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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的設(shè)計(jì)
可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的設(shè)計(jì)
[摘 要] 混凝土砌塊是目前新型墻體應(yīng)用最廣泛的一種，混凝土砌塊成型疊放在小型叉車(chē)上后，由于小型叉車(chē)的震動(dòng)，會(huì)使剛成型的砌塊破碎或裂紋，造成大量廢品。若人工的拖拉疊放的砌塊耗時(shí)較大。本課題的可旋轉(zhuǎn)升降軌道用擺渡車(chē)就是解決企業(yè)現(xiàn)存這一問(wèn)題中的這個(gè)重要環(huán)節(jié)，磚塊由升板機(jī)疊放在升降軌道車(chē)上后，擺渡車(chē)會(huì)自動(dòng)、準(zhǔn)確地將旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)運(yùn)送到料場(chǎng)的各個(gè)軌道，實(shí)現(xiàn)送車(chē)到位、對(duì)軌準(zhǔn)確、運(yùn)行平穩(wěn)，并與生產(chǎn)環(huán)節(jié)相配套以及提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。本設(shè)計(jì)包括車(chē)架、行走裝置、電路控制三大部分。
[關(guān)鍵詞] 擺渡車(chē)；對(duì)軌準(zhǔn)確；平穩(wěn)變速
Ferry push of revolution promotion and demotion motor-trolley
Design And Manufacture Of Machinery And Automation GUO Ye-yuan
Abstract ：Concrete block wall is the most widely used new kind of stacked concrete blocks forming the forklift after the shock as a result of small, will shape the block just broken or crack, resulting in substantial waste. Subject to rotation of the take-off and landing track car ferry is used to solve the problem of existing enterprises in the important area, and its function is automatic, accurate take-off 、and matched with the production、 improving production efficiency and reduce labor intensity of the purpose of workers.landing will be able to track vehicles by the rotating trigger or yard work to the location of the various tracks . The design of the frame from the car ferry, to walk part of the drive circuit to control the design of three parts. Topics aimed at the design of the rotary movements can track vehicle ferry vehicles, sending cars in place to achieve the realization of orbit accuracy, smooth operation.
Key words：ferrying vehicle；face to face accurate；Steady speed
23
目 錄
1 可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)概括 1
1.1可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的設(shè)計(jì)背景 1
1.2可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的概括 1
2 擺渡車(chē)車(chē)架的設(shè)計(jì) 2
3 擺渡車(chē)行走部的設(shè)計(jì) 3
3.1 電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器的選擇 3
3.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 4
3.1.2 聯(lián)軸器的選擇 4
3.2 傳動(dòng)比的分配 5
3.3 減速器的設(shè)計(jì) 5
3.3.1 齒輪材料的選擇 5
3.3.2 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
3.3.3 減速器軸的材料的選擇 8
3.3.4 估算軸的最小直徑 9
3.4 擺渡車(chē)車(chē)軸的設(shè)計(jì) 10
3.4.1 車(chē)軸軸承的選擇 10
3.4.2 車(chē)軸的選材 12
3.4.3 車(chē)軸的校核 13
3.5 鏈輪的設(shè)計(jì) 13
3.5.1 鏈輪的材料選擇 14
3.5.2 鏈輪的設(shè)計(jì) 14
4 擺渡車(chē)電氣部分設(shè)計(jì) 15
4.1 擺渡車(chē)主電路分析 17
4.2 擺渡車(chē)軌道電路分析 17
4.2.1 擺渡車(chē)四號(hào)軌道電路分析 19
4.2.2 擺渡車(chē)一號(hào)軌道電路分析 19
結(jié)束語(yǔ) 20
參考文獻(xiàn) 21
致謝 22
1 可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)概括
1.1 可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的設(shè)計(jì)背景
2000年6月1日起，沿海城市和其他土地資源稀缺城市，禁止使用實(shí)心黏土磚，代之以新型墻體材料，其中混凝土砌塊是目前新型墻體應(yīng)用最廣泛的一種，混凝土砌塊成型疊放后，由于小型叉車(chē)的震動(dòng)，使剛成型的砌塊破碎或裂紋，造成大量廢品；小型叉車(chē)人工在地面上拖拉，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，小型叉車(chē)車(chē)輪磨損快，而且20mm厚的混凝土地面在這種情況下只能用3年又需要重新打地平。
本課題的可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)就是解決企業(yè)現(xiàn)存這一問(wèn)題中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它的功能是自動(dòng)，準(zhǔn)確地將可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)由升板機(jī)工作位置送至料場(chǎng)各個(gè)軌道上，因此本課題旨在通過(guò)對(duì)已有的擺渡車(chē)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)送車(chē)到位、對(duì)軌準(zhǔn)確、運(yùn)行平穩(wěn)、與生產(chǎn)環(huán)節(jié)配套以及提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。
1.2 可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的概括
可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)，顧名思義，就是給可旋轉(zhuǎn)升降車(chē)配用的擺渡車(chē)，用來(lái)運(yùn)送可旋轉(zhuǎn)升降車(chē)的。升降軌道車(chē)載著剛成型的磚塊，要運(yùn)送到各個(gè)儲(chǔ)藏的軌道上。在運(yùn)送中用擺渡車(chē)來(lái)載旋轉(zhuǎn)升降車(chē)，在運(yùn)送中實(shí)現(xiàn)擺渡車(chē)的自動(dòng)控制，變速控制是擺渡車(chē)適時(shí)的變速，應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)，安全的將旋轉(zhuǎn)升降車(chē)規(guī)定的軌道。
下圖是可選裝升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的工作基地圖：
圖1-1 擺渡車(chē)工作及地圖
擺渡車(chē)未工作時(shí)，在零號(hào)軌道上。工作時(shí)，可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)載滿(mǎn)磚塊后，通過(guò)它所在的軌道行走到擺渡車(chē)上，擺渡車(chē)再根據(jù)事實(shí)情況，把旋轉(zhuǎn)升降車(chē)運(yùn)送到各個(gè)軌道上，擺渡車(chē)會(huì)在對(duì)應(yīng)的軌道前準(zhǔn)確停止，精確對(duì)軌，旋轉(zhuǎn)升降車(chē)在行走進(jìn)那個(gè)軌道，將磚塊安放好。這就是擺渡車(chē)的主要工作情況。
擺渡車(chē)在工作過(guò)程中，即運(yùn)送升降車(chē)到各個(gè)軌道時(shí)，最主要的是要求送車(chē)到位、對(duì)軌準(zhǔn)確、并且運(yùn)行平穩(wěn)。送車(chē)不到位，或者對(duì)軌不準(zhǔn)確，可旋轉(zhuǎn)升降車(chē)都沒(méi)法達(dá)到軌道送磚塊；運(yùn)行不穩(wěn)就童謠會(huì)像小型叉車(chē)的震動(dòng)，使剛成型的砌塊破碎或裂紋，造成大量廢品。這就給設(shè)計(jì)提出了一定的要求。
另外，擺渡車(chē)的穩(wěn)速運(yùn)行速度也有一定的要求，速度不能太慢，太慢雖然影響企業(yè)的效率；也不能太快，太快同樣易造成砌塊破碎或裂紋。那么，最好是在擺渡車(chē)啟動(dòng)的時(shí)候慢速，啟動(dòng)后改為快速行駛，快要到達(dá)軌道時(shí)再換成慢速，這樣就又經(jīng)濟(jì)又平穩(wěn)。
2 擺渡車(chē)車(chē)架的設(shè)計(jì)
擺渡車(chē)的車(chē)架選擇了用槽鋼焊接而成。槽鋼是截面為凹槽形的長(zhǎng)條鋼材。槽鋼分普通槽鋼和輕型槽鋼。槽鋼主要用于建筑結(jié)構(gòu)、車(chē)輛制造和其它工業(yè)結(jié)構(gòu)，槽鋼還常常和工字鋼配合使用。
擺渡車(chē)的框架結(jié)構(gòu)如下圖：
圖2-1 擺渡車(chē)框架圖
擺渡車(chē)是運(yùn)送將可旋轉(zhuǎn)升降車(chē)的，上面必須附有可旋轉(zhuǎn)升降車(chē)的軌道，軌道的寬度和旋轉(zhuǎn)升降車(chē)的相同，長(zhǎng)度和擺渡車(chē)的軌道相同。擺渡車(chē)需要有電機(jī)提供動(dòng)力，要有減速器改變速度，將電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)變成小車(chē)的速度。擺渡車(chē)是用電路控制車(chē)的行進(jìn)、變速、停止。車(chē)上安有開(kāi)關(guān)，以及安裝開(kāi)關(guān)支架，支架上安有行程開(kāi)關(guān)。
綜合起來(lái)，可估算擺渡車(chē)的總體大?。很?chē)架2800×2300mm；車(chē)架中間是子車(chē)旋轉(zhuǎn)升降車(chē)的軌道，軌道長(zhǎng)是720×2300mm；車(chē)架上要安放減速器，電動(dòng)機(jī)等部件，分別在車(chē)架和軌道中間用槽鋼加固。
3 擺渡車(chē)行走部分的設(shè)計(jì)
可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)行走部分包括電動(dòng)機(jī)、減速器、連接的鏈輪，和車(chē)軸車(chē)輪等部件。對(duì)行走部分設(shè)計(jì)主要包括：電動(dòng)機(jī)的選擇；減速器和鏈輪傳動(dòng)別的分配；減速器的設(shè)計(jì)；鏈輪的設(shè)計(jì)；車(chē)軸車(chē)輪的設(shè)計(jì)。
行走部分的在工作情況為：電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，由于轉(zhuǎn)速較高，電動(dòng)機(jī)的輸出軸和減速器的輸入軸由聯(lián)軸器連接，經(jīng)二級(jí)減速器減速后，減速器的輸出軸再由鏈輪和擺渡車(chē)車(chē)軸鏈接，同時(shí)也是第三級(jí)減速，鏈輪帶動(dòng)車(chē)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。車(chē)軸由軸承和軸承座和車(chē)架鏈接在車(chē)架上，車(chē)軸轉(zhuǎn)動(dòng)使擺渡車(chē)行進(jìn)。按照擺渡車(chē)行走部分的工作情況分別設(shè)計(jì)各個(gè)部分。
3.1 電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器的選擇
3.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)要算出車(chē)的承重，查出鋼與鋼的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，算的摩擦力，進(jìn)而的出電動(dòng)機(jī)提供的最小動(dòng)力，最后由電動(dòng)機(jī)的傳遞效率的出電動(dòng)的的功率。
每塊磚的重量是3.5kg，每層磚的重量是210kg,7層磚的重量是1470kg。磚的總重量
小車(chē)的重量為2954N，則擺渡車(chē)承受的總重量G=17360N，鋼與鋼的摩擦系數(shù)=0.05，壓力F=G=17360N，則
摩擦力f=17360×0.05=668N
工作機(jī)所需功率按下式計(jì)算
(3.1)
電動(dòng)機(jī)的輸出功率按下式計(jì)算：
(3.2)
式中，為電動(dòng)機(jī)軸至滾筒軸之間傳動(dòng)裝置的總效率，其值按下式計(jì)算：
(3.3)
電動(dòng)機(jī)所需功率Pd,從電動(dòng)機(jī)到車(chē)軸之間總效率為
設(shè), , ,分別為鏈傳動(dòng)的效率。分別為=0.85，=0.85，=0.8
則總效率
電機(jī)所需功率為:
型號(hào)Y160M-6。功率7.5kW，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速960r/min。
3.1.2 聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類(lèi)聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類(lèi)型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：
（1) 所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。
（2）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。
（3）兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過(guò)程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。
（4）聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。
（5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿(mǎn)足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器(例如彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等)，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動(dòng)。
本次設(shè)計(jì)中的聯(lián)軸器是連接電動(dòng)機(jī)車(chē)減去氣的輸入軸，轉(zhuǎn)速較大，選用了GYH3凸緣聯(lián)軸器。
3.2 傳動(dòng)比的分配
因?yàn)閿[渡車(chē)母車(chē)車(chē)軸外徑d=200mm，周長(zhǎng)C=0.628m。要求擺渡車(chē)行進(jìn)速度V=8米/分，R=12.74r/min，
需要的總傳動(dòng)比為，鏈傳動(dòng)分為3，減速器分為25。
3.3 減速器的設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)由聯(lián)軸器直接和減速器的輸入軸相連接，減速器的傳動(dòng)比分為25。設(shè)計(jì)成二級(jí)減速器，兩級(jí)的傳動(dòng)比分別為5.5和 4.57，每級(jí)的傳動(dòng)效率約為85%。減速器設(shè)計(jì)成展開(kāi)式，這種樣式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒輪相對(duì)于軸承的位置不對(duì)稱(chēng)，因此要求軸有較大的剛度。高速級(jí)齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入端，這樣，軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分地互相抵消，以減緩沿齒寬載荷分布不均勻的現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。并假設(shè)預(yù)定壽命為10000小時(shí)來(lái)設(shè)計(jì)減速器。
3.3.1 齒輪材料的選擇
齒輪傳動(dòng)通過(guò)輪齒互相嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。在齒輪的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。
常用的齒輪材料為各種牌號(hào)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時(shí)，可采用鑄鋼。開(kāi)式低速傳動(dòng)時(shí)，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕，宜選用齒面硬度高的材料。擺渡車(chē)所用的減速器上的兩個(gè)齒輪選用了45鋼和40Cr材料。
另外，大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30-50HBS，這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。
3.3.2 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對(duì)于第一級(jí)減速,減速器輸入軸直接和電動(dòng)機(jī)相連轉(zhuǎn)速為960r/min，效率為95%.減速器的輸入軸的傳遞功率為5.225kw，由減速器的輸入軸和中間傳動(dòng)軸來(lái)完成第一級(jí)減速。則
傳遞功率 P=5.22500000(kW)
傳遞轉(zhuǎn)矩 T=51.97242 (N.m)
齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=960 (r/min)
傳動(dòng)比 i=5.50017
齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=174.54 (r/min)
有公式計(jì)算出:
齒輪1齒數(shù) Z1=20
齒輪1分度圓直徑 d1=50.05 (mm)
齒輪1齒頂高 ha1=2.25000 (mm)
齒輪1齒根高 hf1=2.81250 (mm)
齒輪1全齒高 h1=5.06250 (mm)
齒輪2齒數(shù) Z2=110
齒輪2分度圓直徑 d2=253.25000 (mm)
齒輪2齒頂高 ha2=2.25000 (mm)
齒輪2齒根高 hf2=2.81250 (mm)
齒輪2全齒高 h2=5.06250 (mm)
模數(shù) m=2.5
中心距 A=146.950000 (mm)
齒數(shù)比 U=5.5
圖3-1 第一級(jí)傳動(dòng)齒輪
對(duì)于第二級(jí)減速,是中間軸和輸出軸來(lái)完成，輸入功率為5.225kw，傳遞效率為85%，輸出功率為4.44kw。則傳遞轉(zhuǎn)矩 T=242.91028 (N.m)
齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=174.54 (r/min)
傳動(dòng)比 i=4.56791
齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=38.21 (r/min)
齒輪1齒數(shù) Z1=28
齒輪1分度圓直徑 d1=69(mm)
齒輪1齒頂高 ha1=2.5 (mm)
齒輪1齒根高 hf1=3.125 (mm)
齒輪1全齒高 h1=5.625 (mm)
齒輪2分度圓直徑 d2=328 (mm)
齒輪2齒數(shù) Z2=130
齒輪2齒頂高 ha2=2.50000 (mm)
齒輪2齒根高 hf2=3.12500 (mm)
齒輪2全齒高 h2=5.62500 (mm)
模數(shù) m=2.5
實(shí)際中心距 A=197 (mm)
齒數(shù)比 U=4.64
圖3-2 第二級(jí)傳動(dòng)齒輪
3.3.3 減速器軸的材料的選擇
軸的材料種類(lèi)很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素：?
??? （1）軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求；?
??? （2）軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求；?
??? （3）軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等?！ ?
? 軸的常用材料是碳鋼和合金鋼。碳鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò)熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼。尤其是45號(hào)鋼，對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235A等普通碳素鋼。?
? 合金鋼具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴，多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。?
? 值得注意的是：由于常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，因此當(dāng)其他條件相同時(shí)，如想通過(guò)選用合金鋼來(lái)提高軸的剛度是難以實(shí)現(xiàn)的。低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韌性要求較高或轉(zhuǎn)速較高的軸。?
? 軸的毛坯多用軋制的圓鋼或鍛鋼。鍛鋼內(nèi)部組織均勻，強(qiáng)度較好，因此，重要的大尺寸的軸，常用鍛造毛坯。
3.3.4 估算軸的最小直徑??
開(kāi)始設(shè)計(jì)軸時(shí)，通常還不知道軸上零件的位置及支點(diǎn)情況，無(wú)法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本完成后，才能對(duì)軸進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度計(jì)算。因此，一般在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對(duì)軸的直徑進(jìn)行估算。?
設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力τ。對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件為：
（3.4）
由上式可得軸的直徑計(jì)算公式：
（3.5）
式中A—計(jì)算常數(shù)，與軸的材料和承載情況有關(guān)。由上式求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個(gè)鍵槽，可將值增大3%—5%，如有兩個(gè)鍵槽可增大7%—10%。?
對(duì)于輸入軸，由聯(lián)軸器直接和電動(dòng)機(jī)相連，由上面公式（3.4）可算出輸入軸的最小直徑為30mm。而設(shè)計(jì)出的第一級(jí)傳動(dòng)的小齒輪分度圓較小，無(wú)法和軸裝配，所以設(shè)計(jì)成齒輪軸的形式。
圖 3-3減速器輸入軸
對(duì)于傳動(dòng)軸，減速器的中間傳遞者，一端安有大齒輪和減速器的輸入軸嚙合，本身作為第二級(jí)傳動(dòng)配有小齒輪。由上面的公式（3.4）計(jì)算出傳動(dòng)軸的最小直徑為35mm.第二級(jí)傳動(dòng)小齒輪的分度圓直徑為69，同樣要做成齒輪軸的形式，以防強(qiáng)度不夠或無(wú)法裝配。
圖3-4 減速器傳動(dòng)軸
對(duì)于輸出軸承是重要的傳動(dòng)部分，軸的一端裝有鏈輪，通過(guò)鏈和擺渡車(chē)車(chē)軸相連，傳載的動(dòng)力較大。由上面的公式（3.4）計(jì)算出傳動(dòng)軸的最小直徑為45mm.
3.4 擺渡車(chē)軸的設(shè)計(jì)
擺渡車(chē)的車(chē)軸，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車(chē)軸的直徑，是細(xì)長(zhǎng)軸，且?guī)в墟I槽，結(jié)構(gòu)上不完全對(duì)稱(chēng)。車(chē)軸上裝有軸承，軸承按在軸承座上并通過(guò)軸承座固定在車(chē)架上，軸的兩端安有車(chē)輪。下面就對(duì)車(chē)軸上選配的軸承和車(chē)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.4.1 車(chē)軸軸承的選擇
由于深溝球軸承使用維護(hù)方便，工作可靠，起動(dòng)性能好，在中等速度下承載能力較高。所以，車(chē)軸上選用的是深溝球軸承，代號(hào)為6215GB/T276-1994。
下面校核滾動(dòng)軸承的壽命：
F—軸向載荷（N）；
F—徑向載荷（N）；
P—當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；
C—基本額定靜載荷（N）；
f—載荷系數(shù)；
L—預(yù)期壽命（h）；
L—軸承壽命（h）（本次設(shè)計(jì)的軸承按每天8小時(shí)工作，一年按300算。則L=2400h）；
1） 求比值:
=3.3
根據(jù)表，單向推力球軸承的最大e值為2.46，故此時(shí)＞e
2） 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：
P=f（XF+YF） （3.6）
查表取，f=1.2～1.8，取f=1.5
查表取，X=0.33，Y值需在已知型號(hào)和基本額定靜載荷C后才能去求，現(xiàn)暫選一近似中間值，去Y=1.5。
P=1.5×（0.33×3200+1.5×10500）
P=25209N
3） 根據(jù)公式，球軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值：
C=P=25209×N=61330.5N （3.7）
4) 根據(jù)軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇C=66000N的6215的滾動(dòng)軸承。此軸承的基本額定靜載荷C=49500N，驗(yàn)算如下：
5) 求相對(duì)軸向載荷對(duì)應(yīng)的e值與Y值：
相對(duì)軸向08載荷為==0.057，在表中介于0.04～0.16之間；對(duì)應(yīng)的e值為1.86～2.23；Y值為1.6～1.4。
6） 用線性插值法求Y值：
Y=1.4+1.52
X=0.33，Y=1.52
7) 求當(dāng)量動(dòng)載荷P：
P=1.5×（0.33×3200+1.52×10500）
P=25209N
8） 驗(yàn)算51212軸承的壽命:
L= （3.8）
==2990.69h＞2400
所以，選用滾動(dòng)軸承6215型號(hào)是合格的。
3.4.2 車(chē)軸的選材
車(chē)軸要承受擺渡車(chē)重，所以在選材和設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)特別注意。在車(chē)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，林秋做到形狀簡(jiǎn)單，厚薄均勻，盡可能避免突變臺(tái)階、盲孔、死角、薄邊等，可能時(shí)通過(guò)采用對(duì)稱(chēng)、組合機(jī)構(gòu)使零件結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，以改善應(yīng)力狀態(tài)。
選擇材料時(shí)，要保證一定的性能，如一定的前強(qiáng)度、韌性、塑硬耐磨性和抗疲勞性；同時(shí)還必須考慮加工制造工藝性和經(jīng)濟(jì)合理性。一般宜采用滲透性較好的鋼，以便淬火冷卻時(shí)能用較緩慢的冷卻介質(zhì)，從而減小變形。
進(jìn)行熱處理應(yīng)該合理，以最大限度的保證產(chǎn)品質(zhì)量，為滿(mǎn)足性能要求創(chuàng)造條件，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，應(yīng)盡可能的腳底對(duì)硬度的要求。這樣可以采用較低的淬火溫度。粗加工后安排調(diào)制工序，在進(jìn)行鍵槽的銑削?；蛘邔⑻熘臑檎?，這樣可以簡(jiǎn)化工藝提高功效，減少變形。
擺渡車(chē)的車(chē)軸材料選用了40Cr。40Cr屬于低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，該鋼價(jià)格適中，加工容易，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性。在溫度550~570℃進(jìn)行回火，該鋼具有最佳的綜合力學(xué)性能。調(diào)制使用比45號(hào)鋼要好，可用于受力要求價(jià)高的結(jié)構(gòu)。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機(jī)械零件，如汽車(chē)的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機(jī)床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等。另外，40Cr又適于制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。
圖3-5 擺渡車(chē)車(chē)軸
3.4.3 車(chē)軸的校核
車(chē)軸強(qiáng)度的校核：
M—軸的扭轉(zhuǎn)力矩（N.m）；
T—軸的彎曲力矩（N.m）；
W—抗彎截面系數(shù)（m3）；
—許用應(yīng)力（Mpa）；
擺渡車(chē)車(chē)軸的驅(qū)動(dòng)功率為3.2KW，螺旋軸的轉(zhuǎn)速為12.74r/min，則車(chē)軸的扭轉(zhuǎn)力矩為：
M=（9549×）N.m=2386 N.m
車(chē)軸的徑向力為10500N，深溝球軸承距受力點(diǎn)距離0.035m，則車(chē)軸的彎曲力矩為：
T=10500×0.035=367.5N.m
車(chē)軸的大徑D=75mm，則抗彎截面系數(shù)為：
W= （3.9）
=
=8.27×10m3
按第三強(qiáng)度理論校核強(qiáng)度：
（3.10）
=Pa=28.85×10Pa=28.85Mpa＜=40Mpa
通過(guò)以上對(duì)擺渡車(chē)車(chē)軸的強(qiáng)度校核，可以看出從車(chē)軸軸的總體設(shè)計(jì)和尺寸的確定上都符合強(qiáng)度等各方面的要求。
3.5 鏈輪的設(shè)計(jì)
在上面小節(jié)中擺渡車(chē)車(chē)軸和減速器都已經(jīng)設(shè)計(jì)完成了，而減速器的輸出軸和擺渡車(chē)車(chē)軸是通過(guò)鏈輪連接的，主動(dòng)輪安裝在減速器的輸出軸上，被動(dòng)輪安裝在車(chē)軸上。中間由鏈條完成傳遞，且傳動(dòng)比i=3。
3.5.1 鏈輪的材料選擇
對(duì)于不需要熱處理的片式鏈輪，可采用Q235、Q345(16Mn)、或10、20鋼制造。一般硬度在HBl40以下，適于中速、中等功率、較大的鏈輪加工。要求熱處理的鏈輪一般選用 45鋼、45鋼鍛造、45鑄鋼或4OCr鋼加工，適用于受力較大重要場(chǎng)合與高強(qiáng)度鏈條配套的主、從動(dòng)鏈輪的加工。鑄鐵鏈輪主要應(yīng)用在精度要求不高或外形復(fù)雜的鏈輪，如環(huán)鏈輪等。
3.5.2 鏈輪的設(shè)計(jì)
一般鏈輪齒形設(shè)計(jì)主要應(yīng)滿(mǎn)足三方面要求：即嚙合要求、使用要求、工藝性與精度要求。
(1)保證鏈條能順利的嚙入與嚙出，不會(huì)有干涉現(xiàn)象。
(2)具有足夠的容納鏈條節(jié)距伸長(zhǎng)的能力。
(3)具有合理的作用角。
(4)齒廓曲線與鏈傳動(dòng)工況相適應(yīng)。
(5)有利于嚙入和防止因鏈條跳動(dòng)而掉鏈。
（6）加工工藝性好。
擺渡車(chē)用鏈輪和鏈連接減速器和擺渡車(chē)，傳動(dòng)比為3。鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算如下：
速度為8m/min，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表4-8選擇小鏈輪齒數(shù)=20
大鏈輪齒數(shù)
鏈條節(jié)數(shù)Lp，初選
則，取Lp=108
，Kz=1.11,Kl=1.05，選用單排鏈，Kn=1
所以=1.35kW，選用滾子鏈10A,其節(jié)距p=19.05mm，則中心距a=769mm，留出適當(dāng)?shù)闹行木嗾{(diào)節(jié)量。
小輪分度圓
齒頂圓mm
齒根圓
軸向齒形如圖所示：
圖3-6 主動(dòng)鏈輪
4 擺渡車(chē)電氣部分的設(shè)計(jì)
可旋轉(zhuǎn)升降軌道車(chē)用擺渡車(chē)的電氣控制部分設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)送車(chē)到位，運(yùn)行平穩(wěn)，就要求擺渡車(chē)慢速啟動(dòng)，要提高生產(chǎn)效率就要快速運(yùn)行。在擺渡車(chē)的軌道上埋下了行程開(kāi)關(guān)，適時(shí)的控制車(chē)的變速和停止。行程開(kāi)關(guān)一部分安裝在擺渡車(chē)的開(kāi)關(guān)架上，一部分安裝在擺渡車(chē)軌道的預(yù)埋鐵上。不同開(kāi)關(guān)依次錯(cuò)開(kāi)，以免發(fā)生干涉。在每個(gè)軌道錢(qián)我都安有限位鐵以保證擺渡車(chē)的精確停車(chē)對(duì)軌。
假使車(chē)一共有9個(gè)軌道，擺渡車(chē)為工作時(shí)所對(duì)的軌道為零號(hào)軌道，擺渡車(chē)送子車(chē)到這個(gè)軌道時(shí)不需要擺渡車(chē)行走；當(dāng)需要送子車(chē)到相鄰的4號(hào)和6號(hào)軌道時(shí)之需要慢速行駛；而送子車(chē)到其他軌道時(shí)都要變速行駛。
以向1號(hào)軌到和4號(hào)軌道送車(chē)為例，電路圖設(shè)計(jì)如下：
圖4-1 擺渡車(chē)電路圖
對(duì)于不同軌道的控制分配了不同的開(kāi)關(guān)，如下：
表5.1 開(kāi)關(guān)元件說(shuō)明表
行 走
變 速
停 止
返 回
停 止
1號(hào)軌道
SB1
SQ1
SQ2
SB2
SQ8
2號(hào)軌道
SB3
SQ3
SQ4
SB4
SQ8
3號(hào)軌道
SB5
SQ5
SQ6
SB6
SQ8
4號(hào)軌道
SB7
SQ7
SB8
SQ8
5號(hào)軌道
6號(hào)軌道
SB9
SQ9
SB10
SQ8
7號(hào)軌道
SB11
SQ10
SQ11
SB12
SQ8
8號(hào)軌道
SB13
SQ12
SQ13
SB14
SQ8
9號(hào)軌道
SB15
SQ14
SQ15
SB16
SQ8
總停止按鈕
SB18
4.1 擺渡車(chē)主電路分析
圖4-2 擺渡車(chē)主電路
如上圖所示，擺渡車(chē)的主電路為設(shè)備定子串電阻減壓?jiǎn)?dòng)控制電路。電氣系統(tǒng)的主電路采用交流接觸器KM2和KM4的主接觸點(diǎn)將電阻串聯(lián)到電動(dòng)機(jī)三相定子繞組與電源之間，交流接觸器KM1和KM3的主接觸點(diǎn)將電阻短接，通過(guò)控制接觸器的線圈電路按要求接通和斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和正常工作之間的接線切換。這樣開(kāi)關(guān)閉合通電，電路接通，主電路中的控制對(duì)象為交流接觸器KM2 或KM4的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)減壓?jiǎn)?dòng)，慢速運(yùn)轉(zhuǎn)，小車(chē)慢速行駛。當(dāng)KM1或KM4的主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正常工作，小車(chē)全速行駛。
另外，為實(shí)現(xiàn)小車(chē)往返行駛，主電路使用交流接觸器KM1的主觸點(diǎn)將電動(dòng)機(jī)三相定子繞組與電源連接，交流接觸器KM3的主接觸點(diǎn)將交換相序后的電動(dòng)機(jī)三相定子繞組與電源連接，通過(guò)選擇接通KM1或者KM3的線圈電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。KM1接通正轉(zhuǎn)相序，KM3接通反向相序，由此改變小車(chē)的形式方向。
4.2 擺渡車(chē)軌道電路分析
擺渡車(chē)將子車(chē)運(yùn)送到各個(gè)軌道，由于各個(gè)軌道的路程不一樣送達(dá)的方式稍有不同，與零號(hào)軌道的相鄰的軌道無(wú)需變速直接慢速行進(jìn)，而其他的軌道都要有變速的過(guò)程。
4.2.1 四號(hào)軌道電路分析
四號(hào)軌道是距零號(hào)軌道最近的軌道，零和軌道距離短不需要變速，直接由慢速到達(dá)四號(hào)軌道。下面是擺渡車(chē)往返四號(hào)軌道的控制電路圖：
圖4-3 擺渡車(chē)往返四號(hào)軌道控制電路
如上圖所示，預(yù)到達(dá)四號(hào)軌道，按下SB4按鈕，電路接通，KM2線圈得電,電動(dòng)機(jī)慢速正轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)車(chē)慢速行駛。KM2動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖。當(dāng)?shù)竭_(dá)第四軌道碰到行程開(kāi)關(guān)SQ4，電路斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)停止。返回時(shí)按下SB5按鈕，KM4線圈得電，電動(dòng)機(jī)慢速反轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)慢速行駛。KM4動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖。當(dāng)?shù)竭_(dá)零號(hào)軌道時(shí)觸碰行程開(kāi)關(guān)SQ5，電路斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)停止。
與四號(hào)軌道相對(duì)應(yīng)的六號(hào)軌道也是同樣的控制方法，只是方向相反，在電路的控制上相對(duì)四號(hào)軌道的控制來(lái)說(shuō)，就是先讓電動(dòng)機(jī)慢速反轉(zhuǎn)，到達(dá)軌道后停止，返回時(shí)讓電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)零號(hào)軌道停止。
4.2.2 一號(hào)軌道電路分析
一號(hào)軌道距離零號(hào)軌道較遠(yuǎn)，要有變速過(guò)程。變速是由時(shí)間繼電器來(lái)控制的，擺渡車(chē)慢速啟動(dòng)時(shí)時(shí)間繼電器同樣開(kāi)始計(jì)時(shí)，時(shí)間到了自動(dòng)切換到快速運(yùn)行。下如是擺渡車(chē)往返一號(hào)軌道的控制電路圖：
圖4-4 擺渡車(chē)往返一號(hào)軌道控制電路
如上圖所示，按下SB1 ，電路接通， KM2線圈得電,電動(dòng)機(jī)慢速正轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)車(chē)慢速行駛。KM2動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖，同時(shí)KT1線圈得電，開(kāi)始計(jì)時(shí)。延遲時(shí)間到后KT1延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，延遲閉合觸點(diǎn)閉合。KM2線圈失電， KM1線圈得電，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖電動(dòng)機(jī)快速正轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)快速行駛。當(dāng)快要到達(dá)第一軌道碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1，KM1線圈失電，線圈斷開(kāi)，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)變成慢速正轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)慢速行駛。直到碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2，KM2線圈失電，電路斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)到達(dá)一號(hào)軌道停止。
返回時(shí)，按下SB2 ，電路接通， KM4線圈得電,電動(dòng)機(jī)慢速反轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)車(chē)慢速行駛。KM4動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖，同時(shí)KT2線圈得電，開(kāi)始計(jì)時(shí)。延遲時(shí)間到后KT2延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，延遲閉合觸點(diǎn)閉合。KM4線圈失電， KM3線圈得電，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合自鎖，動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)互鎖電動(dòng)機(jī)快速反轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)快速行駛。當(dāng)快要到達(dá)零號(hào)軌道碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3，KM3線圈失電，線圈斷開(kāi)，KM4線圈得電，電動(dòng)機(jī)變成慢速反轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)慢速行駛。直到碰到行程開(kāi)關(guān)SQ8，KM4線圈失電，電路斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，擺渡車(chē)返回零號(hào)軌道停止。
結(jié)束語(yǔ)
完成了任務(wù)書(shū)所要求的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了擺渡車(chē)的基本性能，滿(mǎn)足工作的要求；電氣控制方式也實(shí)現(xiàn)了變速，使擺渡車(chē)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期的目的；改進(jìn)了電氣控制的方式，用電液聯(lián)合控制的方式控制縱向推動(dòng)機(jī)構(gòu)，達(dá)到了預(yù)期的目的。
但是設(shè)計(jì)中還存在一些問(wèn)題可以繼續(xù)改進(jìn)。由于車(chē)架簡(jiǎn)單，外形看起來(lái)缺少一定的美觀；本次電路控制簡(jiǎn)單，沒(méi)有考慮周全，可根據(jù)今后實(shí)際的使用情況加以改進(jìn)；另外，今后可在擺渡車(chē)上添加縱向的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，和縱向自動(dòng)推動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)擺渡車(chē)的自動(dòng)化。
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