机械毕业设计（论文）-氧枪横移传动装置设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：氧枪横移传动装置 学生姓名： 学 号：200440402107 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机械 04-3 班 指导教师： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） i 摘摘 要要 本次毕业设计题目是氧枪横移传动装置，主要研究炼钢转炉中氧枪的升降和横移机 构。目前国内吹氧装置换枪多数都不能远距离操作，其中一个主要问题就是横移小车定 位不准。现在横移小车的定位无非是采用电气，机械，液压或者它们的组合方式。应用 普遍的是行程开关方式，但如把此方式作为唯一或是主要控制手段，是难以达到所要求 精度的。所以本课题利用机械优化设计方法，采用更加明确的“二次控制” ，即行程开关 只用来进行位置的粗定位，再借专用装置来精确定位。这样使横移小车定位更准确，换 枪效率更高。 关键词：关键词：氧枪；炼钢；转炉 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） ii abstract this graduation project topic is the oxygen lance moves to the transmission device horizontally, mainly studies in the steel- making converter the oxygen lances fluctuation and the traversing gear construction. at present domestic blows the oxygen attire to replace the gun most not to be able the indirect maintenance, a subject matter is that the localization of the car is not accurate. nowadays the methods of localization of the car moving horizontally are nothing but using electricity, machinery, hydraulic pressure or their combination way. what using common is the limiting switch way, but only taking this way as the primary control method, will achieve to the required accuracy difficultly. therefore this topic uses the method of machinery optimization designing and “second control” which named the limiting switch is only used to local the position thickly, then uses special installment to pinpoint again. like this causes to the localization of the car to be more accurater and the efficiency of trading the lance higher key words: lance; steelmaking; converter 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1 目目 录录 摘 要 . i abstract ii 目 录 1 第一章 绪论 3 1.1 本课题研究的目的意义 . 3 1.2 本课题主要研究的设备 . 3 1.2.1 氧枪升降机构 3 1.2.2 换枪机构 4 1.3 本课题解决的主要问题 . 4 第二章 横移小车的传动装置 5 2.1 传动装置示意图及主要设备及参数 . 5 2.2 横移小车螺旋传动的设计计算 6 2.2.1 螺旋传动的组成和特点. 6 2.2.2 材料的选择及许用应力的计算 . 6 2.2.3 按耐磨性计算螺纹中径. 7 2.2.4 螺杆强度计算 8 2.2.5 螺母螺纹强度验算 9 2.2.6 螺杆的稳定性计算 9 2.2.7 传动效率的计算 10 2.3 横移小车的定位原理 . 10 第三章 氧枪升降装置总体方案的设计. 13 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2 3.1 升降机构的特点和所需注意的问题 13 3.2 升降机构电动机的选择计算 . 14 3.2.1 电动机型号的选择 14 3.2.2 传动装置的运动和动力参数计算 . 16 3.2.3 传动件的计算 18 3.2.4 轴的设计计算 28 3.2.5 滚动轴承的选择及计算. 36 3.2.6 键连接的选择及校核计算. 39 3.2.7 减速器附件的选择 40 3.3 起重机构中钢丝绳的选择计算 42 3.4 升级机构中卷筒类型的选择与计算 43 3.4.1 钢丝绳在卷筒上固定的计算 . 43 3.4.2 卷筒强度计算 44 3.4.3 卷筒类型和尺寸选择 45 3.4.4 卷筒的稳定性计算 46 3.5 滑轮的设计与计算 . 47 3.5.1 滑轮的结构和材料 47 3.5.2 卷筒的尺寸选择与安全性计算 . 47 3.6 车轮与导轨的设计计算 . 49 3.6.1 车轮踏面疲劳计算载荷. 49 3.6.2 车轮踏面疲劳强度计算. 49 参考文献 51 致谢 52 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3 第一章第一章 绪论绪论 1.1 本课题研究的目的意义本课题研究的目的意义 氧枪传动装置是炼钢车间主要设备之一，在转炉炼钢中起着重要的作用。它由吹氧 管升降机构和换枪机构两部分组成。吹氧管设有两个，一个工作、另一个备用。吹氧装 置设有两套升降卷扬机，分别供工作及备用吹氧管用。用机械优化设计来设计和改造氧 枪传动装置有利于炼钢效率的提高。 1.2 本课题主要研究的设备本课题主要研究的设备 1.2.1 氧枪升降机构氧枪升降机构 1. 吹氧装置升降机构的组成 双卷扬系统所设置的两套升降卷扬机须安装在可移 动的横移小车上，在其传动中不适宜引用平衡重，故只能采用直接升降管的方式。当出 现断电事故时，须利用另外的动力提管。 2. 升降卷扬机变速方式 通过改变直流电动机转速变速。 3. 升降小车与固定导轨 升降小车在固定导轨导引下，一方面使得吹氧管严格沿 铅垂线下降，另外亦可减轻氧气流不稳定所造成的管体振动。它主要由车架，车轮，及 制动装置等组成。其车架为钢板焊接件。由于车轮与导轨的磨损所造成其间间隙将导致 吹氧管中心线位置变动，故通常总是把小车的部分车轮装在可调的偏心心轴上，用以调 节车轮与导轨间间隙。 4. 安全装置 （1） 断电事故保护装置。双卷扬型吹氧装置断电时可用蓄电池及气动提管。 （2） 断绳保护装置。 1) 与升降小车相连的钢绳采用双绳，每根的尺寸都按全负荷选出，当一根绳被破 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4 断时，另一根绳能短时继续工作。 2) 制动装置。上述断绳保护装置都是采用“双绳”来达到其安全的目的。应当说 两绳同时被破断的可能性极小。但为了更加保险起见，即为防止万一两绳同时破断或是 发生其他事故而掉枪，可在升降小车上设有制动装置。该装置使吹氧管在掉枪时停降。 3) 失载保护装置。若升降小车在下降过程中意外受到阻塞，其吊挂钢绳将失载松 弛，一旦阻塞消失，吹氧管即坠落而产生突加载荷。当测力传感器测出钢绳受力不正常 时将断电停车。而在绳断，钢绳失载以及张力过大、过小时均属不正常，故它是一种多 用途的安全警报装置。 1.2.2 换枪机构换枪机构 换枪机构的任务是，当工作吹氧管发生故障或损坏时，尽可能快将备用吹氧管换上 使用。 该装置的工作及备用升降小车与各自的吊具相连，从根本上避免了单卷扬吹氧装置 在换枪时须把升降小车人工定位于一共用吊具上的问题。这就是说，双卷扬型吹氧装置 为实现换枪远距离操作，仅需解决其横移小车的准确定位问题。 1.3 本课题解决的主要问题本课题解决的主要问题 目前国内吹氧装置换枪多数都不能远距离操作，其中一个主要问题就是横移小车定 位不准。横移小车的定位无非是采用电气，机械，液压或者它们的组合方式。应用普遍 的是行程开关方式，但如把此方式作为唯一或是主要控制手段，是难以达到所要求精度 的。所以本课题采用更加明确的“二次控制” ，即行程开关只用来进行位置的粗定位，再 借专用装置来精确定位。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5 第二章第二章 横移小车的传动装置横移小车的传动装置 2.1 传动装置示意图及主要设备及参数传动装置示意图及主要设备及参数 横移小车传动装置如图 2.1 所示 图 2.1 横移小车传动装置示意图 1-横移小车；2-螺母；3-丝杆；4-电动机；5-制动器；6-减速器；7-右挡块； 8-左挡块；9-左行程开关；10-撞尺；11-右行程开关 横移行程：1200mm 移动速度：4minm 电动机：型式：631 2 gho 功率：1.5 kw 转速：840minr 减速装置：型式：zd-20-i 速比：6.6 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6 制动装置：100200jwz 2.2 横移小车螺旋传动的设计计算横移小车螺旋传动的设计计算 2.2.1 螺旋传动的组成和特点螺旋传动的组成和特点 螺旋传动主要由螺杆和螺母组成。除自锁螺旋外，一般用来吧螺旋运动变成直线运 动，也可以把直线运动变成直线运动，同时进行能量和力的传递，或者调整零件间的相 互位置。当其以传递运动为主，并要求有较高的传动精度是，称传动螺旋。 对于一般的传力螺旋，其主要失效形式是螺旋表面的磨损，螺杆的拉断（或受压时 丧失稳定）或剪断以及螺纹纹牙根部的剪断及弯断。设计时常以耐磨性计算和强度计算 确定螺旋传动的主要尺寸。 2.2.2 材料的选择及许用应力的计算材料的选择及许用应力的计算 螺杆采用 45 钢，调制处理 2 360mmn s =，由下表可知： 螺杆和螺母的许用应力 表 2.1 螺杆和螺母的材料和许用应力 材料 许用拉力 p 许用弯曲应力 bp 许用剪应力 p 螺杆 钢 53 s - - 螺母 青铜 耐磨铸铁 铸铁 钢 - - - - 4060 5060 4555 （11.2） p 3040 40 40 0.6 p 2 72120 53 mmn s p = ，可取 2 100mmn p = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7 螺母材料选 zcual10fe3。由上表可得 2 6040mmn bp =，取 2 50mmn； 2 4030mmn p =，取 2 35mmn 螺旋为低速，由下表查得 2 2518mmnpp=，取 2 20mmn 表 2.2 螺纹副的材料和许用压强 螺纹副材料 速度范围 许用压强 螺纹副材料 速度范围 许用压强 钢对青铜 低速 0.25 1825 1118 710 12 钢对铸铁 = f fc 故稳定性条件满足。 2.2.7 传动效率的计算传动效率的计算 螺杆顶部采用滑动推力轴承，效率为 0.95 时 )tan( tan 95 . 0 + =)2319544183tan( 44183tan 95 . 0 0 0 0 + = %2 .36= 2.3 横移小车的定位原理横移小车的定位原理 移小车的定位原理如图 2.2 所示。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 图 2.2 横移小车定位工作原理 1-横移小车；2-定位板；3-横移小车传动装置；4-锁定装置；5-定位辊； 6-上水平轮；7-运行车轮 横移小车传动装置系安装在厂房平台上，而此传动装置 3 安装在横移小车 1 上，该 传动装置无制动器。横移小车 1 通过上、下水平轮（防止小车倾翻用）及运行车轮（承 载用）被支撑在各轨道上。带有喇叭口的定位板 2 固定在横移小车上。换枪时，将处于 备用位置的横移小车 1 移向原工作横移小车所在位置，即移到锁定位置的正上方，借助 行程开关可保证停位精度在20mm 内。之后，从锁定装置内推出定位棍 5， ，该棍将滑 入定位板 2 的喇叭口而垂直升起，从而棍 5 从侧面推动横移小车直至进入槽中止。 锁定装置见图 2.3， 电动机 9 通过链传动带动滚珠螺旋千斤顶 7 的顶杆 8， 由其向上 推出而实现横移小车的准确停位。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 12 图 2.3 锁定装置示意图 1-定位板；2-定位辊；3-导向辊；4-导向辊导轨；5-底座； 6-锁定装置框架；7-滚珠螺杆千斤顶；8-顶杆；9-电动机 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 13 第三章第三章 氧枪升降装置总体方案的设计氧枪升降装置总体方案的设计 3.1 升降机构的特点和所需升降机构的特点和所需注注意的问题意的问题 氧枪升降装置是转炉车间的关键设备之一。氧枪固定在升降小车上，由升降机构带 动升降。升降机构能否安全、可告地工作, 将直接影响到转炉的产钢量。本课题采用双 卷扬型吹氧装置，机构示意图如图 3.1 所示。 图 3.1 双卷扬型吹氧装置升降机构示意图 1-圆柱齿轮减速器；2-制动器；3-直流电动机；4-测速发电机；5-过速度保护装置； 6-脉冲发生器；7-行程开关；8-卷筒；9-测力传感器；10-升降小车；11-固定导轨；12-吹氧管 该机构有两套升降卷扬机构（一套工作，一套备用）均安装在可移动的横移小车上。 显然，在传动中是不适宜引用平衡重的，故只能采用直接升降管的方式。当出现断电事 故时，须利用另外的动力提管。图 2.1 所示在断电时利用蓄电池供电给直流电动机 3 提 管。 为了保证氧枪正常工作、氧枪升降装置的设计应满足如下要求： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14 1. 有完善的安全措施, 保证当出现事故停电时, 氧枪可自炉内提出; 当钢丝绳等 零件破断时, 氧枪不得附入熔池内。 2. 氧枪要保持严格铅垂位置。 3. 缩短辅助操作时间和停止准确。 4. 保证吹氧管的快速更换。 3.2 升降机构电动机的选择计算升降机构电动机的选择计算 3.2.1 电电动机动机型号型号的选择的选择 1. 选择电动机的类型 按工作要求：电动机应可快速启动，有较大的过载倍数，能承受经常的启动，制动， 逆转，振动和冲击；应选用 zzy 系列直流电动机。 2. 电动机容量的选择 电动机的输出功率： a w d p p = （3.1） 式中： pw电动机的输入功率 a总效率 w w fv p 1000 = （3.2） 式中：f工作阻力 v工作机卷筒的线速度 a工作机卷筒的效率 已知：小车和氧枪的重量： g=7.5 3 10 kg 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15 g g f= 2 =3.75 4 10 n min 45max m v= s m 75 . 0 = min 6min m v= s m 1 . 0= 取 s m v75 . 0 max= 96 . 0 =w 96 . 0 1000 75 . 0 1075 . 3 4 =wp kw3 .29= 传动装置的总效率： 42 321=a （3.3） 式中： 1 联轴器的效率 2 齿轮传动的效率 3 轴承的效率 取 99 . 0 1=（齿式联轴器） 97 . 0 2=（齿轮精度为 8 级，稀油润滑） 98 . 0 3=（滚子轴承） 42 98 . 0 97 . 0 99 . 0 =a89. 0= a w d p p = 89 . 0 3 . 29 =kw92.32= 3. 选择电动机转速 卷筒轴工作转速为： d v n = 100060 50014 . 3 75 . 0 100060 = min 64.28 r = 按推荐的传动比范围：二级圆柱齿轮减速器 i=840.故电动机转速的合理范围为： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 16 n=in=(840)28.64=229.121145.6r/min 确定电动机的型号 根据电动机容量和转速查手册选择 fc 60% zzy 型低速电动机转速 n=250r/min， 额定功率1 =32kw。 3.2.2 传动装置的运动和动力参数计算传动装置的运动和动力参数计算 1. 分配传动比 9 . 8 64.28 250 = w m n n i 2. 分配传动装置各级传动比 取两级齿轮高速级的传动比: 52 . 3 9 . 84 . 14 . 11=减ii 低速级的传动比为: 52 . 2 52 . 3 9 . 8 2 2= i i i 减 运动和动力参数计算 1 轴（电动机轴） kwppd92.321= min 2501 r nnd= mnt. 7 . 125 250 92.32 95501= 2 轴（高速轴） kwpp 6 . 3299 . 0 92.32112= min 2502 r nnd= mn n p t. 5 . 1249550 2 2 2= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17 kwpp27.3299 . 0 22 , = nmtt 3 . 12399 . 0 22 , = 3 轴（中间轴） kwpp 5 . 32323= min 70 2 2 3 r i n n= mn n p t. 4 . 4439550 3 3 3= kwpp175.3299 . 0 33 , = nmtt43999 . 0 33 , = 4 轴（低速轴） kwpp 5 . 31334 , = min 8 . 27 52 . 2 70 3 3 4 r i n n= mn n p t. 1 . 10829550 4 4 4= kwpp 2 . 3199 . 0 44 , = mntt.107199 . 0 44 , = 5 轴（卷筒轴） kwpp 8 . 30445 , = min 03.11 52 . 2 8 . 27 4 4 5 r i n n= mn n p t.10609550 5 5 5= kwpp 5 . 3099 . 0 55 , = mntt. 4 . 104999 . 0 55 , = 运动和动力参数的计算结果汇总列出表 2.1 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18 表 3.1 各轴运动和动力参数 轴名 功率 p/kw 转矩 t/nm 转速 n/(r/min) 传动比 效率 输入 输出 输入 输出 电动机轴 - 32.92 - 125.7 250 2 轴 32.6 32.27 124.5 123.3 250 3.52 0.96 3 轴 32.5 32.175 443.4 439 70 3.52 0.96 4 轴 31.5 31.2 1082 1071 27.8 2.5 0.96 卷筒轴 30.8 30.5 1060 1049 27.8 2.5 0.98 3.2.3 传动件的计算传动件的计算 2.2.3.1 减速器高速级齿轮设计减速器高速级齿轮设计 1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选用斜齿圆柱齿轮传动 2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用7 级精度（gb10095-88） 3）材料选择。由参考资料21表10-1 选小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hb， 大齿轮为45 钢（调质），硬度为240hb，二者材料硬度差为40hb。 4）选小齿轮齿数201=z,大齿轮2 .702=z,故选702=z。 5）初选螺旋角14 2按齿面接触强度设计 齿面接触强度计算公式为： 3 2 121 1 + h eh d t t zz u utk d （3.4） 试选 kt=1.6。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19 由参考资料21中图选取区域系数433. 2=hz。 由图标准圆柱齿轮传动的端面重合度查得: 77. 01=, 84. 02=, 则 61. 121=+。 由参考资料21表 10-7 选取齿宽系数1=d。 由参考资料21表 10-6 查得材料的弹性影响系数mpaze8 .189=。 由参考资料21图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 mpahlim6001=； 大齿轮mpahlim5502=。 由参考资料21式 10-13 计算应力循环次数 hjlnn1160=)830082(17060= 8 105 . 1= 1 2 n n = 52 . 2 105 . 1 8 = 8 106 . 0= 由参考资料21p111 图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 95. 01=hnk, 96. 02=hnk。 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 s kn lim = （3.5） 得： mpah57060095 . 0 1= mpah52855096 . 0 2= () mpa hh h549 2 21 = + 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20 2）计算 试算小齿轮分度圆直径td1由计算公式得 3 2 8 .531 3 1 8 .189433. 2 52. 362. 11 52. 4105 .1246 . 12 td =62mm 计算圆周速度 100060 11 = nd v t 100060 25062 = s m 81 . 0 = 计算齿宽 b 及模数ntm tddb1=621=mm62= 1 1cos z d m t nt = 20 14cos62 0 =mm3= ntmh25. 2=325. 2=75. 6= 2 . 975 . 6 62=hb 计算纵向重合度 tan318 . 0 1zd= 0 14tan201318 . 0 =584. 1= 计算载荷系数 k 取1=dk,根据 s m v452 . 1 =，7 级精度，查参考资料19得动载系数065. 1=rk：则 43 . 1 701023 . 0 1)16 . 01 (18 . 0 12 . 1 322 =+= hk:由参考资料21表 10-15 查得 34 . 1 =fk:由表 10-5 查得4 . 1=fafekk，故载荷系数 12. 243. 14 . 1065. 111=hhdkkkkk 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径: 3 111ttkkdd = 3 6 . 1 21 . 2 62=1 .68=mm 计算模数nm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21 1 1cos z d mn = 20 14cos 1 . 68 0 =mm3 . 3= 3按齿根弯曲强度设计 3 2 1 2 1cos2 f sf d n yy z ykt m (3.6) 1）确定计算参数 计算载荷系数 234 . 1 42 . 1 065 . 1 1=ffvakkkkk 根据纵向重合度584 . 1 =，由参考资料21图查得螺旋角影响 系数88 . 0 =y计算当量齿数 3 1 1 cos z zv= 0314 cos 20 =91.21= 3 2 2 cos z zv= 0314 cos 70 =7 .76= 查取齿形系数 由参考资料21中表查得 724. 21=fy: 227. 22=fy 查取应力校正系数 由参考资料21表查得 569. 11=say: 763. 12=say 查取弯曲疲劳强度极限 由参考资料21图 10-20c 查得 小齿轮 mpafe5001=， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 22 大齿轮 mpafe3802= 查取弯曲疲劳寿命系数 由参考资料21图 10-18 查得 92 . 0 1=fnk， 93. 02=fnk 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，由参考资料21式（10-12） ，得 mpa s kfnfn f56.329 4 . 1 50092 . 0 11 1= = mpa s kfnfn f 6 . 2583 4 . 1 38093. 022 1= = 计算大、小齿轮的 f sasayy 并加以比较 014. 0 56.329 568 . 1 724 . 2 1 11 = = f ssyy 017 . 0 4 . 252 763 . 1 227 . 2 2 22 = = f ssyy 大齿轮的数值大。 2）设计计算 mmmn2017 . 0 63 . 1 4001 14cos88 . 0 10 5 . 12422 3 023 = 对比计算结果， 由齿面接触疲劳强度计算的法向模数nm 大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的法向模数，取mmmn2=，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得 的分度圆直径mmd1 .681=， 由 nm d z cos1 1= 2 97 . 0 1 . 68 =02.33= 则 331=z, 12uzz =， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23 1163352. 32=z。 4.几何尺寸计算 1）计算中心距。 cos2 )(21mnzz a + =mm 0 14cos2 2)11633(+ =56.153= 将中心距圆整为 154mm。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 a mzzn 2 )( arccos 21+ = 1542 2)11633( cos + = ar261813 0 = 3）计算大、小齿轮的分度圆直径 mm mz d n 02.68 cos 1 1= mm mz d n 239 cos 2 2= 4）计算齿轮宽度 1db=02.681=mm02.68= 圆整后取mmb682=；mmb731=。 5.结构设计 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径16omm，而又小于 5oomm，故以选用腹板式结构 为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计。 2.2.3.2 减速器低速级齿轮减速器低速级齿轮设计设计 1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选用斜齿圆柱齿轮传动 2）设备为一般工作机器，速度不高，故选用7 级精度（gb10095-88） 3）材料选择。由参考资料21表10-1 选小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hb， 大齿轮为45 钢（调质），硬度为240hb，二者材料硬度差为40hb。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24 4）选小齿轮齿数251=z,大齿轮.632552. 22=z,故选632=z。 5）初选螺旋角14 2按齿面接触强度设计 齿面接触强度计算公式为： 3 2 122 2 + h eh d t t zz u utk d （3.7） 试选 kt=1.6。 由参考资料21图选取区域系数433. 2=hz。 由参考资料21图查得: 77. 01=, 84. 02=, 则61. 121=+。 由参考资料21表 10-7 选取齿宽系数1=d。 由参考资料21表 10-6 查得材料的弹性影响系数mpaze8 .189=。 由参考资料21图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 mpahlim6001=； 大齿轮mpahlim5502=。 由参考资料21式 10-13 计算应力循环次数 8 111078 . 0 )830082(1 8 . 276060=hjlnn 8 8 1 21031 . 0 52 . 2 1078 . 0 = = u n n 由参考资料21图 10-19 查得接触疲劳寿命系数95. 01=hnk,96. 02=hnk。 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（10-12）得 mpah57060095 . 0 1= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25 mpah52855096 . 0 2= () mpa hh h549 2 21 = + 2）计算 试算小齿轮分度圆直径td1由计算公式得 3 2 549 3 1 8 .189433. 2 52. 362. 11 52. 4104 .4436 . 12 td =91.83mm 计算圆周速度 100060 22 = nd v t 100060 7083.91 = s m 34 . 0 = 计算齿宽 b 及模数ntm mmdbtd83.9183.9111= mm z d m t nt45 . 4 20 14cos83.91cos 0 1 1 = = mmmhnt1045. 425. 225. 2= 2 . 91083.91=hb 计算纵向重合度 76 . 4 14tan631318 . 0 tan318 . 0 0 1=zd 计算载荷系数 k 取1=dk,根据 s m v34 . 0 =，7 级精度，查手册的动载系数05. 1=rk：由手册得 44 . 1 83.911023 . 0 1)16 . 01 (18 . 0 12 . 1 322 =+= hk:由表 10-15 查得4 . 1=fk:由 表 10-5 查得4 . 1=fafekk，故载荷系数 11. 244. 14 . 105. 111=hhdkkkkk 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 26 3 221ttkkdd = 3 6 . 1 1 . 2 92=7 .100= 计算模数nm 1 2cos z d mn = 25 14cos 7 . 100 0 =mm9 . 3= 3按齿根弯曲强度设计 由式 3 2 1 2 1cos2 f sf d n yy z ykt m （3.8） 1）确定计算参数 计算载荷系数 07. 238. 143. 105. 11=ffvakkkkk 根据纵向重合度584 . 1 =，由参考资料21图查得螺旋角影响 系数88 . 0 =y。计算当量齿数 36.27 14cos 25 cos 033 1 1= z zv 69 14cos 63 cos 033 2 2= z zv 查取齿形系数 由参考资料21表查得61. 21=fy:254. 22=fy 查取应力校正系数 由参考资料21表查得601. 11=say:741. 12=say 查取弯曲疲劳强度极限 由参考资料21图 10-20c 查得小齿轮mpafe5001=，打齿轮mpafe3802= 查取弯曲疲劳寿命系数 由参考资料21图 10-18 查得93 . 0 1=fnk，94. 02=fnk 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 27 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，得 mpa s kfnfn f14.332 4 . 1 50093 . 0 11 1= = mpa s kfnfn f14.255 4 . 1 38094. 022 1= = 计算大、小齿轮的 f sasayy 并加以比较 0126 . 0 14.332 601 . 1 61 . 2 1 11 = = f ssyy 0154 . 0 14.255 741 . 1 254 . 2 2 22 = = f ssyy 大齿轮的数值大。 2）设计计算 mmmn47 . 2 0154 . 0 63 . 1 4001 14cos88 . 0 10 4 . 4431 . 22 3 023 = 对比计算结果， 由齿面接触疲劳强度计算的法向模数nm 大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的法向模数，取mmmn5 . 2=，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算 得的分度圆直径： mmd7 .1001=， 由 07.39 5 . 2 97 . 0 7 . 100cos1 1= = nm d z ， 取 391=z, 由 12uzz =， 3 .983952. 22=z。 取 982=z。 4.几何尺寸计算 1）计算中心距。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 28 cos2 )(21mmzz a + =mm 0 14cos2 2)9839(+ =mm2 .141= 将中心距圆整为 141mm。 2）按圆整后的中心距修正螺旋角 a mzzn 2 )( arccos 21+ = 1412 2)9839( cos + = ar214313 0 = 3）计算大、小齿轮的分度圆直径 mm mz d n 24.100 cos 1 1= mm mz d n 5 . 252 cos 2 2= 4）计算齿轮宽度 mmdb24.10024.10011= 圆整后取mmb1002=；mmb1051=。 5.结构设计 以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径大于 16omm，而又小于 5oomm，故以选用腹板式结 构为宜。其它有关尺寸按图荐用的结构尺寸设计。 3.2.4 轴轴的设计计算的设计计算 2 轴(输入轴)： 1作用在齿轮上的力 n d t ft3660 1002.68 5 . 12422 3 1 1 = = 0 0 tan20 tan 36601373 cos cos13 3614 n rtffn = tan 912.54 cos n faftn = 2初步确定轴的最小直径 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 29 1 3 min0 1 32.92 11246.44 250 p damm n = 3轴的结构设计 1）确定轴上零件的装配方案 图 2.2 输入轴的装配方案示意图 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 由于安装联轴器，所以该段直径尺寸选为 45mm。 考虑到轴向定位可靠，所以段直径选为 50 段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有 2mm 的圆角，则轴承选用 30307 型，即 该段直径定为 55mm。 段轴为小齿轮，齿顶圆直径为 73.02mm。 、轴肩固定轴承，直径为 65mm。 段轴要安装轴承，直径定为 55mm。 3）各段长度的确定 、长度定为 50mm。 ，安装轴承长度定为 22.75mm,取整数为 23mm。 段为齿轮，定为 73mm。 段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取 161mm。 定为 24mm。 4按弯扭合成应力校核轴的强度 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 30 求得支反力： 11721.3nhfn= ， 23360.2nhfn= ； 弯矩： 132431.2hmmm= ， 153985.2mvn mm= ； 最大总弯矩： 1145622.24mn mm= 根据选定材料 45 钢，调制处理，由参考资料21表（10- 13a）得 160mpa= ，取 0.6 = ，轴的计算应力为 ()() 1 2 22 3 2 1 762 . 0 02.731 . 0 124506 . 024.145655 = + =s ss ss sca 故安全。 2）截面 iv 右侧 抗弯截面系数 ：mmdw2744001401 . 01 . 0 33 = 抗扭截面系数 ：mmdw548800702 . 02 . 0 33 = 截面 iv 左侧的弯矩 m 为：mnm=24.215462 扭矩为：mmnt= 785460 4 截面上的转切应力为： mpampa w t t 43 . 1 548800 785460 4 = 过盈配合处的 k 值， 参考参考资料19由附表 3-8 用插入法求出， 并取 kk 8 . 0=， 于是得36 . 0 = k ，53 . 2 = k 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 36 轴采用磨削加工，表面质量系数为92 . 0 = ， 轴表面未经强化处理，即1= q ，则综合系数值为 25 . 3 1 92 . 0 1 16 . 3 1 1 =+=+= k k 62 . 2 1 92 . 0 1 53 . 2 1 1 =+=+= k k 参考参考资料19由3-1 及3-2 得碳钢的特性系数1 . 0= ，05 . 0 = ，于是轴 的疲劳安全系数为 64.15 1 = + = ma k s 74 . 9 1 = + = ma k s 5 . 127 . 8 22 = + s ss ss sca 故安全。 3.2.5 滚滚动动轴承轴承的选择及计算的选择及计算 2 轴：轴承 2007909 的校核 1.轴承所承受的力 1）径向力 nfff nvnhra 79.190636.821 3 . 1721 222 1 2 1 =+=+= nfff nvnhrb 48.340214.536 2 . 3360 222 2 2 2 =+=+= 2）派生力 n y f f ra da 78.501 9 . 12 79.1906 2 = = n y f f rb db 26.895 9 . 12 48.3402 2 = = 3）轴向力 由于 dadba fnff=+=+54.180726.89554.912， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 37 所以轴向力为nfaa54.912=,nfab26.895=. 2.当量载荷 由于31. 0=e，e f f ra aa =47 . 0 79.1906 54.912 e f f rb aa = = = 所以符合要求。 3 轴：轴承 2007116 的校核 1.轴承受的力 1）径向力 nfff nvnhra 72.514032.514057.86 222 1 2 1 =+=+= nfff nvnhrb 54.1337514.1235112.5134 222 2 2 2 =+=+= 2）派生力 n y f f ra da 82.1352 9 . 12 72.5140 2 = = n y f f rb db 87.3519 9 . 12 54.13375 2 = = 3）轴向力 由于 dadba fnff=+=+57.641787.3519 7 . 2897， 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 38 所以轴向力为nfaa 7 . 2897=,nfab87.3519=. 2.当量载荷 由于31. 0=e， e f f ra aa =47 . 1 72.5140 7 . 2897 e f f rb ab = = = 所以符合要求。 4 轴：轴承 2007928 的校核 1.轴承受力 1）径向力 nfff nvnhra 35.534912.102123.5250 222 1 2 1 =+=+= nfff nvnhrb 85.278936.45225.2753 222 2 2 2 =+=+= 2）派生力 n y f f ra da 72.1407 9 . 12 35.5349 2 = = n y f f rb db 17.734 9 . 12 85.2789 2 = = 轴向力 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 39 由于 dadba fnff=+=+03.385717.73486.3122 所以轴向力为 nfaa86.3122= nfab26.895= 2.当量载荷 由于31. 0=e， e f f ra aa = = = 所以符合要求。 3.2.6 键键连接连接的选择及的选择及校核校核计算计算 根据轴长及工作需要选择圆头平键（4 个） ，具体数据列表如下： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 40 表 3.3 轴长及键的尺寸 键 直径 （mm） 工作长度 （mm） 工作高度 (mm) 转矩 （nm） 极限应力 （mpa） 高速轴 14938 45 26 3.5 124.5 68.07 中间轴 251470 90 54 4.5 443.4 99.25 低速轴 3620100 135 80 6.0 1082 102.5 321890 120 72 6.0 1082 76.24 强度校核： 由于键采用静联接， 冲击轻微， 所以许用挤压应力为mpa p 110=， 由表 3.3 可知， 各键的极限应力 pp 3d 时还要考虑弯曲应力。 选用卷筒为多层卷绕（l3d） p f aa max 21 1 = （3.11） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 45 式中： 2 a 多层卷绕系数 p绳槽槽距 1 a 应力减小系数，一般取 0.75 max f钢丝绳最大拉力 卷筒壁厚 p f aa max 21 1 = 2040 10875 . 1 4 . 175 . 0 4 = b