爐頂旋轉布料器設計

爐頂旋轉布料器設計,爐頂,旋轉,布料,設計 畢業(yè)設計（論文）中期報告 題目：爐頂旋轉布料器設計 1 設計（論文）進展狀況 1.1完成了一篇開題報告 對爐頂旋轉布料器進行了解、研究并選出一套合理的設計方案。熟悉畢業(yè)設計工作管理手冊及撰寫規(guī)范。 1.2完成了一篇3000字以上的外文翻譯 針對國內目前對旋轉布料器研究文獻的缺少，加上本人“取其精華，去其糟粕”的追求科學的精神，有效的進行中西文化的結合并努力研究，所以積極主動地翻譯了一篇外文文獻進行參考。 1.3完成了布料器結構的選擇與設計及有關零件的必要計算與校核 1.3.1料筒鋼管的選擇 料筒使用的是管材結構焊接部件，合理的選擇管材，能提高整個布料器的使用壽命，減少維修次數和時間。本布料器的設計的旋轉布料器安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中，所以，優(yōu)先選用無縫鋼管。 1.3.2齒輪的確定 齒輪的選擇應考慮齒輪的類型、傳動類型、強度的校核以及噪音的減少等。 1.3.3軸承的校核 由于轉矩的大小是低速軸大于高速軸，同時低速軸和高速軸的直徑相差較小，所以只需校核高速軸的深溝球軸承。 1.3.4皮帶機電動機的選擇 正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負載要求的前提下，最經濟、最合理地決定電動機功率。本設計非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機應與其工作特點相適應。本設計電動機工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。 機構運轉時所需靜功率按下式計算： 計算電動機功率，考慮到工作環(huán)境，其系數，所以 0.86.311=5.049，查《機械設計手冊》應選用：YZ系列三項異步電機： 型號：YZ160L—8； 額定電壓：380V； 額定功率：7.5KW； 轉速：705r/min； 效率：82.4%； 基準工作制為—40%； 1.3.5皮帶機的設計計算 為了確保皮帶機正常高效率的傳輸料，應該確保皮帶機不撒料運輸，還應考慮電動機的動力與外在阻力的合力所給皮帶機帶來動力的計算。經計算,確定選用帶寬B=650mm,680/1型煤PVC整體帶芯輸送帶。 680/1型煤PVC整體帶芯輸送帶的技術規(guī)格為：縱向拉伸強度750N/mm；帶厚10mm；輸送帶質量8.71kg/m。 1.3.6輸送皮帶張力的設計計算 輸送帶張力在整個長度上是變化的，影響因素很多，為保證輸送機上午正常運行，輸送帶張力必須滿足以下兩個條件： （1）在任何負載條件下，對皮帶張力的作用應該是所有傳動輥的圓周力傳遞的摩擦到輸送帶上，輸送帶與滾筒及應保證不滑； （2）皮帶張力應該足夠大，在滾筒凹陷兩組輸送帶是小于一定值。 為保證輸送帶工作時不打滑，需在回程帶上保持最小張力按式進行計算。 根據給定條件，取=0.35，=190°，查表得=3.18， 則。 1.3.7減速器的選擇 因為本布料器需要旋轉布料，所以除了發(fā)動機的確定之外還應該對減速器進行計算選型，選擇減速器時需滿足條件：（式中為計算功率，kw；為負載功率，kw；為工況系數，為減速器的公稱輸入功率），經計算，減速器選用型號XWEDW74—187-3，共一臺，帶冷卻風扇。 1.4完成了旋轉布料器2D總裝圖一張（如圖1） 圖1 爐頂旋轉布料器總圖 2 存在問題及解決措施 2.1設計困難復雜 行星齒輪減速器，結構緊湊，傳動效率高，然而，行星齒輪傳動的設計是一個復雜的課題，主要取決于它的重量和體積，或在傳輸參數選擇承載能力。根據傳統的設計方法，在給定的傳動比，輸出軸的轉速和功率的傳輸，為了得到齒輪的齒數，模數，齒寬，行星輪數目和修正系數，通常需要在多個參數的選擇，以計算其他參數。例如，選擇行星齒輪數齒；齒寬系數可根據模量強度條件選擇。在同一行星輪數的條件下，有各種各樣的配齒方案；改變行星輪數目，以及各種參數的選擇。因此，在參數的選擇，往往沒有一個明確的考核指標，不能是一個龐大的計算量，只能選擇一個滿意的可行參數設計要求，這是不太可能的最優(yōu)解。此外，接觸應力和強度，彎曲應力和強度均為隨機變量的齒面，在一個分布的形式，對齒輪參數化設計的必然的影響。獲得最佳的設計方案具有一定的可靠性，無論尺寸減小，重量，提高承載能力，保證設計的可靠性具有實際意義。 2.2溜槽傾角的控制誤差大 偏差大于2°，限制多環(huán)布料技術的使用。通過分析，主要原因是：整個傳動機構，齒側間隙，軸承間隙，累計偏差耦合間隙；誤差檢測系統和電機驅動的大。為了減少機械傳動中的累積誤差，減少非正常通關措施，特別是對聯耦合間隙檢測和維修和更換零件的手段控制減速器齒間隙嚴格控制。 3 后期工作安排 第6-9周（2014年2月22日-2014年3月21日）完成畢業(yè)答辯中期報告、外文翻譯和一張旋轉布料器的2D總裝圖，準備中期答辯。 第10-12周（2014年3月21日-2014年4月5日）對布料器剩余的零件進行結構設計計算、力學校核，并完成畢業(yè)設計說明書。 第13-14周（2014年4月6日-2014年5月10日）完成布料器零部件的二維工程圖及二維裝配工程圖。 第15周（2014年5月11日-2014年5月20日）對所有圖紙進行校核，編寫設計說明書，所有資料提請指導教師檢查，準備畢業(yè)答辯。 第16-18周（2014年5月20日-2014年6月7日）針對畢業(yè)答辯中老師所提出的問題和錯誤進行修改，整理所有畢業(yè)設計資料并上交辦公室保管。 指導教師簽字： 年 月 日 4 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：爐頂旋轉布料器設計 1 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.1題目背景及研究意義： 布料器是爐頂設備的重要組成部分之一，它的工作狀況直接影響著爐料的分布。有鐘爐頂的布料器是一組旋轉漏斗（內、外漏斗組成），布料器的旋轉漏斗的密封不可靠，不是摩擦阻力大就是漏氣，維護工作量大，越來越不能滿足高爐的生產要求；無鐘爐頂的布料器是由行星輪減速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統組成。無鐘爐頂有兩層密封閥，且不受原料的摩擦和磨損，壽命較長；閥和閥座的重量和尺寸較小，易檢修；爐內布料由布料器的旋轉溜槽來進行，溜槽以高爐中心為中心做圓周方向的旋轉運動，又能改變角度，能夠實現最理想的布料，并且操作靈活能滿足高爐生產需求。 布料器由行星減速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統組成。氣密箱安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中。行星減速箱只有兩個同心出軸伸入氣密箱內需要“轉軸密封”，其余部分都處在大氣環(huán)境之中。氣密箱是布料器的主體部件，也是無鐘爐頂的關鍵部分，設計壽命應該在一代爐齡。為了保證氣密箱內的零部件正常工作，采用冷卻氣冷卻和密封，在承鋼我們都采用的是氮氣密封。設有進氣口和排氣縫。為了使排氣縫的寬度在運轉中保持穩(wěn)定，氣密箱內的零件的定心必須準確，運轉必須平穩(wěn)。必須采用結構緊湊，支持牢靠。氣密箱的所有運動的零件都安裝在旋轉圓筒上，然后通過大軸承支持在中心圓筒上[6]。 1.2國內外相關研究狀況： 自第一臺爐頂旋轉布料器在美國問世至今的半個世紀內，爐頂旋轉布料器技術的發(fā)展迅速，在近20多年內，在生產中，大量使用了爐頂旋轉布料器，其性能和可靠性隨著技術的發(fā)展得到了根本性的提高。從20世紀90年代開始，微電子技術和計算機技術的發(fā)展突飛猛進，PC微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進展日新月異，計算機所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大，中型機上才能實現的功能現在在微型機上就可以實現。在美國首先推出了基于PC微機的爐頂旋轉布料器[7]。 2 本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1研究的主要內容: 本題目的主要內容為爐頂旋轉布料器設計，包括布料器驅動裝置、皮帶機、下料機構等方面的內容。所寫論文除滿足學院論文的基本規(guī)定外，還要根據提供的技術參數繪制布料器總圖，根據所給出的總圖設計皮帶機，設計下料裝置、設計回轉驅動機構并計算選型。 2.2研究方案： 方案一：布料器一種是圓盤式連續(xù)下料，它包括有由圓盤、聯接器、聯接軸、軸承座和大皮帶輪、小皮帶輪構成的傳動裝置，其結構為圓盤與聯接軸固定連接，聯接軸通過聯接器與軸承座聯接，軸承座的轉動軸與大皮帶輪連接，大皮帶輪又與小皮帶輪通過皮帶傳動聯接。圓盤式連續(xù)下料設備結構簡單可靠、設備體積小而緊湊，易于維修，可方便地安裝在現有的輸送帶上方，布料均勻。 方案二：布料器一種是點式下料，它主要有皮帶機、下料裝置和回轉驅動機構等組成，其結構為回轉驅動機構帶動皮帶輪，再由皮帶輪將料運送到各下料艙口，同時能實現單艙口、多艙口投料。其旋轉皮帶機殼體如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 旋轉皮帶機殼體 2.3研究方法、手段： 結合所學專業(yè)課程，通過查閱相關資料，溫習相關制圖軟件，完成畢業(yè)設計； 本設計題目是工業(yè)工程實際運用，通過運用機械、液壓、耐熱材料的選擇和結構設計等知識，利用CAD軟件完成旋轉布料器結構的設計，并進行相關的校核計算，完成包括設計皮帶機、下料裝置和回轉驅動機構等工作。本設計旨在鍛煉我在專業(yè)技術應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求，在機械設計技術方面得到全面提高，并受到工業(yè)工程設計工程師的基本訓練。 3 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1本課題研究的重點及難點: 本課題研究的重點是爐頂旋轉布料器總體結構的設計優(yōu)化選擇,保證各個結構之間的相互合理配合，使之能連續(xù)工作，有節(jié)奏，安全地成產。爐頂旋轉布料器的設計與計算，傳動系統部的設計與計算，支承（機架）和零件結構的設計計算，以及各個過程參數的確定，繪制圖形。實現多艙口布料的同時也能實現單艙口布料；對回轉驅動機構的設計也是至關重要，應當考慮設計簡潔的同時還應考慮轉速問題。本畢業(yè)設計題目應充分貼近“可持續(xù)發(fā)展”的主題。 3.2本課題前期已開展工作： （1） 搜集并查閱了相關專業(yè)資料為后期的畢業(yè)設計做好充分的準備； （2） 完成了爐頂旋轉布料器設計的文獻綜述； （3） 完成了爐頂旋轉布料器的二維圖的繪制； （4） 對爐頂旋轉布料器結構進行了分析及其工藝性分析； （5） 進行了爐頂旋轉布料器結構的分析，擬訂了備選結構方案。 4 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1～2周（2013年11月20日-2013年11月30日）：熟悉課題，工廠參觀機械設備生產過程，熟悉畢業(yè)設計工作管理手冊及撰寫規(guī)范，翻譯外文資料； 3～4周（2013年12月1日-2013年12月10日）：確定研究方案及爐頂旋轉布料器的類型及結構，完成論文綜述，準備開題答辯； 5～10周（2013年12月11日-2014年3月20日）：對爐頂旋轉布料器工作部分尺寸及公差進行設計計算，并運用CAD輔助設計完成部分零件，完成論文，準備中期答辯； 11～14周（2014年3月21日-2014年5月10日）：運用CAD繪制布料器部分零件圖和總裝配圖，完成旋轉布料器零部件的選材、工藝規(guī)程的編制、裝配圖及零件圖的繪制等工作； 15周（2014年5月11日-2014年5月20日）：對所有圖紙進行校核，編寫設計說明書，所有資料提請指導教師檢查，準備畢業(yè)答辯。 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 張憲民.機械設計與制造.北京：機械工業(yè)出版社，2011，8：3-4. 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During the study the fabric system, turn on the reversible belt conveyor, belt conveyor weighing, mixing and large angle belt conveyor belt conveyor for analysis calculations. The detailed calculations of the cross-sectional area of the material, the driving motor power and the circumferential force is calculated for each aggregate tension roller and the drive torque of the drum by the use in the calculation of the maximum tension and tape, and the viability of the entire belt system were checked . This design enables the best fabrics, and operational flexibility to meet the needs of blast furnace production. This paper briefly describes the structure and characteristics of the rotating distributor, the distributor based on the operation principle and the known parameters and calculate the various data, a reasonable choice of belt conveyor belt, drive motor. Belt bearing segment in part, to achieve safe and stable operation of the system fabric. Keywords: feeding system; belt; rotating structure 主要符號表 B 輸送帶寬度(m) D 滾筒直徑(m) e 自然對數的底(1) F 滾筒上輸送帶平均張力(N) F1 滾筒上輸送帶緊邊張力(N) F2 滾筒上輸送帶松邊張力(N) FH 主要阻力(N) g 重力加速度(m/s2) H 輸送機卸料點與裝料點間的高度(m) Im 輸送能力(kg/s) L 輸送機長度(頭尾滾筒中心差)(m) Mmax 傳動滾筒最大扭矩(kN·m) PM 驅動電機所需運行功率(kW) Q 輸送機小時生產能力(t/h) S 輸送帶上物料橫截面積(m2) 輸送帶速度(m/s) 輸送機在運行方向上的傾斜角(°) 傳動效率(1) 傳動滾筒與輸送帶間的摩擦系數(1) 被輸送散裝物料的堆積密度(kg/m3) 輸送帶在傳動滾筒上的圍包角(rad) 目 錄 1 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2課題的構思和思路 1 1.3布料器簡介 1 1.4布料器的設備組成 2 1.5國內外布料器的發(fā)展概況 3 1.6主要設計內容簡介 5 2 爐頂旋轉布料器設計 6 2.1布料器的運行過程 6 2.2整體設計 7 2.3功能原理方案分析 7 2.4結構的選擇與設計 7 3 傳動系統設計 12 3.1齒輪傳送特點 12 3.1.1齒輪的類型 12 3.1.2齒輪的設計準則 14 3.1.3齒輪的傳動類型 14 3.1.4減少噪音方法 16 3.1.5齒輪的強度校核 17 3.2軸承的校核 18 3.3電動機的選擇 18 4 皮帶機的設計計算 20 4.1原始數據及工作條件 20 4.2計算步驟 20 4.2.1輸送帶上最大的物料橫截面積 20 4.2.2帶寬的確定 21 4.2.3輸送帶寬度的核算 22 4.3圓周驅動力的計算 23 4.3.1計算公式 23 4.3.2主要阻力計算 23 4.3.3附加阻力計算 24 4.3.4主要特種阻力計算 25 4.3.5附加特種阻力計算 26 4.3.6傾斜阻力計算 27 4.4傳動功率計算 27 4.4.1傳動軸功率（）計算 27 4.4.2電動機的功率計算 27 4.4.3電動機與減速器的選型 28 4.5輸送皮帶張力的設計計算 29 4.5.1輸送帶的不打滑條件的設計校核 29 4.5.2輸送帶下垂度的設計校核 30 4.5.3各特性點張力的設計計算 30 4.6傳動滾筒、改向滾筒合張力計算 32 4.6.1改向滾筒合張力計算 32 4.6.2傳動滾筒合張力計算 32 4.7傳動滾筒的最大扭矩計算 32 4.8張緊力計算 33 4.9輸送帶的選擇計算 33 4.9.1織物芯輸送帶 33 4.9.2棍子載荷校核 34 5 總結 36 5.1發(fā)展趨勢 36 5.2存在問題 36 參考文獻 39 致 謝 40 畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 41 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 42 附錄1 43 V 1 緒論 1.1課題背景 布料器是爐頂設備的重要組成部分之一，它的工作狀況直接影響著爐料的 分布。有鐘爐頂的布料器是一組旋轉漏斗（內、外漏斗組成），布料器的旋轉漏斗的密封不可靠，不是摩擦阻力大就是漏氣，維護工作量大，越來越不能滿足高爐的生產要求；無鐘爐頂的布料器是由行星輪減速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統組成。無鐘爐頂有兩層密封閥，且不受原料的摩擦和磨損，壽命較長；閥和閥座的重量和尺寸較小，易檢修；爐內布料由布料器的旋轉溜槽來進行，溜槽以高爐中心為中心做圓周方向的旋轉運動，又能改變角度，能夠實現最理想的布料，并且操作靈活能滿足高爐生產需求。 1.2課題的構思和思路 布料器由行星減速箱、氣密箱、布料溜槽和控制系統組成。氣密箱安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中。行星減速箱只有兩個同心出軸伸入氣密箱內需要“轉軸密封”，其余部分都處在大氣環(huán)境之中。氣密箱是布料器的主體部件，也是無鐘爐頂的關鍵部分，設計壽命應該在一代爐齡。為了保證氣密箱內的零部件正常工作，采用冷卻氣冷卻和密封，在承鋼我們都采用的是氮氣密封。設有進氣口和排氣縫。為了使排氣縫的寬度在運轉中保持穩(wěn)定，氣密箱內的零件的定心必須準確，運轉必須平穩(wěn)。必須采用結構緊湊，支持牢靠。氣密箱的所有運動的零件都安裝在旋轉圓筒上，然后通過大軸承支持在中心圓筒上。 1.3布料器簡介 布料器是將原料及固體燃料按要求分布于豎窯橫斷面上的布料裝置。布料器是豎窯生產的關鍵設備之一。為了減少豎窯的周邊效應、均勻料層阻力及組織合理的燃燒,按布料操作要求,塊度較大的原料布于窯的中心,較小的分布于窯的周邊,燃料在周邊分布較多,中心分布少些。中國耐火材料工業(yè)使用的布料裝置主要有旋轉式蝸殼布料器,回轉分級布料器,升降式布料器及雙層布料鐘等。一般用于直徑3～4m煅燒石灰的豎窯上。 物料進入受料斗,料斗旋轉一定角度,然后料斗下部的電動料鐘下行,將料加入窯內。每批料分若干次加入,每次料斗均按一定的不同角度旋轉加料,經過若干 1 循環(huán)從而獲得工藝要求的布料效果。 1.4布料器的設備組成 由受料斗及其傳動裝置、料鐘及其升降裝置和蝸殼形布料器組成。 受料斗及其傳動裝置：受料斗呈倒截圓錐形,由鋼板焊制并襯以耐磨襯板,支承在窯頂的托輥上。傳動裝置的小傘形齒輪與固定在受料斗下部的大傘形齒輪相嚙合,通過傳動裝置的電動機、制動器及減速機,帶動受料斗與蝸形布料器一同旋轉,每次所旋轉的角度不同,由主令控制器執(zhí)行,一般連續(xù)按15°、90°、180°及270°順序運行,經6個循環(huán)可布滿一周,獲得較好的布料效果。 料鐘及其升降裝置：料鐘由鑄鋼加工制成,要求與受料斗下口吻合,起密封作用。料鐘桿承受物料沖擊磨損,其上裝有可更換的護桿套管。料鐘到位時起密封作用,下降時則起分料作用。其升降行程可以調節(jié),執(zhí)行機構分電動與氣動控制兩種,電動升降機構通過傳動裝置由主令控制器實現,氣動升降機構則借氣缸行程調節(jié)。 布料器α角的測量：CR-α角校驗儀。 隨著冶金工業(yè)的飛速發(fā)展，作為鋼鐵冶煉過程中的重要組成部分—冶煉爐也產生了幾次大的變革。從100m3~300m3的小高爐發(fā)展到1750m3~3800m3甚至到4200m3大型高爐，從最初的雙料鐘爐頂到現在已經普遍使用的無鐘爐頂。 無料鐘爐頂裝料設備應用于煉鐵高爐將煉鐵原料按照一定的制度裝入高爐內并使之合理分布。布料器也稱氣密箱，是無料鐘設備的核心，用于完成溜槽的布料工藝要求。溜槽布料器的溜槽與高爐垂直中線擺角α角由交流伺服電機驅動，經減速機，鋼絲繩（或直接由數字缸）帶動托圈，托圈的上下運動通過曲柄轉化為布料溜槽的α角傾動。 布料器溜槽的旋轉β角是由電機通過減速機經齒輪副驅動旋轉套筒，實現布料溜槽旋轉。 α角傾動和β角旋轉配合，可實現環(huán)形；螺旋；扇形；定點；中心加焦等方式，可將爐料布到爐喉斷面的任意位置，因此，α角的精度直接影響爐頂設備的調節(jié)性能，是一項重要參數。 由于溜槽在爐內的特殊安裝方式，α角的校驗是一項比較麻煩的工作。用常規(guī)機械測量方法很難保證精度。 在研制開發(fā)并廣泛應用冶金行業(yè)α角度儀，β角度儀的基礎上，根據現場需要采用光機電一體化技術研制成功了“α角校驗儀”實現了α角的高精度；非接觸式測量。 1.5國內外布料器的發(fā)展概況 近年來，隨著鋼鐵企業(yè)的飛速發(fā)展，各種新工藝、新裝備也在各鋼鐵企業(yè)應運而生，尤其是高爐爐頂設備。高爐爐頂設備是高爐煉鐵生產的關鍵和重要設備。隨著高爐容積大型化和爐頂壓力的不斷提高，鐘式已爐頂布料已不能滿足靈活布料和密封的需要。而無料鐘爐頂溜槽布料靈活，可以實現單環(huán)布料、多環(huán)布料、螺旋布料和定點布料；設備密封型好，是高爐爐頂裝料設備的重大變革。與傳統的“鐘式、鐘閥式”爐頂裝料設備相比，其具有密封可靠、布料靈活、使用壽命長的優(yōu)點。無料鐘爐頂裝料設備在新建、大修改造中占絕對主導地位，無料鐘爐頂取代傳統的鐘式爐頂已成必然趨勢。 功率與重在無料鐘爐頂技術中，布料器是無料鐘爐頂設備的核心部件,它的正常運轉對高爐的爐況穩(wěn)定、生產順行起著非常重要的作用。高爐布料器由鋼結構的氣密箱外殼和內部的齒輪傳動機構、中心厚管、溜槽等構成主體部分。目前，PW公司生產的PW型布料溜槽傳動齒輪箱在國內得到廣泛的推廣和使用。PW公司生產的布料溜槽傳動齒輪箱有輕型的和重型兩種不同的規(guī)格,其傳動形式是行星輪減速器傳動。 國內的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質和工藝水平上還有許多弱點，特別是我國超大型減速器(如水泥生產行業(yè)，冶金，礦山行業(yè)都需要超大型減速器)問題更突出，我國的這種齒輪減速機產品多數標準落后，產品更新換代緩慢，而且使用壽命短，質量較差，不能很好滿足生產工藝需要。國內使用的大型減速器(500kw以上)，大多從國外(如丹麥、德國等)進口。 縱觀現階段國內減速器行業(yè)的狀況，為了使行業(yè)能保持健康可持續(xù)的發(fā)展，在充分肯定行業(yè)的發(fā)展和進步的同時，更應看到問題的存在，并積極研究相應對策和措施，力爭在短的時間內有更大的進步。目前，國外減速裝置的行業(yè)最突出的問題是，開發(fā)新產品的能力薄弱，技術創(chuàng)新和管理水平低，企業(yè)管理模式是粗放型的，有相當比例的產品仍然是中低檔的，品牌的國際影響力極其缺乏。在此基礎上，促進企業(yè)的并購、整合，跨行業(yè)發(fā)展，盡快在市場上形成有影響力的品牌，有更大的規(guī)模和強度，具有較強的產品開發(fā)和技術的企業(yè)集團，使我們可以保持與國外同行的競爭上有一定優(yōu)勢，并不斷繼續(xù)發(fā)展。 無料鐘爐頂是上世紀70年代初由盧森堡PW公司推出的新型高爐裝料裝置，它采用小直徑的上下密封閥實現爐頂煤氣密封，采用旋轉溜槽和料流調節(jié)閥門布料，隨后在世界各地迅速推廣。上世紀80年代后,PW公司又相繼推出了串罐式、串并罐式等無料鐘爐頂。通過三十多年的不斷完善和發(fā)展，無料鐘爐頂技術已經相當成功。無料鐘爐頂裝料設備在新建、大修改造中占絕對主導地位，無料鐘爐頂取代傳統的鐘式爐頂已成必然趨勢。無料鐘爐頂布料器大致可分為并罐式、串罐式和串并罐式三種。其中被廣泛應用的主要是并罐式和串罐式兩種，各有其特點。 在無料鐘發(fā)展的前幾十年都是并罐式無料鐘爐頂，采用兩個并列的上料罐分別向兩個稱量料罐內裝料，其裝料能力大，但布料有蛇形偏析現象，設備部件多，設備重量也較大，加上需要兩套均排壓設施，因此投資相對較高。 串罐式的無料鐘將并罐的上料罐合二為一，由一個料罐單獨向稱量料罐內裝料，它能有效地控制裝料過程的物料偏析，料罐稱量準確，料閘可控性更佳，設備重量更輕，設備故障率較低，因此，在最近新建和改造的高爐上，較多地采用了串罐無料鐘爐頂。目前常用的無料鐘爐頂設備為串罐式，用于高爐爐頂受料、給料以及布料。布料工藝性好，可實現多環(huán)或任意點布料。本鋼已投產的6、7號高爐和正在建設的8號高爐均引進PW新型串罐式無料鐘爐頂，是國內最先引進該裝備的鋼鐵企業(yè)之一，該裝備處于國際領先水平。從6、7號高爐的生產實踐來看效果良好，優(yōu)勢盡顯。繼PW公司之后，中國、日本又相繼開發(fā)了結構、原理不同與PW型的無料鐘爐頂，但在大型高爐上，PW型無料鐘爐頂相對優(yōu)勢明顯一些。 在無料鐘爐頂技術中，布料器是無料鐘爐頂設備的核心部件,它的正常運轉對高爐的爐況穩(wěn)定、生產順行起著非常重要的作用。高爐布料器由鋼結構的氣密箱外殼和內部的齒輪傳動機構、中心喉管、溜槽等構成主體部分。布料器安裝在爐頂鋼圈上,受到爐喉高溫料面、熱煤氣、粉塵的威脅,所以對其進行冷卻和密封是保證布料器正常工作的必要手段。由于沒有鐘爐頂大小的時鐘布布料溜槽，因此無鐘爐頂布料溜槽傳動齒輪箱的關鍵部分，傳統意義上的取代經銷商。與無鐘爐頂技術的發(fā)展，對斜齒輪箱分布設計，制造和應用技術的不斷提高。 目前，PW型布料溜槽傳動齒輪箱出品公司PW在中國具有廣泛的推廣應用。布料溜槽傳動齒輪箱PW公司生產的輕型及重型兩種不同規(guī)格，傳動方式由行星差動減速器驅動。 自第一臺爐頂旋轉布料器在美國問世至今的半個世紀內，爐頂旋轉布料器技術的發(fā)展迅速，在近20多年內，在生產中，大量使用了爐頂旋轉布料器，其性能和可靠性隨著技術的發(fā)展得到了根本性的提高。 從上個世紀九十年代以來，微電子技術和計算機技術的發(fā)展突飛猛進，特別是PC微機的發(fā)展日新月異的發(fā)展，硬件、軟件或設備，計算機芯片的集成度越高，功能越來越強，且成本低，該原來可以實現大，介質的功能可以在微機上實現了,在美國首次推出的基于PC機的爐頂旋轉布料器。 1.6主要設計內容簡介 結合所學專業(yè)課程，通過查閱相關資料，溫習相關制圖軟件，完成畢業(yè)設計；查閱爐頂旋轉布料器的設計相關信息，結合專業(yè)課程制定畢業(yè)設計計劃，搭建論文正文主體框架。根據爐頂旋轉布料器的系統參數及要求，擬定設計方案，選擇傳動副，設計主要傳動零件，繪制系統2D總裝配圖和主要零件圖；計算系統設計過程中所涉及的重要數據；撰寫論文，并對格式進行標準化處理；按論文指導手冊的要求完成畢業(yè)設計全部內容。 15 2 爐頂旋轉布料器設計 2.1布料器的運行過程 高爐爐頂布料齒輪箱的結構和布料溜槽傳動系統工作原理如圖2.1所示，靈活性是無料鐘爐頂的一個顯著的特點，它可以根據不同的布料溜槽旋轉和傾斜，結合不同的組合形式，達到環(huán)形布料，螺旋式布料和扇形布料，為實現各種形式的布料，驅動裝置也更為復雜，如圖2.1所示，主要由旋轉電機，傾動電機，齒輪箱，減速箱，可分離也可同時運行，以滿足不同布料的需求。當旋轉電機運動，傾動電機不運動時，電機帶動齒輪1，2，3，4，10，11，13轉動，齒圈固定在一起的旋轉圓筒和布料溜槽也一起旋轉。另一方面，齒輪1，2，3和行星輪8，9和系桿H和齒輪12，14，15。通過旋轉電機，電機帶動齒圈13和15，兩個旋轉的傳動比的設計是完全相同的，即齒圈13和15是同步的，沒有相對運動，那么溜槽只有傾斜而沒有旋轉運動。當旋轉電機不工作，傾翻電機工作時，通過渦輪5、渦桿6、中心齒輪7、行星齒輪8和9、齒輪12、雙聯齒輪14和15、齒輪16、渦輪渦桿17和18、齒輪19和20、系桿H以及耳軸，滑槽只有傾斜而沒有旋轉。當兩個電機同時工作時，由于行星輪系的差動，大齒圈13和14產生差動，所以傳動齒輪16和齒輪15產生相對運動，滑槽同時旋轉和傾斜。 注：1-20均為齒輪，其中5，6，17，18為渦輪渦桿， 20為扇形齒輪，H為周轉輪系系桿 圖2.1 旋轉布料器工作原理圖 2.2整體設計 如圖2.2所示本課題設計的爐頂旋轉布料器整體效果 圖2.2 爐頂旋轉布料器整體效果圖 2.3功能原理方案分析 爐頂旋轉布料器采用電機驅動，爐料先進入皮帶機殼體內的皮帶機上，皮帶機運動，從而控制料均勻的布入爐內。布料完成后，電機驅動行星齒輪減速器，帶動驅動齒輪，驅動齒輪驅動大齒輪運作，大齒輪保證了皮帶機殼體的旋轉和固定料筒之間的相對圓周相對運動，從而運動到下一個料筒上方實現連續(xù)旋轉布料。 2.4結構的選擇與設計 料筒使用的是管材結構焊接部件，合理的選擇管材，能提高整個布料器的使用壽命，減少維修次數和時間。 a. 管材的分類： 按生產的方法： （1） 無縫管——熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管、頂管； （2） 焊管。 1） 按工藝分——電弧焊管、電阻焊管（高頻、低頻）、氣焊管、爐焊管； 2） 按焊縫分——直縫焊管、螺旋焊管。 b. 按斷面形狀分類： （1） 簡單斷面鋼管——圓形斷面鋼管、方形斷面鋼管、橢圓形斷面鋼管、三角形斷面鋼管、六角形斷面鋼管、菱形斷面鋼管、八角形斷面鋼管、半圓形斷面鋼圓、其他； （2） 復雜斷面鋼管——不等邊六角形斷面鋼管、五瓣梅花形斷面鋼管、雙凸形斷面鋼管、雙凹形斷面鋼管、瓜子形斷面鋼管、圓錐形斷面鋼管、波紋形斷面鋼管、表殼斷面鋼管等。 c. 按壁厚分類——薄壁鋼管、厚壁鋼管 d. 按口徑分類——大口徑無縫鋼管、小口徑無縫鋼管 （1） 按壁厚可分為:薄壁鋼管、厚壁鋼管 （2） 按用途分類: 管道用鋼管、熱工設備用鋼管、機械工業(yè)用鋼管、石油、地質鉆探用鋼管、容器鋼管、化學工業(yè)用鋼管、特殊用途鋼管、其他。 1） 管道用管。如：水、煤氣管、蒸汽管道用無縫管、石油輸送管、石油天然氣干線用管。農業(yè)灌溉用水龍頭帶管和噴灌用管等。 2） 熱工設備用管。如一般鍋爐用的沸水管、過熱蒸汽管，機車鍋爐用的過熱管、大煙管、小煙管、拱磚管以及高溫高壓鍋爐管等。 3） 機械工業(yè)用管。如航空結構管（圓管、橢圓管、平橢圓管），汽車半軸管、車軸管、汽車拖拉機結構管、拖拉機的油冷卻器用管、農機用方形管與矩形管、變壓器用管以及軸承用管等。 4） 石油地質鉆探用管。如：石油鉆探管、石油鉆桿（方鉆桿與六角鉆桿）、鉆挺、石油油管、石油套管及各種管接頭、地質鉆探管（巖心管、套管、主動鉆桿、鉆挺、按箍及銷接頭等）。 5） 化學工業(yè)用管。如：石油裂化管，化工設備熱交換器及管道用管、不銹耐酸管、化肥用高壓管以及輸送化工介質用管等。 6） 其他各部門用管。如：容器用管（高壓氣瓶用管與一般容器管），儀表儀器用管、手表殼用管、注射針頭及其醫(yī)療器械用管等。 e. 按連接分類： 鋼管按管端聯接方式可分為：光管（管端不帶螺紋）和車絲管（管端帶有螺紋）。 車絲管又分為：普通車絲管和管端加厚車絲管。加厚車絲管還可分為：外加厚（帶外螺紋）、內加厚（帶內螺紋）和內外加厚（帶內外螺紋）等地車絲管。 車絲管若按螺紋型式也可分為：普通圓柱或圓錐螺紋和特殊螺紋等地車絲管。 無縫鋼管是一個中空截面，周圍沒有焊縫的鋼材。鋼管具有中空截面，作為輸送流體的管道，如石油，天然氣，煤氣，水及某些固體物料的管道等。與其他鋼材相比相比，在相同的彎扭強度，重量較輕，是一種經濟型鋼，廣泛用于制造結構件和機械零件，如石油鉆桿，汽車傳動軸，有支架施工，鋼車架。對鋼管制造環(huán)形件，可以提高材料的利用率，簡化制造工序，節(jié)約材料和工時，如滾動軸承套圈，千斤頂等，被廣泛應用于鋼管的制造。鋼管還是各種常規(guī)武器不可缺少的材料。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為管及配件。由于在周長相等的條件下，圓面積最大，用圓形管可以輸送的流體。此外，內部或外部的徑向應力下的圓截面，受力均勻，因此，絕大多數的鋼管為圓管。但是，圓管也有一定的局限性，如平面彎曲的條件下，對更好的側管，矩形管抗彎強度大，一些農場的骨架，鋼木家具和使用方管、矩形管。異型鋼管根據不同用途的其他部分。 （1） 結構用無縫鋼管（GB/T8162-1999）是用于一般結構和機械結構的無縫鋼管。 （2） 流體輸送用無縫鋼管（GB/T8163-1999）是用于輸送水、油、氣等流體的一般無縫鋼管。 （3） 低中壓鍋爐用無縫鋼管（GB3087-1999）是用于制造各種結構低中壓鍋爐過熱蒸汽管、沸水管及機車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優(yōu)質碳素結構鋼熱軋和冷拔（軋）無縫鋼管。 （4） 高壓鍋爐用無縫鋼管（GB5310-1995）是用于制造高壓及其以上壓力的水管鍋爐受熱面用的優(yōu)質碳素鋼、合金鋼和不銹耐熱鋼無縫鋼管。 （5） 化肥設備用高壓無縫鋼管（GB6479-86）是適用于工作溫度為40~400℃、工作壓力為10~30Ma的化工設備和管道的優(yōu)質碳素結構鋼和合金鋼無縫鋼管。 （6） 石油裂化用無縫鋼管（GB9948-88）是適用于石油精煉廠的爐管、熱交換器和管道無縫鋼管。 （7） 地質鉆探用鋼管（YB235-70）是供地質部門進行巖心鉆探使用的鋼管，按用途可分為鉆桿、鉆鋌、巖心管、套管和沉淀管等。 （8） 金剛石巖芯鉆探用無縫鋼管（GB3423-82）是用于金剛石巖芯鉆探的鉆桿、巖心桿、套管的無縫鋼管。 （9） 石油鉆探管（YB528-65）是用于石油鉆探兩端內加厚或外加厚的無縫鋼管。鋼管分車絲和不車絲兩種，車絲管用接頭聯結，不車絲管用對焊的方法與工具接頭聯結。 （10） 船舶用碳鋼無縫鋼管（GB5213-85）是制造船舶I級耐壓管系、Ⅱ級耐壓管系、鍋爐及過熱器用的碳素鋼無縫鋼管。碳素鋼無縫鋼管管壁工作溫度不超過450℃，合金鋼無縫鋼管管壁工作溫度超過450℃。 （11） 汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車半軸套管及驅動橋橋殼軸管用的優(yōu)質碳素結構鋼和合金結構鋼熱軋無縫鋼管。 （12） 柴油機用高壓油管（GB3093-86）是制造柴油機噴射系統高壓管用的冷拔無縫鋼管。 （13） 液壓和氣動缸筒用精密內徑無縫鋼管（GB8713-88）是制造液壓和氣動缸筒用的具有精密內徑尺寸的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。 （14） 冷拔或冷軋精密無縫鋼管（GB3639-83）是用于機械結構、液壓設備的尺寸精度高和表面光潔度好的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。選用精密無縫鋼管制造機械結構或液壓設備等，可以大大節(jié)約機械加工工時，提高材料利用率，同時有利于提高產品質量。 （15） 結構用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14975-1994）是廣泛用于化工、石油、輕紡、醫(yī)療、食品、機械等工業(yè)的耐腐蝕管道和結構件及零件的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴）和冷拔（軋）無縫鋼管。 （16） 流體輸送用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976-1994）是用于輸送流體的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴）和冷拔（軋）無縫鋼管。 （17） 異型無縫鋼管是除了圓管以外的其他截面形狀的無縫鋼管的總稱。按鋼管截面形狀尺寸的不同又可分為等壁厚異型無縫鋼管（代號為D）、不等壁厚異型無縫鋼管（代號為BD）、變直徑異型無縫鋼管（代號為BJ）。異型無縫鋼管廣泛用于各種結構件、工具和機械零部件。和圓管相比，異型管一般都有較大的慣性矩和截面模數，有較大的抗彎抗扭能力，可以大大減輕結構重量，節(jié)約鋼材。 本體的設計的旋轉布料器安裝在爐頂鋼圈上，受爐喉熱煤氣的威脅。布料溜槽位于爐喉料面之上，完全處于熱煤氣的工作環(huán)境中，所以，優(yōu)先選用無縫鋼管。 鋼結構與其它結構相比，具有如下特點： （1） 可靠性高 鋼材在生產時，整個過程可嚴格控制，質量比較穩(wěn)定，性能可靠，剛才組織均勻，接近于各相同性勻質體;工程力學對材料性能與鋼才對物理力學特性做的基本假定有較好符合性；鋼結構的工作性能在實際工作中比較符合現階段采用的理論計算結果，并且計算結果準確可靠，所以說鋼結構有著較高的可靠性。 （2） 鋼結構有著較高的材料強度，自重小 與其他材料相比，鋼材的重力密度雖然較大，但它有較高的強度和彈性模量，而且也有較高的強度與重力密度比，再同樣的受力條件下，鋼結構構件的截面積要小得多，結構的自重小。鋼結構的自重小，運輸與安裝都比較方便，可有效減輕基礎結構的負荷，將地基和基礎部分的造價減到最低。 （3） 鋼材的韌性和塑性好 鋼材的塑性好，鋼結構不會因為超載和破裂，在一般情況下，故障通常有一個明顯的變形，容易被發(fā)現，可以及時采取補救措施，避免重大事故的發(fā)生。鋼結構的韌性，對動態(tài)負荷適應性的鋼結構的能量吸收能力強，具有良好的抗震性能。 （4） 鋼結構制造方便，施工周期短 鋼結構通常是專業(yè)制造工廠，容易實現機械化，生產力和產品質量高，質量保證，對工程結構的工業(yè)化程度是最高的結構。組件的制造完成后，運到施工現場的組裝結構。組件可以方便地安裝螺栓連接，有時成較大的結構，安裝在地面，然后提升。施工周期短，能盡快發(fā)揮投資的經濟效益的作用，由于鋼結構具有連接方便的特點，因此能加快重建和搬遷。 （5） 鋼結構密封性好 鋼結構采用焊接連接，可以制成水密性和氣密性較好的常壓和高壓結構和管道等。 （6） 鋼材的耐蝕性較差 在一般環(huán)境下無腐蝕性介質，普通鋼結構先除銹，然后再涂合格鍍層，腐蝕不嚴重，所以鋼結構本身維護成本較低。 3 傳動系統設計 3.1齒輪傳送特點 齒輪傳動是利用兩個齒輪的相互嚙合傳遞運動和動力的一種機械傳動。具有傳動結構緊湊、傳動效率高、使用壽命長等特點。 齒輪傳動是利用兩個齒輪的相互嚙合傳遞運動和動力的一種機械傳動。按齒輪軸線的相對位置的不同，齒輪傳動可分為平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有傳動結構緊湊、傳動效率高、使用壽命長等特點。 齒輪傳動是指用主、從動兩個齒輪直接傳遞運動和動力的裝置。在現有的機械傳動中，應用最廣的即為齒輪傳動，齒輪傳動可用來傳遞相鄰兩軸之間的運動和動力。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、結構緊湊、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設備，嚙合傳動會產生噪聲。 3.1.1齒輪的類型 a. 根據兩軸的相對位置和輪齒的方向可分為以下類型： （1）直齒圓柱齒輪傳動 （2）斜齒圓柱齒輪傳動 （3）人字齒輪傳動 （4）錐齒輪傳動 （5）交錯軸斜齒輪傳動 b. 根據齒輪的工作條件可分為： （1）開式齒輪傳動式齒輪傳動，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤滑 （2）半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池，有護罩，但不封閉 （3）閉式齒輪傳動，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內，潤滑條件良好，灰沙不易進入，安裝精確 齒輪傳動有良好的工作條件，是應用最廣泛的齒輪傳動。 齒輪傳動按齒輪的外形可分為圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、非圓齒輪傳動、齒條傳動和蝸桿傳動。 按輪齒的齒廓曲線可分為擺線齒輪傳動、圓弧齒輪傳動和漸開線齒輪傳動等。由兩個以上的齒輪組成的傳動稱為輪系。根據輪系中是否有軸線運動的齒輪可將齒輪傳動分為普通齒輪傳動和行星齒輪傳動，輪系中有軸線運動的齒輪就稱為行星齒輪。齒輪傳動按其工作條件又可分為閉式、開式和半開式傳動。把傳動密封在剛性的箱殼內，并保證良好的潤滑，稱為閉式傳動，較多采用，尤其是速度較高的齒輪傳動，必須采用閉式傳動。開式傳動是外露的、不能保證良好的潤滑，僅用于低速或不重要的傳動。半開式傳動介于二者之間。 嚙合定律，齒輪傳動的平穩(wěn)性要求在輪齒嚙合過程中瞬時傳動比i=主動輪角速度/從動輪角速度==常數，這個要求靠齒廓來保證。兩嚙合的齒廓和在任意點K接觸，過K點作兩齒廓的公法線，它與連心線交于C點。兩齒廓嚙合過程中保持接觸的條件是齒廓上的K點速度和齒廓上的K點速度在公法線方向的分速度相等，即==。由和分別向線作垂線交于和點。上式表明，兩輪齒廓必須符合下述條件：“兩輪齒廓不論在任何位置接觸，過接觸點的公法線必須過連心線上的定點C（節(jié)點）?！边@就是圓形齒輪的齒廓嚙合基本定律。能滿足該定律的曲線有很多，實際上還要考慮制造、安裝和承載能力等方面的要求，一般只采用漸開線、擺線和圓弧等幾種曲線作齒輪的工作齒廓，其中大部分為漸開線齒廓。 對漸開線齒輪來說分別是輪1和輪2的基圓半徑、。線是兩個基圓的內公切線，即兩齒廓任意接觸點的公法線與其重合。因為兩基圓在一個方向只有一條內公切線，所以任意接觸點的公法線都通過定點C，這表明用漸開線作齒廓符合齒廓嚙合基本定律。 以、為圓心過節(jié)點C所繪的兩個圓互稱節(jié)圓。輪1的節(jié)圓半徑，輪2的節(jié)圓半徑漸開線齒輪具有下述特性： （1） 是兩齒廓接觸點的軌跡，稱為嚙合線，它是一條直線。 （2） 過節(jié)點C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與嚙合線間的夾角α′稱為嚙合角，它是常數。 （3） 齒面間的壓力總是沿著接觸點的公法線方向，所以漸開線齒輪在傳遞動力時齒面間的壓力方向不變。 （4） 傳動比與兩輪基圓半徑成反比。齒輪制成后，基圓是確定的，因此在運轉中即使中心距與設計的有點偏差，也不會影響傳動比，這一特性稱為傳動的可分性，它對齒輪的加工、裝配及維修十分有利。 （5） 兩齒廓僅在節(jié)點C接觸時齒面間無滑動，而在其他點接觸時齒面間皆有滑動，且距節(jié)點愈遠，滑動愈大。 （6） 由于漸開線齒輪可以和直線齒廓的齒條相嚙合，故它可以用直線齒廓的刀具展成加工，刀具容易制造，且加工精度可以高。 重合度：重合度是影響齒輪能否連續(xù)傳動的重要參數。輪齒嚙合是由驅動輪的齒根和從動輪的齒頂接觸開始的，即嚙合線與從動輪的齒頂圓的交點A是嚙合的開始點。隨著輪1的轉動，推動著輪2旋轉，接觸點沿著嚙合線移動，當接觸點移到輪1的齒頂圓與嚙合線的交點E時，這時齒廓嚙合終止，兩齒廓開始分離，E點是嚙合終止點，是實際嚙合線長。如果前一對齒還在E點以前的D點接觸，后一對齒已于A點接觸，這時傳動是連續(xù)的；如果前一對齒已于E點離開，而后一對齒尚未進入嚙合，這時傳動就出現中斷?？紤]齒輪的制造、安裝誤差及變形的影響，實際中常要求ε≥1.1～1.4。重合度愈大，傳動愈平穩(wěn)。以上所述是指的圓柱齒輪的端面重合度，對斜齒圓柱齒輪尚有縱向重合度。 一對齒輪能夠正確的嚙合的條件是二者必須模數相等、壓力角相等。 3.1.2齒輪的設計準則 針對齒輪五種失效形式，應分別確立相應的設計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設計數據，因此，齒輪的設計，通常只對齒根彎曲疲勞強度的保證和保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對于大功率齒輪傳動（如主傳動，航空發(fā)動機渦輪驅動），根據保證齒膠合準則計算（參閱GB6413－1986）。至于抵抗其它失效能力，雖然一般不進行計算，但應采取的措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。 a. 閉式齒輪傳動 通過實踐證明，在封閉的齒輪，通常以保證齒面接觸疲勞強度。但對于齒面硬度，高強度、低鐵心齒齒輪（如用20、20Cr鋼經滲碳后淬火的齒輪）或材質較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。 功率較大的傳動，例如輸入功率超過75KW的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應作散熱能力計算。 b. 開式齒輪傳動 （3.1） 齒輪傳動 開式（半開式）齒輪傳動，按理應根據保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。為了延長開式（半開式）齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數適當增大。 前已述之，對于齒輪的輪圈、輪輻、輪轂等部位的尺寸，通常僅作結構設計，不進行強度計算。 3.1.3齒輪的傳動類型 a. 圓柱齒輪傳動 用于平行軸之間的傳動，一般傳動比單級可高達8、20、60，二級至45，三級至200，最大300。傳遞功率為100000千瓦，轉速100000轉每分，圓周速度可達300米/秒。單級效率為0.96~0.99。直齒圓柱齒輪傳動適用于低速驅動。斜齒輪傳動，運行平穩(wěn)，適用于高速行駛。驅動的雙螺旋齒輪傳動適用于傳遞大功率、大扭矩。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有3種：外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪嚙合，兩個轉向相反；內部的齒輪傳動，由一個內齒輪和小齒輪的嚙合，兩輪相同的轉向；齒輪齒條，齒輪轉動直齒條，或者相反。 b. 錐齒輪傳動 用于相交軸間的傳動。單級傳動比可到6，最大到8，傳動效率一般為0.94～0.98。直齒錐齒輪傳動傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動運轉平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應用較少。曲線齒錐齒輪傳動運轉平穩(wěn)，傳遞功率可到3700千瓦，圓周速度可到40米/秒以上。 c. 雙曲面齒輪傳動 用于交錯軸間的傳動。單級傳動比可到10，最大到100，傳遞功率可到750千瓦，傳動效率一般為0.9～0.98，圓周速度可到30米/秒。由于有軸線偏置距，可以避免小齒輪懸臂安裝。廣泛應用于汽車和拖拉機的傳動中。 d. 螺旋齒輪傳動 用于交錯間的傳動，傳動比可到5，承載能力較低，磨損嚴重，應用很少。 e. 蝸桿傳動 交錯軸傳動的主要形式，軸線交錯角一般為90°。蝸桿傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為8～80，用于傳遞運動時可達1500；傳遞功率可達4500kw；蝸桿的轉速可到3萬r/min；圓周速度可到70m/s。蝸桿傳動工作平穩(wěn)，傳動比準確，可以自鎖，但自鎖時傳動效率低于0.5。蝸桿傳動齒面間滑動較大，發(fā)熱量較多，傳動效率低，通常為0.45～0.97。 f. 圓弧齒輪傳動 用凸凹圓弧做齒廓的齒輪傳動?？蛰d時兩齒廓是點接觸，嚙合過程中接觸點沿軸線方向移動，靠縱向重合度大于1來獲得連續(xù)傳動。特點是接觸強度和承載能力高，易于形成油膜，無根切現象，齒面磨損較均勻，跑合性能好；但對中心距、切齒深和螺旋角的誤差敏感性很大，故對制造和安裝精度要求高。 g. 擺線齒輪傳動 用擺線作齒廓的齒輪傳動。這種傳動齒面間接觸應力較小，耐磨性好，無根切現象，但制造精度要求高，對中心距誤差十分敏感。僅用于鐘表及儀表中。 h. 行星齒輪傳動具有動軸線的齒輪傳動 行星齒輪傳動類型很多，不同類型的性能相差很大，根據工作條件合理地選擇類型是非常重要的。常用的是由太陽輪、行星輪、內齒輪和行星架組成的普通行星傳動，少齒差行星齒輪傳動，擺線針輪傳動和諧波傳動等。行星齒輪傳動一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應用愈來愈廣泛。 3.1.4減少噪音方法 減速器通不過工廠測試，是一種間歇噪聲大的原因；ND6型精密聲級計測試，為72.3Db低噪聲（A），達到要求；82.5dB（A），達不到要求。經過反復試驗，測試和改進分析，得出的結論是，必須對生產的各個環(huán)節(jié)的綜合管理，才可有效降低齒輪傳動噪聲。 a. 控制齒輪的精度：齒輪的基本精度要求：經實踐驗證，齒輪的精度必須要控制在GB10995－887~8級，線速度高于20m/s齒輪，齒距的極限偏差、齒圈的徑向跳動公差、齒向公差必須要穩(wěn)定，達到7級精度要求。在達到7級精度要求的情況下，齒部需要倒棱角，要嚴格防止齒根凸臺。 b. 控制齒輪材料的質量：原材料的質量高低是生產產品質量高低的前提因素，現階段用量最大的制造齒輪的材料為40Cr和45鋼。無論原材料產自何處，原材料在加工前都要嚴格的檢驗化學成分、測定晶粒度、評定純潔度。這樣可以及時調整防止熱處理變形，提高加工齒形的質量。 c. 防止熱處理過程中的變形：齒輪坯料經過粗加工后成為精鍛件，進行調質或正火處理，以達到以下要求： （1） 使鋼件軟化以便進行后續(xù)切削加工； （2） 消除皮料上的殘余應力； （3） 細化晶粒，改善晶粒組織以提高機械性能； （4） 為最終能處理作好組織上的準備。應注意的是，在調質或正火處理中，必須保持均勻的爐膛溫度，以及工位器具的采用，使均勻地對工件進行加熱及冷卻，嚴禁成堆擺放。需要鉆孔減少齒輪的重量，應安排熱處理后鉆孔。最終熱處理采用齒輪齒面高頻淬火使零件變形小；齒面高頻淬火具有高強度，硬度，耐磨性和疲勞極限，但是心部還是保持足夠的塑性和韌性。為了減少變形。齒面高頻淬火應采用較低的淬火加熱溫度和較短的加熱時間，加熱均勻，緩慢冷卻。 d. 保證齒輪坯料的精度：齒輪上加工的孔的尺寸精度要求在孔公差值的中間值左右，定在±0.003~±0.005mm；如果超尺寸但又在孔的設計公差要求范圍內，必須做出分類，分別轉入切齒工序。齒坯的徑向跳動及端面跳動為6級，定在0.01~0.02mm范圍內。 e. 齒輪切削加工措施：購買的齒輪刀具必須進行檢查，必須達到AA級的要求。齒輪刀具研磨后必須對刀具面的徑向性，相鄰高差，間距誤差，最大累積誤差、內孔軸線平行度測試。在不影響齒輪強度的前提下，提高齒頂高系數，增加0.05~0.1m，提高刀具的齒頂高系數，避免齒輪干涉。M=1~2齒輪滾刀齒頂修圓，圓量R=0.1~0.15m。消除齒頂的毛刺，改善齒輪干涉。切齒設備每年需要做精度檢查，達不到要求，必須進行修理。操作者還必須經常自檢，特別是在機床主軸徑向間隙控制在0.01mm以下，刀軸徑跳5um以下，刀軸運動在8um以下。安裝精密刀具：刀具跳動控制在3um以下，端面跳動在4um以下。切削加工精度，芯棒直徑及間隙工件孔，須有1~4um的保證。絲桿必須在丙類的頂級位置，螺紋磨床：垂直度≤3um，徑跳≤5um。螺母必須確保內部線程和數據一旦夾緊墊圈的平行度≤3um。 f. 文明生產：齒輪傳動噪聲超過30%源于毛刺、碰傷。在齒輪箱的裝配工廠，去除毛刺及磕碰損傷，是一種被動的方法。齒輪軸，齒輪滾切加工后立即套上專用的塑料保護套進入下一個階段，并且?guī)е哂刑厥獗Ｗo作用塑料套儲存和運輸。珩磨，降低齒面粗糙度，去毛刺，并防止損壞，能有效降低齒輪噪聲。 g. 采取其他材料及熱處理，表面處理： （1） 末冶金成型技術，成型后的齒輪高頻淬火。 （2） 球墨鑄鐵，齒輪加工，然后軟氮化處理。 （3） 采用40Cr材料，齒輪加工后，使用軟氮化或齒部鍍銅處理。綜合說，要根治齒輪的傳動噪聲，齒輪材料及熱處理是根本，保證齒輪的精度是關鍵，文明生產是基礎。 3.1.5齒輪的強度校核 根據齒輪設計公式，齒面的接觸強度條件為 （3.2） （3.3） 式中，、對應高速級和低速級相應的載荷系數； 為高速軸的轉矩；為中間軸的轉矩； 和對應高速級和低速級相應的齒寬系數； 和對應高速級和低速級齒輪對相應的端面重合度。 這些參數可以依據設計變量的值計算和查取出來。查機械設計手冊可查取，40Cr鋼，即小齒輪材料的接觸疲勞度許用應力，45鋼，即大齒輪的接觸疲勞度許用應力。 根據齒輪的設計計算公式，小齒輪的齒根彎曲強度條件為 （3.4） 大齒輪的齒根彎曲強度條件為 （3.5） 式中、、分別為齒輪、的彎曲應力； 、為高速級和低速級的螺旋角影響系數； 、——為齒輪、的齒形系數； 、——為齒輪、的應力校正系數。 由機械設計手冊可查取，40Cr鋼，即小齒輪材料的彎曲疲勞度許用應力，45鋼，即大齒輪的彎曲疲勞度許用應力。 3.2軸承的校核 由于轉矩的大小是低速軸大于高速軸，同時低速軸和高速軸的直徑相差較小，所以只需校核高速軸的深溝球軸承。 由中心軸校核過程可知A,E兩處軸承的受力情況： ==480.1N （3.6） =223.8N （3.7） 當量動載荷 又軸承的基本額定壽命 h 假設該貼標機 預期壽命為10年，每天工作8小時，第年使有300天，在整個使用期限內，行走時間約占60%，則總工作時間 =10300860%=14400h<故軸承壽命符合要求。 3.3電動機的選擇 正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠滿足機械負載要求的前提下，最經濟、最合理地決定電動機功率。 本設計非連續(xù)制工作機械，而且起動、制動頻繁，工作粉塵量大。因此，選擇電動機應與其工作特點相適應。 查機械設計手冊，采用三相交流異步電動機。根據工作特點，電動機工作制應考慮選擇短時重復工作制和短時工作制，并優(yōu)先選用YZR(繞線轉子)、YZ(籠型轉子)系列專用電動機。多數情況下選用繞線轉子電動機；在工作條件較輕，接電次數較少時，亦可采用籠型轉子電動機。對于小噸位驅動，考慮到多方面因素，其電動機工作制也允許選擇連續(xù)工作制。本設計電動機工作制度為斷時工作制，因此不用考慮電動機的發(fā)熱計算。 機構運轉時所需靜功率按下式計算： （3.8） 式中—額定起升載荷（N）； —自重（N），可?。剑?.02～0.04）； —起升速度； —機構總效率。初步計算時，可?。?.85～0.9。 =6.311 （KN） （3.9） 計算電動機功率 考慮到工作環(huán)境，其系數, 所以 查《機械設計手冊》應選用：YZ系列三項異步電機， 型號：YZ160L—8， 效率：82.4% 額定電壓：380V, 基準工作制為 額定功率：7.5KW， 轉速：705r/min 4 皮帶機的設計計算 4.1原始數據及工作條件 參數和工作條件 （1） 輸送物料：硅石、焦炭、球團 （2） 物料特性： 塊度：20～120mm 物料密度：0.65～2.6 （3） 工作環(huán)境：露天 （4） 輸送系統及相關尺寸： 運距：1m 傾斜角：β=0° 最大運量：30t/h 帶寬：B=650mm 上托輥間距 下托輥間距 DTⅡ(A)型固定式帶式輸送機是通用型系列產品，可廣泛應用于冶金、煤炭、交通、電力、建材、化工、輕工、糧食和機械等行業(yè)，輸送堆積密度為500～2500各種散裝物料和成件物品，適用環(huán)境溫度為-20°～40°。本設計選用DTⅡ(A)型固定式帶式輸送機。 初步確定輸送機布置形式，如圖4.1所示： 圖4.1 傳動系統圖 4.2計算步驟 4.2.1輸送帶上最大的物料橫截面積 為保證正常輸送條件下不撒料,輸送帶上允許的最大物料橫截面積按式(4.1)計算(按圖4.2)。 (4.1) (4.2) (4.3) 式中b——輸送帶可用寬度m，按以下原則取值： b≤2m時，b=0.9b－0.05m； b≥2m時，b=b－0.05m； ——中間輥長度，m，對于一輥或二棍的托輥組，； ——物料的運行堆積角，參考<>表2-1中數據酌定。 圖4.2 等長三輥槽型截面 參考<>表3-2列出了不同帶寬時的S值,可直接查取。 4.