机械毕业设计（论文）-130T推钢机设计（全套图纸） .pdf

辽宁科技大学本科生毕业设计 I 130T 推钢机设计 摘要 我设计的为机械式推钢机，它结构简单， ，传动效率高，整体尺寸合适，维修方便 造价便宜等特点。本文具体包括轧制工艺过程和自动化控制简介，推钢机的分类和结构 特点传动方案的传动和拟定，电动机的选择与校核、减速器的选用、传动方式、齿轮齿 条传动和齿轮传动设计、轴系零件指的是通过一系列的设计和计算对轴和轴承做比较全 面的强度与刚度的审核。及设备的维修、润滑和维护。机械式推钢机通过齿轮齿条的啮 合传动把电能转化为动能，带动推杆完成推钢。本文设计中主要对推钢机进行了结构设 计和理论计算，对传动机构做了更深入的分析设计，最后做了设备经济性能和可靠性能 评价。 关键词：电动机；推钢机；理论计算；结构设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁科技大学本科生毕业设计 II 辽宁科技大学本科生毕业设计 III A design for 130 tons of steel machine Abstract I designed a rack pusher, the reliable work, high transmission efficiency, thrust and large travel, but their heavy equipment, the gear rack type pushing steel machine widely used. rack type pusher through engaging transmission gear rack of the rotary motion of the motor into linear motion of the push rod rack, drive complete pusher, Design analysis describes the design scheme, including the determination of the pusher and classification and characteristics of the design; the design and calculation of main drive system, including the original design parameters, calculation and check of the motor, calculation and check of coupling and reducer; design and calculation of the main parts, including rack- and- pinion meshing gear strength calculation, calculation of the strength of the shaft, bearing selection and calculation, and the selection of the key and checking; and then the equipment repair, installation, lubrication and seal design, finally the reliability and economical evaluation of equipment. Keywords: billet; pusher; rack type pusher 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 目录目录 1.绪论5 1.1 轧制工艺过程简介.5 1.1.1 轧制过程.5 1.1.2 热轧.5 1.1.3 冷轧 . 3 1.2 推钢机的种类.5 1.3 推钢机结构特点.6 1.4 推钢机未来发展趋势 . 6 2 传动方案的分析与拟定 8 2.1 传动方案的分析8 2.1.1 常用的传动类型及其特点.8 2.1.2 机械传动系统设计时应注意的事项 9 3 电动机选择和计算.11 3.1 概述 . 11 3.1.1 常用电动机的特点及用途 .11 3.1.2 电动机选择方法12 3.2 电动机选择计算与校核.12 3.2.1 选择电动机的结构与类型.12 3.2.2 选择电动机的容量.12 3.2.3 选定电动机的型号和参数.13 3.2.4 电机过载校核. 13 4 传动装置的运动及动力参数选择和计算 . 15 4.1 传动比的计算与分配 . 15 4.1.1 传动装置的总传动比 . 15 4.1.2 分配各级传动比 15 5 减速器的选择计算.17 5.1减速器的概述17 5.1.1 减速器的作用17 5.1.2 减速器的分类17 5.2 减速器的选用17 6 传动机构的设计计算.19 6.1 齿轮齿条传动的强度计算.19 6.1.1 齿条的特点.19 6.1.2 齿轮齿条传动的强度计算.19 7 轴系零部件24 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 7.1 轴的设计24 7.1.1 轴的分类24 7.1.2 轴的常用材料24 7.1.3 轴的强度计算25 7.2 轴承的选择预计算28 7.2.1 概述28 7.2.2 轴承的分类28 7.2.3 轴承的寿命校核29 7.2.4 验证轴承的极限转速31 7.3 键的设计与校核31 7.3.1 键联接的选择31 7.3.2 键的尺寸的选择与校核32 7.4 推杆的稳定性校核33 8.设备安装、维修、润滑及密封35 8.1 设备安装35 8.2 设备维修35 8.2.1 设备维修保养35 8.2.2 设备检查35 8.2.3 设备修理35 8.3 润滑及密封36 8.4 设备可靠性与经济性评价37 8.4.1 机械设备的有效度37 结束语.38 致谢 . 39 参考文献 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 1.绪论 1.1 轧制的工艺过程 1.1.1 轧制过程 轧制过程：轧件通过摩擦力拉进旋转轧锟之间，受到塑性变形的压缩过程，通过轧制的 金属有一定的形状、尺寸和性能。 轧制分类按轧件运动方式分为：斜轧、横轧、纵轧。 斜轧：轧件作螺旋运动，与轧锟轴线形成菲特角。 横轧：轧件变形后运动方向与轧锟轴线一致。 纵轴：通过两个方向相反的轧锟通过旋转在其间产生塑性变形的过程。 1.1.2 热轧 优点：可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，破坏缺陷的显微组织，是钢材组织 紧实，力学性能得到很大的提升。这种提升主要体现在轧制的方向上，使钢材在一定程 度上不再是各同性体；浇注时形成的气泡裂纹和诉讼，在高温下也能被焊合。 缺点：1.在热轧之后，钢材内部的非金属杂物被压成拨片之后，形成夹层现象。夹层导 致沿厚度方向的钢材受拉性能大大缩减，然后逐渐在收缩时形成层间断裂。焊缝收缩诱 发的局部应变能达到屈服点应变的数倍，比载荷引起的应变大很多；2.热轧钢材产品不 好控制变宽和厚度。我们都知道热胀冷缩，开始时热轧的长度和宽度都达标，最后冷却 还是形成一些误差，这这种负差厚度越厚，变宽越宽的越明显。所以对大号的钢材，对 于钢材的变宽、长度、厚度，角度，以及边线都不能要求的太精确。3.不均匀的冷却造 成的残余应力。 它是来自内部自相平衡的应力， 各种截面热轧型钢都会有这种残余应力， 一般钢型尺寸越大残余应力就会越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力 作用下的性能也有一定的影响。 1.1.3 冷轧 用热轧钢作为原料，经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷，由于连续的冷 变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、 硬度上升、 韧塑指标下降， 因此冲压性能将恶化， 只能用于简单的变形的零件。轧硬卷可作为热度锌厂的原料，因为热镀锌机组设置有退 火线。轧硬卷重一般在 20-40 吨，钢卷在常温下，对热轧酸洗卷进行连续轧制。 1.2 推钢机的种类 推钢机主要适用于炉前坯料， 由推钢机输出动力， 逐步香炉内推移， 然后处理加热。 推钢机的种类依然很多，常见的有齿轮齿条式、丝杠螺母式、曲柄连杆式、液压式等等， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 还有更多的是推钢机把齿条传动和液压传动相结合，形成了液压齿条式。他们都各自有 各自的特点，在不同的加热炉下发挥着不同的作用。 齿轮齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电机的旋转运动转变为齿条的直线 运动，带动推杆进行推刚工作。其工作可靠，传动效率高，推理和行程大，但设备自身 重量大。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。 但是曲柄连杆式和丝杠螺母式工作效率比较低，形成和推力较小，一般用于小型的 加热炉，新的加热炉一般情况下很少采用。 液压式推钢机有液压直接推动推杆工作，结构比较简单，推力也很大，自重轻，速 度、行程以控制，但行程不适合太大，而且液压系统制作、维护都很困难。 根据钢车间使用的有效经验，推力在推钢机有曲柄连杆式、齿条式、螺旋式和液压 式。一部分推钢机把齿轮齿条传动和液压 0.2MN 以上的时候，一般采用的是齿条式推钢 机更加适宜。 因为齿条是推钢机传动效率高， 使用可靠， 这是螺旋式推钢机无法比拟的。 1.3 推钢机结构特点 机械性推钢机的特点：有电机、减速机及机械传动部分、壳体等组成，其主要特点 是推行平稳，推力大，可推进双排坯料。液压型推钢机有液压油缸、液压泵站、平衡推 杆及底座等组成。 液压式推钢机的特点：由液压缸推动推杆，它结构简单，推力大，速度、易控制， 但行程不能太大，维护较困难，目前大多使用齿条式推钢机仍是主要采用的。 推钢机大部分情况用于炉前坯料的使用，通过推钢机对坯料用力，将坯料推入炉内，进 行加热处理。推钢机加热炉有许多不同的类型，轧钢车间使用侧出式加热炉，推钢机把 钢坯分批从加热炉的进钢口推送进加热炉，在炉腔内进行加热，坯料在加热炉腔从低到 高， 再到恒温。 当出钢机把一条钢坯从加热炉送出， 推杆就必须促进后续的坯炉出口侧， 以指定的机器的位置会出发送出钢坯。 1.4 推钢机的发展与未来趋势 热轧、冷轧板带上轧机生产线上，设计中用户选用推钢机主要有两种形式：液压推 钢机和机械推钢机 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 机械推钢机是通过齿轮齿条生成推力,设备重量很大,声音也很大,消耗大,但维护 起来比较简单。大推力推钢机成本较高。机械推钢机和液压推钢机、液压推钢机所有方 面比机械推钢机高: 1.机械(齿轮齿条)推动机制的成本和复杂性远远高于液压机器,并且大和笨重,噪声大 和随机控制性能差; 2.维修时间和成本远高于机器本身; 3.机械推钢机比液压推钢机维修麻烦,修复故障必须停止; 4.液压推钢机的推力比机械推钢机高:相同功率的情况下推动钢铁能力差几倍,如:推 250T 钢材（坯）,液压推钢机用 55KW 的驱动功率,机械推钢机必须 200KW 以上。液压推 钢机生产成本低、设计成双驱动能不间断情况下维修,机械钢机不能。 现代轧钢机械朝着大规模、连续、高自动化和计算机自动控制的方向发展,生产规模不 断扩大,自 90 年代以来,快速发展和普及,钢铁生产流程短，薄板或中厚板坯连铸和轧制 技术,改变了传统 HSM 市场。1987 年 7 月以来的第一套薄板坯连铸连轧生产线在美国纽 柯,自生产已经完成。连铸连轧技术是钢的凝固和变形形成链接的两个进程,连铸坯在热 状态继续进入精轧机组轧制成线圈直接产品。德国公司短信 CS(技术、ISP 技术公司的 马克,钢铁联合开发 Conroll 技术用于用户。 综上可以得出：推钢机以体积更小、更便宜、维修更方便的液压方向发展。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 2 传动方案的分析与拟定 2.1 传动方案的分析 2.1.1 常用的传动类型及其特点 带传动：带传动是非常普遍的一种传动机构装置。包括有：摩擦型带传动与啮合型 带传动， 摩擦型带传动主要是由于带与带轮互相摩擦出现压力提供动力， 使之进行运转， 啮合型带传动主要是由于凸齿和传动带带轮相互咬合产生动力的。带传动适用于中小型 功率，机体通常比一般的大，但是带传动具有较稳定的传动系统。带传动不适于用在易 燃易爆的地方，一般用在高速级中。 链传动：链传动主要是通过链条与其他挠性件的行成咬合产生动力，链传动通过两 条不同的传动轮有不同的链条围绕行成。链传动易安装、成本低廉，一般在那种较远的 机械连接设备里使用，因为它具有稳定的传动比，传动效率高，受到传动轮给链条的摩 擦力以及压力都很小，但它噪声很大，需要良好的润滑。在传动比很高的情况下使用， 有可能会破坏链条及两边的传动轮。 齿轮传动：齿轮传动是通过两个模数相同的齿轮经过旋转进行传动，齿轮传动也包 括相交轴齿轮和交错轴齿轮，他们在经过一系列的旋转形成。在一般的工厂里面，都会 使用齿轮传动，因为它的传动是齿轮的旋转速度和功率都可以经过调整，传动效率相比 其它传动也会偏高一点，也不会带来不悦耳的声音，机构的骨架也很密集。直齿锥齿轮 传动比曲线齿锥齿轮的轴向力小，制造也比曲线齿锥齿轮容易，一般用在速度较低的减 速器当中。斜齿锥齿轮传动比直齿锥齿的总重合度大，噪声较低，一般用在高速级的减 速器上；曲线齿锥齿轮传动的时候在速度，精度方便一般来说都会比直齿锥齿轮传动稳 定，产生不适声音也会很小，能承担的载荷也可以相当大，当然也会有缺点，就是在倾 角较大的时候会产生相当大的轴向力。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 .蜗杆传动：蜗杆传动是通过两条有一定倾角的相互交叉的轴产生一定动力的特殊 的传动方式。它们之间产生的倾角可以很大，亦可以很小，但是在一般的蜗杆传动中倾 角都为 o 90 。蜗杆里面的结构会很细，很密集，缝隙会很小，传动比相比其它的也会很 大，传动的时候蜗杆之间的磨合与接触平稳，一般不会产生断裂的情况。而且产生的不 适声音不会特别大，倾角在某一特定的情况下会发生自锁，保护该机构。但同等的状况 下，由于蜗杆的传动产生较大的热，会导致能量的消失，也就会是传动效率相对较低， 所以最好在功率不太高的机构中使用。 2.1.2 机械传动系统设计应注意的事项 在正常传动的标准下，机构数量不适合过多，减小传动链的数量，会适量增加传动 机构的效率，更适合机械的传动，也提高机构的性价比。 在被较大的强度冲击时，机构本能的也会接受它的冲击力然后会产生大量的热，会 使机构破损，所以需要减少该机构的刚度，使它不会太简单就产生过量的热。机构的大 小也要能保证刚度的强度校核，因为当机构一旦出现一个缝或者是小的裂纹都会在接下 来的正常运动中迅速延伸，产生破裂，表面粗糙或划痕可以导致裂纹的产生和拓展。 相互摩擦的两个零件，它们的大小是不一的，如果一个机构过大，那么另外一个机 构也会相对来说比较小。同样，需要的成本也会相对的低一点，如主传动上的轴与曲轴 与轴瓦。在设计机构的时候，在表面积较大的机构上，应进行适量的摩擦，增大它的粗 糙度和耐磨性，是它工作时间变长，不用经常换新的，提高性价比。对于较小的机构， 在它由于产生摩擦而损坏的时候，应及时更换，不要由于小的零件影响零件的工作。保 持零件的工作时间。 对于润滑剂和供应方式。设计油沟、油室等使润滑剂能散步到整个工作表面。特别 应该注意立式轴承和导轨的润滑设计，因为在这种情况下，润滑剂容易流失。所以导轨 油槽通常只用于垂直导轨，润滑油可以较好的散播在工作面上。 为提高机械精度必须保证每个零件具有一定的加工和装配度，此外零件具有一定的 刚度，保证在工作载荷下能满足精度条件，零件还有较高的耐磨性以保持精度，此外设 计时还应考虑机械使用的一段时间，精度降低后能经过调理修整或能换部分零件能提 高，甚至恢复原有的精度。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 11 页 2.2 传动方案的拟定 通过产品的需求，推钢机的最大推力为 F=130T，推钢机的推杆速度为 0.1m/s，返 回速度 0.16 m/s，工作行程为 2000mm，检修行程为 1800mm，从而可以计算出推钢机 的尺寸相对来说就比较小，同时也是在速度不是太高的情况下工作。 通过对以上传动的形式特点以及速度的综合全面考查，选择齿轮齿条与开式齿轮传 动，通过减速机用齿轮齿条与电动机连接在一起。电动机通过减速器和齿轮装置经过减 速后，轴的转将由推杆的来来回回的往返运动代替。把钢坯送入加热炉。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 12 页 3.电动机的选择计算 3.1 概述 电动机包括驱动电动机、控制电动机和信号电动机三大类，主要是将电磁相互转化 的一种特殊电机。通过产生较大的转矩，使各种电器运转，成为机械传动的动力。 3.1.1 常用电动机的种类特点及用途 电动机分为交流电动机和直流电动机，直流电动机用直流电源，价格昂贵，维护比 较不方便，所以一般不用。钢厂在大多数情况用三相交流电源,因此,选择三相交流电动 机。 交流电动机分为异步电动机和同步电动机,因为推钢机属于通用机械冶金设备,没有 特别的要求,和制动频繁,冲击载荷,电机转动惯量小,过载能力大,因此 Y 系列三相异步 电动机的选择。 一般电动机可通过分为 Y 系列、YR 系列、YH 系列、YEJ 系列、YEP 系列和 YD 系列等等， Y 系列封闭式三相异步电动机相比其他的电动机来说，效率会相对较高，因为 Y 系列电 动机需要的能量很少，但是性能的各方面并不会很差，而且不会产生特别大的声音，在 电动机工作的时候，机器相对稳定，不会由于运动而偏移自己本身所处的位置。由于本 身的结构相对较小，所以便于携带，而且检测和维修起来也很方便。为 B 级绝缘。电机 内部结构紧密、里面自带风扇，避免灰尘，纸屑进去。B 级绝缘。YH 系列高转差率三相 异步电动机为 Y 的派生系列，转差率较高，启动电流小，机械特性软，能承受冲击负荷。 电动机转子采用高电阻铝合金制造。B 级绝缘。YEJ 系列电磁铁制动三相电动机为全封 闭、自扇冷、笼型转子具有附加圆盘型直流电磁铁制动的三相电动机，是 Y 系列电 动机通过与某些制动器形成连接而产生的机器。 一般情况下电动机会有很多用途 Y 系列异步电动机主要是在尘土较多的地方使 用，也在泥沙，水多的地方使用。如在农业里面使用的一些机械、矿山里用来炸石头的 一些机械、制造混凝土的机械、磨粉机等等，为一般电动机。当然，YR 系列主要适用于 不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所，如压缩机、卷扬机、拔丝机等等。YH 系列适用于 传动转动惯量较大的和冲击负荷以及正反转次数较多的金属加工机床，如剪切机、冲击 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 13 页 机、锻冶机等。 除了一般异步电动机以外，常用的电动机也会有很多不同的异步电动机组成。包括 变速和减速度很大步电动机、功率电动机和直流电动机。速和减速异步电动机适用于机 床、矿山、冶金、防治等需要变速的各种传动。隔爆异步电动机广泛用于有爆炸性气体 混合物纯在的场所作一般用途的驱动电动机。振动电动机也会应用在很多的水利，电才 方面等行业作为振动机给料机、振动的落纱机、筛动分机等设备的振源。 3.1.2 电动机的选择方法 电动机的选择方法很多，我们先需要选择电动机的种类，在电动机满足生产某种机 械的要求下，应该尽量选择电动机内部结构相对简单，价格也应该相对便宜、而且电动 机本身的运转是没有问题的，这样的电动机也会比较容易检测与维修。当然，电动机的 启动转锯也需要适当，不能太大，也不能太小。 3.2 电动机的选择计算与校核 3.2.1 选择电动机结构与类型 由于我们的电动机也需要在室内多尘环境下启动，逆转次数频繁的起重机械和冶金 设备且需要较高的机械强度和过载能力，承受冲击及振动，转动惯量小，适合频繁快速 启动及振动，转动惯量小，段周期工作，而再常见的 Y 系列电动机里面有三相异步电动 机正好合适，更出色的是它的运转效率也会比其他的高，同时耗电量就会减少，电动机 的各方面性能也会很不错。也会比较便于维修。 所以综上所述：选用 YZR 型电动机。 3.2.2 选择电动机的容量 推钢速度：v=0.1m 推力 ：130T 传动方式：齿轮齿条传动 负载所需工作效率： vFP W = max vmg= µ 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 14 页 =1 . 010008 . 91305 . 0×××× =Kw7 .63 其中：µ为辊道与板坯摩擦系数。 查表可知： 1 （齿轮齿条传动）=0.930.95； 2 （开式齿轮传动）=0.95； 3 (一对滚子轴承)=0.98； 4 （二级圆柱齿轮减速器）=0.950.96； 5 （齿式联轴器）=0.99； 则 2 54 2 3 2 2 2 1 ××××= = 2222 99 . 0 95 . 0 98 . 0 95 . 0 94 . 0 ×××× =0.71 代入公式 w d p p =kw5 .73 考虑机械传送损失和电动机本身损耗，故选kwped75= 3.2.3 选定电动机的型号及参数 总 之 , 选 择 电 机 类 型 :Y2- 3155- 6 型 电 动 机 ， 额 定 功 率kwped75=， 转 速 min/980rnm=，最大转矩 2mN ，效率 92.8%，功率因数87 . 0 cos=。 3.2.4 电机过载校核 电动机最大转矩 齿轮转速： n = d v 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 15 页 = ×× 3 10400 6 = 3.18 r/min 其中：d齿轮的分度圆直径，单位：mm。 负载最大转矩： T=9550× n Pw = 9550× 18 . 3 7 .63 = 5 1091 . 1 × N·m 传动比： i = n nd = 18 . 3 980 = 308 电动机的最大转矩： max T= i T = 621 N·m 电机额定转矩： N T=9550 d n p0 =9550× 980 75 =761.48N·m 其中 d n 电动机额定转速，单位：r/min。 过载校核 由电动机的参数可知 = 额定转矩 最大转矩 =2 所以 0.72 N T=0.72×2×761.48 max T 故安全。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 16 页 4.传动装置的运动及动力参数的选择和计算 4.1 传动比的计算及分配 4.1.1 传动装置的总传动比 通过已选电动机，可知电动机满载转速 m n 和工作机轴的转速 w n ，通过上述已知条件即 可得出传动装置的总的传动比： w m a n n i =； （4- 1） 总传动比也是等于各级传动比的乘积，即： ; 3210na iiiiii = （4- 2） 由已知条件可知推钢速度为smV/1 . 0 1= ，则取齿轮直径 D=600mm。 则： D v nw 100060 × = min/18. 3r= 即 传动装置总的传动比为：18.308 18 . 3 980 = w m a n n i; 4.1.2 分配各级传动比 分配传动比主要考虑以下几点： 传动比不得超过最大值。 传动零件要协调尺寸，结构匀称，不能发生碰撞。 传动装置外边的结构尺寸会很紧凑。也会很稳定。 通过以上的传动比考虑 选取了齿轮转动比4 0 =i，即 减速器的转动比为： min/05.77 4 18.308 0 1 r i i i a = 4.2.3 各轴参数的计算 把传动装中的轴依次用号码编排区分，从高速轴到低速轴依次编号，定为 0 轴（电 机轴） ，1 轴（减速器低速轴） ，2 轴（齿轮轴） ；相邻两轴传动比表示为 1201,i i；相邻两 轴的传动效率为 1201, ；各轴的输入功率为 210 ,ppp；各轴输入功率转矩为 321 ,YTT。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 17 页 1.轴转速的计算： 电动机转速 min/980 0 rn = 第一轴转速min/72.12 05.77 980 01 0 1 r i n n= 第二轴转速min/43 . 4 4 72.12 12 1 1 r i n n= 2.轴功率的计算： 电机轴功率kwp200 0 =； 第一轴功率kwppp83.6999 . 0 95 . 0 75 2 2 5400101 =××=××=×= 第二轴功率kwpp26.3098 . 0 95 . 0 83.69 2 1 2 1 22 1212 =×××=×= 3.轴扭矩的计算； 电机轴的扭矩mN n p T×= × = 3 0 0 0 1073 . 0 55 . 9 第一轴的扭矩mN n p T×= × = 5 1 1 1 1052 . 0 55 . 9 第二轴的扭矩mN n p T×= × = 5 2 2 2 1065 . 0 55 . 9 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 18 页 5.减速器的选择计算 5.1 减速器的概述 减速器是在大多数机械器材里面是相对比较严谨、精密的产品。它能将原动机比较 大的速度经过一系列的运转，而改变转速很小的扭矩，将一些用电的机器、或者是需要 改变速度来完成工作运转的机器由减速器的输入轴上的低级齿轮来配合高速齿轮来满 足减速的目的。在现代机械中应用极为广泛。 5.1.1 减速器的作用 减少速度同时提升输出扭矩，扭矩输出比例按电动机输出乘减速比，但是千万要注 意不能超过了额定扭矩。 减小速度为了减低负载的惯量，惯量的减少会是减速比的平方。 5.1.2 减速器的分类 减速器的种类特别多，按照传动形式的差异能够分为好几种不同的减速器；蜗杆减速器 与行星减速器；按照技术也是能分为不同的减速器：单级与多级减速器。也可分为谐波 齿轮减速器与三环减速器等及其相互组合起来的减速器。 齿轮减速器 主要有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，和圆锥-圆柱齿轮减速器。 特点： 1）.齿轮是由于高清度的合金钢淬火形成的。齿轮采取的是磨取工艺结构，所以齿轮的 精度高。 2）.传动效率高：单级大于5 .96%，双极大于93%，三级大于 90%. 3）运转的时候特别稳定，不会产生很大的噪音。 4）结构不会特别大，工作时间会很长，能接受的载荷也很大。 5.2 减速器的选用 根据已知的设计要求，减速器的传动比： min/05.77 0 1 r i i i a = 高速轴输入功率为 kwpp ed 51.73 2 5 =×= 高速轴转速 min/980rn = 查表选择减速器的型号 ZSY305-80-I,公称传动比为 40，实际传动比为 40.85， 中心距 a=1410mm. 高速轴的许用功率为 P=75kw 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 19 页 承载能力 n=590r/min 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 20 页 6.传动机构的设计计算 6.1 齿轮齿条传动强度计算 6.1.1 齿条的特点 当标准外齿轮的齿数从零不断增加一直很多时，齿轮上的基圆与别的圆就会渐渐变 成有一定倾角的平行线，在同一侧的渐开线齿条的外表面会成为倾角为 0 0 的斜直线的 斜直线齿廓，这就是齿条。齿条与齿轮相比有以下两个特点： （1） 因为齿条外表面都是直线，所以齿廓上的每一点法线的倾角都为 0 0 。但是因 为齿条在运转的时候做的是平行移动，所以齿廓上每一点的 速度大小、方向也是一样 的，所以齿条上每一点的速度大小、方向也一样，所以齿条上各点的压力角都相等，等 于齿廓的倾斜角。 （2） 与齿距都是一样的是和齿顶线都平行的直线，模数为相同值，其中齿厚与齿 槽宽相等且与齿顶线平行的直线称为中心线，它是确定齿条各部分尺寸的基准线。标准 齿条的齿部尺寸与标准值相同。但是在进行冲压的加工时，由于在冲压过程中冲压行程 是工作行程，而返回时是要非工作过程，则在加工工件时要尽量满足工件再返回时减少 时间，所以要满足此机构有急回特性。但是齿轮齿条不能满足急回的特性。但是齿轮齿 条不能满足工件的冲压加工效率，齿轮齿条加工的运动形式不符合；则排除此工艺的加 工方式。 6.1.2 齿轮齿条传动强度的计算 由已知条件得出齿轮轴输入功率min/18 . 3 ;26.30rnkwp w =转速； （1）.压力角：= o 20 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 21 页 （2）.已知齿轮轴,20,15 21 =ZZ齿条模数 m=40 则齿数比33 . 1 1 2 = Z Z µ （3）.齿宽系数 d 的选择 d = d b =0.87 （4）.选择 8 级精度，速度比较低 （5）.选择 37SiMn2MoV（调质），硬度为 HB229- - 241,齿条选 42CrMo，热处理硬度 HB269302； 2.按齿面接触强度计算： 齿轮分度圆直径为mmmzd600 11 = 通过查表、计算确定各系数的值： （1）.取载荷的系数3 . 1 1= k； （2）.计算齿轮的转矩mN n P T×= × = 5 2 2 1 10652 . 0 55 . 9 ； （3）.选取齿宽系数87 . 0 = d b d ； （4）.查表得材料的弹性影响系数为 2 1 8 . 189 MPaZE=； （5）.查表得齿轮轴接触疲劳强度极限MPa H 550 1lim =；齿条接触疲劳强度极限 MPa H 600 2lim =； （6）.计算应力循环系数： 7 1019 . 1 60×= hii jLnN； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 22 页 7 7 1 2 1044 . 1 33 . 1 1091 . 1 ×= × = u N N； （7）.查表取接触疲劳寿命97 . 0 2 = HN K; （8）.计算接触疲劳许用应力： （9）.取失效概率为 1%，安全系数为 S=1； MPa S K H HNH 5 .54455099. 0 1lim 1 1 =×= ; MPa S K H HNH 58260097. 0 2lim 2 2 =×= ; 2.计算： （1）.验算圆周速度 v： sm nd v/1392 . 0 100060 11 = × = ; （2）计算齿宽 b： mmdb d 520 1= =； （3）.计算齿宽与齿高之比 h b ； 齿高mmmh t 9025 . 2 =; h b =5.78; （4）.求 k 由 K KKKK VA = 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 23 页 A K使用系数 V K 动载系数 K 齿向载荷分配系数 K 齿面载荷分配系数 由文献 3 可查得：; 1= A K 3根据 smv/1392. 0= 可查得：= V K 1.1 ; 3可查得：= FH KK 1; 3可查得：492 . 1 = H K 所以载荷系数 K KKKK VA =1.641 3. 按弯曲疲劳强度计算 F SFt F bm YYKF = 公式摘自文献 3 其中： F 齿轮齿根弯曲应力，单位：MPa F 齿轮弯曲疲劳许用应力，单位：MPa m 齿轮模数 mm； F Y齿轮系数 mm ； S Y应力校正系数 1 求齿轮齿根弯曲应力 F bm YYKF FFt F = （1）根据20 1= Z查文献 3得： = F Y2.97 = S Y1.52 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 24 页 (2) FFVA KKKKK= =1×1.1×1×1.42 =1.562 所以： 4 . 1 38096 . 0 × = F =260.57 MPa 2 求齿轮弯曲疲劳许用应力 F F F FNF S K lim = 公式摘自文献 3 式中： F S弯曲疲劳强度安全系数。取4 . 1= F S FN K寿命系数 limF 齿轮弯曲疲劳极限，单位：MPa （1）求 FN K 根据应力循环次数=N 6 1052 . 2 ×查文献 3可得： = FN K0.97 (2)求 limF 根据文献 3可得： MPa F 710 lim = 所以 F F FNF S K lim = =0.97× 4 . 1 710 =491.93MPa （3）校核 显然，MPa F 93.491= F MPa=57.260，故安全。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 25 页 7.轴系零部件 轴是组成机械的必不可少零件之一， 每一种做回转运动的运转件总是由轴的运转 来传递运动和动力。通常轴与轴承和机架一同支撑着回转零件，再通过联轴器或离合器 实现运动和动力的传递。在轴的设计中，必须将轴与构成轴系部件的轴承、联轴器、机 架以及传动零件等的设计要求一并考虑。 7.1 轴的设计 7.1.1 轴的分类 根据轴所受载荷大小的不一样、轴的大小以及轴所使用的地方等方面对轴进行分 类。 （1）.根据轴受到的力的大小不同，可将轴分为心轴、传动轴和转轴。 如果只受到弯矩对它的作用，不受到转矩对它的作用的轴可以分为心轴。心轴又 可分为工作时轴不转动的固定心和工作时轴转动的转动心轴两种。心轴主要用于支撑各 类机械零件。 如果只传递转矩，不受到弯矩的轴可以把它称为传动轴。传动轴主要通过承受转 作用来传递力。 既传递转矩又承受弯矩的轴称为转轴。 各类传动零件主要是通过转轴进行动力传递。 （2）.按结构的具体状态的不一样，轴也可以分为好几种光轴、实心轴等。一般情况下 空心轴的制作成本高结构也不简单，所以通常主要在轴的直径较大并有减重要求的场 合，制造空心轴。 （3）.按几何轴线形状分为直轴和曲轴等。 此外，还有一类结构刚度较低的轴-软轴。它主要是用于两个传动设计的轴线不在 同一个直线上时的传动。 7.1.2 轴的常用材料 做成轴的材料有很多不同的，设计轴的时侯要先满足对轴的强度、刚度、耐磨性 等要求，还有由于现实情况下，采取的必须的热处理形式，将轴做成多大，形状是什么 然后选取最合适的轴，将其运用在机器当中同时考虑制造工艺问题加以选用。由于轴在 工作通常受到交变应力的作用，轴最常见的失效形式是因为交变应力的作用而产生的断 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 26 页 裂。 因此轴的材料应具有一定的韧性和较好的抗疲劳性能，这是对轴的材料的基本要求。 轴的最常用材料是含碳量适中的优质碳素钢。有些轴会受到很大的压力，导致轴的大小 和重量受到限制，对于那些强度要求较大或者硬度、耐磨性要求都比较大的轴，用合金 钢。所以采用合金钢的轴应尽量减少应力集中源，并要求表面粗糙度低。 因为铸铁的韧性不是太好，强度有比较高，所以应尽量采用铸铁作为轴的材料，因 为这样会更加的稳定但对于结构复杂且不太重要的轴，也可以选用球墨铸铁或高强度的 铸铁作为轴的材料。 轴正常是通过对圆形钢圈进行轧制，将可用的材料进行可行性的加工预处理，分别 将直径较小与较大的轴分开铸造。直径稍微小一点的轴，我们用来做成圆钢制造。但是 就直径较大或在机构起主要支撑作用的轴，一般都会用锻件将轴造出。 7.1.3 轴的强度计算 （1）.按钮转强度计算 已知：齿轮轴输出功率kwpp ed 63.2671 . 0 75 2 1 2 1 =××= 扭矩kw n p T w 95.799549=×=，所以： KN d T Ft 5 . 266 2 1 =; KNFF tr 59.8620tan710tan 0 =×= KN F F t a 16.238 20cos 5 . 266 cos 0 = ； 圆轴受扭转时强度条件： 2 . 0 /109500 3 3 ×× = d np W T n 将上式改写成轴径的计算公式 333 3 2 . 0 109500 n P A n P d= × 求得 A=107.90。 所以mm n P Ad73.204 3 = 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 27 页 103×= dd%=210.87mm 取整为mmd211 min = （2）.求轴上的载荷 0)( 2211 =×+×lFllF tNH KNFNH25.133 1= tNHNH FFF=+ 21 KNFNH25.133 2 = 在垂直面内，对 B 点取矩： 0)( 22211 =×+×+×lFlFllF arNV 得 KNFNV 7 . 75 1= KNFNV 7 . 75 2 = 水平面弯矩： 11 lFM NHH ×= mKN = 79 垂直面弯矩： 11 lFM NVV ×= mKN = 45 总弯矩： 22 VH MMM+= mKNMMM VH =+=92.90 2 1 2 1 mKNMMM VH =+=92.90 2 2 2 2 扭矩： mKN n p T w =×=95.799549 轴的力学模型如图所示： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 28 页 轴的受力弯矩图 （3）.作弯矩图如图 （4）.作扭矩图如图 （5）.校核轴的强度 根据轴结构图和弯扭图， 得出截面 C 是危险截面， 故对截面 C 作弯扭合成强度校核计算， 按第三强度理论有： () 1 2 2 + = W aTM ca 公式摘自文献 式中： ca 轴的计算应力，单位：MPa W 轴所受弯矩，单位：N·mm T 轴的抗弯截面系数，单位： 3 mm 所以 () 3 2 1 . 0 d aTM ca + = 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 29 页 = () 3 2 626 6001 . 0 1095.796 . 0)1092.90( × ××+× =4.5MPa 查手册得： MPa70 1 = 故 ca 1 ，即安全。 7.2 轴承的选择与计算 7.2.1 概述 滚动轴承的承载能力与轴承的类型和大小有关,在相同外形尺寸、杆承载力约为 1.5 3 倍的滚珠轴承。其轴向载荷能力与接触角的增加,接触角的大小的深沟球轴承是零, 但是球之间的差距和水沟跟踪,应用轴向载荷,内外圈产生相对位移,形成小接触角,所 以它可以承受较小的轴向载荷。 7.2.2 轴承的分类 滚东轴承分为向心轴承与承载方向两大类，向心轴承主要是承受径向载荷，推力轴 承也是承受轴向载荷。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 30 页 滚动轴承的选用： 按安装空间选用：主要是通过轴的尺寸的大小选取不一样的轴承般是根据轴的尺寸 选用轴承，通常小轴选用球轴承；大轴选用滚子轴承。对于直径的轴，所有种类类似的 球轴承都适合，最常用的是沟深球轴承、滚针轴承也很合适。对于大直径的轴，圆柱、 圆锥、调心滚子、和深沟球轴承都不合适。 若轴承的安装空间在径向截面高度尺寸较小的轴承，如滚针和保持架组件、冲压外圈滚 针轴承和无圈或甚至带有内圈的滚针轴承、单套圈、无套圈轴承。 （1）.按载荷选用 轴承收到的载荷越大，轴承也就会越大。反之则反，所以轴承的选取是取决于载荷的大 小。载重载荷或中等载荷时大部分用球轴承。在重载荷和大轴径情况下，滚子轴承通常 是更合适的选择，而满载滚定体的轴承比带保持架的轴承可承受更大的载荷。同等的尺 寸条件下，滚子轴承的承载能力为球轴承的5 . 1倍左右。 （2）.按转速选用 滚动轴承的工作转速主要取决与其允许运转温度。摩擦力低、内部发热较少的轴承适合 与高速运转的场合。当轴承只受到径向的压力时，深沟球轴承和圆柱滚子轴承更加能够 满足较高转速的轴承。当承载可选用角接触轴承等等。 7.2.3 轴承的寿命校核 （1）轴承的受力分析 当验算和分析的轴和轴承,轴承轴承 1 和 2 在对称的位置,用同样的力,所以需要检查其 中一个可以选择检查轴承 1。 （2）求两轴承受到的径向载荷和轴向载荷 = 1NV F75700N = 1NH F133250N 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 31 页 2 1 2 11NHNVr FFF+= = 22 13325075700 + = 153251.6N 当轴承只受径向载荷力的时候，即NFa0 1= （3）求轴承当量动载荷 根据文献 3有： () 111arPr FYXFfP+= 式中： r P轴承受到动载荷，单位：N X径向动载荷系数 Y轴向动载荷系数 P f载荷系数 0 5 . 182506 0 1 1 = r a F F e=0.25 故查文献 3得： X=1 Y=2.7 由于载荷是中等冲击，查文献得： = P f1.2 所以： () 111arPr FYXFfP+= =1.2×（1×153251.6+2.7×0） =183901.92N （4）验算轴承的寿命 轴承寿命根据文献有： = r r tk P C f n L 60 106 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 32 页 其中： k L轴承寿命，单位：h n 轴转速，单位：r/min t f 温度系数 r C基本额定动载荷，单位：N 滚动轴承为 3 10 查文献查得： = t f0.5 所以 = r r tk P C f n L 60 106 = 3 10 36 92.183901 10580 5 . 0 78 . 4 60 10 × × × =8889.6h 设一年300天工作，一天工作 24 小时，该轴承使用寿命： N 24300 6 . 8889 × =1.2 年 故安全。 7.2.4 验算轴承的极限转速 滚动轴承工作速度上升到一定程度后滚动体的惯性力,并知道形状偏差,不仅导致 运行条件的恶化,并导致摩擦温度升高和润滑剂的性能变化导致回火或凝集的滚柱轴承 组件失败,它应该让轴承转速计算。 根据文献查得： min/670 lim rn= 又轴承的转速min/18. 3rn = lim n ，故安全。 7.3 键的设计与校核 7.3.1 键连接类型的选择 键的类型选择可根据轴上连接件的使用要求及工作条件确定。 键的截面尺寸根据轴的 直径从所选类型键的尺寸系列标准中选取。当传递的转矩不大，结构上需要时，也可以 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 33 页 选择比标准件中截面尺寸小的键。当空心键或连接件的孔套壁薄而传递的转矩又较小 时，可采用薄型键。 1.平键联接的特点： （1）键的左右是工作面,由键与键槽侧啮合挤压行成转矩; （2）键的上表面和下表面会和轮毂键槽底面产生沟槽; （3）结构形式不是很难，拆装方便； （4）一般用于精度不是太低、速度较高和受到较大强度的地方。 2.半圆键连接的特点： （1）做工好，易安装； （2）轴上键槽较深，,轴向强度削弱较大,所以一般只用于轻载静态连接。 3.楔键联接的特点 （1）键的上下两面是工作面； （2）通过改变转矩,保证连接可靠性; （3）键楔调紧后，轴和轮毂之间产生偏心还有偏斜。 4.切向键联接的特点： （1）键的工作面是由一对沿斜面楔键平行分割后两个窄面。 （2）传递单向转矩的切向键,提供双扭矩必须用两个。 在考虑的结构对键的需求,工作环境和经济因素,如选择平坦的关键环节 7.3.2 键的尺寸选择与校核 根据与键配合的轴的直径( )mmd220= 和轴的长度( )mml206= 查文献选择键 19550× ， 其 高度 mmh28= 。 平键传递的转矩，失效形式多数情况为工作面被压溃，一般不会出现键剪断。 假定载荷均匀分布在表面的工作的关键,并行连接的强度条件如下: PP kld T × = 3 102 公式摘自文献 16 . 3 ，式中： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 34 页 T轴传递的转矩，单位： mN k键与轮毂键槽的接触高度，平键 hk5 . 0= ，此处h为键的高度;单位：mm l 键的工作长度,A型平键 LbLl,= 为键的公称长度，b为键的宽度；单位：mm d轴的直径，单位：mm P 最小的材料许用挤压应力，单位：MPa 1. mNT=5 .137056 2. mmhk14285 . 05 . 0=×= 3. mmdLl14550195= 4. mmd220= 所以： MPa kld T P 78.613 22014514 10 5 . 1370562102 33 = ×× ×× = × = 根据文献查得： P MPa820= 显然， P P ，故安全。 7.4 推杆的稳定性校核 推杆机构中含有很多被压的长杆, 当长杆被较大的强度挤压的时候强度的性质会被破 坏。 推 杆 的 材 料 为,500270ZG查 可 知 ：500= b ，,270= s ,103Mpa p = ,202GpaE =.568 . 2 ,446=ba由89, 9式得： P E 2 1= 式中： E弹性模量 P 比例极限 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 35 页 () 139 10103 10202 6 92 1 = × ×× = min i lµ = 式中：µ压杆长度系数查1-9, 9 表 l压杆全长 min i压杆断面最小半径， 1212 , 2 3 21 3 1 min min min hbhb I A I i= 所以 ： 136 min =i 75 136 51102 = × = 69 568 . 2 270446 2 = = = b a s 12 所以，是中等柔度压杆。直接由经验公式计算临界应力，由知： Mpaba cr 25375568 . 2 446=×= Mpa A F 4 . 14 95300 8 . 91000140 max max = ×× = 由于 max cr 所以稳定。 图 4.3 推杆示意图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 36 页 8.设备安装、维修、润滑及密封 8.1 设备安装 中华人民共和国国家标准机械设备安装工程施工及验收通用规范9850231GB 8.2 设备维修 设备维修是机构由于破损或损坏产生一些列毛病之后进行检修的状态,保持机构正常的 运作,含有大部分形式的检查和检查外破坏维修或简单的及时处理。也叫做设备修理。 设备维修包含了:设备维护,设备检查和维修。 8.2.1. 设备维护保养 设备维护是机构干净,没有灰尘,不会产生大量的阻力。在没有生命危险的情况下进行检 修,有保持螺栓之类的更加稳定,准确定位机构在运动中的行程,等。换句话说就是即 “干净、没有灰尘、稳定、改变、防锈”一步一步改变的方法。 通过每天的维修,简单的检查是维修的根本。区别不同的维修方法需要通过不一样的机 构，采取不一样的，简单有效的方法，除了维护机构的设备，考虑机构的难易程度等等 不同的特点，也要将维修机构负责人的检修，排查故障的习惯弄清楚，避免产生不必要 的麻烦。 8.2.2.设备检查 设备检查,通常表示的是机构在工作情况下的一种形态,进行机械处理，维护，除尘和对 工件进行校核的行为。 对机构进行检修有两种：分为随机检查和固定检查。随机检查通过机构执行人员操作, 和每天都维修的一起进行,那样做是为了检测出奇怪的错误和由于长期的磨损而产生的 一系列需要及时维修的问题，更好的维护机构所产生的断裂和磨损，同时也要定期培训 其他人才来检修，再出现问题的时候能及时保修使机器能够运作。 检查通过技术特点,防止设备恶化保持机构的干净，对劣化性能进行修理活动。 8.2.3.设备修理 设备修理,根据设备的规范，处理好机构对其进行好的保养，增加机构的正常使用时间， 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 37 页 对设备进行必要的检查。 8.3 润滑及密封 润滑是向沟槽中倒进润滑油，使它变成一层层的油膜,消