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碼坯機升降機構(gòu)設(shè)計
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房屋建筑中有著非常重要的歷史。眾所周知，我國是世界上磚瓦生產(chǎn)第一大國，進(jìn)入21世紀(jì)以來，每年磚瓦產(chǎn)量8100億塊，其中粘土實心磚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，必然在磚瓦生產(chǎn)能耗上也是第一大國。
當(dāng)前我國正處在全面建設(shè)小康社會的重要時期，城市化步伐不斷加快，建筑業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)成為拉動國民經(jīng)濟增長的主要源動力之一。建筑業(yè)的持續(xù)增長，特別是新農(nóng)村建設(shè)促使廣大農(nóng)村建筑需求的增長，將繼續(xù)為磚瓦工業(yè)的發(fā)展提供廣闊的市場空間。 在農(nóng)村住房消費方面，“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)。毫無疑問，隨著新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展，農(nóng)村房屋建設(shè)無論是數(shù)量，還是結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量，都將出現(xiàn)新的變化，對磚瓦和其他墻體屋面材料需求的拉動力將非常巨大。
因此，完全可以相信，在未來相當(dāng)長一個時期，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發(fā)展空間。
1.2 碼坯機在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著我國墻體改革政策，國家對墻材有了一些新的革新要求，國內(nèi)許多磚材生產(chǎn)廠家，吸收引進(jìn)了國內(nèi)外最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)出國內(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)八十年代我國引進(jìn)國外技術(shù)開始，我國制磚行業(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，在燒結(jié)磚廠得到了普遍的推廣和應(yīng)用，而碼坯設(shè)備——自動碼坯機也是運行可靠、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備，目前在很多新建磚廠中應(yīng)用，但還沒有達(dá)到普遍使用。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，企業(yè)對改善勞動環(huán)境，提高科技含量的觀念也在逐漸增強，而人們生活水平提高后，對自己所從事工作的環(huán)境要求也越來越高，逐漸的由體力勞動向非體力勞動或輕體力勞動轉(zhuǎn)變。這就對磚廠的碼坯和卸坯工段用人多且勞動繁重提出了一個課題，用自動碼坯機替代人工碼坯勢在必行，是將來發(fā)展的必然趨勢。
1.3 碼坯機的概述
碼坯機碼坯機主要由切條機、切坯機、分坯機、夾盤機構(gòu)、行走機構(gòu)、升降機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和電氣系統(tǒng)等組成。碼坯機的工作流程：切條機將坯切條，切坯機把切好的磚坯推到分坯機上后分坯，分坯完成后的磚坯送至碼坯機夾盤機構(gòu)正下方。當(dāng)夾盤到達(dá)預(yù)定夾坯位置后，夾盤夾具工作，夾起磚坯，接著由升降機構(gòu)上升至預(yù)定高度，行走機構(gòu)驅(qū)動機體行走至窯車正上方，旋轉(zhuǎn)裝置完成轉(zhuǎn)向90，然后升降機構(gòu)下降至預(yù)定放坯高度進(jìn)行碼坯，碼坯機碼放一層，旋轉(zhuǎn)一層，形成十字交叉，經(jīng)過上述動作循環(huán)，即可完成窯車的全部碼坯過程。
2 機構(gòu)工作原理與方案的確定
2.1 機構(gòu)的工作原理
升降采用滾子鏈，使其運動準(zhǔn)確，避免打滑現(xiàn)象，同時利用四個導(dǎo)向柱，增加設(shè)備的穩(wěn)定性。滾子鏈由大小鏈輪帶動，共四組，布于四周，通過擺線針輪減速機通過齒輪箱帶動兩根軸實現(xiàn)同步上升。最后在車架兩端加上配重，通過鋼絲繩與夾盤機構(gòu)連接，這樣可以減輕滾子鏈?zhǔn)芰Γ瑴p小功率。行走機構(gòu)通過另一擺線針輪減速機帶動行走軸實現(xiàn)行走。
2.2 機構(gòu)方案的確定
設(shè)計方案見圖1
圖1
3 運動與動力參數(shù)的計算
3.1 機構(gòu)傳動簡圖
圖2
1.行走輪 2.行走軸 3.行走擺線針輪減速機 4.行走從動齒輪
5.行走主動齒輪 6.小鏈輪軸 7.小鏈輪 8.大鏈輪 9.升降軸
10.升降從動齒輪 11.升降擺線針輪減速機 12.升降主動齒輪
3.2 減速器及電機的選擇
本設(shè)計選用B系列擺線針輪減速機，因為擺線針輪減速機具有高速比和高效率。單級傳動，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。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低，使用可靠、經(jīng)久耐用壽命長，設(shè)計合理，維修方便。B系列擺線針輪減速機減速機適用于24小時連續(xù)作制，并允許正反向運轉(zhuǎn)。
型號的表示方法:
圖3
B系列擺線針輪減速機選型表見圖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,加上夾盤機構(gòu)框架總重量約1.5t總重約2.4t。配重設(shè)計為兩個，每個600Kg,因此本設(shè)計選用
升降擺線針輪減速機：BWDC15-30-35 輸出轉(zhuǎn)速43r/min
輸出轉(zhuǎn)矩2343N.m 電壓380v
行走擺線針輪減速機：BWDC5.5-22-23 輸出轉(zhuǎn)速65r/min
輸出轉(zhuǎn)矩6460N.m 電壓380v
減速機外形見圖5
圖5
3.3 傳動比分配
升降齒輪傳動比i1==1.74
行走齒輪傳動比i2=1
鏈輪傳動比i3==2.16
3.4 各軸的轉(zhuǎn)速計算
升降軸n1=43x=24.7r/min
行走軸n2=65x1=65r/min
3.5各軸輸入扭矩計算
齒輪傳動效率查表取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 齒輪傳動的設(shè)計計算
4.1 升降機構(gòu)齒輪設(shè)計計算
使用要求：預(yù)期使用壽命10年，每年360個工作日,每日24小時。傳動尺寸無嚴(yán)格限制，無嚴(yán)重過載。傳動比i=1.74。
因傳動尺寸無嚴(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，磨損尚無完善的計算方法，故只進(jìn)行彎曲疲勞強度計算。計算步驟(參照機械設(shè)計課本）如下：
齒面接觸疲勞強度計算：
（1）初步計算：
轉(zhuǎn)矩：
齒寬系數(shù)： 表12.13，取
接觸疲勞極限：由圖取，；
初步計算的許用接觸應(yīng)力：；
；
值 由表12.16 取 ；
初步計算的小齒輪直徑： 其中，
??；
初步齒寬：
（2）校核計算：
圓周速度v:
精度等級：由表12.6，取為7級精度。
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
總工作時間：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計 ，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
驗算
計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度足夠。
（3）確定傳動主要尺寸實際分度圓直徑d
因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時，齒數(shù)已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會
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
齒根彎曲疲勞強度計算：
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 ，
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
驗算
傳動無嚴(yán)重過載，故不作靜強度校核。
4.2 行走機構(gòu)齒輪設(shè)計計算
因傳動尺寸無嚴(yán)格限制，故兩個齒輪均用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。由于傳動比為1，所以兩齒輪齒數(shù)設(shè)計為28，模數(shù)為10，所以d=280,a=280。
齒根彎曲疲勞強度計算：
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 ，
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
驗算
兩齒輪合格。
5 軸系零件的設(shè)計計算
5.1 升降軸的設(shè)計
5.1.1 升降軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
初步計算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸：
升降軸為實心軸軸材料選用45鋼，按許用切應(yīng)力計算：
取;
;
取d=90mm。
升降軸的結(jié)構(gòu)圖：
圖6
升降軸的校核（參照機械設(shè)計步驟）：
簡化軸上載荷如圖：
圖7
其中，=1752N，T==129.68N·m，
==3458×=3249.5N
==3458×=1182.7N
畫軸的彎矩圖，扭矩圖
圖8
由彎矩圖、扭矩圖可知B點為危險截面。對B點進(jìn)行校核計算：
M===276.64Nm
查表得：=215Mpa，=102.5Mpa，=60Mpa
對于不變的轉(zhuǎn)矩，取===0.27
===278N·m
所以：
===43.43Mpa=60Mpa
滿足強度要求。
5.1.2 行走軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
初步計算升降軸的結(jié)構(gòu)尺寸：
升降軸為實心軸軸材料選用45鋼，按許用切應(yīng)力計算：
取;
;
取d=100mm。
升降軸的結(jié)構(gòu)圖：
圖9
升降軸的校核（參照機械設(shè)計步驟）：同前
經(jīng)校核滿足要求。
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；
校核計算如下：
鍵的接觸長度=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)滿足強度要求。合理。
6.2 行走軸上鍵的選擇及校核
因無特殊要求，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；
校核計算如下：
鍵的接觸長度=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)滿足強度要求。合理。
7 滾動軸承的選擇及校核
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
本設(shè)計兩樣都采用ZG230-450材料做成，強度夠，且能實現(xiàn)批量生產(chǎn)，具體參數(shù)見零件圖。
9 鏈輪與鏈條的設(shè)計
有大鏈輪與小鏈輪，傳動比為2.16，由鏈盤與輪轂焊接而成，鏈條采用24A，
大鏈輪24牙，小鏈輪11牙，具體參數(shù)見零件圖。
10 車架的設(shè)計
焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對于大的機械產(chǎn)品來說可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接結(jié)構(gòu)強度和剛度高，結(jié)構(gòu)重量輕，，成本低，生產(chǎn)周期短，可靠性好，而且施工簡便。車架即大部分采用焊接。
車架的焊接要求全部為平焊，無焊縫，無裂紋，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，以及不同型號的鐵板，具體規(guī)格材料見圖紙。
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致謝
畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。畢業(yè)設(shè)計是一項辛苦而漫長的工作，在設(shè)計過程中遇到些許棘手的問題。通過畢業(yè)設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。當(dāng)然，通過這次畢業(yè)設(shè)計我也學(xué)會了許多，我感覺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，沒有他們的教導(dǎo)，我不會有現(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)計過程中給了我好多指導(dǎo)，同時也給我指出了好多錯誤，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)計能力有限，在設(shè)計過程中難免有許多錯誤與不足，懇請老師們諒解多多指正。
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