拣灰炉平移式冷却机升降装置的机械电气设计.docx

前言自2011年12月1至2012年3月1日为毕业设计课程设计的课程。我们第七小组选择的毕业设计的题目是拣灰炉平移式冷却机升降装置的机械电气设计，我们结合火化机拣灰炉冷却升降装置的实际情况，作为本次的课程设计。 我们组在江西南方火化机厂实习时确定本次课程设计的题目，并在装配现场实地进行了观察。在火化机设备中，拣灰炉冷却升降装置所起到的主要作用是：升炕面上去进行冷却，然后降下来，实行更加安全、可靠的升降。炕面的升降直接关系到骨灰冷却的质量，因此，我们的设计更加的谨慎。在本次设计中我们一共有前言、任务书、个人任务分配计划书、设计书的主要内容、设计小组自评表、小组总结、参考文献及附图七部分。其中最重要的内容就是设计书的主要内容。设计书阐明了火化机拣灰炉冷却升降装置毕业设计的全部过程。由于我们小组成员的水平有限，设计书中难免有错误和不当之处，还望老师指正。 第七组成员 2012年3月1日 毕业设计任务书专业： 殡仪设备 班级： B0934 组号： 7 指导老师：李成老师组长： 唐波 组员： 崔云峰、于杰、付鹤、刘亮、章敏、李煜 设计开始时间：2011年月12月1日 计完成时间： 2012年3月1日 一、设计题目： 火化机拣灰炉冷却升降装置机电设计 二、题目编号： 7 三、原始参数： V=0.04 F=6600N H=660mm四、 设计输入1、 小组及个人工作策划2、 机构设计方案3、 传动比分配4、 机构功率计算5、 选择电动机6、 传动设计7、 零部件设计8、 电气线路设计9、 零件图绘制10、 设计说明书毕业设计小组个人任务分配计划书设计题目：拣灰炉冷却升降装置毕业设计设计组号： 7 班级： B0934 起迄时间： 设计组长： 唐波 组员：崔云峰、付鹤、章敏、刘亮、于杰、李煜 设计人姓 名个 人 计 划 完 成 任 务 名 称计 划 完 成时 间本 人签 名唐波讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日小组及个人工作计划2012年3月1日机构设计方案2012年3月1日蜗杆传动减速器选择、计算.2012年3月1日旋转轴设计与校核2012年3月1日答辩总结2012年3月1日崔云峰讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日工作键选择2012年3月1日电路设计螺旋杆绘制2012年3月1日中心轴的选择2012年3月1日答辩总结2012年3月1日付鹤讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日传动参数及运动参数的计算2012年3月1日涡轮蜗杆减速器选择2012年3月1日电动机选择2012年3月1日2012年3月1日答辩总结2012年3月1日章敏讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日蜗杆传动减速器润滑.2012年3月1日答辩总结2012年3月1日刘亮讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日运动简图的绘制2012年3月1日传动比计算2012年3月1日汉字录入2012年3月1日答辩总结2012年3月1日于杰讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日电气设计3图绘制说明编写2012年3月1日答辩总结2012年3月1日李煜讨论编制毕业设计说明书2012年3月1日电路故障分析2012年3月1日讨论小组成员设计任务安排2012年3月1日答辩总结2012年3月1日设计书主要内容一、 传动方案的确定一、 传动方案的确定火化机拣灰炉冷却升降装置，利用电动机螺旋传动，用涡轮驱动螺旋杆运动。使整个台面上升。传动装置布置简图：二、电动机选择本电动机在常温下连续工作，载荷平稳，负载为几千牛，所需功率不大，直流电动机成本高，单相异步电动机功率太小，同步电动机转 速不随负载大小而改变，所以选三相异步电动机；因工作环境灰尘较多，采用封闭式防尘，成本较低，结果简单，便于维护、检修，尽量提高工作效率，故选用Y型三相笼型感应电动机，封闭结构，电压为380V.工作机所需功率电动机的工作效率查机械设计课程设计表11-1得n2=0.98(滚子轴承),n1=0.97（齿轮精度）,查机械设计手册表18-2得n3=0.4（螺旋轴与齿轮间的效率）n4=0.85(减速器传动效率) n=0.316kw查机械设计课程设计表18-1得:选电动机额定功率为1.1kw.3.确定电动机转速。螺旋轴工作转速为：查机械设计课程设计表2-3推荐传动比合理范围，取蜗杆传动，一级减速器，传动比i=10-40.电动机转速可选范围符合这一范围的三相异步电动机有2830、1400、910.三种要求。综上所述，符合这一同步转速有两种方案方案电动机型号额定功率电动机转速同步转速满载转速1Y90S-41.1KW140014002Y802-21.1KW30002830综合考虑，减轻电动机及传动装置重量和节约资金，因此选定电动机型号为Y90S-4,其主要性能如下表：电动机型号额的功率（KW）同步转速（）满载转速（）堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y90S-41.1KW300028302.22.5主要安装尺寸见下表中心高（mm）H外形尺寸（mm）安装尺寸(mm)平键尺寸（mm）90三、总传动比分配1、计算总传动比进行机械设计计算时需要分别求出各轴的输入功率、转矩和转速。为便于计算，将各轴由高速至低速分别定为轴、轴、轴将电动机轴定为io，并且： io,i1相邻两轴间的传动比； 0,1相邻两轴的传动效率； P0，P1各轴的输入功率； T0，T1各轴的输入转矩； n0，n1各轴的转速。由电动机轴至工作方向进行推算，各轴运动和动力参数计算分式1、 总传动比，上升速度为4，涡轮转速度为60 为单级蜗杆传动。减速器的总传动比取整 2、传动装置的转速。I轴（电动机轴): II轴（涡轮轴）: III轴（螺旋轴）：3、传动装置的运动参数与动力参数计算I轴（电动机轴）：II轴（涡轮轴）： 0.854KWIII轴（螺旋轴）：4、传动装置转矩计算I轴（电动机轴）： =9550=75II轴（涡轮轴）： III轴（螺旋轴）： 轴号功率转矩转速传动比I轴0.935KW7514001II轴0.854KW1385924III轴0.3416KW513.91四、涡轮蜗杆减速器选择与校核1、减速器选择与校核蜗杆传递功率P=1.1kw，转速n=1400/mm,传动比i=24,工作载荷平稳。故选蜗杆材料为45钢，考虑到效率和而磨性，蜗杆螺旋面要淬火，硬度为4555HRL，蜗轮用铸锡青铜（Zcusn10ob1）金属模铸造为节约材料，仅齿圈用铸锡青铜，而轮心用铸铁制造。1. 按涡轮齿面接触疲劳强度设计。涡轮材料的许用接触应力 蜗杆头数，由表4-2 涡轮齿数 涡轮转速 计算作用在蜗轮轴上的转矩T2 按Z1=2，查表后估取=0.7，则载荷系数 载荷平稳，蜗杆转速不高，取k=1.1 计算值模数 由表4-1取标准值 m=4蜗杆分度圆直径 由表4-1取标准值 2. 计算相对滑动速度与传动效率蜗杆导程角 11.5蜗杆分度圆圆周速度 相对滑动速度 当量摩擦角取验算 合效率 传动总效率 = 0.79 在表4-14所所列范围内确定主要几何尺寸涡轮分度圆直径=192中心距=116验算涡轮蜗齿弯曲强度由查表得许用弯曲应力查表得齿形系数热平衡计算 环境温度 取 to=20 工作温度 取 t=80 传热系数 取 Kt=13w/m2需要散热面积蜗杆传动的受力分析确定螺轮的螺旋线方向 因学蜗杆为右旋，所以蜗轮也为右旋确定蜗杆，蜗轮的受力方向和蜗轮的转向根据蜗杆的转动方向和螺旋线方向，应用主动轮左手定则可知蜗杆轴向力FX1 向右，则蜗轮切向力Ft2向左，故蜗轮沿顺时针方向转动。3、计算蜗杆蜗轮的受力蜗杆轴转矩=1.99蜗杆切向力和蜗轴向力蜗杆轴向力和蜗轮切向力2729N蜗杆和蜗轮的径向力10、标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸名称 代号 公式说明齿距 p 齿顶高 ha 顶隙 c 齿根高 hf hf=2mm蜗杆分度圆直径 d1 d1=40mm蜗杆齿顶圆直径 da1 df1=d1+2ha=d1+2m=48蜗杆齿根圆直径 df1 df1=d1-2.4m=30.4蜗杆导程角 =11.5蜗轮分度圆直径 d2 d2=mZ2=192mm蜗轮喉圆直径 da2 da2=d2+2ha=194mm蜗轮齿根圆直径 df2 df2=d2-2hf=188mm蜗轮外围直径 de2 Z1=23时，de2da2+1.5m。蜗轮齿宽 b2 b2中心距 a a=116mm综上所述 选择蜗杆减速器型号为SWL类别涡轮蜗杆减速机齿轮类型圆锥齿轮减速机安装形式卧式布局形式同轴式齿面硬度硬齿面速比24:1输入转速1200（rpm）额定功率0.37（kw2、减速装置润滑的选择 因为机械在工作时有不同程度的摩擦损耗，这时传动效率也会降低，所以给机械零件加上适合的润滑油是必不可少的。润滑油同时是有冷却和散热的作用，还可以防止零件的锈蚀，降低噪音，减少震动等。随着不同的机械工作环境和载荷量的不同，那么润滑形式也有所不同。我们选用的减速器为二级齿轮蜗杆减速器，其传动螺杆的速度V=3.8m/s，且0.8V15 12 淬火钢青铜 612 1013 钢铸铁 2.4 1318 612 47 注：表中数值适用于=2.54的情况。当2.5时，p值可提高20；若为剖分螺母时则p值应降低1520。 注：起动时取大值运转中取小值。 2、螺杆的强度计算 受力较大的螺杆需进行强度计算。螺杆工作时承受轴向压力（或拉力）F和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩（或拉伸）应力；又有切应力。因此；核核螺杆强度时，应根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ca，其强度条件为 A 螺杆螺纹段的危险截面面积。 A=27.475()WT螺杆螺纹段的抗扭截面系数，dl 螺杆螺纹小径，mm； =240螺杆材料的许用应力，MPa，见下表 表4 滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料 许用应力(MPa) b 螺杆 钢 s/(35) 螺母 青铜 4060 3040 铸铁 4055 40 钢 (1.01.2) 0.6 注：1）s为材料屈服极限。 2）载荷稳定时，许用应力取大值。 3、螺母螺纹牙的强度计算 螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。 如图547所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为F/u，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面aa的剪切强度条件为 Z=10 F=6600 D=48 =0.65P=2.6 查表4得 螺纹牙危险截面aa的弯曲强度条件为 式中：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于矩形螺纹，b0.5P对于梯形螺纹，b一0.65P,对于30o锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距； l弯曲力臂；mm9图547, l=(D-D2)/2； 螺母材料的许用切应力，MPa，见表4； b螺母材料的许用弯曲应力，MPa，见表3。 当螺杆和螺母的材料相同时，由于螺杆的小径dl小于螺母螺纹的大径D，故应校核杆螺纹牙的强度。此时，上式中的D应改为d1 。 凸缘根部被剪断的情况极少发生，故强度计算从略。 4、螺杆的稳定性计算 ：对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F必须小于临界载荷F。则螺杆的稳定性条件为 Ssc=Fc/FSs 式中：Ssc螺杆稳定性的计算安全系数； Ss螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋（如起重螺杆等），Ss=3.55.0对于传导 螺旋，Ss2.54.0；对于精密螺杆或水平螺杆，Ss4。 Fc螺杆的临界载荷，N，根据螺杆的柔度S值的大小选用不同的公式计算。S=L/i=0.7 L=660mm i= 当S 100时，对于强度极限B380MPa的普通碳素钢，如 F235、F275等，取 Fc（304 1.12S）/4d12 对于强度极限B480MPa的优质碳素钢，如3550号钢等，取 Fc（4612.57S）/4d12 当S Fa，所以选用深沟球轴承转速n=19r/min，轴颈d=30mm,工作中受中等冲击，温度低于正常100，预期使用寿命Lh0=10000h。1、 初选轴承型号根据已知条件和轴颈，查表14-1初选轴承型号基本额定动载荷 计算系数轴向载荷系数 2、 计算轴承所承受的力 Fa=2500N,Fr=4330N3、 计算当量动载荷Fp根据Fa/Fr=0.577e,查表14-1，得Fp=XFr+YFa=0.56x4330+1.2x25004、 计算轴承实际寿命温度系数 查表8-6载荷系数 由表8-7 寿命指数 深沟球轴承轴承实际寿命Lh=106/60n（feC/fpFp）结论 由于LhLh0,故5、 轴承静载荷校核轴承静载荷Fp0=X0Fr+Y0Fa 查表8-10得Fp0=0.64330+0.52500轴承静载荷满足条件：Fp0C0/S0 轴承一般工作精度和轻微冲击 查表8-11C0/S0=14200NFp0 C0/S0. 轴承6306C=20800Ne=0.37Y=1.2X=0.56 Y=1.2Fp=5424.8Ft=1Fp=1.5=3Lh=14646.7h轴承6306满足要求X0=0.6 Y0=0.5Fr=3848S0=1轴承强度合格（三）：电气控制部分设计一、 项目要求1、 对安装的接线、试运行于维修。2、 了解安全文明及安装规范。3、 对要安装的电器元件进行选择、检查、安装。4、 对控制原理图标注线号，并且绘制出相应的电器元件位置图和安装接线图。二、 工艺要求电动机的选取：额定电流为3A，额定电压为交流380v，额定功率为1.1KW，额定转速为1440r/min。为三相异步电动机Y90S-4。导线的选择：Il=Im=PnX10/Uncos=0.95X7.5X10/380 X0.87 X0.85=25.4A，查表选择直径为2.5mm的聚氯乙烯软管铜芯线。接触器选取: 电动机额定电流为3A，额定电压为交流380v选取接触器为额定电流为18A，额定电压为380v的接触器CJX2-D18。熔断器的选取: 电动机额定电流3A，熔断器通过的电流为额定电流的2倍=（1.52.5）3=4.57.5 查表符合的为RL1。热继电器选取: 电动机额定电流为15.4A，额定电压为交流380v，热元件的额定电流为额定电流的1.1-1.25倍：A。查表的JR2014 1618A。低压断路器选取: 电动机额定电流为15.4A，额定电压为交流380v，所以可以选取DW20。表二电器元件表序号名称代号规格型号数量用途备注1接触器KMCJX2-D182控制电路、欠压保护2熔断器FURL14短路保护4热继电器FRJR20-10 4-6A1过载保护5开关SBLA10-3H,3操作控制电路1个常闭，2个常开6导线BVR31mm100米连接各种元件7低压断路器QFDW201接通电路8电动机YY90S-41动力9接线端子XTJX-1020,500V,10A,20节1条美观、清晰易查找10三相三线电源 380V 1处提供电源U:黄V:绿W:红1线管聚氯乙烯软管1022m 保护导线防止老化两根2绝缘套管聚氯乙烯软管20mm使导线接口美观防止漏电、接口导线氧化若干控制线路图为图1、原理图为图2图1（一） 火化机撒拣灰炉冷却升降控制的原理图如图2，工作原理如下。合上QS，主电路得电。合上SB2控制电路通电，KM1线圈通电，KM1主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头打开，形成互锁，电机正转，冷却装置上升。打到行程开头SQ1时，切断电路，冷却装置停止上升。 合上3，KM2线圈得电，其主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开，电机反转，冷却装置下降，常闭触头断开形成互锁，保护KM1的电路。当控制电路要关闭时，断开SB1。一天的工作完后，关上QS。图2控制原理图1、 绘制电器元件位置图和安装接线图。根据控制原理绘制的相应的电器元件位置图如图3所示，安装接线图如图4所示。图3元件位置图图4：接线图如2、 电器元件图常规检查（见项目9）。3、 接电动机和按钮外壳的接地保护线。4、 在线路板上安装电器元件。5、 控制原理图上的接线导线的编码套管。6、 根据控制原理图中或生产实际电容量，选择相应的电器设备型号和导线的规格及安装工具7、 安装布线，截取合适长度导线，剥去两端的绝缘外皮，套上写好的导线的套管，安装规范分别对主电路、控制电路安装布线。8、 试运行（1）电源测试。合上闸刀开关QS，用测电笔测FU1、三相电源（2）控制电路试运行。断开开关QS，确保电动机没有与接线端子排连接。合上闸刀开关QS，按下按钮SB2，接触器主触头立即合上，松开SB2接触器主触头立即断开。(3) 带电电动机试运行。断开闸刀开关QS，接上电动机的线。在合上闸刀开关QS，按住按钮SB2，电动机运转，松开SB2，电动机停止运转。9、具有过载保护的点动控制线路的维修（1）按下启动开关，接触器不工作或接触器工作但电动机不转且发出“嗡嗡”的声音。 分析:缺相 原因：熔断器FU1的U相或W相断，熔断器FU1的V相断，或安装时不小心将接触器动触点移位，或者相触点间间隙过大，造成电动机缺相。（2）电磁铁噪声大或者震动 分析：继电器有毛病 原因：线圈电压过低，动静铁心的接触面互相接触不良，短路环断裂或者破坏，接触的弹簧压力过大，铁心安装不好三、 检查标准1、 安装前外观检查：接线检查:表三用兆欧表测漏电情况，万用表测电阻，是否通电等等。检查结果如下表2、 接线后检查；表三接线前检查一览表电机、电器名称检查项目检查结果备注良好合格不合格接触器触头铁心短路环弹簧热继电器双金属片触头弹簧时间继电器杠杆延时触点弹簧表四接线后检查电器元件序号名称数量项目结果备注1接触器2能否动作能2热继电器1能否动作能3熔断器5能否通电能4开关4能否接通断开能5导线是否漏电否6电动机1能否正常运转，是否接地能7导线接点是否漏电否六、故障分析试运行后，电动机不转动，其他故障，对线路进行分析，如表五表五电器的故障分析表电器元件故障现象故障原因处理方法接触器电磁铁噪声大或者震动线圈电压过低提高控制回路的电压短路环断裂或脱漏更换铁心触点弹簧压力过大调整弹簧压力吸力不足电源供电过低或波动较大调整电源电压接触弹簧压力过大或者超额行程太大调整弹簧压力及行程触点磨损严重相触点动作不同步调整到同步负载侧短路消除短路故障原因，更换接触点低压断路器欠电压脱扣器不能使断路器分析反力弹簧力变小调整反力弹簧机构卡死消除卡死原因欠电压脱扣器噪声大反力弹簧力过大重新调整短路环断裂更换铁心七、相关知识（一）欠压和失压保护1、欠压保护 欠压保护是指线路电压降到一定数值时，电动机能自动脱离电源停止运转。一般当电压低于额定电压85时，交流电动机的线圈产生难以克服复位弹簧的弹力，使接触器的主触点KM分断，电动机失电而停转，从而起到保护电动机的目的。2、失压保护（零压保护）失压保护是指电动机在正常运行时，由于外界某种原因突然停电，电动机停止运转，当重新恢复供电时，电动机不能自行启动的一种保护。因断电时，交流接触器的主触点KM断开，重新供电时，不按启动按钮，控制回路仍然断开的电动机不会自行启动，从而保护了人和设备的安全。（二）过载保护1、热继电器的过载保护由于热继电器的热元件串在主电路中，起常闭触点串接在控制电路中，当电动机过载时，温升使热元件受热发生弯曲，促使串接在控制电路中的常闭触点FR断开，从而使控制回路断开电源，交流接触器线圈KM失电，接触器主触点断开，电动机停止运转，从而保护电动机避免因过热而烧坏，2、过载保护注意事项（1）热继电器的整定电流按电动机的额定电流自行调整，绝不允许弯折双金属片。（2）通常热继电器出厂时，置于手动复位的位置上。若需要自动复位时，可将复位调节螺钉，顺时针方向旋转34圈，并稍微拧紧即可。（3）过载后若想再次启动电动机，必须等待热继电器的热元件冷却复位后。一般自动复位时间不大于5min，手动复位时间不大于2min。设计项目说明书随着行业的不断发展，社会的进步，人们对殡葬质量要求也越来越高，火化机的文明化越来越高，所以对骨灰新的冷却方式提出了越来越高的要求，我们这组设计了一个新型的火化机骨灰冷却装置的升降部分，使骨灰冷却更加文明、庄严。通过在江西南昌环保机械厂实习，我们了解了火化机的一些构件，和组装 ，我们选择了这一个装置做为我们设计的题目，觉得它是以后火化机发展的主要趋势，使以后在工作岗位上更好的了解和使用维修它。 第七大组全体成员 设计总结经过我们组全体成员的努力和老师的指导，一个多月的设计圆满完成，通过设计加深了我们对专业知识的理解，同时也更进一步学习了专业知识，掌握了以前没有掌握的知识。此次设计考验了我们的综合素质，锻炼了我们理论知识与实践的结合，这有利于我们对专业知识的应用。各门专业课程的知识在这里得到了充分结合和应用，这让我们将以前所学的知识做了一个全面的整体的梳理。通过这次毕业设计，充分锻炼了我们对机械方面的计算、绘图、零件的深入了解。繁琐、复杂的数学公式运用和计算过程，锻炼了我们一定的严密逻辑思维能力和灵活想象能力，也使我们养成了耐心细致的习惯，这些都有益于我们走出学校走上工作岗位。同时，在这里感谢各位指导老师对我们此次毕业设计的详细指导与帮助！ 第七组全体成员2012年3月1日答谢词： 经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验缺乏，我们的毕业设计，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢李立仁老师和李成导师，两位老师工作繁忙，但在我们做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中检查，后期详细设计给我们悉心的指导。参考文献1毕业设计手册，毕业设计手册编委会，机械工业出版社出版。2毕业设计基础，李秀珍主编，机械工业出版社出版。3毕业设计课程设计，孙宝钧主编，机械工业出版社出版。4工程力学，吴建生主编，机械工业出版社出版。