毕业设计（论文）-中频电炉倾倒机械系统设计（全套图纸三维）.pdf

1 分 类 号 密 级 毕业设计(论文) 中频电炉倾倒机械系统设计 所 在 学 院 机 械 与 电 气 工 程 学 院 专 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 班 级 11 机 自 x 班 姓 名 学 号 指 导 老 师 2015 年 3 月 31 日 II 摘 要 盛钢水的容器,用钢制成,内砌耐火砖,钢水由底部的口流出,进行浇 铸。也叫“钢水包”用途 钢水包用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转 炉前承接钢水、进行浇注作业。结构特点结构形式有塞杆式及滑动水口式， 龙门架配有脱勾式及轴承式两种，其中塞杆式钢包的升降机构中置有滑杆 间隙消除机构，以保证多次使用后，塞杆中心与水口中心的一致性。10 吨 以下的钢水包可带有回转减速箱，方便倒渣，钢水包用于炼钢厂、铸造厂 在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业结构形式有塞杆式及滑动 水口式，龙门架配有脱勾式及轴承式两种，其中塞杆式钢包的升降机构中 置有滑杆间隙消除机构，以保证多次使用后，塞杆中心与水口中心的一致 性。10 吨以下的钢水包可带有回转减速箱，方便倒渣。电炉是把炉内的电 能转化为热量对工件加热的加热炉，同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内 气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控 制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产 品质量好；且更加环保对与日趋严重的环境问题是一个很好的产品等。冶 金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。 19 世纪末出现了工业规模的电炉，20 世纪 50 年代以来，由于对高级冶金 产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的 比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束 炉等。 III 关键词：中频电炉倾倒机械中频电炉倾倒机械；中频电炉倾倒机械； 改进设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV Abstract The development direction of harvester will be to high- tech direction, making out the applicability of harvester is the development of the market, is very promising for different regions developed different harvester. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good V adaptability, can better solve the problem of big, medium- sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field. Key Words: rice thresher threshing; improved design; VI 目目 录录 摘 要 . II Abstract. IV 目 录 . VI 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 总体方案确定 . 2 2.1 中频电炉倾倒机械工作原理 . 2 2.2 中频电炉倾倒机械总体设计 . 2 2.2.1 中频电炉倾倒机械的整机结构及选择 . 3 2.2.2 中频电炉倾倒机械中频电炉倾倒机械的工作流程 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第 3 章 中频电炉倾倒机械结构设计 . 5 3.1 电炉倾倒机械电机设计计算 . 5 3.2 减速机设计选型 . 5 第 4 章 零部件力学分析 . 9 4.1 有限元简介 . 7 4.2 支架受力分析 . 9 4.3 前处理 . 10 4.4 工况设定 . 11 4.5 分析 . 12 4.6 分析结论 . 14 第 5 章 销轴的设计与计算 . 18 5.1 销轴的材料选择 . 18 5.2 销轴的最小直径确定 . 18 5.3 销轴的结构设计 . 18 5.4 销轴的校核 . 19 第 6 章 电控部分设计 . 22 6.1 速度控制原理 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 VII 6.2 控制电路设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 第 1 章 绪论 盛钢水的容器,用钢制成,内砌耐火砖,钢水由底部的口流出,进行浇 铸。也叫“钢水包”用途 钢水包用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转 炉前承接钢水、进行浇注作业。结构特点结构形式有塞杆式及滑动水口式， 龙门架配有脱勾式及轴承式两种，其中塞杆式钢包的升降机构中置有滑杆 间隙消除机构，以保证多次使用后，塞杆中心与水口中心的一致性。10 吨 以下的钢水包可带有回转减速箱，方便倒渣，钢水包用于炼钢厂、铸造厂 在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业结构形式有塞杆式及滑动 水口式，龙门架配有脱勾式及轴承式两种，其中塞杆式钢包的升降机构中 置有滑杆间隙消除机构，以保证多次使用后，塞杆中心与水口中心的一致 性。10 吨以下的钢水包可带有回转减速箱，方便倒渣。电炉是把炉内的电 能转化为热量对工件加热的加热炉，同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内 气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控 制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产 品质量好；且更加环保对与日趋严重的环境问题是一个很好的产品等。冶 金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。 19 世纪末出现了工业规模的电炉，20 世纪 50 年代以来，由于对高级冶金 产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的 比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束 炉等。 2 第 2 章 总体方案确定 2.1 中频电炉倾倒机械工作原理 以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式，电阻炉分为直接 加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物 料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种 电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过 2500。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉，在粉末冶金 中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意： 为使物料加热均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致； 工业电阻炉 由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电 电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损 失；大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体，称 为电热体，由它把热能传给炉中物料（图 1 间接加热电阻炉） 。这种电炉炉壳用钢板制 成，炉膛砌衬耐火材料如陶瓷纤维，内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬 电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒，硅碳棒、二硼化锆陶瓷复合发热体。根据需要，炉内 气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压 220 伏或 380 伏，必要时配置可 调节电压的中间变压器。小型炉（7MPa 时，d=0.7D 因为 P=1.5MPa，D=0.066858mm，故 d=0.036771mm 根据下表可知直径 d=40mm 表 3-3 直径系列 mm（GB/T 2348-93） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 3.1.4 强度校核 （1）按强度条件校核 由公式 4 F d 式中 d-的直径； F-上的作用力； -材料许用应力， n b =， b为材料的抗拉强度，n为安全系数， 8 一般取4 . 1n。 由 45 号钢的许用应力MPa n b 373 5 . 1 560 =，NF5000= 得 md00413. 0，而mmd40=，故强度符合要求。 （2）按弯曲稳定性校核 当全部伸出后，外端到电机支撑点之间的距离dl10时，应进行稳定性校核。 按材料力学理论，当一根受压直杆的轴向载荷F 超过临界受压载荷FK时，即可能 失去原有直线状态的平衡，称为失稳，其稳定条件为 n F k k F 式中 F -电机的最大推力； FK-电机的临界受压载荷； nk-稳定安全系数，一般取42= nk 。 电机临界受压载荷FK与和缸体的材料、长度、刚度以及两端支撑状况有关。FK的 相关计算如下： 由公式 l F EJn k2 2 = 式中 l-的计算长度； n-端点安装形式系数，两端固定，故4=n； E-材料的弹性模量，钢材的PaE 101 . 2 11 = ； J-的横截面转动惯量，实心杆的 64 4 d J =。 而 10256 . 1 7 4 64 = d J ，ml5 . 1=， 故kN EJn l Fk 2 . 46 2 2 = ， 而kNkNF n F k k 55.115=SHELL,SHELL- SOLID)。 构件的连接形式（刚接或铰接）等也可能影响到结构的刚度。 充分利用 ANSYS MAP 分网和 SWEEP 分网技术，尽可能获得六面体网格， 这一方面减小解题规模，另一方面提高计算精度。 工况条件设置完毕可以进行解析，点击 solve 按钮，软件进入解析状态。如 下图 第 10 章 破碎装置其他部分设计 15 解析最终结果包括应力，应变，位移。 如下图 红色部分代表最大的值。由彩虹图可以看出每一部分的值，也可以通过软 件设定，看任何部位的分析结果 16 应力张量 如果作用在某一截面上的全应力和这一截面垂直，即该截面上只有正应力， 切应力为零，则这一截面称为主平面，其法线方向称为应力主方向或应力 主轴，其上的应力称为主应力。如果三个坐标轴方向都是主方向，则称这 一坐标系为主坐标系。 应力张量不变量 在求解主应力的过程中会得到以主应力为未知数的三次方程，叫做状态方 程2 。 状态方程的三个系数唯一由主应力确定，而一点的主应力是唯一的，这样 就得到了不随坐标变化的三个量，叫作应力张量不变量 用一般应力表示为 第 10 章 破碎装置其他部分设计 17 红色部分代表最大的值。由彩虹图可以看出每一部分的值，也可以通过软 件设定，看任何部位的分析结果 红色部分代表最大的值。由彩虹图可以看出每一部分的值，也可以通过软 件设定，看任何部位的分析结果 4.6 分析结论 支架最大主营里为 2.8mpa 远远小于材料许用用力，满足使用要求。 18 第 5 章 轴的设计与计算 5.1 轴的材料选择 中频电炉倾倒机械在工作时，中频电炉倾倒机械轴的转速很高，而且传递的扭矩很 大，综合考虑，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290HBS，其接触疲劳强度极 限Mpa H 620-550 lim =，弯曲疲劳极限取Mpa FE 480-410 lim =。 5.2 轴的最小直径确定 由公式mmnPCd 3 / (17) 其中 P 该轴传递的功率，kw； n该轴的转速，min/r； C指轴的材料和承载情况确定常数。 已知 P =2.02kw，min/650rn =，查机械设计手册 21可得 C=128，代入上式可得 mmd45.18 选mmd20=。 5.3 轴的结构设计 为了便于轴上零件的拆卸， 经常把轴做成阶梯形。 轴的直径从轴端逐渐向中间增大， 可依次将齿轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的零件便于安装，轴端及各轴的端 部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽。 各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装轴承、齿轮等标 准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固 定时， 应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短mm32， 以确保螺母等紧靠零件端面。 中频电炉倾倒机械轴结构初定如图7所示： 图 7 轴的结构图 19 5.4 轴的校核 5.4.1 轴上载荷的计算 求轴承上的支反力 垂直面内：NFNV917 1 = NFNV314 2 = 水平面内：NFNH2518 1= NFNH863 2 = 画受力简图与弯矩图，如图 8 所示： 据第四强度理论且忽略键槽影响 MPaWM70/ 1 = )32/75 . 0 ( 322 dWTMM=+=， 6 9.2 10 W = 表 4 受力分析 载荷 水平面 H 垂直面 V NFNH2518 1= NFNV917 1 = 支反力 F NFNH863 2 = NFNV314 2 = 弯矩M mmNFM NVVMax =18885075 11 mmNFM NVVMax =18885075 11 mmNMMMV H =+= 5 1max 22 1max1 1001 . 2 总弯矩 mmNMMMV H =+= 5 2max 22 2max2 1051 . 1 扭矩 T mmNT=138633 MPaMPaWM ca 7069.25102 . 9/101093 . 1 / 1 - 635 1 = p MPaMPaWM ca 7069.20045 . 0 1 . 0/101034 . 2 / 1 - 335 2 = p 20 轴安全。 图 8 受力简图和弯矩图 5.4.2 按弯扭合成应力校核轴强度 进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6, 轴的计算应力为： NWTM ca 8 . 48301 . 0/)10 9 . 2616 . 0