摩擦式推钢机整体结构设计

毕业设计 摘要摘要推钢机是轧钢车间上料区主要设备之一，其作用是将加热炉前辊道上的钢坯或炉前上料台架上的钢坯推入加热炉进行二次加热过程。推钢机的种类分为齿条式推钢机，液压式推钢机，螺旋式推钢机，曲柄连杆式推钢机。根据中小型轧钢车间使用的经验，一般推力在0.2MN以上时，一般采用齿条式推钢机较适宜。因为齿条式推钢机传动效率高，使用可靠等优点。本文选用了机械式推钢机，在推钢机结构设计上主要采用了齿轮齿条的结构形式。主要对摩擦式推钢机进行了方案选型、结构设计、强度计算三个方面进行了详细说明。还介绍了在设计、制造、安装和使用过程中应注意的问题。关键词： 推钢机 齿条式 推杆 齿轮齿条 6毕业设计 AbstractAbstractPushing steel-rolling workshop is based on one of the main equipmentsPusher-machine, and its role is to push the billet material which lies on the Roller or the bench before the furnace into the furnace for reheating process. Push the kinds of steel machine into rack type pushed steel machine, hydraulic type pushed steel machine, spiral pushed steel machine, crank connecting type pushed steel machine. According to the experience of steel rolling workshop use small, general thrust in more than 0.2 MN, use commonly rack type pushed steel machine is suitable. Because rack type pushed steel machine of high transmission efficiency, reliable operation, etc.The design chooses a mechanical pusher- machine,while the structure designed primarily for the use of ngth calculationThe rack type pusher designed by Chongqing Steel is in goodconditionAs well as the issues which should be paid attention to during the design ，manufthe gear and rack structure. The main content of the 摩擦式 pusher of Steel medium plate plant has been detailedly described in three aspects oftype selection plan，configuration design and streacture，installation and applicationhave been describedAs well as the issues which should be paid attention to during the design ，manufacture，installation and application have been describedKeywords: pusher；rack type；push rod；gear rack目录摘要 ABSTACT前言11 概述2 11 轧制工艺过程2 111 轧制工艺过程2 112 轧制工艺过程的设计与实施312 推钢机3 121 推钢机的种类3 122 齿式推钢机的结构6 123 设计要素62 传动方案的分析和拟定721 传动方案的分析7211 常用的传动类型及其特点7212 机械传动系统设计要素822 传动方案的拟定83 重要结构参数的设计931 电动机的选择计算9 311 概述9 312 常用电动机类型9 313电动机的选择计算10 32 传动装置的运动及动力参数的选择和计算11 321 传动装置的总传动比11 322 分配各级传动比11 323 各轴参数的计算12 33 减速器的选择计算13 331 减速器的作用13 332 减速器的选用1334 齿轮齿条传动设计计算13 341 齿条传动的特点13 342 齿条传动的设计计算1435 轴的设计16 351 传动轴的设计16 352 齿轮轴的设计17 36 推杆设计计算18 361 齿轮齿条与压辊装置布置18 362 推杆设计20 37 轴承的选择及轴承端盖24 38 联轴器的选择25 39 键的选择及校核264 润滑与密封 28结束语 30参考文献 31致谢 32毕业设计 前言 前言钢铁工业作为国民经济的基础工业，一直是衡量一个国家经济发展水平的重要指标。我国钢铁工业近年来发展很快，钢产量己连续多年突破亿吨大关，钢铁产品质量也得到了很大的提高，特别是在轧钢生产方面。各种高精度轧钢机械设备的引进和投产，先进的自动化控制设备和计算机技术的应用，冷轧不锈钢带、硅钢带、精密合金钢带、稀有合金带、高精度极薄冷轧碳素钢带等各种高精度高品质产品的出产，大大地促进了轧钢生产企业的经济效益和竞争能力，有力地提升了我国轧钢生产企业的形象。但是由于科学技术的飞速发展，新的设备和新的技术以惊人的速度不停地改进和更新，产品的技术含量越来越高，对产品生产机械设备和操作技术的要求也越来越高。因而及时掌握新型轧钢机械设备的性能，熟练掌握新的操作技术，全面应用先进的自动化控制技术和计算机轧制技术，是当前轧钢生产企业进一步提高产品质量、降低轧钢生产成本、增强轧钢生产企业的市场竞争能力的关键所在。本设计包括了对轧制工艺过程的简单介绍和推钢机的设计，并重点针对齿式推钢机进行了设计计算。具体包括轧制工艺过程，推钢机的分类、结构和工作原理，电动机的选用，减速器的选用，传动方式和传动装置（包括齿轮齿条传动和齿轮传动）设计，轴系零件（包括轴，轴承，联轴器，键，托辊）设计，并对传动机构和推杆进行了强度校核。其中传动方案的设计与拟定是设计的首要任务，决定了传动机构的设计，在综合比较了各种传动方案的优缺点以及推钢机本身的技术要求后，最后选定齿轮齿条传动作为主要传动机构。该传动机构具有结构简单，整体尺寸较小，传动效率高，维修方便，造价较低的优点。电动机的选定标准是满足推钢机总的功率要求，转速适中，并且应具有频繁快速启动和反转能力以带动推钢机推杆做往复运动。最后选定为YZR355型冶金用电动机，额定功率=120，转速。减速器的选择标准是满足传动比要求，高速轴许用功率要求和承载能力要求，经查表选定减速器型号为型，公称传动比16.实际传动比15.12，中心距高速轴许用功率117.6Kw，承载能力n=588r/min。传动机构的设计计算包括齿轮齿条传动的设计和齿轮传动的设计两部分。文1毕业设计 1概述中分别从齿轮类型，材料，精度选择，齿根弯曲强度等方面做了详细设计计算。轴系零部件的设计计算包括齿轮轴的结构设计，托辊的设计，压辊的设计，轴承的选择，键的设计和校核和联轴器的选择，推杆的强度校核等。1 概述1轧制工艺过程简介 轧钢工艺过程是确定轧钢厂生产系统和机械设备的技术基础，设备是实现轧钢工艺要求的工具。轧钢生产是钢铁工业生产的最终环节，是钢铁材料的一种重要加工方法。轧钢车间担负着生产钢材的任务，因此钢铁轧制在国家工业体系中占有举足轻重的地位。20世纪90年代以前，我国轧钢生产的平均水平与世界主要生产国相比，仍存在一定的差距。轧钢生产以型钢为主，生产线大、中、小型并存。不同企业的技术装备水平参差不齐，能耗、成本较高。很多企业还使用20世纪五六十年代较为陈旧的设备和工艺，这是限制我国钢材质量，品种和效益进一步提升的主要瓶颈。20世纪90年代后期，随着我国经济的高速发展，尤其是我国加入WTO后，参与国际钢材市场竞争的需要，各大企业纷纷采用当今世界先进的技术和装备，进行了大规模的技术改造，广泛引进新技术，新设备，新工艺，使我国轧钢生产的水平有了长足进步，开发了一批高技术，高附加值的新品种。目前我国轧钢技术创新发展的方向主要为：通用工艺技术，综合节能与环保技术，新品种开发与钢材性能优化技术，信息技术和装备机电控制一体化技术等。我国现在通用的轧钢工艺排列为：钢坯验收 吊装 计量 编组 入炉加热粗轧 热剪机切头 中轧 飞剪切头 平立交替精轧机 倍尺飞剪 夹送辊 冷床 冷剪定尺 检验称重打包收集 入库1.1.1轧制工艺过程轧制工艺过程是一系列工序的组合，经过这些工序，把钢锭或钢坯轧成形状和性能符合要求的钢材。轧钢工艺过程的好坏直接影响产品的质量和产量。一般情况下，一个轧钢工艺过程是由下列各基本工序组成： 坯料准备 包括坯料的表面清理，除去表面氧化铁皮和表面缺陷的清理，也包括预先热处理和坯料加热。坯料加热是重要工序。 钢材轧制 坯料通过轧制变形来实现对产品在形状和尺寸上的要求，内部组织和性能上的要求以及表面光洁度的要求。轧制过程是轧钢生产工艺过程的核心工序。 精整 这是轧钢工艺过程的最后一道工序，起保证产品质量的作用。精整工序的内容比较复杂，由产品的技术要求来确定。技术要求不同，其内容也大不相同。一般情况精整工序包括钢材的切断或卷取，轧后冷却，矫直，成品热处理成品表面清理、镀锌、镀锡、涂色等。1.1.2轧制工艺过程的设计与实施设计轧制工艺过程的主要依据是产品的技术条件、钢种的加工工艺性、生产规模大小、产品成本和工人的劳动条件。其中最主要的依据是产品的技术要求，即钢材的断面形状和尺寸、化学成分、内部组织和机械性能，设计时必须保证工艺过程使产品质量达到相应的技术要求。1.2推钢机的传动方案1.2.1推钢机的种类推钢机用来往连续式加热炉中装钢锭或钢坯。当加热炉为端出料时，它还要将钢锭（坯）沿炉底推出去；当加热炉为侧出料时，推钢机将钢锭（坯）推至出料位置，再由出钢机将钢锭（坯）推出去推钢机的种类很多，常见的有齿轮齿条式、螺旋式、曲柄连杆式、液压式等，还有的推钢机把齿轮齿条传动和液压传动相结合，形成了液压齿条式。它们各自有自身的特点，在不同的加热炉上发挥着各自的作用。 齿轮齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆进行推钢工作。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，不需要经常维修。但设备自身重量大。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。如图1.1所示的齿条式推钢机由推杆，机座，传动装置等组成。齿条式推钢机的传动传动装置主要是有一台电动机驱动推杆运动。这样可以节省占地面积。用两推杆同时工作（推钢坯或连铸坯时），完全保证了两推杆的同步运动，操作简单。推钢机传动布置形式的区别主要在于选用不同的减速器机构。推钢机采用直齿-圆柱齿轮标准减速器，其优点是传动效率高，易加工。缺点是传动装置布置不紧凑。采用蜗杆（圆锥齿轮）-圆柱齿轮减速器其结构特点是横向尺寸紧凑，蜗杆-圆柱齿轮减速器轴承受力好，但传动效率低; 圆锥齿轮-圆柱齿轮减速器比前者传动效率高些。图1.1齿条式推钢机1-电动机 2-推杆 3-减速器 4-开式齿轮 螺旋式推钢机体积小，重量轻，结构简单，投资少，便于制造行程和推力较小。但传动效率低，零件易磨损，推力行程小。适用于20吨以下的推力，在小型轧钢车间得到广泛应用。如图1.2所示螺旋式推钢机由推杆螺母螺杆和传动装置组成。图1.2 螺旋式推钢机1-慢速推钢用电动机 2-快速返回用电动机螺旋式推钢机的传动装置主要有下面几种布置方式:1）传动装置的电动机放在螺杆的上方，其优点是占地面积小，结构紧凑。但电动机受炉内辐射热烘烤，螺杆呈悬臂结构，工作条件差。2）传动装置采用开式齿轮传动（缺点是齿轮磨损严重），与此相反 ，还有采用皮带传动（皮带寿命低）和蜗杆传动（传动效率低）的。3）如图1.2所示的传动装置采用圆柱齿轮标准减速器，它没有前面两种形式的缺点。为提高推钢机的生产率，可以用两套传动分别传动螺杆，以实现推钢机的慢速退刚和快速返回。快速返回的传动装置如图1-2虚线所示。 液压式推钢机的结构形式也较多，主要是推杆的同步、导向和返回方式不一样。液压式推钢机由液压缸直接推动推杆工作，结构简单，推力大， 自重轻，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液压系统制作、维护较困难，常有漏油现象，检修较勤。如图1.3所示的液压推钢机由两个油缸组成，推头3的中部有导杆2，以保护两个油缸活塞的机械同步。图1.3液压式推钢机1-推杆 2-液压缸 3-推头液压式推钢机的液压站较为简单，其系统图如图1.4所示。油泵入口处装有过滤器，以保证右路用油的清洁。溢流阀实际上是起卸荷作用，此阀调整在规定的压力，当系统的压力超过此压力后，该阀可以自动开启，将油泄流回油箱，以保证系统的安全。单向阀的作用在于防止油的倒流。换向阀用以改变油缸活塞的运动方向，推钢机或使推头退回。推钢机不工作时，油泵打出的油经换向阀流回油箱。图1.4 液压式推钢机液压传动系统根据中小型轧钢车间使用的经验，一般推力在0.2MN以上时，一般采用齿条式推钢机较适宜。因为齿条式推钢机传动效率高，使用可靠等优点，这是螺旋式推钢机无法比拟的。1.2.2齿式推钢机的结构齿轮齿条式推钢机主要包括电机、减速机、联轴器、齿轮轴、齿条、推杆、机架等。机架一般为一个多层箱体，箱体间用螺栓联接。齿轮轴位于箱体底层的称为下置式，齿轮轴位于箱体上层的称为上置式。无论采用下置式还是上置式，都存在更换零部件困难的现象，尤其是更换下部零件时，需要把箱体层层拆分开。1.2.3设计要素 原始参数及要素钢坯尺寸：1201209700mm；推入速度：0.75m/s；推力、推速、行程是推钢机的主要技术参数，尤其是最大推力。推力计算的正确与否关系着推钢机的经济性和使用寿命。推力计算公式为： （1.1）式中：F推杆推力，单位是KN；G为钢坯质量，单位是kg；g为重力加速度，一般来说；为考虑到加热炉轨道不平，受热变形等因素的影响系数，=1.11.3。f为滑动摩擦系数，f=0.21；摩擦系数的大小对推力产生直接的影响，而摩擦系数的大小主要取决于钢坯温度，钢坯温度对摩擦系数的影响为:常温时，f=0.2；300C时，f=0.3；400C一500C时，f=0.40.5；600C一800C时，f=0.60.8；大于800C时，f=0.8-1.0。可见，钢坯温度越高，摩擦系数愈大。一般来说，加热炉分为预热段、加热段和均热段，各段温度不尽相同，应根据每段温度、钢坯质量计算出各段所需推力，最后相加。对于有些加热炉来说，炉底是倾斜的，这时还应考虑到钢坯重力的分力对推力的影响。 齿轮选择 推钢机属于低速重载，繁忙使用，齿轮齿条属于重点零件。要通过计算，选择合理的模数和材质，进行合理的热处理，结构设计要优化，避免出现胶合、点蚀，甚至断齿等现象。 推杆结构推杆工作中会受到齿条推力、摩擦阻力、压轮压力等复杂力系的作用，强度、刚度要高，结构要可靠，一般采用箱型梁钢板焊接结构。 推钢速度 一般来说，影响推钢机生产率的主要因素是推杆返回时的空载时间。为了提高生产率，推钢机的返回速度可以取得比推速大，一般返回速度比推速大50%至数倍。实际使用表明，返回速度比推速大一倍左右比较合适。有的推钢机设有慢7毕业设计 2传动方案的分析与拟定速推钢电动机和快速返回电动机，用以调节速度。采用液压推钢机，可以方便地调节推钢速度。 推钢机行程 推钢机行程一般为1.5-5.5M,这取决与所推炉料的尺寸及炉台宽度。用吊车上料时，行程应大于每次填料总宽度，并大于辊道的宽度；用辊道上料时，除了考虑大于辊道宽度外，还应根据检修要求（要求推头能退到辊道外侧）所需长度来确定。 机架强度 理论和实践表明，双机架推钢机机架强度要给予高度重视，其强度一定要满足推力、推速要求，避免出现颤抖现象。压板部位受力非常大，压板结构要满足高强度要求。2 传动方案的分析与拟定2.1传动方案的分析2.1.1常用的传动类型及其特点 带传动：带传动传递的功率不大（可用于中小功率），机构尺寸比其他传动类型大，但传动平稳，能缓冲吸收冲击振动。由于摩擦产生静电，不适用于有瓦斯及煤尘等爆炸危险的场合，常用于高速级传动中。 链传动：链传动的瞬时传动比是变化的，且具有冲击振动，故不适用于高速传动和传动比要求准确的场合，一般多用于低速级传动及传动比要求不太严格的场合。 齿轮传动：齿轮传动瞬时传动比不变，且效率高，体积小，是在传动中使用最多的一种传动件。直齿圆柱齿轮的设计加工容易，但速度高时有噪音，故多用于减速器低速级中，亦可用于高速级但噪音大。斜齿圆柱齿轮传递运动平稳，噪音小，承载能力高，故多用在减速器中高速级上，低速级上也可以使用。人字齿轮基本上与斜齿轮相同，它对轴承不产生轴向力，多用于大型减速器。锥齿轮将较困难，特别是模数，直径大时受到机床的限制，故一般在改变轴的方向等情况下才使用，使用时应尽量使模数直径小些，以利于加工。锥齿轮常用于高速级上，如用弧齿锥齿轮时噪音小，工作平稳，故速度可高些。开式齿轮较闭式齿轮磨损大，多用于低速级。 蜗杆传动：蜗杆传动传动速比大，传递运动平稳，但效率低，消耗有色金属。因此普通圆柱面蜗杆传动适用于中小功率，由于其效率低，不适用于连续工作，故多用于间歇工作的场合。2.1.2机械传动系统设计要素 在满足传动要求的情况下，应尽量使机构的数目减少，使传动链短，这样可以提高机械效率，减低生产成本。 当机械传动系统的总传动比较大而采用多级传动时，应合理分配各传动机构的传动比。传动比的分配原则时使总的体积小和发挥各类传动机构本身的优势。 合理安排传动机构的次序。当总传动比时，要考虑多级传动。如有带传动时，一般将带传动放置在高速级；如采用不同类型的齿轮机构组合，圆锥齿轮传动和蜗杆传动一般放置在高速级；链传动一般不宜放在高速级。 在满足传递要求的前提下，应尽量采用平面传动机构，使制造，组装，维修更加方便。 在对传动系统的尺寸的要求较小时，可采用行星轮系机构。2.2传动方案的拟订根据设计要求，推钢机的最大推力为F=摩擦式,推钢速度为0.156m/s，工作行程为1800mm，检修行程为450mm，可见推钢机整体尺寸不大，且在低速状态下工作。综合考虑以上传动类型的特点和推钢机的设计要求，现选用齿轮齿条传动和开式齿轮传动，并采用减速器与电动机相连接。综合以上方案的优点，具体传动方案如下图2.1所示： 图2.1传动简图电动机经减速器和齿轮机构减速后，由齿轮齿条机构将轴的转动转化为推杆的往复运动，将钢坯以额定速度=0.156m/s推入加热炉。9毕业设计 3 主要结构参数的设计3 主要结构参数的设计31电动机的选择计算311 概述 电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。312 常用电动机类型 按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。 按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机和开关磁阻调速电动机。313电动机的选择计算在交流电动机中，三相异步电动机在工业中广泛应用。常用的Y系列三相异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单，工作可靠，启动性能好，价格低廉，维护方便，适用于非易燃易爆，无腐蚀性和无特殊要求的机械上，也适用于某些对启动转矩有较高要求的机械，如压缩机等。经常启动，制动和反转的机械设备要求电动机具有较小的转动惯量和较大的过载能力，应选用起重的冶金用的三相异步电动机电动机，常用YX型（笼型）和YZR型(绕线型)。由于推钢机推杆做往复运动，需要频繁快速启动和反转，故选用YZR型电动机。已知推钢机的最大推力P=摩擦式,推钢速度=0.156m/s，推杆的最大作用力:F=; （3.1）则推钢机电动机的输出功率:； （3.2）式中-总效率；=； （3.3）式中为传动系统中每一个传动副，轴承，联轴器等的效率。参考文献19知： =0.930.95（齿轮齿条传动）； =0.95（开式齿轮传动）； =0.98（一对滚子轴承）； =0.950.96（二级圆柱齿轮减速器）； =0.99（齿式联轴器）；则=0.74；代入公式（3.2）得： =117.19 选择电动机容量时，应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率，故取=120。容量相同的电动机，有几种不同的转速可供设计者选择。电动机的同步转速越高，磁极对数越少，其重量越轻。但是电动机转速与工作机转速相差过大势必使总传动比加大，致使传动装置的外廓尺寸与重量增加，价格提高。因此在确定电动机转速时应进行分析比较，选择最优方案。综上，参考文献1选择YZR355型冶金用电动机，额定功率，转速。32 传动装置的运动及动力参数的选择和计算321 传动装置的总传动比由选定电动机的满载转速和工作机轴的转速可得传动装置的总传动比：； （3.4） 总传动比等于各级传动比的乘积，即： ； （3.5） 已知推杆推钢速度=0.156m/s，初步选定齿轮直径D=384mm。则： （3.6） =7.78 ；所以总传动比： =75.58；322 分配各级传动比分配传动比主要考虑以下几点： 各级传动比应在推荐范围内选取，不得超过最大值。 各级传动零件应做到尺寸协调，结构匀称，避免相互间发生碰撞或安装不便。 应尽量使传动装置的外廓尺寸紧凑或重量较小。 在卧式二级齿轮减速器中，各级齿轮都应该得到充分润滑。为了避免因各级大齿轮都能浸到油而使某级大齿轮浸油过深而增加搅油损失，通常使各级大齿轮直径相近，应使高速级传动比大于低速级，此时高速级大齿轮能浸到油，低速级大齿轮直径稍大于高速级大齿轮，浸油稍深而已。根据以上原则，初步选定齿轮传动的传动比，则减速器传动比r/min； (3.7)323 各轴参数的计算将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定为0轴（电机轴），1（减速器低速轴），2轴（齿轮轴）；相邻两轴传动比表示为，；相邻两轴的传动效率为，；各轴的输入功率为，；各轴输入转矩为,。 各轴转速计算；电机轴转速 第一轴转速 第二轴转速 各轴功率计算；电机轴功率 第一轴功率 第二轴功率 = 各轴扭矩计算；电机轴扭矩 第一轴扭矩 第二轴扭矩 33 减速器的选择计算331 减速器的概述及作用减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。在原动机和工作机之间用来提高转速的独立的闭式传动装置成为增速器。减速器的作用主要为： 降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。 降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。332 减速器的选用根据已知的设计要求，即减速器计算传动比r/min；高速轴输入功率高速轴转速参考文献1选择减速器型号为I型，公称传动比16.高速轴许用功率193Kw，承载能力n=750r/min。34 齿轮齿条传动设计计算341 齿条传动的特点 齿条同侧齿廓为平行线,它在与齿定线平行的任一直线上具有相同齿距。 齿条直线齿廓上各点具有相同的压力角,等于直线齿廓的齿形角,一般为标准值。 ?no fUD. 当齿轮齿条标准安装时,齿轮分度圆与齿条分度线重合,啮合角等于齿形角;齿轮以角速度转动, 带动齿条以线速度直线移动。bvv|;6 中心距增大后，齿条远离齿轮轴心01移动X距离(图3.1虚线所示),根据齿条直线齿廓的特点,啮合线不会随齿条位置改变而改变,故节点位置P也不变化,此时,齿轮的分度圆仍然与节圆重合，啮合角仍然等于齿条的齿形角,即等于齿轮分度圆上的压力角;而齿条位置的改变使齿条的中线与节线不再重合，齿侧间隙j加大，顶隙增加。/2UH=Q!x4E 图 3.1 齿轮齿条啮合传动342 齿轮齿条传动的设计计算 模数确定由于推钢机工作性质属于低速重载，所以根据弯曲疲劳强度来确定齿轮齿条的模数。一般齿条传动齿轮直径取得小些，可以减少传动力矩，减轻设备重量。因此，齿轮齿数通常取17,齿轮的材料选用45钢，齿条的材料选35CrMo，考虑齿条较长，设计时分两段来制作。计算公式为： （3.8）式中 -齿轮齿数=24 K-综合系数K=2.6 -齿轮扭矩（N mm）， -齿形系数，=2.48 -实验齿轮弯曲疲劳极限，=260N/mm。 -齿宽系数，=0.7。所有数据均参考文献【20】，将所得数据代入公式（3-8）得=13.31mm取 m=16 所以= （3.9）齿宽 （3.10）取 B=270mm 齿轮齿条弯曲疲劳强度校核1)推钢机最大推力 P=833.85Kw；齿轮m=25mm ；B=270mm；=24； 。材料45钢，调质硬度240HBS。齿条，m=25mm ；B=280mm ；=60。材料35CrMo，调质硬度220HBS。2)计算齿轮齿条的弯曲应力 （3.11）式中 ： 工况系数，=1.25 圆周力， 工况系数， 动载荷系数， 载荷分配系数， 齿向载荷分布系数， 齿形系数，=2.48,， 螺旋角系数，均 参考文献20代入公式（3.11）得3)计算齿轮齿条的弯曲疲劳极限 （3.12） （3.13）- 弯曲强度的寿命系数 =1 =1- 应力系数 =1.17 =1.04- 尺寸系数 =0.95 =0.85-实验齿轮齿条弯曲疲劳极限参考文献20 确定最小安全系数要求该齿轮齿条传动可靠性高 取=1.54)计算安全系数 （3.14） （3.15）结论：齿轮齿条弯曲疲劳强度满足要求35 轴的设计轴是机械设备中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力,轴要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。这种起支持作用的零部件称为支承零部件。而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部件统称为轴系零部件。351 传动轴的设计轴主要承受扭矩，是传动轴，因此抗扭强度要求高，选取45号钢调质处理，=630780mpa，为370mpa。轴的直径计算公式：dA=107= 62.99mm （3.16）式中A=107mm 取d=60mm轴是光轴，两端只有起支撑作用，主要传递转矩，根据轴的要求，确定轴的长度。轴主要传递扭矩，弯矩很少，不需要校核轴强度。352 齿轮轴的设计 开始设计轴时，由于轴上零件的位置和两轴承间的距离通常尚未确定，故对轴所承受的弯矩就无法进行计算，只能先按扭转强度估算轴的最小直径（根据标准尺寸与其相配的孔圆整），再进行轴的结构设计。由材料力学可知，圆轴受扭转时的强度条件为： （3.17）式中：为轴的扭转剪应力（MPa）；T为转矩（Nmm）；Wn为抗扭截面模量（mm3）；P为轴传递的功率（KW）；n为轴的转速（r/min）；d为轴的直径（mm）；为许用剪应力（MPa）。将上式改写为轴径的计算公式： (3.18)式中：A是由轴的材料并考虑弯曲影响的系数。参考文献18对于45钢材料的轴代入得。 所以 应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大3%。故 整合取。轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案轴上的大部分零件包括开式大齿轮，右端轴承，轴承端盖，右端托辊依次从左端装配，仅左端轴承，轴承端盖和左托辊从左端装配。 根据轴向定位及固定要求，确定轴的各段直径和长度,见图3.2 轴上零件的周向固定开式大齿轮与轴的周向固定采用平键联接。同时为了保证齿轮与轴有良好的对中性，故采用H7/s6的配合。滚动轴承与轴的周向固定采用过盈联接来保证的，此处选用H7/r6 确定轴肩的圆角半径，见图3.2。轴端倒角半径5x45。 轴的材料选择 轴的材料：该轴的材料无特殊要求，因而选用45钢，调质处理。轴的结构尺寸如图3.2所示图3.2 齿轮轴36 推杆设计计算361 齿轮齿条与压辊装置布置齿条式推钢机的受力模型如图3.3所示，在传动齿轮前后各有一对压辊。由静力学条件得推杆对前后压辊的作用力为： （3.19） （3.20）式中 G一推头重量；q推杆单位长度重量(即自重)；p-推钢机的推力；N-齿轮齿条的啮合力， 为N的分力。如果忽略压辊对推杆的摩擦阻力，则N=P，一般齿轮的压力角为20。，则=0364p。图3.3齿轮与压辊的受力分析结合上面的图形和公式，分析推钢机的推杆所受的各类载荷对其前后压辊的作用力R,R的影响。 p值的影响：p值对、的影响是相同，为。 G值的影响：G值对、的影响的偏差是一恒定值： q值的影响：q对的影响项为： （3.21）q对的影响项为： （3.22）比较公式（3.21）、（3.22）可以看出，只有（）和（）对、起着不同的作用。其中是增加之值，而是减少之值，因此，q值越大，对前后辊压力影响的差别也越大。值的影响：对的影响项为：对的影响项为: 由公式（3.19）可知，可以减小对辊子的压力；由公式（3.20）可知，可以增大对辊子的压力。当齿轮在前辊位置时：，则而; 当齿轮在后辊位置时：，则而； 当齿轮在前后中间辊位置时：，则。根据上列公式，可以计算出齿轮在不同位置(之间)时、值的变化。可知当齿轮在前辊位置时，值最大限度地起着减小辊压的作用；对后辊，对辊压的影响等于0.如就此而言，传动齿轮放在前滚位置是较为有利的，因为辊压小，可以减小压辊辊颈及轴承的尺寸，这对中小吨位推力的推钢机是合适的。对大吨位推力的推钢机，由于的力很大，由公式（3.19），的值可能为负，即使不出现负值，压力过小，也会齿轮齿条不能正常啮合，甚至发生跳动。因此，大吨位推力的推钢机，为了使齿轮齿条能正常啮合齿轮传动的位置宜放在中部偏前（即）。但在设计时，为了简化设备结构，通常都是降齿轮置于后辊处（），根据公式（3.19）和公式（3.20），此时前后滚的压力和为最大。尽管辊子的直径有所增大。但这样设计的结构是最简单的。所以，我们采用将齿轮置于后辊处得结构。362 推杆设计齿条式推钢机，通常采用钢板焊接结构。推杆断面一般有三种形状，如图3.4所示。从刚度和强度观点来看，图a的箱型结构形状最为合理。在大型推钢机中，由于齿宽需要，推杆宽度也要相应增大，如图b所示结构形状。图c所示形状为特殊需要时才采用。而推杆下部固定齿条，前部安装推头，靠托轮、压轮支承定位，长期承受齿条推力、钢坯阻力、压轮压力等复杂力系的作用，对其强度、刚度有较高的要求。从设计方面考虑，其结构一般采用箱型梁钢板焊接式。故选择图a所示的箱型梁结构。本次设计的推杆断面为600x600 推杆加推头总长度为9410mm。由于推杆较长，推力较大，属于中柔度杆件，它的破坏形式是丧失稳定和强度破坏两种联合作用，所以制造时必须严格按照图纸尺寸和要求。尤其是在与齿条联接时，先照样办把齿条拼好后，用斜楔把两端段齿条楔紧，然后用螺栓将其固定在推杆上。 图3.4 推杆断面图a-箱型 b-宽箱型 c- 工字型其截面尺寸如图3.5所示图3.5 推杆截面示意图 推杆各段长度确定 如图3.3，其推钢机推杆处于极限位子，即推杆达到最大行程时的位置。已知推钢机的行程为1800mm ，钢坯尺寸为6000x1200x200。从齿轮-齿条压辊装置布置的结构，受力等方面考虑。取L=3750mm， L=2700mm L=2760mm。L=100推杆推头自重确定由公式 Q=V x （3.23）Q-推杆总重量 tV-推杆体积 mm-