挖掘机转轴孔磨损后维修机的设计.docx
- 文档编号:11008858
- 上传时间:2023-02-24
- 格式:DOCX
- 页数:49
- 大小:481.04KB
挖掘机转轴孔磨损后维修机的设计.docx
《挖掘机转轴孔磨损后维修机的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《挖掘机转轴孔磨损后维修机的设计.docx(49页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
挖掘机转轴孔磨损后维修机的设计
引言
本文主要阐述了挖掘机铲斗转轴上孔磨损后修复机的设计,本设计是在指导老师的帮助下,经过同学们集体努力完成的。
我们在设计期间主要做了以下几项工作:
1.调查研究—一项重大的研究成果都要经历调查研究这一步,只有在调查中仔细分析,仔细研究,发现问题所在,才能设计出物美价廉的产品。
所以我们在设计开始前在指导老师的带领下我们到挖掘机工作现场,询问师傅,共同讨论。
2.查阅资料—通过调查,我们到图书馆借来许多关于挖掘机铲斗转轴上孔磨损修复的资料,并且到网上搜集资料。
3.分析计算—从机器工作现场回来,我们一起把测量的数据进行整理,通过大量的计算,做出初步的机器形状、
4.绘制图纸—通过一系列的计算和核对,我们画出了机器的大体形状,然后将一些部分零件添加进去。
最后将一些连接部分画全。
5.核对检查—将设计出的图纸的一些设计计算,核对一下机器某些部位是否符合实际生产的要求。
6.纠正—我们将自己设计的图纸交给老师,指导老师在一些细节方面为我们提供了许多有意的意见,我们及时改正。
最后画出整体装配图。
毕业设计在我们的共同努力下完成,虽然在某些方面可能还存在一些遗漏或缺点,但我们所做的论文仍具有一定的特色:
1.内容绝对新颖,目前我国修复挖掘机铲斗转轴上的孔的机器还没有出现,我们在设计中绝无出现模仿别人的现象。
2.贯彻“少而精“的的原则,尽量多用图、表来表达叙述性的内容,并力求以较少的篇幅重点突出地传递较多的信息。
3.作为一名机械专业毕业生,我们在设计过程中,充分运用我们所学的知识包括各种应用软件。
真正做到学有所用。
4.论文讲解详细,包含许多专业知识,并且分章清楚。
本论文的主要内容涉及:
机械制造过程基础知识,机械加工工艺过程设计,机械装配工艺,切削与磨削加工原理,图纸的绘制等各方面的内容。
本论文主要讲解了挖掘机铲斗转轴孔磨损后修复机的设计过程,设计过程包括许多小部件的设计计算,比如:
镗杆的设计计算、镗刀的设计计算及带轮的设计计算等。
由于我们水平的限制,论文中不妥之处在所难免,恳请批评指正。
1概述
1.1修复机的用途
1.1.1修复机的用途
挖掘机在频繁使用的时候,特别是在一些矿山,容易使孔和轴过度磨损,在它们之间往往还容易混进一些杂质,长此以往使孔和轴的间隙越来越大,最后导致挖掘机的铲臂在工作过程中摇晃的越来越严重,这样在一定程度上影响了挖掘机的工作效率。
我们在调查中发现:
大部分铲臂由于孔磨大了后都直接报废,这样是对资源的一种极大浪费。
所以根据以上调查,我们设计了这种可以修复孔的机器,我们的方法是:
在磨损的孔表面用焊接的方法补上一层焊,补焊的要求是必须使补后的孔径比原先的孔径小,且补的焊要均匀一致。
然后用我们的修复机把多余的焊车去,从而达到和出厂时一样的尺寸。
考虑到是在矿山,我们设计的这种机器不但简单省事,而且成本极低,也不会造成资源的浪费,更重要的是安全可靠,工作效率很高。
所以从经济角度上看,我们设计的这款机器绝对具有很好的市场前景。
下面是我们在设计过程中采集到的几张实物图片:
1.1.2市场调查
我们通过各方面的调查发现:
在现在大部分的挖掘机铲斗上的孔磨大以后,都会把铲臂拿回去炼铁,重新铸造。
但也有更为先进的方法,目前日本发明了一种带防止转轴跳动的可移动轴套的挖掘机,这种方法是通过多个轴向间距隔开的螺旋片。
轴套的内径比螺旋片的回转直径稍大。
在第一螺旋片松套在轴套内后,钻轴以钻土速度进入地基直到钻出的孔达到第一深度,此时固化液从钻轴的喷嘴中注射出,而轴套以与钻土速度相同的速度下移。
随后,只有轴套在钻轴不运动时从第一深度上移到套住第一螺旋片上方的第二螺旋片。
重复上述步骤使孔达到要求深度。
下面是我们设计的产品的整体装配图
图1—1整体装配图
1.2修复机的工作原理
修复机在工作过程中大致可以分为定位、对刀、粗车、精车、检测五个不同的阶段,这主要由两个不同功能的电动机来实现完成的。
1.2.1定位
修复机在工作前必须先将镗杆定好位,这样才能保证在切削过程中的稳定。
如下图所示,在确定镗杆高度时,定位装置在镗杆的两端各置一个,通过调节其中的
图1—2定位装置示意图
丝杠来调节镗杆的高度。
固定装置的安装则采用焊接圆柱滑动轴承的形式,在镗杆上套上一个圆柱滑动轴承,轴承与镗杆采用间隙配合,(圆柱滑动轴承可以与镗刀相对移动),使镗杆与孔的轴线重合。
然后用焊接的方法将圆柱滑动轴承焊接在需要修复的孔的外面,这样起到紧固的作用,同时减轻修复机在切削过程中产生的震动。
切削加工完用锤头将焊接在铲斗转轴体的固定装置敲开。
使用非常方便,而且可以重复使用。
下面是固定装置的三维图。
图1-3固定装置三位示图
1.2.2对刀
当变速电机启动时,通过带传动带动镗杆转动,此时启动步进电机,通过齿轮传动带动丝杠转动,丝杠转动又使套在丝杆上的套筒匀速向前运动,通过双列置推滚子轴承的连接达到使镗杆向前运动的效果,这样就可以进行对刀。
通过移动两侧的对刀装置,当在孔内臂发现镗刀在各处都切削均匀时此时说明孔的轴线与镗杆的轴线在一条直线上,或基本在一条直线上。
1.2.3加工
1.2.3.1粗车
对刀结束后,启动变速电机,电机的转速为600r|min。
启动步进电机使镗杆转动的同时,向前慢速且匀速运动,这样就可以对孔进行粗镗。
粗镗的主要作用是去除因补焊过程中在表面生成的余量层。
使精镗顺利进行。
1.2.3.2精车
粗镗结束后,调节变速电动机的转速,此时转速为800r|min。
而步进电机的转速和原来一样保持不变,这样实现对孔的精镗。
精镗的主要目的是提高加工精度。
1.2.4检测
当对孔精加工完后要测量一下尺寸,如果发现尺寸和原来的相差太大时应重新对刀再车一遍。
如果发现和原来的尺寸相差不大时,可以再精车一次即可,也不需重新对刀。
1.3修复机的种类
修复机的主要作用是修复孔,而在挖掘机上孔的尺寸也各不相同,有时两孔之间的间距也不相同。
我们设计的修复机主要是针对挖掘机铲斗转轴上的孔的修复,也可应用在我们生活中的很多方面。
所以根据孔的孔径和两孔的孔距我们设计了三种不同的镗杆。
1.3.1普通型
这种也是我们主要用来修复挖掘机铲斗转轴的,镗杆的尺寸为2500×Ф50.
1.3.2轻型
这种主要是针对那种孔径比较小的,而孔又相对比较长的,镗杆的尺寸为2000×Ф40.
1.3.3重型
这种主要是针对那种较粗孔,孔距又比较短的,镗杆的尺寸为2800×Ф60。
通过对镗杆长短和粗细的改变,能够使修复机的使用范围更加广泛。
1.4对修复机的要求和设计修复机主要参数的设计
1.4.1设计目的
为了提高挖掘机的工作效率,降低修理成本,设计一种修复孔的新型机器是必不可少的。
由于在矿山工作,挖掘机经常连续几十个小时工作,这必然使孔的磨损加快,而孔的磨损容易导致挖掘机铲臂乱晃,这必然降低挖掘机的工作效率,增加危险性。
修复机的设计使用,能够使孔在很多的时间内得到修复,这样挖掘机可以高效的,稳定的工作,从而提高挖掘机的各种场合工作的效率。
1.4.2对修复机的要求
(1)为了使修复机能够正常工作,必须保证有平正的空间在放置它,以便它能够沿着水平方向进行切削。
(2)为了保证修复机能够平稳工作,支撑机构必须要牢固,以免在工作过程中晃动,影响加工精度。
(3)镗杆要有足够的刚度和强度。
(4)镗刀要有足够的硬度,保证切削过程顺利进行。
(5)排屑效果要好,有效地排除在切削过程过程中产生的铁屑,不这样仅能够提高加工精度,而且能够散出产生的热量,从而提高刀具的使用寿命。
(6)拆卸,结构要简单,连接元件要稳定可靠。
(7)双列置推滚子轴承要有足够的刚度,这样能够承受足够大的轴向力。
(8)丝杠上螺母的运动与镗杆的运动必须要平行。
(9)固定装置的焊接、固定必须牢固,保证镗杆和孔之间的同轴度。
(10)保证有足够的供电设备,在必要的时候修复机最好配上发电机,这样使修复机在工作时有保证。
由于修复机需要用两台电机,所以供电设备是必不可少的。
1.4.3修复机主要参数的确定
(1)镗杆尺寸的选定
根据孔径大小以及两孔之间的距离以及受力来确定。
(2)调速电机的选定
根据切削过程中所需的镗杆转速确定。
(3)带轮的选定
根据步进电机来确定
(4)镗杆带轮的选定
根据镗杆直径长度来确定
(5)皮带的选定
根据电机轮和镗杆带轮来确定。
(6)步进电机的选定
根据镗杆前进所需的移动速度。
(7)固定装置的选定
根据镗杆的直径大小,选择与镗杆有间隙配合的孔径,保证两者之间可以相对移动。
(8)丝杠的选定
根据与步进电机相连的带轮尺寸、受力情况。
(9)镗刀的选定
依据镗杆的直径以及孔的直径,镗刀可以调节长度,起到对刀的作用。
(10)皮带轮的选定
根据皮带的类型以及机器在工作过程中的受力情况确定,使皮带轮在工作过程中能够承受较大的力而不致破坏。
2带传动部分的设计计算
2.1带传动系统
2.1.1概述
图2-1带传动装配图
带传动是一种挠性传动。
带传动的基本组成零件为带轮和传动带。
正确选择带传动系统,对于保证修复机在工作过程中稳定、高效运行,充分发挥修复机的整体效应,是一个不可缺少的重要因素。
带传动系统主要包括变速
皮带、
电机轮、
钩头楔键、
带轮。
在具体选用带传动过程时,首先要选择一个合适的电动机。
由于镗刀在切削过程中需要有精车和粗车两个过程,所以电机必须采用变速电机,这样才能达到在粗车时转速较慢而在精车时转速较快。
根据普通车床电机,我们选择的变速电机功率为4.5KW。
最快转速为每分钟1200转,最慢转速为每分钟800转。
这样既能满足机器在工作过程中的功率,也能使机器稳定。
带传动是一种挠性传动。
带传动的基本组成零件为带轮和传动带。
2.1.2带传动的类型和选择
按照工作原理的不同,带传动可分为摩擦性带传动和啮合型带传动。
而根据带传动的横截面积形状的不同有可以分为平带传动、园带传动、V带传动和多楔带传动。
每种带都个有各的优点与缺点。
平带传动结构简单,传动效率高,带轮也容易制造,在传动中心距较大的情况下应用较多。
圆带结构简单,其材料常为皮革、棉、麻、锦纶、聚氨酯等,多用于小功率传动。
多楔带兼有平带柔性好喝V带摩擦力大的优点,并解决了多根V带长短不一而各带受力不均的问题。
多用于传递功率较大同时要求结构紧凑的场合。
V带的横截面积呈等腰梯形,带轮上也做出相应的轮槽。
传动时,V带的两个侧面和轮槽接触。
槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。
另外,V带传动允许的传动比大,结构紧凑,大多数V带已经标准化。
综上所述,我们选择V带传动来带动。
2.1.3带传动的连接
由于电机在运转过程中转速较快,必然使连在上面的带轮承受轴向作用力,所以我们采用变速电机的转轴与带轮通过钩头楔键连接的方式,这样保证电机在运转过程中带轮不会左右晃动,也就是发生轴向移动。
2.2带传动的受力分析
2.2.1带传动的受力分析
变速电机带动带轮传动前,传动带以一定的初拉力F0张紧在带轮上。
如下图所示
图2-2(a)不工作时
带传动工作时,因为带和带轮间有一定的静摩擦力,所以使带一边拉紧,一边放松。
紧边拉力为F1,松边拉力为F2。
如果近似认为带的总长度不变,并且假设认为带为线弹性体,则有下列公式成立:
F1-F0=F0-F1
受力分析如图
图2-3(b)工作时
如果取与带轮接触的传动带为分离体,则根据带传动上诸力对带轮中心的力矩平衡条件可得
Ff=F1-F2
式中Ff为传动带工作面上的总摩擦力的大小。
图2-4(a)不工作时
带传动的有效拉力为Fe等于传动带工作表面上的总的摩擦力Ff,则有下面等式成立:
Fe=Ff=F1-F2
则有效拉力与带传动所传递的功率P的关系为:
P=Fev/1000
式中的功率单位为KW,有效拉力Fe的单位为N,带传动的速度v为m/s。
在初拉力F0,紧边力F1,松边力F2和有效圆周力Fe这4个力当中,其中有两个是单独的。
因此我们可得:
F1=F0+Fe/2
F2=F0-Fe/2
由此我们可知,在带速一定的条件下,带传动所传递的功率P决定了带传动应有的有效拉力Fe,也就相应决定了传动带和带轮间应带至少具有的总摩擦力Ff,以及为了获得这个总摩擦力Ff,传动带应具有的最小的初拉力(F0)min。
带轮的初拉力F0必须大于带传动的正常工作所要求的最小的出拉力(F0)min,否则主动带轮将带动不了从动带轮转动,容易出现打滑现象,这样我们的修复机就无法正常使用。
但是,我们又必须牢记,过大的初拉力也是没有必要的。
传动带的紧边拉力与松边拉力取决于带的初拉力和带传动的有效拉力。
在带传动有效拉力给定的条件下,把传动带张的过紧,只会无谓的增大传动带的紧边拉力和松边拉力,从而是带传动因过度磨损而很快松弛。
综上所述:
为了保证带传动的正常工作,首先要确定满足传递功率要求的至少具有的总摩擦力和与之对应的最小初拉力。
2.3带传动的参数选择
2.3.1中心距
中心距大可以增加带轮的包角,减少单位时间内带的循环次数,有利于提高带的寿命。
但是中心距过大,则会加剧带的波动,降低带传动的平稳性,同时增大带传动的整体尺寸。
中心距小,则有相反的利弊。
一般选带传动的中心距为
0.7(dd1+dd2)≤
0≤2(dd1+dd2)
其中,
0为初选的带传动中心距,单位mm.
2.3.2传动比
传动比大,会减小带轮的包角。
当带轮的包角减小到一定程度时,带传动会打滑,从而无法传递规定的功率。
因此,带传动的传动比一般为
≤7推荐值为
=2~5
2.3.3带轮的基准直径
在带传动需要传递的功率给定的条件下,减小带轮的直径,会增大带传动的有效拉力,从而导致V带根数的增加。
这样不仅增大了带轮的宽度,而且增大了载荷在v带之间分配的不均匀性,另外,带轮直径的减小,增加了带的弯曲应力。
。
为避免弯曲应力过大,小带轮的基准直径就不能过小。
一般情况下,应保证dd≥(dd)min。
推荐的V带轮的最小基准直径列于下面表格中。
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
(dd)min
20
50
75
125
200
335
500
2.3.4带速v
当带传动的功率一定时,提高带速,可以降低带传动的有效拉力,相应地减少带的根数或者V带的横截面积,总体上减少带传动的尺寸;但是,提高转速,也提高带速,也提高了V带的离心应力,增加了单位时间内带的循环次数,不利于提高带传动的疲劳强度和寿命。
降低带速则有相反的效果。
由此可见,带速不易过高或过低,一般推荐v=5~25m/s,最高带速vmax<30m/s。
2.4带传动的设计计算
2.4.1已知条件和设计内容
设计V带传动时的已知条件包括:
带传动的工作条件;带传动位置与总体尺寸限制;所需传递的额定功率P;小带轮转速n1;大带轮转速n2或传动比i。
设计内容包括带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力、张紧装置等。
2.4.2设计步骤和方法
(1)确定计算功率
计算功率Pca是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的
Pca=KaP
式中Pca:
计算功率,KW
Ka:
工作情况系数。
P:
所需传动的额定功率。
根据工作情况系数表可知我们所需的Ka值为1.1所以可的Pca为1.1×4.5=4.95KW
(2)选择V带的带型
根据计算功率Pca通过普通V带选型图我们选择B型带。
(3)确定带轮的基准直径Dd并演算带速
根据V带的带型,参考V带轮的最小基准直径表我们确定小带轮的基准直径Dd1为112mm,大带轮的直径Dd2为160mm。
(4)演算带速v
带速不宜过低或过高,一般应使v=5~25m/s,最高不超过30m/s。
ε=(v1-v2)/v1×100%
或v2=(1-ε)v1
ε为带轮线速度的相对变化量,我们用滑动率来评价。
其中
v1=Dd1n1/60×100
V2=Dd2n2/60×100
式中,n1、n2分别为主动轮和从动轮的的转速,r/min。
由以上式子可得Dd2n2=(1-ε)Dd1n1
因而带传动的平均传动比为
=n1/n2=Dd2/(1-ε)Dd1
在一般的带传动中,因活动率不大(ε≈1%~2%),故可以不予考虑,而取传动比为
=n1/n2≈Dd2/Dd1
通过以上式子我们可以得到v≈15m/s在可使用范围之内。
(5)计算大带轮的基准直径
由Dd2=iDd1计算。
在此我们插入普通V带轮的基准直径系列表
带型
基准直径dd
Y
20,22.4,25,28,31.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,
112,125
Z
50,56,63,71,75,80,90,100,112,118,125,132,140,150,
160,180,200,224,250,280,315,355,400,500,630
A
75,80,85,90,95,100,106,112,118,125,132,140,150,160,
180,200,224,250,280,315,355,400,450,500,560,630,710,
800
B
125,132,140,150,160,170,180,200,224,250,280,315,400,
450,500,560,600,630,710,750,800,900,1000,1120
C
200,212,224,236,280,300,315,355,400,450,500,560,600,
630,710,750,800,900,1000,1120,1250,1400,1600,
D
355,375,400,420,425,450,475,500,560,600,630,710,750,
800,900,1000,1060,1120,1250,1400,1500,1600,1800,2000
E
500,530,560,600,630,670,800,900,1000,1120,1250,1400,
1500,1600,1800,2000,2240,2500
2.4.3确定中心距离,并选择V带的基准长度Ld
(1)根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距,结合初定中心距
0
(2)计算相应的带长Ld。
Ld。
≈2a+3.14(Dd2-Dd1)+(Dd2-Dd1)²/4a
带的基准长度Ld由V带的基准长度系列及长度系数KL表确定
基准长度
Ld/mm
带长修正系数KL
Y
Z
A
B
C
D
E
400
0.96
0.87
450
1.00
0.87
500
1.02
0.91
560
0.94
630
0.96
0.1
710
0.99
0.83
800
1.00
0.85
900
1.03
0.87
0.82
1000
1.06
0.89
0.84
1120
1.08
0.91
0.86
1250
1.11
0.93
0.88
1400
1.14
0.96
0.90
1600
1.16
0.99
0.92
0.83
1800
1.18
1.01
0.95
0.86
2000
1.03
0.98
0.88
1.06
1.00
0.91
1.09
1.03
0.93
1.11
1.05
0.95
1.13
1.07
0.97
0.86
1.17
1.09
0.99
0.89
1.19
1.13
1.02
0.91
1.15
1.04
0.93
0.90
1.18
1.07
0.96
0.92
带入数值可得带长Ld。
≈4500mm
2.4.4计算中心距
及其变动范围
中心距越大带越容易颤动,而中心距越小带越容易疲劳,所以中心距的选择对于带传动来说是至关重要的。
传动的实际中心距近似为
≈
0+(Ld-Ld。
)/2
考虑刀带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的
要的变动范围常给出中心距
min=
-0.015Ld
max=
-0.03Ld
2.4.5演算小带轮上的包角а1
因为小带轮的包角小于大带轮的包角,小带轮上的总摩擦力相应地大于大带轮上的总摩擦力。
因此,打滑只可能在小带轮上发生。
为了提高带传动的工作能力,应使
а1≈180°-(dd2-dd1)57.3°/
≥90°
2.4.6确定带的根数z
Z=Pca/Pr=KA/(P0+△P0)KaKL
为了使各根V带受力均匀,带的根数不宜过多,一般应少于10根。
否则,应选择横截面积较大的带型,亦减少带的根数。
由此可的Z≈2,所及我们用两根带。
2.4.7计算带传动的压轴力FP
为了设计带轮轴的轴承,需要计算带传动在轴上的压轴力FP
FP=2zF0sin(а1/2)
式中的а1为小带轮的包角。
下面我们给出测定初拉力所需要的垂直力G
带型
小带轮直径
Dd1/mm
带速v/(m/s)
0~10
10~20
20~30
Z
50~100
>100
5~7
7~10
4.2~6
6~8.5
3.5~5.5
5.5~7
A
75~140
>140
9.5~14
14~21
8~12
12~18
6.5~10
10~15
B
125~200
>200
18.5~28
28~42
15~22
22~33
12.5~18
18~27
C
200~400
>400
36~54
54~85
30~45
4570
25~38
38~56
D
355~600
>600
74~108
108~162
62~94
94140
507~5
75~108
E
500~800
>800
145~217
217~325
124~186
186~280
100~150
150~225
下面是压轴力的计算示意图
图2-5计算示意图
2.5V带轮的设计
2.5.1V带轮的材料
我们采用的材料为HT150。
2.5.2V带轮的结构形式
我们采用V带轮实心式,即能保证能够承受一定的载荷,又能减少额外功率输出。
2.5.3V带轮的技术要求
1)V带轮不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡。
2)V铸造带轮在不提高内部应力的前提下,允许对轮缘、凸台、腹板的表面缺陷进行修复。
3)转速高于极限转速的带轮要做静平衡,反之要做动平衡。
2.6V带传动的张紧、安装和防护
2.6.1V带传动的张紧
V带传动运转一段时间以后,会因为带的塑性变形和磨损而松弛。
为了保证带传动正常工作,我们在使用修复机时应定期的检查带的松弛程度,采用相应的补救措施。
2.6.2V带传动的安装
修复机的变速电机是固定不动的,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 挖掘机 转轴 磨损 维修 设计