RH真空处理顶枪升降及旋转机构设计说明书毕业设计

1、辽宁科技大学本科生毕业设计第I页关键词：RH真空氧枪；升降机构；旋转机构RH真空处理顶枪升降及旋转机构设计摘要RH真空处理是提高钢水质量的方法之一，它是由德国鲁尔钢公司与真 空泵厂家赫拉乌斯公司共同设计的。顶枪机构是其中非常重要的一部分。 通过顶枪除碳、除磷、脱氧、脱硫、去除夹杂物。可使钢水质量得到有效 的提高。顶枪在工作中需要完成升降和旋转两个动作， 升降运动的目的是使插入 钢水中的枪体离开真空室,而旋转运动的目的是使枪体离开工作位，以便维 修、检查炼钢设备。在本次设计中顶枪升降动作是通过齿轮蜗杆减速器减 速加链传动机构实现的,旋转动作通过液压传动来实现。通过对该升降及旋转机构的设计，加深对

2、炼钢设备的进一步了解与认识，同时熟练 掌握运用齿轮传动、蜗杆传动、链传动等机构的设计方法，树立起严谨的设计理念，从 而达到综合训练的目的，为将来走向工作岗位打下坚实的基础。辽宁科技大学本科生毕业设计第II页RH vacuum Top Gun moveme nts and in stituti ons desig ned rotaryAbstractRH vacuum process ing is to improve the quality of molte n steel one of the ways, it is from Germa nys Ruhr steel compa ny an

3、d the vacuum pump manu facturers Helawusi jo in tly desig ned. Top Gun in stituti ons is one very importa nt part. I n additi on to the gun through the roof of carb on, phosphorus, deoxy, desulfurizati on, the removal of in clusi on. The quality of molte n steel can be effectively improved. Top guns

4、 in their work to be done moveme nts and rotat ing the two moveme nts, moveme nts of the moveme nt to make molte n steel in serted in the left chamber of the gun, and rotat ing the purpose is to leave the guns of work statio ns, for maintenan ce, in specti on steel-mak ing equipme nt .In the desig n

5、 of top-gu n action moveme nts through the worm gear reducer slowdow n and cha in drive mecha nism to achieve, through hydraulic rotary acti on to achieve.Rotati ng through the moveme nts and the desig n, deepe n their un dersta nding of the steel-mak ing equipme nt to further un dersta nding and aw

6、are ness, and masteri ng the use gear tran smissi on, the worm tran smissi on, such as the cha in drive desig n and establish strict desig n con cept to achieve comprehe nsive training The purpose, to work for the future and lay a solid foun datio n.Keywords: Vacuum lance RH； Body moveme nts；Rotati

7、ng bodies辽宁科技大学本科生毕业设计第IV页辽宁科技大学本科生毕业设计第III页目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document AbstractII HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 绪论1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document RH法介绍1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document RH真空处理

8、装置的特点 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3真空处理设备的工作原理 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.4顶枪控制的方法 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.5本课题研究的主要内容 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 总体方案设计5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1从运动状态角度分析 6 HYPERLINK l b

9、ookmark24 o Current Document 2.2从加工角度分析6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.3从经济角度分析 7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 电动机的选择与计算8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1计算电动机功率 8 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2选择电动机型号 8 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document

10、 传动比的分配及各轴动力参数计算 9 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4.1传动比的分配9 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 4.2从电动机开始计算各轴运动及动力参数 9 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 传动系统设计.1.2 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 5.1链传动的设计计算 12 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 5.2减速器设计计算

11、145.2.1选择减速器14522斜齿圆柱齿轮传动设计15523普通圆柱蜗杆传动设计21 HYPERLINK l bookmark242 o Current Document 5.3 选择联轴器 265.3.1输入轴联轴器选择 265.3.2输出轴联轴器选择 27 HYPERLINK l bookmark244 o Current Document 5.4选择液压缸27 HYPERLINK l bookmark252 o Current Document 主要零件强度校核计算29 HYPERLINK l bookmark254 o Current Document 6.1输出轴键的连接强度校核

12、 296.1.1蜗轮键的校核296.1.2联轴器键的校核29 HYPERLINK l bookmark262 o Current Document 6.2轴承与轴的校核30 HYPERLINK l bookmark266 o Current Document 6.2.1轴承的寿命验算31 HYPERLINK l bookmark339 o Current Document 6.2.2轴的强度校核33 HYPERLINK l bookmark355 o Current Document 顶枪冷却水控制与安全策略39 HYPERLINK l bookmark357 o Current Docume

13、nt 7.1顶枪冷却水控制 39 HYPERLINK l bookmark359 o Current Document 7.2顶枪安全控制策略40 HYPERLINK l bookmark361 o Current Document 设备可靠性与经济评价41 HYPERLINK l bookmark363 o Current Document 8.1机械有效度计算 41 HYPERLINK l bookmark365 o Current Document 8.2预测投资回收期 41 HYPERLINK l bookmark373 o Current Document 结束语43. HYPERL

14、INK l bookmark375 o Current Document 致谢44. HYPERLINK l bookmark377 o Current Document 参考文献45.辽宁科技大学本科生毕业设计辽宁科技大学本科生毕业设计第 页1.绪论1.1 RH法介绍随着科学技术的进步和我国工业的飞速发展，人们对钢铁的性能和质量有了更高的要求。炉外精练是炼钢过程中提高钢水质量的一项必不可少的环节。所谓炉外精炼就是 把转炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中进行精炼的过程。也叫二次炼钢或钢包精炼。炉外精炼把传统炼钢分成两步，第一步叫初炼，在氧化性气氛下进行炉料的溶化、 脱磷、脱碳和主合金化；第二

15、步叫精炼，在真空、惰 性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱 硫、去除夹杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。可实现提高钢的质量，缩短 冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本RH真空精炼技术产生于50年代末期。在近30年的时间里,RH的功能和精炼的钢种 范围不断扩大，发展成为多功能真空精炼技术，在炉外精炼中占主导地位。至今，全世界 已有100余台。在西欧、日本、美国得到普遍推广,仅日本就有40余台,1989年日本转 炉钢真空精炼率达56.5%,新日铁大分厂、川崎制铁水岛厂已全量进行 RH真空精炼。实 践证明,RH真空精炼技术是提高产品质量，降低成本,扩大品种,提高炼钢生产能力，保证 连铸顺行,实现全

16、连铸，优化炼钢生产工艺的重要手段。到1992年止，我国只有10台RH设备（其中3台在机电部机械厂）,除宝钢RH-OB和 武钢2号RH设备水平较高外，其余的水平较低，功能有限。从钢铁工业发展来看，炉外精炼已成为炼钢生产不可缺少的重要工序，铁水预处 理一转炉复合吹炼一RH精炼（炉外精炼）一连铸是现代炼钢厂的最佳工艺流程。而我国 RH普及率很低,1990年全国冶金系统不包括吹氩、喂丝的钢水精炼比为2.68%,其中电炉 钢3.6%,转炉、平炉钢精炼比2.49%,真空精炼比仅1.99%。预计未来510年里，将有7 10家企业采用RH真空精炼技术。RH法钢水处理炉外精炼，通常在炼钢工业中使用两种真空循环脱

17、气法， 单连通管法 或称DH工艺及双连通管法或称RH工艺。其中RH工艺是较为常见的方法。RH法是德国 鲁尔钢（Ruhrstahl ）公司和真空泵厂家赫拉乌斯（Heraeus）公司共同设计的。根据铅 和汞做模拟实验，确认了技术的可能性之后，继而发展起来的，随着 RH真空精炼的实 践RH真空精炼技术的发展，RH真空处理装置既是转炉充分发挥效率的可靠保证，又为 连铸提供优质钢水。稳定连铸生产工艺条件的重要手段，同时转炉与连铸之间起着重要 的缓冲作用。它的冶金功能得到了充分的发展，扩展到了十余项冶金功能。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理 方式的不同，又可分为钢包

18、处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等在炉外精炼中，基础自动化的功能大致包括以下几个部分：（1）数据采集，包括炉外精炼工艺过程的主要参数的检测。（2）自动控制，即炉外精炼工艺过程中，主要工艺参数的自动控制以达到炉外精炼 最终目标。（3）电气传动顺序控制，即对炉外精炼所有的电气设备按工艺所要求的顺序进行控 制、联锁。起停。（4）故障报警，包括工艺过程参数的超报警，以及电气，仪表，设备本身的故障报 警而这些报警又分成轻、中、重三度报警。（5）数据处理，对精炼过程中所采集的数据进行处理和存储，以供控制、显示和打 印用，主要处理包括差压、流量的开方、温度压力补正等运算，消耗按班、日、月的累 计计算以及历

19、史数据的存储趋势记录等一糸列的运算显示。（6）在精炼过程中接受上位机的设定值进行 SPC（设定值控制），包括数学模型设定 以及人工智能如模糊控制，神经元网络等指令并进行控制。（7）画面显示，包括CRT上显示工艺流程画面操作画面、工艺参数趋势曲线、历史 数据、图形画面等。（8）数据记录，包括班报、日报、月报记录以及专门的报表如合金投入量、喂丝重 量等。（9）数据通迅、包括PLC之间，PLC和DCS之间，上下位机之间通迅。虽然炉外精炼 有许多不同的工艺流程，但上述功能都是一样的。目前国内外RH真空处理都向插入管长寿命化、处理功能多样化、处理连续化、生 产过程控制全自动化方向发展。主要目标就是要降低

20、生产成本，稳定和优化冶金生产工 艺操作，提高产品产量的质量。由于自动化及计算机应用不仅节省人力，更重要的是能 把工艺参数严格控制在规定值范围之内， 监控生产过程，优化工艺过程，缩短处理时间， 达到高产、优质、节能降耗以及降低成本。而且能生产过去不能生产的产品，故自动化及计算机应用不仅是工业现代化的标志，而且是生产必需和关键的环节，因此世界各国 都努力发展工业自动化。到目前为止，工业自动化发展到了多级计算机自动化系统。1.2 RH真空处理装置的特点（1）真空室采用双室平移交替式，钢包采用钢包车运送和液压顶升方式。（2）设有贮料能力大，数量足够的高位料仓，以满足多钢种的要求和今后的发展。 铁合金称

21、量和加料系统设有精调与细调，以确保合金化的精度和速度。（3）采用大抽气能力的确蒸汽喷射真空泵，装备有真空自动控制系统和高压水清洗 装置。（4）采用地下皮带运输机和垂直皮带运输机相结合的方式把铁合金由地面运送到高 位贮料仓，占地面积少。（5）预留RH顶吹氧枪位置，在未装氧枪前，装备真空室煤气加热系统和石墨棒直流 电加热系统，以提高内衬温度并防止内衬结瘤。（6）装备包括全自动喷补机，真空室部件更换和平共处五项原则维修设备，以缩短 辅助作业时间。（7）设有铁合金上料及称量时的收尘装置。1.3真空处理设备的工作原理真空处理主设备主要由真空室、真空室加热设备、升降设备和旋转设备、合金加料 设备、真空泵系

22、统和电气设备以及测量控制仪表等组成。实现顶枪进入和退出真空室动 作通常有两种移动方法：在真空处理时，真空室需转到处理位置上方，然后降下顶枪， 插入钢水中，这种方法称为上动法；另一种方法是真空室不动，而通过旋转升降顶枪来 完成全部动作，这种方法称为下动法。由于上动法需要真空室完成旋转运动，考虑其重 量较大，对机构的刚度要求较高，加工制造也相对困难许多，因此上动法不为常用。相 比之下，下动法顶枪质量较轻由顶枪完成升降和旋转运动更容易实现，也方便机构的设 计和维修。1.4顶枪控制的方法顶枪升降及枪位控制中根据加热过程的工艺要求，需要对顶枪位置进行调整和控制。顶枪采用电机驱动，顶枪的升降行程控制采用绝

23、对编码器，顶枪在最高位和最低位 的紧急限位采用限位式机械开关，当枪上升或下降达到最高限位或最低限位时，立即切 断变频器的输出，顶枪停止运行并抱闸，防止出现事故。另外，还设有停枪位和换枪位 两个限位开关每次加热结束、真空处理期间或顶枪漏水时，顶枪提升到停枪位等待当要 更换真空室或更换顶盖时，顶枪提出热顶盖外即换枪位。顶枪的操作方式有：事故方式、 现场手动方式、远程手动方式和远程自动方式。事故操作方式是指在事故停电状态下将 气动马达耦合手柄打到气动马达位置，用N2提升顶枪。现场手动方式是指在现场操作台 上选择多边钥匙开关就地操作，通过操作台上的按钮控制顶枪升降，操作台上用数字表 显示顶枪枪位，只能

24、低速升降，该方式主要用于设备维护和检修。远程手动方式是操作 员直接在操作站上点击“上升”“下降”按钮，控制顶枪升降。远程自动操作是指操作 员直接在HMI上设定枪位，经过PLC比较后，自动控制枪的升降，该方式为正常生产操 作方式，并带所有控制联锁。出于安全考虑，在HMI上只允许自动操作，没有手动方式。 操作员在加热表内设定好加热时间、枪位和气体流量，然后按下“启动”按钮，顶枪自 动下降到设定枪位位置后停止，氧气、煤气阀打开，调节阀根据认定流量调节氧气和煤 气流量。加热时顶枪要下到真空室内，而真空室内的温度很高（约1100-1300C）,因此顶枪采用水冷方式进行冷却，以免被烧坏。1.5本课题研究的

25、主要内容设计顶枪升降旋转机构，使顶枪完成提升和旋转运动，主要内容包括电动机选择与 计算、链传动设计计算、齿轮蜗杆减速器设计计算、液压缸和联轴器的选择等。总体方案设计方案1 ：采用升降走行机构电动机1通过减速器和链传动带动小车完成升降运动。电动机2驱动轮子在水平轨道上完成走行。（图2.1）图2.1升降走行机构方案简图方案2:采用升降旋转机构电动机通过减速器和链传动带动小车完成升降运动由液压缸带动机架完成旋转。（图2.2）2.1从运动状态角度分析方案1：电动机驱动机架走行速度相对较快，节省时间，但当机架走 行到轨道两端停车时，与轨道有冲击且冲击载荷很大。方案2:液压驱动，机架旋转速度相对较慢，浪费

26、时间，但机架旋转平稳，几乎没 有冲击载荷。2.2从加工角度分析方案1：走行距离很大，机构庞大，加工轨道困难。方案2:液压缸是标准件，可外购。2.3从经济角度分析方案1：走行距离大，浪费空间，轨道尺寸很大，加工、运输、安装成本都较高 另外使用两个电动机也增加了成本。方案2:液压缸型号固定，购买、安装都很方便。综上所述：选用方案2。3.1计算电动机功率电动机的选择与计算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，电压计算电动机功率升降小车所需要的有效功率：Pw= F V链=(M+m) g V=(2200+1200)x9.8 02=6.664(KW)380V, 丫系列。(3.

27、1)装置总效率：n总=n联2n啮n蜗n承7n链n摩联轴器效率：n联=0.99 (弹性)滚动轴承效率:n承=0.98 (滚子轴承)齿轮啮合效率:n齿=0.98 (7级精度)蜗杆传动效率:n蜗=0.72 (单头)链传动效率：n链=0.93 (开式双排链)对导轨的摩擦效率：n摩=0.97则总传动效率:耳总=n联2 n啮n蜗n承7 n链n摩(3.2)27=0.9920.98 X.72 X.987 0.93 0.97= 0.536所需电动机功率：器豈心吹 总、(3.3)3.2选择电动机型号Y162M2-2型，额定功查机械设计课程设计表4.12-1，可选丫系列三相异步电动机 率 P0=15KW，转速 n0

28、=2930 r/min。传动比的分配及各轴动力参数计算4.1传动比的分配图4.1选用传动方案传动方案如图4.1；由于链传动比为i炼=1，初定蜗轮蜗杆的传动比为i蜗二61，因此293齿4.803614.2从电动机开始计算各轴运动及动力参数解：0轴：（电机轴）p0 =12.295kw“ 2930 r minp12 295疋103T 9.550 = 905540.074N mn029301轴：（减速器高速轴）5 = 5 联=12.295 0.99 = 12.172kwn0 =匹=空 =2930/.0 i011minT1 =9.55 P =9.55 12.172 10 =39.673N mn29302

29、轴：（蜗杆轴）p2 = Ri 啮承=12.172 0.97 0.98 = 11.570kwn2n1i 0229304.803= 610.035rmin3轴：（蜗轮轴）T2 二 9.55 A=9.5511.570 103610.035= 181.138N mp3 = P2 承蜗=11.570 0.98 0.72 = 8.164kwnan2i03610.03561minT3 =9.55 R =9.55 8.164 10 = 7796.421N m303104轴：（链轮轴）P4 二 P3 承 联=8.164 0.98 0.99 = 7.921kwn4-10i 041rminT4= 9.55 丛= 9

30、.557.921 10310= 7564.281N m表4.1各轴运动及动力参数轴序号功率P/kw转速n/简转矩T/N m传动类型传动j 效率012.295293040.074联轴器1.00.99112.172293039.673211.570610.035181.138斜齿轮传动4.8030.950638.164107796.421蜗杆传动610.705647.921107564.281联轴器1.00.97025.传动系统设计5.1链传动的设计计算传动初定链速为V链=0.2m/s，输出轴转速为10r/min，采用双排滚子链，垂直布置, 比取1。选择链轮齿数查机械设计手册3表22.2-2选取链

31、轮齿数z1=17, z2=i z1 =17计算功率Pea查机械设计表9-6得工作情况系数KA=1.327P链=Pr n联n啮n蜗n承n链n摩27=12.295 &99 0.98 072 98 0.93 097 =6.664(KW)(5.1)Pea=K A P 链=1.3 .664=8.663(KW)确定链条链节数Lp初定中心距a0=110P,则链节数为：LpP /Z2 - 乙、2(亍)(5.2) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark92 o Current Document _r2110P1717 讣=节P2=231.33(节)圆整取Lp=232 (节)确定链条

32、的节距P查机械设计手册3图22.2-2可知，链工作在功率曲线顶点左侧，这时可能出现链板疲劳破坏。查机械设计表 9-10得：链轮齿数系数Kz= (Z1/19) j8=(17/19)j8=0.89链长系数Kl= (Lp/1OO)0.26=(232/1OO)0.26=1.24采用双排链，查机械设计表 9-11得 双排链系数KP=1.7,得所需传递的功率为：Po=Pca=8663=6.62(KW)KzKLKp 0.89 1.24 1.7初定链轮转速 n链=10 r/min查机械设计手册3图22.2-2选链号为48A双排链。查机械设计手册3表22.2-1得链节距P= 76.20 (mm)确定链长及中心距

33、aL = Lp P = 232 7&2 =17.68 (m) 10001000Z22)(Lp,)2/2%)2Y22:(5.4)(5.5)I3217 17一丁)(232 -1721Z)8(177)2=8191.5 (mm)=8.19 (m)中心距减少量：a(0.0020.004)a =(0.0020.004) 8.X9=0.01640.0328 (m)(5.6)实际中心距： a =aA aL小车(3 3) =8.19-(0.01640.0328)+ 1 19 2=9.15649.1728 (m)取 a=.16(m)验算链速(5.7)(5.8)(5.9)v =厲 Z1 P60 1000式中：Z1、

34、Z2 分别为主动、从动链轮的齿数n1、n2分别为主动、从动链轮的转速，单位（r/min）P链的节距，单位（mm）V =厲 Z P =。汉1776.2 =02 m/s 60 1000 60 1000与原假设相符计算链轮上的压轴力FP=K FP Fe式中：Fe传递的有效圆周力，单位NKfp压轴力系数，对于水平传动 Kfp=1.15;对于垂直传动Kfp=1.05有效圆周力：Fe=1000& =1000V6.664 =33320(N)0.2(5.10)链垂直布置：Kfp=1.05Fp=Kfp Fe= 1.05 33320=34986 (N)(5.11)确定链轮毂孔dk查机械设计表9-4得 链轮毂孔许用

35、最大直径dmax=239 （mm）大于蜗轮轴，因此可用链的润滑方式查机械设计手册3图22.2-3选用油刷或油壶人工定期润滑5.2减速器设计计算5.2.1选择减速器根据减速器的工作情况初选圆柱蜗杆减速器，考虑蜗杆转速不超过1500r/min，而选择电动机转速为2930r/min。因此考虑在蜗轮蜗杆减速级前，再加一级斜齿圆柱齿轮减速。目的为了降低输出轴转速，以免蜗杆温度过高导致严重磨损失效。5.2.2斜齿圆柱齿轮传动设计选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按图1的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮顶枪升降机构为一般工作机构，速度不高。故选用 7级精度(GB10095-88)。材料选择由机械设计表10-1选择

36、小齿轮材料为40Cr (调质)，硬度为280HBS； 大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS二者材料硬度差为40HBS选小齿轮齿数z1=24,大齿轮齿数z2=i/ 砰4.803区4=115.272取z2=115按齿面接触强度设计 2KtT1 i 1 (ZhZe)2(5.12)V 咖ai H 式中：Kt -载荷系数；T1 -小齿轮的转矩；巾d -齿宽系数；i齿轮的传动比；Zh -区域系数；Ze -材料的弹性影响系数；-H 1接触疲力寿叩系数；试选Kt=1.6由机械设计图10-30选区域系数Zh=2.433取B =14，由机械设计图10-26查得a10.78,20.90则 沪j 1 j21.

37、68计算小齿轮传递的转矩T1=95.5 X06 Pl=95.5 X06X12.295/2930=4.0 104 (N mm)n1由机械设计表10-7选系数缶=1由机械设计表10-6选取材料的弹性影响系数ZE=189.8(MPa1/2)查机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限|im1=600MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限 创阮=550 MPa计算应力循环次数9N1=6On 1jLh=602930Xl (8 30X12X8)=4.107 109N2=(4.05 09)/4.88=0.855 10查机械设计由图10-9取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90KHN2=0.95计算

38、接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1，由公式1=(Khn1 7珞1”3=(0.90 600)/1=540(MPa)ch2= (Khn1 Hfim2)/S=(0.95 560)/1=522.5( MPa)切=(创计2)/2=531.25 (MPa)相关参数计算试算小齿轮分度圆直径d1t由计算公式得d 3 ：2汉 1.6汉 4.004 乂 5.8032.433X89.8)7( 513牡 一 1 1.684.803 (531.25=41.150 (mm)计算圆周速度(m/s)(5.14)兀 dit ni3.14 汉 41.150 汉 2930 6 31 6.3160 1000 60 10

39、00计算齿宽b及模数mntbpd d1t=1 41.150=41.150 (mm)mnt=(d1t cos 3|=(41.150 COs14 )/24=1.66 (mm)h=2.25mnt=3.74 (mm)b/h=41.150/3.74=11.00计算纵向重合度g0. 318 z1 tan=(f318 24Xan14=1.903计算载荷系数K已知使用系数Ka=1，查机械设计图10-8得动载系数Kv=1.16查表10-4得KHb齿向载荷分布系数的计算公式(5.15)223Khb=1.12+0.18(1+0.6 d 妙申 +0.23 为0 b =1.12+0.18(1+0.6 1/12+0.23

40、 10-344.2 =1.42由图10-13查得心萨1.35由表10-3查得Kh产KFa=1.2因此计算载荷系数K=KAKv KHa KH3=1X1.16 X.2 *42=1.97按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径(5.16)4 二 d1t 3 : = 41.150 3=44.1 3 5(mm)计算模数mn(5.17)叫=(d1 coSZ1=(44.135 Xs1424=1.78 (mm)由于该齿轮用于传动，因此模数应大于等于2.5(mm)，取 叫=4( mm)几何尺寸计算计算中心距a1_ (Z1 Z2) mn2 cosP(24 115) 4 二 286.51(mm)(5.18)2 cos

41、14将中心距圆整为290 ( mm)按圆整后的中心距修正螺旋角=arccos(zr Z2) mn2a二 arccos(24 115) 4 = 16.54 二 16 324 2汉290(5.19)计算大、小齿轮分度圆直径d1Zt mncos :2 44cos16.54= 100(mm)(5.20)d2二 Z2 mnCOS :115 4COS16.54= 480(mm)计算齿轮宽度(5.21)齿根弯曲疲劳应力;bpd 4=1 X100 =100 (mm)圆整取 B1=110(mm) ； B2=105(mm)表5.1齿轮几何尺寸参数单位(mr)小齿大齿模中小齿大齿轮分轮分心度圆度圆轮宽轮宽直径直径数

42、距度度d1d2mna1B1B21004804290110105按齿根弯曲疲劳强度校核:(5.22)式中:Ft齿轮所受到的切向力；YFa斜齿轮的齿形系数；YSa斜齿轮的应力校正系数;十螺旋角影响系数;b计算齿宽；mn 当量模数；.斜齿轮端面的传动重合度;9 F 齿根弯曲疲劳许用应力;确定斜齿轮齿形系数和斜齿轮应力校正系数计算当量齿数j3 = 24cos316.54 =27.24(5.23)16.54 =130-54查机械设计表10-5知：YFai=2.592 Ysai=1.596YFa2=2.16Ysa2=1.81确定螺旋角影响系数，由邛“.903查机械设计图10-28得：丫0.88K=1.87

43、9Ft1=793.46 (N)Ft2=754.74 (N)B=110 (mm)B=105 (mm)mn=4 (mm)a=1.68查机械设计图10-20C得小齿轮的弯曲疲劳强度极限9=500 (MPa);大齿轮的弯曲疲劳强度极限耗2=380 (MPa)查机械设计图10-18得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.84、KFn2=0.88计算弯曲疲劳许用应力,取弯曲疲劳安全系数 S=1.4(5.24)年订巩心F0)/S=(0.84 500)/1.4=300 (MPa)CF2=(KFN1 -feh)/S=(0.88 380)/1.4=238.8 (MPa)计算:1.879 793.46 2.592 1.59

44、6 0.88 =7.34 (MPa) v “ I - 300MPa(5.25) 110 4 1.68105 4 1.681.974 754.74 2.16 1.81 0.88 =7.26 (MPa) v“】=238.8MPa因此，该齿轮满足要求。5.2.3普通圆柱蜗杆传动设计选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)选择材料蜗杆用45号钢，因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度 为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造。为了节约贵重的有色金属, 仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100制造。按齿面接触疲劳强度进行

45、设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度传动中心距:(5.26)式中:K 载荷系数;T2作用在蜗轮上的转矩;ZE弹性影响系数;Zp接触系数；c h接触疲劳寿命系数;确定作用在蜗轮上的转矩川轴(即减速器输出轴)T3=(9.55 10 P3)/n3=(9.55 10 8.164)/(2930/293)=7.8 10 1 (N mm)确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K萨1 ；查机械设计表11-5选取KA=1.15,由于转速不高，冲击不大。取 Kv=1.05贝U K=KAK3Kv=1.15 1X1.05=1.21确定弹性影响系数ZE因选用

46、铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故Ze=160( MPa2)确定接触系数Zp先假设蜗杆分度圆直径d3和传动中心距a2的比值d3/a2=0.3查机械设计图11-18中查得ZP=2.78确定许用接触应力%45HRC,根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1。金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度可从表11-7中查得：蜗轮和基本许用应力% =268 ( MPa)应力循环次数 N=60jn3Lh=60X1X10X8 X0X128)=1.3 07寿命系数Khn = 10 7 =0.971.3 107则% =Khn % =0.97 268=260 (MPa)计算中心距(5.27)a2 - 3 1.21 7.8 106

47、 (160 2.78)2 =302.24 (mm) 、 260查机械设计手册3表23.5-4普通圆柱蜗杆传动的参数匹配取中心距 a2=315(mm) m=8 (mm)，蜗杆分度圆直径 d3=140 (mm) d3/a2=140/315=0.44 查机械设计图 11-18 得 ZP=2.38因为ZP Z因此，以上计算结果可用。蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距 Pa=n-=3.14 3=25.133 (mm)直径系数 q=d/m=140/8=17.5 (mm)齿顶圆直径 da3=d3+2ha* m=156 (mm)齿根圆直径 df3=d3-2(ha*m+C)=120.8 (mm)查机械设

48、计表11-2得蜗杆分度圆导程角r=5 42 38”蜗杆轴向齿厚 Sa=n 21=12.56 (mm)蜗轮查机械设计手册3表23.5-4得z4=61 ;变位系数X4=+0.125验算传动比i2=z /z3=61/1=61这时传动比误差为(61.148-61) /610.024=0.24%6仁488 (mm)表5.2蜗杆几何尺寸参数单位(mr)i蜗杆蜗轮蜗杆蜗杆中蜗杆模分度分度直径轴向心轴向圆直圆直系数齿距距齿厚数径径d3d4qpaa2Samn14048817.525.13331512.568按齿根弯曲疲劳强度校核:几二今乎沧丫亠厲丨(5.28)d3d4式中：(T F齿根弯曲疲劳应力；Ypa2齿形

49、系数；y3螺旋角系数；T f齿根弯曲疲劳许用应力；当量齿数ZV4=Z4/COS3 y61/ cos3 5 4238”61.83查机械设计图11-19得：齿形系数YFa2=2.25螺旋角系数丫萨1-(5 4238”/140 )=0.9592许用弯曲应力年=年fnK查机械设计表11-8得ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力年=56(MPa)寿命系数：Kfn107 8.3 108= 0.58(5.29)罕=56 0.58=32.48 (MPa)1(MPa)(5.30)53 1. 2 12511 0；F =2. 2 50. 9 5921 4 04 88CF 间齿根弯曲强度满足要求。确定精度等

50、级公差考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器从GB/T10089-1988圆柱蜗杆，蜗轮精度选择8级，侧隙种类为f标注为8f GB/T10089-19885.3选择联轴器5.3.1输入轴联轴器选择1、类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。2、载荷计算p15公称转矩T =9.55 1039.55 103N m=48.89N mn2930由机械设计表14-1查得Ka =1.9，故由式Tea二KaT岂Tmax得计算转矩为Tca=KA T1. 9 48. 8b m 二 9 2.h8 9m(5.31)3、型号选择710N m，许用最大转速为3000 r min，轴径为4563m

51、m之间，故合用。从GB4323-85中查得TL8型弹性套柱销联轴器的许用转矩为5.3.2输出轴联轴器选择1、类型选择为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器2、载荷计算公称转矩T =9.55 103 卫=9.55 108164 N mm = 7796.421N mn10由机械设计表14-1查得KA =1.9，故由式匸二KA T 9.8=115.7(KN)(5.33)摩擦力：f=卩-=N.15 X15.7=17.4(KN)估计液压缸的最大行程：S=1250 ( mm)估计液压缸距机架轴承上的摩擦圆距离 L=70 (mm)滑动轴承直径 D=120 (mm)(5.34)(5.35)计算摩擦力的转矩：

52、Tf=Ff d/2= 17.4 倉0=1044 (N m)计算液压缸所需的推力：F=T/L= 1044/0.07=14914 (N m)15 (KN)查机械设计手册5表37.7-15估选冶金设备标准液压缸表5.3液压缸型号尺寸缸径al活塞杆直径取大仃程推力拉力工作压力(mm)(mm)(mm)(KN )(KN )(MPa)8056136080. 4241 . 02166主要零件强度校核计算6.1输出轴键的连接强度校核6.1.1蜗轮键的校核解:1.选择键连接的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心要求，应选用平键连接由于齿轮不在轴端，故选用 圆头普通平键（A型）根据d=150mm从”机械设计手册3

53、从表21 3-4中查得键盘的截面尺寸为：宽度b=40mn，高度h=22mm由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L =135 mm校核键连接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得许用挤压应力| . /-100120MPa，取其平均值，卜p =110MPa。键的工作长度丨二L-b =135 -40 =95mm，键与轮毂的接触高度 k = 0.5h = 0.5 22 =11m m；由式3可得:闍严a p2所以按轴承1的受力大小验算由一机械设计 表13-4查得 =1.0 ,6；=103 ;根据轴承寿命公式S二理(空)求得轴承的寿命为：360n p160n10660 101.0 3450

54、0028493.68=6793348.97h Lh =30 12 8 8 h = 23040h故所选轴承满足寿命要求6.2.2轴的强度校核1按扭转条件校核:95500008.16431 0 土型00=8.9m0.2251 0(6.6)2按弯扭条件计算做出轴的计算简图做出弯矩图(3)做出扭矩图图6.6轴的载荷分析图表6.1轴上载荷参数载荷水平面H垂直面V支反力FFrH1 =15947.64N ; FrH 2 =16004.91NFrV1 =4672.93N ； FrV2 =6975.85N弯矩MMH =4457365.38N mm；MV1= 1937482.73N mm ； MV2 306086

55、.37N mm总弯矩M1 =疥4457365.3821937482.732=4860241.30 N mmM2 二 4457365.3821306086.372= 4644778.55N mm扭矩TT =7796421N mm3按弯扭合成应力校核的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 （即危险截面C）的强度.根据式汀+4叵匚讪2%W2WW卜-1及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力,取=0.6 ,轴的计算应力2 2 24860241.30 +(0.67-X.-0.92轴未经表面强化处理，即 川=1，贝U按式k一也丄-1和k丄-1得综合系数为%孔叫k.-一

56、=也 丄 一19 0- 1 3. 4 8（ 6.9）Pa 0. 5 60. 9 2丄 11.26 丄 1k1 =：；-1=1.74% 叫0.76 0.92又由机械设计-1及3-2得碳钢的特性系数I = 0.1 0.2 取= 0.1=0.050.1 取 =0.051于是，计算安全系数Sca值，按式和S=k,275SD kbQa+aVm3.4822.12+0.103.57S =匕二：.：m15517.7417.74 =9.761.740.05则得(6.10)3.57 9.76S2 s23.35，、S = 1.5、.3.572 9.762故可知其安全。(3)校核C截面(右侧)截面上的弯曲应力:beM

57、1M10.1 d3486024130 MPa. 14.40MPa0.1 1503截面上的扭转切应力:-TeM1Wt3 77964213 MPa =11.55MPa0.2 d 0.2 150轴的材料为45钢，调质处理由机械设计表15-1查得二b =640MPa，275MPa4. =155MPa-0.067，截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数一一和按附表3-2查取。因-vd 150D二150 =1.15，经插值后可查得d 130:.-2.1-1. 3 1又由机械设计附图3-1可得轴的敏性系数为q；- 0.82q 0. 8 5故有效应力集中系数由机械设计附表3-4得k厂1 q：”厂1 =1 0.8

58、22.1-1 =1.90k =1 q ： -1 =1 0.851.31-1 =1.26由机械设计附图3-2的尺寸系数：=0.56 ；由机械设计附图3-3的扭转尺寸系数= 0.76轴按磨削加工，由机械设计附图3-4得表面质量系数为7-A.-0.92轴未经表面强化处理，即 川=1，则按式1得综合系数为kb1k1 R11 =3.480.560.92k上丄“竺.丄十1.74 先人 0.760.92又由机械设计-1及3-2得碳钢的特性系数=0.1 0.2=0.050.1取=0.05于是，计算安全系数Sca值，按式S匚二1和S1Tmka.：m则得275So - k二二al；m 一 3.48 14.40 0

59、.1 0 一 5.49155S =k： 74 11.55：05 11.55 胡4.99a m 1.740.05ScaS.S2 s.2_5._49_14. % 16 1.V5. 41 4. 9 9故可知其安全。因此，判定此轴满足强度校核，是安全的7.顶枪冷却水控制与安全策略7.1顶枪冷却水控制加热时顶枪要下到真空室内的温度很高 (11001300C),因此顶枪采用水冷方式进 行冷却，以免顶枪被烧坏。但是，若在处理期间发生漏水事故，后果不堪设想，所以顶 枪冷却水进水管道和出水管道上分别安装了1台电磁流量计，测量顶枪冷却水的进、出水流量，并在PLC中监视二者的流量差，一旦流量超限，则立即关闭进水阀，

60、打开出 水阀，同时将枪提到安全位置。冷却水流量差的算法如下。过滤器的算法公式为：1F 石.x ydt(7.1)式中：F为T时间周期内的累积误差的平均值；X为某时刻的进水流量；丫为某时刻的出水流量。其数字化算法如下：Flow 仁Yk+1=F(Yk ,Xk)=A1 XYk+A2XXk(7.2)Flow2=Y k+1=F (Yk， Xk)=B1 XY+B2 XXkFlow3= Flow1- Flow2上式中， Flow1为2s内的流量差平均值；A 1=T1/(+ t);A2= t/(T1 + t 为采样周期。 Flow2 为 20min 内的流量差平均值；B1=T2/ (T2+ t); B2= t/