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型钢
堆垛
设计
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摘要
本文详细介绍了型钢堆垛机的整体设计理论和整个堆垛过程，其中重点介绍了翻转机构的设计。主要包括了翻转机构的轴、齿轮、液压缸的整体设计，其中还有轴承的选取，联轴器的选取和校核。
本次设计的型钢自动堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要
关键字：型钢堆垛机；机械；液压；齿轮
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he is or to It in so on on of to be or is a in in so on If is to on to on in a do of as is on a to to is is to in a On be on if a to to is to is to to to A of is an A of in it to a is at is a if to is to In to to of if in in of is to up of in in to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is In to on to (1) is 2) (3) of is (4) is (5) is to be to to in on to on of to in to or to in to to in of or in in of is a a to to be In be to so on s to of In to or to s so on to on to In is by in to in to to to of is (a) (b) (c) In of is If is to or In of to to to be to If a in in of In to a up in of or on to so of in to in in be as as to if to to or is in is of is in is it to is on in by to to In is to to on be to In to to to in in on to to in to to to to be of in to to is on to to on of by is in to in of In (a) or (b) to to to to be to In to (c) as is in (d) is (e) is by to is to of to be to on of to to 机械设计理论 机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科 学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。 进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人 类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品 。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当 新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调 的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说 都是最优的操作范围和操作过程 另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题 （ 1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？ （ 2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力 ？ （ 3） 生产这种产品是否经济？ （ 4） 产品的维修是否方便？ （ 5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的 设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。 通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 近 些年来，工程材料的选择 已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或 者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。 制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（ a）初步设计；（ b）功能设计；（ c）生产设计。在初步设计阶 段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。 在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成 本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设 计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。 在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产 制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的 。 产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（ a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料； (b)未能预见 和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）； (c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候； (d)质量控制方法不适当和未经验证； (e)由一些完全不称职的人员选择材料 。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能 避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量 。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 毕业设计 - I - 摘要 本文详细介绍了型钢堆垛机的整体设计理论和整个堆垛过程，其中重点介绍了翻转机构的设计。主要包括了翻转机构的轴、齿轮、液压缸的整体设计，其中还有轴承的选取，联轴器的选取和校核。 本次设计的型钢自动堆垛机性能良好、动作灵活、操作方便、故障率低、维护简单方便，满足了生产的需要 关键字： 型钢堆垛机 ； 机械 ； 液压 ； 齿轮 毕业设计 - up in In of of in s s is is of is is of ey 业设计 - - i 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 概述 . 1 第 2 章 型钢堆垛机总体设计 . 3 钢堆垛机的设计参数 . 3 垛机的工艺流程 . 4 垛机平面示意图 . 4 垛机的结构设计 . 5 垛机总体尺寸 . 5 动系统的选择 . 5 转机构的基本设计 . 7 降机构的基本设计 . 7 第 3 章 翻转机构 . 8 转机构液压缸的设计 . 8 压缸的类型 . 8 本参数设计 . 8 压缸的结构设计与校核 . 13 压缸的稳定性和活塞杆的强度验算 . 15 轮的设计 . 16 择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数 . 17 轮的基本参数 . 17 齿轮的基本尺寸计算 . 18 齿所受的圆周力向力向载荷. 19 根弯曲疲劳强度校核 . 19 形齿轮的设计 . 20 形齿轮的形状设计 . 20 形齿轮的基本数据 . 20 扇形齿轮的模数 . 21 形齿轮的基本尺寸计算 . 21 齿根弯曲疲劳强度校核 . 22 轮接触强度校核 . 22 ）轴的设计 . 23 ）轴的结构工艺性 . 24 ）轴的材料 . 24 齿轮轴上的受力 . 24 算轴的最小直径 . 25 毕业设计 - - 确定轴的各段尺寸和长度 . 26 轴器的选择 . 26 上零件的轴向定位 . 27 定轴上的圆角和倒角的尺寸 . 27 定轴上的载荷 . 27 ）轴的设计 . 30 的结构工艺性 . 30 的材料 . 30 算轴的转矩 . 30 扇形齿轮轴上的受力 . 30 算轴的最小直径 . 31 定轴的各段尺寸和长度 . 32 上零件的轴向定位 . 32 定轴上的圆角和倒角的尺寸 . 32 定轴上的载荷 . 33 键的校核 . 36 第 4 章 经济性分析 . 37 第 5 章 结论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 40 毕业设计 - - 1 第 1 章 概述 本文针对 国内传统的型钢生产线一般都没有专门的自动堆垛设备。随着市场经济对型钢产品要求的提高 ， 传统型钢生产的型钢堆垛已成为当前迫切需要进行的技术改造之一。不管是采用人工堆垛、半机械化堆垛还是全自动堆垛 ， 首先要进行型钢的垛型设计。 本此设计的型钢堆垛机是一种用于对成型钢材自动打捆的设备 。 机械部分由单传辊道、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及压紧机构等 8 个子机构，和 制部分组成的成型钢材自动打捆生产线。它的主要优点在于实现了整个生产线的自动控制，从而提高堆垛机的堆垛效率，这也是现 今钢材堆垛打捆和以后发展的趋势。它不仅仅克服了过去人工堆垛的生产效率低、打捆质量差、成本高、工作环境危险等缺点，更重要的是型钢的堆垛打捆成为了整个轧钢生产线发展的阻碍，在很大程度上阻碍了钢材生产线的效率的提高，对整个生产效率的提高有很大的影响。本此设计的型钢堆垛机在一定程度上实现了自动化，很好的消除了这个障碍，对型钢生产线技术的进一步发展做了铺垫。型钢堆垛机能够实现自动堆垛打捆，对改善工人的劳动状况尤其是减轻工人的劳动强度、提高型钢的包装质量、提高轧钢生产线的生产效率、增强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。型钢堆垛机的制造成本较低，这对任何企业来说都是一个很重要的参考依据 。 目前，世界上堆垛机的发展已经很成熟了 。已发展形成了各种类型的小型车间用的标准堆垛机主要有两大类，磁性和非磁性堆垛机。一类是磁性堆垛机。轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一车堆垛，并且层与层之间是面对面或背对背交替放置的。该系统主要运用于中型型钢堆垛。全部由计算机自动操作。钢材堆垛后，由平立辊道输送到打捆区，平立辊道的宽度是可调的，以避免料垛散落。另一类是非磁性堆垛机。轧制由两套液压一机械机构控制的机械手进层 层堆垛其动作类似于人手。可夹持并移送钢材，将钢材层面对面或背对背的进行堆放，主要适用于中小断面型钢，可避免料层中钢材在堆垛臂失磁时散落。形成不正确的料捆成形状非磁性堆垛机即纯机械堆垛机的显著特点就是无故障的处理双层型钢的能力，故其机械效率可提高一倍。 本次设计的堆垛机属于第一类磁性堆垛机，通过在移钢机构和翻转机构上安装堆垛电磁铁来实现槽钢的交替堆放。堆垛方式是槽钢： 6 根 /层， 4 层（如图 1每层分为正反两排。角钢是每层 5 根， 6 层，每层也分为正反两排一排槽口向下 3 根，另一排槽口向上3 根（如图 1 2）。由于 槽钢和角钢的结构不同要在不改变堆垛机结构条件下实现不同钢毕业设计 - - 2 的堆垛就需要在 序上加以变化。这也是 动控制的优点，这里主要根据槽钢进行设计和编程。型钢规格为 20 槽钢 ， 定尺长度范围 8 10 米。 槽钢角钢图 1钢堆垛方式 图 1 1 槽钢堆垛方式 毕业设计 - - 3 第 2 章 型钢堆垛机总体设计 型钢堆垛机的总体设计是设计人员在根据工厂所需要的成型钢材堆垛机，对堆垛机作出的初步的、总体的设计。堆垛机总体设 计主要包括：确定型钢堆垛机的工艺流程、型钢堆垛机平面示意图的初步确定、主要机构的简单结构设计、总体尺寸的确定、堆垛机驱动装置的确定和控制系统的设计。 钢堆垛机的设计参数 堆垛机堆垛的型钢为： 20 槽钢，根据（ 07 88）结构参数图 2 图 2钢参数 线密度为 2 5 . 7 7 7 /k g m 线； 型钢长度为 8 10m。 堆垛速度约为 4 分钟捆； 班垛能力为 450 470 吨 /班； 堆垛成捆的型钢作到一头齐，符合国家堆垛包括标准 89； 本型钢堆垛机堆垛方式是槽钢是 6 根 /层，每层分为上下正反两排如图 2垛的型钢型号为 20 槽钢 ,定尺长度范围 8 10 米。 图 2钢堆垛方式 槽钢毕业设计 - - 4 2)工艺参数 1)G=0*3=）电磁铁 306*4=1224 ）电磁铁边距轴心 L=1065 4）其它重为 200）传递的扭距 T=0*（ 224+200） =m 垛机的工艺流程 轧制好的钢材经单传辊道输送到型钢堆垛机上，再由拨钢机构将钢材拨到移钢机构的链条上，然后由移钢机构将钢材输送到定位机构，中途有分组机构将钢材分为 3 根一组，分好组的钢材到定位机构后被精确的定位后，再由平移机构送至垛台上，下一组分好组的钢材被定位机构定位后，经由翻转机构旋转 180 送至垛台上，垛台上的钢材排成了形如图2示的排放形式。然后垛台下降相应的高度，使下一轮堆垛的钢材 和这一次的高度相等。经过 4 次循环后， 垛台上的钢材就排成了 6 根 /层，共 4 层的形状。然后由压紧机构把钢材压紧，到此堆垛过程结束，再由垛台输送辊道将堆垛号的钢材输送出去。型钢堆垛机按这个顺序再进行下一轮的堆垛。 垛机平面示意图 根据现场要求、堆垛机的工艺流程和其他同类设备初步确定型钢堆垛机的结构分布如图 2 3 所示。该型钢堆垛机相当于简单的流水生产线，槽钢进入单传辊道依次通过拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移机构（或翻转机构）最后到垛台升降机构及压紧机构最后结束堆垛任务。 毕业设计 - - 5 图 2垛机结构分布图 垛机的结构设计 根据上述工艺过程和图 2 3 可得，该设备由以下主要机构组成：单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构（槽钢分组机构）、定位机构、平移机构、翻转机构和垛台升降机构及压紧机构。 垛机总体尺寸 由现场的技术要求和同类设备可以初步确定堆垛机的总体尺寸约为： 长宽高1 2 6 0 0 7 3 0 0 3 1 0 0m m m m m m 。 动系统的选择 传动机构通常分为机械传动、电器传动和流体传动。机械传动是最初的传动方式也是最重要的传动方式之一，它是在电动机等动力源的驱动下通过一定的机械式传动机构（齿轮机构、带传动和链传 动等）得到期望的运动参数。流体传动是以流体为工作介质进行能量替换、传递和控制的传动。它包括液体传动和气体传动，液体传动是以液体为工作介质的流体传动，它包括液力传动和液压传动。 其中机电传动和液压传动是最常用的两类传动。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类，交流电动机又分为交流电动机和直流电动机两类。在强电系统中三相交流异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。 毕业设计 - - 6 电机拖动的根本任务，在于通过电机将电能转换成生产机械所需要的机械能，使电能成为工业企业中的主要能源。这主要是由于电能的 生产、变换、传输、分配、使用和控制都比较方便经济。它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和实现自动控制。因此，电机拖动已成为现代工业企业中广泛采用的拖动方式。它具有许多其它拖动方式无法比拟的优点，主要有： 汽、水力等）效率高，而且电动机与被拖动的生产机械联接简便； 有各种各样的运行特性，可以满足不同类型生产机械的要求； 起动、制动、反向和调速等控制简便，快速性好，易于实现完善的保护； 号的变换 与传送都比较方便，易于组成完善的反馈控制系统，易于实现最优控制； 于集中管理，便于实现局部生产白动化乃至整个生产过程自动化。 因此，电机拖动，特别是自动化的电机拖动，成了现代工业生产电气化与自动化的基础与核心。 液压传动的主要优点有： 根据需要方便、灵活地来布置；以实现大范围的无级调速； 3. 重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快； 对运动面可自行润滑，使用寿命长； 都是标准化、系列化产品，可以直接从市场上购买，这有利于液压系统的设计、制造和推广应用； 采用电液联合控制后 ，不仅可以实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。 考虑到以上各种传动的特点各机构的传动方式选择如下： 由单传辊道、拨钢机构和移钢机构的结构特点、运动特性和参考同类设备，该三部分均道选取三相交流异步电动机直接驱动。由于单传辊道与拨钢机构的交错布置且传动距离较长（约 6m），其选择分布式驱动，而拨钢机构和移钢机构之间平行布置并且驱动功率不太大，拨钢机构需要频繁启动，因此选 择分别集中驱动。如图 2 3 所示，拨钢机构和移钢机构的电动机分布方式，拨钢机构是将电动机布置在一端，而移钢机构是将电动机布置在两根输出轴的一端。拨钢过程中拨抓只需克服单根槽钢与滚筒之间的滑动摩擦，因此载荷较小需要传递的最大扭矩也较小，综合考虑现场其他结构的布置情况将电动机布置在传动轴的一端。移钢机构在工作时，由于传动距离较大 (约 且载荷较拨钢大的多，轴较长，最大扭矩较大，因此将电动机布置在两根轴的中间，这样单根轴所承受的最大扭矩要小得多。 而分组、定位、平移 和垛台升降及压紧动作较简单（多为直线运动） ，且载荷不太大这里选择液压驱动。用液压缸的伸缩来完成分组、定位、翻转和垛台升降及压紧，用液压毕业设计 - - 7 马达来实现平移。各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置 ,不需要复杂的传动系统。 翻转机构的运动为轴的旋转运动，它的动力系统的主要要求为低速可调，交流电动机不能满足要求，直流电动机虽然有低速可调的性能，但是直流电动机价钱昂贵，也不能选取，液压传动的鲜明特点就是低速可调，所以我们最后选液压传动作为翻转机构的动力源。 转机构的基本设计 翻转机构是将三根型钢 反扣到垛台上。这是一个低速运行的机构 。相对于整个系统来说 ，翻转机构还要考虑时间因素。 计的基本要求 翻转机构的电磁铁要满足能吸住 3 根钢材所要求的磁力；轴要满足翻转台自重和钢材自重所产生的扭矩；齿轮要能承受传递扭矩所产生的力；液压缸要能产生出机构所需要的力，并满足相应的强度条件。 计的基本思路 轴根据机构所需要的扭矩和型钢的长度来确定轴的具体尺寸，并根据弯扭强度校核来校核轴。齿轮根据要传递的力来确定具体尺寸，并对齿轮进行弯曲强度校核和接触强度校核。 液压缸根据所需要产生出的力来确定液压缸的基本尺寸，从而选出液压缸的型号，并对液压缸的杆进行 稳定性和强度校核。 翻转机构的时间因素由 制来调节处理。 降机构的基本设计 升降机构是型钢堆垛机最后堆垛的一个平台。 钢材分为 6 根一层堆垛在垛台上，然后垛台下降一定的高度让下一层的钢材跟上一层的钢材处于同一高度进行堆垛 。他的基本组成有垛台、升降液压缸。 计的 基本要求 垛台能承受 24 根钢材的重量；液压缸能承受 24 根钢材和 垛台的自重所需要的力。 计的基本思路 根据简直梁的原理对垛台进行弯曲强度校核。根据液压缸所要求的力来计算液压缸的具体尺寸，从而选出液压缸的型号，并对液压 缸的杆进行稳定性和强度校核。 毕业设计 - - 8 第 3 章 翻转机构 转机构液压缸的设计 液压缸是液压传动系统中的一种液压执行元件，它是将液压能转化为机械能做直线往复运动的能量转化装置。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。 压缸的类型 为满足各种主机的不同用途，液压缸有多种类型。 按照结构形式的不同可以分成有活塞缸，柱塞缸，摆动缸三大类型，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。 按照作用方式不同 可以分为单 作用缸和双作用 缸 。 另外，按照缸的特殊用途分，可以为串联缸，增压缸，增速缸，步进缸等等。 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。 液压缸因用途要求的不同，有各种结构形式。而平移机构的液压缸采用的是双作用单活塞杆液压缸如图 示： 本参数设计 图 3业设计 - - 9 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。 根据仿形设 计，取液压缸杆距（ ）轴的距离为 225 则，由 2T F d由前面计算可得 ： 得： R=233992N 在工作过程中存在摩擦力，但是相对较小，可以忽略不计，为保证工作安全，最后我们取 250000R N 知液压缸的设计相关数据 由翻转机构的工作原理，我们选用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。 定液压缸的工作压力 根据前面算出的力 R=250000N。由液压与气压传动中表 4 时根据表 行原件的背压估计值，取回油背压为 3 ： 1 1 4P 2 2 3P 筒内径 D 的计算 在确定 D 时，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 R 为： )(4 02022 （ 3 推出： 0020 )(4 (3毕业设计 - - 10 式中： R 液压缸的工作负载； F 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 ； p 工作压力，一般情况下取系统的调定压力； 0p 回油背压， 0 3p d 活塞杆直径， 根据液压与气压传动表 4压缸工作压力与活塞杆直径查得 。 其中 将已知相关的数据代入公式可得： 5 0 0 047 根据液压系统设计元器件选型手册表 2压缸内径尺寸系列，最后取160D 。 活塞杆的直径 d 为 0 2 2d D m m 。 根据液压系统设计元器件选型手册表 2后取杆的外径为： 125d 。 压缸最大工作行程 机构运动简图如图 3示： 翻转电磁铁在翻转时，小齿轮旋转180 ，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20 ，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 20 。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， 125a r c t a n 3 02 1 6 . 5 液压缸支座曲柄轴曲柄扇形齿轮， ， 6 0 小齿轮，图 3业设计 - - 11 几何运动分析图如图 33 所示： 图 33 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 0 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 180 时的位置。 我们可以根据余旋定理计算出行程的大小： 222 1 6 . 5 2 5 0 2 2 1 6 . 5 2 5 0 c o s 5 0 1 2 5 7 7l m m 理 论 以 上 l 值为理论值，现实中我们选则的液压缸的行程应略大于理论值， 参考液压元件及选用中表 Q 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0 。 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，结果相差并不大，也不会影响我们最后的选择。 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 毕业设计 - - 12 根据机械设计手册中表 11查出缸内径为 160液压缸的缸体的外形尺寸为430+行程，由行程为 90缸体的外形尺寸为 520 其 中 活 塞 长 度 0 ； 导 向 套 长 度 0 ； 隔 套 长 度 12C H A B 。为了降低加工难度，一般液压缸的缸筒长度不应大于内径的 20 30 倍。 根据机械设计手册（化学工业出版社出版）中表 11缸固定部分长度的参考尺寸得： 活塞的长度 0 . 6 1 . 0 9 6 1 6 0B D m m，取 100B ； 导向套动面长度 0 . 6 1 . 6 9 6 2 5 6A D m m，取 150A ； 隔套宽度 11 5 0 1 0 0 1 5 0 2 52c m m 。 压缸的选定 综合以上计算分析可得 : 由于该液压缸为冶金设备用液压缸，所以在冶金液压缸设备标准液压缸系列选取。 冶金设备标准液压缸的特点：缸径一般在 40 320围内，工作压力小于等于16用液压油机械系统耗损油和乳化液等工作介质，使用温度范围在 80。其安装方式有法兰、耳环、销轴等多种形式，符合 1981 标准，另外还有脚架（底座）示。 冶金设备用标准液压缸系列 包括： 重型冶金设备液压缸 列冶金备用液压缸 冶金设备液压缸 列液压缸 列液压缸。 液压缸具有性能良好可靠性好等优点；广泛用于重型机械，冶金、矿山等行业。综合型钢堆垛机的工作要求我们选用 液压缸。 根据机械设计手册（化学工业出版社）中液压缸型号的选用选出： 液压缸 Z Q 1 6 0 9 0 B ,图 3业设计 - - 13 其中： B 表是油缸的安装形式是 摆动式的 。 压缸的结构设计与校核 筒壁厚的计算 查液压与气压传动教材可查出：当101D时，壁厚用公式 2计算；当101D时，壁厚用公式 来计算。 （一）假设缸筒壁厚 与内径之比小于 110，则壁厚按薄壁缸公式计算，即： 2（ 3 公式中： P 液压缸的最大工作压力 ； D 缸筒内径 m ； 缸筒材料的许用应力 ； b 缸筒材料的抗拉强度极限； n 安全系数，一般取 5n ； 缸筒选用材料为 50；即： 03 5 06 ， 将以上数值带入得： 664 1 0 0 . 1 6 142 7 0 1 0 。 又考虑缸筒壁厚 与内 径之比： 1 4 10 . 0 91 6 0 1 0D 。 符合我们的设计要求。 考虑安全因素，我们取安全系数 n=： 1 4 1 . 3 1 8 . 2 ， 最后我们取 20 。 （二）假设D大于 110，壁厚按厚壁强度及公式计算： 毕业设计 - - 14 （ 3 7 1 . 60 . 0 8 16 4 . 8 4 因为 4 0 5160D 小于 110与假设矛盾，所以此液压缸为薄壁缸。 我们取 20 筒壁厚的校核 因为m 0P M 由公式： (3 式中： D 表示液压缸的内径； S 表示缸筒材料的许应应力， ，其中b抗拉强度， 为安全系数（一般 5 ）因为缸筒的材料为 机械设计手册可知道：该材料的 75 ； 表示缸筒最高工作压力（m 0P M 。 综合以上具体数据和式子可得： m a x 52 所以液压缸的壁厚符合设计要求。 筒外径的确定 1 2 1 6 0 4 0 2 0 0D D m m (3 底厚度1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 毕业设计 - - 15 0022 。 m a (3式 中： 2D 表示缸底内径， b 表示缸底材料的许用应力， 若选取 00 ， 05350 ， 则 61 64 1 00 . 5 0 . 2 2 47 0 1 0 ， 考虑安全因素，我们取1 30。 小导向长 度的确定 对单活塞液压缸，一般：220 (3式中： L 活塞的最大工作行程； D：缸筒内径。 代入数据得： 9 0 1 6 0 8 4 . 52 0 2H m m ，取 150H 。 压缸的稳定性和活塞杆的强度验算 活塞杆受轴向压力作用时，有可 能产生弯曲当此轴向力达到临界力界值及缸的安装方式等因素有关。只有当活塞杆的计算长度 10时，才进行活塞杆的纵向稳定性计算。 计算估算活塞杆的长度：初步定液压缸盖的厚度为 50则活塞杆的长度为：1 5 0 1 0 0 2 5 5 0 3 2 5L m m 。 毕业设计 - - 16 压缸的稳定验算 根据材料力学概念：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）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 ： n (3 式中 ： P 活塞杆的轴向最大压力 N ； 液压缸的稳定临界力 N ； 稳定性安全系数 ,一般取 2 6。 液压缸的稳定临界力度、刚度及其两端支承状况等因素有关。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 325 2 . 6 1 0125 。 则不需要进行稳定性校核。 塞杆的强度校核 由 ，取 ， 得 6 3 1 5 0 0 0 0 6315844 6 (
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