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文档简介
1、河南机电高等专科学校毕业设计绪 论在科学技术飞速发展的今天,开发和设计新产品越来越重要,日益激烈的市场竞争,对机械产品的设计提出了更高的要求。为了满足广大使用者的需求,开发新型设备,提高机械产品的性能和质量,缩短设计周期和降低原材料消耗和制造成本,优化设计技术倍受机械工程师们的青睐,得到广泛的应用。近20年来,由于计算机性能的不断提高,计算技术和优化理论的发展以及工程应用的需要,机械优化设计已经从传统的面向零部件、单一工作过程、单一学科的局部优化发展到面向整体的多学科的全面优化即现代机械制造系统设计。1. 现代制造系统物流技术出它已从以前简单的物料搬运发展到今天的集机械设计、计算机科学、管理学
2、和自动化控制技术等于一身的综合技术物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分,从其广义内涵分析可以看。进入90年代末,全世界的制造者和分销商继续承受着各种压力,其中包括:产品定单更小、更频繁,产品需求不断变化且更加用户化和服务价值升高等。经营者们必须使工厂的运行适应定单的混合、更短的定单周转时间和更高的生产能力。必须采取一定的策略来适应不断提高要求的库存管理、运行的柔性以及各种过程集成的程度。在供应链中集中对一些过程进行转移、结合或消除,使得工厂以及仓库的物流和信息流更加有效。在这些变化的要求下现代物流技术从各个方面显示出一些新的发展趋势。从广义上讲,物流泛指物质实体及其载体的场所(或位置)的
3、转移和时间占用,即指物质实体的物理流动过程。它是在生产和消费从时间和空间上被分离并日益扩大的形势下为有机地衔接“供”和“需”,保证社会生产顺利地进行,并取得良好的经济效益而发展起来的一门科学。物流所要解决的问题是物流活动的机械化、自动化和合理化,以实现物流系统的时间和空间效益。发展至今,物流系统是典型的现代机械电子相结合的系统。现代物流系统由半自动化、自动化以至具有一定智能的物流设备和计算机物流管理和控制系统组成。任何一种物流设备都必须接受物流系统计算机的管理控制,接受计算机发出的指令,完成其规定的动作,反馈动作执行的情况或当前所处的状况。智能程度较高的物流设备具有一定的自主性,能更好地识别路
4、径和环境,本身带有一定的数据处理功能。现代物流设备是在计算机科学和电子技术的基础上,结合传统的机械学科发展来的机电一体化的设备。从物流系统的管理和控制来看,计算机网络和数据库技术的采用是整个系统得以正常运行的前提。仿真技术的应用使物流系统设计处于更高的水平。制造系统是将原材料、半成品加工出成品一起装配成最终产品的一个系统。制造系统的所有活动都围绕着物流过程而进行。一般由三个子系统组成。(1)向物料供应商采购原材料各部分成品。(2)制造企业内部的物料搬运子系统;(3)将成品送往消费者手中成品运送流通系统。对于制造系统,在物流过程中常常更关心物料在制造企业内部的流动,即物料搬运系统。在物料搬运系统
5、中,一般企业有三种库存过程:(1)工前的库存;(2)加工过程的库存;(3)加工后的库存。伴随着这三种库存有如下物流过程:原材料及半成品的入库检验、毛坯的制造(铸、锻、冲、焊、切割、轧制及热处理)、零件的加工(各种切削和非切削加工过程)、零件加工的在线检测和成品检验、产品装配及产品检验等。2.现代物流的发展方向自有生产以来就有物流,但是物流作为一项专门的学问引起人们重视,作为一个专门的学科被研究,却远远滞后于街道制造。在社会生产力的时期阶段,人们把主要精力放在制造过程:研究高效率的加工机械;采用新材料等,力图降低成本,提高生产率。随着社会生产力的发展,生产制造业的发展出现了三种明显的趋势:(1)
6、自动化水平越来越高。生产设备从手工到机械,直到自动化,生产率大大提高,生产节奏加快。(2)柔性化水平也越来越高。随着市场竞争的需要,多品种、小批量产品生产日益增多。在欧美和日本的制造业中,中小批量生产者的产品税在数量上约占85%,在产值上约占60%70%。中小批精生产,生产一批产品的数量通常为550件。(3)生产规模不断扩大,专业分工越来越细。随着生产能力的提高,生产复杂产品能力加强,加上生产效率的提高,生产规模不断扩大。随着生产水平面的提高,专业性化协作不断发展,分工越来越细,生产式序与生产环节越来越复杂。然而,在生产制造迅速发展的初期,人们并没有足够重视物流。结果是,生产制造过程越自动化,
7、越柔性化,生产规模越大,物流落后的矛盾就越突出。生产制造系统的高效率与物流系统的低效率越来越不适应。3.现代生产物流的特点 生产物流担负运输、储存、装卸物料等任务。物流系统是生产制造各环节组成有机整体的纽带,是生产过程延续的基础。传统的生产物流,设备机器落后,物流设备是以手工、半机械化或机械化为主的,效率低,工人的劳动强度大。传统的物流信息管理也十分落后,物流信息分散、不准确、转送速度慢。落后的生产物流牵制了生产的高速发展。随着生产制造规模的不断扩大、生产柔性化水平和自动化水平的日益提高,要求生产物流也要相应地发展。使之与现代生产制造系统相适应。现代生产物流的特点主要体现在以下几个方面:(1)
8、现代化的物流设备生产物流现代化的基础,首先是采用快速、高效自动化的物流设备。最具典型的现代化物流设备有:1)自动化立体仓库:改平面堆放为立体堆放。既有利于物料的周转,有利于自动化的管理,又节约了库房面积。2)自动引导运输车:快速、准确地运输。运输路径柔性倾,便于计算机管理与调度。3)自动上下料机器:装卸料采用机器人,与加工设备同步协调。安全、快捷、便于计算机管理孔子控制。(2)计算机管理与现代生产制造相适应的物流系统,一般都具有结构复杂、物流节奏快、物流线路复杂、信息量大、适时性要求高等特点。传统的凭主观经验管理物流的方法已无法适应。采用计算机可以对物流系统进行动态管理与优化。同时,通过计算机
9、与其他系统适时联机,发送和接收信息,使物流系统与生产制造、销售等系统有机地联系,可以提高物流系统的效益。(3)系统和集成化生产物流系统的结构特点是:点多、线长、面宽、规模大。传统的、隔裂的和相互独立的,缺乏集成电路化和系统化。如果说大话传统生产物流设备落后,搬运效率低下是影响生产整体效益提高的主要原因之一的话,那么传统工艺生产物流的分散化和个体化则是牵制衙门委展的另一主要原因。现代生产物流是把物流系统有机叶子联系起来,看成一个整体,从系统化、集成化的概念出发去设计、分析、研究和改进生产物流系统,不追求系统内个别系统工程的高效和优化,而是力求整体系统的高效和优化。现代繁重产物流的另一个特点是,把
10、物流系统与生产制造系统融为一体,使之形成完事的生产系统,以提高生产的整体效益。第1章 台吊设计任务分析1.1 引言移动式抬吊是当今机械行业的重大突破,从此结束了千百年来的靠人工搬运的的历史,极大减轻了搬运工人的劳动强度,使工人从繁重的劳动中解脱出来。台吊的出现是适应现在生产而制作的新一代轻型吊运设备,配合了可靠的螺旋千斤顶,尤其适用短距离,使用频繁的场合,具有高效,节能,省事,占地面积小等诸多优点。1.2设计任务已知条件:最大载荷Q=60KN 起重高度L=180mm 手动1.3设计方案确定分析已知可得设计方案为:(1)千斤顶的选择千斤顶可以划分为螺旋千斤顶、油压千斤顶、齿条千斤顶、电磁式千斤顶
11、等多种类型。但螺旋千斤顶制造方便、价格便宜、使用广泛、精度不太高,故在此选择螺旋千斤顶。(2)螺旋传到选择螺旋传到按其螺旋副的摩擦性质不同,可划分为滑动式螺旋副、滚动式螺旋副和静压螺旋副。滑动式螺旋副结构简单,便于制造,易于自锁,所以螺旋千斤顶选择滑动式螺旋副。(3)螺纹类型选择螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。因为梯形螺纹承载能力大,且易于加工,使用较普遍,故选择梯形螺纹,右旋,且要求有自锁性,所以选择单线梯形螺纹以达到自锁要求。又因为设计的千斤顶是手动的,故对螺纹的精度不太高,为制造方便,选用9级梯形螺纹。1.4 台吊的组成台吊主要由螺旋千斤顶、支架、轮子、钢丝绳、挂钩等几部分组成的。第2章
12、台吊主要零部件的确定2.1 螺母材料、尺寸的选定及校核2.1.1 螺母材料及尺寸的基本参数螺母材料:铸铝青铜(ZCuAl9FeNi4Mn2)。材料耐磨性好,强度高,适用于低速重载的传动。查手册得材料的许用应力P=18-25MPa 取P=20MPa 。对于整体螺母,由于磨损后不能调整间隙,为使受力比较均匀,螺纹工作圈数不宜过多,故取1.22.5 ,取2。对于梯形螺纹,中径 。查机械设计手册,选取Tr346螺纹查的基本参数(mm):P6,d34,小径,中径,大径D35,2.1.2 螺纹牙的强度校核螺母高度工作圈数 计算螺纹根部弯曲强度校核公式其中对于梯形螺纹宽度,代入得: 查取:。 故满足设计要求
13、。计算螺纹根部剪切校核:查表:。 故也满足要求2.1.3 螺母其他尺寸设定凸缘尺寸的设定 :由抗压强度求凸缘外径 由机械手册得:,则,取。代入得: 。取。 取 。取。螺母结构设计:2.1.4螺母凸缘强度校核凸缘与底座接触表面的挤压强度: 故合格。其中。凸缘根部的弯曲强度:,故合格。其中。由经验知凸缘根部被剪断的情况一般较少发生,故可不用强度校核。2.1.5螺纹自锁性校核螺纹的自锁条件需满足查得:f=0.09 对于标准梯形螺母故 又 得. 故自锁,安全。2.2 螺杆材料、尺寸的设定及强度校核2.2.1 螺杆材料选取及强度计算螺杆材料:45钢调质 。查表得45#钢: ,一般由 ,校核螺杆强度,根据
14、第四强度理论求出危险截面计算应力,;其中, 。代入数据=102.5MPa , =39.4MPa 。得: ,故不太安全。选用改进方法:可以考虑采用40CrNi调质钢 ,由手册查取 : , ,所以很安全。故确定采用40CrNi调质钢及以上强度钢。2.2.2 螺杆稳定性校核查工程材料手册: 螺杆的长度系数在一端固定,一端自由时为 。 螺杆工作长度: ,螺杆的柔度: 代入得: ,为中柔度杆,故不能用欧拉公式计算。由经验公式得: 用直线插值法求得系数: ,代入数据得: 。由螺杆的稳定性条件 其中对于传力螺旋 。符合螺杆稳定性条件。螺杆两断各钻M10的螺孔,用于安装挡圈。螺杆结构设计: 2.3 底座及机架
15、材料的选定及校核2.3.1 底座及机架基本参数与结构的设定查机械设计手册,工程材料选用金属材料性能与特性,用HT150HT200灰铸铁都可,适用于中载低速等情况。抗拉强度180MPa,抗弯强度240MPa 。机架厚度与斜度:厚可取 ,取。斜率可取 ,取 。2.3.2 底座内外径的设定底座内径 ,L起重高度180;计算得: ,可取底座外径D6通过挤压强度求出:有经验一般取,取,求得: 机架总高:螺母下沿(6926mm)+(1020mm),取.2.4 手柄材料及尺寸的设定2.4.1 手柄材料及长度的选定查手册手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#调质钢均可。现取用Q235钢。手柄长度的选定
16、:拧紧力矩T等于螺旋副间摩擦力矩T1和托杯与螺杆上端支撑面的摩擦阻力矩T2之和,其中为接合面的摩擦系数,查手册取0.10.16,取0.15 , 人力一般可以取150250N,考虑到持久耐力性取200N,60tanx31/2=146798.4N.mm摩擦力矩其中为支撑面的摩擦半径,由公式=20+50/4=17.5mm所以所以手柄的有效长度故可以取手柄的长度L=800mm手柄一端钻M10的螺孔,用于安装挡圈。2.4.2 手柄直径的选定由弯曲强度计算 得: 取整理计算得 : .取。其结构如下图: 2.5 其它螺钉的选定 2.5.1螺杆及手柄处挡圈及螺杆上端螺钉选取手柄一端可自由拆卸,故只用一个挡圈。
17、直径,螺钉可取M6M10。现取M10。螺杆下端挡圈。其中螺杆两端螺钉都取M10。2.5.2 底座与螺母间紧定螺钉得选取 底座与螺母间紧定螺钉可以选取M8。适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合。第3章 支架和底座的材料选择和截面的确定由现实生产情况,支架和底座一般用冷弯空心型钢,其选择依据为其载荷强度,在保持不变的情况下,查机械工程材料手册,选取A=100mm,t=5.0mm,r=3.842mm,各个空心型钢用角焊连接,可以满足设计需用,其截面结构如下图所示:第4章 其它附件的设计和选择4.1 与千斤顶连接螺栓的确定螺栓的材料一般可以选择Q235钢制造。分析螺钉受力情况知螺钉最容易受
18、剪切破坏,受力如下图所示:由强度校核公式:.所以得到螺栓直径而对于塑性材料一般取.查的Q235钢的=130Mpa所以=78104Mpa 取100 Mpa=,故取d=20mm查取手册可选螺栓的型号为M20100,其结构如下图所示因为千斤顶上下两端受到相同的作用力,故下端的螺栓也取和上端相同型号的螺栓4.2 顶杆左端螺栓的确定同样此螺栓也选择Q235钢制造左端螺栓受力分析如上图所示:由力学公式求得F=2Q=120,由强度校核条件的所选螺栓直径:=,查手册取d=30mm故取螺栓规格为M30120,其结构如下图所示:4.3 链条的选择链条的材料选用Q235A。焊接性链条适用于挠性传动构件或起重构件,故
19、可选择焊接链条,根据起重量,选择链环直径为d=13mm,节距为t=36mm,宽度b=43mm。其结构如下图:4.4 吊钩的选择吊钩选用45#钢经锻造制成单钩形式。各个尺寸如下确定:单钩直径D=(3040),其中为额定起重量所以D=(3035)=7385mm,取D=80mm,其它尺寸根据以下比例:h/D=1.01.2 所以h=8096mm,取h=85mms=0.75D=60mm=(22.5)h=170212.5mm,取=180mm=0.5h=0.585=42.5mm。取=40mm钩柱直径的确定:由钩柱受力分析可知,危险截面端面发生在螺纹的根部,此处受的拉力作用,还受到由于重物摆动而引起的附加弯曲
20、应力,由于附加应力难于精确计算,一般都直接用来确定危险截面的直径,而对于附加弯曲应力和螺纹凹槽的局部应力则用降低许用应力值的方法进行调整,这是截面的应力(MPa)为:式中:吊钩额定起重载荷(N);起升载荷动载系数,取=2;d螺纹根部直径(mm);许用拉应力(MPa),取=/5(为钢材屈服极限)。代入数据得d,取d=48mm。各个参数确定以后,设计其结构为如下所示:4.5 车轮的选择车轮可以根据起吊重物和台吊自身重量共同确定,查机械标准手册可以确定其尺寸,其结构见下图:查图册车轮的材料:钢种为Q235.第5章 台吊各零部件设计尺寸(主要参数列表)5.1 螺母设计尺寸材料:铸铝青铜(ZCuAl9F
21、eNi4Mn2),Tr346 螺纹基本参数(mm): ,下断尺寸,凸缘,上断尺寸。5.2 螺杆设计尺寸螺杆材料:40Cr调质钢及以上强度钢,如20CrNi, 40CrNi等,螺杆尺寸(mm): 5.3 底座设计尺寸底座材料:用HT150HT200灰铸铁都可,尺寸:厚度,斜率,底座内径,底座外径,机架总高:。5.4 手柄设计尺寸手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#调质钢均可,手柄实际长度可取,手柄直径。5.5 其他零件设计尺寸手柄挡圈:直径,螺钉取M10。螺杆上端挡圈,螺杆下端挡圈,其中螺杆两端螺钉都取M10。底座与螺母间紧定螺钉可以选取M8。5.6 螺栓设计尺寸其材料全部为Q235钢
22、与千斤顶连接的两个螺栓型号为M20100,连接左端支架的螺栓型号为M301205.7支架钢材结构设计尺寸选用冷弯空心型钢A=100mm,t=5.0mm,r=3.842mm5.8 链条设计尺寸链条由材料Q235A经锻造制成,其各个尺寸为:选择链环直径为d=13mm,节距为t=36mm,宽度b=43mm5.9 吊钩的设计尺寸吊钩选用45#钢经锻造制成,各个尺寸如下所示:D=80mm =40mm h=85mm =180mm d=48mm 结 论通过这次比较完整的移动式台吊设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,学会了和实际向结合,锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高
23、我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种材料的选择依据,各种零件的设计过程,我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从现实的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。例如,本次毕业设计中为什么选择这种材料,这个设备有哪些缺点,如何改进等很现实的问题。通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识,这是很珍贵的。提高是有限的但提高也是全面的
24、,正是这一次设计让我积累了无数实际经验,使我的头脑更好的被知识武装了起来,也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。在我不懈的努力下,完成本次毕业设计给了我很大的信心,让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心,无论是设备的装配过程还是一些零件的加工过程,我都有了一定的感性认识,但也存在一定的不足,这些不足在一定程度上限制了我的创新能力。只有及时发现问题面对问题才有可能解决问题,不足和遗憾不会给我打击只会更好的激励,因为这是我亲手设计的。对于今后我更会关注一些设备的设计过程,并要学会分析设备的优缺点,并提出改进措施的办法,是自己的能力更近一步。致 谢经过两个月的学习和忙碌,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个专科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有指导老师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的指导老师司尧华教授,司老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,从开题报告到论文初稿,从设计草案的确定和修改到论文中期检查,从整体的把握到毕业设计的每一个细节,在整个过程中都给予了
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