冷軋機(jī)換輥臺(tái)車設(shè)計(jì)【說(shuō)明書+CAD】

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According original designed, roll changing car was moved by a chain system and a ratchet system. The process was too complicated and it spends a lot of time on roller changing. After it was redesigned, roller changing time was shortened and efficiency was highly improved. 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II This paper outlines the development of domestic and international situation of the rolling car and its development direction. I mainly designed rolling car for PC main roller mill. It used motor to provide electrical power so that sprocket on the output shaft of reducer can roll on the sprocket fixed chain. So rolling car could move along the orbit. It uses hydraulic cylinders to pull hook around the pin rotation, or push or pull hook, so that pulled out or push in the work roll. Rollers changed work could be eventually realized. In the process of designing a car, the driven scheme design, working principle statement, lubrication and environmental protection and economic analysis have been done. The paper mainly focuses on the structural design of car, the choice of motor and working parameters, the calculation and verification of the main components. On the basis of consulting the relevant materials and using forefathers experience for reference, through the design and analysis of rolling car, every indicators reaches the demands, this design has a certain value in actual using. KEYWORDS：Roll changing；Car of roll set ；Chain；Ratchet system；Driving car 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 第 1 章 緒論 .1 1.1 換輥小車的概述 .1 1.1.1 換輥小車的用途 .1 1.1.2 換輥小車的類型 .1 1.1.3 換輥小車的動(dòng)力結(jié)構(gòu) .2 1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)換輥小車的研究 .3 1.3 課題的背景及意義 .5 1.4 本文主要研究工作 .6 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 .8 2.1 換輥小車的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與選擇 .8 2.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) .8 2.1.2 電機(jī)的選擇 .9 2.2 鏈輪與液壓缸的選擇 .9 2.2.1 鏈輪的選擇 .9 2.2.2 液壓缸的選擇 .9 2.3 本章小結(jié) .10 第 3 章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .11 3.1 原始數(shù)據(jù) .11 3.2 換輥小車所需驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 .11 3.3 電機(jī)的選擇 .12 3.3.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 .12 3.3.2 選擇電機(jī)的容量 .12 3.3.3 電機(jī)的校核 .13 3.4 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 .14 3.4.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 .14 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 3.4.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 .14 3.4.3 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .14 3.5 本章小結(jié) .15 第 4 章 主要零部件的選擇、設(shè)計(jì)和校核 .16 4.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)與校核 .16 4.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 .16 4.1.2 選擇材料 .16 4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) .16 4.1.4 蝸桿與蝸輪主要幾何尺寸計(jì)算 .18 4.2 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(一) .20 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) .20 4.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) .20 4.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) .23 4.2.4. 幾何尺寸計(jì)算 .24 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(二) .25 4.3.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) .25 4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) .25 4.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) .28 4.3.4. 幾何尺寸計(jì)算 .29 4.4 軸的設(shè)計(jì)及其校核 .30 4.4.1 選擇軸的材料并確定其機(jī)械性能 .30 4.4.2 軸上的功率 ,轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 見(3.4.3) .304P4n4T 4.4.3 求作用在齒輪上的力 .30 4.4.4 初步確定軸的最小直徑 .31 4.4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .31 4.4.6 求軸上的載荷 .32 4.4.7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .34 4.4.8 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 .35 4.5 滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算 .39 4.5.1 滾動(dòng)軸承的選擇 .39 4.5.2 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 .39 4.5.3 滾動(dòng)軸承裝置的設(shè)計(jì) .41 4.6 聯(lián)接電機(jī)與減速器的聯(lián)軸器選擇 .41 4.6.1 類型選擇 .41 4.6.2 載荷計(jì)算 .42 4.6.3 型號(hào)選擇 .42 4.7 鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度校核 .43 4.7.1 鍵聯(lián)接的功能及結(jié)構(gòu)型式 .43 4.7.2 鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 .43 4.8 花鍵聯(lián)接的選擇及強(qiáng)度校核 .44 4.8.1 花鍵的選擇 .44 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 4.8.2 校核花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 .44 4.9 鏈輪鏈條的選擇 .45 4.9.1 鏈條的選擇 .45 4.9.2 鏈輪的選擇 .45 4.10 液壓缸選擇 .47 4.10.1 供油壓力 的選擇 .47sp 4.10.2 計(jì)算負(fù)載力 .47 4.10.3 計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù) .48 4.11 本章小結(jié) .49 第 5 章 潤(rùn)滑方法的選擇 .50 5.1 潤(rùn)滑 .50 5.1.1 齒輪 .50 5.1.2 軸承 .50 5.1.3 減速器 .50 5.2 添加劑 .50 5.3 潤(rùn)滑方法 .51 5.4 本章小結(jié) .51 結(jié) 論 .57 參考文獻(xiàn) .58 致 謝 .60 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 0 第 1 章 緒論 軋輥磨損后,幾何尺寸和輥型都將發(fā)生變化。為了保證軋材質(zhì)量，必須及時(shí) 更換軋輥。軋制速度的提高，加速了軋輥的磨損，使軋輥的更換次數(shù)愈來(lái)愈頻 繁。一般帶鋼冷連軋機(jī)粗軋機(jī)工作輥每隔 3-7 天需更換一次，支撐輥每隔 15- 30 天更換一次；精軋機(jī)的工作輥大約 3-8 小時(shí)需更換一次，支撐輥 7-15 天更 換一次；帶鋼冷連軋機(jī)的工作輥至少每班要更換一次，支撐輥大約 7-15 天更換 一次?？s短換輥時(shí)間有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量、減少停機(jī)時(shí)間、提高軋機(jī)作業(yè)率、 增加產(chǎn)量和降低成本，因此，近年來(lái)?yè)Q輥裝置有了很大發(fā)展。 1.1 換輥小車的概述 1.1.1 換輥小車的用途 在軋鋼生產(chǎn)中，為了確保軋材的質(zhì)量要求，當(dāng)軋輥被磨損、破壞及產(chǎn)品規(guī) 格品種更換時(shí)，都應(yīng)及時(shí)地通過(guò)換輥小車把軋輥更換掉，以滿足軋材的質(zhì)量與 品種規(guī)格要求。根據(jù)不同的工作條件，換輥小車可以分為多種類型。 1.1.2 換輥小車的類型 板帶軋機(jī)所采用的工作輥換輥裝置種類繁多,其中換輥小車可分為推拉式電 動(dòng)換輥小車和液壓式換輥小車等等。 推拉式電動(dòng)換輥小車:冷連軋精軋機(jī)采用的換輥小車由一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)、經(jīng) 離合器、減速器及鏈輪，與固定在兩軌道中間鋪板上的固定鏈條相嚙合，從而 驅(qū)動(dòng)小車在軌道上前后移動(dòng)。小車上裝有氣動(dòng)鎖鉤，用來(lái)鉤掛工作輥軸承座。 并設(shè)有導(dǎo)向輪，起側(cè)面導(dǎo)向作用。 液壓式換輥小車:v 工作輥組的掛鉤和脫鉤裝置包括換輥液壓缸活塞桿前端 的掛鉤和換輥車上的脫鉤裝置兩部分。掛鉤前，活塞桿帶著掛鉤處于中間位置。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 橫移小車帶著新工作輥組橫移到換輥位置，推拉機(jī)構(gòu)活塞桿推著掛鉤前進(jìn)，隨 動(dòng)輪與曲臂頂面接觸而使掛鉤頭部抬起。然后，脫鉤裝置的電液推進(jìn)器退回， 曲臂下降，掛鉤頭部下落，構(gòu)住軸承座上的凸塊。脫鉤的過(guò)程與上述掛鉤過(guò)程 相反。 1.1.3 換輥小車的動(dòng)力結(jié)構(gòu) 下面以推拉式換輥小車為例，對(duì)換輥小車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。換輥小 車的結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，主要由電機(jī)減速器、驅(qū)動(dòng)鏈輪、固定鏈條、車輪軌道 及接頭等幾部分組成。 電機(jī)減速器：它是換輥小車的驅(qū)動(dòng)減速裝置，它由電機(jī)和減速器兩部分組 成。電機(jī)給換輥小車提供動(dòng)力,使換輥小車能夠在鏈條軌道上運(yùn)動(dòng)。減速器控制 換輥小車的運(yùn)行速度,使換輥小車按照換輥的要求運(yùn)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)鏈輪：該鏈輪安裝在減速器的輸出軸上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置使驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn) 動(dòng)，使其在固定鏈條上滾動(dòng)，從而使換輥小車在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 固定鏈條：此鏈條固定在兩車輪軌道中間的鋪板上,驅(qū)動(dòng)鏈輪在其上面滾動(dòng),使 換輥小車按照規(guī)定的方向運(yùn)動(dòng)。 圖 1.1 換輥小車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 車輪軌道：換輥小車上的四個(gè)小車輪在此軌道上運(yùn)動(dòng),該軌道承載著小車和 支撐輥的全部重量。 接頭：又稱氣動(dòng)鎖鉤。在液壓裝置的驅(qū)動(dòng)下可以饒著固定軸上下?lián)Q位，來(lái) 推（拉）工作輥軸承座，進(jìn)行換輥。 推拉式換輥小車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和維護(hù)比較方便。正確的選擇固定鏈輪 及固定鏈條，能適當(dāng)延長(zhǎng)鏈輪配合的壽命。因此，推拉式換輥小車得到了比較 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 廣泛的應(yīng)用。 1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)換輥小車的研究 目前，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及考慮到對(duì)能源的節(jié)省利用、對(duì)生產(chǎn)成 本的降低等因素的影響，國(guó)內(nèi)外大部分的鋼鐵公司也正不斷的對(duì)換輥小車的技 術(shù)性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。使其結(jié)構(gòu)更加合理，安裝更加方便，費(fèi)用更加低 廉。 近幾年來(lái)，各國(guó)政府對(duì)鋼鐵企業(yè)給予了高度的重視和基金的資助。目前， 國(guó)內(nèi)對(duì)換輥小車所進(jìn)行的研究?jī)H限于對(duì)傳統(tǒng)的行進(jìn)機(jī)構(gòu)的改造，而只有少數(shù)的 企業(yè)對(duì)換輥小車的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行根本的改造。萊鋼大型型鋼生產(chǎn)線粗軋機(jī)及其 換輥裝置由德國(guó)公司設(shè)計(jì)，經(jīng)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)化于 2005 年 9 月投入生產(chǎn)，換輥采用整體 換輥方式。換輥系統(tǒng)的輥系小車驅(qū)動(dòng)裝置由兩部分組成，一是鏈?zhǔn)揭扑脱b置， 二是液壓缸驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)裝置。 換輥過(guò)程是這樣的：新輥系在軋輥跨裝配完成后， 通過(guò)鏈?zhǔn)揭扑脱b置運(yùn)送到軋線跨的橫移平臺(tái)上。停車換輥時(shí)，首先由液壓缸驅(qū) 動(dòng)的步進(jìn)裝置將舊輥系從軋機(jī)牌坊中拉出至橫移平臺(tái)，這樣橫移平臺(tái)上就有了 一新一舊兩套輥系，然后橫移平臺(tái)橫移，新舊輥系換位， 使新輥系位于軋機(jī)牌 坊的軸向窗口。然后液壓缸再動(dòng)作， 將新輥系一步一步送入軋機(jī)。液壓缸活塞 桿全程伸縮一次，步進(jìn)裝置前進(jìn)一個(gè)步長(zhǎng)，輥系進(jìn)出軋機(jī)一次分別要 8 步完成， 手動(dòng)操作約需 45 分鐘。嚴(yán)重滯后于精軋機(jī)的換輥（約 20 分鐘） ，這樣整條生產(chǎn) 線的軋機(jī)換輥時(shí)間就不能實(shí)現(xiàn)同步，有“短板”存在。實(shí)踐證明該設(shè)計(jì)思想落 后，步驟繁瑣，該問(wèn)題成為制約生產(chǎn)的一個(gè)瓶頸。分別見圖 1 和圖 2 所示。 圖 1.2 輥系小車驅(qū)動(dòng)裝置示意圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 1.3 步進(jìn)裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 因此需設(shè)計(jì)一種動(dòng)力裝置來(lái)代替現(xiàn)在的鏈?zhǔn)揭扑脱b置，使其能夠越過(guò)橫移 平臺(tái)，盡量靠近軋機(jī)，減少步進(jìn)小車的動(dòng)作步數(shù)，從而從根本上節(jié)省換輥時(shí)間。 最終確定采用動(dòng)力小車形式來(lái)直接推動(dòng)（拉動(dòng)）系小車由軋輥準(zhǔn)備間到橫移平 臺(tái)及軋機(jī)牌坊，取消鏈?zhǔn)捷斔脱b置。動(dòng)力小車上的電機(jī)經(jīng)減速機(jī)傳動(dòng)，帶動(dòng)小 車輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輪軸上的鏈輪與固定在地面上的鏈條相嚙合，從而產(chǎn)生一個(gè)推力 或拉力，推動(dòng)或拉動(dòng)輥系小車運(yùn)動(dòng)。橫移平臺(tái)上的兩個(gè)輥系小車?？课恢靡卜?別安裝上分段鏈條，與前面安裝在地面底板上的鏈條相連接，這樣，動(dòng)力小車 能夠直接到達(dá)橫移平臺(tái)上，從而將輥系小車?yán)^續(xù)向前推進(jìn)一段距離，減少步進(jìn) 小車的動(dòng)作距離，縮短換輥時(shí)間。 然而，國(guó)外對(duì)換輥小車的改造重點(diǎn)是減少人力，提高效率。將原有的動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)改制成液壓驅(qū)動(dòng),并且不斷的對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。1997 年年初，芬蘭的 奧托昆普廠對(duì)其三套 20 輥軋機(jī)中的第一臺(tái) 20 輥軋機(jī)進(jìn)行改造,包括更新全部液 壓設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的主要部分。軋機(jī)壓下、凸度調(diào)整和第一中間輥軸向移動(dòng)全 部軋機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都裝備了直接作用的液壓缸，使用伺服閥在軋制過(guò)程中進(jìn)行快 速而精確的控制。在傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)，所有的軋輥和支撐輥現(xiàn)在都通過(guò)液壓缸 定位。第一中間輥軸向移動(dòng)。第一中間輥軸向移動(dòng)系統(tǒng)位于軋機(jī)的傳動(dòng)側(cè)，見 圖 1.4。第一中間輥的調(diào)整桿和連軸器(軸承箱)之間的連接是自動(dòng)的。液壓定 位裝置允許換輥小車的自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)小窗口直接裝輥或抽輥。不再需要人工 操作。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 圖 1.4 第一中間輥軸向移動(dòng)系統(tǒng) 新的換輥小車用于自動(dòng)更換工作輥和第一中間輥。它能裝載 2 套 4 根 1 套 的第一中間輥和 2 套 6 根 1 套的工作輥。軋機(jī)的操作人員的工作只限于將自動(dòng) 控制系統(tǒng)啟動(dòng)，而不需 要其他的人為操作。液壓動(dòng)力系統(tǒng)和帶有所有控制模塊 的電氣控制箱都安裝在小車上，電纜繞在線盤上，因而它成為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng) 。 1.3 課題的背景及意義 在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。它的發(fā)展 直接關(guān)系到冶金企業(yè)的發(fā)展。因此，近幾年來(lái)，鋼鐵企業(yè)的發(fā)展一直是我國(guó)較 關(guān)注的事情之一。自 20 世紀(jì)初，特別是 20 世紀(jì) 50 年代之后冶金工業(yè)的飛速發(fā) 展，對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)今，冶金行業(yè)日益加劇的全球化競(jìng)爭(zhēng)和 兼并，促使了市場(chǎng)對(duì)冶金機(jī)械的性能要求越來(lái)越高。因此，從鋼鐵生產(chǎn)流程的 總體高度上考慮如何提高生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)時(shí)間、提高鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量成為人 們關(guān)注的焦點(diǎn)。換輥小車是用來(lái)將工作輥推進(jìn)或拉出機(jī)架的一種冶金機(jī)械輔助 設(shè)備，它的突出優(yōu)點(diǎn)是：可大幅度的降低勞動(dòng)強(qiáng)度；提高人為作業(yè)的工作環(huán)境； 節(jié)省能源消耗；節(jié)約人力；降低勞動(dòng)成本等。換輥小車將給冶金工業(yè)帶來(lái)顯著 的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；趽Q輥小車的上述優(yōu)點(diǎn)，目前各大鋼鐵企業(yè)及科研 單位院校對(duì)換輥小車這一輔助設(shè)備也進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。 雖然現(xiàn)在我國(guó)冶金業(yè)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，冶金機(jī)械也較以前有了較大的 提高。但是與先進(jìn)水平相比，我國(guó)的技術(shù)改造能力和創(chuàng)新能力都存在著較大的 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 差距。目前，重點(diǎn)應(yīng)該是把從國(guó)外進(jìn)口的冶金設(shè)備進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化，并對(duì)其性能壽 命和可靠度等方面在技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的提高。并在新的形勢(shì)下為提高 我國(guó)冶金機(jī)械的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。 1.4 本文主要研究工作 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題研究的目的是基于鞍鋼三鋼軋廠 2150 精軋機(jī)換輥小車設(shè)計(jì) 研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的分析進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)一步的對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)， 從而提高工作效率。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容包括如下，其設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié) 構(gòu)圖如圖 1.5 所示； 1.對(duì)推拉式換輥小車傳動(dòng)方案的擬訂并進(jìn)行優(yōu)化選擇。通過(guò)對(duì)各種方案的 比較選擇一個(gè)最佳的傳動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)選擇，并對(duì)其進(jìn)行校核，確定所選擇的電 動(dòng)機(jī)能滿足特定的工況。 3.對(duì)推拉式換輥小車的零、部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。并對(duì)其中的重要零、部件 進(jìn)行校核計(jì)算。確保換輥小車在工作中安全、可靠。 4.對(duì)所設(shè)計(jì)的推拉式換輥小車進(jìn)行環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的分析。確保所設(shè)計(jì)的 設(shè)備對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較少的污染危害，以較少的投入得到較大的。 圖 1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇 2.1 換輥小車的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與選擇 換輥小車的驅(qū)動(dòng)裝置一般由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部分及固定輪等幾部分組成。傳 動(dòng)部分可以采用皮帶傳動(dòng)或是減速器傳動(dòng)。采用皮帶傳動(dòng)裝置便于制造，并且 成本十分的低廉，但是如果機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比過(guò)大時(shí)，則容易造成其外形尺寸較大， 結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占地面積較大。因此較少被采用。使用減速器可以采用蝸輪蝸 桿傳動(dòng)或是齒輪傳動(dòng)的減速器。齒輪傳動(dòng)的減速器具有體積小，占地面積小， 重量輕，壽命長(zhǎng)，速比大，傳動(dòng)效率高及布置緊湊等特點(diǎn)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)的減 速器嚙合齒對(duì)較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。由于本設(shè)計(jì)為了布置 緊湊，把電機(jī)放在減速器上端，需要改變傳遞方向。所以，采用三級(jí)齒輪-蝸桿 減速器。 2.1.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)綜合各種傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)，針對(duì)其設(shè)計(jì)實(shí)際出發(fā)，決定采用三級(jí)齒 輪-蝸桿減速器傳動(dòng)的方案。第一級(jí)傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，第二、三級(jí)傳動(dòng)采 用斜齒輪傳動(dòng)，這樣即改變了傳動(dòng)方向，又使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)布置緊湊且能有 效地提高傳動(dòng)效率。其中對(duì)減速器的各部件進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)和校核。方案圖如 圖 2.1 所示 1.電動(dòng)機(jī) 2.聯(lián)軸器 3. 三級(jí)齒輪-蝸桿減速器 4.驅(qū)動(dòng)鏈輪 圖 2.1 總體方案圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2.1.2 電機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式按其安裝位置的不同可分為臥式與立式兩種。臥式電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)軸是水平安放，立式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸則與地面垂直，二者軸承不同，不能 混用。換滾小車的電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)，但過(guò)渡過(guò)程的持續(xù)時(shí)間對(duì)生 產(chǎn)率影響不大。此時(shí)除考慮初期投資外，主要根據(jù)過(guò)渡過(guò)程能量損耗最小的條 件來(lái)選擇傳動(dòng)比及電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。故本設(shè)計(jì)選用能夠經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)及反 轉(zhuǎn)的 YZR 系列電動(dòng)機(jī)為換輥小車提供動(dòng)力。 2.2 鏈輪與液壓缸的選擇 2.2.1 鏈輪的選擇 鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。鏈輪設(shè)計(jì)主要是確定其結(jié)構(gòu)和尺寸， 選擇材料和冷處理方法。固定鏈條與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪齒形 的設(shè)計(jì)比較靈活。在國(guó)標(biāo)中沒有規(guī)定具體的鏈輪齒形僅僅規(guī)定了最小和最大齒 槽形狀及其極限參數(shù)，實(shí)際齒槽形狀取決于加工輪齒的刀具和加工方法，并應(yīng) 使其位于最小和最大齒槽形狀之間。小直徑的鏈輪可制成整體式；中等尺寸的 鏈輪可制成孔板式；大直徑的鏈輪，?？蓪X圈用螺栓連接或焊接在輪轂上。 鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條的節(jié)距 p。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)選用小直徑整體 式鏈輪。 2.2.2 液壓缸的選擇 液壓缸是實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行裝置，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為活塞式、柱塞 式和組合式三大類；按固定形式的不同可分為缸筒（缸體）固定和活塞桿固定 兩種；按作用方式又可分為單作用和雙作用式兩種。在雙作用式液壓缸中，具 有兩個(gè)密封的容積空腔，工作時(shí)，壓力油則交替供入液壓缸的兩腔，使缸實(shí)現(xiàn) 正反兩個(gè)方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而在單作用式液壓缸中，只有一個(gè)密封的容積空間， 壓力油只能供入液壓缸的著一個(gè)腔，使缸實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)動(dòng)，反方向運(yùn)動(dòng)則依靠 外力（彈簧力、自重或外部載荷等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。液壓裝置的工作比較比較平穩(wěn)。 液壓傳動(dòng)以液壓油為工作介質(zhì)，油液流動(dòng)過(guò)程中有一定的阻尼作用，因而運(yùn)動(dòng) 平穩(wěn)性好，沖擊小。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。在本設(shè)計(jì)里，由于拉出 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 鉤負(fù)載較小，且直接拖動(dòng)負(fù)載。故選用簡(jiǎn)單的單桿式活塞缸即可。 2.3 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)換輥小車驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇，包括傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和電機(jī) 的選擇，鏈輪與液壓缸的選擇。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定傳動(dòng)裝置的總傳 動(dòng)比。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 原始數(shù)據(jù) 換輥小車重量 ：12154kg1m 工作輥重量 ：16700kg （數(shù)量 2）2 上工作輥軸承座重量（操作側(cè)） ：3265kg3m 上工作輥軸承座重量（傳動(dòng)側(cè)） ：2920kg4 下工作輥軸承座重量（操作側(cè)） ：3055kg5 下工作輥軸承座重量（傳動(dòng)側(cè)） ：2920kg6m 換輥小車走行速度 v：300mm/s 重力加速度 g：9.8N/kg 3.2 換輥小車所需驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 123456( )Nmmg =(12154+216700+3265+2920+3055+2920)9.8 （3.1） =545938.4N 查文獻(xiàn)2表 4.2-6，取摩擦系數(shù)（無(wú)潤(rùn)滑劑） 。 0.10.154938.10.76FNN （3.2） 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3.3 電機(jī)的選擇 3.3.1 選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源， 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此無(wú)特殊需要時(shí)不宜采用。 生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，因此基本都選用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī) 有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類。異步電動(dòng)機(jī)有籠型和繞線型兩種。我國(guó)新設(shè) 計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適用于不易燃爆、無(wú)腐蝕性氣體和無(wú) 特殊要求的機(jī)械上。而在經(jīng)常起動(dòng)和制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量小和過(guò)載能力大，應(yīng)選用起重及冶金用的三相異步電動(dòng)機(jī) YZ（籠型）或 YZR（繞線型） 。根據(jù)電源種類，工作條件（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載 荷特點(diǎn)（變化性質(zhì)、大小和過(guò)載情況） ，起動(dòng)性能和起動(dòng)、制動(dòng)反轉(zhuǎn)的頻繁程度， 轉(zhuǎn)速高低等等確定電機(jī)首選 YZR 型。因?yàn)?YZR 型號(hào)使用于室內(nèi)外多塵環(huán)境及起 動(dòng)，逆轉(zhuǎn)次數(shù)頻繁的起重機(jī)械和冶金設(shè)備等。 3.3.2 選擇電機(jī)的容量 求得工作功率為： /1089.763/245WPFvkw （3.3） 其中：F換輥小車的工作阻力，N； v換輥小車驅(qū)動(dòng)鏈輪的線速度， m/s; 傳動(dòng)裝置的總效率 0123n 其中：滾動(dòng)軸承（每對(duì)） 0.98 鏈輪鏈條（每對(duì)） 0.93 彈性聯(lián)軸器 0.99 斜齒輪（每對(duì)） 0.97 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 蝸輪蝸桿（每對(duì)） 0.75 根據(jù)總裝配圖可知：從電動(dòng)機(jī)到輸出軸共經(jīng)過(guò)一個(gè)聯(lián)軸器，四對(duì)滾動(dòng)軸承， 經(jīng)過(guò)三級(jí)齒輪-蝸輪蝸桿變速，還有一對(duì)鏈輪鏈條的效率損失。 故 240.9750.980.3.6 所以 0WP （3.4） = 6.7524 = 1kw 考慮到過(guò)載情況，故選擇額定功率稍大的電機(jī) 查參考文獻(xiàn)5表 40-18 選 擇電機(jī)額定功率為 ，即電機(jī)型號(hào)為 YZR-250MB-6，其額定轉(zhuǎn)速為45 965r/min，重量 559kg。 3.3.3 電機(jī)的校核 電機(jī)選定后，根據(jù)其工作特點(diǎn)，考慮過(guò)載和沖擊，取過(guò)載系數(shù) 為 2 Mmax Me 2 Me=2 9550 nP0 （3.5） =2 95509654 =890.67 Nm Mmax= 總igmd2 = 559 9.8 135 80. （3.6） =16.3 Nm M為重錘質(zhì)量； d為卷筒直徑； g為重力加速度 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 i 為總傳動(dòng)比總 故 Mmax Me 過(guò)載通過(guò)，所以合格。 3.4 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 3.4.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 驅(qū)動(dòng)鏈輪線速度 300 ，初選鏈輪鏈條傳動(dòng)中鏈輪分度圓直徑 D=802msm (3.7)60.3715in82vrnD 139.i 式中： 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速;0n 工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 3.4.2 分配減速器的各級(jí)傳動(dòng)比 查文獻(xiàn)2表 4.2-9 取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比 ，則 ；120.4i1326.i 取二級(jí)斜齒輪傳動(dòng)比 ，則 。23i23.5i 3.4.3 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1.各軸轉(zhuǎn)速： 10965minrn （3.8） 1247.31i0.ri235.minni 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 3415.7.min2nri 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速0n 2 各軸輸入功率： 各連接的效率： 0.75蝸 .93鏈 0.97齒 0.98滾0.9聯(lián) 1041.90.5Pkw聯(lián) （3.9） 2140.597.0982.4P kw蝸 齒 滾328.7.51齒 滾 437.5109.324.P kw齒 鏈 滾 3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩： 11 .59950401.6PTNmn （3.10） 22 8.949505173Tn33 .60PNm442.3950971Tn 3.5 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)換輥小車驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)與選擇，包括傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和電機(jī) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 的選擇，鏈輪與液壓缸的選擇。對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定傳動(dòng)裝置的總傳 動(dòng)比。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 4 章 主要零部件的選擇、設(shè)計(jì)和校核 4.1 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)與校核 4.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB/T 10085-1988 的推薦，本設(shè)計(jì)采用漸開線蝸桿（ZI） 。 4.1.2 選擇材料 根據(jù)庫(kù)存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度只是中等， 故蝸桿用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬 度為 4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模制造。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 HT100 制造。 4.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。傳動(dòng)中心距： (4.1) 32 ()EHZaKT 1.確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ： 按 ，查文獻(xiàn) 1估取效率 。12Z0.75 （4.2） 26169.5028.949.550PTni 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 5.841KNM 2.確定載荷系數(shù) ： 因工作載荷比較穩(wěn)定，故載荷分布不均勻系數(shù) ；由文獻(xiàn)1表 11 1K - 5 選取使用系數(shù) ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù).A ，則：1.0VK （4.31.5.0.2VK ） 3.確定彈性影響系數(shù) ：EZ 因選用的是鑄錫磷青銅和鋼蝸桿相配，故 。 1260MPaEZ 4.確定接觸系數(shù) ： 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 的比值 ，由文獻(xiàn)1圖1da1/.35d 11-18 中可查得 。2.9Z 5.確定許用接觸應(yīng)力 ：H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度 大于 45HRC，由文獻(xiàn)1表 11-7 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。268MPaH 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 次 （4.4 726014.350.8hNjnL ） 壽命系數(shù)： 8710.32.HNK 則： (4.5) ,0.732681954MPaHH 6.計(jì)算中心距 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 232 ()160.91.584()3mEHZaKT 取中心距 mm，因?yàn)?，取模數(shù) ，蝸桿分度圓直徑0a.i 14m mm。這時(shí) ，由文獻(xiàn)111-18 中可查得接觸系數(shù)140d1/.4d ，因?yàn)?，因此上述計(jì)算結(jié)果可用。,2.7Z,Z 4.1.4 蝸桿與蝸輪主要幾何尺寸計(jì)算 1.蝸桿： 蝸桿頭數(shù) 12Z 直徑系數(shù) 0q 齒形角 n 蝸桿齒頂高 mm114ahm 蝸桿齒根高 mm().216.8fc 蝸桿齒高 mm 11430afh 頂隙 mm0.c 分度圓直徑 mm1dqm 齒頂圓直徑 mm1242816aah 齒根圓直徑 mm1()0(0.2)16.4f c 蝸桿導(dǎo)程角 1artnartn.3Zq 基圓導(dǎo)程角 rcos()rcos0.862.1b 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 基圓直徑 mm1214/tan0t.3bbdZm 軸向齒距 mm3.96aP 軸向齒厚 mm 298s 法向齒厚 mmco1.cos.312.5na 蝸桿齒寬 mm 16b 2.蝸輪： 蝸輪齒數(shù) 24Z 實(shí)際中心距 取 ，則變位1()(0)357maqzm160a 系數(shù) 為 ，驗(yàn)算傳動(dòng)比 ，這時(shí)2x357.4214.5zi 的傳動(dòng)比誤差 ，所以是符合要求的。20.9%(35)i 分度圓直徑 mm174dZ 齒頂高 mm22()1.2ahmx 齒根高 mm0.78.4f c 喉圓直徑 mm2254216aadh 齒根圓直徑 mm.5.ff 頂圓直徑 mm630em 蝸輪齒寬 mm210.7.812.6abd 齒頂圓弧半徑 mm45R 齒根圓弧半徑 mm1280.2186.afc 分度圓齒厚 2(0.5tn)xsm 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 2tan(0.5)cos3140.7314.78mx 節(jié)圓直徑 mm,25d 4.2 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(一) 齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，常見的輪齒失效形式輪齒折斷和工作 齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合及塑性變形等。通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和保證 齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 4.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1.根據(jù)傳動(dòng)路線選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)； 2.軋機(jī)為一般工作機(jī)器速度不高故選用 8 級(jí)精度（GB1009588） ； 3.材料選擇由文獻(xiàn)3表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)表面淬火） ， 硬度為 241286HBS，大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)后表面淬火)硬度為 217255HBS； 4.選小齒輪齒數(shù) , ；21Z6321Z 5.初選螺旋角 ； 4.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式試算小齒輪分度圓直徑,即： (4.6)231 )(12HEadtt ZTK 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1)試選載荷系數(shù) 。6.t (2)選取區(qū)域系數(shù) ；43.2HZ (3)查文獻(xiàn)3表 10-4 得 ， ；70.1a80.2a 則 ；65.8.021aa (4)計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩 ：2T 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 25841TNm (5)查文獻(xiàn)1表 10-7 選取齒寬系數(shù) ；1d (6)查文獻(xiàn)1表 10-6 得材料的彈性影響系數(shù) 2 18.9MPaZE (7)按齒面硬度查表得 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ;PaH8751lim 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；2li (8)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（設(shè)定工作壽命為 45000 小時(shí)） ；81 1027.45013.760hnjLN ；822./. (9)查文獻(xiàn)1圖 10-19 接觸疲勞壽命系數(shù)得 ， ；86.01HNK90.2HN (10)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1 ；MPa5.7286.011 SKHlinNH ；.49.22 ；a5.742/).5.7(/)(21HH 2.計(jì)算 (1)試算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式得td13 21 )(2HEadtt ZTK m3.1795.7483165.0843 23 (2)計(jì)算圓周速度 /s4.0160 .10ndvt (3)計(jì)算齒寬 及模數(shù)bntm ；3.179.451tdb 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 ；m35.821cos3.79cos1 zdmtnt ；.835.25.nh ；4.97.18b (4)計(jì)算縱向縱向重合度 ；419.2tan138.0tan3.01 zd (5)計(jì)算載荷系數(shù) K 查文獻(xiàn)1表 10-2 得，使用系數(shù) .50；A 根據(jù) ，8 級(jí)精度；動(dòng)載系數(shù) ；smv13.910.Vk 的計(jì)算公式HBKbdHB32105.8.019.4.31. 由 ， ，查文獻(xiàn)1圖 10-13 得 ；5.9hb.HBK26.FBk 。1.FaHK 故載荷系數(shù) K: 29.31.06.15HavA (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 1dm06.2.93.1731Ktdt (7)計(jì)算模數(shù) nm41.921cos06.cos1zdn 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 4.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) (4.7)321cosFSaadn YzKTm 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1)計(jì)算載荷系數(shù) 20.6.10.5FaVA (2)根據(jù)縱向重合度 ，螺旋角影響系數(shù) ；419. 8.Y (3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)： 94.21cos331Zv 0.67332v (4)查取齒形系數(shù)：查文獻(xiàn)1表 10-5 得 ， ；9.21FaY18.2Fa (5)查取應(yīng)力校正系數(shù):查文獻(xiàn)1表 10-5 得 ， ；57.S9.SY (6)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；MPa6201FE 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；432 彎曲疲勞壽命系數(shù) ； ；8.01FNK8.0FN (7)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取實(shí)效概率為 1%，彎曲疲勞安全系數(shù) ：25.1S (4.8)64.125.411 SFENF (4.9)72.30.8022K (8)計(jì)算大小齒輪的 并加以比較FSaY (4.10)104.6.4157921FSa (4.11)289.7.30282FSaY 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 大齒輪的數(shù)值大。 2. 設(shè)計(jì)計(jì)算 (4.12)321cosFSaadn YzKTm m53.601289.56.cos80456.3223 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒根彎曲疲n 勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 ，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接10nm 觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，來(lái)計(jì)算應(yīng)有md06.21 的齒數(shù)。于是由 7.90cos6.2cos1 nmdz 取 ，21z31 4.2.4. 幾何尺寸計(jì)算 1.計(jì)算中心距 (4.11)m57.4281cos2063cos21 nmza 圓整中心距為 430mm。 2.按圓整后的中心距修正螺旋角 (4.12)21 482143026arcoscos zatn 因 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。KHZ 3.計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 (4.13)m29.14821cos01nmzd (4.14)6.632n 4.計(jì)算齒輪寬度 (4.15)m29.14.1db 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圓整后取 ， 。m152B201 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)與校核(二) 齒輪傳動(dòng)的失效主要是輪齒的失效，常見的輪齒失效形式輪齒折斷和工作 齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合及塑性變形等。通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和保證 齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 4.3.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1.根據(jù)傳動(dòng)路線選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)； 2.軋機(jī)為一般工作機(jī)器速度不高故選用 8 級(jí)精度（GB1009588） ； 3.材料選擇由文獻(xiàn)3表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)表面淬火） ， 硬度為 241286HBS，大齒輪材料為 45 鋼(調(diào)質(zhì)后表面淬火)硬度為 217255HBS； 4.選小齒輪齒數(shù) , ；81Z6.3982.12Z 5.初選螺旋角 ； 4.3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式試算小齒輪分度圓直徑,即： (4.16) 231 )(12HEadtt ZTK 1.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (1)試選載荷系數(shù) 。6.t (2)選取區(qū)域系數(shù) ；45.2HZ (3)查文獻(xiàn)3表 10-4 得 ， ；70.1a80.2a 則 ；65.8.021aa (4)計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩 ：1T m067.43NT 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 (5)查文獻(xiàn)1表 10-7 選取齒寬系數(shù) ；1d (6)查文獻(xiàn)1表 10-6 得材料的彈性影響系數(shù) 2 1MPa8.9EZ (7)按齒面硬度查表得 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ;Pa8751limH 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；2li (8)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（設(shè)定工作壽命為 45000 小時(shí)） ；71 103.4517.60hnjLN ；77295.2/03.4 (9)查文獻(xiàn)1圖 10-19 接觸疲勞壽命系數(shù)得 ， ；86.01HNK90.2HN (10)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1 ；MPa5.7286.011 SKHlinNH ；.49.22 ；a5.72/).5.7(/)(21HH 2.計(jì)算 (1)試算小齒輪分度圓直徑 ，由計(jì)算公式得td13 21 )(2HEadtt ZTK m82.15.74892.165.107.3 234 (2)計(jì)算圓周速度 m/s1.00.8.601 ndvt (3)計(jì)算齒寬 及模數(shù)bntm ；82.1.1tdb 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 ；m9.182cos.cos1 zdmtnt12.5.92.3nh ；8.8b (4)計(jì)算縱向縱向重合度 ；419.2tan138.0tan318.0 zd (5)計(jì)算載荷系數(shù) K 查文獻(xiàn)1表 10-2 得，使用系數(shù) .50；A 根據(jù) ，8 級(jí)精度；動(dòng)載系數(shù) ；smv13.910.Vk 的計(jì)算公式HBKbd32105.8.0139.1450.2. 由 ， ，查文獻(xiàn)1圖 10-13 得 ；5.9hbHBK26.1FBk 。1.FaHK 故載荷系數(shù) K: 29.31.06.15HavAK (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 1dm90.246.82.1331tdt (7)計(jì)算模數(shù) nm13.182cos90.24cos1zdn 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 4.3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 321cosFSaadn YzKTm (1)計(jì)算載荷系數(shù) 20.6.10.5FaVA (2)根據(jù)縱向重合度 ，螺旋角影響系數(shù) ；419. 8.Y (3)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)： 15.92cos8331Zv .46.332v (4)查取齒形系數(shù)：查文獻(xiàn)1表 10-5 得 ， ；9.21FaY18.2Fa (5)查取應(yīng)力校正系數(shù):查文獻(xiàn)1表 10-5 得 ， ；57.S9.SY (6)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；MPa6201FE 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；432 彎曲疲勞壽命系數(shù) ； ；8.01FNK8.0FN (7)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取實(shí)效概率為 1%，彎曲疲勞安全系數(shù) ：25.1S 64.125.08411 SFENF 72.3.22K (8)計(jì)算大小齒輪的 并加以比較FSaY 104.6.4157921FSa 289.7.30282FSaY 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 大齒輪的數(shù)值大。 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 321cosFSaadn YzKTm m3.10289.56.181cos067.32234 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒根彎曲疲nm 勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取 ，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接12nm 觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，來(lái)計(jì)算應(yīng)有d90.241 的齒數(shù)。于是由 7.612cos90.4cos1 nmdz 取 ，18z 6.382.12 4.3.4. 幾何尺寸計(jì)算 1.計(jì)算中心距 m1.352cos4018cos21 nmza 圓整中心距為 355mm。 2.按圓整后的中心距修正螺旋角 21 42313524018arcoscos zatn 因 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。aKHZ 3.計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 m4.2031cos81nmzd 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 m8.49231cos02nmzd 4.計(jì)算齒輪寬度 .0.1bd 圓整后取 ， 。m20B25 4.4 軸的設(shè)計(jì)及其校核 4.4.1 選擇軸的材料并確定其機(jī)械性能 由于減速器的輸出軸的受力較大，并要求限制其尺寸與重量，需提高其耐 磨性，以及處于短時(shí)或斷續(xù)下工作，所以采用 45 鋼，為提高其強(qiáng)度(尤其是疲# 勞強(qiáng)度)和耐磨性，對(duì)其需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 機(jī)械性能由6表 15-1 查得： 640MPaB35S127a5P 關(guān)系式： ， 按四舍五入原10.27MaBS10.MPaBS 則圓整。 4.4.2 軸上的功率 ,轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 見(3.4.3)4P4n4T 4.4.3 求作用在齒輪上的力 因已知齒輪的分度圓的直徑為 ： m8.492d 圓周力： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 342910278.tTFNd 徑向力 ： tan13270tan2407r 軸向力: tan13270tan1342670FN 圓周力 Ft,徑向力 Fr, 軸向力 的方向如圖 4-2a 所示 4.4.4 初步確定軸的最小直徑 先按6表 15-2 初步估算軸的最小直徑。根據(jù)6表 15-3，因該軸轉(zhuǎn)速低 且單向旋轉(zhuǎn)，故取小值，取 A=103，于是得： (4.17)m2017.340340min pAd 考慮軸上花鍵槽，軸徑應(yīng)增大 1015，取 d = 230mm。 4.4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1確定軸徑 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 取軸頸處的直徑為 230mm，其余各直徑均按 5-10mm 放大，各軸段配合選擇 如下： 與齒輪配合的軸端處為 H9/h9 與滾動(dòng)軸承配合處為 H9/f9 齒輪的軸向固定采用軸肩固定 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 4.1 軸的結(jié)構(gòu)草圖 2初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承受有很大的軸向載荷，且軸的轉(zhuǎn)速較低，承載大，故選用推力球軸 承。 3 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考6表 15-2，取軸端倒角為 245 ，其余取 2.545 。 4.4.6 求軸上的載荷 1計(jì)算軸的支承反力 水平面上的支反力 ： 由 121()rvravFdab 得 1249.605rvN 垂直面上的支反力 ： 由 12()rHrtFab 得 12386.09rHN 2計(jì)算軸的彎矩、畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖 水平彎矩圖見圖 4.2b 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 2rHMFa 1083.954 7Nm 垂直彎矩圖見圖 4.2c 1vrFb 249.5 760N 2vrvMa 145. 790m 合成彎矩圖見圖 4.2d 211Hv4214.506.50763Nm 22HvM 14214.50.79 7N 轉(zhuǎn)矩圖見圖 4.2e 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 B 是軸的危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將 計(jì)算出的截面 B 處的各參數(shù)值列于表 4.1(參看圖 4.2) 表 4.1 支反力計(jì)算表 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 載 荷 水平面 H 垂直面 V 支 反力 F 12386.,1083.9rHrHNFN12249.,16405.rvrvFNFN 彎矩 M 7.5m 7126.50,9vMmN 總 彎矩 77126.30,.40NN 扭 矩 T 74.2m 4.4.7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 B） 的強(qiáng)度，根據(jù)6式 15-5 及6表 4-1 中的數(shù)值，并取 。3.0 軸的計(jì)算應(yīng)力為 ： (4.18)2214()caMT 27276.50.310)Nm B 截面的計(jì)算應(yīng)力為 ： 736.41025caMPaW 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由6表 15-1 得 # 1 =68MPa。因此， ，故安全。 ca1 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 圖 4.2 軸的載荷分析圖 4.4.8 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1判斷危險(xiǎn)截面 截面 A,C,D 只受扭矩作用，因而從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看， 截面 B 處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重。所以該軸只須校核截面 B 左右兩側(cè) 即可。 (1)截面 B 左側(cè) 抗彎截面系數(shù) ： W= = =156250031.0d3250.3m 抗扭截面系數(shù) ： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 = = =3125000TW32.0d350.3m 截面 B 左側(cè)的彎矩 M 為 ： M= 74.91N 截面 B 上的扭矩 為 ：4T =473.210m 截面上的彎曲應(yīng)力 ： = = =32MPabWM 7.915620 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ： = = =10MPaT4 73.1250 軸的材料為 45 號(hào)鋼，由6表 15-1 查得 =640MPa、 =275MPa、 =155MPa B11 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按6附表 3-2 查取。 因?yàn)?： = =0.02dr250 = =1.04D6 經(jīng)插值后可查得， =1.82 =1.93 又由6附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為 ： =0.71 =0.73qq 故，有效應(yīng)力集中系數(shù)按式(6附 3-4)為 ： = = =1.58k1182.70 = = =1.68q93. 可得 ： 尺寸系數(shù) =1.0 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) =0.83 軸按磨削加工，由6附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù) ： = =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 =1，則按式得綜合系數(shù)值為 ：q = = =1.67K1k192.058. = = =2.11.83.6 又由6表 3-2 得材料特性系數(shù) ： =0.1-0.2 取 =0.1 =0.05-0.1 取 =0.05 于是，計(jì)算安全系數(shù) 值，按式則得caS = = =5.1mK1 01.3267.5 = = =14.4 (4.19) S15. = = =4.8 S=1.5 (4.19) ca2S24.1.5 故可知其安全。 (2）截面 B 的右側(cè) 抗彎截面系數(shù) W 按表中的公式計(jì)算 ： W= = =175760031.0d3260.3m 抗扭截面系數(shù) ： = = =3515200T3.35. 3 截面 B 右側(cè)的彎矩 M 為 ： 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 M= 74.910mN 截面 B 上的扭矩 為 ：4T = = =28MpabWM 74.91056 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ： = = =9MPaT4 73.2105 過(guò)盈配合處的 值，由6附表 3-8 用插值法求出，并取 = ，于k k8.0 是得 ： =2.15 、 =1.72kk 軸按磨削加工，由6附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù) ： = =0.92 故得綜合系數(shù)為 ： = = =2.24K1k192.05. = = =1.81.7. 所以軸在截面 B 右側(cè)的安全系數(shù)為 ： = = =4.4SmK1 01.284.5 = = =18.51 95. = = =4.3 S=1.5caS222.184. 故，該軸在截面 B 右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 4.5 滾動(dòng)軸承的選擇及其壽命計(jì)算 4.5.1 滾動(dòng)軸承的選擇 與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，起動(dòng)容易等優(yōu) 點(diǎn)。 滾動(dòng)軸承的類型按照軸承所能承受的外載荷不同，可分為向心軸承、推力 軸承和向心推力軸承三大類。 選用軸承時(shí)，首先是選擇軸承類型。選擇軸承類型時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有 軸承的載荷，軸承的轉(zhuǎn)速，軸承的調(diào)心性能及軸承的安裝和拆卸。其中，軸承 所受載荷的大小、方向和性能，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小 選擇軸承