四杆中频数控淬火机床的设计制造

目 录前言 11绪论 21.1淬火机床国外发展状况21.2四杆中频数控淬火机概述22四杆中频淬火机床总体设计 42.1机床动作流程 42.2斜辊传输42.3工件进给过程42.4中频淬火过程42.5机床电气、水循环和气动系统53上料传送装置的设计53.1上料传送装置料架的设计53.2 选取电动机103.3 选取减速器103.4 链轮的设计113.5 轴的设计273.6 滚动轴承的设计343.7 V型滚的设计 364 结论41致 42参考文献43附录A 译文 45附录B 外文文献摘要通过这项研制工作改变了过去同类设备大多依赖进口的局面,可节约大量的购置资金和维修费用,对提高国抽油杆感应淬火水平具有很大意义。抽油杆是连接抽油机和抽油泵的传动装置,通过往复运动抽取石油。由于抽油杆自重作用,上部抽油杆承受拉-拉循环载荷,引起表面裂痕扩展,导致疲劳断裂。从文献可知,材料通过热处理可提高疲劳寿命和强度。对于抽油杆,表面的残余压应力与疲劳寿命有关。针对抽油杆的结构特点及热处理工艺的特殊性,研制了ZZJS四杆中频淬火机床。实践证明,它具有如下优点:工件淬硬区层深和硬度分布均匀,淬火变形小,油孔开裂倾向小,能大大减少微裂纹的产生,淬火过程中抽油杆弯曲变形较小。目前,四杆中频淬火机床在滨州石油机械公司投入使用,已生产出合格产品,符合美国石油协会API标准,使用效果良好。关键词：热处理设备;淬火机床;抽油杆;淬火过程AbstractChanged the past similar equipment through this development work mostly to rely on the import the aspect. May save the massive purchase fund and the maintenance cost,To raises the domestic oil extraction rod induction hardening level to have the very big significance. The oil extraction rod is connects the pumping unit and the oil pump transmission device,Through reciprocal motion extraction petroleum. As a result of oil extraction rod dead weight function. Upside oil extraction rod withstanding pulls - pulls the cyclic load,Causes the surface crack expansion,Causes the endurance failure. May know from the literature,The material may enhance the fatigue life and the intensity through the heat treatment. May know from the literature,The material may enhance the fatigue life and the intensity through the heat treatment. In view of oil extraction rod unique feature and heat treatment craft particularity,Has developed the ZZJS four pole intermediate frequency quenching engine bed. The practice proved. It has the following merit:The work piece hard area level depth and degree of hardness distribution are even, Quenching distorts slightly.The oil hole dehiscence favors slightly.Can reduce the micro crack greatly the production.In the quenching process the oil extraction rod bending strain is small.The product conforms to the American Petroleum Association API standard.Key words:Thermal treatment equipment;Quench machine tools;The oil extraction rod;The quenching process前言目前,我国对数控淬火机床的需求在日益增加,数控淬火机床的性能也日趋完善,自动化程度和生产率大大提高,从而取代了人的大部分体力劳动和脑力劳动,但同时也就使得数控淬火机床在更高层次上依赖于人,从而构成技术密集型的人机系统。对于数控淬火机床来说,人的主要工作不只是体力劳动,而且还包含了一定程度的脑力劳动,随着数控淬火机床的发展,脑力劳动的负荷越来越大,对操作者的知识技能水平的要求也就更高了。但是,对于操作者来说,体力劳动是依然存在的,这时人的主要体力作业集中在加工前的准备工作和加工后的一些后续工作。从数控淬火机床的设计、制造、使用过程表明,数控淬火机床的工作质量不但取决于机器本身的性能和质量,还取决于操作的劳动者,而操作者的劳动质量在很大程度上又取决于该系统中人机系统的功能质量。人是生产的主体,满足了人的基本安全需要,使人心情舒畅,才可能充分发挥人的主观能动性,调动人的积极态度,它对提高生产效率有着重要的意义。1. 绪论1.1淬火机床的国外发展状况1感应淬火机床在国普遍采用液压传动机构,也有的采用机械传动机构。机械传动机构采用普通丝杆和齿轮传动结构进行传动。这些淬火机床传动速度不稳定,传动定位精度低。目前,对感应热处理要求的提高,对淬火机床传动系统的要求也相应提高,液压系统传动的淬火机床已逐步被淘汰,取而代之的淬火机床将采用变频调速电机,步进电机或伺服电机,通过滚珠丝杆传动。这种淬火机床移动速度均匀、精确, 托架重复定位精度高, 可达0.03mm 或0. 001mm ; 转台定位精度高, 达到0.01mm。若再采用步进链传动,托盘送料,机械手或机器人送料及对感应淬火零件装卸料,就成为全自动化的专用机床。淬火变压器与感应器X 轴向 移动应用微型计算机进行编程,Z 轴向 移动同样也可进行编程,机床运行完全按照计算机程序运行,是高度自动化的感应加热设备。2感应加热淬火机床的控制,现在普遍采用PLC与NC控制,完全应用继电器进行控制的淬火机床已逐步被淘汰。使用计算机进行控制的自动淬火机床也越来越普遍。淬火机床的工作状态通常被显示在显示屏上,同时能自动进行故障报警或故障诊断。3感应加热过程的能量监控系统和工件加热温度的监控精度大大提高,其重现性达0. 1 %。最近发展了感应器监控仪直接测量感应器上的输入能量kW- S ,以取代设备的能量监控。4 在感应加热淬火过程应用脉动加热式能量分配器,进行曲轴连杆颈淬火时,给上死点和下死点分配不同能量达到加热温度均匀的目的。5 在感应热处理过程中,感应电源根据振荡因素及时显示感应器阻抗值的变化,根据阻抗值的变化及时调节电源振荡状态,保证零件感应加热在相对理想的状态下进行。AEC-Elotherm曲轴淬火机床有此装置,用以显示感应器阻抗,能显示数值变化。6 淬火机床附带测量及显示仪表,测量显示工件的淬火过程。在对滚珠丝杆感应淬火时淬火机床能自动测量伸长量,如果伸长超差,淬火机床能自动降低功率以减少滚珠丝杆感应淬火的伸长量,并在淬火过程中自动记录相关数据。感应淬火机床能够在曲轴淬火过程中应用安装的曲轴弯曲变形测量仪测定曲轴的淬火弯曲量,并调整其参数对曲轴淬火弯曲情况进行修正。淬火机床附带的液体流量监控仪可直接显示淬火液的流量,能有效地监控淬火件质量。水电导值指示器可以监控软水的质量。7 油烟吸抽。新型淬火机床上直接安装抽风设备,吸抽工件加热时产生的油烟。8 多轴化。为了适应小件提高产量,通用淬火机床出现多轴化,如Welduction公司最近推出2轴、4轴淬火机床,同时可处理多种0.508m20in长以,重9.08kg以下的工件。9 功能复合化与柔性化。在一台淬火机床进行淬火,随后用较低功率进行回火,二工序在一台淬火机床上完成,英国Etchells机械制造XX公司生产的全自动抽油杆生产线,可生产符合A.P.I标准的5/8,3/4,7/8 和1的抽油杆,长度可以是25-30米长,实现了包括锻造、感应加热等一整套工序的集成,全自动生产。BJ型轴类淬火机能自动编14种程序、自动识别进机零件。Roborton.Elotherm最近推出了双主轴立式淬火机床,在一个紧凑的工艺单元进行工件的淬火与回火,能处理轮轴、三槽套及其他万向节件,转换工件只需25min,用计算机编程,根据工件号在2min调出有关工艺数据。10 一机多工位或一个电源带多台机床,摩擦片双工位淬火机床是高频自动切换的,摩托车曲柄有三个淬火部位,电气兴业公司的产品是一个电源带三台淬火机床；国产品是一个超音频电源带一台具有三个淬火变压器的回转工作台淬火机,节省了占地面积与装卸工序。11 机电一体化的紧凑式淬火装置,以单个电源、淬火机床、附属装置组成成套装置在我国是在20世纪70年代中期开始的,工业发达国家现在发展的是将电源与淬火机构组合在一起的淬火机床,Inductoheat Co公司的轮毂淬火机床Welduction的通用淬火机等均属此畴。12 冷却水及淬火液循环装置,由于采用换热器降温,设备冷却水及淬火液槽容量普遍减小,冷却水槽容量在0.51.0或更小,淬火液槽亦相似,完善的淬火液槽有磁性吸铁屑装置及油分离器,对使用聚合物淬火液更为有利。1.2四杆中频数控淬火机床概述四杆中频淬火机床是对抽油杆包括空心杆进行淬火的专用设备,具有结构合理、性能稳定、工效高、易于操作等特点。机床主要由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。淬火过程全部采用斜辊道进给,使工件边前进边旋转,保证加热温度均匀。在驱动装置的带动下,斜辊输送抽油杆完成全部运动。上料与下料均有自动装置,可减轻工人劳动强度提高劳动生产率。此自动装置由限位开关、气动装置及其控制以及机械部分组成。冷却水套采用均匀多孔喷口,使工作冷却速度快且硬度均匀。此系统是独立封闭式。前后斜辊道采用链式传动,分别由两台调速电机驱动,保证整条传动线作匀速前进。电气控制是由中频电源柜,电气控制柜组成,用以完成整机动作的控制。2 四杆中频淬火机床总体设计机械系统总体设计根据机器要求进行功能设计研究。总体设计包括确定工作部分的运动和阻力,选择原动机的种类和功率,选择传动系统,机械系统的运动和动力计算,确定各级传动比和各轴的转速、转矩和功率。总体设计时要考虑到机械的操作、维修、安装、外廓尺寸等要求,确定机械系统各主要部件之间的相对位置关系及相对运动关系,人机环境之间的合理关系。总体设计对机械系统的制造和使用都有很大的影响,为此,常需作出几个方案加以分析、比较,通过优化求解得出最佳方案。机床主要由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。2.1机床动作流程工件从上料架感应开关翻料器至上料装置的斜辊上进给中频淬火装置冷却水套继续进给至下料装置的斜辊上碰撞到限位开关翻料器至下料架。2.2 斜辊传输本机床采用斜辊传输, 使工件边前进边旋转,保证加热温度均匀。工件的进给速度应满足机床的额定工作效率,因此,在设计中必须保证工件的进给速度和自身旋转速度参数应与中频淬火装置的各设计参数相匹配。工件的进给速度和自身旋转速度主要取决于斜辊的旋转速度和工件与斜辊的切点位置。对于同一型号的工件,切点位置不同,其水平与竖直方向的受力就不同,从而工件的进给速度和自身旋转速度就随之变化。因此,在设计中准确计算并把握切点的位置至关重要。在本机床中,将斜辊轴与工件进给方向调为60度,满足所需工件的进给速度和自身旋转速度的要求。2.3 工件进给过程淬火机床在工件进给过程中,采用左右对称式。即以床身纵轴为对称轴,左右各安排两杆进给。两杆一前一后错开进给,保证上下料及其它装置可同时满足两通道使用要求。2.4 中频淬火过程抽油杆采用连续加热、喷水淬火的方式。为使抽油杆达到技术要求,很大程度上取决于感应器的结构设计与制造,感应器的设计一般应考虑：1） 使被加热零件的表面温度均匀。2） 感应器损耗小, 电效率高,这与感应器面与工件的间隙有关。3） 感应器冷却良好。感应器通过较大的中频电流所引起的发热量,必须用冷却水带走。4） 感应器制造简单,操作方便。2.5 机床电气、水循环和气动系统1数控系统及配套电源数控系统以可编程控制器PLC为核心,具有丰富故障诊断功能及过流、欠压、过热和短路等各种保护功能,在抗电磁干扰方面采取了一系列有效措施。显示器汉字显示工况及报警信息容。系统配有合理的控制程序,操作方便,并可根据需要随时编程或修改工艺参数,以满足不同类型抽油杆感应热处理机床配套使用可控硅中频电源,功率250kW ,频率8kHz。2水循环系统机床水路分冷却水和淬火介质两路,冷却水路实现对电源、变压器、电容器和感应器的冷却,淬火水路为工件加热提供淬火介质。两大水路均采用全封闭循环冷却方式,冷却水与淬火介质分别与工厂供给的外循环硬水通过板式换热器进行换热冷却,并具有压力、温度检测功能,保证水温恒定及水质稳定,为生产线调试淬火工艺提供可靠保证。3 气动系统为了提高生产效率,减轻生产人员的劳动强度,机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作,实现了上下料的全自动控制。3.上料传送装置的设计3.1上料传送装置料架的设计为了提高生产效率,减轻生产人员的劳动强度,机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作,实现了上下料的全自动控制。3.1.1上料机构的动作步骤图3-1上料机构Fig.3-1 mechanical body for bringing works图3-2摆臂机构Fig.3-2 mechanical body for Swinging动作1：用机械手将抽油杆整齐的平铺在平面1上,使一根抽油杆滑落斜面2上动作2：控制系统将动作指令发给上料机构主汽缸,主汽缸活塞杆伸长,带动连杆旋转,通过固定在转轴上的四个翻料器将一根抽油杆翻过小挡板到斜面3上,抽油杆在重力作用下沿斜面滑落到里面斜辊上。动作3：控制系统发送脉冲给上料机构辅汽缸,汽缸活塞杆伸长带动连杆动作将摆臂支起如图3.2所示。动作4：重复动作1,抽油杆沿斜面3滑落到外面斜辊上。即此完成单面双辊道的上料操作,对面亦然。由于上料运动的分时性,四杆分时上料,但结构上的对称性可保证两杆同时上料。3.1.2上料机构的动作原理基于以上动作要求,上料机构采用汽缸连杆机构,主汽缸选用SC8075-CA活塞直径80mm,行程75mm,如图3.3、图3.4所示,当主汽缸活塞杆处于初始状态时,翻料器处于水平状态；当主汽缸活塞杆处于最大行程时,翻料器与初始位置成30夹角。图3-3 主汽缸活塞杆处于初始状态图3-4 主汽缸活塞杆处于极限状态Fig.3-3 The cylinder piston rod in the initial state Fig.3-3 The cylinder piston rod in the Limit state辅汽缸选用汽缸SC80150-CA活塞直径80mm,行程150mm,如图3.5、图3.6所示,当主汽缸活塞杆处于初始状态时,翻料器处于水平线成8.13；当主汽缸活塞杆处于最大行程时,翻料器与初始位置成22夹角。图3-5 辅汽缸活塞杆处于初始状态 图3-6 辅汽缸活塞杆处于极限状态 Fig.3-5 Auxiliary cylinder piston rod in the initial state Fig.3-6 Auxiliary cylinder piston rod in the initial state3.2 选取电动机3.2.1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380V,Y系列。3.2.2选择电动机功率V型滚所需功率传动装置总效率 其中 减速器效率 0.75链轮效率 0.96 轴承效率 0.99 V型滚效率 0.95则传动总效率 =0.6772所需电动机功率 3-1 查手册,可选Y系列三相异步电动机Y100L2-4型,额定功率：,转速：。3.3 选取减速器3.3.1选择减速器的功率依据电动机额定功率：,选用减速器的额定功率为。3.3.2选择减速器的传动比依据电动机输出转速：,V型滚轴的转速：,得 3-2通过查取减速器的型号,选用减速器的传动比为152,较为接近,其差值由设计链轮时的传动比进行调整。查手册,选用摆线针轮减速器,型号：XWED-3.0-74-187其中减速器代号意义如下：摆线针轮代号：B表示B系列标准；X表示X系列标准。 安装型式：W表示卧式；L表示立式；D表示电机直连；E表示两级减速；S表示三级减速；F表示法兰卧式。 X系列型式有：XW、XWD、XL、XLD、XWE、XWED、 XLE、XLED、XWS、XWSD、XLS、XLSD3.4 链轮的设计3.4.1链传动的特点和类型链传动由装在平行轴上的链轮和跨绕在两链轮上的环形链条所组成图3.7,以链条作中间挠性件,靠链条与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。链传动结构简单,耐用、维护容易,运用于中心距较大的场合。与带传动相比,链传动能保持准确的平均传动比；没有弹性滑动和打滑；需要的紧力小；能在温度较高,有油污等恶劣环境条件下工作。与齿轮传动相比,链传动的制造和安装精度要求较低；成本低廉；能实现远距离传动；但瞬时速度不均匀,瞬时传动比不恒定；传动中有一定的冲击和噪音。链传动的传动比i8；中心距a56m；传递功率P100kW；圆周速度v15m/s；传动效率h=0.920.96。链传动广泛用于矿山机械、农业机械、石油机械、机床及摩托车中。按照链条的结构不同,传递动力用的链条主要有滚子链和齿形链两种图3.8。其中齿形链结构复杂,价格较高,因此其应用不如滚子链广泛。图3-7 链传动 Fig.3-7 Transmission by chain图3-8 传动链的类型Fig.3-8 The typies of transmission by chain1-链板； 2-外链板； 3-销轴； 4-套筒； 5-滚子。1- Internal chain plates; 2-External chain plates; 3-pin; 4- Sleeve; 5- roller.1 滚子链传动的结构与选择滚子链的结构如图3.8a所示,其链板1和套筒4、外链板2和销轴3分别用过盈配合固联在一起,分别称为、外链节。、外链节构成铰链。滚子与套筒、套筒与销轴均为间隙配合。当链条啮入和啮出时,、外链节作相对转动；同时,滚子沿链轮轮齿滚动,可减少链条与轮齿的磨损。为减轻链条的重量并使链板各横剖面的抗拉强度大致相等。、外链板均制成字形。组成链条的各零件,由碳钢或合金钢制成,并进行热处理,以提高强度和耐磨性。滚子链相邻两滚子中心的距离称为链节距,用p表示,它是链条的主要参数。节距p越大,链条各零件的尺寸越大,所能承受的载荷越大。滚子链可制成单排链和多排链,如双排链或三排链。排数越多,承载能力越大。由于制造和装配精度,会使各排链受力不均匀,故一般不超过3排。滚子链已标准化,分为A、B两个系列,常用的是A系列。表3-1列出了几种A系列滚子链的主要参数。设计时,要根据载荷大小及工作条件等选用适当的链条型号；确定链传动的几何尺寸及链轮的结构尺寸。表3-1 A系列滚子链的主要参数Table 3-1 major parameter of roller chain A链号节距 p mm排距 p1mm滚子外径d1mm极限载荷Q单排N每米长质量q单排kg/m08A12.7014.387.95138000.6010A15.87518.1110.16218001.0012A19.0522.7811.91211001.5016A25.4029.2915.88556002.6020A31.7535.7619.05867003.8024A38.1045.4422.231246005.6028A44.4548.8725.401690007.5032A50.8058.5528.5822240010.1040A63.5071.5539.6834700016.1048A76.2087.8347.6350040022.60滚子链的长度以链节数Lp表示。链节数Lp最好取偶数,以便链条联成环形时正好是、外链板相接,接头处可用开口销或弹簧夹锁紧图3.9。若链节数为奇数时,则需采用过渡链节图3.10,过渡链节的链板需单独制造,另外当链条受拉时,过渡链节还要承受附加的弯曲载荷,使强度降低,通常应尽量避免。图3-9偶数链的链节过渡图3.10 奇数链的过渡链节Fig.3-8 even numbers chain Fig.3-8 odd numbers chain2齿形链齿形传动链是由一组齿形链板并列铰接而成图3.11,工作时,通过链片侧面的两直边与链轮轮齿相啮合。齿形链具有传动平稳、噪音小,承受冲击性能好,工作可靠等优点。但结构复杂,重量较大,价格较高。齿形链多用于高速链速v可达40m/s或运动精度要求较高的传动。图3-11 齿形链Fig.3-11 chain of gear shape3.4.2链传动的受力分析链传动工作时,紧边和松边的拉力不相等。若不考虑动载荷,则紧边所受的拉力F1为工作拉力F、离心拉力Fc和悬垂拉力Fy之和图3.123-3松边拉力为3-4图3-12作用在链上的力Fig.3-12 The force on the chain工作拉力为N3-5式中,P为链传动传递的功率,KW；v为链速,m/s。离心拉力为N 3-6式中,q为每米链的质量,kg/m,见表3-1。悬垂拉力为N 3-7式中,a为链传动的中心距,m；g为重力加速度,g=9.81m/s2；Ky为下垂度y=0.02a时的垂度系数。Ky值与两链轮轴线所在平面与水平面的倾斜角b有关。垂直布置时Ky=1,水平布置时Ky=7,对于倾斜布置的情况,b=30时Ky=6,b=60时Ky=4,b=75时Ky=2.5。链作用在轴上的压力FQ可近似取为3-8有冲击和振动时取大值。3.4.3 滚子链传动的设计一、滚子链传动的失效形式链传动的失效形式主要有以下几种：1链板疲劳破坏由于链条受变应力的作用,经过一定的循环次数后,链板会发生疲劳破坏,在正常润滑条件下,疲劳强度是限定链传动承载能力的主要因素。2滚子、套筒的冲击疲劳破坏链节与链轮啮合时,滚子与链轮间会产生冲击,高速时冲击载荷较大,套筒与滚子表面发生冲击疲劳破坏。3销轴与套筒的胶合当润滑不良或速度过高时,销轴与套筒的工作表面摩擦发热较大,而使两表面发生粘附磨损,严重时则产生胶合。4链条铰链磨损链在工作过程中,销轴与套筒的工作表面会因相对滑动而磨损,导致链节的伸长,容易引起跳齿和脱链。5过载拉断在低速v7m/s而润滑又不当时,则不宜用链传动。设计时,若实际选用参数与上述特定条件不同,则需要引入一系列相应的修正系数对图中额定功率P0进行修正。单排链传动的额定功率应按下式确定：3-9式中,KA为工作情况系数,由表3-2确定；P0为单排链的额定功率,kW；P为链传动传递的功率,KW；Kz为小链轮的齿数系数,由表3-3确定,当工作点落在图3.14的曲线顶点左侧时属于链板疲劳,查表中Kz；当工作点落在图3.14的曲线右侧时属于套筒、滚子冲击疲劳,查表中Kz。KL为链长系数图3.16,图中曲线1为链板疲劳计算用,曲线2为套筒、滚子冲击疲劳计算用；当失效形式无法预先估计时,取曲线中小值代入计算；Kp为多排链系数表3-4。表3-2 工作情况系数KATable 3-2 working modulusKA载荷性质原动机电动机或汽轮机燃机载荷平稳1.01.2中等冲击1.31.4较大冲击1.51.7表3-3 小链轮齿数系数Kz和Table 3-3 small chain wheel gear modulus Kz andz1910111213141517Kz0.4460.5000.5540.6090.6640.7190.7750.8310.8870.3260.3820.4410.5020.5660.6330.7010.846z11921232527293135Kz1.001.111.231.341.461.581.701.931.001.161.331.511.691.892.082.50图3-16 链长系数Fig.3-14The chain lengths modulus1链板疲劳； 2滚子套筒冲击疲劳表3-4 多排链系数KPTable 3-4 most rows modulus KP排数123456KP11.72.53.34.04.63.4.4滚子链传动参数的选择1链轮齿数z1、z2由链传动的运动特性得知,齿数越少,瞬时链速变化越大,而且链轮直径也较小,当传递功率一定时,链和链轮轮齿的受力也会增加,为使传动平稳,小链轮齿数不宜过少,但如齿数过多,又会造成链轮尺寸过大,而且,当链条磨损后,也容易从链轮上脱落。滚子链传动的小链轮齿数z1应根据链速v和传动比i,由表3-5进行选取,然后按z2=iz1,选取大链轮的齿数；并控制z2120。表3-5 小链轮齿数Table 3-5 number of small chain wheel gear链速v /m/s0.63388z1151719212325因链节数常取偶数,故链轮齿数最好取奇数,以使磨损均匀。2链的节距p链的节距p是决定链的工作能力、链及链轮尺寸的主要参数,正确选择p是链传动设计时要解决的主要问题。链的节距越大,承载能力越高,但其运动不均匀性和冲击就越严重。因此,在满足传递功率的情况下,应尽可能选用较小的节距,高速重载时可选用小节距多排链。3传动比i传动比受链轮最小齿数和最大齿数的限制,且传动尺寸也不能过大,因此传动比一般不大于6。传动比过大时,小链轮上的包角a1将会太小,同时啮合的齿数也太少,将加速轮齿的磨损。因此,通常要求包角a1不小于120。4中心距a和链节数Lp若链传动中心距过小,则小链轮上的包角也小,同时啮合的链轮齿数也减少；若中心距过大,则易使链条抖动。一般可取中心距a=3050p,最大中心距amax80p。链的长度以链节数LP节距p的倍数来表示。与带传动相似,链节数LP与中心距a之间的关系为3-10计算出的Lp应圆整为整数,最好取为偶数。如已知Lp时,也可由式10-37计算出实际中心距a,即：3-11为了便于链条的安装和调节链的紧,通常中心距设计成可调的；若中心距不能调节而又没有紧装置时,应将计算的中心距减小25mm。使链条有小的初垂度,以保持链传动的紧。3.4.5低速链传动的设计对于v0.6m/s的低速链传动,其失效形式主要是链条因过载被拉断；故应按抗拉静强度条件进行计算,根据已知的传动条件,由图10-26初选链条型号,然后校核安全系数S 3-12式中,S为静强度计算的安全系数；FQ为链条的最低破坏载荷,由链号查表3-1；KA为工作情况系数,由表3-2确定；S为许用静强度安全系数,通常S=48。3.4.6链传动的布置和润滑一、链传动的布置在链传动中,两链轮的转动平面应在同一平面,两轴线必须平行,最好成水平布置图3.17a,如需倾斜布置时,两链轮中心连线与水平线的夹角j应小于45图3.17b。同时链传动应使紧边即主动边在上,松边在下,以便链节和链轮轮齿可以顺利地进入和退出啮合。如果松边在上,可能会因松边垂度过大而出现链条与轮齿的干扰,甚至会引起松边与紧边的碰撞。图3.17 链传动布置 Fig.3-17 fix up transmission chain为防止链条垂度过大造成啮合不良和松边的颤动,需用紧装置。如中心距可以调节时,可用调节中心距来控制紧程度；如中心距不可调节时,可用紧轮。紧轮应安装在链条松边靠近小链轮处,放在链条,外侧均可,分别如图10-29c、d所示。紧轮可以是链轮,也可以是无齿的滚轮,其直径可比小链轮略小些。二、链传动的润滑链传动良好的润滑将会减少磨损、缓和冲击,提高承载能力,延长使用寿命,因此链传动应合理地确定润滑方式和润滑剂种类。常用的润滑方式有几种：1人工定期润滑：用油壶或油刷给油图3.18a,每班注油一次,适用于链速v4m/s的不重要传动。2滴油润滑：用油杯通过油管向松边的、外链板间隙处滴油,用于链速v10m/s的传动图3.18b。3油浴润滑：链从密封的油池过,链条浸油深度以612mm为宜,适用于链速v=612m/s的传动图3.18c。4飞溅润滑：在密封容器中,用甩油盘将油甩起,经由壳体上的集油装置将油导流到链上。甩油盘速度应大于3m/s,浸油深度一般为1215mm图3.18d。5压力油循环润滑用油泵将油喷到链上,喷口应设在链条进入啮合之处。适用于链速v8m/s的大功率传动图3.18e,链传动常用的润滑油有L-AN32、L-AN46、L-AN68、L-AN100等全损耗系统用油。温度低时,粘度宜低；功率大时,粘度宜图3.18 链传动润滑方法 Fig.3-18 The lubricated way of transmission chain3.4.7 设计减速器与轴的链传动已知,减速器输出轴转速n1=9.30r/min,轴n2=10.1r/min,传递功率P=3KW,两班制工作,载荷平稳。并要求中心距a不大于600mm,电动机可在滑轨上移动。解：1选择链轮齿数z1、z2 传动比 3-13按表3-3取小链轮齿数z=23,大链轮齿数z=23/0.9208= 24.9783,取=25。2求计算功率PC由表3-1查得KA=1.0,计算功率为kW 3-143确定中心距a0及链节数Lp初定中心距,取由式3-1求Lp 3-15取Lp=824确定链条型号和节距p首先确定系数Kz、KL、Kp。根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏,由表3-2查得小链轮齿数系数Kz=1.23,由图3.16查得KL=1.02,考虑传递功率不大,故选单排链,由表3-3查得Kp=1所能传递的额定功率kW 3-16由图3.14选择滚子链型号为12A,链节距p=19.05mm,由图证实工作点落在曲线顶点左侧,主要失效形式为链板疲劳,前面假设成立。5验算链速Vm/s 3-176确定链长L和中心距a链长m 3-18 中心距 =552.4167mm 3-197求作用在轴上的力工作拉力 N因载荷平稳,取FQ=1.1F=1.140650=44715N8选择润滑方式根据链速v=0.0738 m/s,节距p=19.05mm,按图3.18选择人工定期润滑。设计结果：滚子链型号12A-182 GB1243.11983,链轮齿数z1=25,z2=23,中心距a=552.4167mm,压轴力FQ=44715N。2. 设计传动轴间的链传动已知各传动轴为匀速转动,传递功率P=2.39KW,两班制工作,载荷平稳。并要求中心距a不大于800mm解：1选择链轮齿数z1、z2传动比因为链轮齿数z1=23,链轮齿数z2=iz1=123=232求计算功率PC由表3-1查得KA=1.0,计算功率为kW 3-203确定中心距a0及链节数Lp初定中心距,取由式3-1求Lp 3-21取Lp=1104确定链条型号和节距p首先确定系数Kz、KL、Kp。根据链速估计链传动可能产生链板疲劳破坏,由表3-2查得小链轮齿数系数Kz=1.23,由图3.16查得KL=1.02,考虑传递功率不大,故选单排链,由表3-3查得Kp=1所能传递的额定功率kW 3-22由图3.14选择滚子链型号为12A,链节距p=19.05mm,由图证实工作点落在曲线顶点左侧,主要失效形式为链板疲劳,前面假设成立。5验算链速Vm/s 3-236确定链长L和中心距a链长m 3-23中心距=828.20mm 3-247求作用在轴上的力工作拉力 N因载荷平稳,取FQ=1.2F=1.132385=35624 N8选择润滑方式根据链速v=0.0738 m/s,节距p=19.05mm,按图3.18选择人工定期润滑。设计结果：滚子链型号12A-1110 GB1243.11983,链轮齿数z1=23,z2=23,中心距a=828.20mm,压轴力FQ=35624 N。3. 链轮结构设计链轮有整体式、孔板式、组合式等结构形式图3.19图3.19 链轮的结构 Fig.3-19 structure of chain wheel轮齿的齿形应保证链节能平稳地进入和退出啮合,受力良好,不易脱链,便于加工。滚子链链轮的齿形已标准化GB12441985,有双圆弧齿形图3.20a和三圆弧一直线齿形图3.20b两种,前者齿形简单,后者可用标准刀具加工。图3.20链轮的齿形Fig.3-20 structure of gear shape链轮上被链条节距等分的圆称为分度圆,其直径用d表示,则 3-25齿顶圆直径 3-26齿根圆直径df=d-dt 3-26式中,dt为滚子外径。链轮的轮齿应有足够的接触强度和耐磨性,故齿面多经热处理。因小链轮的啮合次数比大链轮多,所受冲击力也大,故所用材料一般优于大链轮。常用的链轮材料有碳素钢如Q235、Q275、45、ZG310-570等,灰铸铁如HT200等。重要的链轮可采用合金钢。 ZZJS四杆中频淬火机床链轮为整体式结构,材料选用45钢,齿型按GB12441985,选双圆弧齿形,则减速机链轮与传动轴链轮的结构参数为：分度圆直径 ：mm 3-27mm 3-28齿顶圆直径： mm 3-29 mm 3-30齿根圆直径： mm 3-31 mm 3-323.5 轴的设计3.5.1半轴的设计与校核半轴是与减速器相连接的第一根轴。它的强度计算应根据轴的承载情况,采用相应的计算方法。轴的强度计算方法主要有三种方法按扭转强度计算,按弯扭合成强度计算,安全系数校核计算。以下为按三种计算方法对ZZJS中频淬火机床轴进行强度校核。已知ZZJS中频淬火机床半轴传递功率2.39kW,转数10.1r/min.解：1 .轴的扭转强度校核计算 实心圆轴的扭转强度计算公式为：3-33对于既传递转矩又承受弯矩的轴,也可用上式初步估算轴的直径；但必须把轴的许用扭剪应力t适当降低,以补偿弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式,并改写为设计公式 mm式中,C是由轴的材料和承载情况确定的常数,见表1。应用上式求出的d值作为轴最细处的直径。式中： 扭转剪应力,MPa； T轴所受的扭矩,Nmm； WT轴的抗扭截面系数,mm3； n轴的转速,rmin； P轴传递的功率,Kw； T许用扭转剪应力,MPa,见表3-4。 选取轴的材料为45钢,调质处理,取C=115,得：3-343 轴的弯扭合成强度校核计算对于一般钢制的轴,可用材料力学第三强度理论求出危险截面的当量应力se,其强度条件为3-35式中,sb为危险截面上弯矩M产生的弯曲应力。其中,W,WT为轴的抗弯和抗扭截面系数。将s b和t值代入式,得3-36由于一般转轴的sb为对称循环变应力,而t 的循环特性往往与sb不同,为了考虑两者循环特性不同的影响,对上式中的转矩T乘以折合系数a,即3-37式中,Me为当量弯矩,；a为根据转矩性质而定的校正系数。对不变的转矩a0.3；当转矩脉动变化时,a0.6；对于频繁正反转的轴,t可看为对称循环变应力,a=1。若转矩的变化规律不清楚,一般也按脉动循环处理。s-1b、s0b和s+1b分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力,见表4。对称扭矩不变扭矩脉动扭矩通常外载荷不是作用在同一平面,这时应先将这些力分解到水平面和垂直面,并求出各面的支反力,再绘出水平面弯矩MH图、垂直面弯矩MV图和合成弯矩M图,；绘出转矩T图；最后由公式绘出当量弯矩图。1 计算轴上转矩和齿轮作用力轴上传递扭矩：.mm链轮作用在轴上的压力FQ=44715 N2 选择轴的材料和热处理方式选择轴的材料为45,经调质处理, 其机械性能由表3-6查得：650MPa,=360MPa,=300MPa,155MPa；表3-8 轴的常用材料及其主要机械性能Table 3-8 axles usualmaterials and major mechanicalperformance3 初选轴承因轴承只承受径向力的作用。故选用一对向心球轴承。根据工作要求及结构特性,由轴承产品目录中选取型号为6312的滚动轴承,其尺寸径外径宽度为dDb=6013031。4 按弯扭合成校核画受力简图画轴空间受力简图c,将轴上作用力分解为垂直面受力图c和水平受力图d。分别求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。对于零件作用于轴上的分布载荷或转矩可当作集中力作用于轴上零件的宽度中点。对于支反力的位置,随轴承类型和布置方式不同而异,向心球轴承一般可近似认为支反力位于轴承宽度的中点。计算作用于轴上的支反力F=44715 N,F=35624 N,G=11.61*9.8*3=341.334Nl1=228mm,l2=450,l3=97.3,l4=383.2,水平面支反力：3-38 23301 N, -27307N垂直面支反力： 3-3915576N,16384N计算轴的弯矩,并画弯、转矩图图e、1、2截面水平面和垂直面弯矩为：N.mmN.mmN.mmN.mm分别作出垂直面和水平面上的弯矩图f、g,并按计算合成弯矩。10193000 N.mm3470100 N.mm 作转矩图转矩按脉动循环变化计算, 取 , 则1355.9N.mm计算并画当量弯矩图1截面处当量弯矩为：2 截面处当量弯矩为： 确定危险截面并校核轴的强度一般而言,轴的强度是否满足要求只需对危险截面进行校核即可,而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知,1截面处弯矩最大,属于危险截面；2截面处当量弯矩不大,也属于危险截面；1、2截面处轴的抗弯截面系数21206mm轴的材料为45,调质处理,Mpa,所以 根据计算结果可知,截面1不满足强度要求,截面2不满足强度要求3.5.2传动轴的设计与校核轴的强度计算应根据轴的承载情况,采用相应的计算方法。轴的强度计算方法主要有三种方法按扭转强度计算,按弯扭合成强度计算,安全系数校核计算。以下为按三种计算方法对ZZJS中频淬火机床轴进行强度校核。已知ZZJS中频淬火机床传动轴传递功率1.905kW,转数10.1r/min解：传动轴的弯扭合成强度校核计算对于一般钢制