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1、张涛矿车轮对拆卸机构的设计矿车轮对拆卸机构的设计1 绪论矿车轮对拆卸机是矿车检修成套设备之一，是一种针对矿车轮对维修的机械设备。就现阶段，矿车轮对的维修主要靠工人来进行，不仅工效低，而且劳动强度大，维修效果差。设计一台专用拆卸机，不仅可以提高工作效率，降低企业的成本，而且可以大大地减轻工人的劳动强度。目前，对矿车轮对拆卸机的研究几乎是空白的，在网上也很难见到有关这方面研究的消息，只有中国矿业大学对其有所研究。矿车轮是煤矿运输机械中的易损部件，矿车轮对在使用一段时间之后必须进行拆卸维修，以提高它的使用寿命。随着煤矿产业的不断壮大，传统的手工拆卸已不能满足生产的要求，对矿车轮对拆卸机的设计改进是势
2、在必行的。随着科学技术的不断发展，矿车轮对拆卸机的发展也会越来越快，必然会朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。但最主要的发展趋势就是采用“PC运动控制器”的开放式数控系统，它不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。2 设计任务书这次设计主要对矿车轮对拆卸机构进行设计。通过查阅相关资料和细致的思考，初步确定了以下三个矿车轮对的拆卸方案：方案一：轮盖和螺栓的拆卸由人工利用搬手等工具进行拆卸，轮子的拆卸通过在轴下堑一支承，靠近轮对处设一挡块，通过人力敲击来完成拆卸。方案二：轮盖和螺栓
3、的拆卸同方案一，轮对的拆卸通过在工作台上安装一机械手夹紧轴，在左端设计一卸轮钩将轮子钩住（卸轮钩的开合都由液压驱动），利用液压缸顶出来实现。工作台的移动通过电机提供动力经过齿轮减速，驱动滚珠丝杠动力来完成。方案三：轮盖的拆卸同方案一，螺栓的拆卸通过减速电机带动导筒的转动来完成。轮对的拆卸通过在工作台上安装形块来支承和夹紧（手动）轮对，并在左端设计一卸轮钩将轮子钩住，利用液压缸将轴顶出完成拆卸。工作台的移动通过电机提供动力经过齿轮减速，驱动丝杆螺母运动来实现。根据题目要求综合比较以上三个方案，方案三为最优方案。由于轮盖的拆卸通过人工方式，所以在此机构设计中只考虑螺母和轮对的拆卸。为了使结构更加清
4、晰，将其分为螺母拆卸机构、卸车轮机构、轮对固定装置和液压系统四个部份。3 设计计算说明书3.1 螺母拆卸机构3.1.1 减速机的选择通常规定，拧紧后螺纹联接件的预紧力不得超过其材料的屈服极限的80%。螺栓的制造材料为45钢，故式中：螺栓材料的屈服极限，螺栓危险截面的面积， 取 5539N由机械原理可知，拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩和螺母环形端面与被联接件支承面间的摩擦阻力矩之和，即 （1）螺旋副间的摩擦力矩为 （2）螺母与支承面间的摩擦力矩为 （3）将式（2）、（3）代入式（1），得 （4）对于M10M64粗牙普通螺纹的钢制螺栓，螺纹升角；螺纹中径；螺旋副的当量摩擦角（f为摩擦系数，无润
5、滑时）；螺栓孔直径；螺母环形支承面的外径；螺母与支承面间的摩擦系数。将上述各参数代入式（4）整理后可得 46.53N.m根据以上计算，减速电机选用上海良精传动机械有限公司生产的微型摆线针轮减速机，型号为：WD-WD100。3.1.2 导筒的设计螺母的形状和尺寸如图3-1所示：图3-1螺母外形因为拆卸此螺母不需要特别大的力，所以直接选用导筒的材料为45钢，形状和尺寸如图3-2所示：图3-2(a) 导筒的形状和尺寸 图3-2(b) 导筒的形状和尺寸3.1.3 拆卸螺母夹持力计算根据3.1.1中的计算结果，拆卸螺母所需的扭矩为46.53N.m。要想在拆卸过程中，轮对不随着螺母转动，夹持力所产生的阻力
6、应大于拆卸螺母的力矩。此夹持机构是采用两V形块组合，利用螺栓固定。初选螺纹联接为M12，代入式(1)得 5108N车轮和轴总重为59.3kg,V形块开槽夹角为,轴的直径为d为60mm。所以下V形块开槽每面受力为: =4022.83N上V形块开槽每面受力为: =3611夹持力矩为: 所以此夹持力能够满足要求。3.2 卸车轮机构这部分主要包括拆卸力的计算、卸轮钩的设计以及箱体的结构设计。3.2.1 拆卸力的计算 计算最大过盈量根据轴承与轴的装配图可知，轴承与轴的配合是； 所以最大过盈量 计算拆卸力1) 计算零件不产生塑性变形所允许的最大压强根据参考文献2表6.4-2公式得包容件： 被包容件： 式中
7、：查参考文献345钢ZG270500的屈服强度为280Mpa 查参考文献3轴承外圈轴承钢的屈服强度为1670Mpa2）计算零件不产生塑性变形所允许的最大过盈查参考文献5表6.4-2，按公式计算式中：取上面二值中小者查参考文献5表6 .4-4取45钢和轴承钢的弹性模量为查参考文献5表6 .4-4取45钢和轴承钢的泊松比为所以 3）计算最大拆卸力查参考文献5表6.4-2，按以下公式计算 (5)式中：最大过盈的配合面压强为 (6)查参考文献5表6.4-3钢与铸钢摩擦因数u为0.11考虑到车轮运行工作环境恶劣，同时生锈使拆卸力大大增加，故取3.2.2 卸轮钩的设计 内力分析初选钩的材料为45钢,截面高
8、度和宽度都为30mm,查参考文献3得其许用应力。卸轮钩的受力简图3所示:在载荷F作用下,梁在平面内发生对称弯曲,弯矩矢量平行于y轴,将其用表示,弯矩如图4所示:在画弯矩图时,将与弯矩相对应的点,画在该弯矩所在横截面弯曲时受压的一侧.由以上分析可知,卸轮钩的弯曲拐角处的截面A为危险截面,该截面的弯矩为 (7)图3-3 卸轮钩受力简图 应力分析如图3-5所示: 在弯矩作用下，最大弯曲拉应力与最大弯曲压应力,则分别发生在截面的de与fa边缘各点外。 强度校核在上述各点处,弯曲切应力均为零,该处材料处于单向应力状态,所以,强度条件为 (8)由上述计算可知,卸轮钩的弯曲强度符合要求。根据矿车轮对的具体形
9、状和生产现场的具体情况,将卸轮钩与轮对相配合的部份设计成向内弯曲30度,以便卸轮钩和矿车轮对之间更好的配合和自锁。图3-4 在载荷F作用下的弯矩图 固定销的选择1) 圆柱销圆柱销主要用于定位，也可用于联接，但只能传递不大的载荷。销孔应配铰制，不宜多次拆装。内缧纹圆柱销(B型)有通气平面，适用于盲孔。缧纹圆柱销常用于精度要求不高的场合。弹性圆柱销具有弹性，装配后不易松脱。对销孔的精度要求较低，可不铰制，互换性好，可多次拆卸。因刚性较差，不适于高精度定位。2) 圆锥销圆锥销有1:50的锥度，便于安装。其定位精度比圆柱销高，主要用于定位，也可以用来固定零件，传递动力，多用于经常拆卸的场合。内缧纹圆锥
10、销用于盲孔；缧尾圆锥销用于拆卸困难处；开尾圆锥销在打入销孔后，末端可稍张开，以防松脱，可用于有冲击、振动的场合。3) 销轴、带孔销用于铰接处并用开口销锁定，拆卸方便。根据比较和设计的要求，选用圆柱销。初选销的材料为45钢，许用切应力。 (9)横向力:F=30614N销的许用剪应力:.销的个数:Z=2所以:解得:查参考文献3表3-3-40取d=16mm.图3-5 弯矩分析3.2.3 箱体结构设计矿车轮对拆卸机的箱体,其功能主要是包容和支承传动机构, 为设计加工方便通常把箱体设计成矩形截面六面体，采用焊接结构，材料为Q235-A。为满足强度要求根据参考文献5表9.2-38取箱体的壁厚为10mm。其
11、结构简图如图3-6所示。3.3 轮对固定装置此装置包括装夹部分、旋转部分和移动部分。装夹部分由形块来定位和夹紧，旋转部分由轴和轴承的配合来实现。移动部分由电动机提供动力，经过齿轮减速，带动丝杆螺母的运动来实现。3.3.1 V形块的选择矿车轮对轴的直径为60mm,查机床夹具设计手册第三版表2-1-26得V形块的主要尺寸，见表3-1。图3-6 箱体外形图3.3.2 旋转机构设计设计此旋转机构的目的是为了拆卸完一边的车轮后，让其旋转，以便拆卸另一个车轮。此机构受力主要为矿车轮对及其自身的重力，为减少阻力，将其设计成一圆盘形状，将一轴和圆盘铸为一体，在轴的下方装上轴承。因为此轴承主要承受轴向力，经过查
12、阅相关资料，最终决定选用一对圆锥滚子轴承配合使用，其轴承代号为30206。表3-1 V形块的主要尺寸NKLBHAbldhr基本尺寸极限偏差55100403576161920128+0.0151118102223.3.3 移动机构的设计 工作台的设计1) 主要设计参数及依据本设计工作台的参数定为：（1） 工作台行程： 300mm（2） 工作台最大尺寸（长宽高）：500320100mm（3） 工作台最大承载重量：120Kg（4） 脉冲当量：0.001mm/pluse（5） 进给速度：60毫米/min（6） 表面粗糙度：0.81.6（7） 设计寿命：15年2）工作台部件进给系统受力分析因矿车轮对拆卸机在拆卸过各中只受横向的拆卸力,因此可以认为在加工过程中没有外力负载作用。工作台部件由工作台、中间滑台、底座等零部件组成,各自之间均以滚动直线导轨副相联,以保证相对运动精度。设下底座的传动系统为横向传动系统，即X向，上导轨为纵向传动系统，即Y向。一般来说,矿车轮对拆卸机的滚动直线导轨的摩擦力可忽略不计,但丝杠螺母副,以及齿轮之间的滑动摩擦不能忽略,这些摩擦力矩会影响电机的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、预紧措施,其产生的负载波动应控制在很小的范围
