电子束冷床炉进料系统的设计毕业设计说明书1.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 张一剑 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 唐锐 副教授 二 0 一五年五月 攀枝花学院本科毕业设计 论文 摘 要 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 I ABSTRACT 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 I ABSTRACT II 1 1 绪论绪论 1 1 1 电子束冷床熔炼的简介 1 1 2 电子束冷床熔炼的技术现状 1 1 3 电子书冷床熔炼的发展 2 1 43 电子束冷床熔炼和其他熔炼方法对比的优缺点 2 1 5 我国未来电子书冷床熔炼技术改进方向 3 1 6 选题研究的目的 4 2 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 5 2 1 电子束冷床炉进料系统的工作原理 5 2 2 电子束冷床炉进料系统的主要部件 5 2 3 滚子链传动的设计计算 3 2 3 1 滚子链的设计 3 2 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 13 2 4 3 滚子链的材料的选择和处理 13 2 5 滚珠丝杠的设计 14 2 5 1 纵向滚珠丝杠的设计计算 14 3 3 进料系统主体结构设计进料系统主体结构设计 22 3 1 原始参数 22 3 2 传动方案的确定 22 3 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 25 3 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 27 3 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 29 3 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 33 3 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 41 3 9 减速器机体的设计计算 42 4 4 联轴器的选取联轴器的选取 45 4 1 联轴器的选择 45 5 5 固定架的设计固定架的设计 46 5 1 固定架的形式 46 5 2 固定架的校核 47 6 6 进料系统的日常维护进料系统的日常维护 50 7 7 结结 论论 51 8 8 参考文献参考文献 52 9 9 致谢致谢 53 攀枝花学院本科毕业设计 论文 1 绪 论 0 1 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 1 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 100 300 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 2 1 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 133 10 310 3 惰性气体惰性气体 0 1330 133 101325101325 0 0130 013 6 656 65 惰性气体惰性气体 36603660 39903990 惰性气体惰性气体 惰性气体惰性气体 3325033250 5054050540 相对密度相对密度 1001009898100100 9595 100100 100100100100 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 1 500500 18001800600600 900900800800 20002000300300 800800 400400 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 3 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 4 2 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 PkW1 n min r 轮转速 226 载荷平稳 链传动中心距不应小于 500 2 n min rmm 2 3 1 滚子链的设计 1 选择链轮齿数 链传动速比 2 23 3 226 730 2 1 n n i 1 由表 4 选小链轮齿数 25 1 z 表 4 1 齿数推荐值 传动比 i1 23 45 6 6 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 5 大链轮齿数 z2 iz1 3 23 25 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 A K 1 3 7 5 9 75 2 PKP AC kWkW 2 表 4 2 工况系数 A K 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 7 3 初定中心距 取定链节数初定中心距 推荐 30 50 取 0 a p L 0 ap 46 0 ap 2 3 01221 p 0 2 2az zz zp L p22a 2 46p25 8181 25p 134 72 p2246p 2 4 c 0 zp 9 75 6 74 1 34 1 08 1 L P PkW K K K 2 5 22 121221 8 4222 pp zzzzzzp aLL 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 6 22 15 8752581258181 25 1361368643 05 4222 mm 选取偶数链节 136 节 p L 4 确定链节距p 首先确定系数 Z K L K P K 由表 4 3 查得小链轮齿数系数 1 34 Z K 表 4 3 小链轮齿数系数 Z K 1 Z91011121314151617 z K0 4460 5000 5540 6090 6640 7190 7750 8310 887 1 Z192123252729313335 z K1 001 111 231 341 691 892 082 292 50 由图 4 1 查得 链长系数 1 08 L K 图4 1 链长系数 L K 选单排链 由表 4 4 查得 1 P K 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 7 表 4 4 多排链系数 P K P 排数 123456 p K11 72 53 34 04 6 所需传递的额定功率为 2 6 c 0 zp 9 75 6 74 1 34 1 08 1 L P PkW K 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 mm 05B8 005 645 003 002 317 11 06B9 52510 246 355 723 288 26 08A12 7014 387 927 853 9812 07 08B12 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 8 10A15 87518 1110 169 405 0815 09 12A19 0522 7811 9112 575 9418 08 16A25 4029 2915 8815 757 9224 13 5 确定链长和中心距 链长 1000 136 15 875 1000 2 159m 2 7 pLL P 中心距 22 121221 8 4222 pp zzzzzzp aLL 22 15 8752581258181 25 1361368643 05500 4222 mmmm 4 8 符合要求 中心距减小量 0 002 0 004 643 3 1 28 2 6 2 9 aa 004 0 002 0 mm 实际中心距 643 3 1 28 2 6 642 02 640 7 2 10 aaas mm 取实际中心距 642 s amm 6 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 9 2 11 1 1 1000 25 15 875 6 615 60 100060000 n z p vm s 作用在轴上的压轴力 计算有效圆周力 F 1000P V 730 22 6 615 2427 8 2 12 N 水平工作 查表 4 6 取压轴力系数 1 30 Q K 轴上的压力 1 30 1133 8 1473 9 2 13 Q F Q KFNN 表 4 6 轴的载荷因数 f K 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 15 7 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 10 设计结果 滚子链选用 10A 链轮齿数 25 81 中心距 642 压 1 z 2 z amm 轴力 1473 9 Q FN 2 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 160 200HBS 2 分度圆直径 2 14 sin180 15 875 sin180 25 126 66dpz mm 3 齿顶圆直径 a d 2 15 max 1 1 25126 66 1 25 15 875 10 16136 34 addpdmm 查表 滚子最大直径 10 16 1 dmm 2 16 min11 1 1 6 a ddzpd 126 661 1 6 2515 875 10 16131 36 mm 取 134 mm a d 4 齿根圆直径 f d 2 17 1 126 66 10 16116 5 f dddmm 5 分度圆弦齿高 a h 2 18 amax11 0 625 0 8 0 5hz pd 0 6250 8 25 15 8750 5 10 165 35 mm 2 19 min1 0 5 0 5 15 875 10 16 2 86 a hpdmm 取 4 5 a hmm 6 最大齿根距离 X L 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 11 2 20 11 cos 90 126 66cos 90 25 10 16116 25 x Ldzdmm 7 齿侧凸缘直径 查表为内链板最大高度 15 09 g d 2 h a hmm 2 21 1 cot 180 1 040 76 g dpzh 15 875cot 180 25 1 04 15 090 76109 21 mm 8 齿侧圆弧半径 e r 2 22 22 max1 1 0 008 180 0 008 10 16 18025 65 43 erdzmm 2 23 min 0 12 2 0 12 10 16 225 32 92 11 e rdzmm 9 滚子定位圆弧半径 i r 2 24 3 max11 0 5050 0695 28 i rddmm 2 25 min1 0 5050 505 10 165 13 i rdmm 10 滚子定位角 2 26 max 1 14090 136 4z 2 27 min1 12090 116 4z 11 齿宽 是内链节内宽 查表 9 40mm 1f b 2 28 11 0 950 95 9 408 93 f bbmm 12 齿侧倒角 a b 2 29 0 130 13 15 8752 06 a bpmm 13 齿侧半径 x r 2 30 15 875 x rpmm 14 链轮齿总宽 为排数 fn bn 2 31 1 8 93 1 fn t bnpbfmm 15 轴毂厚度 假设轴孔为 50 查表 4 7 6 4 h k dmmK 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 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 k d h 0 01d 6 K d 5050 100100 150 150 轮毂厚度 h 常数 K3 24 86 49 59 5 16 轮毂长度L 2 33 8 52163 33 3 max mmhL 2 34 6 41166 26 2 min mmhL 取长度为 50Lmm 17 轮毂直径 h d 2 35 82162502mmhdd kh 2 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 416 2 z mma d 齿根圆直径 399 25 分度圆弦齿高 4 5 最大齿根距离 mm f d mma h mm 399 17 齿侧凸缘直径 392 65 滚子定位圆弧半径 X L mm g d mm 5 28 5 13 滚子定位圆 138 89 118 89 齿 maxi r mmmini r mmmax min 宽8 93 齿侧倒角 2 06 齿侧半径 15 875 轴孔 100 f b mma b mmx r mmk d 链轮齿总宽 8 93 轴毂厚度 30 26 轮毂长度 80 轮毂直径 mm 1f b hmmLmm 160 52 h d mm 2 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 13 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 1 W 2 W 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 14 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 LK max V 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00 1000375 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 max V P h i n 工作台最高移动速度 max V 电机最高转速 max n FFZD4005 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 15 I 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 1 W max n 代入得0 67mmP h 查 现代机床设计手册 取5mmP h 2 确定当量转速与当量载荷 1 各种切削方式下 丝杠转速 Vi ni ph 由上表查的 0 6 0 8 1 4 1 v 2 v 3 v Ph 代入得120 160 200 800 1 n 2 n 3 n 4 n 2 各种切削方式下 丝杠轴向载荷 12 10 ixizi Fpwwp i F 丝杠轴向载荷 xi p 纵向切削力 zi p 垂向切削力 由上表得 xi p i 1 2 3 4 分别为 2000 N 1000N 500N 0N zi p i 1 2 3 4 分别为 1200N 500N 200N 0N 已知 1 w 800 N 2 w 200 N 代入得 i F 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 min m n m n 1 n 1 t 2 n 2 t 3 n 3 t 4 n 4 t m n 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 16 4 当量载荷 3333 33112244 100 100 100 100 mmmm ntntntnt nnnn 3 m1234 F FF F F 带入数据得 m F 1057N 3 初选滚珠丝杠副 由公式 现代机床设计手册 3 7 24 知 6 3 10 60 athak h mmw cffff L nFf 查 现代机床设计手册 表 3 7 51 表 3 7 54 得 t f 1 h f 1 a f 1 k f 0 53 w f 1 3 h L 10000h 代入数据可求得 13589N 13 58KN a c 4 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 3 1 4 重复定位精度 m 1 4 1 5 定位精度 m 最大轴向变形量 m m 已知重复定位精度 10 m 定位精度 25 m 3 6 m m m m 取两种结果最小值 3 m m 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 00 2 10 100 039 m mm FLFL d E 最小螺纹底径 mm 2m d L 1 1 1 2 行程 10 14 Ph 静摩擦力 0 F 01 W 已知行程 950mm 1 W 800N 0 0 2 代入数据得 L 1110mm 160N 9 5mm 0 F 2m d 5 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 17 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Ph am c 2m d 滚珠丝杠副 FFZD4005 5 5 22000N 13589NPh a c am c 6 确定滚珠丝杠副预紧力 P F max 1 3 F 其中 2200 max F 733N P F 7 行程补偿值与拉伸力 1 行程补偿值 C 11 8 3 10 u tl 式中 u l2 kna LLL 查 现代机床设计手册 k L 950 n L 110 a L 2 4 15Ph 温差取t 0 2 5 c 代入数据得 C 32 m 2 预拉伸力 1 95 t t F 2 2 d 代入得 4807N t F 8 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 4807 2200 7007 maxB F 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 d 30 2 d BP F 1 3 maxB F 带入数据得 2336N BP F 8 轴承预紧力 预力负荷 BP F 9 按 现代机床设计手册 选取轴承型号规格 当 d 30mm 预加负荷为 BP F 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 18 d 30 预加负荷为 2900 2336N BP F 9 滚珠丝杠副工作图设计 1 丝杠螺纹长度2 sue LLL 由表查得余程 e L 2 两固定支承距离 丝杠 L 1 L 3 行程起点离固定支承距离 0 L s L 1290 1350 1 L e L 1410 30 0 L 10 传动系统刚度 1 丝杠抗压刚度 1 丝杠最小抗压刚度 6 6 mins k 2 2 2 1 10 d l 丝杠底径 2 d 1 l 固定支承距离 代入数据 mins k 782N m 2 丝杠最大抗压刚度 6 6 maxs k 2 2 21 010 10 4 dl l 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 25 3 0max 2 2 34 sin BQa Kd z F Q d 滚珠直径 mm Z 滚珠数 maxa F 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 maxa F 是预加载荷得 3 倍 8700N 375 N maxa k m 0B K m 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 19 2 b k 0B K 750 N b k m 3 滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 1 3 0 1 p cc a F kk c c k 现代机床设计手册 上的刚度 c k 2150 N a c 2200N p F 733N m 代入数据得 c k 1491 N m 11 刚度验算及精度选择 3 5 Z 17 Q d 0 60 1 minmin 1111 sbc kkkk 代入前面所算数据得 min 1 k 1 30 maxmax 1111 sbc kkkk 代入前面所算数据得 max 1 k 1 476 001 Fw 已知 1 w 800N 0 0 2 0 F 160N 0 F 静摩擦力 0 静摩擦系数 1 w 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 10 min k 0 1 6F 反向差值 30 25 6 min k 3 传动系统刚度变化引起得定位误差 0 F 代入 5 k min 1 k max 1 k k m 4 确定精度 任意 300mm 内行程变动量对系统而言 300p v 0 8 定位精度 300p v k 定位精度为 20 300 m 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 进料系统工作原理及 20 14 3 丝杠精度取为 3 级 300p v m 12 1500 c n max n 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 21 3 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 22 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 3 S 2 S 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 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 1 S 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 14 8 P导书 机械设计课程设计指 式 6 1 w d P P 式 6 2 1000 Fv Pw 传动装置的总效率 式 6 3 85 0 98 0 97 0 98 099 0 232 4 2 3 3 2 2 1 式中 一个弹性连轴器的传动效率 取 0 99 1 对滚动轴承的传动效率 取 0 98 2 对 8 级精度的一般齿轮传动 油润滑 的传动效率 取 0 97 3 齿轮连接盘的传动效率 取 0 98 4 所以 式 6 4 KW P P w d 1 14 85 0 1000 6 020000 2 确定电动机转速 丝杠转速 式 6 5 min 80 100060 r D v ng 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 40 8 1 i 式 6 6 min 3200 64080 40 8 rnin gad 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 24 额定功率 22kW 转速 730r min 效率 90 基准工作制为 40 3 S 功率因数 0 78 3 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 g d n n i 式中 机构的总传动比 i 电动机额定转速 r min d n 丝杠转速 r min g n 所以 9 125r mini 3 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 0 i 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 6 1 i 2 i 减速器高速级的传动比 1 i 减速器低速级传动比 2 i 3 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 min 730 1 730 0 0 1 r i n n min 57 208 5 3 730 1 1 2 r i n n min 22 80 6 2 57 208 2 2 3 r i n n 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 丝杠轴 min 22 80 34 r nn 3 4 4减速器各轴功率计算 KWPd22 kWPP78 2199 022 1d1 WPPk70 2097 0 98 0 78 21 3212 WPPk68 1997 0 98 0 70 20 2123 丝杠轴 KWPP29 19 434 3 4 5计算各轴转矩 0 轴 即电动机轴输出转矩 N m 8 2879550 d d d n p T 1 轴 即减速器高速轴 N m 9 284 101 iTT d 2 轴 即中间轴 N m 51 967 211112112 iTiTT 3 轴 即减速器低速轴 N m 25 2391 322223223 iTiTT 丝杠轴 N m 56 2296 4234 TT 将计算数值列表如下表 6 1 所示 表 6