PAGE30PAGE31摘要真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設(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、工人勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn)，一次可吸取幾個電解槽內(nèi)的鋁液并直接送至混合爐，無需中途轉(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)壓吸鋁對真空系統(tǒng)的危害，由于其可與電解槽共用一個氣源，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)開支。真空抬包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。減速機(jī)是抬包的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，采用3級蝸輪蝸桿減速機(jī)。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)計為手動與電動均可，正常操作為電動，手動為檢修和突發(fā)事故時用，手動與電動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)電動為三級蝸輪蝸桿減速，手動為兩級蝸輪蝸桿減速，減速比大。關(guān)鍵詞：真空抬包、減速機(jī)、蝸輪、蝸桿AbstractVacuumLadleelectrolyticaluminumsmeltingprocessisimportantfortheequipment,Itsmainfunctionistotheelectrolyticaluminumelectrolyticcellfluidaspiratedandunluckytomixedstoves,aluminumwatertransitisimportantequipment.Ladlevacuumcanbeelectrolyzerthesmelterwassuckedoutofthemixandunluckyaftercastingfurnaceintoingots.Theequipmentmaintenancecostslow,safe,lowlaborintensitycharacteristics,SeverallessonscanbeacellofmoltenaluminumanddirectlysentmixedfurnacewithoutthehalfwayturnLadleunlucky.Alsmallliquidheatloss.Ladletheuseofsuctionpressuresprayofaluminum,changedthetraditionalvacuumsuctiondirectaluminum,Eliminationofaluminumsuctionvacuumsystemfortheharm,becauseoftheirsharedcellwithagassource.packagecanbesavedvacuumsystemtoreducetheallocationofposts,reducingequipmentmaintenance,repaircosts,savingoperationoftheelectricitybill.Ladleusingvacuum-pouringteapotpacketstructure,aluminumliquidpouredfromtheunderwritethatwasblockingtheslagladle,skimsgoodeffect.ReducerisLadledipturn,usedthreeworm-drive.Ladlevolumeduetotheincreaseofself-respectandallaluminumvolumeincreased,ladlethetiltingtorqueincreases,manualdumpingswitcheffort,inefficientandunsafe,theslowdowninaircraftstructuredesignofthemanualandelectricmay,thenormaloperationofelectric,ManualforMaintenanceanduseofemergency,manualandelectricalswitchusingaclaw-typeclutch,switchingspeedyandconvenient,safeandreliable.Theelectricdriveforthreeworm-slowmanualforthetwoworm-decelerationthandecelerating.Keywords:vacuumladle,reductiongears,wormgears,Worm目錄TOC\o"1-2"\h\z\u前言……………………11項(xiàng)目分析……………31.1真空抬包系統(tǒng)現(xiàn)有情況………31.2本次設(shè)計改進(jìn)所要解決的問題………………32真空抬包總體設(shè)計方案……………53大速比傾包系統(tǒng)設(shè)計………………63.1傾轉(zhuǎn)力矩的分析………………63.1.1空包包體的傾轉(zhuǎn)力矩…………………3.1.2余留鋁液的傾轉(zhuǎn)力矩………………3.1.3摩擦力矩……………3.1.4結(jié)論分析……………3.2減速機(jī)構(gòu)的分析………………93.2.1蝸輪蝸桿減速機(jī)介紹3.2.23.2.33.2.44真空抬包工藝參數(shù)………………215主要部分的設(shè)計計算與校核……………………225.1吊鉤處………………………225.2吊臂處………………………225.3吊臂與包體連接處…………236經(jīng)濟(jì)性分析………………………24總結(jié)…………………25致謝…………………27參考文獻(xiàn)……………28前言眾所周知，鋁資源是鋁業(yè)乃至國家鋁工業(yè)的生存之基本和發(fā)展之本。是中國鋁業(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)在市場競爭中求得生存并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要解決的重大課題。我國氧化鋁工業(yè)的產(chǎn)量山l999年的146．1萬噸增至2004年的700萬噸，午均增幅為27．08％。但是，隨著國內(nèi)新建氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的不斷釋放，市場競爭同趨激烈。自中國加入世界貿(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)致我國氧化鋁企業(yè)受到國外氧化鋁企業(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，我國一直遵循穩(wěn)步提高的原則。但近幾年來，我國氧化鋁的增長速度明顯加快。2000~2004年，氧化鋁產(chǎn)量從432萬噸增長到700萬噸，年均增幅為12．3％，但是仍然難以滿足鋁業(yè)的要求，因此，從2001年開始，我圍氧化鋁進(jìn)口量每年都以100萬噸的速度遞增。2004年我國共進(jìn)口587萬噸氧化鋁，達(dá)到當(dāng)年同內(nèi)氧化銷產(chǎn)茸的83％，是當(dāng)年國內(nèi)氧化鋁需求的45％，比2000年我國進(jìn)口氧化鋁188萬噸增張399萬噸，累計增加2l3％。但是隨著我國氧化鋁產(chǎn)量的逐漸提高，氧化鋁進(jìn)口增幅正在下降。2006年前5個月我國氧化鋁產(chǎn)量98.8萬噸，同比增長49．33％，其中非中鋁公司，產(chǎn)量為98．8萬噸，同比增長67．8％。同期氧化鋁進(jìn)口量278萬噸，同比下降8．52％，特別自3月份以來，連續(xù)3個月出現(xiàn)口氧化鋁負(fù)增長。與此同時，中國氧化鋁的出口量在不斷增加。有報告顯示，中圍將在2008年成為氧化鋁的純出口國。真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個重要設(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，也可通過噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁，抬包減速機(jī)為手動、電動兩種操作均可，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。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)桿堅邊裝有螺栓，包蓋上與螺栓對應(yīng)處固定有凸臺。真空抬包系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，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)計對中原鋁業(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，得到現(xiàn)在的設(shè)計成果。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)品的競爭力，提高經(jīng)濟(jì)效益，以適應(yīng)競爭日益激烈的市場，為企業(yè)創(chuàng)造效益。也使我們的設(shè)計水平得到提高，提高了動手及創(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)計目的和設(shè)計原則，為日后的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。編者2011年6月中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書(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程中的一個重要設(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、工人勞動強(qiáng)度低等特點(diǎn)，一次可吸取幾個電解槽內(nèi)的鋁液并直接送至混合爐，無需中途轉(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)壓吸鋁對真空系統(tǒng)的危害，由于其可與電解槽共用一個氣源，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)開支。中國鋁業(yè)河南分公司電解廠原電解槽為60kA自焙槽，年產(chǎn)鋁量為3萬噸，采用容重為2噸的真空抬包來吸鋁，并配合5噸的敞口包來倒運(yùn)即可滿足生產(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題，需要研發(fā)容重為4~6噸無需中轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)的真空抬包。隨著國內(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足生產(chǎn)的需要。1．2本次設(shè)計改進(jìn)所要解決的問題：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)可以手動操作。真空抬包主要用于電解鋁廠，工作時直接采用負(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)備配置價高。抬包的清渣、檢修及砌包襯均通過人孔進(jìn)行，極為不便。為提高使用效率，使用時往往需要大型敞口澆包配合使用，這樣會帶來鋁液熱量的損失。而需解決這些問題所采用的方法是：包蓋與包體的密封及防變形措施。對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，密封件為石棉盤根。由于包蓋與包體受熱不均以及包體在起吊時的受力不均，容易導(dǎo)致包蓋與包體法蘭止口錯位，從而引起密封不嚴(yán)。對于這個問題，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)度足可滿足其使用壽命，對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轉(zhuǎn)軸位置的確定及傾轉(zhuǎn)力矩的計算。對于大型吸鋁真空抬包，由于采用電動操作，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+M32．真空抬包總體設(shè)計基本方案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，但對于大容積抬包清除殘渣已較為方便。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題，在包蓋上設(shè)立了人孔。3．包嘴蓋設(shè)計成快開的結(jié)構(gòu)形式，包嘴蓋與包口管鉸接，并采用搭扣來控制包嘴蓋的開啟與關(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。考慮到電解槽工作時，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)計為手動與電動均可，正常操作為電動，手動為檢修和突發(fā)事故時用，手動與電動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)電動為三級蝸輪蝸桿減速，手動為兩級蝸輪蝸桿減速，減速比大。3．大速比傾包系統(tǒng)設(shè)計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)過角度Φ后，如圖所示，此時空抬包包體的中心對轉(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Kgg為重力加速度9.8m/su為包腔底至轉(zhuǎn)軸中心的距離mYk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。為了簡化計算，當(dāng)計算其重量和重心位置時可不考慮轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸板、以及加強(qiáng)帶。因?yàn)檫@幾部分基板上與轉(zhuǎn)軸軸心對稱，在轉(zhuǎn)動時對傾轉(zhuǎn)力矩影響不大。可將包體分為幾個簡單幾何形體，依次計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。為簡化計算，忽略包嘴中鋁液對抬包傾轉(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)圖為簡化后余留鋁液澆注狀態(tài)抬包中余留鋁液對轉(zhuǎn)軸的力矩M2為：式中力臂則（Nm）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mg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)計算分兩中情況如圖所示A未現(xiàn)底時：B現(xiàn)底后；式中H為包腔底至包澆口的距離mB為包腔壁至包澆口的距離mR為包腔半徑m3．1．3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,有潤滑時f約為0.05-0.103．1．4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)力矩的理論計算過程分析，傾轉(zhuǎn)力矩M為轉(zhuǎn)角Φ的函數(shù)，但計算過程比較復(fù)雜，實(shí)際設(shè)計中根據(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，設(shè)計中可在原有的基礎(chǔ)之上對同類設(shè)備采用類比的方法得到，理論計算過程可以對類比得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。減速機(jī)構(gòu)的分析3．2．1蝸輪蝸桿減速機(jī)介紹：蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。這種傳動由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、傳動平穩(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、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。蝸桿蝸輪傳動是由交錯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，可傳遞較大的動力。蝸桿蝸輪傳動的特征：其一，它是一種特殊的交錯軸斜齒輪其二，它具有螺旋傳動的某些特點(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。蝸桿傳動的類型按蝸桿形狀的不同可分：1圓柱蝸桿傳動-普通圓柱蝸桿（阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、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3錐蝸桿傳動錐蝸桿動蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)勢性能：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)械減速傳動控制裝置的最佳選擇。蝸桿傳動是在空間交錯的兩根軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用的為90度。這種傳動具有以下特點(diǎn)，故使用非常廣泛。（1）．當(dāng)使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)國一個齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5~80;在分度機(jī)構(gòu)或手動機(jī)構(gòu)的傳動中，傳動比可以達(dá)到300；若只傳遞運(yùn)動，傳動比可以達(dá)到1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。（2）．在蝸桿傳動中，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，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。（3）．當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時蝸桿傳動具有自鎖性。（4）．當(dāng)蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦一磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當(dāng)傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制蝸桿配對組成摩擦性能良好的滑動摩擦副。由于蝸桿蝸輪傳動具有以上特點(diǎn)，故常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當(dāng)要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取z1＝2-4。此外，由于當(dāng)γ1較小時傳動具有自鎖性，故常用在卷揚(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、儀器、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中；利用蝸桿傳動傳動比大省力的特點(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級蝸輪蝸桿傳動，可以實(shí)現(xiàn)手動和電動兩檔變換。共有3對蝸輪蝸桿，第一對蝸桿頭數(shù)為3蝸輪齒數(shù)為45：第二對蝸桿頭樹為1蝸輪齒數(shù)為40；第三對蝸桿頭數(shù)為2蝸輪齒數(shù)為31。電動檔減速比為9300，手動檔減速比為620。手動檔時，第一對蝸輪蝸桿沒有工作，只有二三對蝸輪蝸桿在工作。蝸桿頭數(shù)：312聯(lián)軸器軸承效率：0.850.70.80.990.983．2．3電動機(jī)的選擇：根據(jù)工廠原有設(shè)備的工作情況，以及我們在實(shí)習(xí)過程中所收集的數(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，我們采用類比的方法初步選電動機(jī)型號為Y112M-4額定功率為為4KW滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min啟動轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為2.2KW最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為2.2KW。電動機(jī)校核：電動機(jī)帶動時，減速比為i=9300傾包轉(zhuǎn)速w=2w=2πn/60πn/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=0.365P電機(jī)估算=M估算×w÷Y=30151.2×0.01621÷0.365=1339.05w<P=4KW故所選電機(jī)滿足要求3．2．4蝸輪蝸桿設(shè)計：根據(jù)GB/T10085--1988中的推薦，采用普通圓柱蝸桿ZA型。根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并考慮蝸桿傳遞功率不是很大，速度只是中等，故蝸桿用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋面要求淬火，硬度大于45HRC。蝸桿用ZQAL9-4金屬模鑄造，為節(jié)約有色金屬僅輪緣用鑄錫磷青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT300鑄造。第二對蝸桿傳動功率不大，速度較低，蝸桿選用40Cr，因希望效率高耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度大于45HRC蝸輪選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為節(jié)約貴重的有色金屬僅齒圈用青銅制造而輪芯用灰鑄鐵HT300制造。第三對蝸桿速度底但傳遞轉(zhuǎn)矩大，故選用20CrMoTi因希望效率高耐磨性好，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度大于45HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10Pb1金屬模鑄造。為節(jié)約貴重有色金屬材料，僅齒圈用青銅制造而輪芯用灰鑄鐵HT300制造。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)閉式蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由《機(jī)械設(shè)計》得傳動中心距：

(mm)蝸輪轉(zhuǎn)距T2

(N·mm)蝸桿輸入功率P1P1——蝸桿輸入功率（kw）已知條件蝸桿傳動效率η：蝸桿頭數(shù)Z11234總效率η0.70.80.850.9蝸桿轉(zhuǎn)速n1(rpm),已知條件蝸桿傳動傳動比i12及齒數(shù)比u傳動比

i=n1/n2式中n1、n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速，r/min。齒數(shù)比

u=Z2/Z1式中Z2為蝸輪的齒數(shù)。當(dāng)蝸桿為主動時，i=n1/n2=Z2/Z1=u蝸桿頭數(shù)Z1

蝸桿頭數(shù)Z1可根據(jù)要求的傳動比和效率來選定。單頭蝸桿傳動的傳動比可以較大，但效率較低。如要提高效率，應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過多，又會給加工帶來困難。所以，通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。蝸輪齒數(shù)Z2

Z2可根據(jù)傳動比來確定。應(yīng)注意：為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時產(chǎn)生根切與干涉，理論上應(yīng)使Z2min≥17.但當(dāng)Z2＜26時，哨合區(qū)要顯著減小，將影響傳動的平穩(wěn)性，而在Z2≥30時，則可始終保持有兩對以上的齒哨合，所以通常規(guī)定Z2大于28。對于動力傳動，Z2一般不大于80。這是由于當(dāng)蝸輪直徑不變時，Z2越大，模數(shù)就越小，將輪齒的彎曲強(qiáng)度削弱；當(dāng)模數(shù)不變時，蝸輪尺寸將要增大，使相嚙合的蝎桿支承間距加長，這將降低蝸桿的彎曲剛度，容易產(chǎn)生撓曲而影響正常的嚙合。Z1、Z2的薦用值見表1（具體選擇時應(yīng)考慮表中的匹配關(guān)系）。當(dāng)用于分度傳動時，Z2的選擇可不受限制。

蝸桿數(shù)Z1與蝸輪數(shù)Z2的薦用值I=Z2/Z1Z1Z2≈56293171542961143022961298212982載荷系數(shù)K

K=KA?Kβ?KV（使用）工作情況系數(shù)KA使用系數(shù)KA工作類型ⅠⅡⅢ載荷性質(zhì)均勻、無沖擊不均勻、小沖擊不均勻、大沖擊每小時起動次數(shù)<252550>50起動載荷小較大大KA11．151．2齒向載荷分析系數(shù)kβ當(dāng)蝸桿在平穩(wěn)載荷下工作時，kβ=1當(dāng)蝸桿在載荷變化較大時，kβ=1.3～1.6動載系數(shù)KV對精確制造，且蝸輪圓周速度V2≤3m/s時，Kv=1.0～1.1

V3>3m/s時，Kv=1.1～1.2彈性影響系數(shù)ZE對青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對，

圖：圓柱蝸桿傳動接觸系數(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，蝸桿傳動的承載能力主要取決于齒面膠合強(qiáng)度。但因目前尚無完善的膠合強(qiáng)度計算公式，故采用接觸強(qiáng)度計算是一種條件性計算，在查取蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力時，要考慮相對滑動速度的大小。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；LhLh為工作壽命，h；j為蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個輪齒嚙合的次數(shù)?；诣T鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力[σ]H（Mpa）材料滑動速度vs(m/s)蝸桿蝸輪<0.250.250.5023420或20Cr滲碳、淬火、45號鋼淬火，齒面硬度大于45HRC灰鑄鐵HT15020616615012795——灰鑄鐵HT200250202182154115——鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3——25023021018016045號鋼或Q275灰鑄鐵HT15017213912510679——灰鑄鐵HT20020816815212896——

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速度vs(m/s)≤45HRC>45HRC鑄錫磷青銅ZcuSn10P1沙模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄鋅鋅鉛青銅ZcuSnPb5Zn5沙漠鑄造113135金屬模鑄造128140注:錫青銅的基本許用接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=10,000,000時之值,當(dāng)N≠10,000,000時,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為第一對蝸輪蝸桿，4和5為第二對蝸輪蝸桿，2和3為第三對蝸輪蝸桿。第一對蝸輪蝸桿：1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：=3215872．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和傳動中心距a的比值d1/a=0.4由《機(jī)械設(shè)計》圖11-18中查得ZP=6.55.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=12.56mm直徑系數(shù)q=d/m=16齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=38mm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)證傳動比i=z2/z1=45/3=15誤差為0蝸輪分度圓直徑d2=mz2=180mm蝸輪吼圓直徑da2=d2+2ha=188mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=170.4mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=114-94=20mm第二對蝸輪蝸桿：1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：38297652．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和傳動中心距a的比值d1/a=0.4由《機(jī)械設(shè)計》圖11-18中查得ZP=0.85.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d1/a=0.567．蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿：軸的齒距Pa=14.13mm直徑系數(shù)q=d/m=12齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=45mm齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=63mm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=128.7mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=22.5mm第三對蝸輪蝸桿1．確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2：=1139336582．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和傳動中心距a的比值d1/a=0.4由《機(jī)械設(shè)計》圖11-18中查得ZP=0.85.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d1/a=0.427．蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿：軸的齒距Pa=28.26mm齒根圓直徑df1=d1-2(ha*m+c*m)=117mm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=360mm蝸輪吼圓直徑da2=d2+2ha=378mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=338.4mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-1/2d2=40.5mm4．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)計計算與校核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×Nd=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)計某一零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時，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。對工藝過程方案進(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，但又不能過分追求成本而犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量，這就需要設(shè)計時權(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)計說明書(論文)總結(jié)通過近四個月的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計，讓我學(xué)到了很多東西，它使我以往所學(xué)的知識進(jìn)行了一個大的匯總和貫穿，把零碎的知識進(jìn)行了整合，進(jìn)一步豐富了我的專業(yè)知識和專業(yè)技能。在這四個月中，也可以說是對我個人的獨(dú)立思考問題、獨(dú)立解決問題能力的一個考驗(yàn)。因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計不同于以往的課程設(shè)計，它是我進(jìn)入社會離開大學(xué)的最后一門課程，因此它的重要性和重要意義就非見一般。畢業(yè)設(shè)計是一個大的題目，它關(guān)系到以往所學(xué)知識的貫穿與匯總，并熟練應(yīng)用，否則難以完成，這也只是一個因素，并不是主要因素。因?yàn)閷W(xué)好了課本知識不一定回做好畢業(yè)設(shè)計的題目，因?yàn)樗嗽S多東西，它還需要我們上網(wǎng)查閱資料，利用工具書手冊查閱資料，需要我們多讀、多看、多研究才能出來的結(jié)果。畢業(yè)設(shè)計不同以往設(shè)計，它是對我們個人獨(dú)立能力的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兗磳⒆呦蛏鐣?，走進(jìn)不同的工作崗位，在那里我們沒有老師指導(dǎo)，只有自己的努力，因此對個人的獨(dú)立能力培養(yǎng)非常重要。以往設(shè)計是多個人共同做一個課題，之間可以相互詢問、借鑒，而畢業(yè)設(shè)計是一人一題，它需要更多的是自己的個人努力，而不是多人的共同努力，當(dāng)然我們也離不開老師和同學(xué)的幫忙。在設(shè)計過程中，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老師和同學(xué)，因?yàn)槲蚁Ｍ芸孔约旱呐ο热ネ瓿勺约阂鞯模吘宫F(xiàn)在在學(xué)校還可以有老師詢問，當(dāng)走想社會就基本全靠自己了，所以我想先培養(yǎng)一下自己，鍛煉在先了。通過這次設(shè)計，我貫通以往學(xué)習(xí)的知識，查閱了大量的資料和文獻(xiàn)，對每一個數(shù)據(jù)和過程都要追究根源，希望能夠明白她的機(jī)理。通過對材料的選用要考慮起是否滿足設(shè)備需求？是否價格合理？不能浪費(fèi)材料，盡可能望成本底且滿足要求的方面考慮。這次的畢業(yè)設(shè)計是我在學(xué)校的最后一次設(shè)計，也是最有意義的設(shè)計，它給了我許多的挑戰(zhàn)。它會讓我在今后工作中有一個好的工作態(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)計的整個過程中，我做了一次全面、較規(guī)范的設(shè)計，較全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過的知識，用理論聯(lián)系實(shí)際并結(jié)合機(jī)械設(shè)計課程和生產(chǎn)實(shí)際分析和解決實(shí)際問題，鞏固、加深和擴(kuò)展了有關(guān)機(jī)械設(shè)計方面的知識。尤其重要的是讓我們養(yǎng)成了科學(xué)的習(xí)慣，在設(shè)計過程中一定要注意掌握設(shè)計進(jìn)度，按預(yù)定計劃完成階段性的目標(biāo)，在圖的設(shè)計階段，注意設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計畫圖交替進(jìn)行，采用正確的設(shè)計方法。在整個設(shè)計過程中注意對設(shè)計資料和計算數(shù)據(jù)的保存和積累，保持記錄的完整性。在課程設(shè)計的實(shí)踐中進(jìn)行了設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。通過對通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動或簡單機(jī)械的設(shè)計，掌握了一般機(jī)械設(shè)計的程序和方法，有助于樹立正確的工程設(shè)計思想，培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計能力，為將來工作打好基礎(chǔ)。提高了我們的動手能力，對于以后我們的發(fā)展與工作來說，都可以看作一筆不小的財富，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)計說明書(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，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，向大學(xué)四年期間所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)表示由衷的感謝，我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計與大家的關(guān)心幫助是分不開的，感謝所有支持我的人。參考文獻(xiàn)1. 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