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本科毕业设计说明书

题 目： 轴承外圈铸造中铜水输送装置设计 院 （部）： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 机械106 姓 名： 魏安新 学 号： 2010071317 指导教师： 沈孝芹 完成日期： 2014-6-18

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目 录

摘 要?????????????????????????????????Ⅲ ABSTRACT?????????????????????????????????Ⅳ 1 前 言????????????????????????????????1

1.1轴承外圈铸造中铜水输送装置的特点及研究意义?????????????1 1.2国内外发展现状???????????????????????????1 1.2.1发展背景?????????????????????????????1 1.2.2发展现状?????????????????????????????3 1.3本文完成的主要工作?????????????????????????6

2系统设计??????????????????????????7

2.1设计参数??????????????????????????????7 2.2方案论证 ????????????????????????????7 2.3总体设计分析????????????????????????????9 2.3小结????????????????????????????????9

3机械系统设计????????????????????????????11

3.1设计要求??????????????????????????????11 3.2运输小车??????????????????????????????11 3.3连杆牵引机构????????????????????????????12 3.4铜水称量机构????????????????????????????12 3.5铜水储存机构????????????????????????????13 3.6翻转机构的???????????????????????????14 3.7小结????????????????????????????????15

4计算与校核??????????????????????????????17

4.1工作装置电机的选择?????????????????????????17 4.2驱动装置电机的选择?????????????????????????18 4.3轴承的选择与寿命计算????????????????????????19

1 I

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4.4螺栓的校核?????????????????????????????20 4.5小结????????????????????????????????21

5总 结????????????????????????????????22 谢 辞 ????????????????????????????????23 参考文献???????????????????????????????24

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摘 要

本设计是一种轴承外圈铸造中铜水输送机构，主要由轨道式运输小车的方式进行铜水的输送，小车主要包括底盘、翻转机构、电机、传感器、盛铜水机构组成。本设计的底盘支撑整个小车上部，与上部采用螺栓连接，便于拆卸维修。翻转机构是由曲柄连杆机构组成，通过电机的旋转带动连杆机构运动，实现盛铜水机构的翻转，当电机带动轴顺时针旋转一定角度时，正好实现盛铜水的桶底部完成一次提升运动，以达到铜水倾倒的目的。当电机带动轴逆时针旋转返回初始位置时，正好实现盛铜水的桶底部完成一次下降的动作，恰好回到初始位置。

关键词：输送机构；底盘；翻转机构；

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Abstract

The design of the bearing outer ring casting a copper water transport mechanism, mainly by way of rail transport trolley carried copper water transport, the car including the chassis, tilting mechanism, motors, sensors, containing copper water agencies. The design of the chassis to support the entire upper part of the car, with the upper part bolted for easy disassembly repair. Reversing mechanism is composed of a crank link mechanism, the link mechanism driven by the rotation movement of the motor, flipping the copper water loading mechanism, when the motor drive shaft is rotated clockwise a predetermined angle, to achieve good water tub bottom copper containing a complete upgrade campaign to reach the copper water dumping purposes. When the motor drive shaft rotates counterclockwise return to the initial position, just realized copper water filled the bottom of the barrel to complete a decrease in the action, just back to the initial position.

Keywords: transportation agencies; chassis; flip agencies

IV

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1前 言

1.1轴承铸造中铜水输送装置的特点及研究意义

目前，我国传统产业各部门、各行业对工业自动化技术改造传统产业的认识不断深化，工作力度不断加强，自动化技术在传统产业中的应用日益广泛。电力、石化、冶金、机械等传统行业自动化技术应用进展迅速，大型企业自动化建设投入力度不断加大，与国际先进水平不断靠近。但总体看，我国多数行业和企业的工业自动化技术水平仍然不高，参差不齐。尽管随着自动化技术创新能力增强，关键技术和重要产品研发有了很大的突破，涌现国内传统产业具备相当竞争力的企业，但我国传统产业改造受制于人的状况并没有得到根本改变。我国传统产业在技术装备、能源消耗、产品质量和管理水平等方面比较落后，尤其技术装备水平。在这样严峻的形势下，靠维持设备的现状作为出路，后果不堪设想。将工业自动化和传统产业相结合，是提高企业整体素质和效益最有效的途径。装备水平、技术水平、管理水平的综合是企业素质。工业自动化是提高工业企业的综合素质的重要手段。如果全国大面积的推广应用可以有效地提高装备水平、技术水平和管理水平的系统，我国传统产业的技术改造和整体素质提高是有希望的。

随着科技的迅速发展，越来越多的自动化运输设备走进工厂、走进车间逐步代替了人力劳动，把人类从繁重的体力劳动中解放出来。自动化运输设备的应用不仅减轻了人类繁重的体力劳动，而且因为可以连续工作，随着人类体力劳动价格日益昂贵自动化有效地减少了人力部分的支出，为企业创造了更多的利益，使企业利益最大化更易实现。本设计即是基于自动化设备逐步走向车间这个大环境下，对临清中瑞轴承厂轴承铸造中铜水输送装置的设计，本设计可以有效地减轻人力劳动，为企业节约人力成本，用生产自动化来提高生产效率，为企业创造更大的利益。 1.2国内外发展现状 1.2.1发展背景

中国是滚动轴承的制造大国，但制造出来的产品大都属于中低端产品，主要是由于研发能力落后，工艺落后，机加工设备基本都是单机作业，效率低下，并且加工精度是随着操作者的熟练程度而波动，轴承的精度无法保障。对配套精度要求较高的场合，这些产品还无法进入。生产的轴承基本都是普通级，只可应用于精度要求不高的设备上。对配套设备精度要求较高的场合，这些轴承基本都被拒之门外，客户宁愿花高价采用国外的知名品牌轴承，如轧制薄钢板，如果轴承精度达不到要

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求，就无法生产出合格钢板。

目前，我国的机械铸造业发展态势良好，随着汽车、航空、医疗等行业的蓬勃发展，给国内机械铸造业提供了广阔的发展平台，机械铸造业在传统市场稳部前进同时积极开拓新兴市场。当下中国机械铸造业正朝着高产品档次和降低制造成本的发展方向前进。全球制造业重心向中国转移，为中国轴承铸造行业发展提供了强大动力，也对国内轴承制造商提出了越来越高的要求。当下中国轴承铸造行业必须着眼提高产品档次和降低制造成本，实现从“大”向“强”的战略转变。

中国的中小型轴承厂轴承生产相对落后，自动化程度低，制造成本高，所用劳动力多，人力开销大，车间工人十分辛苦，而且直接面临生产过程中产生的各种危险，在此环境中人生安全很难保障，如临清中瑞轴承厂。下图1.1和图1.2所示是临清中瑞轴承厂的工人们在辛勤的工作以及厂区车间的恶略环境。从图中可以看出，车间工作环境恶劣，工人安全无法得到保障，工作强度大，长时间工作对人体伤害非常之大。

图1.1临清中瑞轴承厂工人正在舀铜水

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图1.2临清中瑞轴承厂生产车间

1.2.2发展现状

无锡华东工业电炉有限公司开发了拥有独立知识产权的潜流式铜合金熔铸技术，其特点是采用潜流式通道+金属液阀门的方式将熔化环节炉中的金属液输入保温环节炉中，避免了传统流槽输送金属液的方法带来的吸气、吸氧、夹杂和夹渣等缺陷。开发的潜流式通道水平连铸生产线已能生产紫铜450×咖(10。20)mm扁锭和空芯cI)90mm×25nun圆锭，含氧量0．0005％；流式通道+底座塞棒水平连铸生产线已能生产同规格H65、H68、Q4—0．3合金扁锭；潜流式通道+金属液阀门水平连铸生产线正在开发当中。现已经为相关生产厂商设计制造了100多条生产线。在铜加工行业的产品中，虽以其加工材料的截面几何形状不同，可分为：板、带、条、箔、管、棒、型、线八大类型，各类型采用各自不同的压力加工方法成材。但它们的首要工序却雷同，采用熔炼铸造的方法，为各个下道工序提供不同牌号和规格的铸坯。铸坯的质量在很大程度上直接影响后道加工制品的成材率，而较多种类的铸坯质量缺陷是下道工序无法加以纠正和弥补的。例如：铜加工行业长期一直将熔化的铜水通过流槽向铸造环节倾倒输送金属液的方法，看似简单，但实际上稍不注意，很容易在转炉时输送金属液的过程中引起金属液受到输

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送污染，加剧铸坯产生吸气、吸氧、夹杂、夹渣等质量缺陷。为此，无锡华东工业电炉有限公司有关工程技术人员根据这个铸坯生产过程中的实际情况，结合生产不同牌号品 种的要求，以避免使金属液遭受输送产生的污染为宗旨，创新研制了以潜流式输送金属液为原则的多种方法，使金属液在熔化环节向保温环节转炉输送的过程中，始终都隐于金属液面下底部；避免了高温熔融状态下的金属液暴露于空气之中，避免了金属液倾倒输送因液柱落差产生的冲击和溅落，避免了熔化环节金属液面覆盖物和熔渣，流槽中的耐火材料和杂物，保温铸造环节金属液面覆盖物及熔渣被输送的金属液夹带混入铸坯中，避免了传统上为了弥补金属液经过流槽的热量损失而采取额外升温出炉措施。如图1.3所示

图1.3紫铜水平连铸生产线

自20世纪70年代末以来，我国物流设备有了较快的发展，各种物流运输设备数量迅速增长，技术性能日趋现代化，集装箱运输得到了快速发展等。随着计算机网络技术在物流活动中的应用，先进的物流设备系统不断涌现，我国已具备开发研制大型装卸设备和自动化物流系统的能力。总体而言，我国物流设备的发展现状体现在以下几个方面。

①物流设备总体数量迅速增加。我国物流产业发展很快，受到各级政府的极大重视，在这种背景下，物流设备的总体数量迅速增加，如运输设备、仓储设备、配送设备、包装设备、搬运装卸设备(如叉车、起重机等)、物流信息设备等。

②物流设备的自动化水平和信息化程度得到了一定的提高。以往我们的物流设备基本上是以手工或半机械化为主，工作效率较低。但是，物流设备在其自动化水平和信息化程度上有了﹁定的提高，工作效率得到了较大的提高。

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③基本形成了物流设备生产、销售和消费系统。以前，经常发生有物流设备需求，但很难找到相应生产企业，或有物流设备生产却因销售系统不完善、需求不足，导致物流设备生产无法持续完成等。物流设备的生产、销售、消费的系统已经基本形成，国内拥有一批物流设备的专业生产厂家、物流设备销售的专业公司和一批物流设备的消费群体，使得物流设备能够在生产、销售、消费的系统中逐步得到改进和发展。

④物流设备在物流的各个环节都得到了一定的应用。无论是在生产企业的生产、仓储，流通过程的运输、配送，物流中心的包装加工、搬运装卸，物流设备都得到了一定的应用。

⑤专业化的新型物流设备和新技术物流设备不断涌现。随着物流各环节分工的不断细化，随着满足顾客需要为宗旨的物流服务需求增加，新型的物流设备和新技术物流设备不断涌现。这些设备多是专门为某一物流环节的物流作业，某一专门商品、某一专门顾客提供的设备，其专业化程度很高。 问题

物流的高速发展使先进的物流设备得到了应用，但从整体上来看我国物流设备的发展并不能满足新世纪全新物流任务的要求，具体说来主要有以下几个方面：

①物流基础设施建设多元化投入太少。长期以来我国物流基础设施投入较少，发展比较缓慢。虽然近些年也新建了一些较先进的仓储物流设施，但从总体来看，中低端应用较多，20世纪50—60年代建造的仓库仍在使用，自动化立体仓库等高端的仓储货架系统还不多见，使用了计算机信息化管理的现代化仓库较少。

②我国尚处于物流设备发展的起步阶段，既缺少行业标准，又没有行业组织，致使各种物流设备标准不统一，相互衔接配套差。

③物流设备供应商数量众多，但普遍规模偏小，发展不规范。

④物流企业只重视单一设备的质量与选型，没有通盘考虑整个系统如何达到最优化。

⑤绝大多数物流企业仍将价格作为选择物流设备的首要因素，而忽视了对内在品质与安全指标的考察。

⑥部分物流企业对物流设备的作用缺乏足够的认识，在系统规划、设计时带有盲目性，造成使用上的不便或资源的浪费。

⑦物流设备的管理并没有被广泛纳入物流管理的内容，物流设备使用率不高，设备闲置时间较长。

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1.3本文主要完成的工作

本文主要是轴承外圈铸造中铜水输送装置机械系统的设计和控制系统的设计。机械系统包括轨道机构、小车机构和总体框架的设计。其中小车机构包括底盘和翻转机构。控制系统主要是利用传感器来控制铜水的注入量。

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2总体设计

2.1设计参数

本课题设计一种轴承外圈铸造中铜水输送装置设计，主要技术指标为： a.输送铜水重量为25kg，距离为2000×5000mm，垂直起升高度为800mm； b.该装置可以同时为间隔为1600mm的多个铸造炉输送铜水； c.该装置具有铜水称量装置，且自动称重与控制铜水的倒入量。 2.2方案论证

方案一：

采用管道输送方式，此方案优点是可以实现铜水准确的倒入铸造炉，也可以增加多个管接头有效地解决同时为多个铸造炉输送铜水，缺点是铜水难以准确的称量，存留在管道中的铜水易冷却导致管道堵塞，清理难度大，同时造成不必要的浪费。如图2.1所示是管道输送示意图。

图2.1管道输送图

方案二：

采用地面式轨道小车输送方式，此方案优点在于便于铜水称量，容易清理，减少浪费，此方案中可以在小车上固定铜水容器，小车底部安装简易称量装置便于称量（或者可以直接在容器上添加刻度线，不用称量，直接根据刻度线确定所需铜水量的多少），车斗部位安装起升机构，便于调整铜水输送高度，铜水容器可以添加翻转机构，实现铜水自动倾倒。如图2.2是从网上搜来的类似近似于本次设计的轨道小车底盘部分。

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图2.2类似的轨道小车

上述两种方案各有其优缺点，根据投入成本多少以及设计难易程度综合比较得出第二种方案更适合本次设计的相关内容。在论证过程中关于铜水倾倒想到了两种方案，一种是利用步进电机带动丝杆前进，在丝杠上添加滑块、导杆，以盛实现铜水桶的翻转。另一种方案是利用步进电机带动曲柄连杆机构运动，利用连杆的运动轨迹与盛铜水桶底部的运动轨迹近似而实现盛铜水桶的翻转倾倒。

经过各个方面比较论证，最后选定采用曲柄连杆机构的运动来带动桶翻转的方案为最终设计方案。其整体示意图如下图图2.3所示。

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图2.3整体示意图

图中主要零部件有：

小车底座，车轮，车轴，转动轴，连杆，转动轴支架，转动轴，盛铜水桶，牵引连杆，导向槽，牵引滑块，传感器，桶支架，销轴。 2.3设计方案分析

本设计是一款轴承外圈铸造中铜水输送装置，该装置主要以轨道式运输小车为主，在小车上添加铜水储存机构和铜水倾倒机构为辅来实现铜水的输送。在铜水输送过程中，要实现的功能有铜水的自动称量和铜水的倾倒。铜水的自动称量可以通过在盛铜水桶下边安装圆盘式传感器来实现，而铜水的倾倒主要通过电机带动曲柄连杆机构来实现。 2.4本章小结

在本章中，通过各个方案论证，综合比较，最终选定了本次设计的最终版设计方案，本设计方案采用以轨道小车运送的方法实现铜水的输送与倾倒，在方案论证过程中，首先要保证功能的正常实现，在保证了必要的功能之后便是设计加工制造的可行性分析，通过可行性分析选出最适合此课题的方案，其次便是进行市场调研，通过市场调研了解

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市场需要，看看自己的方案能不能在市场上流通，最后的也是很重要的便是成本预算，制造产品必须考虑以最低的成本做出最好的最适合市场需要的东西。通过此设计的总体设计我学习到在设计过程中认真负责以及拥有一个良好的态度的重要性，在设计各个零件时不仅要考虑该零件的功用，而且要考虑该零件所要实现的功能和运动，在确定零件尺寸时要考虑到各个零件间的配合以及各个机构间的配合，防止机构在运动中产生干涉各个机构间准确的配合。先整体规划后逐步细化，设计一个优秀的总体图在设计过程中是非常重要的一步。在以后的设计中一定要首先考虑好自己所要设计的机构具体功能的实现通过具体功能确定好整体的设计。

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3机械系统设计

3.1设计要求

本设计主要目的是提高铜水输送过程中的自动化程度，减少人力劳动，为企业增加生产量，提高效益，降低工人劳动强度。保护生产过程中的工人人生安全，改善车间工人的工作环境。 3.2输送小车

输送小车要实现的主要功能有铜水的输送，铜水的称量，铜水的倾倒。以小车采用轨道式输送小车，运用轨道式输送小车可以有效减少小车运动中的能耗，节省时间，运输方便。铜水的称量主要以传感器称量桶的重量为主，提前称好装置空转时的重量数值，在加入铜水输送时再称量一次，以第二次减去第一次的结果为铜水的重量。传感器采用固定在盛铜水桶的底部的圆盘式传感器。由于曲柄连杆的运动形式多种多样，很容易找出与铜水倾倒时盛铜水桶底部的运动轨迹相近的连杆机构设计方案，所以铜水的倾倒由曲柄连杆机构来实现。本次设计的输送小车如图3.1所示。

图3.1运输小车

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3.3连杆牵引机构

此方案是根据牵引块在导向槽内上下移动，保证了牵引连杆的工作行程沿着一定的轨迹运动，并有一定的运动行程。使得连杆在一边有效的运动。导向槽和牵引块的配合保证了翻转机构在翻转过程中顺利的翻转。如图3.2所示

图3.2连杆牵引机构

3.4铜水称量机构

称量机构设计方案：

铜水称量主要利用在盛铜水的桶下方安装一个圆盘式的传感器，通过传感器来实现铜水的称量。称量时需要提前称量出没有注入铜水时装置的重量并记录，注入铜水后再次称量，用注入铜水后的重量减去没有注入铜水时的重量即为所注入铜水的重量。传感器的种类有很多，本设计中采用圆盘式传感器安装在桶底部，能精确测量桶的重量变化。圆盘式重量传感器如下图3.3所示

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图3.3圆盘式重量传感器

3.5铜水储存机构

铜水储存机构设计方案：

铜水储存主要采用桶状储存机构，桶底为凹状，便于铜水倾倒，桶壁上部用一根轴与支架相连，连接处添加轴承，减小轴旋转时与支架产生的磨损。桶底部设计要方便添加传感器以及便于与连杆机构连接所以在添加传感器部分是个内凹的平面，与连杆连接处添加两个耳板。如图3.4所示

图3.4盛铜水机构

盛铜水机构材料的选择

盛铜水桶主要采用HT200铸造而成，灰铸铁HT200表?30试样的最低抗拉强度

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200MPa.HT200抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好。主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。HT300为较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。其工作条件为：

1.承受较大应力的零件（弯曲应力<29.40MPa）。

2.摩擦面间的单位面积压力>0.49MPa（大于10t在磨损下工作的大型铸件压力>1.47MPa）

3.要求一定的气密性或耐弱腐蚀性介质。 3.6翻转机构

翻转机构利用曲柄连杆机构来实现，当曲柄轴在电机的带动下转动时，带动连杆运动，将连杆与桶底利用销轴相连接，从而带动盛铜水桶的翻转。利用牵引连杆牵引，保证盛铜水桶向一个方向翻转。牵引连杆与滑块相连接，保证了连杆的自由运动。翻转连杆如图3.4所示

图3.4翻转机构

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此曲柄连杆机构主要是说将轴的运动传递到桶上，实现盛铜水桶的摆动，实现桶底的翻转。

四杆机构：

最短杆长a=400mm，最长杆长b=860mm，其余两杆长c=430mm，d=720mm。在曲柄摇杆机构中,极位夹角φ,摇杆摆角θ,铰链中心A、O，两极限点位置B1、B2等之间的几何关系表示如图。选用曲柄摇杆机构时,首先要根据工作需要确定极位夹角θ，两极限点距离B1，B2(行程),摇杆摆角φ等,即桶底翻转的角度范围。机构存在极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性，急回运动是指慢速前进，快速返回。由于K=(180°+θ)/(180°-θ），可以看出，θ越大，K值越大，机构的急回运动特性便越显著。因此在实际工程中,常用增大极位夹角θ来增大机构的急回程度(K值),从而提高机械的劳动生产率,另一方面,设计曲柄摇杆机构时,为保证机构具有良好传力性能,通常限制机构最小传动角rmin≥[r]。 翻转机构材料的选择

翻转机构主要由曲柄连杆机构组成，其中曲柄和销轴采用45钢，该钢退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质+表面淬火提高零件表面硬度。连杆采用Q235，Q235表示该材料屈服强度不低于235MPa，它的特点是，塑性好，综合性能好，适合于制作各种型材，如板材、角钢、槽钢、工字钢等；同时它的焊接性能优良，适合于制造各种焊接结构。 3.7本章小结

本章主要介绍了轨道小车的工作机构。如牵引连杆机构有效地保证了连杆在运动时的具体走向，保证了铜水桶翻转完成。此翻转机构设计巧妙的利用曲柄连杆机构的运动轨迹与盛铜水桶的底部翻转轨迹一致性来完成盛铜水桶的翻转，从而实现铜水的倾倒。由此而得出，无论是多么复杂的机械过程都可以化为简单的构件运动，由各构件之间紧密有效地配合来完成一系列的动作。简单的曲柄连杆机构可以从很多机械中发现，其精巧有效的搭配令人叹为观止，为要完成的各种机构动作提供了必要的帮助。材料的选择要考虑到零件的工艺要求，性能要求，还要考虑成本以及市面上是否存在这样的材料。在满足机械性能及使用性能的条件下，尽量选择常用的，成本低的材料。有很多时候还

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要考虑使用环境，加工难易程度等一系列问题。我们在设计中不仅要为设计而设计，不能仅仅是机械的完成任务，而要综合各种条件，充分考虑问题，为生产、加工、使用而设计东西才是设计人员应该做的事。

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4计算与校核

4.1工作装置电机的选择 选择电动机的类型：

按电动机的特性及工作条件选择。若无特殊要求一般选择Y系三相异步电动机，其优点是可直接接在三相交流电路中，结构简单，价格便宜，维护方便。 选择电动机的容量：

电动机的容量选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。容量选择过大，则电动机的价格高，传动能力又不能充分利用，而且由于电动机经常在轻载下运转，基效率和功率数都较低从而造成能源的浪费。

对于长期运行、载荷比较稳定的机械，通常按照电动机的额定功率选择，而不校核电动机的发热和起动转矩，选择电动机容量时应保证电动机的额定功率Ped应略大于工作机所需的电动机功率Pd即 Ped≥Pd 电动机输出功率：

Pw=Fv/ηw=5kn×1m/s/0.94=5.3kw （4-1） 电动机至输送带的总功率： η总=η1×η2×η3×η

η1=0.94（带传动） η2=0.99（轴承） η3=0.98（齿轮）

η4=0.99（弹性联轴器） η总=η1×η24×η32×η4

=0.94×0.994×0.982×0.99 =0.86 电动机所需的工作功率：

Pd=Pw/η总=5.3/0.86=6.16kw （4-3）

电动机额定功率： Ped为7.5kw 确定电动机转速：

4

2

4

（4-2）

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电动机输出轴转速：

nw=60×1000V/πD （4-4） =60×1000×1/3.14×50 =382r/min

查得 带传动的传动范围i1=2～4 故电动机转速的可选范围为nd =i?nw

=（2～4）×382 r/min =(764～1528) r/min 所以nd=971r/min（满载时转数） 确定电动机型号：

查附表，选定电动机型号为Y160M—6 4.2驱动装置电机的选择

驱动装置的电机在图中并没有表现，但是作为一个完整的运动机构，这部分是不可少的，所以驱动装置的电机选择如下，方便以后生产时电机的选用。

根据4.1工作装置电机的选择原理，可得： 电动机输出功率：

Pw=Fv/ηw=6kn×1m/s/0.94=6.4kw 电动机至输送带的总功率： η总=η1×η24×η32×η

η1=0.94（带传动） η2=0.99（轴承） η3=0.98（齿轮）

η4=0.99（弹性联轴器） η总=η1×η24×η32×η4

=0.94×0.994×0.982×0.99 =0.86 电动机所需的工作功率：

Pd=Pw/η总=6.4/0.86=7.44kw

电动机额定功率：

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4

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Ped为7.5kw 确定电动机转速： 电动机输出轴转速：

nw=60×1000V/πD =60×1000×1/3.14×50 =382r/min

查得 带传动的传动范围i1=2～4 故电动机转速的可选范围为nd =i?nw

=（2～4）×382 r/min =(764～1528) r/min 所以nd=971r/min（满载时转数） 确定电动机型号：

查附表，选定电动机型号为Y160M—6 即两个电机选择同一型号。 4.3轴承的选择及寿命计算

轴承所要求的条件、性能也日趋多样化。为了能从为数众多的结构、尺寸中，选择最适合的轴承，需要从各种角度研究。在选择轴承时，一般，考虑作为轴系的轴承排列、安装、拆卸之难易度、轴承所允许的空间、尺寸及轴承的市场性等，大致决定轴承结构。其次，一边比较研究使用轴承的各种机械的设计寿命和轴承的各种不同的耐久限度，一边决定轴承尺寸。在选择轴承时，往往偏于只考虑轴承的疲劳寿命，有关由润滑脂老化而发生的润滑脂寿命、磨损、噪音等也需要充分研究。再者，根据不同的用途，有必要选择对精度、游隙、保持架结构、润滑脂等等要求，作特别设计的轴承。但是，选择轴承并没有一定的顺序、规则，优先应考虑的是对轴承所要求的条件、性能、最有关连的事项，尤为实际。

根据该装置的设计要求，综合考虑初步选择滚动轴承，轴承只受到径向力，且所受载荷为轻载，所以选择深沟球滚子轴承。根据工作要求和轴的最小直径选择轴承为6212.所以轴承处轴的直径为60mm。由设计可得传动轴上端的一对深沟球轴承对主轴的支反力比较大，初步估计约为500N是传动轴上收到的最大的支反力，平均到每个轴承所承受的载荷Fr为250N。在这种情况下轴承是被压紧的。深沟球轴承以承受径向力为主，它的当量动载荷为：

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P?fpFr?1.8?0.25?0.7(kN) （4-5）

查手册知轴承的基本额定动载荷为5kN；对于深沟球轴承，计算指数??10，其他3的量和推力轴承的相同，将这些数据代入式（5-15）得滚动轴承的基本额定寿命约为18320小时。 4.4螺栓校核

在设计中用到的螺栓及螺栓组中，支架底板上固定螺栓组承受的载荷较大，此处选取它的材料为中碳钢，性能等级为4.8，抗拉强度极限?b为300MPa，屈服强度极限?s为240MPa；同时对其进行强度校核。

这种连接为受轴向载荷的螺栓组连接，每个螺栓连接为承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接。同时此组螺栓承受的载荷为变载荷，经查手册得到此螺纹连接的安全系数S=5，因此得到连接的许用拉应力可用下面的公式计算：

[?]??sS (4-6)

代入数据得[?]约为48MPa。

根据前面的内容，为安全起见，估算螺栓组承受的总重m?为50㎏，则承受的载荷为：

G?m?g

代入数据得G为500N。

每个螺栓承受的工作拉力为：

F?根据已知条件z=4,得F?125N。 由机械设计知螺栓承受的总拉力公式为：

F2?F0?G zCbF (4-7)

Cb?Cm

式中F2——总拉力，N；

F0——预紧力，此处规定螺栓连接的最大预紧力为400N；

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Cb——螺栓刚度； Cm——被连接件刚度；

Cb——螺栓相对刚度，根据经验取值为0.3；

Cb?CmF——工作拉力，N。 代入数据得总拉力F2为435N。

螺栓危险截面的拉伸强度条件为： ?ca?1.3F2?4?[?] (4-8)

d12代入数据得?ca?38.7MPa?[?]，说明所设计的螺栓连接符合强度要求 4.5本章小结

本章中根据选择电机计算公式，确定各个计算参数，计算出电机功率及转速，根

据功率和转速选择合适的电机型号。根据轴承的动载荷选择轴承型号计算轴承寿命。再根据螺栓强度验算公式校核螺栓的强度。

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5总 结

在本次设计中，设计了一种运用轨道小车进行铜水输送的装置，此方案中用到了曲柄连杆机构，近似于导轨滑块机构的牵引块与滑块机构，传感器等。通过本次设计，我了解到自身很多的不足之处，对电机的选择，保证运动方式的完成，材料的选择，各机构相互连接的计算，以及保证各机构运动不发生干涉，每一步都很关键，有很多时候一个细小的环节就能浪费很多时间，虽然是很小很小的一个问题，但是当自己一无所知的时候就会很自然的停步不前，有时候会因为不知道而感觉心里很烦躁，不想继续干下去了，但当自己再次回过头来，认真找到问题所在，解决问题的时候又会感觉很轻松，感觉这是自身的一次小小的突破。在本次设计中，我感觉最难的要数电机的选择以及连杆完成盛铜水桶的翻转的动作的时候运动轨迹的确定，刚开始选择以连杆机构完成翻转动作时感觉很有成就感，因为这完全是自己看到一幅图片然后兴之所至突然想出来的，但是当真正的下手做的时候发现了各种各样的问题，在发现问题的过程中， 也慢慢发现自身的很多缺陷，但是在解决问题的时候，发现不仅是这次设计存在这种问题，在一直以来的设计中，我都为了求快做的很潦草，没有认真的考虑每一次选择的重要性，习惯于套用模板，但是当没有模板可用的时候，才发现要学的东西还有很多。

在今后的学习中自己一定要更加脚踏实地的做好每一件事，平时认真积累各方面知识，为以后面临的各种挑战打好坚实的基础！

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谢 辞

本设计的完成，得益于大学四年各位老师悉心传授的专业知识，使本人具备了完成设计所必备的各类专业知识。所以首先对大学四年所有指导过我的老师表示感谢。其次，在完成设计过程中沈孝芹老师从选题的确定、设计资料的收集、开题报告准备、确定设计方案以及绘图过程中的注意事项等各方面投入了大量精力来指导。沈老师教学态度严谨，知识渊博，为本设计提出了很多具有针对性的意见，使我通过这段时间的努力，对大学所学到的知识掌握的更加深刻牢固，对自己以后走出校门步入社会充满信心。在此对沈孝芹老师致以诚挚的感谢！

在毕业设计过程中，出现了很多自己无法解决的问题，通过请教老师同学，在图书馆查阅书籍，上网查阅各类文献，这些问题得以一一解决，在此对所有在本次设计中帮助过我的师长朋友表示感谢！

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