哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 第2章 机械结构设计
机械结构是本设备的最主要的部分，本章的任务就是设计一个合理的机械结构，使其能更好的完成喷漆工作，并且在满足性能要求的前提下，我们还应该尽量考虑经济性、环保等诸多方面的因素。尽量做到各方面因素的最佳结合。
本章主要分为三大部分：第一部分，立式往复升降机的总体方案设计。第二部分，立式往复升降机的总体结构设计。第三部分，具体的零件图设计。主要的设计思路是，首先确定关键部分应该采取的结构、方式；然后对机械结构的部分总体进行构思；最后才逐个进行具体的零件设计。
2.1 总体方案设计
2.1.1 传动类型的选择
通常用传动方式主要有齿轮传动、蜗轮、蜗杆传动、链传动、带传动等。 根据厂方提供的基本要求，由于该设备为立式往复升降机。按其垂直方向的行程规格的不同，要提供1.5米，2.0米，2.5米三种规格。垂直行程较大，若采用齿轮传动，则整体结构就显得笨重，并且这样成本就比较高，不符合经济性。并且由于要安装喷涂设备，结构不易安排，所以齿轮传动不可取。
考虑蜗轮、蜗杆传动，同样的，由于该设备要求的垂直方向的行程较大，若采用蜗轮、蜗杆传动，那么成本就很高，并且结构显得庞大，结构不易设计。所以排除采用蜗轮、蜗杆传动。
再考虑带传动。考虑垂直方向的行程，带传动可以满足要求，并且结构可以安排得比较紧凑，只要选择V带传动就可以（因为平带在垂直安装下太容易打滑）。但是考虑到V带要带动喷涂设备，这样即便V带也容易造成打滑现象出现，虽然比平带要好得多，并且V带摩擦损失较大。这与该设备的基本特性要求不相容。因为其往复喷涂运动要求连续性，否则喷涂不均匀或不连续，喷涂功能就无从谈起了。所以带传动也不可取。
考虑链传动。首先，链传动效率较高，运动连续。这些特性正好适合本设备。但链传动噪音较大，并且极不适合急速换向运动。不过，由于本设备在低速条件下运行的，所以链传动的缺点不成大碍。采用链传动基本能符合要求，故初步选择链传动。
2.1.2 考虑功率消耗
根据该设备的喷涂要求知，垂直往复运动十分频繁，所以链的损耗很大，功率消耗也较大。传统的常用的保护方法是进行润滑保护，以减少摩擦损失，达到
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通常在这样的情况下，采用配重。通常配重是根据与之配合部分的重量以用设备形状尺寸来确定的。本设备中，配重质量等于喷涂部分的质量，其形状根据设备尺寸确定。这样就可以基本消除冲击载荷，并且能极大的减小功率消耗和磨损。
2.1.3 导柱形状选择
导柱形状可以选择为圆形或多边形，通常选用圆形或者正方形。若采用圆形导柱，那么导轮的固定不容易操作，定位也很难固定。因为如果采用圆形的导柱，则定位、支承件都要采用环型的。而采用正方形导柱，定位精准，并且固定和夹紧容易操作。采用角铁支架配合螺栓轴的方式进行定位与夹紧。
2.1.4 关于各连接件的联接与配合
由于各类机械配置，不论属什么类型的，只要是一个完整的产品，其必然有许多的零件。而零件相互间的配合较多。就机械而言，更多的是螺栓或螺钉联接。这就关系到螺纹孔、通孔的配合、位置问题。在零件较多的情况下，这一设计较为繁琐。因为，一旦改动某些零件，那么必须按照联接关系逐一进行。为了避开这一情况。本设计中在一些这样的配合中采用配钻方式，即先设计较为重要的或变动较少的零件的尺寸，这样与配合的件上的通孔或螺纹孔就不用再设计了，直接配钻就可以。这样就更方便设计的修整，也节省了很多时间和精力。
2.2 总体结构设计
2.2.1 传动小车整体结构设计 2.2.1.1 传小车滚动部分设计
如图2-1所示，小车安装在正方形的导柱上。根据厂方所给数据，取方管为99×99mm2。上、下各安置8个尼龙轮，尼龙轮中装有轴承。如2.2.3所述，小车的定位与夹紧由支架和螺栓轴完成。如图2-1。
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图2-1 导柱配合图
采用三个小支架和一个大支架，在用4×2=8个螺栓轴锁紧。选用一大个支架是为了给链条一个空间，以及安装挂板。支架两端都设计为封闭。所以其竖起方向中部应该设计一个孔，让链条通过。孔的位置由链轮直径以及相关的螺栓配合尺寸。
关于锁紧，由于每个四上都有两个导轮，其间需要一定的间隙。所以在设计螺栓轴的时候要考虑这一点，让两导轮间间隔的一固定的距离。综合各方而把因素和经验，有两种方案可以选择。一是采用轴套，二是采用阶梯轴。采用轴套，那就要24个轴套，这样零件就显得太多。增加了安装的工作量和难度。采用阶梯轴，可以减少零件数，但是需要轴为两端均为螺纹并且采用阶梯轴比采用轴套节省材料，成本也相对低些。所以采用第二种方案。
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图2-2 挂板示意图
2.2.1.2 喷涂部分
喷涂装置的喷枪联接在小车上。为了安装喷涂装置，设计二挂板。挂板通过四螺栓轴联接在支架上，从而达到定位和锁紧。如图2-2所示，螺栓轴分别布置在大支架和与之相邻的二小支架上，每侧各二个螺栓轴。然后在由挂板确定的平面上安装一连接板。这样在连接板上就可以安装部分的装置。挂板的定位单是螺栓轴还是不够的。所以设计轴套进行定位和夹紧。挂板应该设计在轴的中间位置。连接板和挂板配合的孔进行配钻。
2.2.2 底部设计
为了方便操作以及工作需要，立式往复升降机需要一定的水平位移。所以在喷涂机底部设计二条平行的角铁导轨，用以实现水平方向的运动。为了与此配合，需要设计地轮及其需要的一些安装零件，比如地轮架等等。
电机箱的设计首先要确定电机的功率。一般情况下，电机功率能满足本设备的要求（负重不是很大），主要是考虑经济问题和电机的安装尺寸。这样才可以确定电机箱的机构尺寸。由于电机工作时发热，需采用散热装置，所以在电机箱两侧各开一散热口。
2.2.3 导向柱的安装
在该设备中对导向柱的位置要求较高，因为喷涂装置安装在移动小车上，而小车又依靠导向柱而运动。所以设计应该满足导向柱的垂直度需要。即设计应使其位置十分稳靠。导向柱立着安装，下端安装在电机箱上，中间有基板；上端安装在上基板上。为了保证导向柱在工作中不动，在其两端设计螺纹孔，使用螺钉坚固。与之配合的上板和基板上则需要焊接一方铁，以布置孔和导向柱配合。
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哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 2.2.4 前后壳的配合
由于要求密封性，所以最理想的方法是前后壳封闭，形成腔体。但是，由于挂板和装置，不可能采用这种方法。后壳设计较为容易，只要在考虑尺寸的情况下能盖住小车部分就可以；而前壳在小车之前挂板之后，所以必然的前后壳体之间有一定的间距，不可能密封。在本设计中，主要考虑的问题在于防尘。采用弹簧油纸即可达到要求。
2.3 零件设计
2.3.1 电机选择和导向柱 2.3.1.1 电机选择
根据厂方的要求，升降的最高速度为0.75m/s。本设计中采用三相异步电机驱动。由于链条线速度低，而电机转速较快，所以需要设计一个变速器。常用的变速器有齿轮变速和蜗轮、蜗杆变速器。考虑安装尺寸，若采用齿轮变速，则结构较为庞大，而采用蜗轮、蜗杆变速则小得多。再考虑安装方式，若采用齿轮变速，那么电机必须和链轮轴同向。采用蜗轮、蜗杆则电机轴和链轮轴交错。综合考虑，选择蜗轮、蜗杆变速器。电机轴和蜗杆联接，而蜗轮轴通过联轴器和链轮轴联接。电机轴和变速器及链轮之间的配合关系如图2-3所示。
图2-3 变速器与链轮的配合示意图
在本设计中考虑功率，由于在低速下运行，所以，在电机选择时，转速一般都能满足，主要虑电机负载。又由于设计有配重，链条受力均衡，所以电机负载很小。考电机轴受3个方向的力轴向力、切向力、和法向力，如图2-4。主要考虑切向力。在这里，我们估计F=300N。对链轮尺寸进行估计，取R=50mm，电机轴r=10mm,则公式
P=F×V （2-1）
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