3148 碼坯機(jī)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),碼坯機(jī),升降,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 1碼坯機(jī)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 磚瓦工業(yè)的現(xiàn)狀磚瓦作為房屋建筑最基本、最古老的材料在我國(guó)房屋建筑中有著非常重要的歷史。眾所周知，我國(guó)是世界上磚瓦生產(chǎn)第一大國(guó)，進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，每年磚瓦產(chǎn)量 8100億塊，其中粘土實(shí)心磚 4800 億塊以上，空心磚和多孔磚 1700 億塊以上，煤矸石、粉煤灰等多種廢渣磚 1600 億塊以上。磚瓦生產(chǎn)的第一大國(guó)，必然在磚瓦生產(chǎn)能耗上也是第一大國(guó)。當(dāng)前我國(guó)正處在全面建設(shè)小康社會(huì)的重要時(shí)期，城市化步伐不斷加快，建筑業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)成為拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要源動(dòng)力之一。建筑業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)，特別是新農(nóng)村建設(shè)促使廣大農(nóng)村建筑需求的增長(zhǎng)，將繼續(xù)為磚瓦工業(yè)的發(fā)展提供廣闊的市場(chǎng)空間。在農(nóng)村住房消費(fèi)方面， “十一五”規(guī)劃提出了新農(nóng)村建設(shè)的重大戰(zhàn)略任務(wù)和目標(biāo)。毫無疑問，隨著新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展，農(nóng)村房屋建設(shè)無論是數(shù)量，還是結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量，都將出現(xiàn)新的變化，對(duì)磚瓦和其他墻體屋面材料需求的拉動(dòng)力將非常巨大。 因此，完全可以相信，在未來相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期，隨著城鄉(xiāng)建筑業(yè)的發(fā)展，磚瓦工業(yè)仍然有著巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。1.2 碼坯機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國(guó)墻體改革政策，國(guó)家對(duì)墻材有了一些新的革新要求，國(guó)內(nèi)許多磚材生產(chǎn)廠家，吸收引進(jìn)了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)出國(guó)內(nèi)外一流水平的成套制磚2設(shè)備，為舊磚廠改造成為先進(jìn)的自動(dòng)化磚廠提供了可靠的技術(shù)保障。從上世紀(jì)八十年代我國(guó)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)開始，我國(guó)制磚行業(yè)的技術(shù)裝備得到了快速的發(fā)展，例如熱工設(shè)備 ——中斷面、大斷面平頂隧道窯的出現(xiàn)改善了過去輪窯、小窯的操作環(huán)境和操作水平；成型設(shè)備使產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量都得到了極大的提高，取代了非真空擠出機(jī)，在燒結(jié)磚廠得到了普遍的推廣和應(yīng)用，而碼坯設(shè)備 ——自動(dòng)碼坯機(jī)也是運(yùn)行可靠、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，目前在很多新建磚廠中應(yīng)用，但還沒有達(dá)到普遍使用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)改善勞動(dòng)環(huán)境，提高科技含量的觀念也在逐漸增強(qiáng)，而人們生活水平提高后，對(duì)自己所從事工作的環(huán)境要求也越來越高，逐漸的由體力勞動(dòng)向非體力勞動(dòng)或輕體力勞動(dòng)轉(zhuǎn)變。這就對(duì)磚廠的碼坯和卸坯工段用人多且勞動(dòng)繁重提出了一個(gè)課題，用自動(dòng)碼坯機(jī)替代人工碼坯勢(shì)在必行，是將來發(fā)展的必然趨勢(shì) 。1.3 碼坯機(jī)的概述碼坯機(jī)碼坯機(jī)主要由切條機(jī)、切坯機(jī)、分坯機(jī)、夾盤機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)等組成。碼坯機(jī)的工作流程：切條機(jī)將坯切條，切坯機(jī)把切好的磚坯推到分坯機(jī)上后分坯，分坯完成后的磚坯送至碼坯機(jī)夾盤機(jī)構(gòu)正下方。當(dāng)夾盤到達(dá)預(yù)定夾坯位置后，夾盤夾具工作，夾起磚坯，接著由升降機(jī)構(gòu)上升至預(yù)定高度，行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)體行走至窯車正上方，旋轉(zhuǎn)裝置完成轉(zhuǎn)向 90，然后升降機(jī)構(gòu)下降至預(yù)定放坯高度進(jìn)行碼坯，碼坯機(jī)碼放一層，旋轉(zhuǎn)一層，形成十字交叉，經(jīng)過上述動(dòng)作循環(huán)，即可完成窯車的全部碼坯過程。2 機(jī)構(gòu)工作原理與方案的確定32.1 機(jī)構(gòu)的工作原理升降采用滾子鏈，使其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確，避免打滑現(xiàn)象，同時(shí)利用四個(gè)導(dǎo)向柱，增加設(shè)備的穩(wěn)定性。滾子鏈由大小鏈輪帶動(dòng)，共四組，布于四周，通過擺線針輪減速機(jī)通過齒輪箱帶動(dòng)兩根軸實(shí)現(xiàn)同步上升。最后在車架兩端加上配重，通過鋼絲繩與夾盤機(jī)構(gòu)連接，這樣可以減輕滾子鏈?zhǔn)芰?，減小功率。行走機(jī)構(gòu)通過另一擺線針輪減速機(jī)帶動(dòng)行走軸實(shí)現(xiàn)行走。2.2 機(jī)構(gòu)方案的確定設(shè)計(jì)方案見圖 1 圖 13 運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算43.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖圖 21.行走輪 2.行走軸 3.行走擺線針輪減速機(jī) 4.行走從動(dòng)齒輪5.行走主動(dòng)齒輪 6.小鏈輪軸 7.小鏈輪 8.大鏈輪 9.升降軸10.升降從動(dòng)齒輪 11.升降擺線針輪減速機(jī) 12.升降主動(dòng)齒輪3.2 減速器及電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選用 B 系列擺線針輪減速機(jī)，因?yàn)閿[線針輪減速機(jī)具有高速比和高效率。單級(jí)傳動(dòng)，就能達(dá)到 1：87 的減速比，效率在 90％以上，結(jié)構(gòu)緊湊體積小。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低，使用可靠、經(jīng)久耐用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)合理，維修方便。B 系列擺線針輪減速機(jī)減速機(jī)適用于 24 小時(shí)連續(xù)作制，并允許正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。型號(hào)的表示方法:圖 35B 系列擺線針輪減速機(jī)選型表見圖 4圖 4 根據(jù)本地地質(zhì)狀況和土質(zhì)資源進(jìn)行研制，適合于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)磚體 240×115×53mm，一次性碼坯數(shù)量為 27X9 塊,加上夾盤機(jī)構(gòu)框架總重量約 1.5t 總重約 2.4t。配重設(shè)計(jì)為兩個(gè)，每個(gè) 600Kg,因此本設(shè)計(jì)選用升降擺線針輪減速機(jī)：BWDC15-30-35 輸出轉(zhuǎn)速 43r/min 輸出轉(zhuǎn)矩 2343N.m 電壓 380v行走擺線針輪減速機(jī)：BWDC5.5-22-23 輸出轉(zhuǎn)速 65r/min輸出轉(zhuǎn)矩 6460N.m 電壓 380v減速機(jī)外形見圖 5圖 563.3 傳動(dòng)比分配升降齒輪傳動(dòng)比 i1= =1.742340行走齒輪傳動(dòng)比 i2=1鏈輪傳動(dòng)比 i3= =2.161593.4 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算升降軸 n1=43x =24.7r/min402行走軸 n2=65x1=65r/min3.5 各軸輸入扭矩計(jì)算齒輪傳動(dòng)效率查表取 η1=0.9齒輪軸 T1=Tη1=2343N.mx0.9=2108.7N.m行走軸 T2=Tη1=6460N.mx0.9=5814N.m 4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 升降機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算使用要求：預(yù)期使用壽命 10 年，每年 360 個(gè)工作日,每日 24 小時(shí)。傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制，無嚴(yán)重過載。傳動(dòng)比 i=1.74。因傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制，故小齒輪用 45Cr，采用鍛件加工，鍛打后正火 HB170-210，粗加工后調(diào)質(zhì)處理 HB210-230，平均取 220HB。大齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB～286HB，平均取為 260HB。主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損，磨損尚無完善的計(jì)算方法，故只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算步驟(參照機(jī)械設(shè)計(jì)課本）如下：齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：（1）初步計(jì)算：轉(zhuǎn)矩： N.m234105.961???nPT7齒寬系數(shù)： 表12.13 ，取1db????81??d接觸疲勞極限：由圖 取 ， ；C7.2MPａ701limH?Pa5802limH?初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力： ；??a639.1li?；2li2?值 由表12.16 取 ； dA??885dA初步計(jì)算的小齒輪直徑：其中 ， ??321d1uTH???????874.1?u取 ；147.8??dmd20?初步齒寬： 9?1ψb（2）校核計(jì)算：圓周速度v: s06nπdv1/3.4??精度等級(jí)：由表12.6 ，取為7級(jí)精度。??8齒數(shù)z和模數(shù)m：初取 21z取 ；,403.?2z 40?2z；1/d由表12.3 ，取??8m則 23/z1407.???2i使用系數(shù)： 由表12.9 取 ；0.1Ak動(dòng)載系數(shù)： 由圖12.9 取 ；??85?V齒間載荷分配系數(shù) ：由表12.10 ，先求：?HK??8N75.4312?dTFt10N/m89./.0??.bktA2.cos12.3812???????????????????z887.032.1-4-????Z由此得..22??ZKH齒向載荷分布系數(shù) ：由表12.11 ，???8bCdbBAH3210)(?????28.1061..7. ???載荷系數(shù)： ??HVAK94.28.35.10?彈性系數(shù) ： 由表12.12 EZ??8MPa1ZE節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ： 由圖12.16 H5.H?接觸最小安全系數(shù)：由 表12.14 ??80minS總工作時(shí)間： h482301??.th應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計(jì)，則指數(shù)m=8.78LN9710??LN787.1maxmax11 10.36n60 ??????????????????? hiniiiihiVL tTtTt??722./?接觸壽命系數(shù) 由圖12.18 NZ??88.1NZ2.NZ許用接觸應(yīng)力 ??H?37MPa70???Hminl11Sσ.6.258inN2l2驗(yàn)算 ubdKTZHE121?????5.2180794.7.058.93??????H2σ??MPa.7計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度足夠。（3）確定傳動(dòng)主要尺寸實(shí)際分度圓直徑d 9因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，齒數(shù)已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會(huì) 改變 ，經(jīng)確定：??13小齒輪 z1=23 m=10 d1=mz1=230mm 齒寬 b1=90mm大齒輪 z2=40 m=10 d2=mz2=400mm 齒寬 b2=90mm中心距 a m3152)40(12)(1 ?????zm齒寬b 91db?齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：重合度系數(shù) 68.073.52.0???Y齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10，?FK47.168.0/1????YKF齒向載荷分布系數(shù) ? 53.29?)/(h/b由圖12.14 ??82.?F載荷系數(shù)K 3..1475.01?????FVAK齒形系數(shù) 由圖12.21 =2.53 2.23FaY??8FaY2Fa應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 =1.62 =1.74S 1SS彎曲疲勞極限 由圖12.23c =600MPa lim???8lim?=450MPa2liF彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 =1.25liF??8li應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15 ，估計(jì) ， LN106103???LN則指數(shù)m=49.91791.41maxh1 .60???????????hiniiVL tTt?722./?iN彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 =0.95 =0.96Y??81NY2N尺寸系數(shù) 由圖12.25 =1.0X X許用彎曲應(yīng)力 F??? MPa45690611 ????.SminFXNlF?驗(yàn)算 ?? Pa345204522 ..SYminFXNl ??10??MPa456Pa5.232111 ????FSaFFYmbdKT??? .36.2122SaF傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。4.2 行走機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算因傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制，故兩個(gè)齒輪均用45Cr，采用鍛件加工，鍛打后正火HB170-210，粗加工后調(diào)質(zhì)處理HB210-230，平均取220HB 。由于傳動(dòng)比為1，所以兩齒輪齒數(shù)設(shè)計(jì)為28，模數(shù)為10，所以d=280,a=280。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：重合度系數(shù) 68.073.152.0???Y齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10，?FK47.168.0/1????YKF齒向載荷分布系數(shù) ? 53.29?)/(h/b由圖12.14 ??82.?F載荷系數(shù)K 3..1475.01?????FVAK齒形系數(shù) 由圖12.21 =2.53 2.23FaY??8FaY2Fa應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 =1.62 =1.74S 1SS彎曲疲勞極限 由圖12.23c =600MPa lim???8lim?=450MPa2liF彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 =1.25liF??8li應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15 ，估計(jì) ，LN106103???LN則指 數(shù)m=49.91791.41maxh1 .60???????????hiniiVL tTt?722./?iN彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 =0.95 =0.96Y??81NY2N尺寸系數(shù) 由圖12.25 =1.0X X11許用彎曲應(yīng)力 F??? MPa4562190611 ????.SYminFXNlF?驗(yàn)算 ?? MPa634521904522 ..SYminFXNlF ????Pa.111 ???FSabdKT???Pa6.3456.2212?SaFFY兩齒輪合格。5 軸系零件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 升降軸的設(shè)計(jì)5.1.1 升降軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步計(jì)算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸：升降軸為實(shí)心軸軸材料選用45鋼，按許用切應(yīng)力計(jì)算： 3/nPAd???14取 ;126~03?A10?AkW.5Pmin/r7.4n; m??d取d=90mm。 升降軸的結(jié)構(gòu)圖： 圖612升降軸的校核（參照機(jī)械設(shè)計(jì)步驟）：簡(jiǎn)化軸上載荷如圖：圖 7其中， =1752N，T= =129.68N·m， = =3458× =3249.5N= =3458× =1182.7N畫軸的彎矩圖，扭矩圖13圖 8由彎矩圖、扭矩圖可知 B 點(diǎn)為危險(xiǎn)截面。對(duì) B 點(diǎn)進(jìn)行校核計(jì)算：M= = =276.64N m查表得： =215Mpa， =102.5Mpa， =60Mpa對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，取 = = =0.27= = =278N·m所以：= = =43.43Mpa =60Mpa滿足強(qiáng)度要求。5.1.2 行走軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步計(jì)算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸：升降軸為實(shí)心軸軸材料選用45鋼，按許用切應(yīng)力計(jì)算： 3/nPAd???14取 ;126~03?A10?AkW.9Pmin/r5; 5??d取 d=100mm。升降軸的結(jié)構(gòu)圖：圖 914升降軸的校核（參照機(jī)械設(shè)計(jì)步驟）：同前經(jīng)校核滿足要求。6 軸上鍵連接的選擇及校核6.1 升降軸上鍵的選擇及校核因無特殊要求，選用圓頭普通平鍵，鍵 22×80，通常 （1.6～1.8）d因此，L （1.6～1.8）×85=136～153mm，取 L=80mm；校核計(jì)算如下：鍵的接觸長(zhǎng)度 =L-b=80-22=58mm。鍵與縠的接觸高度 h 2=14 2=7mm；許用擠壓應(yīng)力 查表取 =150Mpa；所以鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：T= d = ×0.004×0.04×0.034×150× =408N·m =129.68N·m。所以，以上選擇的參數(shù)滿足強(qiáng)度要求。合理。6.2 行走軸上鍵的選擇及校核因無特殊要求，選用圓頭普通平鍵，鍵 25×70，通常 （1.6～1.8）d因此，L （1.6～1.8）×95=152～171mm，取 L=70mm；校核計(jì)算如下：鍵的接觸長(zhǎng)度 =L-b=70-25=45mm。鍵與縠的接觸高度 h 2=14 2=7mm；許用擠壓應(yīng)力 查表取 =150Mpa；所以鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：T= d = ×0.004×0.04×0.034×150× =408N·m =129.68N· m。所以，以上選擇的參數(shù)滿足強(qiáng)度要求。合理。157 滾動(dòng)軸承的選擇及校核升降軸上軸承的選擇及校核選擇的滾動(dòng)軸承為 6315 GB/T 276 與 6317 GB/T 276 兩種軸承 6315 的校核徑向力 5.16821??VHrF派生力，NYFrAd7.52?NYFrBd7.52?軸向力由于 ，dAdBa ??..31所以軸向力為 ，2?aAF752aB當(dāng)量載荷由于 ， ，erAa?3.1erBa?31.0所以 ， ， ， 。4.0?X6.AY?X0BY由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 ，故當(dāng)量載荷為2.pfNFfParpA 4.509)(? 2.0)(??aBrFYXP軸承壽命的校核hCnLAh 218.3)(6017????軸承 6317 的校核徑向力 NFVHrA5.14821??rb.603216派生力，NYFrAd432?NYFrBd1892?軸向力由于 ，dAdBa ??0891所以軸向力為 ，F(xiàn)aA63?aB189?當(dāng)量載荷由于 ， ，erAa?45.0erBa?.0所以 ， ， ， 。.?X6.1AY?X0BY由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為 ，故當(dāng)量載荷為2.1pfNFfParpA 84.905)(? NFYXPaBr2.74)(??軸承壽命的校核hPCnLAh 201.)(6017????8 齒輪箱及雙聯(lián)軸承座的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)兩樣都采用 ZG230-450 材料做成，強(qiáng)度夠，且能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具體參數(shù)見零件圖。9 鏈輪與鏈條的設(shè)計(jì)有大鏈輪與小鏈輪，傳動(dòng)比為 2.16，由鏈盤與輪轂焊接而成，鏈條采用 24A，大鏈輪 24 牙，小鏈輪 11 牙，具體參數(shù)見零件圖。10 車架的設(shè)計(jì)焊 接 產(chǎn) 品 比 鉚 接 件 、 鑄 件 和 鍛 件 重 量 輕 ， 對(duì) 于 大 的 機(jī) 械 產(chǎn) 品 來 說 可 以 減 輕 自重 ， 節(jié) 約 能 量 。 焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度高，結(jié)構(gòu)重量輕， ，成本低，生產(chǎn)周期短，可靠性好，而且施工簡(jiǎn)便。車架即大部分采用焊接。車架的焊接要求全部為平焊，無焊縫，無裂紋，表面平整，垂直度和平行度要求達(dá)標(biāo)，17嚴(yán)格按照工藝流程規(guī)定進(jìn)行焊接。主要的焊接原料為 14#槽鋼，以及不同型號(hào)的鐵板，具體規(guī)格材料見圖紙。18參考文獻(xiàn)[1]朱中平.新編鋼鐵材料手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2008.1[2]孔凌嘉.簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2008.2[3]劉混舉、趙河明、王春燕.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì).北京：國(guó)防工業(yè)出版社 .2010[4]卜嚴(yán).機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998.12[5]鄭文緯、吳克堅(jiān).機(jī)械原理.7 版.北京：高等教育出版社 .2010[6]鄭文偉，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M] .北京：高等教育出版社， 1997.7[7]何銘新、錢可強(qiáng).機(jī)械制圖.5 版.北京：高等教育出版社 .2008[8]邱宣懷，郭可謙，吳宗澤，等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 第四版.北京：高等教育出版社， 1997[10]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998[11]陳于萍、周兆元.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2009[12]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第四版 .北京：高等教育出版社， 2004.1[13]方昆凡.公差與配合技術(shù)手冊(cè)[M] .北京：北京出版社， 2000.2[14]王少懷.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè).中冊(cè)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2006.8[15]葉玉駒，焦永和，張彤.機(jī)械制圖手冊(cè)[M]. 北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社， 2008.2[16]楊光，席偉光，李波等．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì). 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