机械毕业设计（论文）-出钢机的设计【全套图纸】

辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 I 页 出钢机的设计 摘 要 出钢机是加热炉区重要的机械设备之一，它的运转直接影响整套轧机的生产率。 目前广泛应用的出钢机有两种，分别是侧出料出钢机和料杆式出钢机。本文对料杆式 出钢机进行了研究，并根据现场的环境设计了料杆式出钢机。 首先本文讨论了出钢机的发展及主要形式，并阐述了料杆式出钢机的工作原理及 工作过程。在设计过程中，对主要的部件做了合理的选用，例如：传动系统设计中电 动机及减速器的计算和选用、联轴器的选择、出料杆升降机构和移送机构的方案进行 的论证等等，以便达到最佳的经济效益和工作效率。 然后根据原始数据中的出料杆前进和后退的速度，计算传动轴的转速和电动机至 出料杆的总的机械传动效率等结果，并依据这些结果初选电动机，并对所选电动机做 过载校核，若满足要求则选用，否则重新选用再校核。再选择联轴器、设计减速器并 选用。 最后对主要零件进行强度校核，包括出料杆、压辊和传动轴进行强度校核，联轴 器的强度校核，减速器中齿轮、轴和轴承的强度校核，传动轴上键的强度校核。 关键词关键词：出料杆 ，移送机构，压辊 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 II 页 A steel aircraft design Abstract Heating furnace steel machine is a mechanical one important area, which directly affects the functioning of the entire rolling mill productivity. The current widespread application of the two steel, a material difference is adjacent to a steel machines and materials from foreign steel machines. All of the expected foreign steel machines studied, and in accordance with the environmental design of the expected foreign steel machines. The first discussed a steel aircraft development and main form of foreign steel materials and expounded principles and the work process. In the design process, the main components of a reasonable choice, for example : drivetrain system design, calculation and electric motors and reducer selection, shaft coupling option, the expected pole-transfer agencies and institutions of verification programme, in order to achieve the best value for money and efficiency. Based on raw data from the expected pole speed of the advance and retreat, on the transmission shaft rotational speed and electric motors to a total expected pole mechanical transmission efficiency results, and based on these findings primary electric motors and electric motors done is chosen degree, if it is to meet the requirements of the selection, otherwise choose to re-verification. Then shaft coupling, reducer design and selection. Finally intensity of the main components for verification, including the expected pole, pressure roller intensity and transmission shaft for accuracy, shaft coupling degree of intensity, reducer, gear, axle and bearings intensity accuracy, transmission shaft, Kin intensity degree. 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 III 页 Keyword：the expected pole transfer agencies pressure roller 目 录 1 概 述1 1.1 设计的目的、意义及相关设备的发展情况.1 1.1.1 毕业设计的目的和意义.1 1.1.2 国内外相关设备发展情况.1 1.3 设计方案的评述.2 1.3.1 出钢机的形式.2 1.3.2 出钢机的结构及工作原理.4 1.3.3 出钢机主要装置形式的选择及原因.5 2 传动系统的设计计算.7 2.1 主传动装置设计方案的确定.7 2.2 电动机的选择.7 2.2.1 出钢机主动电机的功率及转速计算.7 2.2.2 确定电动机的型号.9 2.2.3 电机过载能力的验算.9 2.3 减速器的计算.9 2.3.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比.9 2.3.2 确定第一级传动的中心距.11 2.3.3 确定第二级传动的中心距.12 2.3.4 减速器的润滑及密封.13 2.4 联轴器的选择14 2.4.1 联接电机与减速器的联轴器选择.14 2.4.2 联接减速器与传感器的联轴器选择.15 2.4.3 联接减速器与主令控制器的联轴器选择.16 3 主要零件强度计算.17 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 IV 页 3.1 减速器中齿轮强度计算17 3.1.1 齿根弯曲疲劳强度计算.17 3.1.2 齿面接触疲劳强度计算.19 3.2 减速器低速轴的设计计算19 3.3 滚动轴承的选择和寿命验算25 3.4 键联接强度计算27 3.5 联轴器的强度计算27 3.5.1 联接电机与减速器的联轴器强度计算.27 3.5.2 联接减速器与传感器的联轴器强度计算.28 3.5.3 联接减速器与主令控制器的联轴器强度计算.29 3.6 齿轮齿条强度校核计算29 3.6.1 按接触疲劳强度计算.29 3.6.2 按弯曲疲劳强度计算.32 3.7 传动轴的键联接强度计算33 3.8 出料杆的强度校核34 结语 .34 致谢 .35 参考文献 .36 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 1 页 1 概 述 1.1 设计的目的、意义及相关设备的发展情况 1.1.1 毕业设计的目的和意义 毕业设计是一个综合的专业教学环节，其目的是通过一定工程实践工作，将前面 所学的理论知识与工程实践相结合，培养学生综合应用能力、独立思考能力和解决工 程问题能力。在毕业设计中，通过查阅资料、方案设计、参数确定、理论分析、设计 计算，从而提高分析及解决问题的能力，达到高级工程技术人员的基本要求。 1.1.2 国内外相关设备发展情况 世界上主要工业国家的钢产量中，有四分之三要经过轧制，其中板、带钢产量占 钢材总产量的一半以上。加热是轧制作业线的初始工序，钢料轧制前的加热广泛应用 各种不同炉型结构的连续加热炉。出钢机是加热炉区重要的机械设备之一，它的运转 直接影响整套轧机的生产率5。 在以前广泛的应用有一种简单的出钢方式，它的工作原理是，加热炉端出料时， 推钢机将钢料推到出料端的斜坡上，靠钢料的自重滑出炉外。这种方式不需出料机械， 结构简单，但缺点是尺寸较大、重量较重的板坯对出料辊道的冲击力很大；有时板坯 偏斜后又滑不到辊道上；板坯表面还容易划伤，产生翘皮、结疤等现象。加之板坯在 下滑过程中对辊道的撞击，影响了辊道的使用寿命。 所以为了适应大坯料生产的要求,加快了生产的节奏,保证了高附加值钢板的轧制， 目前广泛应用的出钢机有两种，分别是侧出料出钢机和料杆式出钢机。这两种出钢机 都有生产效率高的特点，所以大量的应用在连接加热炉区和连轧作业区之间，具有提 高钢板表面质量和经济效益重要意义。 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 2 页 1.3 设计方案的评述 1.3.1 出钢机的形式 (1)侧出料出钢机 推钢机将加热好的钢料推到出料位置后，炉头侧面的出钢机推杆伸入炉内，将钢 料推到炉外辊道或料台上。为了使机构简单并能保证机械安全运转，一般出钢机推杆 采用 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 3 页 图 1.1 工艺流程 摩擦辊传动的方式。推力较大时上下摩擦辊同时传动，推力小时只用下辊传动。 原料验收 加 热 开 坯 连 轧 火焰切割 火焰切割 定尺锯切 标 志 冷 却 清 理 检 验 检 查 入 库 发 出 探 伤 喷 标 包 装 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 4 页 有的小型钢坯加热炉，钢坯轧制周期短，为了配合推钢机满足轧制周期的要求， 将出钢机整个放在一个小车上，并能在轨道上移动。当推钢机将一批钢坯（例如 38 根）推到出钢位置后，靠整个出钢机移动，可依次将钢坯逐根推出炉外。也有的使出 钢机支座绕尾部回转轴转动一个很小的角度而能同样起到上述作用5。如图 1.2 1-推杆 2-夹持辊 3-机架轨道 4-小车 图 1.2 小车结构 (2) 料杆式出钢机 料杆式出钢机出料是靠出料杆伸入炉内后升起，将加热好的板坯托起移出炉外， 然后出料杆下降，将板坯放在送料辊道上，它的优点是机械传动效率高、出钢速度比 较快、工作可靠。因此目前大型板坯的出炉，一般都采用料杆式出钢机出料。 为了适应大坯料生产的要求，提高连轧作业区的生产效率，所以，选用料杆式出 钢机。 1.3.2 出钢机的结构及工作原理 (1)出钢机的结构： 出钢机设备由两大部分组成，一是传动装置，二是升降移送机构。主要包括主电 机、减速器、出料杆、活动架、升降机构、压辊装置、支承装置、液压缸、横移传动 装置等机构组成。 (2)出钢机的工作原理： 出钢机的初始位置和状态是，升降机构处于下位，移送机构处于后位（即炉后辊 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 5 页 道）的轧制中心线上。 出钢工艺过程是周期性的，出钢机由初始位置向加热炉方向（正向）运行取钢时 升降机构处于下位。此时移送机构以高速运行，接近炉门时减至中速，接近板坯时减 至低速。当出钢机出料杆端头插入到板坯下底面 3/4 宽度的深度时停车，以确保板坯 重心落在出料杆内，同时又不误碰相邻的板坯。出钢时，首先升降机构升起到上位， 出料杆托起板坯，使板坯底面高于炉内滑轨面和炉后辊道面。然后移送机构反向运行， 从炉出口侧向炉后辊道轧制中心线移送。因为带有负载，不用高速级，先低速运行。 当板坯露出炉门时升至中速，到达轧制中心线时停车。然后升降机构降至下位，使板 坯落在炉后辊道面上，由后者运输，经高压水除鳞后送往主轧机或粗轧机轧制。 1.3.3 出钢机主要装置形式的选择及原因 (1)出钢机头重脚轻，出料杆滚轮始终处于受压状态，出钢时，如果滚轮上承受了 远大于设计极限的正压力，造成滚轮轴承损坏严重。此外,如果采用链传动，滚轮与传 动链轮之间有一受力臂，又长时间承受较大的正压力，造成出钢机受力臂后部产生塑 性变形，最终导致链条打滑。所以，针对出钢机链条打滑现象，采用了齿轮齿条式结 构，保证了传动精度的可靠。 (2)出料杆通过行走轮压在工作台上，出料杆重心偏高,承受负荷时，出料杆与所托 重物为一体，则重心继续上移，造成出料杆行走过程中失稳，严重影响定位精度。针 对出料杆变形失稳的情况，将出料杆设计为整体铸钢结构。 (3)出料杆头部为焊接式箱型结构，在使用中出料杆与钢坯直接接触，在高温作用 下，箱型出料杆焊缝受热产生应力，最终导致焊缝开裂而引发出料杆变形，严重时造 成出料杆托钢位置不正，出现钢坯掉道现象。所以，为了保证齿轮齿条的充分啮合， 将出料杆头部滚轮置于齿轮上方，同时，将滚轮位置确定在出料杆自由状态时的中部， 有效地减小了滚轮使用过程中承受的正压力，同时改善了出料杆的局部受力情况。 (4)出料杆在承受负荷时，产生较大的弹性变形，出料杆弹性变形为“”形，进 而引起机体晃动，不能完成出钢动作。出料杆升降装置采用偏心轮装置，当出料杆升 起时,偏心轮的锁定完全依靠电机的抱闸,而抱闸的抱紧力矩随着出料杆的负载变化而变 化,升降可靠性较低。 针对出钢机升降机构可靠性低的情况，采用四连杆曲柄摆杆机构，由液压缸带动 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 6 页 曲柄四连杆装置，再由连杆带动摆杆托轮，托轮直接支承在出料杆下部，从而增加了 出料杆受力时的稳定性。同时，将托轮设计为滚动轴承形式，以减少出料杆行走时的 摩擦阻力。此升降机构可以通过摆杆角度的变化得到不同的起升速度。同时,适当地增 加摆杆的回转半径，可以减小对电机启动力矩的要求。此机构依靠四连杆本身的自锁 性，加上电机抱闸的抱紧力矩，有效地提高了升降的可靠性。 (5)出料杆的行程： 出钢机的出钢节奏要满足轧制节奏，出钢机的出料杆行程主要取决于被加热的钢 坯长度和炉子宽度，由这些因素来确定两种坯料的前进、后退最大行程 3190mm（280380） ；前进、后退最大行程 3140mm（280280） 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 7 页 2 传动系统的设计计算 原始数据： 最大负荷： 7.9 t 前进、后退最大行程： 3190（280380）mm 前进、后退最大行程， 3140（280280）mm 前进速度： 36 m/min 后退速度： 72 m/min 上升速度： 2 m/min 下降速度： 4 m/min 出料杆前进上升量： 100 mm 出料杆前进下降量： 100 mm 出料杆后退上升量： 100 mm 出料杆后退下降量： 100 mm 液压缸直径： 200mm 液压缸行程： 420 mm 液压缸最大工作压： 14 MPa 齿条出料杆： 3 个 齿条出料杆间距： 2000 mm 齿条出料杆宽度： 500 mm 2.1 主传动装置设计方案的确定 由于现场的环境、要求出料杆快速和平稳的工作，所以选用二级圆柱斜齿轮减速 器。这种减速器的特点是承载能力和速度范围大、传动比恒定、外廓尺寸小、工作可 靠、效率高、寿命长。工作过程是电机通过减速器使出钢机工作。如图 2.1 2.2 电动机的选择 2.2.1 出钢机主动电机的功率及转速计算 由文献5中公式 30-1 得出钢机电动机的功率计算： 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 8 页 (2.1) 7900 36 55 61206120 0.85 P V NKW : 1-电动机 2-联轴器 3-主令控制器 4-光电转速传感器 图 2.1 主传动设计方案 式中： 最大载荷，Pkg 出钢速度，V min m 由电动机至出料杆的总的机械传动效率。影响值的因素很多，在一般情况下， 齿条式出钢机0.80 0.95 由原始数据知前进速度为，后退速度为,二级圆柱斜齿轮减速器36 min m 72 min m 传动比，则总传动比合理范围为，故电动机转速的可选范围为 8 40i 8 40 a i (8 40) 25.46203.68 1018.4 min da r nin: 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 9 页 (2.2) 10001000 72 25.46 min 900 v r n D 2.2.2 确定电动机的型号 根据以上的参数由文献4选出电机，其型号为。2806YPM 此电机的主要性能如表此电机的主要性能如表(2-1)(2-1)： 满 载 时 型 号 额定功 率 kW 转速 r/min 电流 A 效率 % 功率因 数 起动电流 额定电流 起动转矩 额定转矩 最大转矩 额定转矩 YP280M-655980104920.876.51.82.0 2.2.3 电机过载能力的验算 根据电动机转矩过载系数，则电动机最大转矩：1.5 T (2.3) 55 95509550535.97 980 e e e P TN m n : (2.4) max 1.5 535.97803.95 Te TTN m: 式中：电动机额定转矩； e T 电动机转矩过载系数； T 则 ，故所选电动机过载能力足够。 max1 TT 2.3 减速器的计算 2.3.1 确定传动装置的总传动比和分配传动比 出料杆后退速度 72，齿轮齿条传动中齿轮轴直径 D=400 min m mm (2.5) 10001000 72 57.30 min 400 v r n D 传动装置总传动比 980 17.10 57.30 m a n i n 式中：电动机满载转速; m n 工作机主动轴转速n 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 10 页 分配减速器的各级传动比： 按展开式布置，考虑润滑条件，为使两极大齿轮直径相近，可由图 12 展开式曲线 查得，则 1 3.87i 2 1 17.10 4.42 3.87 i i i 各轴的运动和动力参数 （1） 各轴转速： 1 0 980 980 min 1 m n r n i 1 2 1 980 253.23 min 3.87 n r n i 2 3 2 253.23 57.29 min 4.42 n r n i 电动机满载转速 m n （2） 各轴输入功率： 各连接的效率： 0.96 带 0.97 齿 0.98 滚 0.99 联 1 55 0.9954.45 d PPkw: 联 21 54.45 0.97 0.9851.76PPkw: 齿滚 32 51.76 0.97 0.9849.20PPkw: 齿滚 （3） 各轴输入转矩： 由公式(2.3)得： 55 95509550535.97 980 d d m P TN m n : 10 535.97 1 0.99530.61 d TT iN m : : 联 211 530.61 3.87 0.97 0.981952.02TT iN m: : 齿滚 322 1952.02 4.42 0.97 0.988201.71TT iN m: : 齿滚 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 11 页 2.3.2 确定第一级传动的中心距 由接触疲劳强度公式计算得到的斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮分度圆直径为 ，所以取 1 105dmm 1 140dmm （1） 初定 1 1 (1)140 (1 3.87)340.9 22 d aimm350amm （2）选定模数，齿数、和螺旋角 n m 1 Z 2 Z (2.6) 12 () 2 cos n m aZZ : 一般，初选， 1 1730,815Z : 1 25,10Z 则，取 97，代入公式(2.6)得： 21 3.87 2596.75Zi Z: 12 2cos2 350 cos10 5.65 2597 n a m ZZ : 由标准取，则根据公式(2.6)得：5 n mmm 12 2cos2 350 cos10 137.87 5 n a ZZ m : 取 12 138ZZ 2 21 1 , Z iZi Z Z : 12111(1 )ZZZi ZZi: 12 1 138 28.34 11 3.87 ZZ Z i 取，则，根据公式(2.6)得： 1 28Z 2 13828110Z 11 12 ()5 (28 110) coscos9 41 47 22 350 n m ZZ a （3） 计算齿轮分度圆直径： 小齿轮 1 1 5 28 142.03 coscos9 41 47 n m Z dmm : 大齿轮 2 2 5 110 557.97 coscos9 41 47 n m Z dmm : 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 12 页 （4） 齿轮宽度： 按强度计算要求，由文献1表(10-7)取齿宽系数为，则齿轮工作宽度：1 d (2.7) 1 1 140140 d bdmm : 圆整为大齿轮宽度 ，取小齿轮宽度 2 140bmm 1 145bmm 2.3.3 确定第二级传动的中心距 由接触疲劳强度公式计算得到的斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮分度圆直径， 1 105dmm 所以取 1 185dmm （1） 初定 1 1 (1)185 (14.42)501.35 22 d aimm500amm （2）选定模数，齿数、和螺旋角，由公式(2.6)得： n m 1 Z 2 Z 12 () 2 cos n m aZZ : 一般，初选， 1 1730,815Z : 1 25,10Z 则，取 111，代入公式(2.6)得： 21 4.42 25110.5Zi Z: 12 2cos2 350 cos10 7.24 25 111 n a m ZZ : 由标准取，则由公式(2.6)得：7 n mmm 12 2cos2 500 cos10 140.69 7 n a ZZ m : 取 12 141ZZ 2 21 1 , Z iZi Z Z : 12111(1 )ZZZi ZZi: 12 1 141 26.01 114.42 ZZ Z i 取，则，由公式(2.6)得： 1 26Z 2 141 26115Z 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 13 页 11 12 ()7 (26 115) coscos914 55 22 500 n m ZZ a （3） 计算齿轮 小齿轮： 分度圆直径： 1 1 7 26 184.40 coscos914 55 n m Z dmm : 齿顶高 1 77 aann hhm : 齿根高 ()(1 0.25) 78.75 fannn hhCm 齿顶圆直径 2184.402 7198.4 aa ddhmm 齿根圆直径 2184.402 8.75166.9 ff ddhmm 大齿轮： 分度圆直径 2 2 7 115 815.60 coscos914 55 n m Z dmm : 齿顶高 1 77 aann hhm : 齿根高 ()(1 0.25) 78.75 fannn hhCm 齿顶圆直径 2815.602 7829.6 aa ddhmm 齿根圆直径 2815.602 8.75798.1 ff ddhmm （4） 齿轮宽度： 按强度计算要求，由文献1表(10-7)取齿宽系数为，由公式(2.7)得，1 d 则齿轮工作宽度圆整为大齿轮宽度 ，取小 1 1 185185 d bdmm : 2 185bmm 齿轮宽度 1 190bmm 2.3.4 减速器的润滑及密封 齿轮在工作时,齿面产生摩擦和磨损，造成动力损耗。因此润滑式齿轮传动设计是 制造中的一个重要方面。润滑的功用是，减磨提高传动效率，减缓和防止齿面失效以 及散热和防锈等。其润滑方式可采用两种方案，喷油润滑和浸油润滑。对于浸油润滑 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 14 页 方式，在速度低时为了减少功率损耗，浸油深度为 1/3 齿顶圆半径。本次设计大小齿轮 的润滑方式为浸油润滑，要求在冬季 HL-20，夏季 HL-30。 对于小齿轮轴上的一对滚动轴承，其润滑方式为甩油环，润滑油为润滑脂 ZG- 4（GB491-86） 。其密封装置选用毡圈油封形式。 2.4 联轴器的选择 2.4.1 联接电机与减速器的联轴器选择 （1）类型选择： 由于电机联接的是减速器的高速轴，故常用弹性联轴器，这里选择带制动轮弹性 柱销联轴器，这种联轴器的特点是传递转矩的能力很大，结构更为简单，安装、制造 方便，耐久性好，也有一定的缓冲和吸振能力，允许被联接两轴有一定的轴向位移以 及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和起动频繁的场 合。 如图 2.2 1-半联轴器 2-制动轮 3-柱销 4-挡板 图 2.2 GB5014-85HLL 型带制动轮弹性柱销联轴器 （2）载荷计算： 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 15 页 由公式(2.3)得公称转矩： 55 95509550535.97 980 d d m P TN m n : 由文献1中表 14-1 查得，故由文献1中公式(14-3)得计算转矩为：1.5 A K (2.8)1.5 535.97803.96 caAd TKTN m: (3)型号选择： 从文献3中查得 GB5014-85HLL 型带制动轮弹性柱销联轴器，选择的型号是： HLL6，其中许用转矩为，许用最大转速为，所以适用。 14270 14275 Y Z 2000N m:1400 min r 2.4.2 联接减速器与传感器的联轴器选择 （1）类型选择 由于是减数器的高速轴联接光电转速传感器，所以选择滑块联轴器，这是因为它 的特点是它的中间滑块的质量很小，又具有弹性，故具有较高的极限转速。这种联轴 器结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而无剧烈冲击处。如图 2.3 1-螺钉 2-半联轴器 3-滑块 4-半联轴器 图 2.3 JB/ZQ4384-86 KL3 滑块联轴器10 25 （2）载荷计算： 公称转矩 10 535.97 1 0.99530.61 d TT iN m : : 联 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 16 页 由文献1中表 14-1 查得，故由文献1中公式(14-3)得计算转矩为：1.3 A K 1 1.3 530.61689.79 caA TKTN m: (3)型号选择： 从文献3中查得 JB/ZQ4384-86 KL 型滑块联轴器，选择的型号是：KL3 ，10 25 其中许用转矩为，许用最大转速为，所以适用。1000N m:3118 min r 2.4.3 联接减速器与主令控制器的联轴器选择 （1）类型选择： 选择滑块联轴器，这是因为它的特点是它的中间滑块的质量很小，又具有弹性， 故具有较高的极限转速。这种联轴器结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而 无剧烈冲击处。如图 2.4 （2）载荷计算： 公称转矩 322 1952.02 4.42 0.97 0.988201.71TT iN m: : 齿滚 1-螺钉 2-半联轴器 3-滑块 4-半联轴器 图 2.4 JB/ZQ4384-86 KL5 滑块联轴器17 32 由文献1中表 14-1 查得，故由文献1中公式(14-3)得计算转矩为1.3 A K 3 1.3 8201.7110662.22 caA TKTN m: (3)型号选择： 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 17 页 从文献3中查得 JB/ZQ4384-86 KL 型滑块联轴器，选择的型号是：KL5 ，17 32 其中许用转矩为，许用最大转速为，所以适用。16000N m:1800 min r 3 主要零件强度计算 3.1 减速器中齿轮强度计算 3.1.1 齿根弯曲疲劳强度计算 （1） 端面重合度： 已知：，由文献1中图(10-26)查得 12 26,115,914 55ZZ ， 1 0.765 2 0.9 则 (3.1) 12 0.7650.91.665 （2） 载荷系数： 使用系数 由文献1中查表(10-2)得 A K1.00 A K 动载系数 已知：7 级精度， v K 2 9800.8156 2.45 603.87 4.42 60 m nd m V s i : : 由文献1中查图(10-8)得 1.1 v K 齿间载荷分配系数 由文献1中查表(10-3)得 K1.2K 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 18 页 齿向载荷分布系数 根据文献1中表(10-4)要求先求得：K 22 829.6798.1 15.75 22 af dd h 185 11.75 15.75 b h 由由文献1中表(10-4)查得的公式： (3.2) 223 1.120.18(1 0.6)0.23 10 Hdd Kb 3 1.120.18 2.60.23 10185 1.120.4680.04255 1.630551.63 再由文献1中查图(10-13)得： 1.5 F K (3.3)1.00 1.1 1.2 1.51.98 AV KKKKK : （3） 斜齿轮的齿形系数 Fa Y 可近似地按当量齿数，由文献1中表(10-5)查取 Fa Y 3 cos v Z Z 33 115 119.60120 coscos 914 55 v Z Z 查得 2.164 Fa Y （4） 斜齿轮的应力校正系数 sa Y 1.806 sa Y （5） 螺旋角影响系数Y 斜齿轮的纵向重合度 (3.4) sin 0.318tan0.318 1 115 tan914 555.95 () d n b Z m : : 由的值，根据文献1中图(10-28)查数值为 0.92 Y （6） 3 3 2 8201.712 20.11 10 815.60 10 t T FN d 由文献1中公式(10-16)得： 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 19 页 (3.5) 3 1.98 20.11 102.164 1.806 0.92 66.40 185 7 1.665 tFasa F n KFY Y Y MPa bm 计算许用齿根弯曲疲劳强度： （1） 由文献1中图(10-20C)查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 580 FE MPa （2） 由文献1中图(10-18)查得弯曲疲劳寿命系数 0.90 FN K （3） 9 6060 980 1 (2 8 300 15)4.23 10 h NnjL （4） 取弯曲疲劳安全系数 ,由文献1中公式(10-12)得：1.4S (3.6) 0.90 580 372.86 1.4 FNFE F K MPa S : 所以符合要求。 FF 3.1.2 齿面接触疲劳强度计算 弹性影响系数，单位为，数值列于(1)中表（10-6） E Z 12 MPa ， 12 189.8 E ZMPa4.42u (3.7) 3 1 2 (1)1.98 20.11 102 (4.42 1) 189.8 8.52 cossin185 cos200.8156 sin204.42 tE H KFuZ MPa bdu : : : 由文献1中图（10-21）查得： 齿轮的接触疲劳强度极限 lim 650 H MPa 接触疲劳寿命系数 HN K 由，得出 9 4.23 10N 0.98 HN K 由文献1中公式(10-12)得： (3.8) lim 0.98 650 455 1.4 HNH H K MPa S : 3.2 减速器低速轴的设计计算 (1) 初步确定轴的直径 选取轴的材料为 45，调制处理。取=112，于是得： 0 A 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 20 页 3 3 3 0 3 49.20 112108.26 54.48 P dAmm n 由于有键槽的影响 d = 1.3108.26 = 140.74mm，取 d = 140mm。 （2）齿轮的受力分析： 3 3 3 22 8201.71 10 20112.09 815.60 t T FN d tantan20 20112.097416.62 coscos9 14 55 n rt FFN tan20112.09tan9 14 553274.96 at FFN （3）绘制齿轮轴的受力简图，如图 3.1 所示，由图得， 1 162.5Lmm 2 332.5Lmm 求支座反力： 水平面支反力： 由，得：0 MC (3.9) 1122 ()0 NHt FLLFL 2 1 12 20112.09 332.5 13509.64 162.5332.5 t NH FL FN LL 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 21 页 Fa Fr Ft FNH1FNV1 FNV2 FNV2 Ft FNH1 FNH2 MH MH Fr FNV1 FNV2 Fa Ma MV MV1 MV2 M1 M2 M T T 图 3.1 轴的载荷分布图（M，T 的单位为 Nm） 由，得：0 Y (3.10) 21 20112.09 13509.646602.45 NHtNH FFFN 垂直面支反力： 由，得：0 MC (3.11) 1122 ()0 NVra FLLF LM 2 1 12 3274.96 815.60 7416.62 332.5 2 7679.91 162.5332.5 ra NV F LM FN LL 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 22 页 由，得：0 Y (3.12) 21 7416.627679.91263.29 NVrNV FFFN （4）作弯矩图： 水平面弯矩图： H M (3.13) 11 13509.64 162.52195316.5 HNH MFLN m 垂直面弯矩图： V M (3.14) 111 7679.91 162.51247985.38 VNV MFLN m 211 2 VNVa D MFLF 3274.96 815.60 7679.91 162.5 2 87543.32N m 合成总弯矩 M 图： (3.15) 2222 1 2195316.51247985.382525248.91 HV MMMN m 1 (3.16) 2222 2 2195316.5( 87543.32)2197061.30 HV MMMN m 2 （5）按弯扭合成应力校核轴的强度： 进行校核时，通常是校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 B 的强度） 。 当扭转切应力为脉动循环变应力时，取，由文献1中公式 15-5 得，计算应力 = 0.6 为： (3.17) 2 223 2 1 3 2525248.910.6 8201.71 10 13.50 0.1 160 ca MaT MPa W 1 式中：轴的计算应力，单位为； ca MPa 轴所受的弯矩，单位为；MN mm: 轴所受的扭矩，单位为；TN mm: 轴的抗弯截面系数，单位为；W 3 mm 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 23 页 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力； 1 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献1中表 15-1 查得 1 60MPa 因此，故安全。 1ca （6）精确校核轴的疲劳强度 判断危险截面： 在 2-2 截面上，既有较大的弯矩，又有扭矩，所以校核 2-2 截面。虽然 1-1 截面 承受的应力最大，但应力集中不大，而且轴径最大，故 1-1 截面不必校核。只校核 2- 2 截面： 在 2-2 截面左侧 抗弯截面系数为： (3.18) 333 0.10.1 150337500Wdmm 抗扭截面系数为： (3.19) 333 0.20.2 150675000 T Wdmm 弯矩 M 及弯曲应力为： 65 2525248.911010099.56 97.565 MN mm (3.20) 1010099.56 2.99 337500 b M MPa W 扭矩 T 及扭转切应力为： 3 3 8201.71 10TN m (3.21) 3 3 8201.71 10 12.15 675000 T T T MPa W 轴的材料为 45，调制处理。由文献1中表(15-1)查得 ，640 b MPa ，HBS = 287241。 1 275MPa355 s MPa 1 155MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按文献1中附表(3-2)查取。 因为，经插值后可查得： 2 0.01333 150 r d 160 1.0667 150 D d 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 24 页 1.48 1.08 又由文献1中附图(3-1)可得轴的材料的敏性系数为： 0.82q0.85q 故有效应力集中系数按文献1中式(附 3-4)为： 1(1)1 0.82 (1.48 1)1.39kq 1(1)1 0.85 (1.08 1)1.07kq 由文献1中附图(3-2)得尺寸系数 ；0.58 由文献1中附图(3-3)得扭转尺寸系数 ；0.75 轴按磨削加工，由文献1中附图(3-4)得表面质量系数为： 0.92 轴未经表面强化处理，即，则按文献1中式(3-12)及(3-12a)得综合系数值为：1 q 11.391 112.48 0.580.92 k K 11.071 111.51 0.750.92 k K 又由文献1中3-1 及3-2 得碳钢的特性系数： ，取0.10.2 :0.1 ，取0.050.1 :0.05 于是，计算安全系数值，按式(15-6)(15-8)则得： ca S (3.22) 1 275 37.09 2.48 2.990.1 0 am S K (3.23) 1 155 22.78 12.1512.15 1.070.05 22 am S K (3.24) 2222 37.09 22.78 19.411.5 37.0922.78 ca S S SS SS : 故可知其安全。 在 3-3 截面右侧 由公式(3.18)得抗扭截面系数为： 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 25 页 333 0.20.2 140548800 T Wdmm 扭矩 T 及扭转切应力为： 3 3 8201.71 10TN m 由公式(3.21)得： 3 3 8201.71 10 14.94 548800 T T T MPa W 轴的材料为 45，调制处理。由文献1中表(15-1)查得 ，640 b MPa ，HBS = 287241。 1 275MPa355 s MPa 1 155MPa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按文献1中附表(3-2)查取。因为 ，经插值后可查得： 2.5 0.0179 140 r d 150 1.071 140 D d 1.17 又由文献1中附图(3-1)可得轴的材料的敏性系数为： 0.85q 故有效应力集中系数按文献1中式(附 3-4)为： 1(1)1 0.85 (1.17 1)1.14kq 由文献1中附图(3-3)得扭转尺寸系数 ；0.78 轴按磨削加工，由文献1中附图(3-4)得表面质量系数为： 0.92 轴未经表面强化处理，即，则按文献1中式(3-12)及(3-12a)得综合系数值为：1 q 11.141 111.55 0.780.92 k K 又由文献1中3-1 及3-2 得碳钢的特性系数： ，取0.050.1 :0.05 于是，计算安全系数值，按公式( 3.23)则得： ca S 1 155 12.971.5 14.9414.94 1.550.05 22 am SS K : 故可知其安全。 辽宁科技学院本科毕业生毕业设计（论文）第 26 页 3.3 滚动