这种改 进解决了传统软轴卷扬提升机构在卷扬提升时会产生软轴钢丝绳的堆压或偏移 产生爬行 抖动及提升误差 新型软轴提升机构主要是以卷扬提升工作原理来实现软轴的提拉工作 与传 统的卷扬提升机构最大的区别是 新型软轴提拉机构的卷扬轮在卷扬提升的同时 伴随有卷扬轮的水平移动 以便保证软轴钢丝绳的对中性 实现软轴在旋转过程 中的稳定性 图2为火力发电厂冷却水塔施工专用设备EGI TM 提模系统 它由若干个结构 相同的单元组成 每个单元都通过轨道依附在已浇注混凝土的水塔筒壁上 并随 着水塔筒壁升高而升高 图 2 提模系统主框架结构简图 该系统提升机构由电动机 蜗轮减速器 提升丝杆 滑动套架 安全螺帽 等组成 滑动套架两侧通过 V 滑槽与主架弦杆相连 前部通过勾轮与轨道相 连 后部与提升丝杆铰接 蜗轮减速器的蜗轮外圆轮齿与蜗杆啮合 内孔通过梯 形牙与提升丝杆啮合 下端通过弹性安全销与安全螺帽相连 安全螺帽具有防止 主架下坠和系统过载保护功能 当蜗轮内牙被剪断时 安全帽可以防止主架突然 坠落 当系统出现过载时 安全销被剪断 安全螺帽与蜗轮抱死 提升机构不能 动作 下图所示为一新型底下垃圾桶 它不但解决了普通垃圾桶占用地上空间且 桶体易粘挂垃圾 夏天有恶臭味 不能防止人掏捡垃圾 造成垃圾外溢 影响市 容市貌的缺点 而且机构结构简单 耐用 成本低 同时可以降低环卫工人的工 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 4 作强度 图 3 地下垃圾桶提升机构简图 该提升机构分三部分 省力机构 减速机构 附件 在提升机构中两边有两 股钢丝绳分别缠绕在两组动滑轮上 一滚筒轴与一输出轴通过一对链轮连接 垃 圾工清理垃圾时 用手柄转动输出轴带动链轮1转动 链轮1通过链传动 带动链 轮2转动 链轮2再带动同轴的滚筒5转动 滚筒5将钢丝绳绞起来 钢丝绳通过一 滑轮组4 拉动底板3向上运动 底板上放一垃圾桶 进而把垃圾桶提升上去 三 液压式起升机构的应用三 液压式起升机构的应用 平行四边形机构能按比例放大工作行程 广泛使用在各类液压升降设备中 但工作方式都是顶升 如液压升降工作台 图 4 为长江航标 2 44 浮筒清洗装置 该装置就是利用平行四边形机构设计的一套工作臂液压提升机构 图4 长江航标浮筒清洗装置 图5 机构运动简图 工作臂上有多把旋转的清洗刷 通过刷的摆动和工作臂在垂直轨道中的上下 运动清洗浮筒表面 工作臂的上下运动由液压缸通过提升机构驱动 工作臂联结 在滑块6上 见图5 由10个铰接的平面运动构件构成四个平行四边形 整个装 置由滑轮引导在垂直轨道中运动 相当于滑块在垂直中心线上运动 从而使两液 压缸实现机械同步 机构的提升行程约为液压缸行程的6倍 平行四边形提升机构 具有结构紧凑 构造简单 运动可靠的优点 在实际 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 5 中还可采用单个液压缸垂直安装拉动铰链B及丝杆传动等其他驱动方式 是一种 比较实用的液压提升机构形式 四 两种机构的比较四 两种机构的比较 由以上两种机构的实际应用可以看出机械式提升机构基本上用于有很大提升 行程要求的系统中 整个提升机构较为复杂 液压式提升机构的运行比较平稳 容易实现无级调速及过载保护 且装置的使用寿命较长 但液压提升机构中的油 液较易受温度变化的影响 同时油液还有泄露的问题 另外 机械式提升机构大 多都是采用提拉的方式提升重物 而液压式提升机构主要采用推举的方式提升重 物 所以具体采用那种提升构就要根据具体的环境情况 工作要求 以及人员状 况等 所以机械式提升机和液压式提升机之间都存在不足之处 同样他们之间也 各有自己的优点 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 6 第 2 章 系统总体设计 2 12 1 初始参数的拟订初始参数的拟订 翻转的H钢最大尺寸为 高1200mm 宽600mm 长18000mm 可承受的最大载 荷为10吨 每个翻转机构设置1台翻转电机 要求机构能实现正反方向任意角度 的翻转 提升机构的最大提升高度为800mm 整个系统由3个翻转提升架组成 分 别编号为 号 号 号 号与 号之间相距4m 号与 号之间相距7m 各翻转提升架之间放置输送辊道 2 22 2 机构的选择及各部分采用形式的确定机构的选择及各部分采用形式的确定 根据对题目 大型 H 钢翻转提升机构设计 可知 该机构主要有两部分组 成 即翻转机构和提升机构 现分别对这两种机构进行讨论 2 2 12 2 1 翻转机构翻转机构 翻转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜 使之处于有利于加工位置的变位设 置机构 最为常见的有框架式 头尾架式 链式 环式 推举式等翻转机构 它 们的使用场合见下表 表 2 1 翻转变位机构 形 式变位速度驱动方式使 用 场 合 框架式恒定机电或液压 板结构 桁架结构等较长焊件 的倾斜变位 头尾架式可调机电 轴类和椭圆形焊件的环形焊缝 表面堆焊时的旋转变位 链式恒定机电 装配定位焊后 自身刚度很强 的梁住型的翻转变位 环式恒定机电 装配定位焊后 自身刚度很强 的梁住型的翻转变位 在大型构件 的组对与焊接应用中较多 推举式恒定液压 各类构件的倾斜变位 装配和 焊接在同一工作台上进行 根据各种机构的使用场合可知 对于大型 H 钢的翻转可以采用链式 环式 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 7 和推举式翻转机构 现对这三种机构加以比较 以确定最终采用的机构形式 1 链式翻转机构 链式翻转机构结构形式如下图 图 2 1 链式翻转机构 由图可知 链式翻转机构结构比较简单 因为采用链条支撑 对箱形断面的 角接焊缝也同样适用 其缺点是焊缝对中较费时 焊接是在自由状态下焊接 不 便于用夹具控制焊接变形 2 环式翻转机构 环式翻转机构结构形式如下图 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 8 图 2 2 环式翻转机构 在翻转同等体积的 H 钢时环式翻转机构整体尺寸较大 机构上配有加紧装 置 因此 相对与链式而言 结构复杂 但特别适合与超大型工件的翻转 3 推举式翻转机构 推举式翻转机构结构如下图 图 2 3 推举式翻转机构 推举式翻转机构结构也比较简单 且能翻转的工件类型也较多 但这种结构 一次最多只能翻转 90 翻转后工作台需要复位 对于大角度的翻转效率低下 根据以上三种机构的特点 考虑结构的复杂程度和工作效率 选用链式翻转 机构做为大型 H 钢的翻转装置 链式翻转机构主要由电机 链条 链轮 张紧轮及架体等组成 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 9 在起重机械中应用的链条主要有环形焊接链和片式关节链 使用环形焊接链 条具有挠性好 可用较小直径的链轮和卷筒 且传动机构外形尺寸小 链条本身 耐腐蚀 缺点是可靠性差 有突然断裂的可能 不耐冲击 质量大 不易用于高 速提升设备中 链条本身运动中常产生滑移和摩擦 片式关节链的挠性比焊接链 更好 比较可靠 运动平稳 缺点是有方向性 横向无挠性 成本高 对灰尘和 锈蚀较为敏感 由于设备在运动中有冲击 出于安全和运动稳定性的考虑 选用 片式关节链作为翻转用链条 电机通过窄 V 带将功率传递给翻转装置 因为翻转提升架的翻转过程不需 要准确的速比 且翻转过程中对系统有冲击 所以优先选用带传动的形式 另外 在各种带中 窄 V 带具有普通 V 带的所有特点外 不但寿命长 传动功率大 费用低而且可以减少带轮的宽度和直径 2 2 2 提升机构提升机构 提升机构分为机械式和液压式两种 现对这两种机构进行比较 以确定最终 采用的机构形式 机械式提升机构通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行构件的 所以可以有 较大的提升范围 滑轮组一般使用定滑轮 定滑轮和动滑轮 双联滑轮组 四分 支 双联滑轮组 八分支 等 几种形式 另外在机械式提升机构中 也有采用 齿轮和齿条进行提升 但采用这种机构的设备一般只适用于小型货物 轻载情况 下的提升作业 液压式提升机构也是常用提升机构中的一种 它采用液压作为动力源 包括 有使用液压马达 其执行提升的机构同机械式 还有采用液压缸进行提升 由于 液压缸的行程有限 对于较大行程的提升都设计有增加行程的装置 如 X 形的 支架 因此 液压式提升机构多用于升降台 汽车翻斗等不需要很大行程 但却 有较大载重的设备中 考虑液压传动具有在同样的驱动功率下 液压装置的重量更轻 体积更小及 耐冲击的特点 选用液压式提升机构作为 H 钢的提升装置 由于系统不需要较 大的提升行程 所以使用液压缸直接推动翻转架进行提升即可 这样做 虽然要 使用较多的液压缸 但可以简化提升机构 所有翻转架的液压缸都由一个泵源提 供动力 即可保证液压缸的同步动作 也可以减少空间的使用 2 32 3 H H 钢翻转过程分析钢翻转过程分析 在 H 钢被提升起后 在链条上处于图 2 4 所示状态 当链条顺时针旋转时 H 钢将会以 B 点为中心逆时针方向翻转 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 10 图2 4 翻转过程 当 A 点达到最低点后 如图 2 5 若 H 钢要继续翻转 就要以 A 点为中心 此时如果重心在支点 A 的左侧如图 2 5 a 则它产生的力矩将会使 H 钢继续翻 转 如果重心在支点 A 的右侧如图 2 5 b 它产生的力矩将会阻止 H 的翻转 此时要求 H 钢的惯性足以克服重力产生的力矩使 H 钢继续翻转到重心移动到 A 点的左侧 否则 H 钢翻转到此位置时将停止翻转且在链条上打滑 H 钢是否会打滑主要取决于 H 钢与链条摩擦力的大小 即如果摩擦力足够大 将出现图 2 5 a 的状态 此时不会发生打滑现象 如果摩擦力不够大 出现图 2 5 b 的状态就要求 H 钢有足够的翻转速度以保证不出现打滑的现象 由于链 条的表面有明显的凹凸不平 所以 H 钢与链条之间的摩擦力不能简单的用平面 之间的静摩擦进行计算 所以这里不对 H 钢是否打滑进行理论计算 图 2 5 H 钢翻转过程简图 2 42 4 大型大型 H H 钢翻转提升机的布置钢翻转提升机的布置 整个系统由 3 个翻转提升架组成 分别编号为 号 号 号 要求三个 翻转提升架成一排放置 三个翻转提升架的中心线保持在一条直线上 且 号与 号之间相距 4m 号与 号之间相距 7m 各翻转提升架之间放置输送辊道 控制台放置在 号架的一侧 见图 2 6 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 11 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 12 第 3 章 传动系统零件的选择及设计 3 1 电动机的选择 翻转部分的结构简图如下图 图 3 1 翻转结构简图 设计链速为 0 5m s 单个翻转架承受重力为 50000N 受力分析如图 图 3 2 链条受力 52 1000 1050 arctg N G F34295 52sin 50000 2 1 sin2 1 水平分力 F F cos 34295 cos52 23477N P Fv 34295 0 5 17147 5W 1 72475KW 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 13 P电 KW p 3 2 8 09 0 71475 1 皮链 式中 链 链条传动效率 取 链 90 皮 皮带传动效率 取 皮 80 根据 机械设计手册 第5卷 表22 1 82选取电动机YZ160L 8 转速 705r min 额定功率7 5KW 电动机YZ160L 8是起重设备专用电机 这种电动机 具有启动转矩大 启动电流小的特点 且能够频繁 重载启动 因此选用这种类 型的电机作为系统的翻转电机 3 23 2 带传动设计及计算 3 2 1 皮带传动的计算 原始设计资料 传递的功率P 2 3KW 窄V带传动 每天工作小于10小时 重 载启动且有载荷冲击 1 确定计算功率 Pca Pca KAP 3 1 式中 Pca 计算功率 KA 工作情况系数 查 机械设计手册 第3卷 表13 1 16得 KA 1 4 P 传递的额定功率 Pca 1 4 2 3 3 22KW 2 选择带型 根据小带轮转速n1 705r min Pca 3 22KW 由 机械设计手册 第3卷图 13 1 2选用窄V带SPZ 3 确定带轮的基准直径 1 初选小带轮基准直径dd1 根据V带截形 参考 机械设计手册 第3卷 表13 1 11选取dd1 63mm 则 da1 67mm 2 计算带速 3 2 100060 11 1 nd v d 式中 v1 主动轮的圆周速度 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 14 n1 主动轮的转速 smv 32 2 100060 7056314 3 1 3 计算从动轮基准直径dd2 设计传动比i 1 5 mmdd dd 3156355 12 根据 机械设计手册 第3卷 表13 1 11圆整到dd2 315mm da2 319mm 4 确定中心距a和带的基准长度Ld 初定中心距a0 3 3 21021 27 0 dddd ddadd 0 7 63 315 a0 2 63 315 264 6 a0 756 初选a0 550mm 基准长度 3 4 0 2 12 120 4 2 2 a dd ddaL dd ddd 5504 63315 31563 2 14 3 5502 2 1622 212mm 根据 机械设计手册 第3卷 表13 1 6选取Ld 1600mm 3 5 mm LL aa dd 513 2 1600212 1622 500 2 0 考虑安装调整和补偿预紧力的需要 中心距的变动范围为 mmLaa mmLaa d d 561160003 0 51303 0 4891600015 0 513015 0 max min 5 验算主动轮上的包角 根据对包角的要求 应保证 3 6 120152 5 57 513 63315 180 90 120 5 57180 1 12 1 至少 a dd dd 包角满足要求 6 确定带的根数 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 15 3 7 L ca KKP P z 0 式中 K 包角系数 KL 长度系数 P0 单根V带的基本额定功率 根据 机械设计手册 第3卷 表13 1 21查得K 0 92 表13 1 22查得KL 1 16 表13 1 19查得P0 0 68 44 4 16 1 92 0 68 0 22 3 z 取z 5根 7 确定带的预紧力 3 8 1 5 2 500 9 0 2 0 mv Kzv P F ca 式中 m V带单位长度质量 v 带速 z 带的根数 K 包角系数 Pca 计算功率 查 机械设计手册 第3卷 表13 1 23得m 0 07kg m NF215 32 2 07 0 1 92 0 5 2 32 2 5 22 3 500 9 0 2 0 8 计算传动作用在轴上的力 3 9 2 sin2 1 0 zFFP 式中 z 带的根数 F0 单根带的预紧力 1 主动轮上的包角 NFP1999 2 152 sin21552 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 16 3 2 2 V 带轮设计及计算 根据V带轮的转速和功率 V带轮采用材料HT150铸造 1 小带轮设计计算 由于小带轮的基准直径dd 2 5d 所以小带轮采用实心式 结构形式如图3 3 图3 3 小带轮结构 表3 1 小带轮结构参数 参数数值 mm 计算公式 d32 d158d1 1 8 2 d dd63 da67 B64B 2f 4e L83L 1 5 2 d 36 式中 f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 2 大带轮设计 大带轮采用孔板式 结构形式如图3 3 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 17 图3 3 大带轮结构 表3 2 大带轮结构参数 参数数值 mm 计算公式 d45 d190d1 1 8 2 d dd315 da319 B64B 2f 4e L64B 1 5d时 L B C 11 1 7 1 4 B D1259 D0174 5D0 0 5 D1 d1 d050d0 0 2 0 3 D1 d1 36 式中 f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 3 2 3 皮带传动的张紧 由于V带不是完全的弹性体 在预紧力的作用下 经过一段时间的运转后 就会由塑性变形而松弛 使预紧力降低 因此 为了保证皮带能够正常的工作 必须要有一种装置使得皮带始终处于一种张紧的状态 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 18 图3 4 摆架式张紧装置 常见的张紧装置有定期张紧装置 滑道式和摆架式 自动张紧装置和采用 张紧轮的装置 在接近水平和垂直的皮带传动中适合采用定期张紧的方法 本设计采用摆架 式张紧的方法 结构如图3 4 当要调节带的预紧力时只要调整电动机下方的螺 母即可 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 19 第 4 章 翻转和提升装置零件设计 4 1 链条的选择及链轮的设计计算 4 1 1 链条的选择 1 链条的选择 根据第 2 章链条的受力分析可知 链条工作时拉力为 39 984KN 由 机械 设计手册 第 2 卷 表 8 1 73 选择 LH0866 型板式起重链条 基本参数如下 公称节距 P 12 7mm 板数组合 6 6 极限拉伸载荷 Q 66 7KN 2 链条的长度 链条的布置形式如图 4 1 图 4 1 链条的布置形式 根据链条的布置形式初步确定链条长度 mmLLL mmL mmL 6102 14501601 2 2 145010001050 160110001250 21 22 2 22 1 考虑到链轮部分的链条长度没有算入 所以取 L 6200mm 3 确定链条的节数 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 20 4 1 节 2 488 7 12 6200 P L LP 取 Lp 490 节 式中 Lp 链条的节数 L 链条的长度 P 链条的节距 4 1 2 链轮的设计及计算 链轮采用整体式钢制小链轮 结构形式如图 4 2 图 4 2 链轮结构 表 4 1 链轮基本参数 名称 数值 mm 计算公式 配用链条节距 P12 7 配用链条的滚子外 径 d1 5 12 根据 机械设计手册 表 8 1 73 查得 配用链条的排距 Pt6 25Pt 3b0 分度圆直径 d68mm n v d68 14 3 141 605 0 齿数 z17 取 z 1705 15 arcsin 180 d p z dk35 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 21 齿顶圆直径 da77 mmdp z dd mmdpdd a a 385 74 6 1 1 755 7825 1 1min 1max 齿根圆直径 df63 mmddd f 88 62 1 分度圆旋齿高 ha5 mmdph mmdp z h a a 79 3 5 0 975 5 5 0 8 0 625 0 1min 1max 轮毂厚度 h11 5mmd d kh k 31 1101 0 6 轮毂长度 l36mmhl 9 296 2 min 轮毂直径 dh58 mmhdd kh 582 齿宽 bf3 7 mmbbf7856 3 2 91 0 0 表中 v 设计链速 n 链轮转速 k 常数 50 d 100 时 k 4 8 b0 链板厚度 见 机械设计手册 第 2 卷 表 8 1 73 LH0866 型 b0 2 08mm 4 1 3 滑轮的设计 因为链条的布置形式特殊 链条的布置形式见图 4 1 所以要设计一个滑轮 将下侧的链条拉紧 以防止上下两侧的链条在工作的时候发生接触 滑轮的结构 形式见下图 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 22 图 4 3 滑轮的结构 表 4 2 滑轮设计参数 名称数值 mm 计算公式 d80 轮槽直径 D1140mmPD 5 635 min1 轮缘直径 D2160mmdhDD41 157 211min2 轮缘间宽 b30mmbb39 2905 1 min 滑轮宽 B50 表中 P 链条节距 P 12 7mm b 链条销轴长度 b 27 99mm h1 链条通道高度 h1 12 32mm d2 链条销轴直径 d2 5 09mm 4 1 4 链条的润滑 由于链条采用的是开式传动 且链条较长 布置形式特殊 不易采用手工润 滑 所以要求定期将链条拆下 放入煤油中清洗 干燥后 浸入 70 80 润滑 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 23 油中 待铰链间隙中充满油后安装使用 润滑油采用牌号为 L AN46 的全损耗系统用油 润滑油中加入添加剂 WS2 4 2 轴的结构设计及各部分的校核 4 2 1 轴的设计及计算 系统中有主动轴一根 空场链轮轴一根 滑轮轴一根及电动机采用摆架式张 紧安装时使用的销轴一根 现仅对主动轴做精确的设计计算 1 求输出轴上的功率 P 轴 转速 n 和转矩 T 链条的传动效率为 0 98则 P轴 1 9992 0 98 2 04KW min 141 5 705 r i n n 电 Nm n p T138 141 04 2 95509550 轴 2 求作用在链轮上的力 由第 2 章链条的受力分析可知 Fr 25000N Ft 23477N 3 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢 调质处理 根据 机械设计手册 第 2 卷 表 6 1 19 取 A0 112 于是得 4 2 mm n P Ad27 141 04 2 1123 3 0min 轴 轴的最小直径处为安装链轮处 此处有一个键槽 轴径应放大 6 即 取 mmd62 2806 1 27 min mmd36 min 4 轴的结构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 装配方案如图 4 4 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了使链轮轴向定位 处右侧制有螺纹 处长 70mm 处右侧 制出一轴肩 d 50mm 初选滚动轴承 因轴承只受径向力的作用 故选用深沟球轴承 参照工作 要求 并根据 d 50mm 选用深沟球轴承 6410 其尺寸为 d D B 50 110 31 考虑到 处端盖的厚度及轴的伸出长度 取 处 长 51mm 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 24 处右侧制出一轴肩 d 55mm 长 550mm d 50mm 考虑 到此处安装有轴承 皮带轮和端盖 取 长 30mm 长 100mm 处右侧 制有螺纹 M42 长 50mm 3 轴上零件的周向定位 皮带轮 链轮的周向定位均采用平键联接 查 机械设计手册 第 2 卷 表 5 3 18 链轮与轴的定位选用键 b h l 10 8 28 皮带轮与轴的定位选用 键 b h l 14 9 50 选用皮带轮 链轮与轴的配合为 H7 r6 以保证良好的 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 25 对中性 滚动轴承的周向定位是借过渡配合来保证的 此处选轴的直径尺寸公差 为 m6 4 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角 2 45 各轴肩处的圆角半径为 R2 5 求轴上的载荷 根据轴的结构简图作出轴的计算简图 弯矩图和扭矩图 图 4 5 轴的载荷分布 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出 B 处是危险截面 现将计算出 截面 B 处的 MH MV及 M 的值列于下表 表 4 3 截面 B 处的载荷计算 载荷水平面 H垂直面 V 支反力FNH1 21608N FNH2 2409NFNV1 22435N FNV2 2565N 弯矩 MMH 1385NmMV 1475Nm 总弯矩 NmM202314751385 22 扭矩 TT 138Nm 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 26 6 按弯扭合成应力校核轴的强度 现只校核轴的危险截面 B 处的强度 4 3 p TM d 1 22 3 68 21 式中 d 轴的直径 M 轴所受的弯矩 T 轴所受的扭矩 校正系数 双向旋转 1 1p 轴的许用弯曲应力 查 机械设计手册 第2卷 表6 1 1取 1p 207MPa mmmmd50 4 46 207 1382023 68 21 22 3 危险截面B处轴的强度满足要求 4 2 2 滚动轴承的校核 选用的滚动轴承为深沟球轴承6410 设计工作寿命为1000h 4 4 r Tn dmh CP ff fff C 式中 C 基本额定动载荷 P 当量动载荷 fh 寿命因数 fn 速度因数 fm 力矩载荷因数 fm 1 5 2 fd 冲击载荷因数 fT 温度因数 Cr 轴承径向基本额定动载荷 因为轴承只承受径向力 故P Fr 25KN 查 机械设计手册 第2卷 表7 2 8得 fh 1 26 表7 2 9得 fn 0 62 表 7 2 10得fd 1 2 表7 2 11得 fT 1 0 KNC 5 9125 162 0 2 15 126 1 查 机械设计手册 第2卷 表7 2 5 滚动轴承6410的Cr值为92 2KN C Cr 故滚动轴承6410满足动载荷要求 4 2 3 键的强度校核 轴上共有两个键 由于链轮处的键所受的应力最大 故对此处的键做强度校 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 27 核 1 挤压强度校核 4 5 2 pp kld T 式中 T 传递的转矩 k 键与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h 0 5 8 4mm l 键的工作长度 圆头平键l L b 28 10 18mm d 轴的直径 p 键连接的许用挤压应力 MPa p 5 106 36184 101382 3 查 机械设计手册 第2卷 表5 3 17有冲击载荷的情况下 p 不大于 120MPa p p 故键挤压强度满足要求 2 键的剪切强度校核 4 6 p dbl T 2 式中 T 传递的转矩 d 轴的直径 b 键的宽度 l 键的工作长度 圆头平键l L b 28 10 18mm MPa 6 42 181036 101382 3 查 机械设计手册 第2卷 表5 3 17有冲击载荷的情况下 p 90MPa p 故键的剪切强度满足要求 4 3 液压缸的设计及计算 4 3 1 液压缸的结构设计 目前 液压与气压传动分别在实现高压 高速 大功率 高效率 低噪声 长寿命 高度集成化 小型化与轻量化 一体化 执行件柔性化等方面取得了很 大的进展 同时 由于它与微电子技术密切配合 能在尽可能小的空间内传递出 尽可能大的功率并加以准确地控制 从而更使得它在各行各业中发挥出了巨大作 用 液压缸是液压系统中的一种执行元件 是把液体的压力能转变为机械能的装 置 主要用于实现机构的直线往复运动 也可以实现摆动 液压缸的种类有 单 作用液压缸 双作用液压缸 组合液压缸 其中单作用液压缸又分为拄塞式液压 缸 单活塞杆液压缸 伸缩液压缸等 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 28 柱塞式液压缸结构 1 它是一种单作用式液压缸靠液压力只能实现一个方向的运动 柱塞回程要 靠其 它外力或柱塞的自重 2 柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触 这样缸套极易加工 故适于做长行程液 压缸 3 工作时柱塞总受压 因而它必须有足够的刚度 4 柱塞重量往往较大 水平放置时容易因自重而下垂 造成密封件和导向单边 磨损 故其垂直使用更有利 单活塞杆液压缸的活塞仅单向液压驱动 返回行程是利用自重或负载将活塞 推回 双活塞杆液压缸的活塞的两侧均装有活塞杆 但只向活塞一侧供给压力油 返回行程通常利用弹簧力 重力或外力 伸缩液压缸是以短缸获得行程 用压力 油从小到大逐节排出 靠外力由大到小 逐节缩回 双作用液压缸又分为单活塞 杆液压缸 双活塞杆液压缸 伸缩液压缸 单活塞杆液压缸的单边有活塞杆 双 向液压驱动 两向推力和速度不等 双活塞杆液压缸双边有活塞杆 双向驱动 可实现等速往复运动 伸缩式液压缸具有二级或多级活塞 伸缩式液压缸中活塞 伸出的顺序式从大到小 而空载缩回的顺序则一般是从小到大 伸缩缸可实现较长 的行程 而缩回时长度较短 结构较为紧凑 此种液压缸常用于工程机械和农业机 械上 摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件 也称摆动式液压马达 有 单叶片和双叶片两种形式 图中定子块固定在缸体上 而叶片和转子连接在一起 根据进油方向 叶片将 带动转 子作往 复摆动 组合液压缸又分为弹簧复位液 压缸 串联液压缸 增压缸 齿条传动液压缸 弹簧复位液压缸是单向液压驱动 由弹簧里复位 串联液压缸用于缸的直径受限制 而长度不受限制处 可获得大 得推力 增压缸是由大小油缸串联组成 由低压大缸驱动 使小刚获得高压 齿 条传动液压缸的活塞往复运动 经齿条传动使与之啮合的齿轮获得双向回转运动 液压缸的五个部件是 1 缸筒和缸盖 2 活塞和活塞杆 3 密封装置 4 缓冲装置 5 排气装置 压缸的工作原理是 每种缸的工作原来几乎都是相似的 我就拿一 个手动千斤顶来说它的工作原来吧 千斤顶其实也就是个最简单的油缸了 通过手 动增压秆 液压手动泵 使液压油经过一个单项阀进入油缸 这时进入油缸的液压 油因为单项阀的原因不能再倒退回来 逼迫缸杆向上 然后在做工继续使液压油不 断进入液压缸 就这样不断上上升 要降的时候就打开液压阀 使液压油回到油箱 这个是最简单的工作原来了 其他的都在这个基础上改进的 油缸和气缸的优缺点 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 29 1 由于气动系统使用压力一般在 0 2 1 0Mpa 范围 因此气缸是不能做大 功率的动力元件 液压缸就可以做比较大的功率的元件 使用液压系统 2 从介质讲空气是可以用之不竭的 没有费用和供应上的困难 将用过的 气体直接排入大气 处理方便 不会污染 液压油则相反了 呵呵 3 空气黏度小 阻力就小于液压油 4 但空气的压缩率远大于液压油所以它的工作平稳性和响应方面就差好 多了 1 原始数据 H 钢重 10t 翻转架重 2t 单个液压缸承受负载 10 2 2 4 1 75 t 17500N 行程 L 800mm 提升速度 0 08m s 2 初步设计液压缸为双作用单活塞杆液压缸 此液压缸的双边都有活塞竿 双向液压驱动 可实现等速往复运动 根据负载大小和液压缸的工作压力确定活 塞的有效工作面积 再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径 图 4 6 液压缸结构形式 3 选择液压缸的工作压力为 2 5Mpa 根据 机械设计手册 第 4 卷 GB T7938 1987 选取 1 计算液压缸的牵引力 F F F压 F密 F惯 F背 4 7 一般取 F密 0 01 0 1 F压 F密 0 1 17500 1750N F惯 4 8 tg vG 式中 G 运动部件的总重力 g 重力加速度 v 启动 制动时的速度变化量 t 启动 制动时所需的时间 t 0 01 0 5 S F惯 1429N 1 08 9 08 0 17500 F背 0 F 17500 1750 1429 0 20679N 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 30 2 计算液压缸内径 活塞直径 D 0 105m 105mm 4 9 PF 4 6 105 214 3 206794 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 2 选择 D 为 125mm 3 活塞杆直径 在受压时 P 5MP 情况下 d 取 0 5 0 55 D d 125 0 5 62 5mm 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 2 选取 d 63mm 4 缸筒长度 L 以及其它部位尺寸 图 4 7 液压缸结构 最小导向长度 H 102 5mm 4 10 20 L 2 D 20 800 2 125 取 H 103mm 活塞宽度 B 0 6 1 0 D 取 B 0 8 125 100mm 导向套滑动面长度 A 当 D 80mm 时 A 0 6 1 0 d 取 A 0 6 62 5 37 5mm 隔套 C H 0 5 A B 103 0 5 100 37 5 34 25 mm 取 C 35mm 5 缸筒壁厚及其验算 1 根据 机械设计手册 第 4 卷 表 17 6 9 选取缸筒外径为 146mm 146 125 10 1mm 2 1 2 壁厚校核 0 081mm D 125 110 0 08 0 3 可用下列公式校核 D 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 31 4 11 max max 3P 3 2 DP 式中 Pmax 缸筒内最高工作压力 Pmax 1 5 2 5 3 75MPa 缸筒材料的许用应力 b n b为材料的抗拉强度 n 为材料的安全系数 n 3 5 5 缸筒材料选为 35 号缸 b 540MPa n 取 4 540 4 135MPa 0 0017m 1 7mm max max 3P 3 2 DP 75 3 31353 2 125 0 75 3 1 7mm 壁厚强度合格 6 缸底 缸盖设计及计算 1 缸底采用焊接方式 如图 4 8 图 4 8 缸底连接方式 1 0 433D2 4 12 p 式中 D2 计算厚度处直径 取 D2 105mm 1 0 433 105 6 2mm 135 5 2 焊缝应力计算公式为 MPa 4 13 n dD F b 6 2 1 2 1 10 4 式中 F 缸内最大推力 D1 缸筒外径 d1 焊缝直径 焊接效率 取 0 7 b 焊条材料的抗拉强度 n 安全系数 取n 4 13MPa 6 22 10 7 0136 0 146 0 4 14 3 20143 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 32 MPa 135 n b 焊接强度可靠 2 缸盖采用外螺纹连接 如图4 9 图4 9 缸盖连接方式 螺纹处拉应力 N mm2 4 6 22 1 10 4 Dd KF 14 螺纹处剪应力 N mm2 4 15 6 33 1 01 10 2 0 Dd KFdK 式中 F 缸筒端部受最大推力 D 缸筒内径 d0 螺纹外径 d1 螺纹底径 K 拧紧螺纹的系数 不变载荷取K 1 25 1 5 K1 螺纹连接的摩擦因数 K1 0 07 0 2 平均取K1 0 12 螺纹使用M140 4普通螺纹 查 机械设计手册 第2卷 表5 1 3得 d1 135 670mm 12 45N mm2 22 12567 135 4 14 3 2014335 1 4 2 N mm2 33 12567 1352 0 1402014335 1 12 0 合成应力 n 14 42 N mm2 2222 2 4345 123 许用应力 p 4 16 0 n s 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 33 式中 s 缸筒材料的屈服极限 35 缸为 320MPa n0 安全系数 取 n0 1 2 2 5 p 320 2 160MPa p n 螺纹强度满足要求 7 活塞杆稳定性计算 当活塞杆受轴向压缩负载时有压杆稳定性问题 即压缩力 F 超过某一临界 Fk 值时活塞杆就会失去稳定性 活塞杆稳定性按下式进行校核 式中 nk 安全系数 一般取 nk 2 4 当活塞杆的细长比时 当活塞杆的细长比 且时 式中 l 安装长度 rk 活塞杆截面最小回转半径 1 柔性系数 系数 E 活塞杆材料的弹性模量 钢材 J 活塞杆横截面惯性矩 A 活塞杆横截面积 f 由材料强度决定的试验值 1 活塞杆强度校核 pMPa 4 17 2 4 d F 式中 F 活塞杆的作用力 d 活塞杆的直径 p 材料的许用应力 35 钢为 135MPa 6 5MPa p 2 63 4 14 3 20143 活塞杆强度足够 成都电子机械高等专科学校毕业设计 论文 34 2 活塞杆弯曲稳定性校核 液压缸采用脚架方式两端固定 则 LB 900mm 由于活塞杆受力 F 完全在轴线上 所以按下式验证 F 4 18 K K n F 式中 FK 活塞杆弯曲失稳临界压缩力 nK 安全系数 通常取 3 5 6 4 19 N LK IE F B K 22 6 1 2 10 式中 E1 实际弹性模数 取 E1 1 80 105MPa K 液压缸安装导向系数 查 机械设计手册 第 4