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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
前 言
眾所周知，鋁資源是鋁業(yè)乃至國(guó)家鋁工業(yè)的生存之基本和發(fā)展之本。是中國(guó)鋁業(yè)如何實(shí)現(xiàn)鋁礦資源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)，是中圍鋁工業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要解決的重大課題。我國(guó)氧化鋁工業(yè)的產(chǎn)量山l999年的146．1萬(wàn)噸增至2004年的700萬(wàn)噸，午均增幅為27．08％。但是，隨著國(guó)內(nèi)新建氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的不斷釋放，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)同趨激烈。自中國(guó)加入世界貿(mào)易組織后，逐漸實(shí)現(xiàn)了貿(mào)易白由化，進(jìn)口氧化鋁隨著關(guān)稅的逐步降低，配額等數(shù)量限制措施的消除都導(dǎo)致我國(guó)氧化鋁企業(yè)受到國(guó)外氧化鋁企業(yè)的沖擊。隨著氧化鋁生產(chǎn)能力的提高，鋁土礦一氧化鋁一電解鋁產(chǎn)業(yè)鏈中的瓶頸逐漸向鋁土礦轉(zhuǎn)移。在氧化鋁的產(chǎn)量規(guī)模方面，我國(guó)一直遵循穩(wěn)步提高的原則。但近幾年來(lái)，我國(guó)氧化鋁的增長(zhǎng)速度明顯加快。2000~2004年，氧化鋁產(chǎn)量從432萬(wàn)噸增長(zhǎng)到700萬(wàn)噸，年均增幅為12．3％，但是仍然難以滿(mǎn)足鋁業(yè)的要求，因此，從2001年開(kāi)始，我圍氧化鋁進(jìn)口量每年都以100萬(wàn)噸的速度遞增。2004年我國(guó)共進(jìn)口587萬(wàn)噸氧化鋁，達(dá)到當(dāng)年同內(nèi)氧化銷(xiāo)產(chǎn)茸的83％，是當(dāng)年國(guó)內(nèi)氧化鋁需求的45％，比2000年我國(guó)進(jìn)口氧化鋁188萬(wàn)噸增張399萬(wàn)噸，累計(jì)增加2l3％。但是隨著我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量的逐漸提高，氧化鋁進(jìn)口增幅正在下降。2006年前5 個(gè)月我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量98.8萬(wàn) 噸，同比增長(zhǎng)49．33％，其中非中鋁公司，產(chǎn)量為98．8萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)67．8％。同期 氧化鋁進(jìn)口量278萬(wàn)噸，同比下降8．52％，特別自3月份
以來(lái)，連續(xù)3個(gè)月出現(xiàn)口氧化鋁負(fù)增長(zhǎng)。與此同時(shí)，中國(guó)氧化鋁的出口量在不斷增加。有報(bào)告顯示，中圍將在2008年成為氧化鋁的純出口國(guó)。
真空抬包是電解鋁冶煉過(guò)程中的一個(gè)重要設(shè)備，主要功能是將鋁電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐，本抬包適用于鋁鑄造行業(yè)，既可直接采用負(fù)壓吸鋁，也可通過(guò)噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁，抬包減速機(jī)為手動(dòng)、電動(dòng)兩種操作均可，并可采用爪式離合器進(jìn)行切換，抬包包襯采用重質(zhì)澆注料整體澆注，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)。包體上焊接固定有噴嘴、吸鋁管和出鋁口，吊裝總成連接機(jī)架，機(jī)架上裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包蓋上鎖緊裝置采用肘節(jié)式壓緊，包蓋側(cè)板與連接板一端鉸接，連接板另一端與肘節(jié)式把手鉸接，肘節(jié)式把手前端與T型導(dǎo)桿橫邊一端固定連接，導(dǎo)桿橫邊另一端與側(cè)板鉸接，導(dǎo)桿堅(jiān)邊裝有螺栓，包蓋上與螺栓對(duì)應(yīng)處固定有凸臺(tái)。真空抬包系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能好，容積大，大大提高生產(chǎn)率，降低成本，非常適用于電解鋁生產(chǎn)線。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)中原鋁業(yè)河南分公司機(jī)械制造分公司的真空抬包系統(tǒng)，在原有的基礎(chǔ)之上及廠里工程技術(shù)人員和老師的指導(dǎo)下進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)成果。以降低產(chǎn)品成本，最大的發(fā)揮原有產(chǎn)品的效能，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益，以適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)，為企業(yè)創(chuàng)造效益。也使我們的設(shè)計(jì)水平得到提高，提高了動(dòng)手及創(chuàng)造的能力，是理論與實(shí)踐的結(jié)合，使大家明確設(shè)自己設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)原則，為日后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
編者
2011年6月
27
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
1.項(xiàng)目分析
1．1真空抬包系統(tǒng)現(xiàn)有情況：
真空抬包是電解鋁冶煉過(guò)程中的一個(gè)重要設(shè)備，其主要功能是將電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐，是轉(zhuǎn)運(yùn)鋁水的重要設(shè)備。真空抬包能夠?qū)㈦娊獠壑械碾娊怃X液吸出并倒運(yùn)到混合爐后澆鑄成鋁錠。該設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低、安全性高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，一次可吸取幾個(gè)電解槽內(nèi)的鋁液并直接送至混合爐，無(wú)需中途轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)，鋁液熱量損失小。該抬包采用正壓噴射吸鋁，改變了傳統(tǒng)的負(fù)壓直接吸鋁，消除了負(fù)壓吸鋁對(duì)真空系統(tǒng)的危害，由于其可與電解槽共用一個(gè)氣源，可省去整套真空系統(tǒng)，減少崗位配置，降低設(shè)備維護(hù)、檢修費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)行中的電費(fèi)開(kāi)支。
中國(guó)鋁業(yè)河南分公司電解廠原電解槽為60kA自焙槽，年產(chǎn)鋁量為3萬(wàn)噸，采用容重為2噸的真空抬包來(lái)吸鋁，并配合5噸的敞口包來(lái)倒運(yùn)即可滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。隨著電解技改擴(kuò)建項(xiàng)目的完成，電解槽變?yōu)?5kA預(yù)焙槽，電解廠年產(chǎn)鋁量為5萬(wàn)噸，為解決鋁液抽吸運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下、鋁液熱量損失大的問(wèn)題，需要研發(fā)容重為 4~6 噸無(wú)需中轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)的真空抬包。隨著國(guó)內(nèi)一些大型預(yù)焙電解槽的研發(fā)成功，電流已陸續(xù)提高至160kA.200kA.280kA.320kA，電解槽產(chǎn)鋁量大增，小型吸鋁真空抬包已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。
1．2 本次設(shè)計(jì)改進(jìn)所要解決的問(wèn)題：
吸鋁真空抬包在外形上一般為普通傾注式錐桶形真空抬包，在結(jié)構(gòu)上可分為包體、人孔、吊架、吸鋁管、減速機(jī)及真空管等幾部分，減速機(jī)可以手動(dòng)操作。真空抬包主要用于電解鋁廠，工作時(shí)直接采用負(fù)壓吸鋁，需要單獨(dú)配置一套真空系統(tǒng)，由于吸入空氣溫度較高，真空泵一般采用水環(huán)真空泵，設(shè)備配置價(jià)高。抬包的清渣、檢修及砌包襯均通過(guò)人孔進(jìn)行，極為不便。為提高使用效率，使用時(shí)往往需要大型敞口澆包配合使用，這樣會(huì)帶來(lái)鋁液熱量的損失。而需解決這些問(wèn)題所采用的方法是：
包蓋與包體的密封及防變形措施。對(duì)于大型吸鋁真空抬包，包體直徑較大，包蓋與包體法蘭采用凸凹止口密封，密封件為石棉盤(pán)根。由于包蓋與包體受熱不均以及包體在起吊時(shí)的受力不均，容易導(dǎo)致包蓋與包體法蘭止口錯(cuò)位，從而引起密封不嚴(yán)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，一方面要加強(qiáng)包體與包蓋強(qiáng)度，包體與包蓋均需加筋，采用厚法蘭。另一方面要采用合理的密封方式，可將包蓋法蘭嵌入至包體法蘭內(nèi)，形成雙重止口密封，一旦小止口密封失效，可啟用大止口密封。
包襯及吸鋁管使用壽命。對(duì)于小型吸鋁真空抬包，由于其直徑小、高度低，采用耐火磚砌包襯，其強(qiáng)度足可滿(mǎn)足其使用壽命，對(duì)于大型吸鋁真空抬包，由于其容積大，包襯必需采用澆注料整體澆注，其強(qiáng)度才可滿(mǎn)足使用壽命。吸鋁管屬耗損件,為提高其使用壽命,可采用耐溫900℃以上的耐熱鐵鑄造，并需進(jìn)行熱處理，耐熱鐵材質(zhì)中Si含量不可過(guò)高，以防止和電解槽中的氟化鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響吸鋁管使用壽命。
轉(zhuǎn)軸位置的確定及傾轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算。對(duì)于大型吸鋁真空抬包，由于采用電動(dòng)操作，從操作安全的觀點(diǎn)出發(fā)，轉(zhuǎn)軸位置應(yīng)高于空包和滿(mǎn)包的重心。抬包傾轉(zhuǎn)力矩M 包括空抬包包體所引起的轉(zhuǎn)矩M1，以及在澆注過(guò)程中由于鋁液不斷傾出，余留在抬包內(nèi)的鋁液所引起的轉(zhuǎn)矩M2，此外還有轉(zhuǎn)軸與其軸頸的摩擦力矩M3，三者均為轉(zhuǎn)角θ的函數(shù)。
M=M1+M2+M3
2．真空抬包總體設(shè)計(jì)基本方案
1．外形為圓柱狀，方便制作、節(jié)省材料，與同體積錐桶形真空抬包相比，散熱面積小，有利于保溫。雖然錐桶形抬包比圓柱狀抬包更有利于清理熔渣及殘余鋁液，但對(duì)于大容積抬包清除殘?jiān)演^為方便。
2．采用茶壺式澆包的結(jié)構(gòu)形式，鋁液從包底澆出，熔渣被擋在包內(nèi)，撇渣效果好。抬包帶包蓋，包蓋與包體采用活節(jié)螺栓連接，固定方便。包蓋與包底封頭采用平底封頭。抬包大修、清渣、砌包襯均可開(kāi)蓋進(jìn)行，十分方便?？紤]到抬包的少量清渣、日常檢修以及解決抬包在使用間歇中自身散熱的問(wèn)題，在包蓋上設(shè)立了人孔。
3．包嘴蓋設(shè)計(jì)成快開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，包嘴蓋與包口管鉸接，并采用搭扣來(lái)控制包嘴蓋的開(kāi)啟與關(guān)閉，使用安全方便。
4．采用噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁?？紤]到電解槽工作時(shí)，打殼下料、母線提升等工序均采用壓縮空氣工作，因此可與電解槽共用一個(gè)氣源，減少設(shè)備配置。
5．噴射器由工作噴嘴、負(fù)壓室、擴(kuò)壓管、接收室、消聲器等組成，壓縮空氣通過(guò)收縮的噴嘴后，在負(fù)壓室內(nèi)形成一束高速射流，吸卷負(fù)壓室內(nèi)的空氣一起進(jìn)入擴(kuò)壓管，在擴(kuò)壓管內(nèi)減速擴(kuò)壓后進(jìn)入接收室，最后在接收內(nèi)消音后排出至大氣。
6．減速機(jī)是抬包的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由于抬包容積的增大，自重及盛鋁量均增大，抬包的傾轉(zhuǎn)力矩增大，手動(dòng)傾轉(zhuǎn)費(fèi)力、效率低而且不安全，該減速機(jī)在結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為手動(dòng)與電動(dòng)均可，正常操作為電動(dòng)，手動(dòng)為檢修和突發(fā)事故時(shí)用，手動(dòng)與電動(dòng)的切換采用爪式離合器，切換迅速方便，安全可靠。該減速機(jī)電動(dòng)為三級(jí)蝸輪蝸桿減速，手動(dòng)為兩級(jí)蝸輪蝸桿減速，減速比大。
3．大速比傾包系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 傾轉(zhuǎn)力矩的分析：
抬包傾轉(zhuǎn)力矩包括空抬包包體所引起的轉(zhuǎn)矩，以及在澆注過(guò)程中由于鋁液不斷傾出，余留在抬包內(nèi)的鋁液所引起的轉(zhuǎn)矩，此外還有摩擦力矩等。
3．1．1 空包包體的傾轉(zhuǎn)力矩
當(dāng)空包包體繞與其重心不重合的軸由直立位置轉(zhuǎn)過(guò)角度Φ后，如圖所示，此時(shí)空抬包包體的中心對(duì)轉(zhuǎn)軸的傾轉(zhuǎn)力矩為：
圖為空包包體的傾轉(zhuǎn)力矩
公式中 Gk為空抬包包體總重量Kg
g為重力加速度9.8m/s
u為包腔底至轉(zhuǎn)軸中心的距離m
Yk為包腔底至空抬包包體重心的距離m
空抬包包體包括金屬殼體和搪襯兩部分。為了簡(jiǎn)化計(jì)算 ，當(dāng)計(jì)算其重量和重心位置時(shí)可不考慮轉(zhuǎn)軸 、轉(zhuǎn)軸板、以及加強(qiáng)帶 。因?yàn)檫@幾部分基板上與轉(zhuǎn)軸軸心對(duì)稱(chēng) ，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)傾轉(zhuǎn)力矩影響不大。可將包體分為幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何形體 ，依次計(jì)算各部分的重量及重心座標(biāo) ，再按組合形體求其總重量及總重心。
3．1．2 余留鋁液的傾轉(zhuǎn)力矩
抬包在澆注過(guò)程中，鋁液從抬包中逐漸流出,余留鋁液的重量不斷減少，其重心位置不斷變化，因此余留鋁液的傾轉(zhuǎn)力矩是按復(fù)雜規(guī)律而變化的。抬包的澆注狀態(tài)如圖所示。為簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略包嘴中鋁液對(duì)抬包傾轉(zhuǎn)力矩的影響，其澆注狀態(tài)如圖所示。
圖為余留鋁液澆注狀態(tài)
圖為簡(jiǎn)化后余留鋁液澆注狀態(tài)
抬包中余留鋁液對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩M2為：
式中力臂
則 （N m）
式中 V為抬包中余留鋁液的體積
為鋁液密度 2.2Kg/
u為包腔底至轉(zhuǎn)輪中心的距離 m
g為重力加速度 /
為余留鋁液重心的坐標(biāo) m
關(guān)于余留鋁液的體積及重心坐標(biāo)計(jì)算分兩中情況如圖所示
A未現(xiàn)底時(shí)：
B現(xiàn)底后；
式中
H為包腔底至包澆口的距離 m
B為包腔壁至包澆口的距離 m
R為包腔半徑 m
3．1．3 摩擦力矩
摩擦力矩主要產(chǎn)生于轉(zhuǎn)軸與其軸頸之間的摩擦，在干摩擦情況下，摩擦力矩為：
式中 為空抬包的重量 kg
為抬包中余留金屬液的重量 kg
為重利加速度
為轉(zhuǎn)軸直徑 m
為摩擦系數(shù)，干摩擦?xí)rf約等于0.15,有潤(rùn)滑時(shí)f約為0.05-0.10
3．1．4 結(jié)論分析
真空抬包的總傾轉(zhuǎn)力矩為：
以上為真空抬包傾轉(zhuǎn)力矩的理論計(jì)算過(guò)程分析，傾轉(zhuǎn)力矩M為轉(zhuǎn)角Φ的函數(shù)，但計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)所得到的最大傾轉(zhuǎn)力矩即可進(jìn)行抬包傾轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中可在原有的基礎(chǔ)之上對(duì)同類(lèi)設(shè)備采用類(lèi)比的方法得到，理論計(jì)算過(guò)程可以對(duì)類(lèi)比得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
3．2 減速機(jī)構(gòu)的分析
3．2．1蝸輪蝸桿減速機(jī)介紹：
蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。這種傳動(dòng)由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中。蝸桿蝸輪傳動(dòng)是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪稱(chēng)為蝸輪。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動(dòng)力。
蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特征：其一，它是一種特殊的交錯(cuò)軸斜齒輪其二，它具有螺旋傳動(dòng)的某些特點(diǎn)，蝸桿相當(dāng)于螺桿，蝸輪相當(dāng)于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。
蝸桿傳動(dòng)的類(lèi)型按蝸桿形狀的不同可分：1圓柱蝸桿傳動(dòng)-普通圓柱蝸桿（阿基米德蝸桿、漸開(kāi)線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）和圓弧蝸桿。 2環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 3錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿動(dòng)
蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)性能：1、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；2、熱交換性能好，散熱快；3、安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修；4、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，經(jīng)久耐用；5、適用性強(qiáng)、安全可靠性大。本產(chǎn)品目前已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)行業(yè)生產(chǎn)工藝裝備的機(jī)械減速裝置，是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大扭矩，大速比低噪音、高穩(wěn)定機(jī)械減速傳動(dòng)控制裝置的最佳選擇。
蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩根軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角可為任意值，常用的為90度。這種傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)，故使用非常廣泛。
（1）．當(dāng)使用單頭蝸桿時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)國(guó)一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=5~80;在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可以達(dá)到300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可以達(dá)到1000。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。
（2）．在蝸桿傳動(dòng)中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。
（3）．當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。
（4）．當(dāng)蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似，在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦一磨損，從而引起過(guò)分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制蝸桿配對(duì)組成摩擦性能良好的滑動(dòng)摩擦副。
由于蝸桿蝸輪傳動(dòng)具有以上特點(diǎn)，故常用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場(chǎng)合。當(dāng)要求傳遞較大功率時(shí)，為提高傳動(dòng)效率，常取z1＝2-4。此外，由于當(dāng)γ1較小時(shí)傳動(dòng)具有自鎖性，故常用在卷?yè)P(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中，起安全保護(hù)作用。它還廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中； 利用蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比大省力的特點(diǎn)，以及它的自鎖性能，在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用。
3．2．2傳動(dòng)比的分配：
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及原有產(chǎn)品的情況，減速機(jī)采用3級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電動(dòng)兩檔變換。共有3對(duì)蝸輪蝸桿，第一對(duì)蝸桿頭數(shù)為3蝸輪齒數(shù)為45：第二對(duì)蝸桿頭樹(shù)為1蝸輪齒數(shù)為40；第三對(duì)蝸桿頭數(shù)為2蝸輪齒數(shù)為31。
電動(dòng)檔減速比為9300，手動(dòng)檔減速比為620。手動(dòng)檔時(shí)，第一對(duì)蝸輪蝸桿沒(méi)有工作，只有二三對(duì)蝸輪蝸桿在工作。
蝸桿頭數(shù)： 3 1 2 聯(lián)軸器 軸承
效率： 0.85 0.7 0.8 0.99 0.98
3．2．3電動(dòng)機(jī)的選擇：
根據(jù)工廠原有設(shè)備的工作情況，以及我們?cè)趯?shí)習(xí)過(guò)程中所收集的數(shù)據(jù)以及工廠的經(jīng)驗(yàn)，在工程技術(shù)人員的指導(dǎo)下，我們采用類(lèi)比的方法初步選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y112M-4 額定功率為為4KW 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為1440r/min 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為2.2 KW 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為 2.2KW。
電動(dòng)機(jī)校核：
電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，減速比為i=9300
傾包轉(zhuǎn)速w=2πn/60i=2×3.14×1440÷60÷9300=0.01621(rad/s)
設(shè)備總轉(zhuǎn)矩
≤4900×9.8×0.00425=204.85
＜5000×9.8×0.60125=29461.25
≤0.5×(4900+5000)×9.8×0.1×0.1=485.1
所以M估算=204.85+29461.25+485.1=30151.2>
設(shè)備總效率Y=0.99×0.85×0.7×0.8×0.98×0.98×0.98×0.98×0.84=0.365
P電機(jī)估算=M估算×w÷Y=30151.2×0.01621÷0.365=1339.05w
50
起動(dòng)載荷
小
較大
大
KA
1
1．15
1．2
齒向載荷分析系數(shù)kβ
當(dāng)蝸桿在平穩(wěn)載荷下工作時(shí)，kβ=1
當(dāng)蝸桿在載荷變化較大時(shí)，kβ= 1.3～1.6
動(dòng)載系數(shù)KV
對(duì)精確制造，且蝸輪圓周速度V2≤3m/s時(shí)，Kv=1.0～1.1
????????????????????????? V3>3m/s時(shí)，Kv=1.1～1.2
彈性影響系數(shù)ZE
對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì)，
?
圖：圓柱蝸桿傳動(dòng)接觸系數(shù)Zρ
蝸輪齒面許用接觸應(yīng)力[σ]H
??? 當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵或高強(qiáng)度青銅（σB≥300MPa一時(shí)，蝸桿傳動(dòng)的承載能力主要取決于齒面膠合強(qiáng)度。但因目前尚無(wú)完善的膠合強(qiáng)度計(jì)算公式，故采用接觸強(qiáng)度計(jì)算是一種條件性計(jì)算，在查取蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力時(shí)，要考慮相對(duì)滑動(dòng)速度的大小。由于膠合不屬于疲勞失效， [σ]H的值與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N無(wú)關(guān)，因而可直接從下表中查出許用接觸應(yīng)力的值。
???
???若蝸輪材料為強(qiáng)度極限σB＜300MPa的錫青銅，因蝸輪主要為接觸疲勞失效，故應(yīng)先從下表中查出蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H’ ，再按[σ]H＝KHN?[σ]H’算出許用接觸應(yīng)力的值。
上面 KHN為接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，其中，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N＝60jn2Lh，此處 n2為
蝸輪轉(zhuǎn)速，r／min；Lh Lh為工作壽命，h；j為蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)。
灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σ]H（Mpa）
材料
滑動(dòng)速度vs(m/s)
蝸桿
蝸輪
<0.25
0.25
0.5
0
2
3
4
20或20Cr滲碳、淬火、45號(hào)鋼淬火，齒面硬度大于45HRC
灰鑄鐵HT150
206
166
150
127
95
—
—
灰鑄鐵HT200
250
202
182
154
115
—
—
鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3
—
—
250
230
210
180
160
45號(hào)鋼或Q275
灰鑄鐵HT150
172
139
125
106
79
—
—
灰鑄鐵HT200
208
168
152
128
96
—
—
?? 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H（Mpa）
蝸輪材料
鑄造方法
滑動(dòng)速度vs(m/s)
≤45HRC
>45HRC
鑄錫磷青銅
ZcuSn10P1
沙模鑄造
150
180
金屬模鑄造
220
268
鑄鋅鋅鉛青銅
ZcuSnPb5Zn5
沙漠鑄造
113
135
金屬模鑄造
128
140
注:錫青銅的基本許用接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=10,000,000時(shí)之值,當(dāng)N≠10,000,000時(shí),需將表中數(shù)值乘以壽命系數(shù)KHN;當(dāng)N>25X10,000,000,取N=25X10,000,000;當(dāng)N<2.6x100,000,取N=2.6X100,000
圖中6和7為第一對(duì)蝸輪蝸桿，4和5為第二對(duì)蝸輪蝸桿，2和3為第三對(duì)蝸輪蝸桿。
第一對(duì)蝸輪蝸桿：
1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：
=321587
2．確定載荷系數(shù)K
因工作載荷很穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，由表11-5選取使用系數(shù)KA=1由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1則
3.確定彈性影響系數(shù)ZE
因選用的是鑄錫磷青銅蝸桿和鋼蝸桿相配合，所以
4.確定接觸系數(shù)ZP
假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值 d1/a=0.4 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-18中查得ZP=6.5
5.確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋面硬度大于45HRC可以從表中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為268Mpa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60。
N=60jn2Lh=60x3x96x12000=
壽命系數(shù)
6.計(jì)算中心距：
取a=114mm 因?yàn)閕=15，所以從表中取模數(shù)m=4蝸桿分度圓直徑d1=48mm,這時(shí)d1/a=0.42,從圖11-18中可查得接觸系數(shù)因此以上結(jié)果可用。
7．蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸桿：
軸的齒距Pa=12.56 mm 直徑系數(shù)q=d/m=16
齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=38 mm
導(dǎo)程角r=蝸桿軸向齒厚
蝸輪：
蝸輪齒數(shù)Z2=45變位系數(shù)X=0
驗(yàn)證傳動(dòng)比i=z2/z1=45/3=15 誤差為0
蝸輪分度圓直徑d2=mz2=180 mm
蝸輪吼圓直徑da2=d2+2ha=188 mm
蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=170.4 mm
蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=114-94=20 mm
第二對(duì)蝸輪蝸桿：
1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：
3829765
2．確定載荷系數(shù)K
因工作載荷很穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，由表11-5選取使用系數(shù)KA=1由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1則
3.確定彈性影響系數(shù)ZE
因選用的是鑄錫磷青銅蝸桿和鋼蝸桿相配合，所以
4.確定接觸系數(shù)ZP
假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值 d1/a=0.4 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-18中查得ZP=0.8
5.確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋面硬度大于45HRC可以從表中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為265Mpa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60。
N=60jn2Lh=60x2x(1440/15x15.5)x12000=
壽命系數(shù)
6.計(jì)算中心距：
取a=96.75mm 因?yàn)閕=15.5，所以從表中取模數(shù)m=4.5蝸桿分度圓直徑d1=54mm,這時(shí)d1/a=0.56
7．蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸桿：
軸的齒距Pa=14.13 mm 直徑系數(shù)q=d/m=12
齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=45 mm
齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=63 mm
導(dǎo)程角r=蝸桿軸向齒厚
蝸輪：
蝸輪齒數(shù)Z2=31變位系數(shù)X=0
蝸輪分度圓直徑d2=mz2=139.5mm
蝸輪吼圓直徑da2=d2+2ha=148.5mm
蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=128.7 mm
蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=22.5 mm
第三對(duì)蝸輪蝸桿
1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：
=113933658
2．確定載荷系數(shù)K
因工作載荷很穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，由表11-5選取使用系數(shù)KA=1由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1則
3.確定彈性影響系數(shù)ZE
因選用的是鑄錫磷青銅蝸桿和鋼蝸桿相配合，所以
4.確定接觸系數(shù)ZP
假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值 d1/a=0.4 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖11-18中查得ZP=0.8
5.確定許用接觸應(yīng)力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋面硬度大于45HRC可以從表中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為268Mpa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60jn2Lh=60x1x1440/9300x1400=
查表得N=
壽命系數(shù)
6.計(jì)算中心距：
取a=229mm 因?yàn)閕=40，所以從表中取模數(shù)m=9蝸桿分度圓直徑d1=99mm,這時(shí)d1/a=0.42
7．蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸桿：
軸的齒距Pa=28.26 mm
齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=117 mm
導(dǎo)程角r=蝸桿軸向齒厚
蝸輪：
蝸輪齒數(shù)Z2=40變位系數(shù)X=0
蝸輪分度圓直徑d2=mz2=360 mm
蝸輪吼圓直徑da2=d2+2ha=378 mm
蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=338.4 mm
蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=40.5 mm
4．真空抬包工藝參數(shù)
真空抬包的工藝性能參數(shù)如下：
抬包容重：4t（鋁液）；
鋁液溫度：900oC；
吸鋁能力：>=0.4t/min；
傾轉(zhuǎn)角度：>=75oC；
壓縮空氣消耗量：4-8m3/min；
壓縮空氣壓力：0.6MPa；
真空度：0.04-0.045MPa；
電機(jī)功率：4KW；
減速比：電動(dòng)9300；
包襯壽命：>=1500包次;
吸鋁管壽命：>=300包次。
5．主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
5．1吊鉤處
已知空包體重約5t，若盛放4t的鋁液，則總重為9t,于是有：
=9×103×10N=9×N =/2=4.5×N d=86mm,其中為吊鉤承受的總重，為吊鉤處的吊柄單邊承受的豎直拉力，為吊柄承受的實(shí)際拉力。
AD=532mm, DC=220mm, 由此可知AC=575mm,于是Cos∠DAC=0.924,
可得：=4.8×N ,又S=3.14×(43×)2m2=5.8×m2
可得：P=/S=48×103/5.8×Pa=8MPa,而бb=598MPa,可知約為其75倍，符合安全條件。
5．2吊臂處
由于兩端直接盛重，為總重的一半，即F=45×103N，
而面積為：S=3.14×(50×)2m2=7.85×m2
可得：P=F/S=45×103/7.85×Pa=5.7MPa,而бb=598MPa,約合105倍，符合安全條件。
5．3吊臂與包體連接處：
已知F=45×103N,而此處為對(duì)剪切部分的校核，故S=7.85×m2,
可得：P=F/S=45×103/7.85×Pa=5.7MPa,而бs=300MPa, 約合53倍，符合安全條件。
6．經(jīng)濟(jì)性分析
設(shè)計(jì)某一零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，一般可以擬訂出幾種不同的方案，它們都能達(dá)到零件圖上規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求，但其生產(chǎn)成本卻不盡相同。對(duì)工藝過(guò)程方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，就是要選出既能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，又具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的最佳工藝方案。另外材料的選擇也很重要，本次設(shè)計(jì)中為提高性能使用了鑄錫磷青銅ZCuSn10P1等比較貴重的材料，提高了經(jīng)濟(jì)成本，但又不能過(guò)分追求成本而犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量，這就需要設(shè)計(jì)時(shí)權(quán)衡好其中的利弊，材料使用做到適量，在保證質(zhì)量的前提下降低成本。
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
總結(jié)
通過(guò)近四個(gè)月的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多東西，它使我以往所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)大的匯總和貫穿，把零碎的知識(shí)進(jìn)行了整合，進(jìn)一步豐富了我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能。
在這四個(gè)月中，也可以說(shuō)是對(duì)我個(gè)人的獨(dú)立思考問(wèn)題、獨(dú)立解決問(wèn)題能力的一個(gè)考驗(yàn)。因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)不同于以往的課程設(shè)計(jì)，它是我進(jìn)入社會(huì)離開(kāi)大學(xué)的最后一門(mén)課程，因此它的重要性和重要意義就非見(jiàn)一般。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)大的題目，它關(guān)系到以往所學(xué)知識(shí)的貫穿與匯總，并熟練應(yīng)用，否則難以完成，這也只是一個(gè)因素，并不是主要因素。因?yàn)閷W(xué)好了課本知識(shí)不一定回做好畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，因?yàn)樗嗽S多東西，它還需要我們上網(wǎng)查閱資料，利用工具書(shū)手冊(cè)查閱資料，需要我們多讀、多看、多研究才能出來(lái)的結(jié)果。
畢業(yè)設(shè)計(jì)不同以往設(shè)計(jì)，它是對(duì)我們個(gè)人獨(dú)立能力的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兗磳⒆呦蛏鐣?huì)，走進(jìn)不同的工作崗位，在那里我們沒(méi)有老師指導(dǎo)，只有自己的努力，因此對(duì)個(gè)人的獨(dú)立能力培養(yǎng)非常重要。以往設(shè)計(jì)是多個(gè)人共同做一個(gè)課題，之間可以相互詢(xún)問(wèn)、借鑒，而畢業(yè)設(shè)計(jì)是一人一題，它需要更多的是自己的個(gè)人努力，而不是多人的共同努力，當(dāng)然我們也離不開(kāi)老師和同學(xué)的幫忙。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我努力去靠自己的努力去克服困難，實(shí)在不明白的地方就問(wèn)老師和同學(xué)，因?yàn)槲蚁Ｍ芸孔约旱呐ο热ネ瓿勺约阂鞯?，畢竟現(xiàn)在在學(xué)校還可以有老師詢(xún)問(wèn)，當(dāng)走想社會(huì)就基本全靠自己了，所以我想先培養(yǎng)一下自己，鍛煉在先了。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我貫通以往學(xué)習(xí)的知識(shí)，查閱了大量的資料和文獻(xiàn)，對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)和過(guò)程都要追究根源，希望能夠明白她的機(jī)理。通過(guò)對(duì)材料的選用要考慮起是否滿(mǎn)足設(shè)備需求？是否價(jià)格合理？不能浪費(fèi)材料，盡可能望成本底且滿(mǎn)足要求的方面考慮。
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在學(xué)校的最后一次設(shè)計(jì)，也是最有意義的設(shè)計(jì)，它給了我許多的挑戰(zhàn)。它會(huì)讓我在今后工作中有一個(gè)好的工作態(tài)度，用耐心和恒心去作好每一件事情！
在這次課畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，我做了一次全面、較規(guī)范的設(shè)計(jì)，較全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，用理論聯(lián)系實(shí)際并結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)課程和生產(chǎn)實(shí)際分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鞏固、加深和擴(kuò)展了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。尤其重要的是讓我們養(yǎng)成了科學(xué)的習(xí)慣，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要注意掌握設(shè)計(jì)進(jìn)度，按預(yù)定計(jì)劃完成階段性的目標(biāo)，在圖的設(shè)計(jì)階段，注意設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畫(huà)圖交替進(jìn)行，采用正確的設(shè)計(jì)方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中注意對(duì)設(shè)計(jì)資料和計(jì)算數(shù)據(jù)的保存和積累，保持記錄的完整性。在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中進(jìn)行了設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。通過(guò)對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì)，掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法，有助于樹(shù)立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力，為將來(lái)工作打好基礎(chǔ)。提高了我們的動(dòng)手能力，對(duì)于以后我們的發(fā)展與工作來(lái)說(shuō)，都可以看作一筆不小的財(cái)富，前面還有很多需要我們?nèi)L試去探索去研究。
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
致謝
在論文完成之際，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師王瑋老師。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，給予我極大的幫助。本論文的課題研究是在王瑋老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，從課題的選擇、方案的確定到論文的撰寫(xiě)，王瑋老師及本組同學(xué)都給予了我極大的幫助和支持。在此，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師王瑋老師和幫助我的同學(xué)表示最衷心的感謝!同時(shí)，向大學(xué)四年期間所有關(guān)心和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)表示由衷的感謝，我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)與大家的關(guān)心幫助是分不開(kāi)的，感謝所有支持我的人。
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