轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計-電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計,轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計-電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計,轉(zhuǎn)盤,電動,平車,系統(tǒng),設(shè)計 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 學(xué)號： 2006183923 姓名： 晏力爭 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 指導(dǎo)教師： 陳格平 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求 設(shè)計內(nèi)容：本課題主要是應(yīng)某企業(yè)電氣設(shè)備裝配車間的一條自動生產(chǎn)線要求而確定的電動平車系統(tǒng)共有A、B、C、D四條軌道，兩縱兩橫，電動平車應(yīng)能夠在這四條軌道上自動行駛，換軌通過轉(zhuǎn)盤裝置。電動平車共有十六個工位，只要給出控制，指令平車即可自動行駛到指定工位。根據(jù)任務(wù)的分配主要完成轉(zhuǎn)盤裝置的設(shè)計，以及電動轉(zhuǎn)盤的程序設(shè)計，并且考慮電動平車軌道的鋪設(shè)。 技術(shù)參數(shù)：電動轉(zhuǎn)盤的主要技術(shù)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為0.5r/min，功率0.75KW,轉(zhuǎn)盤直徑為3200mm。軌道的技術(shù)參數(shù)為：兩條軌道的長度為30m。 基本要求：獨立完成設(shè)計內(nèi)容，提交一份按照標(biāo)準(zhǔn)格式編制的設(shè)計計算說明書，不少于50頁，里面包含英文摘要及一篇與設(shè)計相關(guān)的不少于3000個英文詞匯的翻譯資料。另外要提供轉(zhuǎn)盤的總轉(zhuǎn)配圖，軌道安裝圖及其重要零部件的零件圖，圖紙工作量不少于2張0型圖。 二、重點研究的問題 電動轉(zhuǎn)盤傳動方案的設(shè)計以及軌道鋪設(shè)方案的設(shè)計。 三、進(jìn)度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 查閱資料、調(diào)研 一到三周 2 開題報告、制訂設(shè)計方案 四到五周 3 進(jìn)行設(shè)計并畫出裝配圖 六到十周 4 寫出說明書初稿并畫出相關(guān)的零件圖 十到十三周 5 修改和完善說明書以及轉(zhuǎn)配圖與零件圖 十四到十五周 6 答辯 2009年6月 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 設(shè)計參考資料: 1. 《電力拖動系統(tǒng) 》 2. 《電動車輛工作原理》 3. 《電力機(jī)車軌道安裝技術(shù)》 4. 《機(jī)電傳動控制》 5. 《新編實用電工手冊》 6. 《電氣控制與PLC控制技術(shù)》 7. 《機(jī)械設(shè)計手冊》 8. 《機(jī)械零件設(shè)計手冊》等 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文 題 目： 轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計 電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及自動化 學(xué) 號： 2006183923 姓 名： 晏力爭 指導(dǎo)教師： 陳格平 完成日期： 2010-6-2 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計 電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及自動化 學(xué) 號： 2006183923 姓 名： 晏力爭 指導(dǎo)教師： 陳格平 完成日期： 2010-6-2 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學(xué)號 2006183923 姓名 晏力爭 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)的設(shè)計電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 評閱人： 2010年6月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 目錄 摘要………………………………………………………………………………… Ⅰ 第一章 引言…………………………………………………………….............. 1 1 轉(zhuǎn)盤自動生產(chǎn)線簡介……………………………………………………… . 1 2電動轉(zhuǎn)盤簡介…………………….………………………………………….. 1 第二章 電動轉(zhuǎn)盤車設(shè)計…………………………………………………….. 2 1電動轉(zhuǎn)盤機(jī)械設(shè)計………………………………………………………….. 2 1-1 傳動方案設(shè)計……………………………………………………….,..... 2 一 傳動方案簡介………………………………………………………......... 2 二 傳動方案比較及選擇………………………………………………......... 3 1-2 減速機(jī)的選擇………………………………………………………........ 5 一 減速機(jī)的選擇………………………………………………………......... 5 二 擺線針輪減速器原理……………………………………………….…… 6 三 擺線針輪行星減速器使用和特點………………………………….…… 6 四 傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩計算…………………………….…… 7 1-3 設(shè)計過程中的相關(guān)計算………………………………………………... 9 一 齒輪的設(shè)計………………………………………………………….…... 9 二 軸的設(shè)計和校核……………………………………………………........ 14 1） 齒輪軸的設(shè)計和校核………………………………………………….. 14 2） 中心軸的設(shè)計和校核………………………………………………….. 18 三 軸承的壽命計算……………………………………………………........ 22 1） 安裝的齒輪軸上的圓錐棍子軸承的壽命計算……………………….. 23 2） 中心軸上的圓錐滾子軸承的壽命計算……………………………….. 24 2電動轉(zhuǎn)盤電器控制設(shè)計……………………………………………………. 27 2-1 電動轉(zhuǎn)盤程序設(shè)計……………………………………………………... 27 一 地址分配………………………………………………………………… 27 二 梯形圖…………………………………………………………………… 27 三 功能圖…………………………………………………………………… 29 第三章 軌道的選擇和安裝………………………………………………… 30 1 軌道的選擇………………………………………………………………. 30 2 軌道的安裝……………………………………………………………….. 30 第四章 準(zhǔn)確對軌…………………………………………………………….. 32 1 電磁制動器的簡介……………………………………………………...... 32 2 電磁制動器的選擇……………………………………………………..... 33 參考文獻(xiàn):……………………………………………………………………. …. 34 電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 摘 要: 轉(zhuǎn)盤換軌平車系統(tǒng)是工廠車間的一條自動化生產(chǎn)線，通過轉(zhuǎn)盤的換軌作用，實現(xiàn)平車在不同方向軌道上的自動行駛，從而提高工廠的自動化的程度。本文從傳動方案選擇到相關(guān)部件的設(shè)計與校核，較為詳細(xì)地介紹了電動轉(zhuǎn)盤的設(shè)計過程。 關(guān) 鍵 詞: 轉(zhuǎn)盤換軌平車系統(tǒng) 電動轉(zhuǎn)盤 設(shè)計 Abstract: Dial-for-rail flat car system is an automated factory floor production line, through the wheel for the track in order to achieve flat car in different directions automatically track the traffic, thereby enhancing the degree of factory automation. In this paper, a more detailed description of the design process for electric wheel. Key words: Dial-for-rail flat car system; electric wheel; Design 34 第一 章 引言 1 轉(zhuǎn)盤自動生產(chǎn)線 轉(zhuǎn)盤自動生產(chǎn)線是由電動平車在軌道上運動通過自動轉(zhuǎn)盤換軌的全自動自動生產(chǎn)線。轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)是一種全自動化送料系統(tǒng)，利用先進(jìn)的電氣控制技術(shù)來控制系統(tǒng)16工位的送料，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)通過用先進(jìn)的電氣控制來控制平車和轉(zhuǎn)盤的運行，有很多傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)越性能，如具有結(jié)構(gòu)緊湊、斷電自鎖、響應(yīng)速度快、控制精度高、噪聲低、不產(chǎn)生電磁干擾等突出優(yōu)點。 2 電動轉(zhuǎn)盤車 在工廠實際中，往往存在著幾條不平行軌道之間的連接，這時可以使用電動轉(zhuǎn)盤來達(dá)到換向的目的，電動轉(zhuǎn)盤也是本次設(shè)計所要設(shè)計的內(nèi)容。 圖1.1電動轉(zhuǎn)盤車 第二章 電動轉(zhuǎn)盤車設(shè)計 1 電動轉(zhuǎn)盤機(jī)械設(shè)計 1-1 傳動方案設(shè)計 一 傳動方案簡介 方案一： 從電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動首先通過一個減速器減速，再通過一對錐齒輪傳動的換向作用改變運動的方向，最后通過一對圓柱齒輪嚙合運動來帶動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，達(dá)到預(yù)期的目的。 圖2.1 方案一的示意圖 方案二： 選用一個電機(jī)直連的臥式減速機(jī)作為動力的輸入端，再通過一對錐齒輪的嚙合運動轉(zhuǎn)換從減速機(jī)中輸出的速度的方向，并且?guī)愚D(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。其運動示意圖如圖所示. 方案三： 選用一個電機(jī)直連的立式減速機(jī)作為動力的輸入端，再通過一對直齒輪的嚙合運動帶動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，其運動示意圖如圖所示。 圖2.2 方案二的示意圖 圖2.3 方案三的示意圖 二 傳動方案的比較及選擇 從上面的方案中可以看到在方案一中要通過兩級齒輪的傳動，是結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，同時影響傳動的準(zhǔn)確性。在方案二中雖然只有一級齒輪的傳動，提高了傳動的精度，但是臥式減速機(jī)需要水平布置，受轉(zhuǎn)盤直徑大小以及減速機(jī)本身尺寸的限制使得該方案較難實現(xiàn)。方案三中具備了方案二的優(yōu)點，傳動精度較高，同時由于在垂直方向上并沒有限制，可以克服方案二實現(xiàn)中存在的困難。 經(jīng)過以上的討論，最終選擇方案三作為本次設(shè)計的傳動方案。 1-2 減速機(jī)的選擇 一 減速機(jī)的選擇 考慮到擺線針輪行星減速器的性價比和相關(guān)使用特點，我們決定選用選用電機(jī)直連式擺線針輪行星減速器 已知條件: ①工作時間：每日八小時 ②由于轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為0.5 r/min，而圓柱齒輪單級傳動比為3~8，所以減速機(jī)的低速軸轉(zhuǎn)速為1.5 r/min ~12 r/min。 ③轉(zhuǎn)盤實際所需的功率P=0.5KW，減速機(jī)的效率按0.9計算，直齒齒輪效率按0.97計算，所以減速機(jī)輸出軸所輸出的功率應(yīng)該大于0.86KW。 ④電動機(jī)頻率為50HZ ⑤輸出軸的聯(lián)接方式為聯(lián)軸器，沒有軸向力。 選型： 根據(jù)已知條件，選用電機(jī)的額定功率為1.1KW，減速機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速軸轉(zhuǎn)速在1.5r/min-12r/min之間，查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》決定選用擺線針輪減速機(jī) XLD1.1-8165B-473，其相關(guān)的功能系數(shù)如下表所示 表2.1 減速器相關(guān)參數(shù) 機(jī)型號 輸出轉(zhuǎn)速 電機(jī)功率（KW） 輸出轉(zhuǎn)矩（） 傳動比 XLD1.1-8165B-473 3．2 1．1 1810 473（43×11） 減速機(jī)的外形和安裝尺寸如下所示： 表2.2減速器外形與安裝尺寸 CF M E P n d K D e t h DM L 285 99 20 4 340 310 270 6 11 217 60 80 53 64 195 503 因為所選減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為3．2，所以分配給齒輪幅的傳動比為i==6.4。 二 擺線針輪減速器原理 擺線針輪行星減速器全部傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。 　 在輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，形成H機(jī)構(gòu)，兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉(zhuǎn)臂軸承的?滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒輪相嚙合，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦，在速比小的減速機(jī)中，針齒上帶有針齒套）。 　　當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于擺線輪上齒廊曲線的特點及其受針齒輪上針齒限制之故，擺線輪的運動成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時，偏心套亦轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反方向上轉(zhuǎn)過一個齒差從而得到減速，再借助W輸出機(jī)?構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)運動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn) 三 擺線針輪行星減速器使用和特點 1：擺線針輪行星減速器的使用范圍? ????擺線針輪減速機(jī)是依照少齒差行星傳動原理，擺線針齒嚙合實現(xiàn)減速的一種機(jī)械，該機(jī)分臥室，立式，雙軸型和直聯(lián)接等裝配方式，是冶金，礦山，建筑，化工，紡織，輕工等行業(yè)的首選設(shè)備。 ?2：擺線針輪減速器的主要特點： ????a,減速器比大，效率高：一級傳動減速機(jī)比為9-87.雙級傳動減速比為121-7569，多級組合可達(dá)數(shù)萬，且針齒嚙合系套式滾動摩擦，齒合表面無相滑動，故一級減速效率達(dá)94% ????b,運轉(zhuǎn)平衡，噪音低：在運轉(zhuǎn)中同時接觸的齒數(shù)較多，重合度大，運轉(zhuǎn)平衡，過載能力強(qiáng)，振動和噪音低，各種規(guī)格的機(jī)型噪音在85dB以下 ????c,使用可靠，壽命長：因主要零件是采用高碳合金鋼處理（HRC58-62),在精磨而成，且擺線齒與針齒套合傳遞至針齒形成滾動摩擦?xí)r，摩擦系數(shù)小，使嚙合區(qū)無相對滑動，磨損極小。所以經(jīng)久耐用。 ????b,結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。号c同功率的其它減速機(jī)比，重量體積小1/3以上由于行星傳動，輸入軸和輸出軸在同一軸線上，以獲得盡可能小的尺寸。 四 傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩計算 表2.3傳動裝置的傳動效率 齒輪 聯(lián)軸器 減速器 傳動效率 0.98 0.99 0.90 ①減速機(jī)輸出軸 轉(zhuǎn)速=3.2 r/min， 功率=1.1×0.9=0.99KW 轉(zhuǎn)矩 =2954.5 ②齒輪軸 轉(zhuǎn)速=3.2 功率=0.99×0.99=0.98 KW 轉(zhuǎn)矩=2925 ③中心軸 轉(zhuǎn)速=0.5 r/min 功率=0.98×0.98=0.96 KW 轉(zhuǎn)矩 =18343.6 表2.4 軸上的相關(guān)參數(shù) 轉(zhuǎn)速 功率(KW) 轉(zhuǎn)矩 減速機(jī)輸出軸 3.2 0.99 2954.5 齒輪軸 3.2 0.98 2925 中心軸 0.5 0.96 18343.6 圖2.4擺線針輪行星減速器 1-3 設(shè)計過程中的相關(guān)計算 一 齒輪的設(shè)計 1． 選定齒輪的精度等級，材料及齒數(shù) 1） 電動轉(zhuǎn)盤為一般的工作機(jī)器，速度不高，故選用7級精度 2） 材料選擇。 由《機(jī)械設(shè)計》表10-1中選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）小齒輪齒數(shù)=24，大齒輪齒數(shù)=6.4×24=153.6,取=154 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 由設(shè)計計算公式 進(jìn)行計算 (1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù)Kt=1.3. 2) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 ==2690000N.mm 3)由《機(jī)械設(shè)計》表10-7選取齒寬系數(shù)=0.5 4)由《機(jī)械設(shè)計》表10-6按齒面硬度的彈性影響系數(shù)=189.8 . 5)由《機(jī)械設(shè)計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MPa, 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550MPa. 6)由《機(jī)械設(shè)計》式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 =60j=60×3.2×1×8×300×10=4.6× ==1.12× 7)由《機(jī)械設(shè)計》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=1.15, =1.3 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1，由《機(jī)械設(shè)計》式（10-12）得 ==690MPa ==715MPa (2)計算 1).試計算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值. 2.32=197mm 2).計算圓周速度 ==0.03 3).計算齒寬b b==98.5 4).計算齒寬與齒高之比 模數(shù) = =8.21 齒高 =2.25=18.45 =5.3 5). 計算載荷系數(shù). 根據(jù)=0.03，7級精度，《機(jī)械設(shè)計》圖10-8查得動載荷系數(shù)=1.12. 直齒輪, ==1 由《機(jī)械設(shè)計》表10-2查得使用系數(shù)=1 由《機(jī)械設(shè)計》表10-4插值查得7級精度，齒輪相對支承非對稱布置時， =1.253 由=5.3，=1.253 查《機(jī)械設(shè)計》圖10-13得=1.35；載荷系數(shù) K==1.403 6).按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，《機(jī)械設(shè)計》式(10-10a)得 ==222.6mm 7). 計算模數(shù)m。 m==9.3 3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 由《機(jī)械設(shè)計》式(10-5)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 m (1) .確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 1) .由《機(jī)械設(shè)計》圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限=380MPa； 2) .由《機(jī)械設(shè)計》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85=0.88 3) .計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取安全系數(shù)S=1.4，由《機(jī)械設(shè)計》式(10-12)得 ==303.57 ==238.86 4) . 計算載荷系數(shù)K K==1.512 5) . 查齒形系數(shù). 由《機(jī)械設(shè)計》表10-5查得 =2.65 =2.14 6) . 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計》表10-5查得 =1.58 =1.83 7) . 計算大,小齒輪的并加以比較 =0.01379 =0.01640 大齒輪的數(shù)值大一些 (2) . 設(shè)計計算 m8.108 對比計算的結(jié)果，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，于齒輪模數(shù)m的主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力。齒面疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)8.108mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=10mm，接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=222.6 ==24 大齒輪齒數(shù) =6.4×=154 這樣計算出的齒輪傳動，滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 4. 幾何尺寸計算 (1) 計算分度圓直徑 =m=1540mm =m=240mm (2) 計算中心距 a==890mm (3) 計算齒輪寬度 b==120mm 取=120mm, =115mm 表2.5 齒輪的參數(shù) 齒數(shù) 模數(shù)(mm) 齒寬(mm) 分度圓直徑(mm) 大齒輪 154 10 120 1540 小齒輪 24 10 115 240 5．齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)機(jī)械設(shè)計的有關(guān)理論，對于圓柱齒輪，若齒根到鍵槽底部的距離e 2 m時（m為端面模數(shù)），應(yīng)該與軸做成一體叫做齒輪軸。對于小齒輪，m=10，故將小齒輪做成齒輪軸的形式，對于小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計將在軸的有關(guān)設(shè)計中討論。 大齒輪的分度圓直徑較大，可以做成腹板式的結(jié)構(gòu)，并在腹板上開孔以減輕齒輪的重量，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》中的有關(guān)理論和公式，設(shè)計出齒輪的結(jié)構(gòu)，具體的數(shù)據(jù)見大齒輪的零件圖中的標(biāo)注。 二 軸的設(shè)計和較核 通過以上的計算可知軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩等相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示： 表2.6 軸上的相關(guān)參數(shù) 轉(zhuǎn)速（） 功率（KW） 轉(zhuǎn)矩（） 齒輪軸 3．2 0．98 2925 中心軸 0．5 0．96 18343.6 1 齒輪軸的設(shè)計與校核 1） 初步確定軸的最小直徑 先按《機(jī)械設(shè)計》中式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》中表15-3，取=112，于是得 =mm=75.5mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時選取聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩=，考慮到轉(zhuǎn)矩的變化很小，故取=1.3 所以=3082.5，按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，同時 考慮減速成器的輸出軸的直徑為60mm，查《機(jī)械設(shè)計手冊》，選用GY8型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為3150。半聯(lián)軸器的孔徑d=70 mm，故取=70mm，半聯(lián)軸器的長度為L=104mm。同時選取與減速器輸出軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器的型號，長度為L=104mm，標(biāo)記為GY8型凸緣聯(lián)軸器 5843-2003。 2）. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ①. 擬定軸上的零件的裝配方案如下圖所示: 圖2.5 齒輪軸上的轉(zhuǎn)配方案 ②. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 I．為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，在軸段的右側(cè)需制出一軸肩，故取=80mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長104mm，故選取軸段的長度=80。 II． 初步選擇滾動軸承。 因軸承時受有徑向力和軸向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。參照工作要求及=80mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組的單列圓錐滾子軸承30216，其尺寸為d×D×T=80×140×28.25，故選取=56mm。 軸承的上端采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得30216型軸承的定位軸肩的高度h=5mm，因此，取=90mm。初步選取=30mm。 III． 因為要將齒輪做成齒輪軸的形式，齒輪的分度圓直徑為240mm，為了使軸的直徑不至于有太大的變化，設(shè)置了軸段，取=160mm，長度=15mm。 IV．軸段為齒輪軸段，已知齒輪的分度圓直徑為240mm，齒寬為115mm，故取 =115mm。 V． 取=160mm，長度=15mm。 ③．軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用平鍵連接。按=70mm，查《機(jī)械設(shè)計手冊》得平鍵面b×h=20×12,長度為70mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承的周向定位 是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 ④． 取軸端面的倒角為2×45。 3）. 求軸上的載荷 ①．求作用在齒輪上的力 已經(jīng)齒輪的分度圓直徑為 d=m×z=240mm 而 ===24375 N =×tanα=8871.8 N ==25939.3 N 圓周力，徑向力及軸向力的方向如下圖所示： 圖2.6齒輪上的受力圖 軸所受的載荷是從軸上的零件上傳來的，。計算時，常將軸上的分布載荷化為集中的力，其作用點取為載荷分布段的中點。因此根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖畫出中心軸所受載荷的計算簡圖。從《機(jī)械設(shè)計手冊》中查得中查得a值，對于軸承30336，a=28.1。因此作為簡到梁的軸的支承距＋=63mm＋108mm=171mm.根據(jù)結(jié)構(gòu)簡圖畫出中心軸的計算簡圖如上圖所示。 從軸的結(jié)構(gòu)簡圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的，，M的值列于表4.3。 4). 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受的最在彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）強(qiáng)度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力脈動循環(huán)，取α軸的計算應(yīng)力 ==2.01MPa 前面已經(jīng)確定了軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=60MPa。 因此 。 故齒輪軸是安全的。 表2.7齒輪軸上的受力參數(shù) 載荷 水平面 垂直面 支反力F =32731.5N =－16075.3N =－539369N =－75251N 彎矩M =451715.93 =2114553.1 總彎矩 =2162263.1 扭矩T T=2925000 2 中心軸的設(shè)計與校核 1）.初步確定軸的最小直徑 先按《機(jī)械設(shè)計》中式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》中表15-3，取=112，于是得 =mm=172.6mm 取軸的最小直徑為=180mm 2）.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ①.擬定軸上的零件的裝配方案如下圖所示， ②.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 I．考慮到中心軸的主要作用是與工作臺邊接，以保證工作臺的徑向旋轉(zhuǎn)精度，并承受徑向力和顛覆力矩。因此要將軸徑設(shè)計得盡量大一些，所以選擇=240mm。 II． 初步選擇滾動軸承。 因軸承時受有徑向力和軸向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。對于軸段，參照工作要求及=240mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組的單列圓錐滾子軸承32048，其尺寸為d×D×T=240×360×76，故選取=240mm。對于軸段，參照工作要求及=180mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組的單列圓錐滾子軸承30336，其尺寸為d×D×T=180×380×83，故選取=310mm。 圖2.7 中心軸的裝配方案 III．軸段為安裝齒輪的軸段， 齒輪的分度圓直徑為1540mm，為了使得齒輪的傳動更加平衡，同時參考齒輪設(shè)計的相關(guān)理論，初步選取=340mm，齒輪的齒寬為120mm，同時考慮到齒輪是軸向布置要有軸向的緊固裝置，所以初步選取=200mm。 IV． 取=400mm，=50mm。 V．軸段的主要作用就是通過螺栓與轉(zhuǎn)盤緊固在一起，從而保證轉(zhuǎn)盤的徑向旋轉(zhuǎn)精度，并承受徑向分力和顛覆力矩，所以初步選取=800mm，長度=50mm。 VI． 段的主要作用是保證中心軸與轉(zhuǎn)盤連接的準(zhǔn)確性，所以初步選取=500mm， 長度=120mm。 圖2.8 中心上的相關(guān)尺寸 3）. 求軸上的載荷 ①．求作用在齒輪上的力 由齒輪軸的校核過程中我們知道： = 24375 N =8871.8 N =25939.3 N 軸所受的載荷是從軸上的零件上傳來的，。計算時，常將軸上的分布載荷化為集中的力，其作用點取為載荷分布段的中點。因此根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖畫出中心軸所受載荷的計算簡圖。從《機(jī)械設(shè)計手冊》中查得中查得a值，對于軸承30336，a=70.9；對于軸承32048，a=78.4。因此作為簡到梁的軸的支承距＋=200mm＋230mm=430mm.根據(jù)結(jié)構(gòu)簡圖畫出中心軸的計算簡圖如上圖所示。 從軸的結(jié)構(gòu)簡圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的，，M的值列于下表。 表2.8 中心軸上的受力參數(shù) 載荷 水平面 垂直面 支反力F =34781.1N =－16177.3N =－63368N =－70139N 彎矩M =2331970 =3720779 總彎矩 =4391159 扭矩T T=18343600 4). 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受的最在彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）強(qiáng)度。根據(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力脈動循環(huán)，取α軸的計算應(yīng)力 ==0.0324MPa 前面已經(jīng)確定了軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得=60MPa。 因此 。 故中心軸是安全的. 三 軸承的壽命計算 1 安裝在齒輪軸上的圓錐滾子軸承的壽命計算 查《機(jī)械設(shè)計手冊》可知道圓錐滾子軸承30216的基本額定動載荷=160KN，基本額定靜載荷=212KN。 1）. 求兩軸承受到的徑向載荷， 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系（如下圖所示）。在軸的設(shè)計與校核的過程中我們已經(jīng)得出相應(yīng)力的數(shù)值： =32731.5N =－16075.3N =－539369N =－75251N 所以 ==540361.2N ==76948.87N 2）求兩軸承的計算軸向力 對于圓錐滾子軸承，按表《機(jī)械設(shè)計》表13-7，軸承的派生軸向力=（其 中Y是對應(yīng)于表13-5中 e的Y值）。由《機(jī)械設(shè)計手冊》查得圓錐滾子 軸承30216的Y=1.4。 因為Y值不能為0,所以Y=1.4，所以 ==192986.1 N ==32062 N 由機(jī)械設(shè)計手冊查得45鋼的密度為785 g/ ，初步估算齒輪軸的重量為502.4Kg， 所以軸承所承受的外加軸受載荷為=502.4×10 N=5024 N 因為＋，所以軸承1“放松”的狀態(tài)，只承受其本身的派生軸向力。即 ==192986.1 N 而被“壓緊”的軸承2的總軸向力為 =－=187962.1 N 3). 求軸承當(dāng)量動載荷和 因為 =0.35 =2.44 由表13-5分別進(jìn)行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為 軸承1 =1 =0 軸承2 =0.4 =1.4 按軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷,按表13-6，=1.1- 1.8，取=1.5。則 =（＋）=810541.8 N =（＋）=440889.7 N 4). 驗算軸承壽命 因為＞，所以按照軸承1的受力大小驗算 ==6388.38 h 2 中心軸上的圓錐滾子軸承的壽命計算 查《機(jī)械設(shè)計手冊》可知道圓錐滾子軸承30336的基本額定動載荷=1090KN，基本額定靜載荷=1500KN,e=0.35，Y=1.7。. 圓錐滾子軸承32048的基本額定動載荷=920KN，基本額定靜載荷=1730KN,e=0.45，Y=1.3。 1）. 求兩軸承受到的徑向載荷， 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系（如下圖所示）。在軸的設(shè)計與校核的過程中我們已經(jīng)得出相應(yīng)力的數(shù)值： =34781.1N =－16177.3N =－63368N =－-70139N 所以 ==63463.4N ==71980.4N 2）求兩軸承的計算軸向力 對于圓錐滾子軸承，按表《機(jī)械設(shè)計》表13-7，軸承的派生軸向力=（其中Y是對應(yīng)于表13-5中 e的Y值）。因為Y值不能為0,所以 ==18665.7 ==25707.3 N 因為中心軸是固定在轉(zhuǎn)盤上的,所以在軸向上軸承幾乎不受外加的軸向力,故可以認(rèn)為軸承在軸向上不受外加的力。軸承在軸向上只受到派生的軸向力。 ==22665.4 而被“壓緊”的軸承2的總軸向力為 ==27684.8 N 由《機(jī)械設(shè)計》中表13-5分別進(jìn)行查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為 軸承1 =1 =0 軸承2 =1 =0 按軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷,按表13-6，=1.1- 1.8，取=1.5。則 =（＋）=33998.1 N =（＋）=41527.5 N 4). 驗算軸承壽命 因為＜ ，所以按照軸承2受力大小驗算 ==88839.47 h 2電動轉(zhuǎn)盤電器控制設(shè)計 2-1電動轉(zhuǎn)盤的程序設(shè)計 根據(jù)電動轉(zhuǎn)盤所要實現(xiàn)的功能，我們知道電動轉(zhuǎn)盤只要實現(xiàn)正轉(zhuǎn)90°和反轉(zhuǎn)90°兩個動作，通過可編程控制器PLC可以實現(xiàn)以上功能。 一 地址分配 為控制電動平車能夠準(zhǔn)確的停在轉(zhuǎn)盤軌道上，我們在軌道1，軌道2與轉(zhuǎn)盤軌道相銜接的地方分別布置了，接近開關(guān)；在軌道3與轉(zhuǎn)盤軌道相銜接的地方也布置了接近開關(guān)，并且在轉(zhuǎn)盤上兩條軌道的中間處分別布置了接近開關(guān)，現(xiàn)將地址分配如下: 輸入點：小車在軌道1上：X000 小車在軌道2上：X001 軌道1上的接近開關(guān):X002 軌道2上的接近開關(guān)：X003 軌道3上的接近開關(guān)：X004 轉(zhuǎn)盤軌道1上的接近開關(guān)：X005 轉(zhuǎn)盤軌道2上的接近開關(guān)：X006 輸出點: 電動轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)：Y000 電動轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)： Y001 二 梯形圖 三 功能圖 LD X000 EU = M0 LD M0 O M1 AN X002 = M001 LD X005 EU = M2 O M3 AN T33 = M3 TON T33,10 LD T33 O M4 AN X004 = M4 LD X001 EU = M5 LD M5 O M6 AN X003 = M6 LD X006 EU = M7 LD M7 O M8 AN T34 = M8 TON T34,10 LD T34 O M9 AN X004 =M9 LD M1 O M6 = Y000 LD M4 O M9 = Y001 第三章 軌道的選擇和安裝 在轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)中，電動平車軌道安裝是處于機(jī)械和土建之間的一個工程領(lǐng)域。軌道安裝的質(zhì)量將影響整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量，只有保證軌道安裝質(zhì)量，才能確保整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量。 1 軌道的選擇 電動平車運行軌道為鋼軌，鋼軌的頂部是凸?fàn)畹模撞渴蔷哂幸欢▽挾鹊钠桨?，增加了與基礎(chǔ)的接觸面；軌道的截面多為工字形，具有良好的抗彎強(qiáng)度。鋼軌的通常用含碳、錳較高的鋼材(C=0.5％～0.8％、Mn=0.6％～1.5％)軋制而成。常用的型號有，考慮到該設(shè)計電動平車載重和運轉(zhuǎn)速度等方面的原因，選用P38鋼軌較合適。 2軌道的安裝 目前軌道聯(lián)接大致有:壓板固定法、鉤形螺栓固定法等。壓板由螺母旋緊力將軌道緊固在起重機(jī)承軌梁上。當(dāng)電動平車由某種機(jī)械或電氣原因，引起運行“啃道”，勢必造成大車輪緣對軌道產(chǎn)生一橫向推力，此力由軌道傳至壓板(壓板安裝時需調(diào)整距離，故將螺栓孔制成長孔)，即使壓板安裝時，加防松木契或方墊點焊，大噸位電動平車軌道也難以保證不發(fā)生位移。因壓板固定法只有垂直壓力而無橫向力，所以軌道橫向位移是不可避免的。 鉤形螺栓固定法，此種聯(lián)接法由螺母將聯(lián)接件固定在承軌梁上，鉤形螺栓從軌腰孔穿過.再用螺母將軌道固定。鉤形螺栓具有較大的橫向力而垂直力很小。當(dāng)起重機(jī)輪壓反復(fù)作用，軌道墊板易串出軌底，使軌道發(fā)生標(biāo)高變化，引起電動平車運行“爬坡”或產(chǎn)生“顛波”，而無法正常運行。另外，此種聯(lián)接方法，軌腰要鉆孔，增加了機(jī)械加工量，從而加大工程費用。 從上述兩種聯(lián)接形式看，都存在一定缺陷。壓板固定法具有較大的垂直壓力，而無橫向力，易使軌道產(chǎn)生橫向位移;鉤形螺栓固定法，具有較大的橫向力，而無垂直壓力，又增加機(jī)械加工量。 經(jīng)多年對軌道使用、調(diào)修經(jīng)驗證明:將上述兩種聯(lián)接方法聯(lián)合運用，即兩對壓板聯(lián)接法，間隔一對鉤形螺栓固定法是行之有效的。這樣即發(fā)揮出壓板聯(lián)接垂直壓力大的優(yōu)勢，保證軌底墊板不易串出，標(biāo)高不變;又充分運用鉤形螺栓固定法橫向力大的優(yōu)點，保證軌道不產(chǎn)生旁彎，大車不易發(fā)生“啃道”。此種結(jié)構(gòu)方式即保證軌道的安裝精度不易發(fā)生變化，又保證軌道聯(lián)接的可靠性。因此也不用經(jīng)常調(diào)整軌道標(biāo)高、旁彎緊固壓板螺母，而提高了電動平車的利用率，又保證其安全可靠地運行。 按設(shè)計任務(wù)要求軌距為1435mm，軌道間中心間距為1700mm，軌道長度為18.5m，軌道與轉(zhuǎn)盤銜接。示意圖于圖9-1所示。 圖3.1軌道示意圖 第四章 準(zhǔn)確對軌 有軌電動平車要在軌道上運行，這就要求轉(zhuǎn)盤上的軌道和地面上的軌道能夠很好的對接，否則會有翻車的危險。驅(qū)動裝置在接到控制系統(tǒng)的通車指令之后由于慣性并不能夠馬上停止運行，這就要求我們要充分考慮準(zhǔn)確對軌的問題。為此我們考慮用電磁制動器來實現(xiàn)電動轉(zhuǎn)盤的準(zhǔn)確對軌。 1電磁制動器的簡介 電磁制動器俗稱抱閘，結(jié)構(gòu)各式各樣，但原理基本相同，一般有制動電磁鐵、制動臂、制動瓦、制動襯料、制動彈簧、手動松閘裝置以及彈簧拉桿、調(diào)整螺栓、螺母組成。制動器彈簧有兩個，分別安裝在兩個制動臂上，由一根雙頭螺桿連在一起。制動瓦上的閘片常采用厚度為10mm左右的石棉剎車片，用鉚釘固定在制動瓦上，鉚釘?shù)穆袢肷疃葹殚l片厚度的三分之一到二分之一。電磁制動器的轉(zhuǎn)矩是通過干摩擦面的摩擦產(chǎn)生，其電磁鐵線圈由24V直流電控制。下圖中是制動器安裝在軸上的一種典型結(jié)構(gòu)，定子4安裝在機(jī)架上并固定之，軸與法蘭輪轂2連接，相對與定子4只能轉(zhuǎn)動，無軸向移動。當(dāng)軸蘇要制動時，給定子線圈5通電，定子的磁力牽引銜鐵1壓向摩擦墊3，完成軸的制動過程。當(dāng)需要松閘時，定子斷電，磁力消失，銜鐵盤1在預(yù)應(yīng)力彈簧的牽引下復(fù)位，完成松閘。 圖4.1 電磁制動器 1—銜鐵盤； 2—法蘭輪轂； 3---摩擦墊 4—定子； 5—線圈； 6—電線 2 電磁制動器的選擇 為了實現(xiàn)電動轉(zhuǎn)盤的準(zhǔn)確對軌，我們選用電磁制動器來實現(xiàn)，因為電磁制動器要安裝在減速機(jī)輸出軸與齒輪軸的聯(lián)軸器上，以聯(lián)軸器作為制動輪。考慮到減速機(jī)輸出軸的直徑為60mm，查《機(jī)械設(shè)計手冊》決定選用DHD4-400型手動釋放型失電制動器 參考文獻(xiàn): 【1】 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2005年. 【2】 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊單行本-軸承.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004年. 【3】 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）第二卷. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008年. 5-84——5-126，5-213——5-226. 【4】 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）第三卷. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008年.14-12——14-48. 【5】 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）第四卷. 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