连铸机毕业设计说明书

1、摘要 采用连续铸造方法，可以使全连续和自动化操作成为可能，提高了铸坯质量， 减少了生产工序，降低生产成本，故在大型的钢铁企业中得到广泛地推广应用。本 文介绍了最新连铸技术的发展趋势以及我国小方坯连铸生产技术的现状和发展情况。 本文所研究的对象为小方坯连铸机拉矫机，采用渐进式五辊拉矫机。根据其工作环 境和拉矫设备的力能参数，对 r6000 小方坯连铸拉矫机进行结构设计，并对减速机 构加以设计研究，对主要零部件进行受力分析与强度计算，针对原设备制造、维护 方面的薄弱环节加以改进。然后用 solidworks 对机架进行三维造型，利用 cosmosworks 进行有限元分析，较为直观的观察到其各处受

2、应力，产生应变、位移 等情况。 关键词关键词： 连续铸造 拉矫机 强度计算 solidworks abstract using the continuous casting method, may cause continuous operation and the automation possibly, raising the slab quality, reducing production processes, reducing production costs .so the large-scale iron and steel enterprises widely pushed u

3、p the broad application. this article describes the latest continuous casting technology and the development trend, the status and development of chinas small billet continuous casting production technology . in this article , the object of study is straightener for small billet caster ,a gradual st

4、raightener with 5 rollers . according to their working environment and the equipments strength parameters, carry on holistic structure design for r6000 small billet caster straightener and design for reducer, also carry on the stress analysis and the strength calculation to the main spare part, impr

5、ove something for the weak links of manufacturer and maintenance for the original equipment. then we carry on the three dimensional modeling to the rack with solidworks, doing the finite element analysis with cosmosworks .then we can more direct-viewing observe its situation of each place subject to

6、 stress, strain, displacement and so on. keywordskeywords : straightener structural design strength calculation finite element 目录 1.1. 绪论绪论.1 1.1 连铸的优点 .1 1.2 国外连铸的发展情况 .1 1.3 我国小方坯连铸生产技术现状及发展 .2 1.4 最新连铸技术的发展 .3 1.5 小方坯连铸机生产工艺与主要设备概述 .6 2.2. 小方坯连铸机拉矫设备结构设计小方坯连铸机拉矫设备结构设计.8 2.1 小方坯连铸机拉矫设备及主要参数 .8 2.2

7、 原设备制造、维护方面的薄弱环节及改进措施 .14 3.3.小方坯连铸机拉坯设备的力能参数计算小方坯连铸机拉坯设备的力能参数计算.15 3.1 小方坯连铸机的拉坯阻力 .15 3.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率 .20 3.3 电动机类型的选择与验算 .21 4.4. 二级减速器设计二级减速器设计.21 4.1 分配传动比 .21 4.2 二级减速器蜗轮蜗杆减速器的设计计算 .22 4.3 减速器的维护与润滑 .26 5.5.主要零部件的受力分析与强度计算主要零部件的受力分析与强度计算.27 5.1 蜗杆轴的设计校核 .27 5.2 驱动辊的设计校核 .36 5.3 蜗杆轴承的选择及校核 .

8、43 5.4 键的选择及校核 .47 6.6.三维造型和有限元分析三维造型和有限元分析.48 6.1 有限元方法简介 .48 6.2 机架有限元分析 .48 总结总结.54 致致 谢谢.55 参考文献参考文献.56 1. 绪论 1.1 连铸的优点【4】 连铸的主要优点概括如下: （1) 比传统钢锭浇铸工艺提高成材率 10%12% , 降低成本 20%;（2) 减少从钢水到最终产品的生产工序, 节约了人力;（3) 省去钢 锭塞棒、加热和粗轧等, 降低了成本;（4）提高了铸坯质量；（5) 使全连续和自动 化操作成为可能。关于炼钢和连铸生产技术今后的发展趋势，专家认为，其总的是 要朝高效、优质、低耗

9、的方向发展。 1.2 国外连铸的发展情况【15】 钢厂全连铸的实现是连铸技术成熟发展的体现。建立在炼钢钢水炉外处理 连铸组合优化基础上的全连铸生产体制已成为高水平现代化钢铁工业生产的综 合标志。国外最早实现全连铸的炼钢车间是前苏联的新里别茨克钢铁厂的电炉车间 （1979 年） 。1966 年该厂新建了第一转炉车间，并最早开创了连铸与氧气转炉相结 合的先例。1979 年，该厂又新建了第二转炉车间，并配置了弧形连铸机，使两个转 炉车间实现了全连铸，年产量达到了 800 万吨。 但是，由于前苏联的炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此， 限制了连铸的发展。70 年代以后日本，德国等工业发

10、达国家后来居上。尤其是日本， 60 年代后期才从前苏联，德国等国家引进连铸技术，接着投入大量的人力物力进行 消化吸收和研究开发，促进了连铸技术的应用和发展。但是，日本在 70 年代前，连 铸机主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为主，大型钢铁联合企业几乎没有连铸机， 因此，连铸比很低。70 年代后，经过两次能源危机，使连铸技术得到迅速的发展。 法国也是开发研究连铸技术较早的国家。但在 70 年代以前发展非常缓慢。70 年以 后发展加快，连铸比迅速提高。美国的连铸技术是与康卡斯特公司和日本设备制造 厂家合作发展起来的。80 年代以来发展速度缓慢。80 年代以后，美国政府开始重视 连铸技术的发展，首先

11、是增加连铸投资，其次是把发展重点放在大型钢铁联合企业 的板坯、大方坯及组合式连铸机的建设上，使大型钢铁联合企业的连铸比很快得到 提高，从而也提高了全国的连铸比。与此同时也出现了一批全连铸的钢铁公司和钢 厂，如：麦克劳斯钢铁公司，韦尔顿钢铁公司、wci 钢铁公司等。德国是研究试验 制造和应用连铸机最早的国家，也是连铸技术发展的重点基地。许多先进的设备和 技术都是在这里研制成功，推向世界的。 国外连铸钢厂的特点：（1）以最少或较少的连铸机实现全连铸 （2）改造旧 连铸机，提高作业率。 （3）配备炉外精炼设备。国外的全连铸钢厂都配有炉外精炼 设备，这样既可以满足钢种和钢水质量的要求，又可以以多炉连铸

12、作缓冲，并且还 可以进行钢水温度补偿和为挽救事故而避免将钢水回炉或冻结在钢包中。 （4）增设 计算机。增设的计算机用于生产组织、管理、调度、控制工艺过程，使各环节工艺 操作处于最佳状态，减少人为的失误。 1.3 我国小方坯连铸生产技术现状及发展【17】 我国连铸技术起步早, 但进展缓慢。1958 年,我国就开始研制连铸机,并先后在 唐山钢厂、重庆三钢和上海几家钢厂投产试用成功了小方坯连铸机,但由于基础技术 工作差,工艺研究不深,加上仓促投产,设备简陋等原因,使这些连铸机投产后不能正 常生产。八五”初期, 冶金部提出“以连铸为中心,以炼钢为基础,以设备为保证” 的连铸生产技术方针,从总体上抓投产

13、导向,抓铸机配套完善,提高炼钢水平和铸机备 品备件的国产化供应等关键。因此,到 1992 年,从总体上已经解决了连铸机达产问 题。在此基础上,又把连铸生产技术方针扩展为“以连铸为中心,以炼钢为基础,以设 备为保证,以全连铸为方向,实现炼钢、二次冶金、连铸组合优化”到“八五”末期, 又明确了连铸生产完善的重点是全连铸、高效连铸、连铸坯热送热装;计算机控制和 近终形连铸,引导连铸水平逐步提高。我国现有的小方坯连铸机种类很多,大致可分 为由德国引进的德马克机型,由意大利引进的达涅利机型和由美国引进的康卡斯特、 罗可普、斯泰尔特克机型,以及某些国产机型。完全引进国外成套设备或主要部件的 小方坯连铸机约

14、占我国连铸机总台数的 21. 5 %。以上几种机型,都还存在着这样或 那样的不足,都还有待于完善、改造和提高。随着钢铁工业的发展,我国小方坯连铸 生产技术也得到了迅速的发展。现代化转炉(电炉) 二次冶金(精炼) 连铸三位 一体技术的发展,推动了我国工业迅速、稳定的增长。对钢铁工业的节能降耗、提高 成材率做出重大贡献。在高效连铸机技术的开发与系统化应用方面,我国也取得了一 定的进展。广大从事连铸的工程技术人员,通过对国外各种引进机型的消化吸收和改 进,在生产实践中积累了很多有益的经验。但就目前整体水平来看,小方坯连铸现在 依然还处在普及、发展、改造、提高的阶段。到目前为止，我国小方坯连铸机普遍

15、存在着拉速低,作业率、自动化控制程度低和铸坯品种少,质量差等问题。 。因此,我 国小方坯连铸生产技术要赶上国际水平还有一段差距。 1.4 最新连铸技术的发展【14】 【15】 1.4.1 近终形连铸技术的发展 世界钢铁生产者开始寻求技术改进以扩展连铸的优势。1989 年, 德国供应 sms 首次在美国的一个小型钢厂纽柯钢厂安装了一台薄板坯连铸机。新设计了漏斗形结 晶器, 其它与传统连铸机相似。导致世界范围内薄板坯连铸机的商业化发展,其厚度 范围在 4070 mm 之间, 典型拉速为 5.5m/min。薄板坯连铸机的成功并没有使钢铁 工作者进一步寻求技术进步的脚步停止, 其代表为 r另一部分靠辊

16、子链减速并驱动上辊。 其存在的问题： （1) 链传动因存在紧边松边所带来的由振动台振动产生的铸坯抖动,影响钢水液 面稳定,操作人员不易控制,易引起生产事故。 （2) 影响火切机切割率。因切割时铸坯抖动引起割枪反渣回火常引起氢氧发生 器防爆膜爆破,无法正常切割。 （3) 影响金属收得率。因切割枪不稳造成割缝增至 25mm ,按 140mm140mm 方坯算,切割的割缝损失金属 4.387kg ,若生产 3 米铸坯每炉生产 30 根,损失 127. 223kg 金属。 （4) 机械故障,因润滑不到位引起轴承故障。 根据原有设备结构,结合生产实际情况,提出了改变拉矫传动方式的方案： （1) 改变传动

17、方式:将设计采用的链条传动变为用直交轴减速机直接驱动上辊, 减速箱采用闭式冷却水,改善轴承和齿轮运行环境,采用变频电机控制。 （2) 消除上下机架铰接销与孔的间隙,变上下机架斜楔紧固为螺纹紧固,以防止 松动。 （3) 改卧式电机为立式电机,同时加水冷护罩,降低电机环境温度。 （4) 采用油气润滑系统,确保润滑。 3.小方坯连铸机拉坯设备的力能参数计算 本文设计的是五辊拉坯矫直机，如图 3-1 图 3-1 五辊拉坯矫直机 3.1 小方坯连铸机的拉坯阻力【2】 【9】 小方坯连铸机的拉坯阻力包括：铸坯在结晶器内的摩擦阻力 f1；铸坯通过二冷 区时得阻力 f2 ，推动铸坯使之完成矫直功得推力 f3及

18、拉矫机各运动部件得摩擦力 f4 。分别计算如下： 3.1.1 铸坯在结晶器内的摩擦阻力 铸坯在结晶器内的阻力包括坯壳与结晶器壁的粘接力和铸坯运动的摩擦力。这 项阻力与结晶器得锥度、制造安装的精度、结晶器变形情况及振动方式有关。由于 影响因素较多，很难精确计算。设计时，一般只用经验公式计算铸坯在结晶器中运 动的摩擦阻力，并采用较大得摩擦系数，用以补偿其它阻力得存在： （3-1） 2 11m frlbh 式中： 为钢水密度，通常为 0.07n/cm3r 为结晶器的有效长度（mm） 1m l -（80120） 1mm ll 为结晶器的宽度（mm）b 为结晶器的厚度（mm）h 为铸坯与结晶器壁得摩擦系

19、数，其值通常取 0.30.5 已知 b =140mm h=140mm =800mm 取-100=700mm, =0.5 m l 1mm ll 代入数据得 =4802（n） 1 f 3.1.2 铸坯通过二冷区的阻力 如图 3-2，小方坯在二冷区的阻力包括铸坯与导向装置的摩擦力及铸坯自重 f 引起的下滑力 s f 图 3-2 从铸机的弧线部分取一小段单元铸坯，其位置角为包角为 ，重量为 qa r 式中 ： -铸坯断面积；a -铸机外弧半径；r -钢液比重，取=0.07n/cm3 把力分解为径向力及切向力 ，得q n f s f cos n fa r sin s fa r 径向力对导向装置的摩擦力为

20、： n f cos n ffa r 式中 ：-铸坯在导向装置中的摩擦系数，由于小方坯连铸机的导向装置比 较简陋，有的辊子甚至不转所以 。0.3 铸坯在二冷区内的阻力为： 2 2 0 (cossin)fa ra rd （3-2）(1)a r 因为 ，所以是负值，即铸坯还能向下滑动。1 2 f 已知铸机外弧半径m ， mm ， ，6r 140bh0.3ab h 所以代入数据计算得 n 2 5762.4f 3.1.3 推动铸坯使之完成矫直功的力 计算推动铸坯使之完成矫直功的力 。被矫直的小方坯处于完全凝固的弹塑 3 f 性状态。其矫直力矩为： （3-3） 3 1 4 s h m 式中： -铸坯在高温

21、下的屈服限； s -铸坯边长。h 推动铸坯进行矫直的转矩等于推力对圆弧中心 o 点的转矩，此转矩等于铸坯 3 f 的矫直力矩，即 3 3 () 24 s hh fr 则 （3-4） 3 3 4r-2h s h f 由炼钢设备中表 7-4 可查取材料 45 钢在 1000情况下 2 35/ s n mm 铸机外弧半径m ，铸坯边长mm6r 140h 所以代入数据计算得 n 3 4048.9f 3.1.4 拉矫机各运动部件的摩擦阻力 计算拉矫机各运动部件的摩擦阻力 。如图 3-1 所示的五辊拉矫机，假定拉 4 f 坯力由 两辊承担，矫直力由 及三辊承担，且 ada bc 1 2 dbbede ll

22、l 两辊承担的拉坯力为：ad （3-5） 123l ffff 由上面求得的 =4802 n , n ，n 1 f 2 5762.4f 3 4048.9f 代入公式计算得n3088.5 l f 每个拉辊应有的压力为: （3-6） 11 2 l ad f pp 式中： -拉辊与铸坯间的摩擦系数，取0.3 所以 n 11 5147.5 ad pp 由 三辊矫直铸坯时， 及辊的压力为：a bcac （3-7） 3 22 4 s ac db h pp l 已知铸坯边长mm ，45 钢在 1000情况下，140h 2 35/ s n mm mm,所以代入数据计算得：n650 dbbe ll 22 3693

23、8.5 ac pp 辊的压力为：b （3-8） 3 222 2 s bac db h ppp l 代入数据计算得 n 2 73877 b p 辊在理论上不承受压力。由上列各种压力产生的总摩擦力为：e （3-9） 0 412221 (2) () aabcd p fd fppppp d 式中：-辊子直径； p d -轴颈直径；d -铸坯与辊子间滚动摩擦系数，取mm; 0 f 0 3f -辊子轴承的摩擦系数，滚动轴承，则 。0.005 上面求得 n ，n ，n 11 5147.5 ad pp 22 36938.5 ac pp 2 73877 b p 又已知辊子直径mm, 轴颈直径mm350 p d

24、130d 所以代入数据计算得 n 4 3002.9f 连铸机拉热坯时的拉坯总阻力为上述各个阻力之和，即 （3-10） 01234 fffff 上面求得=4802n ，n ，n ，n 1 f 2 5762.4f 3 4048.9f 4 3002.9f 所以代入数据得 n 0 6091.4f 拉热坯时计算的驱动电机功率为： (kw) （3-11） 0 1 1000 p f v n 式中： -拉坯速度（m/s） p v -拉矫机传动总效率。 已上求得n ，又已知拉矫机拉坯速度， 0 6091.4f 3.8/ min p vm 1 0.8 ，=0.7 2 0.895 12 所以代入数据得 1 0.55

25、nkw 3.2 装引锭杆时拉矫机的阻力及功率 小方坯连铸机一般都是从下往上装引锭杆，此时引锭杆在二冷区的阻力和引锭 杆的下滑力都是向下的。可用上述的计算方法来计算装引锭杆的阻力及功率，其计 算方法是： 3.2.1 引锭杆进入结晶器时的阻力 因为引锭头与结晶器之间有较大的间隙，所以引锭杆进入结晶器时的阻力可忽 略。 3.2.2 引锭杆在二冷区内的阻力 引锭杆在二冷区内的阻力为： （3-12） 11 (1)fr a 式中 ： -引锭杆的断面积（） ；a 2 cm -引锭杆的比重，取（） 0.0785 3 /n cm -引锭杆在二冷区的摩擦系数，取 1 1 0.3 已知，铸机外弧半径m 140145

26、ammmm 6r 所以代入数据得 n 1 12430f 3.2.3 拉矫机各个运动部件摩擦阻力 拉矫机各个运动部件摩擦阻力的计算方法和前面的一样。 2 f 1 12430 248600 0.05 r n f f 所以 n 0 2 2 ()4723 n p fd ff d 装引锭杆时的总阻力为： （3-13） 12 fff 代入数据计算可得 n17153f 装引锭杆所需驱动功率为: 2 n （3-14） 2 1000 p f v n 式中： -装引锭杆的速度（m/s）; p v 已知装引锭杆的速度，由求得n 6/ min p vm17153f 所以计算得 ，有两台电机工作则每台电机功率为 1.2

27、kw。 2 2.4nkw 比较和知，故取其中的较大者作为静功率来选用电动机。 1 n 2 n 12 nn 2 n 3.3 电动机类型的选择与验算【9】 【11】 电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。在确定电动机额定转速时， 必须考虑机械减速机的传动比值，两者相互配合，经过技术、经济全面比较才能确 定。通常电动机转速不低与，因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则500 / minr 其尺寸愈大，价格愈贵，而且效率也较低，如选用高速电动机，势必加大机械减速 机构的传动比，致使机械传动部分复杂起来。 对于冶金机械，工作速度较低，经常处于频繁地正反转运行状态，为缩短正反 转过渡时间，提高生产效

28、率，降低消耗，并减少噪声节省投资，应选择适当的低速 电动机。 为防止装引锭杆时动力不足推不上去和防止出现漏钢现象，结合其工作的环境 综上考虑，故选用应用于冶金机械的变频调速三相异步电动机，标称 1 1004ytszl 功率 2.2kw,额定转速，通过调速使。1435 / minnr1100 / minnr 4. 二级减速器设计 4.1 分配传动比 已知拉坯速度，辊子直径电动机转速 max 3.8/ minvm350 p dmm 1100 / minnr ，则得 。考虑到拉矫机的实际情况及现场安装等问题，故一 maxp n dv i 320i 级减速器用行星齿轮减速器，二级用蜗轮蜗杆减速器，且

29、， 。 1 16i 2 20i 4.2 二级减速器蜗轮蜗杆减速器的设计计算【7】 4.2.1 选择蜗杆类型确定中心距 考虑到工作环境及其他问题，选用 top 型蜗杆传动，其承载能力计算： 根据机械设计手册第 3 卷，当传动符合图 14-4-17 和图 14-4-18 之条件时，蜗 杆传递的功率 p1 ： （4-1） 11p pp 当传动为其他条件时，蜗杆轴的计算功率 （4-2） 1 1 1234 cp p pp kkkk 式中-分别为传动类型系数，工作情况系数，加工质量系 1234 kkkk 数和蜗轮材料系数，查表 14-4-30 知： top 型蜗杆 =1.0 1 k 昼夜连续平稳工作 =1

30、.0 2 k 7 级精度 =1.0 3 k 选择材料，蜗轮 zcual10fe3 则=0.8 4 k 代入数据计算得 1 2.2 2.75 1.0 1.0 1.0 0.8 cp pkwp 查环面蜗杆许用功率线图 14-4-17 得中心距 a=200mm 4.2.2 基本参数的选择 蜗杆头数 z1=2 蜗轮齿数 而 则 21 zzi20i 2 40z 蜗杆分度圆直径 d1按表 14-4-22 知=72mm 取mm 1 0.36da 1 70d 4.2.3 几何尺寸计算 蜗轮分度圆直径 代入数据得 d2=330mm 21 2dad 蜗轮端面模数 代入数据得 2 2 t d m z 8.25 t m

31、mm 径向间隙 代入数据得 c=1.65mm0.2 t cm 齿顶高 代入数据得 ha=5.775mm0.7hm at 齿根高 代入数据得7.425mm c a hh f hf 蜗杆喉部根圆直径 代入数据得55.15mm 11 2 ff ddh 1f d 校验：当 时 2.5 l a 0.875 1 0.5 f da -蜗杆两端支承间距离l 代入数据得 51.56mm 1f d 已知=55.15mm51.56mm 故可用 1f d 蜗杆齿顶圆直径 ， 11 2 aa ddh mm, mm 代入数据得 da1=81.55mm 1 70d 5.775 a h 蜗杆齿顶圆弧半径 11 0.5 aa

32、rad mm , mm 代入数据得159.225mm200a 1 81.55 a d 1a r 蜗杆齿根圆弧半径 11 0.5 ff rad mm =55.15mm 代入数据得172.425mm 200a 1f d 1f r 蜗轮齿顶圆直径 22 2 aa ddh mm, mm 代入数据得341.55mm 2 330d 5.775 a h 2a d 蜗轮齿根圆直径 22 2 ff ddh mm, mm 代入数据得315.15mm 2 330d 7.425 f h 2f d 蜗杆喉部螺旋导程角 （4-3） 2 1 arctan d r d i mm ,mm, 代入数据得 r=13.6 2 330

33、d 1 70d 20i 齿距角 2 360 = z 代入数据得9 2 40z = 成形圆直径 括号内取 22 2 sin(22 25 ) b dd mm 代入数据得 123.62mm 2 330d b d 按表 14-4-23 取标准系列值mm125 b d 分度圆齿形角 （4-4） 2 arcsin b d d mm, mm 代入数据得 2 330d 125 b d 22.25 蜗杆包围蜗轮齿数 z 由表 14-4-20 查取 4z 蜗杆工作半角 （4-5） 0.5 (0.45) w z 代入数据得9 4z 15.975 w 工作起始角 0w 代入数据得22.2515.975 w 0 6.2

34、75 蜗轮齿宽 （4-6） 1 0.9 f bd 已知mm 代入数据得 mm 取mm 1 55.15 f d49.635b 50b 蜗杆工作部分长度 （4-7） 2sinww ld mm ，代入数据得mm 2 330d 15.975 w 90.82 w l 蜗杆螺纹两侧肩带宽度mm8.25 t m 故取mm8 蜗杆最大齿顶圆直径 （4-8） 22 1max1 2(0.5) aaw darl ， 代入数据得mm200amm 1 159.225 a rmm90.82 w lmm 1max 94.8 a d 蜗杆最大齿根圆直径 （4-9） 22 1max1 2(0.5) ffw darl ， 代入数

35、据得 200amm 1 172.425 f rmm90.82 w lmm 1max 67.32 f dmm 蜗轮齿顶圆弧半径 21max 0.55 af rd mm 代入数据得mm 1max 67.32 f d 2 37.03 a r 母平面倾斜角 （4-10） 2 2 cos()cos 1 2 arctan cos()cos 2 d a d i a 已知， mm , , mm22.25 2 330d 20i 200a 当时，故由知10 30i 6 20i 6 代入数据计算得取15.9916 蜗轮齿距 2t pm 已知代入数据计算得mm8.25 t m 2 25.9p 蜗轮节圆齿厚 22 0.

36、55sp mm 代入数据计算得 mm 2 25.9p 2 14.245s 蜗杆副圆周侧隙j 按表 14-4-66 查得mm0.38j 蜗杆节圆齿厚 122 spsj mm ，mm mm 代入数据得mm 2 25.9p 2 14.245s 0.38j 1 11.275s 蜗杆分度圆法向齿厚 11 cos n ss mm ，代入数据得mm 1 11.275s 13.6 1 10.96 n s 蜗轮分度圆法向齿厚 22 cos n ss mm ,代入数据得 mm 2 14.245s 13.6 2 13.85 n s 蜗杆弦齿高 （4-11） 1 12 2 0.5(1 cosarcsin) aa s

37、hhd d mm ,mm ,mm 代入数据得mm5.775 a h 2 330d 1 11.275s 1 4.818 a h 蜗轮弦齿高 （4-12） 2 22 2 0.5(1 cosarcsin) aa s hhd d ， 代入数据得 5.775 a hmm 2 330dmm 2 14.245smm 2 5.93 a hmm 蜗杆啮入口修缘值 r f 按表 14-4-28 选取mm0.25 r f 蜗杆啮入口修缘长度 r 按表 14-4-29 选取=12.95mm 2 r p 蜗杆啮出口修缘值 c f 按表 14-4-28 选取=0.167mm 2 3 cr ff 蜗杆啮出口修缘长度 c 按

38、表 14-4-29 选取=12.95mm 按一般型传动加工 2 c p 4.3 减速器的维护与润滑【11】 4.3.1 减速器的维护 （1） 须经常注意检查所有螺栓紧固情况，如有发现松动，必须及时拧紧。 （2） 须经常检查密封装置的密封情况，防止漏油。 （3） 须经常检查轴承温度。并及时添加润滑油以保证轴承温升不易过高。 （4） 应随时注意减速器有无异常声音，并对有异常的部位进行检查和维修。 （5） 试车前应对设备进行仔细检查。 （6） 定期对设备进行检修，并更换损坏部分。 4.3.2 减速器的润滑 润滑要求 （1）设备内外各部件必须清洗干净后，方得进行加油润滑。 （2）加油前

39、各种油料必须经过化验，经确定符合规定要求后，方可使用。 （3）加入设备内的油必须过滤，所加油量应达到规定油标位置。 （4）所有润滑部分及油孔均应加满润滑油。 （5）凡须两种油料混合使用时，应先按比例配合好以后再行加入。 润滑方式 在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而 且在采用循环润滑时还能起到散热降温作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还 具有缓冲、吸振的能力。 由于该减速器所使用的轴承都为滚动轴承，且速度也不高，所以选用浸油或飞 溅的润滑方式润滑。 5.主要零部件的受力分析与强度计算【6】 【10】 【11】 【13】 5.1 蜗杆轴的设计校核

40、 轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的 强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。 5.1.1 按扭转强度条件计算 求出轴上的功率 p 转速 n 和转矩 t 1 2.2 0.841.848ppkw 额 1 1100 / min 68.75 / min 16 nr nr i 额 1.848 9550000256704 68.75 p tn mm n 轴的扭转强度条件为： tt t t w 初步估算轴的最小直径： 33 min0 1.848 11235 68.75 p damm n 故选用蜗杆轴的最小直径处为 45mm 可以。 5.1.2 按弯扭合成强度条件计算

41、 1）轴上受力分析（图 5-1-b） 蜗杆中点分度圆的切向力（圆周力）： 1 22 256704 7334 70 t t fn d 式中：t转矩（nmm） ； 蜗杆分度圆直径（mm） ； 1 d 径向力： tan cos n rt ff tan20 7334 cos13.6 2746n 轴向力： tan at ff 7334 tan13.6 1774n 2）求出各支承处的水平支反力和垂直反力： nh f nv f 在水平平面内的支反力（图 5-1-c） ，由 0 b m 得： 2 0 nhbdtbc flf l 整理得： 2 tbc nh bd f l f l 0 d m 得： 1 0 nhb

42、dtcd flf l 整理得： 1 tcd nh bd f l f l 由轴的情况知： 1 186 2 bccdbd lllmm 将已知数据代入上式得： 1 3667 nh fn 2 3667 nh fn 图 5-1 蜗杆轴的受力及弯扭图 在垂直平面内的支反力（图 5-1-e） ，由 0 b m 得： 2 0 anvbdbc mflfl 整理得： 2 bca nv bd flm f l 显然 1 2 a a fd m 代入数据得： 2 1206 nv fn 0 d m 得： 1 0 anvbdcd mflfl 整理得： 1 cda nv bd flm f l 代入数据得： 1 1774 274

43、618670 2 1540 372 nv fn 3）作弯矩和扭矩图 求出水平面内的弯矩，画出弯矩图（图 5-1-d）： 7334 186 186 372 682062 tbc cd h bd f ll m l n mm 求出垂直面内的弯矩，画出弯矩图（图 5-1-f）： 11 1540 186 286440 vnvbc mfl n mm 22 1206 186 224316 vnvcd mfl n mm 则合成弯矩,并作出弯矩图（图 5-1-g）： （5-1） 22 11hv mmm 22 682062286440 739768n mm （5-2） 22 22hv mmm 22 6820622

44、24316 718000n mm 作扭矩图（图 5-1-h）： 256704tn mm 4）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（c 截面）的强度。 轴的计算应力： （5-3） 22 22 1 () ()4() 2 ca mtmt www 式中： -轴的计算应力（）; ca mpa - 轴所受的弯矩（） ；mn mm -轴的抗弯截面系数（） ；w 3 mm - 轴所受的扭矩（） ；tn mm -折合系数，取；0.6 -对称循环应力时轴的许用弯曲应力（） 1 mpa 代入数据计算得： 22 3 739768(0.6 256704) 22 0.1 70 c

45、a mpa 轴材料为 ，查得 20 r c 1 60mpa 因此 故安全 1 ca 5.1.3 精确校核轴的疲劳强度 a）判断危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面 c 处的弯矩较大，但轴径较大故不 必校核；截面 n 处的弯矩较大，且有轴承配合引起的应力集中，轴径也相对较小， 也属于一危险截面。故校核 n 面的左右两侧即可。 b）截面 n 左侧 抗弯截面系数 333 0.10.1 8561412.5wdmm 抗扭截面系数 333 0.20.2 85122825 t wdmm 弯矩 156 739768620450 186 mn mm 扭矩 256704tn mm 截面上的弯曲应力 6

46、20450 10 61412.5 a m mpa w 截面上的扭转切应力 256704 2.1 122825 a t t mpa w 截面上由于轴肩形成理论应力集中，只考虑弯矩作用时的安全系数： （5-4） 1 am s k 式中： 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限，由11中表 19.1-1 查得 1 材料 20 r c 1 280mpa 弯曲时的有效应力集中系数，由6中表 6-1-31 查得，用插值法 k 计 算得=1.84； k 表面质量系数，轴车削加工，按6中表 6-1-36 查得 =0.95； 弯曲时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 查得=0.64； 弯曲应力的应力幅； a 材料

47、拉伸的平均应力折算系数，由6中表 6-1-33 查得 0.34 弯曲应力的平均应力，由表 6-1-25 知对称循环平均应力； m 0 m 代入数据得： 280 9.25 1.84 100.34 0 0.95 0.64 s 只考虑扭矩作用时的安全系数： （5-5） 1 am s k 式中： 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限，由6中表 15-1 查得 材料 1 20 r c 1 160mpa 扭转时的有效应力集中系数，由6中表 6-1-31 按插值法得到=1.52 表面质量系数，轴车削加工，按6中表 6-1-36 查得 =0.95； 扭转时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 按插值法算得； 0

48、.72 扭转应力的平均应力（） ，由6中表 6-1-25 查得； m mpa0 m 平均应力折算系数，由6中表 6-1-13 查得=0.21； 扭转应力的应力幅（） a mpa 代入数据得： 160 34.3 1.52 2.1 0.21 0 0.95 0.72 s 截面的安全系数： （5-6） 22 p s s ss ss 式中 ： 按疲劳强度计算的许用安全系数，由表 6-1-26 查得 p s1.5 p s 代入数据计算得： 故安全 22 9.25 34.3 8.91.5 9.2534.3 s c）截面 n 右侧 抗弯截面系数 333 0.10.1 7034300wdmm 抗扭截面系数 33

49、3 0.20.2 7068600 t wdmm 弯矩 156 739768620450 186 mn mm 扭矩 256704tn mm 截面上的弯曲应力 620450 18 34300 a m mpa w 截面上的扭转切应力 256704 3.7 68600 a t t mpa w 由于过盈配合产生应力集中，只考虑弯矩作用时的安全系数： 1 am s k 式中： 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限，由表 15-1 查得 材料 1 20 r c 1 280mpa 弯曲时的有效应力集中系数，由6中表 6-1-31 查得，用插值法 k 计算得=1.98， k 表面质量系数，轴车削加工，按6中表 6-

50、1-36 查得 =0.95； 弯曲时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 查得=0.66； 弯曲应力的应力幅； a 材料拉伸的平均应力折算系数，由6中表 6-1-33 查得 0.34 弯曲应力的平均应力，由表 6-1-25 知对称循环平均应力； m 0 m 代入数据得： 280 4.9 1.98 180.34 0 0.95 0.66 s 只考虑扭矩作用时的安全系数： 1 am s k 式中 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限，由11中表 19.1-1 查得 材 1 料 20 r c 1 160mpa 扭转时的有效应力集中系数，由6中表 6-1-31 按插值法得到 =1.752 表面质量系数，轴

51、车削加工，按6中表 6-1-36 查得 =0.95； 扭转时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 按插值法算得； 0.73 扭转应力的平均应力（） ，由6中表 6-1-25 查得； m mpa0 m 平均应力折算系数，由6中表 6-1-13 查得=0.21； 扭转应力的应力幅（） a mpa 代入数据得： 160 17 1.752 3.70.21 0 0.95 0.73 s 截面的安全系数： 22 p s s ss ss 式中： 按疲劳强度计算的许用安全系数，由表 6-1-26 查得 p s1.5 p s 代入数据计算得： 22 4.9 17 4.71.5 4.917 s 所以轴在该截面强度

52、是足够的，安全。 5.2 驱动辊的设计校核 5.2.1 按扭转强度条件计算 求出轴上的功率 p 转速 n 和转矩 t 2.2 0.751.65ppkw 额 1100 / min 3.44 / min 320 nr nr i 额 1.65 95500004580668 3.44 p tn mm n 轴的扭转强度条件为： tt t t w 初步估算轴的最小直径： 选取轴的材料为 ，故取20 r c 0 112a 33 min0 1.65 11287.7 3.44 p damm n 根据实际情况知，驱动辊的辊子直径，轴颈直径为 130mm,故选用350 p dmm 驱动辊轴的最小直径处为 110mm

53、。 5.2.2 按弯扭合成强度条件计算 1）轴上受力分析（图 5-2-b） 根据计算矫直力时所求得的数据知道，a 辊承受的压力为： 12 5147.536398.5 42086 aa fpp n 摩擦阻力： 4/ 2 1500ffn 图 5-2 驱动辊 a 受力及弯扭图 2）求出各支承处的水平支反力和垂直反力： nh f nv f 在垂直平面内的支反力（图 5-2-c） ，由 0 b m 得： 1 0 bcnvab f lfl 整理得： 1 bc nv ab f l f l 0 a m 得： 2 0 nvabac flf l 整理得： 2 ac nv ab f l f l 由轴的情况知： 1

54、214 2 acbcab lllmm 将已知数据代入上式得： 1 21043 nv fn 2 21043 nv fn 在水平平面内的支反力（图 5-2-e） ，由 0 b m 得： 1 0 bcnhab f lfl 整理得： 1 bc nh ab f l f l 代入数据得： 1 750 nh fn 0 a m 得： 2 0 nhabac flf l 整理得： 2 ac nh ab f l f l 代入数据得： 2 750 nh fn 3）作弯矩和扭矩图 c 截面： 求出水平面内的弯矩，画出弯矩图（图 5-2-d）： 750 214 214 428 80250 bc ac h ab f ll

55、m l n mm 求出垂直面内的弯矩，画出弯矩图（图 f）： 42086 214 214 428 4503202 bcac v ab f ll m l n mm 则合成弯矩,并作出弯矩图（图 5-2-g）： 22 22 802504503202 45039200 chv mmm n mm 作扭矩图（图 5-2-h）： 256704tn mm d 截面： 求出水平面内的弯矩，： () 750 214 41 428 15375 acabad h ab f lll m l n mm 求出垂直面内的弯矩： () 42086 214 41 428 862763 acabad v ab f lll m l

56、 n mm 则合成弯矩： 22 22862900 dhv mmm n mm 扭矩： 256704tn mm 4）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（c 截面）的强度和 应力最集中的截面（d 截面） 。轴的计算应力： 22 22 1 () ()4() 2 ca mtmt www 式中 ： -对称循环应力时轴的许用弯曲应力（） 1 mpa 轴材料为 ，查得 0 20 r c m 1 60mpa 因此代入数据得: c 截面 ： 22 3 4503920(0.6 4580668) 1.2 0.1 350 ca mpa 所以 故 c

57、截面安全 1 ca d 截面： 22 3 862900(0.6 4580668) 13.1 0.1 130 ca mpa 所以 故 d 截面安全 1 60 ca mpa 5.2.3 精确校核轴的疲劳强度 a）判断危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面 c 处的弯矩较大，但轴径最大故不 必校核；截面 d 处的弯矩较大，且有轴承配合引起的应力集中，轴径也相对较小， 属于危险截面；其他面只受扭矩作用，虽然键槽等所引起的应力集中均将削弱轴的 疲劳强度但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕地确定的，也不必校核，故校 核 d 面即可。 b）截面 d 抗弯截面系数 333 0.10.1 13021

58、9700wdmm 抗扭截面系数 333 0.20.2 130439400 t wdmm 弯矩 862900mn mm 扭矩 4580668tn mm 截面上的弯曲应力 862919 3.93 219700 a m mpa w 截面上的扭转切应力 4580668 10.4 439400 a t t mpa w 截面上轴肩形成理论应力集中且有轴承配合引起的应力集中，只考虑弯矩作用 时的安全系数： 1 am s k 式中： 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限，由11中表 19.1-1 查得 1 材料 0 20 r c m 1 280mpa 弯曲时的有效应力集中系数，由6中表 6-1-31 查得，用插值

59、法计 k 算得=1.856， k 表面质量系数，轴车削加工，按6中表 6-1-36 查得 =0.92； 弯曲时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 查得=0.58； 材料拉伸的平均应力折算系数，由6中表 6-1-33 查得 0.34 弯曲应力的平均应力，由6中表 6-1-25 知对称循环平均应力 m ； 0 m 代入数据得： 280 20.5 1.856 3.930.34 0 0.92 0.58 s 只考虑扭矩作用时的安全系数： 1 am s k 式中： 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限，由6中表 15-1 查得 材料 1 0 20 r c m 1 160mpa 扭转时的有效应力集中系数，由

60、6中表 6-1-31 按插值法得到 =1.66 表面质量系数，轴车削加工，按6中表 6-1-36 查得 =0.92； 扭转时的尺寸影响系数，由6中表 6-1-34 按插值法算得； 0.65 扭转应力的平均应力（） ，由6中表 6-1-25 查得； m mpa0 m 平均应力折算系数，由6中表 6-1-13 查得=0.21； 代入数据得： 160 5.54 1.66 10.40.21 0 0.92 0.65 s 截面的安全系数： 22 p s s ss ss 式中： 按疲劳强度计算的许用安全系数，由6中表 6-1-26 查得 p s1.5 p s 代入数据计算得： 故安全 22 20.5 5.5