160T钢水罐旋转台设计方案.doc

160T钢水罐旋转台设计1绪论1.1选题背景及目的钢水罐旋转台作为鞍钢股份公司第一炼钢厂炼钢生产的主要设备，在长期的炼钢发展和改进过程中，钢水罐旋转台已经获得良好的收益，工作稳定，为RH炉提高了生产效率。本文根据现场实际工况以及一些参考资料对该装置原有设计进行重新计算研究。连续铸钢作为一种新的炼钢工艺，在降低生产成本、提高经济效益、简化加工工艺等方面显示了极大的优越性。钢水罐旋转台是连铸车间的重要设备。钢水罐旋转台的作用是将钢包迅速地进行跨越输送并连续浇注实现钢水包满包与空包的快速更换，并与钢水包、结晶器等设备实现钢水浇铸的连续性。钢水罐旋转台是近十多年来发展很快的一种钢包运载设备，其作用是将载满钢水的钢包回转到浇钢位置，同时将浇完钢水空包回转至盛接钢水的位置并准备运走。在近代连铸设备中采用钢水罐旋转台具有如下特点：它能迅速准确地将载满钢水的钢包运送至浇钢位置，并在浇钢过程中支承钢包；更换钢包迅速、能适应多炉连浇的需要；发生事故或断电时，能迅速将钢包转移到安全位置；能实现保护浇注，并通过安装钢水称重装置，浇铸更顺利；占用浇铸平台面积小，有利于浇注操作。由于钢水罐旋转台有上述特点，在一些连铸技术较先进的国家，它已成为近代连铸必备的标准设备11。由于鞍钢第一炼钢的生产设备正在完善，钢水罐旋转台也被用于RH精炼炉。RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法。于1959年由德国人发明，其中RH为当时德国采用RH精炼技术的两个厂家的第一个字母。真空技术在炼钢上开始应用起始于1952年，当时人们在生产含硅量在2%左右的硅钢时在浇注过程中经常出现冒渣现象，经过各种试验，终于发现钢水中的氢和氮是产生冒渣无法浇注或轧制后产生废品的主要原因，随之各种真空精炼技术开始出现，如真空铸锭法、钢包滴流脱气法、钢包脱气法等，从而开创了工业规模的钢水真空处理方法，特别是蒸汽喷射泵的出现，更是加速了真空炼钢技术的发展。首先由装满钢水的钢水罐旋转台将钢包转到RH炉的位置，然后由RH炉进行提纯，主要除磷、硫杂质和一些气体，提纯后由旋转台将钢包转走，进行下一工序。钢水罐旋转台内有电控装置，旋转部分中也有很多电缆，为了保护电缆不会在旋转时扭断损坏，所以必须控制旋转台的旋转角度，本旋转台可以正反转，既最大只能旋转。1.2钢水罐旋转台在国内外的发展趋势就全球来看，1970年，连铸钢仅占粗钢产量的4%，而到今天，已经达到了惊人的88%。世界钢铁供大于求的形式即将消退，供需平衡即将恢复，粗钢产量平均增长速度4%。2001年连铸钢产量8.503亿t；2002年增长了6.2%，达到9.036亿t。2003年粗钢产量为9.648亿t，较前一年增长了6.8%；而2004年的粗钢产量达到了10.5亿t，增幅8.8%，该年连铸产量达到9.37亿t。在产钢大国中，中国占据世界连铸钢生产的23.72%，其后是日本12.76%和美国10.38%。中国连铸比91.20%，低于工业国的平均水平，但高于88%的世界平均水平。在提高世界平均连铸比方面，中国仍将扮演重要角色。现在钢水罐旋转台早已作为国内外连铸生产中必不可少的设备。我国最近生产出的大型钢水罐旋转台是2150连铸机钢水罐旋转台，由首钢京唐钢铁公司在机电公司机械厂制造完成。这台设备采用意大利达涅利公司技术制造，单臂承重达450吨，是目前国内同类设备中最大的单体设备。德、日、美等国在钢水罐旋转台已具有先进水平，尤其在强度、刚度、稳定性、抗冲击性能方面有很大优势。1.3钢水罐旋转台的技术性能及工艺参数本人设计的钢水罐旋转台的承载能力为160T，旋转速度为0.856r/min，旋转角度为。 1.4钢水罐旋转台的类型、用途、特点、结构组成、工作原理1.4.1钢水罐旋转台的类型钢水罐旋转台按转臂旋转方式不同，可分为两大类：一类是两个转臂可各自作单独旋转，另一类是两臂不能单独旋转。两臂可各自单独旋转的回转台操作灵活，但结构复杂，制造和维修困难，制造成本高。这种、型式由于两个转臂可各自独立旋转，因而可以实现一个转臂在一边浇注钢水的同时，另外一个转臂能够在任何角度上接受钢包。但这种型式只有在工艺上有特殊要求时才采用。而双臂同时转动的回转台结构简单，维修方便，制造成本低，应用广泛。凡是钢水需要过跨的连铸机一般都选用这种旋转台。1.4.2钢水罐旋转台的特点钢水罐旋转台运载并承托着装有高温钢水的钢包，因此其工作有如下特点：(1)重载钢水罐旋转台承载着从几十吨到几百吨重的钢包，当两个臂都承托着盛满钢水的钢包时所受的载荷为最大。一般钢包自重约为钢包容量的40左右，那么最大承载可达到2.8Q，Q为钢包容量。例如某厂钢包容量为300t，而钢水罐旋转台最大载荷可达到2420t。(2)偏载钢水罐旋转台承载约有以下5种工况：两边满包、一满一空、一满一无、一空一无、两空。最大偏载发生在一满一无的工况，在这种工况下回转台就会产生最大的倾翻力矩。(3)冲击钢包的安放和移走都是用吊车完成的，在安放和吊起时钢包对回转台产生的冲击将不可避免，这种冲击会使回转台的零部件产生强烈的动载荷。(4)高温钢水会对回转台产生热辐射，使回转台出现附加的热应力。钢水罐旋转台工作条件十分恶劣，因此在结构上必须有足够的强度、刚度、稳定性、抗冲击性能，还应有防热辐射的能力。1.4.3钢水罐旋转台的结构组成钢水罐旋转台由回转部分、固定部分、润滑系统和电控系统所组成。回转部分由回转环、“H”型回转臂、钢包升降装置、加保温盖装置以及回转驱动装置所组成。由于回转速度较低(0.51r/min)，速比大，所以回转驱动的大齿轮广泛采用柱销齿圈，它结构简单、维修方便、造价低廉。钢包升降有电机驱动和液压驱动两种形式，升降行程0.6lm，升降速度0.52m/min。回转固定装置的作用是保证钢包在浇注时有准确定位，并不致在外力冲击下产生位移。由于偏载和回转造成巨大的倾翻力矩，通过地脚螺栓传递到基础上，因此必须高度重视地脚螺栓的设计。通常将地脚螺栓和锚固框架组成一个整体结构，以抵抗强大的倾翻力矩。为使地脚螺栓在变载荷下不至于松动，可使用预应力高强度螺栓。1保温行走装置；2钢包；3回转台图1.1 钢水罐旋转台组成图2钢水罐旋转台的设计方案2.1钢水罐旋转台的组成部分钢水罐旋转台主要由原动机（电动机）、传动装置（减速器）和工作机三部分组成，各部分通过联轴器连接起来。回转装置福鼎装置的作用是保证钢包在浇注时有准确的定位，并不致在外力冲击下产生位移。由于回转造成巨大的倾翻力矩，通过地脚螺栓传递到基础上，因此必须高度重视地脚螺栓的设计。通常将地脚螺栓和锚固框架组成一个整体结构，以抵抗强大的倾翻力矩。为使地脚螺栓在变载荷下不松动，可使用预应力高强度螺栓。2.2总体方案的选择与设计为实现工作机预定的功能要求，可以有不同的传动方案。合理的传动方案应除满足工作的功能要求，工作可靠性和适应外部条件外，还应为求结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维修方便等。由于钢水罐旋转台的传动方向需要有90的改变，所以钢水罐旋转台有如下的3种传动方案，下面分别对其进行简要分析和比较。方案一，一级传动用电动机直接与圆柱齿轮减速器相连接，二级传动用锥齿轮改变传动方向，锥齿轮具有寿命长，高负荷承载力，耐化学和腐蚀性强，降噪和减震，重量轻，成本低等特点。此减速器宽度尺寸较大，但是由于齿轮制造容易，传动准确，因此也运用较广。开式齿轮传动的工作条件差，润滑条件不好，磨损严重，应布置在低速级。方案二，一级传动用电机直接与圆柱直齿轮减速器相连接，二级传动中采用蜗杆蜗轮改变传动方向，蜗轮蜗杆可以得到很大的传动比，而且具有自锁性，安全系数高。它的结构最紧凑，但是蜗杆蜗轮传动效率低，功率损失大，轴向力大，且成本较高。方案三，一级传动使用蜗轮蜗杆装置，增加传动比，二级使用销齿传动，成本低，承受的扭矩大，结构简单、加工容易、造价低、拆卸方便等优点，故以销轮代替尺寸较大的一般渐开线齿轮时，将具有很大的经济性。特别是个别销齿破坏时，只须个别更换，不致整个销轮报废。综上所述，结合钢水罐旋转台的使用要求，方案三更加符合要求。由于钢水罐旋转台工作环境恶劣，所以需要很好的耐腐蚀性和高负荷承载力，而且需要更好的安全性和较大的传动比，而不需要很高精度的传动，为节省成本，增强耐用性。销齿传动适用于低速、重载的继续传动和粉尘多、润滑条件差等工作环境较恶劣的场合中，所以销齿传动较广地应用于起重运输、化工、冶金、矿山乃至游乐园等部门的一些低速而大型的机械设备中，故选择三方案。2.3钢水罐旋转台的传动原理钢水罐旋转台的工作原理是由电动机通过联轴器与蜗轮蜗杆减速器连接，经过联轴器的连接将传动传递给销齿，带动销轮实现旋转，使钢水罐旋转台工作。图2.1 工作原理图3电机的选择3.1电机的类别电机一般分为直流电动机、交流电动机。在选择电动机时应考虑多方面因素：1.根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的起动、制动、反转、调速等要求，选择电动机。2.根据负载转矩、速度变化范围和起动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制和超载能力选择电动机，并确定通风方式。所选电动机容量应留有余量，过大的备用容量会使电机效率降低。3.根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆起动等考虑必要的保护方式，选择电机的结构方式。4.根据企业的电网电压标准和对功率因子的要求，确定电动机的电压等级和类型。5.根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机的额定转速。根据工作条件应选用YZR起重及冶金用三相异步电动机，起重及冶金用三相异步电动机是用于驱动各种形式的起重机械和冶金设备中辅助机械的专用系列产品，它具有较大的过载能力和较高的机械强度。因此特别适用于短时活断续周期运行、频繁起动和制动、有过负荷及有显著振动与冲击的设备。适合本装置的电机有YZ系列（笼型），YZR系列（绕线转子）5。3.2电动机性能参数的计算3.2.1电机的功率计算1.由于钢水罐旋转台是负荷稳定、长期运转的机械，可按照电动机的额定功率选择，而不必校核电动机的发热和起动转矩。为使电机正常工作，应保证：电机额定功率，。工作机所需电动机功率，。所需电动机功率由下式计算 （3.1）工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定。电动机到工作机的总效率。不同专业的，有不同的计算方法。钢水罐旋转台回转部分 （3.2）工作机的圆周力，；工作机的线速度，m/s；回转环大齿圈分度圆直径，mm；回转环转速, r/min。2. 参数确定 力的确定主要是克服回转环在回转过程中的摩擦力，即圆柱滚动体与齿圈的摩擦。由参考文献4，7-16可知 =59.5KN钢包的重力+10T旋转台自重，；回转环摩擦系数。由力的平衡可列方程 = 摩擦力到回转中心矩离，=1850mm；回转力到回转中心矩离，=2412mm；由（3.2）式及、和3.传动装置的总效率，由传动装置的组成确定。 （3.3）销齿传动效率蜗轮蜗杆传动效率轴承传动效率联轴器传动效率确定传动效率的值，由参考文献3和参考文献4参考可知 （油润滑） （圆弧蜗轮蜗杆） （圆柱滚子轴承） （弹性柱销联轴器）所以4.确定电机额定功率及选择电动机由（3.1）式可得3.2.2电机的使用要求和选择因此根据钢水罐旋转台使用要求，使用10年，每年工作300日，每日工作16h，每小时载荷时间15min，每小时启动次数2050次。启动载荷较大，并有较大冲击，工作环境温度3540C。电机为冶金环境用，H级绝缘，防护等级为IP54，取基本工作制 ，基准负载持续率 ，每个工作周期为10min。查参考文献5，17-1-86，可选用型号过载额定功率效率功率因数最大转矩转速输出轴直径质量YZ200L8YZR200L86.281.60.80.762.52.36060276kg398kg表 3.1 电机参数根据条件，应选择成本低、质量轻的电机，且YZ200L8电机效率较大，最大转矩也较大，适合我所设计的钢水罐旋转台，故选择 YZ200L8电机。4主传动的设计与计算4.1分配传动比电机的转速 ，回转台的要求转速是 总传动比 主传动由蜗轮蜗杆和销齿两部分取 蜗轮蜗杆 取 销齿 4.2各轴的计算0轴：电机输出轴1轴：蜗杆轴2轴：蜗轮轴3轴：销齿轴4轴：销轮轴4.3蜗轮蜗杆的设计与计算4.3.1蜗轮蜗杆的工作条件蜗杆轴输入功率，转速n0=701r/min，传动比i=50，要求使用10年，每年工作300日，每日工作16h，每小时载荷时间15min，每小时启动次数2050次。启动载荷较大，并有较大冲击，工作环境温度3540C。根据工作需求，选择圆弧圆柱蜗杆（ZC型），这种蜗轮蜗杆有较高的效率，承载能力较大，在冶金、起重、化工和重型机械等行业得到日益广泛的应用4。4.3.2蜗轮蜗杆的设计计算1.选择材料和加工精度蜗杆选用20CrMnTi，芯部调质，表面渗碳淬火，齿面硬度45HRC蜗轮选用ZCuSn10Pb1，金属模具铸造。2.初算几何参数根据参考文献4，表14-4-4 当时，取蜗杆头数 3.计算蜗轮输出转矩T2粗算传动效率： 4确定许用接触应力根据表14-4-13当蜗轮材料为锡青铜时 （4.1）由表14-4-14查得蜗轮材料的许用接触应力由图14-14-10查得滑动速度采用浸油润滑，由图14-4-2求得滑动速度影响系数由图14-4-4的注中公式求得应力循环次数根据由图14-4-4查得寿命系数所以由（4.1）得5.求载荷系数 由表14-4-13知： （4.2）动载荷系数啮合质量系数小时载荷率系数环境温度系数工作情况系数风扇系数设 ，按表14-4-13取 ；查表14-4-16，8级精度时，设 ；由于 ，由图14-14-5得 ；小时载荷率小时载荷率以每小时工作最长时间计算；当 时，按15%计算；连续工作1h，取 ；转向频繁交替时，取工作时间之和；由表14-4-17查得 ；由表14-4-18查得 ；由图14-4-6查得 。所以由（4.2）得6. 计算 、等值根据接触强度设计公式 （4.3）齿形系数，由图14-4-7查得 。许用接触应力，由图14-4-8查得 。 根据表14-4-9 取 取 、等值根据表14-4-9得中心距蜗杆轴向模数 蜗杆分度圆直径蜗轮齿数蜗轮变位系数 蜗杆轴向齿廓圆弧半径 实际传动比 7.主要几何尺寸计算蜗杆直径系数 蜗杆分度圆柱导程角 蜗杆节圆柱导程角 蜗杆轴面齿形角 根据表14-4-11取 蜗杆法向齿形角 顶隙 蜗杆齿顶高 蜗轮齿顶高 蜗杆齿根高 蜗轮齿根高 蜗杆分度圆直径 蜗轮分度圆直径 蜗杆节圆直径 蜗轮节圆直径 蜗杆齿顶圆直径 蜗轮齿顶圆直径 蜗杆齿根圆直径 蜗轮齿根圆直径 蜗杆轴向齿距 蜗杆轴向齿厚 蜗杆法向齿厚 圆弧中心到蜗杆轴心线距离 圆弧中心到螺牙对称线距离 蜗杆轴向齿廓圆弧半径 蜗杆螺牙齿顶厚 蜗杆螺牙齿根厚8.校核蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数在初步确定蜗杆传动的主要几何尺寸后，查参考文献7，11-16可按下式校核蜗轮齿面接触疲劳强度的安全系数 ：蜗轮齿面接触应力蜗轮齿面接触疲劳极限最小安全系数蜗轮的圆周速度查表11-12得 蜗轮齿面接触应力 （4.4） 蜗轮分度圆上的圆周力系数蜗轮平均齿宽蜗杆齿的齿形系数查表11-13 得 所以由（4.4）得 蜗轮齿面接触疲劳极限蜗轮与蜗杆的配对材料系数查表 11-14 得 寿命系数其中 是设计时所要求的以小时为单位的工作寿命速度系数因为转速不变，查表 11-16 得 载荷系数因为载荷平稳，得 所以 即 所以该蜗轮蜗杆合格9.蜗杆传动的润滑润滑对蜗杆传动来说，具有特别重要的意义。因为当润滑不良时，传动效率将显著降低，并且会带来剧烈的磨损和产生胶合破坏的危险，所以往往采用粘度大的矿物油进行良好的润滑，在润滑油中还常加入添加剂，使其提高抗胶合能力。由于选择闭式传动，所以选择油池润滑。对闭式蜗杆传动采用油池润滑时，在搅拌损耗不致过大的情况下，应有适当的油量。这样不仅有利于动压油膜的形成，而且有助于散热。由于所旋蜗杆为侧置式的传动，所以浸油深度应为蜗杆的一个齿高。10.散热计算蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量等于同时间内的发热量的条件进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定的范围内。由于摩擦损耗的功率 ，则产生的热流量为蜗杆传递的功率 以自然冷却方式，从箱体外壁散发到周围空气中去的热流量为箱体的表面传热系数，由于通风较好，可取 内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积取 油的工作温度，一般限制在周围空气的温度，常温情况可取为按平衡条件 ，可求得在既定工作条件下的油温 为大于油的工作温度，所以应采取冷却措施，根据条件及考虑成本，选用风冷。11.根据条件，选择的减速器为 CWS-480-50-F。4.4销齿的设计与计算4.4.1销齿的传动特点销齿传动属于齿轮传动的一种特殊形式。其中，具有圆销齿的大齿轮称之为销轮；而另一个具有一般齿轮轮齿齿形的小齿轮仍称之为齿轮。销齿传动有外啮合、内啮合和齿条啮合等三种形式，其齿轮轮齿的齿廓曲线依次分别为外摆线、周摆线和渐开线等。使用时，一般常以齿轮作为主动，因为，当以销轮作为主动是，齿轮的轮齿齿顶先进入啮合，将会降低其传动效率，故很少用销轮作为主动。销齿传动适用于低速、重载的机械传动和粉尘多、润滑条件差等工作环境较恶劣的场合中。其圆周速度范围一般约为，但亦有少数情况低于或高于此范围；其传动比范围一般为 ；传动效率 （无润滑油时）或 （有润滑油时）4。取销齿效率 传动比 4.4.2销齿的设计计算1. 选定材料及确定其许用应力销齿材料采用45号钢，经正火处理，硬度为167217HB，按齿轮转速10r/min查参考文献4，表14-7-3得；查表14-7-4，按对称循环载荷计算 ：销齿许用接触应力销齿许用弯曲应力齿轮材料采用45号钢，经调质处理，HB=207255，按齿轮转速10r/min查表14-7-3得；。轮齿许用接触应力齿轮轮齿许用弯曲应力2.选定 、和确定 、等参数按表14-7-1取 ，。齿轮齿宽系数销齿齿数销轮齿数销轮销齿直径齿轮齿顶高齿距则 销轮齿数 取 销齿实际传动比 销齿实际转速 实际总传动比 按 、查图14-7-5a得 ；为了保证齿顶不变尖而具有一定厚度，以及重合度的许用值不小于1.11.3，则试取 ；按 、查图14-7-5a，得 ，落在其许用范围内，故适合。重合度3.按强度计算确定销齿直径 按表14-7-2中接触强度验算公式校核 ： 取 按表14-7-2中弯曲强度验算公式计算 ：额定负荷下圆周力齿轮齿宽取 ，则 。代入弯曲强度验算公式得故销齿弯曲强度足够。按表14-7-2中弯曲强度验算公式来校核齿轮轮齿弯曲强度：故齿轮轮齿弯曲强度足够。销齿计算长度（夹板间距）齿轮轮齿计算弯曲应力销齿计算弯曲应力2. 几何尺寸计算（参看表14-7-1）齿轮齿数 销齿齿数 销齿直径 齿距 齿轮节圆直径 销轮节圆直径 齿轮齿根圆角半径 ，取齿轮齿根圆角半径中心至节圆圆周距离取 齿轮齿顶高 齿轮齿根高 齿轮全齿高 齿轮齿廓过渡圆弧半径取 齿轮齿顶圆直径 齿轮齿根圆直径 中心距 齿轮齿宽 销齿计算长度 销齿中心至夹板边缘距离取 销轮夹板厚度 ，取 验算夹板挤压强度：按表14-7-2中验算公式验算，并取许用挤压应力 夹板挤压强度足够。许用挤压应力计算挤压应力5零件的设计及校核5.1轴的选择轴是重要的传动装置之一。许多零件（如齿轮、带轮等）都需要装在轴上并和轴一起在轴承的支承下绕轴心线回转，传递转矩，他们共同组成一个轴系。这些装在轴上的零部件的设计有关。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和装在轴上的零部件一起考虑。按轴受载情况分为：1.转轴 支承传动零件又传递动力，即同时承受扭矩和弯矩。2.心轴 只支承回转零件而不传递动力，即只承受弯矩。心轴又分为固定心轴（工作时轴不转动）和转动心轴（工作时轴转动）。3.传动轴 主要起传递动力作用，即主要承受扭矩。按结构形状分为：光轴和阶梯轴；实心轴和空心轴。按几何轴线形状分为：直轴、曲轴、和钢丝软轴。轴的设计包括轴的结构设计和轴的计算。轴的计算包括轴的强度计算、轴的刚度计算和轴的临界转速计算。轴设计的原则是，在满足结构要求和强度、刚度要求的条件下，设计出尺寸小、重量轻、安全可靠，工艺上经济合理，又便于维护检修的轴。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。在多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度。这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂和强度变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，以防止工作中产生过大的弹性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算，以防止发生振动而破坏3。5.2轴的设计5.2.1轴的初步设计图5.1 轴结构图1.选择轴的材料为45钢，调质处理。由参考文献3，表6-1-1查得：，2.初步确定轴端直径取 取 （按表6-1-19选取，因转速低且双向旋转故取较大值）轴的输入端直径考虑轴有键槽，轴颈应增大，取 故符合要求。5.2.2蜗杆轴的力分析图5.2 蜗杆传动的受力分析蜗杆传动的受力分析和斜齿圆柱齿轮传动相似。在进行蜗杆传动的受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响。图5.2所示是以右旋蜗杆为主动件，并沿图示的方向旋转时，蜗杆螺旋面上的受力情况。设为集中作用于节点处的法向载荷，它作用于法向截面内(图5.2a)。可分解为三个互相垂直的分力，即圆周力、径向力和轴向力。显然，在蜗杆与蜗轮间，相互作用着与、与和与 这三对大小相等、方向相反的力（图5.2c)。 在确定各力的方向时，尤其需注意蜗杆所受轴向力方向的确定。因为轴向力的方向是由螺旋线的旋向和蜗杆的转向来决定的,如图5.2a所示，该蜗杆为右旋蜗杆，当其为主动件沿图示方向(主视图为逆时针方向)回转时，如图5.2b所示，蜗杆齿的右侧为工作面(推动蜗轮沿图5.2c所示方向转动),故蜗杆所受的轴向力 (即蜗轮齿给它的阻力的轴向分力)必然指向左端(见图5.2c)。如果该蜗杆的转向相反，则蜗杆齿的左侧为工作面(推动蜗轮沿图5.2c所示方向的反向转动),故此时蜗杆所受的轴向力必指向右端。至于蜗杆所受圆周力的方向，总是与它的转向相反的；径向力的方向则总是指向轴心的。关于蜗轮上各力的方向，可由图6-2c所示的关系看出。（1）当不计摩擦力的影响时，各力的大小可按下列各式计算：、 分别为蜗杆及蜗轮上的公称转矩、分别为蜗杆及蜗轮的分度圆直径（2）计算垂直面内的支反力，先假设两个支反力方向都是垂直向上的，与反向：查文献得图5.3 垂直面内支反力简图、垂直面内的支反力蜗杆分度圆直径解得（3）计算水平面内的支反力，先假设两个支反力方向是垂直纸面向内的，与反向： 图5.4 水平面内支反力简图、水平面内支反力（4）计算垂直面内的弯矩：、垂直面内的弯矩（5）计算水平面内的弯矩：水平面内的弯矩（6）计算总弯矩： 蜗杆的转矩：5.2.3按弯扭合成应力校核蜗杆的强度图5.5 蜗杆弯矩扭矩图在进行蜗杆的弯扭合成强度校核时，通常只校核蜗杆上承受最大弯矩和扭矩的截面，即最危险截面I的强度。蜗杆的弯扭合成强度条件为： (5.1)蜗杆的计算应力蜗杆所受的弯矩蜗杆所受的扭矩蜗杆的抗弯截面系数由文献2，表15 - 4查得：对称循环变应力时蜗杆的许用弯曲应力，由文献2，表15 - 1查得20CrMnTi经调质处理后的许用弯曲应力。取，蜗杆的计算应力为： 故符合安全要求。5.2.4蜗杆的刚度校核蜗杆受力后如产生过大的变形，就会造成轮齿上的载荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，所以蜗杆还须进行刚度校核。校核蜗杆的刚度时，通常是把蜗杆螺旋部分看作以蜗杆齿根圆直径为直径的轴段，主要是校核蜗杆的弯曲刚度，其最大挠度（单位为mm）可按下式作近似计算，并得其刚度条件为： (5.2)蜗杆所受的圆周力蜗杆所受的径向力蜗杆材料的弹性模量，取；蜗杆危险截面的惯性矩，单位为，其中为蜗杆齿根圆直径，；蜗杆两端支承间的跨距，单位为mm，视具体结构要求而定，；许用最大挠度，此处为蜗杆分度圆直径，单位为mm。计算得 故蜗杆刚度合格。6联轴器、轴承的选择与校核6.1联轴器的选择与计算6.1.1联轴器的种类与选择联轴器是连接两轴或连接轴和回转件的一个部件，在传递运动和动力过程中和轴一同回转不脱开。联轴器除具有连接功能之外，也可使之具有安全防护等功能。电动机和减速器的连接需要一个联轴器连接，减速器与销齿也需要一个联轴器。联轴器一般分为刚性和弹性两种。在选择联轴器时应考虑到传递扭矩的大小和载荷性质（如冲击、反复及共振等）；转速高时应验算外圆的离心应力和弹性组件的变形，并进行平衡检验；由制造和装配误差，轴受载和热膨胀变形，以及部件之间相对运动等引起的两轴轴线的相对位置程度；许用的外形尺寸和安装方法，使装配、调整和维修能适应给定的操作空间。应能在轴不需要轴向移动的条件下，装拆大型联轴器；此外，还应考虑工作环境、使用寿命以及润滑和密封等条件。本设计所选的联轴器主要为弹性联轴器中的弹性柱销式联轴器，弹性联轴器除了能补偿两轴相对位移，降低对联轴器安装精度的要求外，更重要的是它能够缓和冲击，改变轴系的自振频率，避免发生严重的危险性震动。弹性柱销齿式联轴器的结构简单，制造容易，不需要专用的加工设备，工作时不需润滑，维修方便，更换易损件容易而迅速，费用低，用于钢水罐旋转台比较合适。6.1.2联轴器的计算与校核联轴器的技术扭矩 （6.1）理论转矩，；驱动功率，；工作转速，；动力机系数，查参考文献7，表14-1得 ；工况系数，查参考文献3，表6-2-2得 ；启动系数，值与启动频率有关：时，； 时，；时，由制造厂确定，所以取 ；温度系数，查表6-2-3得 ；公称转矩，。所以计算电机与减速器的联轴器由（6.1）得 计算减速器与销齿的联轴器根据参考文献1，表4.1-7分别选用 和 弹性柱销联轴器。联轴器联轴器均符合要求，故合格。6.2轴承的选择与校核6.2.1轴承的种类与选择根据轴承中摩擦性质的不同，可吧轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。滚动轴承由于摩擦系数小，起动阻力小，而且它已标准化，选用、润滑、维修都很方便，因此在一般机器中应用较广。但由于滑动轴承本身具有的一些独特优点，使得他在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，如在工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装、以及需在水或腐蚀性介质中工作等场合，仍占有重要地位3。根据钢水罐旋转台的工作情况选择圆锥滚子轴承。根据轴的尺寸，查参考文献 1，表4.6-3，蜗杆轴轴承选用30212，销齿轴选用30217。6.2.2轴承的计算与校核 由于蜗杆轴为主要轴，故只校核蜗杆轴的轴承。图6.1 蜗杆轴承位置图对轴承1： 由文献1，表4.6-3查得，蜗杆轴承的计算系数，基本额定动载荷，所以：故取 ，。对轴承2： 故取 ，。1轴承放松，2轴承压紧。则总轴向力参考文献7，表13-6，取 所以计算轴承2的寿命。轴承的寿命： 按每天16小时，每年300天计算，约为半年。温度系数，由前面的计算可知蜗杆工作时散热良好，工作温度小于，由文献3，表13-4查得；寿命指数，对滚子轴承。由于钢水罐旋转台的工作形式为大批量生产，故所选滚动轴承的寿命可以满足要求。根据润滑条件，参考文献7，表13-10，选用脂润滑，毡圈油封。7设备维护钢水罐旋转台运行速度很低，所以一般不会出现因高速运转而产生的低周疲劳问题，由于工作过程中设备承受的载荷很大，所以要注意对齿轮、轴承的润滑，预防因摩擦而引起的失效问题发生。润滑时采用脂润滑。此外，还应注意一下几点：1. 回转台可以正反任意旋转，但必须在钢包升到一定高度时，才能开始旋转。2. 当回转台朝一个方向旋转未完全停止时，不允许反方向操作。3. 在座包时，应该小心操作避免对回转台产生过大的冲击。为了避免冲击造成传动大减速机内齿轮的损坏，座包时电机与减速机之间的抱闸应处于打开状态。4. 定期检查各润滑是否正常，特别是回转台的多点润滑、柱销齿圈啮合处的气雾脂润滑、球面推力轴承的润滑以及传动大减速机的稀油循环润滑。5. 不定期检查各钢结构，如叉臂旋转盘、塔座和回转环等，发现有开裂或变形等缺陷时，要及时处理。对主要焊缝应每年进行超声波活射线探伤，对有缺陷的焊缝应进行跟踪检查，密切注意其是否有扩展趋势。6. 定期检查各紧固件的螺栓有无松动现象，特别是预应力地脚螺栓要每年进行抽检，发现问题及时处理。7. 定期检查升降液压缸及液压头是否漏油，动作是否正常，其球面推力轴承是否严重磨损和损坏。8. 定期检查各传动部位以及各活动部位动作是否灵活正常，检查注销齿轮的啮合是否良好。9. 定期试运转事故驱动装置，检查起动马达的运转及气压等情况。10. 要定期检查起动夹紧装置有无磨损、损坏现象，动作是否灵活、正常。8环境保护和经济性分析8.1环境保护机械设备的环保性是指机械设备在作业时保护环境的性能。随着现代社会经济的蓬勃发展，各类企业单位为了获得经济效益，使机械设备连续不停地运作。设备产生的废气、噪声、污水和烟尘严重地污染了环境，破坏了生态平衡，给人类居住环境埋下了巨大的隐患。国家为此特制定了相关的政策法规来约束企业单位的污染问题。因此单位必须遵守相关法规，努力营造友好的社会环境。设计时必须要考虑到环保性。中国的钢铁工业经历了50多年的发展，特别近几年以来有了巨大变化，取得了举世瞩目的成就：钢铁产量增加，速度加快，技术水平明显提高，产品结构的不断调整，使中国成为钢铁产业大国。但是，钢铁工业也是高能耗、高水耗、高污染的产业，是能源及资源消耗、污染物排放的大户。目前，全国总能耗的10%以上来自钢铁行业的能耗，钢铁行业的水耗占全国工业水耗的9%左右；而且我国钢铁行业的能耗、水耗指标大大高于国外的先进水平。随着我国钢铁工业的快速发展，将会带来一系列更加严重的资源和环境问题，失态环境问题已成为影响钢铁工业发展的重要问题。目前，环境保护是世界瞩目的问题之一。如何环保已经成为当今主题，世界各国已经认识到这点，并且在努力的研究解决问题的方法。因此在进行设计时的一个初衷就是考虑了资源问题，这也是环境问题的一部分，因为在实际的生产环境当中经常会造成很大的资源浪费，这样的浪费必须加以考虑。其次，在设计的时候还要考虑到噪音的污染。机器在运转时产生的噪音一直是设计人员和操作人员的难题，我们的任务就是尽量减轻噪音。环境问题 还有很多方面，总之，在进行设计的过程中环保是必须应该考虑的。随着时代的发展，社会的进步，钢铁工业作为国民经济的基础产业，对经济的发展及人民生活水平的提高起着重要作用，没有钢铁工业就没有现代工业文明。工业排放对生态环境的污染制约着钢铁工业的发展。钢铁工业如何才能满足当代人对钢铁的需求，又不危害后代人生存环境问题，鸡钢铁工业的绿色化问题，是钢铁工业发展所面临的重大课题，因此，如何把绿色钢铁这一概念变为现实，如何化解环境危机，如何坚持走可持续发展的道路，成为当今的一大主题，也是中国钢铁工业需要面临的课题。8.2经济性分析随着工业的发展，钢水罐旋转台计算在国民经济各行各业中应用越来越广泛。旋转台计算水平的高低与质量的优劣，关系到工艺效果的好坏，生产效率的高低和能源节省的程度直接影响企业的经济利益。因此，现今的企业不仅要求机械设备的质量过关，而且，还要机械设备节能、降低成本。对于可修复设备，由于发生故障以后，可以修理恢复到正常工作状态，从开始工作到发生故障阶段，即可靠度。从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段，即维修度。把两者结合起来，就是机械设备的有效度又称机械设备的有效利用度。 (8.1)平均故障间隔期平均维修时间设备工作时间10000h可发生10次故障，每次处理故障时间平均9h，检修时间300h8.3投资回收期时间表12345678910投资金额30002000年净收益700800100015001800200020002500累计净收益-3000-5500-4800-4000-3000-1500300230043006800表 8.1 资金相关资料表查得投资回收期行业投资回收期查参考文献8，重型机械 年。 ，所以符合要求。结束语本人毕业设计题目是钢水罐旋转台，毕业设计对于毕业生来说非常重要，经过一个学期的的努力，毕业设计已经全部完成了，在整个的设计中，真正的体会到了一台机械设备是如何从构思到设计，从无到有，当然只是设计的阶段。通过这次毕业设计，使辽宁科