学院本科毕业设计（论文）电子束冷床炉进料系统的设计 学生： 一剑 学生学号： 6 院 （系）： 机械工程学院 年级专业：2011级机械设计制造与其自动化指导教师： 唐锐 副教授 二0一五年五月 / 摘 要钛合金铸锭中经常出现高密度夹杂和低密度夹杂等冶金缺陷，成为钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低零部件的使用寿命 1 。为了生产优质高洁净航空发动机转动件用钛合金，在 20 世纪 80 年代末，国际上引入了冷床熔炼技术。到目前为止，美国 3大钛公司均装备了冷床炉，并已形成 35 000 t/a 的冷床炉生产能力。美国约 40%的飞机发动机旋转件用钛合金铸锭是通过冷床炉+真空自耗电弧炉熔炼生产的。电子束冷床炉熔炼技术除能比较好的消除高密度和低密度夹杂，获得细晶均质铸锭外，还具有很多优点，可以大幅度降低钛合金板材的生产成本 2 ：能大量回收残料，可以 100%的利用残料作原料；可生产扁锭、空锭，减少板材与管材生产时的后续加工；对某些用途可以一次熔炼成锭。美国率先针对电子束冷床炉单次熔炼技术展开了研究，电子束冷床炉单次熔炼 Ti-6Al-4V 合金铸锭直接轧制的板材有望在航空、兵器等领域获得实际应用，并形成了 AMS 6945 标准。本课题的目的是通过查阅已有的棒状自动化或半自动进料系统，完成原料钛（棒状）进料系统结构设计和力学分析计算，学习如何综合应用本专业的知识进行资料的查阅、方案的拟定和设备的具体设计，熟悉机械图样的绘制方法，熟练掌握计算机绘图的技能，通过此次设计，提高分析问题、解决问题的能力，培养认真、踏实、严谨的工作作风，最终达到机械专业毕业设计要求。关键词：链轮，电动机，滚珠丝杠，减速器ABSTRACT Titanium alloy ingot casting often appear in the metallurgical defects such as high density inclusion and low density inclusion, become fatigue crack source of titanium alloy parts, reduce the service life of parts 1. In order to produce high quality clean aeroengine rotating part with titanium alloy, in the late 1980 s, the cooling bed smelting technology is introduced in the world. So far, titanium 3 big companies in the United States are equipped with cooling bed furnace, and has set up a form of 35, 000 t/a cooling bed furnace production ability. About 40% of the aircraft engine rotating parts with titanium alloy ingot is through the cooling bed furnace + vacuum since the electricity arc furnace smelting production. Electron beam cooling bed furnace smelting technology in addition to can better eliminate high density and low density inclusion, get fine grain homogeneous ingot casting, but also has many advantages, can greatly reduce the production cost of titanium alloy sheet 2 : to a large number of recycling scrap, can be 100% of the residual material is used as the raw material; It can produce flat ingot ingot, empty, reduce the sheet and pipe production follow-up processing; For some purposes can be a melting into ingots.Keywords：Chain wheel, motor, ball screw, gear reducer目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1电子束冷床熔炼的简介11.2电子束冷床熔炼的技术现状11.3电子书冷床熔炼的发展21.43 电子束冷床熔炼和其他熔炼方法对比的优缺点21.5我国未来电子书冷床熔炼技术改进方向31.6选题研究的目的42 进料系统的工作原理与主要部件结构52.1电子束冷床炉进料系统的工作原理52.2电子束冷床炉进料系统的主要部件52.3滚子链传动的设计计算32.3.1滚子链的设计32.4.链轮设计计算102.4.1大链轮的设计计算112.4.2小链轮的设计计算132.4.3滚子链的材料的选择和处理132.5滚珠丝杠的设计142.5.1纵向滚珠丝杠的设计计算143 进料系统主体结构设计223.1原始参数223.2传动方案的确定223.3电动机的选择243.3.1电动机类型的概述243.3.2根据功率选择电动机253.4传动装置的运动和动力参数263.4.1丝杠传动比分配263.4.2总传动比分配263.4.3减速器中各轴的转速计算263.4.4减速器中各轴的功率计算273.4.5计算各轴转矩273.5高速级齿轮传动设计计算283.5.1高速级齿轮材料的选择283.5.2高速级齿轮传动初步计算293.6低速级齿轮传动设计计算333.6.1低速级齿轮传动初步计算333.7减速器轴的设计计算373.7.1计算轴的最小直径373.7.2齿轮轴的校核383.8滚动轴承的选择413.9减速器机体的设计计算424 联轴器的选取454.1联轴器的选择455 固定架的设计465.1固定架的形式465.2固定架的校核476 进料系统的日常维护507 结 论518 参考文献529 致531 绪论1.1电子书冷熔炼的简介电子束冷床炉（EBCHR）熔炼在 20 世纪 60 年代发展起来， 经过近 50 年的发展， 在优质钛与钛合金锭坯的生产中已占据相当重要的地位。与传统的真空自耗电弧熔炼相比，EBCHR 熔炼具有能去除高、低密度夹杂物，可以熔炼原始炉料和 100%钛残料与低品质海绵钛，直接生产出诸如圆、方形截面的铸锭与板坯锭等许多优点。在钛科技界，钛冷床炉熔炼被认为是近 20 年来钛冶金史上一项重要的成就。钛合金铸锭中经常出现高密度夹杂和低密度夹杂等冶金缺陷，成为钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低零部件的使用寿命 1 。为了生产优质高洁净航空发动机转动件用钛合金，在 20 世纪 80 年代末，国际上引入了冷床熔炼技术。到目前为止，美国 3大钛公司均装备了冷床炉，并已形成 35 000 t/a 的冷床炉生产能力。美国约 40%的飞机发动机旋转件用钛合金铸锭是通过冷床炉+真空自耗电弧炉熔炼生产的。电子束冷床炉熔炼技术除能比较好的消除高密度和低密度夹杂，获得细晶均质铸锭外，还具有很多优点，可以大幅度降低钛合金板材的生产成本 2 ：能大量回收残料，可以 100%的利用残料作原料；可生产扁锭、空锭，减少板材与管材生产时的后续加工；对某些用途可以一次熔炼成锭。美国率先针对电子束冷床炉单次熔炼技术展开了研究，电子束冷床炉单次熔炼 Ti-6Al-4V 合金铸锭直接轧制的板材有望在航空、兵器等领域获得实际应用，并形成了 AMS 6945 标准。1.2电子束冷床熔炼的技术现状（1）国外应用目前，冷床熔炼技术在国外发展较快，应用最广，尤其是美国，其冷床熔炼技术发展最成熟， 生产能力最大， 产能占钛熔炼产能的45%。形成了 “冷床熔炼+真空自耗熔炼” 生产转子叶片级优质钛材的工业标准级生产方法，并纳入相应航空标准。 同时， 美国还积极发展钛锭一步法熔炼技术，经一次冷床炉熔炼的扁锭， 直接轧制成钛板带， 应用于从装甲到体育休闲的多种工业产品，在军用和民用领域得到了推广应用。国外仍一直致力于冷床熔炼技术的研究和发展。（2）国应用等离子冷床炉， 目前国有两台， 分别是航空材料研究院的PAM525型和宝钢特钢厂的3300kW等离子冷床炉，前者生产的铸锭最大仅200kg， 同时因无法解决昂贵的氦气供应问题，仅在科研试制方面有所应用 ；宝钢特殊钢已完成设备安装、 正在调试， 还未开展工业化生产。 因此， 等离子冷床炉国应用有待进一步提高。1.3电子束冷床熔炼的发展 电子束冷床熔炼技术已经成为生产优质钛合金铸锭和降低钛合金铸锭生产成本的关键技术，在美国、日本等钛生产大国占有越来越重要的地位。我国冷床熔炼技术发展较晚，主要是我国航空发展对优质钛合金铸锭的需求较小。2000 年，西北有色金属研究院安装了一台德国生产的 500 kW 电子束冷床熔炼炉。这台炉子有 2 个各 250 kW 的电子枪，可生产直径为 100300 mm，长度为 1800 mm 的铸锭，熔炼的钛合金铸锭最大质量可达 450 kg。宝钛集团于 2005 年从德国引进了一台 2400 kW 的电子束冷床熔炼炉。这台炉子由 4 个 600 kW 的电子枪提供热源， 1 个电子枪用于熔化原料， 2 个用于扫描冷床液态熔池表面，提供精炼所需的能量，另 1 个电子枪扫描凝固坩埚。不可再生资源的循环利用和可持续发展战略的实施，以与随着我国钛工业的快速发展和大飞机项的启动，对航空发动机用优质高洁净钛合金的需求逐步增加，这些都将促进我国的钛合金电子束冷床熔炼技术的开发和应用。1.4电子束冷床熔炼和其他熔炼方法对比的优缺点项目名称电子束冷床炉熔炼EBCHM等离子冷床炉熔炼PACHM真空自耗电弧熔炼VAR真空非自耗电弧熔炼NC真空感应熔炼CCM电渣熔炼ESR铸锭端面形状圆形、异性圆形、异性圆形圆形、异性圆形、异性圆形、异性脱气效果最优有限有限有限有限有限去除HDI、LDI最优最优有限优/有限一般一般真空度/Pa0.13310-3惰性气体0.1331013250.0136.65惰性气体36603990惰性气体惰性气体3325050540相对密度/%1009810095100100100表面质量良好良好一般一般一般较好熔炼