轉盤換軌電動平車系統(tǒng)-電動平車設計

轉盤換軌電動平車系統(tǒng)-電動平車設計,轉盤換軌電動平車系統(tǒng)-電動平車設計,轉盤,電動,平車,系統(tǒng),設計 目 錄 摘要 3 ABSTRACT 3 1 引言 4 1.1電動平車簡介 4 1.1.1 軌道供電式電動平車 4 1.1.2 蓄電池式 4 2 設計任務及確定系統(tǒng)方案 5 2.1設計內容簡介 5 2.2主要技術參數(shù) 5 2.3 系統(tǒng)方案確定 6 2.3.1 平車動作描述 6 2.3.2 平車運動程序設計 6 2.3.3 電氣控制 6 2.3.4 電動平車技術要求 8 3 電動平車機械結構設計 9 3.1 原動機選擇 9 3.1.1 方案比較 10 3.1.2 方案確定 10 3.2 電動平車傳動裝置總體設計 12 3.2.1 平車車輪設計 12 3.2.2平車總傳動比 12 3.2.3 傳動比的分配 13 3.2.4 平車傳動裝置的運動和動力參數(shù) 13 3.3 電動平車傳動機構設計 14 3.3.1減速器的選擇與計算 14 3.3.2 鏈傳動設計 15 3.4電動平車輪軸的設計 17 3.4.1主動軸的設計及校核 17 3.4.2 從動軸的機構設計 23 3.5 滾動軸承的選擇和計算 25 3.5.1滾動軸承的選擇 25 3.5.2 滾動軸承壽命計算及潤滑 25 3.6 連接的選擇和計算 28 3.6.1 鍵連接的選擇和計算 28 4 整條生產線電氣控制系統(tǒng)的設計 30 4.1 PLC選擇 30 4.2 運動分析 30 4.3 四種運動情況分析 31 4.4 輸入點地址分配 33 4.5 輸出點地址分配 35 4.6 控制柜設計 36 4.7 電動平車電氣控制 37 本章附錄 39 總結 64 參考文獻 65 附錄 科技文章翻譯 67 轉盤換軌電動平車系統(tǒng)—電動平車設計 摘要 自動生產線轉盤換軌電動平車系統(tǒng)已被廣泛應用于各種生產車間，它提高了生產效率，降低了生產成本，可根據(jù)廠房空間具體設計，是許多企業(yè)的首選方案。 本書主要介紹了轉盤電動平車系統(tǒng)中電動平車的設計，包括整個系統(tǒng)的簡介、電動平車的整體設計及電氣控制系統(tǒng)設計。電動平車傳動機構的設計計算。 關鍵詞：電動平車，傳動機構，電動轉盤，設計計算，控制系統(tǒng)設計。 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、車庫內貨物轉運過程中，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，經軌道滑觸線饋送給平車，再經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 設計任務書及系統(tǒng)方案 2.1設計內容簡介 本課題是應某企業(yè)電氣設備裝配車間的一條自動生產線要求而確定的，本電動平車系統(tǒng)共有A、B、C、D四條軌道，兩縱兩橫，電動平車應能夠在這四條軌道上自動行駛，換軌通過轉盤裝置。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； 轉盤設計轉速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，通過轉盤轉換。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，設置起始位置為A；目的地A、B、C、D四個鍵，設為B。①按啟動按鈕；②轉盤接通A軌道；③電動平車向轉盤運動；④電動平車運動至轉盤軌道上；⑤鎖緊；⑥轉盤轉動接通B軌道；⑦電動平車解除鎖緊；⑧電動平車從轉盤向B軌道運動；⑨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。電動平車及轉盤設點動調整。電動平車額定速度30m/min,功率2kW。 1、轉盤設計轉速0.5r/min,功率0.75kW，直徑3200mm的線速度為5m/min，設電動機停止時間4s，則停車后轉盤外圓周行程為。 2、轉盤在設3個位置；每個位置的傳感器動作狀態(tài)保持連續(xù)，即應在平車預停車信號后滑行段位置信號保持。 2.3.2 平車運行程序設計方案 1、平車從某條線上，人工按鍵設置起始位置，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，平車按設置程序一直運行至終點限位停車。 3、平車上控制電機正轉、反轉、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、操作按鍵設平車或地面控制柜上。 6、兩臺平車編號區(qū)別，當平車運行與另一臺平車距離小于1～2m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，設二個位置的充電機充電。 2、轉盤及傳感器采用預埋線路；控制柜內設PLC程序控制。 3、平車與地面控制柜采用無線遙控器控制。 4、可手動調節(jié)平車及轉盤運動。 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，焊絲與焊劑應以被焊材料相適宜。 2.車架焊接的焊縫坡口形式尺寸應符合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的飛濺物必須清除。 5.車架臺面在1m范圍內的直線度為4.0mm。 6.鋼板，型材，鑄，鍛件表面除銹應達到GB8923中的St2級。 7.產品出廠前所有外露加工面應進行防銹處理。 3 電動平車設計 由電動平車設計要求，即運行速度、供電設備、控制要求及外形總體尺寸，電動平車系統(tǒng)采用電動機驅動，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，查表分別設其傳動效率為，，。。則總傳動效率 由于考慮到電動平車整體結構和傳動的緊湊轉速較低的電動機為宜，查[3]表4-13選用ZQ-4B電動機。其技術數(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 額定轉矩N·m 額定轉速 48 3.5 105 35 960 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，轉速偏高，轉速偏低，電機漏電，火花大，繞組過熱，絕緣電阻低，電機受潮，出現(xiàn)頭電纜線及換向器過熱。 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，電動機內有異常響聲等在工作中應注意。 3.1.1 方案比較 由原動件的選擇，知電動機轉速為960r/min，而電動平車運行轉速小于這個值。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，這種傳動結構緊湊，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，且為使結構簡單緊湊，及考慮到工作環(huán)境多為礦山及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 車身采用鋼架結構（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，車身結構如圖所示。 3.2 電動平車傳動裝置總體設計 3.2.1 車輪的設計 根據(jù)設計任務書要求，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。其結構簡圖如圖所示。 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，為電動機額定轉速，；為電動平車車輪轉速，。 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、各軸轉矩 電動機輸出軸轉矩 減速器輸入軸轉矩 減速器輸出軸轉矩 車輸出輪軸轉矩 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 轉速r/min 960 960 41.739 19.099 功率kW 2.215 2.193 2.083 2.000 轉矩 21.919 21.700 474．147 994.570 表4-1 3.3 電動平車傳動機構設計 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速較低而電動機轉速相對較高，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)結構不緊湊?？紤]到工作及結構要求，選用擺線針輪減速器較為合適。 擺線針輪減速器，是應用行星傳動原理，采用擺線針輪嚙合，行星輪齒廓為變幅外擺線的內側等距曲線，中心線齒廓為圓形。具有傳動比大、傳動效率高、結構緊湊、體積小、質量輕、故障少、壽命長、運轉可靠平穩(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糜诘V山、冶金、起重、運輸?shù)刃袠I(yè)。 工作條件：輸入軸轉速1500；工作環(huán)境溫度-15～40℃；可正反雙向運轉。 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；為減速器輸入轉矩。 考慮到計算功率和計算輸出轉矩，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 鏈傳動設計 a) 滾子鏈傳動設計計算 1) 選小鏈輪齒數(shù)取 =18 大鏈輪齒數(shù)==2.185×18=39.33 取39 2）實際傳動比 ===2.167 3）鏈輪轉速 小鏈輪轉速 =41.739r∕min 大鏈輪轉速 ===19.261r∕min 4）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)，=1.42 5) 鏈條節(jié)距 由修正功率=3.385kW和小鏈輪轉速=41.739r∕min 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 因為結構上未限定，取=（30-50p）=1143-1905mm 取=1200 7） 鏈長節(jié)數(shù) 取=100節(jié) 8）理論中心距 查機械設計9-7得=0.2489 =P[2-（）]=0.248938.1[2100-(18+39)}1356mm 9）鏈速 m／s 10）有效圓周力F 11）鏈輪水平布置時壓軸力系數(shù) 則壓軸力=1.154340=4991N 12）鏈條潤滑方式的選定 根據(jù)鏈號24A-1和鏈條速度=0.48 m／s，由[1]圖14.2-4選用潤滑范圍即用油壺潤滑。 13）鏈條標記 根據(jù)設計計算結果，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 GB／T1243-1997 b)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4m／s，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，滾子鏈每米質量，[n] －許用安全系數(shù)，取8 3.4 電動平車輪軸的設計 3.4.1 主動軸的結構設計及校核 軸的結構設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)量以及和軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況軸的加工工藝等。設計時，必須針對不同情況進行具體分析。但必須滿足：軸應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；軸上的零件應便于裝拆和調整等。 軸的校核計算應根據(jù)軸的受載及應力情況，采取相應的計算方法，并選取其適合的許用應力，主動輪軸結構簡圖如圖所示。 a) 主動輪軸的結構設計 主動輪軸上安裝有主動論組和大鏈輪，及有用于與車架連接的支座。與支座的連接為軸承連接，軸與主動輪組以及大鏈輪的連接為鍵連接，且大鏈輪和軸承都需要在軸向設置定位軸肩。輪組跨距為1435mm，車架寬度為2000mm?？紤]到以上因素，設計主動輪軸結構如圖所示。 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，內徑為120mm，設計軸套長度為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處設計高度為8mm的軸肩，同理h處和g處分別設有5mm和8mm的軸肩。 軸上ef段裝配大鏈輪及鏈輪擋盤，因為擋盤需用螺釘軸向定位，故需在軸上開設螺紋孔，為以免減小軸的強度需在軸上ef段設計軸肩。綜合考慮軸的強度和鏈輪結構要求，設計ef段直徑為186mm；又由于鏈輪及鏈輪擋盤寬度要求，設計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段處設置軸肩以用于鏈輪左側的軸向定位，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小鏈輪的位置要求，滿足鏈傳動的要求，需設計di段長度為684mm。至此已經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及動力的傳遞。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，調質處理。根據(jù)簡明機械手冊表1.6得A=118 mm 式中，分別為軸的額定功率和轉速，其值由表4-1查得。 由6.2.1.2設計的軸的結構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—專遞的轉矩，由表4-1查得T=994.57； —車及載重對軸的壓力，當載重為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）及上面所算的d截面的彎矩和扭矩，以及軸運動時需正反轉，扭轉切應力為對稱循環(huán)變應力，取=1，軸的計算應力 =51.4M 前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，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、軸肩及過渡配合所引起的應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。從應力集中和受載的情況來看，截面d和f上的應力最大。由于截面b左側和截面f右側直徑相等，截面b右側直徑比截面f左側小，而載荷b截面稍大一點，故只需校核d截面左側和f截面左側即可。 截面d左側 抗彎截面系數(shù) =311213.6 抗扭截面系數(shù) 截面b左側的彎矩M為 mm 截面b上的扭矩T mm 截面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力 軸的材料為45鋼，調質處理。由[7]表15-1查=640，，。 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按[7]附表3-2查取。因，,經插值后可查 =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的扭轉尺寸系數(shù)。 軸按磨削加工，由[7]附圖3-4得表面質量系數(shù)為 軸未經表面強化處理，即，則按[7]式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為 又由[7] 3-1和3-2得碳鋼的特性系數(shù) =0.1 ～0.2，取=0.1 =0.05～0.1，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 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應力為 扭矩T及扭轉切應力為 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及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此，主動輪軸的的設計計算結束。 3.4.2 從動輪軸的結構設計 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，設計從動輪軸結構如圖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，內徑為120mm，設計軸套長度為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處設計高度為8mm的軸肩，同理h處和g處分別設有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及動力的傳遞。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。 從動輪軸的結構與主動輪軸相似，但由于不受轉矩和鏈輪壓軸力，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：①軸承的載荷大小、方向和性質；②軸承的轉速；③軸承的調心性能；④軸承的安裝和卸載。 根據(jù)上已章節(jié)車輪的設計，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 =7347.95h b)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 =7349.619h c) 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。鍵的類型應根據(jù)鍵連接的結構特點、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=L－b=100－32=68mm; －—軸的直徑，=130mm； －—鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，查[7]P106表6-2得=110。 由計算得鍵的強度滿足設計要求。 b)大鏈輪與軸的鍵連接 主動輪軸與大鏈輪的連接由于結構和載荷要求，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力，查[7]P106表6-2得=110。 有計算得鍵的強度滿足設計要求。 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， =L－b=70－16=54mm，=55mm。 故有計算得鍵的強度滿足設計要求。 第4章 整條生產線電氣控制系統(tǒng)的設計 4.1PLC的選擇 德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網絡，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)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。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、豐富的內置集成功能、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。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，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③、④號軌道上，目的地在軌道①、②的16個工位的其中某個工位上。 2、電動平車的起始位置在①、②號軌道的16個工位的其中某個工位上，目的地是③、④軌道上。 3、電動平車的起始位置在①、②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①上的某一工位，目的地是軌道②上的另一工位，此工序需經過轉盤。 4‘電動平車的起始位置在①、②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①上的某一工位，目的地也為軌道①上的另一工位，此工序不需經過轉盤。 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，所以假設在平車b不工作的情況下，平車a從導軌③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、當平車運動到轉盤上時，觸動行程開關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盤。 4、當運動到相應行程開關時，轉盤電機失電停車，同時轉盤制動裝置得電，使轉盤瞬間停止，同時解除平車的鎖緊，轉盤停止四秒后平車啟動。（若目的地為1～8號工位，則平車電機反轉啟動，若目的地為9～16號工位，則平車電機正轉啟動），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范圍內遇到障礙，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③、④），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③、④分別與BG1、BG2形成互鎖，同時啟動工作指示燈。平車運動至轉盤觸及行程開關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盤。 3、當轉盤運動至觸及相應行程開關BG1、BG2時，轉盤電機停止并啟動轉盤制動裝置，使轉盤立即停止，同時可以用點動來調整轉盤的位置精度，鎖緊裝置失電放松平車，轉盤停止四秒后平車啟動。 4、平車在軌道③、④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，一定范圍內遇到有障礙時，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、平車運動至轉盤觸及行程開關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盤。 當轉盤運動至觸及相應行程開關BG3或BG4時，轉盤電機停止并啟動轉盤制動裝置，使轉盤立即停止，同時可以用點動來調整轉盤的位置精度，鎖緊裝置失電放松平車，轉盤停止四秒后平車啟動。 4、平車沿導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，一定范圍內遇到有障礙時，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，一定范圍內遇有障礙，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、停止及點動按鈕來實現(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 BG1 I0.2 行程開關 BG2 I0.3 行程開關 BG3 I0.4 行程開關 BG4 I0.5 1、2工位限位開關 BG5 I0.6 3、4工位限位開關 BG6 I0.7 5、6工位限位開關 BG7 I1.0 7、8工位限位開關 BG8 I1.1 9、10工位限位開關 BG9 I1.2 11、12工位限位開關 BG10 I1.3 13、14工位限位開關 BG11 I1.4 15、16工位限位開關 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 轉盤點動按鈕 SF6 I2.2 1、2工位按鈕 SF7 I2.3 3、4工位按鈕 SF8 I2.4 5、6工位按鈕 SF9 I2.5 7、8工位按鈕 SF10 I2.6 9、10工位按鈕 SF11 I2.7 11、12工位按鈕 SF12 I3.0 13、14工位按鈕 SF13 I3.1 15、16工位按鈕 SF14 I3.2 導軌3極限限位開關 BG13 I3.3 導軌4極限限位開關 BG14 I3.4 導軌3的按鈕 SF15 I3.5 導軌4的按鈕 SF16 I3.6 4.5輸出點地址分配： 工作指示燈 PG1 Q0.0 平車電機 MA1（正轉） Q0.1 平車制動電機 MA2 Q0.2 轉盤鎖緊裝置電機 MA3 Q0.3 轉盤電動機 MA4 Q0.4 轉盤制動電機 MA5 Q0.5 1、2工位指示燈 PG2 Q0.6 3、4工位指示燈 PG3 Q0.7 5、6工位指示燈 PG4 Q1.0 7、8工位指示燈 PG5 Q1.1 9、10工位指示燈 PG6 Q1.2 11、12工位指示燈 PG7 Q1.3 13、14工位指示燈 PG8 Q1.4 15、16工位指示燈 PG9 Q1.5 平車電機 MA1（反轉） Q1.6 3號軌道指示燈 PG10 Q1.7 4號軌道指示燈 PG11 Q2.0 4.6 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、反向及點動。設置系統(tǒng)的輸入/輸出點及其對應的PLC地址 輸入點： 輸出點： 前向按鈕 SF1:I0.0 電動機正轉接觸器QA1:Q0.0 停止按鈕 SF2:I0.1 電動機反轉接觸器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)設計總結 由于經驗不足和知識方面的缺陷以及對生產線的實際認識不夠深入，此次畢業(yè)設計有很多不完善的地方。但通過這次設計，我學會了如何克服困難，提高了我處理事務的能力和運用知識能力。同時加深了我對大學四年所學知識的理解，拓寬了我的知識面。這些都將成為我以后學工作的寶貴資源。 在作此次畢業(yè)設計的過程中，本人得到了陳老師的指導，正是因為老師提供大量的資料來源，不僅為我設計出電動平車提供了大量的知識貯備，而且使我學會了從大量的資料中選擇出自己需要的東西。在此感謝老師和同學們的幫助，感謝培養(yǎng)我四年的學校。 參考文獻 [1] 機械工程手冊編輯委員會編．機械設計手冊．第２卷．３版． 　　北京：機械工程出版社，2004． [2] 潘成林．實用中小型電機手冊．上海：上?？茖W技術出版社，2007． [3] 周明衡．減速器選用手冊．北京：化學工業(yè)出版社，2007． [4] 成大先．機械設計手冊．單行本．軸及其連接．北京：化學工業(yè)出版社，2004． [5] 起重機設計手冊編寫組編．起重機設計手冊．北京：機械工程出版社，1984． [6] 濮良貴，紀名剛．機械設計．８版．北京：高等教育出版社，2006． [7] 廖念釗，古瑩菴，莫雨松，李碩根，楊興駿．互換性與技術測量．４版． 北京：中國計量出版社，1998． [8] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術．２版．北京：北京航空航天大學出版社，2008． [9] 劉鴻文．材料力學．３版．北京：高等教育出版社，1992． [10]楊曉輝.簡明機械使用手冊.北京：科學出版社，2006. 40