机械毕业设计（论文）-160T过跨车设计【全套图纸】 .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 i 页 160t 过跨车的设计 摘要 随着钢铁工业突飞猛进的发展，冶炼方法及冶炼设备也在逐步得以改进。特别是转 炉炼钢在我国的发展速度很快，转炉的钢产量和品种不断增加，转炉的容量也在不断扩 大。为了提高生产效率，降低能耗，减轻工人劳动强度，保证在几十分钟内炼出合格的 钢水，转炉设备及其辅助设备都必须具有较高的机械化和自动化水平。本篇论文，首先 整理了有关于铁水车和钢水车的资料，了解铁水车的种类、特点以及其应用范围，工作 原理和结构特点。并且论述了铁水车和钢水车在国内外的应用情况及发展趋势。然后对 本次设计的 160t 铁水过跨车的行走机构进行设计。行走机构由电动机、传动装置、联 轴器、传动轴、车轮组和制动器所组成。首先，确定过跨车的行走速度以及总重量。然 后，根据行走速度以及总重量确定走行机构的电动机和减速器，选择行走机构传动系统 的联轴器、制动器、轴承，以及行走机构的轨道和车轮。最后，对所选的电动机、减速 器的齿轮、轴、轴承等重要零件进行校核,确定润滑方式以及分析环保和经济性。 关键词：铁水车；160t 过跨车；行走机构；电动机；减速器 全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 ii 页 the design of the 160t hot metal cross car abstract with the rapid development of the iron and steel industry, smelting and refining equipment has gradually improved. particularly,bof in our country is developing rapidly, the converter steel production and varieties is increasing,the capacity of converter is also expanding. in order to improve productivity and reduce energy consumption, reduce labor intensity of workers, and ensure smelting qualified molten stell in a few minutes, converter equipment and auxiliary equipment must have a higher level of mechanization and automation.in this paper, first of all,collect information of the molten hot metal cars and trucks,understanding the types of hot metal cars, characteristics and scope of its application, the working principles and structural features. and discusses the molten hot metal cars and trucks application and development trends at home and abroad.then,design the walking mechanism of this 160t hot metal cross car.walking mechanism fromed by the motor, gear, coupling, shaft, wheel and brake. firstly, identify the walking speed and total weight of the hot metal cross car.secondly, based on the total weight and walking speed,design the motor and reducer of the walking mechanism,select the couplings,brakes and bearings of the walking mechanism transmission system, and the track and wheels of the walking mechanism. finally, check the selected motors, gear reducers, shafts, bearings and other important parts, as well as determine the lubrication mode and analysis of environmental protection and economy. key word ：hot metal car；160t cross car；walking mechanism；motor；reducer 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 iii 页 目录 摘要 i abstract. ii 1. 绪论 . 1 1.1. 选题背景及目的 1 1.2. 铁水车的种类 1 1.2.1. 对铁水车的基本要求 . 1 1.2.2. 铁水车的种类及特点 . 2 1.3. 发展趋势 6 2. 整体方案评述 8 2.1. 运行机构的组成和主要型式 8 2.2. 运行机构的组成 9 2.2.1. 运行机构电动机类型的选择与台数确定 . 9 2.2.2. 减速器的类型选择 . 10 2.2.3. 联轴器选择 . 10 2.2.4. 车轮和轨道的选择 . 11 2.2.5. 制动器选择 . 12 2.2.6. 轴承的选择 . 13 3. 力能参数确定 14 3.1. 设计参数 14 3.2. 走行机构的电动机电机功率 . 14 3.3. 走行机构的减速器及传动比 15 3.4. 电动机发热校核 16 3.5. 电动机过载能力校核 16 4. 主要零件强度计算 . 18 4.1. 900主动轮组 18 4.1.1. 轴的校核 . 18 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 iv 页 4.1.2. 精确校核轴的疲劳强度 . 21 4.1.3. 键的校核 . 27 4.1.4. 轴承的寿命计算 . 29 4.1.5. 车轮和轨道的选择计算 . 32 4.2. 900从动轮组 33 4.3. 减速器齿轮的校核 33 5. 润滑方式的选择 . 38 5.1. 减速器的齿轮润滑 38 5.2. 轴承的润滑 39 6. 环保与经济性分析 . 40 6.1. 设备的环境保护 40 6.2. 设备经济性分析 41 结束语 42 致谢 . 43 参考文献 . 43 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1. 绪论 1.1. 选题背景及目的 随着钢铁工业突飞猛进的发展，冶炼方法及冶炼设备也在逐步得以改进。特别是转 炉炼钢在我国的发展速度很快，转炉的钢产量和品种不断增加，转炉的容量也在不断扩 大。为了提高生产效率，降低能耗，减轻工人劳动强度，保证在几十分钟内炼出合格的 钢水，转炉设备及其擂助设备都必须具有较高的机械化和自动化水平。混铁水车及棍铁 炉就是其中的主要辅助设备，它们负责向转炉提供铁水。 混铁水车及混铁炉不论在设备结构上还是工艺要求上都有很大不同， 但两者的作用 是相同的。它们通过本身的动作对贮存的铁水进行化学成份的混均和对铁水的保温，而 贮存铁水本身是其最为重要的功能。 铁水运输是冶金企业关键工艺之一。铁水罐车是钢铁企业铁水运输的重要工具，目 前国内铁水罐车主要有两种：一种是敞口式铁水车，一种是鱼雷形混铁车(简称鱼雷罐 车)。中小型高炉一般采用敞口式铁水车，大型高炉多采用鱼雷罐车。采用不同的铁水 运输车辆，对于钢铁生产节奏和钢铁质量会产生不同的影响。莱芜钢铁集团有限公司目 前全部采用敞口式铁水车，对于现在的生产节奏和铁水预处理工艺尚能适应，但对于将 要新建的银山型钢 3 号高炉和新型 kr(电磁搅拌)脱硫方式而言，目前的运输方式能否 适应是摆在我们面前十分迫切的课题，为此，必须研究新的铁水运输方式，以适应钢铁 生产发展的需要。 1.2. 铁水车的种类 1.2.1. 对铁水车的基本要求 铁水车是专门运送铁水罐的车辆。铁水罐可在车架上倾翻而卸载，也可用起重机吊 起卸载。对铁水车的基本要求为： 1）单位长度上的有效容量（t/m）愈大愈好，这样可以降低铁口标高和缩短出铁场 的长度； 2）无论空罐或重罐均要求具有足够的稳定性，不得自动倾翻，而倾翻时所需能量 应尽量小； 3）具有良好的保温性能，铁水罐中形成的废铁和铁瘤要少； 4）具有足够的强度，安全可靠，结构紧凑合理。为了减轻重量，每吨载重量的金 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 属制品的数量越低越好。 1.2.2. 铁水车的种类及特点 1、敞口式铁水车 敞口式铁水车(图 1.1)是铁水铁路运输的主要运输工具之一，运用已极为普遍，现已 形成系列化产品，主要有 zt- 35，zt- 65， zt- 100， zt- 140， zt- 170 型铁水车。表 1.1 为国内部分铁水车的主要技术参数。 图 1.1 敞口式铁水车 随着冶金工业的快速发展，冶金企业逐步向产量大型化、地域广阔化发展，这种低 速度、 近距离、 小吨位、 单一且可靠性差的铁水车运输方式已越来越不适应未来的发展。 敞口式铁水车主要用于将炼铁高炉的铁水运往铸铁机铸铁或倒入混铁炉中或直接进入 炼钢炉炼钢。由于车辆构造速度、冶金企业线路技术状况的限制，以及铁水货物高温、 液态的特殊性，致使铁水的铁路运输一直存在速度低、温降大、安全性差以及炼铁炼钢 工艺衔接效率低的问题，限制了敞口式铁水车的进一步应用。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 表 1.1 国内部分铁水车的主要技术参数 参数 zt- 35- 1 zt- 65- 1 zt- 100- i zt- 140- 1 zt- 170 铁水罐容量/t 35 65 100 140 170 自重(包括耐火砖)/t 24.02 39.3 49.2 59.3 60 满载时铁水与罐总重/t 46.4 85.5 127.5 170.3 230 自重系数 0.686 0.605 0.492 0.424 0.353 铁水罐两枢轴中心距 /mm 3050 3620 3620 4150 5200 转向架中心距/mm 3700 4160 4200 5400 7300 车辆长度 6580 8200 8200 9550 14000 车辆最大宽度/mm 3250 3580 3600 3700 3900 车辆最大高度/mm 2700 3664 4210 4500 5000 车钩中心线高/mm 880 880 880 880 880 通过最小曲线半径/m 25 40 40 80 100 满载时最大运行速度 /( ) - 1 km h 20 20 20 20 15 重车时在道岔处最大 运行速度/( ) - 1 km h 10 10 10 10 10 轨距/mm 1435 1435 1435 1435 1435 铁水罐的倾翻方法 吊车 吊车 吊车 吊车 吊车 冶金企业的不断发展最终必将导致本地区及周围地区矿石资源耗尽， 为维持或促进 企业的发展， 必须远距离寻求矿石资源或铁水资源， 这就不可避免地涉及到远距离运输。 而远距离运输对铁水保温效果的要求极为重要。统计表明：载重 150t 鱼雷罐车(长 31m， 总重 320t)装运的铁水，可相当于 500t 矿石生产出来的铁水，而运送 500t 矿石需 8.3 辆 载重 60t 的车辆(自重 20t)，即铁水运输量仅相当于矿石运输量的 30%。显而易见，运输 铁水尤其是远距离运输铁水比运输矿石经济性要好。另外，钢铁企业内部，如果炼铁和 炼钢规模能力发展不平衡， 可以通过远距离外购或外售铁块、 废钢和铁水来调剂。 显然， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 远距离运输铁水较运输铁块、废钢经济得多，因为远距离运输铁水首先节约了大量再加 热能源。 铁水车加敞口形铁水罐的运输方式存在以下几个问题： (1)运行速度低，导致运输时间长。由于铁水的液态高温特点以及车辆构造速度的 限制，铁水运输车辆不可能速度较高，只能保持在 20km/h 以下，由此运输时间加长； (2)保温效果差，导致铁水温降大。铁水罐本身为敞口形，热量散失快，8h 后铁水 无法倒出； (3)由于高炉出铁量大，所需铁水罐多，需增加出铁场长度，从而增加基建投资， 也增加了炼钢车间向混铁炉兑铁的工作量； (4)安全可靠性差。铁水罐的横向摆动及纵向冲击使铁水有飞溅的可能，对铁路沿 线周围物品造成损害。 2、鱼雷形混铁车 鱼雷罐车是供冶金企业运输高炉铁水至炼钢倒(折)罐站进行倾翻铁水作业的专用 运输车辆。鱼雷罐车的运用取代了传统的铁水罐车和混铁炉，可在铁水运输过程中按照 钢铁炼制的工艺过程进行铁水混合、保温、脱磷、脱硫等处理，从而缩短了冶炼时间， 降低冶炼成本，实现负能炼钢，它是一种高效、先进的冶炼工艺设备。该车具有保温性 能好、载重大、储存能力强的特点，对生产节奏起到很大的缓冲作用。鱼雷罐车主要由 走行装置、倾翻装置、主动端装置、从动端装置、罐体装置、润滑装置和电气设备等部 分组成(图 1.2)。 图 1.2 鱼雷罐车 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 与铁水罐车相比，鱼雷罐车的保温性能较好。鱼雷罐车只有一个敞口，受铁、出铁 均经过此敞口，而且在运行过程中还可以将敞口盖上。另外，由于鱼雷罐车容重大，罐 口小，所以热损失较小，最大程度地降低了铁水的温降。在同等条件下，铁水在鱼雷罐 车中每小时温度下降 l020，在铁水罐车中每小时则要下降 50150。在鱼雷 罐车中铁水由 1450降到 1150约需 36h， 即有约 36h 的保温时间， 可以大幅度减少罐 铁和罐帮铁的产生量。鱼雷罐车即为流动的混铁炉，存铁量较大，炼钢生产一旦出现故 障，短时间内不会对高炉造成影响。鱼雷罐车存铁量大，一台鱼雷罐车顶几个铁水罐使 用，减少了高炉的配罐个数以及机车的倒罐次数，也减小了出铁场的长度，节约了基建 投资。从钢厂方面来说，省却了向混铁炉兑加铁水的过程，可直接向铁水包内兑铁，也 为应用新型 kr(电磁搅拌)脱硫方式创造了条件， 可根据转炉需求量方便地向铁水包内兑 铁水，从而实施新型 kr(电磁搅拌)脱硫。铁水包 kr 搅拌形成了铁水的循环流动，大大 改善了脱硫的动力学条件， 减少了脱硫剂的消耗。 武汉钢铁(集团)公司的生产实践表明： 搅拌时间只需要 5min 就可使脱硫剂得到充分的利用，脱硫速度快，效果好，铁水原始 硫含量为 0.003 时，处理终点硫含量可达 0.0001 以下。较之喷吹法，搅拌法的出现使得 脱硫过程中的动力学条件得到了根本性的改善。总之，鱼雷罐车的使用方便了转炉、电 炉兑加铁水，而无需过多地考虑铁水罐与铁水包或转炉的匹配问题，从而提高钢铁生产 效率和产品质量。另外，还使铁水系统与高炉、转炉的大型化相适应，省却了混铁炉， 减少了冶炼工序，减少了基建投资，减少了耐火材料消耗，节约了维修费用，倒罐残渣 无需每次排出，减少了清排渣作业量。目前，国内绝大多数 2000m以上的高炉基本上 全部采用鱼雷罐车。 鱼雷罐车虽然有以上不可替代的优点，但也存在着一些缺点：首先是投资额较大， 以济南钢铁集团总公司为例，现在使用的 320t 鱼雷罐车每台造价就达 31 万元，其总投 资超过 1 亿元。运用过程中，尽管鱼雷罐车保温性能较好，降低了罐内结壳、结渣的可 能性，但是罐内一旦结壳、结渣，处理难度极大。其次是运行风险较大，在运行过程中 一旦脱线，起复难度较大。另外，鱼雷罐车车体较长，铁路曲线通过能力较差，这就增 大了鱼雷罐车通过铁路道岔和曲线的风险系数。 综合分析鱼雷罐车存在的优缺点，应该是优点大于缺点，而且有些缺点也可以通过 优化工艺流程等措施加以解决或改善，风险在可控范围内。因此，鱼雷罐车在国内各大 钢铁企业得到了较好的运用(表 1.2)。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 表 1.2 国内大型钢铁企业(按产量排序)铁水运输概况 万 t 序号 单位 2007 年产量 运输车型 1 宝钢集团有限公司 2780.19 鱼雷罐车 2 鞍本钢铁集团 2196.76 鱼雷罐车 3 沙钢集团有限公司 2069.2 鱼雷罐车 4 唐山钢铁集团有限责任公司 2061.77 鱼雷罐车 5 武汉钢铁(集团)公司 1901.7 鱼雷罐车 6 马钢(集团)控股有限公司 1326.48 鱼雷罐车 7 首钢总公司 1244.57 鱼雷罐车 8 济南钢铁集团总公司 1146.28 鱼雷罐车 9 莱芜钢铁集团有限公司 1125.15 鱼雷罐车 10 华菱钢铁集团有限责任公司 1007.86 鱼雷罐车 11 太原钢铁(集团)有限公司 916.29 鱼雷罐车 12 邯郸钢铁集团有限责任公司 798.5 鱼雷罐车 13 包头钢铁(集团)有限责任公司 713.84 鱼雷罐车 1.3. 发展趋势 从上面的情况来看，我国现在各钢铁公司使用的大部分是混铁炉，混铁水车用得较 少。实际上这两种设备各有各的优缺点，但从发展的角度来看还是混铁水车的发展有一 定的优势。 首先，混铁炉在炼钢车间要占有一定的面积，而且随着转炉的容积增大其占用面积 也需要增大。特别是对于改造的车间来说厂房的面积是至关重要的。在这一点上混铁水 车占有一定优势。 其次，混铁炉在操作上也不如混铁水车。混铁炉为了减少热量的损失需要喷吹煤气 加热，煤气管道又要随着炉体转动，而炉体的旋转中心又不是其几何中心，同时又要考 虑煤气的密封问题。而且混铁炉的上部还要安装兑铁水口的盖子，这又需要一套卷扬机 构和炉顶平台。这些都是混铁水车不需要的。 再者，混铁水车可以满足远距离输送，可以跨车间输送铁水，由于减少了铁水在混 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 铁水车中的时间，能量的损失也可以控制在最小值。另外，就其加工和维修方面来说， 混铁水车也比混铁炉来得容易。 炼钢、炼铁设备的容积在逐渐增大，而作为中间环节的混铁炉和混铁水车将是必不 可少的，具体选用哪一种设备要根据实际情况而定。但从高速、高效、节能的观点来看， 混铁水车优于混铁炉。相信会有更多的钢铁厂采用混铁水车，混铁水车将会得到迅速的 发展 。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 2. 整体方案评述 运行机构的任务是使起重机和小车作水平运动。有时用于搬运物品，有时用于调 整起重机的工作位置，如门座起重机与装卸桥的大车运行机构等。 本方案就是设计铁水过跨车的小车运行机构。 运行机构分为无轨运行与有轨运行两类。前者采用轮胎和履带，可以在普通道路 上行走，用于汽车起重机、轮胎起重机与履带起重机等。它们的机动性好，可以随时调 到工作需要的地点；后者在专门的钢轨上运行。负荷能力大，运行阻力小，是一般起重 机常用的运行装置。本方案是设计有轨运行机构的组成与设计原理。 2.1. 运行机构的组成和主要型式 运行机构由电动机、传动装置、联轴器、传动轴、车轮组和制动器所组成。如图 2.1 所示。 1电动机； 2减速器； 3制动器； 4浮动轴；5车轮 6联轴器 图 2.1 集中驱动的小车运行机构 本方案主动轮的驱动型式是集中驱动。 它是以一台电动机通过传动轴来带动两边主 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 动轮的驱动型式。这种型式只用一台电动机与一台减速器，但传动轴系统（包括轴、轴 承与联轴器）复杂笨重，故目前只用于小车运行机构（见图 2.1）及跨度与起重量较小 （100kn,16.5mql）的桥式起重机的大车运行机构。 2.2. 运行机构的组成 2.2.1. 运行机构电动机类型的选择与台数确定 1、电机类型选择 电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电机与直流电机的主要区别是， 交流电机利用的是电磁感应原理，而直流电机是主磁极建立起恒定不便的磁场，转子绕 组通人电流，电机就会转动。 直流电机的优点是响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供 额定转矩的性能，能承受频繁的冲击性负载。但直流电机也有其缺点，较交流电机相比 结构复杂，制造成本高，维护工作量大，使用场合也受到限制。 采用交流电机驱动，中间需要一个变速箱，一个齿轮座。采用这传动方式的优点是 设备投资少，配套容易，使用和维护比用直流电机简便，缺点是传动装置需要增加专门 的变速箱，交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的 不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简 单，运行可靠，成本低廉等。 综合考虑，该运行机构采用交流电动机，为变频调速三相异步电动机，该电机是全 数字式交流变频矢量控制调速控制系统具有性能好、可靠性高，可以满足各种不 同控制功能要求，调速系统具有最佳自优化功能，并提供完备的监控保护和故障 自诊断功能，同时还具有方便快捷的网络通讯功能，自动化系统通过网络可以对 传动系统进行参数设定和信息交换。通过确定矫正力,从而来确定电动机的矫正力矩。 2、电机台数的确定 采用一台电机占地面积小且维修便利，若采用多台电机驱动，则可降低转子的飞轮 转矩，减少电机重量，降低电机价格。本方案采用一台电机驱动。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 2.2.2. 减速器的类型选择 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大 转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性 等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量， 价格等，选择最适合的减速器。 减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有 40 余 种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根 据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上 根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而 设计的不同特性的减速器。 综合考虑，行走机构的减速器选择立式减速器。 立式减速器的主要特点 ： 一、高速比和高效率的高级传动，单级传动就能达到 1：87 的减速比，效率在 90% 以上，如果采用多级传动，减速比更大； 二、结构紧凑体积小 由于采用了行星传动原理，输入轴与输入轴在同一轴心上， 所以结构紧凑，体积小； 三、 运转平稳噪声低 摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平稳的机 理，使振动和噪声限制在最小程度。 2.2.3. 联轴器选择 联轴器的种类很多，无弹性元件的挠性联轴器，如十字滑块联轴器、滑块联轴器、 齿式联轴器、滚子链联轴器；有弹性元件的挠性联轴器，如弹性套柱销联轴器、弹性柱 销联轴器、星形弹性联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器、膜片联轴器。 无弹性元件的挠性联轴器因具有挠性， 故可补偿两轴的相对位移。 但因无弹性元件， 故不能缓冲减振。有弹性元件的挠性联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相 对位移，而且具有缓冲减振的能力，制造弹性元件的材料有非金属和金属两种。非金属 有橡胶、塑料等，其特点为质量小，价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力 强。金属材料制成的弹性元件(主要为各种弹簧)则强度高、尺寸小而寿命较长。 根据这些特点，本方案采用两个鼓形齿式联轴器（见图 2.2） ，两个弹性柱销联轴器 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 （见图 2.3） 。 图 2.2 鼓形齿式联轴器 图 2.3 弹性柱销联轴器 图 2.4 双轮缘车轮 2.2.4 . 车轮和轨道的选择 车轮是用来支承整台起重机重量并使其行驶的装置。 车轮按轮缘形式可以分为双轮 缘的、单轮缘的和无轮缘的三种。轮缘的作用是导向和防止脱轨。 车轮的材料应根据驱动方式、运行速度和起重工作级别等因素来确定。对机械驱动 而速度大于 30m min，中级及中级以上工作类型，建议采用不低于 zg55 的铸钢，并进 行表面淬火（火焰淬火或表面淬火） ，硬度不低于 hb320350，淬火深度不小于 5mm。 对人力驱动或机械驱动轻级工作类型，速度小于 30m min ,可采用铸铁车轮，表面硬度 为 hb180240。 轨道用来承受起重机车轮传来的集中压力，并引导车轮运行。所有起重机用的轨道 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 都采用标准的或特殊的轧制型钢或钢轨。它们应符合车轮的要求，同时也应考虑如何让 固定。通常中小型起重机，小车轨道采用 p 型铁路钢轨，也可以采用方钢。大型起重机， 大车轨道多采用 p 型与 qu 型起重机专用钢轨。这些轨道用压板和螺丝固定。 综上所述，本方案选用双轮缘的车轮（见图 2.4） ，材料为 rni zg35c m s 。轨道采用 p 型铁路钢轨，用压板的螺丝固定。 2.2.5. 制动器选择 制动器就是刹车。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、 闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件 间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高 速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设 备工作部分的低速轴上。 综上所述，制动器的作用有三种： （1） 支持将物品、吊臂或机器闸住不动； （2） 停止用摩擦消耗运动部分的动能，以一定得减速度使机构停止下 来； （3） 落重制动与重力平衡，重物以恒定的速度下降。 对于各种制动器的构造和性能必需满足以下要求： （1） 能产生足够的制动力矩； （2） 松闸和合闸要迅速，制动要平稳； （3） 构造简单，维修方便； （4） 制动器的零件要有足够的强度和刚度， 摩擦零件要有较高的耐磨性和耐 热性； （5） 制动器的结构要紧凑。 为了使制动器能获得较大的制动力矩和较小的结构尺寸，提高接触表面的摩 擦系数是最有效的方法。因此在起重机械的制动器中，大多采用较高的摩擦系数 和耐磨性的材料，用作互相接触的制动零件之一的复面。常用的制动复面材料是 制动石棉带和碾压带。 本方案采用制动方式为抱闸制动。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 2.2.6. 轴承的选择 选用轴承时，首先是选择滚动轴承类型，下面归纳出合理选择轴承类型时所参考的 主要因素。 （一）轴承的载荷 轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。 （二）轴承的转数 在一般转速下，转速的高低度类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才 会有比较显著的影响。 （三）轴承的调心性能 当周的中心线与轴承座中心线不重合而又角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜 时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。 （四）轴承的安装和拆卸 便于装拆，也是在选择轴承类型时应考虑的一个因素。在轴承座没有剖面而必须沿 轴向安装和拆卸轴承零部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承。 本方案选用调心滚子轴承。 调心滚子轴承具有两列滚子，主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载 荷。 有高的径向载荷能力， 特别适用于重载或振动载荷下工作， 但不能承受纯轴向载荷。 该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。高温环境下轴承 的使用寿命长。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页 3. 力能参数确定 3.1. 设计参数 总重量： 160t 行走速度： 325m min。 3.2. 走行机构的电动机电机功率 由参考文献1 摩擦总阻力矩公式： m () () 2 d mgqk=+ （3.1） 式中 g+q总重量；由设计参数得 g+q=160t=1600009.8=1568000n； k滚动摩擦系数；由参考文献1，表 7- 1查得 k=0.0009； 轴承摩擦系数；由参考文献2，表 6- 2- 17查得 =0.0025； 附加阻力系数；由参考文献1，表 7- 3查得 =1.5； d轴承内外径平均值；d=180 320 250 2 + =mm=0.25m； 带入公式 3.1 得： 0.25 1568000 (0.00090.0025) 1.5 2 m m=+ =2851.8 n m 运行摩擦阻力： 2 m m c m p d = （3.2） 式中 c d 车轮直径； c d =900mm=0.9m； 带入公式 3.2 得： 2851.8 0.9 2 m p =6337.33n 选电动机： 由电动机静功率公式： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页 102 60 jxc j p v n m = （3.3） 式中 jm pp=满载运行时静阻力； m驱动电动机台数；m=1； 机构总效率；=0.8； xc v 机构行走速度；取 xc v =22m min ； 带入公式 3.3 得： 6337.33 22 102 60 0.8 1 j n = =28.48kw 初选电动机功率： n=28.48kw 综上所述： 选用电机型号：yzr250 m18； 功率： e n =30 kw； 转速： 1 n =720 r min ； 3.3. 走行机构的减速器及传动比 车轮转速： xc c c v n d = （3.4） 式中 xc v 机构行走速度； xc v =22m min ； c d 车轮直径； c d =900mm=0.9m； 带入公式 3.4 得： 22 0.9 c n = =7.78r min 机构传动比： 1 0 c n i n = 720 7.78 =92.54 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页 综上所述： 选取减速器型号：js1000- 1/67.563。 3.4. 电动机发热校核 由参考文献6，81 页公式： 按照等效功率法求得：当%25jc=时，所需的等效功率： 25xj nkn= （3.5） 式中 25 k 工作类型系数，由参考文献1，表 6- 4查得 25 k =0.75； 系数，根据 qg tt 值查得，由参考文献1查得当 qg tt =0.1 =0.87。 带入公式 3.5 得： 0.75 0.8728.4818.5832 x n = 由以上计算结果可知，初选电动机能满足发热条件，即 x nn 所以可知其安全。 （3） 截面右侧 抗弯截面系数： 33 0.10.1 200wd= =800000 3 mm 抗扭截面系数： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 25 页 33 0.20.2 200 t wd= =1600000 3 mm 截面左侧的弯矩 m 为： 220 108 43270080 220 m = =22028404.36n mm 截面上的扭矩 2 t 为： 2 t =14730080n mm 截面上的弯曲应力： 22028404.36 800000 b m w = =27.53mpa 截面上的扭转切应力： 2 14730080 1600000 t t t w = =9.21mpa 过盈配合处的 k ，由参考文献3，附表 3- 8用插值法求得： 4.05 k = 并取0.8 kk =，于是得： 0.8 4.053.24 k = 轴按磨削加工，由参考文献3，附图 3- 4查得表面质量系数为： 0.91 = 轴未经表面强化处理，即1 q = 。 由参考文献3，式 3- 12得综合系数为： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 26 页 11 14.051 0.91 k k =+ =+ =4.15 由参考文献3，式 3- 12a得： 11 13.241 0.91 k k =+ =+ =3.34 又由参考文献3，3- 1 及3- 2得碳钢的特性系数： 0.1 0.2 =， 取0.15 = 0.05 0.1 =，取0.075 = 于是，计算轴在截面右侧的安全系数 ca s 值： 由参考文献3，式 15- 7得： 1 a 355 4.15 27.530.15 0 m s k = + =3.11 由参考文献3，式 15- 8得： 1 a 200 9.219.21 3.340.075 22 m s k = + + =12.72 由参考文献3，式 15- 6得： ca 2222 3.11 12.72 3.1112.72 s s s ss = + =3.02 由参考文献3中查得设计安全系数值： 1.5s = 因为 ca ss 所以可知其安全。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 27 页 校核的轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。 综上对轴的校核，轴满足要求。 4.1.3. 键的校核 图 4.3 平键连接受力情况 平键连接传递转矩时，连接中各零件的受力情况如图 4.3 所示。 对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接（静连接） ，其主要失 效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断（图 4.3 中沿 aa 面 剪断） 。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，由参考文献3，式 6- 1得普通平键连接的强度 条件为： 3 210 pp t kld = （4.3） 式中： t传递的转矩，n m；t= 1 t ； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处 h 为键的高度，mm； l键的工作长度，mm，圆头平键llb=，此处 l 为键的公称长度， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 28 页 mm；b 为键的宽度，mm； d轴的直径，mm； p 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，mpa，见参考文 献3，表 6- 2。 图 4.4 平键和键槽的剖面尺寸（gb/t 10951979） 此处键的尺寸： h=20mm l=200mm b=36mm 公式 4.3 中数据： t= 1 t =14730.08n m； k=0.5h=10mm； 20036llb=164mm； d=140mm； 带入公式 4.3 得： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 29 页 3 2 14730.08 10 10 164 140 p = =128.31mpa 由参考文献3，表 6- 2查得： p 为 120150mpa 因为 pp 所以 键检验合格。 4.1.4. 轴承的寿命计算 图 4.5 轴承受力分析图 1、求两轴承受到的径向载荷 1r f 和 2r f 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图 4.5a）和水平面（图 4.5b）两个平面 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 30 页 力系。其中：图 4.5c 中的 te f 为通过另加转矩而平移到指向轴线。 由力分析可知： 3 160 109.8 4 re f = =392000n 1 220392000 220 220220220220 re r v f f = + =196000n 21 392000 196000 r vrer v fff= =196000n 1 22 14730.08 0.9 te t f d = =32733.50n 1 220220 32733.50 220220220220 r hte ff= + =16366.75n 21 32733.50 16366.75 r hter h fff= =16366.75n 2222 111 19600016366.75 rr vr h fff=+=+ =196682.16n 2222 222 19600016366.75 rr vr h fff=+=+ =196682.16n 2、求两轴承的计算轴向力 1a f 和 2a f 对于调心滚子轴承，没有派生轴向力。所以，轴向力： 1 0 a f = 2 0 a f= 3、求轴承当量动载荷 1 p 和 2 p 由参考文献2，表 6- 2- 77查得： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 31 页 0.25e = 因为 1 1 0 196682.16 a r f f = =0时，应采用喷油润滑，即由油泵或中心供油站以一定得 压力供油，借喷嘴将润滑油喷到齿轮的啮合面上。当25m/sv 时，喷嘴应位于轮齿啮合 的一边，以便借润滑油及时冷却刚啮合过的轮齿，同时亦对轮齿进行润滑。 综合考虑， 本方案齿轮采用润滑油润滑。 所用润滑油为中负荷工业齿轮油 （gb 5903 1995） ，牌号为 320。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 39 页 5.2. 轴承的润滑 轴承的润滑对于轴承来说，具有很重要的意义，轴承中的润滑剂可以减少轴承在负 荷下工作时， 滚动表面之间产生的滑动摩擦。 防止轴承零件表面尤其是工作面发生锈蚀。 使因摩擦而产生的热能均匀地分布到轴承的各部分，并将其传出去。减少轴承工作时产 生的噪音等。 轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。此外，也有使用固体润滑剂润滑的。 选用哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关，一般用滚动轴承的 dn 值（d 为滚动轴承 内径， mm 润滑对于滚动轴承具有重要意义， 轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力 还 可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。 润滑脂的润滑膜迁都高， 能承受较大的载荷， 填装在轴承部件的空隙中可以防止灰 尘及其它杂质侵入轴承内，并且可以在较长的期间内部需更换，不易流失，容易密封， 一次加脂后可以维持相当长的一段时间。 对于那些不便于经常添加润滑剂的地方， 或是 那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说， 这种润滑方式十分合适。 但它只 适用于较低的 dn 值。滚动轴承的娤脂量一般以轴承内部空间肉容积的 12 33 为宜。 润滑脂的主要性能指标为锥入度和滴点。当轴承的 dn 值大、载荷小时。应选锥入 度较大的润滑脂；反之，应选用锥入度较小的润滑脂。此外，走成的工作温度应低于润 滑脂的滴点，对矿物油润滑脂，应低于10 20 c o ；对于合成润滑脂，应低20 30 c o 。 本设计选择的轴承是调心滚子轴承，根据参考文献3，表 13- 10查得其 dn 的值为 4 8 10mm r min。有此数据可得出结论，该轴承可选用润滑脂来进行润滑。 综合考虑，本方案轴承采用 xhp999 超高温润滑脂。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 40 页 6. 环保与经济性分析 6.1. 设备的环境保护 机械设备的环保性是指机械设备在作业时保护环境的性能。随着现代社会经济的 蓬勃发展，各类企事业单位为了获取经济效益，使机械设备连续不停地运作。设备产生 的废气、噪声、污水和烟尘严重地污染了环境，破坏了生态平衡，给人类居住环境埋下 了巨大的隐患。国家为此特制定了相关的政策法规来约束企事业单位的污染问题。因此 单位必须遵守相关法规，努力营造友好的社会环境。设计时必须要考虑到环保性。 机械设备的润滑系统必须满足设备的要求，使机械运转性好，延长维修期，降低 成本，同时密封性能要好，减少润滑油的泄露，降低对环境的污染。转数较低或经常工 作的摩擦面要用干油润滑。干油润滑不能循环，因此，先好的油脂不能回收，但润滑设 备比较简单。稀有润滑可以循环使用，但需要复杂的设备。一般情况下，凡是有干油如 花已可满足的机械设备，可以不用稀有润滑。以减少不必要的投资。 目前，节能已成为时代的主题，国家正在大力提倡能源的节约。设计过程中，充分 考虑能源的节约，反对浪费，时刻将经济的可行性摆在重要位置。经济性是一个综合性 指标，就是“物美价廉” 。设计人员应使产品具有良好的功能和高质量，还要使产品 的价格便宜合理。同样，产品质量虽好，但价钱昂贵，也不会有竞争力。 设计中，选用调心滚子轴承，材料为 stj2 型的钢材。在室温下是普通材料轴承 寿命的 3.5 倍，在高温下是普通材料轴承寿命的 30 倍，防止表面损伤，7 倍的防 剥落能力，1.4 倍的防擦伤能力，2.5 倍的防磨损能力，高温条件下的尺寸稳定性， 在 250 摄氏度时几乎无尺寸的变化，加强破裂疲乏的强度，在高温及紧配合的情 况下，增加 2 倍的防破裂疲乏寿命。螺母采用 45 钢，在保证强度的条件下，减少 了成本。车轮组采用 900通用车轮组，即满足这套设备的需要，又容易购买，节约了 资金。综合整个设计，该设备应用到的零部件具有结构简单、易加工、标准件易购买等 特点，这将为企业节省一定的资金。 机械冲击和振动所产生的噪声都会对周边环境产生污染； 机械焊接切割和抛丸除锈 会产生有害气体、微粒粉尘；电泳和喷漆过程中会产生的污水、废气等。改善机械设备 环保性能的主要方法有：选择环保性能较好的机械设备、改造机械设备性能进行；增加 后处理装置；及时对设备进行检测、维修；改善设备周围的环境。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 41 页 6.2. 设备经济性分析 任何一项经济实践活动，既是物质财富的创造过程，又是劳动耗费的过程。经济效 益就是输出的有效劳动成果，与输入的劳动耗费之间的比值。这个比值大，那么经济效 益好，比值小则经济效益差。如对不同的经济项目进行比较时，假定在有用