九辊矫正机压下系统设计【含CAD图纸、说明书】
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III辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）九辊钢板矫正机压下系统设计摘 要随着科技的不断发展，我国的轧钢生产技术不断进步。运用轧钢生产技术，可提高轧制产品的质量、减短生产时间、提高成材率、降低生产成本和材料的利用率。但是轧件在轧制、冷却和运输过程中，会受到不同因素的影响，在轧件中产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管常出现弧形弯曲；某些型钢的面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材产生横纵向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，矫正技术应运而生。根据本次设计的要求，设计了九辊矫正机的压下系统。主要内容包括：九辊矫正机的结构确定、矫正机的力能参数计算、主传动电机和压下电动机的选择及其计算和校核、选择联轴器和设计分配减速器、压下螺丝、压下螺母、蜗轮蜗杆的设计及校核和轴承的寿命计算。关键词：矫正机；压下系统；力能参数Nine roller plate straightening machine pressure device designAbstract With the continuous development of science and technology, Chinas steel rolling production technology progress. Use of steel rolling production technology, improve the quality of rolled piece products, reduce rolling production time, improve yield and lower production cost and material utilization has become a mechanical design of the main goals of steel rolling. But the rolled piece in the process of rolling, cooling and transportation, due to the influence of various factors, often produce shape defect. Columns such as rail, steel and steel pipe often appear arc bending;Some steel shapes creates a flange section inside and outside, expansion and distortion; Plate and strip will produce longitudinal bending, lateral bending, edge wave shape and intermediate ladle and rocker. In order to eliminate these defects, the correction technology emerges as The Times require.According to the design the system of the nine roller plate straightening machine press. The structure of the main contents include: nine roller straightening machine, straightening machine can force parameters calculation, selection and calculation of main motor and motor under pressure and check, coupling and reducer design distribution, pressure of screw, nuts worm gear and worm under pressure design and checking calculation and the design of bearing and life. Keywords: straightening machine;press down system;can force parameters目录1.绪论11.1课题研究的目的和意义11.2矫正机的发展状况11.3辊式矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数21.4辊式矫正机的矫正工艺21.5辊式矫正机的工作原理及特点31.6本课题研究内容及方法32.总方案52.1矫正方案52.2 矫正机系统的组成及作用52.2.1机座形式52.2.2主传动机构的组成及作用62.2.3 压下机构组成和作用73.矫正机的结构参数及力能参数的确定93.1原始参数93.2矫正机的基本参数确定93.2.1辊距和辊径的确定93.2.2矫正辊辊颈直径113.2.3矫正辊传动端的尺寸确定113.3矫正机力能参数的计算123.3.1作用在矫正辊上的压力（矫正力）123.3.2作用在矫正辊上的矫正扭矩143.4辊式矫正机主电机的选择153.4.1矫正机功率的确定153.4.2选择电机163.4.3电机过载校核163.5作用在螺丝上的最大矫正力的确定173.6压下电机选择183.6.1压下螺丝的设计183.6.2电机过载校核203.6.3传动速比的分配214.零、部件的设计与校核224.1压下螺母的强度设计及校核224.1.1压下螺母的高度设计及挤压强度校核224.1.2压下螺母的外径设计及机架与螺母端面挤压强度校核234.1.3压下螺丝的校核244.2圆柱齿轮减速器的选择244.3蜗轮蜗杆的设计及校核254.3.1蜗轮蜗杆的设计计算254.3.2蜗杆的校核284.4蜗杆轴的强度校核294.5圆锥滚子轴承寿命计算334.6联轴器的选择355.润滑方式的选择365.1矫正辊的润滑365.2圆柱齿轮减速机的润滑365.3蜗轮蜗杆的润滑365.4压下螺丝（螺母)的润滑376.设备的可靠性与经济分析386.1设备的可靠性386.2技术经济分析方法396.3设备的经济性分析40结 论41致 谢42参考文献43第 42 页辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）1.绪论1.1课题研究的目的和意义 金属加工学科的一个分支是矫正技术，已经广泛应用到日常金属加工业、仪器仪表制造业、汽车、石油化工业、冶金工业、船舶和飞机制造业、建筑材料业、机械装备制造业、及精密加工制造业。矫正技术的进步迫切要求矫正理论能进一步解决轧钢机械的一些疑难问题，推动和开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求信息化带动工业化的发展，矫正技术也要跟上时代步伐。首先要在矫正机设计、制造、矫正参数设定、矫正过程分析及矫正质量预测等方面做到新软件技术开发；其次进行数字化矫正设备的研制，使矫正技术走上现代化的道路，不断丰富和完善金属材料矫正学方面的内容。金属材料在加工和运输过程中，常常会受外力、温度等因素的影响发生弯曲，扭曲变形。为了解决这种弊端，矫正技术应运而生。矫正技术多用于金属材料加工的后部工序，在一定程度上提高产品或成品的质量水平，矫正技术同其他金属加工技术一样，在 20 世纪取得了快速的发展，相应的矫正理论也得到了明显的进步，虽然还有一些理论滞后于实践的情况，但是如今的矫正理论已经进入到了解析化和系统化的时代，并为数字化和信息化敞开了大门，随着计算机技术的高速发展和普及，矫正技术和矫正理论还会有很大的发展空间。1.2矫正机的发展状况钢铁工业是最重要的基础工业，是其他工业发展的物质基础。有了钢铁，就使得中国国民经济的技术得到新型的改善。而矫正技术在轧钢过程中有着不可代替的地位。 我国20世纪五、六十年代的大部分辊系的矫正机都采用大节距大工作辊，矫正厚度范围只在45倍，支承辊承载能力低，矫正能力低下，且工作辊轴承座是整体，是固定不可调节的，造成矫正钢板的质量下降，产品成材率低。而厚板矫正技术在我国起步较晚，理论研究生产落后的现象明显，经过近些年来工业技术的不断发展和改善，矫正机的性能和各项参数都有了显著的改善。钢板的宽度、厚度及其长度规格也在不断扩大。例如2005年投产的宝钢5m热矫正机由SMSD设计，是全液压9辊调节矫正机。最大矫正力达到44000KN，钢板的矫正温度范围也较大：4001100，钢板的厚度范围在10mm80mm，宽度达到4800mm，矫正速度达到0.52.5m/s。其矫正机电动机功率为220KW。舞阳钢厂生产的最厚钢板能达到700mm(900mm厚钢锭生产，不保探伤）。现今，厚板矫正机已由二重式发展到四重式，辊子为倾斜布置、成组换辊，并有过载保护装置，机架采用预应力框架结构，增大刚度。四重式矫正机，在结构和辊系布置上做了很大改进，改变了原有二重式热矫正机矫正质量不理想、矫正能力低、辊距大、维修困难等缺点，使矫正厚度范围扩大到原来10倍左右。矫正机向自动化、全液压、高刚度、高负荷等多功能的矫直技术发展，即采用第三代矫正机，进一步提高钢板表面质量水平。1.3辊式矫正机的主要产品、技术性能与工艺参数钢板矫正机生产的产品除了一些常见产品外，主要还包括生产建筑、造船、汽车、石油、化工、国防、矿山等专用钢材。 该矫正机的技术参数主要有：工作方式：压下方式；可倾斜调整，传动矫正辊数，矫正辊直径，矫正辊辊身长度，矫正辊辊矩，矫正辊数量，中间辊辊数，中间辊直径，中间辊辊矩，支承辊辊径，矫正辊辊面标高，支承辊排数，上辊系的倾动，向倾斜调整，矫正辊传动方式，压下平衡机构，采用弹簧平衡等。 1.4辊式矫正机的矫正工艺矫正机的矫正工艺与矫正机的类型和上排工作辊的调整方式有密切关系。下面为几种矫正机上排辊调整方式： 1、上排各辊可单独调整的矫直机：在这种矫正机上，第2、3辊按照大变形矫正法确定其压下量，将轧件剧烈弯曲，第4辊的压下量适当控制，使残余率值减小，后面各辊按小变形矫正法调整压下量，将轧件逐渐矫平。这种调整方式一般用于59辊式型钢矫正机。 2、上排辊整体平行调整的矫正机：矫正机上除第1与最后一个辊子外，其余各辊的压下量是相同的，使轧件多次反复剧烈弯曲，形成单值残余曲率。最后一个辊能单独调整，将此残余曲率矫平。第1辊适当减小压下量，以便于轧件的咬入。这种调整方式一般用于711辊式型钢矫正机。用以矫正中厚板。 3、上排辊可以倾斜调整的矫正机：轧件在入口端的第2、第3辊上的反弯曲率最大，产生大变形，迅速消除轧件的原始曲率不均匀度。以后各辊的压下量按直线关系递减，在第n-1辊处，轧件的反弯曲率最小，只产生弹性弯曲变形。采用这种调整方式的是钢板矫正机。 4、上排辊子可局部倾斜调整的矫正：这种矫正机出口处或入口与出口处的局部上排辊可倾斜调整，上排其余各辊整体平行调整。这种调整方式集中了平行调整与倾斜调整矫正机的优点。适合于矫正薄带材或薄板材。1.5辊式矫正机的工作原理及特点辊式矫正机的工作原理：加工件在辊式矫正机上通过多个交错排列的辊子多次反复弯曲而得到矫正。辊式矫正机的特点：对于那些原始曲率较大，曲率方向变化频繁的加工件，多采用连续式多辊递减压下的辊式矫正机。不但可得到很好的矫正质量，而且还能提升了矫正速度，在现代轧制生产中占据了重要可观的地位。因此各种型材、板材和管材生产都离不开辊式矫正机。1.6本课题研究内容及方法依据钢板的实际尺寸和变形情况，矫正的理论公式进行钢板矫正机的原型开发，确定结构参数、力能参数和工艺参数。其中，钢板矫正机大多是台架式的。它的上台架可以整体压下，其压下系统多是集体驱动的；采用带有独立动力的蜗轮蜗杆传动系统对矫直辊的垂直方向位置进行调整；通过联轴器和齿轮减速器对矫正辊进行单独传动等设计方案完成设计任务。绘制装配图、部件图、零件图等，对不合理的地方进行二次修改。以下是本次设计任务书的主要内容。 1) 九辊矫正正机的结构确定、矫正机的力能参数计算2)传动功率计算，电动机类型选择3)矫正机的压下装置设计4)压下螺丝和压下螺母、蜗轮蜗杆的设计及校核和轴承的寿命计算。2.总方案2.1矫正方案 在辊式矫正机上，通过每个辊子能使轧件发生的变形和把残余曲率消除的方法。矫正方案有小变形和大变形矫正方案。1、小变形矫正方案：该方案的矫正原则是矫正反弯的压下量用于消除钢板在前一辊上产生的最大残余曲率(即进入该辊的最大原始曲率)，使之变平。而它的主要优点是轧件的总变形曲率比较小，在矫正轧件的过程中所需要的能量也少。2、大变形矫正方案：这是使具有不同原始曲率的轧件经过几次剧烈的反弯以消除其原始曲率的不均匀度，形成单值曲率，然后按照矫正单值曲率轧件的矫正方法加以矫正的方案。采用大变形矫正方案，可用较少的辊子获得较好的矫正质量。但若过分的加大轧件的变形程度。则会增加轧件内部的残余应力，影响产品的质量，增大矫正机的能量消耗。由于本次设计的钢板变形曲率较小，能量也少。根据上述方案分析可得，采用小变形矫正方案较为合适，2.2 矫正机系统的组成及作用2.2.1机座形式中厚板矫正机大多是台架式的。这种矫正机机座由上台架、下台架和立柱三个主要部分组成。压下螺丝（或螺母）转动，可以调整上、下台架的相互位置，从而调整了矫正辊的压下量。它的上台架可以整体平行压下。所以本次设计选择台架式机架，其压下系统选择集体驱动的。本次设计的矫正机上排辊可以倾斜调整的，上台架由一台电动机通过减速器同时带动四个蜗轮蜗杆减速机同时转动四个压下螺母。2.2.2主传动机构的组成及作用 九辊矫正机的主传动系统由主电机、减速器、联轴器和齿轮等组成。传动系统由1台电机通过联轴器一减速器一联轴器一工作辊装置让设备转动运行。 主传动装置结构简图如图2.1。1-电机 2-联接轴 3-减速器 4-辊系 5-齿轮传动系统图2.1 主传动装置简图1、减速器 减速器是原动机和工作机之间的独立闭式传动装置。减速机能降低电机输出的转速提高输出扭矩，也能降低负载的惯量，本设计采用圆柱齿轮减速机因为它的制造和安装较为简单。2、联轴器联轴器的作用主要用于连接两轴（或轴与其它回转零件），以传递运动和转矩。联轴器的原理是在机器运转时，联轴器始终把两个轴连接在一起，只有在机器停止工作时，通过拆卸才能使两轴分离。联轴器包括电动机联轴器和主联轴器。电动机联轴器用来连接电动机与减速机的传动轴，而主联轴器则用来连接减速机与齿轮座的传动轴。2.2.3 压下机构组成和作用 图2.2为九辊钢板矫正机压下系统简图，它的作用是实现对上辊的调整，以控制矫正的辊缝，达到良好的板材质量。常采用的是上辊调整装置，由电机、圆柱齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、压下螺丝和压下螺母组成。 电机通过圆柱减速机减速，带动4个压下螺丝转动，将活动横梁沿机架内侧的滑板上下移动，同步轴采用联轴器实现单独调整，可通过板材厚度、宽度、材料及原始曲率来调整其开口度大小，压下工作行程。压下螺丝上部为矩形花键导向，下部是轧钢机用锯齿形螺纹，承受矫正力和实现辊系的上下移动，下端部是球面结构，可实现矫正辊系的前后倾动功能，同时下部装有安全保护作用的液压垫，当操作者在操作时发生误操作或矫正过程中发生卡钢现象时，矫正力过大时，可使活动梁及上辊系快速抬起，工作辊的开口度增大，对设备起到保护作用，同时油压传感器用来检测矫正过程中矫正力的大小。1蜗轮 2蜗杆 3联轴器 4电机 5减速器图2.2九辊矫直机压下系统传动机构简图 1、蜗轮蜗杆减速器 蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构。它能承受很大的传动比，因为承受的传动比大，零件的数也少，故蜗杆的结构要紧凑；在传动中，啮合齿对很多，所以它的传动是平稳的，且噪声也较小；若蜗杆的螺纹升角比啮合面的摩擦角小时，会发生自锁现象。2、压下螺丝和压下螺母压下螺丝一般由头部、本体和尾部三个部分组成。头部与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了防止端部在旋转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调位能力，我们可以把矫正机压下螺丝的端部做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的尾部是传动端，承受来自电动机的驱动力矩。压下螺母是轧钢机座中重量较大的易损零件。螺母通常采用贵重的高强度青铜铸成。3.矫正机的结构参数及力能参数的确定3.1原始参数本设计已知参数如下： 轧件材料： 矫正速度： 轧件厚度： 矫正机上矫辊数： 轧件宽度： 矫正机下矫辊数：轧件长度： 压下速度：矫正温度： 3.2矫正机的基本参数确定 矫正机的基本参数主要包括以下几种： 辊径、辊距、辊数、辊身长度和矫正速度。3.2.1辊距和辊径的确定1、辊距t的确定辊距 t 是矫正机的最基本的参数。确定辊距t时，不仅考虑最小厚度轧件的矫正质量要求，还要考虑矫正最大断面轧件时矫正辊的强度要求。所以要分别计算最大允许辊距和最小允许辊距。然后再确定的辊距（尽量取小值），最后圆整矫正机的参数。查文献1，式11-49可知： （3.1）式中：轧件的最小厚度， 弹性模量，由材料 查得 屈服极限，根据文献4,表15-1查出将数据代入公式(3.1)得：查文献，式11-49 可得： （3.2）式中：轧件最大厚度， 弹性模量， 轧件的屈服极限，将数据代入公式(3.2)得：因为，所以t尽量取小值所以可取2、辊径的确定辊颈D与辊距t有一定比例关系查文献1,表11-4可得： （3.3）式中：辊径； 辊距， 由文献1，表11-4得将数据代入公式(3.3)得：圆整后取3、辊数n：本次设计九辊矫正机：n=94、辊身长度L的确定辊身长度与轧件最大宽度有关，查文献1，P379得： （3.4） 当时，；当时，。由于轧件宽度；根据本次设计要求，可取。 将数据代入公式(3. 4)得：5.矫正速度：本次设计矫正速度。3.2.2矫正辊辊颈直径 查文献1，P81使用滑动轴承时有： 式中： 辊颈直径 辊 径， 将数据代入得: 取辊颈 ：3.2.3矫正辊传动端的尺寸确定 根据本设计确定矫正辊传动端的外径：。 由上述数据可得，矫正辊结构尺寸图如下：图3.1矫正辊的结构图3.3矫正机力能参数的计算辊式矫正机的力能参数包括作用在矫正辊上的压力（矫正力）、矫正扭矩和矫正机的驱动功率。3.3.1作用在矫正辊上的压力（矫正力）1、轧件的屈服力矩将轧件弯曲至表层纤维的应变时的外力矩，称为屈服力矩，用表示。查文献得： (3.5)式中： 轧件的屈服极限； 断面形状对称轧件的断面系数 轧件宽度； 轧件厚度 ；将以上数据代入公式(3.5)得：2、轧件的塑性弯曲力矩当轧件弯曲至全塑性弯曲状态时，整个断面上纤维的应力达到时，外力矩达到最大值，称为塑性弯曲力矩。查文献1，式11-14a可得: (3.6)式中：轧件的屈服力矩 断面的形状系数；由文献1，表11-2查得。将以上数据代入公式(3.6)得： 3、 作用在矫正辊上的压力（矫正力）查文献按照假设可得出各辊下矫正力的计算式为： （3.7）式中：轧件的塑性弯曲力矩； 轧件的屈服力矩； 辊距；将以上数据代入公式(3.7)得: 查文献可知作用在上、下排辊子上的压力总和为： (3.8)式中： 矫正机辊数； 轧件的塑性弯曲力矩； 轧件的屈服力矩； 辊距；将数据代入公式(3.8)可得：3.3.2作用在矫正辊上的矫正扭矩查文献1，式11-40可知： (3.9)式中：的数值；对于钢板，；是轧件的厚度；，则。将数据代入公式(3.9)得： 查文献按照假设条件，总的矫正扭矩计算式为： (3.10)式中： 平均原始曲率 小变形矫正方案的残余曲率最大值。对矩形断面轧件，其最大值为： (3.11)式中： 轧件的屈服极限； 是轧件的厚度； 弹性模量；将数据代入公式(3.11)得：将数据代入总的矫正扭矩计算式(3.10)得：3.4辊式矫正机主电机的选择3.4.1矫正机功率的确定查文献可知辊式矫正机的电动机功率按计算如下： (3.12)式中：矫正扭矩 ； N mm 作用在辊子上的压力总和； 辊子与轧件的滚动摩擦系数，考虑可能出现较大的滑动摩擦，则对于钢板， 。 辊子轴承的摩擦系数；滑动轴承 辊径； 辊子轴承处直径； 矫正速度； 传动效率； 将数据代入公式(3.12)可得：3.4.2选择电机根据文献6，表21-6选择主电机如表3.1所示：表3.1主电机参数型号额定功率(KW)转速(r/ min)Y315L1-416014803.4.3电机过载校核 （3.13） 电机轴上的总静力矩；矫正扭矩 ； 附加摩擦力矩 ； 空转力矩 ； （3.14） （3.15） 因此，选取的电机符合要求。3.5作用在螺丝上的最大矫正力的确定 查文献，11-33 和 ,11-34 得： （3.16）单个压下螺丝上的作用力。3.6压下电机选择3.6.1压下螺丝的设计 本设计压下螺丝采用锯齿形螺纹；这种螺纹兼有矩形螺纹传动效率，梯形螺纹牙根强度高的特点。1、压下螺丝最小断面直径的确定：查文献，式4-5 可知： （3.17）作用在单个螺丝上的最大矫正力； 压下螺丝的许用应力；压下螺丝材料为锻造碳钢，强度极限为， 当安全系数 n=6时， R = 100120Mpa。 根据设计取 查文献 6，p3-28 取螺距 t = 6 压下螺丝螺纹小径： 中径： 大径： 压下螺母螺纹小径： 中径： 大径： 因此 螺纹升角 2、压下螺丝的静力矩和压下电机功率计算： 压下螺丝的静力矩查文献1，式4-6 可知 ： （3.18） 式中：螺纹中径 ；取 =125.5当量摩擦角，即，为摩擦系数一般取0.1，故5=；螺纹升角； 作用在一个压下螺丝上的力；止推轴承的阻力矩；按式 ，4-7 计算 ： = 压下螺丝止推轴颈直径； 滑动止推轴颈；可取 取 螺纹摩擦阻力矩； = =+= += N mm 压下螺丝的传动电动机功率，查文献5，式4-11 可知： （3.19）式中：传动压下螺丝的静力矩；=N m压下螺丝转速； 压下螺丝速度； = （3.20） 传动系统总的机械效率。所以传动电机的功率为：= 所以： 根据文献6，表21-6选择压下电机如表3.2所示：表3.2压下电机参数型号额定功率(KW)转速(r/ min)Y280M-49014803.6.2电机过载校核电机轴上的总静力矩；压下螺丝静力矩 ； 因此，选取的电机符合要求。3.6.3传动速比的分配 减速机速比： 因 故4.零、部件的设计与校核4.1压下螺母的强度设计及校核4.1.1压下螺母的高度设计及挤压强度校核 压下螺母是易损零件，通常采用高强度青铜ZQA19-4。1、压下螺母高度的设计 查文献，130 可知： （4.1）压下螺丝螺纹中径； =125.5mm 根据本次设计实际取 H=300mm2、 压下螺母螺纹副的挤压强度校核。 螺纹受力面上的挤压强度为： （4.2） 式中： 单个压下螺丝轴颈上的力 N压下螺丝的大径，d=160mm d压下螺丝的小径，d=119.587 mm Z压下螺母中的螺纹圈数 ， Z=压下螺母与螺丝的小径之差。压下螺母小径。 = mm 螺纹间许用应力，由文献1，130 可知：。则： 所以，挤压强度校核合格 。 4.1.2压下螺母的外径设计及机架与螺母端面挤压强度校核1、压下螺母的外径的设计 查文献1，130 可知： （4.3） =1.8125.5=225.9mm根据实际取 2、 机架与螺母端面间挤压应力校核机架与压下螺母端面接触简图如下：图4.1机架与压下螺母端面接触简图 （4.4） 其中： 单个压下螺丝轴颈上的力； N许用挤压应力；由文献1，P130可知：。机架上螺丝穿孔直径 ，=180mm ；螺母最外径，=3000 mm 。则 所以，机架与螺母间挤压应力校核合格 。4.1.3压下螺丝的校核查文献，式4-5 可知：作用在单个螺丝上的最大矫正力； R压下螺丝的许用应力；一般压下螺丝材料为锻造碳钢，强度极限为当安全系数 n=6时， R = 100120Mpa。压下螺丝最小断面直径 ， 4.2圆柱齿轮减速器的选择根据本设计传动比，传动平稳、效率高、双驱动等特点因此选用ZLY型双驱动减速器如图4.2所示：图4.2圆柱齿轮减速器4.3蜗轮蜗杆的设计及校核4.3.1蜗轮蜗杆的设计计算1、根据GB/T100851988采用渐开线蜗杆 。2、本次设计蜗杆采用，效率高，耐磨性好，蜗轮采用铸锡磷青铜ZCuSn10P1。3、按齿面接触疲劳强度设计闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，再校核齿根弯曲疲劳强度查文献6，式11-10得： （4.5） （1）确定作用在蜗轮上的转矩，按。则，=9.55 = （2）确定载荷系数 = （4.6） 其中： 使用系数，由文献5，表11-5 得=1.15 载荷分布不均匀系数，因工作载荷较稳，取动载系数，由于转速较低，所以取=1.05 所以： =1.15 = 1.21（3）确定弹性影响系数由于选用的是铸锡磷青铜蜗轮与蜗杆相配，故 （4）确定蜗轮齿数（5）确定许用接触应力 蜗杆材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1， 金属模铸造蜗杆齿面硬度大于45HRC， 查文献5，表11-7 查得蜗轮的基本许用应力 ； 应力循环次数： 寿命系数：= （4.7） 则 ： =0.76=204MPa （6）计算： 查文献5，表11-2得，取模数 m=12.5mm,蜗杆分度圆直径=112mm 。4、蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1） 中心距： （2） 蜗杆： 蜗杆轴向齿距：=3.14=19.25mm ；直径系数：=齿顶圆直径：=+=112+2=137mm ；齿根圆直径：=（）=（） =112-2（12.5+0.2）=82mm ；分度圆导程角： ；蜗杆轴向齿厚：=mm ；（3）蜗轮蜗轮分度圆直径：变位系数：蜗轮喉圆直径：=；蜗轮齿根圆直径：=蜗轮咽喉母圆半径：=3555、校核齿根弯曲疲劳强度 根据文献5，式11-11可得： （4.8） 式中：齿形系数，当量齿数， =查文献5，图11-17，查得齿形系数=2.25 ；螺旋角影响系数，=0.9101； 基本许用弯曲应力，查文献5，表11-8，查得由ZCuSn10P制造的蜗轮基本许用弯曲应力；寿命系数， =0.609 许用弯曲应力， =56=31.104MPa；则： = = 所以，蜗轮强度校核合格 。4.3.2蜗杆的校核蜗杆刚度的校核 查文献5，式11-13可知进行刚度校核 （4.9） 蜗杆受到的圆周力（N）。查文献，式11-5得： （4.10） =9.55=9.55 = 蜗杆直径。 取mm蜗杆径向力。（N）E蜗杆材料的弹性模量，蜗杆危险断面惯性矩，齿根圆直径 蜗杆两端支撑间的跨距，许用最大挠度， = 所以蜗杆刚度校核合格。4.4蜗杆轴的强度校核由上述数据求得参数如表4.1：表4.1蜗杆和蜗轮参数表名称数据蜗杆直径蜗轮直径蜗杆受力 ， ，蜗杆扭矩根据蜗杆的直径80mm 选用圆锥滚子轴承30212 本次设计的蜗杆轴长： 该轴的受力分析如图4.3：图4.3蜗杆轴受力图 （4.11） （4.12） （4.13） （4.14） （4.15） （4.16） （4.17） （4.18）= （4.19）已知选轴材料为，调质处理。查文献5，表15-1 得=70MPa ， 此蜗杆轴合理安全对其危险截面B进行精确疲劳强度校核：首先，判断危险截面如下: 截面A、B只受扭矩作用无需校核。从应力分析上看应对轴进行的疲劳强度校核，从受载分析,截面C的应力集中最大，所以校核该截面。1、确定抗弯系数: W=0.1=0.1 2、确定抗扭系数： =0.2=0.23、截面C的右侧的弯矩M为： （4.20） 4、截面C上的扭矩为：5、截面上的弯曲应力为： （4.21）6、截面上的扭转应力为： = （4.22）7、轴的材料为。调质处理。查文献5，表15-1 查得： 8、因 ， 查文献5，附表3-2 查得：2.13 =1.8 查文献5，附图3-1 查得： =0.85 轴性系数为：9、确定有效应力集中系数：K=1+=1.93 （4.23）K=1+（-1）=1.68 （4.24）10、确定尺寸系数： 查文献5，附图3-2 查得： 查文献6，附图3-3 查得： 11、表面系数的确定： 该轴为磨削加工，查文献5，附图3-4 查得：12、综合系数的确定： 该轴未经表面强化处理，查文献5，式3-12 ，,式3-14b 得： 综合系数为：= （4.25a） = （4.25b） 13、特性系数的确定： 查文献5， ，得，碳钢的特性系数： 取 0.1 取 0.0514、安全系数的确定： 查文献5，式15-7 得： S= （4.26） 式中， 所以： S= 查文献5，式15-7 得： S= （4.27） 式中： 所以，： S= 查文献5，式15-8 的： （4.28） 所以它是安全的。4.5圆锥滚子轴承寿命计算 根据蜗杆的分度圆直径为112mm，查文献4，表21-3 可选用圆锥滚子轴承为30216， a=28mm, =150.8KN，=120KN，； 圆锥滚子轴承支反力和计算： = = （4.29） = = （4.30） 轴承受力分析如图4.4:图4.4轴承受力图= （4.31） =N （4.32） +=3710N 所以,左轴承为紧轴承，右轴承为松轴承 =3699N 查文献5，表13-5查得： 对轴承1： 对轴承2： 查文献6，表13-6查得，取。则 （4.33） =1.5 （4.34） =1.5 轴承的使用寿命为 ： 因为，所以按轴承1的的受力大小算：= （4.35） = 4.6联轴器的选择 选择联轴器类型时可以考虑以下几各因素：1、转矩大小和性质以及是否需缓冲减震；2、联轴器的工作转速高低和引起的离心力的大小；3、一两轴相对位移的大小和方向； 4、联轴器的可靠性和工作环境；由蜗杆轴端面直径50，查文献4，表22-1得采用HL4型联轴器，本设计采用7个这样的联轴器，HL4型号联轴器简图如图4.5：图4.5HL4型凸缘联轴器 5.润滑方式的选择在机械运行时所有可以运动的零、部件中，当两个零件（部件）受到压力的情况下接触会产生相对运动的趋势，在它们接触表面间会产生摩擦，摩擦产生热量会破坏零部件使机械受损，从而缩短了机械使用寿命，在维修或更换中会浪费大量财力物力。如果在机械的可动零部件的接触面间加入润滑油，就会在很大的程度上减少机械的磨损，延长机械的使用寿命。润滑油还能保护零件不受锈蚀和起到散热降温的作用。可见，在机械领域中润滑油占据了相当重要地位。5.1矫正辊的润滑矫正机是在高速、高温、重载的环境中工作的，会产生大量的热量，在工厂中也会有大量的粉尘侵入，当粉尘积累过多是会造成矫正机不能正常运行。油气润滑是矫正机的工作辊、支承辊、前后导辊等的最佳润滑方式，润滑油的降温在这里起到至关重要作用，可使细小的粉尘吸附在油气中，减少粉尘在机械中的堵塞。即延长矫正机使用寿命，又改善了现场的环境。5.2圆柱齿轮减速机的润滑 本次设计采用闭式齿轮传动，其润滑方法采用侵油润滑，将大齿轮的轮齿侵入油池中。在机械运行时，大齿轮会把润滑油带到啮合的齿面上，也将油甩到箱壁上，以起到散热的作用。5.3蜗轮蜗杆的润滑润滑对于蜗杆来说是有很大作用的。如果蜗杆润滑不良时，传动效率会大大的降低，还会造成剧烈的磨损和齿间胶合破坏，因此常常采用粘度较大的矿物油进行润滑，工作人员常常还会在润滑油中加入一定的添加剂，还能提高蜗轮蜗杆的胶合能力。根据蜗杆相对滑动速度及载荷类型来选择润滑油的运动粘度。本次设计的蜗轮蜗杆采用的是闭式传动，承受中等载荷类型，查阅相关文献5，表11-21可得其运动粘度，查阅相关文献6，表12-3选择该蜗杆传动润滑油的牌号为320，黏度等级为320。5.4压下螺丝（螺母)的润滑压下螺母可采用干油或稀油润滑。在轧钢机械中采用稀油润滑，循环油从上端面的径向油孔送入螺纹，在螺纹孔内还开有油槽，可使润滑油能流入每一圈螺纹。减少压下螺丝与压下螺母配合时产生的热量，使压下螺丝能在螺母中频繁快速地移动，还能使螺母寿命提高到原来的1.52倍。6.设备的可靠性与经济分析6.1设备的可靠性1、设备的可靠性定义 机械在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力，叫做设备的可靠性。2、可靠度的计算 查资料可知可靠度函数为 （6.1）式中： 失效率，为常数，取； 工作时间。假设工作，将数据代入公式（6.1）得可靠度为： 其故障率分布曲线（浴盆曲线）如图6.1所示：图 6.1 故障率分布曲线3、设备的平均寿命 使用寿命是机械设备可靠性的一个重要指标之一，即平均寿命。工作时间随机变量的期望值查相关资料得： （6.2）式中 ： 平均寿命； 可靠性函数，机械设备是可修复系统，即为一次年修的平均工作时间：。则 ： (6.3)式中 ： 失效率，为常数，查资料取。将数据代入公式（6.3）得：6.2技术经济分析方法 技术经济分析方法是：在进行产品的开发、提高产品的质量或改建、扩建甚至是兴建一个企业是分析方案的经济效果。常采用的方法有以下几种： 投资效果系数法：投资效果系数法反映新工程占用费用的资金。它的倒数是投资回收期，当投资效果系数越大时，投资效果就越好，相反即知。 投资期回收期法：在同一项目中会有不同方案并对它们进行比较，有时可能出现甲方案占用基建设投资额大，而预计生产后产品总成本额大的情况。当评价它们方案经济效果时，常常会计算甲方案的适加投资回收期。 计算费用法：当标准回收期已定时，比较同一方案的经济效果的最有用的方法是计算费用法，当一个项目有多个不同方案时，该方法是最方便的。 净现值法：就是在项目寿命周期内的收入与支出的差额，用一个预定的利息率折算为项目现值。当计算结果为正值，则说明收入大于支出，经济效果好，相反即知。 成本效益分析法：成本效益分析法在国外应用普遍，它是在平衡点的基础上，对不同的方案进行评价
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