C型转子翻车机设计【全套含CAD图纸、说明书】

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 46 页 C型转子翻车机 摘要 本次设计的转子翻车是将平台上定位准确的火车车皮,通过压车装置,靠车装置的压紧和靠住,将车皮内的散料翻到底部的漏斗内.其翻转动作是由驱动装置来完成的.适用于运输量大的港口和冶金、 煤炭、 热电等工业部门，在钢铁企业中，火车受卸一般采用翻车机、螺旋卸车机等设备进行受卸。本次设计的C型转子翻车机是翻车机中的一种类型，特点是端环呈“C”型，其主要工作部分是转子，压车装置，托辊支撑装置，驱动装置等。翻车机在受卸环节中占有重大地位，是钢铁类生产不可缺少的好伙伴。本文主要叙述翻车机的作用，主要类型，了解翻车机国内外的发展状况及发展趋势，翻车机设计方法，以掌握独立设计单个机械设备，总体方案的选择、设计计算和设备经济评价方法，提高CAD绘图技术和设计能力，充分将理论知识应用到实际生产中去，为今后的理论学习及应用翻车机工作积累更多的知识，使自己得到全面提高。 关键字：翻车机；“C”型端环；火车受卸；钢铁企业 C-type rotor Tipper Abstract The design of the rotor is overturned accurate positioning platform wagon train, Vehicles through the pressure device, the compact device on cars, The wagon turn to the bulk material at the bottom of the funnel with, Its action is reversed by the drive to complete. Applicable to transport a large quantity of port and Metallurgy, coal, thermal power and other industrial sectors. In the iron and steel enterprises, the general use of the train by dumping dumper. Unloading spiral, etc. by unloading equipment. The design of C-type rotor tipper tipper is a type of car dumpers.its Features is Client shows the "C" type. The main part of the work Include Rotor, pressure car devices, roller support device, device driver. Tipper unloading in the status of links in a material. Is the category iron and steel production indispensable partner. This paper describes the role of tipper, The main types of. Tipper at home and abroad to understand the situation and development trend of development, Design method tipper. Have independent design of individual machinery and equipment, The choice of the overall program, equipment design and calculation methods of economic evaluation, CAD drawings to improve technology and design capability, Sufficient theoretical knowledge will be applied to Actual production. For future theoretical study Application of roll-over machine work to The accumulation of more knowledge. To improve my comprehensive. Keyword: Car Dumper; "C" type end ring; Train by the dumping of; Iron and steel enterprises 目 录 目 录 4 1 绪论 6 1.1 翻车机概述及应用 6 1.2 翻车机国内外发展现状 6 1.3翻车机国内发展趋势 7 1.4 翻车机的类型及原理 8 1.4.1 转子式翻车机 8 1.4.2 侧卸式翻车机 10 1.4.3 端卸式翻车机 11 1.4.4 11 1.5 翻车机卸车系统的作业程序 12 1.6 翻车机设计的内容 12 1.7 13 2 设计方案的选择及评定 13 2.1 传动方案的设计 13 2.2 设计方案的评定 14 2.3 设计参数 15 3 传动装置的设计 15 3.1 选择电动机 15 3.1.1驱动功率的计算 15 3.1.2选择电机的型号 20 3.2 减速器的选择 20 3.3传动装置传动比的分配 21 4 主要零件的设计和校核 24 4.1齿轮的设计计算 24 4.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 24 4.1.2 按齿面接触强度设计 24 4.1.3 按齿根弯曲强度设计 27 4.1.4 齿轮几何尺寸计算 28 4.1.5 齿轮的结构设计 29 4.2 轴的设计 30 4.2.1 轴的结构设计 30 4.2.2 轴的计算 32 4.3 轴承的设计 35 4.3.1 轴承的选择 35 4.3.2 轴承寿命的验算 35 5 联轴器的选择和校核 37 5.1 联轴器的选择 37 5.2 联轴器的校核 37 6托辊的受力分析 39 7 润滑方式与密封 40 8 环保和经济性分析 41 8.1环保性分析 41 8.2传动方案经济性分析 42 8.3结构经济性分析 42 结束语 44 致谢 45 参考文献 46 1 绪论 1.1 翻车机概述及应用 翻车机也叫铁路货车翻卸机, 是可将有轨车辆翻转或倾斜使之卸料的装卸机械在港口中属港口专用机械,是散货装卸车机械的一种.在港口,钢厂和电厂中应用较为广泛，适用于运输量大的港口和冶金、 煤炭、 热电等工业部门。其中炼铁厂原料在厂内运输的中间转运环节，用火车和汽车等载运工具运输时，需要设置原料受卸设施。在钢铁企业中，火车受卸一般采用翻车机、螺旋卸车机等设备进行受卸，也有采用汽车自卸车辆自卸。翻车机在受卸环节中占有举足轻重的作用，对翻车机进行设计可以使我进一步了解翻车机的构造及作用，便于排查故障改进设备，使其更加经济效益。 1.2 翻车机国内外发展现状 随着现今社会生产力的提高，人们对装卸设备功的能和工作效率越来越高，使得翻车机在生产中应用的不断发展，近几年来我国先后同美国、英国等技术先进企业进行多次合作，制造出了一系列的新型翻车机。例如：大型装卸机械“C”型翻车机，就是大重集团吸收国外先进技术自主开发的国内最新产品。我国凭借外国的先进技术，自主研发和改进了各种各样的翻车机，为国家钢铁企业的发展做出了巨大贡献。 2004年10月，大连重工·起重集团与秦皇岛港务集团有限公司一次签下8亿元的供货合同，在14个月内，向秦皇岛港煤四期扩容工程、煤五期新建工程提供6480吨/小时堆料机、6000吨/小时取料机、7200吨/小时三车翻车机等散装物料大型装卸设备22台，机器产品产量过万吨到2005年，我国沿海及内河港计划新增万吨级以上泊位150个，其中集装箱泊位50个需要新增或更新大量装船机、翻车机、堆取机和集装箱装卸设备等。翻车机在我国沿海地区的发展中起了非常重要的作用，为沿海一带的城市发展提供了强而有力的帮助。 1.3翻车机国内发展趋势 伴随着国内外各工业部门的不断发展，对受卸工具的不断需求，对翻车机的设计研发已经刻不容缓。各国竞相设计出新的设备及新的功能的翻车机，美国率先推出了可供多节车厢共同作业的联合式翻车机，大大提高了劳动生产率，并节约了大量人力物力财力，近些年来我国在消化引进国外先进技术的基础上，先后开发和制造了许多新型翻车机卸车设备，其技术水平已经达到国际同类产品水平。目前我国吸取国外大量先进经验和技术，开始独立设计和制造自动工作，自动检修及自动报警相结合的全自动式三车翻车机（图1.1）。 由于国外设计的三车翻车机在实际生产应用中逐渐显现出各种问题和弊端，2006年由大连重工起重集团有限公司实现设计、制造、安装调试总承包的新型三梁两端环三车翻车机卸车系统是目前国际上最大的一体式翻车机，当年创产值1.8亿元人民币。三车翻车机卸车系统是目前国际上最大的一体式翻车机，可一次翻卸三节且每节载重100吨煤炭的铁路敞车，主要用于我国最大年转运煤炭两亿吨秦皇岛煤码头。2007年9月30日，该翻车机在秦皇岛港务集团公司重载试车成功，并投入运行。该卸车系统采用自动化作业，由于拥有良好的性能及较高的设备完好率，目前的翻卸效率为3×27车／小时，为目前国内翻车机的最高效率，日均卸车1000余节。翻车机自运行以来一直保持良好的设备状态，完全能够满足生产需要，为秦皇岛港的煤炭装卸生产提供了可靠保障。这种新型三车翻车机同国外的三车翻车机相比，实现了六项创新点，如翻车机的转子钢结构采用三箱形梁与两箱形端环及两联系环相连接而形成的框架结构形式，结构稳定；采用平台两侧伸出支架用于压车的布置，可降低钢结构应力值并方便了压车装置的维护等。 新型三梁两端环三车翻车机及其卸车系统的成功开发，标志着我国在大型翻车机设计上已达到了国际先进水平，为我国各类翻车机占领国内市场、打入国际市场起到了率先垂范作用，也为日后开发各类翻车机创建国际一流装卸机械制造基地，提供了有力的技术支持与保障。 未来的受卸工具将不断的向自动化、智能化方向发展，相信国内翻车机的发展将不断提高劳动生产率，为国家的经济发展到不可替代的作用。 图1.1 三车翻车机 1.4 翻车机的类型及原理 翻车机主要分转子式、侧卸式、端卸式和复合式 4种。各种翻车机都由金属构架、驱动装置和夹车机构组成，用交流电机驱动。 1.4.1 转子式翻车机 转子式翻车机主要由转子、平台、压车机构、承载托辊及传动装置等部分组成。工作原理是将载货敞车用拨车机或车头推入形似转筒的金属构架(图1.2)，通过压车机构压紧车辆,并和转子一同旋转140°～170,利用自重原理将散货卸出。如果车辆具有旋转车钩，不需将货车脱钩就能将整列货车逐节卸车，作业能力可达8000吨/时。转子式翻车机的翻转轴线靠近其旋转轴线的重心,虽然需要较大的压车力和较深的基础,但因重量较轻,耗电量小,生产率较高,故应用比较广泛.翻车机按每次翻车节数不同可分为单翻翻车机,双翻翻车机,三翻翻车机。转子式翻车机按端环端面结构不同可分C型翻车机,O型翻车机。 “O”型转子式翻车机:端环呈封闭的“O”型，早期翻车机产品,设备结构较复杂,整体刚性好,驱动功率较大,由于其自身结构问题使得平台移动需要靠车头做牵引，以达到重车机内定位以及推出机内空车的目的。 图1.2 转子式翻车机 常用的“O”型转子式翻车机： 型：销齿传动，端环在外侧。活动式平台，固定靠板。液压锁钩式压车机构，行程大，冲击力小，但结构较复杂。用大、小电机双速传动，减小了车辆靠帮和翻车机复位时的冲击且使作业时间缩短，但电机台数较多，总功率较大。靠帮上设有振动器。 型：内端环型，拨车机臂头可将重车推入机内就位同时顶出机内空车，取消了平台上的缓冲器和推车机。转子受力合理，重量轻，但托辊处易积料。平台为固定式，活动靠板。液压锁钩式压车机构。直流电机传动。该机使车辆就位准确可靠，对车辆的冲击也大大减小。 型：齿圈传动，四连杆摇臂锁车机构，活动式平台，固定靠板，结构简单，但车辆靠帮、压车时的冲击力较大。端环在转子的最外端，承载托辊不易挡积料。其中型为交流电机单速传动。型除改为直流电机传动外，还在翻车机上增设了喷洒水装置，可在翻卸过程中及时洒水抑尘；车帮上增设了振动器，卸料更为干净，特别适用于水分较大的铁精矿等物料。 “C”型转子式翻车机 端环呈不封闭的“C”型（图1.3），结构轻巧,平台固定,液压压车,消除了对车辆和设备的冲击,降低了压车力。根据液压系统特有的控制方式,使卸车过程车辆弹簧能量有效释放，驱动功率小，端环一侧设置可供拨车机通过的通道，车箱进出翻车机采用拨车机自动控制，省去车头牵引，更有利于实现翻车过程的自动化。 常用的“C”型转子式翻车机 型：串联式双车翻车机，直流电机齿圈传动。活动平台，最大载重量为。压车机构为重车托住液压锁定式，冲击力小。装有附着式振动器，卸料干净。机上有喷洒水装置，抑尘效果较好。光电定位，程序控制 。 型：二支座内端环式，除转子结构为“C”型、拨车机臂头可从机内通过外，其余性能类似型 图1.3 “C”型转子式翻车机 1.4.2 侧卸式翻车机 侧卸式翻车机以摇架代替端环（图1.4）， 车辆在摇架上被夹紧后，随同摇架绕上方的轴旋转140°～170°后卸车。由于旋转时摇架和车辆的重心升高，驱动功率和结构重量有所增加，但不需建造地下料仓。 图1.4 侧卸式翻车机 1.4.3 端卸式翻车机 端卸式翻车机原理是将车辆推上卸车平台（图1.5）并夹紧后，驱动装置使卸车平台绕与车轴平行的轴旋转50°～70°，物料由端部车门卸出。这种翻车机结构较简单，但只适用于端部开门的车辆。 图1.5 端卸式翻车机 1.4.4复合式翻车机 适用于棚车卸料。货车推上卸车平台并夹紧后，二者同向一侧倾斜15°～20°，然后在车辆的纵向平面内，前后各倾1次，倾角约40°（图1.6）， 3次倾斜动作即可使车内物料由中门卸尽。 图1.6 复合式翻车机 1.5 翻车机卸车系统的作业程序 (仅从第2#车厢开始,此时第1#空车在翻车机内): 1. 拨车机大臂下降,拨车机后退与车列联挂(2#)。 2. 拨车机牵引重车列前进，当3#车前车钩距翻车机前6 m处停止， 人工摘开2#车与3#车之间的车钩。 3. 拨车机继续前进与翻车机内的1#车联挂。 4.拨车机牵引2#车前进(此时仍与1#车联挂)，使2#车在翻车机内定位，拨车机与2#车自动摘钩。 5. 拨车机继续推送1#车出翻车机，通过逆止器。 翻车机进行翻转然后返回原位。 6. 拨车机与1#车自动摘钩。 7. 拨车机后退，大臂抬起，高速返回。 8. 拨车机返回原位。 1.6 翻车机设计的内容 “C”型转子式翻车机设计内容包括选择并评定合理的传动方案，并对传动方案所需的电动机功率和减速器传动比等进行选择；对主要零件进行设计和强度校核；撰写设计说明书，绘出总图和其它部分图纸、翻译与翻车机有关的外文资料等。 1.7 翻车机设计的要求 1.通过翻车机的设计，熟悉冶金机械设备设计的全过程 2.深入理解力能参数计算基本理论，并能在各设计环节中精确应用，理论联系实际； 3.培养实事求是的作风，不怕反复修改； 4.要求认真对待每一步计算，做到有理有据，所引用的公式一定注明公式来源，所有未在公开刊物中发表的公式，要给出推导过程； 5.说明书和图纸规范准确，符合国家现行标准。 2 设计方案的选择及评定 2.1 传动方案的设计 翻车机的工作状态是由左、右端环同时做旋转运动来实现的。原理是采用双电机通过减速器带动两端环下的小齿轮旋转，从而带动整个端环旋转实现翻车。工作状态：由两侧端环旋转运动实现。传动方案：交流电动机调速机构（加、减速器）主动轮（小齿轮）工作机构（大端环）。为确保机构重心在通过托辊中心线时靠自重旋转可能对机构造成的破坏，需要安装制动器，另外各轴间连接需要联轴器。主传动系统示意图见图（2.1） 1.电机 2.联轴器 3.制动器 4.减速器 5.联轴器 6.联轴器 7.小齿轮 8.端环 图2.1 C型转子式翻车机主传动示意图 2.2 设计方案的评定 翻车机由两个端环构成，采用双电机驱动。翻车机的翻转时间为1秒，翻转角度小于，故需要小齿轮转速较小，必须使用减速机。由于翻车机翻车过程中本身质量加车厢质量较大，运转速度较慢，且做圆周运动，环境条件较差，因此不宜选用液压系统，故本次方案的主传动选用电动机进行传动。压车机构做直线运动，且在车厢翻转时承受整个车厢的重量，不宜采用电气传动，故本方案压车系统采用液压传动，但也存在精度要求高，技术含量高，故障识别及排除较难等缺点。机构端环采用分段铸造焊接组成，弥补了体积、重量大，结构复杂等缺点。但焊接点带来局部应力集中，强度较差等，设计中需采用螺栓等连接，以提高机构的综合性能。托辊机构为两套并列的两对滚轮组成，左侧滚轮设置凹槽，利于保持整个机构的平衡，并减小了机构旋转时的摩擦，但机构装配时必须保证滚轮转动灵活，无卡死现象。 2.3 设计参数 1. 适用车型 长 - - - - - —mm 宽 - - - - - —mm 高 - - - - - -—mm 2. 最大翻转重量 - - - - - - - - - - - t 3. 回转速度- - - - - - - - - - - - 1 r/min 3 传动装置的设计 3.1 选择电动机 3.1.1驱动功率的计算 翻车机在翻转的过程中，要经历两个过程，即往程和返程，这两个过程中所受的转矩不同，所以需要的驱动功率也不相同，故分两部分进行讨论。 第一阶段--往程阶段,在此阶段车厢的最大重量为100t，设备重量为126t，偏心矩为300mm，相对于车厢的重力由于偏心所产生的转矩，端环四周的焊接件重心偏差所引起的转矩差可以忽略不计，只需计算车厢的重力由于偏心所产生的转矩。 已知条件： L=300mm=0.3m n=1r/min 其中： -最大翻转重量 -翻车机设备总重 端环的偏心转矩： T=GL 其中： -翻车机、车厢及物料的总重力 -车辆中心线和端环中心线的偏心距 G=mg==22610N N T=GL= 所以， T=9550 功率： P===70.99 KW 电机功率： = 由文献（1，表4.2-9）及（2，表23.2-45）可查得： 齿轮啮合效率 （齿轮精度为7级） 滚动轴承效率 联轴器效率 由图（2.1）可知： 传动装置总效率 电机功率： KW 返程时，在翻转过程中随着翻转角度的变化，端盘所受的转矩(阻力矩)大小也不相同。可分为两个阶段，第一个阶段是翻转角由变为，第二个阶段是翻转角由变为，在返程时两个阶段所受的阻力矩与端环各段所受转矩不同有关。 已知条件： kg kg kg kg R=3.8m g= 其中： -端环下体重量 -端环右体重量 -端环上体重量 -端环左体重量 R-端环体半径 返程第一阶段：行程图见图（3.1）即角<<时。 图3.1 返程第一阶段端环各部分位置图 由于返程时端环向顺时针方向旋转，故在返程第一阶段阶段（图3.1）所示1、2、3、4为端环结构的原始位置，而、、、是端环结构返程时随变化而变化的，在此过程中、充当动力矩，、充当阻力矩。则整个端环在返程第一阶段受的阻力矩总和为： 讨论： 故当时，无论取何值，永远小于0，即动力矩大于阻力矩，不需要电机带动，端环可靠自身各部分重力矩的差值自由返程。当时，永远大于0，即阻力矩大于动力矩，需要电机带动才能完成翻转，翻转中最大阻力矩为： 则返程时所需电机功率： 返程第二阶段：行程图见图（3.2）即角<<时。 图3.2 返程第二阶段端环各部分位置图 在此过程中、充当动力矩，、充当阻力矩。则端环在返程第二阶段受的阻力矩总和为： 在此时无论取何值永远小于0，即动力矩永远大于阻力矩，故在此阶段不需电机牵引，机构可以凭借自身个部分重力矩实现自由翻转。 综上所述，在往、返程中所需的电动机的功率最大值为80.92 KW。 3.1.2选择电机的型号 工业生产中常采用三相交流电动机，翻车机用于灰尘较大，经常起、制动和正反转的场合，所以电动机需要较小的转动惯量，并需要具有较大的承载能力，根据以上条件，在本设计中选用Y系列封闭式交流电动机，电压380V 根据文献（2，P40-117附录）选用Y315S-10型电动机，基本性能如下： 额定功率- - - - - - - - - 2x45KW 满载转速- - - - - - - - - 585r/min 效率- - - - - - - - - - - 91.5% 转矩- - - - - - - - - - - 1.4 3.2 减速器的选择 已知： 所以： 试取m=20得： 由于： 所以： 电机的输出功率为：45KW，根据（2，2-3，25-76）选用NGW-L92型减速器，公称传动比为35.5。 3.3传动装置传动比的分配 图3.3 C型转子式翻车机传动装置简图 传动系统参数计算： Ⅰ轴：即电动机轴： KW r/min N·m Ⅱ轴：即减速器高速轴： KW r/min N·m Ⅲ轴：即减速器低速轴： r/min N·m Ⅳ轴：即传动长轴： KW r/min N·m Ⅴ轴：即传动短轴： KW r/min N·m 表 3.1 各轴运动及运动参数 轴序号 功率P (kW) 转速n (r/min) 转矩T (Nm) 传动型式 传动比 效率 Ⅰ 45 585 734.62 联轴器 1.0 0.99 Ⅱ 44.55 585 728.75 减速器 32.5 0.9412 Ⅲ 41.51 18 22023.36 联轴器 1.0 0.99 Ⅳ 41.09 18 21800.53 Ⅴ 40.68 18 21583 联轴器 1.0 0.99 4 主要零件的设计和校核 4.1齿轮的设计计算 4.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1.端环与传动小齿轮间的传动方案见图3.1，选用直齿圆柱齿轮传动. 2.翻车机工作速度不高，载荷较大，故选用7级精度 3.材料的选择：由文献[3]表10-1选择小齿轮材料为40Cr，硬度为280HBS；端环（大齿轮）采用分段铸造焊接形式，材料选用ZG340-640（正火），硬度为220HBS，两材料间硬度差为60HBS。 4.试选小齿轮齿数 4.1.2 按齿面接触强度设计 由文献［3］公式10-9a进行试算，即： (1)确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数 2)计算小齿轮传递的转矩. 其中 -车厢重力 -车辆中心线和端环中心线的偏心距 N mm 所以 N·mm 3)由文献［3］表10-7可知，选取齿宽系数 4)由文献［3］表10-6可知，材料的弹性影响系数 5)由文献［3］图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限MPa。 6)由文献［3］公式10-13计算应力循环次数 7)由文献［3］图10-19可知，接触疲劳寿命系数； 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%,安全系数,由文献［3,公式10-12］,得 MPa MPa (2) 计算 1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 mm 2)计算圆周速度 m/s 3)计算齿宽 mm 4)计算齿宽与齿高之比 模数 mm 齿高 mm 5)计算载荷系数 根据m/s,级精度，由文献［3］图10-8查得动载系数的直齿轮，假设N/mm，由文献［3］表10-3查得 由文献［3］表10-2可知,使用系数为 由文献［3］表10-4查得级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 由,,文献［3］图10-13可知, 故载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献［3］公式10-10a，得 mm 7)计算模数 mm 4.1.3 按齿根弯曲强度设计 由文献［3,公式10-5］可知,弯曲强度的设计公式为: (1) 确定公式内的各计算数值 1)由文献［3,图10-20c］查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa； 大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 2)由文献［3,图10-18］查得弯曲疲劳寿命系数， 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数,由文献［3,公式10-12］，得 MPa MPa 4)计算载荷系数 5)查取齿形系数 由文献［3］表10-5查得 ， 6)查取应力校正系数 由文献［3］表10-5查得 ， 7)计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大 (2) 设计计算 mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关，可取由弯曲强度算得的模数mm并就近圆整为标准值mm，按接触强度算得的分度圆直径mm，算出小齿轮齿数。 取 大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。 4.1.4 齿轮几何尺寸计算 (1) 计算分度圆直径 mm mm (2) 计算标准中心矩 mm (3) 计算齿轮宽度 mm 取 mm， mm (4) 计算齿顶圆直径 mm mm (5) 计算齿根圆直径 mm mm 4.1.5 齿轮的结构设计 因C型转子式翻车机的端环（大齿轮）不是封闭的齿轮形，且直径较大，不方便分析，在此对小齿轮的结构进行设计：由于小齿轮齿顶圆大于mm，而又小于mm，故以选用腹板式结构为宜。其他有关尺寸由文献［3］图10-39荐用的结构尺寸设计，并绘制小齿轮零件图如图4.1所示。 图4.1 传动装置小齿轮设计简图 4.2 轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一。在本设计中，小齿轮处的轴选取的材料为45钢（调质处理）。下面将对此轴进行设计和校核。 4.2.1 轴的结构设计 （一）拟定轴上零件的装配方案 左侧轴承端盖、挡圈、隔筒、滚动轴承、垫圈、半联轴器依次从左往右安装，右侧小齿轮、挡圈、轴承端盖、隔套、滚动轴承、圆螺母、隔筒、轴承端盖依次从右往左安装。具体结构参见图4.2。由于该齿轮传动为直齿圆柱齿轮传动，故滚动轴承选用深沟球轴承。 （二）轴上零件的定位 为防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。 1.轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖、和圆螺母等来保证的。 2.零件的周向定位目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。本次设计的轴上有两个普通平键，可对零件的周向进行定位 图4.2 轴上零件装配与轴的结构示意图 （三） 各轴段直径和长度的确定 零件在轴上的定位和装拆方案确立后，轴的形状便大体确定。各轴所需的直径与轴上的载荷大小有关。在设计各段轴直径时，有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。另外，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。 1. 确定各轴段直径 由文献[3]表15-3查得 (因转数低故取小值) 由文献［5,362］可知轴的直径， 因为小齿轮处在Ⅴ轴上，所以： P为入轴功率： P=32.367 KW n为入轴转速： n=18 r/min 所以： mm 考虑有键槽，轴径需增大4~5%，因此初取 mm。 如图4-2所示，轴段要外接轴承，查［11］可知轴承标准件的最接近内径的为 mm，故轴段的直径定为 mm。轴段是一个定位轴肩，定位轴肩的高度一般取，故h=15 mm,则轴段的直径为mm。初步设定该处轴段的直径为mm。轴段与轴段对称分布，故轴段的直径也为mm。 确定各轴段长度 设定该轴的总长为mm。由于Ⅰ轴段外接联轴器，查［13］可知联轴器标准件的宽度为mm，联轴器需向外延伸少段距离，故试选Ⅰ轴段的长度为mm。由于轴段外接轴承，试选轴段的长度为mm。轴段是一个定位轴肩，定位轴肩的高度一般取，故h=15 mm,则轴段的直径为mm。轴段外接小齿轮，由于齿宽是mm，并且左端有挡圈定位，需要缩进mm，故轴段的长度为mm。初定轴段直径为100mm，轴段外接轴承，查［11］可知轴承标准件的宽度为mm，由于右端有挡圈定位，需要缩进mm，故试选轴段的长度为mm。Ⅶ轴段需连接圆螺母，故初定Ⅶ轴段直径为40mm （四） 提高轴的强度的常用措施 1.合理布置轴上零件以减小轴的载荷。 2.改进轴上零件的结构以减小轴的载荷。 3.改进轴的结构以减小应力集中的影响。 4. 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。 4.2.2 轴的计算 轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度和刚度的的要求，必要是还应该校核轴的振动稳定性.本次设计对轴的强度进行校核计算。 （一） 按扭转强度条件计算 由文献［3,370］可知轴的扭转强度条件为 式中：——扭转切应力，MPa; T——轴所受的扭矩，; ——轴的抗扭截面系数，; ——轴的转速，r/min; P——轴传递的功率，KW; d——计算截面处轴的直径，mm; 将数据代入上式得： =22.86MPa 由文献[3]表15-3查得MPa 所以： 扭转强度校核符合要求。 （二） 按弯扭合成强度条件计算 通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。 1. 做出轴的计算简图（即力学模型） 轴所受的载荷是从轴上零件传来的，计算时常将轴上的分布载荷简化为集中力，其 作用点取为载荷分布段的中点。绘制力学模型见图4.3。 其中： mm mm mm 图4.3 轴的载荷分析图 2. 做出弯矩图 根据上述简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别做出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图图；然后按照下式计算总弯矩并作出M图，详见（图4.3）。 3. 做出扭矩图 扭矩图见（图4.3）。 4. 校核轴的强度 1）.求输出轴上的功率P，转速n和转矩T 具体数值可查阅（表3.1）P=40.68 KW n=18 r/min T=21583 2）.求作用在齿轮上的力 因为大齿轮的分度圆直径为： mm 而 N N N 各力的方向见（图4.3） 从图4.3可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的、及M的值列于下表： 表4.1 轴的C截面受力数据表 载 荷 水平面H 垂直面V 支反力F N ， N N， N 弯矩M 总弯矩 扭矩T 3） .按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。 由文献[3，373] 公式15—5及上表中的数据，以及轴的弯曲应力和扭转切应力对称循环变应力，则取。轴的计算应力， MPa =21.16MPa 已选定材料为45钢，调质处理，由表15—1查得[]=60MPa。因此，故该轴设计合格。 4.3 轴承的设计 4.3.1 轴承的选择 由于齿轮是直齿圆柱齿轮，故只受径向力和圆周力，不受轴向力。故本次设计选用深沟球轴承。深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。具有价钱低廉、刚度大等优点。根据受力情况，轴承配置可选择双支点各单向固定。 4.3.2 轴承寿命的验算 1.计算两轴承受的径向载荷和 具体数据可参见（表4.1） 2.计算当量动载荷 由文献［3,313］可知，对于只受径向载荷的轴承时，当量动载荷。 由文献［3,313］可知，实际计算时，轴承的当量动载荷： 由文献［3］表13-6可知， 把数据代入上式，可得： N N 3.计算轴承的寿命 因为,所以 N (5.8) 式中： —为指数。由于是深沟球轴承，=3； —基本额定动载荷=55.0KN —轴承转数 —当量动载荷 由文献［3,313］查取 由文献［11,223］查取KN 把数据代入上式，可得： h 年 轴承寿命大于翻车机的寿命，故轴承校核合格。 5 联轴器的选择和校核 5.1 联轴器的选择 1. 选择联轴器的类型： 翻车机的传动为大功率的重载传动，故选用齿轮联轴器 2. 载荷的计算： 公称转矩 由文献［3］表14-1查得：，故由式14-1得计算转矩为： 3. 型号选择： 从JB/ZQ4218—86中查得CL10型齿轮联轴器的许用转矩为50000 ，许用最大转速为850r/min,轴径在110-180之间，故合用。 5.2 联轴器的校核 齿轮联轴器，由文献［2,362］可知， 式中：—联轴允许最大扭矩 —长期作用到联接轴上的最大扭矩，N·m —传动重要程度系数 —联轴器工作条件系数 由文献［2,表2-4-10］可知， 由文献［2,表2-4-11］可知， 由于联轴器作用在Ⅳ轴和Ⅴ轴上，所以齿式联轴器。 由文献［2,表2-4-09］可知， 齿轮联轴器允许最大扭矩N·m 故选用齿轮联轴器可满足该轴的强度要求。 6托辊的受力分析 托辊的受力分析如图6.1所示。端环及车厢都由托辊所支撑，故有两支辊力和端环重力的三力合成为0。由2.3可知：最大翻转重量为100t，设备总重为126t 所以： N 图6.1 托辊的受力分析 对图6.1中力的三角形进行受力分析得： 所以： N 选滚圈的材料为ZG340-640（正火），辊子的材料为，选取辊子的半径，滚圈的半径宽度为。 7 润滑方式与密封 机械零部件由于长期工作，部件之间存在长期性的摩擦，易导致损耗，在摩擦表面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，还可以减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。 润滑剂可以分为气体、、液体、半固体、和固体4种基本类型。在液体润滑剂中，应用最广的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油、各种乳剂。半固体润滑剂主要指各种润滑脂。它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼等。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用的最多的是空气，它主要用在气体轴承中。 选择润滑脂品种的一般原则： 1） 当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种，反之选择针入度大些 品种。 2） 所有润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免工作时润 滑脂过多地流失。 3） 在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性强的钙基或铝基润滑。在温度较高 处应该用钠基或复合钙基润滑油。 润滑油的选择原则： 1） 当转速高、压力小时，应选粘度较低的油；反之，当转速较低，压力较大时， 应选粘度较大的油。 2） 润滑油粘度随温度的升高而降低。故在高温下工作的轴承，所用的油粘度应比 通常的高一些。 固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，通常只用一些有特殊要 求的场合。 由于翻车机的转动速度慢、承受载荷较大，齿轮采用开式传动，环境污染较严重，故润滑方式基本采用脂润滑。润滑油选矿物油，因为矿物油来源充足，成本廉价，使用范围广，而且稳定性好，应用最多。 滚动轴承的润滑为脂润滑。对于小齿轮旁的轴承密封方式为毛毡圈密封。在轴承盖上开缺口放置毛毡圈，然后用另外轴承端盖压在毛毡圈上，以调整毛毡与轴的密合程度，从而提高密封效果。这种密封主要用于脂润滑的场合，它的结构简单，但摩擦较大，常用于低速情况下。 8 环保和经济性分析 经济效益是一个企业存在的主要目的。作为设计者必须要在安全、适用、可靠的基础上考虑经济效益。市场需求中的经济性不单是产品的售价，有时更要优先考虑诸如功能，质量，维护费用等。很多设备价格便宜但其质量较差，易造成后期维护所带来的维修费用及生产效率低多花费劳动时间等问题，在总投资上并未节省费用，相反可能花费更多的费用。质量好的产品相应的价格较昂贵，在生产经营投资中占有比重过大，也不实用。只有性价比高的产品才真正实用，既可以满足消费者对设备质量的需求，又可使消费者最大程度的节省开支。因此，设计人员要考虑各方面因素设计出性价比高的产品，才可以使企业在市场中立于不败之地。 近年来，随着人们环保意识的增强，广大民众对环境保护的要求越来越高，目前各 国对环境的标准制定的要求也随之增高，同时，为了更好的提高环境质量各国也制定了相应的一些法律法规。当前，对于冶金矿山企业来说，创建资源节约型、环境友好型是其发展的主流。因此，在翻车机的设计当中考虑如何降低机械设备对环境的污染以及工作人员身体的危害是至关重要的。 8.1环保性分析 机械设备的环保性是指在设备在进行作业时保护环境的性能，这里的环境是指作业人员的工作环境和作业区周围的环境。机械设备作业时污染环境的因素有噪声、振动及废气排放时的有害气体、微粒粉尘等，故改善机械设备的环保性是一项跨行业、跨部门的系统工程，但主要可以从选用环保性好的发动机和零部件，改进机械结构，增加后处理装置，加强状态检测和及时维修，合理使用等各方面综合考虑采取措施。 工厂中翻车机的生产环境较差，工作时间长，环境污染严重。翻车机卸料时倾卸车厢内的松散物料会产生大量粉尘，由于原料是自由落体，速度较大，势能转化为动能，形成反弹上升的尘暴，扬尘动力较大，因此很难控制。粉尘浓度可达上千毫克每立方米，，严重危害着现场工作人员的身体健康。 由于翻车机在作业时不能完全封闭，因此在粉尘治理方面，无论是粉尘的收集与隔离，还是气流的组织与控制，都比较困难。对翻车机翻卸粉状物料时产生的粉尘进行治理，一直都是国内外的难题。因此对于翻车机的粉尘污染，必须采用综合治理的方法。粉尘治理方案主要有以下几个方面。 1）设置隔栅板 在料仓接收口设置隔栅板，他是由纵向和横向的钢板通过绞合和焊接合组成，其作用有3个：一是防止大块度的物料掉入矿仓内，保证粉尘物料的纯洁和正常分配；二是对下落的粉尘流及其气流进行导向，限制粉尘的飞溅和扩散；三是对粉尘的下落起缓冲作用，减少下落粉尘对矿仓内粉尘的冲击。 2） 在翻车机周围设置专业的吸尘设备，通过吸尘设备将粉尘集中回收并进行处理。 3）将料仓设置在地下，这样既有利于控制对环境的污染也有利于翻车机的连续作业，而料仓中可采用皮带运输等方式将物料运输至车间进行加工。也可以采用喷水除尘法，且喷水除尘法更为经济，但喷水除尘法不彻底，深层物料引起的粉尘无法控制，将以上各方案结合使用，可大大减少对环境的污染，达到保护环境的目的。 8.2传动方案经济性分析 翻车机主传动采用电机传动，主要的传动形式为齿轮传动，具体的传动方案为电机通过减速器带动端环下端小齿轮旋转，从而带动端环（大齿轮）旋转完成翻车过程。齿轮传动具有传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等许多优点。端环（大齿轮）与小齿轮传动方式为开式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑，且工作环境污染严重，对传动产生很大影响，所以将传动部分设于地下，有效的解决以上麻烦。由于大齿轮的直径较大，且形状不规则，加工难度较大，所以把大齿轮分成若干份进行加工并焊接，这样不仅可以降低加工难度，并有利于拆卸维修。可以节约材料，减少维护费用。大大降低加工成本。 8.3结构经济性分析 C型转子式翻车机的端环采用未封闭的“C”型，由于其端换不封闭，可以由拨车机对火车车厢进行拉动，而且更方便在翻车机内对车厢进行定位。两端环设计成空心，这样既可以减少整个设备的重量，同时又可以节省大量材料，方便加工运输。翻车机的主要部分诸如前梁、后梁、左端环、右端环、平台及托辊等，各部分间大多采用螺栓连接，其特点是可以承受较大的力，可以降低加工难度，节省材料，从而降低加工成本。翻车机旋转时后梁支撑整个翻车机及车厢内物料的重量，不可以产生任何偏差，所以在后梁上设计液压压车梁及平台机构，使车厢在翻车机内不会产生任何方向的移动，从而达到翻车平稳的目的，而后梁设计时考虑强度和刚度的需要体积应设计较大，使翻转过程更加安全，相应的前梁的体积可以设计的较小，可以减少材料的浪费。降低加工成本。 结束语 在参阅大量的参考文献下，经过一系列的合理分析、计算和机构设计下，完成了本次的毕业设计内容 本次设计的C型转子式翻车机是借鉴了国内外先进技术的基础上，自行设计并研制开发的。 本次设计的主要内容有以下几个部分：翻车机的设计计算，通过对驱动部分的功率计算而选择机构所使用的Y315S-10型电动机，额定功率 2x45KW，满载转速585r/min。并对所选用电动机进行了校核，校核结果满足条件；对翻车机的传动方案，左、右端环结构、前、后梁结构、平台、托辊等结构进行了设计；对翻车机的动力学分析及动力学参数进行了计算；对设备的经济性及环保等各方面也进行了分析。提出并解决了翻车机粉尘污染的方法。通过对环保性的分析，对减少设备对环境造成的污染和改善工人的工作环境有着积极的作用。为创建资源节约型、环境友好型社会奠定一定的基础。 通过本次设计，使我深入了解了翻车机在钢铁，港口，电厂等地方举足轻重的地位。对翻车机在我国现代化生产中所起到的推动作用有了更加直观的印象。通过搜集资料也了解了目前国内外翻车机的发展情况及发展趋势，掌握了各类型翻车机的设计制造方法。也下定决心投身机械行业，研制更先进，提高更多的生产率，更加环保节能的各类机械设备，利用大学所学到的知识努力为社会创造经济财富。这次的设计也巩固了我大学期间学到专业理论知识，并将之运用到实际生活当中，这对今后我在工作中稳步前进提供夯实的基础。 由于本人的能力问题以及时间限制，在翻车机设计当中难免出现不尽人意的地方，在这里我真诚的希望各位老师和专家给与批评和指正。 致谢 在宋华老师的精心指导和严格要求下，本次设计才得以顺利完成，在整个设计期间，从选题、设计到最后的图纸和说明书的完成都倾注了指导教师的大量心血，老师以他渊博的知识和严谨的治学作风指导我如何更好地做好设计工作。在设计过程中得到了老师大量的帮助，在此深表感谢。老师一丝不苟的工作作风给我留下了深刻的印象，为今后的工作起到了指导作用。 设计过程中参观了鞍钢炼铁厂，在实习中收获了很多。感谢鞍钢领导的热情招待，感谢工人师傅的耐心细致的讲解，使设计能够顺利完成。 本次设计得到同学的大力帮助。首先感谢同组人的帮忙，还要感谢图书馆的老师们的热心帮助，从而使设计能够顺利完成，在此深表谢意。同时感谢其他老师们的细心教