機(jī)械設(shè)計(jì)爬坡加料機(jī)的設(shè)計(jì).doc

機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：爬坡加料機(jī)設(shè)計(jì) 目錄摘要3一、機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)41.1設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介41.2設(shè)計(jì)任務(wù)4二、傳動(dòng)方案的擬定及選擇521傳動(dòng)方案分析522傳動(dòng)方案確定5三、電動(dòng)機(jī)的選擇631電動(dòng)機(jī)類型632電動(dòng)機(jī)功率選擇633電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇734電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇7四、傳動(dòng)裝置的相關(guān)計(jì)算741傳動(dòng)比的分配742各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算743各個(gè)軸的輸出功率計(jì)算744各個(gè)軸的輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算8五、V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算85.1確定計(jì)算功率85.2確定V帶的帶型及帶速85.3確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度95.4驗(yàn)算小帶輪上的包角95.5計(jì)算帶的根數(shù)95.6計(jì)算單根帶初拉力的最小值105.7計(jì)算帶傳動(dòng)的壓軸力105.8確定V帶截面尺寸10六、V帶帶輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算106.1選擇帶輪材料106.2選擇帶輪結(jié)構(gòu)形式106.3確定帶輪的輪槽12七、齒輪傳動(dòng)127.1高速級(jí)齒輪計(jì)算127.2低速級(jí)齒輪計(jì)算15八、軸的設(shè)計(jì)18九、軸承的校核21十、聯(lián)軸器設(shè)計(jì)22十一、卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)22111鋼絲繩的選擇22112卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算23十二、小車的設(shè)計(jì)2712.1軌道2712.2車輪2712.3車輪直徑28十三、制動(dòng)器的選擇28十四、Pro/E三維建模及仿真2914.1電動(dòng)機(jī)模型2914.2帶傳動(dòng)模型2914.3減速器模型2914.4聯(lián)軸器模型3014.5卷?yè)P(yáng)機(jī)模型3014.6小車模型3214.7制動(dòng)器模型3314.8運(yùn)動(dòng)仿真34十五、ANSYS有限元分析35十六、結(jié)論36十七、參考文獻(xiàn)36摘 要生產(chǎn)流程中，爬坡加料機(jī)可把塊狀、顆粒狀物料從貯料倉(cāng)中均勻、定時(shí)、連續(xù)地給到受料裝置中去，在砂石生產(chǎn)線中可為破碎機(jī)械連續(xù)均勻地喂料，并對(duì)物料進(jìn)行粗篩分，廣泛用于冶金、煤礦、選礦、建材、化工、磨料等行業(yè)的破碎、篩分聯(lián)合設(shè)備中。本文首先分析了爬坡加料機(jī)的工作原理，確定了傳遞方案并畫(huà)出了它的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，結(jié)合題目中所提供的數(shù)據(jù)確定了電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速,然后運(yùn)用齒輪傳動(dòng)原理,設(shè)計(jì)并計(jì)算了減速傳遞裝置，其次綜合各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了卷?yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu),最后利用AutoCAD繪制了減速傳動(dòng)裝置裝配圖及各零件圖，通過(guò)Pro/E建立了爬坡加料機(jī)的三維模型并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵字： AutoCAD、Pro/E、運(yùn)動(dòng)仿真一、機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目： 爬坡加料機(jī)設(shè)計(jì) 11設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介1卷?yè)P(yáng)機(jī) 2傳動(dòng)裝置 3滑輪 4小車 5電動(dòng)機(jī) 6導(dǎo)軌（）如圖為爬坡加料機(jī)的工作示意圖。電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)減速后驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)工作，卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼纜拖動(dòng)小車沿導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。原動(dòng)機(jī)為三相交流電動(dòng)機(jī)，單班制間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，輕微振動(dòng)，較大灰塵，小批量生產(chǎn)。設(shè)計(jì)參數(shù)與要求：題號(hào)裝料所受重力G(N)導(dǎo)軌長(zhǎng)度L(mm)運(yùn)行速度(m/s)輪距(mm)340006600.450012設(shè)計(jì)任務(wù)1、確定傳動(dòng)方案，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2、確定電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速。3、設(shè)計(jì)減速傳動(dòng)裝置。4、設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)。5、繪制減速傳動(dòng)裝置裝配圖。6、繪制主要零件圖。7、利用Pro/E軟件建立三維模型并仿真。8、編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。二、傳動(dòng)方案的擬定及選擇21傳動(dòng)方案分析根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，傳動(dòng)裝置應(yīng)滿足工作可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、成本低廉、使用和維護(hù)方便的要求。22傳動(dòng)方案確定 為了確定傳動(dòng)方案，由已知條件計(jì)算出卷?yè)P(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電機(jī)，則可估算出傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比：根據(jù)算出的傳動(dòng)比，我們想到了三種傳動(dòng)方案：方案一：帶-單級(jí)圓柱齒輪減速器 圖一方案一：傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單，采用帶傳動(dòng)，安裝維修方便，且有緩沖過(guò)載作用，噪聲較低，但不適合高速重載。方案二：?jiǎn)渭?jí)蝸桿減速器 圖二方案二：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲較低，但傳動(dòng)效率低，而且蝸輪市場(chǎng)價(jià)格高，生產(chǎn)成品高。方案三：二級(jí)圓柱齒輪減速器圖三方案三：齒輪相對(duì)于軸承對(duì)稱布置，載荷分布均勻，齒輪傳動(dòng)具有交大的承載能力、效率高、尺寸緊湊，帶傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)、又能吸振，綜合考慮了上前兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，使本方案達(dá)到了最佳的效果。因此我們決定采用方案三作為爬式加料機(jī)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方案。三、電動(dòng)機(jī)的選擇31電動(dòng)機(jī)類型與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料，卷?yè)P(yáng)機(jī)工作需要頻繁變向，因此選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。32電動(dòng)機(jī)功率選擇卷?yè)P(yáng)機(jī)工作的有效功率為：傳動(dòng)裝置總效率：聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率；二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率；滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率；V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率；卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)效率。查閱資料書(shū)得，則傳動(dòng)裝置總效率為：則電動(dòng)機(jī)所需功率為：因此，選用額定功率為3Kw的電動(dòng)機(jī)。33電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇由前面知，選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。34電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇查閱資料書(shū)可知，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)為Y100L2-4和Y132S-6，它們的具體參數(shù)查閱資料可得下表：電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（Kw）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動(dòng)比軸外伸軸徑軸外伸長(zhǎng)度Y100L2-431500143095.562860Y132S-63100096062.833860綜合上表，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L2-4?？倐鲃?dòng)比為。四、傳動(dòng)裝置的相關(guān)計(jì)算41傳動(dòng)比的分配根據(jù)前面選擇的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)以及傳動(dòng)方案，查閱資料，取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，則二級(jí)減速器的總傳動(dòng)比為：將二級(jí)圓柱齒輪減速器分為高速級(jí)和低速級(jí)，則其高速級(jí)的傳動(dòng)比為：低速級(jí)的傳動(dòng)比為：42各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算小帶輪轉(zhuǎn)速：大帶輪轉(zhuǎn)速：43各個(gè)軸的輸出功率計(jì)算A軸的輸出頻率：B軸的輸出頻率： C軸的輸出頻率：D軸的輸出頻率：44各個(gè)軸的輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算五、V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，可以通過(guò)打滑，提高設(shè)備的防過(guò)載能力，在機(jī)械傳動(dòng)中得到了廣泛應(yīng)用。V帶傳動(dòng)是靠V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的。與平帶傳動(dòng)比較，V帶傳動(dòng)的摩擦力大，因此可以傳遞較大功率。V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且V帶是無(wú)接頭的傳動(dòng)帶，所以傳動(dòng)較平穩(wěn)，是帶傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)。51確定計(jì)算功率查閱資料書(shū)得：計(jì)算功率為：式中：工作情況系數(shù)； 計(jì)算功率； 所需傳遞的功率，等于電動(dòng)機(jī)額定功率。52確定V帶的帶型及帶速由及小帶輪轉(zhuǎn)速，選擇V帶帶型為B帶。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：由于，初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑：式中，滑動(dòng)率，一般為1% 2%，可忽略不計(jì)； 大帶輪的基準(zhǔn)直徑。則，V帶帶速：由于，驗(yàn)算的帶速合適。53確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度初選中心距：計(jì)算所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：選擇帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：計(jì)算實(shí)際中心距：54驗(yàn)算小帶輪上的包角小帶輪的包角小于大帶輪的包角，小帶輪上的摩擦力也相應(yīng)的小于大帶輪上的摩擦力，因此打滑只會(huì)發(fā)生在小帶輪上，為了提高帶傳動(dòng)的工作能力，有：包角大小合適。55計(jì)算帶的根數(shù)為了使各根V帶受力均勻，V帶數(shù)量應(yīng)少于10根。根據(jù)小帶輪的基準(zhǔn)直徑和轉(zhuǎn)速，查閱資料得：，根據(jù)，和B型帶，查得：，則：?jiǎn)胃鵙帶的額定功率為則V帶的根數(shù)為：所以取Z=3。56計(jì)算單根帶初拉力的最小值查得B型V帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為：。則單根V帶所需的最小初拉力為：所以應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力：。57計(jì)算帶傳動(dòng)的壓軸力壓軸力的最小值為：58確定V帶截面尺寸根據(jù)確定的B型V帶，則其尺寸參數(shù)為：節(jié)寬，頂寬，高度，橫截面積，棱角。六、V帶帶輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算61選擇帶輪材料常用的帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)可選擇鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功率可采用鑄鋁或塑料。本題選擇HT200為帶輪材料。62選擇帶輪結(jié)構(gòu)形式對(duì)于小帶輪，由于，選擇V帶輪為腹板式，如下圖。63確定帶輪的輪槽查閱資料得：。七、齒輪傳動(dòng)7.1高速級(jí)齒輪計(jì)算7.1.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 已選直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，爬式加料機(jī)數(shù)度不高，故選用8級(jí)精度選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），齒心硬度為280HBS，齒面硬度為50HRC，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒心硬度為240HBS，齒面硬度為45HRC。 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取整。7.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)試選載荷系數(shù)為小齒輪的轉(zhuǎn)矩：選取齒寬系數(shù) 查得材料的彈性影響系數(shù)查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限； 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：取接觸疲勞壽命系數(shù)： 取失效率為1%，安全系數(shù)。則： 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，帶入中較小的值：計(jì)算圓周速度： 計(jì)算齒寬： 計(jì)算齒寬齒高之比： 根據(jù)，級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)：直齒輪，使用系數(shù)根據(jù)級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)，由，查得。故載荷系數(shù)：按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑：計(jì)算模數(shù)： 7.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)查得小齒輪的彎曲疲勞極限：查得大齒輪的彎曲疲勞極限：取疲勞壽命系數(shù)： 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)，得：計(jì)算載荷系數(shù)： 查得齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)： 取數(shù)值較大的，即。設(shè)計(jì)計(jì)算：對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取標(biāo)準(zhǔn)值。算出小齒輪齒數(shù)：，取整得。 取整得：。7.1.4幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑：計(jì)算中心距：計(jì)算齒輪寬度： 取，7.2低速級(jí)齒輪計(jì)算已選直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，爬式加料機(jī)的速度要求不高，故選用8級(jí)精度選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。選小齒輪齒數(shù)為，大齒輪齒數(shù) 取整。7.2.1按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)試選載荷系數(shù)小齒輪的轉(zhuǎn)矩選取齒寬系數(shù) 查得材料的彈性影響系數(shù)查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：取接觸疲勞壽命系數(shù)： 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：（取失效率為1%，安全系數(shù)為S=1.1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑:計(jì)算圓周速度：計(jì)算齒寬：計(jì)算齒寬齒高之比：根據(jù)，8級(jí)精度，查得動(dòng)荷載系數(shù)，直齒輪，,使用系數(shù)。根據(jù)8級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)，。由，查得，故載荷系數(shù)：按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑：計(jì)算模數(shù)：7.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)查得小齒輪的彎曲疲勞極限：查得大齒輪的彎曲疲勞極限：取疲勞壽命系數(shù)： 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù):,得：計(jì)算載荷系數(shù)：查得齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù): 取數(shù)值較大值0.01467取標(biāo)準(zhǔn)值，算出小齒輪齒數(shù)，取整，取整。7.2.3幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑：計(jì)算中心距：計(jì)算齒輪寬度：取，。八、 軸的設(shè)計(jì)（輸出軸（C 軸）的設(shè)計(jì)）1、輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩。2、求作用在齒輪上的力3、擬定軸上零件的裝配方案 通過(guò)對(duì)傳動(dòng)裝置的分析初步擬定輸出軸的裝配方案如下圖：4、初步確定軸的最小直徑 取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表取，則： 軸上會(huì)有兩平鍵用來(lái)定位，會(huì)削減軸的承載能力，應(yīng)適當(dāng)放大軸徑，輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需要同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化比較小，故取，則：按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件，選用WH8型滑塊聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩。半聯(lián)軸器的孔徑可以取 55mm。故最小直徑取55mm,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度。5、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)裝配方案圖可畫(huà)出軸的簡(jiǎn)圖如下圖： 已經(jīng)確定，為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，AB 軸段右端需制出一軸肩，故取 BC 段的直徑，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故取 AB 段得長(zhǎng)度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。 因軸承只承受徑向力作用，故選用深溝球軸承，根據(jù)，選用深溝球軸承 6212，其尺寸為：，故：，而。 右端滾動(dòng)軸承采用軸肩定位，故取查得6212的軸肩定位高度為 5mm,因此取：。 取安裝齒輪處的軸徑。齒輪左端與軸承之間采用套筒定位，該段直徑，長(zhǎng)度。已知齒輪寬度為 100mm，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，因此軸肩處的直徑，軸肩寬度。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，故取。 至此，已初步確定了軸的各段長(zhǎng)度和直徑。齒輪與軸的周向定位均采用雙圓頭平鍵。按查得平鍵尺寸：，鍵槽用鍵槽銑刀加工；同時(shí)為了保證良好的對(duì)中性，故選擇齒輪與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸選用半圓頭平鍵，尺寸為，半聯(lián)軸器與軸的配合為。 對(duì)所選的平鍵進(jìn)行校核：，其中：，。根據(jù)軸的材料為 45 鋼，查得，故所選平鍵合適。查得 F、G、H 處軸肩圓角半徑為 2.5，其余均為 2.0。首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。算出簡(jiǎn)支梁軸的支撐跨度，再做出彎矩圖、扭矩圖。如下圖所示：從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面 W 是軸的危險(xiǎn)截面。 計(jì)算得出軸上載荷參數(shù)，如下表。載荷水平面H垂直面V支座反力彎矩總彎矩扭矩按彎扭組合應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，通常只校核承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度。取，軸的計(jì)算應(yīng)力： 根據(jù)已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得，故安全。九、軸承的校核1、軸承的受力 徑向力： 軸向力等于零。2、求軸承當(dāng)量載荷查得在軸向力為零時(shí)，徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)分別為，。查得，取。則：3、驗(yàn)算軸承壽命計(jì)算預(yù)期壽命:選用大的當(dāng)量載荷驗(yàn)算，查得，則：軸承滿足使用要求。十、聯(lián)軸器設(shè)計(jì)聯(lián)軸器用來(lái)可用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，能夠有效消除由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響，使軸與軸之間的傳動(dòng)更加平穩(wěn)?；瑝K聯(lián)軸器屬于無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器，由于中間滑塊的質(zhì)量減小且具有彈性，因而有較高的極限轉(zhuǎn)速，該聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊，符合本題要求。根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的減速器輸出功率選擇WH8型滑塊聯(lián)軸器。選擇公稱轉(zhuǎn)矩。十一、卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)由于操作方法不同，其結(jié)構(gòu)相差很大。我們將其分為電控卷?yè)P(yáng)機(jī)和溜放型卷?yè)P(yáng)機(jī)兩類。電控卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)通電或斷電以實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作或制動(dòng)。物料的提升或下降由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單方便。本題采用電控卷?yè)P(yáng)機(jī)。111鋼絲繩的選擇11.1.1鋼絲繩的種類和構(gòu)造鋼絲繩的種類根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為：（1）點(diǎn)接觸鋼絲繩 各層鋼絲直徑均相同，而內(nèi)外各層鋼絲的節(jié)距不同，因而相互交叉形成點(diǎn)接觸。其特點(diǎn)是接觸應(yīng)力高、表面粗糙、鋼絲易折斷、使用壽命低。但制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時(shí)由于鋼絲間的點(diǎn)接觸、造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕導(dǎo)致鋼絲疲勞斷裂。（2）線接觸鋼絲繩 由不同直徑的鋼絲統(tǒng)制而成，每一層鋼絲的節(jié)距相等，由于外層鋼絲位于內(nèi)層鋼絲之間的溝槽內(nèi)，因此內(nèi)外層鋼絲間形成線接觸。這種鋼絲繩的內(nèi)層鋼絲雖承受比外層鋼絲稍大的應(yīng)力，但它避免了應(yīng)力集中，減少了鋼絲間的摩擦阻力，使鋼絲繩在彎曲上有較大的自由度，從而顯著提高了抗疲勞強(qiáng)度；線接觸鋼絲繩比點(diǎn)接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。卷?xiàng)顧C(jī)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。11.1.2鋼絲繩直徑的選擇鋼絲繩選擇多采用安全系數(shù)法：式中，整條鋼絲繩的破斷拉力，單位N；卷?yè)P(yáng)機(jī)工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù)；鋼絲繩的額定拉力，單位N。鋼絲繩直徑：式中，鋼絲繩最大靜拉力，N； 鋼絲繩選擇系數(shù)。由于負(fù)載G=4000N，采用單滑輪組，則鋼絲繩承受載荷：該卷?yè)P(yáng)機(jī)工作級(jí)別為M7，查閱資料得：鋼絲繩系數(shù)選擇c0.123，則：選擇d=8mm。鋼絲繩最小拉斷力：式中，n安全系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選n=7。查閱資料，本題目中鋼絲繩選用鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩型號(hào)選擇：619（a）類6-19S-8。112卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算11.2.1卷筒的分類按照鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)分，卷筒分單層繞和多層繞兩種。一般起重機(jī)大多采用單層繞卷筒。只有在繞繩量特別大或特別要求機(jī)構(gòu)緊湊的情況下，為了縮小卷筒的外形尺寸，才采用多層繞的方式。本設(shè)計(jì)采用單層繞。11.2.2卷筒繩槽的確定為了防止使用過(guò)程中鋼絲繩脫槽，本題選用深槽，鋼絲繩直徑選用8mm，則：式中，R槽底半徑；槽深；槽的節(jié)距；鋼絲繩直徑。已知，則：R=4.324.8，取R=4.5mm；c=4.85.6mm，取c=5mm；t=1416mm，取t=14mm。11.2.3卷筒的設(shè)計(jì)本題采用花鍵連接卷筒。為了延長(zhǎng)鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒。卷筒的設(shè)計(jì)主要尺寸有節(jié)徑、卷筒長(zhǎng)度、卷筒壁厚。式中，與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)； 根據(jù)工作環(huán)境級(jí)別為M7，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：，又，則：選擇。本題采用單滑輪傳動(dòng)，則：式中，卷筒總長(zhǎng)度； 繩槽部分長(zhǎng)度，； 固定鋼絲繩所需要的長(zhǎng)度，一般??； 兩端的邊緣長(zhǎng)度，??； 卷筒無(wú)繩槽部分長(zhǎng)度，取100mm； 最大起升高度，取5000mm； 滑輪組倍率，取2； 槽的節(jié)距； 附加安全圈數(shù)，通常取n1.53圈，這里取2。所以，選取。對(duì)于鑄鐵筒壁根據(jù)鑄造工藝的要求，鑄鐵卷筒的壁厚不應(yīng)小于12 mm，取。11.2.4卷筒強(qiáng)度計(jì)算卷筒材料一般采用不低于HT200的鑄鐵，本題的卷筒無(wú)特殊需要，額定起重重量不是很大，所以選擇材料為HT200。本題中L=400 mm，=230 mm，符合3的要求，所以只計(jì)算壓應(yīng)力：式中，鋼絲繩單層卷繞時(shí)卷筒所受壓應(yīng)力； 鋼絲繩最大拉力； 卷筒壁厚； 應(yīng)力減小系數(shù)，取A=0.8。 許用壓力，對(duì)于鑄鐵，鑄鐵抗壓強(qiáng)度極限，查資料得，則。則：符合強(qiáng)度要求。11.2.5卷筒軸的計(jì)算已知繩的額定拉力3460N，卷筒直徑230mm，鋼絲繩的直徑8mm，查機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，軸的材質(zhì)選擇45鋼，調(diào)制處理，軸承選用型號(hào)為61911深溝球軸承。 卷筒軸是不動(dòng)的心軸，根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時(shí)，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時(shí)，卷筒支承作用到心軸的力，可簡(jiǎn)化為作用于軸承寬度中點(diǎn)的集中力。 1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa；軸所受的扭矩，N.mm；軸的抗扭截面系數(shù)，；軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P軸傳遞的功率，Kw；d計(jì)算截面處的直徑，mm；許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查閱資料得45號(hào)鋼：；由于，則：符合要求2、按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算取卷筒自重F=500N，由得：所以。所以做出彎矩圖，扭矩圖，如下圖。所以，則軸的應(yīng)力為：式中，軸的計(jì)算應(yīng)力，Mpa； 軸所受的彎矩，N.mm； 軸所受的扭矩，N.mm； 軸的抗彎截面系數(shù)，； 折合系數(shù)，取0.3； 軸的許用彎曲應(yīng)力。已知，查資料得：，所以：符合條件。3、按疲勞強(qiáng)度計(jì)算卷筒軸的疲勞強(qiáng)度，即式中，鋼絲繩的當(dāng)量拉力；當(dāng)量拉力系數(shù)。 為使計(jì)算簡(jiǎn)便，可假設(shè)1。由前述可知，心軸的應(yīng)力性質(zhì)可認(rèn)為是按脈動(dòng)循環(huán)規(guī)律變化，則，彎曲應(yīng)力為： 平均應(yīng)力和應(yīng)力幅為 35.9Mpa 查資料得：1.88，0.92，0.78，0.34，則安全系數(shù)為： 2.1式中，有效應(yīng)力集中系數(shù)； 表面狀態(tài)系數(shù)； 絕對(duì)尺寸系數(shù)； 等效系數(shù)。一般疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，所以該軸的疲勞強(qiáng)度足夠。4、按靜強(qiáng)度計(jì)算卷筒軸的靜強(qiáng)度計(jì)算，需要用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力，可按下式求得： 式中 靜強(qiáng)度計(jì)算最大拉力； 動(dòng)載荷系數(shù)，查手冊(cè)：取。查資料得：材料的抗彎屈服極限則靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)：綜上，該軸符合本設(shè)計(jì)要求。十二、小車的設(shè)計(jì)12.1軌道橋式起重機(jī)所用的軌道有鐵路鋼軌（P型）、起重機(jī)專用鋼軌（QU型）以及方鋼或扁鋼，本設(shè)計(jì)采用起重機(jī)專用鋼軌（QU型）。12.2車輪車輪材料一般選用ZG55鑄鋼，對(duì)于輪壓較大的車輪可采用合金鋼。本題目中，材料選用45號(hào)鋼。為了提高車輪的使用壽命，車輪的踏面應(yīng)進(jìn)行熱處理，表面硬度為HB300350。淬火深度不小于15 mm，并均勻的過(guò)渡到未淬火層。12.3車輪直徑車輪的最大輪壓：小車自重取，負(fù)載，假設(shè)輪壓均布，則：，載荷率查起重機(jī)課程設(shè)計(jì)，當(dāng)運(yùn)行速度小于60 m/min，時(shí)工作類型為中級(jí)，車輪直徑選為D=350 mm。十三、制動(dòng)器的選擇按照制動(dòng)器構(gòu)造特征，可分為帶式制動(dòng)器、塊式制動(dòng)器、蹄式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器四種。與其他制動(dòng)器相比，盤(pán)式制動(dòng)器具有散熱快、重量輕、制動(dòng)迅速、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素的影響更小，在嚴(yán)寒氣候和極限駕駛狀態(tài)下開(kāi)車，盤(pán)式制動(dòng)器更容易在短時(shí)間內(nèi)讓車停下來(lái)。盤(pán)式制動(dòng)器分為固定鉗式和浮動(dòng)鉗式。固定鉗式雖易于保證鉗的剛度，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤(pán)式的改型，能適應(yīng)不同回路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求，但液壓缸較多，使制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜；熱負(fù)荷大時(shí)，液壓缸和跨越制動(dòng)盤(pán)的油管或油道中的制動(dòng)液容易受熱汽化。相對(duì)于固定鉗式，浮動(dòng)鉗式成本低、制動(dòng)效果更好。本題選擇滑動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器。制動(dòng)鉗可以相對(duì)于制動(dòng)盤(pán)做軸向滑動(dòng)，其中只在制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動(dòng)塊固裝在鉗體上。制動(dòng)時(shí)活塞在液壓作用下使活動(dòng)制動(dòng)塊壓靠到制動(dòng)盤(pán)。而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊受力均勻?yàn)橹?。十四、Pro/E三維建模及仿真14.1電動(dòng)機(jī)模型14.2帶傳動(dòng)模型 大帶輪 小帶輪 皮帶14.3減速器模型高速軸 中間軸 低速軸箱體箱蓋裝配體14.4聯(lián)軸器模型 軸體 滑塊14.5卷?yè)P(yáng)機(jī)模型卷筒 擋板 心軸 擋圈 機(jī)座14.6小車模型底盤(pán) 車身 擋板 軸 車輪 導(dǎo)軌 裝配體14.7制動(dòng)器模型 活塞 機(jī)架 制動(dòng)承塊 鉗體 制動(dòng)盤(pán)裝配體14.8運(yùn)動(dòng)仿真總裝配1、定義帶傳動(dòng)，添加伺服電機(jī)。2、定義各部件運(yùn)動(dòng)時(shí)間3、仿真根據(jù)分析仿真出來(lái)的結(jié)果，其與題目所給要求大致符合。十五、ANSYS有限元分析1、選擇單元類型2、定義材料屬性 3、劃分單元4、施加約束及荷載5、分析結(jié)果十六、結(jié)論通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我獲益匪淺。從電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇、減速器設(shè)計(jì)到聯(lián)軸器的選擇，再到卷?yè)P(yáng)機(jī)和小車的設(shè)計(jì)，每一步驟都經(jīng)過(guò)了認(rèn)真反復(fù)的演算，直至最終我成功完成本次課程設(shè)計(jì)的工作。首先，我的學(xué)科綜合運(yùn)用的能力得到了鍛煉。機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、理論力學(xué)、材料力學(xué)、互換性、數(shù)學(xué)等的綜合運(yùn)用過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中總會(huì)遇到許多內(nèi)容，這就要求我在解決實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候，要把實(shí)際問(wèn)題抽象為理論要素。其次，分析問(wèn)題的能力也的道理提高，箱體的設(shè)計(jì)首先從整體的傳動(dòng)過(guò)程分析，到齒輪設(shè)計(jì)及軸的設(shè)計(jì)。要先從總體上把握整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，把這些內(nèi)容分步驟進(jìn)行，才能設(shè)計(jì)中顧全總體需要，不至于相互之間尺寸不匹配。最后，我進(jìn)一步熟悉了Pro/E軟件三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真的相關(guān)知識(shí)。同時(shí)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己還有些許不足，必須在有限的時(shí)間里，盡快彌補(bǔ)，為以后打好基礎(chǔ)。十七、參考文獻(xiàn)【1】唐曾寶，常建娥，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第三版），華中科技大學(xué)出版社，2010；【2】馮鑒，何俊，機(jī)械原理，西南交通大學(xué)出版社，2008；【3】蒲良貴，紀(jì)明剛，機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版），高等教育出版社，2006；【4】西南交通大學(xué)材料力學(xué)課程教研組，材料力學(xué)（第四版），2009；【5】鐘日銘，Pro/ENGINEER Wildfire5.0基礎(chǔ)入門(mén)與范例，2010；