粗轧机机架辊设计

摘 要如果不满足喂送轧件时，机架辊的速度应与工作辊道速度相同；当轧件从轧辊中轧出时，机架辊的速度应与轧件速度相同这两个要求，就会阻碍轧件运动，或对机架辊产生附加力矩，易使其传动机构损坏。实践表明机架辊采用没有减速机的单独驱动是能满足上诉这两个要求的一种可靠型式。但其维护所带来的费用也相对高一些，且结构也比较复杂，对于一些急于投产但经济实力有限的工厂来说使用集中传动型式的比较合理。本设计中的 3500mm 中厚板轧机机架辊的机架辊就是采用圆柱齿轮传动的集中传动型式。关键词：中厚板轧机 机架棍 集中传动 减速器 分轴器太原科技大学毕业设计（论文）- 1 -AbstractIf not well off, rack roll over the speed with the work at the same roller table ； from the rolls in when it rolled over, and wast rack the speed of over the same thing as the speed of the two requirements, it would block and sporting, or to produce a rectangular openings rack additional moment due to rotation, the damage to the organization. Practice showed that the frame of roller adopts no reducer is driven alone can meet the requirements of the appeal of two forms a reliable. But the costs of maintaining relatively high, and the structure and some complicated, but to put on some of the economic strength of limited use for factory on the reasonable 1driving form. The design of the 3500mm heavy frame by frame roller cylindrical gears transmission roller is the concentrated 1driving form.Keywords： Medium plate mill Frame stick Concentrated transmission Reducer Prebending points太原科技大学毕业设计（论文）- 2 -目录摘 要 .- 2 -第一章 概 述 .- 4 -1.1 我国中厚板发展历史 .- 4 -1.2 目前我国主要中厚板生产设备状况 .- 4 -1.3 国外中厚板的发展 .- 6 -第二章 3500MM 中厚板轧机机架辊设计 .- 7 -2.1.结构功能概述 .- 7 -2.2.辊道参数 .- 7 -2.2.1.辊子直径 D.- 8 -2.2.2.辊身长度 l.- 8 -2.2.3.辊距 t.- 9 -2.2.4.辊道速度 v.- 9 -2.3.电机选型 .- 10 -2.3.1.电动机的类型及结构形式 .- 10 -2.3.2.启动力矩 M 的确定 .- 12 -2.3.3.电机功率的确定 .- 13 -2.3.4.机架辊强度校核 .- 14 -第三章 机架辊减速器的设计 .- 15 -3.1.选择减速器的类型 .- 15 -太原科技大学毕业设计（论文）- 3 -3.2.减速器中齿轮传动的设计 .- 16 -3.2.1.确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料 .- 16 -3.2.2 确定结构尺寸 .- 21 -3.3 齿轮轴的设计 .- 22 -3.3.1 材料选择 .- 22 -3.3.2 轴的设计计算和校核 .- 23 -3.4 减速器的箱体 .- 28 -3.4.1 箱体材料 .- 28 -3.4.2 确定结构尺寸 .- 29 -3.4.3 减速器的润滑和密封 .- 32 -第四章 分轴器的设计 .- 34 -4.1 齿轮传动 .- 34 -4.2 齿轮轴的校核 .- 34 -4.2.1 主轴的校核 .- 34 -4.3 机座和箱体 .- 41 -结 论 .- 42 -参考文献 .- 43 -致 谢 .- 44 -太原科技大学毕业设计（论文）- 4 -第一章 概 述1.1 我国中厚板发展历史我国第一套中板轧机于 1936 年在鞍钢建成，属于三辊劳特式轧机。新中国成立以后，在前苏联的援助下，我国的中厚板生产装备和工艺技术水平有了很大提高，先后建立了重钢 2440mm 中板轧机、武钢 2800mm 中板轧机等 13 套三辊劳特式轧机，为我国板材生产奠定了坚实的基础。70 年代后，我国的中厚板轧机开始向宽板面方向发展，1978 年在舞阳钢铁厂建成了我国自行设计制造的的第一套 4200mm 厚板轧机；首钢引进了国外 3300mm 二手宽厚板轧机设备。这两套轧机主要用于生产特殊钢板，满足了当时动力设备、舰船、潜艇、大型工程机械和民用钢制船舶生产的需要。在工艺技术和装备水平发展方面，20 世纪 80 年代，国内中厚板生产企业均多次对原先的三辊劳特式中厚板轧机进行了不同方式的改造，改造后的轧机基本以三辊加四辊轧机为主，基本解决了三辊劳特式轧机尺寸偏小，轧机宽度窄，长度短，尺寸偏大，板面差，以及原材料和能源消耗成本，经济效益差等问题。从 90 年代初，通过多次改造的方式和生产技术水平，并具备了较为先进的电控设备，控轧控冷技术装备和热处理工艺。从我国中厚板轧机的发展历程可以看出，我国中厚板轧机经历了三辊劳特式为主到以四辊轧机为主的发展历程。目前在我国的中型钢铁企业中，除临钢还保留一套三辊劳特式轧机外，其他厂基本上都是四辊轧机。布置形式基本有单机架四辊轧机，二辊加四辊轧机，三辊加四辊轧机，双四辊轧机四种形式。 1.2 目前我国主要中厚板生产设备状况我国中厚板生产以 2004 年为界大致可以分为两个阶段，2004 年前我国中厚板企业总体装备水平不高，除了浦钢，舞钢，鞍钢外，其他钢厂基本上是3000mm 以下的轧机。2005 年是我国中厚板轧机快速发展的一年，当年新上轧机太原科技大学毕业设计（论文）- 5 -8 套，主要以 3000mm 以上宽厚板轧机为主，使我国中厚板总体装备水平有了较大的提高，从 20052008 年将是我国中厚板装备技术和产能快速发展的一个阶段。2004 年前我国新上中厚板机组比较少，这个阶段主要以改造老机组为主。截止到 2004 年底，我国共有中厚板轧机（包括炉卷轧机）29 套，设计产能为1910 万吨。除了舞钢，济钢，南钢炉卷轧机，鞍钢等少数几套轧机比较先进外，其他机组设备与国外发达工业国家相比，存在较大差距。从轧机结构上来看国内的中厚板轧机普遍存在辊身长度小，单机产能低。由于目前的中厚板轧机是在原有设备基础上经过扩宽，扩能改造的，如济钢中板厂和鞍钢中板厂。改造后轧机的辊身长度均未超过 3000mm .此一阶段 3000mm以下轧机仍然占主要地位，占到总产能的 83%，而日本，德国中厚板轧机全部是 3 米以上，其中日本 5 米以上的轧机占 62.5%，此阶段我国中厚板轧机装备水平明显落后。从设备布置上看，国内中厚板生产线一般只设计成一条流水线，所有的环节包括矫直、剪切、收集均从这一条线上通过，设备负荷过重而且对产量、质量形成严重制约。国外先进的中厚板厂一般都有多条剪切收集线，按照规格的不同从不同生产线通过。从主要生产工艺装备上看：我国中厚板轧制力比较低，一般在 9.8kN/mm 左右，国外一般为 19.6kN/mm:除少数生产线（济钢 3500mm 厚板轧机和酒钢3000mm 中板轧机）外，很少有企业成功地运用液压 AGC 和液压弯辊技术，难以生产一些特殊钢种；矫直机能力普遍较弱，效率低、平直度要求不高，影响产品质量；很多生产线没有热处理工序。有些企业即使装备了相应设备，但除了武钢、舞钢、鞍钢和浦钢热处理能力较强外，其他企业均未能正常使用，这是造成我国中厚板产品中专用板比例偏低的主要原因之一。钢铁产品的内在质量仅靠取样化验是不能完全查明的，需要经过“探伤” 。日本、德国、美国等早在 10 多年前就已 100%采用超声波探伤，而我国老生产线仍有一些采用线外人工探伤方式，效率低、劳动强度大，占用了场地且易漏探 。太原科技大学毕业设计（论文）- 6 -从技术掌握的程度来看，在线控制技术相对落后，板型控制能力较低，我国不能满足大型造船、电站用钢等要求。综上所述，此一时期我国中厚板生产的总体技术准备水平不高，使得我国中厚板产品的品种板比例低，普碳中厚板产量大，3 米以下宽度的产品比较集中。1.3 国外中厚板的发展50-60年代宽厚板轧机建设较多的是美国，当时以4064mm厚板轧机为主，此期间美国建有4064mm厚板轧机共7套。60年代后期至70年代初期厚板轧机的领先地位转向日本，这时期日本建有4724mm双机架四辊式厚板轧机5套。1971年意大利建造一套4826mm双机架厚板轧机，韩国建一套4724mm双机架厚板轧。1976-1977年间日本建造3套5500mm特宽厚板轧机。建造这种特级厚板轧机主要是生产大直径UOE钢管用宽钢板和宽幅面、长定尺的造船钢板。1985年德国迪林根厂在4800mm厚板轧机前面增建5500四辊厚板轧机，这是当今世界最强大的一台特宽厚板轧机。近年来国外新建的宽厚板轧机有1997年投产的韩国浦项3号4300mm单机架厚板轧机和东国公司的4300mm双机架厚板轧机。总的来说 ，从60年代中期到80年代，世界中厚板轧机的发展动向，主要集中在建设先进的厚板轧机、淘汰落后的旧轧机和小规格的轧机上，增加轧机的能力提高产量、劳动生产率、产品质量、产品精度等)、提高竟争力是这个时期的显著特点。世界上原有中厚板轧机约120套，通过新建、改造和淘汰，截至1999年，世界各国现有辊身长度3000mm的厚板轧机77套。这77套轧机中辊身长度在5000mm及以上的轧机有19套(其中5500mm轧机有4套)，辊身长度在4700mm-4826mm轧机有6套。太原科技大学毕业设计（论文）- 7 -第二章 3500mm 中厚板轧机机架辊设计2.1.结构功能概述大型开坯机上，为了能够可靠地将轧件送入轧钢机轧辊，要求辊道辊子尽可能的靠近轧辊。为此，在这些轧机机架上，都有专门的孔、台阶或凸槽，以便安装辊道辊子。这些辊子称为机架辊。机架辊的工作条件最为繁重。除了频繁的启动制动和承受轧件冲击外，在辊子传动方面还要满足以下要求：1）喂送轧件时，机架辊的速度应与工作辊道速度相同；2）当轧件从轧辊中轧出时，机架辊的速度应与轧件速度相同。如果不满足这两个要求，就会阻碍轧件运动，或对机架辊产生附加力矩，易使其传动机构损坏。实践表明机架辊采用没有减速机的单独驱动是能满足上诉这两个要求的一种可靠型式。但其维护所带来的费用也相对高一些，且结构也比较复杂，对于一些急于投产但经济实力有限的工厂来说使用集中传动型式的比较合理。本设计中的 3500mm 中厚板轧机机架辊的机架辊就是采用圆柱齿轮传动的集中传动型式。它的功能是接出轧件并把轧件安全送入工作辊道，主要有棍子、减速器、电动机、轴承座及中间接轴等零部件组成。辊子是钢锻造成的实心辊子。整个轴承座支撑在机架内侧的支架上。辊子由电动机通过减速器、联轴器、中间接轴及翅式结构传动。为了防止水和氧化铁皮等杂质物进入轴承座内，除了在轴承座上设有撒水沟外，在轴承座内还分别装有一对骨架唇型密封。在辊子内部还设有冷却水管，主要是为了防止辊子表面温度过高，从而影响带钢。2.2.辊道参数辊道的基本参数是辊子直径、辊身长度、辊距和辊道速度。太原科技大学毕业设计（论文）- 8 -2.2.1.辊子直径 D为了减少辊子重量和飞轮力矩，辊子直径尽可能小。辊子最小直径主要决定于辊子的强度条件。但当轧件在辊子上横向移动时，它还受轴承座和传动机动外形尺寸的限制。在本设计中的机架辊也按辊道辊子的设计要求和相关参数进行计算。在本设计中选辊子直径 。一般轧钢机采用的辊子直径如mD60表 2-1 所示。表 2-1 各种轧钢机辊道的辊子直径辊道直径，mm 辊 道 用 途600 装甲板轧机和板坯轧机的工作辊道500 板坯轧机、大型初轧机和厚板轧机的工作辊道450 初轧机的工作辊道400 小型初轧机和轨梁轧机的工作辊道；板坯轧机和大型初轧机的运输辊道350 中板轧机的工作辊道，初轧机和轨梁轧机的运输辊道300 中型轧机和薄板轧机的工作辊道和输入辊道250 小型轧机的辊道，中型轧机和薄板轧机的输出辊道200 小型轧机冷床处的辊道150 线材轧机的辊道在本设计中选辊子直径 。mD602.2.2.辊身长度 l辊身长度一般根据辊道用途来确定。主要工作辊道辊子的辊身长度，一般等于轧辊的辊身长度。在初轧机和一些开坯机上为了设置推床导板，辊子辊身长度就比轧机辊辊身长一些。而型钢轧机辅助工作辊道辊子的辊身长度比轧机轧辊辊身长度短，因为轧件只在最后几道轧制时，辅助辊道才运转。运输辊道辊子的辊身长度 ，决定于运输的轧件的轧件宽度 ，即l b太原科技大学毕业设计（论文）- 9 -bl其中，余量 可根据运输的轧件种类选择确定，通常 =150mm350mm，但但本设计中考虑道与机架的配合故选 =100mm,所以为辊身长度bl=3500+100=3600mm2.2.3.辊距 t根据运输的轧件长度，辊道辊距 可按以下情况考虑确定t在运输长轧件时，最大辊距要考虑轧件由于自己重量引起弯曲这一条件。当轧件从一个辊子向另一个辊子移动，但还未到达另一辊子上时，根据弹性变形的极限条件，辊子的最大允许辊距可以由以下公式确定 3210621Sbhgt所以 tS3式中 最大允许辊距， ;tm轧件宽度， ;b轧件厚度, ;h钢的密度， ;r3/kg重力加速度， ;g2sm相应温度下轧件的屈服极限，MPa。S在大型轧机上，辊道辊距一般取 1.2m1.6m；中板轧机取为 0.9m1.0m；由于本设计是集中的机架辊是采用圆柱齿轮传动的集中传动形式，故机架辊辊距比较小，所以取辊距 。mt6.0太原科技大学毕业设计（论文）- 10 -2.2.4.辊道速度 v辊道速度一般根据辊道用途确定。工作辊道的工作速度通常根据轧机的轧制速度选取。当运输长的薄轧件时，轧机后的工作辊道速度要比轧制速度大5%10%，以避免轧件形成折皱；加热炉炉后辊道和轧机输入辊道的速度应取得稍大些，一般取 1.52.5m/s；本次设计中取辊道速度 =2.1m。v应该指出，为了减少轧件对辊道棍子的冲击负荷，轧辊、机架辊和工作辊道辊子之间应有合适的相对高度。下轧辊表面与工作辊道辊子表面的相对高度决定于轧机的压下量，一般取为最大压下量的 12 加 1020mm，即： H= (1020)21maxh式中： H 为下轧辊表面与工作辊道辊子表面的相对高度： 为轧机maxh最大压下量。机架辊辊子高度应稍高于工作辊道辊子的高度，这可减少轧件对工作辊道冲击。本台轧机下轧辊表面与工作辊道辊子表面的相对高度H= 130(10 20)=7585mm，取H= 80mm，故取机架辊表面低21于下轧辊表面 50mm 2.3.电机选型2.3.1.电动机的类型及结构形式电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。 电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者太原科技大学毕业设计（论文）- 11 -是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速） 。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ） 。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机） 。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20 世纪 70 年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ： 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电动机的功率选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小,不能保证工作机的正常工作或使电动机因过载而过早的损坏;而功太原科技大学毕业设计（论文）- 12 -率选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不能满载运行,其使用效率和功率因数都较低,增加了电能的消耗造成了能源的浪费。所以在选择电动机时应考虑设计机器的使用要求和加工参数，并经过细致周密的计算推演，建立起可靠而又缜密的理论模型，再根据经济性原则最终确定具体的电动机参数。2.3.2.启动力矩 M 的确定为了计算驱动辊道所需的电动机功率，必须求出辊道的驱动力。对于长期辊道稳定运转时，轧件作等速运动。转动辊道所需的静力矩是根据辊子轴承中的摩擦损耗以及轧件在辊子上移动所产生的摩擦损耗来计算 QfdCGM211（2-1）但启动工作制辊道式在加速情况下运送轧件的，所以除了静力矩 外,还1M要考虑辊子和轧件所产生的动力距 ,辊道在启动时所需的力矩 为2(2-2)1由于本轧机采用启动工作制机架辊所以参阅轧钢机械第 497 页公式（13-12）可知辊道启动力矩为：( )QfdCGDQgCGM222111 mN式中：C-为由一台电动机所驱动的辊子数目，此处 C=3 ； D-为辊子直径，m; D=0.6m；-为辊颈直径,m; =0.4m；dd太原科技大学毕业设计（论文）- 13 -为辊子在轧件打滑时的摩擦系数，对于热轧件为 0.3；1-为辊子轴承中的摩擦系数，对于辊子轴承 =0.005；-为为重力加速度，m/s ； =9.8m/sg2g2G -为辊子重力，N；1Q-为轧件作用在辊子上的重力，可查阅轧钢机械第 496 页表 13-2选取，查得 Q=0.3G； ；6238073.0GQG-为轧件重力，N；-为轧件与辊子的滚动摩擦系数，对于热轧件为 0.015。f辊子重力： ；NmgG331 1076.5108.923辊子的飞轮力矩： ；221/4.5KD轧件重力： ；gN0768.93辊道启动力矩： 21112 6.92mQfdCGDQgCGM2.3.3.电机功率的确定辊道线速度为 2.14.6m/s,故机架辊最大线速度 =4.6m/s。maxV机架辊最大角速度 ：太原科技大学毕业设计（论文）- 14 -= 1337DVmax6016.041min/r电机最小功率 ：inP因为 =9550Mmi故 = =min950KW9.12376.2综上所述，选取 2 台（前后各一台）DC150KW 辊道用电动机。2.3.4.机架辊强度校核 辊子危险截面为辊身中心截面及辊径截面，故只对辊子这两个危险截面进行强度验算。（1） 辊身中心截面（B 截面）强度验算弯矩： T = = =Q4L3.0GmNL126.04.抗弯截面模量 ；W= (1- )=32D4343 109.0526. 故按第三强度理论危险点的相当应力为：= =3r21QTMMPaa1755.9所以辊身中心截面（B 截面）式安全的（辊身材料为 20 钢） 。（2） 辊径截面（D 截面）强度验算抗扭截面模量：= =PW163d32104.0m故辊径截面（D 截面）最大切应力为：= = (辊径材料为 45 钢)maxpTMPaMPa175.05.130034. 所以辊径截面（D 截面）是安全的。太原科技大学毕业设计（论文）- 15 -第三章 机架辊减速器的设计3.1.选择减速器的类型 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闭式传动装置成为增速器。减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和星星减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照传动的不知形式又可分为展开式，分流式和同轴式减速器。若按换东和结构特点来划分，这类减速器又下述 6 种： 1. 齿轮减速器 主要又圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器 2. 蜗杆减速器 主要有圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器 3. 蜗杆齿轮减速器及齿轮-蜗杆减速器 4. 行星齿轮减速器 5. 摆线针轮减速器 6. 谐波齿轮减速器 常见减速器的特点： 1） 齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用广泛。 2） 蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的式单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器应用较少。 3） 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但制造精度要求较高，结构复杂，且价格略贵。 综合外链板轧制机的设计使用要求，在确保设计经济性的前提下我最终选择单太原科技大学毕业设计（论文）- 16 -级圆柱齿轮减速器。经过计算可确定减速器的传动比是：u=6，该减速器的基本结构由齿轮、轴及轴承组合，箱体，减速器附件三大部分组成。3.2.减速器中齿轮传动的设计 3.2.1.确定齿轮精度等级、齿轮类型、齿数和材料 3.2.1.1 精度等级的选择 综合设计要求和设计参数我选用直齿圆柱齿轮减速器，此种减速器为普通减速器，速度不快，所以选用 7 级精度就可以在保证经济性的前提下满足使用要求。 3.2.1.2 材料的选择和齿数的确定 查阅表10-14确定： 小齿轮的材料是20Cr2Ni4（调质 ），硬度是350HBS， 7大齿轮的材料是12Cr2Ni4钢（调质），硬度是320HBS。 确定：小齿轮齿数是 19Z大齿轮齿数是 。 462U依据齿面接触的强度进行设计： 按照设计计算公式（10-9a） 试算：43211 )(2.HEdt ZuTKd（3-1）3.2.1.3 明确公式内的各字母所表示的数值 （1）载荷系数 Kt=1.3 （2）确定小齿轮传递的转矩太原科技大学毕业设计（论文）- 17 -mNnPT 45151 1065.284.70.90.9（3）查阅表10-7确定齿宽系数为 .d（4）查阅表10-6确定材料的弹性影响系数为 =189.8MPa EZ2/1（5）查阅图10-21d根据齿面硬度确定： 小齿轮的接触疲劳强度极限为 =1200MPa； 1limH大齿轮的接触疲劳强度极限为 =1100MPa 2li（6）根据10-13计算出应力循环次数 91 1037.01460jLhnN89272./37.（7）查阅图 10-19 确定接触疲劳寿命系数为：K =0.90；K =0.941HN2HN（8）确定接触疲劳许用应力 根据失效概率是 1%，安全系数是 S=1，依据式（10-12）有：MPaSHNH10829.01lim1 K344.2123.2.1.4 确定具体数值 （1）确定小齿轮分度圆直径 mZuTKdHEdt 27.10348.961105.283, )(. 24211 太原科技大学毕业设计（论文）- 18 -（2）确定圆周速度 v smndt /54.16027.14.3106（3）确定齿宽 b dt 97.32.1（4）确定齿宽与齿高之比 b/h 模数是： mzdmtt 4.61927./1齿高是： 948.173/ 8.5.2hbt（5）确定载荷系数 因为 v=1.54m/s,且减速器是 7 级精度， 查阅图 10-8 选择动载系数为：KV=1.06 直齿轮，如果 /b100N/mm。查阅表 10-3 可得 K =K =1.2，tAFKHaF查阅表 10-2 可得使用系数为 KA=1.5，查阅表 10-4 当 7 级精度、小齿轮相对轴承是非对称安装时有（3-2）bdH 3210.)6.01(8.2. 把数据代入有：52.146.89. 32HK因为 b/h=9，K =1.52 查阅图 10-13 可得 K =1.42， F所以载荷系数为 9.25.106.51HVA（6）根据实际的载荷系数校核计算出的分度圆直径，依据式（10-10a）有：太原科技大学毕业设计（论文）- 19 -mKdtt 06.134./927.1/331 （7）确定模数 m z.8906.54/13.2.1.5 根据齿根弯曲强度设计计算 查阅公式（10-5）可得弯曲强度的设计计算公式是：(3-3)321FSadYzKTm（1） 明确公式内的各字母所表示的计算数值 （2） 查阅图 10-20d 可得： 1小齿轮的弯曲疲劳强度极限为 =920MPa， 1FE大齿轮的弯曲疲劳强度极限为 =620MPa。 2查阅图 10-18 可得： 2弯曲疲劳寿命系数为 =0.88， =0.91。 1FNK1FN确定弯曲疲劳许用应力 3选择弯曲疲劳安全系数为 S=1.4，依据（10-12）可得：MPaSKFENF 6.8094.12011 FEF .5.212确定载荷系数 K 4 684.2.106.51FVAK确定齿形系数 5太原科技大学毕业设计（论文）- 20 -查阅表 10-5 可得 =2.85， =2.171FY2F确定大、小齿轮的 然后进行比较 6 FS052.7.3418521FSaY69.62FSa经过计算可知大齿轮的数值比小齿轮的大 设计计算 7 mm45.0692.1965.284.34比较计算结果，由齿轮接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力大小，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，所以可选择由弯曲疲劳强度计算得到的模数 4.25 并就近选择标准值 m=4mm,根据接触疲劳强度计算得到的分度圆直径为： md95.18确定小齿轮齿数：324.1Z确定大齿轮数：19612u通过上述的设计计算得出的齿轮传动方案，即满足了齿面接触疲劳强度的要求，又满足了齿根弯曲疲劳强度的要求，而且结构相当紧凑，保证了经济性能指标，避免了不必要的浪费。太原科技大学毕业设计（论文）- 21 -3.2.1.6 确定几何尺寸 （1）确定分度圆直径 mzd1284317692（2）确定中心距 da4821/21（3）确定齿轮宽度 mbd.08.1（4）校核计算 NdTF6.4713265.21所以本次设计符合要求mNbFKtA /8/69.478.1053.2.2 确定结构尺寸 3.2.2.1 确定小齿轮的结构尺寸模数： m5压力角： 20分度圆直径： =128mm 1d齿顶高： ha5齿根高： mf 2.6.全齿高： fa5.1齿顶圆直径： hd38太原科技大学毕业设计（论文）- 22 -齿根圆直径： mhdff 65.142.1382中心距： ma4齿数比： 6u3.2.2.2 确定大齿轮的结构尺寸 分度圆直径： md640齿顶圆直径： mhaa 6502齿根圆直径： ff .7.2其它尺寸同小齿轮的尺寸相同。3.3 齿轮轴的设计3.3.1 材料选择轴是组成及其的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递运动和动力。 按照承受载荷的不同轴可分为转轴，心轴和传动轴三类。工作中只承受弯矩而不承受扭矩的轴成为心轴，既承受弯矩又承受扭矩的是转轴，只承受扭矩而不承受弯矩的是传动轴。 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，又的直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和较好的淬火性能。因此，在传递大动力，并且要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温和低温条件下工作的轴，常采用合金钢。只是成本相对较高。 综合考虑轧制机的设计使用要求，在确保经济性的前提下，我在设计中选择最常用的 45 号钢做为传动轴的材料，并进行调质处理。 因为碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理太原科技大学毕业设计（论文）- 23 -的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以采用碳素钢制造传动轴比较切合本次设计的实际。3.3.2 轴的设计计算和校核 3.3.2.1 小齿轮轴的设计计算 安装在小齿轮轴上的零部件从左到右依次是：大带轮、轴承盖、轴承、小齿轮、轴承、轴承盖， 轴径依次是 35mm、40mm、45mm、50mm、45mm 另外，轴承盖轴径等于轴承处轴径 。 小齿轮轴如图 5-1.a 所示(1）确定小齿轮轴上的转矩： mNnPT5.28640.795011(2）确定作用在齿轮上的力（如图 5-2.b）所示小齿轮的分度圆直径为： mzd1603251周向力： NdTFt 816.01径向力： Tr 1304.35tan(3）对大带轮轴处进行受力分析（图 5-1.b）转矩： mNnPT5.28640.79502径向力: fFr 9.4721.sin3.27si01 太原科技大学毕业设计（论文）- 24 -单根 V 带所承受的预紧力（N） 0F带轮包角1）确定支反力 （1）位于水平面的支反力（如图 5-1.c）由 有：0AM0)(1aFbRcFrBzr Narrz 5.1638.2.94713由 有：0rBzAFR1 Nzrz 4.2175.639.47301 （2）位于垂直平面的支反力（如图 5-1.e）参考后可得NRAzy4.27RBzy.12)绘制弯矩图和转矩图(1)齿轮和带轮的作用力在水平面上时的弯矩图（如图 5-1.d）所示:OA 段： mcFMr 9.1023.9471AD 段： mNaRAzr 5.2608.13.547)(DB 段： NbBz 8.56(2)齿轮和带轮的作用力在垂直面上时的弯矩图（如图 5-1.f）所示：OA 段： mcFMr 9.1023.9471AD 段： mNaRAzr 5.2608.13.547)(DB 段： NbBz 8.56(3)绘制转矩图（如图 5-1.i）太原科技大学毕业设计（论文）- 25 -mNT5.2863)对轴进行校核参考轴的弯矩图和转矩图，可以发现最危险截面是 B 处，所以应对截面 B处进行校核计算。(1)依据静强度条件对轴进行校核计算静强度校核的条件为： SSSSea 22其中： 1.4，适用于高塑性材料（ 0.6）制造的钢轴 2.1S /S=1.41.8，适用于中塑性材料（ 0.60.8）制造的钢轴 1.82， 适用于低塑性材料制造的钢轴 S=23，适用于应用铸造方式制造的钢轴 仅考虑弯矩和轴向力时的安全系数 S仅考虑扭矩时的安全系数所以有： AFWMSaSmxxTSS/max其中： 材料的抗弯屈服极限和抗扭屈服极限 (MPa) S,轴的危险截面上所承受的最大弯矩和最大扭矩（Nm） maxTM太原科技大学毕业设计（论文）- 26 -maxF 轴的危险截面上所承受的最大轴向力（N） 危险截面抗弯截面系数和危险截面抗扭截面系数（mm ） ，参阅表TW, 315-4 可得其具体数值 4A 轴的危险截面面积 (mm ）2参阅表 15-1 可得 =355MPa，4S所以 MPaS21356.0mN7max3F3223 5697811684.16 mdtbWT 所以 154723/0sS.19s 12.5.15422ssscaSS参阅表 15-1 可得 =640MB所以： 6.05.643BS所以： 1.21.4,取 =1.4SS所以： ca所以，经过上述认真的校核计算，传动轴的静强度满足设计使用要求。(2)依照弯扭合成应力校核计算传动轴的强度太原科技大学毕业设计（论文）- 27 -122224WTMWTca其中: 轴的计算应力 ( ) ca Pa 轴受到的弯矩（Nm） M 轴受到的扭矩（Nm） T 轴的抗弯截面系数（ ） ， W3m参阅表 15-4 可知其计算公式 41对称循环变应力下轴的许用应力， 参阅表 15-1 选择具体数值 4 折合系数，在扭转切应力为静应力时，选取 =0.3， 在扭转切应力为脉动循环变应力时，选取 =0.2， 在扭转切应力为对称循环变应力时，选取 =1在本式中选取 , ,因为材料选择的是 45 号钢，经过了1a331.02dW调质处理，所以 =60MPa，轴的计算应力如下所示：11225.9765310MPaca经过上述校核计算，可知其各项系数均满足设计使用条件，所以合格。太原科技大学毕业设计（论文）- 28 -图 3-2 轴的载荷分析图3.4 减速器的箱体3.4.1 箱体材料 箱体是减速器的重要组成部件，它是传动零件的基座，应具有足够的强度和刚度。 选择铸钢 ZG200-400 ，该材料韧性及塑性好，但强度和硬度较低，8低温冲击韧性大，脆性转变温度低，导磁、导电性能良好，焊接性能好，但铸造性能差。适用于负载不大、韧性较好的零件，如轴承盖、底板、箱体、机座等。太原科技大学毕业设计（论文）- 29 -3.4.2 确定结构尺寸3.4.2.1.箱座壁厚 ma14502.15.03.4.2.2 箱盖壁厚=(0.851) =（0.851）14=1114mm，取 =12mm1 13.4.2.3 箱座加强肋厚=0.85 =0.8514=11mm3.4.2.4 箱盖加强肋厚=0.85 =0.8512=10mm113.4.2.5 箱座分箱面凸缘厚b=1.5 =1.514=21mm3.4.2.6 箱盖分箱面凸缘厚=1.5 =1.512=18mm1b3.4.2.7 平凸缘底座厚=2.35 =2.3514=33mm2b太原科技大学毕业设计（论文）- 30 -3.4.2.8 斜凸缘底座厚=1.5 =1.514=21mm3b=（2.252.75） =2.5 =2.514=35mm43.4.2.9 地脚螺栓=0.036 +12=0.036544+7=26mmfda3.4.2.10 轴承螺栓=0.7 =0.726=18mm1df3.4.2.11 联接分箱面的螺栓=（0.60.7） =（0.60.7）26=1518mm2dfd取 16mm3.4.2.12 轴承盖螺钉=10mm3d3.4.2.13 检查孔盖螺钉=9mm4d3.4.2.14 吊环螺钉=14mm5d太原科技大学毕业设计（论文）- 31 -3.4.2.15 地脚螺栓数n=4 个3.4.2.16 凸缘上螺栓凸台的结构尺寸取用 M12 的螺栓mC20in1mC16in2D280mR5ax0r3axR01Cr316.3.4.2.17 轴承座孔外端至箱外壁的距离= + +(23)=20+20+2.5=43mmaL1CR3.4.2.18 轴承座孔外的直径凸缘式轴承盖mD521mD6423.4.2.19 轴承螺栓的凸台高=（0.350.45） =（0.350.45）64=2229mmh23.4.2.20 箱座的深度 mHd363.4.2.21 箱体分箱面凸缘圆角半径=0.7（+ + ）=0.7 (11+20+16）=33 mm 2R1C2太原科技大学毕业设计（论文）- 32 -3.4.2.22 箱体内壁圆角半径 mR133.4.3 减速器的润滑和密封3.4.3.1 减速器的润滑润滑的主要目的是减小摩擦与磨损。根据润滑剂的不同，润滑可分为：流体润滑。指使用的润滑剂为流体，又包括气体润滑（采用气体润滑剂，如空气、氢气、氦气、氮气、一氧化碳和水蒸气等）和液体润滑（采用液体润滑剂，如矿物润滑油、合成润滑油、水基液体等）两种 。 固体润滑 。指使用的润滑剂为固体 ，如石墨、二硫化钼、氮化硼、尼龙、聚四氟乙烯、氟化石墨等。半固体润滑。指使用的润滑剂