机械毕业设计（论文）-火车车厢用推车机设计【全套图纸】 .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 i 页 火车车厢用推车机设计 摘 要 火车车厢用推车机亦称拨车机或推车机，是翻车机卸车线成套辅助设备之一，采用 活动配重式拨车臂俯仰机构， 用于牵引重车列和将一辆或两辆矿车推入翻车机内进行翻 卸,同时将翻车机内的矿车顶出。拨车机是实现翻车机系统高效自动化的关键设备，可 用来拨送多种铁路敞车，并使其在规定的位置上定位，以便翻车机完成翻卸作业。本文 根据设计要求制定了设计方案，对拨车机机构进行了结构设计，并对其内部主要零部件 进行了设计、选择和强度计算，内容包括主电动机功率的选择，齿轮、键、联轴器、车 轮、销轴、拨钩拉杆、液压缸以及弹簧的设计和校核，同时还阐述了润滑的方式、方法 以及润滑剂的选择等。本套拨车机结构合理、成本低廉、且便于安装和维护，可广泛应 用于码头、钢厂、电厂、焦化厂等大型企业散装物料输送系统上。 关键词：拨车机；翻车机；拨车臂 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 ii 页 train compartment with a cart machine design 目 录 摘 要 . i abstract 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 绪论 1 1.1 拨车机概论 1 1.2 选题背景 1 1.3 同类设备的分析比较 2 1.3.1 液压钢丝绳式推车机 2 1.3.2 销齿推车机成套操车设备 3 1.3.3 新型矿山操车动力系统 4 1.4 拨车机设计参数 4 2 总体方案设计 . 6 2.1 拨车机工作原理及机能 6 2.1.1 拨车机的作用与原理 6 2.1.2 拨车机工作机能 6 辽宁科技大学本科生毕业设计 第iii页 2.2 拨车机工作过程 7 2.3 拨车机必备条件 7 2.4 拨车臂结构 7 3 拨车机的设计 . 8 3.1 电机的选择 8 3.1.1 计算电机所需功率 8 3.1.2 电机的选择 9 3.2 主传动齿轮设计及校核 10 3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 10 3.2.2 按齿面接触强度设计 10 3.2.3 按齿根弯曲强度设计 12 3.2.4 直齿轮传动几何尺寸的计算 14 3.3 键的选择和校核 14 3.3.1 键的基本概况及键的选择 14 3.3.2 选择键联接的类型和尺寸 15 3.3.3 校核键联接的强度 16 3.4 联轴器的选择 16 3.4.1 联轴器概述 16 3.4.2 弹性柱销联轴器 17 3.4.3 弹性柱销联轴器的强度计算 17 3.5 拨车机车轮的强度校核 19 3.6 拨车臂销轴的设计和校核 20 3.6.1 销轴的设计 20 3.6.2 销轴的校核 21 3.7 拨车臂拨钩拉杆的设计和校核 22 3.7.1 拨车臂的主要作用 22 3.7.2 拉杆的设计和校核 23 3.7.3 轴肩圆角的选择和校核 23 3.8 液压缸的设计和校核 25 辽宁科技大学本科生毕业设计 第iv页 3.8.1 液压缸的组成 25 3.8.2 设计依据和设计步骤 27 3.8.3 确定基本参数 27 3.8.4 液压缸强度校核与结构计算 30 3.8.5 缸底厚度的计算 31 3.8.6 液压缸盖固定螺栓直径校核 32 3.8.7 稳定性计算 32 3.9 弹簧的设计和校核 33 3.9.1 基本参数 33 3.9.2 弹簧的设计和校核 33 4 试车方法和对控制系统的要求 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.1 试车要求 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.2 对计算机的要求 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.3 对传动控制系统的要求 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.4 对电机的要求 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5 设备维修、安装、润滑及密封 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1 设备维修 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.2 机械设备的安装 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3 润滑 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.1 润滑的方法 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.2 润滑的作用 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.3 润滑油的选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.4 润滑脂的选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.5 齿轮的润滑 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.6 轴承的润滑 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3.7 其他润滑 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.4 密封 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6 经济性与可靠性分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 v 页 6.1 设备的经济性 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.2 设备的可靠性 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6.3 设备的有效度 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 束 语 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参 考 文 献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 绪论 1.1 拨车机概论 火车车厢用推车机亦称拨车机或推车机，是翻车机卸车线成套辅助设备之一，采用 活动配重式拨车臂俯仰机构， 用于牵引重车列和将一辆或两辆矿车推入翻车机内进行翻 卸,同时将翻车机内的矿车顶出。可用来拨送多种铁路敞车，并使其在规定的位置上定 位，以便翻车机完成翻卸作业。拨车机是实现翻车机系统高效自动化的关键设备，目前 已经在码头、钢厂、电厂、焦化厂等大型企业散装物料输送系统上获得广泛应用。 图 1.1 拨车机 拨车机是翻车机系统中主要调车设备之一，它走行于铁路一侧，通过侧臂头部的车 钩牵引和推送车辆。 拨车机主要有两种形式：一种为齿轮齿条式驱动；另一种为钢丝绳牵引驱动。本次 设计研究的是第一种齿轮齿条式驱动拨车机。 现有列车推车机根据牵引结构的不同,可分为板链、钢丝绳及圆环链三种主要列车 推车机,均为链式或绳式结构,可称为链式列车推车机。 1.2 选题背景 随着生产的自动化和连续化发展， 钢铁企业对冶炼生产过程中各种设备的要求更加 严格，更加精确。国内几家钢铁企业的炼铁厂也都在寻求实现自动化、连续化的途径。 高炉生产原料准备过程是炼铁生产效率提高的关键所在。 原料从料场由火车运至高 炉冶炼区，然后由 c 型翻车机或 o 型翻车机将来料倒进料坑。以往采用火车动力车将车 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 厢一节一节地推进翻车机，这样既浪费资源，又对机车的损耗很大，对环境的危害也很 大。而且火车动力机车的重复起制动会大大的缩短火车的寿命，并且，推车位置的精度 也很难保证。 本套火车用推车机可以很好的解决这个难题。火车推车机通过齿轮齿条的啮合，带 动车体的往返行进， 从而， 带动车体上的拨车臂行进， 拨车臂通过挂钩与火车车厢联接， 将车厢拉进翻车机。 本套设备已经在鞍山钢铁集团炼铁厂应用，通过现场情况的反馈，对火车推车机有 很高的评价，大大地缩短了来料的供给时间，有效的提高了高炉炼铁的效率。 1.3 同类设备的分析比较 1.3.1 液压钢丝绳式推车机 1.液压钢丝绳式推车机的功能 此类操车能够实现操车设备的联动闭锁,系统具有故障自动检测功能,当系统出现 故障时,可自动发出报警信号并打印故障清单;采用led大屏幕显示模拟车辆设备的运行 状况;通过计数器或传感器实现固定点自动停车,防止推车过位;推车机运行前,实现先 告警,后运行;采用软启动,具有牵引平稳、冲击小、过载时自动卸荷等特点;具有手动、 点动(检修)转换按钮,正常操车时将按钮处于手动位置,检修处于点动位置;紧急情况下 可采用操车急停按钮,实现紧急停车。 2. 液压钢丝绳式推车机的工作原理 该机将牵引钢丝绳布置于轨道中间,与轨道中间的推车器前后连接,钢丝绳通过前 部和后部的导向轮,使上下绳分开,液压马达驱动轮运转带动钢丝绳运行,使推车机沿着 固定的滑道前后运行,实现推车和调车作业。 下图为液压钢丝绳式推车机布置图,它是由阻车器 1、绳轮 2、钢丝绳 3、钢丝绳驱 动装置 4、拉紧装置 5、推车器 6、推车器轨道系统和电气控制装置构成。绳轮、钢丝绳 驱动装置和张紧装置分别安装在基础上,推车器轨道系统安装在车辆轨道内侧的基础上, 推车器沿推车器轨道系统运行,钢丝绳穿绕安装于轨道中间的绳轮,绳端连接在推车器 上形成一个闭合的绳环,电气控制装置控制钢丝绳驱动装置,在推车器的两侧设有承载 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 轮,承载轮在推车器轨道系统中运行,钢丝绳驱动装置由驱动滚筒和液压马达组成。 1阻车器; 2绳轮; 3钢丝绳; 4钢丝绳驱动装置; 5张紧装置; 6推车器 图 1.2 液压钢丝式推车机布置图 张紧装置使缠绕在驱动轮上的钢丝绳与驱动滚筒表面之间产生张力,当液压马达带 动滚筒转动时,使钢丝绳与驱动滚筒同步运动,从而使推车器沿轨道系统前后运行。 推车 机工作前,运行车辆处于两阻车器之间,前阻车器打开、后阻车器关闭。操作人员通过电 气控制装置控制推车机的启动、停止,调节推车速度。 该装置采用液压集中控制,动力单一,结构简单,造价低廉,运行稳定可靠,维修方便, 且可减少施工人员,生产安全,可作为实现操车作业机械化的一个重要途径。 1.3.2 销齿推车机成套操车设备 矿井成套操车设备主要用于各种罐笼提升的井上下车场的罐笼内装卸矿车， 实现矿 车装罐、卸罐、定位、调运等功能。销齿推车机成套设备形式新颖，一机多用，操车机 构运行由传动齿轮直接驱动，传动环节少，效率高，结构简单，克服了链式推车机结构 复杂，易损坏，不便维修的缺点；操车装置采用低速大扭距液压马达直接驱动，运行平 稳，缓冲撞击，停位准确，过载自动保护性能好。集中控制使用可编程序控制系统，逻 辑闭锁，控制方式以一个选择开关配合一组按钮控制全部操车设备。主要包括 tb 型销 齿推车机、yc 型摇台、zc 型阻车器和 ml 型安全门。ybc 型销齿推车机成套操车设备集 中液压系统、dbc 型销齿推车机成套操车设备电控信号装置等部分组成。 销齿推车机由一系列在轨道上的销齿小车组成， 销齿小车底部在全长内设置等距离 的销轴，链板上安装有操车使用的推爪和拉爪，推爪推矿车碰头，拉爪作用于矿车车轴 或挡板。推车机推爪的尾端与销齿小车铰接，推爪抬起推矿车碰头；拉车器拉爪的尾端 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 与销齿小车铰接，拉爪的中部安装一个滚轮，当该滚轮经过轨道上固定的启爪曲轨时， 拉爪自动抬起，其头端拉矿车车轴。操车装置的推爪或拉爪在矿车沿进车方向经过时碰 到，销齿小车往返运行时可以在矿车下面通过。 十几年来，操车设备经过不断改造、更新、换代，从传统的链式气动设备到电液推 杆驱动和直线电动圆环链推车机的操车设备但仍满足不了生产现场不同工况的使用要 求。销齿推车机成套操车设备的研制成功，实现了机、电、液一体化的设计，集中控制、 多功能连锁、闭锁、通讯装置安全可靠性得到了解决，系统做到了设备简单化，操作智 能化，运行自动化，操作工艺简单，结构紧凑，简化了矿井车场布置，解决了多年来存 在的操车工艺复杂且需要人工辅助操车和布置形式受条件限制的难题， 提高了工作效率 和生产现场的安全性。 1.3.3 新型矿山操车动力系统 ykc 型销齿操车集中液压系统由液压站、工作油缸、液压马达及管路部分组成。采 用 1 台液压站(双电机双泵)作为动力源,双泵 1 台工作、 1 台备用。 系统具有工作卸荷功 能,操车设备不动作时电动机空负荷运转,节约电能。系统压力和流量均可调节,与可编 程序控制器联动控制时,操车设备运行速度可根据一次提升循环时间的要求设定最佳 值。系统还设有蓄能器作为辅助液压源,在停电时,操车设备仍可完成一次工作循环。另 具有高压、 温度、 液位自动保护及紧急卸荷等功能。 该操车集中液压系统可以用于摇台、 安全门、前阻车器、推车机、后阻车器等设备控制,既可控制单股道设备,也可控制双股 道设备。此外,液压站上还留有 24 个备用接口,用户可自行接入其它需要控制的设备液 压站采用标准化、结构化、模块化的设计,安装、维护以及系统功能扩充极为方便。推 车机采用液压制动,惯性小、停位准确、推爪的重复定位精度高,易于采用可编程序控制 器对其进行精确行程控制。 推车机直接用液压马达驱动,其传动装置极为紧凑,不需要电 动机减速器装置结构复杂的设备基础,省去专门安装传动装置的硐室,亦从根本上消除 电动机减速器装置的某些弊病。 1.4 拨车机设计参数 牵引吨位（平直线路）1000t 工作速度：牵引0.6m/s 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 挂钩0.3m/s 返回1.4m/s 驱动电机：型号yp280m-8 功率45kw 额定转数740r/min 台数4 台 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 2 总体方案设计 2.1 拨车机工作原理及机能 2.1.1 拨车机的作用与原理 拨车机的作用是将重载铁路车皮牵引至翻车位置,翻车机开始翻卸,然后将空载车 皮拨出翻车机。拨车机主要由车体、拨车臂和行走部分组成。它的行走部分由四台直流 电动机及四台立式摆线减速机、车轮、导向轮组成,通过齿轮、齿条传动来完成车体的 前进和后退。 而拨车臂的一端是铰接在车体上,由液压系统控制,通过摆动马达和平衡液 压缸来驱动,使拨车臂能在 0932417的范围内做上下摆动，如图 2.1 所示。拨车 臂另一端的两侧面分别装有牵引车皮的钩头,脱钩和挂车的过程都是由液压系统来控制 的。 1-钩头;2-拨车臂;3-平衡液压缸;4-支架;5-车体;6-导向轮; 7-齿条座;8-齿条;9-铁轨;10-行走车轮 图 2.1 拨车机拨车臂动作示意 2.1.2 拨车机工作机能 当翻车机系统工作时,拨车机的液压系统启动,在摆动马达及平衡油缸驱动下,将位 置在 932417的拨车臂降至 0,牵引重车皮到翻车位置,此时翻车机的靠车板及夹具将 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 车皮固定,拨车机通过液压系统自动脱钩后,前行至抬臂位置,将拨车臂抬至原始位置后 返回原牵引位置,进行下一个工作循环。 2.2 拨车机工作过程 拨车机在原位降大臂，后退与重车连挂，信号显示后钩闭合，然后拨车机牵引重车 前行与翻车机平台上的空车连挂，信号显示前钩闭合并继续前行，至人工提钩站自动停 车， 人工摘钩后按循环启动拨车机继续前行至翻车机内定位自动停止， 自动摘后钩销 （拨 车机与重车连挂钩销）显示后钩打开信号后继续前行，将空车送至迁车台定位，自动摘 前钩销（拨车机与空车连挂钩销）显示前钩打开信号后返回至拨车机抬臂位置，待所有 设备都回到原位后再进行下一个循环过程。 2.3 拨车机必备条件 1. 拨车机的拨车臂必须按指令程序动作,并且升降平稳自如,不能有锁卡、停滞和 冲击现象。 2. 拨车臂上的钩头必须在液压系统的控制下完成自动挂车和自动脱钩动作,要求 钩头转动灵活,不能犯卡。 3. 拨车机的行车系统必须具有足够的动力来牵引载重车皮和空载车皮并且拨出翻 车机,同时要求运行平稳。 4. 拨车机的每个动作都必须在微机的指令程序控制下自动完成。只有具备上述条 件,才能满足翻车机的工作需要。 2.4 拨车臂结构 拨车机上带动活动配重的大臂俯仰机构包括： 由车体上的支架， 配重臂、 配重拉杆、 大臂体分别铰接构成的平行四连杆机构的大臂平衡装置和由安于支架上的回转油缸、 驱 动臂、驱动拉杆、大臂体分别铰接构成的曲柄摇杆机构的大臂驱动装置组成。拨车机的 大臂与配重臂两者通过配重拉杆相连接，构成平行连杆式活动配重机构；齿条油缸通过 驱动臂连接曲柄摇杆，曲柄摇杆与大臂连接构成驱动连杆，实施后，可使拨车机上的大 臂俯仰机构实现俯仰动作快速，平稳、无冲击、定位准确且安全可靠地运行以及降低功 耗和具有结构简单,使用和维护方便等优点。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 3 拨车机的设计 3.1 电机的选择 选择电动机的容量是电力传动系统能否经济和可靠运行的重要问题。 如果电动机容 量太小，长期处于过载运行，造成电动机绝缘装置过早的损坏；如果容量过大，不仅造 成设备上的浪费，而且运行效率又较低，对电能的利用也很不经济。所以，要综合各方 面的因素，选择合适的电动机。 电动机的选择范围应该包括：电动机的种类、型式、容量、额定电压、额定转速及 其各项经济指标等，而且对这些参数还应该综合进行考虑。 3.1.1 计算电机所需功率 已知 车轮滚动轴承的摩擦系数，取 0.015； f 车轮对轨道的滚动摩擦系数，取 f 0.8mm; d车轮轴轴颈直径，取拨车机d=100mm; 火车 d =120mm; d车轮直径，取拨车机d500mm, 火车d=600mm； 考虑车轮轮缘对轨道摩擦的系数，可取 3。 则拨车机车轮的阻力系数 2df k d + = 0.015 1002 0.8 3 500 + 0.0186 火车车轮的阻力系数 2df k d + = 0.015 1202 0.8 3 600 + = 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 0.017 当返回空载时 fnmgkmg= 0.0186 49690 9.8= 3 9057.49 9.06 10 n n = = 当满载前进时 ffnfm gfk m g =+=+=+ 3 3 9.06 100.017 1000 109.8=+ 5 175660 1.76 10 n n = = 当空载返回时 3 9.06 10ffn= 牵 1.4/vm s= 当满载牵引时 5 1.76 10 nff = 牵 0.6/vm s = =fpv 返回牵 3 9.06 101.4= 3 12.684 10= 4 1.27 10 w= =fpv 牵引满牵 5 1.76 100.6= 5 1.06 10 w= 33 f9.06 100.65.436 10pvw = = 牵引空牵 取电机效率 0.93 则所需电机功率为 5 5 1.06 10 1.140 10 w114 0.93 w r pp pkw = 牵引满 3.1.2 电机的选择 根据所需的电动机功率，查文献1,40- 115附表 40- 1，可选 yp2 280m8 型电动机 共 4 台，额定功率 0 45 wpk=，额定转速 740 / min w nr=。本系列电机是按国际电工委 员会标准全国统一设计的新系列产品，适用于传动无特殊性能要求的各种机械设备。电 动机采用 b 级绝缘，外壳防护等级为 44 ip，冷却方式为 ic0141 即全封闭自扇冷式。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第10页 3.2 主传动齿轮设计及校核 3.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1. 考虑到本套设备的传动方案以及其他因素，选用直齿圆柱齿轮传动。 2. 由于拨车机工作速度不高，故选用 7 级精度（gb 1009588） 。 3材料选择。查文献2，10-191表 10-1 选择齿轮材料为 40cr（调质） ，硬度为 280hbs。 4. 选齿轮齿数 z=31。 3.2.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式,查文献2,10- 203式 109a 进行试算，即 3 2 t 1 d2.32 e dh zkt u u 1. 确定公式内的各计算数值 (1) 试选载荷系数1.3 t k =。 (2) 计算齿轮传递的转矩。 已知电机功率 p=45kw，选取减速器的传动效率 0.93 = 则齿轮轴输入功率 1 450.9341.85ppkwkw= 且齿轮转速 6060 0.6100 / min31.83 / min 0.36 v nrr d = 因此齿轮传递的转矩 7 5 95.49 1041.85 95491.257 10 31.83 p tn mmn mm n = (3) 查文献2,10205表 107 选取齿宽系数 0.6 d = (4) 查文献2,10201表 106 查得材料的弹性影响系数 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 1 2 189.8 e zmpa= (5) 查文献2,10209图 1021d 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限 600 hlim mpa= (6) 查文献2,10206式 1013 计算应力循环次数。 拨车机工作制度为：两班制，8 小时工作量，年工作 300 天，使用年限 15 年。 则 8 6060 31.8 1 (2 8 300 15)1.4 10 h nnjl= = (7) 查文献2,10207图 1019 取接触疲劳寿命系数 0.94 hn k=。 (8) 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 00 1，安全系数 s=1,由文献2,10205式 1012 得 lim 0.94 600 564 1 hn h k mpampa s = 2计算 (1) 试算齿轮分度圆直径 t d 。 3 2 1 2.32 te t dh k tzu d u 3 2 7 1.3 1.257 101189.8 2.32 0.6564 mm + = 337.708mm= (2) 计算圆周速度v。 337.708 31.8 /0.562 60 100060 1000 t dn vm sm s = (3) 计算齿宽b。 0.6 337.708202.625 dt bdmmmm= = (4) 计算齿宽与齿高之比b h。 模数 辽宁科技大学本科生毕业设计 第12页 337.708 10.894 31 t t d mmmmm z = 齿高 2.252.25 10.89424.5115 t hmmmmm= b h = 202.625 24.5115 8.267= (5) 计算载荷系数。 根据0.562vm s=， 7 级精度， 由文献2,10194图 108 查得动载系数1.02 v k =; 直齿轮, 1 hf kk = ; 由文献2,10193表 102 查得使用系数1.25 a k =； 由文献2,10196表104用插值法查得7级精度、 齿轮悬臂布置时,1.370 h k =。 由8.267 b h =，1.370 h k =，查文献2,10198图 1013 得 1.35 f k = 故载荷系数 1.25 1.02 1 1.3701.747 avhh kk k kk = = (6) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献2,10204式 1010a 得 33 1.747 337.708372.670 1.3 t t k ddmm k = (7) 计算模数 m 。 372.670 12.022 31 d mmmmm z = 3.2.3 按齿根弯曲强度设计 由文献2,10201式 105 得弯曲强度的设计公式为 3 2 2 fasa df y ykt m z 1. 确定公式内的各计算数值 (1) 由文献2,10208图 1020c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 辽宁科技大学本科生毕业设计 第13页 500 fe mpa= (2) 由文献2,10206图 1018 取弯曲疲劳寿命系数 0.92 fn k= (3) 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数s1.4=，由文献2,10205式 1012 得 0.92 500 328.571 1.4 fnfe f k mpampa s = (4) 计算载荷系数 k。 1 1.02 1 1.351.377 avff kk k kk = = (5) 查取齿形系数。 由文献2,10200表 105 查得 2.28 fa y= (6) 查取应力校正系数。 由文献2,10200表 105 查得 1.73 sa y= 2. 设计计算 3 2 2 fasa df y ykt m z 3 7 2 2 1.377 1.257 102.28 1.73 0.6 31328.571 mm = 8.966mm= 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决 于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径 有关，综合考虑取齿轮模数 m12mm 。 这样设计出的齿轮传动， 既满足了齿面接触疲劳强度， 又满足了齿根弯曲疲劳强度， 并做到结构紧凑，避免浪费。 由此可算出齿轮的分度圆直径 12 31372dmzmm= 辽宁科技大学本科生毕业设计 第14页 3.2.4 直齿轮传动几何尺寸的计算 名称 代号 计算公式 数值 模数 m 12 压力角 20o 分度圆直径 d dmz= 372 齿顶高 a h aa hh m = 12 齿根高 f h () fa hhcm =+ 15 齿全高 h af hhh=+ 27 齿顶圆直径 a d () 2 aa dzhm =+ 396 齿根圆直径 f d () 22 fa dzhcm = 342 基圆直径 b d cos b dd= 349.566 齿距 p pm= 37.699 基圆齿距 b p cos b pp= 35.425 齿厚 s / 2sm= 18.850 齿槽宽 e / 2em= 18.850 顶隙 c cc m = 3 节圆直径 d dd=(当中心距为标准中心距a时) 3.3 键的选择和校核 3.3.1 键的基本概况及键的选择 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的轴向固定以传递转矩，有的还能 实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方 面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符 合标准规格和强度要求来取定。所以，键的选择很重要。重要的键联接在选出键的类型 辽宁科技大学本科生毕业设计 第15页 和尺寸后，还应进行强度校核计算。 键联接的类型主要有：平键联接、半圆键联接、楔键联接和切向键联接。各种键联 接类型的特点如下： 1. 平键可分为普通平键、导向平键和滑键三种 普通平键联接的特点：靠侧面传递转矩。对中良好，结构简单，拆装方便；但不能 实现轴上零件的轴向固定。普通平键分为 a 型、b 型和 c 型。a 型用于端铣刀加工的轴 槽，键在槽中固定良好，但轴上槽引起的应力集中较大；b 型用于盘铣刀加工的轴槽， 轴的应力集中较小；c 型用于轴端。普通平键应用最广，也适用于高精度、高速或承受 变载、冲击的场合。 2. 半圆键联接的特点：靠侧面传递转矩。键在轴槽中能绕槽底圆弧曲率中心摆动， 装配方便。键槽较深，对轴的削弱较大。一般可用于轻载。 3. 楔键联接的特点： 键的上下两面是工作面。 键的上表面和毂槽的底面各有1100的 斜度，装配时需打入，靠楔紧作用传递转矩，可轴向固定零件和传递单方向的轴向力， 但使轴上零件与轴的配合产生偏心与偏斜。 用于精度要求不高、 转速较低时传递较大的、 双向的或有振动的转矩。 4. 切向键联接的特点：由两个斜度为1100的楔键组成。其上下两面（窄面）为工 作面，其中一面在通过轴心线的平面内。工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递 很大的转矩。一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，须用互成 135120角的两个键， 用于载荷很大， 对中要求不严的场合。 由于键槽对轴削弱较大， 所以常用于直径大于100mm 的轴上, 如大型带轮及飞轮， 矿用大型绞车及齿轮等与轴的 联接。 经过综合考虑轴的结构，键的使用要求、工作条件和经济性等因素，选择普通平键 联接。 3.3.2 选择键联接的类型和尺寸 已知直齿圆柱齿轮悬臂安装在齿轮轴上，齿轮的精度为 7 级。一般 8 级以上精度的 齿轮有定心精度要求，所以应选用平键联接。这里选用圆头普通平键（a 型） 。 根据150dmm=从文献3,4-306表 4- 95 查得键的截面尺寸3620bhmmmm=。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第16页 有轮毂宽度并参考文献3,4-307表 4- 96 键的长度系列，取键长220lmm=（比轮毂宽 度小些） 。 3.3.3 校核键联接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由文献2,6-106中表 6- 2 查得许用挤压应力 80 p mpa=。 键的工作长度 22036184llbmmmmmm= 键与轮毂键槽的接触高度 20 10 22 hmm kmm= 小齿轮传递的转矩 tt = 120.1740.94n m= 112.964n m= 根据文献2,6- 106中式 6- 1，把184lmm=,10kmm=,150dmm=,112.964tn m= 代入可得 3 210 p t kld = 3 2 112.964 10 10 184 150 = 0.81980 p mpampa=12m/min）的情况下，由于惯性力较大， 活塞运动到终端时会撞击缸盖，产生冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至使液压缸损 坏。所以常在大型、高速、或高精度液压缸中设置缓冲装置或在系统中设置缓冲回路， 以此，来减小撞击的程度。 缓冲原理：利用节流方法在液压缸的回油腔产生阻力，减小速度，避免撞击。缓冲 装置如图 3.7 所示： 图 3.7 缓冲装置 5排气装置 必要性：因为系统在安装或停止工作后，常会渗入空气，所以使液压缸产生爬行、 振动和前冲，换向精度降低等，故必须设置排气装置。 排气方法： 排气孔油口设置在液压缸最高处； 排气塞象螺钉 （如暖气包上的放气阀） ； 排气阀使液压缸两腔经该阀与油箱相通启动时， 拧开排气阀使液压缸空载往复运动几次 即可。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第27页 3.8.2 设计依据和设计步骤 1. 设计依据及原始资料 (1) 液压缸工作行程 1000lmm=； (2) 最大进给力 50000fn=。 2. 液压缸的设计内容和步骤 (1) 液压缸类型和各部分结构形式的选择。液压缸的类型结构形式很多，但对于特 定的设备，其特定的用途也就决定了液压缸的形式，比如单作用或双作用液压缸、柱塞 缸或活塞缸等。 (2) 基本参数的确定。基本参数包括液压缸的工作负荷、工作速度、工作行程和导 向长度、缸筒内径以及活塞杆直径等。 (3) 结构计算和验算，其中包括缸筒壁厚、外径和缸底厚度的强度计算、活塞杆 强度和稳定性验算，以及各部分连接结构的强度计算。 (4) 导向、密封、防尘、排气和缓冲装置的设计。 (5) 整理设计计算书，绘制装配图和零件图。 3.8.3 确定基本参数 当组合机床液压系统的最大负载为 50000n 时， 即 5 50 10ppa= 查文献7，9-203表 11-1 和表 11-2 可得 5 1 50 52.63 10 0.95 p ppa = 因为液压缸为单杆式如图 3.8 所示，活塞只有一端带活塞杆，单杆液压缸也有缸体 固定和活塞杆固定两种形式，但它们的工作台移动范围都是活塞有效行程的两倍。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第28页 图 3.8 单杆式活塞缸 由于液压缸两腔的有效工作面积不等，因此它在两个方向上的输出推力和速度也 等，其值分别为： f1=(p1a1- p2a2)=(p1- p2)d2+p2d2/4 f2=(p2a2- p1a1)=(p2- p1)d2- p1d2/4 v1=q/a1=4q/d2 v2=q/ a2=4q/(d2- d2) 由上式可知，由于 a1a2,所以 f1f2，v1v2。若把两个方向上的输出速度 v2 和 v1 的比值称为速度比，记作 v，则 v=v2/v1=1/1(d/d)2 。因此，(1) vv dd=。 在已知 d 和 v时，可确定 d 值。单杆活塞缸在其左右两腔都接通高压油时称为： “差动 连接” ，且在快进时作差动连接，如下图 3.9 所示。 图 3.9 差动缸 差动连接缸左右两腔的油液压力相同， 但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔 (有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为 q)也进入左 腔，加大了流入左腔的流量(q+q)，从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动 时，由于差动连接时两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油 液压力，而这个差值一般都较小，可以忽略不计，则差动连接时活塞推力 f3和运动速 度 v3为： f3=p1(a1- a2)=p1d2/4 进入无杆腔的流量 辽宁科技大学本科生毕业设计 第29页 q1= 4 )( 4 22 3 2 3 dd vq d v += v3=4q/d2 由上式可知， 差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小， 速度比非差动连接时大， 正好利用这一点，可使在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度，这种连接方式 被广泛应用于组合机床的液压动力系统和其他机械设备的快速运动中。 如果要求机床往 返快速相等时，则得： 222 4 )( 4 d q dd q = 即 d= d2 若单杆活塞缸要实现差动连接，活塞杆直径 d 需与缸筒直径 d 成 d=0.707d 的关系。 查机械工程手册表 34.7- 17 中，取 5 2 12 10ppa= 由 1 1 1221 12 2 m af apa papp = 得 522 2 11 12 ()/()(50000/0.95)/(52.63) 10 0.011287113 22 m pf apmcm = 其中 m =0.95 所以 2 1 44 113 11.99 acm dcm = 0.7070.707 11379.89ddcmcm= 按国际 gb2348- 80 标准将直径就近圆整为 d=120mm d=80mm 故 辽宁科技大学本科生毕业设计 第30页 () 2 2 1 120 11309.7 44 mmd amm = ()() 22 22 2 12080 () 6283.185 44 mmmm dd amm = 式中 1 a 无杆腔面积； 2 a 有杆腔面积。 当活塞杆全部外伸时， 从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向 长度 h， 如图 3.10 所示。 如果导向长度过小， 将使液压缸的初始挠度 （间隙引起的挠度） 增大，影响液压缸的稳定性，因此设计时必须保证有一最小导向长度。 图 3.10 液压缸的导向长度 其最小导向长度应满足： 1000120 110 202202 ld hmm+=+= 式中 l液压缸最大工作行程； d缸筒内径。 3.8.4 液压缸强度校核与结构计算 1. 活塞杆直径 d 的校核 由于材料为 45 钢 辽宁科技大学本科生毕业设计 第31页 即 600 b mpa = 所以 600 428.57 1.4 mpa = f=50000n 也即 44 50000 12.19 428.57 f dmm = 所以活塞杆直径强度校核合格。 2. 计算缸筒壁厚 600 120 5 b mpa n = 上式中 n 为安全系数，取5n = 所以 max 5 120 2.5 2 2 120 pd mm = 即 2.5 0.0210.05 120d = 所以为薄壁缸筒，选无缝钢管。 对其进行校核： 0.41201200.4 5 (1)(1)2.2 2 1.32120 1.3 5 dp p + = mm 所以缸筒壁厚校核合格。 3.8.5 缸底厚度的计算 5 0.50.5 12012.25 120 p hdmm = 辽宁科技大学本科生毕业设计 第32页 3.8.6 液压缸盖固定螺栓直径校核 5.25.2 1.2 50000 12.9 5 120 kf dmm z = 式中 f=50000n 为液压缸负载；z=5 为固定螺栓个数；k 取 1.2 为螺纹拧紧系数, 120mpa =。 3.8.7 稳定性计算 当活塞杆受轴向压缩负载时，其直径 d 一般不小于长度 l 的 1/15，所以 90dmm= 11 100066.67 1515 dlmm = 因此不须校核稳定。 经过反复计算后，确定了这个最后方案，但在设计液压缸时，还应注意以下几点： 1尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好 的稳定性 2考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内若无缓冲装置和 排气装置，系统中需有相应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。 3正确确定液压缸的安装、固定方式。如承受弯曲的活塞杆不能用螺纹连接，要 用止口连接。液压缸不能在两端用键或销定位。只能在一端定位，为的是不致阻碍它在 受热时的膨胀。如冲击载荷使活塞杆压缩。定位件须设置在活塞杆端，如为拉伸则设