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机械毕业设计全套

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JC01-064@四杆中频数控淬火机床的设计制造（含说明书和零件图）,机械毕业设计全套

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1 机械元件的设计 这篇文章，正如标题表明的，将不处理成套计算机的设计的更宽的方面，但是将试图解释基本原理要求组成机器的单独的要素的正确的设计。设计原则当然普遍。相同的理论或者方程式可以被用于一个非常小的部分，像在一台仪器里，或者对一个更大，但是相似的部分来说，曾在重型设备里使用的那样。然而，数学计算被认为是绝对和最后。 它们全部受影响必须一定被在工程做的各种各样假定的准确工作。 有时只有在一台机器里的部分被根据分析的计算设计。通常剩下部分的形式和大小然后根据实际的考虑被确定。另一方面，如果机器非常昂贵，或 者如果重量是一个重要因素，例同在飞机里，那么设计计算可以完全适合几乎所有部分。 设计计算的目的当然是试图预测压力或者在部分的变形，为了用将被它强加给建材的物理性能，像在实验室中确定的那样。一种设计尝试的方法用于相对简单和基本的试验的结果并且把它们全部用于所有的现代机械中遇到的错综复杂情况。 另外，它已充分证明这样的细节，像表面条件。热处理对机器零件的强度和使用寿命有被显著的影响。设计和起草的部门必须指定完全全部的这样的细节，因此运用必要密切的手段对最终产品予以控制。 nts在迅速和准确的数字工作里，训练对设计者 无价。设计者应该保持一个准确笔记本，让他知道经常必要工作他做过去哪个。画一个草图，仔细按比例描绘，也是一件必需品，并且为放下有关问题使用的数据的部分提供一个便利的地方。不言而喻，全部数据，方程式并且计算过程全被写下，以便被日后使用。 2 机床对加工精度的影响一台机床在机器加工过程里有下列功能 ： a) 工件和刀具以及确定它们的正确的位置。 b) 提供工作的运动 ( 主要和辅助运动 ) 并且在机器加工操作期间保持工件和工具的正确的有关的位置。 c) 为切削和腐蚀提供能量。 加工精度通过考虑在被期望的 ( 名义上 ) 尺寸和特性和最终产品的之 间的差别被评价。机器加工误差越小，精度越高。机床影响机器加工误差就越小。 a) 关于刀具在工件的安置误差。这部分误差可能在生产机床零件和主件的装配误差引起，也许通过在工件的位置误差和装夹误差有关的误差产生。简言之，称为机械精度上的几何学影响。 b) 在工件的刀具和工件的运动在机器加工过程期间的误差，或者关于加工精度的动态的影响； c) 误差在机床零件和主件的替代内， 工件和刀具由于在机器加工过程里出现的力量，关于加工精度叫动态的影响。 ntsd) 工件和刀具由于热膨胀和由于在推动的机械作用的磨擦在机器加工过程内产生，而引起的热使工件、 刀具之间产生位移误差。这叫为热变形误差对机械精度的影响。 机床零部件和主件在加工精度上的影响，被认为是那些主件和零部件所作关于 工件和刀具的有关的位置有关。例如，在一台车床里这样的组件被认为：主轴箱部件溜板箱部件和尾座部件。实际上，其它装配间接影响工件和刀具的位置，它们的变形和替代可能也引起机器加工误差。因此，通常认为只有与工件和刀具和接触的这个部件的位移误差，才最后决定机床对加精度的影响。 只要可能的话，在一台机床上任一位置的几何误差可以被直接测量。它们的评估取决于误差的绝对值的大小和对与规定尺寸的偏离方 向。如当机床产生磨损时，误差值将减少，它所产生的误差被认为不那么有害。 总加工精度的几何学误差的重要性相对大。 这可能被证明加工后的产品测得误差同由几何偏差计算得出的误差进行比较就可以证明这一点。分析比较时，反复考虑几何误差、运动误差、动态误差和热变形误差。一些统计资料表明几何学误差在整个机械加工中，误差在 50%-75% 的范围内变化。 因此一个结论，被得机床里的几何学误差应该被尽可能降低，但是仍在经济证明范围内。 nts就有运转运动的复杂的机床而论，机床的动态的准确至关重要。 这可能被观察什么时候齿轮，线 和其他曲面机器加工。 一台机床的动态的准确起因于它的内部的动态的链配合的准确。 动态的误差被定义为使运动链首端件与实际的位置和位移的偏差决赛的偏差。 动态的误差的检查还没有成为一个广泛的惯例，不是建立它们的容许值的标准， 正像没有关于几何学误差的标准一样。 动态的准确的测量没传播的主要原因之一是相对错综复杂和昂贵的设备是必要的，以及费时的运动。 对于复杂运动的机床系统，机床的运动精度是很重要的。在加工齿轮、螺纹、和其它曲面是被奉行。 机床的运动精度是由内外传递链的配合精度产生的。 运动误差被定义为使运 动链首端件与实际位置和位移的偏差。 运动误差精度计算和测量，通过被称为位移测定仪的特殊器械来实现。 检测运动误差呈现在实践中没有产生广泛确定它们允许值的标准。就像没有关于几何误差的标准。运动精度没有被传播的原因是运动精度需要很贵的设备和耗时的操作。 nts 3. 噪声控制 噪声控制可分为三个阶段：包括设计思想、设计的安排、声学。后两种情况在大多数情况下不发生重叠或互相交插。设计思想为整个噪声控制问题确定约束条件，这个问题的定义常常是一般性慨念，它常起因于一些人或某些人群的报怨。 此时，定义 噪声源常常不需要声音的测量。 在设计概念阶段至关重要的是来源影响的人口的正确的鉴定 ， 即得到的影响给它们途径 ， 已经鉴定被噪声源影响的人们背后，检查可接受噪音限制被强加给或者由那些个人接受是必要的。如果这些限制是那些，被现有的标准建立或者强加或者法律或者其它。从而使这个问题独特，例如的独特的条件，有一般象那样高环境噪音限制的人口在主要都市中心内存在哪个？ 在一种设计之前修理，作为设计概念的部分，对设计的约束必须被检查。 有法律限制吗？作那些问题因此那些暴露最大噪音适合建立时间段被被象那些联邦职业安全局和健康部 门，有这样的法律颁布行动吗？因为联邦航空公司建立的那样的一个联邦政府机构的约束。最大的极限经常被用于限制像飞机噪音发射限制。 操作和维修要求必须被严重地评论。比如说，对操作或者维修的保险开关，要求的内部部分的入口强加的限制条件。一定在设计阶段查看，尤其，在设计要被试图降低噪声的有关现有机器设备。如果，在设nts计被确定之后，与有经验的操作者的协商在这个阶段能节省很多潜在的重新设计要求。 我们必须处理社会方面机器设备的大量噪声问题。我们应该考虑这里最经济设计的美观性问题。设计的最后，将提高问题的视觉参数吗？巨大的噪 声设备常被看成是美丽风景的一个污点。使用巨大噪音控制装置经常由熟练用户的设计的工程师面对。它与发电厂是否接近于居住的地区有关。他们常常在在强冷却的冷却塔做出选择，它占地面积大，但高度很低。本来就很安静的自然风凉系统，它需要五万英尺高的结构。无解的社会含义应该针对全部组成部分以减小噪声源。在一定程度上无解的概念将会与强加在设计概念上的经济约束有关。 早在一个解决一个控制噪声源的问题方法的约束方面，经济限制条件必须被详细说明。噪音控制装置经常能非常昂贵。低频衰减多于处理高的频率声音。这费用必须权衡好处才可以被获 得。乍一看来噪声控制花费的美元经常被认为不是生产的花销。例如，热量回收器不仅可以节省能源，而且在燃料里为它们自己支付的热回收消耗。但是，这些花费被权衡来尽可能节约储蓄适合丧失听力或者作为一种公众与邻居关系的补偿。它们呈现稍微令人担心的方面。什么时候有严厉的噪音问题危害它们雇员的公司面临每天被罚款 500 美元，或者是一被次命令关闭它的nts经营危胁。噪声控制的花费的范围大约在 50 000 美元左右。在 50 000 美元范围内的一台噪音控制装置变得在经济上可行。 当噪音管理程序被在一台设备的设计阶段插入时或者在一座大楼或者在高速公路的设计过程中，它们能导致改变的材料的决定，处理，等等。实际上得看情况对生产者，拥有人或者普通民众所产生的言论。更短和更有效率的空气通路要求较少的材料 ( 如此不那么昂贵 ) 已经被使用。不同和更便宜的轴承全部是能导致更安静和同时不那么昂贵的最后产物的例子。据估计，那个工程或者咨询花销用于完成上述评估的设计，对上述评估的能增加像生产或者设计的百分之一中的十分之一花费一样的少。因此，认定全部噪音管理步骤和控制观点是一种噪声控制的领域的高消费。 nts 1 前言 目前，我国对数控 淬火 机床的需求在日益增加，数控 淬火 机床的性能也日趋完善，自动化程度和生产率大大提高，从而取代了人的大部分体力劳动和脑力劳动，但同时也就使得数控 淬火 机床在更高层次上依赖于人，从而构成技术密集型的人机系统。对于数控 淬火 机床来说，人的主要工作不只是体力劳动，而且还包含了一定程度的脑力劳动，随着数控 淬火 机床的发展，脑力劳动的负荷越来越大，对操作者的知识技能水平的要求也就更高了。但是，对于操作者来说，体力劳动是依然存在的，这时人的主要体力作业集中在加工前的准备工作和加工后的一些后续工作。从数控 淬 火 机床的设计、制造、使用过程表明，数控 淬火 机床的工作质量不但取决于机器本身的性能和质量，还取决于操作的劳动者，而操作者的劳动质量在很大程度上又取决于该系统中人机系统的功能质量。人是生产的主体，满足了人的基本安全需要，使人心情舒畅，才可能充分发挥人的主观能动性，调动人的积极态度，它对提高生产效率有着重要的意义。 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 2 1. 绪论 1.1 淬火机床的国内外发展状况 1） 感应淬火机床在国内普遍采用液压传动机构 ,也有的采用机械传动机构。机械传动机构采用普通丝杆和齿轮传动结构进行传动。这些淬火机床传动 速度不稳定 ,传动定位精度低。目前 ,对感应热处理要求的提高 ,对淬火机床传动系统的要求也相应提高 ,液压系统传动的淬火机床已逐步被淘汰 ,取而代之的淬火机床将采用变频调速电机 ,步进电机或伺服电机 ,通过滚珠丝杆传动。这种淬火机床移动速度均匀、精确 , 托架重复定位精度高 , 可达 0.03mm 或 0. 001mm ; 转台定位精度高 , 达到 0.01mm。若再采用步进链传动 ,托盘送料 ,机械手或机器人送料及对感应淬火零件装卸料 ,就成为全自动化的专用机床。淬火变压器与感应器 X 轴向 (上下 ) 移动应用微型计算机进行编程 ,Z 轴 向 (前后 ) 移动同样也可进行编程 ,机床运行完全按照计算机程序运行 ,是高度自动化的感应加热设备。 2） 感应加热淬火机床的控制 ,现在普遍采用 PLC 与 NC 控制 ,完全应用继电器进行控制的淬火机床已逐步被淘汰。使用计算机进行控制的自动淬火机床也越来越普遍。淬火机床的工作状态通常被显示在显示屏上 ,同时能自动进行故障报警或故障诊断。 3） 感应加热过程的能量监控系统和工件加热温度的监控精度大大提高 ,其重现性达 0. 1 %。最近发展了感应器监控仪直接测量感应器上的输入能量 kW- S ,以取代设备的能量监控。 4） 在感应加 热淬火过程应用脉动加热式能量分配器 ,进行曲轴连杆颈淬火时 ,给上死点和下死点分配不同能量达到加热温度均匀的目的。 5） 在感应热处理过程中 ,感应电源根据振荡因素及时显示感应器阻抗值的变化 ,根据阻抗值的变化及时调节电源振荡状态 ,保证零件感应加热在相对理想的状态下进行。 AEC-Elotherm 曲轴淬火机床有此装置，用以显示感应器阻抗，能显示数值变化。 6） 淬火机床附带测量及显示仪表 ,测量显示工件的淬火过程。在对滚珠丝杆感应淬火时淬火机床能自动测量伸长量 ,如果伸长超差 ,淬火机床能自动降低功率以减少滚珠丝杆感应淬 火的伸长量 ,并在淬火过程中自动记录相关数据。感应淬火机床能够在曲轴淬火过程中应用安装的曲轴弯曲变形测量仪测定曲轴的淬火弯曲量 ,并调整其参数对曲轴淬火弯曲情况进行修正。淬火机床附带的液体流量监控仪可直接显示淬火液的流量 ,能有效地监控淬火件质量。水电导值指示器可以监控软水的质量。 7） 油烟吸抽。新型淬火机床上直接安装抽风设备，吸抽工件加热时产生的油烟。 8） 多轴化。为了适应小件提高产量，通用淬火机床出现多轴化，如 Welduction 公司最近nts 3 推出 2 轴、 4 轴淬火机床，同时可处理多种 0.508m（ 20in）长以内 ，重 9.08kg 以下的工件。 9） 功能复合化与柔性化。在一台淬火机床进行淬火，随后用较低功率进行回火，二工序在一台淬火机床上完成，英国 Etchells 机械制造有限责任公司生产的全自动抽油杆生产线，可生产符合 A.P.I 标准的 5/8,3/4,7/8 和 1的抽油杆 ,长度可以是 25-30 米长，实现了包括锻造、感应加热等一整套工序的集成，全自动生产。 BJ 型轴类淬火机能自动编 14 种程序、自动识别进机零件。 Roborton.Elotherm 最近推出了双主轴立式淬火机床，在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火 ，能处理轮轴、三槽套及其他万向节件，转换工件只需 2 5min，用计算机编程，根据工件号在 2min 内调出有关工艺数据。 10） 一机多工位或一个电源带多台机床，摩擦片双工位淬火机床是高频自动切换的，摩托车曲柄有三个淬火部位，电气兴业公司的产品是一个电源带三台淬火机床；国内产品是一个超音频电源带一台具有三个淬火变压器的回转工作台淬火机，节省了占地面积与装卸工序。 11） 机电一体化的紧凑式淬火装置，以单个电源、淬火机床、附属装置组成成套装置在我国是在 20 世纪 70 年代中期开始的，工业发达国家现在发展的是将电源与淬 火机构组合在一起的淬火机床， Inductoheat Co 公司的轮毂淬火机床 Welduction 的通用淬火机等均属此范畴。 12） 冷却水及淬火液循环装置，由于采用换热器降温，设备冷却水及淬火液槽容量普遍减小，冷却水槽容量在 0.5 1.0 3m 或更小，淬火液槽亦相似，完善的淬火液槽内有磁性吸铁屑装置及油分离器，对使用聚合物淬火液更为有利。 1.2 四杆中频数控淬火机床概述 四杆中频淬火机床是对抽油杆（包括空心杆）进行淬火的专用设备，具有结构合理、性能稳定、工效高、 易于操作等特点。 机床主要由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。 淬火过程全部采用斜辊道进给，使工件边前进边旋转，保证加热温度均匀。 在驱动装置的带动下 ,斜辊输送抽油杆完成全部运动。 上料与下料均有自动装置，可减轻工人劳动强度提高劳动生产率。此自动装置由限位开关、气动装置及其控制以及机械部分组成。冷却水套采用均匀多孔喷口，使工作冷却速度快且硬度均匀。此系统是独立封闭式。前后斜辊道采用链式传动，分别由两台调速电机驱动，保证整条传动线作匀速前进。电气控制是由中频电源柜，电气控制柜组成 ，用以完成整机动作的控制。 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 4 2 四杆中频淬火机床总体设计 机械系统总体设计根据机器要求进行功能设计研究。总体设计包括确定工作部分的运动和阻力，选择原动机的种类和功率，选择传动系统，机械系统的运动和动力计算，确定各级传动比和各轴的转速、转矩和功率。总体设计时要考虑到机械的操作、维修、安装、外廓尺寸等要求，确定机械系统各主要部件之间的相对位置关系及相对运动关系，人 机 环境之间的合理关系。总体设计对机械系统的制造和使用都有很大的影响，为此，常需作出几个方案加以分析、比较，通过优化求解得出最佳方案。 机床主要 由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。 2.1 机床动作流程 工件从上料架感应开关翻料器至上料装置的斜辊上进给中频淬火装置冷却水套继续进给至下料装置的斜辊上碰撞到限位开关翻料器至下料架。 2.2 斜辊传输 本机床采用斜辊传输 , 使工件边前进边旋转，保证加热温度均匀。工件的进给速度应满足机床的额定工作效率，因此，在设计中必须保证工件的进给速度和自身旋转速度参数应与中频淬火装置的各设计参数相匹配。工件的进给速度和自身旋转速度主要取决于斜辊的旋转速度和工件与 斜辊的切点位置。对于同一型号的工件，切点位置不同，其水平与竖直方向的受力就不同 ,从而工件的进给速度和自身旋转速度就随之变化。因此，在设计中准确计算并把握切点的位置至关重要。在本机床中，将斜辊轴与工件进给方向调为 60 度，满足所需工件的进给速度和自身旋转速度的要求。 2.3 工件进给过程 淬火机床在工件进给过程中，采用左右对称式。即以床身纵轴为对称轴，左右各安排两杆进给。两杆一前一后错开进给，保证上下料及其它装置可同时满足两通道使用要求。 2.4 中频淬火过程 抽油杆采用连续加热、喷水淬火的方式。为使抽油杆达到 技术要求，很大程度上取决于感应器的结构设计与制造，感应器的设计一般应考虑： 1） 使被加热零件的表面温度均匀。 2） 感应器损耗小， 电效率高，这与感应器内面与工件的间隙有关。 3） 感应器冷却良好。感应器通过较大的中频电流所引起的发热量，必须用冷却水带走。 nts 5 4） 感应器制造简单，操作方便。 2.5 机床电气、水循环和气动系统 1） 数控系统及配套电源 数控系统以可编程控制器（ PLC）为核心 ,具有丰富故障诊断功能及过流、欠压、过热和短路等各种保护功能 ,在抗电磁干扰方面采取了一系列有效措施。显示器汉字显示工况及报警信息内容。系统配有 合理的控制程序 ,操作方便 ,并可根据需要随时编程或修改工艺参数 ,以满足不同类型抽油杆感应热处理机床配套使用可控硅中频电源 ,功率 250kW ,频率 8kHz。 2） 水循环系统 机床水路分冷却水和淬火介质两路 ,冷却水路实现对电源、变压器、电容器和感应器的冷却 ,淬火水路为工件加热提供淬火介质。两大水路均采用全封闭循环冷却方式 ,冷却水与淬火介质分别与工厂供给的外循环硬水通过板式换热器进行换热冷却 ,并具有压力、温度检测功能 ,保证水温恒定及水质稳定 ,为生产线调试淬火工艺提供可靠保证。 3） 气动系统 为了提高生产效率， 减轻生产人员的劳动强度，机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作，实现了上下料的全自动控制。 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 6 3.上料传送装置的设计 3.1 上料 传送装置 料架的设计 为了提高生产效率，减轻生产人员的劳动强度，机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作，实现了上下料的全自动控制。 3.1.1 上料机构的动作步骤 (如图 3.1 所示 ) 图 3-1 上料机构 Fig.3-1 mechanical body for bringing works 图 3-2摆臂机构 Fig.3-2 mechanical body for Swinging nts 7 动作 1：用机械手将抽油杆整齐的平铺在平面 1 上，使一根抽油杆滑落斜面 2 上 动作 2：控制系统将动作指令发给上料机构主汽缸，主汽缸活塞杆伸长，带动连杆旋转，通过固定在转轴上的四个翻料器将一根抽油杆翻过小挡板到斜面 3 上，抽油杆在重力作用下沿斜面滑落到里面斜辊上。 动作 3：控制系统发送脉冲给上料机构辅汽缸，汽缸活塞杆伸长带动连杆动作将摆臂支起（如图 3.2 所示）。 动作 4：重复动作 1，抽油杆沿斜面 3 滑落到外面斜辊上。即此完成单面双辊道的上料操作，对面亦然。 由于上料运动的分时性，四 杆分时上料，但结构上的对称性可保证两杆同时上料。 3.1.2 上料机构的动作原理 基于以上动作要求，上料机构采用汽缸连杆机构，主汽缸选用 SC8075-CA（活塞直径80mm， 行程 75mm），如图 3.3、图 3.4 所示，当主汽缸活塞杆处于初始状态时，翻料器处于水平状态；当主汽缸活塞杆处于最大行程时，翻料器与初始位置成 30 夹角。 图 3-3 主汽缸活塞杆处于初始状态 图 3-4 主汽缸活塞杆处于极限状态 Fig.3-3 The cylinder piston rod in the initial state Fig.3-3 The cylinder piston rod in the Limit state 辅汽缸选用汽缸 SC80150-CA（活塞直径 80mm，行程 150mm），如图 3.5、图 3.6 所示，当主汽缸活塞杆处于初始状态时，翻料器处于水平线成 8.13 ；当主汽缸活塞杆处于最大行程nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 8 时，翻料器与初始位置成 22 夹角。 图 3-5 辅汽缸活塞杆处于初始状态 图 3-6 辅汽缸活塞杆处于极限状态 Fig.3-5 Auxiliary cylinder piston rod in the initial state Fig.3-6 Auxiliary cylinder piston rod in the initial state nts 9 3.2 选取电动机 3.2.1 选择电动机系列 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压 380V， Y系列。 3.2.2 选择电动机功率 V型滚所需功率 2 0 0 0 0 . 8 2 1 . 6 41 0 0 0 1 0 0 0w Fvp k w 传动装置总效率 g g g承减 速 器 链 滚其中 减速器效率 链 轮0.75 链轮效率 链 轮0.96 轴承效率 轴 承0.99 V型滚效率 V型 滚0.95 则传动 总效率 0 . 7 5 0 . 9 6 0 . 9 9 0 . 9 5 =0.6772 所需电动机功率 1 . 6 4 2 . 4 2 20 . 6 7 7 2wr PP k w （ 3-1） 查手册，可选 Y 系列三相异步电动机 Y100L2-4 型，额定功率：0 3P kW,转速：1 4 2 0 / m innr 。 3.3 选取减速器 3.3.1 选择减速器 的功率 依据电动机额定功率：0 3P kW，选用减速器的额定功率为 3P kW减。 3.3.2 选择减速器的传动比 依据 电动机输出转速： 1 4 2 0 / m innr ， V型滚轴的转速： 10.1 / m innr ， 得 1420 1 4 0 . 5 9 41 0 . 1nin 电轴（ 3-2） 通过查取减速器的型号， 选用减速器的传动比为 152， 较为接近，其差值由设计链轮时的nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 10 传动比进行调整。 查手册，选用摆线针轮减速器，型号： XWED-3.0-74-187 其中减速器代号意义如下： 摆线针轮代号： B 表示 B系列标准； X表示 X系列标准。 安装型式： W 表示卧式； L 表示立式； D 表示电机直连； E 表示两级减速； S 表示三级减速； F表示法兰卧式。 X系列型式有： XW、 XWD、 XL、 XLD、 XWE、 XWED、 XLE、 XLED、 XWS、 XWSD、 XLS、 XLSD 3.4 链轮的设计 3.4.1 链传 动的特点和类型 链传动由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成（图 3.7），以链条作中间挠性件，靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。 链传动结构简单，耐用、维护容易，运用于中心距较大的场合。 与带传动相比，链传动能保持准确的平均传动比；没有弹性滑动和打滑；需要的张紧力小；能在温度较高，有油污等恶劣环境条件下工作。 与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；成本低廉；能实现远距离传动；但瞬时速度不均匀，瞬时传动比不恒定；传动中有一定的冲击和噪音。 链传动的传动比 i 8；中心距 a 56m；传递功率 P 100kW； 圆周速度 v 15m/s；传动效率 =0.920.96。链传动广泛用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。 按照链条的结构不同，传递动力用的链条主要有滚子链和齿形链两种（图 3.8）。其中齿形链结构复杂，价格较高，因此其应用不如滚子链广泛。 图 3-7 链传动 Fig.3-7 Transmission by chain nts 11 图 3-8 传动链的类型 Fig.3-8 The typies of transmission by chain 1-内链板； 2-外链板； 3-销轴； 4-套筒； 5-滚子。 1- Internal chain plates; 2- External chain plates; 3-pin; 4- Sleeve; 5- roller. 1） 滚子链传动的结构与选择 滚子链的结构如图 3.8a 所示，其内链板 1 和套筒 4、外链板 2 和销轴 3 分别用过盈配 合固联在一起，分别称为内、外链节。内、外链节构成铰链。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。当链条啮入和啮出时，内、外链节作相对转动；同时，滚子沿链轮轮齿滚动，可减少链条与轮齿的磨损。 为减轻链条的重量并使链板各横剖面的抗拉强度大致相等。内、外链板均制成“”字形。组成链条的各零件，由碳钢或合金钢制成，并进行热处理，以提高强度和耐磨性。 滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距，用 p 表示，它是链条的主要参数。节距 p 越大，链条各零件的尺寸越大，所能承受的载荷越大。 滚子链可制成单排链和多排链，如双排链或三排链。排数 越多，承载能力越大。由于制造和装配精度，会使各排链受力不均匀，故一般不超过 3 排。 滚子链已标准化，分为 A、 B 两个系列，常用的是 A 系列。表 3-1 列出了几种 A 系列滚子链的主要参数。设计时，要根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号；确定链传动的几何尺寸及链轮的结构尺寸。 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 12 表 3-1 A 系列滚子链的主要参数 Table 3-1 major parameter of roller chain A 链号 节距 p mm 排距 p1mm 滚子外径d1mm 极限载荷 Q（单排） N 每米长质量q（单 排）kg/m 08A 12.70 14.38 7.95 13800 0.60 10A 15.875 18.11 10.16 21800 1.00 12A 19.05 22.78 11.91 21100 1.50 16A 25.40 29.29 15.88 55600 2.60 20A 31.75 35.76 19.05 86700 3.80 24A 38.10 45.44 22.23 124600 5.60 28A 44.45 48.87 25.40 169000 7.50 32A 50.80 58.55 28.58 222400 10.10 40A 63.50 71.55 39.68 347000 16.10 48A 76.20 87.83 47.63 500400 22.60 滚子链的长度以链节数 Lp 表示。链节数 Lp最好取偶数，以便链条联成环形时正好是内、外链板相接，接头处可用开口销或弹簧夹锁紧（图 3.9）。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节（图 3.10），过渡链节的链板需单独制造，另外当链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，使强度降低，通常应尽量避免。 图 3-9 偶数链的链节过渡 图 3.10 奇数链的过渡链节 Fig.3-8 even numbers chain Fig.3-8 odd numbers chain 2）齿形链 齿形传动链是由一组齿形链板并列铰接而成（图 3.11），工作时，通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合。齿形链具有传动平稳、噪音小，承受冲击性能好，工作可靠等优点。但结构复杂，重量较大，价格较高。齿形链多用于高速（链速 v 可达 40m/s）或运动精度要求较高的传动。 nts 13 图 3-11 齿形链 Fig.3-11 chain of gear shape 3.4.2 链传动的受力分析 链传动工作时，紧边和松边的拉力不相等。若不考虑动载荷，则紧边所受的拉力 F1 为工作拉力 F、离心拉力 Fc 和悬垂拉力 Fy之和（图 3.12） yc FFFF 1（ 3-3） 松边拉力为 yc FFF 2（ 3-4） 图 3-12 作用在链上的力 Fig.3-12 The force on the chain 工作拉力为 v PF 1000（ N） （ 3-5） 式 中， P 为链传动传递的功率， KW； v 为链速， m/s。 离心拉力为 2qvFc （ N） （ 3-6） nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 14 式中， q 为每米链的质量， kg/m， 见表 3-1。 悬垂拉力为 qgaKF yy （ N） （ 3-7） 式中， a 为链传动的中心距， m； g 为重力加速度， g=9.81m/s2； Ky为下垂度 y=0.02a 时的垂度系数。 Ky 值与两链轮轴线所在平 面与水平面的倾斜角 有关。垂直布置时 Ky=1，水平布置时 Ky=7，对于倾斜布置的情况， =30时 Ky=6， =60时 Ky=4， =75时 Ky=2.5。 链作用在轴上的压力 FQ可近似取为 FF Q )3.12.1( （ 3-8） 有冲击和振动时取大值。 3.4.3 滚子链传动的设计 一、滚子链传动的失效形式 链传动的失效形式主要有以下几种： 1链板疲劳破坏 由于链条受变应力的作用，经过一定的循环次数后，链板会发生疲劳破坏，在正常润滑条件 下，疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。 2滚子、套筒的冲击疲劳破坏 链节与链轮啮合时，滚子与链轮间会产生冲击，高速时冲击载荷较大，套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏。 3销轴与套筒的胶合 当润滑不良或速度过高时，销轴与套筒的工作表面摩擦发热较大，而使两表面发生粘附磨损，严重时则产生胶合。 4链条铰链磨损 链在工作过程中，销轴与套筒的工作表面会因相对滑动而磨损，导致链节的伸长，容易引起跳齿和脱链。 5过载拉断 在低速（ v7m/s 而润滑又不当时，则不宜用链传动。 设计时，若实 际选用参数与上述特定条件不同，则需要引入一系列相应的修正系数对图中额定功率 P0 进行修正。单排链传动的额定功率应按下式确定： PLZA KKK PKP 0（ 3-9） 式中， KA 为工作情况系数，由表 3-2 确定； P0 为单排链的额定功率， kW； P 为链传动传递的功率， KW； Kz 为小链轮的齿数系数，由表 3-3 确定，当工作点落在图 3.14 的曲线顶点左侧时（属于链板疲劳），查表中 Kz；当工作点落在图 3.14 的曲线右侧时（属于套筒、滚子冲击疲劳），查表中 Kz。 KL 为链 长系数（图 3.16），图中曲线 1 为链板疲劳计算用，曲线 2 为套筒、滚子冲击疲劳计算用；当失效形式无法预先估计时，取曲线中小值代入计算； Kp 为多排链系数（表 3-4）。 nts 17 表 3-2 工作情况系数 KA Table 3-2 working modulus KA 载荷性质 原动机 电动机或汽轮机 内燃机 载荷平稳 1.0 1.2 中等冲击 1.3 1.4 较大冲击 1.5 1.7 表 3-3 小链轮齿数系数 Kz和 zK Table 3-3 small chain wheel gear modulus Kz and zK z1 9 10 11 12 13 14 15 17 Kz 0.446 0.500 0.554 0.609 0.664 0.719 0.775 0.831 0.887 zK 0.326 0.382 0.441 0.502 0.566 0.633 0.7010.846 z1 19 21 23 25 27 29 31 35 Kz 1.00 1.11 1.23 1.34 1.46 1.58 1.70 1.93 zK 1.00 1.16 1.33 1.51 1.69 1.89 2.08 2.50 图 3-16 链长系数 Fig.3-14 The chain lengths modulus 1 链板疲劳； 2 滚子套筒冲击疲劳 表 3-4 多排链系数 KP Table 3-4 most rows modulus KP 排数 1 2 3 4 5 6 KP 1 1.7 2.5 3.3 4.0 4.6 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 18 3.4.4 滚子链传动参数的选择 1）链轮齿数 z1、 z2 由链传动的运动特性得知，齿数越少，瞬时链速变化越大，而且链轮直径也较小，当传递功率一定时，链和链轮轮齿的受力也会增加，为使传动平稳，小链轮齿数 不宜过少，但如齿数过多，又会造成链轮尺寸过大，而且，当链条磨损后，也容易从链轮上脱落。滚子链传动的小链轮齿数 z1 应根据链速 v 和传动比 i，由表 3-5 进行选取，然后按 z2=iz1，选取大链轮的齿数；并控制 z2 120。 表 3-5 小链轮齿数 Table 3-5 number of small chain wheel gear 链速 v /（ m/s） 0.63 38 8 z1 1517 1921 2325 因链节数常取偶数，故链轮齿数最好取奇数，以使磨损均匀。 2）链的节距 p 链的节距 p 是决定 链的工作能力、链及链轮尺寸的主要参数，正确选择 p 是链传动设计时要解决的主要问题。链的节距越大，承载能力越高，但其运动不均匀性和冲击就越严重。因此，在满足传递功率的情况下，应尽可能选用较小的节距，高速重载时可选用小节距多排链。 3）传动比 i 传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制，且传动尺寸也不能过大，因此传动比一般不大于 6。传动比过大时，小链轮上的包角 1 将会太小，同时啮合的齿数也太少，将加速轮齿的磨损。因此，通常要求包角 1 不小于 120。 4）中心距 a 和链节数 Lp 若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小 ，同时啮合的链轮齿数也减少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距 a=（ 3050） p，最大中心距 amax 80p。 链的长度以链节数 LP（节距 p 的倍数）来表示。与带传动相似，链节数 LP与中心距 a 之间的关系为 apzzzzpaLp .222 1221 （ 3-10） 计算出的 Lp 应圆整为整数，最好取为偶数。 如已知 Lp 时，也可由式（ 10-37）计算出实际中心距 a，即： nts 19 2122212128224 zzzzLzzLpapp（ 3-11） 为了便于链条的安装和 调节链的张紧，通常中心距设计成可调的；若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将计算的中心距减小 25mm。使链条有小的初垂度，以保持链传动的张紧。 3.4.5 低速链传动的设计 对于 v0.6m/s 的低速链传动，其失效形式主要是链条因过载被拉断；故应按抗拉静强度条件进行计算，根据已知的传动条件，由图 10-26 初选链条型号，然后校核安全系数 S SFKFSAQ （ 3-12） 式中， S 为静强度计算的安全系数； FQ为链条的最低破坏载荷，由链 号查表 3-1； KA 为工作情况系数，由表 3-2 确定； S为许用静强度安全系数，通常 S=48。 3.4.6 链传动的布置和润滑 一、链传动的布置 在链传动中，两链轮的转动平面应在同一平面内，两轴线必须平行，最好成水平布置（图3.17a），如需倾斜布置时，两链轮中心连线与水平线的夹角 应小于 45（图 3.17b）。同时链传动应使紧边（即主动边）在上，松边在下，以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上，可能会因松边垂度过大而出现链条与轮齿的干扰，甚至会引起松边与紧边的碰撞。 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 20 图 3.17 链传动布置 Fig.3-17 fix up transmission chain 为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动，需用张紧装置。如中心距可以调节时，可用调节中心距来控制张紧程度；如中心距不可调节时，可用张紧轮。张紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处，放在链条内，外侧均可，分别如图 10-29c、 d 所示。张紧轮可以是链轮，也可以是无齿的滚轮，其直径可比小链轮略小些。 二、链传动的润滑 链传动良好的润滑将会减少磨损、缓和冲击，提高 承载能力，延长使用寿命，因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。 常用的润滑方式有几种： 1）人工定期润滑：用油壶或油刷给油（图 3.18a），每班注油一次，适用于链速 v 4m/s的不重要传动。 2）滴油润滑：用油杯通过油管向松边的内、外链板间隙处滴油，用于链速 v 10m/s 的传动（图 3.18b）。 3）油浴润滑：链从密封的油池中通过，链条浸油深度以 612mm 为宜，适用于链速v=612m/s 的传动（图 3.18c）。 4）飞溅润滑：在密封容器中，用甩油盘将油甩起，经由壳体上的集油装置将油导流到链上。甩油 盘速度应大于 3m/s，浸油深度一般为 1215mm（图 3.18d）。 5）压力油循环润滑 用油泵将油喷到链上，喷口应设在链条进入啮合之处。适用于链速 v 8m/s 的大功率传动（图 3.18e），链传动常用的润滑油有 L-AN32、 L-AN46、 L-AN68、 L-AN100等 全 损 耗 系 统 用 油 。 温 度 低 时 ， 粘 度 宜 低 ； 功 率 大 时 ， 粘 度 宜nts 21 图 3.18 链传动润滑方法 Fig.3-18 The lubricated way of transmission chain 3.4.7 设计减速器与轴的链传动 已知，减速器输出轴转速 n1=9.30r/min， 轴 n2=10.1r/min，传递功率 P=3KW，两班制工作，载荷平稳。并要求中心距 a 不大于 600mm，电动机可在滑轨上移动。 解： 1）选择链轮齿数 z1、 z2 传动比129 . 3 0 0 . 9 2 0 81 0 . 1nin （ 3-13） 按表 3-3 取小链轮齿数 z2=23，大链轮齿数 z1=2/zi=23/0.9208= 24.9783， 取1z=25。 2）求计算功率 PC 由表 3-1 查得 KA=1.0，计算功率为 1 . 0 3 . 0 3 . 0cAP K P kW （ 3-14） 3）确定中心距 a0 及链节数 Lp nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 22 初定中心距 pa )5030(0 ，取0 30ap由式（ 3-1）求 Lp 0212210 222 a pzzzzpaL p 22 3 0 2 5 2 3 2 3 2 5 8 4 . 0 0 3 42 2 3 0pp （ 3-15） 取 Lp=82 4）确定链条型号和节距 p 首先确定系数 Kz、 KL、 Kp。 根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，由表 3-2 查得小链轮齿数系数 Kz=1.23，由图3.16 查得 KL=1.02，考虑传递功率不大，故选单排链，由表 3-3 查得 Kp=1 所能传递的额定功率 03 . 0 2 . 3 91 . 2 3 1 . 0 2 1cz L pPPK K K kW （ 3-16） 由图 3.14 选择滚子链型号为 12A，链节距 p=19.05mm， 由图证实工作点落在曲线顶点左侧，主要失效形式为链板疲劳，前面假设成立。 5）验算链速 V 11 2 5 1 9 . 0 5 9 . 3 0 . 0 7 3 86 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0z p nv m/s （ 3-17） 6）确定链长 L 和中心距 a 链长 8 2 1 5 . 8 7 5 1 . 5 6 2 11 0 0 0 1 0 0 0PLpL m （ 3-18） 中心距 2122212128224 zzzzLzzLpapp221 9 . 0 5 2 5 2 3 2 5 2 3 2 3 2 58 2 8 2 84 2 2 2 =552.4167 mm （ 3-19） nts 23 7）求作用在轴上的力 工作拉力 31 0 0 0 1 0 0 0 4 0 6 5 00 . 0 7 3 8PF v N 因载荷平稳，取 FQ=1.1F=1.140650=44715N 8）选择润滑方式 根据链速 v=0.0738 m/s，节距 p=19.05mm， 按图 3.18 选择人工定期润滑。 设计结果：滚子链型号 12A-1 82 GB1243.1 1983，链轮齿数 z1=25， z2=23，中心距a=552.4167mm，压轴力 FQ=44715N。 2. 设计传动轴间的链传动 已知各传动轴为匀速转动，传递功率 P=2.39KW，两班制工作，载荷平稳。并要求中心距a 不大于 800mm 解： 1）选择链轮齿数 z1、 z2 传动比 1i 因为链轮齿数 z1=23，链轮齿数 z2=iz1=1 23=23 2）求计算功率 PC 由表 3-1 查得 KA=1.0，计算功率为 1 . 0 2 . 3 9 2 . 3 9cAP K P kW （ 3-20） 3）确定中心距 a0 及链节数 Lp 初定中心距 pa )5030(0 ，取0 45ap由式（ 3-1）求 Lp 0212210 222 a pzzzzpaL p 22 4 5 2 3 2 3 2 3 2 3 1132 2 4 5pp （ 3-21） 取 Lp=110 4）确定链条型号和节距 p 首先确定系数 Kz、 KL、 Kp。 根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏，由表 3-2 查得小链轮 齿数系数 Kz=1.23，由图3.16 查得 KL=1.02，考虑传递功率不大，故选单排链，由表 3-3 查得 Kp=1 所能传递的额定功率 nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 24 02 . 3 9 1 . 9 0 51 . 2 3 1 . 0 2 1cz L pPPK K K kW （ 3-22） 由图 3.14 选择滚子链型号为 12A，链节距 p=19.05mm， 由图证实工作点落在曲线顶点左侧，主要失效形式为链板疲劳，前面假设成立。 5）验算链速 V 11 2 3 1 9 . 0 5 1 0 . 1 0 . 0 7 3 86 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0z p nv m/s （ 3-23） 6）确定链长 L 和中心距 a 链长 1 1 0 1 9 . 0 52 . 0 9 9 51 0 0 0 1 0 0 0PLpL m （ 3-23） 中心距 2122212128224 zzzzLzzLpapp221 9 . 0 5 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 38 2 8 2 84 2 2 2 =828.20 mm （ 3-24） 7）求作用在轴上的力 工作拉力 2 . 3 91 0 0 0 1 0 0 0 3 2 3 8 50 . 0 7 3 8PF v N 因载荷平稳，取 FQ=1.2F=1.132385=35624 N 8）选择润滑方式 根据链速 v=0.0738 m/s，节距 p=19.05mm， 按图 3.18 选择人工定期润滑。 设计结果：滚子链型号 12A-1 110 GB1243.1 1983，链轮齿数 z1=23， z2=23，中心距a=828.20mm，压轴力 FQ=35624 N。 3. 链轮结构设 计 链轮有整体式、孔板式、组合式等结构形式（图 3.19） nts 25 图 3.19 链轮的结构 Fig.3-19 structure of chain wheel 轮齿的齿形应保证链节能平稳地进入和退出啮合，受力良好，不易脱链，便于加工。 滚子链链轮的齿形已标准化（ GB1244 1985），有双圆弧齿形（图 3.20a）和三圆弧一直线齿形（图 3.20b）两种，前者齿形简单，后者可用标准刀具加工。 图 3.20 链轮的齿形 Fig.3-20 structure of gear shape 链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆，其直径用 d 表示，则 )/180s in ( zpd （ 3-25） 齿顶圆直径 180( 0 . 5 4 c o t )adp zo （ 3-26） 齿根圆直径 df=d-dt （ 3-26） nts 四杆中频数控淬火 机床总体及上料机构设计 26 式中， dt 为滚子外径。 链轮的轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，故齿面多经热处理。因小链轮的啮合次数比大链轮多，所受冲击力也大，故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢（如 Q235、Q275、 45、 ZG310-570 等），灰铸铁（如 HT200）等。重要的链轮可采用合金钢。 ZZJS 四杆中频淬火机床链轮为整体式结构，材料选用 45 钢，齿型按（ GB1244 1985），选双圆弧齿形， 则减速机链轮与传动轴链轮的结构参数为： 分度圆直径 ： 1 11 9 . 0 5 1 5 1 . 9 9 4 8s i n (1 8 0 / ) s i n (1 8 0 / 2 5 )pd z oomm （ 3-27） 2 21 9 . 0 5 1 3 9 . 9 0 2 1s i n (1 8 0 / ) s i n (1 8 0 / 2 3 )pd z oomm （ 3-28） 齿顶圆直径： 111 8 0 1 8 0( 0 . 5 4 c o t ) 1 9 . 0 5 ( 0 . 5 4 c o t ) 1 6 1 . 0 8 3 325adp z oo mm （ 3-29） 221 8 0 1 8 0( 0 . 5 4 c o t ) 1 9 . 0 5 ( 0 . 5 4 c o t ) 1 4 8 . 8 8 6 023adp z oo mm （ 3-30） 齿根圆直径： f 1 1d = d - d t = 1 5 1 . 9 9 4 8 - 1 1 . 9 1 = 1 4 0 . 0 8 4 8mm （ 3-31） f 2 2d = d - d t = 1 3 9 . 9 0 2 1 - 1 1 . 9 1 = 1 2 7 . 9 9 2 1mm （ 3-32） 3.5 轴的设计 3.5.1 半轴的设计与校核 半轴是与减速器相连接的第一根轴。它的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计算方法。轴的强度计算方法主要有三种方法 按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算，安全系数校核计算。 以下为按三种计算方法对 ZZJS中频淬火机床 轴 进行强度 校核。 已知 ZZJS中频淬火机床半 轴 传递