大型翻转提升机构的结构设计

1、哈尔滨理工大学学士学位论文-I-哈尔滨理工大学学士学位论文-I-大型H钢翻转提升机构设计我国现如今的工业水平不断地发展，H钢运用的领域越发广泛，在提 升和翻转那些笨重、体积很大零件不能只靠人力去完成，为了提高生产效 率需要设计出一种设备来解决此问题。在设计的同时需要考虑到传动装置 变松以及润滑等问题。本文首先对翻转机提升类型从其特点进行分析到选择，选择出链式翻 转机构和液压式提升装置，对H钢翻转工作进行分析，设计出符合要求的 元器件如轴，齿轮，皮带等，对部分件进行校核，为了元件相互协调配 合，设备运行平稳。最后设计出液压与电气系统组合，从而形成一套完整 的工作体系从上升正反翻转、制动、下降，提

2、升机构选择形式为液压式，优点是重量轻、容易实现调速、使用寿 命长。缺点是油液对密封装置要求比较严苛容易泄露。翻转机构使用链式 传动，优点是摩擦性好、成本低。缺点不耐冲击、质量大。关键词H钢；翻转机构；提升机构哈尔滨理工大学学士学位论文-ii-哈尔滨理工大学学士学位论文-ii-Design of Large Scale H Steel Lifting MechanismAbstractChina is now tlie level of industiial development, H steel used more and more widely in the field, lifting

3、and turning of tlie heavy and large parts can not only rely on manpower to complete, in order to improve tlie production efficiency wc need to design a device to solve this pioblcm. Al Ilie same time the design should take into account the loose gear and lubrication problems.Based on tlie analysis o

4、f the types of hoisting machine turn to choose fi oin its features, choose a chain tuniover mechanism and a hydiaulic lifting device for H steel tuming work analysis, designed to meet the requirements of the components such as shaft, gear, belt and so on, to check the part, as the components of coor

5、dination, equipment ninning smootlily. Finally the hydraulic and electrical system is combined to fonn a complete system of work, fi om rising, reverse, braking and descending.The selection of lifting mechanism is hydraulic, with the advantages of light weight, easy realization of speed control and

6、long service life. The disadvantage is that the oil on the sealing device requirements are more stringent, easy to leak. The turnover mechanism adopts chain type transmission, and has tlie advantages of good fiiction and low cost. Disadvantages, no impact, high quality.Keywords H steel, turnover mec

7、hanism, lifting mechanism哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文目录 TOC o 1-5 h z 摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 课题研究的背景及意义1国内外研究现状1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 国外发展现状1国内发展现状2 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 本课题的研究内容4

8、HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 第2章 翻转提升机构的总体设计5翻转和提升机构采用形式的确定5翻转机构的确定5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 提升机构的确定7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document H钢翻转的工作原理9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 大型H钢翻转提升机构的简图9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 本章小结10 HYPERLIN

9、K l bookmark28 o Current Document 第3章 翻转提升机构的结构设计11链条及链轮的选择设计11 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 链条的设计选择11 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 链轮的设计选择12滑轮的设计选择13 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 润滑油的选择14 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 电机的选择14带传动及齿轮的设计及计算15331皮带传动的设

10、计15 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 332 V带轮的设计17 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 333皮带张紧装置的选择19轴的结构设计与校核19轴的设计计算19 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 滚动轴承的校核21 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 343键的校核22 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 本章小结22 HYPERLINK l

11、bookmark82 o Current Document 第4章 翻转提升机构的液压与电气的系统设计23机构液压系统的设计23-hi -哈尔滨理工大学学士学位论文-IV -哈尔滨理工大学学士学位论文-IV - TOC o 1-5 h z 液压缸的设计及计算23 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 液压系统的原理及元件选择27 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 机构电气控制系统设计29 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 机构的系统工作过程30

12、 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 本章小结31 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 第5章三维模型的建立32 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 建立零件32 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 零件图的装配32 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 三维模型34 HYPERLINK l bookmark132 o Current Documen

13、t 本章小结34 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 结论35 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 致谢36 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 参考文献37 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 附录A38附录B45哈尔滨理工大学学士学位论文 哈尔滨理工大学学士学位论文 # 第1章绪论课题研究的背景及意义现如今社会经济飞速发展，国家不断强调工业并大力投入工业设计发 展，建筑业与大型工业更是不断发展

14、，像大型H钢这样的钢型会用到很 多，所以有着大量的。注重钢材的可持续发展经济与节约使用是实现钢材 向绿色环保发展的必经之路。所以要大力推广与应用，放长远的眼光来看 H钢的需求必然很大。制造业是国家实现新工业文化的基础保证。大型工件的制造体现了国 家的工业文化水平川。在生产与制造大型构件中，很多时候都需要大型翻 转机来改变工件的位置。这些年来由于板材的价格上涨也带来了很多利好，钢材的价格也在持 续上涨，同时H型钢的市场也逐渐回暖，国内与国外在H型钢的价格差 距逐渐变小，有利于国内钢材对外出口。例如现有的翻转机构来说，有CL型、U型、和L型等翻转机，但是 他们都有的缺点就是；承载能力较低，并且翻转

15、的自由度单一，翻转的角 度也很单一，不能同时满足生产环节中个工序的翻转要求被运用到翻 转机构的场合，最常见的就是在焊接生产中，当H钢一面完成焊接后，这 是需要将工件翻转为了方便加工另一面。但是H钢重量很大，只靠人力将 其翻转是很困难的，这时就需要专用的翻转设备，在大量生产时，为了使 生产效率提高，就需要这样的机构。本次研究的课题大型H钢翻转提升 机，就是为这种场合下产生的设备。国内外研究现状国外发展现状自19世纪初期，卢森堡建立了成世界第一个热轧H钢生产线，此后 H型钢生产与设备都有了很大的发展，在50年代和80年代掀起两次发展 高潮。到了 80年代末，世界H钢产能量可以达到2000万吨，占世

16、界钢材 总产量的3%6%,现世界H型钢轧机有将近100套，存在20多个国 家。下面以日本H型钢生产现状为重点，初步探讨国外H钢发展的现 状。日本是二次世界大战后经济发展最快的国家之一，与经济发展同步的 H型钢的发展过程是值得我国研究与借鉴的。哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文到1973年日本钢的总产量就达到1024.8万吨，其中H钢产量为 554.3万吨，H钢占了一半还多，H型钢结构也因此得到了广泛的发展与 使用拿轻型H钢举例；在日本，轻型H钢主要用于低层或多层厂房，公 共建筑物等。这样制造可以效率，但是对材料精度和设备自动化也提出了 新要求，轻型H钢最适合建筑这样的工业化住

17、宅。1992年日本钢生产量为1040万吨，其中H钢占57.8%,产量为 600.8万，占型材结构的一半以上，H型钢运用的领域越来越广，甚至取 代了工字钢，使得工字钢产量降为28.8万，仅占2.8%,这也使H钢的质 量与技术水平得到快速发展。19721992年日本累计生产H钢9042.8万吨（出口 2000万吨）按日 本人口 11000万计，累计人均消费为640kg,人均年消耗32kg。俄国与加拿大的矿产资源非常丰富，日本进口来源多从这两个国家。 日本的企业用投资或者是买股份的形式这这两个国家拥有很多资源，这样 也可以弥补一些国家本身的不足，从而的到长远的发展。日本除了对这两个国家进行投资或者是

18、买股权，还对很多国家分布全 球，参股，战略合作，合资等，这样能更好的分散风险，降低成本，可以 分享世界经济成长的果实，得到稳定发展。为了能更好的融入市场，日 本也调整了进出口结构，进口一些低档一般的原料，通过本国先进工业加 工水平进行加工，相当于从毛胚到成品的过程，出口世界各国，从而获得 非常丰厚的利润。就利用这样的产业链日本已经处在世界上游，加上前面 所说的对各国投资、战略合作等，达到利润最大化同时也可以打击对手的 目的。国内发展现状我国H型钢的生产起步较晚，直到上世纪90年代马钢才能生产出 0.2m以下的小型H型钢，由于生产力不强无法完成量化生产，直到1998 年才完成这个目标。现在通过国

19、家统计句数据来说明04到14年这10年 间钢铁的发展如图14。产量：万吨图11 2004-2014年中国型钢产量走势图哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -在通过04年到14年这10年我国H型钢细分品中产量统计如表l-lo表2004-2014年我国H型钢主要细分品种统计（万吨）年份大型H型钢中小型H型钢钢型合计2004 年638.33778.04016.32005 年747.82664.63412.32006 年917.22386.13303.32007 年1014.72839.53854.22008 年894.12953.83847.92009 年947.04118

20、.95065.92010 年946.54251.95198.42011 年1103.84573.25676.92012 年1132.7roz.i5834.92013 年1274.95745.4702032014 年1349.55620.06969.5从总体这10年来看，虽然在偶然存在今年产量不如往年的现象，但是 总的产量还是在稳步提升的，对于品种分析可看出，每个时期对于H型钢 种类的需求也是不同的，都是在为市场做调整，总体来说H型钢的需求在 不断增加。马钢是我国第一个生产H型钢的企业，现加以介绍。马钢公司H型钢厂从国外公司引荐生产技术和设备，一期工程年生产 能力60万吨以生产H钢为主。在H型钢

21、的生产中都是由计算机控制，计 算机控制系统有三级、一级为基础控制级、二级为过程控制级、三级为工 厂管理控制级。总体来说这是一条在我国也可以说是世界上都十分先进的 刚型生产线。它的建成也增强了我国生产H钢的技术水平。图12为马钢 生产的H型钢铁0图1-2马钢生产的H型钢材就最近几年来说我国生产刚型的技术与水平离世界先进水平很接近甚至可以说是能达到。对以后来说进步技术，设备提升已经不是主要目的， 主要是为了满足用户需求才是目的，目前我国刚型型材标准只能满足工业 生产，国外的标准也无法满足我国的标准生产。同时尺寸公差，钢铁化学 成分纯净度，表面质量等各个方面来说，我国与发达国家相比还是有一定 的差距

22、。本课题的研究内容大型H钢翻转提升机构，主要就是为了研究大型H钢的翻转与提升 装置两部分。主要内容有；.查阅相关资料，了解大型H钢翻转提升机构国内外现状、特点、差 距基本确定研究方法及研究思路，撰写开题报告：.做出大型H钢翻转提升机构的总体方案；.计算出大型H钢翻转提升机构的主要参数；.完成大型H钢翻转提升传动系统、电气与液压设计。第2章翻转提升机构的总体设计翻转和提升机构采用形式的确定翻转机构的确定翻转机构的作用是将工件做沿着轴做翻转运动，使工件变换有利位置 更好地进行加工。现在翻转机构有很多类型可以参考，例有头尾架式、 框架式、链式、环式、推举式等，如表2-1所示翻转机构的种类。这些翻 转

23、类型都可以使用在实际不同的生产中，但是在我国还没有对翻转机形式 制定标准，只有头尾架式有系列标准。表24翻转机构种类形式变位速度驱动方式工作特点头尾架式可调机电环形焊缝，运用于轴类和椭圆形焊件，旋转 变位框架式恒定机电或液压用于较长焊件，倾斜变位链式恒定机电用于自身刚度强的工件翻转变位环式恒定机电用于自身刚度强的工件翻转变位，在大型构 件的组对与焊接应用中较多推举式恒定液压用于倾斜变位，装配和焊接在同一工作台上 进行由工作特点分析，对翻转种类的最后三种进行重点分析和选择，作为大型H钢的翻转机构。现在分析这三种形式，选择出最合适的形式。 如下图2-1为采用链式的翻转机构所示。1铤轮2链条3 H钢

24、4支架5张紧轮图24链式翻转机构链式翻转机构由图看出，其结构形式比较简单，因为H钢用链条的支 撑，其优点是价格便宜、来源广泛且已加工，利用链传动运行平稳2缺点 就是链条之间的焊接很麻烦费时间，对焊接和夹具的都是有要求的。环式翻转机构结构形式如下图2-2所示。与链式翻转相比环式翻转机 构得缺点就是在翻转同样的H型钢时，环式翻转机构的结构复杂、体积较 大。有点就是环式机构在翻转大型钢件的效率高。1.拖轮2.支撑环3钝齿轮4驱动装备图2-2环式翻转机构推举式翻转机构结构如下图2-3所示。推举式翻转机构的优点就是， 机构也比较简单，缺点是这种结构翻转的自由度单一，每次翻转都无法回 到原来的位置，需要人

25、工操作复位，所以翻转效率比较低。.翻转匚作台2推拉式轴销3举升液压缸图2-3推举式翻转机构综合分析三种翻转机构的工作特点，最后选择用链式翻转。这样提升 机构选择的问题就解决了。链式翻转机构组成主要由链条、链轮、电动机、张紧轮等组成。链条连接方式也是两种，有片式关节链和环形焊接链。与焊接链做对 比第一种片式的运动平稳且可靠。缺点是片式关节链条的价格比较高、并 哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -且容易生锈和近灰。链条本身优点抗腐蚀性很强，摩擦性能好、且传动机 构尺寸较小。缺点就是链条之间相连的刚度强度很低，在有一定的冲击下 容易损坏、不适用于高速提升。由于翻转机本身在

26、工作中有一定的冲击， 考虑到安全和稳定的，最后选用片式关节链。2.1.2提升机构的确定提升机构分两种；一种为机械式，另一种为液压式。.机械式起升机构包括：(1)绳索卷绕式起升机构；(2)链条卷绕式起升机构。2,液压式起升机构(1)压缸起升机构；(2)压马达升机构。机械式提升机构的应用日下图2-4所示，新型地下垃圾桶就是典型的利用机械式提升机构作 为主要提升方式作出的产物。对于普通的垃圾桶来说，垃圾箱的制作存 在很多不足，一般垃圾都是在地边上堆积很占空间，尤其是对于夏天苍蝇 很多更是有异味，对于城市面貌更是大大减分。它的出现恰恰就是解决这 一问题的它解决了，它的优点就是节省空间且清理方便、成本低

27、、可以减 轻工作人员的工作强度。该提升机构有附件、省力与减速机构。工作人员在清理垃圾时，摇动 手柄使链轮1转动。上升时利用棘轮转动，2摩擦片不发生作用；下降 时，2摩擦片啮合，通过摩擦减小冲击。链轮2转动，链轮2再带动滚筒 5转动，转动将绳绞起来，拉底板5向上升起，垃圾桶放在底板上，底板 上升就可以把垃圾桶提升上去。5(a)新型地下垃圾桶主视图(b)新型地下垃圾桶左视图1 2链轮3.滑轮组4滚筒5底板 图2-4地下垃圾桶提升机构主视图液压式提升机构的应用平行四边形机构在各类液压升降设备被中广泛使用，因为其结构可以 放大工作，但是顶升的工作方式。如图2-5就是利用其结构的特性来设计 的液压式提升

28、机构。1.提升机构2.航标浮筒3清洗刷 图2-5长江航标浮筒清洗装置1 1号液压缸1 2号液压缸3.提升滑块 图26机构运动简图工作臂上有很多刷子，通过刷子的工作臂在轨道上下运动和自身摆动 这样就可以清洗浮筒。工作臂的上下运动由液压缸的提升机构来带动。如 图26机构运动简图可看出，工作臂连接在滑块，平面运动构型为四边 形，可以稳定工作。装置由滑轮引导在轨道中上下升降，滑块在垂直中心 线上运动，这样可以使两液压缸实现机械同步。平行四边形提升机构优点就是构造简单、结构紧凑。液压提升机构多 用此机构实现升降。种提升机构的比较机械式提升机构的执行构件通常选择钢丝绳滑轮组，特点为提升范围 比大适用于大型

29、钢件，缺点是提升结构复杂。也有齿轮齿条组合，但这种 组合只适用于提升小型钢件。液压式提升机采用的动力源是液压，用液压缸进行提升。其运行平稳 并且使用寿命很长，但是由于是液压式需要用到油液，油液容易随温度变 化并且如果密封不好还容易出现泄露等等一些问题。机械式提升机构的提升方式为提拉式，而液压式提升机构的提升方式 为推举式。都有优缺点当然还需根据工作环境及要求选取。从本次研究的 课题角度出发，考虑到液压式提升机构的装置重量和体积相对于机械式来 说更轻也更小，并且更耐冲击，结构也简单。前提是相同功率驱动，还是 选择液压式提升机构。H钢翻转的工作原理工件在链条上最开始的状态如图2-7o重心在AB中间

30、，当链条转动 的时候。链条顺时针转，重心慢慢偏离B点，靠近A点，因为翻转钢件如图2-8 (a)重心G偏在A的右侧，如果翻转H型钢，就需要一个 滚转力使重心偏在A点的左侧，来使H钢继续翻转。如图2-8 (b)此时重心G在A的左侧，惯性使工件继续翻转，如果 想要停止翻转，需要一个阻止力需要大于惯性力，如果需继续翻转，需要H钢的惯性力大于阻力矩，这样使H钢的重心G逐渐偏向在A点的左侧，否则H钢翻转将停止转动。链条的摩擦力如果摩擦力足够大，就不换产生大话现象，也不会影响 H钢的翻转。同时要求H钢有足够大的翻转速度来克服打滑现象。但是H 钢与链条的摩擦离大小工作量很大而且很复杂，所以这里就不进行计算 T

31、o(a) H钢重心在右侧(b) H钢重心在左侧图28H钢翻转过程简图大型H钢翻转提升机构的简可以翻转最大的H型钢尺寸的为：18mX6mxi2m,最大能承受的重 量是10吨。现设计大型H刚翻转提升机构的布置见图如下图29。由于到哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -H型钢重量非常重也非常大，单个机构是无法完成提升与翻转，需要两个或者两个以上工作台配合完成此过程。每一个工作台的尺是不同的其中1 与2之间的长度为4m, 2和3之间的长度为7mo个设备间都设计有辐道，每个设备都是相同的只是间隔不同，都配有制动器来控制工作。1. I号翻转架2 II号翻转架3n号翻转架4程道 图

32、2-9大型H钢翻转提升机的布置IISII本章小结本章翻转提升机构的总体设计就是为了解决翻转的形式与提升形式的 选择。通过对翻转机构形式的类型特点与应用的分析最终选择了链式提升 形式。提升形式选择为液压式，最后对翻转提升如何运动做以确定，做了 一卜机构简图，做到了主体确定。第3章翻转提升机构的结构设计链条及链轮的选择设计链条的设计选择1.链条的选择如下图3-1,翻转机构，翻转机构主要由链轮，链条，张紧装置，通 过链条转动使H钢翻转。图31翻转结构简图最开始定链条的转速为0.5m/s,每一个翻转架所承受力是50kN,受力分析如图3-2o图3-2链条受力1050 50a = arctq 50J 10

33、00计算拉力F见式(31)： 1 G 1 50000=34355 N(3-1)r = x= x2 sin a 2 sin 50链条拉力F为34355N。查手册，选择LH0866型板式起重链条。基本参 数如下表31：表31LH0866型板式起重链条参数名称参数相见节距P12.7mm板数的组合6X6最大拉伸载荷Q66.7kN.链条的长度初步确定链条长度;L = J125G+100G = 160111111L, = J105G+100。=145QnmL = 2(L1 +1) = 2x(1601+145() = 6102nm考虑到链轮部分的链条长版没有算入，所以取L为6200mmo.确定链条的节数计算

34、链条节数见式(32)：=坦”=488节a”)r P 12.7取 Lp=490 节。式中：Lp为链条的节数，L为链条的长度，P为链条的节距。链轮的设计选择链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图33。(a)链轮主视图(b)链轮左视图图3-3链轮结构参照下表32链轮基本参数。表32链轮基本参数名称数值(min)计算公式配用链条节距P12.7查手册配用链条的滚子外径dl5.12配用链条的排距Pt6.24Pt=3bo分度圆直径d68V 0.5x60 a = = co mmrai 141x3.14齿数Z1780z = 15.05 取 Z 得 17arcsin d内径dk35/齿顶圆直径da774max =

35、 d 4-1.25p 4 = 78.75 5inmdamin - d+(l-)p - d1- 74.38、】inz齿根圆直径df63df = d - 4 = 62.88nm分度圆旋齿高ha50 8hamax = (0.625+ )p-0.5di = 5.975mm zI = 0-5(p-dj = 3.79mm轮毂厚度h11.5h = k + + O.Old =11.31imn6轮毂长度136L- = 2.6h = 29.9mm轮毂直径dl)58dh = dk + 2h = 5 81nm齿宽bf3.7bf =0.91(2)=3.7856nm表中：v为设计徒速，n为链轮转速，匕常数，50d100

36、Iht k取4 8, bO为链板厚度查机械手册 取 2 08mm o滑轮的设计选择滑轮与轴相连接配合，同时滑轮乂与链轮配合使其转动从而带动大型 H钢进行翻转运动，所以滑轮的设计选择是很重要的。因为链条特殊的布置形式，要设计一个滑轮，这样可以将链条拉紧， 以防链条运动的时候发生接触，这样传动效率会提高很多。滑轮结构形式 如下图34,滑轮设计参数见表33。哈尔滨理工大学学士学位论文- .哈尔滨理工大学学士学位论文- #.图3-4滑轮的结构 表33滑轮设计参数名称数值（min）计算公式D80/轮槽直径D1140D = 5P = 63 5mm轮缘直径D2160D2ndn = D + ly + a=15

37、 74 limn轮缘间宽b30“包=10 免=29.39inm滑轮宽B50/表中：P为锌条的节距，P取12.7mm, b为链条的销轴长，6=取27.99mm, hl为链条的通道高度 hl 12 32mm. d2为链条销轴直径，d2取5 09mm.润滑油的选择由于链条的布置形式比较特殊，选择传动的形式为开式，手工润滑比 较困难。需将链条拆下，定期清洗，清洗的液体就是煤油，等链条的间隙 都被煤油充满后才能安装使用。使用润滑剂可以减少动力传到过程的动能损失，从而提升传动效率。 润滑剂必须要有良好的渗透性，不光是润滑链条，还需要润滑轴与轴套， 他们的间隙很小。还需要良好的粘附性，为了防止高速工作是润滑

38、剂被甩 出。综上所述选择润滑油的睥号为昆仑的L-AN46,全损耗系统用油，因 为它的密封性也很好，也可作为封闭循环系统的润滑油。电机的选择由上一节受力分析得出链条的拉力为F为34295N,得选择出电动机哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文型号见式(33)；P = FV = 34355 x 0.5 = 17177.5W =1.71775kW(3-3)n p 1.71775 IEP 电=2.3kW琏皮 09x0.8式中：够为链条传动效率，取/ =90%, /皮为皮带传动效率，取/皮 =80% o根据手册，选取电动机型号YZ160L-8作为翻转机构的电动机，它的 转速为705r/mi

39、n,额定功率为7.5kWo这种电动机具有的有点就是启动电 流小、可以频繁启动、转矩大。带传动及齿轮的设计及计算皮带传动的设计由电动机选择得出电动机功率P为2.3kW,窄V带传动，按照每天工 作10小时，重载启动且有载荷冲击。.带型的选择根据电动机的转速，705r/min,查手册，选择V带形式为窄V带SPZ。2,确定计算功率Pea计算功率Pea见式(3-4)：Pca=KAP(3-4)式中：Pea为计算功率，KA为工作情况系数。查手册得KA=L4, P为传递 的额定功率。Pca = 1.4x2.3 = 3.22kW3.带轮的基准直径(1)初选小带轮基准直径d”根据V带选择，参考手册，选取小带轮准直

40、径ddi=63mm ,则 dai=67mmo(2)计算带速(3-5)计算带速见式(35)：160 x1000式中：为主动轮的圆周速度，必为主动轮的转速。3.14x63x70560 x10002.32m/s(3)计算从动轮基准直径dd? 设计传动比i=l： 5。哈尔滨理工大学学士学位论文- #-哈尔滨理工大学学士学位论文- -dd2 = 5ddi=5x63=31Snm根据手册第3卷，选取从动轮基准直径dd2=315mm, da2=319mm。4.确定中心距a和带的基准长度Ld初定中心距刖，见式(3-6)：0.7x(ddl +dd2)a0 2x(ddl + dd2)0.7X(63+315) a02

41、X(63+315)264.6 a012OP(至少90)a315-63a al8(P -x57.5 = l 5T1 21513(3-7)(3-8)(3-9)包角满足要求。6.确定带的根数计算带的根数见式（3-10）：z 二(3-10)式中：Ka为包角系数，Kl为长度系数，Po为单根V带的基本额定功率, 根据机械设计手册，Ka取0.92, Kl=1.16, Po=0.68oz =0.68x0.92x1.16= 4.44取z=5根。哈尔滨理工大学学士学位论文- 哈尔滨理工大学学士学位论文- #.确定带的预紧力(3-11)计算带的预紧力见式(3-11)：Fo =0.9x5 0 0-(-l) + mvz

42、v Ka式中：m为V带单位长度质量，v为带速，z为带的根数，Ka为包角系数 Pea为计算功率，查手册得m取0.07kg/m。3 2)Fo=O,9x5OOx x(5x2322.50.92-1) + 0.07x 2.323=215N.计算传动作用在轴上的力计算传动作用在轴上的力见式(3-12)：0-12)12现si.式中：Z为带的根数，Fo为单根带的预紧力，a为主动轮上的包角。Fp =2x5x215x sin 丝= 1999N p73.3.2 V带轮的设计由上节V带轮的转速以及功率，可得出轮采用材料为；HT150铸造。先设计小V带轮，发动机带动小V带轮转动，从而带动皮带转动，皮 带将运动传递给大带

43、轮，带动大带轮转动，这里先设计小V带轮，然后再 设计大V带轮。.小带轮设计计算因为内孔与外空的距离很小，查手册，直径且小于160mm,所以小带 轮采用的结构形式为实心式，因为小带轮基准直径ddW2.5d,结构形式如 图35所示。哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文表3-4小带轮结构参数参数数值(nun)计算公式D32/di58dl=(L8 2)dDd63/Da67/B64B=2fMeL83L=(1.5 2)d甲36/式中：f为第一槽对称面至端面距离，e为槽间距。.大带轮设计大带轮采用的结构形式是；孔板式。轮槽工作面不能有砂眼，气孔。 各轮槽间距的累积误差不得超过0.8。结构形式

44、如图35所示。I图36大带轮结构 大带轮的结构参数如表35。表35大带轮结构参数参数数值(mm)计算公式D45/di90di=(1.8 2)dDd315/Da319/B64B=2fMeL64Bvl.5d时，L=BC11(1/7-1/4 )BDi259/Do174.5Do=O.5(Dl+dl)do50do=(O.2 0.3)(Didi)甲36/式中：f为第一槽对称面至端面距离，e为槽间距。-18-哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -3.33皮带张紧装置的选择因为V带弹性很低且容易变形，运转一段时间后，在预紧力的作用 下，就会产生型性变形使V带松弛，这样预紧力降低，使传

45、动效率降低。 所以，需要一种装置，使皮带始终能处于一定的状态，这样的工作效率就 会变得很高。这种装置就是张紧装置如图37。图3-7摆架式张紧装置常见的张紧装置有定式、自动式或者是采用张紧轮的装置。在大型H钢的翻转提升设备采用摆架式张紧的装置，如图3九只要调 整电动机下方的螺母就能调节带的预紧力，3.4轴的结构设计与校核轴的设计计算系统中有一根主动轴，一根滑轮轴，一根空场链轮轴，现在只对主动 轴进行计算。.线求轴的输出功率P轴轴的转速n和轴的转矩To链条的传动效率n取0.98则；P 折L9992/0.98=2.04kWn 电 7 0 5 .n = - = 1 4iim 11i 5T = 9550

46、 = 955（2 = 138Nmn 141.初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢。根据机械设计手册取Ao=U2,计算cU 见式（3-13）：一2.0411却=27111111 141(3-13)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 d而产 27x1.06= 28.62mm 取(!= 3&nni。,轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案装配方案如图38。(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径与长度为了确保链轮的轴向定位，I处设有螺纹，II处设轴肩，I与H之间 的长度设定为70mm, H与IH之间的长度为50mmo511111110III设轴肩,III与IV的长

47、度为55mm, ID与川的长度为550mm W与V 之间的长度为50mm,考虑这有安装有端盖、皮带轮以及轴承，所以取IV 与V之间的长度为30mm,与VI的长度100mm。V处设螺纹，M42, VI与VII之间的长度为50mm。轴的倒两个角取45半径为R2。A3575. S 73. D图3-8主动轴的结构因为轴承承受径向力作用，滚动轴承选择深沟球轴承。参照工作要 求，由n与HI的距离为50mm,选择轴承型号为6410,该型号尺寸为；50 xiiox3io由于n与m处有端盖又因为厚度的原因，就取其长度为带轮、链轮的周向定位；选择平键联接。查手册的，带轮、链轮与轴的配合；H7/r6o轴的尺寸公差为

48、ni6。.分析轴的载荷分布与弯扭校核强度 (1)由图39可以分析载荷分布。Fr哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文rriTlTlFnv2I nriU I rfn rrnTTrnTTTTm-rrrrtnTn jn 11 ITnTrnnnrTnTnTrrrrrr_(d) d处的载荷图3-9轴的载荷分布d = 21.68由上图看出B处在和最大，现在通过对B截面进行载荷计算如表3-5o表35截面B处的载荷计算载荷水平面H垂直面V支反力FNH1=216O8NFNH2=2409NFNV 1=2243 5N FNV2=2565N弯矩MMH=1385NmMV=1475

49、Nm总弯矩M = J138 +147g =20254111扭矩TT=138Nm(2)按弯扭合成应力校核轴的强度现只校核轴的危险截面B处的强度见式(3-14)：(3-14)式中：d为轴直径，M为轴受的弯矩，T为轴受的扭矩，中为校正系数, 双向旋转中取1, o -中为轴许用的弯曲应力。查手册，查表得o-ip=207MPa:202于+13: d = 21.68 J= 46.4mm50inmV 207危险截面B处釉的强度满足要求。3 4.2滚动轴承的校核计算额定动载荷与基本额定动载荷的大小见式(315)：C = On G p vu(3-15)以01式中：C为基本额定动载荷，P为当量动载荷，4为寿命因数

50、，以为速 度因数，为为力矩载荷因数，冬F1.52 1为冲击载荷因数，行为温度因数Cr为轴承径向基本额定动载荷。因为轴承只承受径向力作用，所以取P和Fr都是25KN。查手册得应取1.26, fix取0.62, 一取L2, 取1.0。C = L26xL5xL2-25 = 91.5KN0.62x1查手册，Cr取92.2KN。所以CVCr,选择型号6410符合要求。343键的校核轴上有两个键，链轮处的键所受力最大，故对此处进行校核。.挤压强度校核计算挤压校核见式（3-16）：?T暝=缶4回（3-16）F kid 式中：T为传递的转矩，k为与轮毂键槽的接触高度，10,511=0.5X8=41111111

51、为的工作长度，圆头平键l=Lb=28-10=18mm, d为轴直径。P键连接的 许用挤压应力。2x138x10s4x18x36= 106.5MPa杳手册，在有冲击载荷的情况下，bp应小于i20MPa。 所以满足要求。.键的剪切强度校核计算键的剪切强度校核见式（3-17）：(3-17)2T式中：T为递的转矩，d为的直径，b为的宽度，为的工作长度，圆头平键1是L和b相减为2810=18mm o2x138x1()336x10 x18= 42.6MPa查手册和表，有冲击载荷时Tp=90MPa0V%故满足要求。3.5本章小结本章主要对翻转和提升机构做出了具体设计。对传动系统、轴、链条 进行了设计与计算，

52、并且也考虑到链条的润滑问题。小带轮采用实心形 式，大带轮采用孔板式。为了解决V带变松的问题选择摆驾式张紧装置 同时也对轴和键进行了校核。哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -第4章翻转提升机构的液压与电气的系统设计机构液压系统的设计液压缸的设计及计算液压传动系统有很多优点，例如：体积小、质量轻容易实现自动化通 用化等。广泛用于工业领域，当前朝着与计算机、微电子技术的结合，实 现高集成化，低噪音的方向发展。液压传动通过液体压力能转换为机械能，从而驱动工作，实现直线往 复运动或者是摆动。液压缸的分类有很多种下面将其进行分类如表4-1,这样能更好的对 其进行分析选择。表41

53、液压缸分类及工作特点液压缸分类液压缸的下级分类工作特点单作用单活塞杆式单向液压驱动，返回行程是利用自重或负载将 活塞推回栓塞式适于做长行程液压缸，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，必须 有足够的刚度伸缩式以短缸获得行程，用压力汕从小到大逐节排 出，靠外力由大到小、逐节缩回双作用单活塞杆式单边有活塞杆，双向液压驱动，两向推力和速 度不等双活塞杆式双边有活塞杆，双向驱动，可实现等速往复运 动伸缩式活塞伸出的顺序式从大到小，空载缩回的顺序相 反组合式弹筮复位式单向液压驱动，由弹簧里复位串联式用于缸的直径受限制，而长度不受限制处，可 获得大得推力增压式大小油缸串联组成，由低压

54、大缸驱动，使小刚 获得高压齿条传动式活塞往复运动，经齿条传动使与之啮合的齿轮 获得双向回转运动根基工作特点分析初步选择双作用单活塞杆液压缸，液压缸的结构形 式如图41。接下来需要计算出缸筒的内径。图4“液压缸结构形式原始数据；H钢重103翻转架重23单个的液压缸所承受的载荷为 （10/2+2）/4=1.75 3行程L=800mm提升速度0.08m/s。查手册，择液压 缸的工作压力为2.5Mpa。.计算液压缸的牵引力F计算液压缸的牵引力F见式（41）：(4-1)F=F研F，针F豺F背一般取 F 产(0.01-0.1) F /a, F 0.1 X 17500=1750NoF值见式(42)：(4-2

55、)gAt式中：G为总重力，g为力加速度，“为度变化量，t为间变化量，1取 （0.01-0.5）秒。17500 x0.08F 归=1429N9.8x0.1F背二0F=17500+1750+1429+0=20679N2,计算液压缸内径、活塞直径计算液压缸内径见式（43）：(4-3)4x20679 -r =0.105m=l 05mm 3.14x2.5x1。查手册，D为125mm。.活塞杆直径在受压时PW5MP情况下：d取（0.50.55） D。d=l 25 X 0.5=62.5mm查手册，d=63mm0.缸筒长度L以及其它部位尺寸缸筒长度L以及其它部位尺寸如图4-2o哈尔滨理工大学学士学位论文- 哈

56、尔滨理工大学学士学位论文- _ HA| 20D 800 125 s 一+ =+=102.5mm2202取 H=103mmo活塞宽度8= (0.6-1.0) D 取B=0.8X125=100mm。导向套滑动面长度A ,当D80mm时A= (0.6-1.0) do取 A=0.6X 62.5=37.5mmo隔套 C=H0.5 (A+B) =103-0.5 (100+37.5) =34.25 mm。取 C=35mmo5.缸筒壁厚及其验算查手册选取缸筒外径为;5 =-146mm o(146-125) =10.1mm壁厚校核D 125=0.081mm6 NPm”。(4-4)=0.080.3可用下列公式校核

57、见式(4-4)：233匕”式中：P而为最高工作压力，PnFL5X2.5=3.75Mpa,为许用应力, 6 =5b/n, 6b为拉强度,ri安全系数一般取3.55。缸筒材料选为35号缸，6 b=540MPa, n取4。Pm”D3.75 x 0.125 八八八一 1- =0.0017m=1.7mm6 =540/4=135MPa2.3b - 3Pmax 2.3 x 135 3 x 3.75 1.7mm壁厚晶版合格。.缸底、缸盖设计及计算哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -（1）缸底采用焊接方式，如图43。(4-5)(4-6)为焊接效5 =3.14x420143(0.146

58、2-0.1362 )x0.7xl0-6=13MPa图43缸底连接方式510,43302式中：D?为计算厚度处直径，取D2=105nun,3120433 X105 X J=6.2mm135焊缝应力计算见式（46）：3=xlO6 5 n焊接强度可靠。（2）缸盖采用外螺纹连接,如图44c摞纹处拉应力见式（47）：(4-7)6 =-x 10-6 N/mm2螺纹处剪应力见式（48）：哈尔滨理工大学学士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文乎X1O6 N/mm 0.2(-D3)(4-8)式中：F为最大推力，D为内径，do为纹外径，di为纹底径，K为螺纹系 数，一般取1.251.5, K为纹摩擦因数一般取0.0

59、70.2,选择Ki=0.12。摞纹使用M140X4普通螺纹，查手册di=135.670mm。工 1.35x201431 一 ct/ 26 = 12.45N/mm竽 X （135.672125。）0.12xl.35x20145dn螺纹强度满足要求。4.1.2液压系统的原理及元件选择1.液压系统的原理图系统设计时共有15个液压缸，有3个液压缸作用是制动，其他分三组 翻转机构，每次由两组完成工作，由两位两通换向阀来完成翻转提升液压哈尔滨理工大学学士学位论文- -哈尔滨理工大学学士学位论文- -为了方便理解液压系统各部分作用，用其以表格形式分析各部分作用, 如表42。表42液压系统各部分作用序号名称作

60、用1过滤器过滤掉液体中的杂质，降低油液污染，保证系统正常工作2液压泵向容积泵输入压力油，使泵转动，输出转矩，成为液压马达3,溢流阀控制系统压力基本恒定，实现限压，稳压或调压4,7,8换向阀控制油路的通与断，相当于开关5减速阀降低与稳定系统中磨一支路的油液压力6, 9单向阀使油液只能延一个方向流动，不许反向倒流10调速阀使液压缸流量恒定，油液与共有压力保持不变，使变量泵与液 压缸流量匹配11, 12液压阀执行元件，使机构运动2.液压元件的选择根据系统的工作情况，将液压元件列入下表43。表43翻转提升机液压系统的元件型号序号元件名称额定 压力 MPa额定流量L/miii型号规格说明1过滤器0.07