轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)電動平車設(shè)計

. . . . 目 錄摘要3ABSTRACT31 引言41.1電動平車簡介41.1.1軌道供電式電動平車41.1.2蓄電池式42 設(shè)計任務(wù)與確定系統(tǒng)方案52.1設(shè)計容簡介52.2主要技術(shù)參數(shù)52.3 系統(tǒng)方案確定62.3.1 平車動作描述62.3.2 平車運動程序設(shè)計62.3.3 電氣控制62.3.4 電動平車技術(shù)要求83 電動平車機械結(jié)構(gòu)設(shè)計93.1 原動機選擇93.1.1方案比較103.1.2 方案確定103.2電動平車傳動裝置總體設(shè)計123.2.1 平車車輪設(shè)計123.2.2平車總傳動比123.2.3傳動比的分配133.2.4 平車傳動裝置的運動和動力參數(shù)133.3電動平車傳動機構(gòu)設(shè)計143.3.1減速器的選擇與計算143.3.2 鏈傳動設(shè)計153.4電動平車輪軸的設(shè)計173.4.1主動軸的設(shè)計與校核173.4.2從動軸的機構(gòu)設(shè)計233.5滾動軸承的選擇和計算253.5.1滾動軸承的選擇253.5.2 滾動軸承壽命計算與潤滑253.6連接的選擇和計算283.6.1鍵連接的選擇和計算284整條生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計304.1 PLC選擇304.2 運動分析304.3 四種運動情況分析31 4.4 輸入點地址分配334.5 輸出點地址分配354.6 控制柜設(shè)計364.7 電動平車電氣控制37本章附錄39總結(jié)64參考文獻65附錄 科技文章翻譯67轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)電動平車設(shè)計摘要自動生產(chǎn)線轉(zhuǎn)盤換軌電動平車系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)車間，它提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，可根據(jù)廠房空間具體設(shè)計，是許多企業(yè)的首選方案。 本書主要介紹了轉(zhuǎn)盤電動平車系統(tǒng)中電動平車的設(shè)計，包括整個系統(tǒng)的簡介、電動平車的整體設(shè)計與電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。電動平車傳動機構(gòu)的設(shè)計計算。 關(guān)鍵詞：電動平車，傳動機構(gòu)，電動轉(zhuǎn)盤，設(shè)計計算，控制系統(tǒng)設(shè)計。Trolley wheel flat car system electric flat car design ABSTRACT Automatic production line for trolley wheel flat car system has been widely used in various production workshop,It improves productivity and lower production costs it can space in accordance with the specific plant design and it's the first choice for many enterprises program.This book introduces the electric wheel flat car flat car electric system design, including brief description of the entire system, electric flat car's overall design and electric Control System design, electric flat car body design。Key words： Electric flat car, transmission, electric wheel, design calculations, control system design.第一 章 引言在現(xiàn)代廠房、車庫貨物轉(zhuǎn)運過程中，電動平車以其裝卸方便、承載能力強、易操縱而充當(dāng)著重要的角色，電動平車主要有以下形式.1.1.1軌道供電式電動平車KPJ系列是卷筒供電電動平車，以電纜卷筒交流380V供電。電纜卷筒為磁滯耦合式，確保電纜受力均勻不易拉壞。交流380V給平車上YZ起重冶金用電機提供電力，電機拖動平車運行。平車運行時電纜卷筒自動將電纜卷起或放出，受卷線筒供電長度影響，一般最大運行距離小于200m。KPD系列是36V單相（三相）低壓軌道供電電動平車，以軌道滑觸線供電。地面降壓變壓器控制柜將單相（三相）交流380V降壓至單相（三相）36V，經(jīng)軌道滑觸線饋送給平車，再經(jīng)車載升壓變壓器升壓為單相（三相）交流380V。給平車用單相電容電機提供電力（三相時為YZ起重冶金用電機）。由于不用電纜，故安全可靠、不怕燙，不怕砸，不妨礙交叉運輸，易實現(xiàn)遙控和自動化，給廠區(qū)運輸布置以很大方便。但其軌道施工要求較高，須保證軌道絕緣，超過一定的運行距離時軌道應(yīng)加銅排補償線。運行距離較長時還必須增加降壓變壓器個數(shù)。由于KPD 平車起動時流經(jīng)軌道的起動電流非常大（達1000A），此時軌道末端有很大的電壓降，造成單相電容電機起動困難，故單相KPD平車最大載重噸位為50噸，載重50噸以上時采用三相36V低壓軌道供電，YZ起重冶金用電機。產(chǎn)品KPDZ既繼承了KPD平車的優(yōu)點又避免了原型號起動困難，運行距離短的缺點。KPDZ平車以車載整流裝置將軌道上的單相（或三相）交流36V整流成直流36V，拖動直流牽引電機使平車運行，直流電機與交流電機相比有不易燒損，起動力矩大，過載能力強的優(yōu)點。即使由于軌道絕緣老化等原因，在欠壓的工況下仍能可靠工1.1.2蓄電池式KPX系列是蓄電池電動平車，以蓄電池供電。蓄電池給直流牽引電機提供電力，直流電機拖動平車運行。直流電機與交流電機相比有不易燒損，起動力矩大，過載能力強的優(yōu)點。運行距離不受限制。它比KPJ、KPD兩種系列平車具有更大的安全性能和機動性靈活性，運行距離不受限制，對軌道無絕緣要求，故施工方便費用低廉。平車都可以加裝工業(yè)無線遙控裝置。它比KPJ、KPD兩種系列平車具有更大的安全性能和機動性靈活性，能在彎道、道岔上行駛，運行距離不受限制，對軌道無絕緣要求，故施工方便費用低廉。2 設(shè)計任務(wù)書與系統(tǒng)方案2.1設(shè)計容簡介本課題是應(yīng)某企業(yè)電氣設(shè)備裝配車間的一條自動生產(chǎn)線要求而確定的，本電動平車系統(tǒng)共有A、B、C、D四條軌道，兩縱兩橫，電動平車應(yīng)能夠在這四條軌道上自動行駛，換軌通過轉(zhuǎn)盤裝置。電動平車共有十六個工位，只要給出控制指令平車即可自動行駛到指定工位。其示意圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)簡圖2.2主要技術(shù)參數(shù)軌道長度：兩條30m，兩條18.5m；電動平車額定速度30m/min,功率2kW，48v蓄電池供電；轉(zhuǎn)盤設(shè)計轉(zhuǎn)速0.5r/min,功率0.75kW，直徑3200mm的線速度為5m/min。2.3 系統(tǒng)方案確定2.3.1 平車動作描述電動平車系統(tǒng)共有A、B、C、D四條軌道，通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)換。假如電動平車起始位置停在A軌道上，目的地是B軌道，操作順序：在電動平車操作面板上的起始位置A、B、C、D四個鍵，設(shè)置起始位置為A；目的地A、B、C、D四個鍵，設(shè)為B。按啟動按鈕；轉(zhuǎn)盤接通A軌道；電動平車向轉(zhuǎn)盤運動；電動平車運動至轉(zhuǎn)盤軌道上；鎖緊；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動接通B軌道；電動平車解除鎖緊；電動平車從轉(zhuǎn)盤向B軌道運動；按停止鍵平車可停任何位置；不按停止鍵平車在終端限位是停。假如電動平車起始位置，目的地為其他地方，按1類似步驟設(shè)置操作。同一軌道上，按電動平車前進、后退、停止鍵操作。電動平車與轉(zhuǎn)盤設(shè)點動調(diào)整。電動平車額定速度30m/min,功率2kW。1、轉(zhuǎn)盤設(shè)計轉(zhuǎn)速0.5r/min,功率0.75kW，直徑3200mm的線速度為5m/min，設(shè)電動機停止時間4s，則停車后轉(zhuǎn)盤外圓周行程為。 2、轉(zhuǎn)盤在設(shè)3個位置；每個位置的傳感器動作狀態(tài)保持連續(xù)，即應(yīng)在平車預(yù)停車信號后滑行段位置信號保持。2.3.2 平車運行程序設(shè)計方案1、平車從某條線上，人工按鍵設(shè)置起始位置，目的線路，起始后平車按指令從起始位置順序通過轉(zhuǎn)盤，往指定軌道運行。2、按停車鍵，平車可停任意位置；未按停車鍵，平車按設(shè)置程序一直運行至終點限位停車。3、平車上控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停，通過遙控信號傳遞操作指令。4、平車的位置方向由地面控制系統(tǒng)布線控制。5、操作按鍵設(shè)平車或地面控制柜上。6、兩臺平車編號區(qū)別，當(dāng)平車運行與另一臺平車距離小于12m時，由傳感器檢測信號，控制距離減小方向不能運行。2.3.3 電氣控制1、電動平車采用48V蓄電池供電，設(shè)二個位置的充電機充電。2、轉(zhuǎn)盤與傳感器采用預(yù)埋線路；控制柜設(shè)PLC程序控制。3、平車與地面控制柜采用無線遙控器控制。4、可手動調(diào)節(jié)平車與轉(zhuǎn)盤運動。圖2-2動平車外形圖（圖中A=2500MM，L=4000MM,B=2000MM,H=530M,C=1435MM）2.3.4 平車技術(shù)要求 1.車架的材料機械性能不得低于Q236-A或Q235-A.F的性能。焊條，焊絲與焊劑應(yīng)以被焊材料相適宜。 2.車架焊接的焊縫坡口形式尺寸應(yīng)符合GB985和GB986. 3.焊縫不得有裂縫，氣孔和夾雜等缺陷。 4.焊縫上的熔渣和兩側(cè)的飛濺物必須清除。 5.車架臺面在1m圍的直線度為4.0mm。 6.鋼板，型材，鑄，鍛件表面除銹應(yīng)達到GB8923中的St2級。 7.產(chǎn)品出廠前所有外露加工面應(yīng)進行防銹處理。3電動平車設(shè)計由電動平車設(shè)計要求，即運行速度、供電設(shè)備、控制要求與外形總體尺寸，電動平車系統(tǒng)采用電動機驅(qū)動，通過擺線針輪減速器和滾子鏈傳動將運動傳至電動平車驅(qū)動輪軸實現(xiàn)平車的運動，控制部分采用PLC電氣控制。3.1 原動機選擇由于供電裝置為48v蓄電池，且電動平車所用電機主要起牽引作用，故選用ZQ系列直流牽引電機。直流牽引電機比普通直流電機性能更好，能承受頻繁的啟動和劇烈的過負載沖擊，且允許溫度在以上，適合在自動生產(chǎn)線上使用。標準電動機的功率由額定功率表示。所選電動機的額定功率應(yīng)等于或大于工作要求的功率。所需電動機功率為-工作機實際需要的電動機輸出功率，kW；-工作機需要的輸入功率，kW；-為電動機至工作機之間的傳動裝置的總效率。由設(shè)計要求工作機所需輸入功率為2kW，即為2kW。傳動裝置包括彈性器，減速器，鏈傳動，查表分別設(shè)其傳動效率為，。則總傳動效率由于考慮到電動平車整體結(jié)構(gòu)和傳動的緊湊轉(zhuǎn)速較低的電動機為宜，查3表4-13選用ZQ-4B電動機。其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表3-1所示額定電壓v額定功率kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩N·m額定轉(zhuǎn)速483.510535960 表3-1 電機參數(shù)直流牽引電動機故障電氣主要是電機不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速偏高，轉(zhuǎn)速偏低，電機漏電，火花大，繞組過熱，絕緣電阻低，電機受潮，出現(xiàn)頭電纜線與換向器過熱。機械故障主要是尼龍軸襯發(fā)熱磨軸和失油快，電機振動大，軸承過熱響聲大，電動機有異常響聲等在工作中應(yīng)注意。3.1.1 方案比較由原動件的選擇，知電動機轉(zhuǎn)速為960r/min，而電動平車運行轉(zhuǎn)速小于這個值。須在原動件與運行件之間裝減速器，通過減速器將轉(zhuǎn)速減低。而減速器輸出軸與主動輪軸件需要傳動裝置。方案一選用滾子鏈傳動，這種傳動價格便宜，且適用于較復(fù)雜的環(huán)境，采用滴油潤滑潤滑方便，但是其傳動需要較大的空間，且存在噪音。方案二：選用開式齒輪傳動，這種傳動結(jié)構(gòu)緊湊，傳動可靠性高，且噪音小，但由于工作環(huán)境灰塵較多對傳動機構(gòu)影響較大，且不便潤滑。3.1.2 方案確定由于平車外形尺寸要求，且為使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，與考慮到工作環(huán)境多為礦山與某些需要運輸重大物件的場合惡劣換件要求，選用方案一。采用擺線針輪減速器和鏈傳動做為傳動裝置，又考慮到鏈傳動的不均勻性，將鏈傳動設(shè)置在低速級。電動平車穿的方案簡圖如圖1- 電動機；2-聯(lián)軸器；3-擺線針輪減速器；4-小鏈輪；5-鏈條；6-大鏈輪；7主動輪軸；8-主動輪對車身采用鋼架結(jié)構(gòu)（車架）和蓋板組合，車架由空心鋼梁焊接而成，蓋板為鋼板，車架和改版通過焊接連接，車身與輪軸之間通過支座和螺栓連接，車身結(jié)構(gòu)如圖所示。3.2 電動平車傳動裝置總體設(shè)計3.2.1 車輪的設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，車輪直徑D=500mm，且為軌道車輪組。由于運行要求不是很高且為了降低電動平車制造成本，采用單輪緣式小車車輪,代號為DL。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。3.2.2計算總傳動比由電動平車運行速度要求v=30m/min和車輪直徑D=500mm?？捎嬎丬囕嗈D(zhuǎn)速為式中，v為車輪速度，m/min; D為車輪直徑,mm。 則傳動裝置的總傳動比為式中，為電動機額定轉(zhuǎn)速，；為電動平車車輪轉(zhuǎn)速，。3.2.3 傳動比的分配由傳動比推薦鏈傳動傳動比在2-3.5之間，故選取傳動比為23的擺線針輪減速器作為高速級傳動，即傳動比分配為擺線針輪減速器傳動比滾子鏈傳動傳動比 3.2.4平車傳動裝置的運動和動力參數(shù)1、各軸轉(zhuǎn)速 電動機輸出軸 =960 減速器輸入軸 =960 減速器輸出軸 平車輸出輪軸 2、各軸功率 電動機輸出功率 減速器輸入軸功率 減速器輸出軸功率 平車輸出輪軸功率 3、各軸轉(zhuǎn)矩 電動機輸出軸轉(zhuǎn)矩 減速器輸入軸轉(zhuǎn)矩 減速器輸出軸轉(zhuǎn)矩 車輸出輪軸轉(zhuǎn)矩 運動和動力參數(shù)見表4-1電動機輸出軸減速器輸入軸減速器輸出軸平車輸出輪軸轉(zhuǎn)速r/min96096041.73919.099功率kW2.2152.1932.0832.000轉(zhuǎn)矩21.91921.700474147994.570 表4-13.3 電動平車傳動機構(gòu)設(shè)計3.3.1減速器的選擇a）選擇減速器類型減速器的選擇首先依據(jù)傳動比進行選型，由于電動平車車輪轉(zhuǎn)速較低而電動機轉(zhuǎn)速相對較高，故要求減速器能實現(xiàn)較大減速比例。若選用普通圓柱齒輪減速器則需選用三級減速箱，但三級減速箱安裝尺寸較大會使這個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不緊湊?？紤]到工作與結(jié)構(gòu)要求，選用擺線針輪減速器較為合適。擺線針輪減速器，是應(yīng)用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，行星輪齒廓為變幅外擺線的側(cè)等距曲線，中心線齒廓為圓形。具有傳動比大、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、故障少、壽命長、運轉(zhuǎn)可靠平穩(wěn)、噪聲低、拆裝方便、容易維修、過載能力強、慣性力矩小等特點?？蓱?yīng)用于礦山、冶金、起重、運輸?shù)刃袠I(yè)。工作條件：輸入軸轉(zhuǎn)速1500；工作環(huán)境溫度-1540；可正反雙向運轉(zhuǎn)。b)減速器選型計算 1、傳動比為23 2、計算功率式中，查表4-1知工作機功率=2.193kW，為選用系數(shù)由4表6.72和表6.73取 ；為可靠度系數(shù)，查4表6.54取=1.25。 3、計算輸出轉(zhuǎn)矩 =572.309N.m式中，為減速器輸入功率;為減速器傳動比；為減速器效率；為減速器輸入轉(zhuǎn)矩?？紤]到計算功率和計算輸出轉(zhuǎn)矩，查4表6.66和表6.69得:5號機型，傳動比為23的輸入功率為5.5，輸出許用轉(zhuǎn)矩為740.5。則5號機型滿足要求。故選用ZWD3.5-5A-23型擺線針輪減速器。3.3.2 鏈傳動設(shè)計a) 滾子鏈傳動設(shè)計計算1) 選小鏈輪齒數(shù)取 =18大鏈輪齒數(shù)=2.185×18=39.33 取392）實際傳動比=2.1673）鏈輪轉(zhuǎn)速小鏈輪轉(zhuǎn)速 =41.739rmin大鏈輪轉(zhuǎn)速 =19.261rmin4）修正功率=3.385kw式中由查表9-7，工況系數(shù)=1.1， 主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，=1.425) 鏈條節(jié)距 由修正功率=3.385kW和小鏈輪轉(zhuǎn)速=41.739rmin查表9-11上選得節(jié)距p為24A-1查表9-1的節(jié)距p=38.1mm。6）初定中心距 因為結(jié)構(gòu)上未限定，取=（30-50p）=1143-1905mm 取=12007） 鏈長節(jié)數(shù)取=100節(jié)8）理論中心距查機械設(shè)計9-7得=0.2489=P2-（）=0.248938.12100-(18+39)1356mm9）鏈速ms10）有效圓周力F11）鏈輪水平布置時壓軸力系數(shù)則壓軸力=1.154340=4991N12）鏈條潤滑方式的選定根據(jù)鏈號24A-1和鏈條速度=0.48 ms，由1圖14.2-4選用潤滑圍即用油壺潤滑。13）鏈條標記根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果，采用單排24A-1滾子鏈，節(jié)距為38.1節(jié)數(shù)為100節(jié)，其標記為：24A-1×100 GBT1243-1997b)滾子鏈的靜強度計算由1式14.2-1 n=8可知滾子鏈的靜強度滿足要求。式中 n靜強度安全系數(shù)； Q鏈條極限拉伸載荷（N），查1表14.2-4為86.7kN；工況系數(shù)，查1表14.2-4為1.0；離心力引起的拉力，由于鏈速小于4ms，可忽略不計；懸垂拉力，=742.52 由1圖14.2-6得，=20， 由1表14.2-9得，滾子鏈每米質(zhì)量，n 許用安全系數(shù)，取83.4 電動平車輪軸的設(shè)計3.4.1 主動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計需定出軸的合理外形和全部尺寸。主要考慮以下因素：軸的加工工藝，加工工藝軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以與和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向與分布情況軸的加工工藝等。設(shè)計時，必須針對不同情況進行具體分析。但必須滿足：軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整等。 軸的校核計算應(yīng)根據(jù)軸的受載與應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并選取其適合的許用應(yīng)力，主動輪軸結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。 a) 主動輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主動輪軸上安裝有主動論組和大鏈輪，與有用于與車架連接的支座。與支座的連接為軸承連接，軸與主動輪組以與大鏈輪的連接為鍵連接，且大鏈輪和軸承都需要在軸向設(shè)置定位軸肩。輪組跨距為1435mm，車架寬度為2000mm。考慮到以上因素，設(shè)計主動輪軸結(jié)構(gòu)如圖所示。主動輪軸上ab段和hi段裝圓錐滾子軸承和軸套，由于選用的軸承的寬度為61.5mm，徑為120mm，設(shè)計軸套長度為81mm，故ab段和hi段長度為141.5mm，直徑為120mm；又軸與滾動軸承配合為過渡配合，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。bc段和gh段裝主動輪組，由6.1車輪的設(shè)計知車輪軸徑為130mm，車輪厚度為130mm，故bc段長度為130mm，直徑為130mm；由車輪和軸的配合為間隙很小的配合，故采用H7/h6配合。由于ab段和bc段直徑已定故b初軸肩高度為5mm，又車輪右端需要軸向定位，故在c處設(shè)計高度為8mm的軸肩，同理h處和g處分別設(shè)有5mm和8mm的軸肩。軸上ef段裝配大鏈輪與鏈輪擋盤，因為擋盤需用螺釘軸向定位，故需在軸上開設(shè)螺紋孔，為以免減小軸的強度需在軸上ef段設(shè)計軸肩。綜合考慮軸的強度和鏈輪結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計ef段直徑為186mm；又由于鏈輪與鏈輪擋盤寬度要求，設(shè)計ef段長度為73mm，且根據(jù)鏈輪擋盤與軸的安裝尺寸在距離f處10mm處開設(shè)兩個對稱的m6的螺紋孔；鏈輪和軸之間的配合為間隙很小的滑動配合，故才H7/h9的配合要求。軸上de段處設(shè)置軸肩以用于鏈輪左側(cè)的軸向定位，由于鏈輪沒有軸向力，故此處軸肩高度和寬度均不用很大，分別取30mm和20mm。為了使軸與車架安裝合理，故需約束軸的總長為1940mm；為了滿足大鏈輪和相應(yīng)小鏈輪的位置要求，滿足鏈傳動的要求，需設(shè)計di段長度為684mm。至此已經(jīng)初步確定了軸的各段的直徑和長度。軸上零件的周向定位，采用鍵連接，實現(xiàn)軸上零件的周向定位和運動與動力的傳遞。bc段和gh段采用圓頭平鍵連接，根據(jù)bc段直徑由7表6-1查得平鍵截面b×h=32mm×18mm，鍵槽用銑削刀加工，長度為100mm。鏈輪的周向定位和動力傳遞也是通過平鍵實現(xiàn)的，此處采用平頭鍵連接，同樣根據(jù)此段軸徑由7表6-1查得平鍵截面b×h=32mm×18mm，鍵長為28mm。鏈輪擋盤的周向采用螺釘定位，用m6的螺釘擰在軸與擋盤之間定位。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的。在軸的端頭處加工2×45°的倒角。 b) 主動輪軸的校核初步校核軸的最小直徑，由7式（15-2）估算最小直徑。選取軸的材料為45剛，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)簡明機械手冊表1.6得A=118mm式中，分別為軸的額定功率和轉(zhuǎn)速，其值由表4-1查得。由6.2.1.2設(shè)計的軸的結(jié)構(gòu)可知軸的最小直徑滿足要求，現(xiàn)在對軸進行精確校核。 軸的計算簡圖和彎矩圖如圖6-3所示。計算圖中各力鏈輪的壓軸力，由5.2滾子鏈的計算中得=4282N；T專遞的轉(zhuǎn)矩，由表4-1查得T=994.57；車與載重對軸的壓力，當(dāng)載重為30t自重為6t時，=（30+6）×1000×10×=9×；N車輪對軸的支撐力跟相等；左輪水平向支反力，=F-=4991-1404.324=3586.676N根據(jù)圖6-3中受力情況，做出軸的彎矩圖和扭矩圖如圖6-4所示：a 水平面受力分析圖c 彎矩圖圖6-4 主動輪軸的彎矩圖和扭矩圖由圖6-2和圖6-4可知，d截面為危險截面，算出d截面的總彎矩和扭矩： N.m T=994570N.mm按彎扭組合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據(jù)7式（15-5）與上面所算的d截面的彎矩和扭矩，以與軸運動時需正反轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，取=1，軸的計算應(yīng)力=51.4M前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由7表15-1查得。因此，故安全。精確校核軸的疲勞強度判斷危險截面 根據(jù)前面的分析計算，截面b，c，g，h雖然直徑較小，且開有鍵槽、軸肩與過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞度，且由于只收到扭矩和較小的彎矩作用，所以這些截面都不需校核。從應(yīng)力集中和受載的情況來看，截面d和f上的應(yīng)力最大。由于截面b左側(cè)和截面f右側(cè)直徑相等，截面b右側(cè)直徑比截面f左側(cè)小，而載荷b截面稍大一點，故只需校核d截面左側(cè)和f截面左側(cè)即可。截面d左側(cè)抗彎截面系數(shù) =311213.6抗扭截面系數(shù) 截面b左側(cè)的彎矩M為mm截面b上的扭矩T mm截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由7表15-1查=640，。截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)與按7附表3-2查取。因，,經(jīng)插值后可查 =2.25 =1.82又由7附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按7式（7附表3-4）為由7附圖3-2的尺寸系數(shù)；由7附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由7附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為軸未經(jīng)表面強化處理，即，則按7式（3-12）與式（3-12a）得綜合系數(shù)為又由73-1和3-2得碳鋼的特性系數(shù) =0.1 0.2，取=0.1=0.050.1，取=0.05于是，計算安全系數(shù)值，按7式（15-6）（15-8）則得 =81.853 =18.003=2， 故可知其安全。截面f左側(cè)抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩M與彎曲應(yīng)力為扭矩T與扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 T=994570N.m=0.773M過盈配合處的 ，由7附表3-8用插值法求出，并取 =0.8，于是得 =3.16 =0.8×3.16=2.53軸按磨削加工，由7附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為=0.92故得綜合截面系數(shù)為=3.25 所以軸在截面f左側(cè)的安全系數(shù)為 =150.2 =44.6=2，故安全。電動平車主動輪軸無大的瞬時過載與嚴重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此，主動輪軸的的設(shè)計計算結(jié)束。3.4.2 從動輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計從動輪軸上安裝有從動論組，還有用于與車架連接的支座。軸與從動輪組以連接為鍵連接，與支座的連接為軸承連接，且軸承需要在軸向設(shè)置定位軸肩。輪組跨距為1435mm，車架寬度為2000mm?？紤]到以上因素，設(shè)計從動輪軸結(jié)構(gòu)如圖6-5所示。主動輪軸上ab段和ef段裝圓錐滾子軸承和軸套，由于選用的軸承的寬度為61.5mm，徑為120mm，設(shè)計軸套長度為81mm，故ab段和ef段長度為141.5mm，直徑為120mm；又軸與滾動軸承配合為過渡配合，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。bc段和de段裝主動輪組，由6.1車輪的設(shè)計知車輪軸徑為130mm，車輪厚度為130mm，故bc段長度為130mm，直徑為130mm；由車輪和軸的配合為間隙很小的滑動配合，故采用H8/g6配合。由于ab段和bc段直徑已定故b初軸肩高度為5mm，又車輪右端需要軸向定位，故在c處設(shè)計高度為8mm的軸肩，同理h處和g處分別設(shè)有5mm和8mm的軸肩。為了使軸與車架安裝合理，故需約束軸的總長為1940mm；軸上零件的周向定位，采用鍵連接，實現(xiàn)軸上零件的周向定位和運動與動力的傳遞。bc段和de段采用圓頭平鍵連接，根據(jù)bc段直徑由7表6-1查得平鍵截面b×h=32mm×18mm，鍵槽用銑削刀加工，長度為100mm。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的。在軸的端頭處加工2×45°的倒角。從動輪軸的結(jié)構(gòu)與主動輪軸相似，但由于不受轉(zhuǎn)矩和鏈輪壓軸力，只受自身載重和自重載荷，且由前面主動輪軸的校核可知從動輪軸強度條件肯定滿足，故不需再校核其強度。3.5 滾動軸承的選擇和計算3.5.1滾動軸承的選擇 選用滾動軸承是，首先是選擇軸承的類型。主要考慮一下因素：軸承的載荷大小、方向和性質(zhì)；軸承的轉(zhuǎn)速；軸承的調(diào)心性能；軸承的安裝和卸載。根據(jù)上已章節(jié)車輪的設(shè)計，再由6表19-4，確定選用32224型4FD系列滾動軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙，成對使用。3.5.2 滾動軸承壽命計算a)主動輪軸上滾動軸承壽命計算查滾動軸承樣本可知圓錐滾子軸承32224型4FD系列的基本額定動載荷=758000，基本額定靜載荷=478000。求兩軸承受到的徑向載荷和將軸系部件受到的空間力系分解為水平面和鉛垂面兩個平面力系，分別如圖7-1a和7-1b所示。 （a）（b）圖7-1 軸承受力圖由上一章軸的受力分析可知：=1404.324N=3586.673N=90000N=90010.96N =90071.44N 求軸承當(dāng)量動載荷和=90010.96N=90071.44N 計算軸承壽命因為，所以按軸承1的受力大小計算=7347.95hb)從動輪軸軸承壽命計算 查滾動軸承樣本可知圓錐滾子軸承32224型4FD系列的基本額定動載荷=758000，基本額定靜載荷=478000。求兩軸承受到的徑向載荷和由于從動軸只在鉛垂受載，其受力如圖7-2所示。 圖7-2 軸承受力圖由上一章軸的受力分析可知：=0N=90000N=90000N=90000N求軸承當(dāng)量動載荷和=計算軸承壽命因為，所以按軸承1的受力大小計算=7349.619hc) 滾動軸承潤滑方式的選擇由于電動平車軸上滾動軸承安裝與軸支座中，考慮到脂潤滑形成的潤滑膜強度高，能承受較大載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長的一段時間，所以選用脂潤滑。3.6連接的選擇和計算3.6.1鍵連接的選擇和計算鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來決定。電動平車主動輪軸和從動輪軸與軸上零件的連接大都采用了鍵連接。a) 車輪與軸的鍵連接軸與輪軸之間的鍵連接，主要是傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，故采用圓頭平鍵連接，由車輪孔徑為130mm，查7表6-（P106）得鍵的截面尺寸為鍵寬b×鍵高h=32mm×18mm，又考慮到車輪寬度為130mm，故選用鍵長L=100mm?，F(xiàn)在對鍵進行校核。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵的強度條件為=25.008M式中，傳遞的轉(zhuǎn)矩，由表4-1查得=994.57；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，=0.5h=0.5×18mm=9mm；鍵的工作長度，圓頭平鍵=Lb=10032=68mm;軸的直徑，=130mm；鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查7P106表6-2得=110。由計算得鍵的強度滿足設(shè)計要求。b)大鏈輪與軸的鍵連接 主動輪軸與大鏈輪的連接由于結(jié)構(gòu)和載荷要求，采用平頭鍵連接，根據(jù)連接處軸徑的大小參照鍵的標準規(guī)格，選用平鍵的截面尺寸為鍵寬b×鍵高h=32mm×18mm，又考慮到鏈輪輪轂寬度為33mm，故選用鍵長L=28mm?，F(xiàn)在對鍵進行校核。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵的強度條件為=42.438M式中，傳遞的轉(zhuǎn)矩，由表4-1查得=994.57N.m；鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，=0.5h=0.5×18mm=9mm；鍵的工作長度，平頭平鍵=L =28mm;軸的直徑，=186mm； 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查7P106表6-2得=110。有計算得鍵的強度滿足設(shè)計要求。c) 小鏈輪與減速器輸出軸的鍵連接 小鏈輪與減速器輸出軸的鍵連接，采用圓頭平鍵，根據(jù)連接處軸徑的大小參照鍵的標準規(guī)格，選用普通平鍵的截面尺寸為鍵寬b×鍵高h=16mm×10mm，又考慮到鏈輪輪轂寬度為80mm，故選用鍵長L=70mm?，F(xiàn)在對鍵進行校核。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵的強度條件為=35.477M由表4-1查得=474.147N.m，k =0.5h=0.5×10mm=5mm，=Lb=7016=54mm，=55mm。 故有計算得鍵的強度滿足設(shè)計要求。第4章 整條生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1PLC的選擇德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。S7-200系列簡介S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測與控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的置集成功能、實時特性、強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)與民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。4.2 運動分析根據(jù)電動平車的起始位置和目的地的不同，其運動可分為四大類。（其中軌道的編號、工位的編號、傳感器的編號、電動平車的編號等見圖）1、電動平車的起始位在、號軌道上，目的地在軌道、的16個工位的其中某個工位上。2、電動平車的起始位置在、號軌道的16個工位的其中某個工位上，目的地是、軌道上。3、電動平車的起始位置在、號軌道的16個工位的其中某個工位上，其目的地是另一軌道的其它工位，如起始位置在軌道上的某一工位，目的地是軌道上的另一工位，此工序需經(jīng)過轉(zhuǎn)盤。4電動平車的起始位置在、號軌道的16個工位的其中某個工位上，目的地也是同一軌道上的另一工位，如起始位置在軌道上的某一工位，目的地也為軌道上的另一工位，此工序不需經(jīng)過轉(zhuǎn)盤。4.3 四種運動情況的具體分析：。4.3.1第一種運動情況的具體分析： 因兩臺電動平車不能同時工作，所以假設(shè)在平車b不工作的情況下，平車a從導(dǎo)軌處開始工作。1、上料。將工件上到平車a上。2、輸入目的工位，在按啟動按鈕之前可按取消按鈕重新輸入目的地，一旦平車運動后，其它位置按鈕將被鎖定。按下啟動按鈕。電動平車開始啟動，同時鎖定其它目的地，平車上工作燈點亮，目的工位與BG3、BG4形成互鎖。3、當(dāng)平車運動到轉(zhuǎn)盤上時，觸動行程開關(guān)BG1，同時平車電機停止，平車上制動電機得電啟動，由于電動平車的速度不大，制動裝置啟動可使平車立即停車，同時啟動鎖緊裝置鎖緊平車，電動平車訂車四秒后再啟動轉(zhuǎn)盤。4、當(dāng)運動到相應(yīng)行程開關(guān)時，轉(zhuǎn)盤電機失電停車，同時轉(zhuǎn)盤制動裝置得電，使轉(zhuǎn)盤瞬間停止，同時解除平車的鎖緊，轉(zhuǎn)盤停止四秒后平車啟動。（若目的地為18號工位，則平車電機反轉(zhuǎn)啟動，若目的地為916號工位，則平車電機正轉(zhuǎn)啟動），平車沿軌道運動至目的工位停車制動，工作指示燈熄滅。（在平車停止的情況下可按點動調(diào)整）5、按停止鍵平車可在任意位置停車。6、平車在運動過程中在一定圍遇到障礙，由傳感器BB5發(fā)出信號，使平車立即制動停車。7、在同一軌道上按電動平車的前進、后退、停止鍵操作。4.3.2第二種運動情況的具體分析：1、上料； 將工件從工作臺上取下放在平車上。2、輸入目的位置（軌道、），在按啟動按鈕之前可按取消按鈕重新輸入目的地，一旦平車運動后，其它位置按鈕將被鎖定，按下啟動按鈕，平車啟動，目的位置、分別與BG1、BG2形成互鎖，同時啟動工作指示燈。平車運動至轉(zhuǎn)盤觸與行程開關(guān)BG3或BG4時平車電機停止，并啟動制動裝置，使平車立即停止，同時啟動緊鎖裝置，鎖緊平車，平車停車四秒鐘后啟動轉(zhuǎn)盤。3、當(dāng)轉(zhuǎn)盤運動至觸與相應(yīng)行程開關(guān)BG1、BG2時，轉(zhuǎn)盤電機停止并啟動轉(zhuǎn)盤制動裝置，使轉(zhuǎn)盤立即停止，同時可以用點動來調(diào)整轉(zhuǎn)盤的位置精度，鎖緊裝置失電放松平車，轉(zhuǎn)盤停止四秒后平車啟動。4、平車在軌道、上運動，若不按停止按鈕則一直運動至終端限位時停車，同時工作指示燈熄滅。5、按停止按鈕平車可在任意位置停車。6、平車在運動過程中，一定圍遇到有障礙時，電機上的傳感器BG5發(fā)出信號，使平車立即制動停車。7、在同一軌道上，可按平車前進、后退、停止鍵操作。4.3.3第三種運動情況的具體分析：1、上料； 將工件從工作臺取下裝在平車上。2、輸入目的位置；目的位置為另一軌道上的其它工位，在按啟動、前進、后退按鈕之前可按取消按鈕重新輸入目的地，按啟動按鈕平車啟動，平車啟動，同時鎖定其它目的位置按鈕，工作指示燈點亮。3、平車運動至轉(zhuǎn)盤觸與行程開關(guān)BG3或BG4時平車電機停止，并啟動制動裝置，使平車立即停止，同時啟動緊鎖裝置，鎖緊平車，平車停車四秒鐘后啟動轉(zhuǎn)盤。當(dāng)轉(zhuǎn)盤運動至觸與相應(yīng)行程開關(guān)BG3或BG4時，轉(zhuǎn)盤電機停止并啟動轉(zhuǎn)盤制動裝置，使轉(zhuǎn)盤立即停止，同時可以用點動來調(diào)整轉(zhuǎn)盤的位置精度，鎖緊裝置失電放松平車，轉(zhuǎn)盤停止四秒后平車啟動。4、平車沿導(dǎo)軌運動至指定位置停車制動，工作指示燈熄滅，在停車時平車可通過點動來調(diào)整其位置精度。5、按停止按鈕平車可在任意位置停車。6、平車在運動過程中，一定圍遇到有障礙時，電機上的傳感器BG5發(fā)出信號，使平車立即制動停車。7、在同一軌道上，可按平車前進、后退、停止鍵操作。4.3.4第四種運動情況的具體分析：1、上料； 將工件從工作臺取下裝在平車上。2、輸入目的位置；目的位置為同一軌道上的另一工位，在按啟動、前進、后退按鈕之前可按取消按鈕重新輸入目的地，一旦平車運動后，其它位置按鈕將被鎖定。3、用前進、后退、停止、點動按鈕完成。4、在平車運動過程中，一定圍遇有障礙，由平車上的傳感器BB5發(fā)出信號，使平車立即停車。第四種情況的運行則可以直接通過控制柜上的前進、后退、停止與點動按鈕來實現(xiàn)4.4輸入點的地址分配：確認/啟動按鈕 SF1 I0.0取消/停止按鈕 SF2 I0.1行程開關(guān) BG1 I0.2行程開關(guān) BG2 I0.3行程開關(guān) BG3 I0.4行程開關(guān) BG4 I0.51、2工位限位開關(guān) BG5 I0.63、4工位限位開關(guān) BG6 I0.75、6工位限位開關(guān) BG7 I1.07、8工位限位開關(guān) BG8 I1.19、10工位限位開關(guān) BG9 I1.211、12工位限位開關(guān) BG10 I1.313、14工位限位開關(guān) BG11 I1.415、16工位限位開關(guān) BG12 I1.5平車上的傳感器 CC1 I1.6平車前進按鈕 SF3 I1.7平車后退按鈕 SF4 I2.0平車點動按鈕 SF5 I2.1轉(zhuǎn)盤點動按鈕 SF6 I2.21、2工位按鈕 SF7 I2.33、4工位按鈕 SF8 I2.45、6工位按鈕 SF9 I2.57、8工位按鈕 SF10 I2.69、10工位按鈕 SF11 I2.711、12工位按鈕 SF12 I3.013、14工位按鈕 SF13 I3.115、16工位按鈕 SF14 I3.2導(dǎo)軌3極限限位開關(guān) BG13 I3.3導(dǎo)軌4極限限位開關(guān) BG14 I3.4導(dǎo)軌3的按鈕 SF15 I3.5導(dǎo)軌4的按鈕 SF16 I3.64.5輸出點地址分配：工作指示燈 PG1 Q0.0平車電機 MA1（正轉(zhuǎn)） Q0.1平車制動電機 MA2 Q0.2轉(zhuǎn)盤鎖緊裝置電機 MA3 Q0.3轉(zhuǎn)盤電動機 MA4 Q0.4轉(zhuǎn)盤制動電機 MA5 Q0.51、2工位指示燈 PG2 Q0.63、4工位指示燈 PG3 Q0.75、6工位指示燈 PG4 Q1.07、8工位指示燈 PG5 Q1.19、10工位指示燈 PG6 Q1.211、12工位指示燈 PG7 Q1.313、14工位指示燈 PG8 Q1.415、16工位指示燈 PG9 Q1.5平車電機 MA1（反轉(zhuǎn)） Q1.63號軌道指示燈 PG10 Q1.74號軌道指示燈 PG11 Q2.04.6 控制柜4.7 電動平車電氣控制電動平車的電氣控制采用PLC控制，平車需控制的動作為起動、停止、反向與點動。設(shè)置系統(tǒng)的輸入/輸出點與其對應(yīng)的PLC地址輸入點： 輸出點：前向按鈕 SF1:I0.0 電動機正轉(zhuǎn)接觸器QA1:Q0.0停止按鈕 SF2:I0.1 電動機反轉(zhuǎn)接觸器QA2:Q0.I反向按鈕 SF3:I0.2前向點動按鈕 SF4:I0.3 反向點動按鈕 SF5:I0.4根據(jù)電動平車運行功能要求編寫PLC程序如下圖所示。畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 由于經(jīng)驗不足和知識方面的缺陷以與對生產(chǎn)線的實際認識不夠深入，此次畢業(yè)設(shè)計有很多不完善的地方。但通過這次設(shè)計，我學(xué)會了如何克服困難，提高了我處理事務(wù)的能力和運用知識能力。同時加深了我對大學(xué)四年所學(xué)知識的理解，拓寬了我的知識面。這些都將成為我以后學(xué)工作的寶貴資源。在作此次畢業(yè)設(shè)計的過程中，本人得到了老師的指導(dǎo)，正是因為老師提供大量的資料來源，不僅為我設(shè)計出電動平車提供了大量的知識貯備，而且使我學(xué)會了從大量的資料中選擇出自己需要的東西。在此感老師和同學(xué)們的幫助，感培養(yǎng)我四年的學(xué)校。參考文獻1 機械工程手冊編輯委員會編機械設(shè)計手冊第卷版：機械工程，20042 成林實用中小型電機手冊：科學(xué)技術(shù)，20073 周明衡減速器選用手冊：化學(xué)工業(yè)，20074 成大先機械設(shè)計手冊單行本軸與其連接：化學(xué)工業(yè)，20045 起重機設(shè)計手冊編寫組編起重機設(shè)計手冊：機械工程，19846 濮良貴，紀名剛機械設(shè)計版：高等教育，20067 廖念釗，古瑩菴，莫雨松，碩根，興駿互換性與技術(shù)測量版：中國計量，19988 王永華現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)版：航空航天大學(xué)，20089 鴻文材料力學(xué)版：高等教育，199210曉輝.簡明機械使用手冊.：科學(xué)，2006.l40 / 40