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遠 程 與 繼 續(xù) 教 育 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 設 計 棒材車間上料區(qū)上料臺架設計 學習中心 內(nèi) 蒙 古 學 習 中 心 學 號 090F27143004 姓 名 楊 萬 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師 曹 雪 林 2016 年 9 月 25 日 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 1 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院 本科畢業(yè)論文 設計 指導教師指導意見表 學生姓名 楊萬 學號 090F27143004 專業(yè) 機械設計自造及其自動化 畢業(yè)設計 論文 題目 棒材車間上料區(qū)上料臺架設計 指導教師意見 請對論文的學術(shù)水平做出簡要評述 包括選題意義 文獻資料的掌握 所 用資料 實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性 寫作規(guī)范和邏輯性 文獻引用的規(guī)范性等 還須明確 指出論文中存在的問題和不足之處 選題符合本專業(yè)方向 以生產(chǎn)實際中的問題作為切入點 具有一定的實用性 本篇論文撰寫格式 圖標注及內(nèi)容等符合地大本科論文撰寫要求 內(nèi)容敘述條理清 晰 層次分明并具有一定的邏輯性 語言表達較為流暢 重點突出 公式 文獻 圖的引入恰當 準確 計算部分嚴謹 規(guī)范 正確 文章整體完成效果良好 不足之處 表標注欠缺 臺架設計的使用效果說明或分析文中未涉及 對文章 敘述的完整性略有影響 指導教師結(jié)論 合格 指導教師 姓名 曹雪林 所在單位 呼和浩特職業(yè)學院 指導時間 2016 7 10 10 3 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 2 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院 本科畢業(yè)設計 論文 評閱教師評閱意見表 學生姓名 楊萬 學號 090F27143004 專業(yè) 機械設計自造及其自動化 畢業(yè)設計 論文 題目 棒材車間上料區(qū)上料臺架設計 評閱意見 請對論文的學術(shù)水平做出簡要評述 包括選題意義 文獻資料的掌握 所用資料 實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性 寫作規(guī)范和邏輯性 文獻引用的規(guī)范性等 還須明確指出論文 中存在的問題和不足之處 論文選題符合本專業(yè)培養(yǎng)要求 以生產(chǎn)實際中的問題作為切入點 具有一定的 實用價值 論文對棒材車間上料區(qū)上料臺架進行了設計 首先分析了平面四連桿機 構(gòu) 分析了受力情況 確定了動梁截面尺寸 然后進行了機架的設計與計算 對焊 接設計和傳動部分進行了探討 最后對進行了總結(jié) 論文結(jié)構(gòu)完整 層次比較清晰 論述詳實 語言表達較為流暢 重點突出 格式基本符合規(guī)范 論文基本符合本科 畢業(yè)設計的要求 修改意見 針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見 評閱成績合格 并可不用修 改直接參加答辯的不必填此意見 請按批注進行修改 畢業(yè)設計 論文 評閱成績 百分制 81 評閱結(jié)論 同意答辯 同意答辯 不同意答辯 修改后答辯 評閱人姓名 李昌平 所在單位 中國地質(zhì)大學 武漢 評閱時間 2016 10 17 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 3 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 本人所呈交的本科畢業(yè)論文 棒材車間上料區(qū)上料臺架設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究工作所取得的成果 論文中引用他人的文獻 資料均已明確注出 論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨立完成 不包含他人成果及使用 過的材料 對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意 本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學術(shù)道德和學術(shù)規(guī)范 沒有侵權(quán)行為 并 愿意承擔由此而產(chǎn)生的法律責任和法律后果 論文作者 簽字 楊萬 日期 2016 年 9 月 25 日 Comment A1 錯別字 Comment A2 摘要應當是對論文重 點工作的提取 建議修改 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 4 摘 要 上料臺架是冶金行業(yè)中的重要輔助設備 本次設計是包鋼帶鋼廠熱軋帶鋼間上 料區(qū)的上料臺架 它的作用是將原料按工藝要求從一端送到另一端的其它設備上來 滿足工藝的要求臺架是冶金機械行業(yè)中最重要的輔助設備之一 他的作用只要是將 原料成品鋼材按工藝要求從一端移送到另一端的其它設備上 以滿足生產(chǎn)工序的要 求 臺架主要有倆部分組成 即動臺梁和靜臺梁 一般動臺梁是步進式形式 其運 動過程為從倆臺梁在同一平面是開始 隨著動梁的運動將鋼料從靜臺梁托起 向前 步進一個行程后料再一次放在靜臺梁上 然后重復上述動作 這樣料被一步步向前 推動實現(xiàn)了從靜臺梁的始端移至末端的其它設備上的功用 挑料臺架為步進式結(jié)構(gòu)形式 這種形式具有結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 效率高等優(yōu) 點 所以在生產(chǎn)中起到了重要作用 我的設計重點是進行機構(gòu)軌跡的分析 從而還對其進行受理分析 并著重進行 了底座的設計以及焊接工藝的探討 最后作為整體的設計簡述了傳動部分本文對挑 料臺架的機構(gòu)形式和運動軌跡進行了分析 對臺架各構(gòu)件的相對位置和桿長的選擇 對軌跡的影響進行了討論 從而為生產(chǎn)實踐中優(yōu)化設備 解決設備的現(xiàn)存問題提供 了思路 關(guān)鍵詞 臺架 機構(gòu) 設計 傳動 計算 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 5 目 錄 一 緒 論 6 一 設計的背景 7 二 機構(gòu)的簡述 8 二 平面四連桿機構(gòu)分析 11 一 平面四連桿各桿長的確定 11 二 機構(gòu)的自由度及運動軌跡 13 三 機構(gòu)的運動學分析 15 三 受力分析及動梁截面尺寸的確定 16 一 分析載荷形式 16 二 受力分析 18 三 動梁截面尺寸的確定 24 四 機架的設計與計算 28 一 機架概論 28 二 機架的設計 29 五 焊接 39 一 設計焊接結(jié)構(gòu)時的考慮因素 39 二 焊接符號及應用 39 三 焊接材料 41 六 傳動部分 42 一 簡介 42 二 電機的分類及選擇 42 三 YZR 型電機說明及選用電機各符號說明 42 四 減速器說明及選擇 43 五 傳動軸的結(jié)構(gòu)設計及校核 46 六 初選聯(lián)軸器和軸承 51 結(jié) 論 54 致 謝 55 參考文獻 56 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 6 一 緒 論 臺架是冶金機械行業(yè)中最重要的輔助設備之一 他的作用只要是將原料成品鋼 材按工藝要求從一端移送到另一端的其它設備上 以滿足生產(chǎn)工序的要求 臺架主 要有倆部分組成 即動臺梁和靜臺梁 一般動臺梁是步進式形式 其運動過程為從 倆臺梁在同一平面是開始 隨著動梁的運動將鋼料從靜臺梁托起 向前步進一個行 程后料再一次放在靜臺梁上 然后重復上述動作 這樣料被一步步向前推動實現(xiàn)了 從靜臺梁的始端移至末端的其它設備上的功用 挑料臺架是包鋼帶鋼廠熱軋帶鋼車間上料區(qū)的主要設備之一 它與一般的臺架 的區(qū)別是 挑料臺架在一般的靜梁上進行改造 使得臺架具有了挑選料中的廢料及 處理廢料的功能 他的一般臺架作用的發(fā)揮是當上料發(fā)生故障時 可代替上料臺架 的工作 將坯料移動到輥道上 他的挑料作用是將停在挑料臺架前輥道上的單雙根 廢料按待處理和絕廢兩種情況分別收集 當臺架正方向工作時 待處理鋼坯返回臺 面上 當臺架反方向工作時 將廢絕坯送入輥道另一側(cè)的收集槽內(nèi) 挑料臺架為步進式結(jié)構(gòu)形式 這種形式具有結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 效率高等優(yōu) 點 所以在生產(chǎn)中起到了重要作用 Comment A3 加 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 7 1 動梁裝配 2 定梁裝配 3 傳動裝置 圖 1 1機構(gòu)布置 一 設計的背景 這次設計是技術(shù)改造項目 是對原包鋼鋼鐵公司帶鋼廠挑料臺架進行改造 進 過對原有設備的使用 發(fā)現(xiàn)有以下幾個突出的問題 1 工藝方面原有的機構(gòu)動梁采用階梯式的形式 加工復雜 熱處理性能不好 不能適應磁盤吊上料的要求 2 機構(gòu)設計沒有考慮零件跟換維修的方便和簡單的要求 出現(xiàn)了故障維修時 人需要仰臥著進行維修 氧化的鋼渣堆積而難于處理 3 最重要的是原有機器在凸輪與連桿之間結(jié)構(gòu)如圖 1 2 所示 圖 1 2 凸輪與連桿的鏈接圖 這種導向輪支撐結(jié)構(gòu)用四個導向輪包圍在偏心輪周圍 形成四條接觸線 從機 械原理可知 這種接觸為高副由于上料臺架的臺面上需要承受大的負荷 并且上料 1 導向輪 2 偏心輪 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 8 過程中的沖擊都在直接作用在支撐面上 雖然線接觸不能滿足這種惡劣的工況 實 際中也出現(xiàn)了像導向輪軸承擊碎 導向輪的小軸斷裂或卡死和結(jié)構(gòu)復雜 檢修 拆 裝繁瑣等問題 車間內(nèi)不得不在添置一臺機器做備用 這次設計主要針對這一問題 進行設計改造 這三個問題依次的改造方案是 a 將階梯形式改為直梁 工字梁 這樣在現(xiàn)有使用磁盤吊的情況下 可以方便 地將鋼坯排列整齊 也沒有了階梯式時 鋼坯從上下臺階落下時的沖擊 加工也簡 單化 b 給土建提出基礎(chǔ)要求 可以再適當?shù)牡胤皆O置滌墾 使人便于維護及氧化質(zhì) 的清除 c 可采用滑動軸承式 見設計圖 既滿足所以的要求 也解決了上面所有的問 題同時臺架的壽命也增加了 二 機構(gòu)的簡述 機構(gòu)是一種用來傳遞運動和力的可動裝置 機器則是根據(jù)某種使用要求而設計 的一種執(zhí)行機械運動的裝置可用來變換和傳遞能量物料和信息 機器是有各種機構(gòu) 組合而成的 而機構(gòu)又有帶傳動機構(gòu)齒輪機構(gòu) 蝸桿傳動機構(gòu)是齒輪機構(gòu)的一種 凸輪機構(gòu) 和連桿機構(gòu)等 這次我們采用凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)組成了上料臺架的步 進上料 連桿機構(gòu)具有以下的一些傳動特點 1 連桿機構(gòu)中的運動副一般均為低副 低副倆元素為面接觸 故在傳遞同樣 載荷的條件下 倆元素間的壓強較小 可以承受較大的載荷 低副倆元素間便于潤 滑 故倆元素間不易產(chǎn)生大的磨損 這些條件都能較好地滿足重型機械的要求 此 外 低副兩元素的幾何形狀也比較簡單 便于加工制造 2 在連桿機構(gòu)中 當原動件以同樣的運動規(guī)律運動時 如果改變各構(gòu)件的相 對長度關(guān)系 便可使從動件得到不同的運動規(guī)律 3 在連桿機構(gòu)中 連桿上各不同點的軌跡是各種不同形狀的曲線 特稱為連 桿曲線 而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變 這些連桿曲線的形狀也將改變 從而可以得到各種不同形狀的曲線 我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求 此外 連桿機構(gòu)還可以方便地用來達到增力 擴大行程和實現(xiàn)較遠距離的傳動 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 9 的目的 連桿機構(gòu)也有一些缺點 主要有以下幾點 1 由于在連桿機構(gòu)中運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件經(jīng)行傳遞 因而連桿機構(gòu)一般具 有較長的運動鏈 即較多的構(gòu)件和較多的運動副 所有各構(gòu)件的尺寸誤差和運動 副中的間隙將使連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差 同時也會使機械效率降低 2 在連桿機構(gòu)的運動過程中 連桿及滑塊的質(zhì)心都在做變速運動 他們所產(chǎn) 生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除 因而會增加機構(gòu)的動載荷 所以連桿 機構(gòu)一般不宜用于高速傳動 3 此外 雖然如上所述 利用連桿機構(gòu)可以滿足各種運動規(guī)律和運動軌跡的 要求 但要設計一種能夠準確實現(xiàn)這種要求的連桿機構(gòu)卻是十分繁難的 且在多數(shù) 情況下一般只能近視的的得以滿足 正因為如此 所以如何根據(jù)最優(yōu)化的要求來設 計四桿機構(gòu) 使其能夠最佳的滿足設計要求 一直是連桿機構(gòu)研究的一個重要課題 在實際的機器中 平面四桿機構(gòu)被廣泛的使用 這里給以簡單的介紹 平面四 桿機構(gòu)有曲柄搖桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)三種基本形式 通過改變構(gòu)件的 形式和運動尺寸還可以演化出一些其他形式的四桿機構(gòu) 我們著重來看偏心輪機構(gòu) 的演化 如圖 1 3 所示的曲柄滑塊機構(gòu)中 當曲柄 AB 的尺寸較小時 由于結(jié)構(gòu)的需要 常將曲柄改做為如右圖所示的一個幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤 此圓盤就 稱為偏心輪 回轉(zhuǎn)中心與幾何中心間的距離稱為偏心距 它等于曲柄長 這種機 構(gòu)則稱為偏心輪機構(gòu) 顯然 此偏心輪機構(gòu)與左圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)的運動特性 完全相同 此偏心輪機構(gòu)可認為是將左圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副 B 的半徑 擴大 使之超過曲柄的長度而演化成的 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 10 圖 1 3 曲柄滑塊機構(gòu) 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 11 二 平面四連桿機構(gòu)分析 上料臺架的設計要求是將原料或成品按工藝要求從一端移送到另一端的其他設 備 有兩點具體要求 1 移動為步進式的 將原料從一端抬起 向前一定的距離后 移到另一端 再到下一個行程時重復以上的過程 軌跡稱 口 形 2 要求步距恒定不變 一 平面四連桿各桿長的確定 由以上分析可初步設計四連桿機構(gòu)如圖 2 1 所示 圖 2 1 四連桿機構(gòu)圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 12 1 首先確定平面四連桿機構(gòu)有曲柄的前提是其周轉(zhuǎn)副的存在 1 周轉(zhuǎn)副存在的條件是 最短桿長度 最長桿的長度 其余兩桿長度之和 組 成該周轉(zhuǎn)副的兩桿必有一個桿為最短桿 2 當四連桿的長度滿足桿長條件時有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是周轉(zhuǎn)福而 其余的轉(zhuǎn)動副則是擺轉(zhuǎn)副 2 L1 的確定 由設計的有關(guān)參數(shù) 鋼坯規(guī)格 扁坯 120 250mm 方坯 154 154mm 130 130mm 可知 選定 L1 的長度為 65mm 較合適 這樣可使各種規(guī)格的鋼坯在經(jīng)過一個或 者兩個形成后被移送整個一塊完整的原料 使操作便于手工操作 圖 2 2 搖桿參數(shù)選擇對比圖 L3 的確定 由于連桿的長度很大 所以搖桿的擺動而引起高度方向的變化不 明顯 這會給加工制造 安裝及坯料側(cè)彎很小的彌補 為了最大限度地提高擺桿的 高度 L3 應選最小 但由于結(jié)構(gòu)的限度 取 L3min 260mm 3 L2 和 L4 的確定有結(jié)構(gòu)確定 考慮到動梁和偏心輪之間需要螺栓聯(lián)接 許留一定的距離 取距離為 665mm 螺栓聯(lián)接的要作用是便于更換磨損的零部件 同時比起直接的動梁聯(lián)接 使梁的壽 命延長 綜上所述 挑料臺架的具體尺寸見下圖 2 3 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 13 圖 2 3 曲柄搖桿機構(gòu)的各參數(shù)圖 圖 2 4 挑料臺架的具體尺寸圖 二 機構(gòu)的自由度及運動軌跡 由于在平面機構(gòu)中 各構(gòu)件只做平面運動 所以每個自由構(gòu)件具有三個自由度 每個平面低 轉(zhuǎn)動副和移動副 各提供倆個約束 每個平面高副只能提供一個約束 1 自由度計算 由機構(gòu)的自由度計算公式 F 3n 2 P P lh 計算 F 3 3 2 4 0 9 8 1 其中 F 平面連桿機構(gòu)的自由度數(shù) n 機構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù) Pl 機構(gòu)中低副數(shù) 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 14 P 機構(gòu)中高副數(shù) h 圖 2 5 曲柄搖桿機構(gòu)圖 如圖 2 5 所示是曲柄搖桿機構(gòu)設曲柄 AB 為原動件在其轉(zhuǎn)動過程中有兩次與連 桿共線 這時搖桿 CD 分別處于的這倆個極限位置稱為極位 機構(gòu)在倆個極限位置 之間的夾角 稱為極為夾角 如圖 2 5 所示當曲柄以等角度 W 順時針轉(zhuǎn)過 180 時搖桿將由位11 置 C D 擺到 C D 時其擺角 設所需時間為 t C 點的平均速度為 當曲12 1 柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過 180 時搖桿又從位置 C D 回到 C D 擺角仍讓等于 設21 所需時間為 t C 點的平均速度為 由于曲柄為等角速度轉(zhuǎn)動 而 t t 121221 2 擺角 的確定 因為 L 65mm L 260mm L 5065mm 123 L L L L 得到 L 5260mm 所以 L 5260mm4234 4 計算 角在 AC D 中 AC L L A D L CD L123 根據(jù)余弦定理可得到 ADC 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 15 cos ADC 58 7659 2 2ADC 在三角形 AC D 中 A C L 5065mm C D L 260mm 112 13 AD L 5260mm 4 cos AC D 44 461 221DA ADC ADC 14 2 因為 L 取最大值所以 角工作時偏小所以去 14 因此 當桿 1 給定旋轉(zhuǎn)4 時 機構(gòu)運動軌跡具有唯一性 機構(gòu)的運動軌跡如下 圖 2 6 機構(gòu)運動軌跡圖 從軌跡圖可知 所設計的機構(gòu)滿足提出的兩個基本要求 運動中有部分軌跡不 能滿足要求即出現(xiàn)了失效區(qū) 其長度為 568 23mm 取整后定位 600mm 故動梁的 長度變?yōu)?6600mm 三 機構(gòu)的運動學分析 由布料速度 0 06m s 可知 曲柄端的線速度為 31s10v 6 80m st 由于四桿機構(gòu)的速度比較大 其加速度引起的慣性矩也不很大 故其運動學分 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 16 析可忽略 三 受力分析及動梁截面尺寸的確定 一 分析載荷形式 根據(jù)挑料臺架的實際工作載荷情況 它的載荷分布形式有三種情況 1 作為挑料臺架使用時 一次挑雙跟料 如下圖 3 1 所示 圖 3 1 挑料臺 所以 P 2 1 5 3t 用磁盤吊一次上料后 移動到梁的最左端并放在定梁上時動梁的受力情況如圖 3 2 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 17 圖 3 2 定梁的受力圖 由摩擦力公式 計算摩擦力Nf f 摩擦力 Kg 滑動摩擦系數(shù) N 正壓力 Kg 根據(jù)機械設計手冊 1 中表 1 6 中查的 0 15 由于受均布載荷的作用 所以選最重要的料布在定梁上 截面尺寸為 120X250 中最小尺寸為 b 120mm 可知布料根數(shù) n 1650 b 1650 120 13 75 根14 N 1 5 2t tfN1053 做為上料臺架使用時動梁臺面上為均布的 25t 載荷如圖 3 3 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 18 圖 3 3 梁臺的受載荷圖 考慮到動梁自重的影響若沒跟動梁自重為 1 5t 5166 7kg m 計算均布載荷 q25014q 均 布 載 荷 3 6 由以上動梁承受的載荷情況看 做為上料臺架使用時 動梁受力情況最為不利 故只分析第三種情況下的受力與強度計算 從靜梁上看受力情況要比動梁情況好故 省略靜梁的強度校核計算 二 受力分析 為簡化計算假設一下條件 由于臺架的的布料速度比較小 故忽略動載荷的影響 只做幾種受力情況的靜 力分析 由于連桿很長由搖桿引起的動梁傾斜角度很小 故假設動梁為水平的 這樣假 設引起的誤差很小 1 曲柄搖桿機構(gòu)在圖 3 4 所示位置時的受力情況 25014q 均 布 載 荷 3 6 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 19 圖 3 4 曲柄搖桿機構(gòu)受力情況圖 AB 桿受力 xX 0 向 AB 0 Y 向 Y 對 A 點取矩 0 AM0 65Bm 取 BCD 桿即二桿受力分析如圖 3 5 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 20 圖 3 5 二桿受力分析圖 X 向 X 0 sin140BDN Y 向 Ycos6Bq 對 D 點取矩 0DM 63 65 0BBqXY 取 DE 桿受力分析 因為 DE 桿 為二力桿如下圖 3 6 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 21 圖 3 6 二力桿圖 DEN 求解以上各方程可得 621 3950 786 432 ABDEXkgYNkgMm 2 當曲柄擺到圖示位置時 其受力分析如圖 3 7 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 22 圖 3 7 曲柄受力分析圖 當曲柄擺到最高位置時 梁運動到最高的位置 搖桿離垂直位置的誤差很微小 可以看成是垂直的 這樣可以說當曲柄擺到最高位置時 倆連桿同時垂直 一下的 受力就是在這一段假設下進行分析的 AB 桿受力如圖 3 8 所示 圖 3 8 AB 桿受力圖 xX 0 向 0ABX Y 向 ABY 對 A 點取矩 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 23 0AM 65 ABX BC 桿受力如圖 3 9 所示 圖 3 9 BC 桿受力圖 X 向 BDX 0 Y 向 B6qY 對點 D 取矩 0DM63 65 BqX DE 桿的受力分析如圖 3 10 所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 24 圖 3 10 DE 桿的受力分析圖 X 向 0EDX Y 向 EY 對點 E 取矩 0EM 0 26DX 求解以上方程 可得 203 7 896 5 ABEBDEYkgYkg 由以上倆個特殊位置分析得出結(jié)論 這倆個位置曲柄和搖桿受力情況相差不大 幾在動梁的有效行程內(nèi)受力趨于穩(wěn) 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 25 定只是扭矩 M 發(fā)生變化 而扭矩最大位置為 1 位置時 這時max432 6Mkg 機構(gòu)需要最大的驅(qū)動力矩 而在位置 2 情況時 整個機構(gòu)受力最大 扭矩不起 作用 三 動梁截面尺寸的確定 1 初選 工 型鋼做為動梁的橫截面尺寸如圖 3 11 所示 圖 3 11 動梁的橫截面尺寸圖 計算整個截面對 軸的慣性矩進而求出 工 型鋼梁的抗彎截面系數(shù) W cy 首先確定 的值 即確定型心 cy150460245104201zS mA 因為圖形左右對稱所以 cZ 0 計算慣性矩 即計算型心慣性矩 3 3 32 2 2Z15044154015I 406402 6 m 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 26 抗彎截面系數(shù) W 43ZmaxI6 310 2510my8 圖 3 12 中性軸 y 處的切應力圖 工字型截面梁 其切應力為 若要計算腹板上中性軸 y 處的切應力則 為圖 3 12 所示中畫的 szZ0FS Ib zS 陰影線部分的面積對中心軸的靜矩 0000z220022s 00Z0hhh11S8byy2bb y4FhhI8 可見腹板高度切應力也是按拋物線規(guī)律分布的以 y 0 和 y 分別代入公式 0h2 求出腹板的最大最小切應力分別是 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 27 22s 0maxZ02s0ax0Fhb I88 因為腹板寬度 遠小于翼緣的寬度 b 與 實際相差不大所以認為在腹0bmax in 板上的切應力大致相等 梁強度的校核 按 2 的情況進行剪力圖及彎矩圖的繪制如圖 3 13 所示 圖 3 13 剪力圖及彎矩圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 28 由彎矩圖可知 13160 3kgmaxM 按彎曲強度校核 工 型梁選材料為 鋼 3A 查機 械設計手冊 機械工業(yè)出版社 表 3 3 3 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 s20MPa 取安全系數(shù) S 2 所以 10Pa2maxa3W160 987 MPa2 120 故梁是安全的 max 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 29 四 機架的設計與計算 一 機架概論 在機器中 或在儀器中 支撐或容納零部件的零件稱為機架 故機架是底座 機體 床身 殼體 箱體以及基礎(chǔ)平臺等零件的統(tǒng)稱 1 機架的分類 按機構(gòu)分 梁柱式機架 框架式機架 平板式機架 箱殼式機架 按 制造方法和機架材料分 鑄造機架 焊接機架 非金屬機架 框架式機架又分為 閉框式機架 和開框式機架 非金屬機架又分為 花崗巖機架 混凝土機架 塑料機架 其中平板式機架主要用于水壓機的基礎(chǔ)平臺 機器的底座 金屬切削機床的工 作臺等 2 機架的設計準則 機架的設計主要應該保證剛度 強度及穩(wěn)定性 a 剛度 評定大多數(shù)機架工作能力的主要準則是剛度 例如在機床中床身的剛 度決定著機床生產(chǎn)率及產(chǎn)品精度 在齒輪減速器中箱殼的剛度決定了齒輪嚙合的情 況和它的工作穩(wěn)定性 薄板軋機的機架剛度直接影響鋼板的精度等 b 強度 強度是評定重載機架工作性能的基本準則 機架的強度應該根據(jù)機器 在運作過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大的載荷來校核其靜強度 此外還要校核其疲勞強度 機架的強度和剛度都需要從靜態(tài)和動態(tài)倆方面來考慮 動剛度是衡量機架抗振 能力的指標 而提高機架的抗震性能應該從提高機架構(gòu)件的靜剛度 控制固有頻率 加大阻尼等方面著手 提高靜剛度和控制固有頻率的途徑是 合理設計機架構(gòu)件的 截面尺寸 合理布肋 注意機架的整體剛度和局部剛度的匹配等 c 穩(wěn)定性 機架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題 有些構(gòu)件制成薄壁腹 式也存在局部失穩(wěn)問題穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件 必須加以校核 此外對于機床儀器等精密機械還應該考慮熱變形 機架的結(jié)構(gòu)應合理使熱變形 盡量小 3 機架設計的一般要求 在滿足強度和剛度的前提下機架的重量應要求輕 成本低 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 30 抗振性好 由于內(nèi)應力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應力最小 結(jié)構(gòu)設計合理 公益性良好 便于鑄造焊接和機械加工 結(jié)構(gòu)力求便于安裝于調(diào)整方便修理和更換零部件 有導軌的機架要求導軌面受力合理耐磨性好 根據(jù)機架的不同用途對各項又有所偏重 二 機架的設計 這次設計的是機架底座 屬于平板式機架所涉及的是傳動部分中電機及減速器 底座以及靜梁的底座 由計算可知這些底座主要承受機器自重 因為機器運行速度很低其振動及沖擊 不大 1 類型的選擇 查 機械設計手冊 第 4 卷 機械工業(yè)出版社 表 34 1 42 鑄鐵機架與焊接機 架的特點比較 看重焊接機架結(jié)構(gòu)的高強度 高剛度 重量輕 生產(chǎn)周期短及施工 簡便 應用于單件小批量生產(chǎn)的大中型機架等特點這些底座全部采用焊接機架 2 結(jié)構(gòu)形式的選擇 根據(jù)表 34 1 44 焊接機的結(jié)構(gòu)形式及具體的實際選用板焊接結(jié)構(gòu) 3 機架截面的形狀 由于零件的抗彎扭強度和剛度除了與其截面面積有關(guān)外 還取決于截面形狀 因此合理的確定機架的截面形狀與機架的性能密切相關(guān) 故查表 34 1 11 常見的 截面的抗彎抗扭慣性矩比值 選用工字型截面 4 布肋 肋分為肋板和肋條兩種 肋條只有有限的高度不連接整個截面 肋 板有以下作用 可以提高機架的強度 剛度 和減輕機架的重量 在薄壁截面內(nèi)設肋可以減小截面畸變在大面積的薄壁上布肋可以縮小局部變形 和防止薄壁振動 對于鑄造機架可是鑄件壁厚均勻防止金屬堆積而產(chǎn)生縮孔裂紋等缺陷 做為補 縮通道 擴大冒口的補縮范圍改善鑄型充滿性 防止大平面鑄件上夾砂等缺陷 散熱 如電機外殼上的散熱肋 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 31 查表 34 1 55 焊接操作空間最小尺寸有 H 被焊接件的寬度H12b 500 300 300 肋板高度1b 500 1000 400 400 肋的間距2 1000 500 500 熱處理由于機架的形狀簡單 故采用去應力退火的方法 1 設計動梁底座如圖 4 1 所示 圖 4 1 動梁底座圖 2 各部分尺寸的確定 a 上支撐板得尺寸確定 由動梁支撐座得設計的到座得長寬高依次分別為 430mm 270mm 40mm 座 上的四個孔形成一個四邊形分布 長寬依次為 330mm 170mm 考慮到安裝的方便 工藝美觀以及竟可能接觸全面上支撐板得長寬比支撐座沒邊多出 10mm 即長寬為 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 32 450mm 290mm 而厚度選用一般的 10mm 厚鋼板 由總體布置可知四根動梁的布置并不均勻 兩邊的兩根距離為 900mm 可中 間兩根的距離為 1400mm 所以將靠近的兩根做成一個底座這比起每根梁做一個底 座工藝簡單更加抗擊沖擊 b 與基礎(chǔ)聯(lián)接的鋼板的選擇 這種在機架底部焊接一層鋼板的做法目的是減少加工量根據(jù)距離的遠近我先選 了四塊鋼板做為配合在班上開孔與地腳螺栓聯(lián)接 由工字梁是有焊接而成的故焊接手冊得到在被焊接件 厚度 H 500mm 肋板 高度與間距必須大于或等于 300mm 300mm 取工字梁厚為 30mm 如果依據(jù)手冊 得到的底座高度不太合適故參考以往各種設計中的選用高度和肋板間距以及上下板 得合理間距取值如圖在寬方向上由于寬度為 500mm 宜用兩根鋼板支撐間距為 200mm c 載荷分析 作用在設備上的載荷一般分為三類 基本載荷 附加載荷 和特殊載荷 基本載荷是始終和經(jīng)常作用在機架結(jié)構(gòu)上的載荷 包括自重 Pa 及設備運行時 產(chǎn)生的動載荷 Pd 自重力包括機架的自重力及其上機械設備電氣設備和附加裝置的 重力 例如上料臺架從最高點自由下落到最低點時 將產(chǎn)生動載荷作用應該考慮一 大于 1 的動載荷系數(shù) 2 1 0 d 附加載荷 指的是設備在正常運行時機架受到的非經(jīng)常性作用的載荷 例如 作用在機架 上的最大工作風載荷 雪載荷 溫度變化引起的熱應力及制造工藝所產(chǎn)生的內(nèi)應力 等特殊載荷 設備處在非工作狀態(tài)時機架可能受到的最大載荷或在工作狀態(tài)下機架 偶然受到的不利載荷 例如 機架受到非工作狀態(tài)下的風載荷 試驗載荷 地震載 荷 綜上所述 在這次設計中機器被安裝在廠房內(nèi)并且在高度方向上的尺寸要求不 太大而底座又主要受壓力故只考慮基本載荷即 Pa 和 Pd 加強肋 查 機械設計手 冊 第三版 第 3 卷成大先主編 表 18 3 3 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 33 0wh152 7 6t 選材料為 鋼 查表有3AsN m 23580 70wsht 故可以不配置加強肋 對局部壓應力的地方配適當?shù)募訌娎?1 模型化計算 由于動梁的這一部分位于失效區(qū) 不受料的重力 只考慮自身的影響 其引起 的動載荷因速度不大 重量較輕而忽略 建立數(shù)學模型 力作用在如圖 4 2 所示 的截面 圖 4 2 動梁的力作用圖 3A 0 29 02152 面 積 16m 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 34 2sF 896 578 1N714MPaA 0S S 由 前 面 可 知查 表 得 取此 機 構(gòu) 完 全 滿 足 要 求 圖 4 3 靜梁底座 3 靜梁底座 a 各部分尺寸的確定 靜梁由工字梁組成 為了使作用面積加大 而減小壓強 在靜梁的下底板焊接 一個錐形結(jié)構(gòu) 在再底板上鉆四個 39 的孔 分布在矩形 380 140 的四個角上 底板的尺寸為 480 230 則底座上支撐板焊接一個長寬分別為 420 250 的矩形厚 度參考動梁底座取 10mm 由總體布置可知 靜梁共有無根 并且均勻布置 間距為 900mm 故用一個 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 35 底座來承受所有的靜梁力 這樣集中焊接簡化了加工 底座底板的數(shù)目由總長 3960mm 均勻合理取值 共選用了六塊鋼板 焊接完 成后在其上鉆孔與地腳螺栓聯(lián)接 由上面動梁底座的設計可知肋板主要用于局部壓應力的地方 故選用五塊肋板 支撐在上支撐板得中心處 兩邊共有十塊肋板 工字梁由焊接而成 其設計同上面的設計載荷分析 作用在梁上有料和梁的自 重 料落在靜梁上的沖擊 同上 機器可以不考慮附加載荷及特殊載荷 b 落下料的沖擊 因為動梁上各點的高度距離靜梁是時刻不同的 故各處產(chǎn)生的沖擊各不相同 若選用最高處的點作為研究對象 就會將問題擴大化復雜化 我選擇了曲柄的長度 作為研究對象 假設所以的布料都在高度為 65mm 的地方下落 落在靜梁這就平 衡了選擇高度與選擇料的多少的問題 簡化計算 由能量守恒定律可知 21mv gh所 以 9 8065 13 s 假設沖擊時間 t 0 01s 則瞬間作用力 Ft mv 所以 F m vt 25 310 2 83 1 N6 c 模型化計算 從力的方面主要考慮沖擊力的作用 建立數(shù)學模型 同動梁相仿 面積 A 250 20 130 20 1 260 1 52 1 20 沖擊力由無根靜梁來承受則對一根靜梁 F F 5 2 83 10 5 66 10 N 65 Comment A4 圖的大小需要調(diào)整 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 36 F A 5 66 10 1 52 10 52 3 72 10 Pa7 37 2MPa 110MPa 所以 靜梁粗慮校核通過 d電機 減速機支撐座詳圖如圖 4 4 所示 圖 4 4 減速機支撐座詳圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 37 電機的底座尺寸 由設計選用 YER200L 6 型電機 查表 23 1 88 得 A 318mm 1 05 B 305mm 1 05 C 133mm 3 0 AB 405mm CA 400mm BB 400mm E 140mm 0 50 E 105mm1 L 975mm LC 1118mm HA 25mm AC 405mm H 200mm 螺栓直徑 M16 重量 274kg 減速機的尺寸確定 由設計選用 ZSY 型減速器 其安裝尺寸查表 16 1 33 有 ZSY280 A 1025mm B 500mm C 50mm m 855mm m 285mm m 430mm123 a 620mm e 120mm h 315mm L 307mm l 82mm L 440mm112 l 200mm 地腳螺栓孔 d 28mm2 3 n 8 重量 750kg 由以上參數(shù)可知 電機與減速器的中心在垂直方向上相差 115mm 這二者的距離較近 所以做 成一個整體比較合適更重要的是整體較容易這二者的配合 由于采用的是撓性聯(lián)軸 器對聯(lián)接的要求不是很嚴格 則可以固定底座的孔的距離來保證安裝配合這樣底座 就形成了階梯式的 主焊板得確定 從上面的數(shù)據(jù)知道電機與減速器的總重量慮大于 1 噸 在從前面的動梁和靜梁 底座的設計經(jīng)驗可知 決定主板的由兩根鋼板沿著電機和減速器的中心線垂直放置 其他各處合適的選用鋼板做肋板要力的分布較合適即可 鋼板本來就依據(jù)上面取 20mm 厚但由于減速器上的孔與電機底座的底板的某一處不合適 如果不變原方案 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 38 則簡單的方法是將板厚減小另一種方法是不變厚度 但這二者交叉部分的肋板較難 布置 很難有整體的和好的布置 所以選擇減板厚為 15mm 另外根據(jù)表 21 1 46 扳手的合理空間選用仍有兩處螺栓無法安裝 解決的辦 法是倒置安裝 因為電機和減速器不是經(jīng)常拆卸的部件 這樣不會帶來問題 具體 的設計見圖中 與基礎(chǔ)的配合 整個底座由一塊鋼板組成 為了減小加工面并結(jié)合肋板的加工位置和方便安裝 等原則由四塊榨鋼板條來支撐整個的重量 受力分析與校核強度 同上面兩種底座一樣這個底座同樣主要受壓簡單的計算強度如下 先計算電機的底座是否合格 電機支撐在十字肋上 其截面如圖 4 5 所示 圖 4 5 電機支撐在十字肋上截面圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 39 所以面積 A 0 42 0 015 0 418 0 015 0 015 1 2 10 2 力 F 274 9 8 2685 2N 所以 0 22MPa 強度滿足要求 FA2685 10 減速器底座的截面如圖 4 6 所示 圖 4 6 減速器底座的截面圖 所以面積 A 1 124 0 015 0 2525 0 015 6 3 96 10 2 力 F 750 9 8 7350N F A 7350 3 96 10 2 0 19MPa 滿足強度要求 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 40 五 焊接 這次設計中多次涉及焊接內(nèi)容 所以這里專門提出來 淺顯地學習這方面的基 本常識 一 設計焊接結(jié)構(gòu)時的考慮因素 1 焊接性 焊接性是指在采用一定的焊接工藝方法 工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式 條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度 鋼的可焊性是相對的碳鋼的含碳量 0 25 合金鋼的含碳量 0 18 碳當量 0 45 的各種鋼材焊接性良好 2 結(jié)構(gòu)剛度和減振能力 采用焊接結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設計時必須考慮剛度和振 動 必要時在設計中應該采取增大剛度提高減震能力的措施如合理的布置加強肋 3 應力集中 因為焊接結(jié)構(gòu)截面變化大 過渡區(qū)較急陡 圓角小 故應該 考慮應力集中的問題防止造成裂紋而破壞 除這些之外 焊接殘余應力和變形接頭性能的不均勻和焊接缺陷等均應該考慮 二 焊接符號及應用 它是有基本符號和指引線組成 必要時加上輔助符號 補充符號 焊縫尺寸符 號 焊縫尺寸的標注原則 如圖 5 1 所示 圖 5 1 焊縫尺寸的標注原則 1 焊縫橫截面上的尺寸標在基本符號的左側(cè) 2 焊接長度方向尺寸標在基本符號的右側(cè) 3 坡口角度 坡口面角度根據(jù)間隙等尺寸標在基本符號的上測或者是下側(cè) Comment A5 圖名的字體不對 圖 沒有居中 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 41 4 相同焊縫數(shù)量符號標在尾部 5 如果焊縫在街頭的箭頭側(cè)則將基本符號標在基準線的實線側(cè) 反過來 如 果焊縫在接頭的非箭頭側(cè) 則將基本符號標在基準線的實線側(cè) 標注對稱焊縫及雙 面焊縫時可不加虛線 下面以具體的例子說明焊接的標注及應用 在動梁 一 的大圖中有這樣的焊接要求 圖 5 2動梁大圖的焊接 由手冊查表 20 2 2 焊縫和接頭形式及特性可知焊接應采用搭接 選用 J 行 焊縫 查表 20 2 7a 焊縫坡口的基本形式與尺寸 30 選用帶鈍邊雙 J 型坡口 有 10 20 b 0 3 p 2 4 R 6 8 取 15 2mm H 23mm b 0 h 0 其標注見圖其余各處的焊接采用角焊縫 由于肋板主要用于增強底座和梁的 剛度 故可以查表 20 2 5取 33 強度焊縫 有焊角尺寸 K 7 94 取中等成本的 Comment A6 圖沒有圖名 圖的大 小要調(diào)整 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 42 45 角焊 由于焊接要求不嚴格 故實際的取值范圍見圖紙中的說明 三 焊接材料 查 實用五金手冊 第六版 祝燮權(quán)主編 選用 J422即國際標準為 E4303焊 條 其應用于焊接較為重要的低碳鋼和同強度等級低的合金鋼結(jié)構(gòu) 其適用電源為 交流和直流都可以從后面的數(shù)字 2 可知它的藥皮中含有 30 以上的氧化鈦 20 一下含鈣 鎂的碳酸鹽 焊接工藝性能良好 電弧穩(wěn)定 熔深一般 熔渣流動性好 脫渣方便 飛濺少 適用于個位置的焊接 對焊條 J422的說明 與焊條 E4303同類的有 E5003也可以混用 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 43 六 傳動部分 一 簡介 前面所說的內(nèi)容主要是一部分的機構(gòu)零件或者是部件 而要實現(xiàn)動梁的運動及 軌跡的真正實現(xiàn) 則需要讓機構(gòu)運動起來 這就是要間接的傳動部分 傳動部分由 電機 減速器軸和凸輪組成 機構(gòu)運動所需的功率和轉(zhuǎn)矩由電機產(chǎn)生 通過減速器 到軸 再由軸傳到凸輪 偏心輪 從而整個機器運行起來 二 電機的分類及選擇 查表 23 1 17 可知道電機的分類 按各種情況有很多類 如按照轉(zhuǎn)子繞組形 式分類籠型和繞線型按照電機尺寸中心高 H 分為大型 630mm 中型 355 630mm 小型 80 315mm 按照防護形式分為 開啟式 防護式 封閉式 等 選擇電機應該綜合考慮以下問題 1 根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電機的啟動 制動 反轉(zhuǎn) 調(diào)速等要求 選擇電機 2 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩 速度變化范圍和啟動平凡程度等要求考慮電動機的溫度限 制過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩 選擇電動機的功率 并確定冷卻通風方式 所選電動機功 率應該留有余量負荷率一般取 0 8 0 9 過大的備用功率會使電機效率降低 3 根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)的電壓標準 和對功率因數(shù)的要求 確定電動機的電壓等級 和類型 4 根據(jù)使用場所的使用環(huán)境條件 如溫度 濕度 灰塵 雨水 瓦斯以及腐 蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護方式 選擇電機的結(jié)構(gòu)形式 5 根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速 和電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求 以及機械減速機構(gòu)的復雜程度選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速 除此之外 選擇電動機還必須負荷節(jié)能要求 考慮運行的可靠性設備的供貨情 況 備品備件的通用性 安裝檢修的難易程度 以及產(chǎn)品價格 建設費用 運行和 維修費用和生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關(guān)系等各種因素 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 44 三 YZR 型電機說明及選用電機各符號說明 YZR 型冶金及起重用的三相異步電機具有較大的過載能力和較高的機械強度適 用于短時或者斷續(xù)周期運行 平凡啟動和制動 有過載及有顯著振動 沖擊的設備 其絕緣等級為 F 級 適用于環(huán)境溫度不超過 40 的場合 冶金用的絕緣等級為 H 級適用于環(huán)境溫度不超過 60 的場合 防護等級冶金為 IP54 這次選用的是 YZR200L 6 等符號意義說明 如圖 6 1 所示 圖 6 1 YZR200L 6 等符號意義說明圖 四 減速器說明及選擇 1 減速器的分類和選擇方法 1 減速器的分類 減速機是一種相對精密的機械 使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速 增加轉(zhuǎn)矩 它的種 類繁多 型號各異 不同種類有不同的用途 以下是常用的減速機分類 擺線針輪減速機 硬齒面圓柱齒輪減速器 行星齒輪減速機 軟齒面減速機 三環(huán)減速機 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 45 起重機減速機 蝸桿減速機 2 減速器的選擇 減速器是一種非常常用的部件 它一般是選用 另外也可以自行設計 其承載 能力受機械強度和熱平衡許用功率兩方面的限制 選用時首先按照減速器機械強度 許用公稱功率選用 然后校核熱平衡許用功率 2 傳動軸的扭矩的確定 由第二章的分析可知 偏心輪的偏心距為 65mm 首先對動梁作受力分析以確定扭矩 由于動梁自重遠小于物料的重量 故計 算時略去動梁的自重 曲柄 即桿件 位于水平位置時有最大扭矩 所以以此位置的動梁作為分析1l 對象 并將其簡化為水平位置 受力如下 圖 6 2 動梁在水平位置時的受力圖 其中 為均布載荷 q 325109 84 6qNm 0cM 1 1620438 487 70 F 178444 88 321509 F 6N 傳動軸上的最大扭矩 3 31 784 6510 98 172NmT 3 傳動軸的功率確定 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 46 計算傳動軸所需功率 13582 3 9894TnPKw 估算傳動系統(tǒng)的效率 2 式中 聯(lián)軸器的傳動效率 取 0 991 1 軸承的效率 0 9822 則 20 9 80 9413 所以減速器實際輸出功率為 3 984 601PKw 查 機械設計手冊通用手冊 表 32 24 選擇電動機的型號為 250 YZR1M 25FC960nrmp 符號意義說明 Y Z R 250 M 1 表示同一機座和轉(zhuǎn)速下的功率 機座長度代號 S 短 M 中 L 長 中心高 H mm 轉(zhuǎn)子為繞型 冶金起重用 異步電動機 查 機械設計手冊 第五版 第四冊 表 16 2 6 選擇減速器的型號為 實際傳動比2435 ZSYI 34 28i 符號意義說明 ZSY 224 33 5 I 第一種裝配形式 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 47 公稱傳動比為 35 5 低速級中心距 a 224 三級硬齒面圓柱齒輪減速器 減速器是非常常用的部件 它一般是選用 另外也可以自行設計 其承載能力 受到機械強度和熱平衡許用功率兩方面的限制選用時首先按照減速器機械強度許用 公稱功率選用 然后校核熱平衡許用功率 這次設計選用的是 ZSY280 35 5 I 減速器 各符號意義如圖 6 2 所示 圖 6 3 各符號意義圖 五 傳動軸的結(jié)構(gòu)設計及校核 由車間空間的要求 傳動軸的長度超過了三米 如果是一根軸 則安裝和扭轉(zhuǎn) 誤差 引起的不同步誤差較大 故用兩根軸通過剛性聯(lián)軸器來代替 1 軸徑估算 由上節(jié)計算知 軸上功率 42PKw 8 minr3min0pdA 式中 軸徑 m 軸的最小直徑 in 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 48 0A0 395 2n 許用扭轉(zhuǎn)切應力 MPa 其中 和 的值得選擇見下表 0 表 6 1 軸的材料 2350QA 275389CrNiT 45035CrSiMn 81or aMP 15 25 20 35 25 45 35 550A 149 126 135 112 126 103 112 97 選擇軸的材料為 45 號鋼 取 的值為 30 由于軸上的彎矩和扭矩都比較大 aMP 故選取 的值為 125 又因軸上有四個鍵槽 故 0 3min4217 518dm 圓整后取 2 軸的結(jié)構(gòu)設計 因為傳動裝置中的兩根傳動軸在總體中的布置和受力基本相似 所以只說明軸 一的結(jié)構(gòu) 以下是軸一的結(jié)構(gòu)設計 軸二的結(jié)構(gòu)同軸一 圖 6 3 軸一結(jié)構(gòu)圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 49 3 精確校核軸的強度 軸一軸二受力相同 故只對軸一進行校核 圖 3 2 中 處的力 由四個偏心輪共同承受 屬于超靜定問題 簡化之 假設A1F 四個偏心輪的受力相同 則 每個偏心輪初受力 146 2FN 畫扭矩圖 圖 3 2 中傳動軸受最大扭矩 故畫出此時刻的扭矩圖 圖 6 4 軸一扭矩圖 彎矩計算 動梁處于最高位置時 軸受到的彎矩最大 此時的軸一的受力情況如下圖所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 50 A D 圖 6 5 動梁受力圖 圖中 A D 處得 和 分別為軸承座的支反力 為來自動梁的壓力 即每個偏AFDF 心輪所受的力 由前述可知 1 4527 8FN 由力的平衡可以得到 AD A 處的彎矩 0AM 309530950DFF D 處的彎矩 D B 處的彎矩 286 1BANm C 處的彎矩 5035CDF 由此可以得到軸一的彎矩圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 51 圖 6 6 軸一彎矩圖 彎扭合成 選擇軸的材料為 45 號鋼 調(diào)質(zhì)處理 查 機械設計 第八版 濮良貴 表 15 1 有 160aMP 由彎矩圖和扭矩圖可知 軸一的 B 處同時存在最大彎矩和最打扭矩 所以該處為 危險截面 故對 B 處進行校驗 下圖所示為軸一截面尺寸 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 52 圖 6 7 軸一危險截面 查 機械設計手冊 第五版 第二冊 表 5 3 18 取鍵槽尺寸為 452bh 15 0t 所以 軸一 B 處的抗彎截面系數(shù) W 23 2btd 式中 軸的直徑 dm 鍵槽的寬度 b 鍵槽深 t 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得 23 345177 46517 2Wm 進行彎扭校核 2 22 113584 15987 3 486076Bca aaMTMP 左 所以 危險截面的強度符合要求 校核完畢 六 初選聯(lián)軸器和軸承 1 初選聯(lián)軸器 對挑料臺架的整體分析可知 在工作是要求兩根傳動軸同步運轉(zhuǎn) 所以選用剛 性聯(lián)軸器 軸一左端聯(lián)軸器的選擇 計算轉(zhuǎn)矩 1569 72caATKNm 式中 計算轉(zhuǎn)矩 c 工況系數(shù) 查 機械設計 第八版 濮良貴 表 14 1 取 2 3A AK 公稱轉(zhuǎn)矩 TN 則 2 31598 72319 4ca m 查 機械設計手冊 第五版 第二冊 表 6 2 8 選用 GY12 型聯(lián)軸器 軸孔長 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 53 20Lm 12S 軸一右端與軸二之間聯(lián)軸器的選擇 caATK569 7N 查 機械設計手冊 第五版 第二冊 表 6 2 8 選用 GY11 型聯(lián)軸器 軸孔長 20Lm 12S 2 初選軸承 根據(jù)對設備的運動分析可知 軸承在使用時轉(zhuǎn)速不高 不要求特別高的精度 不要求自動調(diào)心 受徑向和軸向聯(lián)合載荷 以徑向載荷為主 所以選用軸承類型為 圓錐滾子軸承中的雙內(nèi)圈雙列圓錐滾子軸承 綜上所訴 初選軸承型號為 352132 內(nèi)徑 寬度160d 180B 3 軸承的校核 初選軸承型號為 352132 設備使用情況為間斷使用 查 機械設計 第八 版 濮良貴 表 13 3 取軸承的預期計算壽命為 10hL 查 機械設計手冊 第五版 第二冊 表 7 2 92 該型號軸承的參數(shù)為 基本 額定載荷 872rCKN 120or 36e1 9Y2 801 Y 質(zhì)量 mg 計算軸承的當量動載荷 P ptrafXFY 式中 載荷系數(shù) 查 機械設計 第八版 濮良貴 表 13 6 取 1 5 pf 溫度系數(shù) 查 機械設計 第八版 濮良貴 表 13 4 取 1 tf tf 純徑向載荷 44611 22 rFrFN 純軸向載荷 遠小于 可估算得 a r 0 36arFe 徑向動載荷系數(shù) 查 機械設計 第八版 濮良貴 X0 36areF 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 54 表 13 5 取 1 X 軸向動載荷系數(shù) 查 機械設計 第八版 濮良貴 Y0 36arFe 表 13 5 取 0 由以上數(shù)據(jù)可算得軸承的當量動載荷 1 461 20691