转盘换轨电动平车系统电动平车设计

. . . . 目 录摘要3ABSTRACT31 引言41.1电动平车简介41.1.1轨道供电式电动平车41.1.2蓄电池式42 设计任务与确定系统方案52.1设计容简介52.2主要技术参数52.3 系统方案确定62.3.1 平车动作描述62.3.2 平车运动程序设计62.3.3 电气控制62.3.4 电动平车技术要求83 电动平车机械结构设计93.1 原动机选择93.1.1方案比较103.1.2 方案确定103.2电动平车传动装置总体设计123.2.1 平车车轮设计123.2.2平车总传动比123.2.3传动比的分配133.2.4 平车传动装置的运动和动力参数133.3电动平车传动机构设计143.3.1减速器的选择与计算143.3.2 链传动设计153.4电动平车轮轴的设计173.4.1主动轴的设计与校核173.4.2从动轴的机构设计233.5滚动轴承的选择和计算253.5.1滚动轴承的选择253.5.2 滚动轴承寿命计算与润滑253.6连接的选择和计算283.6.1键连接的选择和计算284整条生产线电气控制系统的设计304.1 PLC选择304.2 运动分析304.3 四种运动情况分析31 4.4 输入点地址分配334.5 输出点地址分配354.6 控制柜设计364.7 电动平车电气控制37本章附录39总结64参考文献65附录 科技文章翻译67转盘换轨电动平车系统电动平车设计摘要自动生产线转盘换轨电动平车系统已被广泛应用于各种生产车间，它提高了生产效率，降低了生产成本，可根据厂房空间具体设计，是许多企业的首选方案。 本书主要介绍了转盘电动平车系统中电动平车的设计，包括整个系统的简介、电动平车的整体设计与电气控制系统设计。电动平车传动机构的设计计算。 关键词：电动平车，传动机构，电动转盘，设计计算，控制系统设计。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 its 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 cars 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 引言在现代厂房、车库货物转运过程中，电动平车以其装卸方便、承载能力强、易操纵而充当着重要的角色，电动平车主要有以下形式.1.1.1轨道供电式电动平车KPJ系列是卷筒供电电动平车，以电缆卷筒交流380V供电。电缆卷筒为磁滞耦合式，确保电缆受力均匀不易拉坏。交流380V给平车上YZ起重冶金用电机提供电力，电机拖动平车运行。平车运行时电缆卷筒自动将电缆卷起或放出，受卷线筒供电长度影响，一般最大运行距离小于200m。KPD系列是36V单相（三相）低压轨道供电电动平车，以轨道滑触线供电。地面降压变压器控制柜将单相（三相）交流380V降压至单相（三相）36V，经轨道滑触线馈送给平车，再经车载升压变压器升压为单相（三相）交流380V。给平车用单相电容电机提供电力（三相时为YZ起重冶金用电机）。由于不用电缆，故安全可靠、不怕烫，不怕砸，不妨碍交叉运输，易实现遥控和自动化，给厂区运输布置以很大方便。但其轨道施工要求较高，须保证轨道绝缘，超过一定的运行距离时轨道应加铜排补偿线。运行距离较长时还必须增加降压变压器个数。由于KPD 平车起动时流经轨道的起动电流非常大（达1000A），此时轨道末端有很大的电压降，造成单相电容电机起动困难，故单相KPD平车最大载重吨位为50吨，载重50吨以上时采用三相36V低压轨道供电，YZ起重冶金用电机。产品KPDZ既继承了KPD平车的优点又避免了原型号起动困难，运行距离短的缺点。KPDZ平车以车载整流装置将轨道上的单相（或三相）交流36V整流成直流36V，拖动直流牵引电机使平车运行，直流电机与交流电机相比有不易烧损，起动力矩大，过载能力强的优点。即使由于轨道绝缘老化等原因，在欠压的工况下仍能可靠工1.1.2蓄电池式KPX系列是蓄电池电动平车，以蓄电池供电。蓄电池给直流牵引电机提供电力，直流电机拖动平车运行。直流电机与交流电机相比有不易烧损，起动力矩大，过载能力强的优点。运行距离不受限制。它比KPJ、KPD两种系列平车具有更大的安全性能和机动性灵活性，运行距离不受限制，对轨道无绝缘要求，故施工方便费用低廉。平车都可以加装工业无线遥控装置。它比KPJ、KPD两种系列平车具有更大的安全性能和机动性灵活性，能在弯道、道岔上行驶，运行距离不受限制，对轨道无绝缘要求，故施工方便费用低廉。2 设计任务书与系统方案2.1设计容简介本课题是应某企业电气设备装配车间的一条自动生产线要求而确定的，本电动平车系统共有A、B、C、D四条轨道，两纵两横，电动平车应能够在这四条轨道上自动行驶，换轨通过转盘装置。电动平车共有十六个工位，只要给出控制指令平车即可自动行驶到指定工位。其示意图如图2-1所示。图2-1系统简图2.2主要技术参数轨道长度：两条30m，两条18.5m；电动平车额定速度30m/min,功率2kW，48v蓄电池供电；转盘设计转速0.5r/min,功率0.75kW，直径3200mm的线速度为5m/min。2.3 系统方案确定2.3.1 平车动作描述电动平车系统共有A、B、C、D四条轨道，通过转盘转换。假如电动平车起始位置停在A轨道上，目的地是B轨道，操作顺序：在电动平车操作面板上的起始位置A、B、C、D四个键，设置起始位置为A；目的地A、B、C、D四个键，设为B。按启动按钮；转盘接通A轨道；电动平车向转盘运动；电动平车运动至转盘轨道上；锁紧；转盘转动接通B轨道；电动平车解除锁紧；电动平车从转盘向B轨道运动；按停止键平车可停任何位置；不按停止键平车在终端限位是停。假如电动平车起始位置，目的地为其他地方，按1类似步骤设置操作。同一轨道上，按电动平车前进、后退、停止键操作。电动平车与转盘设点动调整。电动平车额定速度30m/min,功率2kW。1、转盘设计转速0.5r/min,功率0.75kW，直径3200mm的线速度为5m/min，设电动机停止时间4s，则停车后转盘外圆周行程为。 2、转盘在设3个位置；每个位置的传感器动作状态保持连续，即应在平车预停车信号后滑行段位置信号保持。2.3.2 平车运行程序设计方案1、平车从某条线上，人工按键设置起始位置，目的线路，起始后平车按指令从起始位置顺序通过转盘，往指定轨道运行。2、按停车键，平车可停任意位置；未按停车键，平车按设置程序一直运行至终点限位停车。3、平车上控制电机正转、反转、停，通过遥控信号传递操作指令。4、平车的位置方向由地面控制系统布线控制。5、操作按键设平车或地面控制柜上。6、两台平车编号区别，当平车运行与另一台平车距离小于12m时，由传感器检测信号，控制距离减小方向不能运行。2.3.3 电气控制1、电动平车采用48V蓄电池供电，设二个位置的充电机充电。2、转盘与传感器采用预埋线路；控制柜设PLC程序控制。3、平车与地面控制柜采用无线遥控器控制。4、可手动调节平车与转盘运动。图2-2动平车外形图（图中A=2500MM，L=4000MM,B=2000MM,H=530M,C=1435MM）2.3.4 平车技术要求 1.车架的材料机械性能不得低于Q236-A或Q235-A.F的性能。焊条，焊丝与焊剂应以被焊材料相适宜。 2.车架焊接的焊缝坡口形式尺寸应符合GB985和GB986. 3.焊缝不得有裂缝，气孔和夹杂等缺陷。 4.焊缝上的熔渣和两侧的飞溅物必须清除。 5.车架台面在1m围的直线度为4.0mm。 6.钢板，型材，铸，锻件表面除锈应达到GB8923中的St2级。 7.产品出厂前所有外露加工面应进行防锈处理。3电动平车设计由电动平车设计要求，即运行速度、供电设备、控制要求与外形总体尺寸，电动平车系统采用电动机驱动，通过摆线针轮减速器和滚子链传动将运动传至电动平车驱动轮轴实现平车的运动，控制部分采用PLC电气控制。3.1 原动机选择由于供电装置为48v蓄电池，且电动平车所用电机主要起牵引作用，故选用ZQ系列直流牵引电机。直流牵引电机比普通直流电机性能更好，能承受频繁的启动和剧烈的过负载冲击，且允许温度在以上，适合在自动生产线上使用。标准电动机的功率由额定功率表示。所选电动机的额定功率应等于或大于工作要求的功率。所需电动机功率为-工作机实际需要的电动机输出功率，kW；-工作机需要的输入功率，kW；-为电动机至工作机之间的传动装置的总效率。由设计要求工作机所需输入功率为2kW，即为2kW。传动装置包括弹性器，减速器，链传动，查表分别设其传动效率为，。则总传动效率由于考虑到电动平车整体结构和传动的紧凑转速较低的电动机为宜，查3表4-13选用ZQ-4B电动机。其技术数据如下表3-1所示额定电压v额定功率kw额定电流A额定转矩Nm额定转速483.510535960 表3-1 电机参数直流牵引电动机故障电气主要是电机不转，转速偏高，转速偏低，电机漏电，火花大，绕组过热，绝缘电阻低，电机受潮，出现头电缆线与换向器过热。机械故障主要是尼龙轴衬发热磨轴和失油快，电机振动大，轴承过热响声大，电动机有异常响声等在工作中应注意。3.1.1 方案比较由原动件的选择，知电动机转速为960r/min，而电动平车运行转速小于这个值。须在原动件与运行件之间装减速器，通过减速器将转速减低。而减速器输出轴与主动轮轴件需要传动装置。方案一选用滚子链传动，这种传动价格便宜，且适用于较复杂的环境，采用滴油润滑润滑方便，但是其传动需要较大的空间，且存在噪音。方案二：选用开式齿轮传动，这种传动结构紧凑，传动可靠性高，且噪音小，但由于工作环境灰尘较多对传动机构影响较大，且不便润滑。3.1.2 方案确定由于平车外形尺寸要求，且为使结构简单紧凑，与考虑到工作环境多为矿山与某些需要运输重大物件的场合恶劣换件要求，选用方案一。采用摆线针轮减速器和链传动做为传动装置，又考虑到链传动的不均匀性，将链传动设置在低速级。电动平车穿的方案简图如图1- 电动机；2-联轴器；3-摆线针轮减速器；4-小链轮；5-链条；6-大链轮；7主动轮轴；8-主动轮对车身采用钢架结构（车架）和盖板组合，车架由空心钢梁焊接而成，盖板为钢板，车架和改版通过焊接连接，车身与轮轴之间通过支座和螺栓连接，车身结构如图所示。3.2 电动平车传动装置总体设计3.2.1 车轮的设计根据设计任务书要求，车轮直径D=500mm，且为轨道车轮组。由于运行要求不是很高且为了降低电动平车制造成本，采用单轮缘式小车车轮,代号为DL。其结构简图如图所示。3.2.2计算总传动比由电动平车运行速度要求v=30m/min和车轮直径D=500mm。可计算车轮转速为式中，v为车轮速度，m/min; D为车轮直径,mm。 则传动装置的总传动比为式中，为电动机额定转速，；为电动平车车轮转速，。3.2.3 传动比的分配由传动比推荐链传动传动比在2-3.5之间，故选取传动比为23的摆线针轮减速器作为高速级传动，即传动比分配为摆线针轮减速器传动比滚子链传动传动比 3.2.4平车传动装置的运动和动力参数1、各轴转速 电动机输出轴 =960 减速器输入轴 =960 减速器输出轴 平车输出轮轴 2、各轴功率 电动机输出功率 减速器输入轴功率 减速器输出轴功率 平车输出轮轴功率 3、各轴转矩 电动机输出轴转矩 减速器输入轴转矩 减速器输出轴转矩 车输出轮轴转矩 运动和动力参数见表4-1电动机输出轴减速器输入轴减速器输出轴平车输出轮轴转速r/min96096041.73919.099功率kW2.2152.1932.0832.000转矩21.91921.700474147994.570 表4-13.3 电动平车传动机构设计3.3.1减速器的选择a）选择减速器类型减速器的选择首先依据传动比进行选型，由于电动平车车轮转速较低而电动机转速相对较高，故要求减速器能实现较大减速比例。若选用普通圆柱齿轮减速器则需选用三级减速箱，但三级减速箱安装尺寸较大会使这个系统结构不紧凑。考虑到工作与结构要求，选用摆线针轮减速器较为合适。摆线针轮减速器，是应用行星传动原理，采用摆线针轮啮合，行星轮齿廓为变幅外摆线的侧等距曲线，中心线齿廓为圆形。具有传动比大、传动效率高、结构紧凑、体积小、质量轻、故障少、寿命长、运转可靠平稳、噪声低、拆装方便、容易维修、过载能力强、惯性力矩小等特点。可应用于矿山、冶金、起重、运输等行业。工作条件：输入轴转速1500；工作环境温度-1540；可正反双向运转。b)减速器选型计算 1、传动比为23 2、计算功率式中，查表4-1知工作机功率=2.193kW，为选用系数由4表6.72和表6.73取 ；为可靠度系数，查4表6.54取=1.25。 3、计算输出转矩 =572.309N.m式中，为减速器输入功率;为减速器传动比；为减速器效率；为减速器输入转矩。考虑到计算功率和计算输出转矩，查4表6.66和表6.69得:5号机型，传动比为23的输入功率为5.5，输出许用转矩为740.5。则5号机型满足要求。故选用ZWD3.5-5A-23型摆线针轮减速器。3.3.2 链传动设计a) 滚子链传动设计计算1) 选小链轮齿数取 =18大链轮齿数=2.18518=39.33 取392）实际传动比=2.1673）链轮转速小链轮转速 =41.739rmin大链轮转速 =19.261rmin4）修正功率=3.385kw式中由查表9-7，工况系数=1.1， 主动链轮齿数系数，=1.425) 链条节距 由修正功率=3.385kW和小链轮转速=41.739rmin查表9-11上选得节距p为24A-1查表9-1的节距p=38.1mm。6）初定中心距 因为结构上未限定，取=（30-50p）=1143-1905mm 取=12007） 链长节数取=100节8）理论中心距查机械设计9-7得=0.2489=P2-（）=0.248938.12100-(18+39)1356mm9）链速ms10）有效圆周力F11）链轮水平布置时压轴力系数则压轴力=1.154340=4991N12）链条润滑方式的选定根据链号24A-1和链条速度=0.48 ms，由1图14.2-4选用润滑围即用油壶润滑。13）链条标记根据设计计算结果，采用单排24A-1滚子链，节距为38.1节数为100节，其标记为：24A-1100 GBT1243-1997b)滚子链的静强度计算由1式14.2-1 n=8可知滚子链的静强度满足要求。式中 n静强度安全系数； Q链条极限拉伸载荷（N），查1表14.2-4为86.7kN；工况系数，查1表14.2-4为1.0；离心力引起的拉力，由于链速小于4ms，可忽略不计；悬垂拉力，=742.52 由1图14.2-6得，=20， 由1表14.2-9得，滚子链每米质量，n 许用安全系数，取83.4 电动平车轮轴的设计3.4.1 主动轴的结构设计与校核 轴的结构设计需定出轴的合理外形和全部尺寸。主要考虑以下因素：轴的加工工艺，加工工艺轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以与和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向与分布情况轴的加工工艺等。设计时，必须针对不同情况进行具体分析。但必须满足：轴应具有良好的制造工艺性；轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整等。 轴的校核计算应根据轴的受载与应力情况，采取相应的计算方法，并选取其适合的许用应力，主动轮轴结构简图如图所示。 a) 主动轮轴的结构设计主动轮轴上安装有主动论组和大链轮，与有用于与车架连接的支座。与支座的连接为轴承连接，轴与主动轮组以与大链轮的连接为键连接，且大链轮和轴承都需要在轴向设置定位轴肩。轮组跨距为1435mm，车架宽度为2000mm。考虑到以上因素，设计主动轮轴结构如图所示。主动轮轴上ab段和hi段装圆锥滚子轴承和轴套，由于选用的轴承的宽度为61.5mm，径为120mm，设计轴套长度为81mm，故ab段和hi段长度为141.5mm，直径为120mm；又轴与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为m6。bc段和gh段装主动轮组，由6.1车轮的设计知车轮轴径为130mm，车轮厚度为130mm，故bc段长度为130mm，直径为130mm；由车轮和轴的配合为间隙很小的配合，故采用H7/h6配合。由于ab段和bc段直径已定故b初轴肩高度为5mm，又车轮右端需要轴向定位，故在c处设计高度为8mm的轴肩，同理h处和g处分别设有5mm和8mm的轴肩。轴上ef段装配大链轮与链轮挡盘，因为挡盘需用螺钉轴向定位，故需在轴上开设螺纹孔，为以免减小轴的强度需在轴上ef段设计轴肩。综合考虑轴的强度和链轮结构要求，设计ef段直径为186mm；又由于链轮与链轮挡盘宽度要求，设计ef段长度为73mm，且根据链轮挡盘与轴的安装尺寸在距离f处10mm处开设两个对称的m6的螺纹孔；链轮和轴之间的配合为间隙很小的滑动配合，故才H7/h9的配合要求。轴上de段处设置轴肩以用于链轮左侧的轴向定位，由于链轮没有轴向力，故此处轴肩高度和宽度均不用很大，分别取30mm和20mm。为了使轴与车架安装合理，故需约束轴的总长为1940mm；为了满足大链轮和相应小链轮的位置要求，满足链传动的要求，需设计di段长度为684mm。至此已经初步确定了轴的各段的直径和长度。轴上零件的周向定位，采用键连接，实现轴上零件的周向定位和运动与动力的传递。bc段和gh段采用圆头平键连接，根据bc段直径由7表6-1查得平键截面bh=32mm18mm，键槽用铣削刀加工，长度为100mm。链轮的周向定位和动力传递也是通过平键实现的，此处采用平头键连接，同样根据此段轴径由7表6-1查得平键截面bh=32mm18mm，键长为28mm。链轮挡盘的周向采用螺钉定位，用m6的螺钉拧在轴与挡盘之间定位。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的。在轴的端头处加工245的倒角。 b) 主动轮轴的校核初步校核轴的最小直径，由7式（15-2）估算最小直径。选取轴的材料为45刚，调质处理。根据简明机械手册表1.6得A=118mm式中，分别为轴的额定功率和转速，其值由表4-1查得。由6.2.1.2设计的轴的结构可知轴的最小直径满足要求，现在对轴进行精确校核。 轴的计算简图和弯矩图如图6-3所示。计算图中各力链轮的压轴力，由5.2滚子链的计算中得=4282N；T专递的转矩，由表4-1查得T=994.57；车与载重对轴的压力，当载重为30t自重为6t时，=（30+6）100010=9；N车轮对轴的支撑力跟相等；左轮水平向支反力，=F-=4991-1404.324=3586.676N根据图6-3中受力情况，做出轴的弯矩图和扭矩图如图6-4所示：a 水平面受力分析图c 弯矩图图6-4 主动轮轴的弯矩图和扭矩图由图6-2和图6-4可知，d截面为危险截面，算出d截面的总弯矩和扭矩： N.m T=994570N.mm按弯扭组合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据7式（15-5）与上面所算的d截面的弯矩和扭矩，以与轴运动时需正反转，扭转切应力为对称循环变应力，取=1，轴的计算应力=51.4M前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由7表15-1查得。因此，故安全。精确校核轴的疲劳强度判断危险截面 根据前面的分析计算，截面b，c，g，h虽然直径较小，且开有键槽、轴肩与过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳度，且由于只收到扭矩和较小的弯矩作用，所以这些截面都不需校核。从应力集中和受载的情况来看，截面d和f上的应力最大。由于截面b左侧和截面f右侧直径相等，截面b右侧直径比截面f左侧小，而载荷b截面稍大一点，故只需校核d截面左侧和f截面左侧即可。截面d左侧抗弯截面系数 =311213.6抗扭截面系数 截面b左侧的弯矩M为mm截面b上的扭矩T mm截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的材料为45钢，调质处理。由7表15-1查=640，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数与按7附表3-2查取。因，,经插值后可查 =2.25 =1.82又由7附图3-1可得轴的材料的敏性系数为 故有效应力集中系数按7式（7附表3-4）为由7附图3-2的尺寸系数；由7附图3-3的扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由7附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则按7式（3-12）与式（3-12a）得综合系数为又由73-1和3-2得碳钢的特性系数 =0.1 0.2，取=0.1=0.050.1，取=0.05于是，计算安全系数值，按7式（15-6）（15-8）则得 =81.853 =18.003=2， 故可知其安全。截面f左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯矩M与弯曲应力为扭矩T与扭转切应力为 T=994570N.m=0.773M过盈配合处的 ，由7附表3-8用插值法求出，并取 =0.8，于是得 =3.16 =0.83.16=2.53轴按磨削加工，由7附图3-4得表面质量系数为=0.92故得综合截面系数为=3.25 所以轴在截面f左侧的安全系数为 =150.2 =44.6=2，故安全。电动平车主动轮轴无大的瞬时过载与严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，主动轮轴的的设计计算结束。3.4.2 从动轮轴的结构设计从动轮轴上安装有从动论组，还有用于与车架连接的支座。轴与从动轮组以连接为键连接，与支座的连接为轴承连接，且轴承需要在轴向设置定位轴肩。轮组跨距为1435mm，车架宽度为2000mm。考虑到以上因素，设计从动轮轴结构如图6-5所示。主动轮轴上ab段和ef段装圆锥滚子轴承和轴套，由于选用的轴承的宽度为61.5mm，径为120mm，设计轴套长度为81mm，故ab段和ef段长度为141.5mm，直径为120mm；又轴与滚动轴承配合为过渡配合，此处选轴的直径尺寸公差为m6。bc段和de段装主动轮组，由6.1车轮的设计知车轮轴径为130mm，车轮厚度为130mm，故bc段长度为130mm，直径为130mm；由车轮和轴的配合为间隙很小的滑动配合，故采用H8/g6配合。由于ab段和bc段直径已定故b初轴肩高度为5mm，又车轮右端需要轴向定位，故在c处设计高度为8mm的轴肩，同理h处和g处分别设有5mm和8mm的轴肩。为了使轴与车架安装合理，故需约束轴的总长为1940mm；轴上零件的周向定位，采用键连接，实现轴上零件的周向定位和运动与动力的传递。bc段和de段采用圆头平键连接，根据bc段直径由7表6-1查得平键截面bh=32mm18mm，键槽用铣削刀加工，长度为100mm。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的。在轴的端头处加工245的倒角。从动轮轴的结构与主动轮轴相似，但由于不受转矩和链轮压轴力，只受自身载重和自重载荷，且由前面主动轮轴的校核可知从动轮轴强度条件肯定满足，故不需再校核其强度。3.5 滚动轴承的选择和计算3.5.1滚动轴承的选择 选用滚动轴承是，首先是选择轴承的类型。主要考虑一下因素：轴承的载荷大小、方向和性质；轴承的转速；轴承的调心性能；轴承的安装和卸载。根据上已章节车轮的设计，再由6表19-4，确定选用32224型4FD系列滚动轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙，成对使用。3.5.2 滚动轴承寿命计算a)主动轮轴上滚动轴承寿命计算查滚动轴承样本可知圆锥滚子轴承32224型4FD系列的基本额定动载荷=758000，基本额定静载荷=478000。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水平面和铅垂面两个平面力系，分别如图7-1a和7-1b所示。 （a）（b）图7-1 轴承受力图由上一章轴的受力分析可知：=1404.324N=3586.673N=90000N=90010.96N =90071.44N 求轴承当量动载荷和=90010.96N=90071.44N 计算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小计算=7347.95hb)从动轮轴轴承寿命计算 查滚动轴承样本可知圆锥滚子轴承32224型4FD系列的基本额定动载荷=758000，基本额定静载荷=478000。求两轴承受到的径向载荷和由于从动轴只在铅垂受载，其受力如图7-2所示。 图7-2 轴承受力图由上一章轴的受力分析可知：=0N=90000N=90000N=90000N求轴承当量动载荷和=计算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小计算=7349.619hc) 滚动轴承润滑方式的选择由于电动平车轴上滚动轴承安装与轴支座中，考虑到脂润滑形成的润滑膜强度高，能承受较大载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间，所以选用脂润滑。3.6连接的选择和计算3.6.1键连接的选择和计算键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来决定。电动平车主动轮轴和从动轮轴与轴上零件的连接大都采用了键连接。a) 车轮与轴的键连接轴与轮轴之间的键连接，主要是传递运动和转矩，故采用圆头平键连接，由车轮孔径为130mm，查7表6-（P106）得键的截面尺寸为键宽b键高h=32mm18mm，又考虑到车轮宽度为130mm，故选用键长L=100mm。现在对键进行校核。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为=25.008M式中，传递的转矩，由表4-1查得=994.57；键与轮毂键槽的接触高度，=0.5h=0.518mm=9mm；键的工作长度，圆头平键=Lb=10032=68mm;轴的直径，=130mm；键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，查7P106表6-2得=110。由计算得键的强度满足设计要求。b)大链轮与轴的键连接 主动轮轴与大链轮的连接由于结构和载荷要求，采用平头键连接，根据连接处轴径的大小参照键的标准规格，选用平键的截面尺寸为键宽b键高h=32mm18mm，又考虑到链轮轮毂宽度为33mm，故选用键长L=28mm。现在对键进行校核。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为=42.438M式中，传递的转矩，由表4-1查得=994.57N.m；键与轮毂键槽的接触高度，=0.5h=0.518mm=9mm；键的工作长度，平头平键=L =28mm;轴的直径，=186mm； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，查7P106表6-2得=110。有计算得键的强度满足设计要求。c) 小链轮与减速器输出轴的键连接 小链轮与减速器输出轴的键连接，采用圆头平键，根据连接处轴径的大小参照键的标准规格，选用普通平键的截面尺寸为键宽b键高h=16mm10mm，又考虑到链轮轮毂宽度为80mm，故选用键长L=70mm。现在对键进行校核。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为=35.477M由表4-1查得=474.147N.m，k =0.5h=0.510mm=5mm，=Lb=7016=54mm，=55mm。 故有计算得键的强度满足设计要求。第4章 整条生产线电气控制系统的设计4.1PLC的选择德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。S7-200系列简介S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测与控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业与民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。4.2 运动分析根据电动平车的起始位置和目的地的不同，其运动可分为四大类。（其中轨道的编号、工位的编号、传感器的编号、电动平车的编号等见图）1、电动平车的起始位在、号轨道上，目的地在轨道、的16个工位的其中某个工位上。2、电动平车的起始位置在、号轨道的16个工位的其中某个工位上，目的地是、轨道上。3、电动平车的起始位置在、号轨道的16个工位的其中某个工位上，其目的地是另一轨道的其它工位，如起始位置在轨道上的某一工位，目的地是轨道上的另一工位，此工序需经过转盘。4电动平车的起始位置在、号轨道的16个工位的其中某个工位上，目的地也是同一轨道上的另一工位，如起始位置在轨道上的某一工位，目的地也为轨道上的另一工位，此工序不需经过转盘。4.3 四种运动情况的具体分析：。4.3.1第一种运动情况的具体分析： 因两台电动平车不能同时工作，所以假设在平车b不工作的情况下，平车a从导轨处开始工作。1、上料。将工件上到平车a上。2、输入目的工位，在按启动按钮之前可按取消按钮重新输入目的地，一旦平车运动后，其它位置按钮将被锁定。按下启动按钮。电动平车开始启动，同时锁定其它目的地，平车上工作灯点亮，目的工位与BG3、BG4形成互锁。3、当平车运动到转盘上时，触动行程开关BG1，同时平车电机停止，平车上制动电机得电启动，由于电动平车的速度不大，制动装置启动可使平车立即停车，同时启动锁紧装置锁紧平车，电动平车订车四秒后再启动转盘。4、当运动到相应行程开关时，转盘电机失电停车，同时转盘制动装置得电，使转盘瞬间停止，同时解除平车的锁紧，转盘停止四秒后平车启动。（若目的地为18号工位，则平车电机反转启动，若目的地为916号工位，则平车电机正转启动），平车沿轨道运动至目的工位停车制动，工作指示灯熄灭。（在平车停止的情况下可按点动调整）5、按停止键平车可在任意位置停车。6、平车在运动过程中在一定围遇到障碍，由传感器BB5发出信号，使平车立即制动停车。7、在同一轨道上按电动平车的前进、后退、停止键操作。4.3.2第二种运动情况的具体分析：1、上料； 将工件从工作台上取下放在平车上。2、输入目的位置（轨道、），在按启动按钮之前可按取消按钮重新输入目的地，一旦平车运动后，其它位置按钮将被锁定，按下启动按钮，平车启动，目的位置、分别与BG1、BG2形成互锁，同时启动工作指示灯。平车运动至转盘触与行程开关BG3或BG4时平车电机停止，并启动制动装置，使平车立即停止，同时启动紧锁装置，锁紧平车，平车停车四秒钟后启动转盘。3、当转盘运动至触与相应行程开关BG1、BG2时，转盘电机停止并启动转盘制动装置，使转盘立即停止，同时可以用点动来调整转盘的位置精度，锁紧装置失电放松平车，转盘停止四秒后平车启动。4、平车在轨道、上运动，若不按停止按钮则一直运动至终端限位时停车，同时工作指示灯熄灭。5、按停止按钮平车可在任意位置停车。6、平车在运动过程中，一定围遇到有障碍时，电机上的传感器BG5发出信号，使平车立即制动停车。7、在同一轨道上，可按平车前进、后退、停止键操作。4.3.3第三种运动情况的具体分析：1、上料； 将工件从工作台取下装在平车上。2、输入目的位置；目的位置为另一轨道上的其它工位，在按启动、前进、后退按钮之前可按取消按钮重新输入目的地，按启动按钮平车启动，平车启动，同时锁定其它目的位置按钮，工作指示灯点亮。3、平车运动至转盘触与行程开关BG3或BG4时平车电机停止，并启动制动装置，使平车立即停止，同时启动紧锁装置，锁紧平车，平车停车四秒钟后启动转盘。当转盘运动至触与相应行程开关BG3或BG4时，转盘电机停止并启动转盘制动装置，使转盘立即停止，同时可以用点动来调整转盘的位置精度，锁紧装置失电放松平车，转盘停止四秒后平车启动。4、平车沿导轨运动至指定位置停车制动，工作指示灯熄灭，在停车时平车可通过点动来调整其位置精度。5、按停止按钮平车可在任意位置停车。6、平车在运动过程中，一定围遇到有障碍时，电机上的传感器BG5发出信号，使平车立即制动停车。7、在同一轨道上，可按平车前进、后退、停止键操作。4.3.4第四种运动情况的具体分析：1、上料； 将工件从工作台取下装在平车上。2、输入目的位置；目的位置为同一轨道上的另一工位，在按启动、前进、后退按钮之前可按取消按钮重新输入目的地，一旦平车运动后，其它位置按钮将被锁定。3、用前进、后退、停止、点动按钮完成。4、在平车运动过程中，一定围遇有障碍，由平车上的传感器BB5发出信号，使平车立即停车。第四种情况的运行则可以直接通过控制柜上的前进、后退、停止与点动按钮来实现4.4输入点的地址分配：确认/启动按钮 SF1 I0.0取消/停止按钮 SF2 I0.1行程开关 BG1 I0.2行程开关 BG2 I0.3行程开关 BG3 I0.4行程开关 BG4 I0.51、2工位限位开关 BG5 I0.63、4工位限位开关 BG6 I0.75、6工位限位开关 BG7 I1.07、8工位限位开关 BG8 I1.19、10工位限位开关 BG9 I1.211、12工位限位开关 BG10 I1.313、14工位限位开关 BG11 I1.415、16工位限位开关 BG12 I1.5平车上的传感器 CC1 I1.6平车前进按钮 SF3 I1.7平车后退按钮 SF4 I2.0平车点动按钮 SF5 I2.1转盘点动按钮 SF6 I2.21、2工位按钮 SF7 I2.33、4工位按钮 SF8 I2.45、6工位按钮 SF9 I2.57、8工位按钮 SF10 I2.69、10工位按钮 SF11 I2.711、12工位按钮 SF12 I3.013、14工位按钮 SF13 I3.115、16工位按钮 SF14 I3.2导轨3极限限位开关 BG13 I3.3导轨4极限限位开关 BG14 I3.4导轨3的按钮 SF15 I3.5导轨4的按钮 SF16 I3.64.5输出点地址分配：工作指示灯 PG1 Q0.0平车电机 MA1（正转） Q0.1平车制动电机 MA2 Q0.2转盘锁紧装置电机 MA3 Q0.3转盘电动机 MA4 Q0.4转盘制动电机 MA5 Q0.51、2工位指示灯 PG2 Q0.63、4工位指示灯 PG3 Q0.75、6工位指示灯 PG4 Q1.07、8工位指示灯 PG5 Q1.19、10工位指示灯 PG6 Q1.211、12工位指示灯 PG7 Q1.313、14工位指示灯 PG8 Q1.415、16工位指示灯 PG9 Q1.5平车电机 MA1（反转） Q1.63号轨道指示灯 PG10 Q1.74号轨道指示灯 PG11 Q2.04.6 控制柜4.7 电动平车电气控制电动平车的电气控制采用PLC控制，平车需控制的动作为起动、停止、反向与点动。设置系统的输入/输出点与其对应的PLC地址输入点： 输出点：前向按钮 SF1:I0.0 电动机正转接触器QA1:Q0.0停止按钮 SF2:I0.1 电动机反转接触器QA2:Q0.I反向按钮 SF3:I0.2前向点动按钮 SF4:I0.3 反向点动按钮 SF5:I0.4根据电动平车运行功能要求编写PLC程序如下图所示。毕业设计总结 由于经验不足和知识方面的缺陷以与对生产线的实际认识不够深入，此次毕业设计有很多不完善的地方。但通过这次设计，我学会了如何克服困难，提高了我处理事务的能力和运用知识能力。同时加深了我对大学四年所学知识的理解，拓宽了我的知识面。这些都将成为我以后学工作的宝贵资源。在作此次毕业设计的过程中，本人得到了老师的指导，正是因为老师提供大量的资料来源，不仅为我设计出电动平车提供了大量的知识贮备，而且使我学会了从大量的资料中选择出自己需要的东西。在此感老师和同学们的帮助，感培养我四年的学校。参考文献1 机械工程手册编辑委员会编机械设计手册第卷版：机械工程，20042 成林实用中小型电机手册：科学技术，20073 周明衡减速器选用手册：化学工业，20074 成大先机械设计手册单行本轴与其连接：化学工业，20045 起重机设计手册编写组编起重机设计手册：机械工程，19846 濮良贵，纪名刚机械设计版：高等教育，20067 廖念钊，古莹菴，莫雨松，硕根，兴骏互换性与技术测量版：中国计量，19988 王永华现代电气控制与PLC应用技术版：航空航天大学，20089 鸿文材料力学版：高等教育，199210晓辉.简明机械使用手册.：科学，2006.l40 / 40