機(jī)械設(shè)計爬坡加料機(jī)的設(shè)計.doc

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機(jī)械設(shè)計說明書 設(shè)計題目：爬坡加料機(jī)設(shè)計 目錄 摘要3 一、機(jī)械設(shè)計任務(wù)書4 1.1設(shè)計題目簡介4 1.2設(shè)計任務(wù)4 二、傳動方案的擬定及選擇5 2．1傳動方案分析5 2．2傳動方案確定5 三、電動機(jī)的選擇6 3．1電動機(jī)類型6 3．2電動機(jī)功率選擇6 3．3電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇7 3．4電動機(jī)型號的選擇7 四、傳動裝置的相關(guān)計算7 4．1傳動比的分配7 4．2各個軸的轉(zhuǎn)速計算7 4．3各個軸的輸出功率計算7 4．4各個軸的輸出轉(zhuǎn)矩計算8 五、V帶傳動的設(shè)計及計算8 5.1確定計算功率8 5.2確定V帶的帶型及帶速8 5.3確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度9 5.4驗算小帶輪上的包角9 5.5計算帶的根數(shù)9 5.6計算單根帶初拉力的最小值10 5.7計算帶傳動的壓軸力10 5.8確定V帶截面尺寸10 六、V帶帶輪的設(shè)計及計算10 6.1選擇帶輪材料10 6.2選擇帶輪結(jié)構(gòu)形式10 6.3確定帶輪的輪槽12 七、齒輪傳動12 7.1高速級齒輪計算12 7.2低速級齒輪計算15 八、軸的設(shè)計18 九、軸承的校核21 十、聯(lián)軸器設(shè)計22 十一、卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計22 11．1鋼絲繩的選擇22 11．2卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算23 十二、小車的設(shè)計27 12.1軌道27 12.2車輪27 12.3車輪直徑28 十三、制動器的選擇28 十四、Pro/E三維建模及仿真29 14.1電動機(jī)模型29 14.2帶傳動模型29 14.3減速器模型29 14.4聯(lián)軸器模型30 14.5卷揚(yáng)機(jī)模型30 14.6小車模型32 14.7制動器模型33 14.8運(yùn)動仿真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中均勻、定時、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出了它的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，結(jié)合題目中所提供的數(shù)據(jù)確定了電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速,然后運(yùn)用齒輪傳動原理,設(shè)計并計算了減速傳遞裝置，其次綜合各機(jī)構(gòu)設(shè)計了卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu),最后利用AutoCAD繪制了減速傳動裝置裝配圖及各零件圖，通過Pro/E建立了爬坡加料機(jī)的三維模型并進(jìn)行了運(yùn)動仿真。 關(guān)鍵字： AutoCAD、Pro/E、運(yùn)動仿真 一、機(jī)械設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目： 爬坡加料機(jī)設(shè)計 1．1設(shè)計題目簡介 1—卷揚(yáng)機(jī) 2—傳動裝置 3—滑輪 4—小車 5—電動機(jī) 6—導(dǎo)軌（） 如圖為爬坡加料機(jī)的工作示意圖。電動機(jī)通過傳動裝置實現(xiàn)減速后驅(qū)動卷揚(yáng)機(jī)工作，卷揚(yáng)機(jī)通過鋼纜拖動小車沿導(dǎo)軌做往復(fù)運(yùn)動。原動機(jī)為三相交流電動機(jī)，單班制間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，輕微振動，較大灰塵，小批量生產(chǎn)。 設(shè)計參數(shù)與要求： 題號 裝料所受重力G(N) 導(dǎo)軌長度L(mm) 運(yùn)行速度(m/s) 輪距(mm) 3 4000 660 0.4 500 1．2設(shè)計任務(wù) 1、確定傳動方案，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 2、確定電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速。 3、設(shè)計減速傳動裝置。 4、設(shè)計卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)。 5、繪制減速傳動裝置裝配圖。 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、編寫設(shè)計計算說明書。 二、傳動方案的擬定及選擇 2．1傳動方案分析 根據(jù)任務(wù)書的要求，傳動裝置應(yīng)滿足工作可靠、傳動效率高、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低廉、使用和維護(hù)方便的要求。 2．2傳動方案確定 為了確定傳動方案，由已知條件計算出卷揚(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： 選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電機(jī)，則可估算出傳動裝置的總傳動比： 根據(jù)算出的傳動比，我們想到了三種傳動方案： 方案一：帶-單級圓柱齒輪減速器 圖一 方案一：傳動裝置簡單，采用帶傳動，安裝維修方便，且有緩沖過載作用，噪聲較低，但不適合高速重載。 方案二：單級蝸桿減速器 圖二 方案二：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，噪聲較低，但傳動效率低，而且蝸輪市場價格高，生產(chǎn)成品高。 方案三：二級圓柱齒輪減速器 圖三 方案三：齒輪相對于軸承對稱布置，載荷分布均勻，齒輪傳動具有交大的承載能力、效率高、尺寸緊湊，帶傳動傳動平穩(wěn)、又能吸振，綜合考慮了上前兩方案的優(yōu)缺點，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)傳動裝置的設(shè)計方案。 三、電動機(jī)的選擇 3．1電動機(jī)類型 與單相異步電動機(jī)相比，三相異步電動機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料，卷揚(yáng)機(jī)工作需要頻繁變向，因此選用Y系列三相異步電動機(jī)。 3．2電動機(jī)功率選擇 卷揚(yáng)機(jī)工作的有效功率為： 傳動裝置總效率： ——聯(lián)軸器的傳動效率； ——二級圓柱齒輪傳動的傳動效率； ——滾動軸承的傳動效率； ——V帶傳動的傳動效率； ——卷揚(yáng)機(jī)的傳動效率。 查閱資料書得，，則傳動裝置總效率為： 則電動機(jī)所需功率為： 因此，選用額定功率為3Kw的電動機(jī)。 3．3電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 由前面知，選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動機(jī)。 3．4電動機(jī)型號的選擇 查閱資料書可知，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動機(jī)為Y100L2-4和Y132S-6，它們的具體參數(shù)查閱資料可得下表： 電動機(jī)型號 額定功率（Kw） 同步轉(zhuǎn)速（r/min） 滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 總傳動比 軸外伸軸徑 軸外伸長度 Y100L2-4 3 1500 1430 95.56 28 60 Y132S-6 3 1000 960 62.83 38 60 綜合上表，選擇電動機(jī)型號為Y100L2-4。總傳動比為。 四、傳動裝置的相關(guān)計算 4．1傳動比的分配 根據(jù)前面選擇的電動機(jī)的型號以及傳動方案，查閱資料，取帶傳動的傳動比，則二級減速器的總傳動比為： 將二級圓柱齒輪減速器分為高速級和低速級，則其高速級的傳動比為： 低速級的傳動比為： 4．2各個軸的轉(zhuǎn)速計算 小帶輪轉(zhuǎn)速： 大帶輪轉(zhuǎn)速： 4．3各個軸的輸出功率計算 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： 4．4各個軸的輸出轉(zhuǎn)矩計算 五、V帶傳動的設(shè)計及計算 帶傳動是一種撓性傳動，因具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，可以通過打滑，提高設(shè)備的防過載能力，在機(jī)械傳動中得到了廣泛應(yīng)用。 V帶傳動是靠V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動力傳遞的。與平帶傳動比較，V帶傳動的摩擦力大，因此可以傳遞較大功率。V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊，而且V帶是無接頭的傳動帶，所以傳動較平穩(wěn)，是帶傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動。 5．1確定計算功率 查閱資料書得： 計算功率為： 式中：——工作情況系數(shù)； ——計算功率； ——所需傳遞的功率，等于電動機(jī)額定功率。 5．2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)計手冊得： 由于，初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑： 式中，——滑動率，一般為1% ~ 2%，可忽略不計； ——大帶輪的基準(zhǔn)直徑。 則， V帶帶速： 由于，驗算的帶速合適。 5．3確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度 初選中心距： 計算所需的基準(zhǔn)長度： 選擇帶的基準(zhǔn)長度： 計算實際中心距： 5．4驗算小帶輪上的包角 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，因此打滑只會發(fā)生在小帶輪上，為了提高帶傳動的工作能力，有： 包角大小合適。 5．5計算帶的根數(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： 單根V帶的額定功率為 則V帶的根數(shù)為： 所以取Z=3。 5．6計算單根帶初拉力的最小值 查得B型V帶單位長度質(zhì)量為：。 則單根V帶所需的最小初拉力為： 所以應(yīng)使帶的實際初拉力：。 5．7計算帶傳動的壓軸力 壓軸力的最小值為： 5．8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)計及計算 6．1選擇帶輪材料 常用的帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時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。 6．2選擇帶輪結(jié)構(gòu)形式 對于小帶輪，由于，選擇V帶輪為腹板式，如下圖。 6．3確定帶輪的輪槽 查閱資料得： 。 七、齒輪傳動 7.1高速級齒輪計算 7.1.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 已選直齒圓柱齒輪傳動，爬式加料機(jī)數(shù)度不高，故選用8級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 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： 試計算小齒輪分度圓直徑，帶入中較小的值： 計算圓周速度： 計算齒寬： 計算齒寬齒高之比： 根據(jù)，級精度，查得動載系數(shù)： 直齒輪，，使用系數(shù) 根據(jù)級精度，小齒輪相對支承對稱布置時， 由，，查得。 故載荷系數(shù)： 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： 計算模數(shù)： 7.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 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)： 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù)，得： 計算載荷系數(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)計計算： 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(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幾何尺寸計算 計算分度圓直徑： 計算中心距： 計算齒輪寬度： 取， 7.2低速級齒輪計算 已選直齒圓柱齒輪傳動，爬式加料機(jī)的速度要求不高，故選用8級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 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） 試計算小齒輪分度圓直徑: 計算圓周速度： 計算齒寬： 計算齒寬齒高之比： 根據(jù)，8級精度，查得動荷載系數(shù)，直齒輪，,使用系數(shù)。根據(jù)8級精度，小齒輪相對支承對稱布置時，。 由，查得，故載荷系數(shù)： 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： 計算模數(shù)： 7.2.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 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)： 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù):,得： 計算載荷系數(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幾何尺寸計算 計算分度圓直徑： 計算中心距： 計算齒輪寬度： 取，。 八、 軸的設(shè)計（輸出軸（C 軸）的設(shè)計） 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 通過對傳動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： 軸上會有兩平鍵用來定位，會削減軸的承載能力，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)，故需要同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，考慮到轉(zhuǎn)矩變化比較小，故取，則： 按照計算轉(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)軸器長度，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度。 5、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)裝配方案圖可畫出軸的簡圖如下圖： 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軸承添加潤滑脂的要求，故取。 至此，已初步確定了軸的各段長度和直徑。 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；同時為了保證良好的對中性，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)圖做出軸的計算簡圖。算出簡支梁軸的支撐跨度，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 是軸的危險截面。 計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（即危險截面）的強(qiáng)度。取，軸的計算應(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，徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)分別為，。 查得，取。則： 3、驗算軸承壽命 計算預(yù)期壽命: 選用大的當(dāng)量載荷驗算，查得，則： 軸承滿足使用要求。 十、聯(lián)軸器設(shè)計 聯(lián)軸器用來可用來傳遞運(yùn)動和轉(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更加平穩(wěn)?；瑝K聯(lián)軸器屬于無彈性元件的撓性聯(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)簡單、尺寸緊湊，符合本題要求。根據(jù)已經(jīng)計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、卷揚(yáng)機(jī)設(shè)計 電動卷揚(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揚(yáng)機(jī)和溜放型卷揚(yáng)機(jī)兩類。電控卷揚(yáng)機(jī)通過通電或斷電以實現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的工作或制動。物料的提升或下降由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，操作簡單方便。本題采用電控卷揚(yáng)機(jī)。 11．1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接觸。其特點是接觸應(yīng)力高、表面粗糙、鋼絲易折斷、使用壽命低。但制造工藝簡單，價格便宜。這種鋼絲繩在受拉、尤其是受彎時由于鋼絲間的點接觸、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；線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩的有效鋼絲總面積大，因而承載能力高。 卷楊機(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； ——卷揚(yáng)機(jī)工作級別規(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： 該卷揚(yáng)機(jī)工作級別為M7，查閱資料得：鋼絲繩系數(shù)選擇c＝0.123，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)計手冊選n=7。 查閱資料，本題目中鋼絲繩選用鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩型號選擇：619（a）類6-19S-8。 11．2卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 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)計采用單層繞。 11.2.2卷筒繩槽的確定 為了防止使用過程中鋼絲繩脫槽，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=4.32~4.8，取R=4.5mm；c=4.8~5.6mm，取c=5mm；t=14~16mm，取t=14mm。 11.2.3卷筒的設(shè)計 本題采用花鍵連接卷筒。為了延長鋼絲繩的壽命，采用鑄鐵卷筒。 卷筒的設(shè)計主要尺寸有節(jié)徑、卷筒長度、卷筒壁厚。 式中，——與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)； 根據(jù)工作環(huán)境級別為M7，查機(jī)械設(shè)計手冊得：，又，則： 選擇。 本題采用單滑輪傳動，則： 式中，——卷筒總長度； ——繩槽部分長度，； ——固定鋼絲繩所需要的長度，一般??； ——兩端的邊緣長度，??； ——卷筒無繩槽部分長度，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n＝1.5~3圈，這里取2。 所以，選取。 對于鑄鐵筒壁 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)度計算 卷筒材料一般采用不低于HT200的鑄鐵，本題的卷筒無特殊需要，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，所以只計算壓應(yīng)力： 式中，——鋼絲繩單層卷繞時卷筒所受壓應(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)械傳動設(shè)計手冊，軸的材質(zhì)選擇45鋼，調(diào)制處理，軸承選用型號為61911深溝球軸承。 卷筒軸是不動的心軸，根據(jù)受力分析可知，當(dāng)鋼絲繩位于右極限位置時，心軸受力較大，因此應(yīng)按有極限位置進(jìn)行軸的強(qiáng)度計算。計算時，卷筒支承作用到心軸的力，可簡化為作用于軸承寬度中點的集中力。 1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算 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——計算截面處的直徑，mm； ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查閱資料得45號鋼：； 由于，，，則： 符合要求 2、按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 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)。 為使計算簡便，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)度計算 卷筒軸的靜強(qiáng)度計算，需要用靜強(qiáng)度計算拉力，可按下式求得： 式中 ——靜強(qiáng)度計算最大拉力； ——動載荷系數(shù)，查手冊：取。 查資料得：材料的抗彎屈服極限則靜強(qiáng)度計算安全系數(shù)： 綜上，該軸符合本設(shè)計要求。 十二、小車的設(shè)計 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)計采用起重機(jī)專用鋼軌（QU型）。 12.2車輪 車輪材料一般選用ZG55Ⅱ鑄鋼，對于輪壓較大的車輪可采用合金鋼。本題目中，材料選用45號鋼。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HB300～350。淬火深度不小于15 mm，并均勻的過渡到未淬火層。 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，當(dāng)運(yùn)行速度小于60 m/min，時工作類型為中級，車輪直徑選為D=350 mm。 十三、制動器的選擇 按照制動器構(gòu)造特征，可分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器四種。 與其他制動器相比，盤式制動器具有散熱快、重量輕、制動迅速、調(diào)整方便的優(yōu)點。特別是高負(fù)載時耐高溫性能好，制動效果穩(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)下開車，盤式制動器更容易在短時間內(nèi)讓車停下來。 盤式制動器分為固定鉗式和浮動鉗式。固定鉗式雖易于保證鉗的剛度，容易實現(xiàn)從鼓式到盤式的改型，能適應(yīng)不同回路驅(qū)動系統(tǒng)的要求，但液壓缸較多，使制動鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜；熱負(fù)荷大時，液壓缸和跨越制動盤的油管或油道中的制動液容易受熱汽化。相對于固定鉗式，浮動鉗式成本低、制動效果更好。 本題選擇滑動鉗盤式制動器。制動鉗可以相對于制動盤做軸向滑動，其中只在制動盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動塊固裝在鉗體上。制動時活塞在液壓作用下使活動制動塊壓靠到制動盤。而反作用力則推動制動鉗體連同固定制動塊壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊受力均勻為止。 十四、Pro/E三維建模及仿真 14.1電動機(jī)模型 14.2帶傳動模型 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卷揚(yáng)機(jī)模型 卷筒 擋板 心軸 擋圈 機(jī)座 14.6小車模型 底盤 車身 擋板 軸 車輪 導(dǎo)軌 裝配體 14.7制動器模型 活塞 機(jī)架 制動承塊 鉗體 制動盤 裝配體 14.8運(yùn)動仿真 總裝配 1、定義帶傳動，添加伺服電機(jī)。 2、定義各部件運(yùn)動時間 3、仿真 根據(jù)分析仿真出來的結(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 通過本次課程設(shè)計，我獲益匪淺。從電動機(jī)型號的選擇、減速器設(shè)計到聯(lián)軸器的選擇，再到卷揚(yáng)機(jī)和小車的設(shè)計，每一步驟都經(jīng)過了認(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)計過程是一個機(jī)械設(shè)計、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)用過程。在設(shè)計過程中總會遇到許多內(nèi)容，這就要求我在解決實際問題的時候，要把實際問題抽象為理論要素。其次，分析問題的能力也的道理提高，箱體的設(shè)計首先從整體的傳動過程分析，到齒輪設(shè)計及軸的設(shè)計。要先從總體上把握整個設(shè)計的內(nèi)容，把這些內(nèi)容分步驟進(jìn)行，才能設(shè)計中顧全總體需要，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)動仿真的相關(guān)知識。同時，通過本次設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)自己還有些許不足，必須在有限的時間里，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)計課程設(shè)計（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（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)入門與范例》，2010；