電池更換裝置計算說明書

1、電池更換裝置計算說明書4.電池更換裝置的設(shè)計計算4.1 電池輸送小車的設(shè)計4.1.1 液壓伸縮架的設(shè)計4.LL1液壓伸縮架的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析：由于電池高度為260mm,汽車底盤高度取340mm,所以升降機構(gòu)的垂直行程應(yīng)大于600mm。剪義長度為1200mm,經(jīng)過計算剪義在最低位置時夾角應(yīng)為140°,在最高位置時夾角應(yīng)為400。如圖4.7.2和圖4.7.3所示：圖4.7.3由兩個位置液壓缸伸長量可得出液壓缸行程應(yīng)大于279mm,滑道長度應(yīng)大于718mm,才能滿足升降機垂直行程大于600mm,因此滑道長度取800mm34. 1.1.2伸縮架液壓缸的設(shè)計液壓缸的主要幾何尺寸，包括液壓桿的內(nèi)

2、徑D,活塞桿直徑d和液壓缸行程等。5. 1.1.2.1液壓缸內(nèi)徑D的計算根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑，其計算公式為：2 / 16電池更換裝置計算說明書6. L1確定公式內(nèi)的各數(shù)值上式中F為液壓缸推力（kN）,由于液壓缸要舉升電池，因此F的垂直分量應(yīng)大于或等于電池和電池托板重量之和，但電池舉升過程中F的垂直分量是不斷的變化的，因此只需要考慮電池剛開始舉升時，F(xiàn)滿足要求即可（因為此時F的垂直分量是最小的，只要此時的F值滿足要求，那么其余位置必定滿足要求）。而在初始位置時，液壓缸和垂直面的夾角為。=70。電池重W=2800,電池托板重W；=1000N,因此有：FcosaW+W.計

3、算得：F>-=2st）（）+1-）（）=11110,為了保證液壓缸可以正常工作，cosacos70'因此F值要取大一些，留一些余量。Fvi=20000N=20kN為工作壓力，可根據(jù)機床類型或負載的大小來確定；山下表選?。?7max=10MPaf；ax=20000N機械類型機床農(nóng)業(yè)機械、小型工重型機械磨床工作壓力（帥a）0. 20. 8組合機床龍門刨床拉床程機械、建筑機械352881010182032由此可初步計算出:D=50.49mm,查機械設(shè)計手冊表23633（摘自GB/T2348-1993）取:D=63mm°6.2 活塞桿外徑的確定活塞桿受到壓力作用時：v5MPa時

4、，d=O.5O.55D5MPa<p<7MPa時，d=0.60.7D>7MPa時，d=O.7D因此d=O.7D=63x0.7=44.1,查機械設(shè)計手冊表236-34（摘自GB/T2348-1993）取:d=45mm。6.3 液壓缸行程的選擇由兩個位置液壓缸伸長量可得出液壓缸行程應(yīng)大于279mm,查機械設(shè)計手冊表23-6-3537（摘自GB/T2349-1980）在活塞行程第一系列中選取S=320mm。6.4 液壓缸外徑的確定查機械設(shè)計手冊表23-6-59,當工作壓力pW寸，選擇=76mm°6.5 液壓缸和活塞桿材料的選擇6.5.1 缸體材料的選擇3 / 16電池更換裝

5、置計算說明書一般情況下，選擇45鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到24L285HB。552活塞材料的選擇活塞桿的材料選擇45鋼，查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊表2-7（摘自GB/T699-1999）其抗拉強度為q=570MPa。6.6 活塞桿直徑校核活塞桿的直徑按下式校核:d>上式中，F(xiàn)為活塞桿受到的作用力，由上可知F=20000N； 6為活塞14 / 16桿的許用應(yīng)力口卜三，n為安全系數(shù)，在此取n=5。計算得：R=114MPa,因此=14.95mm<45mm故活塞桿直徑是滿足要求的。6.7 活塞桿穩(wěn)定性的校核液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當活塞桿的長度/與活塞桿的直徑d之比大于10時（即應(yīng)該校核活塞縱向的抗彎強

6、度或穩(wěn)定性。在這里.L=2Z2=7.h<io,因此無需校核活塞桿穩(wěn)定性。d456.8 缸蓋固定螺栓的選擇及校核6.8.1 螺栓選型查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊表3-9（GB/T5782-2000摘錄）取缸蓋固定螺栓為4xM6o6.8.2 缸蓋固定螺栓的校核d>液壓缸蓋固定螺栓直徑按下式計算：式中：F為液壓缸負載；Z為固定螺栓個數(shù)，這里取Z=4：k為螺紋擰緊系數(shù)，k=L12L5,取k=L3；b=q/（L2L5）=bJL35,q為材料的屈服極限，查機械設(shè)計書表5-8取螺栓材料的等級為6.8級，其對應(yīng)的屈服極限b、=480MPa。因此，故缸蓋固定螺栓直徑滿52s_5.2xL3x20000x1.

7、35立64x480足要求。4.2輸送小車下面的動力部分設(shè)計計算4.2.1 電動機的選型小車的重量（加上電動機和變速箱的重量）初步估計為6000N,兩塊電池重5600N,則總重量為=2卬+嗎=2x2800+6000=11600N，小車輪子和軌道均為鋼材所制造，他們之間的摩擦系數(shù)為/=0.1，因此小車和軌道間的摩擦力為2=2/=H600x0.1=1160/V,初步估計小車運動速度為v=l"?/s，則整個機構(gòu)運動所需要的功率為：P.=Fr2v=1160x1=1160IV=1.16A:IV,考慮到動力傳動的間的效率以及摩擦損失，電動機型號選擇：Y132S-84.2.2 聯(lián)軸器的選型由于Y13

8、2S-8電動機的直徑為D=38mm,n=710n/min且電動機額定轉(zhuǎn)矩為Tl=9550X-=15.603Nmn由于聯(lián)軸器直接和電動機相連，因此取工作情況系數(shù)為Ka=1.3則計算轉(zhuǎn)矩為Tca=KAT=1.3X15.603=20.28Nm因此選擇GY5型聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩T=400Nm許應(yīng)轉(zhuǎn)速為nmax=8000n/min因此TcaVT,n<nmax故所選聯(lián)軸器是合適的。4.2.3 一級直齒圓柱齒輪的設(shè)計計算4.2.3.1 齒輪的選型，精度等級及材料運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。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

9、,二者材料硬度差為40HBSo根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速及橫向運動機構(gòu)的速度可定出減速比為/,=6,取小齒輪的齒數(shù)為芍=21,則Z2=i£=126。在此直接選用標準的直齒圓柱齒輪,而后對其進行校核即可。取模數(shù)m后mm,壓力角。=20；當后1時，h：=1.0c*=0.254.23.2確定大小齒輪的基本尺寸小齒輪的基本尺寸：4=/叫=42ha=h：m=2.0h,=（h：+c*）m本.5"仙=4+2/%=46d/i=4-2%=37h=ha+hf=4.5大齒輪的基本尺寸：d2=憶2=252dal=d2+2ha=256dn=d、-2ht=247查機械設(shè)計書表10-7,取齒寬系數(shù)為為=。-85，

10、由此可得齒寬為=35.7mm將小齒輪寬度值圓整并在此基礎(chǔ)上加寬510mm,最終取b=40mmo4.233 進行受力分析小齒輪受力圖如下：FrFt27；=2x15.603=743N40.042Fr=F,tana=743xtan200=270.43NF743Fn=一,一=790.68Ncosecos20"4.234 齒輪彎曲疲勞強度校核齒根危險截面的彎曲強度公式為：%="甲"*/4.2.3.4.1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值hm上式中K為載荷系數(shù)，K=KAKvKFaKF其中K八為使用系數(shù)查機械設(shè)計書表10-2可得心=1.0；掩為動載系數(shù)，他可通過齒輪的圓周速度匕在機械設(shè)計書

11、圖10-8查得。*=皿=1.56m/s,則可以查得K，=L03；為齒間載荷分配系數(shù)，對于直齒輪可取K/z=L0;K/為齒向載荷分布系數(shù)，K/可根據(jù)其K*之值，齒寬b與齒高h之比從機械設(shè)計書圖10-13中查得。K/勿可查表10-4得K/g=1.244,Z?/?=8.89,則由此可查得K"=1.2。因此K=1.236上式中,是一個無因次量，稱為齒形系數(shù)，可查機械設(shè)計書表10-5得心產(chǎn)2.76yra2=2.16；上式中巳是應(yīng)力校正系數(shù)，可查機械設(shè)計書表10-5得%=L56y2=1.81上式中為彎曲許用應(yīng)力，其計算公式為：6/=勺四也Sf%為彎曲疲勞安全系數(shù)，取5尸=1.35K爾為彎曲疲勞壽

12、命系數(shù)，通過應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查機械設(shè)計書圖10-18可得。=60/2,jLh=60x710x1x28800=1.23x109,則查得長川廣。-87M=60n2=60x118x1x28800=2.05xlO8,則查得KFN2=0.95上式中叫m為齒輪的疲勞極限。彎曲疲勞強度極限值用力£代入，查圖10-20可得：bfE=500MPa,crF£2=38OMPa由以上數(shù)據(jù)可計算得：%=322.22MPa6J=267.41MPa423.4.2計算大、小齒輪的吊牛并加以比較，選結(jié)果大的所對應(yīng)的齒輪進行校核。K./s. t 2.76x1.56戶al Ml _ %-322.22= 0.013

13、36丫儂與心_2.16xL81- 267.41 一= 0.01462因此對大齒輪進行校核:一町兀友binL236x743x2.16xL8140x2=44.88 MPa< 卜=267.41 MPa故齒根彎曲疲勞強度滿足要求。4.23.5齒面接觸疲勞強度校核齒面接觸強度校核公式為：b = 2.5ZeKFt u + L bd u口4.2.351計算公式內(nèi)的各計算數(shù)值上式中u為減速比即傳動比，因此u=«=6上式中Ze為材料的彈性影響系數(shù)，查機械設(shè)計書表10-6可得：Z£.=189.8MPtJ上式中K為教荷系數(shù)，K=KAKvKllaKH其中儲為使用系數(shù)查機械設(shè)計書表10-2可得

14、K,*=1.0；K,為動載系數(shù)，他可通過齒輪的圓周速度匕在機械設(shè)計書圖10-8查得。匕=皿=L56m/s,則可以查得降=1.03；K.為齒間載荷分配系數(shù)，對于直齒輪可取K-a=1.0：K如為齒向載荷分布系數(shù)，K/力可查機械設(shè)計書表10-4得長如=1.244。由此計算出K=1.281上式中%為齒面接觸許用應(yīng)力，其計算公式如下：口=芻0上式中S為接觸強度安全系數(shù)，取S=1.0。上式中Kn為接觸疲勞壽命系數(shù)，通過應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查機械設(shè)計書圖10-19可得。N1=60jLh=60x710x1x28800=1.23x109,則查得勺=0.91N2=(n2jLh=60x118x1x28800=2.05xl

15、O8,則查得KHN2=0.97o-hm為齒輪的疲勞極限。接觸疲勞強度極限值用代入,查機械設(shè)計書圖10-21可得：=600MPacr/lim2=550MPa由以上數(shù)據(jù)計算出:aH,=546MPa<rw2=533.5MPa4.23.5.2校核接觸疲勞強度因配對齒輪的接觸應(yīng)力皆一樣，即b/a=b，因此按齒面接觸疲勞強度校核時，應(yīng)將口中較小的數(shù)值代入進行校核，在此校核大齒輪。際+11lono(1.281x7436+1=385.77MPa<)=bi=2.5Z/->=2.5x189.8.bd.uV40x426b/=533.5MPa故齒面接觸強度是滿足要求的。4.2.4二級直齒圓柱齒輪的設(shè)

16、計計算341齒輪的選型，精度等級及材料運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。小齒輪材料為20Cr2Ni4（滲碳后淬火），硬度為350HBS,大齒輪材料為20Cr（滲碳后淬火），硬度為300HBs，二者材料硬度差為50HBS。根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速及橫向運動機構(gòu)的速度可定出減速比為，2=2,取小齒輪的齒數(shù)為弓二60,則22=小尸120。在此直接選用標準的直齒圓柱齒輪，而后對其進行校核即可。取模數(shù)壓力角a=20"；當后1時，/?；=1.0c*=0.253.4.2確定大小齒輪的基本尺寸小齒輪的基本尺寸：4=y=120ha=h：jn=2.0hf=（h：+c*）m=2.5dal=4+2ha

17、=124cl,=d2h=115h=hf=4.5大齒輪的基本尺寸：d2=mz2=240dal=d2+2ha=244df2=d2-2ht=235查機械設(shè)計書表10-7,由于傳遞的功率很小，因此齒寬系可以取小一些，取齒寬系數(shù)為為=。3,由此可得齒寬為B=%4=36mm將小齒輪寬度值圓整并在此基礎(chǔ)上加寬510mm,最終取b=40mmo343進行受力分析二級減速圓柱小齒輪上的軸的轉(zhuǎn)矩為：=15.603x6=93.62N小齒輪的轉(zhuǎn)速為：=4=Z12.=U8.33j/min-j6大齒輪的轉(zhuǎn)速為：,，=":=59.17小】血一42隋輪（中間輪）的受力圖如下：Ft"2。2x93.62Ff=-

18、=4458N7&0.042Fr=F,tana=4458xtan20"=1622.58NF4458Fn=一一=4744.IONcos。cos20"3.4.4 齒輪彎曲疲勞強度校核齒根危險截面的彎曲強度公式為：%=一%。口,.3.4.4.1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值hm上式中K為載荷系數(shù)，K=KAKvKFaKF其中Ka為使用系數(shù)查機械設(shè)計書表10-2可得心=1.0；降,為動載系數(shù)，他可通過齒輪的圓周速度匕在機械設(shè)計書圖10-8查得。匕.=研2i=0-744m/s,則可以查得掩=1.01；為齒間載荷分配系數(shù)，對于直齒輪可取K&=1.0;Kfq為齒向載荷分布系數(shù)，K/可

19、根據(jù)其K如之值，齒寬b與齒高h之比從機械設(shè)計書圖10-13中查得。K即可查表10-4得K=1.244,b/h=8.89,則由此可查得K=L2。因此KT.212上式中次是一個無因次量，稱為齒形系數(shù)，可查機械設(shè)計書表10-5得產(chǎn)2.28YFa2=2.165；上式中%是應(yīng)力校正系數(shù)，可查機械設(shè)計書表10-5得%二1.73%?=18。5上式中為彎曲許用應(yīng)力，其計算公式為：6/=勺四也s尸%為彎曲疲勞安全系數(shù)，取5尸=1.25K爾為彎曲疲勞壽命系數(shù)，通過應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查機械設(shè)計書圖10-18可得。=(n2JLh=60x118.33x1x28800=2.04x109,則查得KY|=0.93N2=60%JL

20、產(chǎn)60x59.17x1x28800=1.02xl08,則查得KFN2=0.98上式中叫m為齒輪的疲勞極限。彎曲疲勞強度極限值用力£代入，查圖10-20可得：b田=680MPa,<TF£2=53OMPa由以上數(shù)據(jù)可計算得：eJ=505.92MPabJ=415.52MPa3.4.4.2計算大、小齒輪的并加以比較，選結(jié)果大的所對應(yīng)的齒輪進行校核。2.28x1.73qj 505.92=0.007796YEa2YSa2 _ 2.165x1.805bj 415.52= 0.009405因此對大齒輪進行校核:1.236x4458x2.165x1.805 40x2< (T/z

21、3.4.5.1計算公式內(nèi)的各計算數(shù)值=269.16MPa<bJ=267.41MPa故齒根彎曲疲勞強度滿足要求。3.4.5 齒面接觸疲勞強度校核齒面接觸強度校核公式為:上式中u為減速比即傳動比，因此u=%=2上式中Z-為材料的彈性影響系數(shù)，查機械設(shè)計書表10-6可得：Z£=189.8MPtJ上式中K為教荷系數(shù)，K=KAKvKnaKH其中心為使用系數(shù)查機械設(shè)計書表10-2可得K,尸1.0；搗為動載系數(shù)，他可通過齒輪的圓周速度匕在機械設(shè)計書圖10-8查得。匕=皿%=0.744m/s,則可以查得捻=1.01;勺以為齒間載荷分配系數(shù)，對于直齒輪可取KFa=lOK配為齒向載荷分布系數(shù)，K班

22、可查機械設(shè)計書表104得K即=1.244。由此計算出K=1.256上式中口為齒面接觸許用應(yīng)力，其計算公式如下：口=勺魯上式中S為接觸強度安全系數(shù)，取S=1.0。上式中K/w為接觸疲勞壽命系數(shù)，通過應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N查機械設(shè)計書圖10-19可得。Ni=60n21=60x118.33x1x28800=2.04x109,則查得Kz=0.95N2=(n21jLh=60x59.17x1x28800=1.02x108,則查得K,s=0.99為齒輪的疲勞極限。接觸疲勞強度極限值用代入，查機械設(shè)計書圖I。1】可得：=950MPao-/lim2=840MPa由以上數(shù)據(jù)計算出：J=902.5MPaJ=831.6MPa

23、3.4.5.2校核接觸疲勞強度因配對齒輪的接觸應(yīng)力皆一樣，即因此按齒面接觸疲勞強度校核時，應(yīng)將6、口2中較小的數(shù)值代入進行校核，在此校核大齒輪。、5【KF1u+iooo11.256x44582+1b>=b/=2.5Zf->=2.5x189.8；=627.66MPa<'40x1202J=831.6MPa故齒面接觸強度是滿足要求的。3.5 變速箱笫一根軸的設(shè)計3.5.1 軸的材料的選擇由于設(shè)計的軸，主要受扭矩而受彎矩的作用不大，故選擇材料時，盡量選擇能承受大扭矩的材料。這里選40Cr。3.5.2 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算軸的最細直徑T9550000-軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：%=-昌

24、WT0.2/l上式中：P為軸傳遞的功率，kWo在這里，第一根軸直接和電動機相連，因此P=A=1.16kW：n為第一根的轉(zhuǎn)速，這里=勺=710必而；".為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,查機械設(shè)計書表15-3得"=50MPa。有此可計算出:950000-n。2信950000x7100.2x50=5.37mm對于直彳仝100mm的軸,有一個鍵槽時，軸的直徑要增大0.050.07mm,則"N(l+0.07)x5.37=5.75mm而由于軸的一端要和聯(lián)軸器相連，則可取軸的最小直徑為：4加=35mm。由于第一根軸的最小尺寸和安裝在他上面的齒輪尺寸接近，因此直接把齒輪和軸做成齒輪軸形式。3.5.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖_._I。-IL113.6 變速箱笫二根軸