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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
220T過(guò)跨車設(shè)計(jì)
摘要
鐵水運(yùn)輸是冶金企業(yè)關(guān)鍵工藝之一，隨著鋼鐵生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的不斷發(fā)展壯大，鐵水運(yùn)輸方式也在不斷發(fā)展。鐵水罐車是鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，目前?guó)內(nèi)鐵水罐車主要有 2種：一種是敞口式鐵水車，一種是魚雷形混鐵車( 簡(jiǎn)稱魚雷罐車 )。采用不同的鐵水運(yùn)輸車輛，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)節(jié)奏和鋼鐵質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不同的影響。目前的運(yùn)輸方式能否適應(yīng)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展是擺在我們面前十分迫切的課題。本論文是設(shè)計(jì)220T鐵水過(guò)跨車，首先分析了鐵水車的作用，分類以及發(fā)展現(xiàn)狀與前景。然后多此課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是對(duì)過(guò)跨車的小車走行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先，確定過(guò)跨車的主要參數(shù)。然后，根據(jù)主要參數(shù)通過(guò)計(jì)算選擇走行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，減速器以及軸承。最后，校核車輪軸、減速器的齒輪，計(jì)算軸承的使用壽命，并且對(duì)其他的主要零件進(jìn)行校核。
關(guān)鍵詞：鐵水運(yùn)輸；220T過(guò)跨車；行走機(jī)構(gòu)；電動(dòng)機(jī)；立式減速器
遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 II 頁(yè)
The Design of The 220T Hot Metal Cross Car
Abstract
Molten iron transportation process is one of the key metallurgical enterprises，With the steel production process of continuous developed, iron and steel enterprises has grown in strength and the mode of transport of molten iron has been developed. Hot Metal tankers is an important tool for transport iron and steel enterprises. At present, melted iron mainly have two kinds of tanker: One is the exposure of hot metal type vehicles, the other is the torpedo torpedo-shaped vehicle (referred to Torpedoes Tank). Using different molten iron transport vehicles, for the rhythm of steel production and steel quality will cause different effects. Whether the current mode of transport to adapt to the development of iron and steel industry before us is a very urgent topics. This paper is the design of the design of the 220T hot metal cross car. First, we analyze the role of hot metal cars, classification and the development of the status quo and prospects. Second,design this subject,mainly design the walking mechanism of the hot metal cross car. Firstly, determine the main parameters of the hot metal cross car.Secondly,by calculating the main parameters to choose the motor reducer and bearings of the walking mechanism. Finally, check vehicle axle,the gear of the reducer,calculation the life of the bearings,and check other main parts.
Key word ：Hot metal transport；220T cross car；Walking mechanism；Motor；Vertical reducer
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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)
目錄
摘要 I
Abstract II
1.緒論 1
1.1.選題背景及目的 1
1.2.鐵水車的種類 1
1.2.1.鐵水車的種類及特點(diǎn) 1
1.3.發(fā)展趨勢(shì) 4
2.整體方案評(píng)述 5
2.1.運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成和主要型式 5
2.2.運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成 5
2.2.1.運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)類型的選擇 5
2.2.2.減速器的類型選擇 6
2.2.3.聯(lián)軸器選擇 6
2.2.4.制動(dòng)器選擇 7
2.2.5.軸承的選擇 8
3.力能參數(shù)確定 9
3.1.設(shè)計(jì)參數(shù) 9
3.2.走行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)·電機(jī)功率 9
3.3.電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校核 10
3.4.電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校核 11
3.5.走行機(jī)構(gòu)的減速器及傳動(dòng)比 12
4.主要零件強(qiáng)度計(jì)算 13
4.1.主動(dòng)輪組 13
4.1.1.軸的校核 13
4.1.2.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 16
4.1.3.鍵的校核 22
4.1.5.車輪和軌道的選擇計(jì)算 27
4.2.從動(dòng)輪組 28
4.3.減速器齒輪的校核 28
5傳動(dòng)系統(tǒng)的潤(rùn)滑 32
5.1潤(rùn)滑方法 32
5.2潤(rùn)滑系統(tǒng)的選擇原則 32
5.3潤(rùn)滑方式的選擇 33
5.3.1減速器的潤(rùn)滑 33
5.3.2軸承的潤(rùn)滑 33
6. 環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性分析 34
6.1.設(shè)備的環(huán)境保護(hù) 34
6.2.設(shè)備經(jīng)濟(jì)性分析 35
結(jié)束語(yǔ) 36
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
1.緒論
1.1.選題背景及目的
隨著鋼鐵工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，冶煉方法及冶煉設(shè)備也在逐步得以改進(jìn)。特別是轉(zhuǎn)爐煉鋼在我國(guó)的發(fā)展速度很快，轉(zhuǎn)爐的鋼產(chǎn)量和品種不斷增加，轉(zhuǎn)爐的容量也在不斷擴(kuò)大。為了提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證在幾十分鐘內(nèi)煉出合格的鋼水，轉(zhuǎn)爐設(shè)備及其擂助設(shè)備都必須具有較高的機(jī)械化和自動(dòng)化水平?；扈F水車及棍鐵爐就是其中的主要輔助設(shè)備，它們負(fù)責(zé)向轉(zhuǎn)爐提供鐵水。
混鐵水車及混鐵爐不論在設(shè)備結(jié)構(gòu)上還是工藝要求上都有很大不同，但兩者的作用是相同的。它們通過(guò)本身的動(dòng)作對(duì)貯存的鐵水進(jìn)行化學(xué)成份的混均和對(duì)鐵水的保溫，而貯存鐵水本身是其最為重要的功能。
1.2.鐵水車的種類
1.2.1.鐵水車的種類及特點(diǎn)
按鐵水罐的幾何形狀，鐵水車可分為如下三種形式。
錐形罐式鐵水車
錐形罐式鐵水車存在如下缺點(diǎn)：
1）鐵水表面積大，熱量損失多。鐵水罐在每次使用中由于鐵瘤的逐漸增加而使容積逐漸減少，一般運(yùn)送5000~6000 t鐵水后就需送去修理。
2）不經(jīng)濟(jì)。這種鐵水罐的容積較小。采用小容積鐵水罐也增加了運(yùn)輸工作量及費(fèi)用。
3）鐵水飛濺損失大。鐵水落到小鐵水罐中的飛濺損失較大，還增多了每次鐵瘤的形成。
我國(guó)采用的鐵水車結(jié)構(gòu)型式如圖1.1所示。鐵水罐上部為圓柱形，罐底為半球形。鐵水罐由兩個(gè)鑄鋼吊架與鋼板焊成，罐內(nèi)壁砌有耐火磚。車架為焊接雙彎梁“”形斷面結(jié)構(gòu)，兩端有支座支承罐體，通過(guò)心盤將負(fù)荷傳給轉(zhuǎn)向架。這種型式的鐵水罐清理廢鐵和鐵瘤以及觀察罐內(nèi)損失情況比較方便，故這種型式的鐵水車在我國(guó)得到廣泛使用，并確定為我國(guó)的系列化產(chǎn)品。
圖1.1 錐形罐式鐵水車
梨形罐式鐵水車
保溫性能最好的鐵水罐的幾何形狀應(yīng)該是球形的，但制造比較困難，因此做成和球形相似的梨形鐵水罐。它的結(jié)構(gòu)型式如圖1.2所示。
梨形罐式鐵水車主要由鐵水罐、車架和兩臺(tái)運(yùn)行小車組成。
1）鐵水罐 梨形罐是由罐帽、圓柱形的中間部分和半球形的罐底三部分組成。
2）車架 車架由兩個(gè)用向下彎曲的梁連接起來(lái)的平臺(tái)組成。梁向下彎曲的目的是為了不妨礙鐵水罐的傾翻。車架上裝有自動(dòng)掛鉤。
3）運(yùn)行小車 車架支承在兩臺(tái)四輪雙軸的小車上，采用這種運(yùn)行小車來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)鐵路小車可以縮短鐵水車的長(zhǎng)度。
與錐形鐵水罐相比，梨形鐵水罐具有下列優(yōu)點(diǎn)：保溫性能好；罐內(nèi)殘鐵和鐵瘤較少；內(nèi)襯使用壽命長(zhǎng)。
1—鐵水罐 2—樞軸 3—耳軸 4—支承凸爪 5—底盤 6—小軸
圖1.2 梨形罐式鐵水車
3、魚雷罐車
鐵水罐的外殼是焊接的。旋轉(zhuǎn)軸線高出幾何軸線110 mm，這樣空鐵水罐或裝滿鐵水時(shí)鐵水罐的重心均在旋轉(zhuǎn)軸線以下。
鐵水罐由一個(gè)圓柱體和兩個(gè)圓錐體組成，樞軸固定在圓錐體的端部。鐵水罐靠本身兩端的樞軸支承在兩臺(tái)單獨(dú)的車架的軸承上。罐的傾翻機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)裝在其中的一臺(tái)車架上。每臺(tái)車架支承在兩臺(tái)雙軸小車上。結(jié)構(gòu)型式如圖1.3所示。
圖1.3 魚雷罐車
大容量的魚雷罐車具有下列優(yōu)點(diǎn)：熱量損失小，形成的殘鐵和鐵瘤較少、罐中鐵水成分在一定程度上能起混勻的作用，磚襯的壽命較長(zhǎng)等。
高爐每次出鐵只需2~3個(gè)罐位，這就解決了大量鐵水的運(yùn)輸問(wèn)題，可縮短出鐵場(chǎng)的長(zhǎng)度，減少鐵溝的維修量和爐前廢鐵量。
1.3.發(fā)展趨勢(shì)
從上面的情況來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)在各鋼鐵公司使用的大部分是混鐵爐，混鐵水車用得較少。實(shí)際上這兩種設(shè)備各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，但從發(fā)展的角度來(lái)看還是混鐵水車的發(fā)展有一定的優(yōu)勢(shì)。
首先，混鐵爐在煉鋼車間要占有一定的面積，而且隨著轉(zhuǎn)爐的容積增大其占用面積
也需要增大。特別是對(duì)于改造的車間來(lái)說(shuō)廠房的面積是至關(guān)重要的。在這一點(diǎn)上混鐵水車占有一定優(yōu)勢(shì)。
其次，混鐵爐在操作上也不如混鐵水車。混鐵爐為了減少熱量的損失需要噴吹煤氣加熱，煤氣管道又要隨著爐體轉(zhuǎn)動(dòng)，而爐體的旋轉(zhuǎn)中心又不是其幾何中心，同時(shí)又要考慮煤氣的密封問(wèn)題。而且混鐵爐的上部還要安裝兌鐵水口的蓋子，這又需要一套卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)和爐頂平臺(tái)。這些都是混鐵水車不需要的。
再者，混鐵水車可以滿足遠(yuǎn)距離輸送，可以跨車間輸送鐵水，由于減少了鐵水在混鐵水車中的時(shí)間，能量的損失也可以控制在最小值。另外，就其加工和維修方面來(lái)說(shuō)，混鐵水車也比混鐵爐來(lái)得容易。
2.整體方案評(píng)述
運(yùn)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是使起重機(jī)和小車作水平運(yùn)動(dòng)。有時(shí)用于搬運(yùn)物品；有時(shí)用于調(diào)整起重機(jī)的工作位置，如門座起重機(jī)與裝卸橋的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。
本方案就是設(shè)計(jì)鐵水過(guò)跨車的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為無(wú)軌運(yùn)行與有軌運(yùn)行兩類。前者采用輪胎和履帶，可以在普通道路上行走，用于汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)與履帶起重機(jī)等。它們的機(jī)動(dòng)性好，可以隨時(shí)調(diào)到工作需要的地點(diǎn)；后者在專門的鋼軌上運(yùn)行。負(fù)荷能力大，運(yùn)行阻力小，是一般起重機(jī)常用的運(yùn)行裝置。本方案是設(shè)計(jì)有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成與設(shè)計(jì)原理。
2.1.運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成和主要型式
運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、車輪組和制動(dòng)器所組成。
本方案主動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)型式是集中驅(qū)動(dòng)。它是以一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸來(lái)帶動(dòng)兩邊主動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)型式。這種型式只用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)與一臺(tái)減速器，但傳動(dòng)軸系統(tǒng)（包括軸、軸承與聯(lián)軸器）復(fù)雜笨重，故目前只用于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及跨度與起重量較?。ǎ┑臉蚴狡鹬貦C(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
2.2.運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成
2.2.1.運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)類型的選擇
電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電機(jī)與直流電機(jī)的主要區(qū)別是，交流電機(jī)利用的是電磁感應(yīng)原理，而直流電機(jī)是主磁極建立起恒定不便的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組通人電流，電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快速、有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，能承受頻繁的沖擊性負(fù)載。但直流電機(jī)也有其缺點(diǎn)，較交流電機(jī)相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維護(hù)工作量大，使用場(chǎng)合也受到限制。
采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中間需要一個(gè)變速箱，一個(gè)齒輪座。采用這傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備投資少,配套容易，使用和維護(hù)比用直流電機(jī)簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是：傳動(dòng)裝置需要增加專門的變速箱，交流電動(dòng)機(jī)分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類。異步電動(dòng)機(jī)按照定子相數(shù)的不同分為單相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，成本低廉等。
綜合考慮，該運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用交流電動(dòng)機(jī)，為SIEMENS變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)是全數(shù)字式交流變頻矢量控制調(diào)速控制系統(tǒng)具有性能好、可靠性高，可以滿足各種不同控制功能要求，調(diào)速系統(tǒng)具有最佳自優(yōu)化功能，并提供完備的監(jiān)控保護(hù)和故障自診斷功能，同時(shí)還具有方便快捷的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和信息交換。通過(guò)確定矯正力,從而來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的矯正力矩。
2.2.2.減速器的類型選擇
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場(chǎng)合也用來(lái)增速，稱為增速器。
選用減速器時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動(dòng)力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動(dòng)效率，承載能力，質(zhì)量，價(jià)格等，選擇最適合的減速器。
減速器的類別、品種、型式很多，目前已制定為行（國(guó)）標(biāo)的減速器有40余種。減速器的類別是根據(jù)所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據(jù)使用的需要而設(shè)計(jì)的不同結(jié)構(gòu)的減速器；減速器的型式是在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)齒面硬度、傳動(dòng)級(jí)數(shù)、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯(lián)接型式等因素而設(shè)計(jì)的不同特性的減速器。
綜合考慮，行走機(jī)構(gòu)的減速器選擇立式減速器。
立式減速器的主要特點(diǎn)?：
一、高速比和高效率的高級(jí)傳動(dòng)，單級(jí)傳動(dòng)就能達(dá)到1：87的減速比，效率在90%以上，如果采用多級(jí)傳動(dòng)，減速比更大；?
二、結(jié)構(gòu)緊湊體積小?由于采用了行星傳動(dòng)原理，輸入軸與輸入軸在同一軸心上，所以結(jié)構(gòu)緊湊，體積小；?
三、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低?擺線針齒嚙合齒數(shù)較多，重疊系數(shù)大以及具有機(jī)件平穩(wěn)的機(jī)理，使振動(dòng)和噪聲限制在最小程度。
2.2.3.聯(lián)軸器選擇
聯(lián)軸器的種類很多，無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器，如十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、滾子鏈聯(lián)軸器；有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、星形彈性聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器。
無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器因具有撓性，故可補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。但因無(wú)彈性元件，故不能緩沖減振。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移，而且具有緩沖減振的能力，制造彈性元件的材料有非金屬和金屬兩種。非金屬有橡膠、塑料等，其特點(diǎn)為質(zhì)量小，價(jià)格便宜，有良好的彈性滯后性能，因而減振能力強(qiáng)。金屬材料制成的彈性元件(主要為各種彈簧)則強(qiáng)度高、尺寸小而壽命較長(zhǎng)。
根據(jù)這些特點(diǎn)，本方案采用兩個(gè)鼓形齒式聯(lián)軸器，兩車輪是用來(lái)支承整臺(tái)起重機(jī)重量并使其行駛的裝置。車輪按輪緣形式可以分為雙輪緣的、單輪緣的和無(wú)輪緣的三種。輪緣的作用是導(dǎo)向和防止脫軌。
車輪的材料應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式、運(yùn)行速度和起重工作級(jí)別等因素來(lái)確定。對(duì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)而速度大于30，中級(jí)及中級(jí)以上工作類型，建議采用不低于ZG55的鑄鋼，并進(jìn)行表面淬火（火焰淬火或表面淬火），硬度不低于HB320~350，淬火深度不小于5mm。對(duì)人力驅(qū)動(dòng)或機(jī)械驅(qū)動(dòng)輕級(jí)工作類型，速度小于30,可采用鑄鐵車輪，表面硬度為HB180~240。
軌道用來(lái)承受起重機(jī)車輪傳來(lái)的集中壓力，并引導(dǎo)車輪運(yùn)行。所有起重機(jī)用的軌道都采用標(biāo)準(zhǔn)的或特殊的軋制型鋼或鋼軌。它們應(yīng)符合車輪的要求，同時(shí)也應(yīng)考慮如何讓固定。通常中小型起重機(jī)，小車軌道采用P型鐵路鋼軌，也可以采用方鋼。大型起重機(jī)，大車軌道多采用P型與QU型起重機(jī)專用鋼軌。這些軌道用壓板和螺絲固定。
綜上所述，本方案選用雙輪緣的車輪（見(jiàn)圖2.4），材料為。軌道采用P型鐵路鋼軌，用壓板的螺絲固定。
2.2.4.制動(dòng)器選擇
制動(dòng)器就是剎車。是使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)件停止或減速的機(jī)械零件。俗稱剎車、閘。制動(dòng)器主要由制動(dòng)架、制動(dòng)件和操縱裝置等組成。有些制動(dòng)器還裝有制動(dòng)件間隙的自動(dòng)調(diào)整裝置。為了減小制動(dòng)力矩和結(jié)構(gòu)尺寸，制動(dòng)器通常裝在設(shè)備的高速軸上，但對(duì)安全性要求較高的大型設(shè)備(如礦井提升機(jī)、電梯等)則應(yīng)裝在靠近設(shè)備工作部分的低速軸上。
綜上所述，制動(dòng)器的作用有三種：
支持——將物品、吊臂或機(jī)器閘住不動(dòng)；
停止——用摩擦消耗運(yùn)動(dòng)部分的動(dòng)能，以一定得減速度使機(jī)構(gòu)停止下來(lái)；
落重——制動(dòng)與重力平衡，重物以恒定的速度下降。
對(duì)于各種制動(dòng)器的構(gòu)造和性能必需滿足以下要求：
能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩；
松閘和合閘要迅速，制動(dòng)要平穩(wěn)；
構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修方便；
制動(dòng)器的零件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，摩擦零件要有較高的耐磨性和耐熱性；
制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)要緊湊。
為了使制動(dòng)器能獲得較大的制動(dòng)力矩和較小的結(jié)構(gòu)尺寸，提高接觸表面的摩擦系數(shù)是最有效的方法。因此在起重機(jī)械的制動(dòng)器中，大多采用較高的摩擦系數(shù)和耐磨性的材料，用作互相接觸的制動(dòng)零件之一的復(fù)面。常用的制動(dòng)復(fù)面材料是制動(dòng)石棉帶和碾壓帶。
本方案采用抱閘制動(dòng)器。
2.2.5.軸承的選擇
本方案選用調(diào)心滾子軸承。
調(diào)心滾子軸承具有兩列滾子，主要承受徑一載荷，同時(shí)也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動(dòng)載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。高溫環(huán)境下軸承的使用壽命長(zhǎng)。
3.力能參數(shù)確定
3.1.設(shè)計(jì)參數(shù)
總重量： 220T
行走速度： 3—30。
3.2.走行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)·電機(jī)功率
由參考文獻(xiàn)[1]
摩擦總阻力矩公式：
（3.1）
式中 G+Q——總重量；由設(shè)計(jì)參數(shù)得G+Q=220T=2200009.8=2456000N；
k——滾動(dòng)摩擦系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[1]表7—1查得k=0.0009；
——軸承摩擦系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[2]表6—2—17查得=0.0030；
——附加阻力系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[1]表7—3查得=1.6；
d ——軸承內(nèi)外徑平均值；d=mm=0.27m；
帶入公式3.1得：
=5128.13
運(yùn)行摩擦阻力：
（3.2）
式中 ——車輪直徑；=900mm=0.9m；
帶入公式3.2得：
=11395.84N
選電動(dòng)機(jī)：
由電動(dòng)機(jī)靜功率公式：
（3.3）
式中 ——滿載運(yùn)行時(shí)靜阻力；
m——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)；m=2；
——機(jī)構(gòu)總效率；=0.9；
——機(jī)構(gòu)行走速度；取=28；
帶入公式3.3得：
=28.97kW
初選電動(dòng)機(jī)功率：
N=28.97kW
綜上所述：
選用電機(jī)型號(hào)：YPT 225 M—6；
功率： =30 kW；
轉(zhuǎn)速： =720 ；
3.3.電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校核
由參考文獻(xiàn)[6]公式：
按照等效功率法求得：當(dāng)時(shí)，所需的等效功率：
（3.4）
式中 ——工作類型系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[1]表6—4查得 =0.75；
——系數(shù)，根據(jù)值查得，由參考文獻(xiàn)[1]查得當(dāng)=0.1
=0.87。
帶入公式3.4得：
由以上計(jì)算結(jié)果可知，初選電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件，即
3.4.電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校核
對(duì)于室外工作的起重機(jī)，為了校核電動(dòng)機(jī)能否克服工作狀態(tài)最大風(fēng)壓所引起的載荷，以免工作過(guò)程中發(fā)生停車現(xiàn)象。其計(jì)算式：
（3.5）
式中 ——電動(dòng)機(jī)實(shí)際最大啟動(dòng)力矩（）
為電動(dòng)機(jī)最大過(guò)載系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[7]表7—2查得：
，取=2.8；
為電動(dòng)機(jī)額定力矩；
=397.9
所以
——電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)；
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比；
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)的效率；
——道路坡度阻力矩；忽略不計(jì)，=0；
——由工作狀態(tài)最大風(fēng)壓（內(nèi)陸；沿海）所引起的風(fēng)阻力（）。
所以
=59.80
綜上計(jì)算可得
所以
電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校核合格。
3.5.走行機(jī)構(gòu)的減速器及傳動(dòng)比
車輪轉(zhuǎn)速：
（3.6）
式中 ——機(jī)構(gòu)行走速度； =28；
——車輪直徑；=900mm=0.9m；
帶入公式3.4得：
=9.90
機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
==72.73
綜上所述：
選取減速器型號(hào)：。
4.主要零件強(qiáng)度計(jì)算
4.1.主動(dòng)輪組
4.1.1.軸的校核
圖4.1 軸的載荷分析圖
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
由上述計(jì)算可得：
=30kW ；
=720；
機(jī)構(gòu)總效率：=0.9；
=300.9
=27 kW
=9.90
=26045.45
如圖4.1：
=13022.73
=539000N
由公式：
得：
=28939.40N
（1） 做出軸的力學(xué)模型。
=3183.33
（2） 做出軸的彎矩圖。
=59290
（3） 做出軸的扭矩圖。
=59375.40
（4） 校核軸的強(qiáng)度。
由參考文獻(xiàn)[3]公式15—4
軸的彎扭合成強(qiáng)度條件：
（4.1）
式中：——軸的計(jì)算應(yīng)力，；
M——軸所受彎矩，；
T——軸所受的扭矩，；
W——軸的抗彎截面系數(shù)；
——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)變力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按參考文獻(xiàn)[3]表15—1選用。
——?。?
由參考文獻(xiàn)[3]表15—4得：
（4.2）
式中：
由參考文獻(xiàn)[4]表4—3—19得：
b=45
t=15
d——軸的直徑；d=200mm；
帶入公式4.2得：
=980894.8
把上述數(shù)據(jù)帶入公式4.1得：
=61.05
由參考文獻(xiàn)[3]表15—1得：
材料選取，調(diào)制處理。
=70
因?yàn)?
所以
軸檢驗(yàn)合格。
4.1.2.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1） 判斷危險(xiǎn)截面
截面A，Ⅱ，Ⅲ，B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A，Ⅱ，Ⅲ，B均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅳ和Ⅴ處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面C上的應(yīng)力最大。截面Ⅴ的應(yīng)力集中的影響和界面Ⅳ的相近，但界面Ⅴ不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必校核。由參考文獻(xiàn)[3]第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。
（2） 截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù)：
=800000
抗扭截面系數(shù)：
=1600000
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為：
=30227476.36
截面Ⅳ上的扭矩為：
=13022730
截面上的彎曲應(yīng)力：
=37.78
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
=8.14
軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理。
由參考文獻(xiàn)[3]表15—1查得：
=735，=355，=200。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按參考文獻(xiàn)[3]表3—2查取。
因?yàn)?
經(jīng)插值后可查得：
，
又由參考文獻(xiàn)[3]附圖3—1可得軸的材料的敏感系數(shù)為：
=0.91，=0.94
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式（附表3—4）為：
=1.91
=1.31
由參考文獻(xiàn)[3]附圖3—2的尺寸系數(shù) ；
由參考文獻(xiàn)[3]附圖3—3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。
軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[3]附圖3—4查得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。
由參考文獻(xiàn)[3]式3—12得綜合系數(shù)為：
=3.29
由參考文獻(xiàn)[3]式3—12a
=1.91
又由參考文獻(xiàn)[3]§3—1及§3—2得碳鋼的特性系數(shù)：
， 取
，取
于是，計(jì)算安全系數(shù)值：
由參考文獻(xiàn)[3]式15—6得：
=2.86
由參考文獻(xiàn)[3]式15—7得：
=25.07
由參考文獻(xiàn)[3]式15—6得：
=2.84
由參考文獻(xiàn)[3]中查得設(shè)計(jì)安全系數(shù)值：
因?yàn)?
所以可知其安全。
（3） 截面Ⅳ右側(cè)
抗彎截面系數(shù)：
=1064800
抗扭截面系數(shù)：
=2029600
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為：
=30227476.36
截面Ⅳ上的扭矩為：
=13022730
截面上的彎曲應(yīng)力：
=28.39
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
=6.42
過(guò)盈配合處的，由參考文獻(xiàn)[3]附表3—8用插值法求得：
并取，于是得：
軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[3]附圖3—4查得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。
由參考文獻(xiàn)[3]式3—12得綜合系數(shù)為：
=4.16
由參考文獻(xiàn)[3]式3—12a
=3.35
又由參考文獻(xiàn)[3]§3—1及§3—2得碳鋼的特性系數(shù)：
， 取
，取
于是，計(jì)算軸在截面Ⅳ右側(cè)的安全系數(shù)值：
由參考文獻(xiàn)[3]式15—6得：
=3.01
由參考文獻(xiàn)[3]式15—7得：
=18.32
由參考文獻(xiàn)[3]式15—6得：
=2.97
由參考文獻(xiàn)[3]中查得設(shè)計(jì)安全系數(shù)值：
因?yàn)?
所以可知其安全。
校核的軸因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。
綜上對(duì)軸的校核，軸滿足要求。
4.1.3.鍵的校核
圖4.3 平鍵連接受力情況
平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，連接中各零件的受力情況如圖4.3所示。
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：
（4.3）
式中： T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，；T=；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm；
——鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵，此處L為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b為鍵的寬度，mm；
——軸的直徑，mm；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，，見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]表6—2。
此處鍵的尺寸：
h=20mm
L=200mm
b=36mm
公式4.3中數(shù)據(jù)：
T==13022.73；
k=0.5h=10mm；
=164mm；
d=140mm；
帶入公式4.3得：
=113.44
由參考文獻(xiàn)[3]表6—2查得：
為120~150
因?yàn)?
所以 鍵檢驗(yàn)合格。
4.1.4.軸承的壽命計(jì)算
選用軸承時(shí)，首先是選擇滾動(dòng)軸承類型，線面歸納出合理選擇軸承類型時(shí)所參考的主要因素。
（一） 軸承的載荷
軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。
（二） 軸承的轉(zhuǎn)數(shù)
在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低度類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。
（三） 軸承的調(diào)心性能
當(dāng)周的中心線與軸承座中心線不重合而又角度誤差時(shí)，或因軸受力而彎曲或傾斜時(shí)，會(huì)造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。
（四） 軸承的安裝和拆卸
便于裝拆，也是在選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。在軸承座沒(méi)有剖面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承零部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承。
圖4.5 軸承受力分析圖
求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖4.5a）和水平面（圖4.5b）兩個(gè)平面力系。其中：圖4.5c中的為通過(guò)另加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線。
由力分析可知：
=539000N
=269500N
=269500N
=28939.40N
=14469.70N
=14669.70N
=269888.17N
=269888.17N
求兩軸承的計(jì)算軸向力和
對(duì)于調(diào)心滾子軸承，沒(méi)有派生軸向力。所以，軸向力：
求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 和
本方案采用的軸承型號(hào)為：23140 CC/W33。
由參考文獻(xiàn)[2]表6—2—77查得：
因?yàn)?
=0
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