RH真空處理頂槍升降及旋轉機構設計說明書畢業(yè)設計

1、遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第I頁關鍵詞：RH真空氧槍；升降機構；旋轉機構RH真空處理頂槍升降及旋轉機構設計摘要RH真空處理是提高鋼水質量的方法之一，它是由德國魯爾鋼公司與真 空泵廠家赫拉烏斯公司共同設計的。頂槍機構是其中非常重要的一部分。 通過頂槍除碳、除磷、脫氧、脫硫、去除夾雜物?？墒逛撍|量得到有效 的提高。頂槍在工作中需要完成升降和旋轉兩個動作， 升降運動的目的是使插入 鋼水中的槍體離開真空室,而旋轉運動的目的是使槍體離開工作位，以便維 修、檢查煉鋼設備。在本次設計中頂槍升降動作是通過齒輪蝸桿減速器減 速加鏈傳動機構實現(xiàn)的,旋轉動作通過液壓傳動來實現(xiàn)。通過對該升降及旋轉機構的設計，加深對

2、煉鋼設備的進一步了解與認識，同時熟練 掌握運用齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等機構的設計方法，樹立起嚴謹?shù)脑O計理念，從 而達到綜合訓練的目的，為將來走向工作崗位打下堅實的基礎。遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第II頁RH vacuum Top Gun moveme nts and in stituti ons desig ned rotaryAbstractRH vacuum process ing is to improve the quality of molte n steel one of the ways, it is from Germa nys Ruhr steel compa ny an

3、d the vacuum pump manu facturers Helawusi jo in tly desig ned. Top Gun in stituti ons is one very importa nt part. I n additi on to the gun through the roof of carb on, phosphorus, deoxy, desulfurizati on, the removal of in clusi on. The quality of molte n steel can be effectively improved. Top guns

4、 in their work to be done moveme nts and rotat ing the two moveme nts, moveme nts of the moveme nt to make molte n steel in serted in the left chamber of the gun, and rotat ing the purpose is to leave the guns of work statio ns, for maintenan ce, in specti on steel-mak ing equipme nt .In the desig n

5、 of top-gu n action moveme nts through the worm gear reducer slowdow n and cha in drive mecha nism to achieve, through hydraulic rotary acti on to achieve.Rotati ng through the moveme nts and the desig n, deepe n their un dersta nding of the steel-mak ing equipme nt to further un dersta nding and aw

6、are ness, and masteri ng the use gear tran smissi on, the worm tran smissi on, such as the cha in drive desig n and establish strict desig n con cept to achieve comprehe nsive training The purpose, to work for the future and lay a solid foun datio n.Keywords: Vacuum lance RH； Body moveme nts；Rotati

7、ng bodies遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第IV頁遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第III頁目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document AbstractII HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 緒論1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document RH法介紹1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document RH真空處理

8、裝置的特點 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3真空處理設備的工作原理 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.4頂槍控制的方法 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.5本課題研究的主要內容 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 總體方案設計5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1從運動狀態(tài)角度分析 6 HYPERLINK l b

9、ookmark24 o Current Document 2.2從加工角度分析6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.3從經(jīng)濟角度分析 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 電動機的選擇與計算8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1計算電動機功率 8 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2選擇電動機型號 8 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document

10、 傳動比的分配及各軸動力參數(shù)計算 9 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4.1傳動比的分配9 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 4.2從電動機開始計算各軸運動及動力參數(shù) 9 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 傳動系統(tǒng)設計.1.2 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.1鏈傳動的設計計算 12 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 5.2減速器設計計算

11、145.2.1選擇減速器14522斜齒圓柱齒輪傳動設計15523普通圓柱蝸桿傳動設計21 HYPERLINK l bookmark242 o Current Document 5.3 選擇聯(lián)軸器 265.3.1輸入軸聯(lián)軸器選擇 265.3.2輸出軸聯(lián)軸器選擇 27 HYPERLINK l bookmark244 o Current Document 5.4選擇液壓缸27 HYPERLINK l bookmark252 o Current Document 主要零件強度校核計算29 HYPERLINK l bookmark254 o Current Document 6.1輸出軸鍵的連接強度校核

12、 296.1.1蝸輪鍵的校核296.1.2聯(lián)軸器鍵的校核29 HYPERLINK l bookmark262 o Current Document 6.2軸承與軸的校核30 HYPERLINK l bookmark266 o Current Document 6.2.1軸承的壽命驗算31 HYPERLINK l bookmark339 o Current Document 6.2.2軸的強度校核33 HYPERLINK l bookmark355 o Current Document 頂槍冷卻水控制與安全策略39 HYPERLINK l bookmark357 o Current Docume

13、nt 7.1頂槍冷卻水控制 39 HYPERLINK l bookmark359 o Current Document 7.2頂槍安全控制策略40 HYPERLINK l bookmark361 o Current Document 設備可靠性與經(jīng)濟評價41 HYPERLINK l bookmark363 o Current Document 8.1機械有效度計算 41 HYPERLINK l bookmark365 o Current Document 8.2預測投資回收期 41 HYPERLINK l bookmark373 o Current Document 結束語43. HYPERL

14、INK l bookmark375 o Current Document 致謝44. HYPERLINK l bookmark377 o Current Document 參考文獻45.遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計第 頁1.緒論1.1 RH法介紹隨著科學技術的進步和我國工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對鋼鐵的性能和質量有了更高的要求。爐外精練是煉鋼過程中提高鋼水質量的一項必不可少的環(huán)節(jié)。所謂爐外精煉就是 把轉爐或電爐中所煉的鋼水移到另一個容器中進行精煉的過程。也叫二次煉鋼或鋼包精煉。爐外精煉把傳統(tǒng)煉鋼分成兩步，第一步叫初煉，在氧化性氣氛下進行爐料的溶化、 脫磷、脫碳和主合金化；第二

15、步叫精煉，在真空、惰 性氣氛或可控氣氛下進行脫氧、脫 硫、去除夾雜、夾雜物變性、微調成分、控制鋼水溫度等?？蓪崿F(xiàn)提高鋼的質量，縮短 冶煉時間，簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本RH真空精煉技術產(chǎn)生于50年代末期。在近30年的時間里,RH的功能和精煉的鋼種 范圍不斷擴大，發(fā)展成為多功能真空精煉技術，在爐外精煉中占主導地位。至今，全世界 已有100余臺。在西歐、日本、美國得到普遍推廣,僅日本就有40余臺,1989年日本轉 爐鋼真空精煉率達56.5%,新日鐵大分廠、川崎制鐵水島廠已全量進行 RH真空精煉。實 踐證明,RH真空精煉技術是提高產(chǎn)品質量，降低成本,擴大品種,提高煉鋼生產(chǎn)能力，保證 連鑄順行,實現(xiàn)全

16、連鑄，優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)工藝的重要手段。到1992年止，我國只有10臺RH設備（其中3臺在機電部機械廠）,除寶鋼RH-OB和 武鋼2號RH設備水平較高外，其余的水平較低，功能有限。從鋼鐵工業(yè)發(fā)展來看，爐外精煉已成為煉鋼生產(chǎn)不可缺少的重要工序，鐵水預處 理一轉爐復合吹煉一RH精煉（爐外精煉）一連鑄是現(xiàn)代煉鋼廠的最佳工藝流程。而我國 RH普及率很低,1990年全國冶金系統(tǒng)不包括吹氬、喂絲的鋼水精煉比為2.68%,其中電爐 鋼3.6%,轉爐、平爐鋼精煉比2.49%,真空精煉比僅1.99%。預計未來510年里，將有7 10家企業(yè)采用RH真空精煉技術。RH法鋼水處理爐外精煉，通常在煉鋼工業(yè)中使用兩種真空循環(huán)脫

17、氣法， 單連通管法 或稱DH工藝及雙連通管法或稱RH工藝。其中RH工藝是較為常見的方法。RH法是德國 魯爾鋼（Ruhrstahl ）公司和真空泵廠家赫拉烏斯（Heraeus）公司共同設計的。根據(jù)鉛 和汞做模擬實驗，確認了技術的可能性之后，繼而發(fā)展起來的，隨著 RH真空精煉的實 踐RH真空精煉技術的發(fā)展，RH真空處理裝置既是轉爐充分發(fā)揮效率的可靠保證，又為 連鑄提供優(yōu)質鋼水。穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)工藝條件的重要手段，同時轉爐與連鑄之間起著重要 的緩沖作用。它的冶金功能得到了充分的發(fā)展，擴展到了十余項冶金功能。爐外精煉的種類很多，大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理 方式的不同，又可分為鋼包

18、處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等在爐外精煉中，基礎自動化的功能大致包括以下幾個部分：（1）數(shù)據(jù)采集，包括爐外精煉工藝過程的主要參數(shù)的檢測。（2）自動控制，即爐外精煉工藝過程中，主要工藝參數(shù)的自動控制以達到爐外精煉 最終目標。（3）電氣傳動順序控制，即對爐外精煉所有的電氣設備按工藝所要求的順序進行控 制、聯(lián)鎖。起停。（4）故障報警，包括工藝過程參數(shù)的超報警，以及電氣，儀表，設備本身的故障報 警而這些報警又分成輕、中、重三度報警。（5）數(shù)據(jù)處理，對精煉過程中所采集的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，以供控制、顯示和打 印用，主要處理包括差壓、流量的開方、溫度壓力補正等運算，消耗按班、日、月的累 計計算以及歷

19、史數(shù)據(jù)的存儲趨勢記錄等一糸列的運算顯示。（6）在精煉過程中接受上位機的設定值進行 SPC（設定值控制），包括數(shù)學模型設定 以及人工智能如模糊控制，神經(jīng)元網(wǎng)絡等指令并進行控制。（7）畫面顯示，包括CRT上顯示工藝流程畫面操作畫面、工藝參數(shù)趨勢曲線、歷史 數(shù)據(jù)、圖形畫面等。（8）數(shù)據(jù)記錄，包括班報、日報、月報記錄以及專門的報表如合金投入量、喂絲重 量等。（9）數(shù)據(jù)通迅、包括PLC之間，PLC和DCS之間，上下位機之間通迅。雖然爐外精煉 有許多不同的工藝流程，但上述功能都是一樣的。目前國內外RH真空處理都向插入管長壽命化、處理功能多樣化、處理連續(xù)化、生 產(chǎn)過程控制全自動化方向發(fā)展。主要目標就是要降低

20、生產(chǎn)成本，穩(wěn)定和優(yōu)化冶金生產(chǎn)工 藝操作，提高產(chǎn)品產(chǎn)量的質量。由于自動化及計算機應用不僅節(jié)省人力，更重要的是能 把工藝參數(shù)嚴格控制在規(guī)定值范圍之內， 監(jiān)控生產(chǎn)過程，優(yōu)化工藝過程，縮短處理時間， 達到高產(chǎn)、優(yōu)質、節(jié)能降耗以及降低成本。而且能生產(chǎn)過去不能生產(chǎn)的產(chǎn)品，故自動化及計算機應用不僅是工業(yè)現(xiàn)代化的標志，而且是生產(chǎn)必需和關鍵的環(huán)節(jié)，因此世界各國 都努力發(fā)展工業(yè)自動化。到目前為止，工業(yè)自動化發(fā)展到了多級計算機自動化系統(tǒng)。1.2 RH真空處理裝置的特點（1）真空室采用雙室平移交替式，鋼包采用鋼包車運送和液壓頂升方式。（2）設有貯料能力大，數(shù)量足夠的高位料倉，以滿足多鋼種的要求和今后的發(fā)展。 鐵合金稱

21、量和加料系統(tǒng)設有精調與細調，以確保合金化的精度和速度。（3）采用大抽氣能力的確蒸汽噴射真空泵，裝備有真空自動控制系統(tǒng)和高壓水清洗 裝置。（4）采用地下皮帶運輸機和垂直皮帶運輸機相結合的方式把鐵合金由地面運送到高 位貯料倉，占地面積少。（5）預留RH頂吹氧槍位置，在未裝氧槍前，裝備真空室煤氣加熱系統(tǒng)和石墨棒直流 電加熱系統(tǒng)，以提高內襯溫度并防止內襯結瘤。（6）裝備包括全自動噴補機，真空室部件更換和平共處五項原則維修設備，以縮短 輔助作業(yè)時間。（7）設有鐵合金上料及稱量時的收塵裝置。1.3真空處理設備的工作原理真空處理主設備主要由真空室、真空室加熱設備、升降設備和旋轉設備、合金加料 設備、真空泵系

22、統(tǒng)和電氣設備以及測量控制儀表等組成。實現(xiàn)頂槍進入和退出真空室動 作通常有兩種移動方法：在真空處理時，真空室需轉到處理位置上方，然后降下頂槍， 插入鋼水中，這種方法稱為上動法；另一種方法是真空室不動，而通過旋轉升降頂槍來 完成全部動作，這種方法稱為下動法。由于上動法需要真空室完成旋轉運動，考慮其重 量較大，對機構的剛度要求較高，加工制造也相對困難許多，因此上動法不為常用。相 比之下，下動法頂槍質量較輕由頂槍完成升降和旋轉運動更容易實現(xiàn)，也方便機構的設 計和維修。1.4頂槍控制的方法頂槍升降及槍位控制中根據(jù)加熱過程的工藝要求，需要對頂槍位置進行調整和控制。頂槍采用電機驅動，頂槍的升降行程控制采用絕

23、對編碼器，頂槍在最高位和最低位 的緊急限位采用限位式機械開關，當槍上升或下降達到最高限位或最低限位時，立即切 斷變頻器的輸出，頂槍停止運行并抱閘，防止出現(xiàn)事故。另外，還設有停槍位和換槍位 兩個限位開關每次加熱結束、真空處理期間或頂槍漏水時，頂槍提升到停槍位等待當要 更換真空室或更換頂蓋時，頂槍提出熱頂蓋外即換槍位。頂槍的操作方式有：事故方式、 現(xiàn)場手動方式、遠程手動方式和遠程自動方式。事故操作方式是指在事故停電狀態(tài)下將 氣動馬達耦合手柄打到氣動馬達位置，用N2提升頂槍。現(xiàn)場手動方式是指在現(xiàn)場操作臺 上選擇多邊鑰匙開關就地操作，通過操作臺上的按鈕控制頂槍升降，操作臺上用數(shù)字表 顯示頂槍槍位，只能

24、低速升降，該方式主要用于設備維護和檢修。遠程手動方式是操作 員直接在操作站上點擊“上升”“下降”按鈕，控制頂槍升降。遠程自動操作是指操作 員直接在HMI上設定槍位，經(jīng)過PLC比較后，自動控制槍的升降，該方式為正常生產(chǎn)操 作方式，并帶所有控制聯(lián)鎖。出于安全考慮，在HMI上只允許自動操作，沒有手動方式。 操作員在加熱表內設定好加熱時間、槍位和氣體流量，然后按下“啟動”按鈕，頂槍自 動下降到設定槍位位置后停止，氧氣、煤氣閥打開，調節(jié)閥根據(jù)認定流量調節(jié)氧氣和煤 氣流量。加熱時頂槍要下到真空室內，而真空室內的溫度很高（約1100-1300C）,因此頂槍采用水冷方式進行冷卻，以免被燒壞。1.5本課題研究的

25、主要內容設計頂槍升降旋轉機構，使頂槍完成提升和旋轉運動，主要內容包括電動機選擇與 計算、鏈傳動設計計算、齒輪蝸桿減速器設計計算、液壓缸和聯(lián)軸器的選擇等?？傮w方案設計方案1 ：采用升降走行機構電動機1通過減速器和鏈傳動帶動小車完成升降運動。電動機2驅動輪子在水平軌道上完成走行。（圖2.1）圖2.1升降走行機構方案簡圖方案2:采用升降旋轉機構電動機通過減速器和鏈傳動帶動小車完成升降運動由液壓缸帶動機架完成旋轉。（圖2.2）2.1從運動狀態(tài)角度分析方案1：電動機驅動機架走行速度相對較快，節(jié)省時間，但當機架走 行到軌道兩端停車時，與軌道有沖擊且沖擊載荷很大。方案2:液壓驅動，機架旋轉速度相對較慢，浪費

26、時間，但機架旋轉平穩(wěn)，幾乎沒 有沖擊載荷。2.2從加工角度分析方案1：走行距離很大，機構龐大，加工軌道困難。方案2:液壓缸是標準件，可外購。2.3從經(jīng)濟角度分析方案1：走行距離大，浪費空間，軌道尺寸很大，加工、運輸、安裝成本都較高 另外使用兩個電動機也增加了成本。方案2:液壓缸型號固定，購買、安裝都很方便。綜上所述：選用方案2。3.1計算電動機功率電動機的選擇與計算選擇電動機系列按工作要求及工作條件選 用三相異步電動機，封閉式結構，電壓計算電動機功率升降小車所需要的有效功率：Pw= F V鏈=(M+m) g V=(2200+1200)x9.8 02=6.664(KW)380V, 丫系列。(3.

27、1)裝置總效率：n總=n聯(lián)2n嚙n蝸n承7n鏈n摩聯(lián)軸器效率：n聯(lián)=0.99 (彈性)滾動軸承效率:n承=0.98 (滾子軸承)齒輪嚙合效率:n齒=0.98 (7級精度)蝸桿傳動效率:n蝸=0.72 (單頭)鏈傳動效率：n鏈=0.93 (開式雙排鏈)對導軌的摩擦效率：n摩=0.97則總傳動效率:耳總=n聯(lián)2 n嚙n蝸n承7 n鏈n摩(3.2)27=0.9920.98 X.72 X.987 0.93 0.97= 0.536所需電動機功率：器豈心吹 總、(3.3)3.2選擇電動機型號Y162M2-2型，額定功查機械設計課程設計表4.12-1，可選丫系列三相異步電動機 率 P0=15KW，轉速 n0

28、=2930 r/min。傳動比的分配及各軸動力參數(shù)計算4.1傳動比的分配圖4.1選用傳動方案傳動方案如圖4.1；由于鏈傳動比為i煉=1，初定蝸輪蝸桿的傳動比為i蝸二61，因此293齒4.803614.2從電動機開始計算各軸運動及動力參數(shù)解：0軸：（電機軸）p0 =12.295kw“ 2930 r minp12 295疋103T 9.550 = 905540.074N mn029301軸：（減速器高速軸）5 = 5 聯(lián)=12.295 0.99 = 12.172kwn0 =匹=空 =2930/.0 i011minT1 =9.55 P =9.55 12.172 10 =39.673N mn29302

29、軸：（蝸桿軸）p2 = Ri 嚙承=12.172 0.97 0.98 = 11.570kwn2n1i 0229304.803= 610.035rmin3軸：（蝸輪軸）T2 二 9.55 A=9.5511.570 103610.035= 181.138N mp3 = P2 承蝸=11.570 0.98 0.72 = 8.164kwnan2i03610.03561minT3 =9.55 R =9.55 8.164 10 = 7796.421N m303104軸：（鏈輪軸）P4 二 P3 承 聯(lián)=8.164 0.98 0.99 = 7.921kwn4-10i 041rminT4= 9.55 叢= 9

30、.557.921 10310= 7564.281N m表4.1各軸運動及動力參數(shù)軸序號功率P/kw轉速n/簡轉矩T/N m傳動類型傳動j 效率012.295293040.074聯(lián)軸器1.00.99112.172293039.673211.570610.035181.138斜齒輪傳動4.8030.950638.164107796.421蝸桿傳動610.705647.921107564.281聯(lián)軸器1.00.97025.傳動系統(tǒng)設計5.1鏈傳動的設計計算傳動初定鏈速為V鏈=0.2m/s，輸出軸轉速為10r/min，采用雙排滾子鏈，垂直布置, 比取1。選擇鏈輪齒數(shù)查機械設計手冊3表22.2-2選取鏈

31、輪齒數(shù)z1=17, z2=i z1 =17計算功率Pea查機械設計表9-6得工作情況系數(shù)KA=1.327P鏈=Pr n聯(lián)n嚙n蝸n承n鏈n摩27=12.295 &99 0.98 072 98 0.93 097 =6.664(KW)(5.1)Pea=K A P 鏈=1.3 .664=8.663(KW)確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp初定中心距a0=110P,則鏈節(jié)數(shù)為：LpP /Z2 - 乙、2(亍)(5.2) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark92 o Current Document _r2110P1717 訃=節(jié)P2=231.33(節(jié))圓整取Lp=232 (節(jié))確定鏈條

32、的節(jié)距P查機械設計手冊3圖22.2-2可知，鏈工作在功率曲線頂點左側，這時可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。查機械設計表 9-10得：鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz= (Z1/19) j8=(17/19)j8=0.89鏈長系數(shù)Kl= (Lp/1OO)0.26=(232/1OO)0.26=1.24采用雙排鏈，查機械設計表 9-11得 雙排鏈系數(shù)KP=1.7,得所需傳遞的功率為：Po=Pca=8663=6.62(KW)KzKLKp 0.89 1.24 1.7初定鏈輪轉速 n鏈=10 r/min查機械設計手冊3圖22.2-2選鏈號為48A雙排鏈。查機械設計手冊3表22.2-1得鏈節(jié)距P= 76.20 (mm)確定鏈長及中心距

33、aL = Lp P = 232 7&2 =17.68 (m) 10001000Z22)(Lp,)2/2%)2Y22:(5.4)(5.5)I3217 17一丁)(232 -1721Z)8(177)2=8191.5 (mm)=8.19 (m)中心距減少量：a(0.0020.004)a =(0.0020.004) 8.X9=0.01640.0328 (m)(5.6)實際中心距： a =aA aL小車(3 3) =8.19-(0.01640.0328)+ 1 19 2=9.15649.1728 (m)取 a=.16(m)驗算鏈速(5.7)(5.8)(5.9)v =厲 Z1 P60 1000式中：Z1、

34、Z2 分別為主動、從動鏈輪的齒數(shù)n1、n2分別為主動、從動鏈輪的轉速，單位（r/min）P鏈的節(jié)距，單位（mm）V =厲 Z P =。漢1776.2 =02 m/s 60 1000 60 1000與原假設相符計算鏈輪上的壓軸力FP=K FP Fe式中：Fe傳遞的有效圓周力，單位NKfp壓軸力系數(shù)，對于水平傳動 Kfp=1.15;對于垂直傳動Kfp=1.05有效圓周力：Fe=1000& =1000V6.664 =33320(N)0.2(5.10)鏈垂直布置：Kfp=1.05Fp=Kfp Fe= 1.05 33320=34986 (N)(5.11)確定鏈輪轂孔dk查機械設計表9-4得 鏈輪轂孔許用

35、最大直徑dmax=239 （mm）大于蝸輪軸，因此可用鏈的潤滑方式查機械設計手冊3圖22.2-3選用油刷或油壺人工定期潤滑5.2減速器設計計算5.2.1選擇減速器根據(jù)減速器的工作情況初選圓柱蝸桿減速器，考慮蝸桿轉速不超過1500r/min，而選擇電動機轉速為2930r/min。因此考慮在蝸輪蝸桿減速級前，再加一級斜齒圓柱齒輪減速。目的為了降低輸出軸轉速，以免蝸桿溫度過高導致嚴重磨損失效。5.2.2斜齒圓柱齒輪傳動設計選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)按圖1的傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪頂槍升降機構為一般工作機構，速度不高。故選用 7級精度(GB10095-88)。材料選擇由機械設計表10-1選擇

36、小齒輪材料為40Cr (調質)，硬度為280HBS； 大齒輪材料為45鋼(調質)硬度為240HBS二者材料硬度差為40HBS選小齒輪齒數(shù)z1=24,大齒輪齒數(shù)z2=i/ 砰4.803區(qū)4=115.272取z2=115按齒面接觸強度設計 2KtT1 i 1 (ZhZe)2(5.12)V 咖ai H 式中：Kt -載荷系數(shù)；T1 -小齒輪的轉矩；巾d -齒寬系數(shù)；i齒輪的傳動比；Zh -區(qū)域系數(shù)；Ze -材料的彈性影響系數(shù)；-H 1接觸疲力壽叩系數(shù)；試選Kt=1.6由機械設計圖10-30選區(qū)域系數(shù)Zh=2.433取B =14，由機械設計圖10-26查得a10.78,20.90則 滬j 1 j21.

37、68計算小齒輪傳遞的轉矩T1=95.5 X06 Pl=95.5 X06X12.295/2930=4.0 104 (N mm)n1由機械設計表10-7選系數(shù)缶=1由機械設計表10-6選取材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8(MPa1/2)查機械設計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限|im1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強度極限 創(chuàng)阮=550 MPa計算應力循環(huán)次數(shù)9N1=6On 1jLh=602930Xl (8 30X12X8)=4.107 109N2=(4.05 09)/4.88=0.855 10查機械設計由圖10-9取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90KHN2=0.95計算

38、接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1，由公式1=(Khn1 7珞1”3=(0.90 600)/1=540(MPa)ch2= (Khn1 Hfim2)/S=(0.95 560)/1=522.5( MPa)切=(創(chuàng)計2)/2=531.25 (MPa)相關參數(shù)計算試算小齒輪分度圓直徑d1t由計算公式得d 3 ：2漢 1.6漢 4.004 乂 5.8032.433X89.8)7( 513牡 一 1 1.684.803 (531.25=41.150 (mm)計算圓周速度(m/s)(5.14)兀 dit ni3.14 漢 41.150 漢 2930 6 31 6.3160 1000 60 10

39、00計算齒寬b及模數(shù)mntbpd d1t=1 41.150=41.150 (mm)mnt=(d1t cos 3|=(41.150 COs14 )/24=1.66 (mm)h=2.25mnt=3.74 (mm)b/h=41.150/3.74=11.00計算縱向重合度g0. 318 z1 tan=(f318 24Xan14=1.903計算載荷系數(shù)K已知使用系數(shù)Ka=1，查機械設計圖10-8得動載系數(shù)Kv=1.16查表10-4得KHb齒向載荷分布系數(shù)的計算公式(5.15)223Khb=1.12+0.18(1+0.6 d 妙申 +0.23 為0 b =1.12+0.18(1+0.6 1/12+0.23

40、 10-344.2 =1.42由圖10-13查得心薩1.35由表10-3查得Kh產(chǎn)KFa=1.2因此計算載荷系數(shù)K=KAKv KHa KH3=1X1.16 X.2 *42=1.97按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑(5.16)4 二 d1t 3 : = 41.150 3=44.1 3 5(mm)計算模數(shù)mn(5.17)叫=(d1 coSZ1=(44.135 Xs1424=1.78 (mm)由于該齒輪用于傳動，因此模數(shù)應大于等于2.5(mm)，取 叫=4( mm)幾何尺寸計算計算中心距a1_ (Z1 Z2) mn2 cosP(24 115) 4 二 286.51(mm)(5.18)2 cos

41、14將中心距圓整為290 ( mm)按圓整后的中心距修正螺旋角=arccos(zr Z2) mn2a二 arccos(24 115) 4 = 16.54 二 16 324 2漢290(5.19)計算大、小齒輪分度圓直徑d1Zt mncos :2 44cos16.54= 100(mm)(5.20)d2二 Z2 mnCOS :115 4COS16.54= 480(mm)計算齒輪寬度(5.21)齒根彎曲疲勞應力;bpd 4=1 X100 =100 (mm)圓整取 B1=110(mm) ； B2=105(mm)表5.1齒輪幾何尺寸參數(shù)單位(mr)小齒大齒模中小齒大齒輪分輪分心度圓度圓輪寬輪寬直徑直徑數(shù)

42、距度度d1d2mna1B1B21004804290110105按齒根彎曲疲勞強度校核:(5.22)式中:Ft齒輪所受到的切向力；YFa斜齒輪的齒形系數(shù)；YSa斜齒輪的應力校正系數(shù);十螺旋角影響系數(shù);b計算齒寬；mn 當量模數(shù)；.斜齒輪端面的傳動重合度;9 F 齒根彎曲疲勞許用應力;確定斜齒輪齒形系數(shù)和斜齒輪應力校正系數(shù)計算當量齒數(shù)j3 = 24cos316.54 =27.24(5.23)16.54 =130-54查機械設計表10-5知：YFai=2.592 Ysai=1.596YFa2=2.16Ysa2=1.81確定螺旋角影響系數(shù)，由邛“.903查機械設計圖10-28得：丫0.88K=1.87

43、9Ft1=793.46 (N)Ft2=754.74 (N)B=110 (mm)B=105 (mm)mn=4 (mm)a=1.68查機械設計圖10-20C得小齒輪的彎曲疲勞強度極限9=500 (MPa);大齒輪的彎曲疲勞強度極限耗2=380 (MPa)查機械設計圖10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.84、KFn2=0.88計算彎曲疲勞許用應力,取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4(5.24)年訂鞏心F0)/S=(0.84 500)/1.4=300 (MPa)CF2=(KFN1 -feh)/S=(0.88 380)/1.4=238.8 (MPa)計算:1.879 793.46 2.592 1.59

44、6 0.88 =7.34 (MPa) v “ I - 300MPa(5.25) 110 4 1.68105 4 1.681.974 754.74 2.16 1.81 0.88 =7.26 (MPa) v“】=238.8MPa因此，該齒輪滿足要求。5.2.3普通圓柱蝸桿傳動設計選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)選擇材料蝸桿用45號鋼，因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度 為4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬, 僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100制造。按齒面接觸疲勞強度進行

45、設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度傳動中心距:(5.26)式中:K 載荷系數(shù);T2作用在蝸輪上的轉矩;ZE彈性影響系數(shù);Zp接觸系數(shù)；c h接觸疲勞壽命系數(shù);確定作用在蝸輪上的轉矩川軸(即減速器輸出軸)T3=(9.55 10 P3)/n3=(9.55 10 8.164)/(2930/293)=7.8 10 1 (N mm)確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K薩1 ；查機械設計表11-5選取KA=1.15,由于轉速不高，沖擊不大。取 Kv=1.05貝U K=KAK3Kv=1.15 1X1.05=1.21確定彈性影響系數(shù)ZE因選用

46、鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故Ze=160( MPa2)確定接觸系數(shù)Zp先假設蝸桿分度圓直徑d3和傳動中心距a2的比值d3/a2=0.3查機械設計圖11-18中查得ZP=2.78確定許用接觸應力%45HRC,根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1。金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度可從表11-7中查得：蝸輪和基本許用應力% =268 ( MPa)應力循環(huán)次數(shù) N=60jn3Lh=60X1X10X8 X0X128)=1.3 07壽命系數(shù)Khn = 10 7 =0.971.3 107則% =Khn % =0.97 268=260 (MPa)計算中心距(5.27)a2 - 3 1.21 7.8 106

47、 (160 2.78)2 =302.24 (mm) 、 260查機械設計手冊3表23.5-4普通圓柱蝸桿傳動的參數(shù)匹配取中心距 a2=315(mm) m=8 (mm)，蝸桿分度圓直徑 d3=140 (mm) d3/a2=140/315=0.44 查機械設計圖 11-18 得 ZP=2.38因為ZP Z因此，以上計算結果可用。蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿軸向齒距 Pa=n-=3.14 3=25.133 (mm)直徑系數(shù) q=d/m=140/8=17.5 (mm)齒頂圓直徑 da3=d3+2ha* m=156 (mm)齒根圓直徑 df3=d3-2(ha*m+C)=120.8 (mm)查機械設

48、計表11-2得蝸桿分度圓導程角r=5 42 38”蝸桿軸向齒厚 Sa=n 21=12.56 (mm)蝸輪查機械設計手冊3表23.5-4得z4=61 ;變位系數(shù)X4=+0.125驗算傳動比i2=z /z3=61/1=61這時傳動比誤差為(61.148-61) /610.024=0.24%6仁488 (mm)表5.2蝸桿幾何尺寸參數(shù)單位(mr)i蝸桿蝸輪蝸桿蝸桿中蝸桿模分度分度直徑軸向心軸向圓直圓直系數(shù)齒距距齒厚數(shù)徑徑d3d4qpaa2Samn14048817.525.13331512.568按齒根彎曲疲勞強度校核:幾二今乎滄丫亠厲丨(5.28)d3d4式中：(T F齒根彎曲疲勞應力；Ypa2齒形

49、系數(shù)；y3螺旋角系數(shù)；T f齒根彎曲疲勞許用應力；當量齒數(shù)ZV4=Z4/COS3 y61/ cos3 5 4238”61.83查機械設計圖11-19得：齒形系數(shù)YFa2=2.25螺旋角系數(shù)丫薩1-(5 4238”/140 )=0.9592許用彎曲應力年=年fnK查機械設計表11-8得ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力年=56(MPa)壽命系數(shù)：Kfn107 8.3 108= 0.58(5.29)罕=56 0.58=32.48 (MPa)1(MPa)(5.30)53 1. 2 12511 0；F =2. 2 50. 9 5921 4 04 88CF 間齒根彎曲強度滿足要求。確定精度等

50、級公差考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇8級，側隙種類為f標注為8f GB/T10089-19885.3選擇聯(lián)軸器5.3.1輸入軸聯(lián)軸器選擇1、類型選擇為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。2、載荷計算p15公稱轉矩T =9.55 1039.55 103N m=48.89N mn2930由機械設計表14-1查得Ka =1.9，故由式Tea二KaT豈Tmax得計算轉矩為Tca=KA T1. 9 48. 8b m 二 9 2.h8 9m(5.31)3、型號選擇710N m，許用最大轉速為3000 r min，軸徑為4563m

51、m之間，故合用。從GB4323-85中查得TL8型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉矩為5.3.2輸出軸聯(lián)軸器選擇1、類型選擇為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器2、載荷計算公稱轉矩T =9.55 103 衛(wèi)=9.55 108164 N mm = 7796.421N mn10由機械設計表14-1查得KA =1.9，故由式匸二KA T 9.8=115.7(KN)(5.33)摩擦力：f=卩-=N.15 X15.7=17.4(KN)估計液壓缸的最大行程：S=1250 ( mm)估計液壓缸距機架軸承上的摩擦圓距離 L=70 (mm)滑動軸承直徑 D=120 (mm)(5.34)(5.35)計算摩擦力的轉矩：

52、Tf=Ff d/2= 17.4 倉0=1044 (N m)計算液壓缸所需的推力：F=T/L= 1044/0.07=14914 (N m)15 (KN)查機械設計手冊5表37.7-15估選冶金設備標準液壓缸表5.3液壓缸型號尺寸缸徑al活塞桿直徑取大仃程推力拉力工作壓力(mm)(mm)(mm)(KN )(KN )(MPa)8056136080. 4241 . 02166主要零件強度校核計算6.1輸出軸鍵的連接強度校核6.1.1蝸輪鍵的校核解:1.選擇鍵連接的類型和尺寸一般8級以上精度的齒輪有定心要求，應選用平鍵連接由于齒輪不在軸端，故選用 圓頭普通平鍵（A型）根據(jù)d=150mm從”機械設計手冊3

53、從表21 3-4中查得鍵盤的截面尺寸為：寬度b=40mn，高度h=22mm由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L =135 mm校核鍵連接的強度鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由機械設計表6-2查得許用擠壓應力| . /-100120MPa，取其平均值，卜p =110MPa。鍵的工作長度丨二L-b =135 -40 =95mm，鍵與輪轂的接觸高度 k = 0.5h = 0.5 22 =11m m；由式3可得:闍嚴a p2所以按軸承1的受力大小驗算由一機械設計 表13-4查得 =1.0 ,6；=103 ;根據(jù)軸承壽命公式S二理(空)求得軸承的壽命為：360n p160n10660 101.0 3450

54、0028493.68=6793348.97h Lh =30 12 8 8 h = 23040h故所選軸承滿足壽命要求6.2.2軸的強度校核1按扭轉條件校核:95500008.16431 0 土型00=8.9m0.2251 0(6.6)2按彎扭條件計算做出軸的計算簡圖做出彎矩圖(3)做出扭矩圖圖6.6軸的載荷分析圖表6.1軸上載荷參數(shù)載荷水平面H垂直面V支反力FFrH1 =15947.64N ; FrH 2 =16004.91NFrV1 =4672.93N ； FrV2 =6975.85N彎矩MMH =4457365.38N mm；MV1= 1937482.73N mm ； MV2 306086

55、.37N mm總彎矩M1 =疥4457365.3821937482.732=4860241.30 N mmM2 二 4457365.3821306086.372= 4644778.55N mm扭矩TT =7796421N mm3按彎扭合成應力校核的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 （即危險截面C）的強度.根據(jù)式汀+4叵匚訕2%W2WW卜-1及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力,取=0.6 ,軸的計算應力2 2 24860241.30 +(0.67-X.-0.92軸未經(jīng)表面強化處理，即 川=1，貝U按式k一也丄-1和k丄-1得綜合系數(shù)為%孔叫k.-一

56、=也 丄 一19 0- 1 3. 4 8（ 6.9）Pa 0. 5 60. 9 2丄 11.26 丄 1k1 =：；-1=1.74% 叫0.76 0.92又由機械設計-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù)I = 0.1 0.2 取= 0.1=0.050.1 取 =0.051于是，計算安全系數(shù)Sca值，按式和S=k,275SD kbQa+aVm3.4822.12+0.103.57S =匕二：.：m15517.7417.74 =9.761.740.05則得(6.10)3.57 9.76S2 s23.35，、S = 1.5、.3.572 9.762故可知其安全。(3)校核C截面(右側)截面上的彎曲應力:beM

57、1M10.1 d3486024130 MPa. 14.40MPa0.1 1503截面上的扭轉切應力:-TeM1Wt3 77964213 MPa =11.55MPa0.2 d 0.2 150軸的材料為45鋼，調質處理由機械設計表15-1查得二b =640MPa，275MPa4. =155MPa-0.067，截面上由于軸肩而形成理論應力集中系數(shù)一一和按附表3-2查取。因-vd 150D二150 =1.15，經(jīng)插值后可查得d 130:.-2.1-1. 3 1又由機械設計附圖3-1可得軸的敏性系數(shù)為q；- 0.82q 0. 8 5故有效應力集中系數(shù)由機械設計附表3-4得k廠1 q：”廠1 =1 0.8

58、22.1-1 =1.90k =1 q ： -1 =1 0.851.31-1 =1.26由機械設計附圖3-2的尺寸系數(shù)：=0.56 ；由機械設計附圖3-3的扭轉尺寸系數(shù)= 0.76軸按磨削加工，由機械設計附圖3-4得表面質量系數(shù)為7-A.-0.92軸未經(jīng)表面強化處理，即 川=1，則按式1得綜合系數(shù)為kb1k1 R11 =3.480.560.92k上丄“竺.丄十1.74 先人 0.760.92又由機械設計-1及3-2得碳鋼的特性系數(shù)=0.1 0.2=0.050.1取=0.05于是，計算安全系數(shù)Sca值，按式S匚二1和S1Tmka.：m則得275So - k二二al；m 一 3.48 14.40 0

59、.1 0 一 5.49155S =k： 74 11.55：05 11.55 胡4.99a m 1.740.05ScaS.S2 s.2_5._49_14. % 16 1.V5. 41 4. 9 9故可知其安全。因此，判定此軸滿足強度校核，是安全的7.頂槍冷卻水控制與安全策略7.1頂槍冷卻水控制加熱時頂槍要下到真空室內的溫度很高 (11001300C),因此頂槍采用水冷方式進 行冷卻，以免頂槍被燒壞。但是，若在處理期間發(fā)生漏水事故，后果不堪設想，所以頂 槍冷卻水進水管道和出水管道上分別安裝了1臺電磁流量計，測量頂槍冷卻水的進、出水流量，并在PLC中監(jiān)視二者的流量差，一旦流量超限，則立即關閉進水閥，

60、打開出 水閥，同時將槍提到安全位置。冷卻水流量差的算法如下。過濾器的算法公式為：1F 石.x ydt(7.1)式中：F為T時間周期內的累積誤差的平均值；X為某時刻的進水流量；丫為某時刻的出水流量。其數(shù)字化算法如下：Flow 仁Yk+1=F(Yk ,Xk)=A1 XYk+A2XXk(7.2)Flow2=Y k+1=F (Yk， Xk)=B1 XY+B2 XXkFlow3= Flow1- Flow2上式中， Flow1為2s內的流量差平均值；A 1=T1/(+ t);A2= t/(T1 + t 為采樣周期。 Flow2 為 20min 內的流量差平均值；B1=T2/ (T2+ t); B2= t/