【正文】 ? 7 1 3 8 0 .1 5 1 0 7 0fF N f N? ? ? ? ? ??? ????? ??? o s 1 0 0502121fFNNNNN 解方程得： 1 1 4 1 9 7 ,NN? 方 向 向 下 。 軸上零件的周向固定 手輪，連桿圓盤與軸的周向固定均采用平鍵連接，按 1d 由表查得平鍵截面10 8b h mm mm? ? ?，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 20mm，為了保證手輪與軸配合有良好的對中性，故選擇手輪輪轂與軸的配合為 76Hn ；同樣，連桿圓盤與軸的鏈接，選用平鍵為：1 0 8 3 2b h l m m m m m m? ? ? ? ?連接圓盤與軸的配合選用 76Hk ， 確定軸上倒角尺寸 參照資料，取軸端倒角為 2 45??。 (1 0. 07 ) 35 .9d d m m? ? ? ? 軸的結構設計 擬定軸的裝配方案 該主艙門的裝配方案在上面已有敘述，現(xiàn)將其裝配圖作出如下： 根據(jù)周向定位的要求確定軸的各段直徑 和長度： 5 軸段處與手輪配合，手輪輪轂長度為 32mm，軸的右端用單螺母進行軸向固定，按該段軸的直徑取為該軸的最小直徑 5 36d mm? （將 mm? 圓整為 5 36d mm? ），手輪與軸配合的長度 32l mm? ，為保證軸端墊片只壓在手輪輪轂上而不壓在軸的端面上，故第 5 段的長度應比 l 略短一些，現(xiàn)取 5 30l mm? 。 （ 8） 、手輪軸的直徑計算 初步確定軸的最小直徑 根據(jù)軸的裝 配方案可知，軸與手輪配合處為軸的最小直徑，根據(jù)軸的剪切強度確定軸的最小直徑： 由上述計算可知，當艙門關緊時，通過壓緊桿所傳遞的水平方向的總的阻力為： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 為了克服此阻力需要在手輪上施加一個 驅動力矩 ，驅動力矩的大小為：1 8 7 1 4 8 0 5 9 8 7 2 0T N m m N m m? ? ? ? ? 按照剪切強度確定手輪軸的直徑： ][m axm ax ?? ?? tWT 查表得 45 鋼的許用剪切應力為： MPa80][ ?? 抗扭截面系數(shù)： 163dWT ?? 計算軸的直徑為： 39。則每個螺栓所承受的工作載荷為： 11= 5 6 4 0 2 8 2 022F F N N? ? ?總 門板與支承處之間的連接屬于一般連接，并且工作載荷穩(wěn)定，查閱資料， 單純受拉伸載荷時，螺栓的殘余預緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預緊力： 1 0. 4 0. 4 28 20 11 28F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 28 20 11 28 49 48F F F N? ? ? ? ? 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉切應力的影響。支撐采用剖分式滑動軸承，軸承寬 50b mm? ，軸承與門板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為 4 個。查表 得 45 鋼的 許 用剪切應力 ? ? ,80MPa?? 許用擠壓應力為 MPap 90][ ?? 。 根據(jù)公式 ba s?? ??2，計算 45 鋼的 2? 。此時， BC 桿所受的最大壓力即為 CD 桿的最大水平阻力。其抗彎截面模量為 332dW ?? 因為導向座的長度較大， DE可以看做懸臂梁，端部在垂直方向的合力為 NF 2850? 。2F 大于其壓緊時的最大水平方向阻力。 2 、 鎖緊時的動力性能 主艙門在即將鎖緊時的示意圖： 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 36 當 插銷接觸門框 將密封材料壓縮到所需密封量 時，支撐所產生的摩擦阻力變得很小，主要阻力來源是楔塊 的正壓力和摩擦阻力 ，此時的受力分析如下圖所示： 此時壓緊桿所受到的支反力與摩擦力大小計算如下： NNNN 2855, os ???? NfNF f 8 5 5 ????? 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 37 ??? ????? ??? o s 1 0 0502121fFNNNNN 解方程得： NNNN 2 8 2 0,5 6 4 0 21 ?? 摩擦阻力 ： NfNNNfF f 1 6 9 o s2 8 5 )2 8 2 05 6 4 0( o s)( 21 ??????????? 正壓力水平分量： NNF in ??????水平 總的水平方向阻力： N1 8 7 7 41 6 9 7 ????? 水平總 FFF ff 壓緊時，手輪提供的驅動力： 當壓緊桿運動到此位置時，手輪所能提供的驅動力也隨著 ACB? 角度的減小而增大 ，下面就壓緊桿運動到不同位置 時的各種情況進行討論，校核手輪所提供的驅動力是否能提供所需密封要求時的壓緊力。 求 F1： 0n 4 8 0 1 c o s1 2FF?? ? ? ? ? n 006 0 0 4 0 01 7 6 6 . 7 54 8 0 c o s 1 2 4 8 0 c o s 1 2FF ? ????? ? ? ?（ N） （ 2）求阻力 在此位置，壓緊桿 CE 主要受到密封材料受壓縮時對其向上的反力 2N ， D 點支撐處對其的支反力 1N ，以及 1N ， 2N 所產生的摩擦力 21,ff 。 對 主艙門鎖緊機構進行簡化，并作受力分析，其簡化圖形如下圖所示，為一曲柄滑塊機構：根據(jù)手輪直徑與門的尺寸 ，確定四桿鎖緊機構各 桿 的尺寸為： mmAB 80? ， mmCEmmBC 17 5508012 0265 0,12 0 ??????? 。摩擦 系數(shù)：靜系數(shù) ，動系數(shù) ~，摩擦角f?? 度，不考慮插銷自身的變形，插銷 進 L， 形成的對密封材料的壓縮量為： fLL ?tan?? ， 若 L=50mm， f?? 度， 取楔角為 ? 。鎖緊機構主要材料選取 45 鋼 ， M P aM P a sb 3 5 5,6 4 0 ?? ?? ， 所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，尺寸為 寬 10mm，厚 20mm。相應的在艙體壁上與艙門配合部位，也制作成河南理工大學畢業(yè)設計說明書 32 同樣尺寸的凸緣。由于在礦下工作的都為男性，并且根據(jù)手輪高度，人在操作各種艙門時，都處于屈曲或彎腰狀態(tài)，因此，選擇人所能提供的扭力為 600N。選在門的中間，手輪離底部高度 650mm。 、各艙門結構參數(shù)計算： 、 主艙門結構計算： （ 1） 、艙門人 機工程學設計 設計艙門尺寸是時，應充分考慮人機工程學的要求，使人能夠方便快捷的開門關門，并提供適當?shù)尿寗恿Α４嬖谒傈c，設計時應注意避免。 、 應急門方案 a：應急門的基本要求 ： 要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強，可靠性高，開啟方便，在透水深度不高于 1m 的情河南理工大學畢業(yè)設計說明書 29 況下能方便進出，最小面積不小于 m2(248。我們也設計了兩個方案備選： (1)、普通單點鎖緊 優(yōu)點：結構簡單， 工作可靠性高。 綜合上述多種艙門方案比較 ,由于曲柄滑塊機構結構簡單 ,動作靈活可靠 ,可以達到主艙門關于氣密和水密的要求 ,因此最終確定曲柄滑塊機構作為主艙門的結構方案。我們認為設計了以下兩種方案備選： 1)曲柄滑塊機構 (四點鎖緊 ) 優(yōu)點：結構簡單，工作可靠性高；由于導軌的約束強化作用，增強了立桿的高度。 3） 十點和十二 點聯(lián)動鎖緊 優(yōu)點：理論上門的受力均勻，密封性較好。十字架不在正確的位置時，不便于開啟。 b:艙門結構方案比較 : 目前 ,市場上生產的救生艙采用的艙門結構設計方案從四點到十二點的都有 ,傳動和鎖緊裝置也有很多 ,下面就經常所見到的幾種方案進行比較 ,并確定主艙門的結構方案 。 圖 56 艙體橫向截面圖 該側面所受的均布載荷大小為： 662 10 10 /q Pa m N m? ? ? ? ? 根據(jù)上圖所示的簡直梁截面， 計算其各部分面積對中性軸的慣性矩： 第一部分為矩形，其慣性矩為： 33 41 140 12bhI c m?? ? ? 第一部分面積為： 21 1 4 0 1 .2 1 6 8S bh cm? ? ? ? 第二部分與第三第四第五部分同為槽鋼，根據(jù)槽鋼主要結構尺寸表，查得： 42345 2 5 .6I I I I cm? ? ? ? 第二、第三、第四、第五部分的面積為： 22345 1 2 .7 4 8S S S S cm? ? ? ? 上述計算為各面積對其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計算出其對彎矩梁本身中性軸的慣性矩： 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 24 第一部分矩形的慣性軸距離中性軸的距離為： 1 3 0. 6 2. 4l cm cm cm? ? ? 第二部分槽鋼的形心軸距離慣性軸的距離為： 2 3 cm cm cm? ? ? 則該橫截面對中性軸總的慣性矩為 221 1 1 2 2 2= 4 ( )I I S l I S l? ? ? ? ? ?總 222 0 1 .6 1 6 8 2 .4 4 ( 2 5 .6 1 2 .7 4 8 1 .4 8 )? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)簡支梁在受均布載荷時的彎曲變形公式計算其頂端最大變形量： 4max 5384qlEI? ? 其中： 62. 8 10 /q N m?? ， 6 ? ? ? ， cm? ，艙體材料選用 45鋼，其彈性模量 GPaE 206? ，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為： 4 6 4m a x 95 5 10 384 206 10 cmEI? ? ? ?? ? ?? ? ? 變形量小于總長度的 1%( )cm ，故其剛度滿足使用要求。肋板選用槽鋼，焊接在艙體外輪廓上，查閱金屬材料手冊選用10 號槽鋼作為加強肋板，其主要結構尺寸如下 : 校核其縱向剛度 救生艙受力模型可簡化為一懸臂梁，該梁受均布載荷作用：當爆炸發(fā)生時，其瞬間壓力可達 MPa2 ，當該壓力作用在救生艙的一側面時，相當于該側面受到均布載荷作用，該載荷大小 : mNmpaq / 66 ????? 艙體在受彎方向的橫截面 如圖所示，可分為 4 部分組成，分別求個部分的慣性矩： 型 號 尺寸)(mm 截面面積 )( 2cm 理論重量 )/( mkg 參考數(shù)值 h b d )( 4cmIx )( 4cmIy )( 4cmIz )(0 cmz 10 100 48 5.3 48 07 198 2 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 21 第一部分為矩形，其慣性矩為： 4331 9312 cmbhI ???? 第二部分為矩形，其慣性矩為 4331 9312 cmbhI ???? 第三部分為矩形，其慣性矩為 4331 2 1 cmbhI ???? 第四部分為槽鋼，其慣性矩由上表可以查出： 44 cmI ? 上述計算為各面積對其自身形心軸的慣性矩，需要通過平行位移公式計算出其對彎矩梁本身中性軸的慣性矩： 第三部分的面積為 23 cmhbS ????? 第四部分面積查表可得： ?S 第三部分慣性軸距離截面中性軸距離為： mml 53 ? 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 22 第四部分槽 鋼慣性軸距離截面中性軸距離為 mml ???? 則該橫截面對 y 軸總的慣性矩為： 2444233321 lSIlSIIII ????????總 22 ???????? 4517cm? 根據(jù)懸臂梁在受均布載荷時的彎曲變形公式計算其頂端最大變形量： EIql8 4?? 其中： mNq / 6?? ， ml ? ， 410342517 cmI ??? ，艙體材料選用 45鋼，其彈性模量 GPaE 206? ，將上述數(shù)據(jù)代入公式可得艙體的最大變形量為： cmEIql 9 464 ???? ????? 變形量小于艙體總高度的 )%(1 cm ，故其剛度滿足使用要求。 長度為 mm700 。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 19 第四章 模塊化 結構設計 模塊化設計思路 救生艙整體采用模塊化設計，將救生艙分為三個部分：緩沖倉、生存艙、設備艙。 缺點：連接面多，組裝工作量較大，密封面過多。（座椅的人機工程學參數(shù) : mmm ?? ） 通用段長度的三種設計方案： （ 1） 方案一：每段長度 700mm。其長 度根據(jù)艙內設備需求，確定為 mm800 。 （ 4）設備艙與人員艙的過渡艙門：開啟方向由設備艙開向人員艙。 、 救生艙結構要求： （ 1）由主艙門、與人員艙之間的過渡艙門和艙室構成 （ 2）主艙門：向外開啟。 整體尺寸設計 艙體尺寸的約束條件： 由于救生艙安置在巷道內，并且在配置前需要做防爆試驗，因此巷道尺寸限制了救生艙的尺寸。 河南理工大學畢業(yè)設計說明書 9 第二章 救生艙 設計參數(shù)要求 救生艙在井下工作，為礦工在發(fā)生礦難時提供一個可以