【正文】 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 47 表 b/mm d/mm a/mm e/mm c/mm a180。 冶金 工業(yè)出版社， 焊縫的強(qiáng)度計算公式： []Fl????? ， [σ ]—— 焊縫的許用拉應(yīng)力，δ —— 焊縫的寬度， l—— 焊縫的長度， F—— 焊縫所受的拉力 363[][]2 18 72 4. 25 72 10 10 23 5 107. 96 8 10FlFlmmm?????????? ? ???? ? ? ???? 只要 l? ，就可以滿足焊縫強(qiáng)度要求，同時為了便于加工制造，而且也參見前面夾持器的設(shè)計，可以知道夾持器的寬度為 75mm，同時參見表 1328 等邊角鋼，可以選擇 8 號角鋼。焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)尺寸精度，而且可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力。機(jī)械零件設(shè)計手冊 187。 V→ V=q/A 2244qdqd???? (2) 綜合以上兩式 (1)(2)可以解得： d=29 mm 由于在計算過程中忽略了 某些因素或損失，而且有些數(shù)據(jù)是通過實驗才能獲得的，僅從資料中查取也是不夠符合實際工作條件，也會因為制造和安裝的因素，而且計算也是采用的是簡化計算過程，這些雖然帶來了方便，但是帶來誤差了，但是還是符合工程的要求，同時也參考現(xiàn)有的該設(shè)備及其水壓實驗，選擇其直徑應(yīng)小于 29 mm，取 d=15mm。—— 動力粘度， pa 232Lp2= vd??? 2565600* v= d Δ p=Δ p1+Δ p2 根據(jù)實際條件可以知道：距水管和氣管遠(yuǎn)的那組噴嘴的壓力損失最大，只要該組滿足工作條件，其余的各組也滿足條件，現(xiàn)對該組噴嘴進(jìn)行設(shè)計： Δ p=Δ p1+Δ p2 = 10179。/s，參見 《工程流體力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社，高殿榮，吳曉明編著，表 21，?。?υ =101 m178。+ 22V 10179。其結(jié)構(gòu)圖如下（圖 ）： 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 41 圖 為了有效地對方坯進(jìn)行冷卻，該噴淋系統(tǒng)采用四組噴嘴，每組有三個噴嘴，（分上，中，下），每組相鄰兩噴嘴間放置著足輥，既可以對方坯進(jìn)行良好的冷卻，也有利于對 足輥冷卻，因為足輥為Φ 120mm 的，故相鄰兩噴嘴間的距離應(yīng)為大于 120 mm，四組噴嘴均勻分布在噴淋環(huán)上，最后再將噴淋系統(tǒng)固定在足輥架上。 法蘭材料的選擇 參見《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》， 冶金工業(yè)出版社， 不銹耐酸鋼（ GB122075）耐熱鋼（ GB122175），選擇材料： 0Cr18Ni12Mo2Ti，該材料既有較強(qiáng)的耐酸性，符合其工作環(huán)境的要求。 根據(jù)現(xiàn)場提供的數(shù)據(jù)表明噴淋環(huán)中最大流量 qmax=3000l/min， 同時根據(jù) q=A進(jìn)行相關(guān)得設(shè)計，其設(shè) 計過程如下： 管道的設(shè)計 要組成一個噴淋系統(tǒng)，必須通水，通氣的通道組成一個封閉的通道，這就涉及到噴淋環(huán)的構(gòu)造了，噴淋環(huán)采用整體式，還是對接式呢？ 方案一：采用整體式，可以把一根 客運汽車用冷彎矩形空心型鋼采用焊接的方法連接起來，組成封閉通道。 根據(jù)剪切強(qiáng)度校核公式： 2s04F= [ ]d m??? ? do—— 螺栓剪力面直徑， mm m—— 螺栓抗剪面數(shù)目 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 36 n—— 計算對象的受壓高度 [τ ]—— 螺栓材料的許用應(yīng)力， Mpa，見表 116， [τ ]= sS?，取 S=， [τ ]= s 220 88 M paS? ?? 由剪切強(qiáng)度校核公式： 200634[]4[]4 187 24. 257 4 88 10 1 211. 644 10ssFdmFdmmmm??????? ? ????? ? ? ???? 從安全角度出發(fā)，提高工作的可靠性，應(yīng)加大螺栓的尺寸，同時參考到國標(biāo)，取連接 夾持器的螺栓為 M16。同時考慮制造的要求，零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，按國標(biāo)對計算結(jié)果進(jìn)行圓整，故選擇 M24 的螺栓。 空心螺栓的設(shè)計 為了防止螺桿產(chǎn)生過大的彎曲變形，同時用于固定，支撐螺旋傳動的螺母，所以在設(shè)計中利用空心螺栓來滿足以上要求，螺桿裝在空心螺栓內(nèi)部，螺栓頭用空心螺栓支撐，通過旋轉(zhuǎn)螺栓頭 帶動螺桿傳動，從而實現(xiàn)直線運動，同時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，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。 = 10179。 驗算螺桿強(qiáng)度 當(dāng)量應(yīng)力 122d 23114= ( ) 3 ( )0 . 2 pFTdd??? ??， σ p—— 螺桿材料的許用應(yīng)力，參見《機(jī)械設(shè)計師手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社，表 368 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力，大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 33 根據(jù)35sp ?? ? ?，σ S—— 材料的屈服強(qiáng)度，σ S=220 Mpa，參見《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》， 冶金 工業(yè)出版社， 不銹鋼的力學(xué)性能與用途 （ GB122084）220 553 5 4spaMP?? ? ? ?? ， d1—— 螺紋小徑，取 d1= mm ， T1—— 轉(zhuǎn)矩 ， N—— 摩擦系數(shù) N—— 正壓力 參見《機(jī)械設(shè)計師手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社。 拉桿螺桿的設(shè)計 通過螺旋傳動來拖動足輥軸移動，足輥軸兩端與夾持器兩端面相接觸，要產(chǎn)生摩擦力，螺桿的受力要能克服此摩擦力，否則無法實現(xiàn)直線運動。其結(jié)構(gòu)簡圖如下 (圖 )： 2管 ? 22（13）32? R1/8154512M10117 圖 潤滑油嘴的選擇設(shè)計 考慮到采用集中供油潤滑，潤滑油嘴也有一些不同，如果采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以節(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)，所以也對潤滑油嘴進(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 M10 1 GB115279和壓配式壓注油杯 —— 油杯 10 GB115579進(jìn)行一些綜合，其成本也是不會很高，也就是將兩者聯(lián)合在一起，在壓配式壓注油杯 ——油杯 10 GB115579 上 加一個連接螺紋，其目的是將潤滑油嘴連到加油管上。（ K1+K2） Q—— 單位 ml/班（每班八小時） D—— 軸孔的直徑， cm N—— 系數(shù)，單列軸承， N= K1=， K2=6 Q= D （ +6） 根據(jù)干油集中潤滑系統(tǒng)提供的流量，便可計算出相應(yīng) 的孔徑，通過類比，參考現(xiàn)有該設(shè)備，按相同尺寸設(shè)計，取潤滑油脂的通道直徑 d= 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連接。 潤滑油脂的通道設(shè)計 該系統(tǒng)采用干油集中潤滑系統(tǒng)，連續(xù)壓力潤滑，潤滑油脂消耗量的計算，參見《機(jī)械設(shè)計手冊》，第三版，第 2 卷，成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社。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 圖 接觸環(huán) 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 28 潤滑油脂供給通道設(shè)計 潤滑油脂的選擇 該處使用潤滑油脂是對圓柱滾子軸承進(jìn)行潤滑，而且工況條件惡劣 —— 高溫，潮濕，多塵條件，故盡可能選用潤滑油脂。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)計一個與工作條件相適應(yīng)的，且成本低的軸承，考慮到軸承要裝配到窄面軸上，所以軸承的內(nèi)徑采取φ 40mm，為了防止高溫工作環(huán)境下，潤滑油脂的流失，軸承的內(nèi)圈與足輥內(nèi)表面（φ 50mm 的內(nèi)表面）也形成了迷宮密封，（參見《機(jī)械零件設(shè)計手冊》，冶金工業(yè)出版社）。 mMc=1 作用下的合成彎矩圖Mc=1 作用下的垂直面彎矩圖1Nm1N 現(xiàn)在將窄面軸分為八小段，參見附圖（如圖 ）， ⑥⑤④③②①41887 .587 .55937 25 .5⑦ ⑧25 .5 59 圖 分別計算0li MMdlEI?? ，計算公式參見《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》， 冶金 工業(yè)出版社，表3717 積分值0li MMdlEI?? ， 然后再計算其和，受力分析和彎矩圖如下圖（圖）： 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 EDBAN2 BN1 BF2 BF1 BM89 8. 76 4N 綜上所述，該足輥軸滿足疲勞強(qiáng)度，可以安全工作。 （ 7）按疲勞強(qiáng)度校核安全系數(shù) ，參見《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》， 冶金工業(yè) 出版社。45 mm→ 248。 m 垂直面上的彎矩： MD＇ = F1B = = N+ 10000） = N1B=N2B=F1B=F2B= ? = （ 4）畫彎矩圖（ 見圖 ） （ 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 ）受力簡圖M8 98 .9 22 N V P—— 功率 ，瓦 ， W V—— 拉速， m/s 根據(jù)現(xiàn)場提供的數(shù)據(jù)： P= ， V= m/s 由 P=F = 10179。 G=ｐｖｇ = 10179。 根據(jù) G=m 圖 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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)計中進(jìn)行簡化了，取其中一種金屬材料方坯作為設(shè)計依據(jù)，其它材料也依次類推了，取金屬材料為鑄鋼，參見 《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》第三版， 冶金 工業(yè)出版社 ， 常用材料的密度，從表中查?。?鑄鋼 密度為 179。根據(jù)《材料力學(xué)》，高等教育出版社，可以知道 MWb?? ， M—— 彎矩 W—— 軸的抗彎截面系數(shù)， W= 332d? 先作出軸的受力計算簡圖 ,如圖所示圖 ,取集中載荷作用于足輥軸的中點。 足輥軸的設(shè)計 軸長度設(shè)計 足輥架的尺寸在設(shè)計任務(wù)書中已明確了， 可以根據(jù)足輥架的尺寸 初步確定足輥軸的長度為 418mm，足輥 架寬面寬度為 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，故軸采用比足輥架窄面稍窄點， 約3mm左右。 表 材料 機(jī)械性能 熱 處理 性質(zhì) 1Cr23Ni18 抗拉 強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 延伸率 收縮率 沖擊韌性 加熱溫度 冷卻介質(zhì) 抗氧化最高溫度為1100℃ MPa MPa ％ ％ KJ/m2 539 245 35 50 11001150 水，油，空氣 通過以上數(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)，種方案會好點呢？ 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 現(xiàn)進(jìn)行對比分析：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不足，方案二在制造足輥時，在惡劣的工作環(huán)境下，電鍍材料可能會剝落下來，這樣就達(dá)不到要求，而且也會影響方坯的表面質(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。 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 參見《 機(jī)械零件設(shè)計手冊 》， 冶金 工業(yè)出版社，耐熱鋼（ GB122175），選擇材料：1Cr18Ni9Ti 表 材料 機(jī)械性能 熱 處理 性質(zhì) 1Cr18Ni9Ti 抗拉 強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 延伸率 收縮率 沖擊韌性 加熱溫度 冷卻介質(zhì) 耐酸，1000℃以下不起皮，在600 ℃以下耐熱 MPa MPa ％ ％ KJ/m2 540 195 40 55 980 11001150 水 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。為了提高足輥表面的質(zhì)量，故足輥表面經(jīng)過了精加工，還要采用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，結(jié)合結(jié)晶器足輥的實際工作條件，同時考慮到現(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強(qiáng)化足輥性能。 大學(xué)機(jī)械學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第二章 足輥的設(shè)計 結(jié)晶器足輥位于連鑄機(jī)結(jié)晶器下方，同結(jié)晶器隨振動臺一起做振動仿弧運動，為高溫鑄坯起支撐和導(dǎo)向作用 。（見附圖