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高壓輸電導(dǎo)線除冰機(jī)越障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
本文針對(duì)高壓輸電線路覆冰會(huì)導(dǎo)致桿塔傾斜、倒塌、斷線及絕緣子閃絡(luò)，由此引起的線路跳閘、供電中斷等事故等問題，設(shè)計(jì)一臺(tái)通過敲擊、碾壓、銑削等多重除冰的雙分裂高壓輸電導(dǎo)線除冰機(jī)。該除冰機(jī)具有自動(dòng)爬行，制動(dòng)、防滑、除冰、越障等能力。
本文首先分析了高壓電線結(jié)冰的實(shí)際情況，擬定了高壓電線除冰小車的原理方案：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鏈輪作為減速機(jī)構(gòu)、輪式行走方式、振動(dòng)和對(duì)滾洗刀除冰方式。
然后對(duì)除冰機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)。
最后，繪出除冰機(jī)的三維模型圖和二維圖。
用本文的方法設(shè)計(jì)的除冰機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，生產(chǎn)制造成本低，使用維護(hù)方便。
關(guān)鍵詞：除冰機(jī)、輪式小車、鏈傳動(dòng)、對(duì)滾銑刀
Abstract
Aiming at the high voltage transmission line icing will lead to tower tilt, collapse, break and insulator flashover, the resulting trip circuit, power outages and other accidents, design a by tapping, grinding, milling, and other multiple except ice double split high voltage transmission line deicing machine. The ice removal machine with automatic braking, crawling, anti-skid, deicing, climbing ability.
At first, this paper analyzes the high-voltage wire icing of the actual situation, proposed the high-voltage wire except the principle scheme of ice car: drive motor, sprocket as reducer and wheel movement method, vibration and rolling cutter de icing methods.
And then, the design and calculation of the transmission mechanism of the de icing machine are carried out, and the structure is designed..
Finally, the three-dimensional model and two-dimensional chart of the ice removal machine are drawn..
In this paper, the structure of the ice removal machine is simple, reliable, low cost of manufacturing, easy to use and maintenance..
Key words: ice removal machine, wheeled car, chain drive, rolling mill
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的內(nèi)容和意義 1
1.2 輸電線的常見規(guī)格 1
1.3輸電線覆冰的危害 2
1.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì) 3
第二章 總體原理方案設(shè)計(jì) 4
2.1 總體方案 4
2.2原理方案設(shè)計(jì) 4
第三章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.1電機(jī)選擇 9
3.2 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 12
3.2.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性 12
3.2.2鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷 15
3.2.3鏈傳動(dòng)的受力分析 16
3.3設(shè)計(jì)計(jì)算 17
第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
4.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 21
4.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 26
第五章 三維建模 28
5.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介 28
5.2 零件建模 30
5.2.1機(jī)架的建模 30
5.2.2鏈輪的建模 30
5.2.3 行走輪和加緊輪的建模 31
5.2.4銑刀以及敲擊部分零件的建模 31
5.3 虛擬裝配 32
第六章 結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 37
第 38 頁(yè)
第一章 緒論
1.1 課題研究的內(nèi)容和意義
結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)高壓輸電線路覆冰會(huì)導(dǎo)致桿塔傾斜、倒塌、斷線及絕緣子閃絡(luò)，由此引起的線路跳閘、供電中斷等事故等問題，設(shè)計(jì)一臺(tái)通過敲擊、碾壓、銑削等多重除冰的除冰機(jī)。該除冰機(jī)具有自動(dòng)爬行，制動(dòng)、防滑、除冰、越障等能力。
本課題研究的目的在于根據(jù)輸電線系統(tǒng)的除冰需要，研制一種簡(jiǎn)單，實(shí)用的輸電線除冰機(jī)。輪式輸電線除冰機(jī)是一種用于，在山地，荒野，河流，湖泊等地理環(huán)境，不適合人工除冰的輸電線路上清冰。它是適用于各種地貌，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的改變而停止工作。它的前端是一個(gè)振動(dòng)電機(jī)連接著帶有伸出的敲擊棒的圓盤和銑刀，用于清除在電線結(jié)的冰。輪式除冰機(jī)主體部分是行走機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)采用壓輪推進(jìn)方式, 機(jī)體上的八個(gè)固定壓輪騎掛在輸電線上保持機(jī)體的平衡, 機(jī)體的重心位于輸電線下方, 這樣機(jī)體不會(huì)在行進(jìn)過程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。四個(gè)動(dòng)壓輪分別與四個(gè)固定壓輪配合, 當(dāng)推動(dòng)動(dòng)壓輪時(shí), 動(dòng)壓輪向上抬升, 與固定壓輪配合從上下夾緊輸電線, 依靠壓輪與輸電線的摩擦獲得前進(jìn)的動(dòng)力。該設(shè)計(jì)的電力驅(qū)動(dòng)分為兩個(gè)分支: 一部分直接傳至除冰機(jī)構(gòu), 供刀具除冰使用; 另一部分傳至動(dòng)壓輪，實(shí)現(xiàn)小車的行走。
本論文主要完成了輸電線除冰機(jī)的原理設(shè)計(jì)，方案選擇，機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，各部分零件的設(shè)計(jì)與整機(jī)的裝配，并在此基礎(chǔ)上采用三維制圖軟件建立實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配。
該設(shè)計(jì)的目的是提供一種體積小，運(yùn)作靈活，運(yùn)行穩(wěn)定的輸電線除冰機(jī)，也提供一種適于在條件艱苦的環(huán)境下工作的電線除冰機(jī)器。
1.2 輸電線的常見規(guī)格
根據(jù)全國(guó)供電部門提供的情況,高壓輸電線路使用的導(dǎo)線為鋼芯鋁絞線,主要分短距離輸電和長(zhǎng)距離輸電兩種,導(dǎo)線規(guī)格如下:
短距離輸電:城區(qū)內(nèi)供電: 10KV,導(dǎo)線截面積分別為50mm2,70mm2,95mm2 , 120mm2 等。鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電: 35KV,導(dǎo)線截面積分別為120mm2 , 150mm2 等。
長(zhǎng)距離輸電:主要有幾種類型: 110KV,導(dǎo)線截面積240mm2 ; 220KV,導(dǎo)線截面積為500mm2 ,一相雙線,即2×500mm2 ,每相兩線之間用支架隔離,間距約10cm; 500KV,導(dǎo)線截面積為400mm2 ,一相四線,即4 ×400mm2 ,每相四線之間使用方形支架相對(duì)固定,間距約10cm。
導(dǎo)線兩端,使用絕緣椽子固定在鐵塔上。每?jī)勺F塔之間的距離并不固定,而是根據(jù)地形布設(shè),主要是高離地面、房屋以及高大喬木。
1.3輸電線覆冰的危害
輸電線路因受結(jié)冰危害通常容易引起嚴(yán)重的斷線、桿塔倒塌、大面積停電、限電等事故。對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅,也一直是電力系統(tǒng)研究中急待解決的難點(diǎn)問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自上世紀(jì)50年代以來(lái),我國(guó)輸電線路便不斷遭受覆冰危害。2003年,由覆冰引起的110～500kV輸電線路跳閘79次,占總事故的3127%,其中500kV線路跳閘13次;由于覆冰引起110～500kV線路非計(jì)劃停運(yùn)47次,占總事故的41。24% 。2004年12月至2005年2月,我國(guó)華中電網(wǎng)出現(xiàn)大面積冰災(zāi)事故,僅湖南省就有700多萬(wàn)人受災(zāi),直接經(jīng)濟(jì)損失超過10億元。2008年1月,南方多個(gè)省份遭受了50年一遇的冰雪災(zāi)害,華中、華東部分地區(qū)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的大強(qiáng)度、大范圍低溫雨雪冰凍天氣, 導(dǎo)致湖南、江西、浙江、安徽、湖北等地的電網(wǎng)發(fā)生倒塔、斷線、舞動(dòng)、覆冰閃絡(luò)等多種災(zāi)害, 湖南電網(wǎng)14條500 kV、44條220 kV和121條110 kV線路停運(yùn); 江西電網(wǎng)17條500 kV、57條220 kV和168條110 kV線路停運(yùn); 浙江電網(wǎng)23條500 kV、21條220 kV和14條110 kV線路停運(yùn), “西電東送”大通道江城、宜華500 kV直流線路損壞嚴(yán)重, 河南、重慶、四川等地的電網(wǎng)也受到不同程度的沖擊和破壞。部分地區(qū)的線路覆冰厚度達(dá)到40～60mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了15～20 mm的設(shè)計(jì)值,如圖1.1。貴州500kV骨干網(wǎng)基本癱瘓,華中、華東電網(wǎng)幾十條500kV線路倒塔、倒桿、解列和停運(yùn),最大電力缺口接近4000萬(wàn)kW。截至2月12日,全國(guó)因?yàn)?zāi)停運(yùn)線路共35968條,停運(yùn)變電站1731座, 110～500kV線路倒塔8709座,全國(guó)13個(gè)省份拉閘限電,共有17個(gè)省級(jí)電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張。全國(guó)受災(zāi)人口達(dá)1億多,直接經(jīng)濟(jì)損失超過1100億元。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,超高壓大容量輸電線路越建越多,線路走廊穿越的地理環(huán)境更加復(fù)雜,如經(jīng)過大面積的水庫(kù)、湖泊和崇山峻嶺,給線路維護(hù)帶來(lái)很多困難. 而且在嚴(yán)冬及初春季節(jié),我國(guó)云貴高原、川陜一帶及兩湖地區(qū)常出現(xiàn)霧凇和雨凇現(xiàn)象,造成架空輸電線路覆冰,使線路舞動(dòng)、閃絡(luò)、燒傷,甚至斷線倒桿,使電網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞,安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅.在緊急情況下,尋道員用帶電操作桿或其它類似的絕緣棒只能為很少的一部分覆冰線路除冰, 人工除冰有很高的危險(xiǎn)性[1 ]。在國(guó)外,一些國(guó)家的地理與氣候情況與我國(guó)相似,甚至一些國(guó)家的情況更加惡劣,為了保證電力系統(tǒng)的可靠性,提高高壓輸電線除冰的效率,減少損失,維護(hù)工人的安全,開發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的熱點(diǎn). 因此,研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。
1.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)除冰設(shè)備及技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)
目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外的除冰技術(shù)可歸納有3 0 余種，總體可分為：
1.大電流融冰法:主要包括過電流融冰法、短路電流融冰法和直流電流融冰法。此類方法也是目前工程中普遍采用的方案,在實(shí)際運(yùn)用過程中積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2.機(jī)械除冰法:滑輪刮鏟法是目前唯一可行的輸電線路除冰的機(jī)械方法,其過程是由地面工作人員拉動(dòng)可以在線路上行走的滑輪達(dá)到鏟除覆冰的目的。但該方法并不適用于我國(guó)西部高海拔、地形復(fù)雜地區(qū)。
3.被動(dòng)法:被動(dòng)法就是依靠風(fēng)、地球引力、隨機(jī)散射和溫度變化等脫冰的被動(dòng)方法無(wú)需附加能量?，F(xiàn)已經(jīng)在輸電線路上得到應(yīng)用的有平衡重量、線夾、除冰環(huán)、阻雪環(huán)、憎水憎冰涂料、風(fēng)力錘等來(lái)減少輸電線路的覆冰,安裝防震錘等來(lái)減少導(dǎo)線的舞動(dòng)。被動(dòng)法有費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn),但不能阻止覆冰的形成,而且僅適用于特定的地區(qū)。
4.其他方法:除上述幾種方法外,還有利用電磁脈沖、氣動(dòng)脈沖、電暈放電、電子凍結(jié)、碰撞前顆粒加熱和凍結(jié)等防冰除冰方法,但很多還處于理想或試驗(yàn)階段。而最近國(guó)內(nèi)外比較熱門的機(jī)械除冰法主要通過除冰機(jī)器人來(lái)完成，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)的除冰機(jī)器人通常包括3部分：1.爬行機(jī)構(gòu) 2.越障機(jī)構(gòu) 3.除冰機(jī)構(gòu)。并且向著小型化，實(shí)用化，可越障，智能化的方向發(fā)展。
第二章 總體原理方案設(shè)計(jì)
2.1 總體方案
本設(shè)計(jì)采用八輪式結(jié)構(gòu)布局，具有小型輕質(zhì)，除冰效率高，安裝方便，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)的特點(diǎn)。工作原理如圖2—1所示，輸電線除冰機(jī)工作時(shí)由行走電機(jī)推動(dòng)機(jī)器行走，從左到右為電機(jī)1和電機(jī)2，電機(jī)1是行走電機(jī)，電機(jī)2是反轉(zhuǎn)電機(jī)你，電機(jī)通過鏈輪連接驅(qū)動(dòng)軸使得行走輪回轉(zhuǎn)。兩個(gè)電機(jī)配合運(yùn)動(dòng)時(shí)，有以下三種情況，情況一，當(dāng)行走的是平坦的線路時(shí)，電機(jī)1工作，電機(jī)2處于休眠狀態(tài)，動(dòng)力有只有電機(jī)1來(lái)提供；情況二，當(dāng)行走的是爬坡路線時(shí)，電機(jī)1,和2同時(shí)工作，動(dòng)力由電機(jī)1和2頭同時(shí)提供；情況三，當(dāng)行走的是下坡路線時(shí)，電機(jī)1工作，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，此時(shí)，動(dòng)力原為電機(jī)1的動(dòng)力減去電機(jī)2的動(dòng)力。
輪式輸電線除冰機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。輪式輸電線除冰機(jī)的組成框圖，如圖2.1所示。
圖2.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.2原理方案設(shè)計(jì)
能夠?qū)崿F(xiàn)輪式輸電線除冰機(jī)功能的技術(shù)原理很多，但各有利有弊，具體分析如下：
1.驅(qū)動(dòng)方式選擇
1）小型柴油機(jī)驅(qū)動(dòng) 柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是馬力大，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但重量和所占空間過大，驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，容易引起輸電線舞動(dòng)，不適用于在輸電上行走使用，另外對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生污染，不環(huán)保。
2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 型號(hào)較多，選擇范圍廣。在質(zhì)量和振動(dòng)方面有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可以滿足環(huán)護(hù)要求。
圖2.2輪式輸電線除冰機(jī)組成框圖及運(yùn)動(dòng)傳遞路線
本設(shè)計(jì)中采用電驅(qū)動(dòng)方式，優(yōu)先采用電池供電的直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。
2．減速方式選擇
1）帶傳動(dòng) 抗拉強(qiáng)度較大，耐濕性好，廉價(jià)，可以傳送較大功率。但所需空間比較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合。
2）鏈傳動(dòng) 鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，鏈輪齒受力情況較好，承載能力較大；有一定的緩沖與減震性能；中心距可大而結(jié)構(gòu)輕便?？梢赃m應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。但是同樣，所需空間較大，不適用于受空間限制要求中心距小以及急速反向傳動(dòng)的場(chǎng)合。
3）齒輪傳動(dòng) 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速；速度和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40m/s）、中速和低速（v<25m/s）的傳動(dòng)；功率可從小于1W到105kW；傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá)99%以上；結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)。
4）蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)用于交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。傳動(dòng)比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖；效率低，易發(fā)熱，蝸輪制造需要貴重的減摩性有色金屬。
鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)雖然適應(yīng)環(huán)境的能力比較強(qiáng)，考慮到空間問題，本設(shè)計(jì)采用的減速裝置都是直接與電動(dòng)機(jī)相連的，蝸桿傳動(dòng)效率低，易發(fā)熱，環(huán)境適應(yīng)性差。因此，綜合考慮各方面因素，減速方式選擇通過鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。
3.行走方式選擇
1）履帶式 履帶式行走機(jī)構(gòu)廣泛用于工程機(jī)械、拖拉機(jī)等野外作業(yè)車輛。行走條件相對(duì)惡劣，該行走機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度和剛度；具有良好的行進(jìn)及轉(zhuǎn)向功能。但是履帶式行走機(jī)構(gòu)特別笨重，不適于作為輸電線除冰車的行走機(jī)構(gòu)。
2）輪式 輪式行走機(jī)構(gòu)廣泛于汽車、火車、航空等各種交通工具，應(yīng)用范圍極廣，可在大多數(shù)路況行走，適應(yīng)能力較強(qiáng)。質(zhì)量較輕，便于攜帶、裝配、更換。
3）液壓缸式 在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓元件實(shí)險(xiǎn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。但是工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。
由于履帶式系統(tǒng)過于笨重，因此不適合在輸電線上行走；液壓系統(tǒng)過于復(fù)雜，也不適合用于輸電線除冰機(jī)上。因此輸電線除冰機(jī)的行走機(jī)構(gòu)采用輪式行走機(jī)構(gòu)。為了使輪式行走機(jī)構(gòu)在輸電線上行走更加平穩(wěn)，在行走輪中部開通一個(gè)直徑為28mm的凹槽。
圖2-3 行走輪
4.除冰方式選擇
1)加熱除冰 通過電阻加熱或噴火加熱，使覆冰融化，達(dá)到清除覆冰的目的。加熱除冰方法對(duì)環(huán)境沒有任何污染，清除效率高。但是這個(gè)方法耗能過多，不節(jié)能。
2)化學(xué)法除冰 依靠撒布化學(xué)藥劑固體顆?；蛞后w使冰雪融化為化學(xué)融冰, 其特點(diǎn)是除凈率高, 但這種方法成本高, 且容易對(duì)環(huán)境造成污染, 尤其是鈉鹽融雪劑對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有破壞作用, 易造成混凝土路面的表層脫落, 使電線質(zhì)量受損而縮短其使用壽命, 對(duì)植被的損害也較嚴(yán)重。
3）振動(dòng)除冰 振動(dòng)式除冰法, 通過馬達(dá)帶動(dòng)一具有一定重量的除冰錘上下往復(fù)的敲擊動(dòng)作,當(dāng)敲擊到覆冰上時(shí)，覆冰由于受到震動(dòng)，與輸電線脫離。達(dá)到除冰的目的。此方法除冰效果明顯，效率較高，能耗少。
4）對(duì)滾銑削除冰 對(duì)滾銑削式除冰工作裝置安裝在輸電線除冰機(jī)前端, 通過滾壓輪上的組合刀片, 依靠較高轉(zhuǎn)速把輸電線上的覆冰銑除。此方法工作效率高，清除效果好。
加熱方法耗能過多，輸電線除冰機(jī)不能攜帶過重的能源儲(chǔ)存裝置，因此加熱除冰法不適用。化學(xué)法對(duì)環(huán)境污染大，對(duì)輸電線腐蝕比較大，不宜采用。綜合來(lái)看，采用對(duì)滾銑削和振動(dòng)除冰法是最佳選擇。
5.行走輪行走方法與越障
行走輪是推動(dòng)輸電線除冰機(jī)行走的主要零件,上端行走輪倒掛在電線上,主要目的是給除冰機(jī)提供一個(gè)拉力,使除冰機(jī)能掛在電線上。下端加緊輪通過機(jī)架和凸輪機(jī)構(gòu)與上端行走輪加緊導(dǎo)線，負(fù)責(zé)推進(jìn)除冰機(jī)行進(jìn)。為了使輸電線除冰機(jī)推進(jìn)更加平穩(wěn)，我們采用了八個(gè)輪子的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。此外，通過對(duì)滾刀具除冰機(jī)構(gòu)的電線上可能依然會(huì)有小塊的覆冰。因此，行走輪還應(yīng)該具有一定的越障能力。不會(huì)讓小塊覆冰成為行走輪推進(jìn)除冰機(jī)行走的障礙。通過彈簧機(jī)構(gòu)，行走輪可以輕易地越過小塊覆冰。
圖2.4行走輪越障機(jī)構(gòu)
綜合考慮：本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈輪減速機(jī)構(gòu)，輪式行走方式，振動(dòng)和對(duì)滾洗刀除冰的方式。
第三章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1電機(jī)選擇
由于網(wǎng)絡(luò)上并沒有相關(guān)的完整計(jì)算的論文，而且此項(xiàng)目并非特別普及，所以電機(jī)選擇是很大的難題，沒有相關(guān)資料可以借鑒。在此情況下，通過導(dǎo)師在以前的工程項(xiàng)目中積累的經(jīng)驗(yàn)，建議采用ZYT系列永磁直流電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體或稀土永久磁鐵激磁，屬于封閉自冷式。作為小功率直流電機(jī)，可在各種裝置中用作驅(qū)動(dòng)元件。
在本次設(shè)計(jì)總共用到5個(gè)電機(jī)，除冰部分用到了1個(gè)振動(dòng)電機(jī)，2個(gè)切削電機(jī)；行走部分由1個(gè)行走電機(jī)和1個(gè)制動(dòng)電機(jī)組成。
由高壓輸電導(dǎo)線除冰機(jī)的工作情況，自身的重量等因素綜合考慮，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定如下行走速度V=5～8m/min,最大爬行角度為40度，敲擊電機(jī)V=250r/min,銑削速度V=3r/s。通過考察，得知除冰厚度40～50mm，銑削冰的厚度為大約為10mm。
以下為電機(jī)的相關(guān)參數(shù)（如表3.3）
表3.3
型號(hào)
SDDM-
轉(zhuǎn)矩
（mN.m）
轉(zhuǎn)速
（r/min）
功率
（W）
電壓
（V）
電流（A）
不大于
允許順逆轉(zhuǎn)速差（r/min）
附注
90ZYT51
510
1500
80
110
1.1
100
90ZYT52
510
1500
80
220
0.55
100
90ZYT55
510
1500
80
24
5.0
100
90ZYT53
480
3000
150
110
2.0
200
90ZYT54
480
3000
150
220
1.0
200
90ZYT101
796
1500
125
110
1.6
100
90ZYT102
796
1500
125
220
0.6
100
90ZYT106
796
1500
125
24
6,.5
200
綜合上表個(gè)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的考慮最后確定選定敲擊電機(jī)用90ZYT55PX6A3,行走電機(jī)用90ZYT106PX36A3。電機(jī)參數(shù)如下表3.4
表3.4
型號(hào)
SDDM-
轉(zhuǎn)矩
（mN.m）
轉(zhuǎn)速
（r/min）
功率
（W）
電壓
（V）
電流（A）
不大于
允許順逆轉(zhuǎn)速差
（r/min）
附注
55ZYT01
63.7
3000
20
24
1.5
200
55ZYT02
63.7
3000
20
24
1.3
200
55ZYT03
63.7
3000
20
48
0.7
200
55ZYT04
63.7
3000
20
110
0.34
200
55ZYT05
55.7
6000
35
24
2.5
300
55ZYT06
55.7
6000
35
27
2.2
300
55ZYT07
55.7
6000
35
48
1.3
300
55ZYT08
55.7
6000
35
110
0.54
300
55ZYT09
78
2500
20.4
12
3.2
150
55ZYT10
63.7
3600
24
110
0.4
200
55ZYT51
92.3
3000
29
24
2.1
200
55ZYT52
92.3
3000
29
27
1.8
200
55ZYT53
92.3
3000
29
48
1.1
200
55ZYT54
92.3
3000
29
110
0.46
200
55ZYT55
79.6
6000
50
24
3.45
300
55ZYT56
79.6
6000
50
27
3.1
300
55ZYT57
79.6
6000
50
48
1.74
300
55ZYT58
79.6
6000
50
110
0.74
300
55ZYT59
85
8000-10000
80
110
1.15
500
55ZYT61
76.4
5000
40
24
2.5
250
55ZYT63
127.4
1500
20
24
1.25
100
55ZYT64
95
3000
30
220
0.25
200
55ZYT65
89.2
7500
70
110
1.0
400
55ZYT66
110.8
2500
29
110
0.45
150
55ZYT68
69.6
5500
40
36
1.7
250
55ZYT72
95.5
2500
25
24
1.7
150
55ZYT76
92.3
2000
199
110
0.27
100
55ZYT101
76.4
15000
120
24
7.5
700
55ZYT105
108.2
7500
85
110
1.2
400
55ZYT01
63.7
3000
20
24
1.5
200
55ZYT02
63.7
3000
20
27
1.3
200
55ZYT03
63.7
3000
20
48
0.7
200
55ZYT04
63.7
3000
20
110
0.34
200
55ZYT05
55.7
6000
35
24
2.5
300
55ZYT06
55.7
6000
35
27
2.2
300
55ZYT07
55.7
6000
35
48
1.3
300
55ZYT08
55.7
6000
35
110
0.54
300
55ZYT51
92.3
3000
29
24
2.1
200
55ZYT52
92.3
3000
29
27
1.8
200
55ZYT53
92.3
3000
29
48
1.1
200
55ZYT54
92.3
3000
29
110
0.46
200
55ZYT55
79.6
6000
50
24
3.45
300
55ZYT56
79.6
6000
50
27
3.1
300
55ZYT57
79.6
6000
50
48
1.74
300
55ZYT58
79.6
6000
50
110
0.74
300
55ZYT65
89.2
7500
70
110
1.0
400
70ZYT01
159.2
3000
50
24
3.2
200
70ZYT02
159.2
3000
50
27
2.9
200
70ZYT03
159.2
3000
50
48
1.5
200
70ZYT04
159.2
3000
50
110
0.7
200
70ZYT05
135.4
6000
85
24
5.2
300
70ZYT06
135.4
6000
85
27
4.8
300
70ZYT07
135.4
6000
85
48
2.6
300
70ZYT08
135.4
6000
85
110
1.1
300
70ZYT51
223
3000
70
24
4.3
200
70ZYT52
223
3000
70
27
3.8
200
70ZYT53
223
3000
70
48
2.2
200
70ZYT54
223
3000
70
110
0.95
200
經(jīng)過查閱相關(guān)資料和多次實(shí)驗(yàn)最后確定銑削電機(jī)為70ZYT51PX16A3，制動(dòng)電機(jī)55ZYT55PX96A
3.2 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性
3.2.1鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性
因?yàn)殒準(zhǔn)怯蓜傂枣湽?jié)通過銷軸鉸接而成，當(dāng)鏈繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這些鏈節(jié)將曲折成正多邊形的一部分，該正多邊的邊長(zhǎng)等于鏈條的節(jié)距，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)。鏈輪每轉(zhuǎn)一周，隨之轉(zhuǎn)過的鏈長(zhǎng)為，所以鏈的平均速度(m/s)為
（3-1）
式中、分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)； 、分別為主、從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)數(shù)()；為鏈的節(jié)距(mm)。
（3-2）
式中（3-1）和（3-2）計(jì)算的鏈速和傳動(dòng)比是平均值。事實(shí)上，即使主動(dòng)鏈輪的角速度=常數(shù)，其瞬間鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比都是變化的，而且是按每一鏈節(jié)的嚙合過程都作周期性的變化。
圖3.1 鏈傳動(dòng)的速度分析
鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繞在鏈輪的鏈條，只有其鉸鏈的銷軸A的軸心是沿著鏈輪分度圓運(yùn)動(dòng)的，而鏈節(jié)其余部分的運(yùn)動(dòng)軌跡均不在分度圓上。若主動(dòng)鏈輪以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，該鏈節(jié)的鉸鏈銷軸A的軸心作等速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)鏈輪分度圓半徑為，則其圓周速度=。
設(shè)鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，主動(dòng)邊始終處于水平位置。這樣可分解為沿著鏈條前進(jìn)方向的水平分速度和作橫向運(yùn)動(dòng)的垂直分速度，其值分別為
（3-3）
（3-4）
式中是主動(dòng)鏈輪上進(jìn)入嚙合的鏈節(jié)鉸鏈銷軸A的圓周速度與水平線的角度，從銷軸A圓周速度與水平線的夾角，從銷軸A進(jìn)入鏈輪嚙合位置到銷軸B也進(jìn)入鏈輪嚙合位置為止，角也是從到之間變化。(=360°/是主動(dòng)鏈輪上鏈節(jié)距對(duì)應(yīng)的中心角)。
當(dāng)時(shí)，
（3-5）
（3-6）
當(dāng)時(shí)，
（3-7）
（3-8）
由此可知，主動(dòng)鏈輪雖然作等角速度回轉(zhuǎn)，而鏈條前進(jìn)的瞬時(shí)速度卻周期性地由小變大，又有大變小。每轉(zhuǎn)過一個(gè)鏈節(jié)，鏈速的變化就重復(fù)一次，鏈輪的節(jié)距越大，齒數(shù)越少，角的變化范圍就越大，鏈速的變化也就越大。于此同時(shí)，鉸鏈銷軸作橫向運(yùn)動(dòng)的垂直分速度也在周期性的變化，導(dǎo)致鏈沿鉛垂方向產(chǎn)生有規(guī)律的振動(dòng)。
同理可知，每一鏈節(jié)在從動(dòng)鏈輪輪齒嚙合的過程中，鏈節(jié)鉸鏈在從動(dòng)鏈輪的相位角，也在不斷的在的范圍內(nèi)變化，所以從動(dòng)鏈輪的角速度為
（3-9）
鏈從動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為
（3-10）
可見，隨著角和角不斷變化，鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是不斷變化的。當(dāng)主動(dòng)鏈輪以等速度回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)鏈輪的角速度將周期性地變動(dòng)。只有在=（即=），且傳動(dòng)的中心距恰好為節(jié)距的整數(shù)倍時(shí)（這時(shí)和角的變化才會(huì)時(shí)時(shí)相等），傳動(dòng)比才能在全部嚙合過程中保持不變，即恒等于1，鏈條的送進(jìn)速度恒定，但鏈條的垂直分速度總是周期性變化的。
上述鏈傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的不均勻性的特征，是由于圍繞在鏈輪上的鏈條形成了正多邊形這一特點(diǎn)造成的，所以稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。
3.2.2鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷
鏈傳動(dòng)在工作過程中，鏈條和從動(dòng)鏈輪都是作周期性的變速運(yùn)動(dòng)，因而造成和從動(dòng)鏈輪相連的零件也產(chǎn)生周期性的速度變化，從而引起了動(dòng)載荷。鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)是產(chǎn)生動(dòng)載荷的根本原因。動(dòng)載荷的大小與回轉(zhuǎn)零件的質(zhì)量及加速度的大小有關(guān)。
鏈條前進(jìn)加速度引起的動(dòng)載荷為
（3-11）
式中為緊邊鏈條的質(zhì)量（）；為鏈條加速度（/）。
（3-12）
當(dāng)時(shí)， （3-13）
式中 為鏈節(jié)距
（3-14）
從動(dòng)鏈輪的角加速度引起的動(dòng)載荷為
（3-15）
式中是從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為從動(dòng)鏈輪的角速度(rad/s)；為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑()。
計(jì)算結(jié)果表明，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高、節(jié)距越大、齒數(shù)越少，則傳動(dòng)的動(dòng)載荷就越大。
由于鏈條在橫向的分速度也在作周期性的變化，將使鏈條發(fā)生橫向振動(dòng)，甚至發(fā)生共振，這也是鏈傳動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)載荷的重要原因之一。
鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對(duì)速度，也將引起沖擊和動(dòng)載荷，顯然，鏈節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越強(qiáng)烈。
3.2.3鏈傳動(dòng)的受力分析
鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是松邊不致下垂過多，以免影響鏈條正常退出嚙合和產(chǎn)生振動(dòng)、跳齒或脫鏈現(xiàn)象，因而所需的張緊力比起帶傳動(dòng)來(lái)要小的多。
鏈條在工作過程中，緊邊和松邊的拉力是不等的。若不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，則鏈的緊邊受到拉力是由鏈傳遞的有效圓周力、鏈的離心力所引起的拉力以及由鏈條松邊垂邊度引起的懸垂拉力三部分組成，即
（3-15）
鏈的松邊所受拉力則由及兩部分組成，即
（3-16）
有效圓周力為
（3-17）
離心力引起的拉力()為
（3-18）
懸垂拉力的大小與鏈條的松邊垂度及傳動(dòng)的布置方式有關(guān)，取和中之大者。
（3-19a）
（3-19b）
式中為實(shí)際傳遞的的功率（）；為鏈速（）；單位長(zhǎng)度鏈條的重量()；為鏈傳動(dòng)的中心距()；為垂度因數(shù)。圖中為垂度，為兩輪中心聯(lián)線與水平面的傾斜角。一般鏈邊中點(diǎn)的相對(duì)垂度=1%～3%。
圖3.2 懸垂拉力的確定
3.3設(shè)計(jì)計(jì)算
1 選定鏈輪的類型，精度等級(jí)，材料以及齒數(shù)
1） 按照?qǐng)D2.1所示的傳動(dòng)方案，由于考慮高壓輸電導(dǎo)線除冰劑是在高空作業(yè)，不適合帶有笨重的變速箱，在考慮到空間和減速機(jī)構(gòu)的重量、安裝等的問題，本設(shè)計(jì)直接采用減速器與電機(jī)一體的裝置，這樣制作比較簡(jiǎn)單可以降低成本，減少重量和提高空間利用率。動(dòng)力由電機(jī)提供再通過在電機(jī)上的減速器輸出一定的速度在通過鏈輪把動(dòng)力傳給軸Ⅰ、Ⅱ。
2） 該輸電線輪式除冰機(jī)工作時(shí)的速度較低，所以選擇08A
3） 材料選擇。由鏈輪的失效形式可知，一般鏈輪失效的形式有（1）鏈板疲勞破壞即鏈在松邊拉力和緊邊拉力的反復(fù)作用下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板會(huì)發(fā)生疲勞破壞。在正常的潤(rùn)滑下，疲勞強(qiáng)度是限定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素；（2）滾子套筒的沖擊疲勞破壞即鏈傳動(dòng)的嚙入沖擊首先由滾子和套筒承受。在反復(fù)多次的沖擊下，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，滾子、套筒會(huì)發(fā)生發(fā)生疲勞破壞，這種失效形式多發(fā)生于中、高速閉式鏈傳動(dòng)中；（3）銷軸與套筒的膠合即潤(rùn)滑不當(dāng)或速度過高時(shí)，銷軸和套筒的工作表面會(huì)發(fā)生膠合。膠合限定了鏈傳動(dòng)的極限轉(zhuǎn)速。（4）鏈條鉸鏈磨損即鉸鏈磨損后鏈節(jié)變長(zhǎng)，容易引起跳齒或脫齒。開式傳動(dòng)、環(huán)境條件惡劣或潤(rùn)滑密封不良時(shí)，極易引起鉸鏈磨損，從而急劇降低鏈條的使用壽命；（5）過載拉斷即這種拉斷常發(fā)生于低速重載或嚴(yán)重過載的傳動(dòng)。綜上，設(shè)計(jì)鏈輪時(shí)，應(yīng)該使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合以及抗塑性變形的能力，要有較高的抗折斷的能力。因此，小鏈輪的嚙合次數(shù)比大連輪多，所受沖擊力也大，故所用材料一般優(yōu)于大鏈輪。常用的鏈輪材料有碳素鋼（如Q235、Q275、45、ZG310-570等），灰鑄鐵如（HT200）等。重要的鏈輪可采用合金鋼。
2 鏈輪尺寸設(shè)計(jì)
大鏈輪的尺寸計(jì)算（如表3.1）
表3.1 大鏈輪的計(jì)算
序號(hào)
名稱
符號(hào)
計(jì)算區(qū)域
計(jì)算結(jié)果
1
節(jié)距值
p
數(shù)值1
數(shù)值2
鏈號(hào)
鏈號(hào)
25.4
16
06
9.525
2
分度圓直徑
d
P
度數(shù)
Z
9.535
180
30
0.10452
91.12
3
齒頂圓直徑
d
數(shù)值
p
91.12
1.25
9.35
6.35
95.24
4
齒根圓直徑
d
91.12
6.35
84.77
5
最大齒根距
奇數(shù)齒
84.65
偶數(shù)齒
0.99862953
84.77
通過計(jì)算：
大鏈輪的尺寸計(jì)算節(jié)距為9.525
分度圓直徑為91.12
齒頂圓直徑為95.24
齒根圓直徑為84.77
小鏈輪的尺寸計(jì)算（如表3.2）
表3.2小鏈輪的計(jì)算
序號(hào)
名稱
符號(hào)
計(jì)算區(qū)域
計(jì)算結(jié)果
1
節(jié)距值
p
數(shù)值1
數(shù)值2
鏈號(hào)
鏈號(hào)
25.4
16
06
9.525
2
分度圓直徑
d
P
度數(shù)
Z
9.535
180
25
0.125333
76
3
齒頂圓直徑
d
數(shù)值
p
76
1.25
9.35
6.35
80.86
4
齒根圓直徑
d
76
6.35
69.65
5
最大齒根距
奇數(shù)齒
70.65
偶數(shù)齒
0.99802672
69.65
分度圓直徑為76
齒頂圓直徑為80.86
齒根圓直徑為69.65
第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
1 軸的材料選擇
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中最常用的是45號(hào)鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
必須指出：在一般工作溫度下（低于200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可以選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來(lái)提高軸的剛度。
各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾壓等），對(duì)提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。
高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉，良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。
根據(jù)軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，結(jié)合此處的實(shí)際的情況，所受載荷小而且轉(zhuǎn)速低所以三個(gè)軸均選擇用45鋼（調(diào)質(zhì)）。
2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上零件的類型，尺寸，數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)，大小，方向以及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多，而且結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而不同，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。
軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋等來(lái)保證的。
軸肩 分為定位軸肩和非定位軸肩兩類，利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會(huì)使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場(chǎng)合。
套筒定位 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開槽﹑鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，也不宜采用套筒定位。
螺母 定位可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會(huì)降低軸的疲勞強(qiáng)度，故一般用于固定軸端的零件，有雙圓螺母和圓螺母與止動(dòng)墊片兩種型式。當(dāng)軸上兩零件間距離較大不宜使用套筒定位時(shí)，也常采用圓螺母定位。
軸承端蓋 用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圈得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。
軸上零件的周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的周向定位零件有鍵﹑花鍵、銷﹑緊定螺釘以及過盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處
有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。
為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。
確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來(lái)確定的。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度一般應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短2～3mm。
由于軸上零件比較少。所以不需要太多的軸肩。因此設(shè)計(jì)成長(zhǎng)度為556mm的五段階梯軸，需要在指定位置開鍵槽。軸的兩端分別有15mm的螺紋。
軸上零件的周向定位
圖4.1 軸的裝配結(jié)構(gòu)
鏈輪、車輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè)查得平鍵截面 （摘自GB/T 1095-2003），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為70mm（摘自GB/T 1096-2003）。 同時(shí)為了保證齒輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H8/h7；同樣車輪與與軸的聯(lián)接，選用B型平鍵 ，車輪與軸的配合為H8/h7.
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，M15螺紋倒角為2×45°；各軸肩處的圓角半徑取R1。
初步確定的軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。
圖4.2 傳動(dòng)軸
6、不需要有用有色金屬；
7、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，成批生產(chǎn)，成本低；
與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的缺點(diǎn)：
1、承受沖擊載荷能力較差；
2、高速重載載荷下軸承壽命較低；
3、振動(dòng)及噪聲較大；
4、徑向尺寸比滑動(dòng)軸承；
能否正確選用滾動(dòng)軸承，對(duì)主機(jī)能否獲得良好的工作性能，延長(zhǎng)使用壽命；對(duì)企業(yè)能否縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用，提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計(jì)制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動(dòng)軸承時(shí)都必須高度重視。一般來(lái)說(shuō)，選擇軸承的步驟可能概括為：1.根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類型、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類型、公差等級(jí)和游隙；2.根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計(jì)算確定軸承型號(hào)，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號(hào)，再驗(yàn)算壽命；3.驗(yàn)算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。
選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良?jí)勖洼d荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級(jí)和游隙工求的最終方案。類型選擇，各類滾動(dòng)軸承具有不同的特性，適用于各種機(jī)械的不同使用情況。選擇軸承類型時(shí)，通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下：對(duì)承受推力載荷時(shí)選用推力軸承、角接觸軸承，對(duì)高速應(yīng)用場(chǎng)合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時(shí)，則選用滾子軸承?？傊?，選用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選用合適的類型。軸承所占機(jī)械的空間和位置 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動(dòng)軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當(dāng)軸承在機(jī)器的直徑方向受到限制時(shí)，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當(dāng)軸承在機(jī)器的軸向位置受到限制時(shí)，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì) 載荷是選用軸承的最主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動(dòng)載荷。在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷時(shí)，可選用推力滾子軸承。當(dāng)軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。對(duì)于懸臂支撐結(jié)構(gòu)，常采用圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，且成對(duì)使用。
滾動(dòng)軸承類型選擇應(yīng)注意的問題:
1、考慮軸承的承受載荷情況
方向：受徑向力時(shí)，用向心軸承；受軸向力時(shí)，用推力軸承；徑向力和周向力聯(lián)合作用時(shí)，用向心推力軸承；
大小：受到較大載荷時(shí)，可用滾子軸承，或尺寸系列較大的軸承；受到較小載荷時(shí)，可用球軸承，或尺寸系列較小的軸承
2、考慮對(duì)軸承尺寸的限制
當(dāng)對(duì)軸承的徑向尺寸嚴(yán)格限制時(shí)，可選用滾針軸承；
3、考慮軸承的轉(zhuǎn)速
一般來(lái)講，球軸承比滾子軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速，輕系列的軸承比重系列的軸承能適應(yīng)更高的轉(zhuǎn)速；此外，各類推力軸承的極限轉(zhuǎn)速很低，不易用于高轉(zhuǎn)速的情況。
4、考慮對(duì)軸承的調(diào)心性要求
調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承均能滿足一定的調(diào)心要求（即：軸心線與軸承座孔心線可適當(dāng)偏轉(zhuǎn)），而圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承滿足調(diào)心要求的能力幾乎為零
根據(jù)各個(gè)軸承的特點(diǎn)以及選用原則，可以肯定我們初步選定的型號(hào)6004深溝球軸承滿足要求。
由于軸1所承載的載荷最大，且軸1的轉(zhuǎn)速最大，故軸1上的軸承最危險(xiǎn)。若此軸承壽命滿足要求，則其它軸承亦可滿足要求。所選6004深溝球軸承的基本額定動(dòng)載荷C為9.38kN假設(shè)鏈傳動(dòng)的效率為0.9。
(3-26)
(3-27)
顯然，軸承壽命滿足要求。
4.2 機(jī)架的設(shè)計(jì)
底座、機(jī)架、箱體、基板等零件都屬于機(jī)架零件。
機(jī)架零件可劃分為四大類：即機(jī)座類、機(jī)架類、基板類和箱殼類，對(duì)機(jī)架零件一般可提出下列要求:
(1)工況要求：即任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過的突起,設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
(2)剛度要求：在必須保證特定的外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形，振動(dòng)或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其它性能。例如機(jī)床的零部件中，床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。
(3)強(qiáng)度要求：對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也能滿足強(qiáng)度的要求
(4)穩(wěn)定性要求：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)必須校核。
(5)美觀：目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。
(6)其它：如散熱的要求，防腐蝕及特定環(huán)境的要求。
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
(1)機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
(2)結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
(3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
(5)抗振性能好。
(6)耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
(7)有導(dǎo)軌的機(jī)架要求機(jī)架導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
圖4.3 機(jī)架
第五章 三維建模
5.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。
1）Pro/Engineer
Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和