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型钢堆垛机结构设计毕业论文目录摘要IAbstract.第1章 概述11.1 堆垛机的简介11.2 型钢堆垛机总体设计2第2章 拨钢机构的设计42.1 电动机和减速器的选择42.1.1 电动机的选用42.1.2 减速器的选用52.2 滚子链传动的设计52.2.1 链传动的特点及应用52.2.2 链传动的参数选择原则72.2.3 拨钢机构滚子链的设计72.2.4 链轮结构尺寸的确定92.2.5 链轮的选材及热处理92.2.6 链传动的润滑92.3 轴的设计与校核92.3.1 轴的结构工艺性102.3.2 轴的材料112.3.3 轴上的力分析112.3.4 轴一的校核122.3.5 确定轴一的各段尺寸和长度162.3.6 轴上零件的周向定位172.3.7 确定圆角和倒角的尺寸172.3.8 平键的校核172.4 螺栓的选择18第3章 翻转机构193.1 翻转机构液压缸的设计193.1.1 液压缸的类型19 3.1.2 基本参数设计.19 3.1.3 液压缸的结构设计与校核.233.1.4 液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算253.2 齿轮的设计263.2.1 选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数263.2.2 齿轮的基本参数263.2.3 小齿轮的基本尺寸计算283.2.4 轮齿所受的圆周力，径向力，法向载荷的计算283.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核283.3 扇形齿轮的设计293.4 一轴的设计303.4.1 一轴的结构工艺性303.4.2 一轴的材料313.4.3 小齿轮轴上的受力313.4.4 计算轴的最小直径313.4.5 确定轴的各段尺寸和长度323.4.6 联轴器的选择333.4.7 轴上零件的轴向定位333.4.8 确定轴上的圆角和倒角的尺寸333.4.9 确定轴上的载荷333.5 二轴的设计及校核36第4章 结论38参考文献39致谢40第1章 概述1.1堆垛机的简介堆垛机是一种能将预定根数的成排的型钢码成紧密有序的方形或矩形钢材垛，然后送往打捆区进行捆扎以完成安全运输和储存的设备。型钢自动堆垛机为自动打捆堆降低了工人的劳动强度，提高型钢包装质量，增强场竞争能力，提高经济效益和社会效益，创造了良好的条件。低费用的型钢自动堆垛机，有利于进一步提高经济效益。型钢自动堆垛机适用于各种型钢的自动堆垛。型钢堆垛机总体分为：单传轨道、拨钢机构、移钢机构、分组机构、平移机构、定位机构、翻转机构和升降垛台压紧机构等8个子机构。随着中国加入世界贸易组织，市场竞争变得越来越激烈。如何提高产品质量成为每个国家和企业最关心的问题。同时包装的质量也是非常重要。在我国钢铁行业中，钢的质量与国外相比相对较差，有很多缺点。 (1)生产效率低就企业而言，效率直接影响着效益。但由于人工效率低，滚动生产和矫直生产线，半成品积压数量过大，不能连续生产。(2)包装质量差由于人为误差，很难保证堆垛是紧密和平坦的。(3)生产成品高由于人工的劳动力耗时造成成本昂贵，自动堆垛机制造成本低，每年可节省几十万元。市场对自动化堆垛是有很大的需求。 全自动堆垛机可用于各种钢的自动堆垛，它采用液压系统驱动，可编程控制器控制，可编程控制动作灵活，易于操作，满足生产过程的需要。原动部分：本设备原动部分包括几组电机，并各自独立作业由控制系统统一进行控制。型钢堆垛机的组成如图1-1所示。驱动部分：由液压系统驱动。执行部分：由灵活多样的机构执行。控制部分：由PLC控制。目前，世界上已形成了各种小型车间的标准堆垛机。型钢堆垛机按立柱可分为单立柱和双立柱；按有无轨道可分为有轨堆垛机和无轨堆垛机；按自动化程度：按手动可分为半自动和自动。1.2型钢堆垛机总体设计本文中对堆垛机的研究设计是一个自动捆扎设备进行钢的自动化方面的提高，尤其是对降低工人劳动强度的工作条件，提高钢材包装质量，提高轧钢生产线的生产效率，增强了钢材市场的竞争能力，提高经济效益和社会效益，创造了良好的条件，也为钢铁生产线技术的进一步发展做了铺垫。机械部分由单传轨道，拨钢机构，移钢机构，分组机构，定位机构，平移机构，翻转机构和垛台升降以及压紧机构等8个子机构和PLC控制部分组成。其中重点设计拨钢机构和翻转机构。本文设计的为磁性堆垛机，对中小断面型钢比较适用，是利用在移钢装置和翻转装置上装有电磁铁来完成钢材的堆垛。堆垛机堆垛的型钢为：20槽钢，根据（GB 70788）结构参数如图1-2所示线密度为；型钢长度为1012m，按12m计算。堆垛速度约为4分钟捆；每班垛能力为450470吨/班；捆堆好的型钢保持一头整齐，满足国家堆垛标准GB210189；本型钢堆垛机堆垛方式如图1-3所示，槽钢是3根/层，每层分为上下正反一排，堆垛的型钢型号为20槽钢,定尺长度范围1012米。堆垛机总体尺寸约为：长*宽*高=12600mm*7300mm*3100mm。 图1-3槽钢堆垛方式 工艺参数： G=25.7777*12*3Kg=927.97Kg； 电磁铁306*4=1224 Kg； 电磁铁边距轴心L=1065； 其它重为200Kg； 传递的扭距 T=532.5*10*（773.31+1224+200）=11700.675N/m。 第2章 拨钢机构的设计 拨钢机构是堆垛机中最重要的机构之一。它与移钢机构和单传轨道有着非常重要的联系，完成槽钢的移动。通过二级减速器和传动轴连接，驱动四根链条，来实现钢的运动。其设计主要有：电机的选用、二级减速器的选用、联轴器的选用、传动轴和链的设计与校核。2.1 电动机和减速器的选择2.1.1 电动机的选用电动机选择包括：类型、结构型式、容量（功率）和转速，并确定型号。三相异步电动机它具有较大的过载能力和较高的机械强度，对短时期或断续周期运行，频繁起动和制动，有时过负载及有显著的振动与冲击特别适用。所以，电动机选用三相交流异步。根据实际需求选YZR（绕线转子）系列电动机。此电动机具有安全可靠、简单操作和性价比较高的特点。它的结构是全封闭自扇冷式，电压恒为220V。容量的选取就是根据实际情况确定电动机的额定功率。根据实际情况对电动机作如下设计：（1） 最大工作载荷的计算：20槽钢（根据GB 707-88可知其线密度 ），长度按12m计算。链条与托板之间会产生滑动摩擦，取其摩擦系数f=0.12(有润滑)。摩擦力Ff为: 根据实际情况，选链轮的分度圆直径为d=360 mm，链轮的转速 n30 r/min。由摩擦力产生的阻力矩M为： 根据力矩平衡，系统传递的扭矩应满足 ，取安全系数 ： S=2.5，n=30r/min. 链所传递的功率为：（2） 确定电动机的转速根据两级同轴式圆柱斜齿轮减速器传动比I=840和链的传动比I=24。则系统的传动比范围：I=I=（840）（24）=16160工作机链轮的转速：n=r/min.所以电动机转速的可选范围为: n=I=（16160）30r/min =（4804800）r/min满足同步转速有750r/min、955r/min、1500r/min和3000r/min四种，根据实际情况，选择电动机转速为955。据1表15.1和15.2选择电动机为Y160M18，主要参数见表2.1所示。 型号额定功率满载时转速r/min电流（380V时）A效率%功率因数YZR170S65KW95517.7850.75型号启动电流额定电流启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y160M85.5222.1.2 减速器的选用根据实际情况选择渐开线圆柱齿轮减速器的型号为ZQ50VZ 。ZQ为渐开线圆柱齿轮减速器，总中心距4010=400 mm，公称传动比40，总传动比i=40.17，高速级传动比，低速级传动比，效率。查资料得联轴器机械效，初步选取.电动机的输出功率为： 综上所述，选取YZR170S6 型电动机,额定转速955r/min；额定功率。2.2 滚子链传动的设计2.2.1 链传动的特点及应用链条传动是一种灵活的啮合传动件，可以得到准确的平均传动比，适合于大的双轴传动；链传动张紧力小；链条驱动可以在多尘、潮湿、高温环境下工作，对齿形误差影响不高；瞬时转速时刻改变，瞬时传动比不是恒定的，传输稳定性差，存在冲击振动和噪声，不适合高速场合。链传动的主要失效形式有：链的疲劳破坏，链的磨损，链条的娇合，链条的静力拉伸。在速度（v0.6 m/s）的链条过载，超过其静力强度，链条就会被拉断。链条传动的各种故障模式在一定条件下限制了其承载能力。因此，在选择链模型时，必须充分考虑失效所产生的原因和条件，从而确定功率转移。和链条相比，链轮的强度高，寿命长，因此链传动失效，主要是链条失效造成的,其失效形式有: (1) 链条疲劳破坏. 各链单元在交变应力作用下，经过一定数量的周期后，链板发生疲劳断裂，轧辊和套筒表面出现疲劳点蚀和裂纹。在正常润滑条件下，链板的疲劳强度决定于驱动链承载能力。 (2) 链条铰链的磨损. 跳齿和脱链的产生是由于铰链磨损。在开式或润滑不良的链传动中常见。(3) 链条铰链胶合. 在不适当的润滑或链轮转速过高时，链条铰链销轴和套筒的工作表面因润滑油膜损坏，在两个表面粘接引起的高温、高压直接接触，相对运动的粘接部位的撕裂，形成表面的撕裂破坏，称为胶合。为了限制链的速度。 合理布置才能让链正常工作，需要注意如下几点： （1）链轮的旋转平面应在同一垂直平面内，否则容易引起链条脱落并产生异常磨损。（2）双链轮中心最好水平的连接，或水平面成以下的倾斜角度，尽量避免垂直传动，从而避免坏或外啮合的潜在链轮。 与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度低，成本低。在长距离传输时，结构比齿轮传动轻得多。链传动也有缺点：只能实现链轮之间的平行轴驱动；在运行过程中，瞬时传动比不能保持恒定；摩擦后易发生跳齿；工作时有噪声；不应使用在大负荷变化，高速和快速反向传输。链条传动主要用在可靠工作的需要，两个轴相距甚远，重载和低速，工作环境恶劣，以及其他不适当的使用齿轮传动。根据不同的用途，可分为链条传动链、输送链、起重链。输送链和起重链主要用于运输和起重机械。一般常用的传动是链。传动链可分为短节距精密滚子链（滚子链）、齿形链等。其中滚子链是经常用于低速传动系统，一般在低于100kW功率转移，链速不超过15ms，最大推荐使用的传动比为8。滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成。内链板与套筒、外链板与销轴之间的干涉配合，辊与套筒、套筒与销轴之间的间隙。内外链板相对灵活，可绕销轴自由旋转。辊是活套在套筒上，工作时，滚子沿链齿轮齿廓滚动，从而减少齿廓的磨损。链条的磨损主要发生在销和套筒的接触表面上。因此，内部和外链板之间应该有一个小的间隙，使润滑油能渗透到销和套筒之间的摩擦表面。外链板一般制成8型，以使其所有截面与接近相同的拉伸强度，但也降低质量的链和惯性力。当高功率传输时，可采用双链或多行链。多排链的承载能力与行数成正比。但是由于负载的准确性的影响是不容易的，要承担的负载链，所以行的数目不应该太多。2.2.2 链传动的参数选择原则1.传动比：选用23.5，如果太大，小链轮的角度很小、啮合齿数少、磨损大、容易跳链。2.齿数不能过多也不能太少：太少会造成功耗大，磨损大 ；过多会缩短寿命。3.链节距：当满足载荷、高速重载和载荷大而中心距小时，选择小节距多排链；低速中心距大传动比小时，选大节距单排链。4.中心距：3050p，有张紧装置或托盘时中心距的最大值可以大于80p，若中心距不能调整最大值取30p。2.2.3 拨钢机构滚子链的设计1.已知条件： 链轮传递的总功率5KW； 主从动轮的转速：； 载荷较平稳，波动较小。2.设计步骤及方法如下：（1）选择链轮齿数取小链轮齿数，根据实际情况，取，则大链轮的齿数：。（2）确定计算功率查资料得， 主动链轮齿数系数，单排链，则，所以则计算功率为（3）选择链条型号和节距由和查资料选28A，,链条节距为。（4）.计算链节数和中心距初选中心距取,则相应的链长节数：取链长节数节。（5）计算链速：（6）由GB124376确定套筒滚子链的结构尺寸：节距mm，滚子直径，内链节内宽，销轴直径，内链板高度，排距，每米重量，最低破断载荷。 (7).计算压轴力有效圆周力为：链轮水平放置：压轴力系数垂直放置：，取。则压轴力为：为了使拔料机构运动平稳、宽松的侧链的长链拨钢机构必须高于电机和减速器，所以链轮中心线比中心线的链轮减速器高得多，高度为400mm。(8).按静强度校核链查资料得，其节距mm、拉伸载荷（单排）。则离心拉力：。由于是倾斜传动，倾斜角：。则根据式子 ：.式中：为链传动的中心距；为垂度系数。得 ： 紧边拉力：.根据式子式中：静强度安全系数，单排链的极限拉伸载荷，工况系数，紧边拉力，排数，静强度安全系数许用值。可得所需极限拉伸载荷：。因此可以用28A型链。2.2.4 链轮结构尺寸的确定在该机构中所有传动比均为1，线速度一样，因此链轮的基本结构尺寸也一样。节圆直径：取d=327mm,由于滚子链链轮齿形已被标准，该链齿形为凹形面齿形，由GB124476制造。最大齿跟距离，.齿跟圆直径.齿顶圆直径。2.2.5 链轮的选材及热处理材料应该确保有足够的齿轮齿的耐磨性和强度。因为在这里的主从轮节圆直径相等的负载和堆积冰不太大的冲击，从实用和经济的因素，为客户的链轮，所以不需要使用好的材料。根据实际选择50钢，进行淬火、回火处理，其硬度可到达 4050HRC。2.2.6 链传动的润滑良好的润滑链条传动将减少磨损和冲击，提高轴承的承载能力，延长使用寿命。因此，链传动应合理确定润滑和润滑油的种类，如图2-1所示。主要有这几种润滑方式：（1）人为的定期润滑，用在不重要链速 v 4m /s 的传动，见图 2-1a。（2）滴油润滑，用于链速 v 10m /s 的传动，见图 2-1b。（3）油浴润滑，用于链速 v =612m /s 的传动，见图 2 -1c。（4）飞溅润滑，甩油盘速度v 3m /s ，浸油深度一般为 1215mm ，见图 2-1d。 （5）循环润滑，用于链速 v 8m /s 的大功率传动。用在链传动中的润滑油型号： L-AN32 、 L-AN46 、 L-AN68 、 L-AN100 等，见图 2-1e。根据实际情况，选取LAN32来润滑比较合适。还可加入如，等来帮助润滑。除了滚子链内部需要润滑外，链条与托台也需要降低磨损。可通过添加润滑剂，保持表面清洁，增加耐磨性等来降低磨损。2.3 轴的设计与校核在材料的分配方面，一轴、二轴、三轴和四轴四个轴的弯矩和轴承的弯矩和承载力，最大扭矩是相对较小的，考虑电机和减速器放置。最后，将电机设置在传动轴一端。平均 分配的总功率传输的轴上的二轴、三轴和四轴，最大扭矩为一小部分。根据要求，把一轴、二轴、三轴三根轴设计成一样。这里只对轴一进行计算分析，因此一轴扭矩为最大。在每轴上安装了两个轴承能减小压轴力。把中间的轴承去掉，就能以轴的静定来简化计算。因为，这样简化能够满足其承载需求对扭矩没有太大影响。2.3.1 轴的结构工艺性 在计算分析时，应尽可能在形式上简单，并有良好加工和装配工艺性能，以减少劳动量，提高劳动生产率和降低应力集中。计算分析应考虑以下几点：1.在装配完全时，轴的台阶数应越少，连续台阶应满足轴肩的要求。2.能让零件通过、装拆和定位牢固。3.轴的直径应该在轴倒角开放水平孔，孔段应倒角。4.结构尺寸都应满足需求。5.在同一轴上的键槽、半径和角度，中心孔要一样大小。在必要时，可提供砂轮和后刀槽的槽，这是方便磨削或切割的槽沟。2.3.2 轴的材料根据要求可知为传动轴。轴的材料主要是碳纲和合金钢。绝大多数钢轴毛坯，其中一些是直接轮。由于碳钢合金钢价格便宜，应力集中度低。同时，它可以加热或化学处理提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以碳钢制造轴优先考虑，其中最常见的是45钢。合金钢具有较高的力学性能，比碳钢淬火性能好，但价格昂贵。因此，大功率的传输，并减少的大小和重量，提高耐磨损性的杂志，以及在高温或低温的轴，经常使用合金钢。必须指出的是：在一般工作温度下（低于），碳钢和合金钢的弹性模量差别不大，所以在钢的种类和确定的钢热处理方法，是基于强度和耐磨性，而不是轴弯矩或扭矩刚度。但是，应该注意的是，在特殊情况下，有时你可以选择较低强度的钢，并与适当增加的部分地区的轴的方法，以提高轴的刚度。由此轴选45钢。2.3.3 轴上的力分析（1）已知条件：电动机额定功率P=5kW、 转速n=955 r/min、减速器传动比i=34.107 轴四通过减速器和电动机连着一起。求四轴的P4、n4和T4。已知减速器、联轴器的机械效率分别为： 轴上的输出功率为：轴的转速为：轴上传递的最大转矩为：选定轴的最小直径轴用45钢通过调质处理，HB为217255。查资料，取。则：轴与联轴器的孔径相配合，其最小直径，就是安装联轴器轴的直径，所以考虑到联轴器的选取。 与电动机相连的联轴器的选择类型选择选用弹性套柱销联轴器可以隔离振动与冲击。载荷计算公称转矩：查资料得。式中，为公称转矩，为工作情况系数。得计算转矩：型号选择查得，LT5型（弹性套柱销）联轴器的许用转矩为125N.m，其最大转速为4600r/min，轴径在2535mm之间。 与减速器相连的联轴器的选择计算联轴器的转矩：根据实际，选取，故由此，选取弹性注销联轴器。查资料LX5（弹性注销）联轴器。公称扭矩为3105N.m，轴孔直径 d=65 mm，长度 L=287 mm，孔长度L=142 mm。 2.3.4 轴一的校核画出轴的计算简图，如图2-2所示，该轴有一个危险截面。计算轴的弯矩 此机构用四条链来承受载荷，所以每根轴上所承受的压轴力：. 式中，为总的压轴力；为载荷分布不均匀系数。则：计算支反力由 得 式中，=6341.91N，=2300mm，=120mm.计算得： 建立弯矩方程：。画弯矩图，如图2-3所示。.计算轴的扭矩：由于有四个链轮与电动机的输出扭矩相抵消，所以：。作出轴的扭矩图，如图2-:3所示。 按弯扭组合应力校核轴的强度该轴上最危险截面：链轴器与链轮之间的轴段，因为这所受的扭矩最大且还受一定的弯矩。按第三强度理论，计算应力：.通常应力是对称循环变应力，扭转切应力不是对称循环变应力。考虑两者的不同，引入折合系数，则计算应力：., 分别为对称循环，脉动循环状态的许用应力。对于直径为d的圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将和带入式子，则轴的弯扭合成强度条件为:。式中：轴的计算应力， 轴所受的弯矩， 轴所受的扭矩， 轴的抗弯截面系数， 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式子，以及上面计算出的数据，则轴的计算应力：. 轴是45钢，查资料得。因为，故安全。精确校核轴的疲劳强度危险节面的判断，已确定安全。危险节面右侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面右侧的弯矩：扭矩：弯曲应力： 扭转应力：由表22得： ，。因 ，查资料得：，得轴的材料的敏性系数：，故有效应力集中系数： . 尺寸系数；扭转尺寸系数 。轴按磨削加工，表面质量系数:.轴表面没有强化处理，即，查资料得综合系数值： . 碳钢的特性系数： ，取 ，取 .计算安全系数值，得： . 由轴向力引起的压缩力因其值很小，故忽略不记，计为，下同。故可知其安全。 截面左侧抗弯截面系数：抗扭截面系数：弯矩：弯曲应力：过盈配合处的值，由插值法求出，并取，得： 轴按磨削加工，得表面质量系数：故可得综合系数：所以轴在截面左侧的安全系数： 故该轴在截面左侧的强度也足够的。2.3.5 确定轴一的各段尺寸和长度1.为了满足联轴器的轴向定位的要求，对使轴肩的第一段，所以以70毫米直径的第二段；左轴端挡圈定位，根据直径的轴端采取环直径70mm。与轮毂孔长度L = 125毫米的联轴器，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器和压力的顶部的稍短的比长的轴端，第一节是120mm。由于轴承主要受径向力的影响，轴向力较小，球面滚子轴承的选用。2.根据实际要求第二段的直径为70mm，选用调心滚子轴承3613。查资料得该轴承的宽度为T=180mm，其端盖的长度为60mm、轴肩挡圈的长度为150mm，挡圈要突出两端的轴肩各2mm，最后取第二段长为200mm，左端采用周向定位。3.第三段用来安装链轮，轴径为75mm，链轮宽为80mm。左端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取h=6mm，轴环直径为87mm。采用套筒定位链轮的右侧与右轴承。此轴度取为2180mm。4.第四段用来安装轴承，轴直径为70mm，查资料得调心滚子轴承3613，该轴承的宽为T=180mm，根据实际要求，取端盖的右端面与联轴器的左端面间的距离为500mm。5.第五段用来安装联轴器，轴直径为65mm，右端定位用挡圈，取挡圈直径为70mm。联轴器与轴配合的孔长度L=125 mm，取第五段长为120mm 。综上，已经确定轴的各段直径和长度。2.3.6 轴上零件的周向定位联轴器的周向位置与一个平面的键连接。轴第三段直径75mm，查资料得平键截面bh = 20mm12mm和键槽键槽铣削加工，长期为73mm，同时为了保证链轮和一个良好的中性轴，所以选择链轮轮轴和适合H7n6。同样，联轴器和轴连接，为16mm10mm70mm平键的使用，为H7N6比赛的轴耦合。轴的圆周方向的球面滚子轴承是一种适合R6轴选择这里的尺寸公差保证过渡。 2.3.7 确定圆角和倒角的尺寸为了使零件可以靠紧肩得到了准确可靠的定位，在轴肩圆角半径必须小于与零件中心孔端圆角半径R或倒角尺寸C相匹配，使轴端倒角2450。轴肩圆角半径看零件图。2.3.8 平键的校核链轮和轴的连接方式是平键连接，在整个机构的设计中此处键的要求最高，属于最危险的键。平键连接的强度校核：键的主要失效形式：工作面被压溃。一般不会出现键的剪短，除非有严重过载。按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。假设载荷均匀分布在键的工作面上，平键强度条件：式中，传递的转矩，； 键与键槽的接触高度，此处为键的高度； 键的工作长度，圆头平键，平头平键，这里为键的公称长度，为键的长度，：轴的直径； 键，轴，轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，。代入数据计算得：查资料键连接的许用挤压应力，得。由可知该键符合设计要求。经计算比对，该机构其它的键也符合设计要求。2.4 螺栓的选择在螺栓连接的机制主要是用于连接，在充分考虑连接的工作机构、精度、螺栓力和经济等因素时，应充分考虑螺栓的选择，同时保证连接强度条件尽可能选择螺栓连接的普通螺纹，在某些地方也用螺钉连接。对于螺栓连接的强度，这里不检查。由于工作负荷和实际经验等因素的影响，一般螺栓连接被选中，除非某些特殊场合特殊要求或有针对性的设计，给出详细的检查。 具体位置的螺纹连接的选用：1.电动机地脚螺栓：螺栓 M20100（GB578086）、螺母M20（GB617186）、弹簧垫圈 20（GB9376），个数分别为4、8、4。2.减速器地脚螺栓：螺栓 M1680（GB578086）、螺母M16（GB617186）、弹簧垫圈 16（GB9376），个数分别为4、8、4。3.一轴、二轴、三轴和四轴上轴承座的连接螺栓：螺栓 M18100（GB578086）、螺母M18（GB617186）、弹簧垫圈 18（GB9376），个数分别为24、48、24。4.轴端挡圈的固定用的双螺钉：螺钉M1020（GB578086），个数为26。第3章 翻转机构3.1翻转机构液压缸的设计液压缸是一种液压执行元件，把液压能转化成机械能的装置。通过输入液体的流量压力转化成输出直线速度和力。3.1.1液压缸的类型生活中有多种类型的液压缸。根据结构形式分为：活塞缸，柱塞缸，摆动缸三大类。活塞缸和柱塞缸实现往复直线运动，输出速度和推力，摆动缸则实现的是往复摆动，输出的是角速度（转速）和转矩。根据作用方式分为：单作用缸和双作用缸。根据缸的特殊用途分：串联缸、增压缸、增速缸、步进缸等。液压缸的结构包括：缸体组件，活塞组件，密封装置，缓冲装置，排气装置。因实际需求液压缸有很多样。在翻转机构中用的是双作用单活塞杆液压缸如图3.1所示。3.1.2基本参数设计 液压缸的受力分析在轴所受的扭矩为最大时，轴的扭矩同时为最大，此时液压缸的负载为最大。类比，取液压缸杆距轴的距离为225mm。则，由 。由前面计算可得 ： 得：F=233992N 根据现在的实际情况，最后取：。已知液压缸的设计相关数据根据翻转机构需求，选双作用单活塞杆的液压缸，无杆腔由系统直接提供压力，有杆腔的进油由液压泵直接提供，回油直接通油箱。确定液压缸的工作压力根据前面算出的力F=250000N。查资料得工作压力取 4 Mpa，执行原件的背压估计值，取回油背压为 3 Mpa。即：为进口压力： ；为回油背压： 。缸筒内径D的计算内径必须保证液压缸在系统所给定的工作压力下，具有足够的牵引力来驱动工作负荷。对于双作用单活塞杆液压缸，当活塞杆是以推力驱动工作负载时，即压力油输入无杆腔时，工作负载为： 推出： 式中：液压缸的工作负载；活塞杆的最大推力；机械效率，考虑密封件的摩擦阻力损失，橡胶密封常取；工作压力，一般情况下取系统的调定压力；回油背压， ；活塞杆直径。根据资料查得，液压缸工作压力与活塞杆直径。其中将已知相关的数据代入公式可得： 液压缸内径尺寸取，活塞杆的直径d为 ，杆的外径。 液压缸最大工作行程机构运动简图如图3-2所示。电磁铁在翻转时，小齿轮旋转，即转过11个齿，对应的扇形齿轮也转过11个齿，即扇形齿轮转了，由于曲柄和扇形齿轮通过键固连接在一起，所以曲柄也转了。活塞杆从初始位置开始转过一定的角度，同时有一定的身长量，通过下图的运动分析及几何分析，我们可以算出活塞的行程。其中， 43几何运动分析图如图所示。注：其中黑色粗实线组成的三角形表示系统的初始位置，即翻转电磁铁的位置，细实线组成的三角形表示系统的翻转极限位置，即翻转电磁铁翻转时的位置。我们可以根据余旋定理计算出行程的大小： 在现实中略大于理论值，根据资料ZQ型重型冶金设备液压缸的型号和技术参数得：我们选择其行程为。注：此处在进行行程计算的时候，由于活塞杆的转动角度较小，我们对其进行了简化处理，将圆心移至图示的位置了，不会影响最后的结果。 缸筒长度L缸筒长度由活塞最大行程，活塞长度、活塞杆导向长度H和特殊要求的其他长度确定（见图3-4）。 图3-4 缸筒长度根据资料查出缸体的外形尺寸为430+行程，得缸体的外形尺寸为520mm。其中活塞长度、导向套长度、隔套长度。降低加工难度，一般缸筒长度不应大于内径的2030倍。根据资料得油缸固定部分长度的参考尺寸：活塞的长度，取； 导向套动面长度，取；隔套宽度。 液压缸的选定该缸选冶金液压缸。其特点：缸径在40320mm内，工作压力P16Mpa可用液压油机械系统耗损油和乳化液等工作介质，使用在-4080范围内。安装方式：法兰、耳环、销轴等多种形式，符合国家标准。冶金设备系列使用的包括：ZQ型重型冶金设备液压缸JB系列冶金备用液压缸YHG1型冶金设备液压缸JB系列液压缸UY系列液压缸。ZQ型具有优点：性能良好，可靠性好；经常用于重型机械，冶金、矿山中。因此选用ZQ型液压缸很合适。根据资料得：B表的安装形式是摆动式。3.1.3液压缸的结构设计与校核 缸筒壁厚的计算 查教材可得：当时，壁厚用公式来计算；当时，壁厚用公式来计算。（一）假设缸筒壁厚与内径之比小于，则壁厚按薄壁缸公式计算，即： 公式中：P液压缸的最大工作压力 ； D缸筒内径； 缸筒材料的许用应力，； 缸筒材料的抗拉强度极限； 安全系数，一般取；缸筒选用材料为HT350，；即：，将以上数值带入得：。 又考虑缸筒壁厚与内径之比：。符合我们的设计要求。考虑安全因素，我们取安全系数n=1.3，得：，最后我们取 。（二）假设大于，壁厚按厚壁强度及公式计算： 因为小于与假设矛盾，所以此液压缸为薄壁缸。我们取 缸筒壁厚的校核因为，由公式： 式中：D表示液压缸的内径，表示缸筒材料的许应应力， ，其中抗拉强度，为安全系数（一般）因为缸筒的材料为 Q235，查资料可得：该材料的； 表示缸筒最高工作压力（）。综上所述： 。所以液压缸的壁厚符合设计要求。缸筒外径的确定： 缸底厚度因为设计时取平底液压缸，缸底与缸筒采用螺纹连接，所以缸底内径。 式中：表示缸底内径， 表示缸底材料的许用应力，Mpa。若选取，则：，根据实际情况，取。 最小导向长度的确定对单活塞液压缸，一般： 式中：L活塞的最大工作行程； D：缸筒内径。代入数据得：，取。 3.1.4液压缸的稳定性和活塞杆的强度验算活塞杆在轴向压缩下，有可能弯曲时的轴向力达到临界力时会有压力杆不稳定现象，临界值的大小和活塞杆的长度和直径，以及气缸的安装等因素。只有当活塞杆的长度L10d时，活塞杆的纵向稳定性。估算活塞杆的长度：定缸盖的厚度为，则活塞杆的长度为：。液压缸的稳定验算根据材料资料：一根受压的直杆，在其轴向负载P超过稳定临界力（或称极限力）时,即失去原有直线状态下的平衡而丧失稳定,所以液压缸的稳定条件是： 式中 ：P活塞杆的轴向最大压力 ；液压缸的稳定临界力 ；稳定性安全系数,一般取=26。值与P和缸体的材料、长度、刚度及其两端支承状况等有关。一般在（d为活塞杆的直径）大于10以后就要进行稳定校验。由 。则不需要进行稳定性校核。活塞杆的强度校核由，取，得:, .所以活塞杆满足稳定条件。3.2齿轮的设计齿轮是开式传动，其计算分析根据齿根弯曲疲劳强度为准则，按齿面接触疲劳强度进行比对。3.2.1 选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数对于低速轻载荷的齿轮的失效方式主要是齿面磨损，需有一定的机械性能，可用中碳钢、灰铸铁或球墨铸铁，单件小批量生产。大小齿轮均为45号钢，其中小齿轮为调质处理，硬度为250HBS；大扇形齿轮为正火，硬度为210HBS。根据要求，传动比为i12=9，因齿面易磨损，所以加厚齿，适当模数放大，少些齿数。则小齿轮数Z1=22，大齿轮数Z2=198。精度等级为8级。3.2.2齿轮的基本参数尺宽系数的选取 考虑小齿轮为两支承不做对称分布，大小齿轮均为硬齿面时，齿宽系数应取表中偏下限值，选定。齿形系数及应力校正系数的选取查资料得齿形系数，应力校正系数。弯曲疲劳寿命系数的选取由资料查出弯曲疲劳寿命系数 （应力循环次数N很小）。弯曲疲劳强度极限的选取由资料查得小齿轮弯曲疲劳强度极限：。计算许用应力安全系数：，代入公式计算得：.确定载荷系数K计算载荷系数K的公式：.由资料得：使用系数，动载系数，齿间载荷分配系数，齿向载荷分布系数。代入得出：。计算齿轮的模数 ， 式中：的单位是mm，的单位为N。代入数据得：。根据圆柱齿轮标准模数系列表得：m=8mm。3.2.3小齿轮的基本尺寸计算分度圆直径：基圆直径：齿全高：齿厚：这里的齿轮是标准齿轮，所以，均为标准值，其值为，。3.2.4 轮齿所受的圆周力，径向力，法向载荷的计算由轴的安装结构可知：小齿轮所承受的扭矩是两个翻转台的扭矩，所以。则：式中：小齿轮传递的转矩，. 小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，. 啮合角，对标准齿轮，。3.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核分析：当载荷在齿根，最大弯矩，因此，在牙根弯曲疲劳强度最弱。双齿啮合区内齿轮啮合时。此时的力矩是手臂的力量，而最大，但力量不是最大的。因此，弯曲力矩并不是最大的。根据分析，在啮合点的最大点的情况下，将单齿啮合区的最大弯矩发生最大弯矩。因此，弯曲强度应根据单齿啮合区的最高点的载荷计算。校核过程如下： 由式（104）对小齿轮校核。根据已知条件齿数，查资料得：，代入数据得：由前面的数据可知：。即：则小齿轮的设计满足设计要求。3.3 扇形齿轮的设计扇形齿轮同小齿轮的设计一样，由此取扇形齿轮的齿数为66个齿，分布角度为。齿宽系数。齿形系数，应力校正系数。弯曲疲劳寿命系数 。弯曲疲劳强度极限。许用应力：。载荷系数。模数m=8mm。分度圆：基圆直径：mm齿全高：齿厚：分度圆中心距： 。其中： m=8，。由对此齿轮进行校核，。代入数据得：。所以。即扇形齿轮的设计符合设计要求。校核接触强度： 式中：啮合齿面上啮合点的综合曲率半径，。 弹性影响系数，。 。对于标准齿轮，节圆就是分度圆，得 ， 节点啮合的综合曲率：。代入数据得：得弹性影响系数：。齿轮的接触疲劳强度极限：。代入数据得：由所以扇形齿轮和小齿轮的齿根弯曲疲劳强度和接触疲劳强度均满足强度要求。3.4一轴的设计根据其结构，该机构一共有4根轴，位于两边的轴的扭矩最大为中间两轴的两倍，属于重要的轴，所以在此设计位于两边的轴。3.4.1一轴的结构工艺性在设计轴的结构时，应尽可能使轴的形式简单，并有良好堵塞加工和装配工艺性能，以减少劳动量，提高劳动生产率和降低应力集中。设计时应考虑以下几点：1.尽量减少轴的台阶数，达到轴肩的要求。2.确保能让让零件顺利通过和装拆及可靠牢固。3.轴端、轴头、轴径的端部以及孔端都应有倒角，一般用。4.结构尺寸，直径、圆半径、倒角、键槽等都需满足要求。5.同轴上键槽、圆周半径、倒角、中心孔取同样尺寸。可以设置砂轮越程槽和退刀槽，以便于磨削加工或切制螺纹。3.4.2一轴的材料根据工作要求可知此轴为传动轴。其材料主要是碳纲和合金钢，毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。碳钢比合金钢便宜，对应力集中的敏感性较底，耐磨性和抗疲劳的优点。故用常用碳钢（45钢）。在工作温度（低于）下时，碳钢和合金钢弹性模量差不多。因此通过其强度和耐磨性来确定钢类和热处理方法。根据实际轴的材料选45钢。3.4.3小齿轮轴上的受力前面我们已经求出作用在小齿轮上的力，同时这些力也作用在小齿轮轴上。即：3.4.4 计算轴的最小直径根据扭转强度条件来计算轴的最小直径，这种方法只按轴的扭矩来计算轴的强度：如果还受不大的弯矩时，则用降低需用扭转切应力的方法予以考虑。轴的扭转强度条件为： 式中：扭转切应力，。 轴所受的扭矩，。 轴的抗扭截面系数，。 许用扭转切应力，。查资料得45号钢。由轴的工作情况可知，安装齿轮的轴所受的扭矩最大，其大小为：。轴的抗扭截面系数为： 得： 根据实际取：轴的最小直径装在轴承处，轴直与轴承的孔径相对应，需选取轴承型号。查资料单列圆锥滚子轴承取7622E。3.4.5 确定轴的各段尺寸和长度1.第一段安装轴承和小齿轮，该端轴的直径为110mm，小齿轮宽200mm，查资料得轴承宽为51.5mm，轴承挡圈和轴承端盖的长度，总计为37mm，该段轴的总长为337mm。2.第二段只在其右上装一个轴承，该段轴的长为997mm，定位肩的高度h取（0.070.1）d，轴的直径为130mm。查资料得轴承用27326E。3.第三段安装翻转台，长度814mm，直径140mm。4.第四段安装联轴器，直径130mm，长度为212mm。3.4.6联轴器的选择由于机器工作时，动载荷和运转中可能出现过载现象，所以按轴上的最大转矩作为计算转矩，计算公式为： 式中：公称转矩， 工作情况系数。工况系数：，转矩：。得： 查资料联轴器选LT12，其公称转