1、哈尔滨理工大学学士学位论文- I -大型 H 钢翻转提升机构设计摘 要我国现如今的工业水平不断地发展，H 钢运用的领域越发广泛，在提升和翻转那些笨重、体积很大零件不能只靠人力去完成，为了提高生产效率需要设计出一种设备来解决此问题。在设计的同时需要考虑到传动装置变松以及润滑等问题。本文首先对翻转机提升类型从其特点进行分析到选择，选择出链式翻转机构和液压式提升装置，对 H 钢翻转工作进行分析，设计出符合要求的元器件如轴，齿轮，皮带等，对部分件进行校核，为了元件相互协调配合，设备运行平稳。最后设计出液压与电气系统组合，从而形成一套完整的工作体系从上升正反翻转、制动、下降。提升机构选择形式为液压式，优
2、点是重量轻、容易实现调速、使用寿命长。缺点是油液对密封装置要求比较严苛容易泄露。翻转机构使用链式传动，优点是摩擦性好、成本低。缺点不耐冲击、质量大。关键词 H 钢；翻转机构；提升机构哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Design of Large Scale H Steel Lifting MechanismAbstractChina is now the level of industrial development, H steel used more and more widely in the field, lifting and turning of the heavy and
3、large parts can not only rely on manpower to complete, in order to improve the production efficiency we need to design a device to solve this problem. At the same time the design should take into account the loose gear and lubrication problems.Based on the analysis of the types of hoisting machine t
4、urn to choose from its features, choose a chain turnover mechanism and a hydraulic lifting device for H steel turning work analysis, designed to meet the requirements of the components such as shaft, gear, belt and so on, to check the part, as the components of coordination, equipment running smooth
5、ly. Finally, the hydraulic and electrical system is combined to form a complete system of work, from rising, reverse, braking and descending.The selection of lifting mechanism is hydraulic, with the advantages of light weight, easy realization of speed control and long service life. The disadvantage
6、 is that the oil on the sealing device requirements are more stringent, easy to leak. The turnover mechanism adopts chain type transmission, and has the advantages of good friction and low cost. Disadvantages, no impact, high quality.Keywords H steel, turnover mechanism, lifting mechanism哈尔滨理工大学学士学位
7、论文- III -目 录摘要 .IAbstractII第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 11.2 国内外研究现状 11.2.1 国外发展现状 .11.2.2 国内发展现状 .21.3 本课题的研究内容 4第 2 章 翻转提升机构的总体设计 .52.1 翻转和提升机构采用形式的确定 52.1.1 翻转机构的确定 .52.1.2 提升机构的确定 .72.2 H 钢翻转的工作原理 .92.3 大型 H 钢翻转提升机构的简图 .92.4 本章小结 10第 3 章 翻转提升机构的结构设计 .113.1 链条及链轮的选择设计 113.1.1 链条的设计选择 .113.1.2 链轮的设计选
8、择 .123.1.3 滑轮的设计选择 .133.1.4 润滑油的选择 .143.2 电机的选择 143.3 带传动及齿轮的设计及计算 153.3.1 皮带传动的设计 .153.3.2 V 带轮的设计 173.3.3 皮带张紧装置的选择 193.4 轴的结构设计与校核 193.4.1 轴的设计计算 .193.4.2 滚动轴承的校核 .213.4.3 键的校核 .223.5 本章小结 22第 4 章 翻转提升机构的液压与电气的系统设计 .234.1 机构液压系统的设计 23哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -4.1.1 液压缸的设计及计算 .234.1.2 液压系统的原理及元件选择 .274.2
9、 机构电气控制系统设计 294.3 机构的系统工作过程 304.4 本章小结 31第 5 章 三维模型的建立 .325.1 建立零件 325.2 零件图的装配 325.3 三维模型 345.4 本章小结 34结论 .35致谢 .36参考文献 .37附录 A.38附录 B .45哈尔滨理工大学学士学位论文- -1第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景及意义现如今社会经济飞速发展，国家不断强调工业并大力投入工业设计发展，建筑业与大型工业更是不断发展，像大型 H 钢这样的钢型会用到很多，所以有着大量的。注重钢材的可持续发展经济与节约使用是实现钢材向绿色环保发展的必经之路。所以要大力推广与应用，放长远
10、的眼光来看 H 钢的需求必然很大。制造业是国家实现新工业文化的基础保证。大型工件的制造体现了国家的工业文化水平 1。在生产与制造大型构件中，很多时候都需要大型翻转机来改变工件的位置。这些年来由于板材的价格上涨也带来了很多利好，钢材的价格也在持续上涨，同时 H 型钢的市场也逐渐回暖，国内与国外在 H 型钢的价格差距逐渐变小，有利于国内钢材对外出口。例如现有的翻转机构来说，有 CL 型、U 型、和 L 型等翻转机，但是他们都有的缺点就是；承载能力较低，并且翻转的自由度单一，翻转的角度也很单一，不能同时满足生产环节中个工序的翻转要求 2。被运用到翻转机构的场合，最常见的就是在焊接生产中，当 H 钢一
11、面完成焊接后，这是需要将工件翻转为了方便加工另一面。但是 H 钢重量很大，只靠人力将其翻转是很困难的，这时就需要专用的翻转设备，在大量生产时，为了使生产效率提高，就需要这样的机构。 本次研究的课题大型 H 钢翻转提升机，就是为这种场合下产生的设备。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外发展现状自 19 世纪初期，卢森堡建立了成世界第一个热轧 H 钢生产线，此后H 型钢生产与设备都有了很大的发展，在 50 年代和 80 年代掀起两次发展高潮。到了 80 年代末，世界 H 钢产能量可以达到 2000 万吨，占世界钢材总产量的 36 ，现世界 H 型钢轧机有将近 100 套，存在 20 多个国家。下
12、面以日本 H 型钢生产现状为重点，初步探讨国外 H 钢发展的现状。日本是二次世界大战后经济发展最快的国家之一，与经济发展同步的H 型钢的发展过程是值得我国研究与借鉴的。到 1973 年日本钢的总产量就达到 1024.8 万吨，其中 H 钢产量为哈尔滨理工大学学士学位论文- -2554.3 万吨，H 钢占了一半还多，H 型钢结构也因此得到了广泛的发展与使用拿轻型 H 钢举例；在日本，轻型 H 钢主要用于低层或多层厂房，公共建筑物等。这样制造可以效率，但是对材料精度和设备自动化也提出了新要求，轻型 H 钢最适合建筑这样的工业化住宅。1992 年日本钢生产量为 1040 万吨，其中 H 钢占 57.
13、8，产量为600.8 万，占型材结构的一半以上，H 型钢运用的领域越来越广，甚至取代了工字钢，使得工字钢产量降为 28.8 万，仅占 2.8，这也使 H 钢的质量与技术水平得到快速发展。19721992 年日本累计生产 H 钢 9042.8 万吨（出口 2000 万吨）按日本人口 11000 万计，累计人均消费为 640kg，人均年消耗 32kg。俄国与加拿大的矿产资源非常丰富，日本进口来源多从这两个国家。日本的企业用投资或者是买股份的形式这这两个国家拥有很多资源，这样也可以弥补一些国家本身的不足，从而的到长远的发展。日本除了对这两个国家进行投资或者是买股权，还对很多国家分布全球，参股，战略合
14、作，合资等，这样能更好的分散风险，降低成本，可以分享世界经济成长的果实，得到稳定发展。 为了能更好的融入市场，日本也调整了进出口结构，进口一些低档一般的原料，通过本国先进工业加工水平进行加工，相当于从毛胚到成品的过程，出口世界各国，从而获得非常丰厚的利润。就利用这样的产业链日本已经处在世界上游，加上前面所说的对各国投资、战略合作等，达到利润最大化同时也可以打击对手的目的。 1.2.2 国内发展现状我国 H 型钢的生产起步较晚，直到上世纪 90 年代马钢才能生产出0.2m 以下的小型 H 型钢，由于生产力不强无法完成量化生产，直到 1998年才完成这个目标。现在通过国家统计句数据来说明 04 到
15、 14 年这 10 年间钢铁的发展如图 1-1。图 1-1 2004-2014 年中国型钢产量走势图在通过 04 年到 14 年这 10 年我国 H 型钢细分品中产量统计如表 1-1。哈尔滨理工大学学士学位论文- -3表 1-1 2004-2014 年我国 H 型钢主要细分品种统计（万吨）年份 大型 H 型钢 中小型 H 型钢 钢型合计2004 年 638.3 3778.0 4016.32005 年 747.8 2664.6 3412.32006 年 917.2 2386.1 3303.32007 年 1014.7 2839.5 3854.22008 年 894.1 2953.8 3847.9
16、2009 年 947.0 4118.9 5065.92010 年 946.5 4251.9 5198.42011 年 1103.8 4573.2 5676.92012 年 1132.7 4702.1 5834.92013 年 1274.9 5745.4 7020.32014 年 1349.5 5620.0 6969.5从总体这 10 年来看，虽然在偶然存在今年产量不如往年的现象，但是总的产量还是在稳步提升的，对于品种分析可看出，每个时期对于 H 型钢种类的需求也是不同的，都是在为市场做调整，总体来说 H 型钢的需求在不断增加。马钢是我国第一个生产 H 型钢的企业，现加以介绍。马钢公司 H 型钢
17、厂从国外公司引荐生产技术和设备，一期工程年生产能力 60 万吨以生产 H 钢为主。在 H 型钢的生产中都是由计算机控制，计算机控制系统有三级、一级为基础控制级、二级为过程控制级、三级为工厂管理控制级。总体来说这是一条在我国也可以说是世界上都十分先进的刚型生产线。它的建成也增强了我国生产 H 钢的技术水平。图 1-2 为马钢生产的 H 型钢铁。图 1-2 马钢生产的 H 型钢材就最近几年来说我国生产刚型的技术与水平离世界先进水平很接近甚至可以说是能达到。对以后来说进步技术，设备提升已经不是主要目的，哈尔滨理工大学学士学位论文- -4主要是为了满足用户需求才是目的，目前我国刚型型材标准只能满足工业
18、生产，国外的标准也无法满足我国的标准生产。同时尺寸公差，钢铁化学成分纯净度，表面质量等各个方面来说，我国与发达国家相比还是有一定的差距。 1.3 本课题的研究内容大型 H 钢翻转提升机构，主要就是为了研究大型 H 钢的翻转与提升装置两部分。主要内容有；1. 查阅相关资料，了解大型 H 钢翻转提升机构国内外现状、特点、差距基本确定研究方法及研究思路，撰写开题报告；2. 做出大型 H 钢翻转提升机构的总体方案；3. 计算出大型 H 钢翻转提升机构的主要参数；4. 完成大型 H 钢翻转提升传动系统、电气与液压设计。哈尔滨理工大学学士学位论文- -5第 2 章 翻转提升机构的总体设计2.1 翻转和提升
19、机构采用形式的确定2.1.1 翻转机构的确定翻转机构的作用是将工件做沿着轴做翻转运动，使工件变换有利位置更好地进行加工 5。现在翻转机构有很多类型可以参考，例有头尾架式、等，如表 2-1 所示翻转机构的种类。这些翻框架式、链式、环式、推举式转类型都可以使用在实际不同的生产中，但是在我国还没有对翻转机形式制定标准，只有头尾架式有系列标准。表 2-1 翻转机构种类形 式 变位速度 驱动方式 工作特点头尾架式 可调 机电 环形焊缝，运用于轴类和椭圆形焊件，旋转 变位框架式 恒定 机电或液压 用于较长焊件，倾斜变位链式 恒定 机电 用于自身刚度强的工件翻转变位环式 恒定 机电 用于自身刚度强的工件翻转
20、变位，在大型构 件的组对与焊接应用中较多推举式 恒定 液压 用于倾斜变位，装配和焊接在同一工作台上 进行由工作特点分析，对翻转种类的最后三种进行重点分析和选择，作为大型 H 钢的翻转机构。现在分析这三种形式，选择出最合适的形式。如下图 2-1 为采用链式的翻转机构所示。1.链轮 2.链条 3.H 钢 4.支架 5.张紧轮图 2-1 链式翻转机构哈尔滨理工大学学士学位论文- -6链式翻转机构由图看出，其结构形式比较简单，因为 H 钢用链条的支撑，其优点是价格便宜、来源广泛且已加工，利用链传动运行平稳。缺点就是链条之间的焊接很麻烦费时间，对焊接和夹具的都是有要求的。环式翻转机构结构形式如下图 2-
21、2 所示。与链式翻转相比环式翻转机构得缺点就是在翻转同样的 H 型钢时，环式翻转机构 的 结构复杂、体积较大。有点就是环式机构在翻转大型钢件的效率高。1.拖轮 2.支撑环 3.钝齿轮 4.驱动装备图 2-2 环式翻转机构推举式翻转机构结构如下图 2-3 所示。推举式翻转机构的优点就是，机构也比较简单，缺点是这种结构翻转的自由度单一，每次翻转都无法回到原来的位置，需要人工操作复位，所以翻转效率比较低。1.翻转工作台 2.推拉式轴销 3.举升液压缸图 2-3 推举式翻转机构综合分析三种翻转机构的工作特点，最后选择用链式翻转。这样提升机构选择的问题就解决了。链式翻转机构组成主要由 等组成。链条 、
22、链轮、电动机、 张紧轮链条连接方式也是两种，有片式关节链和环形焊接链。与 做对焊接链比第一种片式的运动平稳且可靠。缺点是片式关节链条的价格比较高、并哈尔滨理工大学学士学位论文- -7且容易生锈和近灰。链条本身优点抗腐蚀性很强，摩擦性能好、且传动机构尺寸较小。缺点就是链条之间相连的刚度强度很低，在有一定的冲击下容易损坏、不适用于高速提升。由于翻转机本身在工作中有一定的冲击，考虑到安全和稳定的，最后选用片式关节链。2.1.2 提升机构的确定提升机构分两种；一种为机械式，另一种为液压式。1. 机械式起升机构包括：(1) 绳索卷绕式起升机构；(2) 链条卷绕式起升机构。2. 液压式起升机构(1) 压缸
23、起升机构；(2) 压马达升机构。2.1.2.1 机械式提升机构的应用目下图 2-4 所示，新型地下垃圾桶就是典型的利用机械式提升机构作为主要提升方式作出的产物 6。对于普通的垃圾桶来说，垃圾箱的制作存在很多不足，一般垃圾都是在地边上堆积很占空间，尤其是对于夏天苍蝇很多更是有异味，对于城市面貌更是大大减分。它的出现恰恰就是解决这一问题的它解决了，它的优点就是节省空间且清理方便、成本低、可以减轻工作人员的工作强度 7。该提升机构有附件、省力与减速机构。工作人员在清理垃圾时，摇动手柄使链轮 1 转动。上升时利用棘轮转动，2 摩擦片不发生作用；下降时，2 摩擦片啮合，通过摩擦减小冲击。链轮 2 转动，
24、链轮 2 再带动滚筒 5 转动，转动将绳绞起来，拉底板 5 向上升起，垃圾桶放在底板上，底板上升就可以把垃圾桶提升上去。（a）新型地下垃圾桶主视图 （b）新型地下垃圾桶左视图1.2.链轮 3.滑轮组 4.滚筒 5.底板图 2-4 地下垃圾桶提升机构主视图哈尔滨理工大学学士学位论文- -82.1.2.2 液压式提升机构的应用平行四边形机构在各类液压升降设备被中广泛使用，因为其结构可以放大工作，但是顶升的工作方式。如图 2-5 就是利用其结构的特性来设计的液压式提升机构。1.提升机构 2.航标浮筒 3.清洗刷 1. 1 号液压缸 2. 2 号液压缸 3.提升滑块图 2-5 长江航标浮筒清洗装置 图
25、 2-6 机构运动简图工作臂上有很多刷子，通过刷子的工作臂在轨道 和自身摆动上下运动这样就可以清洗浮筒。工作臂的上下运动由 机构来带动。如液压缸的提升图 2-6 机构运动简图可看出，工作臂连接在滑块，平面运动构型为四边形，可以稳定工作。装置由滑轮引导在轨道中上下升降，滑块在 线上垂直中心运动，这样可以使两液压缸实现 。 机械同步平行四边形提升机构优点就是 、结构紧凑。液压提升机构多构造简单用此机构实现升降。1. 两种提升机构的比较机械式提升机构的执行构件通常选择 ，特点为提升范围钢丝绳滑轮组比大适用于大型钢件，缺点是提升结构复杂。也有齿轮齿条组合，但这种组合只适用于提升小型钢件。液压式提升机采
26、用的动力源是液压，用液压缸进行提升。其运行平稳并且使用寿命很长，但是由于是液压式需要用到油液，油液容易随温度变化并且如果密封不好还容易出现泄露等等一些问题。机械式提升机构的提升方式为 ，而液压式提升机构的提升方式提拉式为 。都有优缺点当然还需根据工作环境及要求选取。从本次研究的推举式课题角度出发，考虑到液压式提升机构的装置重量和体积相对于机械式来说更轻也更小，并且更耐冲击，结构也简单。前提是相同功率驱动，还是选择液压式提升机构。哈尔滨理工大学学士学位论文- -92.2 H 钢翻转的工作原理工件在链条上最开始的状态如图 2-7。重心在 AB 中间，当链条转动的时候。链条顺时针转，重心慢慢偏离 B
27、 点，靠近 A 点，因为翻转钢件与链条的接触点开始发生变化，B 点离开链条，向左翻转。1.链轮 2.链条图 2-7 翻转过程如图 2-8（a）重心 G 偏在 A 的右侧，如果翻转 H 型钢，就需要一个滚转力使重心偏在 A 点的左侧，来使 H 钢继续翻转。如图 2-8（b）此时重心 G 在 A 的左侧，惯性使工件继续翻转，如果想要停止翻转，需要一个阻止力需要大于惯性力，如果需继续翻转，需要H 钢的惯性力大于阻力矩，这样使 H 钢的重心 G 逐渐偏向在 A 点的左侧，否则 H 钢翻转将停止转动。链条的摩擦力如果摩擦力足够大，就不换产生大话现象，也不会影响H 钢的翻转。同时要求 H 钢有足够大的翻转
28、速度来克服打滑现象。但是H 钢与链条的摩擦离大小工作量很大而且很复杂，所以这里就不进行计算了。(a) H 钢重心在右侧 (b) H 钢重心在左侧图 2-8 H 钢翻转过程简图2.3 大型 H 钢翻转提升机构的简图可以翻转最大的 H 型钢尺寸的为：18m6m12m，最大能承受的重量是 吨。现设计大型 H 刚翻转提升机构的布置见图如下图 2-9。由于到10H 型钢重量非常重也非常大，单个机构是无法完成提升与翻转，需要两个哈尔滨理工大学学士学位论文- -10或者两个以上工作台配合完成此过程。每一个工作台的尺是不同的其中 1与 2 之间的长度为 4m，2 和 3 之间的长度为 7m。个设备间都设计有辊
29、道，每个设备都是相同的只是间隔不同，都配有制动器来控制工作。1.号翻转架 2.号翻转架 3.号翻转架 4.辊道图 2-9 大型 H 钢翻转提升机的布置2.4 本章小结本章翻转提升机构的总体设计就是为了解决翻转的形式与提升形式的选择。通过对翻转机构形式的类型特点与应用的分析最终选择了链式提升形式。提升形式选择为液压式，最后对翻转提升如何运动做以确定，做了一下机构简图，做到了主体确定。哈尔滨理工大学学士学位论文- -11第 3 章 翻转提升机构的结构设计3.1 链条及链轮的选择设计3.1.1 链条的设计选择1. 链条的选择如下图 3-1，翻转机构，翻转机构主要由 ，链条，张紧装置，通链轮过链条转动
30、使 H 钢翻转。图 3-1 翻转结构简图最开始定链条的转速为 ，每一个翻转架所承受力是 50kN，受0.5m/s力分析如图 3-2。图 3-2 链条受力 501arctg计算拉力 F 见式 (3-1)：(3-1)N34sin2siG哈尔滨理工大学学士学位论文- -12链条拉力F为 34355N。查手册，选择LH0866型 。基本参板式起重链条数如下表3-1 ：表3-1 LH0866 型板式起重链条参数名称 参数相见节距P 12.7mm板数的组合 66最大拉伸载荷Q 66.7kN2链条的长度初步确定链条长度； m6102)45160(2)(105222L考虑到链轮部分的链条长度没有算入，所以取
31、L 为 6200mm。3确定链条的节数计算链条节数见式（3-2）：（3-2）节2.487.160PL取 Lp=490 节。式中：Lp 为链条的节数，L 为链条的长度，P 为链条的节距。3.1.2 链轮的设计选择链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图 3-3。（a ）链轮主视图 （b）链轮左视图图 3-3 链轮结构参照下表 3-2 链轮基本参数。哈尔滨理工大学学士学位论文- -13表 3-2 链轮基本参数名称 数值（mm ） 计算公式配用链条节距 P 12.7配用链条的滚子外径 d1 5.12 查手册配用链条的排距 Pt 6.24 Pt=3b0分度圆直径 d 68 mm6814.35nvd齿数
32、z 17 取 z 得 17arcsi8pz内径 dk 35 /齿顶圆直径 da 77 m385.74)6.1(251minaxdpzd齿根圆直径 df 63 f分度圆旋齿高 ha 5 79.3)(5.0.08.21min 1axdphz轮毂厚度 h 11.5 m.6k轮毂长度 l 36 2.inhl轮毂直径 dh 58 58dk齿宽 bf 3.7 76.3)(91.0bf表中：v 为设计链速，n 为链轮转速，k-常数，50d100 时 k 取 4.8，b0 为链板厚度查机械手册取 2.08mm。3.1.3 滑轮的设计选择滑轮与轴相连接配合，同时滑轮又与链轮配合使其转动从而带动大型H 钢进行翻转
33、运动，所以滑轮的设计选择是很重要的。因为链条特殊的布置形式，要设计一个 ，这样可以将链条 ，滑轮 拉紧以防链条运动的时候 ，这样传动效率会提高很多。滑轮结构形式发生接触如下图 3-4，滑轮设计参数见表 3-3。哈尔滨理工大学学士学位论文- -14图 3-4 滑轮的结构表 3-3 滑轮设计参数名称 数值（mm） 计算公式D 80 /轮槽直径 D1 140 m5.63min1PD轮缘直径 D2 160 4172i2dh轮缘间宽 b 30 9.0.b滑轮宽 B 50 /表中：P 为链条的节距， P 取 12.7mm， ，b=取 27.99mm， b为 链条的销轴长 h1为 链条的通道高 度h1 取
34、12.32mm，d2 为链条销轴直径，d2 取 5.09mm。3.1.4 润滑油的选择由于链条的布置形式 ，选择传动的形式为开式，手工润滑比比较特殊较困难。需将链条拆下，定期清洗，清洗的液体就是煤油，等链条的间隙都被煤油充满后才能安装使用。使用润滑剂可以减少动力传到过程的动能损失，从而提升传动效率。润滑剂必须要有良好的渗透性，不光是润滑链条，还需要润滑轴与轴套，他们的间隙很小。还需要良好的粘附性，为了防止高速工作是润滑剂被甩出。综上所述选择润滑油的牌号为昆仑的 L-AN46，全损耗系统用油，因为它的密封性也很好，也可作为封闭循环系统的润滑油。3.2 电机的选择由上一节受力分析得出链条的拉力为
35、F 为 34295N，得选择出电动机哈尔滨理工大学学士学位论文- -15型号见式（3-3）；(3-3)1.75kW=7.0.534=FVPP 电 = 32891皮链 p式中： 链 为链条传动效率， 取 链 =90%， 皮 为皮带传动效率， 取 皮=80%。根据手册，选取电动机型号 作为翻转机构的电动机，它的YZ160L-8，额定功率为 7.5kW。这种电动机具有 的有点就是启动电转速 为 705r/min流小、可以频繁启动、转矩大。3.3 带传动及齿轮的设计及计算3.3.1 皮带传动的设计由电动机选择得出 ，窄 V 带传动，按照每天工电动 机功率 P为 2.3kW作 10 小时，重 。载启动且
36、有载荷冲击1带型的选择根据电动机的转速，705r/min，查手册，选择V带形式为窄V 带SPZ。2. 确定计算功率 Pca计算功率 Pca 见式（3-4）：Pca=KAP (3-4)式中：Pca 为计算功率，KA 为工作情况系数。查手册得 KA=1.4，P 为传递的额定功率。 3.2kW1.4ca3. 带轮的基准直径(1) 初选小带轮基准直径 dd1根据 V 带选择，参考手册，选取小带轮准直径 dd1=63mm，则da1=67mm。(2) 计算带速计算带速见式(3-5 ）：(3-5)1061ndv式中：v 1为主动轮的圆周速度，n 1为主动轮的转速。 s/m32.754.3(3 )计算从动轮基
37、准直径 dd2设计传动比i=1：5。哈尔滨理工大学学士学位论文- -16m3156512d根据 第 3 卷，选取从动轮基准直径 dd2=315mm，da2=319mm。手册4. 确定中心距a 和带的基准长度 Ld 初定中心距a 0，见式（3-6 ）： (3-6)210217. dda0.7(63+315) a02(63+315)264.6 a0756初选a 0=550mm。基准长度见式(3-7)：(3-7) 0212120 4)()(addaLd = 563364.5=1622.212mm根据 ，选取基准长度L d=1600mm见式（3-8）：机械设计手册(3-8)m13201.020 da这
38、里还需要考虑补偿预紧力所以： 5603.513. 489maxin dL5. 验算主动轮上的包角根据对包角的要求见式（3-9）；(3-9)1205.75136809(.112 ）至 少ad包角满足要求。6. 确定带的根数计算带的根数见式（3-10）：(3-10)LcaKPz0式中：K 为包角系数，KL 为长度系数，P0 为单根V带的基本额定功率，根据 ，K 取0.92，KL =1.16，P 0=0.68。机械设计手册 4.16.9268.3z取z=5根。哈尔滨理工大学学士学位论文- -177. 确定带的预紧力计算带的预紧力见式（3-11）：(3-11)15.2(09. 20 mvKzvPFca
39、式中：m为V带单位长度质量，v为带速，z 为带的根数，K 为包角系数 Pca为计算功率，查手册得m取0.07kg/m。 N2153.07)192.5(3.59.0 8. 计算传动作用在轴上的力计算传动作用在轴上的力见式（3-12）：(3-12)sin10zFP式中：z为带的根数， F0为单根带的预紧力， 为主动轮上的包角。 N925i52P3.3.2 V 带轮的设计由上节V带轮的转速以及功率，可得出轮采用材料为； HT150铸造。先设计小V带轮，发动机带动小V带轮转动，从而带动皮带转动，皮带将运动传递给大带轮，带动大带轮转动。这里先设计小V 带轮，然后再设计大V带轮。1小带轮设计计算因为内孔与
40、外空的距离很小，查手册，直径且小于160mm，所以小带轮采用的结构形式为实心式，因为小带轮基准直径dd2.5d，结构形式如图3-5所示。图3-5 小带轮结构小带轮的结构参数如表3-4。哈尔滨理工大学学士学位论文- -18表 3-4 小带轮结构参数参数 数值(mm) 计算公式D 32 /d1 58 d1=(1.82)dDd 63 /Da 67 /B 64 B=2f+4eL 83 L=(1.52)d 36 /式中：f 为第一槽对称面至端面距离， e 为槽间距。2大带轮设计大带轮采用的结构形式是；孔板式。轮槽工作面不能有砂眼，气孔。各轮槽间距的累积误差不得超过0.8。结构形式如图3-5所示。图3-6
41、 大带轮结构大带轮的结构参数如表3-5。表3-5 大带轮结构参数参数 数值（mm） 计算公式D 45 /d1 90 d1=(1.82)dDd 315 /Da 319 /B 64 B=2f+4eL 64 B1.5d时，L=BC 11 (1/71/4)BD1 259 /D0 174.5 D0=0.5(D1+d1)d0 50 d0=(0.20.3)(D 1-d1) 36 /式中：f 为第一槽对称面至端面距离， e 为槽间距。哈尔滨理工大学学士学位论文- -193.3.3 皮带张紧装置的选择因为V带弹性很低且容易变形，运转一段时间后，在预紧力的作用下，就会产生塑性变形使V带松弛，这样预紧力降低，使传动
42、效率降低。所以，需要一种装置，使皮带始终能处于一定的状态，这样的工作效率就会变得很高。这种装置就是张紧装置如图3-7。图 3-7 摆架式张紧装置常见的张紧装置 的装置。有 定式 、 自动式或者是 采用张紧轮在大型H钢的翻转提升设备采用摆架式张紧的装置，如图 3-7。只要调整电动机下方的螺母就能调节带的预紧力。 3.4 轴的结构设计与校核3.4.1 轴的设计计算系统中有一根 ，一根滑轮轴，一根 ，现在只对主动主动轴 空场链轮轴轴进行计算。1线求轴的输出功率 P 轴轴的转速 n 和轴的转矩 T。链条的传动效率 取 0.98 则；P 轴 =1.9992/0.98=2.04kWmin/r14570i电
43、N38.29np轴2初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢。根据 取 A0=112，计算 dmin 机械设计手册见式（3-13 ）：哈尔滨理工大学学士学位论文- -20（3-13）m27140.330min PAd轴轴的最小直径处为安装链轮处，此处有一个键槽，轴径应放大 6%，即 取 。62.80.127mind6in3轴的结构设计(1) 拟定轴上零件的装配方案装配方案如图 3-8。(2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径与长度为了确保链轮的 ，处设有螺纹，处设轴肩，与之间轴向定位的长度设定为 70mm，与之间的长度为 50mm。因为轴承承受 作用，滚动轴承选择深沟球轴承。参照工作要求
44、，径向力由与的距离为 50mm，选择轴承型号为 6410，该型号尺寸为；5011031。由于与处有端盖又因为厚度的原因，就取其长度为51mm。设轴肩，与的长度为 55mm，与的长度为 550mm。与之间的长度为 50mm，考虑这有安装有端盖、皮带轮以及轴承，所以取与之间的长度为 30mm，与的长度 100mm。处设螺纹 ， ，与M42之间的长度为 50mm。轴的倒 45 为 。两个 角 取 半径 R2图 3-8 主动轴的结构带轮、链轮的周向定位；选择平键联接。查手册的，带轮、链轮与轴的配合；H7/r6。轴的尺寸公差为 m6。4. 分析轴的载荷分布与弯扭校核强度(1) 由图 3-9 可以分析载荷
45、分布。（a）a 处的载荷哈尔滨理工大学学士学位论文- -21（b）b 处的载荷（c）c 处的载荷（d）d 处的载荷 图 3-9 轴的载荷分布由上图看出 B 处在和最大，现在通过对 B 截面进行载荷计算如表 3-5。表 3-5 截面 B 处的载荷计算载荷 水平面 H 垂直面 V支反力 FNH1=21608N FNH2=2409N FNV1=22435N FNV2=2565N弯矩 M MH=1385Nm MV=1475Nm总弯矩 Nm2031475382M扭矩 T T=138Nm(2) 按弯扭合成应力校核轴的强度现只校核轴的危险截面 B 处的强度见式（3-14）：(3-14)pTd1223)(68
46、.1式中：d 为轴直径，M 为轴受的弯矩，T 为轴受的扭矩， ， 为 校正系数双向旋转 取 1， 。 -1p 为 轴许用的弯曲应 力查手册，查表得-1p=207MPa m504.620713868.223 d危险截面B 处轴的强度满足要求。3.4.2 滚动轴承的校核计算额定动载荷与基本额定动载荷的大小见式(3-15）：（3-15）rTndmhCPfC式中： hf， n为速度C为 基本额定动载荷 ， P为 当量动载荷 ， 为 寿命因数因数， ， ，f t 为温度因数 fm为 力矩载荷因数 fm=1.5 2 fd为 冲击载荷因数哈尔滨理工大学学士学位论文- -22Cr 为轴承径向基本额定动载荷。因
47、为轴承只承受径向力作用，所以取 P 和 Fr 都是 25KN。查手册得 fh 取 1.26，fn 取 0.62，fd 取 1.2，ft 取 1.0。KN5.9126.0.512C查手册，Cr 取 92.2KN。所以 CCr，选择型号 6410 符合要求。3.4.3 键的校核轴上有两个键，链轮处的键所受力最大，故对此处进行校核。1. 挤压强度校核计算挤压校核见式（3-16）： (3-16)2ppkldT式中：T 为传递的转矩，k 为与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h=0.58=4mm l 为的工作长度，圆头平键 l=L-b=28-10=18mm，d 为轴直径 p键连接的许用挤压应力。 MPa5.
48、1063842p查手册，在有冲击载荷的情况下， p应小于120MPa 。所以满足要求。2. 键的剪切强度校核计算键的剪切强度校核见式（3-17）：(3-17)pdblT2式中： ，圆头平键lT为 递的转矩 ， d为 的直径 ， b为 的宽度 ， l为 的工作长 度是L和b相减为28-10=18mm。 MPa6.42180363查手册和表，有冲击载荷时 p=90MPa。 p 故满足要求。3.5 本章小结本章主要对翻转和提升机构做出了具体设计。对传动系统、轴、链条进行了设计与计算，并且也考虑到链条的润滑问题。小带轮采用实心形式，大带轮采用孔板式。为了解决 V 带变松的问题选择摆驾式张紧装置。同时也对轴和键进行了校核。哈尔滨理工大学学士学位论文- -23第 4 章 翻转提升机构的液压与电气的系统设计4.1 机构液压系统的设计4.1.1 液压缸的设计及计算液压传动系统有很多优点，例如：体积小、质量轻容易实现自动化通用化等。广泛用于工业领域，当前朝着与计算机、微电子技术的结合，实现高集成化，低噪音的方向发展。液压传动通过液体压力能转换为机械能，从而驱动工作，实现直线往复运动或者是摆动。液压缸的分类有很多种下面将其进行分类如
