PC轧机换辊小车设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 PC 轧机换辊小车设计 摘要 本文叙述了鞍钢 2150 热轧板带钢生产线精轧机换辊小车的设计情况 辊系 小车的驱动方式原为链条拖动和液压缸驱动的棘轮机构共同作用 步骤烦琐 换 辊时间长 改为动力小车直接驱动后 缩短了换辊时间 提高生产效率 本文概述了换辊小车的国内外发展情况及其发展方向 主要进行 PC 轧机换 辊小车的设计 利用电机提供动力 使减速器输出轴上的链轮在固定链条上滚 动 从而使小车在轨道上运动 利用液压缸使拉出钩绕销轴转动 进行挂钩或 推钩 从而使工作辊拉出或推进 最终实现换辊工作 在设计过程中进行了换 辊小车的传动方案 工作原理 润滑及环保与经济性分析 重点进行换辊小车 的结构设计 工作参数的选择 电动机的选择及计算 设计中主要零部件的计 算及校核 在参阅相关资料并借鉴前人经验的基础上 通过对换辊小车的设计及分析 各项技术均满足要求 本设计具有一定的实际应用价值 关键词 换辊 辊系小车 链条 棘轮机构 动力小车 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 PC roller mill for car design ABSTRACT In this paper the rolling car design of finishing mill on Anshan steel 2150 hot rolled strip steel plate production line was presented According original designed roll changing car was moved by a chain system and a ratchet system The process was too complicated and it spends a lot of time on roller changing After it was redesigned roller changing time was shortened and efficiency was highly improved This paper outlines the development of domestic and international situation of the rolling car and its development direction I mainly designed rolling car for PC main roller mill It used motor to provide electrical power so that sprocket on the output shaft of reducer can roll on the sprocket fixed chain So rolling car could move along the orbit It uses hydraulic cylinders to pull hook around the pin rotation or push or pull hook so that pulled out or push in the work roll Rollers changed work could be eventually realized In the process of designing a car the driven scheme design working principle statement lubrication and environmental protection and economic analysis have been done The paper mainly focuses on the structural design of car the choice of motor and working parameters the calculation and verification of the main components On the basis of consulting the relevant materials and using forefathers experience for reference through the design and analysis of rolling car every indicators reaches the demands this design has a certain value in actual using KEYWORDS Roll changing Car of roll set Chain Ratchet system Driving car 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 1 1 换辊小车的概述 1 1 1 1 换辊小车的用途 1 1 1 2 换辊小车的类型 1 1 1 3 换辊小车的动力结构 2 1 2 国内外对换辊小车的研究 2 1 3 课题的背景及意义 5 1 4 本文主要研究工作 5 2 总体方案设计与选择 7 2 1 换辊小车的驱动方案设计与选择 7 2 1 1 传动方案设计 7 2 1 2 电机的选择 8 2 2 链轮与液压缸的选择 8 2 2 1 链轮的选择 8 2 2 2 液压缸的选择 8 3 传动系统的设计计算 9 3 1 原始数据 9 3 2 换辊小车所需驱动力计算 9 3 3 电机的选择 10 3 3 1 选择电机的结构形式 10 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 3 3 2 选择电机的容量 10 3 3 3 电机的校核 11 3 4 确定传动装置的总传动比和分配传动比 12 3 4 1 传动装置总传动比 12 3 4 2 分配减速器的各级传动比 12 3 4 3 各轴的运动和动力参数 12 4 主要零部件的选择 设计和校核 14 4 1 蜗轮蜗杆的设计与校核 14 4 1 1 选择蜗杆传动类型 14 4 1 2 选择材料 14 4 1 3 按齿面接触疲劳强度进行设计 14 4 1 4 蜗杆与蜗轮主要几何尺寸计算 16 4 2 齿轮的设计与校核 一 18 4 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 18 4 2 2 按齿面接触强度设计 19 4 2 3 按齿根弯曲强度设计 21 4 2 4 几何尺寸计算 23 4 3 齿轮的设计与校核 二 23 4 3 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 24 4 3 2 按齿面接触强度设计 24 4 3 3 按齿根弯曲强度设计 26 4 3 4 几何尺寸计算 28 4 4 轴的设计及其校核 28 4 4 1 选择轴的材料并确定其机械性能 28 4 4 2 轴上的功率 转速和转矩 294P4n 4 4 3 求作用在齿轮上的力 29 4 4 4 初步确定轴的最小直径 29 4 4 5 轴的结构设计 30 4 4 6 求轴上的载荷 31 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 4 7 按弯扭合成应力校核轴的强度 32 4 4 8 精确校核轴的疲劳强度 33 4 5 滚动轴承的选择及其寿命计算 37 4 5 1 滚动轴承的选择 37 4 5 2 滚动轴承的寿命计算 38 4 5 3 滚动轴承装置的设计 39 4 6 联接电机与减速器的联轴器选择 40 4 6 1 类型选择 40 4 6 2 载荷计算 40 4 6 3 型号选择 41 4 7 键联接的选择及强度校核 41 4 7 1 键联接的功能及结构型式 41 4 7 2 键的选择和键联接的强度计算 41 4 8 花键联接的选择及强度校核 42 4 8 1 花键的选择 42 4 8 2 校核花键联接的强度 42 4 9 链轮链条的选择 43 4 9 1 链条的选择 43 4 9 2 链轮的选择 43 4 10 液压缸选择 45 4 10 1 供油压力的选择 45 s p 4 10 2 计算负载力 45 4 10 3 计算液压缸主要结构参数 46 5 润滑方法的选择 47 5 1 润滑 47 5 1 1 齿轮 47 5 1 2 轴承 47 5 1 3 减速器 48 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 5 2 添加剂 48 5 3 润滑方法 48 6 环保性与经济性分析 49 6 1 环保性分析 49 6 2 经济性分析 50 6 2 1 设备合理使用期的估算 51 6 2 2 设备风险的概率分析 52 结 论 53 致 谢 54 参考文献 55 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 1 绪 论 轧辊磨损后 几何尺寸和辊型都将发生变化 为了保证轧材质量 必须及时 更换轧辊 轧制速度的提高 加速了轧辊的磨损 使轧辊的更换次数愈来愈频 繁 一般带钢热连轧机粗轧机工作辊每隔 3 7 天需更换一次 支撑辊每隔 15 30 天更换一次 精轧机的工作辊大约 3 8 小时需更换一次 支撑辊 7 15 天更换一 次 带钢冷连轧机的工作辊至少每班要更换一次 支撑辊大约 7 15 天更换一次 缩短换辊时间有利于保证产品质量 减少停机时间 提高轧机作业率 增加产 量和降低成本 因此 近年来换辊装置有了很大发展 1 1 换辊小车的概述 1 1 1 换辊小车的用途 在轧钢生产中 为了确保轧材的质量要求 当轧辊被磨损 破坏及产品规 格品种更换时 都应及时地通过换辊小车把轧辊更换掉 以满足轧材的质量与 品种规格要求 根据不同的工作条件 换辊小车可以分为多种类型 1 1 2 换辊小车的类型 板带轧机所采用的工作辊换辊装置种类繁多 其中换辊小车可分为推拉式电 动换辊小车和液压式换辊小车等等 推拉式电动换辊小车 热连轧精轧机采用的换辊小车由一台直流电动机 经 离合器 减速器及链轮 与固定在两轨道中间铺板上的固定链条相啮合 从而 驱动小车在轨道上前后移动 小车上装有气动锁钩 用来钩挂工作辊轴承座 并设有导向轮 起侧面导向作用 液压式换辊小车 v 工作辊组的挂钩和脱钩装置包括换辊液压缸活塞杆前端 的挂钩和换辊车上的脱钩装置两部分 挂钩前 活塞杆带着挂钩处于中间位置 横移小车带着新工作辊组横移到换辊位置 推拉机构活塞杆推着挂钩前进 随 动轮与曲臂顶面接触而使挂钩头部抬起 然后 脱钩装置的电液推进器退回 曲臂下降 挂钩头部下落 构住轴承座上的凸块 脱钩的过程与上述挂钩过程 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 相反 1 1 3 换辊小车的动力结构 下面以推拉式换辊小车为例 对换辊小车的结构进行简单的分析 换辊小 车的结构如图 1 1 所示 主要由电机减速器 驱动链轮 固定链条 车轮轨道 及接头等几部分组成 电机减速器 它是换辊小车的驱动减速装置 它由电机和减速器两部分组 成 电机给换辊小车提供动力 使换辊小车能够在链条轨道上运动 减速器控制 换辊小车的运行速度 使换辊小车按照换辊的要求运动 驱动链轮 该链轮安装在减速器的输出轴上 通过驱动装置使驱动链轮转 动 使其在固定链条上滚动 从而使换辊小车在轨道上往复运动 固定链条 此链条固定在两车轮轨道中间的铺板上 驱动链轮在其上面滚动 使 换辊小车按照规定的方向运动 图 1 1 换辊小车结构简图 车轮轨道 换辊小车上的四个小车轮在此轨道上运动 该轨道承载着小车和 支撑辊的全部重量 接头 又称气动锁钩 在液压装置的驱动下可以饶着固定轴上下换位 来 推 拉 工作辊轴承座 进行换辊 推拉式换辊小车的结构简单 安装和维护比较方便 正确的选择固定链轮 及固定链条 能适当延长链轮配合的寿命 因此 推拉式换辊小车得到了比较 广泛的应用 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 1 2 国内外对换辊小车的研究 目前 随着科学技术的迅猛发展以及考虑到对能源的节省利用 对生产成 本的降低等因素的影响 国内外大部分的钢铁公司也正不断的对换辊小车的技 术性能和结构参数进行改进 使其结构更加合理 安装更加方便 费用更加低 廉 近几年来 各国政府对钢铁企业给予了高度的重视和基金的资助 目前 国内对换辊小车所进行的研究仅限于对传统的行进机构的改造 而只有少数的 企业对换辊小车的驱动装置进行根本的改造 莱钢大型型钢生产线粗轧机及其 换辊装置由德国公司设计 经国内转化于 2005 年 9 月投入生产 换辊采用整体 换辊方式 换辊系统的辊系小车驱动装置由两部分组成 一是链式移送装置 二是液压缸驱动的步进装置 换辊过程是这样的 新辊系在轧辊跨装配完成后 通过链式移送装置运送到轧线跨的横移平台上 停车换辊时 首先由液压缸驱 动的步进装置将旧辊系从轧机牌坊中拉出至横移平台 这样横移平台上就有了 一新一旧两套辊系 然后横移平台横移 新旧辊系换位 使新辊系位于轧机牌 坊的轴向窗口 然后液压缸再动作 将新辊系一步一步送入轧机 液压缸活塞 杆全程伸缩一次 步进装置前进一个步长 辊系进出轧机一次分别要 8 步完成 手动操作约需 45 分钟 严重滞后于精轧机的换辊 约 20 分钟 这样整条生产 线的轧机换辊时间就不能实现同步 有 短板 存在 实践证明该设计思想落 后 步骤繁琐 该问题成为制约生产的一个瓶颈 分别见图 1 和图 2 所示 图 1 2 辊系小车驱动装置示意图 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 图 1 3 步进装置驱动系统结构示意图 因此需设计一种动力装置来代替现在的链式移送装置 使其能够越过横移 平台 尽量靠近轧机 减少步进小车的动作步数 从而从根本上节省换辊时间 最终确定采用动力小车形式来直接推动 拉动 系小车由轧辊准备间到横移平 台及轧机牌坊 取消链式输送装置 动力小车上的电机经减速机传动 带动小 车轮轴转动 轮轴上的链轮与固定在地面上的链条相啮合 从而产生一个推力 或拉力 推动或拉动辊系小车运动 横移平台上的两个辊系小车停靠位置也分 别安装上分段链条 与前面安装在地面底板上的链条相连接 这样 动力小车 能够直接到达横移平台上 从而将辊系小车继续向前推进一段距离 减少步进 小车的动作距离 缩短换辊时间 然而 国外对换辊小车的改造重点是减少人力 提高效率 将原有的动力 驱动改制成液压驱动 并且不断的对液压系统进行改进 1997 年年初 芬兰的 奥托昆普厂对其三套 20 辊轧机中的第一台 20 辊轧机进行改造 包括更新全部液 压设备和机械设备的主要部分 轧机压下 凸度调整和第一中间辊轴向移动全 部轧机执行机构都装备了直接作用的液压缸 使用伺服阀在轧制过程中进行快 速而精确的控制 在传动侧和操作侧 所有的轧辊和支撑辊现在都通过液压缸 定位 第一中间辊轴向移动 第一中间辊轴向移动系统位于轧机的传动侧 见 图 1 4 第一中间辊的调整杆和连轴器 轴承箱 之间的连接是自动的 液压定 位装置允许换辊小车的自动化系统通过小窗口直接装辊或抽辊 不再需要人工 操作 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 图 1 4 第一中间辊轴向移动系统 新的换辊小车用于自动更换工作辊和第一中间辊 它能装载 2 套 4 根 1 套的第 一中间辊和 2 套 6 根 1 套的工作辊 轧机的操作人员的工作只限于将自动控制 系统启动 而不需 要其他的人为操作 液压动力系统和带有所有控制模块的电 气控制箱都安装在小车上 电缆绕在线盘上 因而它成为一个独立的系统 1 3 课题的背景及意义 在我国国民经济的发展中钢铁企业的发展起着举足轻重的作用 它的发展 直接关系到冶金企业的发展 因此 近几年来 钢铁企业的发展一直是我国较 关注的事情之一 自 20 世纪初 特别是 20 世纪 50 年代之后冶金工业的飞速发 展 对人类社会产生了深远的影响 现今 冶金行业日益加剧的全球化竞争和 兼并 促使了市场对冶金机械的性能要求越来越高 因此 从钢铁生产流程的 总体高度上考虑如何提高生产率 缩短生产时间 提高钢铁产量和质量成为人 们关注的焦点 换辊小车是用来将工作辊推进或拉出机架的一种冶金机械辅助 设备 它的突出优点是 可大幅度的降低劳动强度 提高人为作业的工作环境 节省能源消耗 节约人力 降低劳动成本等 换辊小车将给冶金工业带来显著 的经济效益和社会效益 基于换辊小车的上述优点 目前各大钢铁企业及科研 单位院校对换辊小车这一辅助设备也进行了深入的研究和开发 虽然现在我国冶金业的发展已经日趋成熟 冶金机械也较以前有了较大的 提高 但是与先进水平相比 我国的技术改造能力和创新能力都存在着较大的 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 差距 目前 重点应该是把从国外进口的冶金设备进行国产化 并对其性能寿 命和可靠度等方面在技术创新的基础上进一步的提高 并在新的形势下为提高 我国冶金机械的发展做出新的贡献 1 4 本文主要研究工作 本毕业设计课题研究的目的是基于鞍钢三钢轧厂 2150 精轧机换辊小车设计 研究的基础上 通过对结构和性能的分析进行设计并进一步的对其进行改进 从而提高工作效率 本毕业设计主要设计研究的内容包括如下 其设计内容结 构图如图 1 5 所示 1 对推拉式换辊小车传动方案的拟订并进行优化选择 通过对各种方案的 比较选择一个最佳的传动方案进行设计 2 对所设计机械的电动机的设计选择 并对其进行校核 确定所选择的电 动机能满足特定的工况 3 对推拉式换辊小车的零 部件进行设计计算 并对其中的重要零 部件 进行校核计算 确保换辊小车在工作中安全 可靠 4 对所设计的推拉式换辊小车进行环保性和经济性的分析 确保所设计的 设备对环境产生较少的污染危害 以较少的投入得到较大的 图 1 5 设计内容结构图 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 2 总体方案设计与选择 2 1 换辊小车的驱动方案设计与选择 换辊小车的驱动装置一般由电动机 传动部分及固定轮等几部分组成 传 动部分可以采用皮带传动或是减速器传动 采用皮带传动装置便于制造 并且 成本十分的低廉 但是如果机构的传动比过大时 则容易造成其外形尺寸较大 结构不够紧凑 占地面积较大 因此较少被采用 使用减速器可以采用蜗轮蜗 杆传动或是齿轮传动的减速器 齿轮传动的减速器具有体积小 占地面积小 重量轻 寿命长 速比大 传动效率高及布置紧凑等特点 蜗轮蜗杆传动的减 速器啮合齿对较多 故冲击载荷小 传动平稳 噪声低 由于本设计为了布置 紧凑 把电机放在减速器上端 需要改变传递方向 所以 采用三级齿轮 蜗杆 减速器 2 1 1 传动方案设计 本设计综合各种传动装置的特点 针对其设计实际出发 决定采用三级齿 轮 蜗杆减速器传动的方案 第一级传动采用蜗轮蜗杆传动 第二 三级传动采 用斜齿轮传动 这样即改变了传动方向 又使传动装置的结构布置紧凑且能有 效地提高传动效率 其中对减速器的各部件进行选择 设计和校核 方案图如 图 2 1 所示 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 1 电动机 2 联轴器 3 三级齿轮 蜗杆减速器 4 驱动链轮 图 2 1 总体方案图 2 1 2 电机的选择 电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式与立式两种 卧式电动 机的转轴是水平安放 立式电动机的转轴则与地面垂直 二者轴承不同 不能 混用 换滚小车的电动机经常启动 制动及反转 但过渡过程的持续时间对生 产率影响不大 此时除考虑初期投资外 主要根据过渡过程能量损耗最小的条 件来选择传动比及电动机的额定转速 故本设计选用能够经常启动 制动及反 转的 YZR 系列电动机为换辊小车提供动力 2 2 链轮与液压缸的选择 2 2 1 链轮的选择 链轮由轮齿 轮缘 轮辐和轮毂组成 链轮设计主要是确定其结构和尺寸 选择材料和热处理方法 固定链条与链轮的啮合属于非共轭啮合 其链轮齿形 的设计比较灵活 在国标中没有规定具体的链轮齿形仅仅规定了最小和最大齿 槽形状及其极限参数 实际齿槽形状取决于加工轮齿的刀具和加工方法 并应 使其位于最小和最大齿槽形状之间 小直径的链轮可制成整体式 中等尺寸的 链轮可制成孔板式 大直径的链轮 常可将齿圈用螺栓连接或焊接在轮毂上 链轮的基本参数是配用链条的节距 p 根据设计需要 本设计选用小直径整体 式链轮 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 2 2 2 液压缸的选择 液压缸是实现直线往复运动的执行装置 按结构特点可分为活塞式 柱塞 式和组合式三大类 按固定形式的不同可分为缸筒 缸体 固定和活塞杆固定 两种 按作用方式又可分为单作用和双作用式两种 在双作用式液压缸中 具 有两个密封的容积空腔 工作时 压力油则交替供入液压缸的两腔 使缸实现 正反两个方向的往复运动 而在单作用式液压缸中 只有一个密封的容积空间 压力油只能供入液压缸的着一个腔 使缸实现单方向运动 反方向运动则依靠 外力 弹簧力 自重或外部载荷等 来实现 液压装置的工作比较比较平稳 液压传动以液压油为工作介质 油液流动过程中有一定的阻尼作用 因而运动 平稳性好 冲击小 液压传动系统易于实现过载保护 在本设计里 由于拉出 钩负载较小 且直接拖动负载 故选用简单的单杆式活塞缸即可 3 传动系统的设计计算 3 1 原始数据 换辊小车重量 12154kg 1 m 工作辊重量 15697kg 数量 2 2 m 上工作辊轴承座重量 操作侧 3265kg 3 m 上工作辊轴承座重量 传动侧 2920kg 4 m 下工作辊轴承座重量 操作侧 3055kg 5 m 下工作辊轴承座重量 传动侧 2920kg 6 m 换辊小车走行速度 v 300mm s 重力加速度 g 9 8N kg 3 2 换辊小车所需驱动力计算 123456 2 Nmmmmmmg 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 121542 156973265292030552920 9 8 3 1 545938 8N 查文献 2 表 4 2 6 取摩擦系数 无润滑剂 0 15 0 15 545938 481890 76FNN 3 2 3 3 电机的选择 3 3 1 选择电机的结构形式 电动机分交流电动机和直流电动机两种 由于直流电动机需要直流电源 结构较复杂 价格较高 维护比较不便 因此无特殊需要时不宜采用 生产单位一般用三相交流电源 因此基本都选用交流电动机 交流电动机 有异步电动机和同步电动机两类 异步电动机有笼型和绕线型两种 我国新设 计的 Y 系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机 其结构 简单 工作可靠 价格低廉 维护方便 适用于不易燃爆 无腐蚀性气体和无 特殊要求的机械上 而在经常起动和制动和反转的场合 要求电动机的转动惯 量小和过载能力大 应选用起重及冶金用的三相异步电动机 YZ 笼型 或 YZR 绕线型 根据电源种类 工作条件 温度 环境 空间位置尺寸等 载荷特点 变化性质 大小和过载情况 起动性能和起动 制动反转的频繁程 度 转速高低等等确定电机首选 YZR 型 因为 YZR 型号使用于室内外多尘环 境及起动 逆转次数频繁的起重机械和冶金设备等 3 3 2 选择电机的容量 求得工作功率为 1000 81890 76 0 3 1000 24 75 W PFv kw 3 3 其中 F 换辊小车的工作阻力 N 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 v 换辊小车驱动链轮的线速度 m s 传动装置的总效率 0123n 其中 滚动轴承 每对 0 98 链轮链条 每对 0 93 弹性联轴器 0 99 斜齿轮 每对 0 97 蜗轮蜗杆 每对 0 75 根据总装配图可知 从电动机到输出轴共经过一个联轴器 四对滚动轴承 经过三级齿轮 蜗轮蜗杆变速 还有一对链轮链条的效率损失 故 24 0 0 99 0 75 0 970 980 930 6 所以 0 0 W P P 3 4 6 0 57 24 41kw 考虑到过载情况 故选择额定功率稍大的电机 查参考文献 5 表 40 18 选 择电机额定功率为 即电机型号为 YZR 250MB 6 其额定转速为45kw 965r min 重量 559kg 3 3 3 电机的校核 电机选定后 根据其工作特点 考虑过载和冲击 取过载系数为 2 Mmax Me 2 Me 2 9550 n P0 3 5 2 9550 965 45 890 67 N m Mmax 总 igm d 2 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 559 9 8135 2 802 0 3 6 16 3 N m M 为重锤质量 d 为卷筒直径 g 为重力加速度 i 为总传动比 总 故 Mmax Me 过载通过 所以合格 3 4 确定传动装置的总传动比和分配传动比 3 4 1 传动装置总传动比 驱动链轮线速度 300 初选链轮链条传动中链轮分度圆直径 D 802 mm s mm 3 7 6060 0 3 7 15 min 0 802 v r n D 0 13 965 135 7 15 n i n 式中 电动机满载转速 0 n 工作机主动轴转速n 3 4 2 分配减速器的各级传动比 查文献 2 表 4 2 9 取蜗轮蜗杆传动比 则 取 1 20 4i 13 23 1 6 61 i i i 二级斜齿轮传动比 则 2 3i 23 3 2 2 25 i i i 3 4 3 各轴的运动和动力参数 1 各轴转速 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 10 965 min r nn 3 8 1 2 1 965 47 31 min 20 4 n r n i 2 3 2 47 31 15 77 min 3 n r n i 3 4 3 15 77 7 17 min 2 25 n r n i 电动机满载转速 0 n 2 各轴输入功率 各连接的效率 0 75 蜗 0 93 链 0 97 齿 0 98 滚 0 99 联 10 41 0 9940 59PPkw 联 3 9 21 40 59 0 75 0 97 0 9828 94PPkw 蜗齿滚 32 28 94 0 97 0 9827 51PPkw 齿滚 43 27 51 0 97 0 98 0 9324 32PPkw 齿链滚 3 各轴输入转矩 1 1 1 40 59 95509550401 69 965 P TN m n 3 10 2 2 2 28 94 955095505841 47 31 P TN m n 3 3 3 27 51 9550955016660 15 77 P TN m n 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 4 4 24 32 9550955032393 7 17 P TN m n 4 主要零部件的选择 设计和校核 4 1 蜗轮蜗杆的设计与校核 4 1 1 选择蜗杆传动类型 根据 GB T 10085 1988 的推荐 本设计采用渐开线蜗杆 ZI 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 1 2 选择材料 根据库存材料的情况 并考虑到蜗杆传动传递的功率不大 速度只是中等 故蜗杆用 45 钢 因希望效率高些 耐磨性好些 故蜗杆螺旋齿面要求淬火 硬 度为 45 55HRC 蜗轮用铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 金属模制造 为节约贵重的有 色金属 仅齿圈用青铜制造 而轮芯用灰铸铁 HT100 制造 4 1 3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则 先按齿面接触疲劳强度进行设计 再按齿 根弯曲疲劳强度设计 传动中心距 3 2 2 E H ZZ aKT 4 1 1 确定作用在蜗轮上的转矩 2T 按 查文献 1 估取效率 12Z 0 75 4 2 2 6 2 2 6 1 1 6 29 5510 9 5510 28 94 9 5510 965 20 4 P T n P n i 5 841KN M 2 确定载荷系数 K 因工作载荷比较稳定 故载荷分布不均匀系数 由文献 1 表 11 1K 5 选取使用系数 由于转速不高 冲击不大 可取动载系数1 15AK 则 1 05VK 1 1511 051 21AVKKKK 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 3 3 确定弹性影响系数 EZ 因选用的是铸锡磷青铜和钢蜗杆相配 故 1 2 160M PaEZ 4 确定接触系数 Z 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值 由文献 1 图1da1 0 35ad 11 18 中可查得 2 9Z 5 确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1 金属模制造 蜗杆螺旋齿面硬度 大于 45HRC 由文献 1 表 11 7 中查得蜗轮的基本许用应力 268M PaH 应力循环次数 次 4 4 7 260 60147 3145000 12 810 hNjnL 寿命系数 8 7 7 10 0 73 12 810 H NK 则 0 73268 195 64M Pa HHH NK 4 5 6 计算中心距 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 2 3 2 3 2 1602 9 1 215841 195 64 341m m E H ZZ aKT 取中心距mm 因为 取模数 蜗杆分度圆直径 350a 20 4i 14m mm 这时 由文献 1 11 18 中可查得接触系数 1140d 1 0 4ad 因为 因此上述计算结果可用 2 74Z Z Z 4 1 4 蜗杆与蜗轮主要几何尺寸计算 1 蜗杆 蜗杆头数 12Z 直径系数 10q 齿形角 20n 蜗杆齿顶高 mm 111414aahh m 蜗杆齿根高 mm 1 1 21416 8fahhcm 蜗杆齿高 mm 1111416 830 8afhhh 顶隙 mm 0 2142 8cc m 分度圆直径 mm 11014140dqm 齿顶圆直径 mm 111214028168aaddh 齿根圆直径 mm 112 140214 10 2 106 4faddmhc 蜗杆导程角 1 arct anarct an 0 211 31 Z q 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 基圆导程角 arccos coscos arccos 0 80622 81 b n 基圆直径 mm 11 214 t an140 t an11 31 b bdZ m 轴向齿距 mm 3 141443 96aPm 轴向齿厚 mm 1 21 98 2 asm 法向齿厚 mm cos21 98cos11 3121 55nass 蜗杆齿宽 mm 1161b 2 蜗轮 蜗轮齿数 241Z 实际中心距 取 则变位2 14 1041 357 22 m aqzmm 160amm 系数为 验算传动比 这时2x2 350357 0 5 14 aa x m 2 1 41 20 5 2 z i z 的传动比误差 所以是符合要求的 20 520 4 0 49 3 5 20 4 i 分度圆直径 mm 221441574dm Z 齿顶高 mm 22 141 521aahmhx 齿根高 mm 22 120 78 4fahmhxc 喉圆直径 mm 2222574221616aaddh 齿根圆直径 mm 222257428 4557 2ffddh 顶圆直径 mm 2261614630eaddm 蜗轮齿宽 mm 210 670 67168112 56abd 齿顶圆弧半径 mm 1 2701456 2 a d Rm 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 齿根圆弧半径 mm 1 2840 21486 8 2 a f d Rc m 分度圆齿厚 22 0 52t an xsxm 2 t an 0 52 cos 0 53 1420 743 14 42 784m m n xm 节圆直径 mm 22574dd 4 2 齿轮的设计与校核 一 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效 常见的轮齿失效形式轮齿折断和工作 齿面磨损 点蚀 胶合及塑性变形等 通常只按保证齿根弯曲疲劳强度和保证 齿面接触疲劳强度两准则进行计算 4 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 根据传动路线选用斜齿圆柱齿轮传动 2 轧机为一般工作机器速度不高故选用 8 级精度 GB10095 88 3 材料选择由文献 3 表 10 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质表面淬火 硬度为 241 286HBS 大齿轮材料为 45 钢 调质后表面淬火 硬度为 217 255HBS 4 选小齿轮齿数 21 1 Z63213 12 ZZ 5 初选螺旋角 12 4 2 2 按齿面接触强度设计 由设计公式试算小齿轮分度圆直径 即 4 6 2 3 1 12 H HE ad tt t ZZTK d 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 1 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 6 1 t K 2 选取区域系数 433 2 H Z 3 查文献 3 表 10 4 得 770 0 1 a 880 0 2 a 则 65 1 880 0 770 0 21 aaa 4 计算小齿轮的传递转矩 2T 25841TN m 5 查文献 1 表 10 7 选取齿宽系数 1 d 6 查文献 1 表 10 6 得材料的弹性影响系数 2 1 8 189 MPaZE 7 按齿面硬度查表得 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 875 1lim 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 825 2lim 8 计算应力循环次数 设定工作寿命为 45000 小时 8 1 1027 1 45000131 476060 h njLN 78 2 102 43 1027 1 N 9 查文献 1 图 10 19 接触疲劳寿命系数得 86 0 1 HN K90 0 2 HN K 10 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 MPa S K HlinHN H 5 752 1 87586 0 11 1 MPa S K HNHN H 5 742 1 82590 0 22 2 MPa HHH 5 7472 5 742 5 752 2 21 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 t d1 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 3 2 1 12 H EH ad tt t ZZTK d mm 3 179 5 747 8 189433 2 3 13 65 1 1 1058416 12 3 2 3 2 计算圆周速度 sm nd v t 44 0 100060 31 47 3 179 100060 11 3 计算齿宽及模数b nt m mmdb td 3 17939 1451 1 mm z d m t nt 35 8 21 12cos 3 179cos 1 mmmh n 79 1835 8 25 2 25 2 54 9 79 18 3 179 h b 4 计算纵向纵向重合度 419 1 12tan211318 0 tan318 0 1 z d 5 计算载荷系数K 查文献 1 表 10 2 得 使用系数 50 1 A K 根据 8 级精度 动载系数 s m v13 9 10 1 V k 的计算公式 HB K bK dHB 32 1015 0 18 0 11 1 39 1451015 0 118 0 11 1 32 31 1 由 查文献 1 图 10 13 得 55 9 h b 31 1 HB K26 1 FB k 1 1 FaHa KK 故载荷系数K 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 29 2 31 1 1 106 1 5 1 HHavA KKKKK 6 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径 1 d mm Kt K dd t 06 202 6 1 29 2 3 179 33 11 7 计算模数 n m mm z d mn41 9 21 12cos06 202cos 1 1 4 2 3 按齿根弯曲强度设计 4 7 3 2 1 2 1 cos2 F SaFa ad n YY z YKT m 1 确定公式内的各计算数值 1 计算载荷系数 20 2 26 1 1 106 1 5 1 FFaVA KKKKK 2 根据纵向重合度 螺旋角影响系数 419 1 88 0 Y 3 计算当量齿数 94 22 12cos 21 cos 33 1 1 Z Zv 02 67 12cos 63 cos 33 2 2 Z Zv 4 查取齿形系数 查文献 1 表 10 5 得 69 2 1 Fa Y18 2 2 Fa Y 5 查取应力校正系数 查文献 1 表 10 5 得 57 1 1 Sa Y79 1 2 Sa Y 6 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 620 1 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa FE 430 2 弯曲疲劳寿命系数 84 0 1 FN K88 0 2 FN K 7 计算弯曲疲劳许用应力 取实效概率为 1 弯曲疲劳安全系数 25 1 S 4 7 64 416 25 1 62084 0 11 1 S K FEFN F 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 9 72 302 25 1 43088 0 22 2 S K FEFN F 8 计算大小齿轮的并加以比较 F SaFaY Y 4 10 10140 0 64 416 57 1 69 2 1 11 F SaFaY Y 12890 0 72 302 79 1 18 2 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大 2 设计计算 3 2 1 2 1 cos2 F SaFa ad n YY z YKT m mm53 6 01289 0 56 1211 12cos88 0 1084156 12 3 2 23 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲 n m 劳强度计算的法面模数 取 已可满足弯曲强度 但为了同时满足接10 n m 触疲劳强度 需按接触疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有mmd06 202 1 的齿数 于是由 76 19 10 12cos06 202cos 1 1 n m d z 取 21 1 z63213 12 zz 4 2 4 几何尺寸计算 1 计算中心距 4 11 mm mzz a n 57 428 12cos2 106321 cos2 21 圆整中心距为 430mm 2 按圆整后的中心距修正螺旋角 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 12 21 482212 4302 106321 arccos 2 cos a mzz atc n 因值改变不多 故参数 等不必修正 a K H Z 3 计算大 小齿轮的分度圆直径 4 13 mm mz d n 29 214 482212cos 1021 cos 1 1 4 14 mm mz d n 86 642 482212cos 1063 cos 2 2 4 计算齿轮宽度 4 15 mmdb d 29 214 29 2141 1 圆整后取 mm152 2 Bmm202 1 B 4 3 齿轮的设计与校核 二 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效 常见的轮齿失效形式轮齿折断和工作 齿面磨损 点蚀 胶合及塑性变形等 通常只按保证齿根弯曲疲劳强度和保证 齿面接触疲劳强度两准则进行计算 4 3 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 根据传动路线选用斜齿圆柱齿轮传动 2 轧机为一般工作机器速度不高故选用 8 级精度 GB10095 88 3 材料选择由文献 3 表 10 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质表面淬火 硬度为 241 286HBS 大齿轮材料为 45 钢 调质后表面淬火 硬度为 217 255HBS 4 选小齿轮齿数 18 1 Z 6 39182 2 12 ZZ 5 初选螺旋角 12 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 4 3 2 按齿面接触强度设计 由设计公式试算小齿轮分度圆直径 即 2 3 1 12 H HE ad tt t ZZTK d 1 确定公式内的各计算数值 1 试选载荷系数 6 1 t K 2 选取区域系数 445 2 H Z 3 查文献 3 表 10 4 得 770 0 1 a 880 0 2 a 则 65 1 880 0 770 0 21 aaa 4 计算小齿轮的传递转矩 1 T mmNT 4 3 1067 1 5 查文献 1 表 10 7 选取齿宽系数 1 d 6 查文献 1 表 10 6 得材料的弹性影响系数 2 1 8 189 MPaZE 7 按齿面硬度查表得 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 875 1lim 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPa H 825 2lim 8 计算应力循环次数 设定工作寿命为 45000 小时 7 1 103 445000177 156060 h njLN 77 2 1095 12 2 103 4 N 9 查文献 1 图 10 19 接触疲劳寿命系数得 86 0 1 HN K90 0 2 HN K 10 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 MPa S K HlinHN H 5 752 1 87586 0 11 1 MPa S K HNHN H 5 742 1 82590 0 22 2 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 MPa HHH 5 7472 5 742 5 752 2 21 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 t d1 3 2 1 12 H EH ad tt t ZZTK d mm82 181 5 747 8 189445 2 2 2 12 2 65 1 1 101067 1 6 12 3 2 34 2 计算圆周速度 sm nd v t 15 0 100060 77 1582 181 100060 11 3 计算齿宽及模数b nt m mmdb td 82