机械毕业设计695钢坯火焰清理机的设计—排屑装置

摘要
本文设计了钢坯火焰清理机排屑系统，该排屑系统适用于大中型钢坯火焰清理的排屑，该排屑系统由两大部分组成，即动力系统部分和排屑系统部分，该设备采用了简单高效的刮板式排屑方式，本设备相比其余排屑机构最大的优点是能在比较恶劣的生产环境中工作，能够排屑各种状态，何种形状和温度的杂志，包括高温的铁屑，液体等等，性能稳定，制作成本效低。

该设备先通过漏斗状的容器把废屑收集起来然后通过由动力带动的运动的刮板把收集到的废屑排放到指定地点，此过程完全由设备自动完成，无需任何人力。

该设备的投产大大提高了排屑的能力和生产的自动化程度，更重要的是能够提高企业的生产效率和管理水平。

关键词：数控装置排屑系统数控机床
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
1 绪论
1.1 本课题研究的目的与意义 (4)
1.2 本课题国内外发展情况 (4)
1.3 本排屑系统的特点 (4)
2 系统总体方案的确定 (6)
2.1 设计思想 (6)
2.2 初选电机减速器系统方案 (6)
2.3 输送外传动系统的确定 (7)
2.4 系统总体方案的确定 (7)
3 电动机的选择 (9)
3.1 电动机的类型选择 (9)
3.2 电动机功率的选择 (9)
3.3 确定电动机型号 (9)
4 V带设计计算 (11)
4.1 传动比的分配 (11)
4.2 各轴的转速、功率和转矩 (11)
4.3 带传动方案的确定 (11)
4.4 带传动设计计算 (12)
4.5 带轮的结构设计 (13)
5 减速器设计 (13)
6 链传动设计的计算 (14)
6.1 链传动方案确定 (14)
6.2 链传动设计计算 (14)
6.3 链轮的结构设计 (15)
6.3.1 主、从动轮设计 (15)
7 排屑装置的保养与维护 (18)
7.1 排屑装置的保养 (18)
7.2 排屑装置的维护 (19)
结论 (19)
参考文献 (10)
致谢 (21)
绪论
1.1 本课题研究目的与意义
自动排屑装置的主要作用是将铁屑从加工区域排出到指定区域，另外，铁屑中往往混合着各种加工杂物，排屑装置要对各种形态的废屑进行自动排出，所以，自动排屑装置组要应用于高效率的机械。

1.2 本课题国内外发展概况
自动排屑装置，是随着机加工的发展而发展的。

但是长期以来，重主机，轻配套的状况使得自动排屑装置处理技术及设备发展迟缓。

80年代开始，重主机，轻配套的状况引起了各行业的注意，促使自动排屑装置处理技术及设备在此后的20多年里得到长足的发展。

现在常见的排屑装置有以下几种：
1、平板链式排屑装置
平板链式排屑装置以滚动链轮牵引钢制平板在封闭箱中运转，切屑用链
带带出。

这种装置在数控车床使用时要与机床冷却箱合为一体，以简化
机床结构。

2、刮板式排屑装置
刮板式排屑装置的传动原理与平板链式排屑装置基本相同，只是链板不
同，带有刮板链板。

这种装置常用于输送各种材质的短小切屑，排屑能
力较强。

3、螺旋式排屑装置
该装置是采用电动机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根长螺旋杆进行驱动的。

数控机床螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排人切屑收集箱。

螺旋杆有两种形式，一种是用扁型钢条卷成螺旋弹簧状，另一种是在轴上焊上螺旋形钢板。

它主要用于输送金属、非金属材料的粉末状、颗粒状和较短的切屑。

这种装置占据空间小，安装使用方便，传动环节少，故障率极低，尤其适于排屑空隙狭小的场合。

螺旋式排屑装置结构简单，排屑性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜直线方向排屑摇臂钻床，不能用于大角度倾斜、提升或转向排屑。

1.3 本排屑装置的特点
本文设计了钢坯火焰清理机排屑系统，该排屑系统适用于大中型钢坯火焰清理的排屑，该排屑系统由两大部分组成，即动力系统部分和排屑系统部分，该设备采用了简单高效的刮板式排屑方式，本设备相比其余排屑机构最大的优点
是能在比较恶劣的生产环境中工作，能够排屑各种状态，何种形状和温度的杂志，包括高温的铁屑，液体等等，性能稳定，制作成本效低。

该设备先通过漏斗状的容器把废屑收集起来然后通过由动力带动的运动的刮板把收集到的废屑排放到指定地点，此过程完全由设备自动完成，无需任何人力。

该设备的投产大大提高了排屑的能力和生产的自动化程度，更重要的是能够提高企业的生产效率和管理水平。

2 系统总体方案确定
2.1 设计思想
本课题是以及其经济性好，人性化设计，可靠性高，寿命长，结构简单，易于维修等为设计思想
2.2 初选电机减速器系统反感
（a）为带转动涡轮-涡杆减速器系统（b）为带传动-二级圆柱圆锥减速器系统
（c）为联轴器-二级圆柱斜齿轮减速器系统（d）为带传动-二级圆柱斜齿轮减速器系
图2.1 电机减速器系统方案
方案评价：
（a）方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现较大的传动比，但是由于涡轮涡杆效率低，功率损失大，很不经济。

（b）方案布局比较小，但是圆锥齿轮加工较困难，特别是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。

（c）方案中减速器选择合理，但本设计是用于自动排屑系统装置，工作速度很低，使用联轴器不利于减速，会增加减速器的成本，不够经济。

最终确定方案为（d）方案。

该方案的优缺点：
该工作机有轻微震动
，由于V带有缓冲吸震能力，采用V带传动能减小震动带来的影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率，载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅度降低成本。

减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种，齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度，高速及齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀现象。

电动机部分为Y系列三相交流，异步电动机。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，使用工作条件，工作可靠，此外还结构简单，成本低，传动效率高。

2.3输送外传动系统的确定
（a）带传动
（b）履带传动
（c）链传动
方案评价：
（a）方案成本较低，但是防腐蚀性不强。

（b）履带主要用在坦克等触地设备，在此处用履带传动很不经济。

（c）方案中链传动选择合理。

最终确定方案为（c）方案
该方案的优缺点：
链传动的传动比精确，传动效率高，链传动对轴的作用力较小，链传动尺寸较紧凑，链传动对环境的使用能力较强，链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节量较小。

2.4总体方案的确定
方案为：电动机——带传动——减速器——链传动
如下图：
图2.2 系统总体方案
3 电动机型号的选择
3.1 电动机类型选择
根据动力源和工作条件，选用交流电机，Y系列三项异步电动机
3.2电动机功率的选择
根据链传输机结构的布置由已知条件链传动机构承受的铁屑质量为为此排屑的质量，即为 2.28（最大板宽度）×4（最大版长度）×0.01（平均每次清理厚度）×7.85×1000（普通刚的的密度）=716kg的铁屑，即7016N（取G=9.8），取3000，链的传动速度为（烧嘴速度为V=8M/MIN,每次清理宽度为100mm，所以清理一面的时间为（2.28×10×4）/8=11.4min，取12min，搜所以每12分钟便有2806.72N铁屑排出，假设一次清理的铁屑分连词排出，算的6min/次，总行程为3.6M，3.6/6=0.6m/min，由于传动机构还受链条摩擦力f和刮板的重力分量F1。

由上述可知总的载荷为F=f+F1+3000
设所选链型号为56B，P=76.2mm,单排质量Q=22.6kg/m，总长度为10m，刮板尺寸为500mm×300mm×10,选用普通碳素钢密度为7.85，相邻刮板之间的距离为五个节距88.9×6=533.4mm，F1约为2193N，f约为5880N
F=5880+2193+7016=15089
则工作机有效功率为P=FV=15089×0.01=0.151KW
由已知条件得电动机有效功率为Pd=P/η，式中η为系统总的传动效率
电动机到链传动总的传动效率为η=η1×η22×η36×η4×η 5
式中：η1为V带传动效率，η2为闭式齿轮的传动效率，η3为圆锥滚子轴承的传动效率，，η4为联轴器的传动效率，η5为链传动效率
查表：η1=0.95 η2=0.97 η3=0.98 η4=0.99 η5=0.96
代入上式：η=0.723
所以电动机的有效功率Pd=p/η=0.209KW
所选电动机的额定功率必须满足Pe>Pd
3.3确认电动机型号
根据已知条件本排屑装置的输送速度为：
Nw=V×60×1000/Z1×P=11.04
选取电动机型号为Y2-90S-8,同步转速为750r/min,对应额定功率为0.37KW，外
伸轴直径24mm
方案电机机型号额定功率
(KW) 同步转速
（r/min）
满载转速
（r/min）
总传动比i
1 Y2-90S-8 0.37 750 700 65
4、V带的设计计算
4.1 传动比的分配
4.1.1、计算总的传动比：i=Nm/Nw=715/11=65
4.1.2、传动比的分配：i1=3,i2×i3=i/i1=21.66
4.1.3、双极斜齿圆柱齿轮减速器高速级的传动比为5
4.1.4、低速级传动比：i3=4.33
4.2 各轴的转速，功率和转矩
转速：N1=715/3=238.33R/MIN
功率：P1=Pd×η4=0.209×0.95=0.199KW
扭矩：T1=9550P1/N1=9550×0.199/238.33=7.97N。

M
转速：N2=238.33/5=47.67R/MIN
功率：P2=P1×η2×η3=0.199×0.97×0.98=0.189KW
扭矩：T2=9550P2/N2=9550×0.189/47.67=37.86N.M
转速：N3=47.67/4.33=11.01R/MIN
功率：P3=P2×η2×η3=0.189×0.97×0.98=0.180KW
扭矩：T3=9550P3/N3=9550×0.180/11.01=156.13N.M
转速：N4=N3=11.01R/MIN
功率：P4=P3×η1×η5=0.180×0.99×0.96=0.17KW
扭矩：T4=9550P4/N4=9550×0.17/11.01=147.46N.M
表1.1各轴的运动与动力参数
轴号转速（r/min）功率（KW）扭矩（N.M）
1 238.33 0.199 7.97
2 47.67 0.189 37.86
3 11.01 0.180 156.13
4 11.01 0.17 147.46
4.3 带传动方案的确定
外传动带选为普通V带传动
4.3.1、确定计算功率：Pc a
(1)查文献得工作情况系数Ka=1.2
（2）Pca=Ka×P=1.2×0.151=0.1812
4.3.2、选择V带型号
选A形V带
4.4带传动设计计算
4.4.1、确定带轮尺寸d1,d2
（1）根据带轮要求去小带轮尺寸为d1=160mm
d 1/2<H=82.5(电机中心高符合要求)
（2）验算带速求得：
V=n1×π×d1/(60×1000)=715×3.14×160/60000=5.99m/s
（3）从动带轮尺寸
d 2=i×d1=×160=480mm
4.4.2、确认中心距
（1）初定中心距a和带长Ld
0.7(d1+d2)<a0<2(d1+d2)
448<a0<1280 取a0=1000
（2）带的计算长度Lc
Lc=2a0+π/2（d1+d2）+(d1+d2)2/4a0=2×1000+3.14/2×640+640×640/4000=3107.2
取基准长度为Ld=3200MM
（3）确定中心距a
a=a0+(Ld-Lc)/2=（1000+（3107-3200）/2=953.5mm
（4）确定中心距范围：
Amax=a+0.03Ld=953.5+0.03×3200=1049.5mm
Amix=a-0.015Ld=953.5-0.015×3200=905.5mm
4.4.3、验算小带轮包角α1，
α1=180-(d2-d1)/a×60=159.86>120
4.4.4、确定V带根数Z
Z>Pca/(P0+ΔP)KαKl
P0为单根V带的基本额定功率，Δp0为I≠1是单根V带额定功率增量，Kl为带长修正系数，Ka为小带轮包角系数
P0=1.51 Δp0=0.09 Ka=0.93 KL=1.13
代入得Z=2
4.4.5、确定单跟初拉力F0
F0=500×Pca/VZ(2.5/Ka-1)+qv2=16.37N
查表的q=0.1kg/m
4.4.6、计算对轴的压力Fp
Fp=2ZF0sin(α1/2)=2×2×16.37×sin(159.86/2)=64.47
4.5带轮的结构设计
4.5.1、小带轮的设计
因为小带轮基准直径d1=160<300,故可采用实心式结构
带轮宽：B=（Z-1）e+2f=35
式中：e为槽间距，取e=15，f为第一槽对称面值断面的距离，f=10 轮毂宽：L=（1.5-2）d=43.2
轮毂外直径：d1=1.9d=45.6
带轮外径：da=dd+2Ha=160+2×2.75=165.5
查得Ha=2.75
轮缘宽：δ=8mm
基准线下深槽：10mm
简图如下：
4.5.2、大带轮设计
因为基准直径d2=480>300故可采用轮辐式
带轮宽：B=（Z-1）e+2f=(2-1) ×15+2×10=35mm
轮毂宽：L=（1.5-2）d=1.8×60=108
轮毂外直径：d1=1.9d=114mm
带轮外径：da=dd+2ha=480+2×2.75=485.5
轮缘宽：δ=8mm
基准线下深槽：10mm
由以上数据，大带轮结构简图如下：
5 减速器的选择
5.1 减速器的型号的选择
由于，该工作机有轻微震动，由于V带有缓冲吸震能力，采用V带传动能减小震动带来的影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率，载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅度降低成本。

减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种，齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度，高速及齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀现象。

电动机部分为Y系列三相交流，异步电动机。

总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，使用工作条件，工作可靠，此外还结构简单，成本低，传动效率高，故采用二级圆柱斜齿轮减速器
5.2 减速器参数的选择
减速器的传动比为64:1，输入轴与输出轴异边。

输入轴的转速：N1=715/3=238.33R/MIN
功率：P1=Pd×η4=0.209×0.95=0.199KW扭矩：T1=9550P1/N1=9550×0.199/238.33=7.97N。

M
输出轴的转速：N3=47.67/4.33=11.01R/MIN功率：P3=P2×η2×η3=0.189×0.97×0.98=0.180KW扭矩：T3=9550P3/N3=9550×0.180/11.01=156.13N。

M
由于减速器的选型参数已经基本确定，即可以根据要求购买，故减速器的设计在此不一一介绍
6、链传动设计的计算
6.1 链传动方案的确定
6.2链传动的设计计算
6.2.1、选择从动链轮齿数
取传动比为i=1 取Z2=29
6.2.2、选择主动链轮齿数
Z1=iZ2=1×29=29＜120
故合理
6.2.3、确定计算功率
已知链传动工作平稳，设计功率为
Pd=KaP/KzKm=1×0.151/1.579×1=0.096kw
式中：P-传递功率KV
Ka-工矿系数，取Ka=1.0
Kz-小链轮齿数系数，取Kz=1.579
Km-多排链排数系数，去Km=1
6.2.4、链条节距选用
根据设计功率Pd(取Pd=P0)和小链轮转速n1,选用56B号链条，查表节距P=88.9,
设链长10M
6.2.5、计算链轮尺寸
D1=P/（sin180/Z1）=88.9/sin(180/29)=822.4mm
D2= P/（sin180/Z2）=88.9/sin(180/29)=822.4mm
6.2.6、初定中心距
中心距暂取3540（根据漏斗长决定）
6.2.7、链条长度及链长节速
链长：L=10M
链条节数：Lp=L/P=10000/88.9=112.49
元整偶数节，取Lp=114
链速：V=Z1N1P/60×1000=29×11.04×88.9/（60×1000=0.47<0.6m/s 属于低速运动
6.3 链轮的结构和尺寸
6.3.1 主、从动轮设计
1.链轮材料和工艺
链轮材料为45钢，硬度为40-50HBS。

2.链轮的结构和尺寸
由前面设计可知D1=D2=822.4 P=88.9 Z1=Z2=29
链轮结构如下：
链轮结构简图
轮毂厚度：h=K+Dk/6+0.01d=9.5+220/6+0.01×822.4=54.4mm
由于d=822.4 K取9.5
轮毂长度：L=3.3h=3.3×54.4=179.5mm
轮毂直径：Dh=Dk+2h=220+2×54.4=328.8mm
齿宽Bf1=0.93×b1=49.6mm
B1为内链节宽度
齿侧倒角：
Ba=0.13p=0.13×88.9=11.56mm
齿侧半径：Rx=P=88.9mm
齿全宽：Bfn=(n-1)Pt+Bf1=49.6mm
1，基本参数和主要尺寸
分度圆直径：D1=D2=822.4mm
齿顶圆直径：Da max=d+1.25p-d1=822.4+1.25×88.9-53.98=879.545
式中：d1-滚子直径查表得d1=53.98
Da min=d+p(1-1.6/Z)-d1=822.4+88.9×（1-1.6/29）-53.98=852.42mm 取Da=866.0mm
齿根圆直径：
Df=D-D1=822.4-53.98=768.42mm
分度圆弦齿高：Ha max=(0.652+0.8/Z)p-0.5d1=31.02mm
Ha min=0.5（p-d1）=17.46
取Ha=24.24mm
最大齿跟距高：
Lx=dcos90/Z-d1=822.4×cos(90/29)-53.98=767.21mm
4.链轮公差
查表得
齿表面粗糙度：Ra=6.3um
齿根圆极限偏差量柱测量距极限偏差：
由于:Df=768.42mm查表得：上偏差0，下偏差h11
量柱测量距：
Mr=dcos90/Z+dr=822.4×cos(90/29)+53.98=875.17mm dr=d1
式中：dr-量柱直径，DR=D1,量柱技术要求为：极限偏差为：上片车+0.01，下偏差：0；表面粗糙度Ra=1.6um；表面硬度为：55-60HRC。

链轮孔和根圆直径之间的跳动量：
不能超过max(0.008df+0.08,0.15)=0.15
轴孔到链轮齿侧平直部分的断面跳动量：
不能超过max(0.009df+0.08,0.14)=0.14
孔径：H8
齿宽：H14
7 、排屑装置的保养与维护
7.1 排屑装置的保养
排屑装置是必备附属装置，其主要作用是将铁屑从加工区域排放到机床之外，迅速，有效的排除切屑才能保证正常的加工。

排屑装置的安装位置一般都尽可能的靠近铁屑排除区域，次排泄装置应该装在加工区域的正下方，以利于简化排泄装置结构，减小设备的占地面积，提高排屑效率。

排除的铁屑一般都落入铁屑收集箱或小车中，有的则直接排入车间排屑系统。

刮板链条式排泄装置是一种具有独立功能的附件，接触电源之前应将车减速器润滑油是否低于油面线，如果不足，应加入40号全损耗系统用油至油面线，电动机启动后，应立即检查链轮的选装方向是否与箭头所指示方向相符，吐过不相符应立即改正。

排屑装置链轮上装有过载保险离合器，在制作时已作了调整，如电动机启动后，发现摩擦片有打滑现象，应立即停止开动，检查链带是否被异物卡住或其他原因。

应该定期对排屑装置重要不见如：减速器、链条等进行一般润滑，以提高排屑装置的寿命。

8.2 排屑装置的维修
如排屑装置出现故障，不能顺利运转，则可从以下方面找原因。

1）摩擦片的压紧力是否足够，先检查碟形弹簧的压缩量是否在规定的数值之内；碟形弹簧自由高度为8.5mm，压塑量应为2.6-3mm，若这个数值之内，则说明压紧力已足够了；如压塑量不够，可均衡的调整3只M8压紧螺钉。

2）若压紧后还是继续打滑，则应全面检查卡主的原因。

结论
至此，排屑装置的设计成功，它是针对市场的需求而设计的，从而能有效的满足当今市场上对排屑装置的需求，它具有如下的优点；传动平稳，传动效率高，生产效率高，劳动强度低，产品质量好，经济性好，人性化等优点。

本设计中，主要完成了以下方面的内容：
（1）对现有的排屑装置进行分析，系统方案进行比较，选出最优，最合理的方案。

（2）完成电机的选择，带传动设计，减速器的设计，链传动等结构的设计。

（3）进行机械系统部分计算及选取相关的机械零件
（4）画出排屑装置的总体结构图，及相关零件图。

当然，任何产品刚设计出来都不会是完善的，毫无缺陷的，必须在实践之中发现它的不足，再进行改进，如此反复，才能最终达到满意的效果，经过客观的分析后，本设计以经济
性为第一设计思想，可能存在如下不足，如减速器整体结构稍大，造成整个排屑机头的布置占用空间大；设计过程在人性化的考虑还不够等等。

这些问题只有在实践中采取相应的措施才能不断完善。

参考文献
1.何玉林，沈荣辉，贺元成，机械制图。

重庆；重庆大学出版社2000 1-37
2.成大先，机械设计手册，单行本，机械传动；化学工业出版社2004 12-4 13-479
3.周明衡。

减速器选用手册北京：机械工业出版社1992 134-204
4.罗善明。

带传动理论与新型带传动北京：国防工业出版社2006 46-57
5.张德泉陈思夫机械制造装备及其设计天津天津大学出版社2003 240-247
6.中国标准出版社中国机械工业标准汇编链传动卷北京中国标准出版社全国链传动标准化技术委员会2003 203-255
7.郑志峰链传动设计与应用手册北京机械工业出版社1992 134-204
8.吴宗泽机械零件设计手册北京机械工业出版社2003 288-317 575-641
9.席伟光杨光李波机械设计课程设计北京高等教育出版社2003 58-96 163-259
10.孙志李冷兴聚威延刚曾海泉机械设计东北大学出版社2003 585-658 808-937
11.纪名刚机械设计第8版高等教育出版社2006 103-113 143-235
12.王少怀机械设计师手册北京机械工业出版社1989 290-347
13.N.Acherkan.Machine tool design voll&2.Mir publishers.1982
致谢
本论文是在胡自化老师的细心知道下完成的，在我即将完成学习之际，我中心的感谢胡老师给我的关心和帮助，胡老师渊博的学识，严谨的治学态度，平易近人的作风和认真负责的工作态度让我们受益匪浅。

从胡老师那里我们学到了很多专业知识和相关的设计方法，在此，谨向恩师表示最真诚的感谢。

此外，还要感谢所有给过我帮助的同学，他们也为我的毕业设计提供了不少的意见和建议，在此谨表示诚挚的谢意。

感谢答辩委员会的各位老师，感谢你们在百忙之中抽出宝贵的时间批阅论文，出席答辩并不吝提出宝贵的指导性建议。

附录一:英文翻译原文。