钢管轧管机主传动系统设计.doc

钢管轧管机主传动系统设计摘要 在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，社会对钢铁轧制品数量和质量的要求越来越高，钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起到举足轻重的作用。轧管机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系统庞大，它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动系统设计的重要性。本次设计的主要目的是进一步掌握轧管机主传动系统，并对主其要部件进行设计和计算校核。在查阅大量文献和了解相关知识，并且到鞍山钢铁集团公司无缝钢管厂219、159和PQF三条国内先进的生产线进行实习调研，掌握现代轧管机的发展及设备结构特点状况后，确定了两台电机通过万向接轴直接带动工作辊工作的总体传动设计方案。通过对159MPM轧管机的主要力能参数的计算，合理选择电机，联轴器、减速器主要零件以及万向联轴器和连接轴，并进行强度计算和校核。同时，确定润滑方式，并进行经济性和环境保护的分析。关键词：轧管机;主传动系统;力能主要参数计算Steel Pipe Tube Rolling-mill Master Driving System DesignAbstract In modern society, output and quality of steel is a measure of national power of a state is important index, society for steel mill products quantity and quality of the increasingly high demand for iron and steel mill products, steel pipes used in the industrial production and the daily construction play a decisive role in the. Tube rolling mill main drive system is composed of mechanical, electrical and control of multiple parts, large system, its design quality directly affects the quality of the product, you can see the tube rolling mill main drive system of the importance of design. The main purpose of this design is to further understand the tube rolling mill main drive system, and its main components design and calculation. On literature review and understanding of the relevant knowledge, and to the Anshan Iron And Steel Group Corporation of seamless steel pipe plant in219,159and PQF three domestic advanced production line in practice research, to master modern pipe mill development and structural feature of the equipment after the state, identified the two motor through a universal joint shaft directly drives the work roll and the overall transmission design scheme. The white159MPM tube rolling machine main parameters of force and energy calculation, reasonable selection of motor, coupling, reducer main parts and universal joint and a connecting shaft, and the strength calculation and checking. By field practice grasp of the situation, determine the lubrication mode, and the economic and environmental protection analysis.Keyword: The tube rolling-mill;main Driving System;Power Parameter main calculated 目录摘 要.IAbstract.II1绪论11.1选题背景及目的11.2钢管生产工艺及其在国民经济中的主要地位与作用11.2.1钢管生产工艺11.2.2在国民经济中的主要地位与作用21.3国内外轧管机械的发展状况31.3.1穿孔机的发展31.3.2轧管机的发展41.3.3减径机的发展41.3.5矫直机的发展51.4课题的研究内容及方法62 总体方案选择72.1设计的原始参数72.2方案的选择72.2.1总体思路的选择72.2.2轧管机主传动装置的类型83 轧管机轧制力参数计算93.1轧机轧制力P的确定93.2轧机轧制力矩的确定104 电机的选择124. 1 轧机主电动机功率计算124.1.1轧机主电动机力矩计算124.1.2轧机主电动机功率计算134.2初选电动机134.3电动机校核155 主传动系统主要零部件的校核计算165.1减速机的设计与校核计算165.1.1齿轮的设计计算165.1.2按齿根弯曲强度校核设计185.1.3齿轮几何尺寸计算205.2小齿轮轴的校核计算205.2.1齿轮轴设计205.2.2齿轮轴上载荷计算225.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度245.2.4根据轴的安全系数校核轴245.3 352056X2轴承寿命验算265.3.1轴承简介265.3.2轴承所受载荷计算265.3.3验算轴承寿命285.4 352060X2轴承寿命验算295.4.1轴承所受载荷计算295.4.2验算轴承寿命305.5 联轴器和键强度校核305.5.1联轴器的校核305.5.2键的校核315.6 万向接轴选择和校核325.6.1 主要参数和系列尺寸的选择325.6.2 万向接轴的强度计算326润滑及维护356.1润滑356.2维护366.2.1轧机主传动装置维护366.2.2在轧机维护中应用故障诊断技术377经济分析及环境保护397.1经济分析397.2环境保护397.2.1 废水治理407.2.2固体废物处理和综合利用407.2.3噪声处理40结论41致谢42参考文献431绪论1.1选题背景及目的短暂的大学生活即将结束，我们迎来了每个本科生都会经历的毕业设计，这是对我们能否将理论知识化为实践能力的一次检测。学校学院领导、老师悉心为我们联系鞍山钢铁集团公司的无缝钢管厂的相关负责人，才使我们有机会看到了自动轧管机、连轧管机、三辊轧管机，并在现场工程师的带领下参观了219、159和177PQF三条国内先进的生产线，对整个轧管工艺流程和具体的设备有了一定的认识。 在现代社会中，钢材产量和质量是衡量一个国家国力的重要指标，社会对钢铁轧制品数量和质量的要求越来越高，钢管作为钢铁轧制品在工业生产和日常建设中起到举足轻重的作用。轧管机主传动系统是由机械、电气以及控制多个部分组成，系统庞大，它的设计的优良直接影响产品质量的好坏，即可看出轧管机主传动设计的重要性。本次毕业设计的任务是通过所学的理论知识以及相关文献，设计一台钢管轧管机的主传动系统，并在现有的条件下对设计的相关设备进行校核，以验证其符合设计要求。1.2钢管生产工艺及其在国民经济中的主要地位与作用1.2.1钢管生产工艺无缝钢管的生产在世界上已有一百多年的历史。首先是由德国曼内斯曼兄弟于1885年发明了斜轧穿孔工艺，从而开创了无缝钢管生产发展的历史。之后，他们继续不懈地探索，寻求轧长、减薄穿孔厚壁毛管的方法，终于在1892年采用周期轧管工艺由实心坯轧出世界上第一支无缝钢管，完成了由实心管坯轧制无缝管的“曼内斯曼轧管工艺”。随后，多种轧管工艺相继出现.现代主要轧管工艺流程如图1.1所示。生产热轧无缝钢管的方法有很多，而生产方法的主要差别就是把空心毛管壁厚减薄到接近成品尺寸的工序，也就是轧管工序，一般都是用轧管机的名称来给整套机组命名的，比较常用的几种方法有： 1.周期式轧管法是使用穿孔后的毛管，在周期式轧管机上轧制钢管的方法，能够生产大直径管材，轧机的的延伸系数很大，可以减少穿孔时的变形量，适合多品种小批量的生产，也是周期式轧管法的特征。周期式轧管机是上下两个轧辊上均车有变面轧槽的不可逆二辊压机，在轧机的前台没有夹持并且能够转动芯棒的送料机。 2.连续式的轧管机组，轧管前和轧管后的工艺环节跟自动轧管机组是基本上一样的，连续式的轧管机组跟定径机的二辊轧机构成是相似的，把穿孔后的毛管套在长度与成品管相近的长芯棒上，靠轧辊的孔型和长芯棒的作用来减壁的，毛管从连续式轧管机轧出以后，一定要与长芯棒之间有1毫米的空隙，因为孔形是椭圆的，而且轧机的配置还要保证相邻的两架轧机要呈90度交替的压缩轧件。 3.三辊式轧管机组与连续轧管机组的工艺流程是大体相同的，唯一的不同就是轧管工序，三辊式轧管机的轧辊布置，在垂直毛管中心线的平面内有三个互相间隔120度的轧辊，三个轧辊同向转动，芯棒和其周围对称位置的三个轧辊组成一个环形封闭孔型，轧辊轴线和轧制线成两个倾斜角度，先把芯棒插入穿孔后的毛管中，然后送入轧机轧制，就是三辊式轧管机组的轧管过程，在轧制的时候，毛管和芯棒在三个轧辊作用下边旋转边前进，呈螺旋运动，在这个时候毛管在轧辊和芯棒间受到压缩轧制，然后被加工成要求尺寸的毛管。 图1.1 现代主要轧管工艺流程1.2.2在国民经济中的主要地位与作用钢管是一种多功能的经济断面钢料，它在国民经济各部门中的应用愈来愈广泛。钢管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及添人气的钻探开采与输送、锅炉的废水与蒸汽管道、一般的水煤气管道。在断面面积相同的条件下，钢管比圆钢、方钢等的抗弯能力大，刚性好，其单位体积的重量轻，钢管是一种抗弯能力较强的结构材料，所以钢管也可以作为结构管大量地用于机械制造业和建筑工业，如用于制作房架、塔吊、钢管桩、各种车辆的机构加等。除此之外，钢管还作为中空的零件毛坯用于制造滚动轴承、液压支柱、液压缸筒体、空心轴、花键套、螺母以及手表壳等，这既节约金属又节省加工工时。最后，钢管又是国防工业中的重要材料，如用于制造枪管、炮筒及其他武器。随着航空、火箭、导弹、燕子能与宇宙空间技术等的发展，精密、薄壁、高强度钢管的需求量迅速增长。 1.3国内外轧管机械的发展状况19 世纪初期石油的开发，两次世界大战期间舰船、锅炉、飞机的制造，第二次世界大战后火电锅炉的制造，化学工业的发展以及石 油天然气的钻采和运输等，都有力地推动着钢管工业在品种、产量和质量上的发展。 我国第一批轧钢设备建于1896年, 并于1907年在我国创建的第一个钢铁厂汉阳钢铁厂投人生产, 轧钢机是由蒸汽机驱动的设备。建国前, 我国轧钢设备十分薄弱。钢材的最高年产量只有68.6万吨, 仅为当时生铁产量的38.1%。我国现有三辊轧管机组10余台(套)，进口机组和国产机组在数量上的比例为l：l。为提高产品质量、钢管成材率、生产效率和控制水平，各钢管企业均根据自身条件进行了不同程度的自动化和现代化技术改造，其中最具代表性的是鞍山钢铁公司的219mm机组和衡阳华菱钢管(集团)有限公司的108mm机组，其中鞍钢新轧钢公司无缝钢管厂对219mm自动轧管机组均整机锥形辊进行了新的设计，改进了均整机孔型，优化了均整工艺。使均整机轧制过程更为可靠、轧制出口速度明显提高、进出口变形区的轧制力分布更加均匀。 1.3.1穿孔机的发展 现在应用比较多的穿孔机有压力穿孔机、PPM推轧穿孔机、斜轧穿孔机；其中斜轧穿孔机包括曼内斯曼穿孔机、Stiefel穿孔机、Diescher穿孔机和锥辊式穿孔机。 压力穿孔机和PPM推轧穿孔机采用的原料为连铸方坯。穿孔工艺首先要保证穿出的毛管壁厚均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛管的内外表面要较光滑，不得有结疤、折叠、裂纹等缺陷；第三是要有相应的穿孔速度和轧制周期，以适应整个机组的生产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。随着双支撑式锥形辊穿孔技术的逐渐成熟，近10年来国内外新建的连轧管机组几乎全部采用锥形 辊穿孔机，其他热乳管机组（如顶管机组、ACCU Roll机组等）也开始大量采用锥形辊穿孔机。锥形辊穿孔机的优点主要表现在：1.乳辊直径向出口方向逐渐加大，与变形区 内金属流动速度逐渐增大相一致，减少了管坯的周 向切应力，减少了毛管内外表面缺陷和金属扭曲；2.采用大的喂人角和辗轧角，增大了变形程 度，可使延伸系数髙达6，穿孔速度达穿 孔效率达90%，扩径率达40%;3.穿孔变形大，可减小后部轧管工序的轧件 变形量。正是由于锥形辊穿孔机有上述突出优点，尽管 其设备重量及装机容量较常规二辊穿孔机高20% 30%,仍得到大多数新建机组的应用，并促使少机 架限动芯棒连乳管机(MINI-MPM)得到大力发展， 也使Assel轧管机、Accu Roll轧管机生产更薄更长的钢管成为可能。 穿孔工艺首先要保证穿出的毛管壁厚均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛管的内外表面要较光滑，不得有结疤、折叠、裂纹等缺陷；第三是要有相应的穿孔速度和轧制周期，以适应整个机组的生产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。1.3.2轧管机的发展 1990年以来，世界上新建无缝钢管生产机组 主要为限动芯棒连乳管机（MPM)、Accu Roll乳管机、CPE顶管机及新式Assel轧管机，其中限动芯 棒连轧管机组在数量上最多，分布地域也更广，而其他型式的乳管机组则主要在发展中国家。另外，德国KOCKS公司开发出另一种型式的 紧凑式轧机。其特点是：轧管机采用新型四辊行星 式轧管机(可轧出长达50m的荒管），其后紧凑布置 张力减径机及回转式飞锯另 外轧管机轧出的荒管长度达50m,使得钢管经张力 减径机的端部增厚损失降至最小。目前，在世界上应用的轧管机有皮尔格轧管机、自动轧管机、CPE轧管机、新型三辊轧管机、Accu Roll轧管机、MPM轧管机和PQF轧管机。工业发达的国家，如美国、苏联、西德等拥有大量的现代话热轧钢管设备，其中主要是自动轧管机和周期式轧管机，生产钢管占世界热轧管产量的92%。钢管增长率7.5%，它们生产的热轧管产量占世界钢材产量的15%左右。轧管机械设备向着大型、连续、高速和计算机控制，集成的方向发展。1.3.3减径机的发展减径机就是连续多机架无芯棒纵向轧制的机组。减径机按结构可分为2辊减径机和3辊减径机。两辊减径机从目前国内现有结构特点上来讲，其结构较为简单，由于其轧辊孔型为单独加工而成，因此使上下辊孔型封闭不好，从而造成内孔多边形严重，由于金属滑移大，造成产品纵向壁厚差大，但由于其结构简单，调整控制简单，因此设备投资很小，适合生产较低品质无缝管用户进行投资。 三辊单独可调式定径机(FQS)技术是在每个轧辊位置上各设1套液压压下装置，可根据不同的条件对3个轧辊进行单独调整，以实现钢管外径的精确控制以及沿圆周上对椭圆度进行的调整，还可沿钢管长度上进行在线动态压下调整，以消除因钢管沿长度方向上的温度不均造成的外径偏差。该技术是意大利INNSE公司开发的，已成功应用于日本住友和歌山厂新建的426mm连轧管机组中。总体来讲三辊减径机具有各方面的优势，是今后国内热轧线的发展趋势。1.3.4定径机的发展及新技术目前定径机一般有两种类型。一种为多机架纵轧型，这种类型是通过37架孔型的连续轧制，以达到定径的目的。另一种为单机架斜轧旋转定径，这种类型其减径量较小，但精度高，主要用于中厚壁管轧制。采用该技术可以根据轧制钢管外径的变化，一定范围内对轧辊辊缝进行调整，另外还可以根据 轧辊磨损情况，对辊缝进行调整补偿，以保证必要 的钢管外径尺寸精度。三辊可调式机架的开发，可以大幅度地减少备用轧辊及机架的数量、减少乳辊 消耗、提高设备利用率以及提高设备的灵活性。德国SMS Meer公司及K0CKS公司均开发出各自的三辊同步可调式张力减径机/定径机。其工作原理都是将轧辊轴装于偏心轴套之内，通过现场手动或远程电动控制3根偏心轴套同步旋转，带动轧辊辊缝同心调整。只是两者带动偏心套旋转的执机构有所不同。该技术只能在空载条件下实现，即轧辊辊缝调整在轧制间隙时间内完成，不能进行动态调整。1.3.5矫直机的发展矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产品的质量水平。20世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机，在20世纪30年代中期发明222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量。后来在20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿公司研制成功313型七辊式矫直机。我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果，有小到1.6mm金属丝矫直机和大到600mm管材矫直机，有速度达到300m/min的高速矫直机和精度达到0.038mm/mm的高精度矫直机，同时也引进许多先进的矫直设备。进入90年代我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利，一些新成果获得了市、省及部级科技成果进步奖，有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁转毂式矫直机,平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得成功。1.4课题的研究内容及方法此次设计内容是根据鞍山钢铁集团公司中无缝钢管厂的159MPM限动芯棒五架连轧管机所选的课题，设计的主要内容主传动系统。主传动系统包括减速机、联接轴、联轴器等部件组成。这次所设计的主传动系统是由电机通过减速器传动轧辊的。设计的内容有： 传动总体方案的设计内容：1、计算159MPM轧管机的力能参数。根据计算的参数选择合适的电机并校核。2、根据已有的数据选择合适的联轴器、对减速器主要零件的强度计算和校核及万向联轴的选择。3、根据以上的机构参数绘制1张总图、1张局部装配图、3张零件图。 设计的方法： 首先，进入鞍钢参观实习。在感官上认识这次所要设计的物体。我们到了鞍钢无缝钢管厂。在那里我们通过参观和工程师的认真讲解，对设计的轧机主传动系统有了初步的了解。熟悉了159MPM轧管机的工作情况及主传动系统的传动方式。然后，通过查阅材料选择最佳的传动方式。最后，选择最佳传动方案，计算轧制力及轧制力矩，根据计算在手册上选择电机、联轴器、等部件并校核。完成图纸绘制及说明书的编辑。2 总体方案选择 2.1设计的原始参数最大轧制力：400t轧辊转速：120r/min毛管最大出口速度：1.18m/s管坯最大直径：280mm毛管壁厚：32.5mm喂入角： =12辗轧角：152.2方案的选择2.2.1总体思路的选择根据给定参数确定轧管机的轧制力基本参数，根据最大轧制力确定电机，校核电机。合格后根据电动机的参数选择万向接轴和联轴器，校合其中的十字轴、轴叉及轴承。 轧管机主传动装置的作用是将电机的运动和力矩传递给轧辊。在很多轧钢机上，主传动装置由减速器、齿轮座和联轴器等部件组成。某些板坯轧机及板带轧机，主传动是由电动机直接传动轧辊的。 轧钢机主传动装置各组成部分作用如下： （1）减速机 在轧管机中，减速机的作用是将电动机较高的转速变成轧辊所需要的转速，这就可以在主传动装置中选用价格较低的高速电机。确定是否采用减速机的一个重要条件，就是要比较减速机及其摩擦损耗的费用是否小于低速电机与高速电机之间的差价。一般来说，当轧辊转速小于200250r/min时才采用减速机。但在可逆式轧钢机上，即使轧辊转速小于200250r/min时，也往往不采用减速机而采用低速电动机。因为这样的传动系统易于可逆运转。（2）联接轴 轧管机减速机、电动机的运动和力矩都是通过连接轴传递给轧辊的。在横列式轧机上，一个工作机座的轧辊传动另一个工作机座的轧辊，也是通过连接轴传动的。轧钢机常用的连接轴有万向接轴、梅花接轴、联合接轴和齿式接轴等。确定连接轴类型时，主要根据轧辊调整量和连接轴允许倾角等因素。连接轴倾角有时达到810，一般采用万向接轴。（3）联轴器 联轴器包括电动机连轴器和主连轴器。目前应用最广泛的连轴器是齿轮连轴器。2.2.2轧管机主传动装置的类型 根据查找的资料，了解到现在常用的主传动装置类型有以下三种：1、由一台电动机驱动轧辊的轧管机如图2.1所示。图2.1 一台电动机驱动轧辊2、由两台电动机单独驱动一个轧辊的轧管机如图2.2所示。图2.2 两台电动机单独驱动一个轧辊3、由一台电动机通过齿轮座驱动轧辊的轧管机如图2.3所示。 图2.3 一台电动机通过齿轮座驱动轧辊根据现场实习了解，可以选择本次设计的轧管机采用第二种方案。由两台电动机单独驱动一个轧辊，有减速器和无齿轮座，采用万向接轴传递运动和扭矩。3 轧管机轧制力参数计算 3.1轧机轧制力P的确定在轧管机上轧管时变形区长度上存在着减径和减壁压缩两个区，故决定作用力也必须求出。这是因为两个区域变形特点不同，那么单位压力也不同。按此要求，各区域中分别求出金属对轧辊的压力，然后相加则得总压力,10,5即： （3.1）式中：减径区接触面积的水平投影面积； 减壁区接触面积的水平投影面积； 减径区的平均单位压力； 壁压区的平均单位压力；整个接触面积的水平投影由公式（3.2）决定。10,95 （3.2） 54062.88式中：水平投影的宽度，可近似地认为等于孔型,a=289（如图3.1所示）； 孔型高度，； 轧管名义直径； 孔型顶部的轧管直径； 喂入轧辊中的毛管外型高度；图3.1 轧辊尺寸各部分关系由此公式只能算出一个近似值，因为实际的接触面积的形状是比较复杂的。用此公式计算的数值较实际测定的数据小，特别是轧制薄壁管时的误差更大。原因在于这个公式未考虑由于产生压扁变形而管子周边在变形区中发生的变化，一般轧制厚壁管时比实际数据小15%20%，轧制薄壁时小25%40%。根据北京科技大学的校验。同样得出，较实际值小，但是在小型机组上轧制小尺寸钢管时误差不是很大，一般在10%左右，所以此公式可用。对于壁厚压轧区的接触面积水平投影，由公式（3.2）计算, 10,96: 28886.71 （3.2）式中：减壁区的长度; 减径区接触面积水平投影等，于10,96： 54062.88-28886.7125176.17 减径区的平均单位压力,引用10,96： 式中：在轧制温度下金属的变形抗力=438.5Mpa； 减径区中毛管子的平均直径，=287mm； 毛管壁厚； 由于外区的影响平均单位压力增大系数，=2.13；减壁区单位压力使用A.N柴力柯夫曲线，由公式（3.3） （3.3）轧制力由公式（3.1），可得： 3.2轧机轧制力矩的确定 由1知,作用在钢管连轧机任意机架的一个轧辊上合力矩是由减径区和减壁区轧制力矩、前后张力或推力的力矩及作用在钢管和芯棒接触面上的轴向力矩叠加所组成的，如图3.2、图3.3所示。图3.2 变形区截面形状根据变形区几何关系： 所以 图3.3 变形区受力分析图 （3.4）式中、-分别为减径区和减壁区变形区长度，mm、-分别为前后张力或推力 Q-钢管或芯棒接触面上的轴向力可用下面公式近似估算一个轧辊上的轧制力矩： （3.5）其中：-减径区压力-减壁区压力 4 电机的选择4. 1 轧机主电动机功率计算4.1.1轧机主电动机力矩计算 由2知，主电动机轴上的力矩由四部分组成，即： （4.1） 式中：主电动机力矩，KNm； 轧辊上的轧制力矩，KNm； 附加摩擦力矩，即当轧制是由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩， KNm； 空转力矩，即轧机空转时，由于各转动件的重量所产生的摩擦力矩及其它阻力矩，KNm； 动力矩，轧辊运转速度不均匀，各部件由于有加速或减速所引起的惯性力所产生的力矩，KNm； 电动机至轧辊之间的传动效率；由文献3表4.2-9可查得： 联轴器0.995； 万向接轴； 滚动轴承 减速机；电动机和轧辊之间的传动比，初选。代入计算得： 因为轧机匀速运动，所以；约为主电动机功率的5%。 考虑到空转力矩的影响将扩大5%，得： KNm4.1.2轧机主电动机功率计算由3计算公式： ， （4.2） （4.3） （4.4）式中：额定静力矩，KNm； 静负荷图上的最大力矩，KNm； 电动机转速，r/min； K电动机过载系数，由文献3知，可逆运转电动机K=2.53.0，取K=2.8。根据设计要求，取i=4代入公式计算得： r/min 120x4=480r/min KNm4.2初选电动机轧管机用电机处于冲击、短时、断续的生产工作状态。而且受电网容量的限制，一般采用绕线型电动机。功率选择不可过大，也不可过小。如功率选的过大，不能充分利用和发动电动机的效用，不但增加了设备的投资和运行费用，能耗增加，功率因数变坏，造成很大的浪费。如果选择的功率较小，会使电动机超负载工作，长期运行会使电动机过度发热，缩短电动机的寿命，甚至将其烧毁。同时也不能保证生产机械的正常运行。由此可见对电机功率的选择尤为重要。 根据上面的计算，选择2台电机，电机参数如表4.1所示。表4.1电机参数型号额定功率（kw）转速（r/min）最大转矩额定转矩YR7103-1214004801.8 此种电机的安装尺寸如图4.1、表4.2所示。图4.1 电机安装尺寸示意图表4.2 电机安装尺寸机座号frame安装尺寸Mounting Dimensions（mm）ABCDEtbrHE最大尺寸最下尺寸7101400180053020035014510.10.771056此种电机冷却方法为IC06（见GB1993）。三相交流电机有再生回馈制动、反接制动和能耗制动三种方式。它们的共同点是电动机的转矩M与转速n的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。根据制动的准确性，选用能耗制动。 此电机可由西安西玛电机厂购得。4.3电动机校核电动机（Motors）是通过消耗电能获得机械能的设备。在生产过程中，电动机的运转情况的好坏，对整个制造生产进行有重要的意义，所以需要对电动机进行校核。1、最大转矩。2、额定转矩。 3、过载校核。故所选电机满足过载要求。5 主传动系统主要零部件的校核计算 本章主要对减速机内齿轮轴、齿轮轴承、键等零件进行设计计算和强度校核。5.1减速机的设计与校核计算 减速器是主传动系统的重要组成部分，结构简图如图5.1所示。 图5.1 减速机传动图5.1.1齿轮的设计计算已知减速机为一级传动，由上述计算，得i=4。1选精度等级、材料及齿数 1）按图5.1所示的传动方案，选用斜齿圆柱轮传动；2）材料选择。由文献6表14-1-122选择小齿轮的材料为40CrNi，调质处理，硬度为255HBS，大齿轮的材料为40CrNi，正火处理，硬度230HBS；3）选小齿轮齿数=25，惰轮=u=420=100； 4）精度等级选7级精度； 5）选取螺旋角。初选螺旋角 =10 2.按齿面接触强度设计 由文献4，1021计算，即： （4.2）1）确定公式内的各计算数值（1）试选。 （2）计算小齿轮传递的转矩。 （3）由文献4图1030选取区域系数。（4）由文献4图1026查得，则。（5）由文献4表107选取齿宽系数，由表106查得材料的弹性影响系数MPa。（6）由文献4图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa，中齿轮的接触疲劳强度极限MPa。（7）由文献4，1013计算应力循环次。 （8）由文献4图1019查得接触疲劳寿命系数。（9）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（1021）得 MPa MPa MPa2）计算（1）试计算小齿轮分度圆直径，由计算公式得： （2）计算圆周速度。 （3）计算齿宽及模数。 mm mm mm（4）计算纵向重合度。 （5）计算载荷系数。 已知使用系数。 根据v=8.84m/s，7级精度，由文献4图108查得动载系数； 由文献4表104查得的计算公式 由文献4图1013查得； 由文献4表103查得。故载荷系数 （6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由文献3，1010a得: mm（7）计算模数。 mm5.1.2按齿根弯曲强度校核设计 由文献4，1017 （5.2）1）确定计算参数（1）由文献4图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa；中齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa。（2）由文献4图1018查得弯曲疲劳强度寿命系数；。（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由文献3式（1012）得: MPa MPa（4）计算载荷系数。（5）根据纵向重合度，由文献4图1028查得螺旋角影响系数。（6）计算当量齿数。（7）查取齿形系数。由文献4表105用插值法计算得；（8）计算中、小齿轮的并加以比较。小齿轮的数值大。2）设计计算 mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，参考5表10-1取，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由，取，则，取5.1.3齿轮几何尺寸计算1）计算中心距 将中心距圆整为 mm。2）按圆整后的中心距修正螺旋角=10740因值几乎无改变，故参数， ，不必修正。3）计算大、小齿轮的分度圆直径 4）计算齿轮宽度 圆整后取 ，。5.2小齿轮轴的校核计算5.2.1齿轮轴设计已知齿轮轴的材料为40CrNi，调质处理，由文献4表15-1可查得，许用弯曲应力 MPa，由4,15-3得：此处又是与联轴器相配合，故最小直径加大6%，所以，参考文献7，所以取轴最小处直径为250mm。初选联轴器型号为GCL14又由齿轮分度圆直径 mm，相差不大，故做成齿轮轴。根据图5.2轴装配结构简图确定轴各段直径和长度轴段因为=250mm,参照SWC 315 WD型参数，所以暂取=250mm.长度为330mm；轴段轴肩为定位轴肩，查参考文献4，定位轴肩高度=（0.070.1）则=+2=（1.021.05）=（255262.5）mm,暂取=260mm，暂取长度为180mm；轴段查参考文献8表7-408，选取滚动轴承352056X2，其内径为280mm, =280mm,合适。则=220mm。这段长度为轴承宽度取186mm；轴段4此处为轴肩定位，取d=（1.041.14）=（291.2319.2）mm，暂取则。因为关于齿轮对称，长度都取46 mm；轴段5此段为齿轮部分，直径为380.8mm，长度为390mm。图5.2轴装配的结构图 1，5滚动轴承;2轴;3齿轮轴的轮齿段;4密封盖 5.2.2齿轮轴上载荷计算1）计算输入轴上的扭矩 Nmm2）求作用在齿轮上的力 N N N 圆周力，径向力及轴向力的方向如图5.3。3）求轴上载荷首先根据轴的结构图,如图5.2作出轴的计算简图，如图5.3。根据轴承型号找出轴承的支撑点。因此，作出轴的支撑跨距L=390+186+46=622 mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图，如图5.3，b、c、d、e。垂直面： N N Nmm水平面： Nmm N N Nmm Nmm 总弯矩： NmmNmm表5.1 轴的弯矩和扭矩值载 荷水平面垂直面支反力NN N N弯矩NmmNmmNmm总弯矩Nmm Nmm扭矩 Nmm 图5.3 轴的结构简图及载荷分析a、轴的受力分析图 b、竖直方向弯矩图 c、水平方向弯矩图d、总弯矩图 e、扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的、及的值列于表5.1。5.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献4，扭转应力为脉动循环变应力，取，根据式（155）及上表中的数据，轴的计算应力为：由此可知轴是安全的。5.2.4根据轴的安全系数校核轴1）见图5.2，从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，AA和BB截面过盈配合引起的应力集中严重，但AA截面不受扭矩作用，BB截面左侧为齿轮，所以只需校核BB截面右侧。2）截面BB右侧抗弯截面系数： mm抗扭截面系数： mm截面BB右侧的扭矩： Nmm截面BB右侧的弯矩： Nmm截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力： MPa轴的材料为40CrNi，调质处理。由文献4表151查得 MPa， MPa， MPa。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数由文献4知及按附表32查取。因，经插值后可查得 ， 又由文献4附图31可得轴的材料敏感系数为 ， 故有效应力集中系数由文献4附式（34）为 由文献4附图32得尺寸系数；由文献4附图33得扭转尺寸系数。轴按精车加工，由文献3附图34得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，则按文献4，312及4，312a得综合系数值为：又由文献43.1及3.2得碳钢的特性系数0.10.2，取0.1，取于是，计算安全系数值。按文献4，1564，158则得： 故可知截面BB右侧安全。综上所述，根据轴的静强度和疲劳强度校核可知该轴是安全的。5.3 352056X2轴承寿命验算5.3.1轴承简介轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。352056X2是双列圆锥滚动轴承,工作原理是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失。其优点是使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。5.3.2轴承所受载荷计算已知轴承型号为352056X2，双列圆锥滚子轴承，轴向力互相抵消，。由文献8可知轴承动载荷C=1700KN，轴向动载荷系数，判断系数，轴承额定寿命45000h，齿轮分度圆直径d=380.8mm。1.求两轴承受到的径向载荷和1）圆周力 N2）径向力 N3）轴向力 N 因此轴承所受力的方向如图5.4所示。图5.4 双列圆锥滚子轴承所受载荷图5.5 双列圆锥滚子轴承垂直面受力分析图5.6 双列圆锥滚子轴承水平面受力分析4）垂直面径向载荷，如图5.5所示 N5）水平面径向载荷，如图5.6所示 N N 6）总径向载荷 因为e所以N又因为e所以 N5.3.3验算轴承寿命因为，所以按轴承I的受力大小验算