畢業(yè)設計（論文）-電子束冷床爐進料系統(tǒng)的設計.doc

攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文）電子束冷床爐進料系統(tǒng)的設計 學生姓名： 學生學號： 201010601236 院 （系）： 機械工程學院 年級專業(yè)：2011 級機械設計制造及其自動化指導教師： 二 0 一五年五月攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要 I摘 要鈦合金鑄錠中經(jīng)常出現(xiàn)高密度夾雜和低密度夾雜等冶金缺陷，成為鈦合金零部件的疲勞裂紋源，降低零部件的使用壽命 1 。為了生產(chǎn)優(yōu)質高潔凈航空發(fā)動機轉動件用鈦合金，在 20 世紀 80 年代末，國際上引入了冷床熔煉技術。到目前為止，美國 3 大鈦公司均裝備了冷床爐，并已形成 35 000 t/a 的冷床爐生產(chǎn)能力。美國約 40%的飛機發(fā)動機旋轉件用鈦合金鑄錠是通過冷床爐+真空自耗電弧爐熔煉生產(chǎn)的。電子束冷床爐熔煉技術除能比較好的消除高密度和低密度夾雜，獲得細晶均質鑄錠外，還具有很多優(yōu)點，可以大幅度降低鈦合金板材的生產(chǎn)成本 2 ：能大量回收殘料，可以 100%的利用殘料作原料；可生產(chǎn)扁錠、空錠，減少板材與管材生產(chǎn)時的后續(xù)加工；對某些用途可以一次熔煉成錠。美國率先針對電子束冷床爐單次熔煉技術展開了研究，電子束冷床爐單次熔煉 Ti-6Al-4V 合金鑄錠直接軋制的板材有望在航空、兵器等領域獲得實際應用，并形成了 AMS 6945 標準。本課題的目的是通過查閱已有的棒狀自動化或半自動進料系統(tǒng)，完成原料鈦（棒狀）進料系統(tǒng)結構設計和力學分析計算，學習如何綜合應用本專業(yè)的知識進行資料的查閱、方案的擬定和設備的具體設計，熟悉機械圖樣的繪制方法，熟練掌握計算機繪圖的技能，通過此次設計，提高分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)認真、踏實、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，最終達到機械專業(yè)畢業(yè)設計要求。關鍵詞關鍵詞：鏈輪，電動機，滾珠絲杠，減速器攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） ABSTRACT IIABSTRACT Titanium alloy ingot casting often appear in the metallurgical defects such as high density inclusion and low density inclusion, become fatigue crack source of titanium alloy parts, reduce the service life of parts 1. In order to produce high quality clean aeroengine rotating part with titanium alloy, in the late 1980 s, the cooling bed smelting technology is introduced in the world. So far, titanium 3 big companies in the United States are equipped with cooling bed furnace, and has set up a form of 35, 000 t/a cooling bed furnace production ability. About 40% of the aircraft engine rotating parts with titanium alloy ingot is through the cooling bed furnace + vacuum since the electricity arc furnace smelting production. Electron beam cooling bed furnace smelting technology in addition to can better eliminate high density and low density inclusion, get fine grain homogeneous ingot casting, but also has many advantages, can greatly reduce the production cost of titanium alloy sheet 2 : to a large number of recycling scrap, can be 100% of the residual material is used as the raw material; It can produce flat ingot ingot, empty, reduce the sheet and pipe production follow-up processing; For some purposes can be a melting into ingots. Keywords：Chain wheel, motor, ball screw, gear reducer 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄目錄摘摘 要要 .IABSTRACT.II1 1 緒論緒論.11.1 電子束冷床熔煉的簡介 .11.2 電子束冷床熔煉的技術現(xiàn)狀 .11.3 電子書冷床熔煉的發(fā)展 .21.43 電子束冷床熔煉和其他熔煉方法對比的優(yōu)缺點.21.5 我國未來電子書冷床熔煉技術改進方向 .31.6 選題研究的目的 .42 2 進料系統(tǒng)的工作原理及主要部件結構進料系統(tǒng)的工作原理及主要部件結構.52.1 電子束冷床爐進料系統(tǒng)的工作原理 .52.2 電子束冷床爐進料系統(tǒng)的主要部件 .52.3 滾子鏈傳動的設計計算 .32.3.1 滾子鏈的設計 .32.4.鏈輪設計計算.10 2.4.1 大鏈輪的設計計算 .11 2.4.2 小鏈輪的設計計算 .132.4.3 滾子鏈的材料的選擇和處理 .132.5 滾珠絲杠的設計 .14 2.5.1 縱向滾珠絲杠的設計計算 .143 3 進料系統(tǒng)主體結構設計進料系統(tǒng)主體結構設計.223.1 原始參數(shù) .223.2 傳動方案的確定 .223.3 電動機的選擇 .24 3.3.1 電動機類型的概述 .24 3.3.2 根據(jù)功率選擇電動機 .253.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù) .26 3.4.1 絲杠傳動比分配 .26 3.4.2 總傳動比分配 .26 3.4.3 減速器中各軸的轉速計算 .26 3.4.4 減速器中各軸的功率計算 .27 3.4.5 計算各軸轉矩 .273.5 高速級齒輪傳動設計計算 .28 3.5.1 高速級齒輪材料的選擇 .28 3.5.2 高速級齒輪傳動初步計算 .293.6 低速級齒輪傳動設計計算 .33 3.6.1 低速級齒輪傳動初步計算 .333.7 減速器軸的設計計算 .37 3.7.1 計算軸的最小直徑 .37攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 3.7.2 齒輪軸的校核 .38攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄3.8 滾動軸承的選擇 .413.9 減速器機體的設計計算 .424 4 聯(lián)軸器的選取聯(lián)軸器的選取.454.1 聯(lián)軸器的選擇 .455 5 固定架的設計固定架的設計.465.1 固定架的形式 .465.2 固定架的校核 .476 6 進料系統(tǒng)的日常維護進料系統(tǒng)的日常維護.507 7 結結 論論.518 8 參考文獻參考文獻.529 9 致謝致謝.53 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論11 緒論1.1 電子書冷熔煉的簡介電子束冷床爐（EBCHR）熔煉在 20 世紀 60 年代發(fā)展起來， 經(jīng)過近 50 年的發(fā)展， 在優(yōu)質鈦及鈦合金錠坯的生產(chǎn)中已占據(jù)相當重要的地位。與傳統(tǒng)的真空自耗電弧熔煉相比，EBCHR 熔煉具有能去除高、低密度夾雜物，可以熔煉原始爐料和 100%鈦殘料及低品質海綿鈦，直接生產(chǎn)出諸如圓、方形截面的鑄錠及板坯錠等許多優(yōu)點。在鈦科技界，鈦冷床爐熔煉被認為是近 20 年來鈦冶金史上一項重要的成就。鈦合金鑄錠中經(jīng)常出現(xiàn)高密度夾雜和低密度夾雜等冶金缺陷，成為鈦合金零部件的疲勞裂紋源，降低零部件的使用壽命 1 。為了生產(chǎn)優(yōu)質高潔凈航空發(fā)動機轉動件用鈦合金，在 20 世紀 80 年代末，國際上引入了冷床熔煉技術。到目前為止，美國 3 大鈦公司均裝備了冷床爐，并已形成 35 000 t/a 的冷床爐生產(chǎn)能力。美國約 40%的飛機發(fā)動機旋轉件用鈦合金鑄錠是通過冷床爐+真空自耗電弧爐熔煉生產(chǎn)的。電子束冷床爐熔煉技術除能比較好的消除高密度和低密度夾雜，獲得細晶均質鑄錠外，還具有很多優(yōu)點，可以大幅度降低鈦合金板材的生產(chǎn)成本 2 ：能大量回收殘料，可以 100%的利用殘料作原料；可生產(chǎn)扁錠、空錠，減少板材與管材生產(chǎn)時的后續(xù)加工；對某些用途可以一次熔煉成錠。美國率先針對電子束冷床爐單次熔煉技術展開了研究，電子束冷床爐單次熔煉 Ti-6Al-4V 合金鑄錠直接軋制的板材有望在航空、兵器等領域獲得實際應用，并形成了 AMS 6945 標準。1.2 電子束冷床熔煉的技術現(xiàn)狀（1）國外應用目前，冷床熔煉技術在國外發(fā)展較快，應用最廣，尤其是美國，其冷床熔煉技術發(fā)展最成熟， 生產(chǎn)能力最大， 產(chǎn)能占鈦熔煉產(chǎn)能的 45%。形成了 “冷床熔煉+真空自耗熔煉” 生產(chǎn)轉子葉片級優(yōu)質鈦材的工業(yè)標準級生產(chǎn)方法，并納入相應航空標準。 同時， 美國還積極發(fā)展鈦錠一步法熔煉技術，經(jīng)一次冷床爐熔煉的扁錠， 直接軋制成鈦板帶， 應用于從裝甲到體育休閑的多種工業(yè)產(chǎn)品，在軍用和民用領域得到了推廣應用。國外仍一直致力于冷床熔煉技術的研究和發(fā)展。（2）國內(nèi)應用等離子冷床爐， 目前國內(nèi)有兩臺， 分別是北京航空材料研究院的 PAM525攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論2型和寶鋼特鋼廠的 3300kW 等離子冷床爐，前者生產(chǎn)的鑄錠最大僅 200kg， 同時因無法解決昂貴的氦氣供應問題，僅在科研試制方面有所應用 ；寶鋼特殊鋼已完成設備安裝、 正在調(diào)試， 還未開展工業(yè)化生產(chǎn)。 因此， 等離子冷床爐國內(nèi)應用有待進一步提高。1.3 電子束冷床熔煉的發(fā)展 電子束冷床熔煉技術已經(jīng)成為生產(chǎn)優(yōu)質鈦合金鑄錠和降低鈦合金鑄錠生產(chǎn)成本的關鍵技術，在美國、日本等鈦生產(chǎn)大國占有越來越重要的地位。我國冷床熔煉技術發(fā)展較晚，主要是我國航空發(fā)展對優(yōu)質鈦合金鑄錠的需求較小。2000 年，西北有色金屬研究院安裝了一臺德國生產(chǎn)的 500 kW 電子束冷床熔煉爐。這臺爐子有 2 個各 250 kW 的電子槍，可生產(chǎn)直徑為 100300 mm，長度為 1800 mm 的鑄錠，熔煉的鈦合金鑄錠最大質量可達 450 kg。寶鈦集團于 2005 年從德國引進了一臺 2400 kW 的電子束冷床熔煉爐。這臺爐子由 4 個 600 kW 的電子槍提供熱源， 1 個電子槍用于熔化原料， 2 個用于掃描冷床液態(tài)熔池表面，提供精煉所需的能量，另 1 個電子槍掃描凝固坩堝。不可再生資源的循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，以及隨著我國鈦工業(yè)的快速發(fā)展和大飛機項的啟動，對航空發(fā)動機用優(yōu)質高潔凈鈦合金的需求逐步增加，這些都將促進我國的鈦合金電子束冷床熔煉技術的開發(fā)和應用。1.4 電子束冷床熔煉和其他熔煉方法對比的優(yōu)缺點攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論31.5 我國未來電子束冷床熔煉技術改進方向（1）大型化 近年來，國內(nèi)外冷床爐熔煉技術向大型化、 大輸出功率發(fā)展， 世界各國新建冷床爐功率均超過 3000kW，最大功率甚至達 6400kW，并可生產(chǎn)重達 30t、長8m 的大型鑄錠。目前全世界功率 4000kW 以上的等離子冷床熔煉爐超過 7 臺， 最大功率 5.4MW，配備有七把等離子槍 ；電子束冷床熔煉爐的最大功率為6400kW，配備有八把電子槍， 單槍功率 800kW。（2)高效率老爐子一次熔煉只能生產(chǎn)一個鑄錠， 且每次熔煉結束， 鑄錠和冷床上的殼體必須冷卻，下次熔煉時再重新預熱冷床上的殼體， 造成熔煉過程的中斷， 生產(chǎn)效率低。新設計的冷床熔煉爐一般為兩個爐室，可方便實現(xiàn)一個爐室生產(chǎn)完成冷卻，另一個爐室再次熔煉 ；更重要的是一個爐室一次熔煉可直接拉出 2 4個鑄錠，其最大的設計變化是澆道口有一個分流槽， 設置多個澆道口， 根據(jù)需要將溶液分別導流至不同結晶器內(nèi)，大大提高了生產(chǎn)效率， 降低了生產(chǎn)成本。（3）更貼合實際生產(chǎn)， 降低設備故障率項目名稱項目名稱電子束冷床爐電子束冷床爐熔煉熔煉 EBCHMEBCHM等離子冷床爐等離子冷床爐熔煉熔煉 PACHMPACHM真空自耗電弧真空自耗電弧熔煉熔煉 VARVAR真空非自耗真空非自耗電弧熔煉電弧熔煉 NCNC真空感應熔煉真空感應熔煉CCMCCM電渣熔煉電渣熔煉 ESRESR鑄錠端面形狀鑄錠端面形狀圓形、異性圓形、異性圓形、異性圓形、異性圓形圓形圓形、異性圓形、異性圓形、異性圓形、異性圓形、異性圓形、異性脫氣效果脫氣效果最優(yōu)最優(yōu)有限有限有限有限有限有限有限有限有限有限去除去除 HDIHDI、LDILDI最優(yōu)最優(yōu)最優(yōu)最優(yōu)有限有限優(yōu)優(yōu)/ /有限有限一般一般一般一般真空度真空度/Pa/Pa0.1330.13310-310-3惰性氣體惰性氣體0.1330.1331013251013250.0130.0136.656.65惰性氣體惰性氣體3660366039903990惰性氣體惰性氣體惰性氣體惰性氣體33250332505054050540相對密度相對密度/%/%10010098981001009595100100100100100100表面質量表面質量良好良好良好良好一般一般一般一般一般一般較好較好熔煉速度熔煉速度/kg.h-/kg.h-1 15005001800180060060090090080080020002000300300800800400400回爐料的使用回爐料的使用較大較大較大較大有限有限較大較大有限有限有限有限比電能消耗比電能消耗較大較大較大較大小小較大較大大大大大操作操作難難一般一般容易容易一般一般一般一般一般一般設備投資設備投資最高最高較高較高低低較低較低一般一般一般一般攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論4 雙爐室爐位變換形式有圓盤旋轉和水平移動兩種，最新的設計已由旋轉移動改為水平移動。 實踐證明， 水平移動形式較圓盤轉動形式的設備故障率低，且增大了出爐操作空間，更適用于大規(guī)格鑄錠。（4）方便的在線分析 一般有自動和手動兩種取樣形式，可實現(xiàn)每 25 分鐘取樣、在線快速準確分析合金成分，發(fā)現(xiàn)成分異常時可在最短時間內(nèi)停止熔煉， 減少損失。（5）自動化程度高 同真空自耗電弧熔煉法一樣，冷床熔煉爐已實現(xiàn)了自動化控制，包括工藝參數(shù)(熔煉速度、 能量分布控制、熔煉與凝固過程中溫度的分布、熔煉時成分的變化、非溶性夾雜的去除程度等)及質量控制程序化，能很好地進行熔煉過程控制，達到較好的質量重現(xiàn)性。（6）配備溫水冷卻系統(tǒng) 配備溫水冷卻系統(tǒng)，更有利于防止爐室吸潮結露而影響抽空速率，有效保證產(chǎn)品質量和縮短抽空時間，提高生產(chǎn)效率。觀察系統(tǒng)是影響太熔煉重要因素。新式的觀察系統(tǒng)使用三層玻璃將爐室與外界隔開：內(nèi)層采用便宜的可拋棄玻璃，中間一層使用耐熱玻璃，外層使用鉛化玻璃，可防止噴濺物的富集；同時設計有隔離間，換玻璃時僅需要隔離閥將觀察系統(tǒng)和爐室隔開，方便快速。1.6 選題研究的目的主要內(nèi)容：電子束冷床爐單次熔煉鈦合金技術是一種先進的鈦合金鑄錠低成本制備技術，引起了國際鈦工業(yè)越來越多的關注，研究重點從理論研究轉向應用研究階段用要求的產(chǎn)品。另外，通過分析已有的電子束冷床爐的成果，設計出冷床爐的進料系統(tǒng)并優(yōu)化。通過這次設計，鍛煉自己調(diào)研分析，加工與整理，運用工具手冊的能力，初步掌握機械設計和機械工藝優(yōu)化改進的方法，提高工程設計計算、理論分析、圖樣表達、技術文件編寫等能力。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及52 進料系統(tǒng)的工作原理及主要部件結構2.1 進料系統(tǒng)的工作原理進料系統(tǒng)由電動機，聯(lián)軸器，減速器，鏈輪，絲杠以及料筒部分組成。電動機運轉通過聯(lián)軸器連接減速器，再由聯(lián)軸器連接鏈輪傳動，然后通過安裝于料筒內(nèi)的絲杠，滾動以及料夾裝置，將棒狀原料送入爐室。電子束冷床熔煉再以電子束作熱源，水冷坩堝為冷床，利用高速電子的動能轉換成熱能使金屬熔化、精煉、澆鑄成錠。2.2 電子束冷床爐進料系統(tǒng)的主要部件各種類型的進料系統(tǒng)的組成部件的型式和布置方式不完全相同，但主要結構和基本組成部件是相同的。進料系統(tǒng)的組成部件： 1、動力部分：電動機。 2、傳動部分：聯(lián)軸器，減速器，鏈輪。 3、執(zhí)行部分：滾動裝置，滾珠絲杠，料筒，活動料夾。2.3 滾子鏈傳動設計計算 已知條件為：電動機驅動(額定功率 =22，轉速=730)，從動PkW1nmin/r輪轉速=226，載荷平穩(wěn)，鏈傳動中心距不應小于 500。2nmin/rmm2.3.1 滾子鏈的設計1、選擇鏈輪齒數(shù)鏈傳動速比： （2-23. 322673021nni1）由表 4-選小鏈輪齒數(shù)=25 。1z表 4-1 齒數(shù)推薦值傳動比 i1234566齒數(shù) z131 2725 2321 1717攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及6大鏈輪齒數(shù) z2=iz1=3.2325=81，合適。2、確定計算功率已知鏈傳動工作平穩(wěn)，電動機拖動，由表 4-2 選=1.3，計算功率為AK=1.37.5=9.75 （2-PKPACkWkW2）表 4-2 工況系數(shù)AK輸入動力種類載荷種類內(nèi)燃機-液力傳動電動機或汽輪機內(nèi)燃機-機械傳動平穩(wěn)載荷1.01.01.2中等沖擊載荷1.21.31.4較大沖擊載荷1.41.51.73初定中心距，取定鏈節(jié)數(shù)初定中心距，推薦=(3050)，取0apL0ap=46。0ap (2-3)01221p022az +zz -zpL =+p22a2 46p25+8181-25p=+=134.72p2246p (2-4)c0zp9.75=6.741.34 1.08 1LPPkWK K K (2-5)2212122184222ppzzzzzzpaLL攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及72215.8752581258181 251361368643.054222mm選取偶數(shù)鏈節(jié)=136 節(jié)pL4確定鏈節(jié)距p首先確定系數(shù)，。ZKLKPK由表 4-3 查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)=1.34。ZK表 4-3 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)ZK1Z91011121314151617zK0.4460.5000.5540.6090.6640.7190.7750.8310.8871Z192123252729313335zK1.001.111.231.341.691.892.082.292.50由圖 4-1 查得（鏈長系數(shù)） =1.08LK圖4-1 鏈長系數(shù)LK選單排鏈，由表 4-4 查得=1。PK攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及8表 4-4 多排鏈系數(shù)PKP 排數(shù)123456pK11.72.53.34.04.6所需傳遞的額定功率為 (2-6)c0zp9.75=6.741.34 1.08 1LPPkWK K K由圖 4-2 選擇滾子鏈型號為 10A，由表 4-5 查鏈節(jié)距=15.875。pmm圖4-2 A系列單排滾子鏈的額定功率曲線表 4-5 滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)節(jié)距 p排距pt滾子最大直徑d1內(nèi)鏈節(jié)最小內(nèi)寬 b1銷軸最大直徑d2內(nèi)鏈板最大高度 h2鏈號/mm05B8.005.645.003.002.317.1106B9.52510.246.355.723.288.2608A12.7014.387.927.853.9812.0708B12.7013.928.517.754.4511.81攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及910A15.87518.1110.169.405.0815.0912A19.0522.7811.9112.575.9418.0816A25.4029.2915.8815.757.9224.135.確定鏈長和中心距鏈長/1000=13615.875/1000=2.159m (2-7)pLLP中心距2212122184222ppzzzzzzpaLL2215.8752581258181 251361368643.055004222mmmm(4-8)符合要求。中心距減小量=(0.0020.004） 643.3=1.282.6 (2-9)aa)004. 0002. 0(mm實際中心距 =643.3-（1.282.6）=642.02640.7 (2-10)aaasmm取實際中心距=642。samm6求作用在軸上的力。驗算鏈速攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及10 (2-11)1 11000 25 15.8756.615/60 100060000n z pvm s作用在軸上的壓軸力。計算有效圓周力F=1000P/V=73022/6.615=2427.8 (2-12)N水平工作，查表 4-6 取壓軸力系數(shù) =1.30。QK軸上的壓力= =1.301133.8=1473.9 (2-13)QFQKFNN表 4-6 軸的載荷因數(shù)fK傳動布置水平或傾斜角40垂直或傾斜角40載荷因素穩(wěn)定載荷沖擊載荷穩(wěn)定載荷沖擊載荷KF1.151.301.051.157 選擇潤滑方式根據(jù)鏈速v=6.615 m/s，鏈節(jié)距p=15.875，按圖 4-3 鏈傳動選擇油浴或飛濺潤滑方式。圖4-3 推薦的潤滑方式攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及11設計結果：滾子鏈選用 10A,鏈輪齒數(shù)=25，=81，中心距=642，壓1z2z amm軸力=1473.9。QFN2.4 鏈輪設計計算2.4.1 大鏈輪的設計計算1.材料選擇：采用 35 鋼經(jīng)正火處理，齒面硬度 160200HBS。2.分度圓直徑 (2-14)/(sin180 / )=15.875/(sin180 /25)=126.66dpzmm3.齒頂圓直徑ad (2-15)max11.25126.66 1.25 15.875 10.16136.34()addpdmm(查表 滾子最大直徑=10.16)1dmm (2-16)min11+ 1-1.6/addzpd 126.661 1.6/ 2515.875 10.16131.36()mm取=134(mm)。ad4.齒根圓直徑fd (2-17) 1126.66 10.16116.5fdddmm5.分度圓弦齒高ah (2-18)amax11=(0.625+0.8/)0.5hz pd 。(0.6250.8/ 25)15.8750.5 10.165.35()mm (2-19)min10.5()0.5 (15.875 10.16)2.86()ahpdmm取=4.5。ahmm6.最大齒根距離XL攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及12 (2-20)11cos(90 /)126.66cos(90 / 25) 10.16116.25()xLdzdmm7.齒側凸緣直徑（查表為內(nèi)鏈板最大高度；=15.09gd2hahmm (2-21)1cot(180 /) 1.040.76gdpzh （）15.875cot(180 / 25) 1.04 15.090.76109.21mm8.齒側圓弧半徑er (2-22)22max110.008(180)0.008 10.16(18025 )65.43()erdzmm (2-23)min0.12(2)0.12 10.16(225)32.92()11erdzmm9 滾子定位圓弧半徑ir (2-24)3max110.5050.0695.28()irddmm (2-25)min10.5050.505 10.165.13()irdmm10.滾子定位角 (2-26）max114090 /136.4z (2-27)min112090 /116.4z11 齒寬：（是內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬，查表 9.40mm）1fb (2-28)110.950.95 9.408.93()fbbmm12.齒側倒角ab (2-29)0.130.13 15.8752.06()abpmm13.齒側半徑xr (2-30)15.875()xrpmm14.鏈輪齒總寬（為排數(shù)）fnbn (2-31)18.93(1)()fntbnpbfmm15.軸轂厚度：（假設軸孔為 50，查表 4-7 =6.4）hkdmmK攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及13 (2-32)k=+/ 60.016.450 / 60.01 126.66=16.00()h K ddmm表 4-7 常數(shù) K 的取值名稱結構尺寸（參考）kdh= +0.01d6Kd5050 100100 150150輪轂厚度 h常數(shù)K3.24.86.49.59.516.輪轂長度L (2-33)(8 .52163 . 33 . 3maxmmhL (2-34)(6 .41166 . 26 . 2minmmhL取長度為 50Lmm17 輪轂直徑hd。 (2-35)(82162502mmhddkh2.4.2 鏈輪小的設計計算同理可以計算鏈輪的尺寸直徑分度圓 d=409.41(),齒頂圓直徑=4162zmmad，齒根圓直徑=399.25，分度圓弦齒高=4.5，最大齒根距離mmfdmmahmm=399.17，齒側凸緣直徑=392.65，滾子定位圓弧半徑XLmmgdmm=5.28； =5.13，滾子定位圓=138.89，=118.89,齒maxirmmminirmmmaxmin寬8.93，齒側倒角=2.06，齒側半徑=15.875，軸孔=100fbmmabmmxrmmkd鏈輪齒總寬=8.93，軸轂厚度=30.26，輪轂長度=80。輪轂直徑mm1fbhmmLmm=160.52。 hdmm2.4.3 滾子鏈的材料的選擇與處理滾子在工作時，是和鏈輪嚙合的，所以需要一定的強度和硬度。在此，我選擇 35Cr 作為滾子的材料。因為強度以及韌性較高的中碳含量的調(diào)制鋼，強度極限比 35 號鋼高 20%。工藝性能與 30Cr 相似。35Cr 廣泛用于制造齒輪、軸、滾子、螺栓以及其他重要零件上。銷軸和套筒都是在內(nèi)部工作的，我選用 35 號鋼作為制造材料。因為 35 號鋼優(yōu)質碳素結構鋼有良好的塑性和適當強度，工藝性能較好，多在調(diào)質狀態(tài)下使用。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及14內(nèi)外鏈板鏈板在鏈傳動過程中主要承受交變拉伸和沖擊載荷，鏈節(jié)在轉動時還容易側磨，經(jīng)過一定次的循環(huán)，鏈板容易疲勞拉斷因此，鏈板的材料應具我選用 40Mn，40Mn 碳素結構鋼，用于制造永受疲勞負荷的零件，如曲軸、連桿等。卡簧的作用是卡緊連接銷，所以需要一定的彈性。我選用 65MN, 65Mn，錳提高淬透性，經(jīng)熱處理后的綜合力學性能優(yōu)于碳鋼，但有過熱敏感性和回火脆性。用作小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條，也可制作彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧。鏈條銷軸、套筒和滾子在交變載荷作用下承受沖擊載荷磨損，這就要求這些零件具有表面耐磨、芯部柔韌和耐疲勞性能，因此，這些零件通常都要進行表面滲碳處理。特別是標準鏈條的銷軸、套筒和滾子由于采用的材料都是低碳鋼和低合金鋼，滲碳后既耐磨又耐疲勞，完全可以保證標準鏈條使用性能的需要。在此我對銷軸進行滲碳 0.3mm 處理。2.5 滾珠絲杠的設計滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。2.5.1 縱向滾珠絲杠的設計計算 由于此處滾珠絲杠只是用于軸向進給，所以只需要設計軸向方面的載荷以及進給速度。但為了保持絲杠軸向進給的完整性，計算了軸向的切削力以及軸向進給的各種進給速度。已知條件：工作臺重量=80KG=800N 工件及夾具最大重量=200N 工作臺最大行程1W2W攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及15=950mm 工作臺導軌的摩擦系數(shù)為 u=0.1 快速進給速度 =4m/min 定位精LKmaxV度為 20um/300mm,全行程 25um,重復定位精度為 10um 要求壽命為 10000 小時（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q 及其他見下表（表一）各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉速r/min強力切削200012000.610220060一般切削10005000.830115080精切削500200150620100快速進給001000375圖 2.5 進給用滾珠絲杠裝配圖1）確定滾珠絲杠副的導程 max*maxVPhi n：工作臺最高移動速度maxV：電機最高轉速；maxnFFZD4005-3-P3攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及16I ：傳動比電機與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪）由上表查得=4m/min，=1500r/min 1Wmaxn代入得0.67mmPh查現(xiàn)代機床設計手冊取5mmPh2）確定當量轉速與當量載荷（1） 各種切削方式下，絲杠轉速Viniph由上表查的=0.6, =0.8, =1, =41v2v3vPh代入得120，160，200，8001n 2n 3n 4n （2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷12()/10ixiziFpwwpiF：絲杠軸向載荷，xip：縱向切削力，zip：垂向切削力由上表得xip(i=1,2,3,4)分別為 2000 N,1000N,500N,0N zip(i=1,2,3,4)分別為 1200N,500N,200N,0N 已知1w800 N，2w200 N 代入得iF(i=1,2,3,4)分別為 2200N，1150N，620N，1000N（3） 當量轉速/100+/100+/100+/100 數(shù)據(jù)代入得240r/minmn mn 1*n1t2*n2t3*n3t4*n4tmn 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及17（4） 當量載荷333333112244*100*100*100*100mmmmntntntntnnnn3m1234F =FF+F+F帶入數(shù)據(jù)得mF1057N3）初選滾珠絲杠副由公式現(xiàn)代機床設計手冊（3.724）知63*10*(*)60athakhmmwcffffLnFf查現(xiàn)代機床設計手冊表（3.751）表（3.754）得tf1，hf1，af1，kf0.53，wf=1.3，hL10000h代入數(shù)據(jù)可求得13589N=13.58KNac4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量（1/31/4）重復定位精度 m (1/41/5 )定位精度m：最大軸向變形量mm已知重復定位精度 10m定位精度 25m3，6mmmm取兩種結果最小值3mm（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式00210*100.039*mmmFLFLdE：最小螺紋底徑 mm2mdL（1.11.2）行程+(1014) Ph靜摩擦力=0F01W已知行程 950mm，1W800N, 0=0.2代入數(shù)據(jù)得 L=1110mm，160N, =9.5mm0F2md5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及18（5） 選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式（6） 由計算出的，在現(xiàn)代機床設計手冊中選取相應規(guī)格的Phamc2md滾珠絲杠副 FFZD4005-5 =5, =22000N=13589NPhacamc6)確定滾珠絲杠副預緊力= PFmax13F其中2200maxF733NPF7)行程補償值與拉伸力（1）行程補償值 C=11.83*10utl式中ul2knaLLL查現(xiàn)代機床設計手冊kL950nL110，aL（24）15Ph溫差取t02.5 c代入數(shù)據(jù)得 C=32m(2)預拉伸力1.95t tF22d代入得4807NtF8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷480722007007maxBF（2）軸承類型兩端固定的支承形式，選背對背 60角接觸推力球軸承0c（7） 軸承內(nèi)徑d 略小于40，=，取 d302dBPF13maxBF帶入數(shù)據(jù)得2336NBPF（8） 軸承預緊力：預力負荷BPF（9） 按現(xiàn)代機床設計手冊選取軸承型號規(guī)格當 d30mm，預加負荷為：BPF所以送 7602030TVP 軸承攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及19d30，預加負荷為 29002336NBPF9)滾珠絲杠副工作圖設計(1)絲杠螺紋長度2sueLLL由表查得余程eL（2）兩固定支承距離，絲杠 L1L(3)行程起點離固定支承距離0LsL1290，13501LeL1410，300L10）傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度6.6minsk2221*10dl:絲杠底徑2d1l：固定支承距離代入數(shù)據(jù)minsk782N/m2）絲杠最大抗壓剛度 6 .6maxsk2221010*104 ()dll ll代入數(shù)據(jù)得 9000 N/m（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度2530max2*2.34*sinBQaKd z FQd：滾珠直徑 mm， Z：滾珠數(shù)maxaF：最大軸向工作載荷 N ：軸承接觸角由現(xiàn)代機床設計手冊查得7602030TVP 軸承maxaF是預加載荷得 3 倍8700N/ =375 N/maxakm0BKm 2）支承軸承組合剛度攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及202bk 0BK 750 N/bkm3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 1/3()0.1pccaFkkcck：現(xiàn)代機床設計手冊上的剛度ck2150 N/, ac=2200N, pF=733Nm代入數(shù)據(jù)得ck1491 N/m11）剛度驗算及精度選擇=3.5，Z17，Qd060（1） minmin1111sbckkkk代入前面所算數(shù)據(jù)得min1k130 maxmax1111sbckkkk代入前面所算數(shù)據(jù)得max1k1476001Fw已知1w800N, 0=0.2, 0F=160N0F:靜摩擦力，0：靜摩擦系數(shù)，1w：正壓力（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度；已知反向差值或重復定位精度為 10mink01.6F反向差值3025.6mink（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差0F（），代入5kmin1kmax1kkm（4）確定精度：任意 300mm 內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言300pv0.8定位精度300pvk定位精度為 20/300m攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 進料系統(tǒng)工作原理及2114.3,絲杠精度取為 3 級300pvm12=1500cnmaxn 本次設計中，根據(jù)原始參數(shù)及設計需求，選擇滿足絲杠一般切削的進給方式以及轉速，如圖（表一），一般切削進給數(shù)據(jù)：進給速度1m/min,軸向載荷 1150N，絲杠轉速 80r/min. 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計223 進料系統(tǒng)主體結構設計進料系統(tǒng)的主體結構設計則是整個進料系統(tǒng)的動力部分和傳動部分，此次設計的主體結構則是運用電動機作為動力源，聯(lián)軸器和制動器傳遞動力，并以減速器作為速度控制裝置達到平穩(wěn)輸出轉速的效果，通過聯(lián)軸器將轉速和轉矩傳遞給執(zhí)行進給機構滾珠絲杠。由于各種類型的進料裝置有不同的設計結構，此處主要針對（棒狀原料）的進給系統(tǒng)來設計。3.1 原始參數(shù)原始參數(shù)是機械設計的根本，對于結構的選擇和理論分析計算，它都起著決定性的作用。本次進料系統(tǒng)的設計，其主要原始參數(shù)和生產(chǎn)條件如下：棒料直徑60-80mm,棒料的最大重量 5kg,工作臺重量 80kg,夾持裝置重量 15kg，絲杠轉速80r/min,進給速度 1m/min。3.2 傳動方案的確定擬定的傳動結構方案見圖 3.1 所示。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計23 圖 3.1水平進料系統(tǒng)方案（棒料）1-料筒門；2-活動料夾；-料棒；4-料筒；5-滾動；6-傳動絲杠；7-爐室；8-結晶器；9-標尺；10-電動機；11-減速機；12-鏈條； 圖 3.7 所示的水平進料系統(tǒng)方案（棒料），在料筒門安裝一傳動絲杠，絲杠通過伺服電機和減速器使其旋轉，使活動棒料在滾動上做水平運動。運動速度根據(jù)需要調(diào)節(jié)。料筒端面設有門口。料筒外側設有標尺和指針，用以計算料棒的熔化長度，從而掌握進料速度和熔化速度。3.3 電動機的選擇3.3.1 電動機的類型概述電動機按采用電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機兩種。直流電動機可用于固定電壓或可調(diào)電壓。這種電動機允許在廣泛的范圍內(nèi)均勻地調(diào)節(jié)角速度，能保證平穩(wěn)的啟動、制動和反轉，故多用于電力運輸裝置，以及高速升降機、冶金機械和吊車中。直流電動機的主要缺點是需要把工業(yè)上常用的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟?。三相交流電動機分為同步電動機和異步電動機兩種，三相同步電動機的優(yōu)點是具有較高的功率、定角速度及大的過載能力；缺點是維修比較復雜，價格較昂貴。三相異步電動機比其他電動機的優(yōu)勢在于：機構簡單，價格便宜，維修容易，能直接與三相交流電源連接。雖然它與三相同步電動機比較，其效率較低；和直流電動機比較，只能作有限的角速度調(diào)節(jié)，但是對于工業(yè)一般機械并沒有什么影響，因此目前工業(yè)上所用的電動機大多是三相異步電動機。電動機工作制應考慮選擇短時重復工作制和短時工作制，并優(yōu)先選用 YZR(繞線轉子)、YZ(籠型3S2S攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計24轉子)系列起重專用電動機。多數(shù)情況下選用繞線轉子電動機；在工作條件較輕，接電次數(shù)較少時，亦可采用籠型轉子電動機。對于小噸位進料系統(tǒng)，考慮到多方面因素，其電動機工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設計電動機工作制度為斷1S時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。3.3.2 根據(jù)功率選擇電動機正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負載要求的前提下，經(jīng)濟合理的決定電動機的額定功率。本設計的進料系統(tǒng)屬于非連續(xù)工作，需要經(jīng)常啟動、制動和反轉。因此，選擇電動機應與其工作特點相適應。(1) 選擇電動機容量參考可知：148P導書機械設計課程設計指 式（6.1）wdPP 式（6.2） 1000FvPw傳動裝置的總效率 式（6.3）85. 098. 097. 098. 099. 02324233221式中 一個彈性連軸器的傳動效率 取 0.991對滾動軸承的傳動效率，取 0.982對 8 級精度的一般齒輪傳動（油潤滑）的傳動效率 ，取 0.973齒輪連接盤的傳動效率,取 0.984所以 式（6.4）KWPPwd1 .1485. 010006 . 020000(2)確定電動機轉速絲杠轉速 式（6.5）min80100060rDvng 按參考文獻7 頁表 1 中推薦的傳動比合理范圍，二級圓柱斜齒輪減速器傳8動比,，故電動機的轉速可選范圍為：4081、i 式（6.6） min/320064080)408(rningad、選用：Y 系列三相異步電動機，見表 16-1-28。單行本機械設計手冊9型號：Y225M-8額定電壓：380V攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計25額定功率：22kW轉速：730r/min效率：90%基準工作制為40%3S功率因數(shù)：0.783.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.4.1進料系統(tǒng)傳動比的分配按額定轉速初定總傳動比 ，總傳動比按下式計算： 式（6.7）gdnni 式中 機構的總傳動比；i電動機額定轉速 ，rmin；dn 絲杠轉速 ，rmin。gn所以 =9.125r/mini3.4.2總傳動比的分配因為電動機軸到減速器高速軸由聯(lián)軸器連接，其傳動比=1，所以總傳動比0i=9.125 ,本設計采用二級圓柱齒輪傳動。i根據(jù)減速器傳動比的分配原則及相關規(guī)定，確定各級的傳動比。 根據(jù)參考文獻17 頁圖 12 ，可知： 8 =3.5 =2.61i2i減速器高速級的傳動比；1i 減速器低速級傳動比； 2i3.4.3減速器中各軸的轉速的計算根據(jù)軸的轉速大小依次編號為 1，2，3,4 軸。 min7301730001rinn min57.2085 . 3730112rinn min22.806 . 257.208223rinn攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計26絲杠軸 min22.8034rnn3.4.4減速器各軸功率計算 KWPd22 kWPP78.2199. 0221d1 WPPk70.2097. 098. 078.213212 WPPk68.1997. 098. 070.202123 絲杠軸 KWPP29.194343.4.5計算各軸轉矩0 軸：即電動機軸輸出轉矩： N.m 8 .2879550dddnpT1 軸：即減速器高速軸 N.m 9 .284101iTTd2 軸：即中間軸 N.m 51.967211112112iTiTT3 軸：即減速器低速軸 N.m 25.2391322223223iTiTT絲杠軸： N.m 56.22964234TT將計算數(shù)值列表如下表 6.1 所示：表 6.1 傳動裝置的運動及動力參數(shù)軸號功率 P（KW）轉矩 T(N.m)轉速傳動比 i效率電機軸22287.873010.991 軸21.78284.97303.50.982 軸20.70967.51208.572.60.973 軸19.682391.2580.22絲杠軸19.292296.5680.2210.98攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計273.5 高速極齒輪傳動的設計計算此減速器的齒輪為一般機械零件，沒有特殊要求，從降低成本，結構簡單和易于取材的原則出發(fā)選取。 3.5.1 高速級齒輪材料的選擇 根據(jù)參考文獻191 頁表 10-1 可知：6 1）小齒輪 40Cr 調(diào)質處理 齒表面硬度 280HBS 2）大齒輪 45 剛 調(diào)質處理 齒表面硬度 240HBS 3）接觸疲勞極限：由參考文獻圖 10-21d 按齒面硬度查得limH6小齒輪 MPaH6001lim大齒輪 MPaH5502lim4）循環(huán)次數(shù)： 根據(jù)參考文獻206 頁式（10-13） 6 式(6.9) 911068. 160hjLnN 8112108 . 4iNN上式：n齒輪轉速；j齒輪每轉一圈時，同一齒面嚙合齒數(shù)； 齒輪工作壽命。 hL5）由參考文獻207 頁圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù)6 9 . 01HNK95. 02HNK安全系數(shù) S=1 6）由參考文獻205 頁式（10-12）得齒面接觸應力為6= 式(6.10) 1HMPaSKHN5401lim1= 2HMPaSKHN5 .5222lim2=531MPa 式（6.11） H221HH攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 進料系統(tǒng)主體結構設計283.5.2高速級齒輪傳動初步計算1、選定齒輪類型、等級精度及齒數(shù)。1）精度等級:由參考文獻210 頁表 10-8 選:8 級精度。62）齒輪齒數(shù)： 初選 ，則 取。231Z5 .80235 . 3112 ZiZ812Z3）初選螺旋角。 094）齒寬系數(shù)：由下表 6.2 可知，取。d1d2