30噸無軌道自由轉(zhuǎn)彎電動平板車

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)3 緒論總體設(shè)計(jì)工作原理圖1.2工作情況分析減速機(jī)的選擇車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)車輪軸承的選用軸的設(shè)計(jì)與校核齒輪的設(shè)計(jì)結(jié)論致謝附錄目錄1.31.517202122河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 緒論機(jī)械加工工藝課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生在學(xué)完了機(jī)械制造技術(shù)，進(jìn)行了生產(chǎn) 實(shí)習(xí)之后的一項(xiàng)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所 學(xué)的知識來分析處理生產(chǎn)工藝問題的能力，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固有關(guān)理論知識， 掌握機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的方法，提高獨(dú)立工作的能力，為將來從事專業(yè)技 術(shù)工作打好基礎(chǔ)。另外，這次課程設(shè)計(jì)也為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。通過 本次課程設(shè)計(jì)，應(yīng)使學(xué)生在下

2、述各方面得到鍛煉：熟練的運(yùn)用機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械制造技術(shù)和其他有關(guān)先修課程中的基本理 論，以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中所學(xué)到的實(shí)踐知識，正確的分析和解決某一個(gè)零件在加 工中基準(zhǔn)的選擇、工藝路線的擬訂以及工件的定位、夾緊，工藝尺寸確定等問 題，從而保證零件制造的質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性。通過機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (包括設(shè)計(jì)計(jì)算、工程制圖 等方面)的能力。能比較熟練的查閱和使用各種技術(shù)資料，如有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、手冊、圖冊、 規(guī)范等。(4)在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和獨(dú)立工作的能力。1.1工作原理圖1.2工作情況分析第1章總體設(shè)計(jì)5i kB ； r丄1； Is 1- k I k-R *-1段4込

3、匹板爲(wèi)怛上！貯竺嗎怦！貯竺 8即、凸漳型竺迪聖蘭T- -I II 胃：粘,i II Iill:Stsh+iIIiE：l時(shí)！t；PB II-H IiI IWIiI-FlS+d pdljr曲Eiii罰i蠱1111備Ii!輒I! hi ii i !1 j! II I *百J T -& UH H W 理_ . P RT F-4rtp- pa u.Eq. P耳 i * . 4 wJ iKBT - - rrr t r - nI Bl r- T11 I I：1 口口！親 S!rr-!II I :;：Lb a-b k.L Jbhx J I1:；11!:I.連.tf II . AI I F- - -！ rrrp

4、 p - - i-p r-rv rrr !T J J 卄 、.，強(qiáng).I：J 濟(jì) /.Ifi圖1-1設(shè)計(jì)一個(gè)載重30T的無軌道平板車，已知：平板車工作時(shí)有輕微震動，經(jīng)常滿載、輕載起動，運(yùn)轉(zhuǎn)方向不固定，預(yù)期工作壽命是5年，每年工作300天，每天工作時(shí)間5時(shí)。3.原始數(shù)據(jù):臺面尺寸：2000 X 4000 X 650mm載重：30T自重：5T車運(yùn)行速度：20 m/min第2章減速機(jī)的選擇二級圓柱齒輪減速器的傳遞效率分析:查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知，聯(lián)軸器 n 1=0.99 軸承n 2=0.98 齒輪n 3=0.97故 n = n 12x n 26x n 32=0.82即二級圓柱齒輪減速器的傳遞效率為 0.

5、82運(yùn)行機(jī)構(gòu)摩擦阻力：f= (G+Q其中G為車自重Q為載重 為單位摩擦阻力系數(shù)0.025453f= (5X 10+3X 10)X 0.025=8.75 X 10 N車的運(yùn)行速度v0=20m/mi n=0.33m/s車軸的轉(zhuǎn)速:n=v/ （兀D）=0.26m/s=16m/min安全系數(shù)A=1.5單個(gè)減速機(jī)的輸入功率的計(jì)算Po=fv oA/ (10005 =2.6kw考慮到該車要轉(zhuǎn)向時(shí)單個(gè)電動機(jī)工作故電動機(jī)應(yīng)盡可能大些，初選P=3kw由P=3kw服務(wù)系數(shù)不小于1.55，軸的轉(zhuǎn)速為超過16m/min,以及安裝尺寸要求選擇XQ-1.5型號減速機(jī)兩個(gè)，其傳動比為27.81。第3章車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)橫向車梁的

6、設(shè)計(jì)計(jì)算為保證車的架的強(qiáng)度和剛度，30T的支架平板車車架采用焊接的“回”型鋼 結(jié)構(gòu)為其框架梁，采用整體閉口焊接結(jié)構(gòu)，車梁為 8mn厚的鋼板焊接而成。單根梁單位長度上的載荷分布：q=Q/(2X L) =3X 105/ (2X4) =3.75 X 104N/m圖3-1對單根梁的受力情況進(jìn)行分析(受力圖如下)FbFa圖3-2由平衡條件得:(1且 Fa+Fb=q/2 a(2)解得(IFa1X, 105n 1 Fb=3卜珅.ai0 4對 I (avO.4 )有:Q1= qa= 3.75 x 1O4.aM1=- qa2/2= 1.875 x 104a2對 II (0.4 a4)有:Q2= qa+Fa=-

7、3.75 x 104a+12X 104M2=- 1.875 X 104a2+12X 104a 4.8 X 104= 1.875 (a 3.2 ) 2+14.4對 III (4a4.3)有:Q3=- Fb= 3X 104NM3=Fb( a 4) =3X 104a 12X 104畫剪力圖和彎矩圖:河南機(jī)電咼等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)43圖3-5 1H1.3y圖3-4由圖可知在當(dāng)a=3.2是所受的彎矩最大:Mmax1=1.44X 105N.M此處為危險(xiǎn)截面 由于選用的材料為10mn厚 Q235-B鋼板，查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊知當(dāng) T200 C,板厚e 16mm寸b=i30MPa 抗彎截面系數(shù)=(BH3- bh3)

8、 /6H初選 H1=380mm B1=240mm E 二 g40故 h1=360mmb1=220mm1= (0.24 X.383- 0.22 X.363)/ (6X0.383) =1.27 X0-3m3河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3-6 強(qiáng)度校核：b 仁Mmax1/ =1.44 X04/1.27 10-3=113MPaC 嚴(yán)=113MPa 故強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求12由以上計(jì)算可知極慣性矩匸甞匚=?！?822 =2.4 X0-4m4其中碳鋼的彈性模量 E=2.07Xl06N/mm2l=4mq=3.75 X04N/m查相關(guān)資料可知車梁的許用撓度 ly =l/600-l/800=6.67mm-5mm

9、由此結(jié)構(gòu)簡支梁撓度計(jì)算公式5X3.75X104 X2565ql4Ymax= 384EIz = 384x2.07 X Cl12 X 2.4x10/=2.5 X0-3m=2.5mm-y =l/600-l/800=6.67mm-5mm滿足抵抗變形的剛度要求縱向車梁段的設(shè)計(jì)計(jì)算如圖所示:FbFb由力學(xué)知識 力矩二力臂X力 可知在中點(diǎn)處所受的彎矩最大 即 Mmax2=FX (1-0.12 ) =3X 104NX 0.88m=2.64X 104Nm初選 H2=200mm h2=180mm河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3-7 B2=100mm b2=80mm故 2= (0.1 X 0.23 0.08 X 0

10、.183 ) /6 X 0.23=2.78 X 10-4m3b2=Mmax2用 2=2.64 X 104Nm/2.78X 10-4m3=95MPt=113MPa滿足設(shè)計(jì)要求 對該處梁進(jìn)行剛度校核 查相關(guān)資料可知車梁的許用撓度 V Ll/600-l/800=2.9mm-2.2mm由計(jì)算公式F| 3Y max=48Elz其中 F=2Fb=2X 3X 104N=6X 104Nl=2000mm-240mm=1760mmE=2.07X 106N/mm2=2.07 1012N/m23333BH -bh30.1咒0.23 - 0.08 咒0.183IZ= 1212=2.78 X 15-5mm4Fl3貝 U

11、Ymax=48EIz =1.2 X 10-4m=0.12mm b =l/600-l/800=2.9mm-2.2mm滿足梁的剛度要求頸部車梁段的設(shè)計(jì)對車進(jìn)行整體受力分析(如下圖所示)FC=3X 105N由靜力學(xué)平衡:河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) FA+FB=FC酗（A） =0式 3式 4由以上兩式得FA=1.77X 105NFB=1.23X 105N故B點(diǎn)出受支反力為 FB =FB+2 =1.48 X 105N由于距離支點(diǎn)較遠(yuǎn)頸部E點(diǎn)處所受彎矩最大MmaX=FB-x BE=1.48X 105NX 0.3m=4.44 X 104Nm初選 H=220mm B=160mm則 h=200mm b=140

12、mm33W=BH -bh =4.42 x 10如3Mmaxf b仆b =100MP=113 MPaW即所選尺寸符合設(shè)計(jì)要求前車輪處梁的設(shè)計(jì)及校核對車梁進(jìn)行受力分析已知兩支點(diǎn)受力為fb=FB72=7.4 X 104N圖3-8彎矩圖如下河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)12 圖3-9最大彎矩為Mmax= fbx 1=7.4 x 104NX 0.79m=5.85 x 104Nm初選 H=260mmB=200mm則 h=240mm b=180mm根據(jù) w=BH -bh =6.58 x 10-4m3 = Mmax=89M =113“Pa W即所選尺寸符合設(shè)計(jì)要求 對該處梁進(jìn)行剛度校核 由計(jì)算公式Fl3 Yma

13、x =48EIz 其中 F=2Fb=1.48x 105Nl=1580mm=1.58m查相關(guān)資料可知車梁的許用撓度 b L|/600-l/800=2.6mm-2mmE=2.07x 106N/mm=2.07 x 1012血BH3-bh30.20.263-0.18咒0.24312=8.6 x 15-5mrn則 Ymax =旦_48EIZ河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 1.48咒105 X1.58348x2.07x1012x8.6x10=0.07mm y L|/600-l/800=2.6mm-2mm滿足梁的剛度要求第4章車輪軸承的選用車輪處徑向軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算軸承徑向力的計(jì)算:每個(gè)輪上有兩個(gè)軸承 對后車輪

14、:P1=G/8+Fa/2=6.6 X 104N前車輪:P2=G/16+Fb/4=3.3 X 104N故需校核后車輪軸承的強(qiáng)度選 FR=6.6 X 104N軸向力的計(jì)算：假設(shè)理想狀態(tài)下車的最大牽引力為F=p/V=6 X 103N/0.334m/s/4=4.5 X 103N(當(dāng)然軸向力完全不可能達(dá)到這么大，而是校核時(shí)一這個(gè)力來計(jì)算)即 FA=4.5 X 103N由于軸承承受較大的徑向力的同時(shí)會承受一定的軸向力，這里選用32220圓錐滾子軸承。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知32220軸承的參數(shù):d(mm)D(mm)B(mm)Cr(KN)Cor ( KN )eY100180493405120.421.4計(jì)算當(dāng)量動

15、載荷QA由于FA/FR=4.5X 103T /6.6X 104N=0.068Lo=75OOh即所選軸承滿足工作條件前輪轉(zhuǎn)彎推力軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)該軸承的軸向力為FA2=2Fa+G/3=7.7X 1O4N軸承的徑向力:由上面推算仍可設(shè)為FR2=6X 1O3N/O.334m/s=1.8X 1O4N由軸向力初選51412推力軸承有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知 其CeF2OOKN 當(dāng)量動載荷為PaFFa=7.7X1O4N(2)壽命計(jì)算Lioh2= (16667/n) 2.2X 1O5/(7.7X 1O4X 1.1)3=18254hLo=75OOh所選軸承滿足設(shè)計(jì)要求軸的設(shè)計(jì)與校核A.對于后車輪如下圖nii! i

16、!nr .1.hJ1I1F*圖5-1GF3=Fa+4 =1.33 x 105N F3F1=F2=2 =6.65 x 104N丄則最大彎矩 Mmax=FX 2 =6.1 x 103Nm b Mmax又Wz d滿足軸的強(qiáng)度要求B.對于前車輪如下圖所示已知兩支點(diǎn)受力為fb=FB/2=7.4 X 104N fb其中 F2=F3=2 =3.7 X 104N彎矩圖如下圖5-2WZ閔3Mmax=FX 0.096=3.7 X 104NX 0.096m=3.55 X 103N Mmax c =又WZ b 其中WZ=32在靜應(yīng)力下齒m的許用彎曲應(yīng)力為b =196MPa 所以：d =57mm已知裝軸承處直徑最小d0

17、=100mm 即d0d也滿足軸的強(qiáng)度要求對于非車輪軸GFB=FB+2 =1.48 X 105N即此處剪切力Q=1.48X 105N T =Q J= J=48.5mmV 3.14X80所以選用300mn長50mmfi的45鋼做成的軸河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)i 第6章齒輪的設(shè)計(jì)1.選擇齒輪材料及精度(1)由于是開式齒輪傳動，故大小齒輪都選用硬齒面。小齒輪選用40Cr,表面淬火，硬度為48-55HRC,大齒輪選用40Cr，表面淬火，硬度為 48-55HRC選擇精度等級選用7級精度選齒數(shù)考慮到車輪上的齒輪要小于車輪的直徑，選該齒輪齒數(shù)為48,模數(shù)為4,則可知d2=mZ

18、2=192mm車的總傳動比i總=1500 =93.7516而所選減速機(jī)的傳動比為i 1=27.81所以該處齒輪傳動個(gè)傳動比i 2=9375 =3.3727.81從而可知乙=Z2=14i2貝U d1=mx 乙=14X 4=56mm確定齒輪的尺寸di=77mmd2=336mm硬齒面對稱結(jié)構(gòu)選齒寬系數(shù)甲 d =0.65齒寬 bt=diX 普 d=77X 0.65=50.05圓整后 bi=50mm b=50+5=55mm校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、2:N=60X 54X 1X 5X 300X 5=2.43 X 1072=也=7.2 X 106齒輪的壽命系數(shù)ZNt1、ZT2：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知Z

19、nt=1.1、Znt2=1.2疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)為$1、Sh2：Sh=1.2、Sh2=1.2試驗(yàn)條件下疲勞接觸疲勞極限:crHlim1 =1000M PabHlim2 =1000M Pa齒輪的許用接觸應(yīng)力:UimNT1 100 1.1=9 仃MPa Sh11.2fcrH2 】=10001.2=1000MPa 1.2校核時(shí)以trH1 的值為參考減速機(jī)的輸出軸的功率為P1P仁PX n =3KWi 0.82=2.46kw減速機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)速為n1.1500r/min 1500 一，. n1 =54r/m ini327留2.46扭矩 T=9.55 X 1O6P1=9.55 X 106-57 =4.35

20、 X 105Nmmn154鑄鋼配鑄鋼彈性系數(shù)ZE=189.8jMPa(10) a =2O時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=2.49(9)校核接觸疲勞強(qiáng)度由公式b =ZhZe2kt (srbd12i2其中應(yīng)力系數(shù)取k=1.464X982x3.37CT =2.49 X 189.8 f14.35： 10_(3.37+1)=757.6Mpa trH1 L917MPa滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求Zmd (mm)b (mm)小齒輪1177737大齒輪48733642本設(shè)計(jì)的無軌道自由轉(zhuǎn)彎電動平板車是一種能夠在水平地面上直接運(yùn)行的電 動平車，該平車包括驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)是由一套蓄電池組、兩組同 型號的直流電機(jī)和減速

21、機(jī)構(gòu)成，該系統(tǒng)為平車的運(yùn)行提供動力。轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)由支撐 梁、平衡梁、支撐架、浮動軸、導(dǎo)向車輪組幾部分構(gòu)成，支撐架垂直固定在支撐 梁上，支撐架與平衡梁之間通過浮動軸連接，導(dǎo)向輪固定在平衡梁上。這樣的轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)既實(shí)現(xiàn)了平車的自由轉(zhuǎn)向，又保證了平車的任何一個(gè)車輪不會因?yàn)槁访娴?不平整而懸空，從而造成的車架受力不均而變形。當(dāng)要求平車轉(zhuǎn)彎時(shí)只需通過電 器控制兩電機(jī)軸不同的轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)方向，導(dǎo)向車輪自動旋轉(zhuǎn)至正確的方向，實(shí)現(xiàn) 平車的轉(zhuǎn)彎。另外，由于該車不在軌道上行駛而是直接運(yùn)行在地面上，對水泥地 面的破壞將會非常嚴(yán)重，因此在實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)候會考慮在車輪外圍包膠，以減小 車輪的對地輪壓從而在一定程度上降低地面的損壞

22、。青垂碧荷，三年的大學(xué)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號，可是對于我來說 只是另一個(gè)開始。半年的忙碌和工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在這半年的設(shè)計(jì)過程中，如果沒 有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起探討難題的同學(xué)的幫助， 想要完成設(shè)計(jì)是難以想象 的。首先感謝本人的老師司堯華老師，他對我的仔細(xì)審閱了本文的全部內(nèi)容并對 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性意見。 司堯華老師淵博的知識，誠懇的為人， 使我受益匪淺，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我生活、學(xué)習(xí)中的榜樣。在 畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，他給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他表 示真誠的感謝！另外，我也要感謝母校一一河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩！感謝機(jī)

23、電工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的科學(xué)技術(shù)知識， 掌握了一定的操作技能。附錄通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我能夠?qū)镜闹R做進(jìn)一步的了解與學(xué)習(xí)，對資 料的查詢與合理的應(yīng)用做了更深入的了解，本次進(jìn)行工件的工藝路線分析、工藝 卡的制定、工藝過程的分析、銑鏜鉆夾具的設(shè)計(jì)與分析，對我們在大學(xué)期間所學(xué) 的課程進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用與綜合的學(xué)習(xí)，另外，還培養(yǎng)了我們親自動手，以及獨(dú) 立思考問題的能力。本次設(shè)計(jì)是對所學(xué)知識的一次綜合運(yùn)用，充分的運(yùn)用了大學(xué)所學(xué)的知識，也 是對專業(yè)課理論知識學(xué)習(xí)的一個(gè)升華過程。掌握了一般的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，對機(jī)械加工工藝規(guī)程和機(jī)床夾具設(shè) 計(jì)有了一個(gè)全面的認(rèn)識，培養(yǎng)了正確的設(shè)計(jì)思路