畢業(yè)設(shè)計（論文）-去毛刺機設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目：去毛刺機設(shè)計系別：班級：姓名：指導教師：去毛刺機設(shè)計摘要在日新月異的現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中，各個國家的連鑄板坯技術(shù)也得到了極大程度的提高，但是得到的板坯的質(zhì)量可能會參差不齊，所以提高板坯的質(zhì)量已經(jīng)逐漸的成為了工業(yè)行業(yè)的注重點。在板坯中毛刺對其品質(zhì)的影響極其的嚴重，所以去除板坯中的毛刺也成為了連鑄工藝中必不可少的一步。鑄坯的合格率檢驗其中一項就是板坯的去毛刺率，所以提高板坯的去毛刺率刻不容緩。本文主要講述了現(xiàn)有的去毛刺機的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理等，并且從中挑選出了一種較好的類型加以設(shè)計。關(guān)鍵詞：合格率、去毛刺機、質(zhì)量、設(shè)計DesignofDeburringMachineAbstractIntherapiddevelopmentofmodernindustry,thecontinuouscastingslabtechnologyinvariouscountrieshasalsobeengreatlyimproved,butthequalityoftheobtainedslabmaybeuneven,soimprovingthequalityoftheslabhasgraduallybecomethefocusoftheindustrialindustry.Theeffectofburronthequalityofslabisveryserious,sotheremovalofburrinslabhasbecomeanindispensablestepinthecontinuouscastingprocess.Oneofthequalifiedratetestofslabisthedeburringrateofslab,soitisurgenttoimprovethedeburringrateofslab.Thispapermainlydescribesthetype,structure,workingprincipleoftheexistingdeburringmachine,andselectedabettertypetodesign.Keywords:acceptancerate,deburringmachine,quality,design目錄TOC\o"1-2"\h\u1447引言 引言經(jīng)查閱相關(guān)資料得知，我國在2015年的鋼鐵產(chǎn)量為8.03億噸，其中通過連鑄機生產(chǎn)出來的鋼材大約在7.5億噸以上，比例可以說是相當?shù)母甙?，因此得到的鑄坯品質(zhì)和質(zhì)量的好壞與連鑄機的性能有著密不可分的關(guān)系[1]。在目前的連鑄方法中，幾乎所有的連鑄機在連鑄成型后都需將得到的連續(xù)鑄坯進行切割裁剪，制成所需的尺寸和形狀的方坯，這樣之后再對其進行運輸和加工就會方便許多省掉很多麻煩。現(xiàn)在一般都采用火焰切割機來對連鑄板坯進行切割，它的主要方法就是加熱使得鑄坯局部燃燒，在對其進行切割的過程中，會產(chǎn)生熔渣，熔渣會通過沖擊氧流對其產(chǎn)生的沖力排除來形成割縫，這樣就可以把鑄坯分割開來。然而切割時會產(chǎn)生熔渣，熔渣會很容易的就粘連在板坯切割斷面的下表面上，從而便形成了“毛刺”。在其中包含了很多氧化渣成分，很堅硬，很松散，外表坑坑洼洼粗糙不平，同時也可能包含了許多硬度特別高的顆粒。如果不及時將板坯上毛刺進行去除，那么在以后的使用過程中將會對輥道等設(shè)施產(chǎn)生極其嚴重的傷害，例如輥面的劃傷，使輥面產(chǎn)生裂紋等。同時氧化渣很可能會緊緊的與熱軋板坯沾在一起，從而使軋材的品質(zhì)下降[2]。所以軋制工藝前必須要添加一種專門去除這種毛刺的裝置，從而提高獲得的板坯的質(zhì)量，也可以減少人工去毛刺的時間，從而提高了工作效率，板坯生產(chǎn)的更快，進而獲得的收益也會變得越大。1概述1.1去毛刺機的研究現(xiàn)狀經(jīng)過查閱《鋼鐵統(tǒng)計年鑒》發(fā)現(xiàn)，2014年的世界粗鋼連鑄比平均水平達到了百分之九十六點一，2015年比2014年的連鑄水平提高了百分之零點一個百分點，達到了百分之九十六點二。從中便可以看出粗鋼的連鑄比所占的比例是極其高的，然而在當下的連鑄技術(shù)中，幾乎所有種類的連鑄機，都需要在鑄坯成型后用火焰切割機把鋼坯切成塊，然而在用火焰切割機切割鑄坯時鑄坯底部會粘連上一層鋼，這是因為溫度太高鋼水會熔化，等待冷卻之后便形成了大家所謂的毛刺[3]。毛刺擁有極高的硬度，每次與軋輥接觸時都會對其造成損傷，進而會使軋輥的使用壽命大幅度的降低，從而需要經(jīng)常更換軋輥，浪費了大量的錢財，增加了成本。同時毛刺中也含有大量的雜質(zhì)，如果不將其去除就會粘連在鋼坯上，與其一起進行軋制，從而產(chǎn)生缺陷，使鋼坯的質(zhì)量大幅下降，所以去除毛刺勢在必行，對去除毛刺的方法的研究也就變得尤為重要。目前我國對去毛刺的鉆研也有了很大的進展，在上個世紀八十年代，我國的王貴成教授在去毛刺的研究方面有了很大進展，他主要研究了毛刺是怎么產(chǎn)生的，并且要如何做才能夠減少毛刺的產(chǎn)生，同時它又創(chuàng)建了切削毛刺的分類體系和毛刺的數(shù)學力模型。一九九六年，羅蒙教授在研究怎么樣才能用最小的能量來去除毛刺時，創(chuàng)建了負的剪切角理論計算公式與以幾何力學為基礎(chǔ)的二維正交切削模型。零一年，劉占強教授創(chuàng)建了基于等效切削力的力學模型，并且得出了當處于穩(wěn)定狀態(tài)時斜角切削力的預報公式。二零零三年，劉菊東通過做磨削淬硬實驗，對兩側(cè)方向上的毛刺做了大量的實驗，從而得出了許多的磨削條件和毛刺情況之間的關(guān)系從而也確定了部分零件兩側(cè)的毛刺的抑制方法，對抑制毛刺產(chǎn)生，降低企業(yè)成本都有著巨大的幫助。在他們之后同樣也有很多學者前輩對毛刺進行了大量的研究，這里便不一一列舉了。正是有了他們的研究，才會使我國在去毛刺這一項上有著巨大的進步，使企業(yè)也可以更加的節(jié)約錢財降低成本。正所謂“前人種樹，后人乘涼”，他們的研究也為后面的學者對毛刺的研究和分析提供了重要的理論基礎(chǔ)。1.2理想的毛刺尺寸在各種外界條件以及鋼的結(jié)構(gòu)和種類不同的情況下，往往形成的毛刺的尺寸和形狀都會有所不同。但是，在大多數(shù)情況下，只會出現(xiàn)三種毛刺，如表1-1所示。其中假設(shè)毛刺的長為W，高為H，與鑄坯連接部分的寬度為B[5]。表1-1三種常見尺寸的毛刺BHW單位1<1<3<15mm20.5-1.53-1215-25mm3>1.5>12>25mm形成上表中毛刺的條件為：周圍溫度條件下，板坯厚度小于200mm；750—1000℃時，板坯厚度要大于200mm。1.3去毛刺機種類去毛刺的方式一般有五種：利用物理摩擦的原理，把帶毛刺的零件放入旋轉(zhuǎn)容器，讓其與磨料充分混合，通過離心力讓零件與磨料進行摩擦來去除毛刺；使用機器打掉毛刺，錘刀式去毛刺機也使用的此方式；通過一些具有腐蝕性的溶劑將它腐蝕掉，把零件放進已經(jīng)配好的特殊溶液中，通過化學反應(yīng)把上面的毛刺去除掉；利用電化學的方法，把帶有毛刺的零件放入特定的裝備中，將毛刺電解掉而零件卻不會受到損傷；利用爆炸帶來的熱量去除毛刺，把零件放進密閉的空間，在其中裝滿氧氣和易燃氣體并將其點燃，密閉的空間內(nèi)氣體立即膨脹且產(chǎn)生巨多的熱量，這些熱量會迅速把毛刺融化，然而零件卻不會受到任何的影響。當下最常見的去毛刺機有鑄坯移動式去毛刺機，刮刀移動式去毛刺機及離心錘刀式去毛刺機[6]。圖1-1刮刀移動式圖1-2鑄坯移動式圖1-3離心錘刀式1.4去毛刺方式的比較無論是刮刀式還是離心錘刀式都可以去除毛刺，但是有的方式缺點比較多。刀具移動的刮刀式去毛刺機一般只適用于板坯搬出比較緊張的場地，組裝也比較復雜，成本同樣也很高。板坯移動的刮刀式去毛刺機通過板坯的移動來去除毛刺，不需要刀具來回移動，因此結(jié)構(gòu)變得簡單許多，在一些比較大的地方應(yīng)用的比較多，但這種去毛刺機在受力時很容易產(chǎn)生變形，不能夠恢復原狀，同步差并且還有一系列的其它問題。并且以上兩種去毛刺機都需要用到專門的刀具，刀具與鋸條形狀類似，生產(chǎn)價格比較昂貴，一旦刀具出現(xiàn)任何意外被損壞，那么整個刀具都需要進行更換，互換性不夠好，這也就造成了成本很高。板坯移動的刮刀式去毛刺機更加的將這個問題變得嚴重，板坯本身的重量就很大，所以與刀具間的摩擦力很大，而且板坯要來回的移動，大大的加劇了對刀具損壞程度?；谝陨瞎蔚妒饺ッ虣C存在的種種問題，本次設(shè)計采取的是錘刀式去毛刺機，離心錘刀式去毛刺機把以上兩種問題可以很好地解決掉。離心錘刀式去毛刺機因為其構(gòu)造比較簡單，所以整體的設(shè)計也就會變得相對容易一些，并且其優(yōu)點也很多，工作周期短，打擊速度很快所以工作效率也就很高，并且適用的場合廣泛，造價成本也相對較低，錘刀的互換性較好，即便有一把錘刀損壞，還有其它的刀具同樣也能完成工作任務(wù)，當一把錘刀損壞只需要更換損壞的錘刀就可以了，不需要更換所有，這樣就會變得很便捷，并且錘刀的制作也相對簡單，造價比較便宜。1.5離心錘刀式去毛刺機現(xiàn)狀目前在我國的許多工廠里面都在使用離心錘刀式去毛刺機，類似于鞍鋼、唐鋼、首鋼等各大鋼廠都在應(yīng)用，由此可見這種去毛刺方法是正確的，缺陷比較少的。但是，經(jīng)過了許多的實踐也發(fā)現(xiàn)了離心錘刀式去毛刺機同樣也有著很多的缺陷：毛刺去除的不夠徹底；刀具容易被損壞，需要頻繁的更換；去毛刺機的控制裝置不完善，精確度不夠；安裝錘刀的長銷軸容易被損壞；由于錘刀很多時候都處于高溫當中，很容易損壞；軸架與半軸架容易斷裂；沒有可以對其進行輔助的設(shè)施；所以各個國家都對這些問題從不同的角度進行了深入的研究，同時多次對離心錘刀式去毛刺機進行完善從而減少它的缺點。例如使用西門子PLC控制系統(tǒng)，進行使得控制更加精確，增加了毛刺的回收裝置，將毛刺回收利用來降低成本，也對毛刺機液壓控制系統(tǒng)做了一些改動，對一些裝置進行了相應(yīng)的有限元分析，讓其達到合格的水平，使錘刀在不工作時遠離鑄坯，因為鑄坯的溫度太高，損害太大。同樣也利用了ANSYS對錘刀進行分析，總結(jié)了許多東西，對錘刀的材料、角度、形狀及各部分構(gòu)件進行了優(yōu)化和改良。

2去毛刺機總體方案的設(shè)計2.1板坯規(guī)格本次設(shè)計的是連鑄板坯的離心錘刀式去毛刺機，鑄坯的材料主要采用的是低碳合金鋼，設(shè)計板坯尺寸的規(guī)格如下所示：表2-1板坯規(guī)格板坯尺寸或溫度長度max4100mm寬度1600mm—2400mm厚度250mm—400mm板坯溫度600℃—900℃2.2離心錘刀式去毛刺機的組成離心錘刀式去毛刺機主要有三個系統(tǒng)，分別是液壓系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機械系統(tǒng)主要是由長銷軸、刀片、刀輥、底座、滑動導軌、支撐軸承以及萬向聯(lián)軸器等部件組合而成。刀輥選用的材料是合金鋼，在它的上面連接著半軸架，在半軸架上裝有長銷軸，然后再在長銷軸上裝上刀片。在刀輥的半軸架上將刀片牢牢的固定住。刀輥在滑動導軌上的移動過程是通過液壓系統(tǒng)來控制完成的，同時兩個升降用的液壓缸的行程速度要確保是一致的，刀輥支承在軸承和軸承座上，可以通過使用可調(diào)式限位器來限制刀輥的位置，從而來保證錘刀刀片在離心力的作用下甩出的高度與鑄坯的高度相同。除了上述所述，還需要增加光柵來測試并控制刀輥的位置，其結(jié)構(gòu)如下圖2—1所示。圖2—1組成部分2.3離心錘刀式去毛刺機工作原理因為零件中的毛刺普遍都是特別的堅硬，這就導致了其脆性隨之增加，脆性也就很高，所以離心錘刀式去毛刺機利用了這一原理，通過電動機帶動刀輥高速旋轉(zhuǎn)，將錘刀安裝在刀輥上面，利用其產(chǎn)生的離心力，將刀片甩出，利用錘刀上的離心力打擊板坯上的毛刺，從而將毛刺去除掉。運行時，電機帶動著聯(lián)軸器運動，再由聯(lián)軸器帶動著去毛刺機的輥軸使其快速的旋轉(zhuǎn)，通過離心力帶動刀片使其快速旋轉(zhuǎn)并且能夠做到和軸線相垂直，緊接著，板坯輸送過來，遮擋住光柵，旋轉(zhuǎn)著的錘刀緩緩上升，一直上升到與板坯相切的位置，現(xiàn)在板坯切口處的毛刺就通過高速旋轉(zhuǎn)的錘刀刀片去除掉了。3去毛刺輥機構(gòu)的設(shè)計3.1軸的設(shè)計一個機械的組成當然不能夠缺少軸了，各種傳動零件都可以安裝在軸上，然后這些零件可以繞著軸線來傳動，零件中各種所需要求的內(nèi)容都可以通過軸來求得，軸上當然也要安裝軸承了，軸承也可以起到聯(lián)接的功能。軸和軸上的所有零部件相輔相成，互相影響，在軸尺寸及各種性能進行研究時，軸不是唯一的關(guān)注點，需要把這個整體都要考慮周全。眾所周知離心錘刀式去毛刺機的設(shè)計中最主要的部分就是刀輥部分的設(shè)計，而刀輥部分中最主要的設(shè)計就是軸的設(shè)計。設(shè)計過程如下：軸材料的選取有很多種材料都符合軸的使用要求，但是在選擇的時候，要從多方面來考慮，例如使用時的溫度、空氣濕度等等，同時與軸的剛度、強度以及其它的機械性能均有關(guān)，采用熱處理的方式，并且要根據(jù)制造流程，當然選取的時候也不能忽略了它的價格。經(jīng)查閱相關(guān)材料所了解到軸的材料基本都是經(jīng)過處理過后的鋼材。軸常選擇高質(zhì)量的碳素結(jié)構(gòu)鋼作為原料，在這些原料當中45鋼是大家普遍會用到的。選擇45鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，許用彎曲應(yīng)力是60MPa。求力經(jīng)查閱文獻得知，對于普通的鋼和低碳合金鋼，當處于600到900攝氏度之間時，去毛刺的阻力為21KN[7]。當錘刀與板坯接觸時，所受到的力與其呈90度，把它進行受力分析，如圖3—1所示，F(xiàn)1是對鑄坯擠壓的力，所以會產(chǎn)生摩擦力f，F(xiàn)2是水平推力，F(xiàn)3則是去除摩擦力后實際推力，所以求去除毛刺時所需要的力主要看F3。圖3—1受力分析圖其中F、F1、F2、F3的關(guān)系是：（3—1）（3—2）（3—3） （3—4） （3—5）初步確定軸端直徑當軸的材料材料為45號鋼時，經(jīng)查閱機械設(shè)計手冊，最終選取A=126[8]。則軸的輸入端直徑為：（3—6）表3-1式中符號含義及單位符號含義單位A系數(shù)P軸所傳遞的功率KWn軸的工作轉(zhuǎn)速r/min因為需要在軸端開鍵槽，經(jīng)查閱手冊，軸徑需增大5%-7%，同時為了保證安全，取d=80mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3—2軸的組成首先確定第I段的直徑是八十毫米，Ⅱ段的直徑是一百毫米，Ⅲ～Ⅳ段和Ⅳ～Ⅴ均是用于連接位置，直徑分別是為一百四十毫米和一百八十毫米，需要把軸架裝到Ⅴ～Ⅵ段上，需要比刀輥低，所以取直徑為二百二十毫米，中間刀輥部分為二百四十毫米。因為其最大的加工寬度是二千四百毫米，板坯需和兩側(cè)的支撐架有一定的距離，取刀輥段長度為兩千五百毫米。Ⅴ～Ⅵ段取長度六十毫米，在上面裝上擋板，Ⅳ～Ⅴ和Ⅲ～Ⅳ段都是用于連接位置，長度分別為八十毫米和六十毫米，可以限制軸向移動，Ⅱ～Ⅲ取長度為一百毫米，在上面裝上軸承，LⅠ~Ⅱ取長度為一百三十二毫米，在上面裝上半聯(lián)軸器。由于此軸關(guān)于中間對稱，因此在這里只對左邊進行了敘述，右側(cè)尺寸等于左側(cè)尺寸。（5）計算軸的負載因為軸是左右對稱的，可以把上面所受的力集中到中心點C。圖3-3軸的受力分析圖3-4水平面彎矩圖圖3-5垂直面彎矩圖圖3-6扭矩圖從上圖之中很容易可以看出C面最容易斷裂。所以只需計算出截面C處水平彎矩和垂直彎矩及總彎矩，下表可見：表3-2彎矩和扭矩表載荷水平面H垂直面V支反力FFB=FD=8789NFB=FD=5981N彎矩MMH=2.636×107N·mmMV=1.794×107N·mm總彎矩M=√MH2+MV2=3.18×107N·mm扭矩TT=1×106N·mm(6)軸的強度校核由于截面C最容易斷裂，因此只需檢查軸上C處受到的最大的彎曲力矩和扭矩即可?？梢园凑障旅婀叫：耍?（3-7）據(jù)以上內(nèi)容，可以通過下列公式來校核軸的強度。因其符合脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以取α為0.6，軸的計算應(yīng)力： （3-8）W：危險截面抗扭截面系數(shù)軸的原料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得其許用彎曲應(yīng)力是60兆帕。所以σca小于［σ-1］，符合要求。(7)軸的彎曲剛度校核由于軸可能會發(fā)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形，如果超過了其所允許的最大值，就會產(chǎn)生損害，不能夠正常工作。這次設(shè)計的軸長為3152mm跨度比較大，所以需要對其彎曲剛度進行審查。軸需計算出撓度或偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角來校核其彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。軸的剛度校核往往計算軸在受載時形變量，使其不超過限制。軸大多數(shù)都可以當做簡支梁計算。若是階梯軸且對計算精度要求不高，則可用當量直徑計算。即通過材料力學進行計算，把直徑近似于當量直徑。當量直徑dV（單位為mm）為: （3-9）表3-3式中符號含義及單位符號含義單位li階梯軸第i段的長度mmdi階梯軸第i段的直徑mmL階梯軸的計算長度mmZ階梯軸的軸段數(shù)當負載作用于兩軸承支承之間時，則階梯軸的計算長度為支承跨距l(xiāng)，則此軸當量直徑為： （3-10）所以偏轉(zhuǎn)角的計算結(jié)果如下： （3-11） （3-12） （3-13） （3-14）撓度的計算如下： （3-15）查閱資料得一般用途的軸的許用撓度為： （3-16）向心球軸承處的許用偏轉(zhuǎn)角為： （3-17）綜上可以看出所設(shè)計的軸符合條件。3.2鍵的設(shè)計鍵可以固定軸和軸上的各種零件，從而改變零件的運動狀態(tài)，軸與半軸器均需安裝鍵，所以都要有鍵槽，從而將半聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速和扭矩傳到工作軸。鍵的選擇與軸徑有很大的關(guān)系，由于安裝鍵處的軸直徑是八十毫米，選擇普通平型鍵，經(jīng)查閱機械設(shè)計手冊，選擇GB/T1095-2003，A型平鍵，其公稱尺寸為：b×h=22×14，較緊鍵連接，軸和轂均是P9，軸上的開孔深度是9.0mm，轂上的開孔深度是5.4mm，鍵長L=63.0mm。鍵或鍵槽工作面受到擠壓或磨損：（3—18）鍵的剪切：（3—19）表3-4式中符號含義及單位符號含義單位公式T轉(zhuǎn)矩N·mmD軸的直徑mmK鍵與輪轂的接觸高度mm平鍵k=h/2l鍵工作長度mmA型鍵l=L-bb鍵寬mmσpp、Ppp鍵連接的許用壓力和許用擠壓壓強MPaτp鍵連接的許用剪應(yīng)力MPa （3-20） （3-21）經(jīng)查表得知，鍵連接許用擠壓應(yīng)力在125—150MPa之間，鍵的許用剪應(yīng)力是120MPa，所以選擇的鍵符合要求。3.3選擇軸承計算載荷一般根據(jù)工作條件、機械類型、軸承工作轉(zhuǎn)速和可靠性要求選擇軸承，首先確定使用壽命，然后進行額定靜載荷及動載荷的計算。如果軸承轉(zhuǎn)速較高，可先計算額定動載荷，然后選擇軸承，校核額定靜載荷。若軸承可靠性不小于百分之九十，軸承材料為普通材料，在常規(guī)條件下工作，額定壽命取500小時，同時還需要考慮到一系列其他條件的影響和改變，則可按下式來進行計算。（3—22）根據(jù)軸的載荷特點及直徑情況，經(jīng)查閱機械設(shè)計手冊，預選為6420型深溝球軸承，查到它的許用載荷為223KN。對其進行當量動載荷計算，然后在進行驗算是否符合要求。在進行動載荷的計算時，要注意到軸承在大多數(shù)的使用過程中會受到徑向和軸向載荷，不能只看單一方面的載荷。所以必須把這兩個載荷相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為與額定動載荷條件統(tǒng)一的當量動載荷[9]。其計算公式如下： （3-23）表3-5式中符號含義及單位符號含義單位P當量動載荷NFr徑向載荷NFa軸向載荷NX徑向動載荷系數(shù)Y軸向動載荷系數(shù)計算查表得：X=1,Y=0，所以當量動載荷為： （3-24）經(jīng)查表得：壽命因數(shù)=1.815力矩因數(shù)=1.5沖擊載荷因數(shù)=1.2速度系數(shù)=0.322溫度因數(shù)=0.6帶入公式計算得：（3-25）因為181KN<223KN，所以此軸承符合條件。選擇潤滑方法綜上考慮到各種原因，脂潤滑為更適合此次軸承的潤滑方法。經(jīng)查閱相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)1號鈣鈉基脂比較適合作為此次潤滑劑，軸承內(nèi)不宜填充過滿，2/3即可。3.4軸架的設(shè)計由于刀輥長度是2500毫米，跨度大，錘刀數(shù)量也很多，共計630把。可以把它分成六份，每份105把，只有一根長銷軸不能夠完成任務(wù)，因此，需要軸架來進行輔助，每隔七把錘刀安裝一個半軸架，用來支撐長銷軸；最左端和最右端都要裝上一個軸架，用來支撐這個整體，再把螺母裝上，防止脫落。因為半軸架需要焊接在軸上，所以二者材料要盡可能的相同，軸架的料為45鋼，其尺寸詳情見零件圖。3.5長銷軸的設(shè)計上面已經(jīng)說過了錘刀有630把，全都裝在軸上裝不下，所以要用長銷軸把它們?nèi)歼B接起來，需要由半軸架和軸架支撐著它[10]。具體的尺寸詳情可查看零件圖。3.6選擇長銷軸螺母有了長銷軸當然也不能缺少長銷軸螺母了，因為錘刀是一個消耗品，受到溫度等影響經(jīng)常受損，所以需要經(jīng)常更換，此時就需要拆卸軸架和長銷軸了，這時就需要擰下長銷軸螺母，解除它們這個整體，然后錘刀就可以更換了。長銷軸螺母的直徑要與長銷軸直徑相同，故而其直徑是30毫米，選用的螺母為：GB/T56-1988M30，并配套選擇GB/T95-198530的平墊圈。詳情見裝配圖。3.7錘刀的設(shè)計離心錘刀式去毛刺機通過電機帶動減速器及軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生離心力，通過錘刀把毛刺打掉。所以錘刀的好壞對去除毛刺的影響十分重大。普遍用到的錘刀刀頭有兩種，分別為直線型和L型，直線型比L型的成本低，但是其去除毛刺的效果與L型的相比差距很大。為了達到更好的去毛刺效果，此次選擇的是L型。上圖3—1為去除毛刺時的刀片的受力示意圖。在刀片觸碰到鑄坯時，把鑄坯下表面所受的力分解為方向垂直向上的壓緊鑄坯的力和在鑄坯下表面去毛刺的平行推力,垂直向上的壓緊力與鑄坯作用產(chǎn)生的滑動摩擦力（摩擦系數(shù)取0.3），此時與毛刺作用的水平推力是。為了減小錘刀與鑄坯之間的摩擦，現(xiàn)在可以對刀刃角度分別為60度、65度、70度、75度的刀片進行分析。查閱相關(guān)文獻可得知：60度時錘刀比較容易被損壞，去毛刺效果很好；75度時去毛刺效果不好但壽命比較長。各種角度刀片的的分析結(jié)果如下表所示。表3-6刀具分析表刀具角度去毛刺效果錘刀在線周期75°80%120天70°100%120天65°100%120天60°100%60天根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，可以很明顯的看出來角度在65到70度的時候，去毛刺效果和使用壽命都是最佳的[11]。綜上所述，本次設(shè)計的刀具角度取70°，材料為6CrW2Si，錘刀尺寸詳情見零件圖。在設(shè)計錘刀過程中，還可以通過改變外部條件來使得更好的去除毛刺，例如可以加大錘刀的進給，也就是說在去毛刺時把錘刀可以多上移2毫米，不僅僅是貼著毛刺根部進行去除，這樣做雖然會削除掉一點點板坯，但是去毛刺的效果將會被大大的提高，雖然浪費了一點點原材料，但是在以后的應(yīng)用過程中會獲得更加豐盛的回報。畢竟要求得更大的效益，一點浪費在所難免，而且浪費的材料也可以通過回收利用到別的方面。圖3—7錘刀與板坯的空間關(guān)系3.8軸承支座和端蓋的設(shè)計由于刀部分在平時是處于水平面上的，在進行去毛刺時要升高100毫米，需要通過液壓缸推動軸承，再由軸承推動刀輥使其上升，液壓桿不能直接推動軸承，所以需要設(shè)計一個軸承支座，再由液壓桿推動軸承支座，最終使得刀輥上升。并且要在液壓桿和軸承支座生分別設(shè)上相應(yīng)的螺紋和螺紋孔，這樣就可以實現(xiàn)操作要求了。因為毛刺機所處的溫度很高，所以軸承不可以暴露在明面上，并且軸承的軸向移動也無法被限制，所以需要安裝軸承端蓋，來限制其軸向移動，也能夠起到防灰防塵的作用。軸承支座及四個端蓋的材料、尺寸及裝配關(guān)系見裝配圖和零件圖。4傳動裝置的設(shè)計4.1選擇電機經(jīng)查閱文獻得出，當溫度處于600℃～900攝氏度之間時，普通鋼和低碳合金鋼的去毛刺阻力為21KN，暫無脆性斷裂時阻抗功的數(shù)據(jù)，但從切屑力和它的應(yīng)用位移來推算，上述毛刺的斷裂能耗（轉(zhuǎn)矩）是1KN·m，且需要的轉(zhuǎn)速為700-900r/min才能去除干凈[12]。則可求得所需功率為： （4—1）而從電動機到刀輥需要多級傳動，查閱機械設(shè)計手冊，如表4—1所示：表4—1各傳動件效率名稱效率η凸緣聯(lián)軸器（法蘭聯(lián)軸器）η1=0.97減速器η2=0.97萬向聯(lián)軸器η3=0.97需要的電動機功率為： （4—2）所以選擇Y280M-4型的三相異步電動機，電機額定功率是132Kw，轉(zhuǎn)速是1483r/min，效率是93%，經(jīng)驗算符合要求。4.2選擇減速器減速器是在原動機與工作機之間的獨立閉式傳動裝置，用于減小電動機的輸出轉(zhuǎn)速和增大電動機的輸出扭矩轉(zhuǎn)矩來滿足各種工作機需要[13]。這次需要的減速比為1.7，傳動比相對來說不是很大，所以可以選擇單級圓柱齒輪減速器。減速器的承載能力被熱平衡許用功率和機械強度兩方面所限制。所以可以通過以下方法來選擇：選擇減速器的公稱輸入功率： （4—3）表4-2式中符號含義及單位符號含義單位P1c計算功率KWP2載荷功率KWPN減速器公稱輸入功率KWKA工況系數(shù)（即使用系數(shù)）KS啟動系數(shù)KR可靠度系數(shù)連鑄板坯去毛刺機是中等沖擊，取，按照一天工作24h來計算，需要把放大10%；選擇可靠度系數(shù)及啟動系數(shù)，查表得，則可求得計算功率P1c: （4—4）預選為ZDY125型圓柱齒輪減速器；校核熱平衡的許用功率： （4—5）表4-3式中符號含義及單位符號含義單位P2t計算熱功率KWPG1、PG2減速器熱功率，無冷卻裝置是PG1，有冷卻裝置是PG2系數(shù)查表得按上式計算，得到熱平衡許用功率P2t： （4—6）查表，對于ZDY125型，，只有采用盤狀管冷卻時，因此可以選定ZDY125-1.6-Ⅰ型減速器，采用油池潤滑，盤狀水管通水冷卻潤滑油[14]。4.3選擇一號半聯(lián)軸器聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩分別為1483r/min和1000N·m，經(jīng)查閱手冊，選擇YLD12型凸緣聯(lián)軸器。此聯(lián)軸器聯(lián)接著電機的輸出軸，所以要根據(jù)電機輸出來確定尺寸。電機輸出軸長是170毫米，直徑是80毫米，鍵長為22毫米，寬為16毫米。所以半聯(lián)軸器的長為172毫米，直徑為80毫米。所以選擇的半聯(lián)軸器型號為GB/T5843-1986YLD1280×172。4.4設(shè)計二號半聯(lián)軸器此半聯(lián)軸器需要根據(jù)減速器的輸入軸來設(shè)計尺寸，因為它聯(lián)接著減速器的輸入軸，兩者直徑應(yīng)相同。所以半聯(lián)軸直徑是48mm，長度是87mm，設(shè)計長度是89mm，軸上有鍵所以在聯(lián)軸器上也要設(shè)置一個與其尺寸相同的鍵槽，深度是6毫米。詳情見2號半聯(lián)軸器的零件圖。4.5設(shè)計三號半聯(lián)軸器三號半聯(lián)軸器聯(lián)接著減速器的輸出端，需要根據(jù)減速器的輸出軸來設(shè)計尺寸。減速器的輸出軸長度是105mm，直徑是55mm，所以3號半聯(lián)軸器的直徑是55mm，長度是107mm。鍵為16×14mm，同時需要開一個鍵槽，深7mm。因為三號半聯(lián)軸器連接著萬向聯(lián)軸器，所以需要根據(jù)萬向聯(lián)軸器來確定螺栓的安裝位置[15]。詳情見3號半聯(lián)軸器的零件圖。4.6選擇萬向聯(lián)軸器當?shù)遁伈贿\轉(zhuǎn)時處于水平位置，與工作位置相距100mm，所以需要用萬向聯(lián)軸器來聯(lián)接，且長度要足夠長能夠隨意伸長和縮短才行。選擇的萬向聯(lián)軸器是SWP160A型，允許偏角為0到10度。按下列方法計算：(1)萬向聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩： （4—7）交變載荷時： （4—8）表4-4式中符號含義符號含義Tn萬向聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩Tf萬向聯(lián)軸器的疲勞轉(zhuǎn)矩T萬向聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩Pw驅(qū)動功率n萬向聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速Kn萬向聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速修正系數(shù)Kh萬向聯(lián)軸器的軸承壽命修正系數(shù)兩軸線折角修正系數(shù)Ka載荷修正系數(shù)計算得： （4—9）查得其公稱轉(zhuǎn)矩是16KN，所以符合要求。（2）偏移量的計算刀輥需要升降100mm，最大偏轉(zhuǎn)角為10°，所以可以計算萬向聯(lián)軸器最長只需伸長578毫米，伸縮量是11mm，SWP160型的最大伸縮量是50mm，符合要求。綜上，此萬向聯(lián)軸器符合要求。4.7設(shè)計四號半聯(lián)軸器4號半聯(lián)軸器右端聯(lián)接著軸，左端聯(lián)接著萬向聯(lián)軸器，所以需要根據(jù)兩端的尺寸來設(shè)計4號半聯(lián)器。軸的直徑是80mm，半聯(lián)軸器的直徑要與軸的相同，均是80毫米，軸長為132毫米，此半聯(lián)軸器長為134mm。軸上要安裝一個普通平鍵，尺寸是22×14，在半聯(lián)軸器上還要開設(shè)一個鍵槽，深是7mm。具體的尺寸詳情見零件圖。4.8設(shè)計支承裝置離心錘刀式去毛刺機共有四個支架，有兩個是刀輥支架，一個是電機底座，另一個是減速器底座，由它們支撐各個元件，使各個元件保持高度一致，并提供它們的安裝位置。刀輥支架是用來安放刀輥部分，刀輥、軸承、軸承支座依次由下面一部分支撐著，而軸承支座由液壓桿支撐著，液壓桿可以控制軸承軸承支座上下運動，前后左右的運動卻無法被控制，所以需要一個設(shè)有導軌的支架來限制其相應(yīng)的運動，同時在軸承支座上也設(shè)有導軌來保證刀輥部分的正常運行[16]。其具體的尺寸詳情見零件圖。因為需要讓減速器與電機處于相同的高度，所以設(shè)計了電機底座和減速器底座，將它們固定安裝在各自的底座上，電機底座和減速器底座用深埋地腳螺栓固定。具體尺寸和安裝情況見零件圖和裝配圖。5液壓系統(tǒng)的設(shè)計刀輥部分的任務(wù)是進行升降操作的，在這里如果采用傳統(tǒng)的機械式的控制升降的方法是有點復雜困難的，并且工作場地對其也有一定的的影響。相比而言，液壓系統(tǒng)可以更好的來完成這個任務(wù)，通過液壓桿的升降來完成任務(wù)。為了控制的更加精準，既需要設(shè)計液壓系統(tǒng)，也需要設(shè)計PLC控制系統(tǒng)，通過兩者間的相互配合，來達到目的，完成的效果也會變得更好。液壓缸是液壓系統(tǒng)中最主要的部分，經(jīng)查閱資料，此處有兩種方法可實現(xiàn)對液壓缸的安裝，左邊采取的是把油缸放在下邊的方式，油缸在軸承座的下面。工作時，用液壓力對軸承座實現(xiàn)推動。右邊的是把油缸放在上面，油缸放置在軸承座的上面。工作時，用液壓力使軸承座上提。這二種方法最大的不同是：工作時采用相同的液壓缸的直徑以及活塞桿的時侯，油缸放在下邊的舉升力要比油缸放在下邊的大很多；同時油缸下置式可以很方便的放入和取出，油缸上置式的拆卸特別的繁瑣，而液壓缸是要經(jīng)常性的檢查以及更換的，為了實現(xiàn)很快的更換油缸，節(jié)省更多的時間，油缸下置式是必須的選擇。如圖5-1所示：圖5-1液壓缸的安裝方式5.1控制流程首先合上開關(guān)，起到傳送作用的軋輥進行工作，板坯在其作用下實現(xiàn)傳送，這時兩邊的液壓泵進行工作。板坯到達光電門1處時輸送停止，左邊1YA處得電，右邊3YA處得電，此時液壓桿工作使刀輥向上前進，當碰到限位開關(guān)SQ1、SQ2時，就停止繼續(xù)向上前行，從而電動機得電，開始工作使刀輥高速的旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)毛刺的剔除。研究發(fā)現(xiàn)，，如果想用40s把毛刺高效的去除，刀輥所需的轉(zhuǎn)速為900r/min，此時把計時器設(shè)定為40s。40s以后，斷電，電動機停止工作。同時2YA得電，以及4YA得電，液壓回路實現(xiàn)了反向接通，左邊和右液壓桿向下前進，當碰到SQ3和SQ4時，這時2YA和4YA失電，下行停止，進而輸送軋輥的電路得電，開始工作，板坯進行傳送。到達光電門2的時候，軋輥停止對板坯輸送。此時1YA得電以及3YA得電，進而液壓桿開始向上前進，使刀輥向上移動，當觸碰到SQ1和SQ2的時候，1YA、3YA都失電，刀輥停止向上移動。這時，電動機得電，電動機實現(xiàn)了反接電路，反向轉(zhuǎn)動，同時反向帶動刀輥，進而實現(xiàn)去除板坯右側(cè)的毛刺。刀輥實現(xiàn)反向轉(zhuǎn)動的時候，時間繼電器工作，40s的計時后，電動機開始斷電，從而停止運轉(zhuǎn)。這時2YA得電和4YA得電，從而液壓桿向下前進，刀輥也被帶動著向下前進，當?shù)遁伵龅絊Q3以及SQ4的時候，2YA以及4YA都失電，液壓系統(tǒng)的工作就停止了，刀輥停止向下前進。進而傳送輥道的電路得電，開始工作板坯被運送到下一工序。板坯兩側(cè)毛刺的去除是由電機的正反轉(zhuǎn)配合著液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的，連鑄板坯的毛刺通過此方法去除的干干凈凈。5.2原理圖如下圖5-2所示，圖中是左液壓原理圖，右液壓原理圖與其相同，只是將1YA換成了3YA，2YA換成了4YA，選取了各部分的液壓元件。圖5-2液壓原理圖5.3動作循環(huán)表每個電氣元件在相應(yīng)過程中的通電及斷電情況如下表5-1所示，表中元件通電為加號，元件斷電為減號，左右液壓泵從開始便一直在工作運轉(zhuǎn)，所以在表5-1中沒有將其表示出來。表5-1電路通斷表左液壓系統(tǒng)右液壓系統(tǒng)1YA2YA3YA4YA初始第一次上行+-+-第一次工作第一次下行-+-+繼續(xù)傳送第二次上行+-+-第二次工作第二次下行-+-+傳送5.4載荷計算需要兩個液壓缸支承的部分有：軸、刀具、軸架、長銷軸、軸承、軸承端蓋和軸承座，每個部分的質(zhì)量和數(shù)量如下表5-2所示：表5-2各零件的數(shù)量及質(zhì)量名稱數(shù)量質(zhì)量錘刀630497.7Kg軸1993.8Kg軸架（含半軸架）12395.9Kg軸承227.3Kg長銷軸8116.4Kg軸承底座2187.4Kg軸承端蓋476.2Kg螺母及其他元件≈25Kg質(zhì)量總計2319.5Kg液壓缸負載為： （5-1）通過兩個液壓缸對負載分擔，即每一個液壓缸所要承受的負載為11366.5N。5.5計算液壓缸依據(jù)負載的實際情形，液壓缸取中高壓，參考液壓缸公稱壓力系列，選擇的工作壓力是10MPa[17]。液壓缸的有效作用面積可用下式來計算： （5-2）表5-3式中符號含義符號含義P液壓缸工作壓力ηm液壓缸機械效率，通常是0.85～0.99F負載力經(jīng)計算得： （5-3） （5-4）表5-4式中符號含義符號含義S1活塞截面面積S2活塞桿截面面積對于壓力大于7MPa的液壓缸，其桿的徑比是d/D=0.7。則D=56mm。經(jīng)查閱資料,可以把它圓整為63mm。據(jù)上式可計算出活塞桿的直徑是44.1mm，可以把它圓整為45mm。液壓缸是標準件，經(jīng)查閱資料,冶金設(shè)備選擇UY型液壓缸，UY型液壓缸是重型機械企業(yè)的標準產(chǎn)品，標準號是JB/ZQ4181-1997。根據(jù)所計算的結(jié)果，選擇UYRWF1063×100×10。5.6選擇液壓泵液壓缸的行程是100mm，計劃用時是10s，所以v=0.01m/s。則液壓缸的流量是： （5-5）據(jù)壓力的大小、流量和功率，選擇GB型齒輪泵，型號是GB—32型。排量是32.5ml/r，壓力是10MPa，轉(zhuǎn)速是1450r/min，驅(qū)動功率是8.7Kw。5.7選擇管路本次設(shè)計采用的是無鋼管，對于壓油管路v=2.5m/s，管路參數(shù)計算如下所示：管子內(nèi)徑： （5-6）所以選取管子的通徑是20mm，管子的壁厚是2.5mm，管接頭聯(lián)接螺紋為M27×2。5.8選擇液壓閥本次液壓系統(tǒng)的設(shè)計用到了單向閥、溢流閥、調(diào)速閥和電磁換向閥，原理圖詳見圖紙，各種液壓閥的種類如下所示：DB/DBW型先導式溢流閥具有調(diào)壓性能平穩(wěn)、壓力高、調(diào)壓范圍大和最低調(diào)節(jié)壓力低等特點，符合要求，所以選用DB/DBW10型先導式溢流閥；單向閥選用的是S型單向閥，選用的型號是S20A120；本次設(shè)計需要一個三位四通的電磁換向閥，所以選擇WE型電磁換向閥，選用的型號是4WE10WE610/AW220NB08；根據(jù)設(shè)計流量的要求，選擇2FRM型調(diào)速閥，選用型號為FRM1621A→B。5.9選擇液壓油因為毛刺機運轉(zhuǎn)時周圍環(huán)境溫度過高，所以選擇的液壓油要盡可能的不怕高溫。查閱相關(guān)資料后所選用的液壓油的粘度等級是32，所以選用的型號是L-HV32型。5.10選擇過濾器液壓系統(tǒng)中極其重要的元件之一就是過濾器。過濾器有很多種，此次采用的是紙質(zhì)過濾器，紙質(zhì)過濾器的通油性能好，它的結(jié)構(gòu)也十分的簡單，過濾的精度也是十分的良好。一般安裝在液壓泵的吸油管路上，起到保護油泵的作用，同時它也可以在高壓下工作。綜合考慮選擇紙質(zhì)過濾器再合適不過了。過濾器的工作能力與濾芯自身的性能油的粘度和溫度、濾芯的有效過濾面積、過濾前后的壓力差一液壓油中固體顆粒的含量有著很大的關(guān)系。在設(shè)計過濾器時，濾芯的材料是由工作時的壓力大小以及過濾的精度要求來選取濾芯，過濾面積由所需的流量和濾芯材料來得出的。濾芯的有效過濾面積A： （5-7）表5-5式中符號含義及單位符號含義單位Q過濾器的額定流量L/minμ油的動力粘度Pa·s△p壓力差Paα濾芯材料的單位過濾能力，紙質(zhì)濾芯的一般是0.035L/cm2所以計算濾芯的有效過濾面積是： （5-8）所以選則過濾器的型號是ZU_H63×20S。5.11選擇油箱系統(tǒng)中油箱的主要作用就是散熱與儲油。在給出的條件不同時，選擇的油箱的形式、容積和附件也不盡相同，這樣油箱的作用才可以被極大的開發(fā)出來。一般的油箱可有開式和閉式之分，開式油箱相對于閉式油箱來說應(yīng)用的更加廣泛。油箱液面僅鄰著大氣。在油箱頂部需要設(shè)置安裝空氣濾清器以防油液被污染，同時可以當作注油口來使用。油箱的有效容量一般是泵每分鐘流量的3～7倍。泵的流量是47.125L/min，所以油箱的有效容量定為250L。同時在油箱中安裝水冷蛇形管，可以加快它的散熱。綜上所述，選擇AB40-01-/0250BN33ES/M型的油箱。6結(jié)論此次設(shè)計查看了許多圖書館中的書籍，并且查閱了大量的國內(nèi)和國外的參考文獻，在此基礎(chǔ)上找出了現(xiàn)有的幾種去毛刺機，并且找