包钢轨梁厂800轧机主传动系统设计

题 目：包钢轨梁厂 800 轧机主传动系统设计学生姓名：学 号：专 业：机械设计制造及其自动化班 级：指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） I摘 要 钢铁已成为全球广泛应用的主要基础材料。用轧制方法生产钢材, 具有生产率高、 品种多、 生产过程连续性强、 易于实现机械化和自动化等优点, 约 90% 的钢材都是用轧制方法生产的。目前, 我国已引进了世界上主要的先进轧钢机械和轧制技术, 并在不断创新中逐步推广、 应用和发展。型钢主要是靠热轧方式生产，轨梁是型钢的一种产品。 轧钢机主机列包括工作机座、传动部分和电动机三部分。传动机构位于电动机和工作机座之间。800三辊轧机是一种型钢轧机，它的主传动系统由电机、连接轴、齿轮座、齿轮轴、万向接轴、平衡装置等组成，它的作用就是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。 关键词：电动机；接轴；齿轮座；轴；轧辊 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IIAbstract Iron and steel has become a widely used major basic materials in the world. production steel by Rolling, With high productivity, multi-species, the continuity of the production process, and is easy to realize the advantages of mechanization and automation, About 90% of steel are produced by rolling method. At present, China has introduced the worlds leading advanced machinery and rolling mill technology, And gradually promote innovation, application and development. profile steel depends mainly on the production of hot-rolled. Rail steel beam is a product of profile steel. Rolling mill, including the working bedplate, transmission part and electrical parts of three parts. transmission part is located between electric motor and working bedplate. 800 Three-roll rolling mill is a profile steel rolling mill, Its main drive system including motor,Connecting shaft, gear blocks, gear shaft, universal joint shaft, the balance composed of devices , etc. Its role is Transfer to the rotating of the motor to the work roll in working bedplate, rotating roller,to realization rolling to metal. Key words: motor; Connecting shaft; gear blocks; shaft; Roll 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） III目录 摘 要 .I Abstract . II 第一章 绪论 . 1 1.1轧钢机的发展 . 1 1.2轧机的介绍 . 2 1.3型钢轧机的发展 . 4 1.3.1型钢轧制技术的发展 . 4 1.3.2轨梁大型轧机的发展 . 5 第二章 结构设计 . 7 第三章 轧机轧制力的计算 . 9 3.1平均轧制力的计算 . 9 3.2轧制力的计算 . 12 3.3轧制力矩的计算 . 13 3.4轧制功率 . 14 第四章 轧机主电动机力矩与电动机功率 . 15 4.1轧机主电机力矩 . 15 4.2按静负荷选择电动机 . 18 4.3电动机的发热校核 . 19 第五章 各传动部件的的设计及计算 . 20 5.1主动齿轮轴的设计计算 . 20 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） IV5.1.1主动齿轮轴齿轮的设计计算 . 20 5.1.2主动齿轮轴的设计 . 24 5.1.3 主动齿轮轴的校核 . 29 5.2主联轴器的的选择及校核 . 30 5.2.1主连轴器的分类 . 30 5.2.2联轴器的校核 . 31 5.3轴承的选择与计算 . 32 5.3.1轴承的选择 . 32 5.3.2 轴承的校核 . 32 第六章 齿轮机座的选择 . 34 6.1齿轮机座的分类 . 34 6.2齿轮机座的润滑方式 . 36 第七章 联接轴和平衡装置的选择 . 37 7.1连接轴的选择 . 37 7.1.1 连接轴的分类 . 37 7.1.2 连接轴的选择 . 37 7.2连接轴的润滑 . 38 7.2.1连接轴润滑的重要性 . 38 7.2.2主联轴器的润滑方法 . 39 7.3平衡装置的选择 . 41 第八章 轧钢机扭振特点的分析 . 42 8.1 扭振产生的原因 . 42 8.2 扭振故障的监测、诊断与控制 . 43 结束语 . 44 参考文献 . 45 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 1第一章 绪论 1.1轧钢机的发展 1）初轧机的发展 初轧机的发展经过了 3 个阶段, 到 20 世纪 70 年代初, 初轧机的轧辊直径已增大到了 1500 mm。我国从 1959 年开始自行设计制造开坯机, 目前已制成 700mm, 750mm, 850mm, 1150mm 初轧机。20 世纪 80 年代以来, 连铸技术得到较大的发展, 连铸比达到 80%甚至更高, 连铸连轧工艺和设备也日趋完善, 初轧机的职能将逐步转变为配合连铸, 弥补连铸在钢种和规格方面的不足。 2）带钢连轧机的发展 在所有市场需求的钢材中, 板带材占有相当大的比重。我国于 1981 年从日本引进 1700mm 热连轧机的全套设备。随后,一大批具有先进生产工艺的热连轧和冷连轧板带厂迅速崛起, 至 2007 年, 我国的热轧宽板带材年生产能力将达到 5500万吨, 冷轧宽板带材年生产能力也将达到 3000 万吨。热连轧机发展的主要特点有: 加大带卷和坯料重量, 减少切头切尾的损耗, 提高产品收得率; 采用加速轧制, 提高钢材产量, 带钢热连轧机精轧机组的出口速度已从 20 世纪 50 年代的 10m/s12m/s 提高到现在的 35m/s ; 产品规格增加, 精度提高; 采用计算机控制, 提高了自动化水平等。冷轧钢板的生产成本、 投资费用虽然比热轧钢板高, 但由于冷轧钢板的性能和质量比热轧好, 在同样用途下, 可以节约金属材料达 30% , 故冷轧板生产得到迅速发展。某些工业发达国家(如美国)使用的薄板, 几乎 100% 是冷轧的。 热轧板只作为冷轧板、 焊管、 冷弯型钢的坯料。我国于 1965 年末制成 300 mm 五机架试验性窄带钢冷连轧机, 20 世纪 80 年代又从原西德引进 1700mm 五机架带钢冷连轧机成套机组, 90 年代后又有六辊 HC 轧机、 CVC 轧机也先后投入生产。带钢冷连轧机正在向大型化、 高速化、 高精度和自动化方向发展。 3）钢管轧机的发展 钢管有焊接和轧制两种生产方式。建国前, 我国不能生产热轧钢管。建国后, 我国不仅能生产大直径的螺旋焊管, 以满足石油、 煤气等长距离输送的需要, 而内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 2且广泛采用周期式冷轧管机生产冷轧钢管, 20 世纪 90 年代还建成了大直径热轧无缝钢管厂。现拥有各种热轧钢管设备 50 余套, 产品品种达 1000 多种。 4）型钢轧机的发展 型钢主要是靠热轧方式生产, 用于热轧型钢的轧机按轧辊直径和产品规格分为轨梁、 大型、 中型、 小型和线材轧机。型钢轧机近年来得到较大的发展, 初、 中轧采用万能轧机, 减少翻钢次数, 缩短间隔时间; 精轧采用短应力线轧机和预应力轧机, 以增加轧机刚性, 保证产品有较小的公差范围; 改进导卫装置及其装拆方法, 以延长导卫装置的使用寿命及减少更换时的停车时间; 采用自动压下设定机构, 以保证轧件的精确尺寸, 缩短调整及试轧时间; 采用辊系的组合换辊以缩短换辊的时间等。线材轧机用来生产 5mm12.7mm 的圆形断面轧材。20 世纪 40 年代的线材轧机需要人工喂钢, 最高轧制速度限制在 10m/s以下,盘重在 800kN- 900kN 左右; 60 年代中期, 出现了 Y 型高速无扭转轧机, 最高轧制速度达 50m/s70m/s , 线材盘重达 25000kN;70 年代发展起来的悬臂式 45无扭精轧机组出口速度达到 65m/s80m/s , 有的达 120m/s。近 30 年来, 线材轧机在高速、大盘重、高产量、高精度方面有了较大的发展。 1.2轧机的介绍 以轧机为主体，将金属坯料轧制成材的成套设备。轧机是直接轧制金属的主机，它利用旋转的轧辊辗压坯料,使金属按规定的要求产生塑性变形 图1.2.1轧制原理 轧制是生产率最高、成本最低的金属成形方法，适用于轧延横断面相同或有周期性变化的条状或板状材料；特殊轧机可轧制机械零件或其毛坯以及某些非金内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 3属材料。轧制主要有热轧和冷轧两种方式。热轧是在轧件加热的条件下进行轧制，以降低轧制压力；冷轧是在室温下进行,可使轧件得到很高的形状尺寸精度和表面光洁度,并可改善轧件的机械性能。 机架是承受轧制力的部件,闭式机架有较好的刚度,但开式机架换辊较方便。轧辊是轧制金属的部件,辊身为工作部分,轴头用于传动。轧件轧辊的辊身形状称为辊型，型材轧辊的轧槽称为孔型。压下装置用来调节轧辊的压下量。高速带材轧机的厚度自控常由液压压下装置来完成。平衡装置用于消除压下螺丝等处游隙的影响，以免受载时产生冲击。板带轧机的主机座中还设有液压弯辊装置，在辊颈施加附加弯矩而使辊身产生附加挠度，以此来控制带材的横向厚度而获得最佳的产品。轧辊轴承支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。轧辊轴承工作负荷重而变化大，因此要求轴承摩擦系数小，具有足够的强度和刚度，而且要便于更换轧辊。不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。滚动轴承的刚性大，摩擦系数较小，但承压能力较小，且外形尺寸较大，多用于板带轧机工作辊。滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。半干摩擦轧辊轴承主要是胶木、铜瓦、尼龙瓦轴承，比较便宜，多用于型材轧机和开坯机。液体摩擦轴承有动压、静压和静 - 动压三种。优点是摩擦系数比较小，承压能力较大，使用工作速度高，刚性好，缺点是油膜厚度随速度而变化。液体摩擦轴承多用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。 图1.2.2 轧辊 是轧制金属的部件,辊身为工作部分,轴头用于传动。板材轧辊的辊身形状称为辊型，型材轧辊的轧槽称为孔型。压下装置用来调节轧辊的压下量。高速带材轧机的厚度自控常由液压压下装置来完成。平衡装置用于消除压下螺丝等处游隙的影响，以免受载时产生冲击。板带轧机的主机座中还设有液压弯辊装置，在辊颈施加附加弯矩而使辊身产生附加挠度，以此来控制轧件的横向厚度而获得最佳的板型。轧机由主电机、主传动和主机座组成。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 4图1.2.3 轧机的组成 1.3型钢轧机的发展 1.3.1型钢轧制技术的发展 近10年我国H 型钢及型材生产技术发展迅速,取得了引人嘱目的进步，10 年前,我国型钢生产,全部由横列式三辊轧机轧制,轧机采用胶木瓦作轴承的开口式或闭口式机架,轧制精度低,换辊时间长,效率低,能耗高。由于没有万能轧机,我国长期不能生产经济型断面的H 型钢。1998 年以前,国外已经广泛使用H 型钢,但在我国仍未推广, H 型钢在我国仍是空白。我国型钢生产的装备水平和生产技术,相当于20 世纪50 年代国际一般水平,落后国际先进水平近50 年。近10 年,我国H 型钢及型材的生产技术发生了很大变化,主要表现在: (1) 采用万能轧机生产H 型钢,开拓了我国H型钢市场。 (2) 在轨梁厂,采用万能轧机,用万能法轧制重轨,改善了钢轨内在质量,提高了钢轨尺寸精度。 (3) 从横列式轧机发展为连续式、半连续式或三机架可逆轧制。轧机广泛采用短应力或紧凑式机架,用滚动轴承替换胶木瓦。 (4) 精整系统从过去的定尺冷却、定尺矫直,发展到长尺冷却、长尺矫直精内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 5整新工艺。 (5) 从机械化操作过渡到自动化或计算机控制。 1.3.2轨梁大型轧机的发展 我国轨梁大型轧机主要分布在鞍钢、包钢、攀钢和武钢。老的轨梁大型轧机均为20 世纪5060 年代的设备,采用推钢式加热炉、孔型法轧制重轨、横列式布置、胶木瓦轴承、拉钢式冷床、轧制和精整生产线离线布置。产品的表面和内部质量差、成材率低,能耗高。近几年,鞍钢、包钢和攀钢都对老的生产线进行了大的改造。 (1) 更换了新的开坯机 攀钢和包钢均淘汰了老的开坯机,选用新的二辊开坯机,采用滚动轴承,快速更换装置,导卫可在换辊间预装、调整。主电机选用交流电机,交2交变频。 (2) 用万能轧机代替横列式三辊轧机 万能轧机均采用紧凑式轧机,与莱钢、津西和长冶H 型钢轧机结构类似,液压压下,A GC 控制。万能轧机可用万能法生产重轧,提高了重轨内部质量和尺寸精度。除了生产重轨外,也可以生产腹板小于400mm ,翼缘小于200mm 的中、小规格H型钢。将立辊卸掉,万能轧机可作二辊轧机使用,用孔型法生产其他大型钢材。 (3) 机组布置 攀钢轨梁厂的二架开坯机和二组万能粗轧机组,一组万能精轧机组采用121222221 跟踪式布置。二组万能粗轧机组每组包括一台万能粗轧机和一台 轧边机。在二组万能粗轧机组上可以进行往复可逆式轧制。鞍钢和包钢轨梁厂的二架开坯机和一组万能轧机机组采用12123 跟踪式布置,万能轧机机组由万能轧机2轧边机2万能轧机三个机架组成,进行往复可逆式轧制。 (4) 改造旧有的精整生产线 将旧有的精整生产线淘汰,改造成新的精整生产线。 新的精正生产线有以下特点: (a) 采用长尺冷却、长尺矫直、长尺探伤及平直度检测。 (b) 采用平、立复合辊式矫直机及双向压力矫直机的矫直工艺。 (c) 采用钢轨纵向加工线,可生产长尺钢轨，如包钢包钢轨梁厂百米长尺钢轨内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 6改造工程万能轧机近日成功进行热负荷试车，标志着该工程热轧线已全线贯通，这是轨梁厂百米长尺钢轨改造工程继开坯机、粗轧机热负荷试车成功后取得的又一突破性进展。 此次万能轧机试轧的品种为每米公斤钢轨。经测试，万能轧机、三架轧机机电设备安装、运转正常。之后，轨梁厂技术人员将在此基础上对试轧出的钢轨尺寸进行全面测量，调整压下量、优化程序设计，使之符合国际标准。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 7第二章 结构设计 本文的题目是包钢轨梁厂800三辊轧机的主传动系统，传动机构位于电动机和工作机座之间，其作用是把电动机的转动传递给工作机座中的轧辊，使其旋转，实现对金属的轧制。 传动机构的组成与轧机的结构形式和工作制度有关。大多数轧机上的传动机构是由连接轴、联轴器、减速机、齿轮机座、万向联轴器组成。由于采用交交变频交流电动机，所以本设计中不再有减速器，而是电动机直接连接到齿轮座上来传递转矩。我预先设想了以下二种设计方案： 方案（1） 梅花接轴电动机 联轴器 齿轮机座 万向接轴 轧辊内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 8方案（2） 电动机 联轴器 万向接轴 轧辊当轧钢机采用单独驱动时，要根据轧辊中心距和电动机尺寸来考虑联结轴长度和允许倾角，这是确定能否采用轧辊单独驱动的一个重要条件。不过根据一般情况，1000mm以下的初轧机和开坯轧机，往往由于连接轴允许倾角的限制而不能采用轧辊单独驱动。 所以，综合考虑，选第一种方案为设计选择。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 9第三章 轧机轧制力的计算 800三辊轧机轧辊的技术性能： 轧辊的公称直径 800毫米 轧辊中心线间的最小距离 720毫米 轧辊中心线间的最大距离 880毫米 轧辊辊身长度 1900毫米 辊颈直径 460毫米 3.1平均轧制力的计算 采用S.爱克隆德方法计算轧制时的平均单位压力 Pm=(1+m)(k+) 式中： m考虑外摩擦对单位压力的影响系数; k轧制材料在静压缩是变形阻力; Mpa 轧件粘性系数；kgs/mm 变形速度；s (1)外摩擦影响系数 m=1.6 R(h0-h1) -1.2(h0-h1)/(h0+h1) 式中： 摩擦系数；因为轧辊环材料是碳化钨，属于硬面铸铁轧辊，所以 =0.8（1.05-0.0005t） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 10t为轧制温度；t=1050 则： =0.8（1.05-0.0005t）=0.8(1.05-0.00051050) =0.428 h0、h1轧制前后轧件的高度；mm h0=200mm;h1=175mm R轧辊半径；mm R=dmax/2=800/2=400mm 则： ( ) ( )1.60.4284002001751.2200175 0.1026200175m=+ (2)变形阻力 利用L.埔培（Pomp）热轧方坯的实验数据，得到k的计算公式： K=(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)x9.8 MPa 式中： t轧制温度 C含碳量 0.46% Mn含锰量 0.65% Cr含铬量 0.25% 所以： K=(14-0.01t)(1.4+C+Mn+0.3Cr)x9.8 =(14-0.01x1050)(1.4+0.46+0.65+0.3x0.25)x9.8 =4.5x2.585x9.8 =118.88 Mpa (3)轧件的粘性系数 =0.01（14-0.01t）C 式中： C考虑轧制速度对的影响系数 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 11 其数值如下： 轧制速度 v m/s 6 610 1015 1520 系 数 c 1.0 0.8 0.65 0.6 由于 i=1 n=140rPm 则： v=2nR/60 =13.8m/s 所以： =0.01（14-0.01t）C =0.01（14-0.01x1050）x0.65 =0.03 (4)变形速度 = 012/()vhRhh+ 式中： v轧制速度; mm/s v=13.8m/s=13800mm/s 01,hh轧制前后轧件的高度；mm 01200,175hh= R轧辊半径；mm R=400mm 所以： 121380025/400/(200175)18.4sm =+= 综上可得: 平均单位压力为： Pm=(1+m)(k+) =（1+0.1026）（ 118.88+0.0318.4） =131.69N/ 2mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 123.2轧制力的计算 mPPF= 式中： mP 平均单位轧制力； mP =131.69 N/ 2mm F 轧件与轧辊接触面积； 01()/2Fbbl=+ 其中： 01,bb轧制前后轧件的宽度； 0 204bmm= 1 90bmm= l接触弧长度的水平投影； 不考虑弹性压扁时，接触弧长度的水平投影 sinlRRha= 其中： R轧辊的半径；R=800/2=400 mm h 压下量 h =25 mm 则：接触弧长度的水平投影为 l= 40025100Rhmm= 接触面积为: 201 20490 1001470022bbFlmm+ += 轧制力为: 131.69147001935843mPPFN= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 133.3轧制力矩的计算 本轧机除了轧辊给轧件的力外，没有其它外力，此类情况属于简单轧制。 轧制力矩： 2 zzMM=总 zMPa= 式中： P轧制力; a轧制力力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离； （1） 计算轧制力臂 a= bsin2D 其中： b合力作用点的角度。轧制方形断面形状的轧件取力臂系数为0.5= 热轧时： 0.5ba= 其中： a咬入角； =a arcos( 2Rh1 m ) =14.4 则： ox0.5x14.47.18ba= D880asinsin7.1854.9mm22b= （2）轧制力矩 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 14zMPa= g =1935843x54.9=106277 N m 故总轧制力矩 zzM2M2106277212555Nm=总 3.4轧制功率 两辊都驱动的轧制功率 w= 总zz MN 式中： w轧制速度； 2n60pw= 2140 14.65rps60p= z zNM w=总 21255514.653114kw= 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 15第四章 轧机主电动机力矩与电动机功率 4.1轧机主电机力矩 主电动机轴上的力矩由四部分组成即： donkonf2f1zD MMMi MMM += = donkonfz MMMiM + 式中： DM 主电动机力矩； zM 轧辊的轧制力矩； fM 附加摩擦力矩；即轧制时，由于轧制力作用在轧辊轴承，传 动机构及其它传动件中的摩擦而产生的附加力矩, f2f1f MiMM += konM 空转力矩；即轧机空转时，由于各传动件的重所产生的摩 擦力矩及其它阻力矩。 donM 动力矩，轧辊运转速度不均匀时，各部件由于加速或减速， 所引起的惯性力产生的力矩。 i电动机和轧辊之间的传动比； (1)轧制力矩 106277zMNm= (2)附加摩擦力矩 1 2fffMMMi=+ 式中： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 161fM 由于轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩； 11fMPr= 1935843PPN=轧制力； 1r 轧辊轴承处摩擦圆角半径； 1 2drm= 800ddmm=轧辊轴直径；预选 m 轧辊轴承摩擦系数；m=0.0035 则： 1800 0.00351.422d mmrm= 1119358431.42710fMPNmr= 2fM 各传动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩； 211(1)()/fzfMMMih=+ 1h 主电动机到轧辊之间的传动效率； 1 0.94h =取 i 主电动机到轧辊轴的传动比； 则： 21(1)(1062772710)/16539.220.94fMNm=+= 1 2fffMMMi=+ 2710 6539.229249.221 Nm=+= （2） 空转力矩 2nnnkonkonnGdMMim=+ 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 17式中： nG 某一转动件的重量； nd 某传动件的轴径直径； nm 某转动件的摩擦系数； ni 某转动件到电动机之间的传动比； konM 当有飞轮时，飞轮与空气摩擦损失的力矩； 0konM =因本设计没有飞轮故取 表4.1.1各转动件的重量、轴颈、摩擦系数、传动比 从动齿轮轴轧辊轴轧辊轴轧辊轴从动齿轮轴主动齿轮轴传动比摩擦系数 轴颈直径 重量 2nnnkonnGdMim= =687560Nm （4）动力矩： 24donJdGDdMdtdtww= 式中： 2GD 各转动件推算到电动机轴上的飞轮力矩； 因为该电机没有飞轮，故 0donM = 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 18故主电动机的力矩 DM = donkonfz MMMiM + =803086 Nmg 4.2按静负荷选择电动机 根据过载条件选择电动机功率 静负荷力矩 zjfkonMMMMi=+ =803086 Nmg 因该轧机属于不可逆连续工作制轧机 故负荷图为： 静力钜电动机静负荷图4.2.1 电动机负荷图 maxjer MM k= 式中： erM 额定静力矩； maxjM 静力矩图上的最大力矩； 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 19k 电动机过载系数;因电动机属于不可逆运转,取k=2 则： 803086/2401543erMNm=g 故： 30eterDerMnNM pw= = 40154316530p =6938kw 选择 8000;110/165ererNkwnrpm= 交交变频交流电动机 4.3电动机的发热校核 选出的电动机还需经过发热校核 DjunjunNNMD即M 式中： ,junjunNM 电动机发热计算出来的等值功率和力矩； 等值力矩： 2jjunMtMt= 因三辊轧机是连续工作制 401543junerMMNm= g 等值功率： 30junerjunMnN p = 4015431300 693830 kwp = DjunNN 电动机发热验算通过，即电动机功率满足要求。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 20第五章 各传动部件的的设计及计算 5.1主动齿轮轴的设计计算 主动齿轮轴即齿轮座中间的传动轴，即与电动机轴相连接的轴，且与另外两根从动齿轮轴相同，由于齿轮座传动比为i=1，一般都采用人字齿轮，在人字齿轮传动中，同一个人字齿上按力学分析所得的两个轴向分力大小相等，方向相反，轴向分力的合力为零。因而人字齿轮的螺旋角可取较大的数值（1540），传递的功率也较大。人字齿轮的受力分析及强度计算都可沿用斜齿轮传动的公式，在本设计中主动齿轮轴与从动齿轮轴一样。 5.1.1主动齿轮轴齿轮的设计计算 1.选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数 考虑到功率大，均用硬面齿； 根据具体条件，选用40Cr作为齿轮的材料，将其进行调质处理并进行表面淬火, 硬度为280HBS 初选齿数为24 螺旋角 34b= o 2.按齿面接触强度设计 按下面的公式试算，即 2131 2 1()HEtdHKTZZdamfems （1）.确定公式内的各计算数值 试选Kt=1.6。 由机械设计图10-30选取区域系数ZH=2.433。 由机械设计图10-26查得 1ae =0.82， 2ae =0.82， 12aaaeee=+=0.82+0.82=1.64。 由机械设计表10-7，选取齿宽系数 df =1。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 21由机械设计表10-6，查的材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/2。 由机械设计图 10-21d，按齿面硬度查的齿轮的接触疲劳强度极限lim1lim2HHss=600MPa 计算应力循环次数： 假设轧机工作寿命为30年，每年工作300天，全天工作。 ( ) 91 606014024300301.810hNnjL= 92 1.810N = 由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数为KNH1=KNH2=0.88 计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式10-12得： 1lim112lim220.8860052810.88600 5281HNHHNHK MPaSK MPaSssss= 许用接触应力： 125282HHH MPasss += 齿轮转矩： 5 511195.510 95.51080000.97 529342857140PTNmmnh =g （2）.计算 试算齿轮分度圆直径d1t， 1 759.69tdmm 计算圆周速度： 11 3.14759.69140 5.78/601000601000tdnvmsp = 计算齿宽b及模数mnt。 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 221111759.69759.69cos759.69cos34/24272.252.252760.75789.6960.7513dtnttntbdmmmdZmmhmmmbhfb=计算纵向重合度 be 。 10.318tan0.318124tan345.15d Zbefb=o 计算载荷系数K： 已知使用系数KA=1,根据v=5.78m/s，7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数Kv=1.16； 由机械设计表10-4查的KH的值与直齿轮的相同，故KH=1.42； 由机械设计图10-13查得：KF=1.38； 由机械设计表10-3查得： 1.4HFKKaa= 故载荷系数： 11.161.41.422.31AVHHKKKKKab=。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计（10-10a）得： 3311 2.31759.69790.81.6t tKd mmK= 计算模数m: cos790.8cos34 3024dmmmzb =o 3.按齿根弯曲强度设计 由机械设计式10-17： 213212(cos) FaSaFdKTY YYmZbabsfe （1）.式中各参数的确定 载荷系数： 11.161.41.352.20AVFFKKKKKab= 根据纵向重合度 be =5.15 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 23从机械设计图10-28查得螺旋角影响系数Y=0.75 计算当量齿数： ( )( )11 33223324 42(cos34)cos24 42(cos34)cosVVZZZZbb=oo查取齿形系数： 由机械设计表10-5查得：YFa=2.35 查取应力校正系数： 由机械设计表10-5查得：YSa=1.68 由机械设计图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限FE=500MPa 由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN=0.85 计算弯曲疲劳许用应力： 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由机械设计式10-12得： F1=F2= 0.85500 303.571.4FNFEK MpaSs = 计算齿轮的 FaSaFYYs 1112222.351.68 0.0130303.572.351.68 0.0130303.57FaSaFFaSaFYYYYss= （2）.设计计算 823222.204.63100.75(cos34) 0.013024.31241.64mmm=o对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mnt大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 m=26mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 24触疲劳强度，需按接触疲劳强度的分度圆直径d1=790.8mm来计算应有的齿数。于是有 11cos790.8cos34 25.326ndZmb =o 取 1 26Z = ，则 2 26Z = 4.几何尺寸计算 （1）.计算中心距 ( ) ( )12 262626 8152cos 2cos34ZZmammb+= 圆整后的a=815mm 。 （2）.按圆整后的中心距修正螺旋角 ( ) ( )12 262626cosarccos34243422815ZZma+=o 因b值改变不多，故参数 ab 、Kb 、 HZ 等不必修正。 （3）.计算齿轮的分度圆直径 2626 815cos cos342434nzmdmmb= （4）.计算齿轮宽度 815dbdmmf= 圆整后取B2=815mm，B1=815mm 5.1.2主动齿轮轴的设计 1.作用在齿轮轴上的力 圆周力： 112000tTFd= =2000529342.8 3877969.2273 N = 径向力： 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 25tancos nrtFF ab= tan2038779691702534.8c