轧辊轴承座拆卸装置设计与分析毕业设计.doc 33页

'重庆科技学院本科毕业设计目录轧辊轴承座拆卸装置设计与分析毕业设计目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1轧机技术国内外发展现状11.1.1轧机技术国外发展11.1.2国内轧钢技术的发展31.2轴承座拆卸技术31.2.1传统轴承座拆卸技术41.2.2国际上采用的轴承座拆卸技术41.3本文的研究41.4本章小结52轴承座拆卸装置工作原理和参数计算62.1轴承座拆卸装置工作原理62.2轴承座参数的计算72.3小车装置及升降平台参数计算72.3.1小车车轮的选择72.3.2车轮疲劳强度计算72.3.3液压缸的选择82.4大车装置参数计算102.4.1大车装置车轮的选择102.4.2大车装置车轮的校核102.4.3电动机的选择102.4.4减速器的选择112.5本章小结123拆卸装置结构设计与制造133.1拆卸车整体结构设计133.2小车装置设计与制造133.2.1小车装置结构设计133.2.2小车装置制造方式选择143.3大车装置整体结构设计和制造153.3.1大车驱动方案设计153.3.2大车装置传动方案的设计163.3.3大车车架制造方式的选择163.3.4大车装置整体设计173.4本章小结174拆卸装置三维建模和有限元分析184.1拆卸装置结构模型184.1.1大车装置的三维建模184.1.2小车装置的三维建模20 重庆科技学院本科毕业设计目录4.1.3拆卸装置总装配图的三维建模234.2有限元分析234.2.1大车车架的有限元分析234.2.2大车车架的结构优化254.3本章小结275结论28参考文献29致谢30 重庆科技学院本科生毕业设计绪论1绪论1.1轧机技术国内外发展现状1.1.1轧机技术国外发展1、初轧机的发展概况20世纪80年代年代建设的初轧机具有以下特点：1）万能式板坯初轧机得到迅速发展，60年代后新建的初轧机60％是万能式板坯轧机，这种轧机带有立辊，可以减少轧件翻钢道次，轧制时间比方坯－板坯初轧机减少39％；2）向重型化方向发展，轧制钢锭重量达45～70t，最高年产量达500～600万t;3）提高自动化程度，从均热炉到板坯精整均已实现自动控制；4）提高钢坯质量，改进精整工序，采用大吨位板坯剪切机（剪切力可达40MN）及在线火焰清理机[13]。近20年来，由于连续铸钢技术迅速发展，连铸比将达到80％或更高。这样，初轧机将不会有更大的发展，只能起到配合和补充连铸生产的作用，许多初轧厂都面临改造的任务[13]。2、热轧宽带钢轧机及生产技术热轧宽带钢轧机生产的热轧板卷，不仅可以供薄板和中板直接使用，还可以作为下道工序冷轧、焊管、冷弯型钢的原料。带钢热连轧机自50年代起，在世界范围内已成为带钢生产的主要形式。目前世界上1000mm以上的热连轧机和带卷轧机有200余套[13]。自1987年7月第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司投产以来，到1997年已建成和拟建的有33套。连铸连轧技术是将钢的凝固成型与变形成型两个工序衔接起来，将连铸坯在热状态下继续送入精轧机组，直接轧制成带卷产品。德国西马克公司的CSP技术、德马克公司的ISP技术、奥钢联开发的conroll技术等都已有用户采用[13]。图1.1为CSP工艺的主要流程及主要设备。31 重庆科技学院本科生毕业设计绪论图1.1CSP工艺过程及主要设备1钢包回转台2连铸机3均热炉4连轧机3、冷轧宽带钢轧机及生产技术冷轧钢板及带钢近年来得到较大的发展。1979年开始，出现了全连续冷连轧机（图1.2），这种轧机只要第一次引料穿带后，就可实现连续轧制[13]。图1.2带钢全连续冷连轧机1、2开卷机3剪切机4焊接机5、8张力装置6活套车7活坑9五机架冷连轧机组10飞剪机11、12卷取机4、钢管轧机的发展概况1887年美国的Kellogg连轧管机问世至今已有100多年的发展历史，工业发达国家（如美国，日本，德国等）都拥有大量的现代化热轧钢管设备。其中主要是自动轧管机和周期式轧管机，其生产的钢管占世界热轧管产量的92％，钢管增长率达7.5％，它们生产的热轧管产量占世界钢材产量的15％左右[13]。5、线材轧机的发展概况近些年来，国外线材生产是稳定的。线材产量占钢材产量的7％～8％，线材轧机常用来生产直径为5～12.7mm的圆形断面轧材[13]。31 重庆科技学院本科生毕业设计绪论20世纪40年代的线材轧机大部分为横列式线材轧机，需要人工喂钢，最高轧制速度限制在10/s以下,由于速度低，轧件温降大，影响线材尺寸精度。因此，其盘重一般在80～90Kg左右，轧机生产能力为10～15t/h。20世纪50年代发展了半连续式线材轧机。粗轧机组为连续式布置，精轧机组为横列式布置，中轧机组布置成连续式或横列式。在机械化程度较高的半连续线材车间中，可以不用人工喂钢，最高轧制速度为15m/s左右，线材盘重可达125kg。五线轧制时，轧机年产量为35万t。20世纪50年代中期出现了连续式线材轧机，精轧机组一般配置6～8架水平辊轧机。60年代初期，精轧机组配置了立辊，形成了水平辊－立辊－水平辊的连续式线材轧机，可以实现无扭转轧制。20世纪70年代，摩根无扭高速线材精轧机组有了很大的发展，投产的已达160多套[13]。1.1.2国内轧钢技术的发展我国轧钢行业在借鉴西方发达工业国家先进技术的基础上，自力更生、坚持自主创新，在轧制工艺、装备、系统和开发未来钢铁材料等方面取得了巨大成就，为中国钢铁工业的科学发展建立了不朽的功勋。经过中国钢铁人的不懈努力，中国建设了一大批具有国际先进水平的轧钢生产线,掌握了国际上最先进的轧制技术，具备了轧钢设备独立研发、制造、创新能力，具有国际先进水平的钢材产品源源不断地供应到国民经济各个部门，为中国经济发展、社会进步、百姓安居乐业提供了重要的基础原材料[14]。19世纪70年代以来，以宝钢建设为契机，中国成套引进了热连轧、薄板坯连铸连轧、钢管轧制等各类轧制工艺技术以及相应的轧制设备和自动化系统，迈出了中国发展轧制技术的第一步。中国钢铁人，先是消化吸收发达工业国家的先进轧钢技术，继而自主研发、不断创新，掌握了重型轧机的设计、制造、安装的核心技术，并具备了自主研发和制造先进轧机的能力。利用先进的轧钢工艺和装备技术，凭借科学先进的管理，中国钢铁人自主开发了一大批先进的钢铁材料，满足了国民经济迅速发展的需求，产品的质量水平也有了很大程度的提高。进入21世纪以来，工作在轧钢战线的广大科技工作者以“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”为方针，以节省资源、工艺和产品的绿色化为目标，在工艺、装备、系统等方面积极创新，打破了制约轧钢技术发展的瓶颈，自主研发并建设了一大批轧钢生产线，实现了轧钢工业的迅速发展，为中国经济的进步和国家综合国力的提升提供了强有力的支撑[14]。1.2轴承座拆卸技术轧辊轴承座轴承运行状况是影响轧制产品质量的重要因素，因此轴承座必须定时、快速拆卸下来，以便检测、检修、更换轴承，同时将检修好的轴承座还要再安装到轧辊上[12]。31 重庆科技学院本科生毕业设计绪论1.2.1传统轴承座拆卸技术目前，传统拆卸方式采用的是起重机和人力组合，其弊端是:工作效率低、安全得不到保障。而在冶金行业中使用的多为大型轧机，轧辊及轴承座的尺寸和质量较大目前，大型轧辊轴承座的拆卸和安装工作靠行车来实现。由于受到轧辊和轴承座自身重量大，轴承与轧辊装配精度高，轴承和轧辊不宜对中，行车稳定性差、摆动大等因素制约。采用行车的作业方式将会导致拆卸和安装作业非常困难，并具有如下的缺陷：一是操作麻烦、费力、费时、工作效率低、工人劳动强度大；二是容易发生机械卡住，即便把轧辊本身吊起，也不能拆卸，同时轧辊的辊颈还容易被刮伤；三是安全可靠性差，存在隐患[15]。1.2.2国际上采用的轴承座拆卸技术20世纪70年代，日本首次在冷轧厂轧辊维修车间，制造出采用全液压驱动的轧辊轴承座拆装机及轴承座翻转机设备。随后，西德也生产出相应的设备。现今，国内外的一些轧钢厂采用的是一种全液压驱动的轧辊轴承座拆卸车，其机械结构也大都比较相近，例如上海克虏伯不锈钢有限公司使用的一种轧辊轴承座更换设备、鞍山亨通冶金矿山设备制造公司使用的轧辊拆装车。应用这种技术比较成熟还有德国的一些公司。这类设备具有的共同优点是轴向定位简单、安全、还节省劳动力而且具有很高的效率。但其缺点也非常明显，它们普遍价格比较高昂，而且不容易管理和维护[15]。1.3本文的研究本设计以轧辊轴承座拆卸工艺流程为例，设计符合生产实际的轧辊轴承座拆卸装置，其工作能力满足要求，能够可靠稳定的连续运行。31 重庆科技学院本科生毕业设计绪论本次设计中，主要是对轴承座拆卸装置进行结构设计，其中包括了大车装置和小车装置（大车装置纵向移动，主要起承载小车装置、轴承座和运输作用；小车装置横向移动，主要起拆卸轴承座的作用）在本次设计中，使用inventor软件进行设计，引用许多已有的标准件（如轴承，螺栓等），大大降低了加工和研发成本，在此基础上借助于三维图形软件Inventor进行产品的结构设计,表达出产品的构思，缩短了开发周期，也降低了研制风险。并且能在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾,早期预测生产能力，费用，以及开发设计过程中计划的可调整性,由此提高设计效率和设计的可靠性。并对轧辊轴承座拆装机的大车车架进行了机械结构优化,使其在满足使用要求的前提下，结构更加合理,故障率更低。利用软软Inventor应力分析对大车车架进行了力学分析和尺寸优化,大大减轻了其质量,从而节约了成本。1.4本章小结　　本章主要介绍了轧制技术的国内外发展状况和轴承座拆卸技术的国内外状，讲述了轧辊拆卸技术对于冶金工业的重要性。轧制技术处处融于工业生产中，对于工业生产有着重要的意义。31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算2轴承座拆卸装置工作原理和参数计算2.1轴承座拆卸装置工作原理图2拆装装置结构图1一大车车体；2一大车驱动装置；3一小车装置；4～升降系统；5一轧辊及轴承座；6一“V”型支撑如图所示，拆装装置主要包括大车装置、小车装置、升降系统等。其中小车装置、升降系统均安装在大车上，拆卸车对称安装。拆卸步骤如下：首先，拆装装置在电机驱动下沿纵向方向可移动到任何一处指定的拆装位置，制动并锁死。此时拆装装置的拆装中心线与放在“V”型支撑平台上的轧辊轴线位于同一垂直平面内。接着，小车装置在液压缸的驱动下沿拆装中心线完成横向运动，此时升降装置位于待拆装的轴承座正下方。然后，位于小车装置上的升降台在升降油缸带动下完成向上运动。此时，升降台上表面与待拆卸的轴承座底面接触，然后，升降台托起轴承座，并使轴承座轴承轴线与轧辊轴线重合，即保证轴承与轧辊轴颈四周间隙均匀。最后，在小车装置液压缸的驱动下，小车装置、升降系统以及其上的轴承座整体沿水平方向运动，轴承座脱离轧辊，接着升降台下降，通过行车将轴承座吊走，完成整个拆卸工作。反之，实现轴承座安装任务[12]。31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算2.2轴承座参数的计算本次设计轴承座材料为铸钢,密度ρ=7.8g/cm3,长L=1390mm,高H=1390mm,中心有一个直径D=1000mm的通孔,轴承座质量G1=8500kg，轴承座取出最大行程L＝2500mm。由轴承座的几何参数计算轴承座的厚度B：(2.1)计算得B=950mm。2.3小车装置及升降平台参数计算小车装置是实现拆卸车水平移动的重要机构，应当按照“起重机车轮设计规范”进行设计和强度校核；升降平台是实现拆卸车竖直运动的重要机构，应当进行液压缸的校核。2.3.1小车车轮的选择需要拆装轴承座的质量为G1=8500kg，小车装置和升降平台质量约为500kg。车轮的承受最大压力应该大于上述压力之和。共有4个车轮，取g=9.8m/s2。则最大轮压为：P=(8500+500)9.8/4=22050查机械设计手册“起重机设计规范”表8-1-120，初步确定车轮直径D=250mm，型号为DL-250X120，JB/T6392.1。与车轮相匹配的轨道型号为P11，GB11264-89，质量为15kg/m，校核车轮强度。2.3.2车轮疲劳强度计算车轮所承受的载荷与运行机构传动系统的载荷无关，可直接根据外载荷的平衡条件求得，按照“起重机设计规范”规定，车轮的接触面疲劳计算载荷只要不超过车轮许用的疲劳载荷即可[6]。车轮接触面疲劳计算载荷的公式为：（2.2）式中：Pmax为车轮最大工作轮压（N);Pmin为车轮最小工作轮压(N);31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算所以FC应该略小于最大轮压P=22050N。车轮材料为20Cr，材料抗拉强度σb=850Mpa。线接触局部挤压强度：（2.3）式中：:K1为材料有关的许用线接触应力常数(Mpa)；DC为车轮直径(mm)；L为车轮踏面与轨道有效接触长度(mm)；C1为转速系数（r/min）；C2为工作级别系数。根据机械设计手册“车轮踏面疲劳强度计算”查得式中K1=7.2；C1=1.15；C2=1；DC=250；L=19.4[6]。计算得出FC1=40158>FC。经验证这个车轮线接触局部挤压强度满足要求。经校验选取直径D=250mm的车轮的方案满足要求。2.3.3液压缸的选择升降油缸作为升降平台唯一的动力输出装置，它必须要能够同时承受升降平台的自重和轴承座的质量对他施加的压力。首先根据轴承座拆卸小车的所需承受的负载、位移、速度等要求,确定行走油缸和升降油缸缸径D、工作行程L。升降装置液压缸承受轧辊重量和升降台负载约为90000N,升降液压缸的行L=200。可以利用如下公式对升降油缸和行走油缸的缸径D进行计算然后再根据行程要求,选出合适的油缸型号。（2.4）公式中:D-液压缸内径，mm；Fmax-液压缸最大负载；P-液压缸工作压力；η-液压缸的机械效率。表2.1液压缸工作压力表负载F/KN<55~1010~2020~3030~50>50工作压力P/MPa<0.8~11.5~22.5~33~44~5>531 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算表2.2标准液压缸表根据表2-1可以得到液压缸工作压力P=10MPa，液压缸机械料率η=0.95,将数据带入上式可以计算出液压缸内径D=108.83mm，查表3-2取标准液压缸内径125mm。液压活塞杆的直径d由液压杆受力状况来确定：一般收到拉力作用时：d=0.30.5D受压力作用时：P<5MPa时，d=0.5～0.55D5MPa7MPa时，d=0.7D由于液压缸的工作压力P=10MPa，并且液压缸活塞杆只受压力作用，所以液压缸活塞杆直径d=0.7D=87.5，根据表3-2去液压缸活塞杆标准直径为90mm。根据结果并查询升降油缸型号：Y-HG-G125/90-200LF4-H-L1OT1液压缸的校核：根据下式对液压缸进行强度校核：（2.5）公式中：d-活塞杆直径，mm；F-作用在活塞杆上力，N；[σ]-活塞杆材料许用应力,MPa。活塞杆许用应力由下式可以计算得：（2.6）选取安全系数n=5，活塞杆材料为45钢，则σb=580MPa，计算得[σ]=116MPa。所以d≥31.43mm，故液压缸满足强度要求。小车装置行走液压缸的选择：同升降液压缸的选择相同，行走液压缸型号为Y-HG-G125/90-2500LF4-H-L1OT1，材料为45钢。31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算为了保证液压缸运行结构的稳定，升降油缸使用后端法兰安装方法安装在小车的车架上，由于升降油缸的杆径相对于升降平台来说较小，为了保证升降台的强度要求，所以上边用一个砧板来联结油缸和升降平台，以增加系统的稳定性和强度。出于同样的目的，液压缸的上端选用的是无肩的螺纹连接。行走液压缸采用异端铰链连接，一段固定的方式。2.4大车装置参数计算大车装置实现的是整个拆卸机的纵向运动，并完成拆卸安装过程中的对中运动。大车装置体型较大，应当按照“起重机车轮设计规范”进行设计和校核。2.4.1大车装置车轮的选择需拆卸的轧辊轴承座的质量G1=8500kg,小车装置的质量估计G2=500kg,大车装置的质量估计G3=3500kg,站在小车上操作人员的质量估计为G4=100kg。那么车轮所承受的轮压P为：P=(G1+G2+G3+G4)×g/4=29547N查机械设计手册“起重机设计规范”表8-1-120，初步确定车轮直径D=250mm，型号为DL-350X120，JB/T6392.1。与车轮相匹配的轨道型号为P24，GB11264-89，质量为15kg/m，校核车轮强度。2.4.2大车装置车轮的校核大车车轮的校核同小车车轮的校核相同。参照公式（2.2）计算出大车车轮接触面疲劳强度PC，Pc应当略小于P。大车车轮材料为20Cr,σb=850Mpa。同小车车轮的校核方式相同，参照式（2.3）计算车轮线接触局部挤压强度，根据机械设计手册“车轮踏面疲劳强度计算”查得式中K1=7.2；C1=1.03；C2=1；DC=350；L=26.13[6]。计算得车轮线接触局部挤压强度Fc1=67823N。PC1>PC,因此，大车车轮满足强度要求。2.4.3电动机的选择计算大车装置运行阻力，摩擦阻力按下式可以计算:Fm1=（k+µ+σ）（G1+G2+G3+G4）g（2.7）式中:k是滚动摩擦系数;31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算µ是轴承滑动摩擦系数;σ是车轮与轨道的摩擦系数。通过查机械设计手册可得大车装置圆锥滚子轴承的滚动摩擦系k=0.0006,轴承的滑动摩擦系数µ=0.02,σ=0.25，代入式（2.4）可计算满载时运行阻力:Fm1=（k+µ+σ）（G1+G2+G3+G4）g=31982N已知拆卸车的运行速度为20m/min,当拆卸车由电机驱动平稳时,拆卸车在最大载荷时电动机的功率为P:（2.8）公式中：Fm1—拆卸车运行阻力，N；V—拆卸车运行速度，m/s；η1—电动机与减速器传递效率；η2—减速器与车轮传递效率。已知V=20m/min,查机械设计手册,选出η1=0.98,η2=0.92可以计算出拆卸车在最大载荷时电动机的功率为P=11.8KW。根据计算结果，按照机械设计手册，按电动机的输出功率选择电动机型号为Y180L-6，电动机参数如下表：表Y180L-6电动机参数型号额定功率/KW同步转速r/min满载转速r/min最大额定转矩质量/kgY190L-61510009702.01952.4.4减速器的选择已知拆卸车运行速度V=20m/min,车轮直径D=350mm，可以计算出这轮转速w=18.2r/min，则减速器减速比i=970/18.2=53.3。根据减速比，选择减速器型号为ZSY160，减速比为60。31 重庆科技学院本科生毕业设计轴承座拆卸装置工作原理和参数计算2.5本章小结本章主要介绍了拆装机的的工作原理和小车装置、大车装置车轮的参数设计，液压缸选择和电机减速器的选择。从计算结果可以看出，所有计算都是围绕着轴承座的重量来进行的，所以轴承座的参数是十分重要的。在本次计算中，首先计算的是车轮，车轮在本次设计中是一个较为复杂的结构，它关系到拆卸装置能否正常运行，是本次设计中十分重要的部位。车轮计算好后计算液压缸参数，液压缸主要起支撑轴承座和小车运行的作用，它的选择十分重要，必须能够满足要求。最后计算电机、减速器，它是拆卸装置的动力驱动部分，必须选择合适的型号。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造3拆卸装置结构设计与制造3.1拆卸车整体结构设计图3.1拆卸车结构图1.行走液压缸2.大车装置3.小车装置4.升降液压缸拆卸车整体结构图如图3.1所示。电动机、减速器等驱动装置安装在大车车架上，实现大车装置的纵向移动。行走液压缸一端固定在大车车架上一段通过铰链连接到小车装置上，实现小车装置的横向移动。3.2小车装置设计与制造3.2.1小车装置结构设计升降台是利用平台下液压缸活塞杆的伸缩来达到升降目的的。因此小车装置的升降台应该在竖直方向上可自由移动。根据《机械原理》计算本次设计的升降台的自由度。升降台的自由度F由下式可计算：F=3n-2PL-PH（3.1）公式中：n为机构中的活动构件数；PL为低副的个数；PH为高副的个数[1]。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造本次设计的升降台十分简单，只有一个活动构件,可以得出n=1；PL=1;PH=0将数据带入上式可以计算出升降台自由度F=1.为了让升降台在工作过程中不发生倾斜现象，必须在升降台导轨处设置导向板。由于导向板之间容易产生较大的摩擦力，为了解决这一问题，应当使用材质较软的铜来作为导向板材料。小车装置为了方便与行走液压缸连接，在小车车架的一端设置了一个铰链连接。如图3.1所示图3.2小车结构图1.油缸砧板；2.小车车架；3升降油缸；4导向铜板；5.升降台小车结构如图3.2所示。小车内套与升降平台外套之间通过导向铜板相配合，为了升降平台能够保持水平，在升降平台四个角设置了导向轨道，保证升降平台在升降过程中不会发生倾斜现象。而导向轨道上分别装上导向铜板，防止升降平台外套和小车内套发生剧烈磨损，增加了小车装置的使用寿命。小车车轮通过螺栓连接在小车内套上，小车车轮的安装必须要按照安装要求，四个车轮印当保持对称。小车装置一端设置有铰链连接装置，与行走液压缸相连接。3.2.2小车装置制造方式选择31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造升降台是支撑轧辊的重要装置,应该有足够的强度和刚度要求,而且制造和安装要简单。在进行升降台结构设计时，主要考虑了一下两种制造形式：（1）铸造铸造是将液体金属浇铸到和零件形状相匹配的铸造空腔中，待其冷却凝固后，得到零件或毛坯的方法。铸造有许多优点：可以得到形状复杂的零件，尤其是具有复杂内腔的毛坯；适应性广，工业常用金属材料均可以铸造；原材料来源广，价格低廉；铸件的形状尺寸与零件十分接近，切削量较少；应用广泛。但是铸造得到的铸件质量不好，工序多，影响因素繁多，铸件力学性能不好，易产生许多缺陷。因此，我们不采用铸造的方法生产小车装置。（2）焊接焊接是是金属连接的一种方法。它利用加热手段，使不同材料之间形成原子之间的结合层次以达到不同材料的永久连接目的。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。焊接的优点有：节省原材料，工作效率十分高，不会对增加被加工对象质量；能缩减加工和装配的工序，降低生产周期短和提高生产效率高；结构强度高而且接头密封性好；接头能够达到与原材同等甚至更高的强度；能为结构设计提供较大的灵活性；焊接工艺的生产过程容易实现机械化和自动化。焊接的优点很多，但也有不少缺陷:焊接由于局部温度较高，冷却不均匀，会残留局部应力，具有较大的内应力；焊头部分的金属的容易产生产生大量的气泡，气泡会产生气孔裂纹等缺陷，这些缺陷会造成应力集中，降低结构的稳定性，严重时会造成焊缝断裂；不易拆卸，一旦焊接完成，想要拆卸下来一般比较困难。对于本次设计的小车装置，应当使用焊接的方法制造。因为铸造适合大批量产品的生产，使用铸造会提高很多成本。而是用焊接的方法，能高大大减少成本，而且焊接的工作效率高，生产周期段，对于本次设计的装置有较大的适应性。因此，小车装置和升降台采用焊接的方法制造。经过上面的详细比较,决定选用焊接的方式生产升降平台。比较升降台的工作环境和力学性能和成本的考虑，小车装置和升降台的材料选用Q235。3.3大车装置整体结构设计和制造3.3.1大车驱动方案设计31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造本次设计的大车装置总共有三种驱动方案可以选择：液压驱动、电机驱动和气压驱动。但对于本次设计的大车装置液压驱动和气压驱动不适合。由于大车的行程较长，如果采用液压驱动，将会造成液压管路过长，需要添加多余的液压元件，成本十分高昂，并且安装与维护十分不便。如果采用气压驱动，就需要增加一个新的动力源，不宜采用。电机驱动不存在以上两种驱动方案的缺点，它在车类装置中使用十分普遍，具有节能、稳定、可控性高、占地面积小、运转率高、维修方便等优点。综上所诉，本次设计大车装置采用电机驱动方案。3.3.2大车装置传动方案的设计本次设计的大车装置是四轮车机构，其中两车轮为主动车轮，由电机减速器、联轴器等实现动力的传递。具体传动方案如图所示：图3.3减速器安装在两车轮中间的方案1.电机2.联轴器3.减速器4.传动轴5.轴承6.主动车轮传动方案如图3.3所示，电动机通过联轴器与减速器相连，减速器通过传动轴、联轴器与车轮相连接。两车轮通过减速器对称安装。上图这种方案传动轴所受的转矩较小,每边输出轴的转矩相等，减速器输出轴与轮轴之间可用联轴器和浮动轴想相连接，易于安装，适用于载荷大、重量大的大型台车设备。而本次设计的是大型轴承座的拆卸装置，它的载荷大、重量大，所以本次课程设计选用这种传递方案适宜。3.3.3大车车架制造方式的选择大车机架主要作用是承载小车装置和轴承座的重量，并承载整个拆卸车和轴承座进行纵向移动，由于轴承座质量大、尺寸大，并要保证小车装置的行程，一概设计一个较大的大车车架平台，既方便小车装置的放置，又能保证小车的行程。大车车架上必须设计小车装置的运行轨道和小车横移液压缸的固定装置。而在大车车架下方需设计与大车车轮相配合的结构用来安装车轮机器传动动装置。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造大车车架的制造方式同小车装置的制造方式相同，有两种。分别是铸造和焊接。由于大车车架尺寸巨大，且不用批量生产，所以不应当采用铸造的生产方式进行生产。采用焊接方式生产大车车架工艺简单，身产成本低、效果好。所以大车车架的制造方式采用焊接。3.3.4大车装置整体设计在完成大车驱动方案设计和各部位的结构设计后，根据以得参数，对大车装置进行设计。设计图如下所示：图3.4大车结构图1.大车车轮2.大车车架3.传动轴4.减速器5.联轴器6电动机3.4本章小结本章设计了大车装置的传动方式和传动方案，并对大车装置整体进行设计。在机构设计中，小车升降装置直接采用液压缸驱动升降台作上升或下降运动，这样设计十分简便，少了许多复杂结构的设计，也适用于本次设计。考虑到小车的行程、载荷等因素，小车驱动采用液压的方式。大车由于行程过大，不宜采用液压驱动的方式，而气动方式又会增加动力源，考虑到行程及动力源，大车采用电机驱动最为合适。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置结构设计与制造31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析4拆卸装置三维建模和有限元分析三维建模是利用计算机进行辅助设计的重要组成部分，在产品的设计过程当中，计算机可以帮助设计人员承担计算、信息存储和制图等多项工作[10]。在设计过程当中通常要对不同的方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优的方案。传统的设计方法中设计人员通常要从草图开始设计，将草图变为工作图的工作繁重而且费时费力，利用计算机辅助设计就可以把这些繁重且重复的工作交给计算机完成[19]。同时各种设计时产生的数据，图纸等都能通过计算机进行妥善的管理，方便查阅和修改，能够极大的增加设计的效率。现在而言，较为主流的三维建模软件有Pro/E、CATIA、、UG、Unigraphies、SolidWorks、AutodeskRevit、solidEdge、inventor、CAXA、CAD等[10]。对于本次设计而言，多方面考虑三维建模软件的二维、三维制图建模功能,建模方式简单易学和图形数据存储方便性,以及本次课程设计实体结构的复杂程度等因素,本次设计我选用了inventor软件进行二维图、三维图的设计。4.1拆卸装置结构模型根据前面计算的参数与结构分析，我们得到大车装置的驱动形式是电机驱动，减速器安装在两车轮中间，两车轮相对于减速器对称安装，电机与减速器通过螺栓固定在大车车架的下部，整个车轮驱动部分通过螺栓固定在大车车架上。大车车架上方设有小车装置的运行轨道，在轨道的一段设置有小车行走液压缸的固定装置，小车行走液压缸通过螺栓连接固定在大车装置上。在大车装置的轨道上设有小车装置，小车装置通过销钉与小车行走液压缸相连接，保证小车装置的横向移动。小车装置由小车车架、升降液压缸、升降台三部分组成，小车车架和升降台之间通过升降液压缸进行升降运动，小车车架和升降台之间设有导向铜板。4.1.1大车装置的三维建模31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析依据轴承座重量和估计的拆卸装置重量，先设计大车装置的车轮部分。根据以计算的参数和参照机械设计手册，先绘制出大车车轮三维图。大车车轮包括主动车轮和一般车轮。主动车轮通过联轴器、传动轴与电机、减速器相连接，起到驱动作用，如图4-1（a）；一般车轮直接与大车车架想连接，保证大车装置的运行，如图4-1（b）所示。图4.1（a）大车主动车轮图4.1（b）大车车轮31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析在大车车轮三维图画好之后，根据计算的电动机功率选择电动机和选择减速器。查机械设计手册确定所选择电动机和减速器的安装尺寸，根据安装尺寸绘制出减速器和电动机的三维图。在减速器和电动机之间设计一个联轴器，用来传递动力。在车轮与减速器之间设计一个传动轴，传动轴通过联轴器与车轮、减速器相连接，这样，大车的动力驱动部分设计完成，装配图如图4-2。图4.2大车动力部分在完成大车动力部分的装配图的绘制后，根据绘制装配图尺寸，对大车车架进行设计。设计大车车架时，应当注意车轮的轨距，出轮的安装尺寸。绘制好大车车架后，与打车动力部分进行装配装配图如图4-3：图4.3大车装配图4.1.2小车装置的三维建模在完成大车装配图之后，进行小车装配图的绘制。首先，绘制的是升降台。根据所要拆卸的轴承座尺寸和重量，进行升降台的绘制。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析升降平台是拆卸车直接与轴承座接触的部分，同时它也是确定轴承座和拆卸车之间的相对位置的最直观的标志，为了保证轴承座的平稳安放，升降平台的主体部分应该为一个稳定的大平面。升降台为了结构设计的简单，设计一个箱体结构，箱体内部有升降液压缸。升降台箱体四个角落设置有导轨,导轨上安装有导向铜板。升降台三维图如图4.4。图4.4升降台三维图在完成升降台的三维图之后绘制小车车架，小车车架应当与升降台相配合。同样，在小车车架四个角设有轨道，轨道上装上导向铜板。小车车架一端应设置一个铰链连接装置，方便与行走液压缸相连接，小车车架底部应设置车轮的安装装置。小车车架如图4.5所示。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析图4.5小车车架三维图小车车轮的设计同大车车轮相同，在完成小车车轮设计后，升降液压缸选用标准液压缸125/90。在设计好小车装置各部位零件后将小车装置装配图绘制出来，如图4.6所示。图4.6小车装配图31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析4.1.3拆卸装置总装配图的三维建模在完成小车装配图后，根据小车车轮的距离，在大车车架上设置铁轨，轨距应当满足小车车轮的要求。并在大车车架上设置一个行走液压缸，行走液压缸与大车直接固定，与小车通过铰链连接，得到拆卸装置整体装配图，如图4.7所示。图4.7拆卸装置总装配图4.2有限元分析4.2.1大车车架的有限元分析首先，我们进入三维软件Inventor进行三维建模，并对大车车架进行一些简单的处理，如下图4.8所示。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析图4.8大车车架三维模型建立完大车车架的三维模型后，进入应力分析菜单下，选择创建分析。并在指定选择替换材料，选择锻钢进行有限元分析。然后，进行大车车架的约束，主要约束的是大车车架的四个车轮部位。大车车架承受小车装置重量和轴承座重量，估计为90000N。加载负载完成后，建立好网格视图，就可以进行该轴的应力分析了。通过应力分析处理后，大车车架应力及形变如图4.9所示，有限元分析结果如图4.10所示。图4.9大车车架应力变形图31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析图4.10应力分析结果4.2.2大车车架的结构优化看图4.9可知，应力最大处和最大形变处都在小车车架两端，其余处应力和形变都不大，可以得出结论：小车车架两端存在设计缺陷火尺寸不达标，应当进行修改。为了减小形变和减小应力，在小车车架两端设计了四块加强筋。重新对大车车架进行三维建模，如图4.11所示。31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析图4.11优化后大车车架重新对优化过后的大车车架进行应力分析结果如图4.12和图4.13图4.12优化后大车车架应力形变图4.13优化后应力分析结果31 重庆科技学院本科生毕业设计拆卸装置三维建模和有限元分析从图4.12可以看出：优化后大车车架的形变量大大减少，而最大应力也大大减少，说明本次优化十分正确。因此大车车架三维模型采用优化后的模型。也说明了有限元分析对于三维结构的设计具有重大的意义。4.3本章小结本章主要介绍了拆卸装置三维图的绘制和有限元分析。在三维图的绘制中，应当按照零件、部装图、总装图的顺序来绘制。先绘制大车车轮，然后绘制出大车车轮的传动轴、减速器、电动机、联轴器等零件，让后将这些零件进行装配，得到大车的动力部分。让后根据动力部分尺寸参数及装置负载，绘制出大车车架，将大车车架与大车动力部分完成装配。之后绘制小车动力部分，步骤与大车相同。大车与小车装配好之后，进行总装图的装配。在完成三维图的绘制后进行有限元分析。本次设计选用大车车架进行应力分析。应力分析能够反映所绘制零件在负载下发生的形变和应力状况。在本次应力分析中，发现大车车架两端有较大形变，坑能存在设计缺陷。于是进行了机构优化，在车架两端加上两个加强筋。再次进行应力分析，发现形变量大大减小，说明本次优化十分成功。31 重庆科技学院本科生毕业设计结论5结论钢铁工业在世界经济中仍将占有重要的地位。而轧钢生产能力是一个国家钢铁工业发展水平的重要标志之一.轧辊是轧钢机的大型消耗部件,因此如何延长轧辊的使用寿命,成为降低生产成本的一个重要方面。由于轧辊是在高压、高速下工作，工作环境比较恶劣，因此轧辊的磨损相对较快。而磨损后的轧辊表面状态会直接影响产品质量，为了降低成本，提高生产效率。我们设计了一种直接拆卸轴承座的拆卸车，能够快速精确的更换轧辊的轴承座，满足市场的需要。本次设计中，主要是对轴承座拆卸装置进行结构设计，其中包括了大车装置和小车装置（大车装置纵向移动，主要起承载小车装置、轴承座和运输作用；小车装置横向移动，主要起拆卸轴承座的作用）在本次设计中，使用inventor软件进行设计，引用许多已有的标准件（如轴承，螺栓等），大大降低了加工和研发成本，在此基础上借助于三维图形软件Inventor进行产品的结构设计,表达出产品的构思，缩短了开发周期，也降低了研制风险。并且能在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾,早期预测生产能力，费用，以及开发设计过程中计划的可调整性,由此提高设计效率和设计的可靠性。并对轧辊轴承座拆装机的大车车架进行了机械结构优化,使其在满足使用要求的前提下，结构更加合理,故障率更低。利用软软Inventor应力分析对大车车架进行了力学分析和尺寸优化,大大减轻了其质量,从而节约了成本。31 重庆科技学院本科生毕业设计参考文献参考文献[1]申永胜.机械原理（第1版）.清华大学出版社.1999.08[2]濮良贵.机械设计（第7版）.高等教育出版社.2001.06[3]冯辛安.机械制造装备设计（第1版）.机械工业出版社.2006.01[4]杨文彬.机械结构设计准则及实例.机械工业出版社.1997.12[5]成大先.机械设计手册.第1卷(第五版).化学工业出版社.2007[6]成大先.机械设计手册.第2卷(第五版).化学工业出版社.2007[7]成大先.机械设计手册.第3卷(第五版).化学工业出版社.2007[8]成大先.机械设计手册.第4卷(第五版).化学工业出版社.2007[9]成大先.机械设计手册.第5卷(第五版).化学工业出版社.2007[10]二代龙震工作室.SolidWorks+Motion+Simulation建模/机构/结构综合实训教程.清华大学出版社.2009[11]汪洪,陈燎,王智等.SolidWorks有限元分析实例解析.机械工业出版社.2007[12]林顺洪，李长江，朱新才，周雄.《大型轧辊轴承座拆装系统的研制》.冶金设备.162[13]轧钢技术发展.第一章.轧钢机及轧钢技术发展概况[14]周研.轧钢技术的发展和展望.大众科技.2010年第12期[15]郑红，刘剑雄.基于Solidedge的轧辊轴承座拆卸机造型设计.煤矿机械.第28卷第10期2007.10[16]林森.冷轧支承辊拆装机轴承座翻转机控制系统设计.大连理工大学.硕士论文201531 重庆科技学院本科生毕业设计致谢致谢岁月如歌,光阴似箭,四年大学生活即将结束，经历了找工作的喧嚣与坎坷,我深深体会到了写论文时的那份宁静与思考。回首四年的求学历程,对那些引导我，帮助我，激励我的人，我心中充了感激。首先要感谢林顺洪/徐明/李长江老师,本论文无论是从开题还是到最终的定稿,倾注了两位老师大量的心血，在我做毕业设计期间,深深受益于老师的关心，爱护和谆谆教导,作为老师,他指点迷津,让人如沐春风;作为长辈,他关怀备至,让人感念至深。倾慕老师渊博的知识,而更让我难以忘怀的是老师严谨的治学风格，忘我的敬业精神，诲人不倦的高尚师德，求真务实的工作作风,这些都是我终身学习的典范，在此谨向三位老师表示我最诚挚的敬意和感谢。同时要感谢辛勤审阅论文的各位老师,您辛苦了，谢谢您对论文提出的建议,这些宝贵的财富将令我受益终生,也将为其他同学的研究指正方向，谢谢。需要特别感谢的是我的父母，父母的养育之恩无以为报,他们是我十多年求学路上的坚强后盾,在我面临人生选择的迷茫之际,为我排忧解难,他们对我无私的爱与照顾是我不断前进的动力。在做论文的过程中研读了大量的书籍和文献,本论文中引用了其中的许多理论和方法,对这些书籍和论文的相关作者表示衷心的感谢。四年大学生生活如同白驹过隙,瞬间即逝，但此间收获的知识与快乐是我一生的财富,将陪伴我踏上新的人生征程。感激与感谢之情,用言语表达也许有些苍白，真心祝愿所有师长，好友和家人身体健康，合家欢乐,好人一生平安!31'