机械毕业设计（论文）-80T转炉全悬挂倾动装置设计【全套图纸sw三维】 .doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：80t转炉全悬挂倾动装置设计学生姓名：学 号：0607108203专 业：机械设计制造及自动化系班 级：机械06-4班指导教师： 转炉倾动机构的设计摘 要随着氧气转炉炼钢生产的普及和发展，转炉倾动装置也在不断地更新和改革，为完美适应炼钢生产的需要，世界各国研究开发出了许多新的设备结构和配置型式。转炉倾动装置是转炉炼钢生产中主要设备之一，先后经历了落地式、半悬挂式和目前应用广泛的全悬挂装置，此次采用全悬挂倾动装置。全悬挂式配置的倾动装置主要有以下设备：四台电机、一次减速机（四套三级斜齿圆柱齿轮减速器）、二次减速机和扭力杆缓冲装置。本次设计80t转炉全悬挂倾动装置的性能是：倾动角度为连续回转360、倾动速度范围从0.1r/min 到1.1r/min进行的设计、转炉可连续工作并可根据工艺操作实现任意位置点动。主要内容包括：1.、转炉倾动力矩的计算（本次设计采用solidwork模拟计算）。2、倾动机械及其传动件的设计（根据倾动力矩进行电动机的选择和校核、传动方案的选择、减速器的设计、主要零部件的强度校核）。3、抗扭缓冲装置的设计。关键词：转炉；倾动装置；倾动力矩；计算； 54内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）tilting agencies converter design abstractas oxygen converter steelmaking production developing universally, converter tilting device is continually updated and reforms, the perfect steel production needs to adapt to the world of developed many new types of device structure and configuration.tilting converter steelmaking production is one of the major equipment，has gone through the floor, half-hanging and full suspension tilting widely used now，and uses full suspension tilting in my design this time.full suspension tilting mainly composed of the following equipment:four motor, a reducer (four sets of three helical gear reducer), the second gear box and torsion bar buffer.the design of the 80t full suspension tilting converters performance is: 360 rotation continuously，tilting speed range from 0.1r/min to 1.1r/min，working continuously and start or brake according to the technical operation of an arbitrary position.the main contents include:1. calculation of tilting moment of converter (the design uses solidworks simulation).2. the design of tilting machine and its transmission parts （motor selection and checking, the choice of transmission scheme, reducer design, the main components of the strength check).3. the design of torsional buffer.4. technical and economic analysiskey words: converter; tilting device; tilting torque；calculating； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要ii第一章绪 论81.1氧气转炉炼钢法简介81.2氧气顶吹转炉车间的设备101.3设计概览12第二章 方案分析与确定132.1设计简介132.1.1设计题目132.1.2技术参数及性能132.2设计要求132.3转炉倾动机械的配置形式132.4比较倾动机械的优缺点152.5确定倾动机械布置方案16第三章倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定173.1转炉炉壳质量及重心位置的计算173.1.1建立空炉模型173.1.2炉壳重量重心与转动惯量的计算183.2转炉炉衬质量及重心位置的计算193.2.1建立空炉炉衬模型193.2.2炉衬重量重心与转动惯量的计算203.3空炉质量重心位置及其转动惯量的计算203.4转炉摩擦力矩的计算213.5转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定213.5.1 solidworks计算原理及建模方法213.5.2 最佳耳轴位置的确定24第四章倾动机械的设计计算274.1电动机的选择与校核274.1.1电动机的容量计算及型号选择274.1.2选定电动机284.1.3过载校核284.1.3.1塌炉过载校核284.1.3.2事故过载校核284.1.3.3启动时间校核294.2 制动器选择与制动时间校核314.3 联轴器的选择344.4分配传动比34在计算齿轮之前，首先要分配传动比。设计减速器时，合理的分配各级传动比是一个很重要的步骤，因为它将直接影响到减速器的外形尺寸、形状、润滑条件和各零件的装配条件。344.4.1分配传动比的一般原则344.4.2分配传动比354.5选择减速器的传动方案354.6各级传动齿轮的计算364.7轴设计与校核384.8箱体尺寸计算与选择424.9倾动机械的润滑43第五章扭力杆装置的设计445.1平衡抗扭器的基本形式445.2平衡抗扭器的设计445.3最佳间隙的确定47第六章技术经济性分析486.1技术经济分析概述486.2提高产品实用价值的途径486.4比较分析496.4综合分析506.5倾动机械价值优化的措施及效果51结论52致谢53参考文献54 内蒙古科技大学毕业设计说明书第一章绪 论1.1氧气转炉炼钢法简介由于制氧技术的发展，可为工业提供大量廉价的氧气，为氧气炼钢提供了条件2。氧气转炉炼钢方法的特点是，由吹氧管向熔池吹入工业纯氧进行冶炼，根据氧气吹入转炉的方式，可分为顶吹、底吹、“顶、底”复合吹、斜吹和侧吹等几种方法。由于这种炼钢方法具有不用燃料、冶炼周期短、生产率高、冶炼品种多、质量好、生产费用低、建厂快和投资省等优点，因而得到迅速发展，成为近代炼钢生产的主要手段。图1.1是氧气顶吹转炉主体结构图。它由炉体1、支承装置2和倾动机械3所组成。氧气顶吹转炉炼钢法是1949年6月由奥地利的voest-alpine联合公司试验成功的，并在1952年和1953年先后在其所属的林茨（linz）和多纳维茨（donawitz）两钢厂投入生产，当时炉子容量为30t。氧气顶吹转炉炼钢法是通过双层水冷吹氧管自炉口处向炉内金属熔池吹入氧气进行冶炼。生产实践证明，这种炼钢法具有显著的优越性3：1）冶炼时间短，生产率高。2）投资少、成本低、建设速度快。但这种炼钢法具有一定的缺点：1）冶炼高磷生铁有一定的困难。2） 氧气从上部吹入对熔池的搅拌能力不够强烈，使钢、渣不能充分混合。3）不能大量采用低廉的废钢作原料。4）吹氧设备和除尘系统需要较高的厂房。1968年联邦德国马克西米利安冶金厂（maximillan shutte of sulzbach-rosenberg）,通过他们对托马斯转炉的改造，安装和运转了第一座商业用氧气底吹转炉。氧气底吹转炉炼钢法的新特征是它拥有双层管状喷嘴。这种喷嘴可通过气体或液态碳氢化合物冷却作保护。当气体或碳氢化合物被吹入两管所形成的间隙时，分解作用使其吸收大量的热从而对喷嘴进行冷却。适当的降低温度可以减少对炉底和喷嘴的化学侵蚀和磨损。这种炼钢法的优点：1）投资成本较低，特别适于新建工厂中投产或由平炉进行改造，因为其可以避免在高处安装氧枪所造成的昂贵成本。2）吹氧时间短、吹炼平稳、喷溅少、烟尘少、金属收得率高、生产率较高并且节省设备成本。一些早期的支持者们甚至声称由于这种炼钢法的应用使得氧气供过于求。事实上，氧气底吹转炉炼钢法只产生少量的棕色烟尘。几乎没有必要采用水煤气处理设备。缺点是炉底和喷嘴寿命难以解决。日本新日铁1978年首先在八幡厂60吨转炉上试验成功顶吹和底吹复合吹炼的新技术，称为“ld-ob法”。ld-ob法是顶吹氧气转炉采用在炉底辅助吹入搅拌气体的方法，使顶吹和底吹炼钢法可以相互取长补短，提高了熔池搅拌能力，克服了底吹化渣、去磷的困难。ld-ob法的优点：1）提高金属收得率，降低氧、铁合金消耗，降低钢成本。2）炉子可控性提高。3）可生产特低碳的钢种（0.010.003%c），可是钢中含氮量仍维持在10ppm左右。4）提高去磷能力。5）可以充分发挥炉气净化系统的能力。氧气侧吹转炉炼钢法是我国在侧吹空气转炉炼钢法的基础上研制成功的新的氧气炼钢法。它的特定也是采用燃料油作为保护的双层喷枪代替空气侧吹转炉的风眼，利用喷枪 向熔池内吹氧炼钢。氧气侧吹转炉炼钢法的优点：1）氧气侧吹转炉吹炼过程平稳、喷溅少、烟尘少、热效率高。2）对原料的适应性强，设备简单，投资少。从以上分析可以看出几种炼钢方法各有优缺点。从目前来看，氧气顶吹转炉炼钢方法仍占主导地位，其中工艺和设备发展较为成熟。1.2氧气顶吹转炉车间的设备现代氧气顶吹转炉车间设备是以转炉设备为主体，同时配备供氧、供料、出钢、出渣、注锭、烟气处理及修炉等操作系统，而各操作系统之间是通过各种运输和起重设备联系起来的。 转炉主体设备是实现炼钢工艺操作的主要设备，它由炉体、炉体支撑装置和炉体倾动机构等组成。供氧系统由输氧管道、阀门和向转炉吹氧的装置等设备组成。氧气顶吹转炉炼钢时，用氧量大，要求供养及时、氧压稳定，安全可靠。铁水是氧气顶吹转炉炼钢的主要原料，炼一吨钢就需要一吨左右的铁水。为确保转炉正常生产，铁水供应因充足、及时；成分均匀、温度稳定；称量总确。铁水供应设备由铁水贮存、铁水预处理、运输及称量等设备组成。铁水贮存设备主要有混铁炉和混铁车。转炉生产对散装状料供应设备要求及时运输、快速加料、称量准确、运转可靠、维修方便、能改善劳动条件。整个系统包括将散状料由地下仓运至高位料仓的上料机械设备和将散状料自高位料仓加入转炉内的加料设备。 废钢由电磁起重机在原料厂装入废钢料箱，再由机车或起重机械运至转炉平台，然后由炉前起重机械或废钢加料机加入转炉。铁合金运于钢水的脱氧和合金化。转炉侧面的平台设有铁合金料仓、铁合金烘烤炉和称量装置。出钢时把铁合金从料仓或烘烤炉卸出，称量后运至炉后通过溜槽加入盛钢筒中。转炉下设有电动盛钢筒和渣车等设备。转炉钢水倒入盛钢筒由盛钢筒运至注锭车间进行浇注。渣则由渣罐车运至附近渣厂进行处理。铸锭系统包括（铸锭起重机、浇注平台、盛钢筒修理设备和脱模、整模设备）和连铸设备。当转炉炉衬被侵蚀比较严重而无法修补时，就必须停止吹炼，进行拆炉和修炉。修炉机械设备包括补炉机、拆炉机和修炉机等。由于氧气顶吹转炉炼钢过程中产生大量的棕色高温的烟气（含有大量的co和铁粉，是一种很好的气体燃料和化工原料），因此必须对转炉排出的烟气进行净化和回收。烟气净化设备包括：活动烟罩、固定烟道、溢流文氏管可、调喉口文氏管、弯头脱水器和抽风机等。 1.3设计概览本文的主要研究内容包括以下几个方面：在计算分析转炉倾动过程中倾动力矩的基础上，确定倾动载荷及最佳耳轴位置（采用 solidwork 3d 炉液模型模拟计算炉液力矩及最佳耳轴位置的确定）；进行电动机的选择与校核，以及一次减速机、二次减速机的设计（包括对相关零件的设计与校核）且研究传动中传动比的优化分配；扭力杆装置的设计；技术经济性分析。第二章 方案分析与确定2.1设计简介2.1.1设计题目80吨转炉全悬挂倾动机械设计2.1.2技术参数及性能驱动形式为：全悬挂四点啮合驱动；转炉容量：80t； 转炉连续回转：360；倾动速度：0.11.1r/min速度可调，在转炉回转任意角度可以停止并定位；工作状态：任意倾动位置起制动2.2设计要求传动装置紧凑,维护和操作容易,传动效率高和可靠性高。 (1) 应满足转炉工艺操作的要求。例如能使炉体连续正反转360,并能平稳而准确地停止在任意角度的位置上。(2) 倾动机构安全可靠,不应发生齿轮及轴、制动器等设备事故,且在某一部分发生故障时,也要求倾动机械有能力继续工作至一炉冶炼结束。(3) 倾动机构能适应载荷的变化和转炉结构的变形。2.3转炉倾动机械的配置形式本次设计的课题是80吨转炉倾动装置，由电动机、一次减速机、二次减速机、扭矩缓冲平衡等组成，使转炉炉体完成兑铁水、出钢、加料、修炉等一系列工艺操作，而且关系到产品安全和人生安全等重大问题，对于转炉倾动装置的研究是非常必要的。落地式配置倾动机械的特点是：全部传动机械均安装在地基上，通过连轴器或大齿轮与耳轴连接，实现转炉的倾动。落地式配置中按传动机械的结构又可分为蜗轮正齿轮传动，全正齿传动，和行星齿轮传动。落地式倾动机械结构简单，只要采用适当传动结构形式，就可以使倾动机械适应托圈下凹引起的耳翘曲变形。但其占地面积比其它配置形式大，抗冲击及抗扭振疲劳性能差。 半悬挂式配置倾动机械的特点是：将最末一级齿轮副的主动小齿轮装在该齿轮副的壳体上，与大齿轮一起悬挂在耳轴上。而其它传动装置仍安装在基础上。初级减速机与末级减速机齿轮副之间，任用万向联轴器或齿型联轴器连接。半悬挂式配置倾动机械从传动结构又可分为：正齿传动倾动机械、行星差动齿轮传动机械、小车式双扭杆柔性倾动机械。半悬挂式配置倾动机械能适应托圈下凹引起的耳翘曲变形，克服了末级减速机齿轮啮合的不良影响，但由于初级减速机与悬挂减速机之间使用连轴器连接，使倾动机械占地面积大，布置不够紧凑。全悬挂式配置倾动机械（如图1.1所示）的特点是：从电动机到末级齿轮传动副全部传动装置都悬挂在耳轴上。全悬挂式配置倾动机械根据缓冲止动装置的结构型式，可分为：带有弹簧止动装置的全悬挂式配置倾动机械；带橡胶块缓冲止动装置的全悬挂式配置倾动机械；带扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式配置倾动机械。全悬挂式配置倾动机械采用多电动机，多初级减速机共同带动悬挂在耳轴上的大齿轮使转炉倾动。其优点是：有较大的备用能力 ，一个驱动系统发生故障仍可继续进行工作，直到一炉冶炼结束；其次能充分发挥大齿轮的作用，使各齿轮受力减小，设备的重量和尺寸也减小。全悬挂式配置倾动机械从传动结构上分为：全正齿轮多点啮合传动，直流电动机驱动调速；大、小交流电动机驱动，多点啮合传动，行星差动调速；正齿轮蜗轮双点啮合传动，直流电动机驱动调速。全悬挂式配置倾动机械综合了落地式和半落地式的优点，克服了二者的缺点，是大型转炉倾动机械发展的方向。图2.1四点啮合全悬挂扭力杆式倾动装置2.4比较倾动机械的优缺点最早的氧气顶吹转炉于1949 年应用于奥地利林茨钢厂,倾动装置采用了液压传动作为动力源,随之电气机械传动装置取代了液压传动装置。目前,倾动装置主要有3 种基本形式:落地式,半悬挂式及全悬挂式。随着现代转炉向大型化发展,转炉倾动装置已由全悬挂式配置取代落地式配置和半悬挂式配置,并在国内外钢厂中获得广泛应用。其型式的特点如下:属现在使用最多的配置型式。它将整个传动装置全部挂在了耳轴的外伸端上,末级齿轮常采用多点啮合传动,使这种配置型式的结构紧凑,重量轻,占地面积小,运转安全可靠,工作性能好。这种配置型式必须考虑采用性能好的抗扭缓冲装置。此装置零部件少, 使用寿命较长, 具有很好的缓冲及减振性能,尤其在转炉出钢、对铁水、扒渣等工艺过程中发挥缓冲吸振作用。与半悬挂型式相比较, 最突出的优点有: 扭力杆缓冲止动装置的作用力不会传递到耳轴上, 即耳轴上不会有附加水平力; 扭力杆装置的基础与半悬挂型式比较要小。为了防止过载, 避免扭力杆的损坏,在末级减速机机壳的下方,设置有止动支座(即保护挡铁) 。当倾动力矩超过正常倾动力矩的2. 5 倍时,末级减速机机壳底部与止动支座接触,扭力杆不再承受更大的扭矩。全悬挂式配置常用于大型转炉中,但现在也较多地应用于中型转炉中。通过以上的介绍我们知道，落地式是最早采用的一种布置形式，主要用于容量不大的转炉上，缺点是末级大齿轮在托圈耳轴上，托圈变形引起耳轴轴线发生较大偏斜时，末级齿轮的正常啮合关系被破坏，产生载荷的集中分布，加速了齿轮的磨损。在此基础上发展起来了半悬挂式配置倾动机械，其缺点是悬挂减速其与主减速器之间需要用一个庞大的万向联轴器进行连接，占地面积较大。而全悬挂式配置倾动机械从电动机到末级齿轮传动副全部传动装置都悬挂在耳轴上，采用多点啮合柔性支承传动，即使托圈发生变形也不会影响齿轮副的正常啮合，同时也不需要通过笨重的万向联轴器实现悬挂减速其与主减速器之间的连接，有较大的备用能力, 能充分发挥大齿轮的作用，使各齿轮受力减小，设备的重量和尺寸也减小，传动平稳。2.5确定倾动机械布置方案本次设计的80吨转炉采用全正齿轮多点啮合传动，直流电动机驱动调速，四台固定在二次减速机箱体的一次减速机，带扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式配置倾动机械。第三章倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定转炉倾动力矩的计算，是由转炉炉体重量及其重心的计算和力矩计算两部分组成。其计算内容包括：（1）空炉重量及其中心的计算 其中包括：炉壳重量及其重心的计算；新炉炉衬及其重心的计算。（2）炉内液体（铁水、炉渣）中心的计算（3）预选耳轴和力矩的计算（4）确定最佳耳轴位置和力矩的计算（5）根据生产工艺要求进行的特殊计算3.1转炉炉壳质量及重心位置的计算3.1.1建立空炉模型转炉炉型可分为：筒球型、锥球型、截锥型。筒球型是由圆柱体和球缺体组成的，特点是结构简单、炉壳制造容易、炉衬砌筑方便。锥球型是由球缺体和截头圆锥体组成的，特点是适合钢水的流动、有利于保护炉底、有利于物理化学反应的进行。截锥型是截头圆柱体，特点是结构简单、熔池为平底、易于砌筑。本次设计中选用筒球型来建立模型。根据罗振才主编炼钢机械表2-1,表2-2综合确定模型厚度 =50mm 材料14mnnb低合金高强度结构钢。以下参数的选择均参考自80吨转炉设备使用规程和氧气顶吹转炉炼钢设备。图3.1空炉炉壳模型草图尺寸3.1.2炉壳重量重心与转动惯量的计算本次炉壳、炉衬的重量、重心及转动惯量的计算方法是利用solidwork的查询功能，对实体模型进行计算，免去大量计算，节约设计时间，且较为准确。 图3.2 空炉炉壳模型根据设计已知参数计算，密度=7.8kg/。根据上述思想，通过软件建模，求的炉壳重量、重心及转动惯量为：=109.6t=（0，3.20768，0） （米） =6758.99 (千克*平方米)3.2转炉炉衬质量及重心位置的计算3.2.1建立空炉炉衬模型参考谭牧田氧气转炉炼钢设备表4-21，炉帽540mm；炉身永久层100mm，工作层580mm，填充层60mm；炉底永久层350mm，工作层550mm，填充层50mm；建立空炉炉衬模型及尺寸（如下图3.3 图3.4所示）图3.3空炉炉衬模型尺寸 图3.4 空炉炉衬模型3.2.2炉衬重量重心与转动惯量的计算根据 钟欣 詹忘勇cad在计算转炉倾动力矩过程中的应用取炉衬平均密度 = 30 t由solidwork质量属性查询得出炉衬转重量、重心及动惯量：=190.2t=（0，3.10647，0） （米） =23236(千克*平方米)3.3空炉质量重心位置及其转动惯量的计算进行炉壳炉衬装配（坐标原点炉壳内炉衬最低点），如下图3.5所示 图 3.5 炉壳炉衬合成空炉模型3.4转炉摩擦力矩的计算耳轴摩擦力矩计算公式： 式（3.9） 式中：空炉重量（kn）炉液重量（kn）托圈及附件重量（kn）悬挂减速器的重量（kn）摩擦系数（滚动轴承取=0.020.05）d=()/2根据炼钢设备中表2-3，取耳轴直径为850，查机械设计手册第四卷，表28-2-15，取轴承外径1120。取=0.02其中=299.89.8=2938kn=(+)=1019.8=989.8kn=43.1159.8=422.527kn3.5转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定3.5.1 solidworks计算原理及建模方法 solidworks中可以对三维模型进行较准确的查询，如质量、重心、转动惯量等，而且可以设置其密度，弹性模量等一系列参数，这对参数化设计、模拟仿真提供了条件，我们可以利用这些特性，进行比较准确的模拟，省去了大量的近似计算和人为误差，错误，且提高了设计效率，缩短设计周期，为设计人员提供了方便。在solidworks中直接用它所提供的前视面，上视面，右视面来建立草图模型虽然可以求出一些数据，但是不能很好的模拟转炉在整个倾动过程中，尤其是炉液的重心、重量等的变化，且在提取数据时，比较繁琐，不宜编程，结合数据库进行比较分析。为了解决以上难题，改用在基准面上绘制草图，调节基准面角度，可重新在某个角度建模，且调节液面高度，可以对模型进行拉伸切除，所以只有两个参数，就可以求得转炉的倾动力矩。由于时间较紧，为能建立转炉炉体详细结构和其支撑倾动装置的模型，也希望solidworks有更强大的功能，可以模拟整个过程，包括电机调速，到各种环境参数设定及各个零部件有限元分析。综上，建立两个面，一个是倾动角度控制面，一个是炉液高度平面控制面，一个耳轴线（基准轴），这样，随着角度的变化，模型沿着基准轴转动，得到任意位置的倾动力矩,如下图为63deg 时炉液状态模型 图 3.6 63deg 时炉液状态模型 图3.7空炉力矩曲线 图3.8 炉液力矩曲线 92deg 波谷 图 3.9 合成力矩曲线3.5.2 最佳耳轴位置的确定 当转炉的空炉和铁水重心及预选耳轴下的力矩计算完之后，即可以确定最佳耳轴位置。由倾动力矩计算公式可知，转炉倾动力矩值与炉型、炉体重量、铁水重量、倾动角度和耳轴位置有关。实践指出，耳轴位置越高，倾动力矩越大，传动设备尺寸加大，电动机容量增加，很不经济。如果耳轴位置太低，一旦倾动机械发生事故时，可能发生“翻炉倒钢”事故。所以，合理选择耳轴位置是十分重要的。1、 确定最佳耳轴位置的两种原则和条件式1.安全原则这种原则是以最大安全可靠为出发点，要求炉子在任意倾动位置上，一旦出现无法控制的事故（如断轴、断齿、轴承损坏、电气事故等），炉子不但不会自行倾翻，相反还要借助去克服把炉子转回到原来吹炼位置（直立位置）。为此炉子在倾动过程中不允许出现负值即使在最小处（波谷处），也应大于。用这种原则确定的倾动力矩必定是全正力矩，故亦称全正力矩原则，全正力矩条件式为： 2. 经济原则这种原则的出发点是倾动力矩具有最小值，从而可使倾动机械尺寸和重量都是最小，因此，这种原则称为经济原则。根据这个出发点，应满足以下条件，即转炉在一个路径过程中可能出现的波峰力矩最大值和波谷力矩最小值，分别处于正力矩区和负力矩区，并且其绝对值相等，这时的倾动力矩绝对值为最小，这种力矩也称为正负力矩等值。在一个炉役中波峰力矩最大值可能是新炉也可能是老炉，应由具体分析确定，但炉口一定是无结渣，放炉运转时会出现；波谷力矩最小值一般在炉役后期，炉口有大量结渣时，抬炉运转时会出现，此原则的条件为： 并且 即 目前国内外大部分国家为了节省投资，取消备用设备，一般采用全正力矩作为设计转炉倾动力矩曲线的依据。因此，本次设计也将采用全正力矩（安全原则）来确定最佳耳轴位置。2、 按全正力矩确定最佳耳轴位置最佳耳轴位置的计算公式： 式中倾动力矩为波谷时相应炉子倾动角度 、倾动力矩为波谷时相应炉液重心坐标 h预选耳轴位置 dh=0.104455m h=2.466m最佳耳轴位置：即最佳耳轴位置的坐标为（0、2.361545）第四章倾动机械的设计计算4.1电动机的选择与校核4.1.1电动机的容量计算及型号选择根据谭牧田氧气转炉炼钢设备公式3-15转炉电动机所需功率： 式（4.1） 式中：n电动机需要的功率，千瓦；转炉计算最大倾动力矩，千牛米；n转炉转速，转/分；正常运转时，运转电动机的个数;电压降引起的力矩误差，取1.11.3，常取1.2；电动机不同步造成的误差，一般取1.1，如单电动机工作，则=1；倾动机械的总效率，初步计算时，对于齿轮传动=0.850.95；对于某一级传动采用蜗轮蜗杆时，则=0.60.8；精确计算时：=式中齿轮传动效率，有n对齿轮即为n次方。 当传动是减速机时，可以直接取减速机效率； 耳轴轴承传动效率； 当有万向联轴器或圆弧、齿形联轴器时，取联轴器的机械效率； 其它传动元件的机械效率； 根据本设计的结构及布置形式，采用四台电动机，正常运转时，四台电动机同时工作。取=4，=1.21.1=1.32 4.1.2选定电动机 选取冶金起重用直流电动机，根据电动机的工作制度和输出最大功率，初选电动机为 zzj-812 额定功率为45kw，额定转速为565r/min,转动惯量为23kg，过载系数2.8 励磁方式：他励，重量为1700kg。4.1.3过载校核4.1.3.1塌炉过载校核塌炉力矩按3倍于最大计算力矩考虑，即要求电动机的最大过载力矩大于最大倾动力矩的三倍。根据： 式（4.2） 将过载系数=2.8，n=67kw，k=1.2， =0.875，n=0.7rad/min代入上式得：故满足塌炉校核要求。4.1.3.2事故过载校核当一台电动机出事故时，另一台电动机要继续工作直到本炉冶炼结束。假设电动机在转炉1 r/min下的过载工作，此时过载系数=1.8根据： 式（4.3） 则 故一台电动机事故时，只要转炉转速低于1 r/min，过载运转就能满足要求。4.1.3.3启动时间校核按氧气转炉炼钢设备一书上公式3-22。计算 式中：n电动机达稳定运转后的转速；r/min m折合到电机轴上的转炉最大力矩 倾动机械总速比 倾动机械总效率 转炉最大计算倾动力矩 k安全系数 电动机启动力矩 转炉及其倾动机械折合到电动机轴上的飞轮力矩总和 =303为方便，以下按氧气转炉炼钢设备中的老单位计算，换算关系：1 =9.8=0.0098由式（3-25）知：求得总飞轮力矩，需求出各级传动零件的飞轮力矩。其求解如下：1）电动机飞轮力矩：=232）hll12联轴器：=3283）一次减速机飞轮力矩：=4.614）悬挂减速小齿轮轴飞轮力矩：几何尺寸： （5）悬挂减速器大齿轮飞轮力矩 几何尺寸齿宽b=550 m=20 z=127 取a=467则 将上述计算的飞轮力矩折合到电机轴上，由于转炉炉体（包括钢水、炉衬、炉壳）和托圈的飞轮力矩，不易求的，根据国内120t转炉实际测定及计算，得出如下结论：=421.8 启动时间在25秒之间 启动时间3.54s满足要求。4.2 制动器选择与制动时间校核 转炉倾动机械制动器在电动机出轴或减速机高速轴上。在选择制动器时，既要考虑到制动器要有足够的制动力矩，保证转炉安全准确定位，不致因制动器失灵造成工艺要求事故；又要考虑到制动时间不宜太短，否则会造成倾动机械承受过大的动负荷引起扭曲疲劳。4.2.1 制动器型号选择根据1式（3-27）：当一个制动器失灵时，其余制动器能保证可靠工作。故式中k制动安全系数。保证制动器静止状态下能安全制动，以防止转炉自动倾动。其 最小值，按下面要求选取。 当倾动机械传动系统中有两个制动器时，k=1.41.5； 当倾动机械几个传动系统减速机组成（即多电动机多减速机传动时），k=1.151.25； 制动器正常工作时的个数 几个制动器不同步，造成制动力矩减小， 需增加的安全系数： 当=1时，=1；当时，。 制动器额定制动力矩，公斤力米。 转炉倾动力矩反作用产生的静力矩，按下式计算： 由转炉及倾动机械惯性力矩在制动器轴上产生的动力矩，公斤力*米 制动时间。初选时，中小型转炉取0.52秒，大型转炉取25秒； n电动机转速，转/分； 取 因传动系统设置四个制动器同时工作，故取，根据公式得： 选取ywz5-630/201制动器。制动轮直径，制动力矩4500nm，推动器型号ed201/6，电动机功率450w，最大工作频率2000.，提升功1200nm。=450公斤力米，故满足需要。 当一个制动器失灵，另三个制动器工作时，根据公式： 谭牧田氧气转炉炼钢设备东北重型机械学院，（3-27）要求： 故能满足要求。4.2.2制动器时间的校核最短制动时间是发生在转炉旋转方向与倾动力矩方向不一致时，即当时，此时制动时间为： 通常希望制动时间控制在0.55秒之间，大转炉取大值。 制动时间太短，应延长以减少动负荷及扭振疲劳。由于机械方法延长制动时间较困难，只能先再生制动，将转炉转速降低后再制动。4.3 联轴器的选择 转矩 选取轴径 轴的材料45钢 按转矩由手册查用tl9型弹性套柱销联轴器，其半联轴器工的孔径，半联轴器长。故与联轴器相联接的轴径取55mm，满足。4.4分配传动比 在计算齿轮之前，首先要分配传动比。设计减速器时，合理的分配各级传动比是一个很重要的步骤，因为它将直接影响到减速器的外形尺寸、形状、润滑条件和各零件的装配条件。4.4.1分配传动比的一般原则分配传动比一般应遵循以下原则：1.尽可能使各级传动的承载能力相等，即强度一致。因为减速器在运转时，无论是并联传动或是串联传动，只要其中有承载能力最差的一级失效，整个减速机就会失去正常工作的能力。因此，减速器的各级传动的强度相差不能太大，这一原则成为等强度原则。2.各级传动大齿轮浸入油池的深度大致相等。如果齿轮浸入油池的深度适当，所有齿轮将有良好的润滑。如果油面过低，只有低速极大齿轮进入油内，而高速及齿轮浸不到油内，造成润滑不良，就必须提高油面，但如果油面过高不但增加减速器的运油量，而且还增加了低速极大齿轮搅油的功率损失。3.要使减速器外形尺寸小，重量最轻，符合主机的要求。仅靠正全分配各级传动比已完全达到上述各项要求，一般是不易办到的。除了正确分配传动比外，还应适当的选择各级齿轮的参数，才能使上述各项要求得到基本的满足。4.4.2分配传动比转炉最低转速0.1r/min，所选电动机的额定功率为45kw, 额定转速为565r/min，则电动机到转炉的整个传动比，参考机械设计手册中册第二版表8-390，单级斜齿轮的传动比i810,三级展开式减速器传动比i=40400，悬挂齿轮副可根据制造条件和可能，传动比略大取7-9较为合理，一次减速机传动比=513.64/7=74。参考机械设计手册中册第二版表3-8-34中选a=1450的zsh型标准减速器，由表3-8-20中查得=300，=450，=7004.5选择减速器的传动方案齿轮减速器根据齿轮形状的不同，可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器。根据传动基数的不同，可分为单极、两极和多极减速器。根据传动轴布置形式的不同，可分为展开式、分流式和同轴式减速机。转炉倾动装置是转炉炼钢最主要的机械设备，其作业负荷的突出特点是：低速、重载、正反转、频繁启制动、强烈冲击，如何提高设备的可靠性，一直是业界孜孜不倦研究的重要课题。在选择减速器的传动方案时，要求达到既能满足主机的工作要求，又要结构紧凑，重量轻，工艺性好、成本低，装配检修方便。按照传动比的要求，决定采用分流式三级斜齿圆柱齿轮减速器，减速器的总传动比为74，=5.1 =4.6 =3.4 =74.6各级传动齿轮的计算4.6.1高速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数的确定1.选择齿轮材料，精度等级及齿数考虑到减速器功率较大，由机械设计表10-1，选大、小齿轮材料均为40cr，调质处理后表面淬火，齿芯硬度241286，齿面硬度48-55hrc,初选7级精度（gb10095-88），初选小齿轮齿数=18，=18*5.1=91.8，取=91，初选螺旋角=14。2.按齿轮弯曲强度计算1）确定许用弯曲应力由图10-20c查得=500mpa， =380mpa由图10-18取 = 0.85 = 0.88=303.57mpa =238.86mpa由图10-26查得=0.745，=0.845，则=+=1.59 查图10-28知=0.88取=2，=1.4。假设寿命为50年齿轮循环齿数n1=60nat=6056512430050=1.2204 n2=n1/5.1=0.23929 取寿命系数=1则2）计算小齿轮传递的转矩=760.62nm 3）选取载荷系数 k因为是斜齿轮传动，加工精度取7级，故k=1.3。4）初步选定齿轮参数=18，=18*5.1=91.8，取=91，=14， ，u=5.15）确定齿形系数，应力校正系数当量齿数： 由表10-5查得 =2.80、=2.18 =1.55、=1.79比较/小齿轮:0.014297 大齿轮：0.016337大齿轮数值大将上述参数代入，得 = 5.32 取标准模数=6mm。则中心距mm 为了便于箱体孔加工和校验，取a=340mm =13.926）计算几何尺寸mm mmmm 取=104mm 3.齿面强度校核 齿轮均取=189.8齿面许用接触应力按（5-27）计算，因为较重要的传动，取最小安全系数=1.1，由图10-30选取区域系数=2.433由图10-26查得=0.745，=0.845，则=+=1.59带入参数得= 578.456mpa由图10-19取接触疲劳寿命系数= 0.88 = 0.91=880mpa =910mpa许用接触应力=895mpa 因为，故接触疲劳强度足够。依次类推，求出各级齿轮参数如下表4.1 表4.1各级齿轮参数4.7轴设计与校核轴的设计在减速器设计中是很重要的一步，下面以一次减速机中第二根轴为例进行，其他轴与此相同，不再赘述。输入轴及第二根轴上各齿轮参数如下表：级别 高速级 18 91 6 14 低速级 18 83 9 12 表4.2 中速轴齿轮参数4.7.1求轴上功率，转速和转矩取每级齿轮传动功率（含轴承）=0.97 所以=4.7.2作用在齿轮上力知高速级小齿轮的分度圆直径圆周力径向力 轴向力 知低速级大齿轮的分度圆直径其方向如下图4.1所示： 图4.1 斜齿轮受力分析图4.7.3初步确定最小径根据机械设计课本表15-3 选取材料为合金钢，调质处理，=98=99.89mm 圆整后d=100.00mm 为安装轴承的最小径，选7320cd= 100mm d=215mm，b=47mm4.7.4轴上载荷 图4.2 载荷分析图在xoy面内=152173.31在xoz面内=56623.924扭矩t=16683.047nmxoy面弯矩图如（b） xoz面弯矩图如（c） 合成弯矩图（d）4.7.5 按弯扭合成应力校核轴的强度nm=70mpampa=70mpa该轴安全 4.8箱体尺寸计算与选择4.8.1内腔宽度 式（4.18） 式中：最低数齿轮与次低速级齿轮齿轮的齿宽之和； 齿轮端面到内腔侧面的间隙，取20mm； 两齿轮端面间的距离，通常取35mm；=405+40+5=450mm4.8.2箱座壁厚式中：a低速级齿轮的中心距； 壁厚增量，三级传动减速器的=6。=0.025567+6=20.175mm取为：30mm。4.9倾动机械的润滑采用h：-40 ， h：-50号润滑油4.9.1一次减速机的润滑4.9.1.1齿轮啮合处的润滑采用油池润滑，也可采用循环润滑，本次设计采用油池润滑，油池注油量应符合以下规定，中间大齿轮浸油1、2个齿轮高，对于油池润滑，在必要时可在油池内装置蛇形冷却水管，以降低油池温度。在一次减速机装有两个油标，上油标可测约装入有的最大值，下油标测量装入油量的最小值。4.9.1.2轴承处的润滑当齿轮啮合处采用油池润滑时，轴承飞溅润滑一般可靠；特殊情况下，轴承发热，可以将挡油环去掉，或设法采用循环润滑。4.9.2二次减速机的润滑二次减速机采用强制润滑，设喷油管和出油管，用减速器箱体下部作为油箱，通过油管直接喷到