鋁及鋁合金用立式淬火空氣加熱爐鏈輪軸的改進

立式淬火空氣循環(huán)加熱爐供鋁合金制品在530℃以下淬火使用，最大裝爐量為1500kg。吊料裝置中在爐頂通風口處有一鏈輪裝置，鏈輪與其內(nèi)的光軸為間隙配合，工作時鏈輪運轉(zhuǎn)而其中的軸固定不動，因吊料的重量比較大，鏈輪運轉(zhuǎn)時振動較大，工作時爐頂溫度較高，且軸與鏈輪之間沒有潤滑劑，這樣對軸的磨損較大，致使軸的壽命非常短。為了解決這一問題，設計者在軸與鏈輪之間加一銅套，雖然對軸的磨損有一些改善，但問題仍然存在，兩個月左右就要更換一次新軸，這不但浪費了材料，而且增加了工人的勞動強度，甚至于耽誤生產(chǎn)進度。

一、解決方案

初步設定將光軸設計成階梯軸。軸與鏈輪之間用一平鍵連接，使軸與鏈輪一起轉(zhuǎn)動，而鏈輪相對于軸不動。在階梯軸的兩邊安裝軸承，這樣可使用潤滑劑，減少對軸的摩擦。由于爐頂溫度很高，為了使軸承及潤滑油在正常狀態(tài)下工作，必須加大軸的長度，使兩邊的軸承及潤滑油遠離散熱口。考慮到溫度因素，這里選用的潤滑劑為二流化鉬潤滑劑，它可以耐潮濕及高溫。

二、軸的設計

1、確定軸的各段直徑及長度 軸的材料采用1Cr18Ni9Ti，該合金可以耐高溫。鑒于有關(guān)專業(yè)人士已將原光軸的直徑定為Φ60mm，且各方面的強度及剛度經(jīng)校核均符合要求，為了節(jié)省人力物力，設定不改變安裝鏈輪處軸的直徑，即安裝鏈輪處的直徑為dⅣ－ⅤΦ60mm，安裝軸承為了使軸承遠離通風口，將軸的總長度定為540mm，安裝軸承處的直徑尺寸為dⅠ－Ⅱ=dⅥ－Ⅶ=Φ55mm。考慮軸承主要承受徑向力作用，參照工作要求并根據(jù)軸的直徑為Φ55mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取2系列、標準精度級的雙列向心球面球軸承1211，其尺寸為d×D×T=55×100×21，因此lⅠ－Ⅱ=lⅥ－Ⅶ=21mm。左邊軸承利用軸肩和端蓋進行軸向定位，取軸肩定位高度為5mm，則dⅡ－Ⅲ=65mm。因安裝鏈輪處軸直徑為Φ60mm，鏈輪左端采用軸肩定位，軸肩高度h＞0.07d，取h=5mm，則軸肩處的直徑dⅢ－Ⅳ=70mm，軸肩寬度b≥1.4h，取b=10mm，即lⅢ－Ⅳ=10mm，為了便于安裝鏈輪，安裝定位套筒處的直徑定為Φ59mm，因鏈輪寬度為180mm，取lⅣ－Ⅴ=179mm，則根據(jù)軸的總長度可確定lⅤ－Ⅵ=159.5mm。各段軸的長度為lⅠ－Ⅱ=21mm，lⅡ－Ⅲ=149.5mm，lⅢ－Ⅳ=10mm，lⅣ－Ⅴ=179mm，lⅤ－Ⅵ=159.5mm，lⅥ－Ⅶ=21mm。

2、軸上零件的周向定位 鏈輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按dⅣ－Ⅴ=60mm，查手冊可得平鍵截面b×h=18mm×11mm（GB/T1096－1979），鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為160mm，同時為了保證齒輪與軸配合的良好性，選擇鏈輪輪轂與軸的配合為Φ60H7/n6。由手冊查得鍵槽深度軸t=7.0+0.20，轂t1=4.4+00.2。

3、軸上載荷 軸上主要承受的力為鏈輪所吊重物的重力，立式淬火空氣循環(huán)電阻加熱爐最大可承受1500kg的力，考慮安全系數(shù)，取k=1.2，則鏈輪受力F=kg=17640N，經(jīng)現(xiàn)場測量F與水平面的夾角約為18.5°，則軸所受徑向力Fr=F×sinα=5578N，切向力Ft=F×cosα=16734N，雙列向心球面球軸承的支點位置a=21/2=10.5mm，作出軸的受力簡圖。

徑向支反力FNr=2789N；所受彎距Mr=723745.5N。

切向支反力FNt=8367N，所受彎距Mt=217123.6N.mm。

則軸受合彎矩M=√Mr2+Mt2=228868.4N.mm

軸所受扭矩 T=Ft×d/2=502020N.mm。

（1）按彎扭合成應力校核軸的強度 在校核軸的強度時，只須校核軸上最危險截面B的強度。

則B處軸的抗彎截面系數(shù)W=π×d3/32－bt（d-t）2/2d

即W=π×（60）3/32－18×7×（60-7）2/2×60=18256.3mm3

根據(jù)公式σca=√M2+（aT）2/W因扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取a=0.6

即σca =√（228868.4）2+（0.6×502020）2/18256.3

=20.72Mpa＜【σp】符合強度要求。

（2）鍵的強度校核 鍵、軸和輪轂的材料都是合金鋼，由《機械設計》第七版

表6-2查得許用擠壓應力【σp】=100～120 Mpa，取其平均值，【σp】=110Mpa。鍵的工作長度l=L-b=160mm-18mm=142mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=4mm，普通平鍵聯(lián)接的強度條件，由式（6-3）可得【σp】= 2T×103/kld=29.5Mpa＜【σp】。符合強度要求。

三、裝配方案

在爐頂兩邊角鋼上分別連接軸承座，以便安裝軸承及支撐軸，軸承外圈用軸承端蓋固定，外側(cè)內(nèi)圈用壓板限位，在軸的兩側(cè)分別鉆兩個M6的螺紋孔，以安裝壓板；軸承內(nèi)側(cè)內(nèi)圈一端用套筒定位，一端用軸肩。鏈輪與軸用鍵聯(lián)接并周向定位，其配合尺寸為過度配合，鏈輪一端用套筒軸向定位，另一端用軸肩，套筒與軸的配合為間隙配合。

四、總結(jié)

立式淬火空氣循環(huán)電阻加熱爐鏈輪軸的改進光軸的一些缺點，減少了軸的磨損，緩解了吊料裝置工作時的振動，延長了軸的壽命，減少了工人的勞動強度，也節(jié)省了材料。為公司節(jié)約了成本，同時也為同行業(yè)人員提供了豐富的實踐經(jīng)驗。