【正文】 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》所述，當(dāng)腹板的計(jì)算高度 0h 與腹板厚度 ? 之比大于 80 時(shí)，應(yīng)有橫向隔板加強(qiáng)，間距不得大于 3 0h ，而在此設(shè)計(jì)的尺寸是 803 9 27 7 4 60 ????h ，所以還要有橫向隔板用以加強(qiáng)立柱的強(qiáng)度， 為了簡(jiǎn)便節(jié)省用直徑為 235mm 的正方形的鋼板來(lái)作為加強(qiáng)板 。 在這里符合以上條件，所以可以不做穩(wěn) 定性計(jì)算 。 受力簡(jiǎn)圖如下圖 ： 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 29 圖 彎矩簡(jiǎn)圖如下圖 ： 圖 與上面的校核一樣，其中 484 00 mmcmI ??? y=150mm 則： 43777671 1 5 0 3 . 3 5217000000M yI? ? ? ? ?MPa 由此可知 P??? ，故安全 ． 不做穩(wěn)定性計(jì)算的條件： 有鋪板（各種鋼筋混凝土板和鋼板）密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連、能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移時(shí) 。 橫梁的強(qiáng)度計(jì)算主要就是考慮受彎時(shí)的正應(yīng)力： 即PyIM ?? ?? 其中 I—— 橫截面對(duì)中性軸的慣性矩； y—— 橫截面上距中性軸最遠(yuǎn)的點(diǎn) 。 1）橫梁的 校核 由于橫梁承受力最大時(shí)是在移動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候所承受的載荷 。 做為加強(qiáng)筋的鋼板是根據(jù)不同的需要在現(xiàn)場(chǎng) 來(lái) 制作出不 同的形狀 ，焊件下料周邊要求去毛刺，在進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí) [16]。 橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖 橫梁 橫梁基本上是由 H型鋼和各種形狀的鋼板焊接在一起形成的，這樣既保證了它的強(qiáng)度要求，又降低了成本 。 這個(gè) 機(jī)架 的設(shè)計(jì)還是 都 采用焊接的形式，所以在為了保證其強(qiáng)度要求，焊角高不小于相鄰被被焊件厚度的 倍，焊縫質(zhì)量等級(jí)要求 ? 級(jí) 。 整體機(jī)架結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì) 及計(jì)算 圖 機(jī)架 前面已經(jīng)把鉗桿和 小車(chē) 闡述完畢，整個(gè)裝 取 料機(jī)的最重要的兩部分已經(jīng)完成，剩下的整體機(jī)架就是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)給設(shè)計(jì)好的鉗桿、 小車(chē)的整體一個(gè)發(fā)揮其作用的地方，所以整體機(jī)架 的最主要的作用就是支撐 。 之所以采用一些經(jīng)驗(yàn)值，還有一個(gè)原因就是這個(gè)機(jī)構(gòu)只是單件生產(chǎn)，并不是面向大眾的機(jī)構(gòu) 。 同時(shí)后下輪的有關(guān)數(shù)值的確定也不是通過(guò)準(zhǔn)確地計(jì)算而得來(lái)的，因?yàn)椴](méi)有這方面的計(jì)算公式來(lái)有解和驗(yàn)算其是否合理，只有通過(guò)咨詢(xún)有經(jīng)驗(yàn)的師傅來(lái)合理的有效的確定出來(lái) 。 后輪 的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖 后輪 后輪與前輪的設(shè)計(jì)基本相似，無(wú)論是它們的設(shè)計(jì)思路，還是校核計(jì)算都是一樣的，所以在這里就不再重復(fù) 。 （ 1）選材 選 45 鋼正火處理， MPab 590?? （ 2）輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 25 如圖示 （ 3）軸的強(qiáng)度計(jì)算 受力簡(jiǎn)圖如下圖 ： 圖 受力圖 彎矩圖如下圖 ： 圖 彎矩圖 所以強(qiáng)度校核 MPaWM 431 5 4 7 7 8 4 9 53 ????? （ ） 得 MPa551 ??? 故強(qiáng)度足夠 （ 4）輪軸的疲勞強(qiáng)度校核 A,判斷危險(xiǎn)截面 根據(jù)輪軸的受力情況可以判斷出所受彎矩最大的地方就是其危險(xiǎn)截面 B,計(jì)算彎曲應(yīng)力 抗彎截面系數(shù)為 333 33 75 00 ???? dW 截面左側(cè)的彎矩 3 8 9 2 4 71694 84716941 4 7 7 8 4 9 5 ?????M 截面上的彎曲應(yīng)力 2 1 . 9 M P a337500 ??? WMb? C,計(jì)算綜合系數(shù) 輪軸的材料是 45 鋼，正火處理， 得 MPab 590?? ， MPa2551 ??? 應(yīng)力系數(shù)：去應(yīng)力集中系數(shù) ?? 及鉗桿的材料的敏性系數(shù) ?q 由公式得應(yīng)力系數(shù) 7 2 )1(1 ???? ??? ?qk （ ） 尺寸影響系數(shù)為 ??? ． 表面質(zhì)量系數(shù)為 ??? ． 則得綜合系數(shù)為 ? ? 8 8 ?????? ??kk D （ ） 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 D,計(jì)算安全系數(shù) 材料特性系數(shù) ?? = 所以 )( 1 ???? ? maDkS ???? ??? （ ） 可知其安全 。 輪軸的長(zhǎng)度是根據(jù)小車(chē)車(chē)體的寬度來(lái)確定的， 由于該輪軸并不是用以轉(zhuǎn)遞運(yùn)動(dòng)的軸，只是用以支撐和帶動(dòng)其他部件運(yùn)動(dòng)的軸，自然在設(shè)計(jì)上就不能用以往的思路來(lái)考慮，但是這樣就沒(méi)有什么依據(jù)了 。 在前輪中最重要的零件就是輪軸和滾動(dòng)軸承 ． 在便于校核的情況下 ，先認(rèn)為是圓柱體來(lái)計(jì)算 。 前輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖 前輪 在前輪的設(shè)計(jì)計(jì)算中，存在的問(wèn)題并不多，但由于承受的力比較大，所以對(duì)它的強(qiáng)度的要求就非常重要了 。 由于小車(chē)的動(dòng)力源是齒輪電動(dòng)機(jī)，自然在小車(chē)車(chē)體上要安裝齒輪電動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的安裝位置可以從上面小車(chē)車(chē)體的俯視圖中看出，其中 1 是與鉗桿升降氣缸的連接處， 2 是齒輪電動(dòng)機(jī)的放置點(diǎn)， 3 是與鉗桿相連的支點(diǎn) 。 這樣，就可以先把車(chē)體總的輪廓確定下來(lái)，車(chē)體中間部分則主要是考慮強(qiáng)度的要求，在增加強(qiáng)度的同時(shí)還要節(jié)省材料 。 由于工字鋼的承載能力比較強(qiáng)，而且簡(jiǎn)單適用 。 小車(chē)車(chē) 體基本上全部都是焊接件，其中除吊架用螺栓連接外，其它 均為對(duì)接焊，焊高不小于最薄件厚之 倍 ． 除內(nèi)襯板和吊架外要求焊后加工和鉆孔，并且焊后去應(yīng)力 。 剛度和強(qiáng)度要求在滿(mǎn)足此要求的前提下盡量的節(jié)省材料 。 車(chē)體的設(shè)計(jì)計(jì)算 小車(chē)車(chē)體的主視圖如圖 ： 環(huán)形加熱爐的設(shè)計(jì)與仿真 23 圖 車(chē)體 小車(chē)車(chē)體的俯視圖如圖 ： 圖 車(chē)體俯視圖 在設(shè)計(jì)之前，要先明白設(shè)計(jì)要求 。 小車(chē)自然要有前后輪、車(chē)體，另外為了防止小車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)撞到環(huán)形加熱爐的爐壁，所以要有一個(gè)緩沖部件，這個(gè)緩沖部件是由橡膠制成 ． 這里就是除了前后輪外還要有一個(gè)后下輪，用來(lái)放置緩振器裝置的 。 第二，可以把小車(chē)分成幾部分來(lái)考慮 ？ 第三，如何讓小車(chē)動(dòng)起來(lái) ？ 把這三方面想清楚自然就可以把小車(chē)的形狀定下來(lái) 。 小車(chē)的整體設(shè)計(jì) 想設(shè)計(jì)出移動(dòng)小車(chē)，就要從幾方面來(lái)考慮 。 電動(dòng)機(jī)下安裝一個(gè)齒輪，齒輪與安裝在架子上的齒條做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得小車(chē)在架子橫梁上的軌道上帶動(dòng)鉗桿做出送 取料運(yùn)動(dòng) 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 小車(chē)的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 及計(jì)算 小車(chē)是整個(gè)機(jī)構(gòu)的核心部分，在整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行中起著主導(dǎo)作用 。 同樣的道理可知截面右側(cè)的強(qiáng)度也安全 。 （ 2） 計(jì)算 彎曲應(yīng)力 抗彎截面系數(shù)為 333 1 4 70 6 1 2 ???? dW （ ） 截面左側(cè)的彎矩 M 為 mm8N4 8 8 8 2 6 6 3 . 46530 210665307 2 1 5 2 7 5 6 ?????M （ ） 截面上的彎曲應(yīng)力 48882663. 48 3 . 3 0 M P a14706125b MW? ? ? ? （ ） （ 3） 計(jì)算綜合系數(shù) 鉗桿的材料是 35 剛，正火處理， 得 MPab 590?? ， MPa2551 ??? 應(yīng)力系數(shù)： 去應(yīng)力集中系數(shù) ?? 及鉗桿的材料的敏性系數(shù) ?q 。 兩氣缸的型號(hào)的確定 在確定氣缸型號(hào)之前，要先將鉗桿的受力情況分析清楚 由鉗桿的零件圖可以知道鉗桿受四個(gè)力，各個(gè)力之間的距離均是先假設(shè)的，受力圖如 圖 ： 圖 受力圖 根據(jù)受力情況，可以查資料得到氣缸的型號(hào)，但由于用的都是成品，在達(dá)到同樣的工作性能的前提下，從節(jié)省的角度考慮選用的氣缸并不是國(guó)標(biāo)的，而是私人公司生產(chǎn)的，升降氣缸型號(hào)為 QGBKF400X130中間耳軸，缸徑為φ 400mm，桿徑為φ 90mm，行程 130mm，工作壓力 ． 夾緊氣缸型號(hào) QGBKF250X235尾部耳軸 [14]，缸徑為φ 140mm，桿徑為φ 60mm，行程 235mm，工作壓力 。 若太小了，會(huì)使鉗手承受不住管坯的重量，太大了，又會(huì)浪費(fèi)材料 。 鉗桿 的直徑 由于此設(shè)備是往加熱爐里送 取 料，而加熱爐的溫度可達(dá)到 1000 多攝氏度，所以伸進(jìn)爐體的鉗桿必須要冷卻，這里采用的是水冷，就是鉗桿采用空心管，管里面可注入水 ． 但由于我的設(shè)計(jì)要求沒(méi)有這個(gè)部分，所以在我的設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有體現(xiàn)這個(gè)，不過(guò)在這要設(shè)計(jì)鉗桿的直徑就必須說(shuō)明這點(diǎn) 。無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 爐腔寬度是 6450mm，這樣若送進(jìn)爐體內(nèi)的管坯與爐體內(nèi)圈的距離留為 150mm，則伸進(jìn)爐體的鉗桿的長(zhǎng)度最大 是 6450150850=5450mm，設(shè)外面的架子離 爐口的距離是 300mm，鉗桿與小車(chē)的兩連接處的距離及鉗桿兩端的預(yù)留的長(zhǎng)度總共設(shè)為 3000mm。 (3) 與小車(chē)的連接 與小車(chē)的連接部分有 兩點(diǎn)，一是升降氣缸處，升降氣缸的上方要與小車(chē)相 連，下方則與鉗桿相連 ． 二是為了平衡和支撐鉗桿，設(shè)置一處鉗桿與 小車(chē)的相連處，此處相連處在進(jìn)行鉗桿的校核時(shí)可看作支點(diǎn) 。 鉗桿的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)所要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求，知道鉗桿主要有以下幾個(gè)運(yùn)動(dòng)： (1) 上下運(yùn)動(dòng) 因?yàn)橐獖A取物 料，所以要有帶動(dòng)鉗桿可以上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，這時(shí)可以用一臺(tái)升降氣缸來(lái)幫助其完成 ． 而氣缸的型號(hào)要在整個(gè)鉗桿設(shè)計(jì)好以后才可以確定 。 然而要想 把 整個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出來(lái)，就必須從鉗桿開(kāi)始著手設(shè)計(jì)計(jì)算 。 否則容易變形損壞，即使使用再好的耐熱材料也是會(huì)由于溫度太高達(dá)到極限值而發(fā)生鉗桿軟化變 形等一系列的問(wèn)題，所以對(duì)鉗桿的冷卻在這里就非常重要了，我們?cè)谶@里采用的是水冷，就是利用冷水的流動(dòng)來(lái)對(duì)鉗桿進(jìn)行冷卻，由于鉗桿是空心的，我們?cè)阢Q桿的中心部安裝了水冷管，水冷管的設(shè)計(jì)是按照相類(lèi)似產(chǎn)品的水冷管設(shè)計(jì)來(lái)完成的 ． 但是我的設(shè)計(jì)不做關(guān)于冷卻的部分，所以在這里不在多敘述 。 夾鉗由一對(duì)夾鉗稈、 鉗 手 開(kāi)合裝置及鉗 手 擺動(dòng)裝置組成 （即夾緊 氣 缸） ， 鉗桿被吊掛于行走小車(chē)下部的橫梁上，兩夾鉗在杠桿式的夾鉗開(kāi)合裝置推動(dòng)下繞其支承點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以閉合或松開(kāi)鉗口 ． 也 可以隨同橫梁在升降氣 缸驅(qū)動(dòng)下繞吊掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)以使 鉗 桿 提升或放 下 [13]。 小車(chē)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)安裝在電動(dòng)機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所以為了要使小車(chē)被齒輪驅(qū)動(dòng)，我們?cè)谟覚M梁上裝配了與小車(chē)齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過(guò)螺栓和銷(xiāo)連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動(dòng)機(jī)的小車(chē)就被齒輪帶動(dòng)開(kāi)始做進(jìn)退運(yùn)動(dòng) 。 機(jī) 架上部為 焊接 架結(jié)構(gòu)，以增加橋架 鋼 度， 橋架兩個(gè)梁板上有小車(chē)前后輪導(dǎo)軌 ． 后輪設(shè)計(jì)了 后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌的下沿接觸，而后輪與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對(duì)輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌 來(lái)限制了小車(chē)的上下自由度 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3 裝取料機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算 整體的設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的認(rèn)識(shí)，以及安裝現(xiàn)場(chǎng)的位置要求，可以把整個(gè)機(jī)構(gòu)分成三部分 ： 鉗桿 、 小車(chē) 、 整體機(jī)架 ，大概的運(yùn)動(dòng)就是移動(dòng)小車(chē)帶動(dòng)鉗桿在機(jī)架 上運(yùn)動(dòng) 。 6 根立柱的作用自然就是支撐 裝取 料機(jī)整體結(jié)構(gòu)，承載小車(chē)、橫梁以及鉗桿和料 。 4 根連接梁的主要作用就上將兩根橫梁連接起來(lái)，提高機(jī)架整體的的強(qiáng)度，其中后上連接梁是比較特殊的，主要 是因?yàn)槠湮恢玫奶厥庑运斐傻?，因?yàn)楹笊线B接梁被裝配在小車(chē)的緩沖器的同一個(gè)平面內(nèi)，所以當(dāng)小車(chē)后退時(shí)，小車(chē)緩沖器是有很大的可能與后上連接梁相接觸的，所以后上連接梁除了起到連接橫梁和加固作用外，還起到一個(gè)后擋板的作用，用來(lái)?yè)踝【彌_器 。 由于右橫梁在安裝齒條時(shí)，會(huì)多出齒條與橫梁相連接的部分，而后下輪正好是與那部分鋼板相連接的，但是由于左橫梁沒(méi)有 安裝齒條，所以后下輪的左輪與左橫梁就會(huì)空出那部分的余量，為了使小車(chē)在運(yùn)行時(shí)保持平穩(wěn)我們就在左橫梁上焊接一根鋼條，來(lái)填補(bǔ)左橫梁上的那個(gè)空余量，使小車(chē)的左下輪也可以和左橫梁相接觸如圖 所示 。由于小車(chē)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)安裝在電動(dòng)機(jī)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所以為了要使小車(chē)被齒輪驅(qū)動(dòng)，我們?cè)谟覚M梁上裝配了與小車(chē)齒輪可以嚙合的齒條，齒條是通過(guò)螺栓和銷(xiāo)連接在右橫梁上的，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于齒條是被固定的，所以與裝配了電動(dòng)機(jī)的小車(chē)就被齒輪帶動(dòng)開(kāi)始做進(jìn)退運(yùn)動(dòng) 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 緩沖器 為了要讓小車(chē)連接鉗桿支點(diǎn)部 ，所以在小車(chē)前部用螺栓連接長(zhǎng)筋板，使其與吊板相連接，這樣小車(chē)通過(guò)升降氣缸、長(zhǎng)筋板和兩塊吊板與鉗桿連接，就可以帶動(dòng)鉗桿做平動(dòng) 。 而導(dǎo)向輪是直接通過(guò)筋板用螺栓連接固定在小車(chē)車(chē)體上的 。 我們?yōu)樾≤?chē)分別設(shè)計(jì)了前輪和后輪，這兩對(duì)輪子的主要是起支撐車(chē)體和減小小車(chē)移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力的作用，在后輪下面我們還設(shè)計(jì)了一對(duì)后下輪，后下輪與機(jī)架導(dǎo)軌的下沿接觸，而后輪與機(jī)架導(dǎo)軌的上沿相接觸，兩對(duì)輪子分別將機(jī)架導(dǎo)軌夾在中間，從而利用導(dǎo)軌來(lái)限制了小車(chē)的上下自由度，當(dāng)然后下輪采用的還是滾動(dòng)摩擦，目的還是為了減小