摘 要當今的制造業(yè)，在國民經濟中占據重要的地位。任何行業(yè)的發(fā)展都離不開制造業(yè)做鋪墊，沒有制造業(yè)，就沒有航空航天事業(yè)的輝煌，也沒有深海探索的成就，然而傳統(tǒng)的機械制造業(yè)已經落后，傳統(tǒng)的加工技術已經跟不上社會發(fā)展的需要，那么新的技術就要與時俱進，當然離不開傳統(tǒng)的加工制造技術作為基礎。在線車削加工技術就是新時代發(fā)展的需要，從生產成本，經濟效益，資源的利用角度來將，在線修復加工也是必須的，本課程設計就是對大型水泥生產設備回轉窯的運動部件進行在線修復裝置的設計，經過深入實踐調查，在正確的理論指導下，設計的簡易機床。其運動形式簡單，制造比較容易，在傳統(tǒng)技術的指導下完成的設計。IAbstractToday's manufacturing industry, in national economic occupy the important position. Any industry development is inseparable from the manufacturing of groundwork, no manufacturing, there is no aerospace brilliant career, also does not have the deep sea exploration achievement, however the traditional mechanical manufacturing has backward, the traditional processing technology has couldn't keep up with the demand of social development, so the new technology will keep pace with The Times, of course, without the traditional processing manufacturing technology as the foundation.Online turning processing technology is a new era of development needs, from the production cost, economic benefits, in the use of resources Angle, to repair processing is necessary online, this course is designed for large cement rotary kiln production equipment of moving parts for on-line repairing device design, through the thorough practice survey, in the right guidance, the design of simple machine tools. The forms of exercise is simple, make easy, in the traditional technology finish below the guidance of design.目錄1 概 述 .11.1 選題背景 11.2 水泥回轉窯的尺寸參數 21.3 水泥回轉窯的工作原理和輪帶受損原因分析 52 機床結構形式的總體設計 .72.1 傳動形式的選定 72.2 機床結構布局設計 93 機床傳動系統(tǒng)設計 .113.1 機床進給傳動形式的選擇 113.1.1 絲杠螺母副的選擇 .113.1.2 絲桿螺母的結構選擇 .153.1.3 絲杠螺母耐磨性的計算 .163.1.4 螺紋牙強度計算 .183.1.5 螺紋副自鎖條件 .193.1.6 螺桿穩(wěn)定性計算 .203.1.7 絲杠轉速的計算 .213.1.8 切削功率的計算 .213.2 電動機的選擇 223.2.1 減速機的安裝尺寸 233.3 導軌的選擇 233.3.1 導軌的功用和分類 .243.3.2 導軌材料的選取 .243.3.3 滑動導軌的結構 .25i3.3.4 導軌間隙的調整 .263.3.5 提高導軌精度、剛度和耐磨性的措施 .273.4 聯軸器的選用 283.5 機床支承件的設計 293.5.1 支承件的功能 .293.5.2 支承件應滿足的要求 .293.5.3 床身結構的設計 .294 刀具固定裝置的設計 .324.1 刀架的設計 32結束語 .35致 謝 .37參考文獻 .38附 錄： .40外文資料與中文翻譯 .4001 概 述1.1 選題背景本科畢業(yè)設計，是每個即將畢業(yè)的本科生都要完成的任務，其目 地在于將在校四年學習的理論知識與生產實際結合起來，在實踐中檢驗對理論知識的掌握情況，同時為即將走上工作崗位做好準備。我在和指導教師劉傳紹教授多次溝通和交流之后，在劉老師的指導下，確定了畢業(yè)設計的題目：大型支撐套在線車削裝置。具體來說就是對大型設備的支撐裝置進行在線車削，就是對其支撐裝置的某些部位進行在線修復的過程。經過了解，將設計的研究對象確定為水泥回轉窯。大型多支承回轉窯是建材、冶金、水泥、化工等生產中的關鍵設備，它運行好壞在很大程度上決定了生產效率和企業(yè)效益。由于其體積和質量大，一般采用如下圖所示的多組托輪的支承形式，每組支承結構都由滾圈(即輪帶)和左右兩個托輪組成，滾圈活套在筒體外面并支承在兩個托輪上，托輪與垂直方向呈 30°角；支承組數一般為 4—9 檔。1滾圈是回轉窯設備中的極為關鍵的部件，筒體、窯襯及物料等所有回轉部分的重量都要通過滾圈傳到支承托輪上。因此滾圈與托輪之間產生很大的接觸應力，接觸面容易發(fā)生剝落、壓饋等磨損失效現象，嚴重影響支承部件的使用壽命，從而降低回轉窯的運轉效率。滾圈的破壞主要有下面幾種形式：(1)疲勞點蝕。滾圈經常是由托輥托住，托輥和滾圈接觸即為產生很大的赫茲應力，這種應力是局部的高應力，滾圈在此脈動應力的長期作用下，就會產生疲勞點蝕。點蝕逐漸擴大，就會產生大面積的剝落。(2)剝落壓潰。滾圈的材料一般均為碳素鑄鋼，由于鑄造的缺陷或熱處理的缺陷造成滾圈周向的硬度不均，組織不一致，在高的負荷下，輪帶材質的組織結構疏松，硬度較低的地方就會壓漬、卷邊、壓陷。另外，鑄造缺陷如皮下空洞、大面積的疏松，砂眼等亦會造成剝落和壓潰。(3)斷裂。滾圈的徑向或周向斷裂。徑向整個完全斷開，內圓弧發(fā)生變化，現場很難修復，周向裂紋，沒有完全裂開，尚有辦法修復。水泥回轉窯的支撐裝置由于其體積和質量大，拆卸下來對受損表面進行修復，工序比較麻煩，那么在線對回轉窯輪帶進行修復是非常必要的，針對這樣的實際情況，設計一個簡易車床，對受損表面進行車削加工，即可解決這些問題。1.2 水泥回轉窯的尺寸參數技術參數 測溫范圍：0~2000 ℃（分段） 2系統(tǒng)精度：0.5 發(fā)送器發(fā)送間隔時間：快發(fā) 10-30 秒，慢發(fā) 60-180 秒； 環(huán)境溫度：可耐受 300℃以上的窯體輻射高溫， 防護等級：IP65（防雨、抗曬、抗震動） ； 設備工作方式：24 小時連續(xù)； 無線傳送距離：150 米（轉發(fā) 500 米） ； 信號輸出形式：溫度顯示（4-20mA 電流、RS485 接 口、Rs232 接口可選） 。 規(guī)格 轉速 (r/min)斜度 (%)產量 (t/d)功率 (kw)設備重量 (t)Φ1.4×33 0.39～3.963 30 18.5 47.5Φ1.6×36 0.26～2.634 50 22 52Φ1.8×45 0.16～1.624 70 30 78.2Φ1.9×39 0.29～2.934 75 30 77.59Φ2.0×40 0.23～2.263 100 37 119.1Φ2.2×45 0.21～2.443.5 150 45 128.3Φ2.5×40 0.44～2.443.5 250 55 149.61Φ2.5×54 0.48～1. 3.5 300 55 196.29345Φ2.7×42 0.10～1.523.5 400 55 198.5Φ2.8×44 0.437～2.183.5 600 55 201.58Φ3.0×48 0.6～3.483.5 800 100 237Φ3.2×50 0.674～3.373.5 1000 160 252.4Φ3.5×52.5 0.6～3.6 3.5 1500 180 366.5Φ4×60 0.396～3.963.5 2500 315 523Φ4.3×64 0.4～3.963.5 3200 420 606.69Φ4.8×72 0.39～3.963.5 5000 630 853.3Φ5.2×61 0.38～3.793.5 5500 800 859Φ5×80 ma×3.5 4 6000 800 12011.3 水泥回轉窯的工作原理和輪帶受損原因分析水泥回轉窯工作原理：水泥回轉窯在高溫狀態(tài)下重載交變慢4速運轉，其附件設備維護和熱工制度控制的水平關系到回轉窯運行的安全和效率。傳動裝置的維護重點是設備的潤滑、運行狀態(tài)、動態(tài)檢測以及大小齒輪的嚙合精度；支承裝置的安裝精度決定著回轉窯能否安全可靠運行，運行中應注意合理控制各檔托輪承載量分配、托輪的布置形式、液壓擋輪的上下行壓力及時間、托輪的受力、輪帶與墊板的間隙。密封裝置的好壞，直接影響到回轉窯熱工制度及運行成本。加強回轉窯日常維護數據整理分析，有利于設備的管理工作。水泥窯由三檔輪帶、三對托輪支承并回轉，在生產運行過程中承受著很大的交變載荷，服役一段時間后往往會出現表面缺陷與結構斷裂的損壞情況。失效原因（1）交變應力：根據水泥窯的結構特點，最大剪應力一般產生于輪帶表面下 3～4mm 和托輪表面下 40～60mm 下的深處。由于剪應力方向反復發(fā)生變化，導致輪帶和托輪構件表面金屬在支反力作用下不斷地發(fā)生微觀塑性變形時，最后產生疲勞裂紋，在載荷的繼續(xù)作用下裂紋將不斷地擴展，最后接近表面而形成網狀點蝕裂紋及局部剝落缺陷，造成構件表面的疲勞破壞。（2）剝落壓潰：輪帶或托輪的材料，一般均為 ZG55Ⅱ碳素鑄鋼或35SiMn、42CrMnSi 中碳合金鑄鋼等材質。由于存在著不可避免的鑄造缺陷，造成工件的軸向硬度不均勻，組織不一致，在高負荷條件下，會在工件表面硬度較低的地方產生壓潰現象，導致點蝕裂紋與表層金屬剝落。（3）異物碾壓：由于水泥窯屬低速重載設備，輪帶表面接觸處變形較大，油、水浸入裂紋后在輪帶與托輪相互碾壓下，液5體在裂縫中受到瞬間的封閉而產生極高壓力，也會加速裂紋的擴展，并沿表面剝離。（4）熱疲勞：水泥窯是處于“靜不定結構”條件之下，由于窯內熱工工況變化及窯的上下竄動的影響，相對于各輪帶處筒體及輪帶溫度差和輪帶與托輪接觸面積的變化造成各輪帶和托輪的應力水平的不斷地變化，也存在著金屬材料的熱疲勞不利因素，都會加劇裂紋的擴展速率。（5）裂紋擴展：已經產生裂紋還可能向徑向與軸向不斷地擴展，逐步由表及里形成貫穿性裂紋，最后導致構件的斷裂破壞而徹底失效，其危害性更為嚴重，將會造成更大的設備損壞與停產損失。62 機床結構形式的總體設計2.1 傳動形式的選定機械傳動形式有很多種，像帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動，螺旋傳動等等。而結合本車床設計來說，傳動要實現車刀的橫向和縱向進給運動。要將電機輸出軸的旋轉運動轉化為刀具的橫向和縱向進給運動，我首先想到了車床的傳動系統(tǒng)，CA6140 車床就是通過螺旋傳動實現縱向和橫向進給運動的。螺旋傳動是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的。他主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。根據螺桿和螺母的相對運動關系，螺旋傳動分為滑動螺旋傳動，滾動螺旋傳動，靜壓螺旋傳動。對比這三種傳動的特點和應用情況如下表。7綜上對比情況，選擇滑動螺旋傳動作為本車床的傳動形式。82.2 機床結構布局設計不同的生產目的，對機床的結構要求也不同，不同的加工對象，對機床的機構布局需求也不一樣。機床的分類形式很多，如通常所說的車、銑、刨、鉆、磨、鏜等通用機床，每一類機床又分為大小不同的幾種規(guī)格。而本設計機床的加工對象是水泥回轉窯的輪帶，其機構形式如下圖所示，由此可以看出，為們要加工的對象，其回轉直徑很大，普通車床都的無法對其進行加工，并且回轉速度也很低，最快才能夠達到 10r/min，結合工作環(huán)境的實際情況，我認為，設計一個裝置，來固定一把車刀，讓車刀沿著水泥回轉窯軸線的方向，讓刀尖通過回轉窯的軸心，緩慢地做水平直線運動，那樣利用水泥回轉窯自身的回轉速度，來進行輪帶表面的切削，達到加工的目的。而車刀在固定的同時，還需要有橫向進給運動和縱向進給運動，這樣的話，可根據普通臥式車床的工作原理，設計一個支架，將絲杠螺母固定在支架上，以實現刀具的運動。9機床的結構布局形式有立式、臥式及斜置式等，其中基礎的形式有底座式、立柱式、龍門式等，基礎支撐件的結構又有一體式和分離式等等。如果選擇一體式的支撐結構形式，由于鑄件體積大，澆鑄工藝復雜，加工也不方便，并且一旦澆鑄成型，其結構形式就確定，改動起來由于其體積大，很難實現?？紤]到加工方便，制造成本簡單，所以在這里應用分離式，采用碳素結構鋼Q235A，其強度較高，塑性較好，常常軋制成各種型鋼，鋼管，鋼筋等制成各種構件，沖壓件、焊接件，因其焊接性能良好，在這里就采用 Q235A 這種碳素結構鋼來焊接一個簡易機床的結構件。分析比較后確定機床的總體結構圖如下所示。 B103 機床傳動系統(tǒng)設計3.1 機床進給傳動形式的選擇機床進給傳動系統(tǒng)是本機床的關鍵部分，是該機床設計的核心。此簡易疥瘡的設計內容是供給進給運動的傳動系統(tǒng)，在確定了螺旋傳動的運動形式后，在這里采用滑動螺旋傳動，采用絲杠螺母副進行傳動。3.1.1 絲杠螺母副的選擇（一）絲杠的螺紋、直徑、螺旋方向的選擇機床上常用的螺紋牙形有 30°梯形和矩形兩種，梯形螺紋加工方便，可以車、銑和磨，閉合對開螺母也較容易，故應用較多。絲杠的直徑通常為 10 毫米到 200 毫米。但最常用的是 20 毫米到 60 毫米。一般絲杠直徑 d 和長度 L 之比為 1/20～1/50. 絲桿旋轉方向的選擇：由于本設計采用電動機帶到絲桿旋轉來實現滑臺的縱向進給，則采用右旋螺紋。因為制造較方便。對于滑臺橫向進給的實現需要手搖，則應根據操作習慣選擇旋向：順時針方向搖動時，應使滑臺向前(離開操作者)，由于絲桿軸向不動螺母帶動移動部件移動，則采取左旋。綜上可知：執(zhí)行滑臺縱向進給的絲杠與實現刀架橫向進給的絲杠都選 30°梯形牙形螺紋，并且前者是選用右旋螺紋，后者選用左旋螺紋。對執(zhí)行縱向進給的絲杠進行耐磨性計算校核：螺紋工作面上單位壓力 P 的大小，直接影響絲杠磨損的程度。應限制工作面上的單位壓力，以確保絲杠的耐磨性。由耐磨性決定絲杠中徑 d2 的公式為：11d2 ≥ 8 ][p?式中 p ---- 絲杠所受的最大軸向力（ N）---- 螺母長徑比， = L/d2,L 為螺母的長度（mm）,一般 取 1.2～4，但是螺母的?螺紋圈數一般不超過 10. 因為圈數越多，載荷分布愈不勻，第 10圈以后的螺紋實際上起不到分擔載荷的作用；[p] ---- 許用單位壓力（N/cm2）查《機床設計手冊》表 5.7-14 絲桿螺母的許用單位壓力 [p] （N/cm2）許用單位壓力 [p]=50 N/cm2由《機床設計手冊》圖 5.7-4 絲桿螺母耐磨性計算圖可得到：d2 = 30mm 15 1?2 鋼—鋼 低速 10?13 鋼—鑄鐵 2.4 13?18 176?12 4?7 注：當 ф＜2.5 或人力驅動時，[p]值可提高 20％；若為剖分螺母時則[p]值應降低 15～ 20％。 3.1.4 螺紋牙強度計算螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。螺紋牙底寬 mPt 8.364.063.1???許用壓應力 Mas5][?許用切應力 ?許用彎曲應力 Pb 8.376.0][.[???相旋合螺紋圈數 42?PHz剪切強度條件 MPazdtF04.618.371034.6531 ??????? ][??彎曲強度條件 ][.4108.314.365622 bazdth ?? ???????滑動螺旋副材料的許用應力許用應力(MPa) 螺旋副材料 [σ] [σ]b [τ] 18螺桿 鋼 σs/(3~5) 青銅 40~60 30~40 鑄鐵 40~55 40 螺母 鋼 (1.0~1.2) [σ] 06[σ] 3.1.5 螺紋副自鎖條件 ?78.32914.6arctnarct2???dP??梯形螺紋的牙型斜角 ，其當量摩擦角?5???.61cos.0artncosartn?????v對于螺旋傳動，為保證自鎖可靠，實際應取 。本?1??v??設計滿足這一條件，因此能夠自鎖。上式中；?為螺紋升角；f V 為螺旋副的當量摩擦系數；f 為摩擦系數．見下表。 表： 滑動螺旋副的摩擦系數 f 螺桿—螺母的材料 摩擦系數 f 鋼—青銅 0.08~0.10 淬火鋼—青銅 0.06~0.08 鋼—鋼 0.11~0.17 鋼—鑄鐵 0.12~0.15 193.1.6 螺桿穩(wěn)定性計算對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力 Q 大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力 Q 必須小于臨界載荷 Q。 。則螺桿的穩(wěn)定性條件為4?Fcr表: 螺桿的長度系數 ：?端 部 支 撐 情 況 長度系數 μ 兩端固定 0.50 一端固定，一端不完全固定 0.60 一端鉸支，一端不完全固定 0.70 兩端不完全固定 0.75 兩端鉸支 1.00 一端固定，一端自由 2.00 NlEIFcr 8.1026564)1042()29(.361.3)( 4392 ????????.165380?cr所以，該螺桿是穩(wěn)定的。203.1.7 絲杠轉速的計算已知回轉窯的轉速最大為 10r/min，回轉窯的回轉速度非常低，要實現對回轉窯輪帶的車削，進給速度應該非常低，選擇回轉窯轉速為 6r/min，選擇車刀進給量 f=0.2mm/r。車削壓力 F=130N，背吃刀量 ap=1.0mm。則通過計算得出進給速度 vf-3102.10??fnvf由此即可知道滑臺的移動速度為 1.2 ×10 m/min，執(zhí)行滑臺-3縱向進給運動的絲杠螺紋頭數為 1，則有導程 S 和螺距 P 相同，已知絲杠的導程和滑臺移動的速度 Vf（m/min）,則可以求得絲杠轉速 n。 min201r/.Svf?由于絲杠要通過聯軸器與電機相連接，所以可以知道減速器輸出軸的轉速為 0.2r/min。3.1.8 切削功率的計算單位切削力 kc 的單位為 N/mm2 ，可表示為：kc = = = DcAFfaCPyxcCFFcyf?1式中實驗得到 ≈1. 查〈金屬切削原理與刀具〉表 3.1 可cF得：=2795 ， =0.75 。FcCFcy則切削力 Fc = kc = kc = 836 NDAPaf鑒于切削時主運動消耗功率的比例約占 95%，因此，常用它21核算加工成本、計算能量消耗和選擇機床主電動機功率。主運動消耗的切削功率 Pc(單位為 kW)應為： Pc = = 1.672 ×10 kW60fCvF-5機床采用滑動絲杠傳動，查《金屬切削機床設計》表 1-6 可知：滑動絲杠傳動的平均機械效率 為 0.30～0.60.s?則電動機功率 PE ≥ Pc/ = 1.672 ×10 /0.3 =5.573×10 s-5-5kW3.2 電動機的選擇綜上計算可得，絲杠轉速很低，切削功率也很低，一般的電動機的功率和轉速都遠遠大于該絲杠所需求的功率和轉速，如果用一般的電動機，那么就需要一個減速比很大的減速器來連接，而功率又遠遠大于絲杠所需要的工作功率，那么將造成浪費。由此選擇 R 系列斜齒輪硬齒面減速機，該減速具有以下特點：①、節(jié)省空間，可靠耐用，承受過載能力高，功率可達123kw；②、能耗低，性能優(yōu)越，減速機功率高達 95%以上；③、振動小，噪音低，節(jié)能高；④、該系列減速機選用優(yōu)質鍛鋼材料，鍛鋼鑄鐵箱體，齒輪表面經過高頻熱處理；⑤、經過精密加工，確保軸平行度和定位軸要求，形成斜齒輪傳動總成的減速機配置了各種類電機，組合成機電一體化，完全保證了減速電機產品使用質量特性。22⑥、該減速機輸出功率小，輸出轉速小，具有很大的減速比。按照 R 系列斜齒面減速機選型參數表，最終確定選擇R93R63 型減速機，該減速機的額定功率是 0.18kw，輸出轉速是0.2r/min，輸出轉矩是 2200Nm。3.2.1 減速機的安裝尺寸根據減速機安裝尺寸參數表，按照 R93R63 型減速機安裝形式，選擇安裝形式和安裝尺寸如下。 233.3 導軌的選擇3.3.1 導軌的功用和分類導軌的功用是導向和承載。在導軌副中，運動的一方叫做動導軌，不動的一方叫做支承導軌。動導軌相對于支承導軌只有一個自由度的運動，以保證單一方向的導向性。通常動導軌相當于支承導軌只做直線運動或者回轉運動。導軌按運動性質可分為主運動導軌、進給導軌、移置導軌。按摩擦性質可分為滑動導軌和移動導軌兩種。導軌還可分為開式導軌和閉式導軌。3.3.2 導軌材料的選取鑄鐵是一種成本低，有良好的減震性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。常用的鑄鐵有灰鑄鐵、孕育鑄鐵和耐磨鑄鐵等幾種。在磨粒磨損的條件下，鑄鐵導軌的耐磨性隨硬度的增加而提高。石墨細化的孕育鑄鐵耐磨性較高，以為均勻分布的石墨微粒能夠產生潤滑作用，又可以吸引和保持油膜。孕育鑄鐵是鐵水在澆注之前加入少量的孕育劑硅和鋁。這就可以使鑄件各部24分獲得均勻的珠光體和細片狀石墨的金相組織，從而得到均勻的強度和硬度。但對于單件專用機床的設計，應在滿足使用要求的條件下盡可能的降低成本和機床的體積，即達到經濟耐用，設計輕巧的要求。床身不能通過鑄造來生產，因為鑄造需要模具，從而提高了生產成本。同時鑄件比較笨重，違背床身簡單輕巧的要求。綜合以上特點，本設計不能采用采取導軌與床身一體鑄造的方案，可將導軌焊接到床身上，則導軌材料選取灰鑄鐵 HT200。3.3.3 滑動導軌的結構直線導軌截面的基本形狀主要有四種：三角形、矩形、燕尾形和圓柱形。由于在線車削裝置不經常工作，且工作過程中承受顛覆力矩，因此實現車刀縱向和橫向移動的導軌都選擇燕尾形導軌，這種導軌高度較小、間隙調整方便，可以承受顛覆力矩。適用于受力小，層次多，要求間隙調整方便的地方。查《機械設計實用手冊》表 5.8-9 燕尾形導軌尺寸 可選取導軌的尺寸。 150 50505°20水平支撐導軌的截面圖尺寸如上圖所示，其長度為 600mm，用螺25釘連接在車床床身的支承板上，這樣的導軌有兩塊，都采用螺釘連接，以床身底板中心線為對稱線，對稱地用螺釘連接在車床床身兩側的支承板上面，與之配合的是滑臺，滑臺的下導軌截面結構尺寸如下圖所示。 370245°310150上圖為滑臺左視圖方向的截面尺寸，主視圖方向截面尺寸如下圖所示。 305°160203.3.4 導軌間隙的調整導軌結合面配合的松緊對機床的工作性能有相當大的影響。配合過緊不僅操作費力還會加快磨損；配合過松則將影響運動精