机械毕业设计31大型H钢翻转提升机构设计

毕业设计（论文） 题 目 : 大型 H 钢翻转提升机构设计 专 业 : 数控技术及应用 班 级 : 04423 学 号 : 0 2 姓 名 : 阚 洁 指导老师 : 王付军 成都电子机械高等专科学校 二七年六月 成都电子机械高等专科学校毕业设计 (论文 ) 论文摘要 本文阐述了大型 H 钢翻转提升机构的设计，设计包括了机械结构设计和控制系统设计两部分。机械结构部分采用了链式翻转、液压提升的结构组合。包括传动系统设计、翻转机构的具体设计、液压缸的设计等。控制系统采用了液压和机电结合的方式，利用液压控制系统的提升，机电控制系统的翻转操作。为了降低系统的成本，控制系统采用的是继电器控制而不是现在比较流行的 PLC控制。 关键词 ： H钢 翻转机构 提升机构 成都电子机械高等专科学校毕业设计 (论文 ) Abstract This text elaborated the large H steel inside out promote the design of the mrvhsnidm, the design included the machine structure design and the system design two fractions of control.The machine structure fraction adopted the type of chain inside out, the structure assemble that liquid presses to promote.The concrete design, liquid that designs the contents to include the drive system design, inside out mrvhsnidm presses design etc. of the urn.Control the system adopts the liquid to press and the mode of the machine electrical twinning, make use of the liquid to press to control the system to promote, inside out operation of the machine electric control system.For the sake of the step - down cost of the system, control what system adoption is a relay control but is not now than popular of control of PLC. Keyword: H steel Inside out mrvhsnidm Promote the mrvhsnidm 成都电子机械高等专科学校毕业设计 (论文 ) 目 录 论文摘要 . 2 ABSTRACT . 3 目 录 . 4 第 1章 绪论 . 1 1.1 课题来源及研究的目的和意义 . 1 1.2 同类设备目前的发展状况 . 1 第 2章 系统总体设计 . 6 2.1 初始参数的拟订 . 6 2.2 机构的选择及各部分采用形式的确定 . 6 2.2.1翻转机构 . 6 2.2.2提升机构 . 9 2.3 H钢翻转过程分析 . 9 2.4 大型 H 钢翻转提升机的布置 . 10 第 3章 传动系统零件的选择及设计 . 12 3.1 电动机的选择 . 12 3.2 带传动设计及计算 . 13 3.2.1皮带传动的计算 . 13 3.2.2 V 带轮设计及计算 . 15 3.2.3皮带传动的张紧 . 17 第 4章 翻转和提升装置零件设计 . 19 4.1 链条的选择及链轮的设计计算 . 19 4.1.1链条的选择 . 19 4.1.2链轮的设计及计算 . 20 4.1.3滑轮的设计 . 21 4.1.4链条的润滑 . 22 4.2 轴的结构设计及各部分的校核 . 23 4.2.1轴的设计及计算 . 23 4.2.2 滚动轴承的校核 . 26 4.2.3键 的强度校核 . 26 4.3 液压缸的设计及计算 . 27 4.3.1液压缸的结构设计 . 27 4.3.2液压缸缓冲、排气和密封防尘装置 设计及选择 . 34 第 5章 控制系统设计 . 37 5.1 液压系统设计 . 37 5.2 电气控制系统设计 . 42 5.3 系统工作过程 . 45 结 论 . 47 成都电子机械高等专科学校毕业设计 (论文 ) 致 谢 . 48 参考文献 . 49 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 1 第 1章 绪论 1.1 课题来源及研究的目的和意义 随着经济的不断发展，大型工业与民用建筑不断的出现，以至使得像大型 H钢这样的钢材有着大量的市场需求。 H 钢虽然可以用热轧的方法制造，但只能在端面高度为 400600mm 范围内取得最佳经济效果，小于或大于这个范围，用其它焊接方法制造更为有利。同时，在焊接生产加工中，当 H 钢完成组对并进行一面的焊接后，需要将其翻转，以便焊接另一面。但 由于 H 钢体积大、重量重，人工很难翻转，所以需要专用的设备，尤其是在大批量生产中，就更需要一种翻转提升机构来完成这一操作，以提高生产效率。大型 H 钢翻转提升机就是应用在这种场合下的设备。 1.2 同类设备目前的发展状况 对于翻转机构，现在已有很多的形式。如有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等。并已在实际生产中用于各种工件的翻转。目前国内还未对各种形式的翻转机制订出系列标准，但国内已有厂家生产头尾架式的翻转机，并成系列。 另外，配合焊接机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产。它们都是点位控制，控 制点数以使用要求而定，但多为 2 点 (每隔 180 )、 4 点（每隔 90）、 8 点（每隔 45）控制，翻转速度以恒速的为多，但也有 变速的。翻转机与机器人联机按程序动作，载重量多在 20 3000Kg 之间。例如我国汽车、摩托车等制造行业使用的弧焊机器人加工中心，已成功地采用了国产头尾架式和框架式的焊接翻转机，由于是恒速翻转，点位控制，并辅以电磁制动和汽缸锥销强制定位，所以多采用交流电动机驱动、普通齿轮副减速，机械传动系统的制造精度比轨迹控制的低 1 到 2 级，造价便宜。 提升机构主要有机械式和液压式两种，且各种提升设备已形 成标准系列。在这里就不在做详细的阐述。 机械式与液压式起升机构的应用： 主要介绍了机械式和液压式起升机构的基本分类，以及这两种机构在实际工程中的应用。 一起升机构的组成： 起升机构可分为机械式和液压式两种。 机械式起升机构包括： 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 2 （ 1）啮合式驱动装置 a）用于主要为提升件货的绳索卷绕式起升机构 b）用于双绳或四绳抓斗的绳索卷绕式起升机构 c）链条卷绕式起升机构。 d）螺杆或针齿条以及齿条起升机构 （ 2）驱绳轮起升机构的摩擦式驱动装置 液压式起升机构 a） 压缸起升机构 b） 压马达驱动的绳索卷绕起升机构 二机械式起升 机构的应用 TDR-80 型单晶炉是一种生产半导体的专用设备，该设备中就使用了一种新型的软轴卷扬提升机构。如图 1 图 1 新型软轴卷扬提升机构 主箱体 1 起支撑和密封作用，旋转动力通过减速机传递给传动轴 2，带动卷扬轮旋转，实现软轴的提升。为了消除传动卷扬提升机构中软轴钢丝绳的偏移和堆压，传动轴 2 设计为精密滚动花键副结构，在传递旋转动力的同时，有可以作相对移动。卷扬轮 5、牵引螺纹套 6 与传动轴 2 的滚动花键套联接在一起。当滚动花键副带动卷扬轮旋转时，牵引螺纹套也同时旋转，由 于牵引螺母 7 固定不动，这样卷扬轮就由牵引螺纹套带着一起移动。将牵引螺纹套的螺纹距与卷扬轮的绳槽螺距设计为相等，这样就能保证在卷扬轮旋转提升软轴钢丝绳时，伴随着卷扬轮的水平同步移动。克服了软轴钢丝绳的堆压与偏移，确保了软轴钢丝绳始终在调成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 3 定的回转中心上。 图 1 所示提升机构是对传统软轴卷扬提升机构的一种改进形式，通过这种改进解决了传统软轴卷扬提升机构在卷扬提升时会产生软轴钢丝绳的堆压或偏移，产生爬行，抖动及提升误差。 新型软轴提升机构主要是以卷扬提升工作原理来实现软轴的提拉工作，与传统的卷扬提升机构最大的区别是， 新型软轴提拉机构的卷扬轮在卷扬提升的同时，伴随有卷扬轮的水平移动，以便保证软轴钢丝绳的对中性，实现软轴在旋转过程中的稳定性。 图 2为火力发电厂冷却水塔施工专用设备 EGI.TM 提模系统。它 由若干个结构相同的单元组成，每个单元都通过轨道依附在已浇注混凝土的水塔筒壁上，并随着水塔筒壁升高而升高。 图 2 提模系统主框架结构简图 该系统提升机构由电动机、蜗轮减速器、提升丝杆、滑动套架、安全螺帽等组成。滑动套架两侧通过“ V”滑槽与主架弦杆相连，前部通过勾轮与轨道相连，后部与提升 丝杆铰接。蜗轮减速器的蜗轮外圆轮齿与蜗杆啮合，内孔通过梯形牙与提升丝杆啮合，下端通过弹性安全销与安全螺帽相连。安全螺帽具有防止主架下坠和系统过载保护功能。当蜗轮内牙被剪断时，安全帽可以防止主架突然坠落；当系统出现过载时，安全销被剪断，安全螺帽与蜗轮抱死，提升机构不能动作。 下图所示为一新型底下垃圾桶， 它不但解决了普通垃圾桶占用地上空间且桶体易粘挂垃圾，夏天有恶臭味，不能防止人掏捡垃圾，造成垃圾外溢，影响市容市貌的缺点，而且 机构结构简单、耐用、成本低。同时可以降低环卫工人的工作强度 。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 4 图 3 地下垃圾桶提升机构简图 该提升机构分三部分 :省力机构、减速机构、附件。在提升机构中两边有两股钢丝绳分别缠绕在两组动滑轮上，一滚筒轴与一输出轴通过一对链轮连接，垃圾工清理垃圾时，用手柄转动输出轴带动链轮 1转动，链轮 1通过链传动，带动链轮 2转动，链轮 2再带动同轴的滚筒 5转动，滚筒 5将钢丝绳绞起来，钢丝绳通过一滑轮组 4;拉动底板 3向上运动，底板上放一垃圾桶，进而把垃圾桶提升上去。 三液压式起升机构的应用 平行四边形机构能按比例放大工作行程，广泛使用在各类液压升降设备中，但工作方式都是顶升， 如液压升降工作台。图 4为长江航标 2.44.浮筒清洗装置，该装置就是利用平行四边形机构设计的一套工作臂液压提升机构。 图 4 长江航标浮筒清洗装置 图 5 机构运动简图 工作臂上有多把旋转的清洗刷，通过刷的摆动和工作臂在垂直轨道中的上下运动清洗浮筒表面，工作臂的上下运动由液压缸通过提升机构驱动。工作臂联结在滑块 6上（见图 5），由 10个铰接的平面运动构件构成四个平行四边形。整个装置由滑轮引导在垂直轨道中运动，相当于滑块在垂直中心线上运动，从而使两液压缸实现机械同步，机构的提升行程约为液压缸行程的 6倍。 平行四边形提升机构，具有结构紧凑 .构造简单，运动可靠的优点。在实际中还可采用单个液压缸垂直安装拉动铰链 B及丝杆传动等其他驱动方式，是一种比较成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 5 实用的液压提升机构形式。 四两种机构的比较 由以上两种机构的实际应用可以看出机械式提升机构基本上用于有很大提升行程要求的系统中，整个提升机构较为复杂。液压式提升机构的运行比较平稳，容易实现无级调速及过载保护，且装置的使用寿命较长。但液压提升机构中的油液较易受温度变化的影响，同时油液还有泄露的问题。另外，机械式提升 机构大多都是采用提拉的方式提升重物，而液压式提升机构主要采用推举的方式提升重物。所以具体采用那种提升构就要根据具体的环境情况、工作要求、以及人员状况等。所以机械式提升机和液压式提升机之间都存在不足之处，同样他们之间也各有自己的优点。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 6 第 2章 系统总体设计 2.1 初始参数的拟订 翻转的 H钢最大尺寸为：高 1200mm、宽 600mm、长 18000mm，可承受的最大载荷为 10吨。每个翻转机构设置 1台翻转电机，要求机构能实现正反方向任意角度的翻转。提升机构的最大提升高度为 800mm。整个系统由 3个翻转提升架组成 ，分别编号为号、号、号。号与号之间相距 4m，号与号之间相距 7m。各翻转提升架之间放置输送辊道。 2.2 机构的选择及各部分采用形式的确定 根据对题目“大型 H 钢翻转提升机构设计”可知，该机构主要有两部分组成，即翻转机构和提升机构，现分别对这两种机构进行讨论。 2.2.1翻转机构 翻 转机构是将工件沿水平轴转动或倾斜，使之处于有利于加工位置的变位设置 机构。 最为 常见的有框架式、头尾架式、链式、环式、推举式等翻转机构。它们的使用场合见下表。 表 2-1 翻转变位机构 形 式 变位速度 驱动方式 使 用 场 合 框架式 恒定 机电或液压 板结构、桁架结构等较长焊件的倾斜变位 头尾架式 可调 机电 轴类和椭圆形焊件的环形焊缝，表面堆焊时的旋转变位 链式 恒定 机电 装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位 环式 恒定 机电 装配定位焊后，自身刚度很强的梁住型的翻转变位。在大型构件的组对与焊接应用中较多 推举式 恒定 液压 各类构件的倾斜变位。装配和焊接在同一工作台上进行 根据各种机构的使用场合可知，对于大型 H 钢的翻转可以采用链式、环式和成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 7 推举式翻转机构。现对这三种机构加以比较，以确定最终采用的机 构形式。 1链式翻转机构 链式翻转机构结构形式如下图 图 2-1 链式翻转机构 由图可知，链式翻转机构结构比较简单，因为采用链条支撑，对箱形断面的角接焊缝也同样适用，其缺点是焊缝对中较费时，焊接是在自由状态下焊接，不便于用夹具控制焊接变形。 2环式翻转机构 环式翻转机构结构形式如下图 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 8 图 2-2 环式翻转机构 在翻转同等体积的 H 钢时环式翻转机构整体尺寸较大，机构上配有加紧装置，因此，相对与链式而言，结构复杂。但特别适合与超大型工件的翻转。 3推举式翻转机构 推举式翻转机构结构如下图 图 2-3 推举 式翻转机构 推举式翻转机构结构也比较简单，且能翻转的工件类型也较多，但这种结构一次最多只能翻转 90，翻转后工作台需要复位。对于大角度的翻转效率低下。 根据以上三种机构的特点，考虑结构的复杂程度和工作效率，选用链式翻转机构做为大型 H 钢的翻转装置。 链式翻转机构主要由电机、链条、链轮、张紧轮及架体等组成。 在起重机械中应用的链条主要有环形焊接链和片式关节链。使用环形焊接链成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 9 条具有挠性好、可用较小直径的链轮和卷筒，且传动机构外形尺寸小，链条本身耐腐蚀。缺点是可靠性差、有突然断裂的可能、不耐冲击、质量大、不易用于高速提升设备中，链条本身运动中常产生滑移和摩擦。片式关节链的挠性比焊接链更好，比较可靠、运动平稳。缺点是有方向性、横向无挠性、成本高、对灰尘和锈蚀较为敏感。由于设备在运动中有冲击，出于安全和运动稳定性的考虑，选用片式关节链作为翻转用链条。 电机通过窄 V 带将功率传递给翻转装置， 因为翻转提升架的翻转过程不需要准确的速比，且翻转过程中对系统有冲击，所以优先选用带传动的形式。另外在各种带中，窄 V 带具有普通 V 带的所有特点外，不但寿命长、传动功率大、费用低而且可以减少带轮的宽度和直径。 2.2.2 提升机构 提升机构分为机 械式和液压式两种，现对这两种机构进行比较，以确定最终采用的机构形式。 机械式提升机构通常是以省力的钢丝绳滑轮组作为执行构件的，所以可以有较大的提升范围，滑轮组一般使用定滑轮、定滑轮和动滑轮、双联滑轮组（四分支）、双联滑轮组（八分支）等 几种形式。另外在机械式提升机构中，也有采用齿轮和齿条进行提升，但采用这种机构的设备一般只适用于小型货物、轻载情况下的提升作业。 液压式提升机构也是常用提升机构中的一种。它采用液压作为动力源。包括有使用液压马达，其执行提升的机构同机械式。还有采用液压缸进行提升。由于液压缸的行程 有限，对于较大行程的提升都设计有增加行程的装置，如 X 形的支架。因此，液压式提升机构多用于升降台、汽车翻斗等不需要很大行程，但却有较大载重的设备中。 考虑液压传动具有在同样的驱动功率下，液压装置的重量更轻、体积更小及耐冲击的特点。选用液压式提升机构作为 H 钢的提升装置。由于系统不需要较大的提升行程，所以使用液压缸直接推动翻转架进行提升即可，这样做，虽然要使用较多的液压缸，但可以简化提升机构，所有翻转架的液压缸都由一个泵源提供动力，即可保证液压缸的同步动作，也可以减少空间的使用。 2.3 H钢翻转过程分析 在 H 钢被提升起后，在链条上处于图 2-4 所示状态，当链条顺时针旋转时， H钢将会以 B 点为中心逆时针方向翻转。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 10 图 2-4 翻转过程 当 A 点达到最低点后，如图 2-5。若 H 钢要继续翻转，就要以 A 点为中心，此时如果重心在支点 A 的左侧如图 2-5（ a），则它产生的力矩将会使 H 钢继续翻转。如果重心在支点 A 的右侧如图 2-5（ b），它产生的力矩将会阻止 H 的翻转，此时要求 H 钢的惯性足以克服重力产生的力矩使 H 钢继续翻转到重心移动到 A 点的左侧，否则 H 钢翻转到此位置时将停止翻转且在链条上打滑。 H 钢是否会打滑主要取决于 H 钢与链条摩擦力的 大小，即如果摩擦力足够大，将出现图 2-5（ a）的状态，此时不会发生打滑现象。如果摩擦力不够大，出现图2-5（ b）的状态就要求 H 钢有足够的翻转速度以保证不出现打滑的现象。由于链条的表面有明显的凹凸不平，所以 H 钢与链条之间的摩擦力不能简单的用平面之间的静摩擦进行计算，所以这里不对 H 钢是否打滑进行理论计算。 图 2-5 H 钢翻转过程简图 2.4 大型 H 钢翻转提升机的布置 整个系统由 3 个翻转提升架组成，分别编号为号、号、号。要求三个翻转提升架成一排放置，三 个翻转提升架的中心线保持在一条直线上，且号与号之间相距 4m，号与号之间相距 7m。各翻转提升架之间放置输送辊道。控制台放置在号架的一侧。见图 2-6。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 11 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 12 第 3章 传动系统零件的选择及设计 3.1 电动机的选择 翻转部分的结构简图如下图 图 3-1 翻转结构简图 设计链速为 0.5m/s，单个翻转架承受重力为 50000N。受力分析如图 图 3-2 链条受力 521 0 0 01 0 5 0arctg NGF 3429552s in5000021s in21 水平分力 F=F cos =34295 cos52 =23477N P=Fv=34295 0.5=17147.5W=1.72475KW P 电 = KWp 3.28.09.071475.1 皮链 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 13 式中： 链 链条传动效率， 取 链 =90% 皮 皮带传动效率， 取 皮 =80% 根据机械设计手册第 5卷，表 22-1-82选取电动机 YZ160L-8，转速 705r/min，额定功率 7.5KW。 电动机 YZ160L-8是起重设备专用电机，这种电动机具有启动转矩大，启动电流小的特点，且能够频繁、重载启动。因此选用这种类型的电机作为系统的翻转电机。 3.2 带传动设计及计算 3.2.1 皮带传动的计算 原始设计资料：传递的功率 P=2.3KW，窄 V带传动，每天工作小于 10小时，重载启动且有载荷冲击。 1确定计算功率 Pca Pca=KAP （ 3-1） 式中： Pca 计算功率 KA 工作情况系数。查机械设计手册第 3卷 表 13-1-16得 KA=1.4 P 传递的额定功率 Pca=1.4 2.3=3.22KW 2选择带型 根据小带轮转速 n1=705r/min， Pca=3.22KW，由机械设计手册 第 3卷 图 13-1-2选用窄 V带 SPZ。 3确定带轮的基准直径 （ 1）初选小带轮基准直径 dd1 根据 V带截形，参考机械设计手册第 3卷 表 13-1-11选取 dd1=63mm，则da1=67mm。 （ 2）计算带速 100060 111 ndv d（ 3-2） 式中： v1 主动轮的圆周速度 n1 主动轮的转速 smv /32.2100060 7056314.31 （ 3）计算从动轮基准直径 dd2 设计传动比 i=1： 5 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 14 mmdd dd 3156355 12 根据机械设计手册第 3卷 表 13-1-11圆整到 dd2=315mm， da2=319mm。 4确定中心距 a和带的基准长度 Ld 初定中心距 a0 21021 27.0 dddd ddadd (3-3) 0.7 (63+315) a02 (63+315) 264.6 a0756 初选 a0=550mm。 基准长度0212120 4)()(22 addddaL ddddd (3-4) =5504 )63315()31563(214.355022 =1622.212mm 根据机械设计手册第 3卷 表 13-1-6选取 Ld=1600mm。 mmLLaa dd 5132 1600212.16225002 0 (3-5) 考虑安装调整和补偿预紧力的需要，中心距的变动范围为： mmLaammLaadd 561160003.051303.0 4891600015.0513015.0m a xm i n 5.验算主动轮上的包角 根据对包角的要求，应保证： 1201525.575136331518090(1205.571801121 ）至少add dd(3-6) 包角满足要求。 6确定带的根数 LcaKKP Pz0 （ 3-7） 式中： K 包角系数 KL 长度系数 P0 单根 V带的基本额定功率 根据机械设计手册第 3卷 表 13-1-21查得 K =0.92，表 13-1-22查得 KL =1.16，表 13-1-19查得 P0=0.68。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 15 44.416.192.068.0 22.3 z 取 z=5根 7确定 带的预紧力 )15.2(5009.0 20 mvKzvPF ca （ 3-8） 式中： m V带单位长度质量 v 带速 z 带的根数 K 包角系数 Pca 计算功率 查机械设计手册 第 3卷 表 13-1-23得 m=0.07kg/m。 NF 21532.207.0)192.0 5.2(32.25 22.35009.0 20 8计算传动作用在轴上的力 2sin2 10 zFF P （ 3-9） 式中： z 带的根数 F0 单根带的预紧力 1 主动轮上的包角 NF P 1 9 9 92152s in21552 3.2.2 V 带轮设计及计算 根据 V带轮的转速和功率， V带轮采用材料 HT150铸造 1小带轮设计计算 由于小带轮的基准直径 dd 2.5d，所以小带轮采用实心式，结构形式如图 3-3： 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 16 图 3-3 小带轮结构 表 3-1 小带轮结构参数 参数 数值 (mm) 计算公式 d 32 d1 58 d1=(1.8 2)d dd 63 da 67 B 64 B=2f+4e L 83 L=(1.5 2)d 36 式中： f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 2大带轮设计 大带轮采用孔板式，结构形式如图 3-3： 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 17 图 3-3 大带轮结构 表 3-2 大带轮结构参数 参数 数值（ mm） 计算公式 d 45 d1 90 d1=(1.8 2)d dd 315 da 319 B 64 B=2f+4e L 64 B1.5d时， L=B C 11 (1/7 1/4)B D1 259 D0 174.5 D0=0.5(D1+d1) d0 50 d0=(0.2 0.3)(D1-d1) 36 式中： f 第一槽对称面至端面距离 e 槽间距 3.2.3 皮带传动的张紧 由于 V带不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会由塑性变形而松弛，使预紧力降低。因此，为了保证皮带能够正常的工作，必须要有一种装置使得皮带始终处于一种张紧的状态。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 18 图 3-4 摆架式张紧装置 常见的张紧装置有定期张紧装置（滑道式和摆架式）、自动张紧装置和采用张紧轮的装置。 在接近水平和垂直的皮带传动中适合采用定期张紧的方法，本设计采用摆架式张紧的 方法，结构如图 3-4。当要调节带的预紧力时只要调整电动机下方的螺母即可。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 19 第 4章 翻转和提升装置零件设计 4.1 链条的选择及链轮的设计计算 4.1.1 链条的选择 1链条的选择 根据第 2 章链条的受力分析可知，链条工作时拉力为 39.984KN。由机械设计手册 第 2卷 表 8-1-73 选择 LH0866 型板式起重链条。基本参数如下： 公称节距 P 12.7mm 板数组合 6 6 极限拉伸载荷 Q 66.7KN 2链条的长度 链条的布置形式如图 4-1： 图 4-1 链条的布置形式 根据链条的布置形式初步确定链条长度 mmLLLmmLmmL6102)14501601(2)(214501000105016011000125021222221考虑到链轮部分的链条长度没有算入，所以取 L=6200mm 3确定链条的节数 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 20 节2.4887.126200 PLL P （ 4-1） 取 Lp=490 节 式中： Lp 链条的节数 L 链条的长度 P 链条的节距 4.1.2 链轮的设计及计算 链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图 4-2： 图 4-2 链轮结构 表 4-1 链轮基本参数 名称 数值（ mm） 计算公式 配用链条 节距 P 12.7 根据机械设计手册表 8-1-73 查得 配用链条的滚子外径 d1 5.12 配用链条的排距 Pt 6.25 Pt=3b0 分度圆直径 d 68 mmnvd 6814.31 4 1 605.0 齿数 z 17 05.15arc s in180 dpz取 z=17 dk 35 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 21 齿顶圆直径 da 77 mmdpzddmmdpddaa385.74)6.11(755.7825.11m i n1m a x 齿根圆直径 df 63 mmddd f 88.621 分度圆旋齿高 ha 5 mmdphmmdpzhaa79.3)(5.0975.55.0)8.0625.0(1m i n1m a x 轮毂厚度 h 11.5 mmddkh k 31.1101.06 轮毂长度 l 36 mmhl 9.296.2mi n 轮毂直径 dh 58 mmhdd kh 582 齿宽 bf 3.7 mmbb f 7856.3)2(91.0 0 表中： v 设计链速 n 链轮转速 k 常数 50 d 100 时 k=4.8 b0 链板厚度 见机械设计手册 第 2 卷 表 8-1-73 LH0866 型b0=2.08mm 4.1.3 滑轮的设计 因为链条的布置形式特殊 （链条的布置形式见图 4-1），所以要设计一个滑轮将下侧的链条拉紧，以防止上下两侧的链条在工作的时候发生接触。滑轮的结构形式见下图： 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 22 图 4-3 滑轮的结构 表 4-2 滑轮设计参数 名称 数值（ mm） 计算公式 d 80 轮槽直径 D1 140 mmPD 5.635mi n1 轮缘直径 D2 160 mmdhDD 41.157211m i n2 轮缘间宽 b 30 mmbb 39.2905.1m in 滑轮宽 B 50 表中： P 链条节距 P=12.7mm b 链条销轴长度 b=27.99mm h1 链条通道高度 h1=12.32mm d2 链条销轴直径 d2=5.09mm 4.1.4 链条的润滑 由于链条采用的是开式传动，且链条较长、布置形式特殊，不易采用手工润滑。所以要求定期将链条拆下，放入煤油中清洗，干燥后，浸入 70 80润滑油成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 23 中，待铰链间隙中充满油后安装使用。 润滑油采用牌号为 L-AN46 的全损耗系统用油，润滑油中加入添加剂 WS2。 4.2 轴的结构设计及各部分的校核 4.2.1 轴的设计及计算 系统中有主动轴一根，空场链轮轴一根、滑轮轴一根及 电动机采用摆架式张紧安装时使用的销轴一根。现仅对主动轴做精确的设计计算。 1求输出轴上的功率 P轴、转速 n 和转矩 T 链条的传动效率为 =0.98则 P轴 =1.9992/0.98=2.04KW m in/1415705 rinn 电 NmnpT 138141 04.295509550 轴 2. 求作用在链轮上的力 由第 2章链条的受力分析可知 Fr=25000N Ft=23477N 3初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据机械设计手册 第 2 卷 表 6-1-19取 A0=112于是得 mmnPAd 27141 04.2112 330m i n 轴 （ 4-2） 轴的最小直径处为安装链轮处，此处有一个键槽，轴径应放大 6%，即mmd 62.2806.127mi n 取 mmd 36min 。 4轴的结构设计 （ 1）拟定轴上零件的装配方案 装配方案如图 4-4。 （ 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了使链轮轴向定位，处右侧制有螺纹， -处长 70mm，处右侧制出一轴肩， d - =50mm。 初选滚动轴承。因轴承只受径向 力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求，并根据 d - =50mm，选用深沟球轴承 6410，其尺寸为 d D B=50 110 31。考虑到 -处端盖的厚度及轴的伸出长度，取 -处长 51mm。 处右侧制出一轴肩 d - =55mm， -长 550mm。 d - =50mm，考虑到成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 24 此处安装有轴承、皮带轮和端盖，取 -长 30mm, -长 100mm。处右侧制有螺纹 M42， -长 50mm。 （ 3）轴上零件的周向定位 皮带轮、链轮的周向定位均采用平键联接。查机械设计手册第 2卷 表 5-3-18，链轮 与轴的定位选用键 b h l=10 8 28。皮带轮与轴的定位选用键 b h l=14 9 50。选用皮带轮、链轮与轴的配合为 H7/r6，以保证良好的对中性。滚动轴承的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 25 m6。 （ 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角 2 45，各轴肩处的圆角半径为 R2。 5求轴上的载荷 根据轴的结构简图作出轴的计算简图、弯矩图和扭矩图 。 图 4-5 轴的载荷分布 从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出 B 处是危险截面。现将计算出截面 B处的 MH、 MV及 M的值列于下表： 表 4-3 截面 B 处的载荷计算 载荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 FNH1=21608N FNH2=2409N FNV1=22435N FNV2=2565N 弯矩 M MH=1385Nm MV=1475Nm 总弯矩 NmM 202314751385 22 扭矩 T T=138Nm 6按弯扭合成应力校核轴的强度 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 26 现只校核轴的危险截面 B处的强度 pTMd1223 )(68.21 （ 4-3） 式中： d 轴的直径 M 轴所受的弯矩 T 轴所受的扭矩 校正系数，双向旋转 =1 -1p 轴的许用弯曲应力 查机械设计手册第 2卷 表 6-1-1取 -1p =207MPa mmmmd 504.46207 138202368.21 223 危险截面 B处轴的强度满足要求 4.2.2 滚动轴承的校核 选用的滚动轴承为深沟球轴承 6410，设计工作寿命为 1000h。 rTn dmh CPfffffC （ 4-4） 式中： C 基本额定动载荷 P 当量动载荷 fh 寿命因数 fn 速度因数 fm 力矩载荷因数， fm=1.5 2 fd 冲击载荷因数 fT 温度因数 Cr 轴承径向基本额定动载荷 因为轴承只承受径向力，故 P=Fr=25KN。 查机械设计手册 第 2卷 表 7-2-8得 fh =1.26，表 7-2-9得 fn =0.62，表 7-2-10得 fd =1.2，表 7-2-11得 fT =1.0。 KNC 5.9125162.0 2.15.126.1 查机械设计手册 第 2卷 表 7-2-5 滚动轴承 6410的 Cr值为 92.2KN。 C Cr，故滚动轴承 6410满足动载荷要求。 4.2.3 键的强度校核 轴上共有两个键，由于链轮处的键所受的应力最大，故对此处的键做强度校核。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 27 1挤压强度校核 2 pp kldT （ 4-5） 式中： T 传递的转矩 k 键与轮毂键槽的接触高度， k=0.5h=0.5 8=4mm l 键的工作长度，圆头平键 l=L-b=28-10=18mm d 轴的直径 p 键连接的许用挤压应力 M P ap 5.10636184 101382 3 查机械设计手册 第 2卷 表 5-3-17有冲击载荷的情 况下 p不大于120MPa。 p p 故键挤压强度满足要求。 2键的剪切强度校核 pdblT 2（ 4-6） 式中： T 传递的转矩 d 轴的直径 b 键的宽度 l 键的工作长度，圆头平键 l=L-b=28-10=18mm MP a6.42181036 101 3 82 3 查机械设计手册 第 2卷 表 5-3-17有冲击载荷的情况下 p=90MPa。 p 故键的剪切强度满足要求。 4.3 液压 缸的设计及计算 4.3.1 液压缸的结构设计 目前，液压与气压传动分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化、执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于它与微电子技术密切配合，能在尽可能小的空间内传递出尽可能大的功率并加以准确地控制，从而更使得它在各行各业中发挥出了巨大作用 。液压缸是液压系统中的一种执行元件，是把液体的压力能转变为机械能的装置，主要用于实现机构的直线往复运动，也可以实现摆动。液压缸的种类有：单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸。其中单作用液压 缸又分为拄塞式液压缸、单活塞杆液压缸、伸缩液压缸等。 成都电子机械 高等专科学校毕业设计 (论文 ) 28 柱塞式 液压缸 结构 ： (1)它是一种单作用式 液压缸 靠液压力只能实现一个方向的运动 ,柱塞回程要靠其 它外力或柱塞的自重 ; (2)柱塞只靠缸套支承而不与缸套接触 ,这样缸套极易加工 ,故适于做长行程 液压缸 ; (3)工作时柱塞总受压 ,因而它必须有足够的刚度 ; (4)柱塞重量往往较大 ,水平放置时容易因自重而下垂 ,造成密封件和导向单边磨损 ,故其垂直使用更有利 . 单活塞杆液压缸的活塞仅单向液压驱动，返回行程是利用自重或负载将活塞推回。双活塞杆液 压缸的活塞的两侧均装有活塞杆，但只向活塞一侧供给压力油，返回行程通常利用弹簧力，重力或外力。伸缩液压缸是以短缸获得行程，用压力油从小到大逐节排出，靠外力由大到小、逐节缩回；双作用液压缸又分为单活塞杆液压缸、双活塞杆液压缸、伸缩液压缸。单活塞杆液压缸的单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速度不等。双活塞杆液压缸双边有活塞杆，双向驱动，可实