毕业设计（论文）-电子束冷床炉进料系统的设计.doc

攀枝花学院本科毕业设计（论文）电子束冷床炉进料系统的设计 学生姓名： 学生学号： 201010601236 院 （系）： 机械工程学院 年级专业：2011 级机械设计制造及其自动化指导教师： 二 0 一五年五月攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要 I摘 要钛合金铸锭中经常出现高密度夹杂和低密度夹杂等冶金缺陷，成为钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低零部件的使用寿命 1 。为了生产优质高洁净航空发动机转动件用钛合金，在 20 世纪 80 年代末，国际上引入了冷床熔炼技术。到目前为止，美国 3 大钛公司均装备了冷床炉，并已形成 35 000 t/a 的冷床炉生产能力。美国约 40%的飞机发动机旋转件用钛合金铸锭是通过冷床炉+真空自耗电弧炉熔炼生产的。电子束冷床炉熔炼技术除能比较好的消除高密度和低密度夹杂，获得细晶均质铸锭外，还具有很多优点，可以大幅度降低钛合金板材的生产成本 2 ：能大量回收残料，可以 100%的利用残料作原料；可生产扁锭、空锭，减少板材与管材生产时的后续加工；对某些用途可以一次熔炼成锭。美国率先针对电子束冷床炉单次熔炼技术展开了研究，电子束冷床炉单次熔炼 Ti-6Al-4V 合金铸锭直接轧制的板材有望在航空、兵器等领域获得实际应用，并形成了 AMS 6945 标准。本课题的目的是通过查阅已有的棒状自动化或半自动进料系统，完成原料钛（棒状）进料系统结构设计和力学分析计算，学习如何综合应用本专业的知识进行资料的查阅、方案的拟定和设备的具体设计，熟悉机械图样的绘制方法，熟练掌握计算机绘图的技能，通过此次设计，提高分析问题、解决问题的能力，培养认真、踏实、严谨的工作作风，最终达到机械专业毕业设计要求。关键词关键词：链轮，电动机，滚珠丝杠，减速器攀枝花学院本科毕业设计（论文） 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 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目录摘摘 要要 .IABSTRACT.II1 1 绪论绪论.11.1 电子束冷床熔炼的简介 .11.2 电子束冷床熔炼的技术现状 .11.3 电子书冷床熔炼的发展 .21.43 电子束冷床熔炼和其他熔炼方法对比的优缺点.21.5 我国未来电子书冷床熔炼技术改进方向 .31.6 选题研究的目的 .42 2 进料系统的工作原理及主要部件结构进料系统的工作原理及主要部件结构.52.1 电子束冷床炉进料系统的工作原理 .52.2 电子束冷床炉进料系统的主要部件 .52.3 滚子链传动的设计计算 .32.3.1 滚子链的设计 .32.4.链轮设计计算.10 2.4.1 大链轮的设计计算 .11 2.4.2 小链轮的设计计算 .132.4.3 滚子链的材料的选择和处理 .132.5 滚珠丝杠的设计 .14 2.5.1 纵向滚珠丝杠的设计计算 .143 3 进料系统主体结构设计进料系统主体结构设计.223.1 原始参数 .223.2 传动方案的确定 .223.3 电动机的选择 .24 3.3.1 电动机类型的概述 .24 3.3.2 根据功率选择电动机 .253.4 传动装置的运动和动力参数 .26 3.4.1 丝杠传动比分配 .26 3.4.2 总传动比分配 .26 3.4.3 减速器中各轴的转速计算 .26 3.4.4 减速器中各轴的功率计算 .27 3.4.5 计算各轴转矩 .273.5 高速级齿轮传动设计计算 .28 3.5.1 高速级齿轮材料的选择 .28 3.5.2 高速级齿轮传动初步计算 .293.6 低速级齿轮传动设计计算 .33 3.6.1 低速级齿轮传动初步计算 .333.7 减速器轴的设计计算 .37 3.7.1 计算轴的最小直径 .37攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录 3.7.2 齿轮轴的校核 .38攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录3.8 滚动轴承的选择 .413.9 减速器机体的设计计算 .424 4 联轴器的选取联轴器的选取.454.1 联轴器的选择 .455 5 固定架的设计固定架的设计.465.1 固定架的形式 .465.2 固定架的校核 .476 6 进料系统的日常维护进料系统的日常维护.507 7 结结 论论.518 8 参考文献参考文献.529 9 致谢致谢.53 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论11 绪论1.1 电子书冷熔炼的简介电子束冷床炉（EBCHR）熔炼在 20 世纪 60 年代发展起来， 经过近 50 年的发展， 在优质钛及钛合金锭坯的生产中已占据相当重要的地位。与传统的真空自耗电弧熔炼相比，EBCHR 熔炼具有能去除高、低密度夹杂物，可以熔炼原始炉料和 100%钛残料及低品质海绵钛，直接生产出诸如圆、方形截面的铸锭及板坯锭等许多优点。在钛科技界，钛冷床炉熔炼被认为是近 20 年来钛冶金史上一项重要的成就。钛合金铸锭中经常出现高密度夹杂和低密度夹杂等冶金缺陷，成为钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低零部件的使用寿命 1 。为了生产优质高洁净航空发动机转动件用钛合金，在 20 世纪 80 年代末，国际上引入了冷床熔炼技术。到目前为止，美国 3 大钛公司均装备了冷床炉，并已形成 35 000 t/a 的冷床炉生产能力。美国约 40%的飞机发动机旋转件用钛合金铸锭是通过冷床炉+真空自耗电弧炉熔炼生产的。电子束冷床炉熔炼技术除能比较好的消除高密度和低密度夹杂，获得细晶均质铸锭外，还具有很多优点，可以大幅度降低钛合金板材的生产成本 2 ：能大量回收残料，可以 100%的利用残料作原料；可生产扁锭、空锭，减少板材与管材生产时的后续加工；对某些用途可以一次熔炼成锭。美国率先针对电子束冷床炉单次熔炼技术展开了研究，电子束冷床炉单次熔炼 Ti-6Al-4V 合金铸锭直接轧制的板材有望在航空、兵器等领域获得实际应用，并形成了 AMS 6945 标准。1.2 电子束冷床熔炼的技术现状（1）国外应用目前，冷床熔炼技术在国外发展较快，应用最广，尤其是美国，其冷床熔炼技术发展最成熟， 生产能力最大， 产能占钛熔炼产能的 45%。形成了 “冷床熔炼+真空自耗熔炼” 生产转子叶片级优质钛材的工业标准级生产方法，并纳入相应航空标准。 同时， 美国还积极发展钛锭一步法熔炼技术，经一次冷床炉熔炼的扁锭， 直接轧制成钛板带， 应用于从装甲到体育休闲的多种工业产品，在军用和民用领域得到了推广应用。国外仍一直致力于冷床熔炼技术的研究和发展。（2）国内应用等离子冷床炉， 目前国内有两台， 分别是北京航空材料研究院的 PAM525攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论2型和宝钢特钢厂的 3300kW 等离子冷床炉，前者生产的铸锭最大仅 200kg， 同时因无法解决昂贵的氦气供应问题，仅在科研试制方面有所应用 ；宝钢特殊钢已完成设备安装、 正在调试， 还未开展工业化生产。 因此， 等离子冷床炉国内应用有待进一步提高。1.3 电子束冷床熔炼的发展 电子束冷床熔炼技术已经成为生产优质钛合金铸锭和降低钛合金铸锭生产成本的关键技术，在美国、日本等钛生产大国占有越来越重要的地位。我国冷床熔炼技术发展较晚，主要是我国航空发展对优质钛合金铸锭的需求较小。2000 年，西北有色金属研究院安装了一台德国生产的 500 kW 电子束冷床熔炼炉。这台炉子有 2 个各 250 kW 的电子枪，可生产直径为 100300 mm，长度为 1800 mm 的铸锭，熔炼的钛合金铸锭最大质量可达 450 kg。宝钛集团于 2005 年从德国引进了一台 2400 kW 的电子束冷床熔炼炉。这台炉子由 4 个 600 kW 的电子枪提供热源， 1 个电子枪用于熔化原料， 2 个用于扫描冷床液态熔池表面，提供精炼所需的能量，另 1 个电子枪扫描凝固坩埚。不可再生资源的循环利用和可持续发展战略的实施，以及随着我国钛工业的快速发展和大飞机项的启动，对航空发动机用优质高洁净钛合金的需求逐步增加，这些都将促进我国的钛合金电子束冷床熔炼技术的开发和应用。1.4 电子束冷床熔炼和其他熔炼方法对比的优缺点攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论31.5 我国未来电子束冷床熔炼技术改进方向（1）大型化 近年来，国内外冷床炉熔炼技术向大型化、 大输出功率发展， 世界各国新建冷床炉功率均超过 3000kW，最大功率甚至达 6400kW，并可生产重达 30t、长8m 的大型铸锭。目前全世界功率 4000kW 以上的等离子冷床熔炼炉超过 7 台， 最大功率 5.4MW，配备有七把等离子枪 ；电子束冷床熔炼炉的最大功率为6400kW，配备有八把电子枪， 单枪功率 800kW。（2)高效率老炉子一次熔炼只能生产一个铸锭， 且每次熔炼结束， 铸锭和冷床上的壳体必须冷却，下次熔炼时再重新预热冷床上的壳体， 造成熔炼过程的中断， 生产效率低。新设计的冷床熔炼炉一般为两个炉室，可方便实现一个炉室生产完成冷却，另一个炉室再次熔炼 ；更重要的是一个炉室一次熔炼可直接拉出 2 4个铸锭，其最大的设计变化是浇道口有一个分流槽， 设置多个浇道口， 根据需要将溶液分别导流至不同结晶器内，大大提高了生产效率， 降低了生产成本。（3）更贴合实际生产， 降低设备故障率项目名称项目名称电子束冷床炉电子束冷床炉熔炼熔炼 EBCHMEBCHM等离子冷床炉等离子冷床炉熔炼熔炼 PACHMPACHM真空自耗电弧真空自耗电弧熔炼熔炼 VARVAR真空非自耗真空非自耗电弧熔炼电弧熔炼 NCNC真空感应熔炼真空感应熔炼CCMCCM电渣熔炼电渣熔炼 ESRESR铸锭端面形状铸锭端面形状圆形、异性圆形、异性圆形、异性圆形、异性圆形圆形圆形、异性圆形、异性圆形、异性圆形、异性圆形、异性圆形、异性脱气效果脱气效果最优最优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最优最优最优最优有限有限优优/ /有限有限一般一般一般一般真空度真空度/Pa/Pa0.1330.13310-310-3惰性气体惰性气体0.1330.1331013251013250.0130.0136.656.65惰性气体惰性气体3660366039903990惰性气体惰性气体惰性气体惰性气体33250332505054050540相对密度相对密度/%/%10010098981001009595100100100100100100表面质量表面质量良好良好良好良好一般一般一般一般一般一般较好较好熔炼速度熔炼速度/kg.h-/kg.h-1 15005001800180060060090090080080020002000300300800800400400回炉料的使用回炉料的使用较大较大较大较大有限有限较大较大有限有限有限有限比电能消耗比电能消耗较大较大较大较大小小较大较大大大大大操作操作难难一般一般容易容易一般一般一般一般一般一般设备投资设备投资最高最高较高较高低低较低较低一般一般一般一般攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论4 双炉室炉位变换形式有圆盘旋转和水平移动两种，最新的设计已由旋转移动改为水平移动。 实践证明， 水平移动形式较圆盘转动形式的设备故障率低，且增大了出炉操作空间，更适用于大规格铸锭。（4）方便的在线分析 一般有自动和手动两种取样形式，可实现每 25 分钟取样、在线快速准确分析合金成分，发现成分异常时可在最短时间内停止熔炼， 减少损失。（5）自动化程度高 同真空自耗电弧熔炼法一样，冷床熔炼炉已实现了自动化控制，包括工艺参数(熔炼速度、 能量分布控制、熔炼与凝固过程中温度的分布、熔炼时成分的变化、非溶性夹杂的去除程度等)及质量控制程序化，能很好地进行熔炼过程控制，达到较好的质量重现性。（6）配备温水冷却系统 配备温水冷却系统，更有利于防止炉室吸潮结露而影响抽空速率，有效保证产品质量和缩短抽空时间，提高生产效率。观察系统是影响太熔炼重要因素。新式的观察系统使用三层玻璃将炉室与外界隔开：内层采用便宜的可抛弃玻璃，中间一层使用耐热玻璃，外层使用铅化玻璃，可防止喷溅物的富集；同时设计有隔离间，换玻璃时仅需要隔离阀将观察系统和炉室隔开，方便快速。1.6 选题研究的目的主要内容：电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术是一种先进的钛合金铸锭低成本制备技术，引起了国际钛工业越来越多的关注，研究重点从理论研究转向应用研究阶段用要求的产品。另外，通过分析已有的电子束冷床炉的成果，设计出冷床炉的进料系统并优化。通过这次设计，锻炼自己调研分析，加工与整理，运用工具手册的能力，初步掌握机械设计和机械工艺优化改进的方法，提高工程设计计算、理论分析、图样表达、技术文件编写等能力。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及52 进料系统的工作原理及主要部件结构2.1 进料系统的工作原理进料系统由电动机，联轴器，减速器，链轮，丝杠以及料筒部分组成。电动机运转通过联轴器连接减速器，再由联轴器连接链轮传动，然后通过安装于料筒内的丝杠，滚动以及料夹装置，将棒状原料送入炉室。电子束冷床熔炼再以电子束作热源，水冷坩埚为冷床，利用高速电子的动能转换成热能使金属熔化、精炼、浇铸成锭。2.2 电子束冷床炉进料系统的主要部件各种类型的进料系统的组成部件的型式和布置方式不完全相同，但主要结构和基本组成部件是相同的。进料系统的组成部件： 1、动力部分：电动机。 2、传动部分：联轴器，减速器，链轮。 3、执行部分：滚动装置，滚珠丝杠，料筒，活动料夹。2.3 滚子链传动设计计算 已知条件为：电动机驱动(额定功率 =22，转速=730)，从动PkW1nmin/r轮转速=226，载荷平稳，链传动中心距不应小于 500。2nmin/rmm2.3.1 滚子链的设计1、选择链轮齿数链传动速比： （2-23. 322673021nni1）由表 4-选小链轮齿数=25 。1z表 4-1 齿数推荐值传动比 i1234566齿数 z131 2725 2321 1717攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及6大链轮齿数 z2=iz1=3.2325=81，合适。2、确定计算功率已知链传动工作平稳，电动机拖动，由表 4-2 选=1.3，计算功率为AK=1.37.5=9.75 （2-PKPACkWkW2）表 4-2 工况系数AK输入动力种类载荷种类内燃机-液力传动电动机或汽轮机内燃机-机械传动平稳载荷1.01.01.2中等冲击载荷1.21.31.4较大冲击载荷1.41.51.73初定中心距，取定链节数初定中心距，推荐=(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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及72215.8752581258181 251361368643.054222mm选取偶数链节=136 节pL4确定链节距p首先确定系数，。ZKLKPK由表 4-3 查得小链轮齿数系数=1.34。ZK表 4-3 小链轮齿数系数ZK1Z91011121314151617zK0.4460.5000.5540.6090.6640.7190.7750.8310.8871Z192123252729313335zK1.001.111.231.341.691.892.082.292.50由图 4-1 查得（链长系数） =1.08LK图4-1 链长系数LK选单排链，由表 4-4 查得=1。PK攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及8表 4-4 多排链系数PKP 排数123456pK11.72.53.34.04.6所需传递的额定功率为 (2-6)c0zp9.75=6.741.34 1.08 1LPPkWK K K由图 4-2 选择滚子链型号为 10A，由表 4-5 查链节距=15.875。pmm图4-2 A系列单排滚子链的额定功率曲线表 4-5 滚子链规格和主要参数节距 p排距pt滚子最大直径d1内链节最小内宽 b1销轴最大直径d2内链板最大高度 h2链号/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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及910A15.87518.1110.169.405.0815.0912A19.0522.7811.9112.575.9418.0816A25.4029.2915.8815.757.9224.135.确定链长和中心距链长/1000=13615.875/1000=2.159m (2-7)pLLP中心距2212122184222ppzzzzzzpaLL2215.8752581258181 251361368643.055004222mmmm(4-8)符合要求。中心距减小量=(0.0020.004） 643.3=1.282.6 (2-9)aa)004. 0002. 0(mm实际中心距 =643.3-（1.282.6）=642.02640.7 (2-10)aaasmm取实际中心距=642。samm6求作用在轴上的力。验算链速攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及10 (2-11)1 11000 25 15.8756.615/60 100060000n z pvm s作用在轴上的压轴力。计算有效圆周力F=1000P/V=73022/6.615=2427.8 (2-12)N水平工作，查表 4-6 取压轴力系数 =1.30。QK轴上的压力= =1.301133.8=1473.9 (2-13)QFQKFNN表 4-6 轴的载荷因数fK传动布置水平或倾斜角40垂直或倾斜角40载荷因素稳定载荷冲击载荷稳定载荷冲击载荷KF1.151.301.051.157 选择润滑方式根据链速v=6.615 m/s，链节距p=15.875，按图 4-3 链传动选择油浴或飞溅润滑方式。图4-3 推荐的润滑方式攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及11设计结果：滚子链选用 10A,链轮齿数=25，=81，中心距=642，压1z2z amm轴力=1473.9。QFN2.4 链轮设计计算2.4.1 大链轮的设计计算1.材料选择：采用 35 钢经正火处理，齿面硬度 160200HBS。2.分度圆直径 (2-14)/(sin180 / )=15.875/(sin180 /25)=126.66dpzmm3.齿顶圆直径ad (2-15)max11.25126.66 1.25 15.875 10.16136.34()addpdmm(查表 滚子最大直径=10.16)1dmm (2-16)min11+ 1-1.6/addzpd 126.661 1.6/ 2515.875 10.16131.36()mm取=134(mm)。ad4.齿根圆直径fd (2-17) 1126.66 10.16116.5fdddmm5.分度圆弦齿高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.最大齿根距离XL攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及12 (2-20)11cos(90 /)126.66cos(90 / 25) 10.16116.25()xLdzdmm7.齿侧凸缘直径（查表为内链板最大高度；=15.09gd2hahmm (2-21)1cot(180 /) 1.040.76gdpzh （）15.875cot(180 / 25) 1.04 15.090.76109.21mm8.齿侧圆弧半径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 滚子定位圆弧半径ir (2-24)3max110.5050.0695.28()irddmm (2-25)min10.5050.505 10.165.13()irdmm10.滚子定位角 (2-26）max114090 /136.4z (2-27)min112090 /116.4z11 齿宽：（是内链节内宽，查表 9.40mm）1fb (2-28)110.950.95 9.408.93()fbbmm12.齿侧倒角ab (2-29)0.130.13 15.8752.06()abpmm13.齿侧半径xr (2-30)15.875()xrpmm14.链轮齿总宽（为排数）fnbn (2-31)18.93(1)()fntbnpbfmm15.轴毂厚度：（假设轴孔为 50，查表 4-7 =6.4）hkdmmK攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及13 (2-32)k=+/ 60.016.450 / 60.01 126.66=16.00()h K ddmm表 4-7 常数 K 的取值名称结构尺寸（参考）kdh= +0.01d6Kd5050 100100 150150轮毂厚度 h常数K3.24.86.49.59.516.轮毂长度L (2-33)(8 .52163 . 33 . 3maxmmhL (2-34)(6 .41166 . 26 . 2minmmhL取长度为 50Lmm17 轮毂直径hd。 (2-35)(82162502mmhddkh2.4.2 链轮小的设计计算同理可以计算链轮的尺寸直径分度圆 d=409.41(),齿顶圆直径=4162zmmad，齿根圆直径=399.25，分度圆弦齿高=4.5，最大齿根距离mmfdmmahmm=399.17，齿侧凸缘直径=392.65，滚子定位圆弧半径XLmmgdmm=5.28； =5.13，滚子定位圆=138.89，=118.89,齿maxirmmminirmmmaxmin宽8.93，齿侧倒角=2.06，齿侧半径=15.875，轴孔=100fbmmabmmxrmmkd链轮齿总宽=8.93，轴毂厚度=30.26，轮毂长度=80。轮毂直径mm1fbhmmLmm=160.52。 hdmm2.4.3 滚子链的材料的选择与处理滚子在工作时，是和链轮啮合的，所以需要一定的强度和硬度。在此，我选择 35Cr 作为滚子的材料。因为强度以及韧性较高的中碳含量的调制钢，强度极限比 35 号钢高 20%。工艺性能与 30Cr 相似。35Cr 广泛用于制造齿轮、轴、滚子、螺栓以及其他重要零件上。销轴和套筒都是在内部工作的，我选用 35 号钢作为制造材料。因为 35 号钢优质碳素结构钢有良好的塑性和适当强度，工艺性能较好，多在调质状态下使用。攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及14内外链板链板在链传动过程中主要承受交变拉伸和冲击载荷，链节在转动时还容易侧磨，经过一定次的循环，链板容易疲劳拉断因此，链板的材料应具我选用 40Mn，40Mn 碳素结构钢，用于制造永受疲劳负荷的零件，如曲轴、连杆等。卡簧的作用是卡紧连接销，所以需要一定的弹性。我选用 65MN, 65Mn，锰提高淬透性，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧。链条销轴、套筒和滚子在交变载荷作用下承受冲击载荷磨损，这就要求这些零件具有表面耐磨、芯部柔韧和耐疲劳性能，因此，这些零件通常都要进行表面渗碳处理。特别是标准链条的销轴、套筒和滚子由于采用的材料都是低碳钢和低合金钢，渗碳后既耐磨又耐疲劳，完全可以保证标准链条使用性能的需要。在此我对销轴进行渗碳 0.3mm 处理。2.5 滚珠丝杠的设计滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。2.5.1 纵向滚珠丝杠的设计计算 由于此处滚珠丝杠只是用于轴向进给，所以只需要设计轴向方面的载荷以及进给速度。但为了保持丝杠轴向进给的完整性，计算了轴向的切削力以及轴向进给的各种进给速度。已知条件：工作台重量=80KG=800N 工件及夹具最大重量=200N 工作台最大行程1W2W攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及15=950mm 工作台导轨的摩擦系数为 u=0.1 快速进给速度 =4m/min 定位精LKmaxV度为 20um/300mm,全行程 25um,重复定位精度为 10um 要求寿命为 10000 小时（单班制工作十年）。各种切削方式的纵向切削力 Fa,速度 V 和时间比例 q 及其他见下表（表一）各种切削方式的纵向切削力 Fa,速度 V 和时间比例 q切削方式纵向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削200012000.610220060一般切削10005000.830115080精切削500200150620100快速进给001000375图 2.5 进给用滚珠丝杠装配图1）确定滚珠丝杠副的导程 max*maxVPhi n：工作台最高移动速度maxV：电机最高转速；maxnFFZD4005-3-P3攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及16I ：传动比电机与丝杠间为齿轮连接式，i=4（取一级减速齿轮）由上表查得=4m/min，=1500r/min 1Wmaxn代入得0.67mmPh查现代机床设计手册取5mmPh2）确定当量转速与当量载荷（1） 各种切削方式下，丝杠转速Viniph由上表查的=0.6, =0.8, =1, =41v2v3vPh代入得120，160，200，8001n 2n 3n 4n （2） 各种切削方式下，丝杠轴向载荷12()/10ixiziFpwwpiF：丝杠轴向载荷，xip：纵向切削力，zip：垂向切削力由上表得xip(i=1,2,3,4)分别为 2000 N,1000N,500N,0N zip(i=1,2,3,4)分别为 1200N,500N,200N,0N 已知1w800 N，2w200 N 代入得iF(i=1,2,3,4)分别为 2200N，1150N，620N，1000N（3） 当量转速/100+/100+/100+/100 数据代入得240r/minmn mn 1*n1t2*n2t3*n3t4*n4tmn 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及17（4） 当量载荷333333112244*100*100*100*100mmmmntntntntnnnn3m1234F =FF+F+F带入数据得mF1057N3）初选滚珠丝杠副由公式现代机床设计手册（3.724）知63*10*(*)60athakhmmwcffffLnFf查现代机床设计手册表（3.751）表（3.754）得tf1，hf1，af1，kf0.53，wf=1.3，hL10000h代入数据可求得13589N=13.58KNac4)确定允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量（1/31/4）重复定位精度 m (1/41/5 )定位精度m：最大轴向变形量mm已知重复定位精度 10m定位精度 25m3，6mmmm取两种结果最小值3mm（2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式00210*100.039*mmmFLFLdE：最小螺纹底径 mm2mdL（1.11.2）行程+(1014) Ph静摩擦力=0F01W已知行程 950mm，1W800N, 0=0.2代入数据得 L=1110mm，160N, =9.5mm0F2md5）确定滚珠丝杠副得规格代号攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及18（5） 选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式（6） 由计算出的，在现代机床设计手册中选取相应规格的Phamc2md滚珠丝杠副 FFZD4005-5 =5, =22000N=13589NPhacamc6)确定滚珠丝杠副预紧力= PFmax13F其中2200maxF733NPF7)行程补偿值与拉伸力（1）行程补偿值 C=11.83*10utl式中ul2knaLLL查现代机床设计手册kL950nL110，aL（24）15Ph温差取t02.5 c代入数据得 C=32m(2)预拉伸力1.95t tF22d代入得4807NtF8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格（1）轴承所承受得最大轴向载荷480722007007maxBF（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背 60角接触推力球轴承0c（7） 轴承内径d 略小于40，=，取 d302dBPF13maxBF带入数据得2336NBPF（8） 轴承预紧力：预力负荷BPF（9） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格当 d30mm，预加负荷为：BPF所以送 7602030TVP 轴承攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及19d30，预加负荷为 29002336NBPF9)滚珠丝杠副工作图设计(1)丝杠螺纹长度2sueLLL由表查得余程eL（2）两固定支承距离，丝杠 L1L(3)行程起点离固定支承距离0LsL1290，13501LeL1410，300L10）传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度6.6minsk2221*10dl:丝杠底径2d1l：固定支承距离代入数据minsk782N/m2）丝杠最大抗压刚度 6 .6maxsk2221010*104 ()dll ll代入数据得 9000 N/m（2）支承轴承组合刚度1）一对预紧轴承的组合刚度2530max2*2.34*sinBQaKd z FQd：滚珠直径 mm， Z：滚珠数maxaF：最大轴向工作载荷 N ：轴承接触角由现代机床设计手册查得7602030TVP 轴承maxaF是预加载荷得 3 倍8700N/ =375 N/maxakm0BKm 2）支承轴承组合刚度攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及202bk 0BK 750 N/bkm3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 1/3()0.1pccaFkkcck：现代机床设计手册上的刚度ck2150 N/, ac=2200N, pF=733Nm代入数据得ck1491 N/m11）刚度验算及精度选择=3.5，Z17，Qd060（1） minmin1111sbckkkk代入前面所算数据得min1k130 maxmax1111sbckkkk代入前面所算数据得max1k1476001Fw已知1w800N, 0=0.2, 0F=160N0F:静摩擦力，0：静摩擦系数，1w：正压力（2）验算传动系统刚度；已知反向差值或重复定位精度为 10mink01.6F反向差值3025.6mink（3）传动系统刚度变化引起得定位误差0F（），代入5kmin1kmax1kkm（4）确定精度：任意 300mm 内行程变动量对系统而言300pv0.8定位精度300pvk定位精度为 20/300m攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 进料系统工作原理及2114.3,丝杠精度取为 3 级300pvm12=1500cnmaxn 本次设计中，根据原始参数及设计需求，选择满足丝杠一般切削的进给方式以及转速，如图（表一），一般切削进给数据：进给速度1m/min,轴向载荷 1150N，丝杠转速 80r/min. 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计223 进料系统主体结构设计进料系统的主体结构设计则是整个进料系统的动力部分和传动部分，此次设计的主体结构则是运用电动机作为动力源，联轴器和制动器传递动力，并以减速器作为速度控制装置达到平稳输出转速的效果，通过联轴器将转速和转矩传递给执行进给机构滚珠丝杠。由于各种类型的进料装置有不同的设计结构，此处主要针对（棒状原料）的进给系统来设计。3.1 原始参数原始参数是机械设计的根本，对于结构的选择和理论分析计算，它都起着决定性的作用。本次进料系统的设计，其主要原始参数和生产条件如下：棒料直径60-80mm,棒料的最大重量 5kg,工作台重量 80kg,夹持装置重量 15kg，丝杠转速80r/min,进给速度 1m/min。3.2 传动方案的确定拟定的传动结构方案见图 3.1 所示。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计23 图 3.1水平进料系统方案（棒料）1-料筒门；2-活动料夹；-料棒；4-料筒；5-滚动；6-传动丝杠；7-炉室；8-结晶器；9-标尺；10-电动机；11-减速机；12-链条； 图 3.7 所示的水平进料系统方案（棒料），在料筒门安装一传动丝杠，丝杠通过伺服电机和减速器使其旋转，使活动棒料在滚动上做水平运动。运动速度根据需要调节。料筒端面设有门口。料筒外侧设有标尺和指针，用以计算料棒的熔化长度，从而掌握进料速度和熔化速度。3.3 电动机的选择3.3.1 电动机的类型概述电动机按采用电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机两种。直流电动机可用于固定电压或可调电压。这种电动机允许在广泛的范围内均匀地调节角速度，能保证平稳的启动、制动和反转，故多用于电力运输装置，以及高速升降机、冶金机械和吊车中。直流电动机的主要缺点是需要把工业上常用的三相交流电转变为直流电。三相交流电动机分为同步电动机和异步电动机两种，三相同步电动机的优点是具有较高的功率、定角速度及大的过载能力；缺点是维修比较复杂，价格较昂贵。三相异步电动机比其他电动机的优势在于：机构简单，价格便宜，维修容易，能直接与三相交流电源连接。虽然它与三相同步电动机比较，其效率较低；和直流电动机比较，只能作有限的角速度调节，但是对于工业一般机械并没有什么影响，因此目前工业上所用的电动机大多是三相异步电动机。电动机工作制应考虑选择短时重复工作制和短时工作制，并优先选用 YZR(绕线转子)、YZ(笼型3S2S攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计24转子)系列起重专用电动机。多数情况下选用绕线转子电动机；在工作条件较轻，接电次数较少时，亦可采用笼型转子电动机。对于小吨位进料系统，考虑到多方面因素，其电动机工作制也允许选择连续工作制。本设计电动机工作制度为断1S时工作制，因此不用考虑电动机的发热计算。3.3.2 根据功率选择电动机正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要求的前提下，经济合理的决定电动机的额定功率。本设计的进料系统属于非连续工作，需要经常启动、制动和反转。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。(1) 选择电动机容量参考可知：148P导书机械设计课程设计指 式（6.1）wdPP 式（6.2） 1000FvPw传动装置的总效率 式（6.3）85. 098. 097. 098. 099. 02324233221式中 一个弹性连轴器的传动效率 取 0.991对滚动轴承的传动效率，取 0.982对 8 级精度的一般齿轮传动（油润滑）的传动效率 ，取 0.973齿轮连接盘的传动效率,取 0.984所以 式（6.4）KWPPwd1 .1485. 010006 . 020000(2)确定电动机转速丝杠转速 式（6.5）min80100060rDvng 按参考文献7 页表 1 中推荐的传动比合理范围，二级圆柱斜齿轮减速器传8动比,，故电动机的转速可选范围为：4081、i 式（6.6） min/320064080)408(rningad、选用：Y 系列三相异步电动机，见表 16-1-28。单行本机械设计手册9型号：Y225M-8额定电压：380V攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计25额定功率：22kW转速：730r/min效率：90%基准工作制为40%3S功率因数：0.783.4 传动装置的运动和动力参数3.4.1进料系统传动比的分配按额定转速初定总传动比 ，总传动比按下式计算： 式（6.7）gdnni 式中 机构的总传动比；i电动机额定转速 ，rmin；dn 丝杠转速 ，rmin。gn所以 =9.125r/mini3.4.2总传动比的分配因为电动机轴到减速器高速轴由联轴器连接，其传动比=1，所以总传动比0i=9.125 ,本设计采用二级圆柱齿轮传动。i根据减速器传动比的分配原则及相关规定，确定各级的传动比。 根据参考文献17 页图 12 ，可知： 8 =3.5 =2.61i2i减速器高速级的传动比；1i 减速器低速级传动比； 2i3.4.3减速器中各轴的转速的计算根据轴的转速大小依次编号为 1，2，3,4 轴。 min7301730001rinn min57.2085 . 3730112rinn min22.806 . 257.208223rinn攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计26丝杠轴 min22.8034rnn3.4.4减速器各轴功率计算 KWPd22 kWPP78.2199. 0221d1 WPPk70.2097. 098. 078.213212 WPPk68.1997. 098. 070.202123 丝杠轴 KWPP29.194343.4.5计算各轴转矩0 轴：即电动机轴输出转矩： N.m 8 .2879550dddnpT1 轴：即减速器高速轴 N.m 9 .284101iTTd2 轴：即中间轴 N.m 51.967211112112iTiTT3 轴：即减速器低速轴 N.m 25.2391322223223iTiTT丝杠轴： N.m 56.22964234TT将计算数值列表如下表 6.1 所示：表 6.1 传动装置的运动及动力参数轴号功率 P（KW）转矩 T(N.m)转速传动比 i效率电机轴22287.873010.991 轴21.78284.97303.50.982 轴20.70967.51208.572.60.973 轴19.682391.2580.22丝杠轴19.292296.5680.2210.98攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计273.5 高速极齿轮传动的设计计算此减速器的齿轮为一般机械零件，没有特殊要求，从降低成本，结构简单和易于取材的原则出发选取。 3.5.1 高速级齿轮材料的选择 根据参考文献191 页表 10-1 可知：6 1）小齿轮 40Cr 调质处理 齿表面硬度 280HBS 2）大齿轮 45 刚 调质处理 齿表面硬度 240HBS 3）接触疲劳极限：由参考文献图 10-21d 按齿面硬度查得limH6小齿轮 MPaH6001lim大齿轮 MPaH5502lim4）循环次数： 根据参考文献206 页式（10-13） 6 式(6.9) 911068. 160hjLnN 8112108 . 4iNN上式：n齿轮转速；j齿轮每转一圈时，同一齿面啮合齿数； 齿轮工作寿命。 hL5）由参考文献207 页图 10-19 取接触疲劳寿命系数6 9 . 01HNK95. 02HNK安全系数 S=1 6）由参考文献205 页式（10-12）得齿面接触应力为6= 式(6.10) 1HMPaSKHN5401lim1= 2HMPaSKHN5 .5222lim2=531MPa 式（6.11） H221HH攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 进料系统主体结构设计283.5.2高速级齿轮传动初步计算1、选定齿轮类型、等级精度及齿数。1）精度等级:由参考文献210 页表 10-8 选:8 级精度。62）齿轮齿数： 初选 ，则 取。231Z5 .80235 . 3112 ZiZ812Z3）初选螺旋角。 094）齿宽系数：由下表 6.2 可知，取。d1d2