运输集装箱装卸车设计

本科论文目录摘要 图3.2电动机选型图3.2传动设计机械的传动方式有很多种，带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点[15]。综合考虑皮带低廉的价格，加工方式简单，安装方便，所以本次设计采用皮带传动。传动选择V带传动，因为本次集装箱装卸车需要较大的传动比又因内部空间较小所以选择结构紧凑的V带，并且V带的标准化也易于制造。（1）选择V带带型现在已知电机型号的功率P=1.2KW，转速n=2000r/min。电机每天工作时长不大于8h。根据已知的电动机参数，对往复活塞式装卸车的传动进行设计。确定计算功率：计算功率的PCa是根据传递的功率P和带的工作条件来确定的（3-1）式中：PCa是计算功率，kW；KA是工作情况系数；P是所需传递的额定功率，如电动机的额定功率或名义的负载功率，Kw[11]。选择V带带型：表3.1V带设计工况系数KA工况KA重载启动空、轻载启动每天工作小时数/h＜1010-16＞16＜1010-16＞16载荷变动最小液体搅拌机1.01.11.21.11.21.3装卸车属于轻载启动，所以工况系数KA为1.0根据计算所得：表3.2普通V带轮直径系列（2）确定带轮的基准直径dd并验算带速v当带传动的功率和转速一定时，减少主动轮的直径，可以有效降低带速，但是这样就导致单根带的传递效率下降，过小就导致带的弯曲应力加大。基准直径dd50566371758090100112槽型Z外径da54606775798794104116图3.3普通V带选型图带速过高，将会降低带的使用寿命，带速过低，则单根V带的传递功率减少。验算带速v的大小：（3-2）（4）计算大带轮的基准直径本次设计的往复活塞式装卸车的每分钟的工作周期为800次，所以大带轮的转速为800r/min系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。（3-3）式中n1和n2主动轮和从动轮的转速，r/min。（3-4）根据带轮的基准长度取值标准，大带轮的基准直径标准值为180mm。（5）确定窄V带的中心距和基准长度Ld根据一般初选带传动的中心距范围：（3-5）本次设计尽量让机器整体的尺寸缩小，所以中心距尽量取较小值根据带的基准长度计算公式：（3-6）根据带的基准长度计算实际中心距a[17]。（3-7）为了考虑带轮的带动弹性、代偿的误差、制造误差、以及因带的松弛给出中心距的变化范围如下：最小的中心距amin（3-8）最大中心距amax（3-9）（6）验算小带轮包角a1我们通常让小带轮上的包角a1小于大带轮上的包角a2，小带轮上的临界摩擦力小于大带轮上的临界摩擦力。打滑通常发生在小带轮上。为了提高带传动工作能力，应使a1≥120°。如图3.4所示图3.4窄V带包角（3-10）因此符合要求。（7）确定带的根数z实际工作条件下与实验条件不同，因此需要对单根V带的基本额定功率予以修正，从而得到单根V带的额定功率（3-11）式中：KL当带长不等于实验规定的特定带长时的修正系数[15]。根据dd1=71mm和n1=2000r/minKa当包角不等于180°时的修正系数当传动比不等于1时，单根V带额定功率的增量。图3.5Z型普通V带基准而定功率和功率增量图表3.3包角修正系数Ka包角a1/（°）180175170165155150145140135Ka1.000.990.980.960.930.920.910.890.88表3.4Z型V带带长修正系数KL基准长度Ld/mm63071080090010001120125014001600型号ZKL0.960.991.01.041.071.081.111.141.54计算V带的根数z。（3-12）取3根。（8）计算作用在轴上的力FP（3-14）式中：a1小带轮包角（9）带轮尺寸设计表3.5V带轮槽截面尺寸项目符号槽型YZAB基准线上槽深bd5.38.51114基准宽度hamin1.62.02.753.5基准线下槽深hfmin4.77.08.714.0槽间距e8±0.312±0.315±0.319±0.3外径fmin67911.5带轮宽±0.6±0.6±0.8±1.0槽间距累计极限偏差BB=(z-1)e+2fz—轮槽数外径第一槽对称面至端面的最小距离dada=dd+2ha轮槽角32°相应的基准直径dd6034°8011819036°6038°80118190极限偏差±0.5°带轮宽B：（3-15）式中：f第一槽对称面至端面的最小距离Z轮槽数e槽间距小带轮外径d1（3-16）式中：dd带轮基准直径ha基准线上槽深大带轮外径d1（10）装卸车传动主要设计结论选用普通Z型V带3根，带的基准长度800mm。带轮的基准直径dd1=71mm，dd2=180mm，中心距控制在a=182-218mm。单根带的初拉力F0=49.54N.3.3轴的计算3.3.1轴的选取曲轴是装卸车极为关键的零件之一，极大程度影响装卸车成品的寿命和可靠性。轴承担周期性的气体压力力矩及惯性力[20]。根据工作性质要求轴将活塞上的气体转变为旋转的动力并传递动力，因此曲轴是公认最为符合条件的轴类零件。3.3.2轴的直径求出轴功率P2、转速n2以及转矩T2。其中功率P2取决于带传动输出功率即输入功率及传动比，带传动效率取常值（3-17）往复活塞式装卸车的计算传动比:（3-18）轴的转速（3-19）（3-20）式中：P2轴上的功率N2转速带传动的传动效率i带传动的传动比T2转矩考虑到生产中的加工工艺及经济性并结合最终的曲轴性能。选取轴材料为40铬（40Cr），调质处理。根据表3.3取A=113,于是初步确定轴的最小直径：（3-21）轴的最小直径表3.7轴常见的几种材料的A0值轴的材料Q235、20354540CrA0149~126135~112126~103112~973.4轴承选取轴承的正确选用对工作性能有着重大影响，影响其中包括使用寿命、费用及维修时间。轴承是我们在机械行业中较为常见的标准件，应用较为广泛，轴承在机械零件中主要起到固定和支撑的作用[21]。在轴承的选取上，一般情况下，通常在与小轴配合上选择球轴承，在与大轴配合上通常采用滚子轴承。对于与小轴配合使用的轴承，轴承中的所有的种类都适合，一般情况下，通常采用深沟球轴承[22]。本次装卸车设计中的轴为曲轴，而曲轴的工作条件复杂受力成周期性变化，所以尽可能选取承载能力较高的轴承型号。本次设计中的轴承在运动过程中仅承受径向载荷，在众多选择中深沟球轴承都适用于本次设计的使用场景，深沟球轴承有以下优点：（1）精度较高。（2）成本低，易于制造。根据本次设计的工作条件以及相关配合轴的尺寸，轴承内圈的尺寸为20mm，工作时轴承的径向载荷=286.8N，轴承转速为787r/min，运动时无冲击，预期计算寿命为20000h，根据以上给定的设备运行情况，选取合适的轴承型号。滚动轴承的当量动载荷;当量动载荷的一般计算公式为（3-22）但是对于仅承受径向载荷的轴承（3-23）按照式（3-23）求得的当量动载荷仅为理论值，实际运行环境中，因为多种因素的影响，（3-24）fd是载荷系数Fr是径向载荷表3.8载荷系数表载荷性质强大冲击1.0~1.2中等冲击1.2~1.8无冲击或轻微冲击1.8~3.0轴承应有的额定动载荷值（3-25）式中：P当量动载荷n转速预期计算寿命指数，球轴承数值为3本次设计的轴承型号，根据计算以及综合考虑具体的使用情况，按照设计手册选择C=9.38KN的6004轴承。4三维建模根据以上计算，我们得到带轮相关的一系列参数，现根据这些数据使用UG进行三维建模，首先UG的建模环境下，使用草图命令，作出如图4.1所示的小带轮草图。图4.1伸缩臂草图示意图我们已经能够得到一个回转体，为本次建模小带轮的基本轮廓，具体如图4.2所示图4.2伸缩臂三维图接着我们在回转体中心利用孔命令建立一个直径与电机直径相等的孔，最后完善键槽等细节，最终得到如图4.3所示的小带轮完整三维模型。图4.3集装箱吊具主架三维图对于大带轮的建模设计参照小带轮建模，对于配合面的距离要保持一致，保证V带在旋转过程中保持在同一平面内，避免因错位导致皮带易磨损造成的传递效率损失，首先建立大带轮模型草图，如图4.4所示。图4.4吊具主架固定草图对草图进行回转操作，我们得到如图4.5所示的回转体，为本次大带轮的基本轮廓，整体回转中心的孔需要与其配合的曲轴直径大小相等。图4.5吊具主架固定三维图由于大带轮的基准直径较大，所以大带轮相应的重量也会增加，为了减轻整体重量，在不影响整体结构强度的前提下，对大带轮做了相应的减重处理。以及键槽尺寸完全按照标准参数进行建模，最终获得大带轮模型如图4.6所示。图4.6大带轮三维图以上为本次往复活塞式装卸车设计的传动部分的建模，还没有涉及到主体部分的建模，以下将详细描述整体结构的建模过程。往复活塞式装卸车的结构主要由活塞、活塞环、气缸、连杆、曲轴、进气阀、出气阀、机体、轴承、端盖等部分组成，其中轴承等零件为标准件，在上边的计算过程中已经进行了选取，在建模的过程中，可以根据轴承型号以及内外圈大小和宽度等数据直接从重用库里进行调取，进气阀与出气阀等为外购件，为能够实现具体功能的部件，在建模过程中可以对其大致的三维外形进行建模。其余部件都需要自己进行设计，有不少于20个非标件部分，结构设计要合理，装配工艺要尽量简单，再设计过程中，尽量使结构更简单，零件尺寸更小巧，材料要根据部件的结构用途等综合选取。首先，对往复活塞式装卸车的活塞进行建模，首先确定本次设计活塞的基本尺寸，在UG中进行建模，本次建模使用圆柱命令得到一个圆柱体，在圆柱体上进行凸台操作，最终得到活塞的大致轮廓模型图，具体如图4.7所示。对于活塞环的具体个数设计，因为在活塞运动过程中，第一道活塞环承受着主要的压力差，而且具体的的压力大小，随着转速的提高，压力差也增高。而第二道活塞环相应的承受压力差就不会太大，随后各级换逐渐减少，所以在设计的时候环数不易过多，环数过多反而会增加气缸的磨损程度，增大摩擦系数，减少活塞运动的传动效率以及降低及其本身的使用寿命。图4.7活塞大致轮廓图我们已经对活塞的基本尺寸进行了初步建模，但是活塞上还具有其他的要素，还需设计与连杆的连接，为了方便加工制造，尽量使活塞部件简单，最终经过设计与建模得到活塞的三维图如图4.8所示。图4.8活塞三维图接下来，我们对与连接活塞与曲轴相连接的部件连杆进行设计，连杆是将回转运动转化成直线运动的重要部件，在设计连杆过程中要注意连杆的结构强度，除此之外，还要注意连杆尺寸，避免连杆在运动过程中与其他部件干涉。我们使用草图命令得到如图4.9所示的连杆草图。图4.9连杆草图最初，对连杆进行设计的时候，考虑在与曲轴连接的位置采用分离设计，经过考虑机器的装配工艺以及回转箱体的尺寸设计，本次对连杆的设计采用一体化设计，而与连杆连接的曲轴则采用分离式设计，能够更好实现机器的装配工艺。图4.10连杆三维图接下来设计与连杆相连的曲轴，曲轴是本次设计的关键部位，采取分离设计，如图4.11所示为曲轴较短一侧。图4.11短侧曲轴三维图在曲轴的加工过程中，在保证工件精度的前提下可以采取焊接的方式，可以有效降低零件的加工难度。图3.15为曲轴较短的一侧，另一侧曲轴则是需要与带轮进行连接，本次设计传递扭矩的是用平键的方式，限制带轮在轴上的轴向运动采取的是螺纹螺母配合。如图4.12为曲轴的另一侧。图4.12另一侧曲轴三维图连接两个曲轴的为一个短轴具体形状如图4.13所示图4.13曲轴连接件三维图曲轴的整体装配效果图如图4.14所示，图4.14曲轴整体效果图接下来设计的是机体，机体是支撑气缸、曲轴连杆机构及其他零部件重量并保证各零部件之间的相对位置正确的本体，是本次设中最重要的部件，用于连接其余各部件的零件。为方便加工，本次设计的机体为规则零件，具体三维模型如图34.15所示图4.15机体三维图与机体相连的还有端盖，起到限制轴承位置，以及保证箱体密封性的零件，图4.16是一侧的端盖示意图。图4.16一侧端盖三维图因为整体装配工艺问题，另一侧端盖不宜采取如上端盖样式进行设计，另一侧端盖的具体模型图如图4.17所示图4.17另一侧端盖三维图轴承套位于机体与端盖中间的部件，轴承套的设计是为了方便机体零件的加工，轴承套主要是用来安装轴承以及用于密封的石墨盘根和盘根顶环，是本次设计较为重要的一个零件。轴承套三维模型如图4.18所示图4.18轴承套三维图关于本次往复活塞式装卸车的其余部件，本文不再做过多赘述，整体设计非标件数量为21件。外购件为2件，其余标准件。对以上的所有零件进行装配，优先加载机体，给机体进行固定命令限制其运动，以机体为连接件，优先连接气缸，依次将活塞、活塞轴、活塞铜套、连杆约束到装配体，再将曲轴与连杆、轴承连接，将其整体约束到机体上，最终将其它的零部件依次约束到装配体上，最终得到如图4.19所示的整体装配图。图4.19零件整体装配图至此，我们已经完成了往复活塞式装卸车的三维建模，为了方便检测整体机器是否干涉，方便观察零件的内部结构图，我们可以使用试图工具栏下的编辑截面选项，零件分别可以在X、Y、Z三个平面进行剖视图，我们可以清晰观察到内部的整体结构。5整体渲染采用Keyshot软件对产品整体进行渲染，分别对部件赋予选定的材料，得到了在中的渲染图。图5.1整体渲染图1图5.2整体渲染图2结论本次设计题目为集装箱装卸车设计，本文主要是进行装卸车的造型设计和传动机构的计算建模，完成的主要内容有集装箱装卸车的结构设计、传动设计以及整体结构设计。为了满足产品的使用要求，做到结构外形尽可能简洁美观，同时降低加工成本，机器的实际操作性强，安全可靠REF_Ref30178\n\h[19]。其中传动设计、结构设计在现有产品的基础上进行合理的优化REF_Ref30178\n\h[20]，在保证工作效率的前提下能够适当的降低各部分部件如带、活塞环的磨损。在该毕业设计中传动部分传动主要为带传动。通过对带传动的计算，我可以掌握到本科阶段所学到的各种设计方法和计算原理，对于我以后高层次的学习甚至是毕业后的工作中有着非常有效的帮助。经过以上步奏，已经基本得到大部分的设计数据，利用UG进行三维建模并装配，利用UG建模，我们可以清晰地了解本次设计的整体结构。并对设计的三维模型进行工程图输出，最终得到一系列的设计文件。参考文献[1]孙志礼,冷兴聚,魏严刚.机械设计[M].沈阳:东北大学出版社,2010.6:46-53.[2]刘鸿文.材料力学[M]北京:高等教育出版社,2011.7:36-37.[3]胡明,交流电动机在烟机设备的应用[J].中国高新技术企业,2013.21:54-5[4]濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2013.[5]周玉丰.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2008.[6]曾德江.机械基础[M].北京：机械工业出版社,2010.1.[7]邱宣怀.机械设计[M],第4版.北京:高等教育出版社,2011.7:257[8]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2007.9:352-360[9]吴宗泽.机械结构设计准则与实例[M].北京：机械工业出版社,2006[10]北京科技大学.工程力学[M].北京：高等教育出版社,2008.1.[11]刘伟,程维明,肖静文.基于改进可行方向法和随机方向法的V带传动优化[J].轻工机械,2014.(3):83-86[12]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：机械工业出版社,2013.12[13]张思婉,宁小辉.浅谈V带传动的设计方法[J].硅谷,2010.12:160[14]林彤,金濯.基于废弃生物质回收利用的粉碎理论及粉碎设备的设计[J].农业装备技术,2016.06:31-34[15]刘伟,程维明,肖静文.基于改进可行方向法和随机方向法的V带传动优化[J].轻工机械,2014.03:83-86+89[16]侯长来.带传动初拉力测定装置的设计[J].计量与测试技术,2005.01:15-17[17]杨黎明,杨志勤.机械设计简明手册[M].北京:国防工业出版社,2008:41-43.[18]罗仕雨,罗洪佳.SF自润滑轴承及其装配[J].现代机械,2011.02:68-70[19]魏奇.一种超低温复合滑动轴承的设计探讨[J].硅谷,2014,14:183+180[20]甘永立.几何量公差与检测[M],上海：上海科学技术出版社,2010.1[21]关慧珍,冯辛安.机械制造装配设计[M].第3版.机械工业出版社,2013.6:66-70.[22]高永祥.零件三维建模与制造[M].北京：机械工业出版社,2011.1.[23]陈国华,程本松.机械传动[M].北京:机械工业出版社,2005.11致谢时光匆匆，短短四年的大学生活转眼即将在这个六月画上一个句号了。现在回头想起自己四年的求学生涯中，在师长、亲友以及同学的支持下，虽然一路走来有苦有甜，但是自己不仅收获到了知识，也在为人处世上收获颇多。本文的完成需要特别感谢指导老师真诚的关怀和细心的帮助，在毕业设计完成期间，老师的严谨态度，敬业精神和开放态度帮助我终身。在论文结束时，我要向老师表示最大的敬意和衷心的感谢。在这次设计中我们也收到了许多学生的无私帮助和热情。在此我们向您致以衷心的感谢！更多的时候，我们需要的只是一个解决方案，一个思路，剩下的就是不断去钻研，去尝试，感谢指导教师帮忙提供的一个又一个宝贵的思路，更要感谢在此期间遇到的每一个人，感谢身边的朋友，有很多时候，也许就是因为朋友的一句话，就会让你斗志满满，每当意志消沉，最想找自己的朋友同学谈谈心，散散心，所以，也要感谢朋友的包容与陪伴，感谢家人的鼓励与支持，在我看来，完成这个作品，顺利毕业，应该就是对身边的人也是对自己最好的交代。

论文的研究方法和手段有哪些

（1）调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。一般是通过书面或口头回答问题的方式获得大量数据，进而对调查中收集的大量数据进行分析、比较、总结归纳，为人们提供规律性的知识。

（一）典型例子

调查法中最典型的例子是问卷调查法。它是通过书面提问收集信息的一种方法，即调查人员编制调查项目表，分发或邮寄给相关人员，询问答案，然后收集、整理、统计和研究。

（二）研究步骤

1.确定调查课题

确定题目时要注意选题是否具有研究的必要性和可能性，同时要注意选题切忌太大，也要避免无意义的重复劳动。

2.制定调查计划

要明确调查课题、调查目的、调查对象、调查范围、调查手段、调查步骤、时间安排。

3.收集材料

收集材料时要尽可能保持材料的客观性，尽可能采取多种手段或途径。

4.整理材料

将收集到的材料进行整理，以便后续总结归纳、形成结论。

5.总结研究

对整理完的材料进行分析、总结、归纳，得出一般性的结论。

（三）特点

调查法相对其他研究方法来说较为耗时耗力，但也有其优势，即获得的一手资料信息真实具体，能够对研究对象有更加准确、清晰的认识。

（2）观察法

观察法是指人们有目的、有计划地通过感官和辅助仪器，对处于自然状态下的客观事物进行系统考察，从而获取经验事实的一种科学研究方法。

（一）典型例子

皮亚杰的儿童认知发展理论就是通过观察法提炼总结出来的；儿童心理学创始人——普莱尔，也是在一次次地使用观察法后，提出了儿童心理学领域中的诸多理论。

（二）研究步骤

1.明确观察对象

在选择和确定研究问题的基础上确定观察者与观察对象。

2.制定观察计划

在观察计划中要规定明确的观察目的、重点、范围以及要搜集的材料。

3.做好观察准备

观察准备是否充分，往往影响观察的成败。

4.做好记录

在观察过程中要时时记录，不放掉任何一个关键信息。

（三）特点

观察法具有拓展人们的感性知识、启发思想等优点，但是由于其强调研究要在自然环境下进行，且不允许掺杂个人的偏见，确为实际操作带来了一定困难。

（3）实验法

实验法是指经过精心设计，在高度控制的条件下，通过操纵某些因素，从而发现变量间因果关系以验证预定假设的研究方法。核心在于对所要研究的对象在条件方面加以适当的控制，排除自然状态下无关因素的干扰。

（一）典型例子

采取实验法的一个典例是罗森塔尔效应的提出，美国心理学家罗森塔尔和L.雅各布森通过对小学生进行“未来发展趋势测验”，发现人们对他人行为的期望通常可以导致他人向期望方向改变。

（二）研究步骤

1.发现并提出问题

2.收集与问题相关的信息

3.作出假设

4.设计实验方案

5.实施实验并记录

6.分析实验现象

7.得出结论

（三）特点

1、主动变革性

观察法与调查法都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象，发现其中的问题。而实验却要求主动操纵实验条件，人为地改变对象的存在方式、变化过程，使它服从于科学认识的需要。

2、控制性

根据科学实验要求、研究的需要，借助各种方法技术，减少或消除各种可能影响科学的无关因素的干扰，在简化、纯化的状态下认识研究对象。

3、因果性

实验是发现、确认事物之间的因果联系的有效工具和必要途径。

（4）定量分析法

定量分析是对事物或事物的各个组成部分进行数量分析的一种研究方法。依据统计数据，建立数学模型，并用数学模型计算出研究对象的各项指标及其数值。常见的定量分析法包括比率分析法、趋势分析法、数学模型法等等。

（一）典型例子

企业管理中时常采用定量分析法，比如企业信用结果的得出，就是采用定量分析法，以企业财务报表为主要数据来源，按照某种数理方式进行加工整理的结果。

（二）研究步骤

1.建立指标

要明确所要解决的问题，针对所要解决的问题，确定收集哪些方面的数据。

2.搜集数据

根据所建立的指标，确定如何搜集资料并付诸实施。

3.分析数据

在收集到一定数量的数据以后，根据一定的目的分析数据间的关系，