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碼坯機(jī)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 磚瓦工業(yè)的現(xiàn)狀
磚瓦作為房屋建筑最基本、最古老的材料在我國(guó)房屋建筑中有著非常重要的歷史。眾所周知,我國(guó)是世界上磚瓦生產(chǎn)第一大國(guó),進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),每年磚瓦產(chǎn)量8100億塊,其中粘土實(shí)心磚4800億塊以上,空心磚和多孔磚1700億塊以上,煤矸石、粉煤灰等多種廢渣磚1600億塊以上。磚瓦生產(chǎn)的第一大國(guó),必然在磚瓦生產(chǎn)能耗上也是第一大國(guó)。
當(dāng)前我國(guó)正處在全面建設(shè)小康社會(huì)的重要時(shí)期,城市化步伐不斷加快,建筑業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)成為拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要源動(dòng)力之一。建筑業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng),特別是新農(nóng)村建設(shè)促使廣大農(nóng)村建筑需求的增長(zhǎng),將繼續(xù)為磚瓦工業(yè)的發(fā)展提供廣闊的市場(chǎng)空間。 在農(nóng)村住房消費(fèi)方面,“十一五”規(guī)劃提出了新農(nóng)村建設(shè)的重大戰(zhàn)略任務(wù)和目標(biāo)。毫無(wú)疑問(wèn),隨著新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展,農(nóng)村房屋建設(shè)無(wú)論是數(shù)量,還是結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量,都將出現(xiàn)新的變化,對(duì)磚瓦和其他墻體屋面材料需求的拉動(dòng)力將非常巨大。
因此,完全可以相信,在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期,隨著城鄉(xiāng)建筑業(yè)的發(fā)展,磚瓦工業(yè)仍然有著巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。
1.2 碼坯機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著我國(guó)墻體改革政策,國(guó)家對(duì)墻材有了一些新的革新要求,國(guó)內(nèi)許多磚材生產(chǎn)廠家,吸收引進(jìn)了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),研發(fā)生產(chǎn)出國(guó)內(nèi)外一流水平的成套制磚設(shè)備,為舊磚廠改造成為先進(jìn)的自動(dòng)化磚廠提供了可靠的技術(shù)保障。
從上世紀(jì)八十年代我國(guó)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)開(kāi)始,我國(guó)制磚行業(yè)的技術(shù)裝備得到了快速的發(fā)展,例如熱工設(shè)備——中斷面、大斷面平頂隧道窯的出現(xiàn)改善了過(guò)去輪窯、小窯的操作環(huán)境和操作水平;成型設(shè)備使產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)量都得到了極大的提高,取代了非真空擠出機(jī),在燒結(jié)磚廠得到了普遍的推廣和應(yīng)用,而碼坯設(shè)備——自動(dòng)碼坯機(jī)也是運(yùn)行可靠、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備,目前在很多新建磚廠中應(yīng)用,但還沒(méi)有達(dá)到普遍使用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,企業(yè)對(duì)改善勞動(dòng)環(huán)境,提高科技含量的觀念也在逐漸增強(qiáng),而人們生活水平提高后,對(duì)自己所從事工作的環(huán)境要求也越來(lái)越高,逐漸的由體力勞動(dòng)向非體力勞動(dòng)或輕體力勞動(dòng)轉(zhuǎn)變。這就對(duì)磚廠的碼坯和卸坯工段用人多且勞動(dòng)繁重提出了一個(gè)課題,用自動(dòng)碼坯機(jī)替代人工碼坯勢(shì)在必行,是將來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
1.3 碼坯機(jī)的概述
碼坯機(jī)碼坯機(jī)主要由切條機(jī)、切坯機(jī)、分坯機(jī)、夾盤(pán)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)等組成。碼坯機(jī)的工作流程:切條機(jī)將坯切條,切坯機(jī)把切好的磚坯推到分坯機(jī)上后分坯,分坯完成后的磚坯送至碼坯機(jī)夾盤(pán)機(jī)構(gòu)正下方。當(dāng)夾盤(pán)到達(dá)預(yù)定夾坯位置后,夾盤(pán)夾具工作,夾起磚坯,接著由升降機(jī)構(gòu)上升至預(yù)定高度,行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)體行走至窯車(chē)正上方,旋轉(zhuǎn)裝置完成轉(zhuǎn)向90,然后升降機(jī)構(gòu)下降至預(yù)定放坯高度進(jìn)行碼坯,碼坯機(jī)碼放一層,旋轉(zhuǎn)一層,形成十字交叉,經(jīng)過(guò)上述動(dòng)作循環(huán),即可完成窯車(chē)的全部碼坯過(guò)程。
2 機(jī)構(gòu)工作原理與方案的確定
2.1 機(jī)構(gòu)的工作原理
升降采用滾子鏈,使其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確,避免打滑現(xiàn)象,同時(shí)利用四個(gè)導(dǎo)向柱,增加設(shè)備的穩(wěn)定性。滾子鏈由大小鏈輪帶動(dòng),共四組,布于四周,通過(guò)擺線(xiàn)針輪減速機(jī)通過(guò)齒輪箱帶動(dòng)兩根軸實(shí)現(xiàn)同步上升。最后在車(chē)架兩端加上配重,通過(guò)鋼絲繩與夾盤(pán)機(jī)構(gòu)連接,這樣可以減輕滾子鏈?zhǔn)芰?,減小功率。行走機(jī)構(gòu)通過(guò)另一擺線(xiàn)針輪減速機(jī)帶動(dòng)行走軸實(shí)現(xiàn)行走。
2.2 機(jī)構(gòu)方案的確定
設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1
圖1
3 運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
3.1 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2
1.行走輪 2.行走軸 3.行走擺線(xiàn)針輪減速機(jī) 4.行走從動(dòng)齒輪
5.行走主動(dòng)齒輪 6.小鏈輪軸 7.小鏈輪 8.大鏈輪 9.升降軸
10.升降從動(dòng)齒輪 11.升降擺線(xiàn)針輪減速機(jī) 12.升降主動(dòng)齒輪
3.2 減速器及電機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)選用B系列擺線(xiàn)針輪減速機(jī),因?yàn)閿[線(xiàn)針輪減速機(jī)具有高速比和高效率。單級(jí)傳動(dòng),就能達(dá)到1:87的減速比,效率在90%以上,結(jié)構(gòu)緊湊體積小。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低,使用可靠、經(jīng)久耐用壽命長(zhǎng),設(shè)計(jì)合理,維修方便。B系列擺線(xiàn)針輪減速機(jī)減速機(jī)適用于24小時(shí)連續(xù)作制,并允許正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
型號(hào)的表示方法:
圖3
B系列擺線(xiàn)針輪減速機(jī)選型表見(jiàn)圖4
圖4
根據(jù)本地地質(zhì)狀況和土質(zhì)資源進(jìn)行研制,適合于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)磚體240×115×53mm,一次性碼坯數(shù)量為27X9塊,加上夾盤(pán)機(jī)構(gòu)框架總重量約1.5t總重約2.4t。配重設(shè)計(jì)為兩個(gè),每個(gè)600Kg,因此本設(shè)計(jì)選用
升降擺線(xiàn)針輪減速機(jī):BWDC15-30-35 輸出轉(zhuǎn)速43r/min
輸出轉(zhuǎn)矩2343N.m 電壓380v
行走擺線(xiàn)針輪減速機(jī):BWDC5.5-22-23 輸出轉(zhuǎn)速65r/min
輸出轉(zhuǎn)矩6460N.m 電壓380v
減速機(jī)外形見(jiàn)圖5
圖5
3.3 傳動(dòng)比分配
升降齒輪傳動(dòng)比i1==1.74
行走齒輪傳動(dòng)比i2=1
鏈輪傳動(dòng)比i3==2.16
3.4 各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算
升降軸n1=43x=24.7r/min
行走軸n2=65x1=65r/min
3.5各軸輸入扭矩計(jì)算
齒輪傳動(dòng)效率查表取η1=0.9
齒輪軸T1=Tη1=2343N.mx0.9=2108.7N.m
行走軸T2=Tη1=6460N.mx0.9=5814N.m
4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 升降機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
使用要求:預(yù)期使用壽命10年,每年360個(gè)工作日,每日24小時(shí)。傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制,無(wú)嚴(yán)重過(guò)載。傳動(dòng)比i=1.74。
因傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制,故小齒輪用45Cr,采用鍛件加工,鍛打后正火HB170-210,粗加工后調(diào)質(zhì)處理HB210-230,平均取220HB。大齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度241HB~286HB,平均取為260HB。主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損,磨損尚無(wú)完善的計(jì)算方法,故只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算步驟(參照機(jī)械設(shè)計(jì)課本)如下:
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
(1)初步計(jì)算:
轉(zhuǎn)矩:
齒寬系數(shù): 表12.13,取
接觸疲勞極限:由圖取,;
初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力:;
;
值 由表12.16 取 ;
初步計(jì)算的小齒輪直徑: 其中,
??;
初步齒寬:
(2)校核計(jì)算:
圓周速度v:
精度等級(jí):由表12.6,取為7級(jí)精度。
齒數(shù)z和模數(shù)m:初取
??;
;
由表12.3,取
則
使用系數(shù): 由表12.9 ??;
動(dòng)載系數(shù): 由圖12.9 ??;
齒間載荷分配系數(shù):由表12.10,先求:
由此得
齒向載荷分布系數(shù):由表12.11,
載荷系數(shù):
彈性系數(shù): 由表12.12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù): 由圖12.16
接觸最小安全系數(shù):由 表12.14
總工作時(shí)間:
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15,估計(jì) ,則指數(shù)m=8.78
接觸壽命系數(shù) 由圖12.18
許用接觸應(yīng)力
驗(yàn)算
計(jì)算結(jié)果表明,接觸疲勞強(qiáng)度足夠。
(3)確定傳動(dòng)主要尺寸實(shí)際分度圓直徑d
因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),齒數(shù)已重新確定,但并未圓整,故分度圓直徑不會(huì)
改變,經(jīng)確定:
小齒輪z1=23 m=10 d1=mz1=230mm 齒寬b1=90mm
大齒輪 z2=40 m=10 d2=mz2=400mm 齒寬b2=90mm
中心距 a
齒寬b
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10,
齒向載荷分布系數(shù)
由圖12.14
載荷系數(shù)K
齒形系數(shù) 由圖12.21 =2.53 2.23
應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 =1.62 =1.74
彎曲疲勞極限 由圖12.23c =600MPa
=450MPa
彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 =1.25
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15,估計(jì) ,
則指數(shù)m=49.91
彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 =0.95 =0.96
尺寸系數(shù) 由圖12.25 =1.0
許用彎曲應(yīng)力
驗(yàn)算
傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載,故不作靜強(qiáng)度校核。
4.2 行走機(jī)構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
因傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制,故兩個(gè)齒輪均用45Cr,采用鍛件加工,鍛打后正火HB170-210,粗加工后調(diào)質(zhì)處理HB210-230,平均取220HB。由于傳動(dòng)比為1,所以?xún)升X輪齒數(shù)設(shè)計(jì)為28,模數(shù)為10,所以d=280,a=280。
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10,
齒向載荷分布系數(shù)
由圖12.14
載荷系數(shù)K
齒形系數(shù) 由圖12.21 =2.53 2.23
應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 =1.62 =1.74
彎曲疲勞極限 由圖12.23c =600MPa
=450MPa
彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 =1.25
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15,估計(jì) ,
則指 數(shù)m=49.91
彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 =0.95 =0.96
尺寸系數(shù) 由圖12.25 =1.0
許用彎曲應(yīng)力
驗(yàn)算
兩齒輪合格。
5 軸系零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 升降軸的設(shè)計(jì)
5.1.1 升降軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
初步計(jì)算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸:
升降軸為實(shí)心軸軸材料選用45鋼,按許用切應(yīng)力計(jì)算:
取;
;
取d=90mm。
升降軸的結(jié)構(gòu)圖:
圖6
升降軸的校核(參照機(jī)械設(shè)計(jì)步驟):
簡(jiǎn)化軸上載荷如圖:
圖7
其中,=1752N,T==129.68N·m,
==3458×=3249.5N
==3458×=1182.7N
畫(huà)軸的彎矩圖,扭矩圖
圖8
由彎矩圖、扭矩圖可知B點(diǎn)為危險(xiǎn)截面。對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行校核計(jì)算:
M===276.64Nm
查表得:=215Mpa,=102.5Mpa,=60Mpa
對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩,取===0.27
===278N·m
所以:
===43.43Mpa=60Mpa
滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
5.1.2 行走軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
初步計(jì)算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸:
升降軸為實(shí)心軸軸材料選用45鋼,按許用切應(yīng)力計(jì)算:
取;
;
取d=100mm。
升降軸的結(jié)構(gòu)圖:
圖9
升降軸的校核(參照機(jī)械設(shè)計(jì)步驟):同前
經(jīng)校核滿(mǎn)足要求。
6 軸上鍵連接的選擇及校核
6.1 升降軸上鍵的選擇及校核
因無(wú)特殊要求,選用圓頭普通平鍵,鍵22×80,
通常(1.6~1.8)d
因此,L(1.6~1.8)×85=136~153mm,取L=80mm;
校核計(jì)算如下:
鍵的接觸長(zhǎng)度=L-b=80-22=58mm。鍵與縠的接觸高度h2=142=7mm;
許用擠壓應(yīng)力查表取=150Mpa;所以鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為:
T=d=×0.004×0.04×0.034×150×=408N·m=129.68N·
m。
所以,以上選擇的參數(shù)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。合理。
6.2 行走軸上鍵的選擇及校核
因無(wú)特殊要求,選用圓頭普通平鍵,鍵25×70,
通常(1.6~1.8)d
因此,L(1.6~1.8)×95=152~171mm,取L=70mm;
校核計(jì)算如下:
鍵的接觸長(zhǎng)度=L-b=70-25=45mm。鍵與縠的接觸高度h2=142=7mm;
許用擠壓應(yīng)力查表取=150Mpa;所以鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為:
T=d=×0.004×0.04×0.034×150×=408N·m=129.68N·
m。
所以,以上選擇的參數(shù)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。合理。
7 滾動(dòng)軸承的選擇及校核
升降軸上軸承的選擇及校核
選擇的滾動(dòng)軸承為6315 GB/T 276與6317 GB/T 276兩種
軸承6315的校核
徑向力
派生力
,
軸向力
由于,
所以軸向力為,
當(dāng)量載荷
由于,,
所以,,,。
由于為一般載荷,所以載荷系數(shù)為,故當(dāng)量載荷為
軸承壽命的校核
軸承6317的校核
徑向力
派生力
,
軸向力
由于,
所以軸向力為,
當(dāng)量載荷
由于,,
所以,,,。
由于為一般載荷,所以載荷系數(shù)為,故當(dāng)量載荷為
軸承壽命的校核
8 齒輪箱及雙聯(lián)軸承座的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)兩樣都采用ZG230-450材料做成,強(qiáng)度夠,且能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),具體參數(shù)見(jiàn)零件圖。
9 鏈輪與鏈條的設(shè)計(jì)
有大鏈輪與小鏈輪,傳動(dòng)比為2.16,由鏈盤(pán)與輪轂焊接而成,鏈條采用24A,
大鏈輪24牙,小鏈輪11牙,具體參數(shù)見(jiàn)零件圖。
10 車(chē)架的設(shè)計(jì)
焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕,對(duì)于大的機(jī)械產(chǎn)品來(lái)說(shuō)可以減輕自重,節(jié)約能量。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度高,結(jié)構(gòu)重量輕,,成本低,生產(chǎn)周期短,可靠性好,而且施工簡(jiǎn)便。車(chē)架即大部分采用焊接。
車(chē)架的焊接要求全部為平焊,無(wú)焊縫,無(wú)裂紋,表面平整,垂直度和平行度要求達(dá)標(biāo),嚴(yán)格按照工藝流程規(guī)定進(jìn)行焊接。主要的焊接原料為14#槽鋼,以及不同型號(hào)的鐵板,具體規(guī)格材料見(jiàn)圖紙。
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[18]蔣曉.AutoCAD 2008中文版機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程.[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.3
致謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練,是我們邁向社會(huì),從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)辛苦而漫長(zhǎng)的工作,在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到些許棘手的問(wèn)題。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì),使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏,自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力是如此的不足,幾年來(lái)的學(xué)習(xí)了那么多的課程,今天才知道自己并不會(huì)用。當(dāng)然,通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我也學(xué)會(huì)了許多,我感覺(jué)自己的能力有了很大的提高。
最后,我要感謝我的大學(xué)老師們,沒(méi)有他們的教導(dǎo),我不會(huì)有現(xiàn)在的基礎(chǔ)。我特別要感謝我的班主任曾一凡老師,他在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給了我好多指導(dǎo),同時(shí)也給我指出了好多錯(cuò)誤,讓我少走了好多彎路。還要感謝我的同學(xué)也給了我好多幫助。
由于本人的設(shè)計(jì)能力有限,在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有許多錯(cuò)誤與不足,懇請(qǐng)老師們諒解多多指正。
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