机械毕业设计（论文）220T过跨车设计【全套图纸】.doc

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1、220T过跨车设计摘要铁水运输是冶金企业关键工艺之一，随着钢铁生产工艺的不断发展，钢铁企业的不断发展壮大，铁水运输方式也在不断发展。铁水罐车是钢铁企业铁水运输的重要工具，目前国内铁水罐车主要有 2种：一种是敞口式铁水车，一种是鱼雷形混铁车( 简称鱼雷罐车 )。采用不同的铁水运输车辆，对于钢铁生产节奏和钢铁质量会产生不同的影响。目前的运输方式能否适应钢铁工业的发展是摆在我们面前十分迫切的课题。本论文是设计220T铁水过跨车，首先分析了铁水车的作用，分类以及发展现状与前景。然后多此课题进行设计，主要是对过跨车的小车走行机构的设计，首先，确定过跨车的主要参数。然后，根据主要参数通过计算选择走行机构的

2、电动机，减速器以及轴承。最后，校核车轮轴、减速器的齿轮，计算轴承的使用寿命，并且对其他的主要零件进行校核。关键词：铁水运输；220T过跨车；行走机构；电动机；立式减速器全套图纸，加153893706The Design of The 220T Hot Metal Cross CarAbstractMolten iron transportation process is one of the key metallurgical enterprises，With the steel production process of continuous developed, iron and stee

3、l enterprises has grown in strength and the mode of transport of molten iron has been developed. Hot Metal tankers is an important tool for transport iron and steel enterprises. At present, melted iron mainly have two kinds of tanker: One is the exposure of hot metal type vehicles, the other is the

4、torpedo torpedo-shaped vehicle (referred to Torpedoes Tank). Using different molten iron transport vehicles, for the rhythm of steel production and steel quality will cause different effects. Whether the current mode of transport to adapt to the development of iron and steel industry before us is a

5、very urgent topics. This paper is the design of the design of the 220T hot metal cross car. First, we analyze the role of hot metal cars, classification and the development of the status quo and prospects. Second,design this subject,mainly design the walking mechanism of the hot metal cross car. Fir

6、stly, determine the main parameters of the hot metal cross car.Secondly,by calculating the main parameters to choose the motor reducer and bearings of the walking mechanism. Finally, check vehicle axle,the gear of the reducer,calculation the life of the bearings,and check other main parts.Key word ：

7、Hot metal transport；220T cross car；Walking mechanism；Motor；Vertical reducer目录摘要IAbstractII1.绪论11.1.选题背景及目的11.2.铁水车的种类11.2.1.铁水车的种类及特点11.3.发展趋势42.整体方案评述52.1.运行机构的组成和主要型式52.2.运行机构的组成52.2.1.运行机构电动机类型的选择52.2.2.减速器的类型选择62.2.3.联轴器选择62.2.4.制动器选择72.2.5.轴承的选择83.力能参数确定93.1.设计参数93.2.走行机构的电动机电机功率93.3.电动机发热校核103

8、.4.电动机过载能力校核113.5.走行机构的减速器及传动比124.主要零件强度计算134.1.主动轮组134.1.1.轴的校核134.1.2.精确校核轴的疲劳强度164.1.3.键的校核224.1.5.车轮和轨道的选择计算274.2.从动轮组284.3.减速器齿轮的校核285传动系统的润滑325.1润滑方法325.2润滑系统的选择原则325.3润滑方式的选择335.3.1减速器的润滑335.3.2轴承的润滑336. 环保与经济性分析346.1.设备的环境保护346.2.设备经济性分析35结束语36致谢37参考文献381.绪论1.1.选题背景及目的随着钢铁工业突飞猛进的发展，冶炼方法及冶炼设备

9、也在逐步得以改进。特别是转炉炼钢在我国的发展速度很快，转炉的钢产量和品种不断增加，转炉的容量也在不断扩大。为了提高生产效率，降低能耗，减轻工人劳动强度，保证在几十分钟内炼出合格的钢水，转炉设备及其擂助设备都必须具有较高的机械化和自动化水平。混铁水车及棍铁炉就是其中的主要辅助设备，它们负责向转炉提供铁水。混铁水车及混铁炉不论在设备结构上还是工艺要求上都有很大不同，但两者的作用是相同的。它们通过本身的动作对贮存的铁水进行化学成份的混均和对铁水的保温，而贮存铁水本身是其最为重要的功能。1.2.铁水车的种类1.2.1.铁水车的种类及特点按铁水罐的几何形状，铁水车可分为如下三种形式。锥形罐式铁水车锥形罐

10、式铁水车存在如下缺点：1）铁水表面积大，热量损失多。铁水罐在每次使用中由于铁瘤的逐渐增加而使容积逐渐减少，一般运送50006000 t铁水后就需送去修理。2）不经济。这种铁水罐的容积较小。采用小容积铁水罐也增加了运输工作量及费用。3）铁水飞溅损失大。铁水落到小铁水罐中的飞溅损失较大，还增多了每次铁瘤的形成。 我国采用的铁水车结构型式如图1.1所示。铁水罐上部为圆柱形，罐底为半球形。铁水罐由两个铸钢吊架与钢板焊成，罐内壁砌有耐火砖。车架为焊接双弯梁“”形断面结构，两端有支座支承罐体，通过心盘将负荷传给转向架。这种型式的铁水罐清理废铁和铁瘤以及观察罐内损失情况比较方便，故这种型式的铁水车在我国得到

11、广泛使用，并确定为我国的系列化产品。图1.1 锥形罐式铁水车梨形罐式铁水车保温性能最好的铁水罐的几何形状应该是球形的，但制造比较困难，因此做成和球形相似的梨形铁水罐。它的结构型式如图1.2所示。梨形罐式铁水车主要由铁水罐、车架和两台运行小车组成。1）铁水罐 梨形罐是由罐帽、圆柱形的中间部分和半球形的罐底三部分组成。2）车架 车架由两个用向下弯曲的梁连接起来的平台组成。梁向下弯曲的目的是为了不妨碍铁水罐的倾翻。车架上装有自动挂钩。3）运行小车 车架支承在两台四轮双轴的小车上，采用这种运行小车来代替标准铁路小车可以缩短铁水车的长度。与锥形铁水罐相比，梨形铁水罐具有下列优点：保温性能好；罐内残铁和铁

12、瘤较少；内衬使用寿命长。1铁水罐 2枢轴 3耳轴 4支承凸爪 5底盘 6小轴图1.2 梨形罐式铁水车3、鱼雷罐车铁水罐的外壳是焊接的。旋转轴线高出几何轴线110 mm，这样空铁水罐或装满铁水时铁水罐的重心均在旋转轴线以下。铁水罐由一个圆柱体和两个圆锥体组成，枢轴固定在圆锥体的端部。铁水罐靠本身两端的枢轴支承在两台单独的车架的轴承上。罐的倾翻机构和电动机装在其中的一台车架上。每台车架支承在两台双轴小车上。结构型式如图1.3所示。图1.3 鱼雷罐车大容量的鱼雷罐车具有下列优点：热量损失小，形成的残铁和铁瘤较少、罐中铁水成分在一定程度上能起混匀的作用，砖衬的寿命较长等。高炉每次出铁只需23个罐位，这

13、就解决了大量铁水的运输问题，可缩短出铁场的长度，减少铁沟的维修量和炉前废铁量。1.3.发展趋势从上面的情况来看，我国现在各钢铁公司使用的大部分是混铁炉，混铁水车用得较少。实际上这两种设备各有各的优缺点，但从发展的角度来看还是混铁水车的发展有一定的优势。首先，混铁炉在炼钢车间要占有一定的面积，而且随着转炉的容积增大其占用面积也需要增大。特别是对于改造的车间来说厂房的面积是至关重要的。在这一点上混铁水车占有一定优势。其次，混铁炉在操作上也不如混铁水车。混铁炉为了减少热量的损失需要喷吹煤气加热，煤气管道又要随着炉体转动，而炉体的旋转中心又不是其几何中心，同时又要考虑煤气的密封问题。而且混铁炉的上部还

14、要安装兑铁水口的盖子，这又需要一套卷扬机构和炉顶平台。这些都是混铁水车不需要的。再者，混铁水车可以满足远距离输送，可以跨车间输送铁水，由于减少了铁水在混铁水车中的时间，能量的损失也可以控制在最小值。另外，就其加工和维修方面来说，混铁水车也比混铁炉来得容易。2.整体方案评述 运行机构的任务是使起重机和小车作水平运动。有时用于搬运物品；有时用于调整起重机的工作位置，如门座起重机与装卸桥的大车运行机构等。 本方案就是设计铁水过跨车的小车运行机构。 运行机构分为无轨运行与有轨运行两类。前者采用轮胎和履带，可以在普通道路上行走，用于汽车起重机、轮胎起重机与履带起重机等。它们的机动性好，可以随时调到工作需

15、要的地点；后者在专门的钢轨上运行。负荷能力大，运行阻力小，是一般起重机常用的运行装置。本方案是设计有轨运行机构的组成与设计原理。2.1.运行机构的组成和主要型式运行机构由电动机、传动装置、联轴器、传动轴、车轮组和制动器所组成。 本方案主动轮的驱动型式是集中驱动。它是以一台电动机通过传动轴来带动两边主动轮的驱动型式。这种型式只用一台电动机与一台减速器，但传动轴系统（包括轴、轴承与联轴器）复杂笨重，故目前只用于小车运行机构及跨度与起重量较小（）的桥式起重机的大车运行机构。2.2.运行机构的组成2.2.1.运行机构电动机类型的选择电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电机与直流电机的主要区别是

16、，交流电机利用的是电磁感应原理，而直流电机是主磁极建立起恒定不便的磁场，转子绕组通人电流，电机就会转动。直流电机的优点是响应快速、有较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，能承受频繁的冲击性负载。但直流电机也有其缺点，较交流电机相比结构复杂，制造成本高，维护工作量大，使用场合也受到限制。采用交流电机驱动，中间需要一个变速箱，一个齿轮座。采用这传动方式的优点是：设备投资少,配套容易，使用和维护比用直流电机简便，缺点是：传动装置需要增加专门的变速箱，交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步

17、电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等。综合考虑，该运行机构采用交流电动机，为SIEMENS变频调速三相异步电动机，该电机是全数字式交流变频矢量控制调速控制系统具有性能好、可靠性高，可以满足各种不同控制功能要求，调速系统具有最佳自优化功能，并提供完备的监控保护和故障自诊断功能，同时还具有方便快捷的网络通讯功能，自动化系统通过网络可以对传动系统进行参数设定和信息交换。通过确定矫正力,从而来确定电动机的矫正力矩。2.2.2.减速器的类型选择减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 选用减速器时应根据工作机的选用条件，技

18、术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。综合考虑，行走机构的减速器选择立式减速器。立式减速器的主要特点：一、高速比和高效率的高级传动，单级传动就能达到1：87的减速比，效率在90%以上，如果采用多级传动，减速比更

19、大；二、结构紧凑体积小由于采用了行星传动原理，输入轴与输入轴在同一轴心上，所以结构紧凑，体积小；三、运转平稳噪声低摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平稳的机理，使振动和噪声限制在最小程度。2.2.3.联轴器选择联轴器的种类很多，无弹性元件的挠性联轴器，如十字滑块联轴器、滑块联轴器、齿式联轴器、滚子链联轴器；有弹性元件的挠性联轴器，如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、星形弹性联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎式联轴器、膜片联轴器。无弹性元件的挠性联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。有弹性元件的挠性联轴器因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且

20、具有缓冲减振的能力，制造弹性元件的材料有非金属和金属两种。非金属有橡胶、塑料等，其特点为质量小，价格便宜，有良好的弹性滞后性能，因而减振能力强。金属材料制成的弹性元件(主要为各种弹簧)则强度高、尺寸小而寿命较长。根据这些特点，本方案采用两个鼓形齿式联轴器，两车轮是用来支承整台起重机重量并使其行驶的装置。车轮按轮缘形式可以分为双轮缘的、单轮缘的和无轮缘的三种。轮缘的作用是导向和防止脱轨。车轮的材料应根据驱动方式、运行速度和起重工作级别等因素来确定。对机械驱动而速度大于30，中级及中级以上工作类型，建议采用不低于ZG55的铸钢，并进行表面淬火（火焰淬火或表面淬火），硬度不低于HB320350，淬火

21、深度不小于5mm。对人力驱动或机械驱动轻级工作类型，速度小于30,可采用铸铁车轮，表面硬度为HB180240。轨道用来承受起重机车轮传来的集中压力，并引导车轮运行。所有起重机用的轨道都采用标准的或特殊的轧制型钢或钢轨。它们应符合车轮的要求，同时也应考虑如何让固定。通常中小型起重机，小车轨道采用P型铁路钢轨，也可以采用方钢。大型起重机，大车轨道多采用P型与QU型起重机专用钢轨。这些轨道用压板和螺丝固定。综上所述，本方案选用双轮缘的车轮（见图2.4），材料为。轨道采用P型铁路钢轨，用压板的螺丝固定。2.2.4.制动器选择制动器就是刹车。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车、闸。制动器主

22、要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。综上所述，制动器的作用有三种：支持将物品、吊臂或机器闸住不动；停止用摩擦消耗运动部分的动能，以一定得减速度使机构停止下来；落重制动与重力平衡，重物以恒定的速度下降。对于各种制动器的构造和性能必需满足以下要求：能产生足够的制动力矩；松闸和合闸要迅速，制动要平稳；构造简单，维修方便；制动器的零件要有足够的强度和刚度，摩擦零件要有较高的耐磨性和耐热性；制动器的结构要紧凑。为了使制

23、动器能获得较大的制动力矩和较小的结构尺寸，提高接触表面的摩擦系数是最有效的方法。因此在起重机械的制动器中，大多采用较高的摩擦系数和耐磨性的材料，用作互相接触的制动零件之一的复面。常用的制动复面材料是制动石棉带和碾压带。本方案采用抱闸制动器。2.2.5.轴承的选择本方案选用调心滚子轴承。调心滚子轴承具有两列滚子，主要承受径一载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差。高温环境下轴承的使用寿命长。3.力能参数确定3.1.设计参数总重量： 220T行走速度： 330。3.

24、2.走行机构的电动机电机功率由参考文献1摩擦总阻力矩公式： （3.1）式中 G+Q总重量；由设计参数得G+Q=220T=2200009.8=2456000N； k滚动摩擦系数；由参考文献1表71查得k=0.0009； 轴承摩擦系数；由参考文献2表6217查得=0.0030； 附加阻力系数；由参考文献1表73查得=1.6； d轴承内外径平均值；d=mm=0.27m；带入公式3.1得： =5128.13 运行摩擦阻力： （3.2）式中 车轮直径；=900mm=0.9m；带入公式3.2得： =11395.84N选电动机：由电动机静功率公式： （3.3）式中 满载运行时静阻力； m驱动电动机台数；m=

25、2； 机构总效率；=0.9； 机构行走速度；取=28；带入公式3.3得： =28.97kW 初选电动机功率： N=28.97kW 综上所述： 选用电机型号：YPT 225 M6； 功率： =30 kW； 转速： =720 ；3.3.电动机发热校核由参考文献6公式：按照等效功率法求得：当时，所需的等效功率： （3.4）式中 工作类型系数，由参考文献1表64查得 =0.75； 系数，根据值查得，由参考文献1查得当=0.1=0.87。带入公式3.4得： 由以上计算结果可知，初选电动机能满足发热条件，即 3.4.电动机过载能力校核对于室外工作的起重机，为了校核电动机能否克服工作状态最大风压所引起的载荷

26、，以免工作过程中发生停车现象。其计算式： （3.5） 式中 电动机实际最大启动力矩（） 为电动机最大过载系数，由参考文献7表72查得： ，取=2.8； 为电动机额定力矩； =397.9 所以 电动机个数； 运行机构总传动比； 运行机构的效率； 道路坡度阻力矩；忽略不计，=0； 由工作状态最大风压（内陆；沿海）所引起的风阻力（）。 所以 =59.80综上计算可得 所以 电动机过载能力校核合格。3.5.走行机构的减速器及传动比车轮转速： （3.6）式中 机构行走速度； =28； 车轮直径；=900mm=0.9m；带入公式3.4得： =9.90机构传动比： =72.73综上所述： 选取减速器型号：。

27、4.主要零件强度计算4.1.主动轮组4.1.1.轴的校核图4.1 轴的载荷分析图按弯扭合成应力校核轴的强度由上述计算可得：=30kW ； =720；机构总效率：=0.9；=300.9 =27 kW =9.90 =26045.45如图4.1： =13022.73 =539000N由公式：得： =28939.40N（1） 做出轴的力学模型。 =3183.33（2） 做出轴的弯矩图。 =59290（3） 做出轴的扭矩图。 =59375.40（4） 校核轴的强度。由参考文献3公式154轴的弯扭合成强度条件： （4.1）式中：轴的计算应力，； M轴所受弯矩，； T轴所受的扭矩，； W轴的抗弯截面系数；

28、对称循环应变力时轴的许用弯曲应力，其值按参考文献3表151选用。 取；由参考文献3表154得： （4.2）式中：由参考文献4表4319得： b=45 t=15d轴的直径；d=200mm；带入公式4.2得： =980894.8把上述数据带入公式4.1得： =61.05由参考文献3表151得：材料选取，调制处理。=70因为 所以 轴检验合格。4.1.2.精确校核轴的疲劳强度（1） 判断危险截面截面A，B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和处过盈配

29、合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上的应力最大。截面的应力集中的影响和界面的相近，但界面不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面和显然更不必校核。由参考文献3第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。（2） 截面左侧抗弯截面系数： =800000抗扭截面系数： =1600000截面左侧的弯矩M为： =30227476.36截面上的扭矩为： =13022730截面上的弯曲应力： =37.78截面上的扭转切应力：

30、 =8.14轴的材料为，调质处理。由参考文献3表151查得： =735，=355，=200。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按参考文献3表32查取。因为 经插值后可查得： ，又由参考文献3附图31可得轴的材料的敏感系数为： =0.91，=0.94故有效应力集中系数按式（附表34）为： =1.91 =1.31由参考文献3附图32的尺寸系数 ；由参考文献3附图33的扭转尺寸系数 。轴按磨削加工，由参考文献3附图34查得表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，即。由参考文献3式312得综合系数为： =3.29由参考文献3式312a =1.91又由参考文献331及32得碳钢的特性系数： ， 取

31、，取于是，计算安全系数值：由参考文献3式156得： =2.86由参考文献3式157得： =25.07由参考文献3式156得： =2.84由参考文献3中查得设计安全系数值： 因为 所以可知其安全。（3） 截面右侧抗弯截面系数： =1064800抗扭截面系数： =2029600截面左侧的弯矩M为： =30227476.36截面上的扭矩为： =13022730截面上的弯曲应力： =28.39截面上的扭转切应力： =6.42过盈配合处的，由参考文献3附表38用插值法求得： 并取，于是得： 轴按磨削加工，由参考文献3附图34查得表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，即。由参考文献3式312得综合系数为：

32、 =4.16由参考文献3式312a =3.35又由参考文献331及32得碳钢的特性系数： ， 取 ，取于是，计算轴在截面右侧的安全系数值：由参考文献3式156得： =3.01由参考文献3式157得： =18.32由参考文献3式156得： =2.97由参考文献3中查得设计安全系数值： 因为 所以可知其安全。校核的轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。综上对轴的校核，轴满足要求。4.1.3.键的校核图4.3 平键连接受力情况平键连接传递转矩时，连接中各零件的受力情况如图4.3所示。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为： （4.3） 式中： T传递的转矩

33、，；T=； k键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度，mm； 键的工作长度，mm，圆头平键，此处L为键的公称长度，mm；b为键的宽度，mm； 轴的直径，mm； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，见参考文献3表62。此处键的尺寸： h=20mm L=200mm b=36mm公式4.3中数据： T=13022.73； k=0.5h=10mm； =164mm； d=140mm；带入公式4.3得： =113.44由参考文献3表62查得：为120150因为 所以 键检验合格。4.1.4.轴承的寿命计算选用轴承时，首先是选择滚动轴承类型，线面归纳出合理选择轴承类型时所参考的主要因素

34、。（一） 轴承的载荷轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。（二） 轴承的转数在一般转速下，转速的高低度类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。（三） 轴承的调心性能当周的中心线与轴承座中心线不重合而又角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。（四） 轴承的安装和拆卸便于装拆，也是在选择轴承类型时应考虑的一个因素。在轴承座没有剖面而必须沿轴向安装和拆卸轴承零部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承。图4.5 轴承受力分析图求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图4.5a）和水平面（图4.5b）两个平面力系。其中：图4.5c中的为通过另加转矩而平移到指向轴线。由力分析可知： =539000N =269500N =269500N =28939.40N =14469.70N =14669.70N =269888.17N =269888.17N求两轴承的计算轴向力和 对于调心滚子轴承，没有派生轴向力。所以，轴向力： 求轴承当量动载荷 和 本方案采用的轴承型号为：23140 C