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摘 要

大型环锻件在经过热处理之后，由于内外部因素而产生了大量的残余应力，从而导致环锻件产生形变，降低了尺寸精度。针对这一现象，基于功能定理和主应力法对齿圈等环锻件的变形状态进行分析，计算获得了齿圈环锻件整形所需的整形力。基于理论分析结论，设计了齿圈环锻件整圆机。整圆机是通过液压千斤顶对齿圈环锻件施加整形载荷，通过机床卡爪固定齿圈，将椭圆形变形圈的标记变形最大处放置于整圆机挡块和千斤顶接触处，通过千斤顶产生的压力对其施加整形力，实现环锻件的冷整形。

关键词：齿圈 环锻件 残余应力 受力变形 整圆机

Design of correction mechanism for elliptical deformation of large ring forgings

Abstract

After the manufacture of large size ring gear, the internal stress of the material is released due to internal and external factors, which results in the deformation of the ring gear and reduces the dimensional accuracy. Aiming at this phenomenon, the deformation state of ring gear is analyzed based on function theorem and principal stress method, and the reshaping force required for ring gear shaping is calculated. Based on the conclusion of theoretical analysis, a ring gear ring forging round machine was designed. The full circle machine applies a shaping load to the ring gear forging through a hydraulic jack, fixes the ring gear through the machine tool jaws, and places the maximum deformation of the elliptical deformation ring at the contact point of the round machine stopper and the jack, which is generated by the jack Pressure exerts shaping force on it to achieve cold shaping of ring forgings.

Key Words: Gear Ring; Ring Parts; Deformation Force; Force Deformation; Rounding Machine

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 绪论………………………………………………………………………1

1.1课题研究背景………………………………………………………………1

1.2国内外研究现状……………………………………………………………2

1.3课题研究内容和方法………………………………………………………3

1.3.1待解决问题……………………………………………………………4

1.3.2采用的研究方法………………………………………………………4

1.4本章小结……………………………………………………………………4

第二章 齿圈环锻件整形力分析………………………………………………5

2.1齿圈环锻件局部受载原理…………………………………………………5

2.2齿圈环锻件弯曲力及其力矩分析…………………………………………6

2.3本章小结……………………………………………………………………8

第三章 整圆机设计……………………………………………………………9

3.1整圆机概述…………………………………………………………………9

3.2定位装置设计………………………………………………………………10

3.3减速电机选型………………………………………………………………11

3.4联轴器选型…………………………………………………………………12

3.5传动轴与键选型……………………………………………………………13

3.5液压千斤顶选型……………………………………………………………14

3.6螺栓选择及其强度校核……………………………………………………15

3.7本章小结……………………………………………………………………17

第四章 经济性分析……………………………………………………………18

4.1经济性分析…………………………………………………………………18

4.2环境安全性分析……………………………………………………………19

总结与展望………………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………21

致谢………………………………………………………………………………22

第一章 绪论

1.1课题研究背景

回转支承是大型机械结构中承担回转运动的关键部件，目前已广泛运用于工程机械、建筑机械、港口机械、风力发力、海洋平台、盾构机及军事装备等领域。回转支承作为设备的“运动关节”，承担着重要的转向功能，一旦失效将造成整机失效，甚至酿成重大事故。因此，可靠性、运转灵活及精度保证是回转支承产品主要质量指标。大型环锻件（直径可达10米）是回转支承的重要组成部分，由于其体积较大，且壁厚远小于其外径（比值小于0.1），这是一种非常薄的壁结构，这导致其在热处理工艺中会产生较大的形变，并且难以严格控制。这种变形，不仅会在热处理后增加锻件的磨削量，提高生产成本，而且有效预测变形量，并控制其变形，对于提高回转支承的承载性能及使用寿命，降低生产成本具有重要意义。

国内大型环锻件的制造起步于上世纪80年代初，和国外先进回转支承行业已超百年的历史相比，国内产品在原材料性能研究、热处理关键工序控制、大型环锻件及回转支承核心技术、工艺装备保证能力、以及试验检测手段上存在很大差距。由国内外研究成果可知，热处理工艺是对大型环锻件变形影响关键因素。大型环锻件热处理变形主要表现为胀缩度、锥度和椭圆度等三个方面。胀缩度是指在环锻件在热处理中存在内外温差，使其发生塑性变形，外径增大，在冷却时外径减少。锥度形成来源于环锻件的自重和长期暴露在成椭圆度，在对大型环锻件进行渗碳和淬火后，这种变形特别明显。环锻件的变形由诸如机械加工的残余应力、热处理期间的热应力和物体本身的应力引起的，热处理期间产生的应力对环锻件影响最大。应力是使环锻件产生变形的根本原因，引起环锻件变形的因素主要有：①锻造材料成分不相同，带来的应力；②由于热处理工艺的不正确布置而导致的环锻件产生结构差异，引起结构应力不均匀③加工过程的不正确配置导致环锻件内部应力分布不均。由此可见，材料结构成分、微观组织、工艺等各种因素会导致大型环锻件受力不均而发生畸变。因此，探索改善大型环锻件变形的热处理工艺，提出控制大型环锻件畸变的补偿方法是提升国产回转支承工作性能的关键。本课题致力于探索应力补偿方法，来控制变形，从而改善环锻件的变形情况。应力补偿变形是通过特定的外部设备来对铸件的锻造施以约束，最终控制环锻件的变形情况。本文设计了一款整圆机来进行应力补偿。图1-1为热处理的环锻件

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