毕业设计（论文）-自翻式炸炒机设计.doc

大学毕业设计 目 录摘 要3Abstract4第一章 绪论51 概述52 设计任务及目标63 主要工作内容93.1 任务分析93.2 主要工作10第2章 传动机构总体设计111 电动机及减速机的选择112 链传动部分11 1） 锥齿轮传动16 2） 锥齿轮参数确定与设计17第三章 行星传动机构强度设计181 锥齿轮传动的强度校核181.1 齿面接触疲劳强度校核2,3181.2 齿根抗弯疲劳强度校核212.轴的强度校核22第4章 材料选择和表面热处理261. 材料选择考虑的力学因素261. 静力学性能262. 动力学性能263. 断裂韧度264. 高低温性能272、工艺性能分析27 3. 热处理工艺设计29一、淬火曲线图如下所示：30二、回火：304 技术要求30第五章 总结32参考资料33致 谢34摘 要 自翻式炸炒机的加热方式是火焰加热，自动点火，火焰大小可调。升温快，温度高，锅面可达数百度，使物料通过美拉德反应彻底达到炸炒效果。燃烧器为环形，环绕锅底，锅体受热均匀。可使用煤气、液化气、天然气燃料。 它可以自动测温，可全过程温度测控，准确可靠。搅拌器转速变频调节，在026rpm内可实现无极调速刮板独特，采用公转加自转方式，混料均匀，刮锅彻底，可很好地解决某些酱料糊锅问题。且可自动升降。排料方式：锅体自动翻转出料。排料快、彻底，更适用于粘稠酱料及颗粒状物料。锅体翻转、搅拌器升降全部采用液压传动，运行平稳，可靠。关键字：自翻式，炸炒AbstractFried fried heating mode is the flame heating, automatic ignition, flame size can be adjusted. Heating up fast, high temperature, pot can be up to hundreds of degrees, make the material effect achieved by Maillard reaction completely fried fried. Burner ring, around the pot, pans heat evenly. Coal gas, liquefied petroleum gas and natural gas fuel can be used. It can automatic temperature measurement, temperature measurement and control the whole process, accurate and reliable. Agitator speed frequency conversion adjustment, can realize stepless speed scraper in the 026rpm is unique, using orbital and rotation, uniform mixing, scraping the Pan thoroughly, might usefully address certain issues of paste pot of sauce. And automatic movements. Discharging mode: automatically flip the material body. Discharge fast, thorough, and more applicable to viscous sauce materials and granular materials. Body lift flip, stirrer used in all hydraulic transmission, smooth and reliable.Keywords: self-turning, fried fried第1章 绪论1 概述近年来，随着中国经济的飞速发展，人们生活节奏的加快，人们逐渐开始热衷于简单方便的食品。方便面作为一种典型的热销食品迅速走向了千家万户，而方便面的料包对食品的味道有着关键的作用。如何快速环保的生产美味的料包成为了企业关注的问题。为了解决这一问题，我们借鉴邯郸强力机械的自翻式炸炒锅对其传动机构进行了设计分析。自翻式炸炒锅是一种新型的自动化程度高、节能环保的设备，适用于食品、化工、药品等行业的产品制作。设备的搅拌、搅拌轴的提升翻转以及炒锅的翻转倒料全部采用自动化控制，特别适用于小批量多品种物料的互换生产；其物料的加热方式可选择用液化气、天然气、煤气为燃料；用开式炉灶明火加热炸炒锅，与传统的蒸气加热相比，具有升温快，温度高，热效率高等特点；自翻物料可充分混合，完全炒熟，炉火纯青，香味纯正；可高温杀死许多有害菌体，保证人体健康，是替代传统蒸汽锅的理想设备。另外，本设备采用开式燃烧，燃烧充分，且配备了自动化控制点火程序和备用手动点火枪，燃烧十分安全，配备的大功率引风机和排烟装置可使室内空气清新、安全可靠。 自翻式炸炒锅主要用于火锅底料，方便面酱料，辣椒酱，香其酱的炒制。 加热方式：火焰加热，自动点火，火焰大小可调。升温快，温度高，锅面可达数百度，使物料通过美拉德反应彻底达到炸炒效果。燃烧器为环形，环绕锅底，锅体受热均匀。可使用煤气、液化气、天然气燃料。 自动测温，可全过程温度测控，准确可靠。搅拌器转速变频调节，在026rpm内可实现无极调速刮板独特，采用公转加自转方式，混料均匀，刮锅彻底，可很好地解决某些酱料糊锅问题。且可自动升降。排料方式：锅体自动翻转出料。排料快、彻底，更适用于粘稠酱料及颗粒状物料。锅体翻转、搅拌器升降全部采用液压传动，运行平稳，可靠。自翻式炸炒锅整体实物图如下：2 设计任务及目标根据功能性要求，搅拌器转速变频调节，在026rpm内可实现无极调速刮板，采用行星齿轮系传动，公转加自转方式。为了使结构紧凑，尺寸小，并保持较长的使用寿命和较高的传动效率，我们设计的传动机构主要为周转轮系行星轮系传动。 根据适应性要求，该产品满足各种工况下的运转要求，混料均匀，刮锅彻底，且可自动升降；由于锅体为半球形，为了使刮锅彻底，我们需要采用有一定轴交角的锥齿轮传动。为了达到可自动升降的目的，我们可采用液压支柱来升降。根据可靠性和寿命要求，传动机构在规定的工作条件下，在预期寿命10年，每年按300天工作日（8小时/天），无故障可靠运行；预期寿命10年，每年按300天工作日（8小时/天）计算，我们应采用耐磨材料或将材料进行热处理。根据效率要求，传动机构在正常工作时的机械传动效率应大于096；又要求传动功率为4.6KW，所以输入功率最小值为KW。根据经济性要求，传动机构的制造成本构成中，材料费占有很大的比重，设计时必须给予充分注意，务必使其既能满足运转需求又能降低生产成本。所以我们的零件尺寸要求不能过大并且应尽可能多的采用标准件。材料可选择普通的金属材料，即钢铁。由于传动要求的齿轮加工精度等级不是很高，所以我们可以选择精度等级为8。根据人机工程学的要求，产品操纵机构的设计，力图灵活宜人，调节方便，位置合理，造型美观，维保容易。所以，我们应尽量降低噪声，并使锅体离地高度保持在1.5m左右。根据安全保护要求，传动机构在作业时必须能够保障操作人员的安全，停机时必须有明显的警示信息标识。所以要求控制系统上应有提示灯。根据环境保护要求，该产品磨损生成物应对环境无污染，液压装置密封良好、无泄露。所以材料的选择应为无污染且对人体无害的金属。 综上所述，且由于传动距离较小，我们采用闭式齿轮传动，效率更高，并且结构紧凑，工作可靠，使用寿命长，传动稳定。 锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90。我们采用的轴角，保证不产生干涉，并且可安装的搅拌轴较多。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。由于我们需要低速轻载稳定的传动，所以采用直齿锥齿轮传动。直齿锥齿轮轴向力比曲线锥齿轮小，噪声大但容易加工制造，价格便宜。同时采用轴线相交的锥齿轮传动可增加搅拌轴的个数。 考虑到物料的质量轻，当采用大的转速时，物料容易飞溅，转速太小时，效率较低，综合考虑并参考同类机型，我们的转速预计为26.07r/min左右，属低速轻载传动。为了使搅拌均匀，我们又要求传动平稳，所以最终我们采用直齿锥齿轮带动搅拌轴搅拌物料。传动机构实物图如下：由于一般的原动件为电机或是热机，考虑到运转的平稳性和整体尺寸的大小，我们采用电动机，并且电动机功率大，传动效率高，调速型好，对环境影响小。由于电机的转速较高，我们需要的转速较低，所以我们由采用减速机减速。摆线针轮式减速机传动比大，传动效率较高，结构紧凑，相对体积小，重量轻，适用于中小功率，运转平稳，噪声低，所以我们采用摆线针轮式减速机带动小链轮，通过链条传动到大链轮，大链轮由键传动到轴套，轴套传到箱体，箱体与小锥齿轮大锥齿轮搅拌轴组成行星传动，小锥齿轮输出。设备整体尺寸大致为：250016001600.其总体结构图如下：传动机构图如下：3 主要工作内容3.1 任务分析（1）行星轮系是指只具有一个自由度的轮系。一个原动件即可确定执行件（行星齿轮）的运动，原动件通常为中心轮或系杆；即与行星齿轮直接接触的中心轮或系杆作为原动件带动行星齿轮，一方面绕着行星轮自身轴线O1-O1自转，另一方面又随着构件H（即系杆）绕一固定轴线O-O（中心轮轴线）回转。（2）基本结构：行星齿轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构是由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成的，称为1个行星排。行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转，就像天上行星的运动那样，兼有自转和公转两种运动状态（将星齿轮的名称即因此而来），在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的3个基本元件。（3）工作特点：行星轮系是一种先进的齿轮传动机构，具有结构紧凑、体积小、质量小、承载能力大、传递功率范围及传动范围大、运行噪声小、效率高及寿命长等优点。（4）工作原理：行星轮系主要由行星轮g、中心轮k及行星架H组成。其中行星轮的个数通常为26个。但在计算传动比时，只考虑1个行星轮的转速，其余的行星轮计算时不用考虑，称为虚约束。它们的作用是均匀地分布在中心轮的四周，既可使几个行星轮共同承担载荷，以减小齿轮尺寸；同时又可使各啮合处的径向分力和行星轮公转所产生的离心力得以平衡，以减小主轴承内的作用力，增加运转平稳性。行星架是用于支承行星轮并使其得到公转的构件。中心轮中，将外齿中心轮称为太阳轮，用符号a表示，将内齿中心轮称为内齿圈，用符号b表示。3.2 主要工作（1） 行星传动机构总体设计；（2） 行星传动机构计算机建模（仿真）；（3） 行星传动机构强度设计第2章 传动机构总体设计1 电动机及减速机的选择电动机的选择：Y132S-4 额定功率5.5KW 同步转速：1500r/min 额定转矩2.2Kw质量68Kg。由于要求传动比大，传动效率较高，结构紧凑，相对体积小，重量轻，适用于中小功率，运转平稳，噪声低，所以可采用直联型立式一级摆线针轮减速机(BLD5.5-3-2.2)输入转速为1500r/min，输出转速是65.2r/min，输入功率为5.5kw传动比为23。2 链传动部分2.1 链传动的概念：链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮（小链轮和大链轮）组成。通过链轮轮齿与链条节的啮合来传递运动和动力。2.2 链传动的特点：与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均运动比，传动效率高；又因链条不需要像带传动那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮传动相比，链传动的的制造与安装精度要求较低，成本也低。在远离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。链传动的主要缺点是：只能实现平行轴间链轮的同向传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。链传动主要用于工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。2.3 链传动参数设计及选择 1） 链传动选择依据为了保证准确的平均传动比和使结构紧凑，减少整体尺寸，我们采用链传动(带传动有弹性滑动和整体打滑现象)。另外，设备要求可在高温和潮湿的环境中工作，链传动可以满足这种条件且成本低。链传动的磨损伸长比较缓慢，使用寿命长，维修方便。从减速机输出的转速较高，因此需要减速。需要小链轮与减速机联接，再经链条传至大链轮。 2） 链轮齿数选择小链轮齿数少，可减小外廓尺寸，但齿数过少，会增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，链传动的圆周力增大，从整体上会加速铰链和链轮的磨损。由于链节数通常是偶数，为使链条和链轮磨损均匀，常取链轮齿数为奇数，并尽可能与链节数互质。优先选用的链轮齿数系列为：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。为减小尺寸，我们选取小链轮齿数为17。结合小链轮齿数，大链轮齿数选为 41。3）链轮材料、热处理及链条型号选择小链轮用45钢，齿面热处理硬度为4045HRC（标尺C下的布氏硬度），表面氧化处理。由于高速传动，为使传动平稳，应采用节距较小的双排链。综合考虑炒锅的直径为1500，我们可以采用12A-2-140的链条，即双排整链链节数为140.考虑到传动机构的尺寸不能过大，大链轮表面淬火后硬度为4045HRC,表面氧化处理。4） 转速设计及润滑链传动的平均传动比为=2.41，节距，链的平均速度v=3.68由机械设计图9-14知应选择油池润滑或油盘飞溅润滑，但是由于链轮水平安装，不易润滑，所以可定期拆下用煤油清洗，干燥后浸入7080润滑油中，待铰链间隙中充满油后再安装使用。小链轮转速r/min大链轮转速r/min2.4 主传动部分主传动部分应用齿轮系。根据轮系运转时各个齿轮的轴线相对于机架的位置是否固定。将轮系分为三大类，定轴轮系、周转轮系、复合轮系。下面将逐个分析：1） 定轴轮系在定轴轮系中，其各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的，因此只存在一个或几个平行位置的自转，不能满足设计要求中功能性要求的公转加自转方式，故排除定轴轮系。2） 复合轮系在复合轮系中或者既包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部或者包含几部分周转轮系。这样的轮系结构往往很复杂。设计要求中的经济要求为：动机构的制造成本构成中材料费占有很大的比重，设计时必须给予充分注意，务必使其既能满足运转需求又能降低生产成本。因此，周转轮系即能完成设计运转需求又节省成本，故排除复合轮系。3） 周转轮系周转轮系其中至少有一个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转。周转轮系根据其自由度的数目进一步划分：若自由度为1，称其为行星轮系，若自由度为2，称其为差动轮系。如下图：简单行星齿轮系 （a） 差动齿轮系（b）由于差动轮系有两个自由度，如上图（b），太阳轮轴1与齿圈3在同一轴向位置有不同的转速输出，这两个输出的存在，设计时会产生搅拌工作装置的干涉，不能满足设计要求，故不考虑2个自由度的差动轮系，而是在1个自由度上的行星轮系基础上做设计。 4 ）行星轮系及其设计5 ) 行星传动结构运动学、动力学分析：（1） 运动分析：单行星排传动转速方程：单行星轮行星排取“+”，双行星轮行星排取“-”。（2） 转矩分析：单行星排理论内转矩关系式：单行星轮行星排取“+”，双行星轮行星排取“-”。（3） 效率分析：单行星排效率分析：6) 结构方案设计：太阳轮、齿圈、行星架，一输入、一输出、一固定，共六种设计方案，方案一： 方案二： 符合设计要求，纳入考虑 符合设计要求，纳入考虑方案三： 方案四：太阳轮输出，只有自转无 齿圈输出，只能输出公转，公转，不符合设计要求 无自转输出，不符合设计要求方案五： 方案六： 行星架固定，齿圈输出，只能 行星架固定，太阳轮输出，输出公转，无自转，排除 只能输出自转，无公转，排除方案改进（一）：为了保证自转加公转输出，必须使行星轮的轴，即输出轴不能与太阳轮轴线重合，因此为了结构稳定，需要两个行星轮，此时公转速度已通过传动比确定而其自转确是不定速的旋转，不能保证设计要求中的混料均匀，综合考虑，将方案二改进成下图所示传动形式：方案改进（二）：为了最高限度的提高该齿轮传动的润滑及防护条件，需要设计成闭式齿轮传动，即需要齿轮箱在外围保护。在改进（一）的基础上直接将输入部分制成齿轮箱，可是结简单，紧凑。太阳轮轴在齿轮箱内不容易固定，因此将输入轴设计成套筒结构，太阳轮轴伸出后固定。同时，为了将输出最大化，可以在中心轴线对应箱体下端添加一输出，设置为O3。如下图：方案改进（三）：由于直齿轮传动只能平行传递动力，然而本次设计的炒锅部分为圆形锅底，因此需要将直齿齿轮改为锥形齿轮进行传动，这样才能保证功能设计要求，刮锅彻底。同时锥齿轮传动效率更高，传动更可靠。如下图： 上图即是最终传动简图。传递路径为：链轮通过紧固件与箱体套筒固定，链轮带动箱体自转引起两个小锥齿轮绕着中心轴的公转，大锥齿轮轴即太阳轮轴由最上端通过板与角钢与上部链轮箱体固定，使其不能自转。小锥齿轮通过与大锥齿轮的啮合传动引起其自转提两个包含公转与自转的输出，同时箱体中心提供一个自转输出，由于三个输出转速均同步因此不会发生干扰。2.5 锥齿轮传动部分1） 锥齿轮传动锥齿轮传动用来传递两相交轴之间的运动和动力，在一般机械中，锥齿轮两轴之间的交角90。圆锥齿轮的齿排列在截面锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小。对应于直齿轮的各有关“圆柱”，圆锥齿轮有分度圆锥、齿顶圆锥、齿根圆锥、基圆锥及节圆锥。圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸通常以大端为准，这是因为大端的尺寸最大，尺寸计算和测量的相对误差最小，同时也便于估计机构的外形尺寸。在GB1236990中规定大端压力角20，齿顶高系数，齿顶系数。传 动 比：分度圆锥角：齿 顶 高：齿 跟 高：分度圆直径： 当量 齿 数：齿 宽：2） 锥齿轮参数确定与设计根据锅体结构尺寸，搅拌速度要求，参考同类机型，综和上面公式大锥齿轮模数3，齿数50，分锥角11.04小锥齿轮模数3，齿数28，分锥角3.96传动比i=0.363） 最终参数、输出功率及转速 型号输出功率（kw）输出转速（rpm）电动机Y132S-45.51500减速机BLD5.5-3-2.265.21链轮i=2.4127.06大锥齿轮m=3 z=5000小锥齿轮（公）m=3 z=2827.06小锥齿轮（自）第3章 行星传动机构强度设计1 锥齿轮传动的强度校核 在前面的参数选取中，有一些参数是按照经验来选取的，必须进行强度校核。对于闭式传动，一般按照齿面接触强度设计；对于开式传动，按照齿根弯曲轻度设计，用适当降低许用应力或者增大模数来增加齿厚，以便增加磨损的储备量。通过强度计算，我们可以调整前面按照经验来确定的参数，最终达即符合设计的要求，又符合经济性的要求。1.1 齿面接触疲劳强度校核2,3计算公式：(3-39)中点分度圆上的切向力 ：(3-40)使用系数： ，表16.2-36表16.2-36原动机工作特性工作机工作特性均匀平稳轻微振动中等振动强烈振动均匀平稳轻微振动中等振动强烈振动1.001.101.251.51.251.351.51.751.51.61.752.01.751.852.02.25或更大动载系数： 由7级精度和中点节线速度：查图16.4-28，齿向载荷分布系数： 由表16.4-28，取 ，有效工作齿宽，按式（16.4-2）端面载荷系数： 由表16.4-29 ，节点区域系数：，由图16.4-29中点区域系数： 由式16.4-5计算(3-41)参数和按表16.4-30计算。=2，=弹性系数 ，表16.2-43表16.4-30纵向重合度02表16.2-43小齿轮材料大齿轮材料钢铸钢球墨铸铁铸铁锡青铜铸锡青铜织物层压塑料钢铸钢球墨铸钢铸铁189.8188.9188.0181.4180.5173.9162.0161.4156.6143.7159.8155.056.4螺旋角系数： 直齿轮，锥齿轮系数 ：由式16.4-7，载荷分配系数： 由式16.4-8，计算接触应力： 许用接触应力： (3-42)试验齿轮的接触疲劳极限： ，图16.2-17h寿命系数，长期工作润滑油影响系数,图16.2-20 工作硬化系数：，图16.2-21尺寸系数： ，图16.2-22最小安全系数：，表16.2-46表16.2-46使用要求最小安全系数高可靠度较高可靠度一般可靠度低可靠度1.51.601251.301.001.100.8512.001.601.251.00许用接触应力值：齿面接触强度校核结果：，通过1.2 齿根抗弯疲劳强度校核计算公式：(3-43)式中： 同前复合齿形系数：,按,查图16.4-25重合度系数：当时，式（16.4-12）锥齿轮系数：按式（16.4-15）计算载荷分配系数：齿根弯曲应力计算值：齿根许用弯曲应力： (3-44)齿根弯曲疲劳强度基本值： ，图16.2-26寿命系数： ，长期工作，图16.2-27相对齿根圆角敏感系数：，表16.2-48,齿根圆角参数范围相对齿根表面状况系数：，齿根表面粗糙度设为尺寸系数： 渗碳淬火钢，查本篇第二章表16.2-49最小安全系数：，一般可靠度，查本篇第二章表16.2-46许用弯曲应力值：齿根弯曲强度校核结果 ：通过。2.轴的强度校核2.1按扭转强度条件计算两个行星齿轮的模数分别为50和28，可以得出这个部分的传动比为i=0.56。设传动轴上的转速n=40r/min，总的传动功率为4.6kW,=0.96得出传动轴上的传动功率为2.41kW，所以轴的扭转强度条件为= 式中：扭转切应力，MPa； T轴所受的扭矩，Nmm； 轴的抗扭截面系数，mm； 轴的转速，r/min； 轴传递的功率，kW； 计算截面处轴的直径，mm； 需用扭转切应力，MPa。 = = =575387Nmm =44.9MPa。 轴为45号钢，它的和值分别为2545和126103。由上式可得轴的直径 式中=，=127.1符合扭转强度查表可知，对于空心轴，则 =式中=，即空心轴的内径与外经之比，通常取=0.50.6。应当指出，当轴的截面开有键槽，应当增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径100的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时应增大7%。对于直径100的轴，有一个键槽时，轴径应增大5%7%;有两个键槽时应增大10%15%。然后将轴径圆整为标准直径。应当注意这样求出的直径，只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。轴有一个键槽，经过计算，轴的最小截面直径为35mm，键槽就在此处。轴的外径为45mm，内径为14mm。2.2校核轴的强度轴上齿轮的分度圆直径=350=150作用在轴上的圆周力14.6N径向力5.3N轴向力 已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面，即弯矩扭矩大而轴径可能不足的截面做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 =通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是对称循环应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为 =式中的弯曲应力为对称应力。当扭转切应力为静应力时，取=0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.6；若扭转切应力亦为对称循环变应力时，则取=1。此处取=0.6。 对于直径为的圆轴，弯曲应力为=，扭转切应力=。将和代入上式中，则轴的弯扭合成强度条件为 =式中轴的计算应力，MPa； 轴所受的弯矩，Nmm； 轴所受的扭矩，Nmm； 轴的抗弯截面系数，mm 。 许用弯曲应力，查表可知，其值为60MPa。该轴上有一个键槽，所以轴的抗弯、抗扭截面系数的计算公式分别为W=，=，=10mm，=35mm，=5mm，所以W=3566.3 mm ，=7775.6 mm P=M，由于1N，于是P10 =由此得Nm=9549 = = =575387 Nmm =9549=1.098Mmm=48.4MPa满足条件。第4章 材料选择和表面热处理 自动炒锅的传动机构是炒锅里面最重要的一部分，也是整个机构的核心部分，只有这部分能够可靠持久的保持正常工作，整个炒锅才能顺利工作，所以传动机构的选材和材料处理的重要性不言而喻。材料的选择主要从使用要求，工艺要求和经济要求三方面综合考虑。使用要求主要考虑材料的力学性能，断裂韧度，高低温性能；工艺要求材料加工处理是能够尽量的简单缩短工期降低成本；经济要求要求材料成本费再能到达工作要求的前提下尽可能的降低。只有综合各方面考虑才能选择出合适的制造材料。1. 材料选择考虑的力学因素材料的力学性能通常用材料的力学性能指标来表述，也是机械选材及工艺评定的主要依据。力学性能包括材料的静力学性能和动力学性能。1. 静力学性能静力学性能指的是静载荷下的力学性能，主要包括强度，硬度和塑性几个指标由于炒锅传动机构在工作环境多为运动状态，所以对静力学性能要求较低。金属材料的强度高，塑性好，硬度变化范围较大；无机非金属材料硬度大塑性差；高分子材料强度和硬度范围变动较大，塑性较好，包含种类繁多不适合；复合材料结构件减震性能好，比强度和比量高，耐高温具有良好的减摩润滑性能，所以在强度和塑形方面比较有优势。2. 动力学性能动力学性能主要分析材料的冲击韧度，疲劳极限，耐磨性能。由于炒锅工作过程是循环往复的，并且时间很久，所以需要很好的抗疲劳性能和耐磨性能，随着炒锅的料量的多少变化也需要工作装置有一定的冲击韧度。3. 断裂韧度一般认为零件在低于屈服强度的条件下工作室可靠的，既不会发生塑形变形更不会发生断裂，但事实上有些高强度的钢制造的零件往往也会在压力远远低于屈服强度的时候发生断裂，这种断裂成为低应力脆裂。4. 高低温性能 在高温下的机械零件容易发生蠕动失效，材料在长时间的恒温恒应力作用下，及时应力小于屈服强度，也会缓慢发生塑性变形，成为蠕变工作应力越大，温度越高，蠕变的发展越快，而生产断裂的时间就越短。因此在高温下使用的金属材料应该具备足够的抗蠕变能力。脆性转变温度 反映了温度对材料脆韧性的影响，随着温度的下降多数材料会出现脆性增强的现象，严重时甚至发生断裂。2、工艺性能分析 在铸造、锻压、焊接、热加工等加工前后过程中，一般还要进行不同类型的热处理，因此一个由金属材料制得的零件其加工过程十分复杂。工艺性能直接影响零件加工后的质量，是选材和制定零件加工工艺路线时应当考虑的因素之一。2.1. 铸造性能将熔炼好的金属浇注到与零件形状相适应的铸型空腔中，冷却凝固后获得铸件的方法称为铸造。常用的铸造合金有铸铁、铸钢和铸造有色金属。金属材料铸造成形获得优良铸件的能力，即合金铸造时的工艺性能称为铸造性能，通常是指流动性、收缩性、铸造应力、偏析和吸气倾向以及冷热裂纹倾向等。2.2. 锻造性能金属材料用锻压加工方法成形的适应能力称锻造性。锻造性能主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。铜合金和铝合金在室温状态下就有良好的锻造性能。碳钢在加热状态下锻造性能较好。其中低碳钢最好，中碳钢次之，高碳钢较差。低合金钢的锻造性能接近于中碳钢，高合金钢的较差。铸铁锻造性能差，不能锻造。2.3. 焊接性能焊接是连接金属的一种方法。金属材料对焊接加工的适应性称焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。评价焊接性的指标有两个：一是焊接接头产生缺陷的倾向性；二是焊接接头的使用可靠性。在机械工业中，焊接的主要对象是钢材。碳质量分数(含碳量)是焊接性好坏的主要因素。低碳钢和含碳量低于0.18%的合金钢有较好的焊接性能，碳质量分数大于0.45%的碳钢和碳质量分数大于0.35%的合金钢的焊接性能较差。含碳量和合金元素含量越高，焊接性能越差。低碳钢的焊接性最好，各种焊接方法都可获得优良的焊接接头。中高碳钢随含碳量的增加，焊接性变坏，通常需要采取焊前预热和焊后热处理等措施。对于厚板或更高含碳量的构件，焊接前需在150200或250400之间预热。奥氏体不锈钢具有良好的可焊性，但如果焊接材料选用不当或焊接工艺不正确时，会产生晶间腐蚀、热裂纹和气泡等缺陷。铁素体不锈钢焊接时，易在热影响区产生裂纹，为此应采取焊前预热方法，用焊后加热到730840，并在空气中冷却的方法，以消除残余应力，避免开裂。值得注意的是，铁素体不锈钢在焊接过程中的加热、冷却要尽量避免在430480之间停留，以抑制475脆性产生。另外铜合金和铝合金的焊接性能都较差。铜焊件容易产生裂纹、气孔等缺陷，并在焊接时产生应力，变形大，所以焊接工艺较复杂，应注意操作方法。铝及铝合金焊接工艺复杂，必须正确选择焊接方法，控制焊接规范参数并采取相应的工艺措施。钛及钛合金焊接时易产生裂纹，在焊接过程中由于氧、氮、氢、碳易与钛产生有害元素，使其性能显著下降。所以在焊接时必须对焊接区域采取有效的保护措施，防止有害元素的侵入。钛及其合金可用氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊等焊接方法。4. 切削加工性能 工件材料进行切削加工时的难易程度称为材料的可切削性或切削加工性。不同的工件材料，加工的难易程度也不相同。如切削铜、铝等有色金属时，切削力小，切削很轻快；切削碳钢就比合金钢容易些；切削不锈钢和耐热合金等困难就很大，刀具磨损也比较严重。切削加工性能一般用切削后的表面质量(以表面粗糙度高低衡量)和刀具寿命来表示。影响切削加工性的因素很多，主要有材料的化学成分、组织、硬度、韧性、导热性和形变硬化等。此外，切削刀具的几何形状、耐磨性、切削速度等因素也影响切削加工性。因此，评价材料的切削加工性能是比较复杂的。金属材料具有适当的硬度(170HBS230HBS)和足够的脆性时切削加工性良好。改变钢的化学成分(如加入少量铅、磷等元素)和进行适当的热处理(如低碳钢进行正火，高碳钢进行球化退火)可提高钢的切削加工性。碳素钢的强度、硬度随含碳量的增加而提高，而塑性、韧性则降低。低碳钢的塑性和韧性较高，高碳钢的强度和硬度较高，都给切削加工带来一定困难。中碳钢的强度、硬度、塑性和韧性都在高碳钢与低碳钢之间，故切削加工性较好。钢中加入硫、铝等元素对改善切削加工性是有利的。所以一般易切削钢常含有这类元素，不过这类元素会略降低钢的强度。5. 热处理工艺性能 热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和产生热处理缺陷的倾向，主要包括淬透性、回火稳定性、回火脆性及氧化脱碳倾向性和淬火变形开裂倾向性等。其中主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。含锰、铬、镍等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。铝合金的热处理要求较严，它进行固溶处理时加热温度离熔点很近，温度的波动必须保持在5以内。铜合金只有几种可以用热处理强化。综合以上各方面的因素和分析，最终选择45钢作为炒锅传动机构的制作材料。3 热处理工艺设计45#钢是常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火，正火比调制时要稍好，具有较高的强度和较好的可加工性，经适当的热处理以后，可获得一定的韧性，塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于和氩弧焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。正火可以改善毛坯（硬度80mm时，经调制或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调制处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件则以正火处理为宜，所以此钢通常在调制或正火状态下使用。45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 45号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。 渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。其表面含碳量0.81.2，芯部一般在0.10.25（特殊情况下采用0.35）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC5862），芯部硬度低，耐冲击。 如果用45号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。GB/T699-1999标准规定的45钢推荐热处理制度为850正火、840淬火、600回火，达到的性能为屈服强度355MPaGB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16，断面收缩率为40，冲击功为39J。一、淬火曲线图如下所示：图 4-1 淬火曲线图1、加热：阶段加热，淬火前650保温一段时间，然后升到85010保温1-2小时。2、冷却：水中冷却。二、回火：根据工件的技术要求，选择合理规范的回火温度。硬度HRC2530303535404045455050555560温度55050045038032024018045钢回火硬度所对应温度4 技术要求 1、本工艺规程适合于各种4