大型翻转提升机构的结构设计

大型H钢翻转提升机构设计
摘要
我国现如今的工业水平不断地发展，H钢运用的领域越发广泛，在提升和翻转那些笨重、体积很大零件不能只靠人力去完成，为了提高生产效率需要设计出一种设备来解决此问题。

在设计的同时需要考虑到传动装置变松以及润滑等问题。

本文首先对翻转机提升类型从其特点进行分析到选择，选择出链式翻转机构和液压式提升装置，对H钢翻转工作进行分析，设计出符合要求的元器件如轴，齿轮，皮带等，对部分件进行校核，为了元件相互协调配合，设备运行平稳。

最后设计出液压与电气系统组合，从而形成一套完整的工作体系从上升正反翻转、制动、下降。

提升机构选择形式为液压式，优点是重量轻、容易实现调速、使用寿命长。

缺点是油液对密封装置要求比较严苛容易泄露。

翻转机构使用链式传动，优点是摩擦性好、成本低。

缺点不耐冲击、质量大。

关键词H钢；翻转机构；提升机构
Design of Large Scale H Steel Lifting Mechanism
Abstract
China is now the level of industrial development, H steel used more and more widely in the field, lifting and turning of the heavy and large parts can not only rely on manpower to complete, in order to improve the production efficiency we need to design a device to solve this problem. At the same time the design should take into account the loose gear and lubrication problems.
Based on the analysis of the types of hoisting machine turn to choose from its features, choose a chain turnover mechanism and a hydraulic lifting device for H steel turning work analysis, designed to meet the requirements of the components such as shaft, gear, belt and so on, to check the part, as the components of coordination, equipment running smoothly. Finally, the hydraulic and electrical system is combined to form a complete system of work, from rising, reverse, braking and descending.
The selection of lifting mechanism is hydraulic, with the advantages of light weight, easy realization of speed control and long service life. The disadvantage is that the oil on the sealing device requirements are more stringent, easy to leak. The turnover mechanism adopts chain type transmission, and has the advantages of good friction and low cost. Disadvantages, no impact, high quality.
Keywords H steel, turnover mechanism, lifting mechanism
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第1章绪论 (1)
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.2.1 国外发展现状 (1)
1.2.2 国内发展现状 (2)
1.3 本课题的研究内容 (4)
第2章翻转提升机构的总体设计 (5)
2.1 翻转和提升机构采用形式的确定 (5)
2.1.1 翻转机构的确定 (5)
2.1.2 提升机构的确定 (7)
2.2 H钢翻转的工作原理 (9)
2.3 大型H钢翻转提升机构的简图 (9)
2.4 本章小结 (10)
第3章翻转提升机构的结构设计 (11)
3.1 链条及链轮的选择设计 (11)
3.1.1 链条的设计选择 (11)
3.1.2 链轮的设计选择 (12)
3.1.3 滑轮的设计选择 (13)
3.1.4 润滑油的选择 (14)
3.2 电机的选择 (14)
3.3 带传动及齿轮的设计及计算 (15)
3.3.1 皮带传动的设计 (15)
3.3.2 V带轮的设计 (17)
3.3.3 皮带张紧装置的选择 (19)
3.4 轴的结构设计与校核 (19)
3.4.1 轴的设计计算 (19)
3.4.2 滚动轴承的校核 (21)
3.4.3 键的校核 (22)
3.5 本章小结 (22)
第4章翻转提升机构的液压与电气的系统设计 (23)
4.1 机构液压系统的设计 (23)
4.1.2 液压系统的原理及元件选择 (27)
4.2 机构电气控制系统设计 (29)
4.3 机构的系统工作过程 (30)
4.4 本章小结 (31)
第5章三维模型的建立 (32)
5.1 建立零件 (32)
5.2 零件图的装配 (32)
5.3 三维模型 (34)
5.4 本章小结 (34)
结论 (35)
致谢 (36)
参考文献 (36)
附录A (38)
附录B (45)
第1章绪论
1.1课题研究的背景及意义
现如今社会经济飞速发展，国家不断强调工业并大力投入工业设计发展，建筑业与大型工业更是不断发展，像大型H钢这样的钢型会用到很多，所以有着大量的。

注重钢材的可持续发展经济与节约使用是实现钢材向绿色环保发展的必经之路。

所以要大力推广与应用，放长远的眼光来看H钢的需求必然很大。

制造业是国家实现新工业文化的基础保证。

大型工件的制造体现了国家的工业文化水平[1]。

在生产与制造大型构件中，很多时候都需要大型翻转机来改变工件的位置。

这些年来由于板材的价格上涨也带来了很多利好，钢材的价格也在持续上涨，同时H型钢的市场也逐渐回暖，国内与国外在H型钢的价格差距逐渐变小，有利于国内钢材对外出口。

例如现有的翻转机构来说，有CL型、U型、和L型等翻转机，但是他们都有的缺点就是；承载能力较低，并且翻转的自由度单一，翻转的角度也很单一，不能同时满足生产环节中个工序的翻转要求[2]。

被运用到翻转机构的场合，最常见的就是在焊接生产中，当H钢一面完成焊接后，这是需要将工件翻转为了方便加工另一面。

但是H钢重量很大，只靠人力将其翻转是很困难的，这时就需要专用的翻转设备，在大量生产时，为了使生产效率提高，就需要这样的机构。

本次研究的课题大型H钢翻转提升机，就是为这种场合下产生的设备。

1.2国内外研究现状
1.2.1国外发展现状
自19世纪初期，卢森堡建立了成世界第一个热轧H钢生产线，此后H型钢生产与设备都有了很大的发展，在50年代和80年代掀起两次发展高潮。

到了80年代末，世界H钢产能量可以达到2000万吨，占世界钢材总产量的3％~6％，现世界H型钢轧机有将近100套，存在20多个国家。

下面以日本H型钢生产现状为重点，初步探讨国外H钢发展的现状。

日本是二次世界大战后经济发展最快的国家之一，与经济发展同步的H型钢的发展过程是值得我国研究与借鉴的。

到1973年日本钢的总产量就达到1024.8万吨，其中H钢产量为554.3万吨，H钢占了一半还多，H型钢结构也因此得到了广泛的发展与使用拿轻型H钢举例；在日本，轻型H钢主要用于低层或多层厂房，公共建筑物等。

这样制造可以效率，但是对材料精度和设备自动化也提出了新要求，轻型H钢最适合建筑这样的工业化住宅。

1992年日本钢生产量为1040万吨，其中H钢占57.8％，产量为600.8万，占型材结构的一半以上，H型钢运用的领域越来越广，甚至取代了工字钢，使得工字钢产量降为28.8万，仅占2.8％，这也使H钢的质量与技术水平得到快速发展。

1972~1992年日本累计生产H钢9042.8万吨（出口2000万吨）按日本人口11000万计，累计人均消费为640kg，人均年消耗32kg。

俄国与加拿大的矿产资源非常丰富，日本进口来源多从这两个国家。

日本的企业用投资或者是买股份的形式这这两个国家拥有很多资源，这样也可以弥补一些国家本身的不足，从而的到长远的发展。

日本除了对这两个国家进行投资或者是买股权，还对很多国家分布全球，参股，战略合作，合资等，这样能更好的分散风险，降低成本，可以分享世界经济成长的果实，得到稳定发展。

为了能更好的融入市场，日本也调整了进出口结构，进口一些低档一般的原料，通过本国先进工业加工水平进行加工，相当于从毛胚到成品的过程，出口世界各国，从而获得非常丰厚的利润。

就利用这样的产业链日本已经处在世界上游，加上前面所说的对各国投资、战略合作等，达到利润最大化同时也可以打击对手的目的。

1.2.2国内发展现状
我国H型钢的生产起步较晚，直到上世纪90年代马钢才能生产出0.2m以下的小型H型钢，由于生产力不强无法完成量化生产，直到1998年才完成这个目标。

现在通过国家统计句数据来说明04到14年这10年间钢铁的发展如图1-1。

图1-1 2004-2014年中国型钢产量走势图
在通过04年到14年这10年我国H型钢细分品中产量统计如表1-1。

总的产量还是在稳步提升的，对于品种分析可看出，每个时期对于H型钢种类的需求也是不同的，都是在为市场做调整，总体来说H型钢的需求在不断增加。

马钢是我国第一个生产H型钢的企业，现加以介绍。

马钢公司H型钢厂从国外公司引荐生产技术和设备，一期工程年生产能力60万吨以生产H钢为主。

在H型钢的生产中都是由计算机控制，计算机控制系统有三级、一级为基础控制级、二级为过程控制级、三级为工厂管理控制级。

总体来说这是一条在我国也可以说是世界上都十分先进的刚型生产线。

它的建成也增强了我国生产H钢的技术水平。

图1-2为马钢生产的H型钢铁。

图1-2 马钢生产的H型钢材
就最近几年来说我国生产刚型的技术与水平离世界先进水平很接近甚
至可以说是能达到。

对以后来说进步技术，设备提升已经不是主要目的，主要是为了满足用户需求才是目的，目前我国刚型型材标准只能满足工业生产，国外的标准也无法满足我国的标准生产。

同时尺寸公差，钢铁化学成分纯净度，表面质量等各个方面来说，我国与发达国家相比还是有一定的差距。

1.3本课题的研究内容
大型H钢翻转提升机构，主要就是为了研究大型H钢的翻转与提升装置两部分。

主要内容有；
1.查阅相关资料，了解大型H钢翻转提升机构国内外现状、特点、差距基本确定研究方法及研究思路，撰写开题报告；
2.做出大型H钢翻转提升机构的总体方案；
3.计算出大型H钢翻转提升机构的主要参数；
4.完成大型H钢翻转提升传动系统、电气与液压设计。

第2章翻转提升机构的总体设计
2.1翻转和提升机构采用形式的确定
2.1.1翻转机构的确定
翻转机构的作用是将工件做沿着轴做翻转运动，使工件变换有利位置更好地进行加工[5]。

现在翻转机构有很多类型可以参考，例有头尾架式、框架式、链式、环式、推举式等，如表2-1所示翻转机构的种类。

这些翻转类型都可以使用在实际不同的生产中，但是在我国还没有对翻转机形式制定标准，只有头尾架式有系列标准。

大型H钢的翻转机构。

现在分析这三种形式，选择出最合适的形式。

如下图2-1为采用链式的翻转机构所示。

1.链轮
2.链条
3.H钢
4.支架
5.张紧轮
图2-1 链式翻转机构
链式翻转机构由图看出，其结构形式比较简单，因为H钢用链条的支撑，其优点是价格便宜、来源广泛且已加工，利用链传动运行平稳。

缺点就是链条之间的焊接很麻烦费时间，对焊接和夹具的都是有要求的。

环式翻转机构结构形式如下图2-2所示。

与链式翻转相比环式翻转机构得缺点就是在翻转同样的H型钢时，环式翻转机构的结构复杂、体积较大。

有点就是环式机构在翻转大型钢件的效率高。

1.拖轮
2.支撑环
3.钝齿轮
4.驱动装备
图2-2 环式翻转机构
推举式翻转机构结构如下图2-3所示。

推举式翻转机构的优点就是，机构也比较简单，缺点是这种结构翻转的自由度单一，每次翻转都无法回到原来的位置，需要人工操作复位，所以翻转效率比较低。

1.翻转工作台
2.推拉式轴销
3.举升液压缸
图2-3 推举式翻转机构
综合分析三种翻转机构的工作特点，最后选择用链式翻转。

这样提升机构选择的问题就解决了。

链式翻转机构组成主要由链条、链轮、电动机、张紧轮等组成。

链条连接方式也是两种，有片式关节链和环形焊接链。

与焊接链做对比第一种片式的运动平稳且可靠。

缺点是片式关节链条的价格比较高、并
且容易生锈和近灰。

链条本身优点抗腐蚀性很强，摩擦性能好、且传动机构尺寸较小。

缺点就是链条之间相连的刚度强度很低，在有一定的冲击下容易损坏、不适用于高速提升。

由于翻转机本身在工作中有一定的冲击，考虑到安全和稳定的，最后选用片式关节链。

2.1.2提升机构的确定
提升机构分两种；一种为机械式，另一种为液压式。

1. 机械式起升机构包括：
(1) 绳索卷绕式起升机构；
(2) 链条卷绕式起升机构。

2. 液压式起升机构
(1) 压缸起升机构；
(2) 压马达升机构。

2.1.2.1机械式提升机构的应用
目下图2-4所示，新型地下垃圾桶就是典型的利用机械式提升机构作为主要提升方式作出的产物[6]。

对于普通的垃圾桶来说，垃圾箱的制作存在很多不足，一般垃圾都是在地边上堆积很占空间，尤其是对于夏天苍蝇很多更是有异味，对于城市面貌更是大大减分。

它的出现恰恰就是解决这一问题的它解决了，它的优点就是节省空间且清理方便、成本低、可以减轻工作人员的工作强度[7]。

该提升机构有附件、省力与减速机构。

工作人员在清理垃圾时，摇动手柄使链轮1转动。

上升时利用棘轮转动，2摩擦片不发生作用；下降时，2摩擦片啮合，通过摩擦减小冲击。

链轮2转动，链轮2再带动滚筒5转动，转动将绳绞起来，拉底板5向上升起，垃圾桶放在底板上，底板上升就可以把垃圾桶提升上去。

（a）新型地下垃圾桶主视图（b）新型地下垃圾桶左视图
1.2.链轮3.滑轮组4.滚筒5.底板
图2-4 地下垃圾桶提升机构主视图
2.1.2.2液压式提升机构的应用
平行四边形机构在各类液压升降设备被中广泛使用，因为其结构可以放大工作，但是顶升的工作方式。

如图2-5就是利用其结构的特性来设计的液压式提升机构。

1.提升机构
2.航标浮筒
3.清洗刷 1. 1号液压缸2. 2号液压缸3.提升滑块
图2-5 长江航标浮筒清洗装置图2-6 机构运动简图
工作臂上有很多刷子，通过刷子的工作臂在轨道上下运动和自身摆动这样就可以清洗浮筒。

工作臂的上下运动由液压缸的提升机构来带动。

如图2-6机构运动简图可看出，工作臂连接在滑块，平面运动构型为四边形，可以稳定工作。

装置由滑轮引导在轨道中上下升降，滑块在垂直中心线上运动，这样可以使两液压缸实现机械同步。

平行四边形提升机构优点就是构造简单、结构紧凑。

液压提升机构多用此机构实现升降。

1. 两种提升机构的比较
机械式提升机构的执行构件通常选择钢丝绳滑轮组，特点为提升范围比大适用于大型钢件，缺点是提升结构复杂。

也有齿轮齿条组合，但这种组合只适用于提升小型钢件。

液压式提升机采用的动力源是液压，用液压缸进行提升。

其运行平稳并且使用寿命很长，但是由于是液压式需要用到油液，油液容易随温度变化并且如果密封不好还容易出现泄露等等一些问题。

机械式提升机构的提升方式为提拉式，而液压式提升机构的提升方式为推举式。

都有优缺点当然还需根据工作环境及要求选取。

从本次研究的课题角度出发，考虑到液压式提升机构的装置重量和体积相对于机械式来说更轻也更小，并且更耐冲击，结构也简单。

前提是相同功率驱动，还是选择液压式提升机构。

2.2H钢翻转的工作原理
工件在链条上最开始的状态如图2-7。

重心在AB中间，当链条转动的时候。

链条顺时针转，重心慢慢偏离B点，靠近A点，因为翻转钢件与链条的接触点开始发生变化，B点离开链条，向左翻转。

1.链轮
2.链条
图2-7 翻转过程
如图2-8（a）重心G偏在A的右侧，如果翻转H型钢，就需要一个滚转力使重心偏在A点的左侧，来使H钢继续翻转。

如图2-8（b）此时重心G在A的左侧，惯性使工件继续翻转，如果想要停止翻转，需要一个阻止力需要大于惯性力，如果需继续翻转，需要H钢的惯性力大于阻力矩，这样使H钢的重心G逐渐偏向在A点的左侧，否则H钢翻转将停止转动。

链条的摩擦力如果摩擦力足够大，就不换产生大话现象，也不会影响H钢的翻转。

同时要求H钢有足够大的翻转速度来克服打滑现象。

但是H 钢与链条的摩擦离大小工作量很大而且很复杂，所以这里就不进行计算了。

(a) H钢重心在右侧(b) H钢重心在左侧
图2-8 H钢翻转过程简图
2.3大型H钢翻转提升机构的简图
可以翻转最大的H型钢尺寸的为：18m×6m×12m，最大能承受的重量是10吨。

现设计大型H刚翻转提升机构的布置见图如下图2-9。

由于到H型钢重量非常重也非常大，单个机构是无法完成提升与翻转，需要两个
或者两个以上工作台配合完成此过程。

每一个工作台的尺是不同的其中1与2之间的长度为4m，2和3之间的长度为7m。

个设备间都设计有辊道，每个设备都是相同的只是间隔不同，都配有制动器来控制工作。

1.Ⅰ号翻转架
2.Ⅱ号翻转架
3.Ⅲ号翻转架
4.辊道
图2-9 大型H钢翻转提升机的布置
2.4本章小结
本章翻转提升机构的总体设计就是为了解决翻转的形式与提升形式的选择。

通过对翻转机构形式的类型特点与应用的分析最终选择了链式提升形式。

提升形式选择为液压式，最后对翻转提升如何运动做以确定，做了一下机构简图，做到了主体确定。

第3章 翻转提升机构的结构设计
3.1 链条及链轮的选择设计
3.1.1 链条的设计选择
1. 链条的选择
如下图3-1，翻转机构，翻转机构主要由链轮，链条，张紧装置，通过链条转动使H 钢翻转。

图3-1 翻转结构简图
最开始定链条的转速为 ，每一个翻转架所承受力是50kN ，受力分析如图3-2。

图3-2 链条受力
︒≈=501000
1050
arctg
α 计算拉力F 见式(3-1)：
N 3435550sin 50000
21sin 21=︒
⨯=⨯=αG F (3-1)
链条拉力F 为34355N 。

查手册，选择LH0866型板式起重链条。

基本参数如下表3-1：
初步确定链条长度；
mm
6102)14501601(2)(2mm
145010001050mm 16011000125021222221=+⨯=+==+==+=L L L L L
考虑到链轮部分的链条长度没有算入，所以取L 为6200mm 。

3．确定链条的节数
计算链条节数见式（3-2）：
节2.4887
.126200
===P L L P （3-2）
取L p =490节。

式中：L p 为链条的节数，L 为链条的长度，P 为链条的节距。

3.1.2 链轮的设计选择
链轮采用整体式钢制小链轮，结构形式如图3-3。

（a ）链轮主视图 （b ）链轮左视图
图3-3 链轮结构
参照下表3-2链轮基本参数。

取2.08mm。

3.1.3滑轮的设计选择
滑轮与轴相连接配合，同时滑轮又与链轮配合使其转动从而带动大型H钢进行翻转运动，所以滑轮的设计选择是很重要的。

因为链条特殊的布置形式，要设计一个滑轮，这样可以将链条拉紧，以防链条运动的时候发生接触，这样传动效率会提高很多。

滑轮结构形式如下图3-4，滑轮设计参数见表3-3。

图3-4滑轮的结构
表中：P为链条的节距，P取12.7mm，为链条的销轴长，b=取27.99mm，为链条的通道高度h1取12.32mm，d2为链条销轴直径，d2取5.09mm。

3.1.4润滑油的选择
由于链条的布置形式比较特殊，选择传动的形式为开式，手工润滑比较困难。

需将链条拆下，定期清洗，清洗的液体就是煤油，等链条的间隙都被煤油充满后才能安装使用。

使用润滑剂可以减少动力传到过程的动能损失，从而提升传动效率。

润滑剂必须要有良好的渗透性，不光是润滑链条，还需要润滑轴与轴套，他们的间隙很小。

还需要良好的粘附性，为了防止高速工作是润滑剂被甩出。

综上所述选择润滑油的牌号为昆仑的L-AN46，全损耗系统用油，因为它的密封性也很好，也可作为封闭循环系统的润滑油。

3.2电机的选择
由上一节受力分析得出链条的拉力为F为34295N，得选择出电动机
型号见式（3-3）；
1.71775kW =17177.5W =0.5×34355==FV P (3-3)
P 电=
kW 3.28.09.071775
.1=⨯=皮链ηηp 式中：η链为链条传动效率， 取η链=90%，η皮为皮带传动效率， 取η皮=80%。

根据手册，选取电动机型号YZ160L-8作为翻转机构的电动机，它的转速为705r/min ，额定功率为7.5kW 。

这种电动机具有的有点就是启动电流小、可以频繁启动、转矩大。

3.3 带传动及齿轮的设计及计算
3.3.1 皮带传动的设计
由电动机选择得出电动机功率P 为2.3kW ，窄V 带传动，按照每天工作10小时，重载启动且有载荷冲击。

1．带型的选择
根据电动机的转速，705r/min ，查手册，选择V 带形式为窄V 带SPZ 。

2. 确定计算功率 P ca
计算功率P ca 见式（3-4）：
P ca =KAP (3-4) 式中：P ca 为计算功率，KA 为工作情况系数。

查手册得KA =1.4，P 为传递的额定功率。

3.22kW =2.3×1.4=ca P
3. 带轮的基准直径
(1) 初选小带轮基准直径d d1
根据V 带选择，参考手册，选取小带轮准直径d d1=63mm ，则da 1=67mm 。

(2) 计算带速
计算带速见式(3-5）：
100060π1
11⨯=
n d v d (3-5) 式中：v 1为主动轮的圆周速度，n 1为主动轮的转速。

s /m 32.21000
607056314.31=⨯⨯⨯=v
(3 )计算从动轮基准直径d d2 设计传动比i=1：5。

m m 315635512=⨯==d d d d
根据手册第3卷，选取从动轮基准直径d d2=315mm ，da 2=319mm 。

4. 确定中心距a 和带的基准长度L d 初定中心距a 0，见式（3-6）：
()()21021×2×7.0d d d d d d a d d +<<+ (3-6)
0.7×(63+315)< a0<2×(63+315)
264.6< a0<756
初选a 0=550mm 。

基准长度见式(3-7)：
2
1
2120'4)()(2π2a d d d d a L d d d d d -+++≈ (3-7)
=550
4)63315()31563(214.355022
⨯-+++⨯ =1622.212mm
根据机械设计手册，选取基准长度L d =1600mm 见式（3-8）：
m m 5132
1600
212.16225002'0=-+=-+
≈d d L L a a (3-8) 这里还需要考虑补偿预紧力所以：
mm
561160003.051303.0mm
4891600015.0513015.0max min =⨯+=+==⨯-=-=d d L a a L a a
5. 验算主动轮上的包角
根据对包角的要求见式（3-9）；
︒
︒=︒⨯--︒≈︒︒︒⨯--
︒≈1201525.57513
63
31518090(1205.5718011
21＞）至少＞ααa
d d d d (3-9)
包角满足要求。

6. 确定带的根数
计算带的根数见式（3-10）：
L
ca
K K P P z α0= (3-10)
式中：K α为包角系数，K L
为长度系数，P 0 为单根V 带的基本额定功率，
根据《机械设计手册》，K α取0.92，K L =1.16，P 0=0.68。

44.416
.192.068.022
.3=⨯⨯=z
取z=5根。

7. 确定带的预紧力
计算带的预紧力见式（3-11）：
])15.2(500
[9.020mv K zv P F ca +-⨯=α
(3-11) 式中：m 为V 带单位长度质量，v 为带速，z 为带的根数，K α为包角系数 P ca 为计算功率，查手册得m 取0.07kg/m 。

N 215]32.207.0)192
.05
.2(32.2522.3500[9.020=⨯+-⨯⨯⨯⨯=F
8. 计算传动作用在轴上的力
计算传动作用在轴上的力见式（3-12）：
2
s i n 210α
zF F P = (3-12)
式中：z 为带的根数，F 0为单根带的预紧力，1α为主动轮上的包角。

N 19992
152sin 21552=︒
⨯⨯⨯=P F
3.3.2 V 带轮的设计
由上节V 带轮的转速以及功率，可得出轮采用材料为；HT150铸造。

先设计小V 带轮，发动机带动小V 带轮转动，从而带动皮带转动，皮带将运动传递给大带轮，带动大带轮转动。

这里先设计小V 带轮，然后再设计大V 带轮。

1．小带轮设计计算
因为内孔与外空的距离很小，查手册，直径且小于160mm ，所以小带轮采用的结构形式为实心式，因为小带轮基准直径d d ≤2.5d ，结构形式如图3-5所示。

图3-5 小带轮结构
小带轮的结构参数如表3-4。

2．大带轮设计
大带轮采用的结构形式是；孔板式。

轮槽工作面不能有砂眼，气孔。

各轮槽间距的累积误差不得超过±0.8。

结构形式如图3-5所示。

图3-6 大带轮结构
大带轮的结构参数如表3-5。

式中：f 为第一槽对称面至端面距离，e 为槽间距。

3.3.3 皮带张紧装置的选择
因为V 带弹性很低且容易变形，运转一段时间后，在预紧力的作用下，就会产生塑性变形使V 带松弛，这样预紧力降低，使传动效率降低。

所以，需要一种装置，使皮带始终能处于一定的状态，这样的工作效率就会变得很高。

这种装置就是张紧装置如图3-7。

图3-7 摆架式张紧装置
常见的张紧装置有定式、自动式或者是采用张紧轮的装置。

在大型H 钢的翻转提升设备采用摆架式张紧的装置，如图3-7。

只要调整电动机下方的螺母就能调节带的预紧力。

3.4 轴的结构设计与校核
3.4.1 轴的设计计算
系统中有一根主动轴，一根滑轮轴，一根空场链轮轴，现在只对主动轴进行计算。

1．线求轴的输出功率P 轴
轴的转速n 和轴的转矩T 。

链条的传动效率η取0.98则； P 轴=1.9992/0.98=2.04kW
m i n
/r 1415
705
===i n n 电 m N 138141
04
.295509550⋅===n p T 轴 2．初步确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢。

根据《机械设计手册》取A 0=112，计算d min 见式（
3-13）：
mm 27141
04.211233
0min ===n P A d 轴 （3-13） 轴的最小直径处为安装链轮处，此处有一个键槽，轴径应放大6%，即m m 62.2806.127min =⨯=d 取m m 36min =d 。

3．轴的结构设计
(1) 拟定轴上零件的装配方案 装配方案如图3-8。

(2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径与长度
为了确保链轮的轴向定位，Ⅰ处设有螺纹，Ⅱ处设轴肩，Ⅰ与Ⅱ之间的长度设定为70mm ，Ⅱ与Ⅲ之间的长度为50mm 。

因为轴承承受径向力作用，滚动轴承选择深沟球轴承。

参照工作要求，由Ⅱ与Ⅲ的距离为 50mm ，选择轴承型号为6410，该型号尺寸为；50×110×31。

由于Ⅱ与Ⅲ处有端盖又因为厚度的原因，就取其长度为51mm 。

Ⅲ设轴肩，Ⅲ与Ⅳ的长度为55mm ，Ⅲ与Ⅳ的长度为550mm 。

Ⅳ与Ⅴ之间的长度为50mm ，考虑这有安装有端盖、皮带轮以及轴承，所以取Ⅳ与Ⅴ之间的长度为30mm ，与Ⅵ的长度100mm 。

Ⅴ处设螺纹 ，M42，Ⅵ与Ⅶ之间的长度为50mm 。

轴的倒两个角取45°半径为R2。

图3-8 主动轴的结构
带轮、链轮的周向定位；选择平键联接。

查手册的，带轮、链轮与轴的配合；H7/r6。

轴的尺寸公差为m6。

4. 分析轴的载荷分布与弯扭校核强度 (1) 由图3-9可以分析载荷分布。

（a ）a 处的载荷。