游樂設(shè)施行走裝置的設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 游樂設(shè)施行走裝置的設(shè)計(jì) 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 張玉琴 學(xué) 號(hào) 05208303 指導(dǎo)教師 孫曉燕 職 稱 助教 2012 年 5 月 7 日 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 摘 要 本課題是關(guān)于游樂設(shè)施行走裝置的設(shè)計(jì)， 游樂設(shè)施是指用于經(jīng)營(yíng)目的，在封閉的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，承載游客游樂的載體。 本設(shè)計(jì)包含有兩種運(yùn)動(dòng)：行走裝置擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。往復(fù)擺動(dòng)的傳動(dòng)路線是：直流電機(jī)皮帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪。行 走裝置旋轉(zhuǎn)采用機(jī)械傳動(dòng)，傳動(dòng)路線是：直流電機(jī)帶傳動(dòng)減速器齒輪回轉(zhuǎn)支承裝置行走裝置。 本文分兩部分，設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)計(jì)算書。設(shè)計(jì)說明書介紹了華夏飛碟行走裝置的背景和發(fā)展趨勢(shì)及設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)計(jì)算書闡述了華夏飛碟運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算、主要受力零件強(qiáng)度計(jì)算、主要受力零件疲勞強(qiáng)度的校核等。 關(guān)鍵詞： 行走裝置； 運(yùn)動(dòng)； 受力； 計(jì)算 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 ABSTRACT This topic is about the design of amusement facilities walk device, the ride that is used for business purposes, in a closed area operation, carrying visitors the carrier of amusement. This design includes two sports: walk swinging and rotating device. The transmission line is swung repeatedly: dc motor and transmission belt, and chain drive wheels. Walk the mechanical transmission device rotation, transmission line is: dc motor and reducer, gear and belt transmission and supporting device to turn walk device. This paper is divided into two parts, the design specification and design calculations. The design specification introduces huaxiafeidie walk device background and developing trend and design basis and design. Design calculations expounds huaxiafeidie operation drive calculation, the main stress parts strength calculation, the main stress parts of the fatigue strength check. Keywords: walk device； Exercise； Stress； calculation 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 目 錄 1.緒論 .1 1.1 前言 . 1 1.2 設(shè)計(jì) 目的 . 1 1.3 發(fā)展趨勢(shì)及背景 . 1 1.4 設(shè)計(jì)依據(jù) .2 1.5 設(shè)計(jì)方案 .2 1.5.1 運(yùn)動(dòng)方案及工作原理 .2 1.5.2 結(jié)構(gòu)方案 .3 2. 設(shè)計(jì)計(jì)算書 . 5 2.1 運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 . 5 2.1.1 電機(jī)的選擇 . 5 2.1.2 帶傳動(dòng) . 5 2.1.3 鏈傳動(dòng) . 6 2.2 主要受力零件強(qiáng)度計(jì)算 . 7 2.2.1 軸 . 7 2.2.2 行走輪軸 . 8 2.2.3 側(cè)輪軸 .10 2.2.4 中間軸 . 11 2.2.5 銷軸 .13 2.2.6 框架與支架 .13 2.3 主要受力零件疲勞強(qiáng)度的校核 .14 2.3.1 軸 .14 2.3.2 行走輪軸 .14 2.3.3 側(cè)輪軸 .17 2.3.4 中間軸 .15 3.小結(jié) .16 參考文獻(xiàn) .17 致謝 .18 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 前言 這次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)課程的一次深入的綜合性的連接，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練。因此，它在我們的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中占有十分重要的地位。 就我個(gè)人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，初步掌握設(shè)計(jì)行走裝置的基本原理和方法，擬訂設(shè)計(jì)方案，完成行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為今后參加祖國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中還有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師多加指教。 1.2 設(shè)計(jì)目的 本課題是關(guān)于游樂設(shè)施行走裝 置的設(shè)計(jì)， 游樂設(shè)施是指用于經(jīng)營(yíng)目的，在封閉的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，承載游客游樂的載體。隨著科學(xué)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)代游藝機(jī)和游樂設(shè)施充分運(yùn)用了機(jī)械、電、光、聲、水、力等先進(jìn)技術(shù)。 本課題的設(shè)計(jì)目的是了解和掌握游樂設(shè)施中行走裝置的結(jié)構(gòu)及其工作原理，對(duì)行走裝置運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì) ,對(duì)主要零件軸、車輪、大小皮帶輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)其他零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)和選型設(shè)計(jì)，對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算分析和校核，行走裝置的總體設(shè)計(jì)和行走裝置零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 1.3 發(fā)展趨勢(shì)及背景 我國(guó)游樂業(yè)起步較晚， 20 世紀(jì) 80 年代以前，現(xiàn)代大型游樂設(shè)施在我國(guó)幾乎是 一片空白。往前可追溯到 1951 年由北京機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造，安裝在北京中山公園的電動(dòng)小乘椅，那可能是我國(guó)的第一臺(tái)游藝機(jī)。 20 世紀(jì) 80 年代初，隨著改革開放的深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，人們對(duì)游樂活動(dòng)的需求也越來越旺盛。在這種形勢(shì)下，山東、江蘇、浙江溫州等地開創(chuàng)出各種戶外游樂設(shè)施，在國(guó)家政策鼓勵(lì)下，各個(gè)企業(yè)迅猛發(fā)展，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷國(guó)外，被稱之為中國(guó)教玩具之都。隨著游樂業(yè)的發(fā)展，我國(guó)的游樂設(shè)施無論從設(shè)計(jì)到制造水平都不斷提高。品種也越來越多，從旋轉(zhuǎn)類到滑行類，從有動(dòng)力到無動(dòng)力，從固定式到移動(dòng)式，從地面到空 中，從室內(nèi)到室外，從以前的單一型向綜合型都在轉(zhuǎn)變。 研發(fā)過程中存在的實(shí)際問題，根據(jù)行走裝置乘坐人數(shù)、所在軌道長(zhǎng)度和半徑及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速最大運(yùn)行速度等 ，基于力學(xué)分析，對(duì)行走裝置運(yùn)動(dòng)情況加以分析、深入研究。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1.4 設(shè)計(jì)依據(jù) 法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn) 游樂設(shè)施安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（試行） GB8408-2000 游藝機(jī)和游樂設(shè)施安全 GB18159-2000 滑行類游藝機(jī)通用技術(shù)條件 GB50231-98 機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收通用規(guī)范 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 主要技術(shù)參數(shù) 整機(jī)技術(shù)參數(shù) 乘坐人數(shù)： 22 人 軌道長(zhǎng)度： 約 31 米 軌道半徑： 16 米 軌道最大高度： 7.5 米 軌距： 1.8 米 水平輪和軌道的水平控制間隙 5 10mm 防脫輪和軌道的上下控制間隙 5 8mm 轉(zhuǎn)盤外緣直徑： 6.22 米 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速： 8 轉(zhuǎn) /分鐘 瞬時(shí)最大運(yùn)行速度： 8 米 /秒（ 28.8km/h） 上下微擺最大幅度： 0.32 米 上下微擺頻率： 3 次循環(huán) /分鐘 (次 /20 秒 ) 飛碟沿軌道擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī) Z4-180-11 37KW 直流電機(jī) 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī) Z4-132-11 11KW 直流電機(jī) 用電功率： 約 70 千瓦 電源要求： 三相交流 380/220V 5%； 占地面積： 約 29 米 10 米 整機(jī)使用壽命： 8 年 1.5 設(shè)計(jì)方案 1.5.1 運(yùn)動(dòng)方案與工作原理 華夏飛碟包含有兩種運(yùn)動(dòng)：整體擺動(dòng)和座艙旋轉(zhuǎn)。 華夏飛碟是座艙整體沿圓弧形軌道做往復(fù)擺動(dòng)。為了使結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)鏈短，擬采用自驅(qū)式，利用驅(qū)動(dòng)輪和軌道的摩擦力來實(shí)現(xiàn)。 與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)有起動(dòng)力 矩大、機(jī)械特性好、調(diào)速方便、可頻繁換向等優(yōu)點(diǎn)。故選用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 往復(fù)擺動(dòng)的傳動(dòng)路線（圖 1）是：直流電機(jī)皮帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪。 圖 1：行走裝置擺動(dòng)路線 座艙旋轉(zhuǎn)采用機(jī)械傳動(dòng)，傳動(dòng)路線是：直流電機(jī)帶傳動(dòng)減速器齒輪回轉(zhuǎn)支承裝置座艙。 1.5.2 結(jié)構(gòu)方案 該設(shè)備主要由以下幾部分組成： 軌道支架（圖 2） 由立柱、軌道等組成。立柱和立柱之間由連接結(jié)構(gòu)連接，立柱上端有連接板和軌道相連，以支撐軌道。軌道共三條，中間為驅(qū)動(dòng)用軌道，兩側(cè)為行走軌道。驅(qū)動(dòng)軌道由軌道支撐管支撐，在驅(qū) 動(dòng)軌道上鋪有花紋板以增大摩擦力。行走軌道兩端設(shè)有防撞擋塊，以保安全運(yùn)行。 行走裝置（圖 3） 由底架、輪組等組成。底架主要有框架和套筒兩部分，用螺栓連接在一起。在框架上安裝有實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置。套筒上端和回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈相連。輪組有行走輪和水平側(cè)輪，水平側(cè)輪用以導(dǎo)向。 回轉(zhuǎn)裝置（圖 4） 由回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置和回轉(zhuǎn)套筒兩部分組成?；剞D(zhuǎn)套筒和回轉(zhuǎn)支承的外圈連成一體?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置減速器輸出端的小齒輪和內(nèi)齒圈嚙合，以實(shí)現(xiàn)座艙的轉(zhuǎn)動(dòng)。 平臺(tái) 由平臺(tái)支架和內(nèi)連接架組成。平臺(tái)上安裝著座椅，在座椅上設(shè)置有扶手、保險(xiǎn)壓杠和安 全帶，可保障乘客安全。 站臺(tái) 為鋼結(jié)構(gòu)件。用做乘客上下。 電氣裝置 用來控制設(shè)備的運(yùn)行。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 BR 16 30 0R160002 7 0 0 2 7 0 0 2 7 0 02 7 0 09 . 5 1 9 . 5 1 9 . 5 1 3 . 1 7 9 . 5 1 CA3 0 1 53 7 2 0 3 0 1 5 3 7 2 09 . 5 1 9 . 5 1 A C8006203 4 0 62 4 2 7 01 . 3 4 6 7 8 95 4321 圖 2：軌道支架 圖 3：行走裝置 圖 4：回轉(zhuǎn)裝置 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 設(shè)計(jì)計(jì)算書 2.1 運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 2.1.1 電機(jī)的選擇 電機(jī)選 Z4-180-11 P=37KW， n=1500r/min 2.1.2 帶傳動(dòng) 輸入功率 P=40kw，輸入轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 設(shè)計(jì)功率 Pd=ka p=1.2 40=48kw 根據(jù) (機(jī)械設(shè)計(jì)課本表 8-7 下同 )Pd 和 n，普通 V帶選型圖，選 C 型帶（表 8-4a） 帶輪的選擇 小帶輪 d1=200mm，大帶輪 d2=400mm(圖 8-11) 帶速的計(jì)算 V= d1n/60 1000=15.7 m/s 帶長(zhǎng)的選擇 ： 初定中心距取 a0=1600mm 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度： Ld0=2 a0+（ d1+ d2） /2+（ d2 d1） 2/4 a0 =3200+942+6.25=4148.25mm 根據(jù)普通 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度表選 Ld=4216mm（表 8-2） 實(shí)際中心距： a= a0+（ Ld Ld0） /2=1633.7mm 取 a=1603mm amin=a（ 2bd+0.009Ld） =1557.76mm amax=a+0.02Ld=1718.02mm 小帶輪的包角 =180 57.3（ d2 d1） / a=172.8 單根 V帶額定功率 P1： 由普通 V帶額定功率表查得 P1=5.92kw(表 8-4a) P=1.06 kw(表 8-4b) V帶根數(shù) Z=Pd/（ P1+ P） K KL=6.9 式中 K 包角修正系 數(shù)， K =0.98(表 8-5) KL 帶長(zhǎng)修正系數(shù)， KL=1.02（表 8-2） 取 Z=7 根 單根 V帶初張力： F0=500Pd（ 2.5/K 1） /ZV+mv2 =500 48（ 2.5/0.98-1）（ 7 15.7） +0.17 9.682 =412.65N 作用在軸上的力： Fr=2 F0Zsin（ /2） =5765N Frmax=3 F0Zsin（ /2） =8647N 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2.1.3 鏈傳動(dòng) 電機(jī)功率 P=40kw，帶傳動(dòng)的效率為 =0.96， 傳遞的功率為 P=40 0.96=38.4 kw 電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1500r/min，帶的傳動(dòng)比為 i=400/200=2 輸入的轉(zhuǎn)速為 n1=1500/2=750 r/min 鏈輪齒數(shù)： Z1=17 Z2 =57 鏈條的傳動(dòng)比為 i=57/17=3.35 設(shè)計(jì)功率 Pd=ka p=1.5 38.4=57.6 kw（注： ka 工況系數(shù)表 9-6） 特定條件下單排鏈傳遞的功率 Po= Pd/（ kz kp） =57.6/（ 1.7 0.887） =38 kw 式中 kz 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取 0.887（圖 9-13） kp 排數(shù)系數(shù)，取 1.7（雙排取 1.7） 據(jù) Po 和 n1 選 16A，節(jié)距 P=25.4mm 初定中心距 ao=780mm 以節(jié)距計(jì)的初定中心距 aop=780/25.4=30.7 鏈條節(jié)數(shù) Lp=（ Z1 Z2） /2 2aop k/aop =（ 17 57） /2 2 30.7 40.53/30.7=99.7 取鏈節(jié)數(shù) Lp=100 鏈條長(zhǎng)度 L： L= LpP/1000=100 25.4/1000=2.54m 計(jì)算中心距 ac=P（ 2Lp Z1 Z2） Ka =25.4（ 2 100 17 57） 0.24476=783mm 實(shí)際中心距： a=ac a=783（ 1.566 3.132） 取 a=780mm 鏈條速度 v； v=znp/60 1000=17 750 25.4/60 1000=5.4m/s 有效圓周力 Ft=1000P/v=1000 38.4/5.4=7111N 作用在軸上的力為 F=1.2 1.5 7111=12800N 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2.2 主要受力零件強(qiáng)度計(jì)算 2.2.1 軸 圖 5：軸 該軸按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，所受載荷為： a) 軸上設(shè)備自重： p1=（ 18915.51 10042 894 530） =7449.51kg 7450kg （設(shè)備總重軌道支架重量站臺(tái)重量 4個(gè)輪組重量） b）乘員重： p2=70 22=1540kg c）座艙擺動(dòng)造成的離心力： p3=mV2/R=（ 7450+1540） 82/16=35960kg 考慮滿載情況，則該軸主要承受：設(shè)備自重、乘員重，設(shè)備和乘員在座艙擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力。 此時(shí)單軸受力為： P=（ p1+p2+p3） /4=（ 7450 1540 35960） /4=11237.5kg=110127.5N 彎矩圖、剪力圖如下： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 MR 2R 12 2 0QP1 6 82 6 2 6 彎矩： Mmax=Px/2=110127.5 26/2=1431657.5Nmm 剪力： Q= =110127.5/2=55064N 彎曲應(yīng)力： bb= Kd( Mmax/W) 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=1.5； W 抗彎截面模量， W= 703/32=33674mm3 bb=1.5 (1431657.5/33674)=63.8N/mm2 剪應(yīng)力： = Kd(Q/A)=1.5 55064/( 702/4)=21.5N/mm2 材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì)， b=650 N/mm2， b=325 N/mm2 抗彎安 全系數(shù)： n 彎 =650/63.8=10.2 5， 滿足要求。 抗剪安全系數(shù)： n剪 =325/21.5=15 5， 滿足要求 2.2.2 行走輪軸 圖 6：行走輪軸 作用在軸上的載荷： F=P/2=110127.5N/2=55064N 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 彎矩圖、剪力圖如下示： MR 2R 1QP / 29 01 4 42 7 2 7 彎矩： Mmax=Fx/2=55064 27/2=743364Nmm 剪力： Q= R1=55064/2=27532N 彎曲應(yīng)力： bb= Kd( Mmax/W) 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=1.5 W 抗彎截面模 量， W= d3/32 W =3.14 503/32=12272mm3 bb=1.5 (743364/12272)=90.86N/mm2 剪應(yīng)力： = Kd(Q/A)=1.5 (27532 4/ 502)=21N/mm2 材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì)， b=650 N/mm2， b=325 N/mm2 抗彎安全系數(shù)： n 彎 =650/90.86=7.15 5，滿足要求。 抗剪安全系數(shù)： n剪 =325/21=15.5 5 滿足要求。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 2.2.3 側(cè)輪軸 圖 7：側(cè)輪軸 該軸 主要承受 a)克服座艙旋轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的反作用扭矩力 F1 b)極端偏載情況下由 11 名乘客隨座艙旋轉(zhuǎn)造成的離心力 F2 回轉(zhuǎn)支承上的扭矩 T=9550 Ni/（ nK) (n m) N 輸入功率 kw n 輸入軸轉(zhuǎn)速 r/min K 工況系數(shù) 取 1.0 i 總傳動(dòng)比 i=i1 i2=59 3.333=197 i1 減速機(jī)傳動(dòng)比 i1=59 i2 摩擦輪傳動(dòng)比 i2=1000/300=3.333 總機(jī)械效率 取 0.8 T=9550 11 180 17 93/（ 125 1480 21） 0.8=6156N m 設(shè)側(cè)輪的反作用力矩為 T T =T=F1 L L 前后側(cè)輪軸距 ； L=2.5m 作用在軸上的反作用力為： F1=6156/2.5=2460N 乘客旋轉(zhuǎn)離心力 f2=mV2/R=70 (8/60 3.14 5)2/2.5=122.7kg=1202N 11名乘客平均離心力按 f=(2) /2f2=0.707 1202=850N F2=11 f=11 850=9350N 單個(gè)側(cè)輪軸總受力 F=（ F1+F2） /2=(2460+9350)/2=5905N 彎矩圖、剪力圖如下示 ： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 MQF1 1 0 彎矩： Mmax=5905 110=649550Nmm 剪力： Q= 5905N 彎曲應(yīng)力： bb= KdMmax/W 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=1.5 W 抗彎截面模量， W= d3/32 W =3.14 523/32=13797mm3 彎曲應(yīng)力： bb=1.5 649550/13797=70.6N/mm2 剪應(yīng)力： = KdQ /A=1.5 5905 4/( 522)=4.17N/mm2 材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì)， b=650 N/mm2， b=325 N/mm2 抗彎安全系數(shù)： n 彎 =650/70.6=9.2 5 滿足要求。 抗剪安全系數(shù)： n剪 =325/4.17=78 5 滿足要求。 2.2.4 中間軸 圖 8：中間軸 該軸主要承受由皮帶和鏈條對(duì)其產(chǎn)生的徑向力及所傳遞的扭矩。 皮帶對(duì)其產(chǎn)生的力 F1=8647N 鏈條作用在軸上的力為 F2=12800N 其扭矩為： T=9550 40 400/（ 200 1500） =509N m 彎矩圖、剪力圖及扭矩如下示： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 MF 2 F 11 7 01 1 32 1 . 5 2 1 . 5QT 彎曲應(yīng)力校核 校核距右端支撐 21.5mm 處 其彎矩為 M=8647（ 170 21.5） =1284080Nmm 其剪力為： Q=8647N 其扭矩為： T=509N m 彎曲應(yīng)力： bb= M Kd/W 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=2； W 抗彎截面模量， W= d3/32 W =3.14 703/32=33683mm3 彎曲應(yīng)力： bb=1284080 2/33683=76.2N/mm2 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： n=T Kd/ Wn Wn =2W=2 3.14 703/32=67366mm3 n=509000 2/67366=15.1N/mm2 合成應(yīng)力為 ： 合 =（ bb2+3 n2） 1/2=80.6 N/mm2 材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì) ， b=650 N/mm2， 抗彎安全系數(shù)： n彎 =650/80.6=8 5，滿足要求 剪應(yīng)力校核 校核距左端支撐 21.5mm 處 剪力： Q =12800N 剪應(yīng)力： =4Q/（ D2） =4 12800 2/（ 702） =6.7 材料選用 45 鋼調(diào)質(zhì)， b=325 N/mm2 抗剪安全系數(shù)： n剪 =325/6.7=48.5 5 滿足要求。 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 2.2.5 銷軸 該軸按簡(jiǎn)支梁 ，所受載荷如下： 設(shè)備質(zhì)量包括有：上罩與座椅架 m 上 =520kg、 座椅 m 椅 =288.2kg 、 導(dǎo)電裝置 m 電 =16kg 、 平臺(tái)與欄桿 m 平 =2490.5kg 、 回轉(zhuǎn)裝置 m 回 =1270kg、上連接套筒 m 筒 =293kg 、壓杠裝置 m壓 =660kg m=5537.7kg 取 m=5538kg 則設(shè)備自重： p1=5538kg=54272.4N 乘員重： p2=70 22=1540kg =15092N 座艙擺動(dòng)造成的離心力： p3=（ 1540+ 5538） 82/16=28312kg=277457.6N 考慮滿載情況，則該軸主要承受的力有：設(shè)備自重、乘員重，設(shè)備和乘員在座艙擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力。 則該軸受力為： P=（ p1+p2+p3） /4=（ 54272.4 15092 277457.6） /4=346822N 根據(jù)連接結(jié)構(gòu)只需校核抗剪力即可 剪力： Q= P/2=346822/2=173411N 剪應(yīng)力： = KdQ /A=1.5 173411 4/( 552)=109.5N/mm2 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=1.5 材料選用 42CrMo 調(diào)質(zhì)， b=648 N/mm2 抗剪安全系數(shù)： n剪 =648/109.5=5.92 5， 滿足要求 2.2.6 框架與支架 連接螺栓強(qiáng)度校核 如前述該連接處受力為 P=（ p1+p2+p3） /4=（ 7450 1540 35960） /4=11237.5kg=110127.5N 作用單個(gè)螺栓上的載荷： F=P/2=110127.5N/2=55064N 查表： GB70-85 內(nèi)六角螺栓 12.9 級(jí) M27 的保證載荷為 445000N 抗拉安全系數(shù)： n=445000/(KdF) 式中 Kd 動(dòng)載系數(shù)， Kd=1.5 n=342000/1.5/55064=5.4 5, 滿足要求 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 2.3 主要受力零件疲勞強(qiáng)度的校核 2.3.1 軸 該軸按有限壽命計(jì)算。其疲勞安全系數(shù)為： n= rN /（ K /） max 式中 rN 有限壽命疲勞極限， rN= 1（ No/N） 1/9 1 持久極限， 1=270 MPa No 循環(huán)基數(shù)， No =5 106 N 疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)每天工作 4 小時(shí)，每小時(shí)運(yùn)行 10 次。該軸壽命為 2年，則 N=10 4 365 2=29200，取 N=29200 rN=270（ 5 106/29200） 1/9=478 K 有效應(yīng)力集中系數(shù)，依 D/d=80/70=1.14， r/d=1/70=0.014 查表得 K =2.5 尺寸系數(shù)，查表得 =0.77 表面加工系數(shù)， =0.94 max 最大名義應(yīng)力， max=95.3MPa n=478/2.5 95.3/（ 0.77 0.94） =1.5 2.3.2 行走輪軸 該軸按有限壽命計(jì)算。其疲勞安全系數(shù)為： n= rN /（ K /） max 式中 rN 有限壽命疲勞極限， rN= 1（ No/N） 1/9 1 持久極限， 1=270 MPa No 循環(huán)基數(shù)， No =5 106 N 疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)每天工作 4 小時(shí)，每小時(shí)運(yùn)行 10 次。該軸壽命為 4年，則 N=10 4 365 8=116800 rN=270（ 5 106/116800） 1/9=409 K 有效應(yīng)力集中系數(shù)，依 D/d=60/50=1.2， r/d=1/50=0.02 查表得 K =2.33 尺寸系數(shù)，查表得 =0.83 表面加工系數(shù)， =0.94 max 最大名義應(yīng)力， max=85.6MPa n=409/2.33 85.6/（ 0.83 0.94） =1.6 2.3.3 側(cè)輪軸 該軸按有限壽命計(jì)算。其疲勞安全系數(shù)為： n= rN /（ K /） max 式中 rN 有限壽命疲勞極限， rN= 1（ No/N） 1/9 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 1 持久極限， 1=270 MPa No 循環(huán)基數(shù)， No =5 106 N 疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)每天工作 4 小時(shí)，每小時(shí)運(yùn)行 10 次。該軸壽命為 8年，則 N=10 4 365 8=116800，取 N=116800 rN=270（ 5 106/116800） 1/9=409 K 有效應(yīng)力集中系數(shù)，依 D/d=60/52=1.15， r/d=1/52=0.019 查表得 K =2.38 尺寸系數(shù)，查表得 =0.78 表面加工系數(shù)， =0.94 max 最大名義應(yīng)力， max=52.7MPa n=409/2.38 52.7/（ 0.78 0.94） =2.4 2.3.4 中間軸 該軸按有限壽命計(jì)算。其疲勞安全系數(shù)為： n= rN /（ K /） max 式中 rN 有限壽命疲勞極限， rN= 1（ No/N） 1/9 1 持久極限， 1=270 MPa No 循環(huán)基數(shù)， No =5 106 N 疲勞應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，設(shè)每天工作 4 小時(shí)，每小 時(shí)運(yùn)行 10 次。該軸壽命為 8年，則 N=10 4 365 8=116800，取 N=116800 rN=270（ 5 106/116800） 1/9=409 K 有效應(yīng)力集中系數(shù)，依 D/d=75/70=1.07， r/d=1/70=0.014 查表得 K =2.08 尺寸系數(shù)，查表得 =0.77 表面加工系數(shù)， =0.94 max 最大名義應(yīng)力， max=80.6MPa n=409/2.08 80.6/（ 0.77 0.94