結(jié)晶器畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1第一章第一章 引言引言隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的臨近結(jié)束，大學(xué)期間的學(xué)習(xí)就要結(jié)束啦，經(jīng)歷了盡半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)及其畢業(yè)實(shí)習(xí)，確實(shí)也讓我們對(duì)我們的專業(yè)有了更深層次的認(rèn)識(shí)和理解，特別是經(jīng)歷了大學(xué)期間的最后一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以說(shuō)融合了我們?cè)谒哪昶陂g所學(xué)的所有知識(shí)，所以要想完完整整的保質(zhì)保量的做好這次設(shè)計(jì)就必須下一番苦功夫，將以前學(xué)的不扎實(shí)的科目在這次設(shè)計(jì)涉及到的從新拿出書(shū)來(lái)好好認(rèn)認(rèn)真真的在學(xué)習(xí)。我這次做的是結(jié)晶器足輥總成的設(shè)計(jì)，通過(guò)這次的設(shè)計(jì)也讓我對(duì)連鑄有了不少的了解。1.1 連鑄的發(fā)展概況連鑄的發(fā)展概況：a 連鑄發(fā)展的概況：連鑄發(fā)展的概況：早在 19 世紀(jì)中期 H.貝塞麥就提出了連

2、續(xù)澆注液態(tài)金屬的設(shè)想。隨后還有其他人對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行過(guò)研究。由于當(dāng)時(shí)科學(xué)水平的限制，未能用于工業(yè)生產(chǎn)。知道 1933 年，現(xiàn)代連鑄的奠基人S 容漢斯提出并發(fā)展了結(jié)晶器振動(dòng)裝置之后，才奠定了連鑄在工業(yè)的應(yīng)用的基礎(chǔ)。從二十世紀(jì)三十年代開(kāi)始，連鑄已成功用于有色金屬生產(chǎn)。二次世界大戰(zhàn)后，前蘇聯(lián)，美，英奧地利等國(guó)家相繼建成一些半工業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行連鑄鋼的研究。1950 年，容漢斯和曼內(nèi)斯曼公司合作，建成世界上第一臺(tái)能澆注 5t 鋼水的連鑄機(jī)。近年來(lái)，傳統(tǒng)連鑄的高效化生產(chǎn)，在各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是高拉速技術(shù)已引起人們的高度重視。通過(guò)采用新型結(jié)晶器及新的結(jié)晶器冷卻方式，新型保護(hù)渣，結(jié)晶器非正

3、弦振，結(jié)晶器內(nèi)電磁制動(dòng)及液面高度精度檢測(cè)和控制等一系列技術(shù)措施，目前常規(guī)大板坯的拉速已由 0.81.5m/min 提高到 2.02.5m/min，最高可達(dá) 3m/min 使連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力大幅度提高生產(chǎn)成本降低，給企業(yè)帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益。高速連鑄技術(shù)在今后仍然會(huì)繼續(xù)發(fā)展。b 連鑄發(fā)展概況：連鑄發(fā)展概況：我國(guó)是研究和應(yīng)用連鑄較早的國(guó)家之一，早在二十世紀(jì)五十年代就開(kāi)始探索性的工作。19571959 年間先后建成三臺(tái)立式連鑄機(jī)。1964 年在重鋼三廠建成一臺(tái)斷面為 180mm*1500mm 板坯弧形連鑄機(jī)，這是世界上工業(yè)應(yīng)用最早的大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2弧形連鑄機(jī)之一。隨后處于停滯狀態(tài)。到 1

4、978 年全國(guó)用于生產(chǎn)的連鑄機(jī)只有21 臺(tái)，連鑄坯年生產(chǎn)量 112.70 萬(wàn) t，連鑄比為 3.5%。改革開(kāi)放以來(lái)，為了學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，加速我國(guó)連鑄技術(shù)的發(fā)展，從二十世紀(jì)七十年代末一些企業(yè)引進(jìn)了一批連鑄技術(shù)和設(shè)備。例如 1978 年到 1979 年，武鋼二煉鋼從聯(lián)邦德國(guó)引進(jìn)單流弧形板坯連鑄機(jī) 3 臺(tái)，在消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，圍繞設(shè)備，操作，品種管理等方面進(jìn)行了大量的開(kāi)發(fā)與完善工作，于 1985 年實(shí)現(xiàn)了全連鑄生產(chǎn)，產(chǎn)量突破了設(shè)計(jì)能力。這些連鑄技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)都促進(jìn)了我國(guó)連鑄的發(fā)展。目前，我國(guó)鋼鐵工業(yè)正處于興旺時(shí)期，連鑄技術(shù)的設(shè)計(jì)，制造，工藝，和管理都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，新世紀(jì)必然是我國(guó)

5、連鑄高速發(fā)展的時(shí)代。1.2 結(jié)晶器的作用和組成結(jié)晶器的作用和組成1.2.1 結(jié)晶器的作用結(jié)晶器的作用結(jié)晶器是連續(xù)鑄鋼中的鑄坯成型設(shè)備，也是連鑄機(jī)心臟設(shè)備之一，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了拉坯速度和生產(chǎn)率。若要通過(guò)提高拉速來(lái)增加產(chǎn)量，則需要結(jié)晶器采用適宜的幾何形狀來(lái)改善傳熱效果、降低摩擦力。而足輥總成是結(jié)晶器中很重要的部分，它直接會(huì)影響到鑄坯的質(zhì)量，對(duì)一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)質(zhì)量就是生命啊，可以想象到結(jié)晶器足輥的重要性，它也將直接影響我國(guó)的鑄坯的產(chǎn)量，故有許多的機(jī)構(gòu)和人員在從事著該項(xiàng)工作，都在為次做出貢獻(xiàn)，本次設(shè)計(jì)的足輥總成是結(jié)晶器中很重要的一部分。結(jié)晶器的功能是將連續(xù)不斷地注入其內(nèi)腔的高溫鋼水通過(guò)水冷銅壁強(qiáng)制冷卻，導(dǎo)

6、出其熱量，使之逐漸凝固成為具有所要求的斷面形狀和坯殼厚度的鑄坯，并使這種芯部仍為液態(tài)的鑄坯連需不斷地從結(jié)晶器下口拉出，為其在以后的二冷區(qū)內(nèi)完全凝固創(chuàng)造條件。 1.2.2 結(jié)晶器的組成和分類結(jié)晶器的組成和分類結(jié)晶器的主要部件是緊固在水套上的銅板，帶有調(diào)整裝置的基架和足輥架。銅板：鑄流的外弧面和內(nèi)弧面，鑄流寬度和倒角都體現(xiàn)在兩個(gè)寬面銅板上，窄面銅板加緊在寬面銅板之間，它們的尺寸決定了結(jié)晶器的尺寸，銅板的內(nèi)邊有大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)31010mm 的倒角。為了冷卻銅板，根據(jù)所需要的冷卻水量，銅板的背面開(kāi)了很多縱向和橫向的溝槽，同時(shí)為了使磁場(chǎng)能夠通過(guò)。每個(gè)銅板都用螺栓緊固在水套上，螺栓擰緊，且有一

7、定的預(yù)緊力矩。鑄流外弧面上的寬面銅板根據(jù)澆鑄半徑調(diào)整和鎖緊?；茉O(shè)計(jì)成焊接件，并且容納所有的重要接收裝置和調(diào)整裝置以及結(jié)晶器的輔助裝置，結(jié)晶器的水平和垂直對(duì)中在帶有空心螺栓和放松螺母的四個(gè)緊固點(diǎn)上進(jìn)行。結(jié)晶器相對(duì)于澆鑄半徑的精確定位是通過(guò)基架上兩個(gè)螺栓和結(jié)晶器臺(tái)上對(duì)應(yīng)的套子實(shí)現(xiàn)。足輥段：銅板下的可調(diào)足輥緊挨著結(jié)晶器基架下面安裝，在鑄坯離開(kāi)結(jié)晶器寬面和窄面冷卻部分后，足輥對(duì)鑄坯起支撐作用，位于足輥間的噴嘴為鑄坯提供冷卻，水和氣以同樣的方式進(jìn)入到噴淋冷卻的噴嘴中。結(jié)晶器可以分為：直結(jié)晶器，多級(jí)結(jié)晶器，錐形結(jié)晶器。1.3 結(jié)晶器足輥總成的作用結(jié)晶器足輥總成的作用方坯結(jié)晶器足輥總成是對(duì)帶有液芯的鑄坯起

8、必要的導(dǎo)向和支撐作用以及進(jìn)一步冷卻的作用。 （見(jiàn)附圖 1）如果出了結(jié)晶器的高溫薄殼鑄坯得不到及時(shí)冷卻和支承，在鋼液靜壓作用下極易產(chǎn)生鼓肚和變形，故漏鋼常常發(fā)生在這一段上；結(jié)晶器的足輥對(duì)鑄坯的質(zhì)量取著很重要的作用，尤其是足輥的尺寸、表面質(zhì)量，足輥間距，以及噴淋冷卻系統(tǒng)，結(jié)晶器錐度的設(shè)計(jì)等方面對(duì)鑄坯有著很大的影響，如果這些方面不能很好的解決好的話，在生產(chǎn)過(guò)程中，就會(huì)出現(xiàn)好多不必要的麻煩，鑄坯會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，如：各種裂紋，鑄坯表面的質(zhì)量問(wèn)題，漏鋼問(wèn)題，也會(huì)影響到生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本，造成不必要的維修費(fèi)用的支出，同時(shí)也會(huì)加重工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，故結(jié)晶器足輥總成設(shè)計(jì)也是很重要的，對(duì)連鑄也有著很大的影響。大

9、學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4扇形O段輥結(jié)晶器足輥?zhàn)爿併~板結(jié)晶器對(duì)方坯的作用 圖 11.4 結(jié)晶器足輥總成設(shè)計(jì)的要求結(jié)晶器足輥總成設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)項(xiàng)目包括： 足輥的直徑和長(zhǎng)度，內(nèi)孔安裝軸承的結(jié)構(gòu)，定位方式； 足輥軸直徑和長(zhǎng)度，潤(rùn)滑油脂供給通道；足輥夾持器的結(jié)構(gòu)尺寸，既滿足夾持可靠又要做到足輥距離可調(diào)；噴淋環(huán)的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)； 足輥架的設(shè)計(jì)：足輥架上有安裝足輥、足輥軸、噴淋環(huán)、足輥夾持器的空間，同時(shí)足輥架要同結(jié)晶器水套裝配。1.5 結(jié)晶器設(shè)計(jì)目的結(jié)晶器設(shè)計(jì)目的1）通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)題目的分析，計(jì)算和圖紙的繪制使學(xué)生提高設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)作為工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)。2）要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，同指導(dǎo)教師的指導(dǎo)有

10、機(jī)的結(jié)合，獨(dú)立高質(zhì)量按時(shí)完成題目，并認(rèn)真準(zhǔn)備答辯。大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5第二章第二章 足輥的設(shè)計(jì)足輥的設(shè)計(jì)結(jié)晶器足輥位于連鑄機(jī)結(jié)晶器下方，同結(jié)晶器隨振動(dòng)臺(tái)一起做振動(dòng)仿弧運(yùn)動(dòng)，為高溫鑄坯起支撐和導(dǎo)向作用。如果出了結(jié)晶器的高溫薄殼鑄坯得不到及時(shí)冷卻和支承，在鋼液靜壓作用下極易產(chǎn)生鼓肚和變形。足輥表面直接與鑄坯表面相接觸，所以足輥表面質(zhì)量好壞直接會(huì)影響到鑄坯的表面質(zhì)量。足輥的表面質(zhì)量包括圓度和表面光潔度，當(dāng)足輥表面有無(wú)龜裂、凸起、小坑等缺陷時(shí)這些缺陷會(huì)給鑄坯表面帶來(lái)裂紋、小坑、麻點(diǎn)等缺陷。為了提高足輥表面的質(zhì)量，故足輥表面經(jīng)過(guò)了精加工，還要采用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，結(jié)合結(jié)晶器足輥的實(shí)際工作條件，同時(shí)考

11、慮到現(xiàn)有的熱處理方法，采用滲氮處理，滲氮零件表面有高的硬度、耐磨性和紅硬性，能提高材料的抗腐蝕性和抗咬合性，并可延長(zhǎng)疲勞壽命，而且處理溫度低，因此零件變形小，這些都符合足輥的要求，故采用滲氮的方法來(lái)強(qiáng)化足輥性能。2.1 窄面足輥的設(shè)計(jì)窄面足輥的設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的四流方坯連鑄機(jī)板式結(jié)晶器足輥總成 280380，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求可知，結(jié)晶器足輥的直徑為 120mm，其方坯窄面的寬度為 280mm，考慮到方坯的工作環(huán)境會(huì)有熱膨脹的影響，應(yīng)留出適當(dāng)?shù)目臻g供其熱膨脹，足輥的長(zhǎng)度取比方坯窄面的寬度（280mm）短些，取 240mm，即結(jié)晶器足輥尺寸為 120240，因?yàn)橐谧爿伬锩姘惭b足輥軸，而且足輥軸上面

12、需要安裝軸承等，因?yàn)樽爿佉@著足輥軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)軸承又需要得到充分的潤(rùn)滑，要考慮到密封的要求，考慮到結(jié)晶器工作條件的要求，環(huán)境比較臟，粉塵大，比較潮濕等，故采用曲路密封，在這種環(huán)境下，曲路密封是相當(dāng)可靠的了，曲路密封是由旋轉(zhuǎn)的和固定的密封零件之間拼合成的曲折的隙縫所形成的，曲路的布置可以是徑向的，也可以是軸向的，考慮到軸向尺寸的影響，最后還是采用徑向的。2.1.1 足輥材料選擇足輥材料選擇考慮到足輥的實(shí)際工作環(huán)境高溫、潮濕，有潤(rùn)滑油脂的潤(rùn)滑，而潤(rùn)滑油脂在高溫狀態(tài)要分解出酸性物質(zhì)，故足輥材料要有足夠的耐酸性和耐熱性。大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6方案一：采用一般的碳鋼很難滿足工作環(huán)境的要求，所

13、以用合金鋼。參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，耐熱鋼（GB1221-75） ，選擇材料：1Cr18Ni9Ti表表 2.1材料機(jī)械性能熱 處理性質(zhì)抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度延伸率收縮率沖擊韌性MPaMPaKJ/m2加熱溫度冷卻介質(zhì)1Cr18Ni9Ti54019540559801100-1150水耐酸，1000以下不起皮，在 600以下耐熱方案二.利用電鍍技術(shù)，足輥采用 45 鋼，然后在足輥表面鍍上一層不銹耐酸材料。參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版，冶金工業(yè)出版社，表 1-7-1。工作-保護(hù)性鍍層：鎳鉻；此材料除了可以防止零件免受腐蝕外，主要用于提高零件的抗機(jī)械磨損和表面硬度。電鍍材料選擇參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手

14、冊(cè)第三版，冶金工業(yè)出版社，選擇耐熱鋼 1Cr23Ni18，1Cr23Ni18 鎳鉻合金可以直接電鍍，最好以銅或黃銅為底層。表表 2.2材料機(jī)械性能熱 處理性質(zhì)抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度延伸率收縮率沖擊韌性MPaMPaKJ/m2加熱溫度冷卻介質(zhì)1Cr23Ni185392453550-1100-1150水，油，空氣抗氧化最高溫度為1100通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知該材料滿足要求，但是用其他方法獲得足輥材質(zhì)，種方案會(huì)好點(diǎn)呢？大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析：采用方案二可以節(jié)省材料，減少貴金屬材料的使用，但是此方案制造足輥工藝復(fù)雜，所需設(shè)備較多，技術(shù)要求較高，而方案一可以克服此項(xiàng)不足，方案二在制造足輥時(shí)，在惡劣

15、的工作環(huán)境下，電鍍材料可能會(huì)剝落下來(lái)，這樣就達(dá)不到要求，而且也會(huì)影響方坯的表面質(zhì)量，采用方案一可以減少這方面的影響，綜合考慮，還是選擇方案一較好。2.1.2 軸承端蓋設(shè)計(jì)軸承端蓋設(shè)計(jì)考慮到軸承的工作環(huán)境等方面的要求，為了對(duì)滾子軸承進(jìn)行有效的密封，這里采用了迷宮密封，同時(shí)，還可以承受一般密封所不能勝任的高溫，高壓，高速和大尺寸密封部位特別有效，無(wú)摩擦，使用壽命長(zhǎng)，所以這就需要在軸承端部設(shè)計(jì)迷宮，軸承端蓋為靜環(huán)，迷宮式環(huán)為動(dòng)環(huán)，兩者相配合組成迷宮密封，但迷宮曲路沿徑向展開(kāi)，故曲路折回次數(shù)不宜過(guò)多。由于裝拆方便，端蓋不需剖分，因此選擇迷宮密封參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社（第三版，第 664

16、 頁(yè)）可以查?。篹=0.2mm，f=1mm，n=3，此處采用徑向迷宮密封，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖： 圖圖 2.1大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)82.2 寬面足輥的設(shè)計(jì)寬面足輥的設(shè)計(jì)窄面足輥的設(shè)計(jì)其原理和過(guò)程跟寬面足輥設(shè)計(jì)一樣，這里不再重復(fù)了，結(jié)構(gòu)圖如圖（2.2） 3030209121.5213R0.4R0.4?5?8.6?451637418M101637M105121.55 1014.5R1/8103.2Z?400-0.062?400-0.0623.2 圖 2.2大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9第三章第三章 足輥軸的設(shè)計(jì)足輥軸的設(shè)計(jì)足輥軸在這里起著很重要的作用，不僅對(duì)其上的零件起支撐的作用，而且要保證兩足輥

17、間有一個(gè)合適的間距，結(jié)晶器對(duì)兩足輥的間距有嚴(yán)格的要求，兩者間的誤差會(huì)直接影響到鑄坯表面的質(zhì)量等一系列的問(wèn)題，也會(huì)影響鑄坯的尺寸大小，故對(duì)足輥軸有嚴(yán)格的要求，主要是剛度和強(qiáng)度的要求，只有既保證了強(qiáng)度，又保證了剛度，結(jié)晶器在工作過(guò)程中才不會(huì)出問(wèn)題，可以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，提高產(chǎn)量。3.1 足輥軸材料的選擇足輥軸材料的選擇考慮到足輥軸的工作的特殊環(huán)境高溫、潮濕，選擇于與足輥相同的材料：1Cr18Ni9Ti，該材料的性質(zhì)參見(jiàn)前一部分的表格。3.2 足輥軸的設(shè)計(jì)足輥軸的設(shè)計(jì)3.2.1 軸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)軸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)足輥架的尺寸在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已明確了，可以根據(jù)足輥架的尺寸初步確定足輥軸的長(zhǎng)度為 418mm，足輥架寬

18、面寬度為 424mm，由于考慮到高溫工作的特殊環(huán)境，軸本身材料的熱膨脹，軸向要伸長(zhǎng)，故軸采用比足輥架窄面稍窄點(diǎn)，約 3mm 左右。3.2.2 足輥軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)足輥軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.2.1 選擇足輥軸的材料選擇足輥軸的材料由以上分析可以知道，足輥軸采用：1Cr18Ni9Ti，b=540Mpa。參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，冶金工業(yè)出版社，第三版上可查的。3.2.2.2 初步確定足輥軸的軸徑初步確定足輥軸的軸徑考慮到該軸為一心軸，只承受彎矩的作用，按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸徑。根據(jù)材料力學(xué) ，高等教育出版社，可以知道，MWbM彎矩W軸的抗彎截面系數(shù)，W=332d先作出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖,如圖所示圖 3.1,取集中載

19、荷作用于足輥軸的中點(diǎn)。大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10圖 3.1（1）足輥軸所受重力作用）足輥軸所受重力作用在結(jié)晶器足輥中，下面一排的足輥受力最大，受到較大重力 G 作用，受力簡(jiǎn)圖如下（圖 3.2） ，重力 G 分解為水平分力 N1 和垂直分力 N2 且N1=Gtg2.3，。2Gcos2.3N 圖 3.2大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11考慮到一種結(jié)晶器可以用于幾種金屬材料方坯，因此，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行簡(jiǎn)化了，取其中一種金屬材料方坯作為設(shè)計(jì)依據(jù)，其它材料也依次類推了，取金屬材料為鑄鋼，參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版，冶金工業(yè)出版社 ，常用材料的密度，從表中查取：鑄鋼密度為 7.8g/cm=7.810kg/m，

20、取結(jié)晶器上端面到下足輥之間的鑄鋼方坯作為研究對(duì)象，其高度為 1.048m。根據(jù) G=mg=vg 密度v體積g重力加速度，取 g=10N/Kg根據(jù)方坯的尺寸和任務(wù)書(shū)中結(jié)晶器尺寸，可以知道所要計(jì)算部分的體積：V=0.280.381.048=0.112m， G=7.8100.11210=8.73610N N1=Gtg2.3=8.73610tg2.3=350.874N N2= =8.74310N 3G8.736 10cos2.3cos2.3（2）足輥軸所受拉力作用的計(jì)算）足輥軸所受拉力作用的計(jì)算（受力圖見(jiàn) 3.3）根據(jù)公式 P=FV P 功率 ，瓦 ，W V拉速，m/s根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的數(shù)據(jù)：P= 7.5

21、Kw ， V=0.75 m/s由 P=FV 可以得出：F= ，該處用 N3 表示 F。PV可以得到：N3= =10000N 75000.75PV大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)12圖 3.3（3）求足輥軸的支反力）求足輥軸的支反力F1A=F2A= =175.437N 1350.87422N對(duì) A 點(diǎn)取矩：- N10.096- N20.322+ F2A0.418=0 可以得出：F1A= F2A =175.437NN= （N2+ N3）cos2.3=（8.74310+ 10000）0.999=18724.257N N1B=N2B=F1B=F2B= =9362.1285N 18724.25722N（4）畫(huà)

22、彎矩圖（）畫(huà)彎矩圖（見(jiàn)圖 3.4）（d）合成彎 矩圖（C）垂直面的受力和彎矩圖（b）水平面的受力和彎矩圖（a）受力簡(jiǎn)圖M898.922Nm898.764NmMF1BF2BN1BN2BABDE16.842NmMEDBAN2AN1AF2AF1AFbGF2F1圖 3.4大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13截面 D 處的彎矩：水平面上的彎矩：MD= F1A0.096=175.4370.096=16.842Nm 垂直面上的彎矩：MD= F1B0.096=9362.12850.096=898.764 Nm 合成彎矩： 2212216.842898.764898.922DDDMMMN mA（5）按彎曲強(qiáng)度校核軸的

23、強(qiáng)度）按彎曲強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度根據(jù)公式：131133232190BDDbMWMdMMPad可以得出：1311313136232323232 898.9223.14 190 103.64 1036.4BDDbDMWMdMdMdmmm 由于在計(jì)算過(guò)程中采用簡(jiǎn)化過(guò)程，而且省略了一些實(shí)際條件，從安全角度出發(fā)，應(yīng)加大軸徑，由于強(qiáng)度不足，而造成結(jié)晶器失效，將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響，故取軸徑 d=40 mm（6 6）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)前面足輥的設(shè)計(jì)可以初步確定足輥軸上的各主要零部件的個(gè)位置，其大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)14結(jié)構(gòu)如下圖（見(jiàn)圖 3.5） 。 圖 3.5 軸上主要零件的布置圖3.確定各段

24、軸徑和長(zhǎng)度確定各段軸徑和長(zhǎng)度（見(jiàn)圖 3.6） 圖 3.6 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15定位軸肩高度按機(jī)械設(shè)計(jì) ，彭文生，李志明，黃華梁主編，高等教育出版社，表 12-3 軸上零件的軸向定位和固定方法，查取 h=（0.07-0.1）d=0.0740=2.8 mm，所以對(duì)于軸徑，從夾持器向右取 40 mm45 mm40 mm，由前面的足輥設(shè)計(jì)可以知道足輥（窄面）120240 mm，而迷宮式密封的靜環(huán)和動(dòng)環(huán)，圓柱滾子軸承，觸環(huán)，孔用彈性擋圈都要安裝在足輥的內(nèi)部，足輥外面的足輥軸由夾持器緊固，尺寸可由足輥軸長(zhǎng)度與足輥長(zhǎng)度相適應(yīng)，由前面足輥設(shè)計(jì)部分可以知道迷宮式靜環(huán)和動(dòng)環(huán)組合后的寬度為 3

25、1 mm，圓柱滾子軸承外圈的寬度為 6 mm，由于軸承是工作于高溫環(huán)境，考慮到熱膨脹的影響，為了防止軸承的受熱膨脹，卡死足輥，影響結(jié)晶器的正常工作，故在迷宮式動(dòng)環(huán)與圓柱滾子軸承的保持架間預(yù)留 2.5mm，正是考慮到此帶來(lái)的影響。根據(jù)以上分析可以確定每段軸長(zhǎng)，并可以算出夾持器夾持的軸長(zhǎng)。（7）按疲勞強(qiáng)度校核安全系數(shù)）按疲勞強(qiáng)度校核安全系數(shù)，參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社。由圖 3-4 可知，計(jì)算彎矩在截面 D 處最大，配合邊緣的應(yīng)力集中，在截面F 處雖然計(jì)算彎矩不大，但其直徑最小且有圓角和配合邊緣等多種應(yīng)力集中，故以上兩處截面都是可能的危險(xiǎn)截面，因此，該足輥軸只需要校核以上兩個(gè)截面的安全

26、系數(shù)即可，取許用安全系數(shù)S=1.5，其校核計(jì)算如下：1）F 截面處疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核抗彎截面系數(shù)：W=0.1d=0.0000064m合成彎矩： 379637898.92296346.46FDMMN mA彎曲應(yīng)力幅：a= DMW67346.466.4 105.4134 1054.134PaMPa大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)16彎曲平均應(yīng)力 m=0 Mpa，彎曲疲勞極限：-1=204 Mpa 參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，查的軸的常用材料彎曲等效系數(shù)：=0.25 表 12-2 軸的常用材料主要力學(xué)性能，許用彎曲應(yīng)力及用途絕對(duì)尺寸系數(shù) =0.77 表 12-8，絕對(duì)尺寸影響系數(shù)表面質(zhì)量系數(shù)

27、：=1（磨削）表 12-9，不同表面粗糙度的表面質(zhì)量系數(shù) 彎曲時(shí)配合邊緣有效應(yīng)力集中系數(shù)為 K=1.954受彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)：12041.954 54.1340.25 01.929 1.5amSKS2）D 截面處疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核（經(jīng)計(jì)算可證明安全，省略）故可以知道此軸疲勞強(qiáng)度安全。綜上所述，該足輥軸滿足疲勞強(qiáng)度，可以安全工作。（8 8）足輥軸的剛度校核）足輥軸的剛度校核足輥軸對(duì)剛度有嚴(yán)格的要求，當(dāng)剛度不足時(shí)，足輥軸將產(chǎn)生較大的變形，影響足輥軸的正常工作，甚至產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，足輥不能轉(zhuǎn)動(dòng)，故需要足輥軸進(jìn)行剛度校核，其校核過(guò)程如下：1. 彎曲剛度的計(jì)算計(jì)算軸的彎矩作用下產(chǎn)生的撓度 y 和轉(zhuǎn)角

28、 ，該足輥軸為一階梯軸，一般采用變形能量法，計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社。由表 3-7-16，彎曲的允許變形量可以知道：許用撓度y=0.0002L （L跨度） ，許用轉(zhuǎn)角=0.005（rad） 。由前面軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的分析可以知道，寬面軸的跨度 L=418mm，許用撓度y=0.0002L=0.0002418=0.0836 mm28.36 10 m其變形量可以由下式求：01nliMMdlEI 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17其中：斷面 I 處的變形量M軸上載荷產(chǎn)生的彎矩M在 I 斷面處加單位載荷時(shí)軸上產(chǎn)生的彎矩（求撓度時(shí)，單位載荷是指單位力，求偏轉(zhuǎn)角時(shí)單位載荷系指單位力矩）I截

29、面的慣性矩L將軸分為若干段后，每段的長(zhǎng)度E彈性模量計(jì)算中各段積分之和參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，表 1-1-14 材料的彈性模量，切變模量及泊桑比，可以知道：E=206Gpa=。112.06 10 Pa現(xiàn)在將窄面軸分為八小段，參見(jiàn)附圖（如圖 3.7） ，41887.587.5593725.525.559圖 3.7分別計(jì)算，計(jì)算公式參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，0liMMdlEI表 3-7-17 積分值， 然后再計(jì)算其和，受力分析和彎矩圖如下圖0liMMdlEI（圖 3.8）：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18EDBAN2BN1BF2BF1BM898.764Nm（b）垂直面的受

30、力和彎矩圖F1AF2AN1AN2AABDEM16.842Nm（a）水平面的受力和彎矩圖M898.922Nm（c）合成彎矩圖0.105Nm1NmFb=1作用下的合成彎矩圖Fb=1作用下的垂直面彎矩圖0.105Nm0.148Nm（d）Fb=1作用下的水平面彎矩圖（e）Mc=1作用下的水平面彎矩圖大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)191.414NmMc=1作用下的合成彎矩圖Mc=1作用下的垂直面彎矩圖1Nm圖3.8 段的計(jì)算如下： =M撓度370.1480.0262209N mA371.4140.125418MN mA偏轉(zhuǎn)角37898.922346.4696MN mA撓度計(jì)算：0liMMdlEI421124

31、50.1473.7 10346.46 0.02620.147 2.06 10(3.0 10 )1.369 10ilMMEdm42112453.7 10346.46 0.1250.147 2.06 10(3 10 )6.533 10 ()MMdradi偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：l=0. 147E 段的計(jì)算如下：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)20撓度：12370.1480.0262209960.1480.068209MN mMN m AA偏轉(zhuǎn)角：12371.4140.125418961.4140.325418MN mMN m AA1237898.922346.4696898.922MN mMN mAA撓度計(jì)算： 0

32、liMMdlEI11221242245(2(0.2945.9 10346.46 (2 0.02620.068)898.922 (0.02622 0.068)(4 10 )7.136 10ilMMMMMMEdm 偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI11221243245(2(0.29459 10346.46 (2 0.1250.325)898.922 (0.1252 0.325)(4 10 )7.58 10ilMMMMMMEdrad （） 段的計(jì)算如下：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)211212960.1480.068209121.50.1480.086209961.4140.325418121.51.4

33、140.411418898.922MN mMN mMN mMN mMN m AAAAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：撓度計(jì)算：0liMMdlEI1242452(0.0982.55898.922 (0.0680.086)(4.0 10 )6.83 106.83 10ilM MMEdmmm 偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI124244(0.0982.55898.922 (0.3250.411)(4.0 10 )3.264 10 ()ilM MMEdrad 段的計(jì)算如下：1212121.50.1480.0862090.148121.51.4140.4114182091.4140.707418MN mMN mMN mM

34、N m AAAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：898.922MN mA大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)22撓度計(jì)算：0liMMdlEI14211244(0.0988.75 10898.922 (0.0860.148)0.098 2.06 10(4.5 10 )2.223 10ilM MMEdm偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI14211243(0.0988.75 10898.922 (0.411 0.707)0.098 2.06 10(4.5 10 )1.062 10 ()ilM MMEdrad段的計(jì)算如下：1212121.50.1480.0862090.148296.51.4141.0034182091.4140.7

35、07418MN mMN mMN mMN m AAAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：M=898.922N mA撓度計(jì)算：0liMMdlEI124244(0.098898.922 (0.0860.148)(4.5 10 )2.223 10ilM MMEdm 偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)230liMMdlEI124243(0.098898.922 (0.707 1.003)(4.5 10 )1.625 10ilM MMEdrad （） 段的計(jì)算如下：1212121.50.1480.086209960.1480.068209296.51.4141.0034183221.4141.089418MN mMN m

36、MN mMN m AAAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：M=898.922N mA撓度計(jì)算：0liMMdlEI1429245(0.0982.55 10898.922 (0.0860.068)0.098 206 10(4.0 10 )6.83 10ilM MMEdm偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI124244(0.0982.55898.922 (1.003 1.089)(4.0 10 )9.279 10ilM MMEdrad （） 段的計(jì)算如下：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)241212960.1480.068209370.1480.02622093221.4141.0894183811.4141.289418MN

37、mMN mMN mMN m AAAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：12898.92237898.922346.4696MN mMN mAA撓度計(jì)算：0liMMdlEI1122124245220.294898.9222 0.0680.0262346.460.0682 0.0262 4.0 107.14 10ilMMMMMMEdm -39（）（）59 10=（）（）0. 294 206 10 （）偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI1122124243220.294898.9222 1.089 1.289346.462 1.289 4.0 101.669 10ilMMMMMMEdrad -39（）（）59 10=（）（

38、1. 089）0. 294 206 10 （）（）段計(jì)算如下：112370.1480.02622093811.4141.2894181.414MN mMN mMN m AAA撓度：偏轉(zhuǎn)角：37898.922346.4696MN mA大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)25撓度計(jì)算：0liMMdlEI4393450.14737 10346.46 0.02620.147 209 1030 101.369 10ilMMEdm（）偏轉(zhuǎn)角計(jì)算：0liMMdlEI124211243(2)0.2943.7 10346.46 (2 1.289 1.414)0.294 2.06 10(3.0 10 )1.043 10 (

39、)ilM MMEdrad軸撓度：80155544555421.369 107.136 106.83 102.223 102.223 106.83 107.14 101.369 107.513 10 8.36 10liiMMdlEImym軸偏轉(zhuǎn)角：85543013433336.533 107.58 103.264 101.062 101.625 109.279 101.669 101.043 104.568 10 ()5 10 ()liiMMdlEIradrad 所以，從上面的計(jì)算校核過(guò)程可以知道：該寬面軸滿足剛度要求，符合要求。窄面軸的設(shè)計(jì)同寬面軸的設(shè)計(jì)，過(guò)程相同，結(jié)構(gòu)也是相同的，這里不再重復(fù)

40、了，設(shè)計(jì)過(guò)程參見(jiàn)寬面軸的設(shè)計(jì)過(guò)程。3.2.2.3 軸承的設(shè)計(jì)軸承的設(shè)計(jì)足輥軸承的設(shè)計(jì)要考慮到其工作環(huán)境和其本身適應(yīng)環(huán)境的能力，通過(guò)查閱大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)26設(shè)計(jì)手冊(cè)可以從一下兩個(gè)方案可以進(jìn)行分析，方案一：采用專用軸承，方案二：選用通用軸承，采用通用軸承時(shí)，我們需要考慮其工作條件高溫，潮濕，銹蝕等這些工作條件對(duì)軸承的要求很高，軸承要有很好的耐熱性能，防銹蝕能力，而且軸承的尺寸還不能太大，因?yàn)樽爿伒闹睆揭呀?jīng)確定了，同時(shí)考慮到高溫的工作環(huán)境，軸承要能進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，以便冷卻，防銹。綜上所述，最后決定還是采用采用方案一：使用專用軸承，設(shè)計(jì)一個(gè)與工作條件相適應(yīng)的，且成本低的軸承，考慮到軸承要裝配

41、到窄面軸上，所以軸承的內(nèi)徑采取40mm，為了防止高溫工作環(huán)境下，潤(rùn)滑油脂的流失，軸承的內(nèi)圈與足輥內(nèi)表面（50mm 的內(nèi)表面）也形成了迷宮密封， （參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社） 。 該軸承的滾子采用的是圓柱滾子，采用圓柱滾子軸承承受徑向載荷，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)，高精度，低噪聲，低扭矩，剛性好，內(nèi)外圈之間允許傾斜，還可以防塵，密封，同時(shí)考慮到實(shí)際工作環(huán)境，選用圓柱滾子軸承，由于受到足輥直徑限制，取圓柱滾子的直徑 d=10mm，長(zhǎng)度取為 31mm。結(jié)構(gòu)如下（圖 3.9）： 圖 3.9 滾子軸承外圈同內(nèi)圈起到相同的作用，其設(shè)計(jì)原理也相同，內(nèi)外圈之間的溝槽可以存儲(chǔ)潤(rùn)滑油脂，可以提高潤(rùn)滑效果，也能增

42、加對(duì)潤(rùn)滑油脂的流動(dòng)阻力，防止?jié)櫥椭罅康耐饬鳎岣呙芊庑Ч?7，有利于保護(hù)環(huán)境，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)27很符合當(dāng)時(shí)工況條件下的要求。專用軸承的結(jié)構(gòu)圖如下（圖 3.10）： 圖 3.10 軸承3.2.2.4 接觸環(huán)的設(shè)計(jì)接觸環(huán)的設(shè)計(jì)接觸環(huán)的設(shè)計(jì)也是考慮到密封的問(wèn)題，為了不使軸承因?yàn)殡s質(zhì)而磨損的過(guò)快從而降低軸承的壽命，接觸環(huán)可以減少這些問(wèn)題的發(fā)生。因此，此處采用了縫隙密封，接觸環(huán)的結(jié)構(gòu)形式如下圖 3.11 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)28 圖 3.11 接觸環(huán)3.3 潤(rùn)滑油脂供給通道設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油脂供給通道設(shè)計(jì)3.3.1 潤(rùn)滑油脂的選擇潤(rùn)滑油脂的選擇該處使用潤(rùn)滑油脂是對(duì)圓柱滾子軸承

43、進(jìn)行潤(rùn)滑，而且工況條件惡劣高溫，潮濕，多塵條件，故盡可能選用潤(rùn)滑油脂。而且在設(shè)備連續(xù)工作，長(zhǎng)期工作于惡劣工況下，潤(rùn)滑油脂供至摩擦副始終是連續(xù)不斷的，采取連續(xù)潤(rùn)滑，因供給潤(rùn)滑油脂在設(shè)備上采用連續(xù)壓力潤(rùn)滑，由電動(dòng)干油站集中潤(rùn)滑，柱塞泵通過(guò)電機(jī)減速機(jī)帶動(dòng)，將潤(rùn)滑油脂從貯油器中吸出，經(jīng)換向閥，順著給油管向各給油器壓送，給油器在壓力作用下開(kāi)始動(dòng)作，向各潤(rùn)滑點(diǎn)供送潤(rùn)滑油脂，這樣就可以保證連續(xù)供油，保證工作可靠性了。參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，二硫化鉬潤(rùn)滑油脂性質(zhì)和應(yīng)用。表 2.3名稱代號(hào)滴點(diǎn)錐入度特點(diǎn)及應(yīng)用MoS2潤(rùn)滑脂2 號(hào)240180220耐濕，耐溫性能，用于 180以下的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑，如

44、大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)29MoS2復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂SYB1407-59ZFG-4E240160200高溫機(jī)械軸承潤(rùn)滑，但不適用工作溫度低于 80的，由復(fù)合鈣基脂添加二硫化鉬而成，有耐高溫，耐潮濕，抗壓性能，適用于高溫高負(fù)荷機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑以上兩種潤(rùn)滑脂可供參考，從錐入度角度看，MoS2潤(rùn)滑脂不如 MoS2復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂，因?yàn)樵撎幑ぷ鳒囟容^高，應(yīng)盡可能選擇錐入度較小的，溫度越高，潤(rùn)滑油脂越稀，為適應(yīng)工作環(huán)境應(yīng)選用較稠的，從特點(diǎn)和應(yīng)用角度看，MoS2復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂具有耐潮濕的特點(diǎn)，這也正符合實(shí)際工作環(huán)境，而 MoS2潤(rùn)滑脂不能較好的做到，也綜合考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素，最后選擇 MoS2復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂

45、SYB1407-59。3.3.2 潤(rùn)滑油脂的通道設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油脂的通道設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，連續(xù)壓力潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油脂消耗量的計(jì)算，參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，第三版，第 2 卷，成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社。表10-1-52Q=0.025DN（K1+K2）Q單位 ml/班（每班八小時(shí)）D軸孔的直徑，cmN系數(shù)，單列軸承，N=2.5K1=0.3，K2=6Q=0.0253.14D2.5（0.3+6）根據(jù)干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)提供的流量，便可計(jì)算出相應(yīng)的孔徑，通過(guò)類比，參考現(xiàn)有該設(shè)備，按相同尺寸設(shè)計(jì)，取潤(rùn)滑油脂的通道直徑 d=8.6 mm，小孔通道直徑 d=5 mm，并且考慮到密封的要求，采用用螺紋密封的管螺紋

46、連接。大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)30為了把潤(rùn)滑油脂導(dǎo)入到足輥軸中的通道，加設(shè)了一個(gè)加油管，干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)將潤(rùn)滑油脂導(dǎo)入到加油管，從加油管進(jìn)入到足輥軸內(nèi)的通道，最后到達(dá)圓柱滾子軸承。參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，第三版，第 2 卷，成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社。表 5-1-22 基本尺寸及公差 選擇 R1/8表 2.4有效螺紋長(zhǎng)度尺寸代號(hào)牙高/mm大徑/mm小徑/mm中徑/mm基準(zhǔn)長(zhǎng)度/mm基本/mm最大/mm最小/mm1/80.5819.7289.1478.5664.06.57.45.63.3.3 加油管的設(shè)計(jì)加油管的設(shè)計(jì)考慮到加油管要與足輥軸的潤(rùn)滑油脂通道相連，故在加油管的端部也需要制成 R1/8 的

47、用螺紋密封的管螺紋，加油管要伸出足輥架的等邊角鋼的外面，以便于加注潤(rùn)滑油脂，其設(shè)計(jì)如下：此加油管采用焊接方法，這樣制造方法比較簡(jiǎn)便，而且可以節(jié)省成本。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下(圖 3.12)： 2管?10.222（13）32?11.5R1/8154512M10117 圖 3.123.3.4 潤(rùn)滑油嘴的選擇設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油嘴的選擇設(shè)計(jì)考慮到采用集中供油潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油嘴也有一些不同，如果采用標(biāo)準(zhǔn)件，可大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)31以節(jié)省成本，但是考慮到現(xiàn)有的設(shè)備，為了與現(xiàn)有設(shè)備相適應(yīng)，所以也對(duì)潤(rùn)滑油嘴進(jìn)行了一些改進(jìn)，主要是考慮到將標(biāo)準(zhǔn)件采用了一些改進(jìn)，將直通式壓注油杯油杯 M101 GB1152-79 和壓配式壓注

48、油杯油杯 10 GB1155-79進(jìn)行一些綜合，其成本也是不會(huì)很高，也就是將兩者聯(lián)合在一起，在壓配式壓注油杯油杯 10 GB1155-79 上加一個(gè)連接螺紋，其目的是將潤(rùn)滑油嘴連到加油管上。第四章第四章 夾持器的設(shè)計(jì)夾持器的設(shè)計(jì)夾持器在結(jié)晶器的足輥這部分是非常重要的，它既要作到夾持可靠，緊固足輥軸，同時(shí)又要滿足足輥距離可以調(diào)節(jié)，這部分對(duì)足輥間的距離要求是比較嚴(yán)格的，因?yàn)檫@一尺寸的變化直接影響到方坯的尺寸和其表面質(zhì)量。由以上分析可知道軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)完成，為了使夾持器能夾持住足輥軸，故在夾持器中要設(shè)計(jì)放置足輥軸的地方，且其尺寸要以足輥軸端相適應(yīng)，以便于組裝在一起，同時(shí)還需要考慮到夾持器本身的固定

49、，夾持器需要固定到足輥架上，故需要采用螺栓連接，為了便于裝配足輥軸，在夾持器上進(jìn)行工藝性設(shè)計(jì)，在裝配足輥軸處的端面加工倒角，制成 5mm45（見(jiàn)附圖） 為了實(shí)現(xiàn)足輥距離可以調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)采用了微調(diào)機(jī)構(gòu)，調(diào)整零件間的相互位置，利用螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)足輥距離可以調(diào)節(jié)。4.1 拉桿螺桿的設(shè)計(jì)拉桿螺桿的設(shè)計(jì)通過(guò)螺旋傳動(dòng)來(lái)拖動(dòng)足輥軸移動(dòng)，足輥軸兩端與夾持器兩端面相接觸，要大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)32產(chǎn)生摩擦力，螺桿的受力要能克服此摩擦力，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù) F=NF摩擦力摩擦系數(shù)N正壓力參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) ，機(jī)械工業(yè)出版社。表 1-1-10 常用材料的摩擦系數(shù),取 =0.12

50、由足輥設(shè)計(jì)部分可知，作用于足輥軸上的正壓力:N =cos2.3（N1+N2） =0.999(8743+10000)=18724.257NF =N=0.12 18724.257 =2246.911N所以根據(jù)螺桿的受力平衡可知，螺桿所受到的力就等于 F（摩擦力）考慮到該處工作的螺旋傳動(dòng)，要求并不高，只要能滿足螺桿強(qiáng)度、自鎖、耐磨性、螺紋牙強(qiáng)度，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要失效形式為螺紋磨損，因此應(yīng)根據(jù)螺桿螺母的耐磨性來(lái)決定，其中徑設(shè)計(jì)過(guò)程如下：參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，表 3-6-3 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算：4.1.14.1.1 螺旋傳動(dòng)的材料選擇螺旋傳動(dòng)的材料選擇螺桿材料采用 Y1Cr17

51、，螺母材料采用 Y1Cr17，參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，不銹鋼的力學(xué)性能與用途 （GB1220-84）4.1.1.24.1.1.2 驗(yàn)算自鎖性驗(yàn)算自鎖性fP =arctgacos22SarctgPdP當(dāng)量摩擦角，f摩擦系數(shù) ，取 f=0.15大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)33s導(dǎo)程，m a螺紋牙型角，該處為普通螺紋，故 a=60fP =arctgacos20.15cos309.8269 50arctg 2S= arctgd1.5= arctg3.14 9.026=3.03=3 18通?？墒?430，根據(jù)以上驗(yàn)算，可以知道滿足自鎖性的要求。4.1.1.34.1.1.3 驗(yàn)算螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算

52、螺桿強(qiáng)度當(dāng)量應(yīng)力， p螺桿材料的許用應(yīng)力，參122d23114= ()3()0.2pFTdd見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) ，機(jī)械工業(yè)出版社，表 3-6-8 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力，根據(jù)，S材料的屈服強(qiáng)度，S=220 Mpa，參見(jiàn)機(jī)械零件35sp設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社， 不銹鋼的力學(xué)性能與用途 （GB1220-84） ，d1螺紋小徑，取 d1=8.376 mm ，T1轉(zhuǎn)矩，22055354spaMPNm，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) ，高等教育出版社，可以知道：21dT =F tan( +P )29.026=2246.911 tan(3.03 +9.826 )2=2314.247N mm=2.314N m AA大學(xué)機(jī)

53、械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)34 122d23112233 374= ()3()0.24 2246.9112.31433.14 (8.376 10 )0.2 (8.376 10 )5.327 1053.27aaFTddPMP根據(jù)以上驗(yàn)算，可以知道滿足螺桿強(qiáng)度的要求。53.2755dapaMPMP4.1.1.44.1.1.4 驗(yàn)算螺紋牙強(qiáng)度驗(yàn)算螺紋牙強(qiáng)度 螺紋牙根部的寬度 b=0.125p ，p螺距，m ，取 p=1.5mm=1.510mb=0.125p=0.1251.510=0.187510m=0.1875 mm螺桿：根據(jù)校核公式：剪切強(qiáng)度，p材料的許用切應(yīng)力，表1pFd bn3-6-8，p=0.66

54、 p=55.95 Mpa，d1螺桿內(nèi)徑，n旋合圈數(shù)332246.9112 3.14 8.376 100.1875 101218.985Mpa55.95MpapFdbn螺母：根據(jù)校核公式：剪切強(qiáng)度，d螺桿外徑，pFdbnp材料的許用切應(yīng)力，表 3-6-8，p=0.66 p=55.95 Mpa，b螺紋牙根部的寬度。2246.9112 3.14 10 0.1875 1215.902Mpa55.95MpapFdbn根據(jù)以上驗(yàn)算，可以知道滿足螺紋牙強(qiáng)度的要求。根據(jù)所設(shè)計(jì)的螺桿，選擇與其相適應(yīng)的螺母，故需要在足輥軸上制出相應(yīng)的螺大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)35紋，將螺桿與足輥軸相連接。4.24.2 空心螺栓

55、的設(shè)計(jì)空心螺栓的設(shè)計(jì)為了防止螺桿產(chǎn)生過(guò)大的彎曲變形，同時(shí)用于固定，支撐螺旋傳動(dòng)的螺母，所以在設(shè)計(jì)中利用空心螺栓來(lái)滿足以上要求，螺桿裝在空心螺栓內(nèi)部，螺栓頭用空心螺栓支撐，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺栓頭帶動(dòng)螺桿傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)空心螺栓還有另一作用，用于固定兩足輥間的距離，當(dāng)兩足輥間的距離確定后，擰空心螺栓，使其端面頂在足輥軸上，這時(shí)，空心螺栓就要受到水平力的作用，這水平力的大小很大程度決定了空心螺栓的尺寸。參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì) ，彭文生，李志明，黃華梁主編，高等教育出版社。4.2.14.2.1 空心螺栓的材料選擇空心螺栓的材料選擇考慮到空心螺栓的工作環(huán)境，參考現(xiàn)有材料的力學(xué)性能，最后選擇Y1Cr17，參見(jiàn)機(jī)

56、械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社，不銹鋼的力學(xué)性能與用途 （GB1220-84）4.2.24.2.2 空心螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算空心螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)公式：松螺栓連接 d4 F F單個(gè)螺栓所受的軸向工作載荷，N= ，S螺栓材料的屈服強(qiáng)度，pa ，參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，sn冶金工業(yè)出版社，表 1-4-15 螺紋緊固件常用材料（GB38-76） ，S=220 Mpa，n安全系數(shù)，見(jiàn)表 1-4-16 螺栓簡(jiǎn)化計(jì)算的安全系數(shù) n，取 n=5，d螺紋的小徑，m。s = n220=5=44 Mpa大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)36 4 4 2246.9113.14 4414.652Fdmm 考慮到此螺栓為空心螺栓，

57、螺栓直徑應(yīng)加大，以免影響正常工作。同時(shí)考慮制造的要求，零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，按國(guó)標(biāo)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行圓整，故選擇 M24 的螺栓。4.3 固定夾持器的螺栓設(shè)計(jì)固定夾持器的螺栓設(shè)計(jì)4.3.1 螺栓材料的選擇螺栓材料的選擇根據(jù)夾持器的工作環(huán)境和其工作要求等，選擇 Y1Cr17，該材料具有抵抗硫酸、磷酸、蟻酸、醋酸能力；具有良好得耐晶間腐蝕性，也有較好切削性能。參見(jiàn)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) ，冶金工業(yè)出版社， 不銹鋼的力學(xué)性能與用途 （GB1220-84） 。4.3.2 連接螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算連接螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算參見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì) ，彭文生，李志明 主編，高等教育出版社為了將夾持器固定在足輥架上，便需要利用螺栓連

58、接，該螺栓主要受到剪切力作用受橫向工作載荷，該處采用松連接，而且用雙螺栓連接，提高連接的可靠性和連接的穩(wěn)定性，這也是工作安全的需要，故該處的連接螺栓需要滿足剪切強(qiáng)度要求，根據(jù)剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。根據(jù)剪切強(qiáng)度校核公式： 2s04F= d mdo螺栓剪力面直徑，mmm螺栓抗剪面數(shù)目n計(jì)算對(duì)象的受壓高度螺栓材料的許用應(yīng)力，Mpa，見(jiàn)表 11-6，= ，取 S=2.5，sS= s220882.5MpaS由剪切強(qiáng)度校核公式：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)37200634 4 4 18724.2573.14 88 101 211.644 1011.644ssFdmFdmmmm 從安全角度出發(fā)，提高工作的可靠

59、性，應(yīng)加大螺栓的尺寸，同時(shí)參考到國(guó)標(biāo)，取連接夾持器的螺栓為 M16。4.3.34.3.3 夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由前面的螺栓設(shè)計(jì)可以知道，取 M16 的螺栓，而且該處采用普通螺栓連接，為了安裝螺栓，故需要鉆出光孔，一般取光孔直徑為 1.1d，即 1.116=17.6 mm，為了方便加工，測(cè)量取 18 mm；為了提高強(qiáng)度，連接的可靠性，穩(wěn)定性，采用雙螺栓連接，兩螺栓間的距離要考慮前面足輥軸的設(shè)計(jì)，因足輥軸的兩端各制成三個(gè)平面，一平面用于連接微調(diào)機(jī)構(gòu)，另兩個(gè)平面用于固定足輥軸，且兩平面間的距離為 30 mm，同時(shí)為了便于安裝，裝配，采用間隙配合，間隙取0.5 mm，故夾持器夾持足輥軸的部

60、分為 30.5 mm。為了減少加工面，安裝螺栓處加工沉頭座，由于采用 M16 的螺栓，即 GB5783-86- M1660，emin=26.75 mm，smax=24 mm，同時(shí)為了便于安裝螺栓，拎緊螺母，螺栓不轉(zhuǎn)動(dòng)，取沉頭座的寬度=25 mm，長(zhǎng)度=37 mm。4.3.44.3.4 夾持器的結(jié)構(gòu)圖夾持器的結(jié)構(gòu)圖（結(jié)構(gòu)圖如下圖 4.1）：大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)38 圖 4.1 夾持器大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)39第五章第五章 噴淋環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)噴淋環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 選擇噴淋環(huán)的流道選擇噴淋環(huán)的流道根據(jù)工程流體力學(xué) ，機(jī)械工業(yè)出版社，高殿榮，吳曉明 編著。進(jìn)行相關(guān)得設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)過(guò)程如下： 5