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钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计说明书.doc
JXSW01-071@钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计
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机械毕业设计全套
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JXSW01-071@钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计,机械毕业设计全套
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湘潭 大学 机械工程学院 毕业设计工作中期检查表 系 机电系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 07 兴湘机 一 班 姓 名 朱宏球 学 号 2007964227 指导教师 胡自化 指导教师职称 教授 题目名称 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 题目来源 科研 企业 其它 课题名称 超环面行星蜗杆传动数控转台的设计 -机械部分 题目性质 工程设计 理论研究 科学实验 软件开发 综合应用 其它 资料情况 1、选题是否有变化 有 否 2、设计任务书 有 否 3、 文献综述是否完成 完成 未完成 4、外文翻译 完成 未完成 由 学 生 填 写 目前研究设计到何阶段、进度状况： 通过对资料的查询，已经确定了钢坯火焰清理机初步设计方案 。现阶段着力对各个构件 外形 设计 和计算 。 与 此同时还通过对一些复杂的装配图形的装配和仿真熟悉和了解三维制图软件 最主要的还是了解了火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置的设计 由 老 师 填 写 工作进度预测（按照任务书中时间计划） 提前完成 按计划完成 拖后完成 无法完成 工作态度（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）： 认真 较认真 一般 不认真 质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况） 优 良 中 差 指导教师（签名）： 年 月 日 建议检查结果 ： 通过 限期整改 缓答辩 系意见： 签名： 年 月 日 注： 1、该表由指导教师 和学生 填写。 2、此表作为附件装入毕业设计（论文）资料袋存档。 nts 湘潭大学 兴湘学院 毕业设计任务书 设计题目： 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 学号： 2007964227 姓名： 朱宏球 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 胡自化 系主任： 一、主要内容及基本要求 1、 熟悉和掌握 火焰清理机 的工作原理 ； 2、 熟悉和掌握 火焰清理机 传动的结构参数 ； 3、 总结和撰写设计说明书一份（附光盘） ； 4、 CAD 制图 ； 5、 翻译相关外文资料一份 ； 二、重点研究的问题 1、 熟悉和掌握 火焰清理机清理机氧化皮、裂纹的清理 2、 熟悉和理解 火焰清理机的各部位参数 nts 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 熟悉课题及基础资料 第一周 2 调研及收集资料 第二周 3 方案设计与讨论 第三四周 4 初步方案可行性论述 第五八周 5 CAD 软件的学习 第九周 6 CAD 制图 第十周 7 撰写说明书 第十一周 8 英文文献翻译，答辩 第十二周 四、应收集的资料及主要参考文献 1 吴宗泽、罗胜国 .机械设计课程设计手册 M.北京： 高等教育出版社 ,2006.5 2 濮良贵，纪名刚 .机械设计 M.北京 :高等教育出版社， 2002. 3 罗 学科 .数控机床 M.北京 :中央广播电视大学出版社 ,2008. 4胡宗武等 . 非标准机械设备设计手册 M.北京 :机械工业出版社 ,2005. 5 杨贺来 .数控机床 M.北京 :清华大学出版社 ,2009. 6 关慧贞、冯辛安，机械制造装备设计 M，北京：机械工业出版社， 2010.3 7秦大同机械传动科学与技术 M北京：清华大学出版社， 2003 8齿轮手册编委会齿轮手册 M北京：机械工业出版社， 1990. 9付则绍新型蜗杆传动 M北京：石油工业出版社， 1992. 10 方建军，刘仕良 .机械动态仿真与工程分析 M.北京 :化学工业出版社 ,2004 11 邓星钟 .机电传动控制 M.武汉 :华中科技大学 出版社 ,2007. 12 罗迎社 .材料力学 M.武汉 :武汉理工大学 出版社 ,2000 nts湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2007964227 姓 名： 朱宏球 指导教师： 胡自化 (教授 ) 完成日期： 2011 年 6 月 6 号 nts 湘 潭 大 学 兴湘学院 本科毕业设计 开题报告 题 目 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 姓 名 朱宏球 学号 2007964227 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 兴湘学院机械 一 班 指导教师 胡自化 职称 教授 填写时间 2011 年 6 月 7 日 2011 年 6 月 nts 说 明 1根据 湘潭大学 毕业设计 (论文 )工作管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见， 系主任批准后实施。 2 开题报 告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计 (论文 )开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于 2000 字。 5开题报告检查原则上在第 2 4 周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。 6. 填写说明： (1) 课题性质 ：可填写 A工程设计； B 论文； C. 工程技术研究； E.其它。 (2) 课题来源： 可填写 A自然科学基金与部、省、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题； C 校 级基金课题； D自拟课题。 (3) 除自拟课题外，其它课题必须要填写课题的名称。 (4) 参考文献不能少于 10 篇。 (5) 填写内容的字体大小为小四 ，表格所留空不够可增页 。 nts 本科毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名 朱宏球 学 号 20079664227 专 业 机械设计制造及其 自动化 指导教师 胡自 化 职 称 教授 所在系 机电系 课题来源 科研 课题性 质 工程技术研究 课题名称 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 一、选题的依据 、 课题的意义 及国内外基本研究情况 所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量，为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高 压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式。冷钢坯 火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。 钢坯火焰清理技术起源于美国，成 熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利 用 火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的应用，如 2006 年宝钢分公司炼钢厂 4号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从 1450 毫米增至 1750 毫米，年清理能力也将由 60 万吨扩大到 120 万吨。又如 2010 年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯 190 万吨，为该公司低成本生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入 火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本KBK 公司和美国 L-TEC 公司联合设计制作。可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且维修服务费用昂贵。 基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此， 钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值 nts 二、 研究内容 、 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和主要措施 nts 三、主要特色及工作进度 主要特色： 利用计算机辅助设计技术，基于 UG、 等软件对理论设计的进行参数化建模，动态仿真 。 工作进度： 收集查阅了有关 超环面行星蜗杆传动设计 资料， 现已经对它的传动比计算，传动中各传动轮齿数与喉径螺旋升角的关系，传动的装配关系， 行星蜗轮与中心蜗杆之间的力关系以及廓面方程有了足够的理解，现已能过对其进行设计分析，并 制定了设计 提纲方案和 计划 。 四、主要参考文献 （按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出） 1 吴宗泽、罗胜国 .机械设计课程设计手册 M.北京： 高等教育出版社 ,2006.5 2 濮良贵，纪名刚 .机械设计 M.北京 :高等教育出版社， 2002. 3 罗学科 .数控机床 M.北京 :中央广播电视大学出版社 ,2008. 4胡宗武等 . 非标准机械设备设计手册 M.北京 :机械工业出版社 ,2005. 5 杨贺来 .数控机床 M.北京 :清华大学出版社 ,2009. 6 关慧贞、冯辛安，机械制造装备设计 M，北京：机 械工业出版社， 2010.3 7秦大同机械传动科学与技术 M北京：清华大学出版社， 2003 8齿轮手册编委会齿轮手册 M北京：机械工业出版社， 1990. 9付则绍新型蜗杆传动 M北京：石油工业出版社， 1992. 10 方建军，刘仕良 .机械动态仿真与工程分析 M.北京 :化学工业出版社 ,2004 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 系 意见 系 主任签名： 年 月 日 院 意见 教学 院长 签名： 年 月 日 nts nts湘潭大学兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2007964227 姓名： 朱宏球 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张 论文（设计）题目： 钢坯火焰清理机的氧化皮、裂纹清理装置设计 内容提要： 火焰清理机 利用高温火焰的 气割 和熔除 作用 将 钢坯 表面缺陷 烧除。在 钠坯 生产 中， 它 是 保证 钢坯 质量 的重要工序。 火焰清理 是 一种生产率高 、 成本 低的 表面 清理 方法。 目前国内几个大型钢厂的厚板车间都 采用了这一型式，而且几乎都是以前从国外引进 的设备，或者是仿制 国内已有的资料来看，都未给出一种切实可行的设计方法。 笔者从 机械优化设计的角度对其进行了分析，得到了一些有益的结论。本文正是根据这 些结论，在既保证设计参数最优又能简化设计方法这前提下，给出了这种 火焰清理机 构 参数的确定方法。实践证明：这种设计方法是可行的得到的结果也是令人满意的，对 于 火焰清理机 的设计具有一定的参考价值。 nts指导教师评语 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 nts 目 录 摘要 1 Abstract 2 第一章 引言 3 1.1 概述 3 1.2 火焰清理机的发展概况 3 1.3 火焰清理机的特点 3 1.4 火焰清理机清理装置的主要结构和功能 4 第二章 门式车架改造 5 2.1 误差校验 5 2.2 强度校核 6 第三章 升降系统及溜板改造 8 3.1 丝杠选取 8 3.1.1 计算额定动载荷 Ca 8 3.1.2 根据额定动载荷选择滚珠丝杠副的相应参数 9 3.1.3 验算稳定性 9 3.1.4 验算刚度 9 3.1.5 验算效率 10 3.2 传动系统改造及分析 10 3.2.1纵横向齿轮箱设计及分析 10 3.2.2减速机选取 10 nts 第四章 课题总结与望 12 第五章 参考文献 13 致谢 .14 附录一：英文翻译 15 附录二 : 英文翻译原文 21 nts湘潭大学 兴湘学院 毕业设计评阅表 学号 2007964227 姓名 朱宏球 专业 机械设计制造及其自动化 毕业 论文（设计）题目： 钢坯火焰清理机氧化皮、裂纹清理装置设计 评价项目 评 价 内 容 选题 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当 ； 3.是否 与生产、科研、 社会 等实际 相 结合 。 能力 1.是否有查 阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 （设计）质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸 是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2011年 6月 日 nts 1 摘 要 钢坯清理厂目前所用的设备为老式的清理机，它是上世纪九十年代产品，设备老化，维修困难，加工零件精度低，加工范围小，功能已很难适应新的工艺及船用工件，所以改造时主要从以上几方面考虑。经过与工厂协商，在改造中主要解决这些问题，改装割炬升降装置，进而适应钢坯厂大型钢坯的加工。改造后应达到通用性好，可进行直线及任意曲线的清理，可配置任何形式的割炬。精度高，改造后的数控火焰清理机运行精度、定位精度及转角处精度均要得到保证。清理质量好，清理机运行平稳，定位精度高。自动化程度高，切割全过程自动控制。 数控系统功能齐全。 本论文的工作重点是数控火焰清理机机械本体的改造，通过对机械本体的不合理地方重新设计和计算机数字控制技术应用，完成了数控火焰清理机的改造，并且在实际中进行了运行和调试本论文的工作及贡献 主要有下面几个方面； 1进行了机械方案设计、计算与分析，其主要内容包括机械本体，传动 系统及加装的自动调高，和割炬升降装置改装等。 2对改造后的数控火焰切割机进行了调试和运行，参数设置，诊断分析 以及精度检测。 关键词 ： 数控火焰清理机、改造、机械本体、电气控制 加工 nts 2 ABSTRACT Billet cleaning plant equipment currently used to clean up the old machine, it is the nineties of last century products, equipment aging, maintenance difficulties, low precision machining parts, machining range of small, function has been difficult to adapt to the new technology and marine artifacts, so transformation of the above areas is a major consideration. After consultation with the factory, in the transformation Mainly to solve these problems, the modified torch lifter, and then adapt to large-scale billet steel billet plant processing. After transformation, should reach common good, can be straight and clean up any curves that can be configured to any form of cutting torch. High precision CNC flame transformed cleaning machine running accuracy, positioning accuracy and precision of the corner have to be guaranteed. Clean-up of good quality, clean machine running smoothly, high positioning accuracy. High degree of automation, automatic control of the whole process of cutting. Numerical control system fully functional. Focus of this paper is the numerical control flame cleaning machine mechanical body transformation, by mechanical body to re-design and unreasonable where technology computer numerical control, CNC flame cleaning machine to complete the transformation, and carried out in practice running and debugging . Work and contribution of this paper There are the following aspects; 1. For the mechanical design, calculation and analysis, which mainly include mechanical body, transmission System and the installation of the automatic increase, and other torch lifter conversion. . 2. After the transformation of CNC flame cutting machine debugging and running, parameter settings, diagnostic analysis And the accuracy. Key words: CNC flame cleaning machine, transformation, mechanical body, the electrical control processing nts 3 引言 1.1 概述 所谓钢坯火焰清理就是利用高温火焰的气割和熔除作用将钢坯表面缺陷烧除的工序。该工序能有效提高钢材的轧制质量。为了生产高质量的优质钢材提供了必要的保证。钢坯火焰清理按工作温度分为热钢坯火焰清理和冷钢坯火焰清理；钢坯火焰清理按操作方式分为手工作业和机械作业方式。其中实现机械作业的装置称火焰清理机，他是通过专门烧嘴将氧气和炼焦煤气进行混合，燃烧火焰预热连铸钢坯，然后利用高压纯氧流与钢坯表面产生氧化反应，对钢坯火焰清理机需要采取机械作业方式，冷钢坯火焰清理机即可采用手工作业方式，又可采用机械作业方式 。冷钢坯火焰清理即可采用手工作业方式，又可采用计息作业方式，但由于我国目前非常缺乏专门的火焰清理机的设计、制造研发能力，国内钢坯火焰清理主要采用手工作业冷钢坯清理方式。 1.2 火焰清理机的发展概况 钢坯火焰清理技术起源于美国，成熟于韩国，是全球冶金行业率先进行批量化检验板坯皮下缺陷的先进手段，目前正风靡于世界冶金业。而随着我国钢铁工业对钢种质量的需求进一步提高，钢坯的火焰表面清理技术显得越来越重要，实践证明利用火焰清理钢坯缺陷，能有效地提高钢材的轧制质量。近几年来国内高度重视钢坯火焰清理技术在国内冶金业的 应用，如 2006 年宝钢分公司炼钢厂 4 号连铸机工程配套改造项目：二炼刚火焰清理机技改工程热负荷试车一次成功，顺利投入运行。改造后，二炼钢火焰清理机清理铸坯的最大宽度可从 1450毫米增至 1750毫米，年清理能力也将由 60万吨扩大到 120万吨。又如 2010年迁钢公司板坯火焰清理机热试成功，设计年处理板坯 190万吨，为该公司低成本生产高端高效产品，尤其是高品质汽车板、加点板提供了技术保证，迁钢成为国内继宝钢之后第二家投入火焰清理机的企业。但该板坯火焰清理机主体设备均由日本 KBK公司和美国 L-TEC公司联合设计制作。 可见，国外钢坯火焰清理技术现处于极度保密的状态，国内需要花费巨大的外汇来进口国外的钢坯火焰清理机的整机和关键核心部件，而且维修服务费用昂贵。 基于我国目前火焰清理机研发十分落后的局面，注定我国民族冶金企业必须走自主创新、产学研相结合的道路，通过对钢坯火焰清理机研发中的整体方案设计、结构分析、制造与装配等关键技术进行校企联合公关，我国才能够较快较全面掌握钢坯火焰清理技术，为我国冶金企业长期发展注入强劲的活力。因此，钢坯火焰清理机的设计项目具有十分深远的现实意义和工程应用价值 1.3 火焰清理机的特点 nts 4 .1、能 清理厚度大的钢块，最大可达 1000mm。炼钢厂产生的钢坯钢块大小不等，清理钢坯的方法也有很多种，例如人工清理劳动强度大、效率低，国产的人工清理工具 直简式手动清理机在质量及效率上对大厚度的钢坯块还不能胜任，钢坯液压清理效率虽高，但设备庞大，投资亦大，且对大件的钢坯国内外均无法采用手工清理，所以本文所论及的自动火焰清理机是目前国内解决大厚度钢坯清理的唯一途径。 2、功能多。火焰清理机能在铁轨上沿清理坑横向走形及横向清理，清理割喷嘴在伸臂的头部，能和伸臂同时纵向移动进行纵向清理，清理割炬还能根据钢坯工件大小上 下移动。而国内现有的连铸火焰清理机只能横向清理和纵向运行。 清理方式也可根据需要进行电动或手动的切换。 清理速度可根据工件大小进行调速。采用交流电动机，通过变频控制方法达到清理速度能调节的目的 3、国产化。本火焰清理机以引进设备作为基础，在满足其结构功能的前提下，所有配件全部国产化。例如清理割炬，点火枪、电动机、各类减速机等标准件、力矩限制联轴器、能源控制系统中的各种仪表及阀门等。 1.4 火焰清理机清理装置的主要结构和功能 1 横向驱动装置。电机通过摆线针轮减速机和涡轮减速机驱动车轮，使整台小车带动清理炬横向 走形或横向清理，电动机通过变频控制可调节横向走形速度，即横向清理速度。做做离合器手柄，可选择电动或手动横向走形方式。手动时用手柄通过锥齿轮、减速机、链条驱动替代电机驱动车轮。根据钢坯厚度的需要，清理机速度最慢可达到 30mm/min。传动装置减速比很大， i 3450. 2 向驱动装置是驱动伸臂的装置，伸臂是由驱动轴，从动轴及导向轮支撑的。电动机经过减速机、齿轮和离合器此轮驱动传动轴，使伸臂移动。也可操作离合器手柄用手动方式驱动链轮传动驱动轴使伸臂作纵向移动 3 臂及割炬上下移动装置。伸臂的头部有驱动部分有驱动部 分能夹持清理炬，并通过涡轮蜗杆及齿轮齿条传动装置使清理炬上线移动。伸臂的候补装有清理炬上线移动用的电机，经过减速机和力矩限制连轴器及长轴传给伸臂头部的清理炬上线驱动装置。上下移动距离视钢坯厚度而定，一般清理炬喷嘴到被清理的钢坯的距离为50mm80mm 4 理机距离和点火枪。清理喷嘴通过预热焦炉煤气，预热氧气在喷处混合，形成混合气体火焰，清理用的氧气通过喷嘴中心喷出进行清理，管体及喷嘴均通水冷却。为了能使清理炬点火，还装置了点火枪，点火枪装在割炬的管体上，通入的焦炉煤气nts 5 在混合部吸入空气，混合气体从点火枪烧嘴喷 出明火，可以点燃清理机的火焰。 第二章 门式车架改造 门式车架要在原有的基础上改单边驱动为双边驱动，要在导轨上加装齿轮齿条，车架右端加装驱动箱，主副基座中各装有驱动大车架运行的齿轮箱和电机，电机中装有编码器以保证两齿轮箱的同步运行。两个纵向及横向驱动齿轮均采用行星减速齿轮以保证运行精度。主副基座中各装有两个大滚轮，在前后、左右位置，用以支撑大车架并实现切割机的纵向运动。导向滚轮各装在装有操纵台的主基座中，这样可以保证大车架沿纵向导轨运行时精度。调整调整螺母，可以改变外滚轮与导轨的接触点。并且内滚轮安装在偏 心轴上，故可进行调整。这样，一旦导轨或导向滚轮发生摩损，可自动补偿，故保证了良好的导向精度 大车架构成数控切割机的整体，它由前后横梁、中间支撑及主副基座组成，为门式结构，各部分均采用焊接结构。大车架的前后横梁采用矩形钢材通过焊接而成形，中间支撑把前后横梁连接在一起，使整体结构具有很好的刚性，这样可以保证切割机在装有重力冲打部件时不会产生大的弹性变形。而且也可以使单割炬及三割炬溜板在沿横向导轨运行时，不会由于重心的改变而影响精度，从而保证数控切割机的精度。前后横梁用螺栓与左副基座连接固定在一起，使整个大车架具 有高的稳定性。 2.1 误差校验 齿条具有加工容易、寿命长、传动精度高等特点，所以本机纵横向运动采 用的齿条传动系统未动，只在纵向导轨处又加装了一对，啮合齿轮参数为模数m=l。齿数 z=22。原减速器拆掉，选德国行星减速器，减速比为 32。电机最大静转矩为 3 8Nm。割炬纵横向电机的负荷是不同的，纵向电机负荷大，其最大静转矩 T近似计算为： 。 T=W d 2i 其中 W为切割机总重量，为纵向导轨滑动静摩擦系数， d为啮合齿轮直径 (mm)， i为减速比。将 W=5000kg， =0.15， d=22mm， i=32代入 后。 T=25 8kgmm，远小于 320kgmm(查表得到 )，这说明电机选择是合理的。 机械部分均选用标准件可降低设备成本，但该运动执行机构的实际脉冲 当量 为： = mZ 360i nts 6 其中代入各数据计算可得 =5 99 10-3mm，它与机床数控系统中所提 供的脉冲当量为 0.01 近似，但有误差 +4 01。 2.2 强度校核 由于在机械本体改造时，原有的门式结构大车架的横梁上 要加装从动溜 板、并在横梁两端加装 2个钢带箱等部件，并改单边驱动为双边驱动，就要 在车架右边加装驱动件。改装前的车架由于采用单边驱动系统，当使用年限 超过十年以后，部件有些老化，经过校核，就发现当载荷力超过 675000N时， 整个车架的强度就会不足。主驱动部件采用电机驱动，从动部件跟着主驱动 部件在导轨面上运动。 个 最大扭转切应力 max=WpT，其中 T是扭矩， Wp是抗扭截面系数， 对于大车架， T=Fr L， Fr=fN=O.2 629 103=125 8 103(N) 横粱 L=6m，则 T=Fr L=125.8 103 6=754 8X103(Nm) 横梁截面 Wp= hb2，其中 是系数，查表取 =O 263， b h=O 25mX0 7m max=754 8 103/(0.263 0 252 O.7)=65 6Mmn/m2 而许用扭转应力 =70 5MN/m2，虽未超出，但已很接近，所以强度不足。但经过改造后，车架均匀受力，横梁受力简图如下，横梁主要受升降系统静载荷力 Po，若加装两个从动溜板，受静载荷力 P1， P2，两端加装钢带箱，正作用在两个支点上，nts 7 所以可以忽略。 由静力平衡条件计算支反力计算支反力 Ra， Rb，己知， Po=6000N， P1= P2=2000N，则 Ra L=(L L2) P (L L0) Po+(L-L1) P1， RA 6=(6-3 4) 2000+(6-3) 6000+(6 2 6) 2000， RA=5000N 同理 RB L=L2 P2 L0 P0 L1 P1代入后艮 =5000N 以梁的左端为坐标原点，选坐标系如图 3 4(b)，画出剪力图 Q-X图， 计算过程如下： A点： Q=RA=5000N l点： Q= RA P1=5000 2000=3000N 0点： Q=RA P1 P0=5000-2000-6000=-3000N 2点： Q=RA P1 P0 P2=5000-2000-6000-2000=-5000N B点： Q=RA P1 P0 P2+RB=0 弯矩 M(X)=Q(X)X，作出弯矩图如图 3 4(c)，计算过程如下： A点： M=0 1点： M=RA Ll=13000Nm 0点： M= RA Lo P1(L0 L1)=14200Nm 2点： M= RA L2,-P1(L2一 L1)一 P0(L2-L0)=13000Nm nts 8 B点： M=O 综上所述，得出最大剪力 Qmax=5000N，最大弯矩 Mmax=14200Nm 强度校核：最大剪应力 max=bhQ2max3=42 8KN m 最大正应力 max=WzMmax=14200/(O.25 0.72/6)=695 5KN m2 已知许用 =70 5MN/m2， =141MN/m2，所以强度校核合格。 第三章 升降系统及溜板改造 割炬升降系统的丝杠要更换，手动调高要改为自动调高系统，即可保证 在切割钢板时，钢板表面到割嘴之间的距离恒定，以保证切割质量，由于所切割的钢板表面不会完全与水平面平行，而且钢板表面可能是弯曲的，对于不同厚度的钢板，钢板表面到割嘴之间的距 离是不同的，因此为了保证切割质量，须改为自动调高。割炬自动调高系统分为：电容式、弧压式、机械式三种。电容式主要用于火焰和小型等离子系统、弧压式主要用于较大型和水下等离子系统、机械式主要用于直线三割炬。本系统选择电容自动调高系统，它的传感电极被固定在支架上，传感电极可沿割炬轴线方向上下手动调整，支架安装在割炬上，电容自动调高工作以前，应根据所切割钢板的厚度调整好割嘴到钢板表面之间的距离，传感电极为环形电极，当对工件进行切割时，环形电极与其割炬割嘴四周的间隙应尽可能均匀。 前横梁上装有横向运动导轨及驱动齿条，在 前横梁左右端还加装有钢带装置，为了克服钢带自身重量，前横梁中间部分装有支撑钢带用的滚轮，钢带位于前横梁前端。当驱动溜板通过齿轮齿条驱动沿横梁导轨运行时，其他从动溜板通过对钢带的不同夹紧方式实现镜向及同向运动。 驱动电气柜装在后横梁上，此外中央集气管路及软管、电缆的支架也安装在后横梁上，各种软管及电缆线被放置在后横梁上的保护槽中。 3.1丝杠选取 已知平均工作载荷 Fm=2800N，丝杠工作长度 L=O 3m，平均转速 na=120r min，使用寿命 La=14400h，丝杠材料 CrWMn钢，滚道硬度为 58 62HRC。 3.1.1 计算额定动载荷 Ca(单位 N) nts 9 Ca=KPKBKm10467.1 mLhn 查表 Kp=1.2， KH =1.0， KA =1 1(数控切割机的精度等级取 E级 ) Ca=1 2 1.O 1.1 2800X3 1000067.1 14400120 17352(N) 3.1.2 根据额定动载荷选择滚珠丝杠副的相应参数 依据 Ca Ca的原则，选择汉江机床厂的滚珠丝杠副 FC1B-25 5-5-E2 规格尺寸为 Ca=17456N； Do=25m； p=5mm； v=3o2； db=3 175mm 计算其余参数：螺纹滚道半径 R=O 52db=O.52 3.175=1.651mm 偏心距 e=(R一2bd)sin45o=0.707 (1.651一275.31)=0.0449mm=4 49x10-2m 丝杠内径 dl=Do+2e-2R=25+2 4.49 10-2-2 1.651=21.79mm 3.1.3 验算稳定性 临界载荷 Fer=2a2 ）（ LEI（取 =1） (3 1) 式 3-1中：丝杠材料弹性模量 E=206X 109P (丝杠材料为钢 ) 丝杠危险截面的轴惯性矩 Ia=64d1=1.106 10-8m4 Fer=（ 2 206 109 1.106 10-8） /（ 1 0.3） 2 374775N S=FmFer=134， s=2 5 4，所以 Ss，因此丝杠工作安全 3.1.4 验算刚度 导程的等米变形量 L=EAFGJPT2(3 2) 式 3 2中：丝杠截面积 A=41d 0.37 l0 3 m2 丝杠切变模量 G=83 3 109Po(查表 ) 转矩 T=Fm tan20D(w+ )(摩擦系数取 0.0025， =840” ) T=2800 25/2 10-3 tan(3021 +8 40” )-1 94N m 丝杠的极惯性矩 Jc= 32d41 2.212 10-8m4 L=39 1037.0102062800+89310212.2103.832 94.1105 .7.58 106 nts 10 查表数控机床取 E级精度，任意 300m内导程公差为 15 m，每米公差 为 50 10-6 L，所以刚度验算合格 3.1.4 验算效率 = )tan(tan =95.4 90符合要求。 3.2 传动系统改造及分析 传动系统包括：纵向齿轮箱、横向齿轮箱、单割炬升降齿轮箱等 3.2.1 纵横向齿轮箱设计及分析 纵横向齿轮箱均采用行星减速齿轮以保证运行精度。由于采用结构小巧的行星减速齿轮箱，故纵横向驱动部件结构紧凑，效率高，体积小，结构简单，可承受较大的轴向及径向载荷驱动电机安装在行星减速齿轮箱的适配板上。驱动齿轮安装在行星减速齿轮箱的输出轴上，驱动齿轮与齿条啮合后便可由电机通过减速齿轮箱最终经输出齿轮实现纵横向运行。 纵横向齿轮箱与箱体及横向溜板的固定。纵向齿轮箱通过 压缩弹簧与箱体连接。横向齿轮箱是通过蝶形弹簧与横向溜板拉紧。这样，纵横向齿轮箱输出齿轮与齿条的啮合可保证无间隙，并可自动补偿齿轮齿条磨损产生的间隙，从而保证整机运行精度。 3.2.2 减速机选取 根据反向间隙等精度标准选择减速机的类型为 PLE80-32： 适配电动机的的额定输出扭矩乘上减速机减速比后得出减速机输出扭矩，该扭矩应小于或等于减速机额定输出扭矩，则本机额定输出扭矩为 120Nm；即 1 3Nm32=41 6Nm120Nm。 电机的最高输入转速要小于减速机的最大输入转速，本机选最大输入速 度 60OOr/min；即 5000r/min6000r/min。 本机选最大径向和轴向力 950N和 1200N，重量为 2 6kg，转动惯量为 0.39kgcmz，额定输入速度 4500r/min，最大输入速度 4500r/min，满载效率 94。 3 3系统分析 刚度及抗振性分析 数控机床要在高速和重负荷条件下工作，为了满足数控机床加工的高生产率、高速度、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，数控机床应具有更高的静刚度、动刚度和抗振性。 截面惯性矩本机床的重点受力部位为门式车架横梁和基座，如门式车架横梁的截面惯性抗弯矩 相对值可取 3333 4.17(cm4)，截面惯性抗扭矩相对值可取nts 11 680/0.43(cm4 )；静态时抗弯刚度相对值 0.85，单位重力刚度相对值 0 75，抗弯刚度相对值 17，单位重力剐度相对值 14 6；动态时抗弯刚度相对值 2 8 3 0，抗扭刚度相对值 11 7。 强迫振动机床强迫振动的振源有高速运动部件的动态不平衡力、 往复运动件的换向冲击力等，机床结构抵抗强迫振动的能力，可用动刚度 Kd或动柔度 Sd 来表征，如式 3-3，机床结构的动态刚度可以通过激振试验来确定，并且绘制成复平面上的幅相图 本设计确定改造后 的火焰清理机的机械部分，包括机械本体，传动系统及加装的自动调高，自动点火和割炬升降装置。机械部分大部分未动，只对一些必需件进行改造。机械部分是实现加工的本体，并会直接影响到工件的加工精度。本系统选用的德国 NEUGART行星减速器在输出扭矩、噪音、效率、径向和轴向受力、寿命和反向间隙等多项关键指标均处于领先地位，同时齿轮齿条、滚珠丝杠等部件的选择亦使整机水平有所提高。 nts 12 第四章 课题总结 与展望 本文设计的自动火焰清理机是用氧气和符合要求的可燃气体火焰废喷射钢坯表面去除氧化皮的设备。经过几个 月的集体努力，获得了一些成果和结论。我们求得了曲柄连杆翻版机构中各
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