BD1粗轧机主传动系统设计

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：BD1粗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：内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书I摘要摘要：本论文的主要设计内容是BD1二辊可逆式轧机的主传动系统设计，主传动系统是轧机里很重要的一部分，它的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。大多数轧机主传动机构是由联接轴、联轴器、齿轮座、减速器组成的，这是轧机主传动装置的基本形式。某些板坯及板带轧机，主传动是由电动机直接传动给轧辊的。轧钢机主机列通常包括：主电机、传动机构和工作机构三部分组成。主电动机型式的选择与轧钢机的工作制度有紧密联系。关键词：二辊轧机、主传动、力能参数内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书IIAbstractAbstract：ThedesigncontentofthispaperisthetheBD1two-highreversingmillmaindrivesystemdesign，Themaindrivesystemisaveryimportantpartofthemill，Itsroleistomotorsportsandtorquetransfertotheroll.Mostmillmaindrivemechanismiscomposedofconnectedshafts,couplings,gearhousing,reducer,Thisisthebasicformoftherollingmillmaindrive.Someoftheslabandstripmill,themaindriveisadirectdrivemotortoroll.Mainframeisincludes:themainmotor,transmissionandoperationmechanismandotherparts.Therollingmillmotorpatternselectionandtheworkoftherollingmillsystemarecloselylinked.Keywords：Tworollmill,maindrive,forceandenergyparameters内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书III目录摘要.IABSTRACT.II绪论.1包钢轨梁厂简介：.3第1章轨梁轧机的发展和进步.41.1概述.41.2高速重载铁路对钢轨严格要求和我国钢轨生产的技术进步.51.3我国现有钢轨轧机简况.61.4展望.7第2章力能参数的计算.92.1基本参数.92.2平均单位压力的计算.102.3轧制力的计算.132.4轧制力矩的计算.132.5轧制功率的计算.152.6主电机的选择.162.6.1轧机主电动机力矩.162.6.2按静负荷选择电动机的容量.20第3章轧机主传动系统方案设计.223.1主传动装置的组成.223.2轧机主传动方案设计.22第4章联轴器的选择.244.1联轴器的作用.244.2联轴器的分类.244.3载荷计算.254.4型号选择.25内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书IV第5章齿轮座的设计.265.1齿轮座的型式和特点.265.2齿轮的基本参数.275.2.1齿轮参数设计.275.2.2设计计算.275.3齿轮轴的结构设计.325.4箱体的选择.385.5润滑与密封.40第6章主传动轴的选择.41第7章轧辊轴的强度计算.427.1轧辊的工作特点与分类.427.2轧辊轴的受力计算.437.3轧辊的强度校核.457.4轧辊的技术要求.457.5轧辊轴承的设计.45第8章BD1轧机主传动三维建模及其运动仿真.488.1BD1粗轧机的三维建模.488.1.1轧机主传动零部件的实体造型.488.1.2对各零部件进行美化调整.498.2BD1粗轧机主传动的装配.508.3轧机主传动运动仿真.51结束语.53参考文献.54内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书1绪论研究背景及意义：大功率轧钢机主传动要求电气传动系统具有很高动态响应和相当高的过载能力这一领域长期以来一直被直流电机传动所垄断,由于直流电机存在着换向问题和换向器、电刷等部件维护工作量较大等问题,使其在提高单机大容量、提高过载能力、降低转动惯量以及简化维护等方面受到了限制,不能满足轧机的大型化、高速化发展。随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展,大功率轧机主传动技术受到国内外钢铁工业和电气传动学术界的极大关注。20世纪70年代以后,随着交流电机矢量控制理论的产生以及其应用技术的推广,世界工业发达国家都投人大量人力物力对交交变频轧钢机主传动进行研究。据统计约有上千台交流变频轧机主传动投人工业应用,并在其新建1000kw以上的轧机主传动上,无论是初轧机,中板轧机还是热、冷连轧机,均采用交流变频调速。可以说,在大功率轧钢机主传动领域已出现交流调速传动取代直流传动的趋势。我国大型轧机主传动装备长期以来依赖于进口,为了改变这种状况从20世纪70年代开始致力于交交变频调速技术的研究,80年代初已成功研制出交交变频同步电机的实验样机,并制成交交变频异步电机调速工业试验样机。到90年代大功率交交变频调速装置开始发展,这主要是国家把大型轧机主传动交流调速国产化列人重大技术装备科技攻关项目的结果,同时是国家科委“火炬计划”,国家自然科学基金委,国家重点基础研究“攀登计划”项目支持的结果。此外,我国高等学校,研究院所,电机制造厂,钢铁厂等部门也都对大型轧机传动交流调速技术的研究,装备制造,工程应用作出突出贡献。在理论研究方面,建立并完善了交交变频系统设计与运行理论,交交变频同步电机阻尼绕组理论,交交变频同步电机设计与运行理论,同步电机磁场定向控制理论,大功率交流电机与控制和电网一体化理论,大功率交流调速系统仿真内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书2理论及平台,交交变频同步电机调速系统工程调整理论与方法,大型轧机主传动机电振荡理论与抑制方法等,在国内外学术界均具有重要影响,并为装备制造和工程应用莫定了基础。1993年,我国科研院所把交流调速的科研成果推向工程实践,研制成功我国第1台2500kw交交变频同步电机轧机主传动系统,应用于包钢轨梁厂850轧机。在此基础上,我国科研人员又坚持不懈,历经近10年的艰辛努力,连续突破了5000kw单机大容量、单机可逆、双机传动等技术难关,在天津、重钢、武钢等大型轧机主传动中应用成功。近期,又在攀钢1450热连轧厂研制成功我国第1套大型热连轧机交流调速系统。该系统采用国产大功率晶闸管交交变频装置1080KVA8,驱动8台5MW交交变频调速电机,该项目的规模、容量、技术难度均为国内首创,实现了大型热连轧机主传动交流调速装备的国产化,标志着我国在大型热连轧机主传动交流调速理论研究、装备制造、工程设计与调试技术达到世界先进水平。迄今为止,国产大型轧机主传动交流调速系统已超过100套,变频装里达到20MW,驱动电机9MW。我国的大型轧机主传动交流调速技术已进人世界先进行列。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书3包钢轨梁厂简介：包钢轨梁厂是包头钢铁（集团）有限责任公司所属的主要钢材生产厂，是我国最大的型钢生产厂，与鞍钢和攀钢一起并称我国重轨三大生产基地。包钢轨梁厂现有四条生产线：百米高速轨、H型钢生产线；普通钢轨、型钢生产线；初轧生产线；全长钢轨电淬火生产线。目前能够生产的产品有450号以下的H型钢、310乙字钢、大型工槽钢、方钢产品系列、锻造坯等。其中，铁路用60Kg/m、75Kg/m重型钢轨、AT60道岔轨均为国内首先轧制成功。60kg/m、50kg/m钢轨和热轧28号-63号工字钢、24号-40号槽钢、310乙字钢先后被国家授予冶金产品实物质量“金杯奖”。包钢轨梁厂生产的产品广泛用于铁路、桥梁、高层建筑、电站锅炉、港口、煤矿、机车制造等各个行业，产品远销海外。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书4第1章轨梁轧机的发展和进步1.1概述我国最早建成的轨梁轧机可以追溯到1894年在汉阳钢铁厂投产的800mm轨梁轧机，它用8000hp的蒸汽机传动，曾为京汉铁路（即京广线北京至汉口段）提供数万吨的钢轨。这是我国建成投产的第一台轨梁轧机，设备由英国引进。第二台轨梁轧机是在上个世纪40年代初在鞍山市（今鞍山钢铁公司）内建成，抗日战争胜利后由前苏联迁走工厂全部设备，1953年在原轧钢厂房内安装了800mm轨梁轧机（由前苏联引进）设备，很长一段时间内成为国内生产重轨和大型钢材的主要轧钢设备，随后由前苏联引进设备建成包头钢铁公司950mm/800mm轨梁轧机和武汉钢铁公司800mm/650mm轨梁轧机。大型轧机先后投产，均可生产铁路用钢轨。上世纪70年代，我国自主设计、制造的950mm/800mm轨梁轧机在攀枝花钢铁公司投产。前述这几套轨梁轧机都是横列式的，可生产43kg/m至75kg/m重轨（武钢只能生产至43kg/m钢轨），但轨长最长至25m。改革开放以后，随着我国铁路的迅速发展，原有轧机已不能适应形势的需要。特别是近年来高速铁路在我国迅速兴起，对钢轨提出新的、更高的要求。到目前为止我国四大钢轨生产基地（鞍钢、包钢、武钢、攀钢）对轨梁轧机都进行了更新改造，出现了崭新面貌。1）生产率有很大提高，由30万t/a左右增至90万t/a100万t/a。2）产品规格有巨大变化，可生产轨长至100m钢轨。3）产品质量有根本性改进，能适应350km/h高速重载的要求。4）由于高速重载铁路要求钢轨之间不能有间隙，而在工地焊接存在若干困难，这就需要尽可能加长钢轨出厂时长度。为此除在钢轨轧制工厂生产长100m钢轨以外，还内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书5在西安铁路局线桥工程段焊轨厂、苏家屯焊轨厂及包钢中铁轨道公司焊轨厂等处将长钢轨焊接成500m长后出厂。1.2高速重载铁路对钢轨严格要求和我国钢轨生产的技术进步1）高速重载钢轨均要求高纯净度钢及高强度、高韧性成品，对钢中气体含量的要求H1300MPa，可承载350km/h时速，位于世界前列。该公司扩建项目将于2010年底投产，项目投产后可年产120万t钢轨，其中100m长钢轨能力达80万t/a。此外，攀钢还利用其自身优势生产新一代稀土钢轨（U76CrRE），其性能均优于其他品种。4）武汉钢铁公司：武钢原有800mm/750mm横列式轧机只能轧制最大至43kg/m钢轨。2007年底，武钢新建5机架万能轧机生产重轨，该生产线投产后可生产长达104m长钢轨，也可生产各种类型的特殊型钢，新线年产能力为105万t。其生产重轨质量将全面达到EN标准和VIC860标准，可适应高速重载铁路建设的需要。1.4展望近年来，我国高速铁路建设迅速发展，建设速度及技术水平均居世界领先地位，最近京沪高速铁路部分线路试运行最高速度达481km/h。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书8高速重载铁路的发展需要多方面的条件和各种配套技术，高速重载钢轨的生产是必要的条件之一，我国高速重载钢轨的发展有以下特点：1）发展速度快。从2003年建成新型万能钢轨轧机能生产50m长钢轨开始，到2007年仅用4年时间即建成4个能生产长100m的高速重载钢轨生产基地。2）所建成的鞍钢、包钢、攀钢、武钢四个生产基地都有多年生产重型钢轨的历史，具有丰富的生产经验和配套齐全的设施。3）在高速重载钢轨生产中具有创新精神，敢为天下先，不断积累经验，生产出适应世界最高速铁路运行的高速重载钢轨。4）四个钢轨生产基地布局较好，分别处在东北、华北、西南和中南四个地区。由于高速重载钢轨总需要量不大，是否需要建设新的基地（如西北）是一个值得探讨的问题。5）四个钢轨生产基地的钢轨生产车间都具有生产的灵活性，既可生产钢轨，也可生产大型型钢。鞍钢、包钢等在新建万能轧制生产线时还保留原有生产线，需要时也可继续生产市场需要的产品。我国新建成的四条高速生产线所需轧制生产线及矫直、检测等设备都是从国外引进的，虽然从国内来说，不需要再新建更多的生产线，但在国际上推广高速铁路建设以及国内在建生产线设备维修需要来说，国内开发研制这些设备还是需要的。此外，高速铁路对钢轨质量要求是多方面的，也是极其严格的，在改进长钢轨的热处理、焊接质量和速度、更好地在施工现场进行焊接等方面也有许多工作要做。总的来说，我国建设高速铁路的速度和技术，已引起世界瞩目。未来，我国更需要继续努力，保持钢轨制造方面世界领先地位，为全球经济发展做出贡献。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书9第2章力能参数的计算2.1基本参数轧辊参数：最大辊身直径1100mm最小辊身直径950mm辊身长2300mm压下量m70h-10轧制前、后件高度1825、交流电机：功率：N=5000KW转速：n=60/120r/min电流：I=1827A电压：V=1560V内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书102.2平均单位压力的计算一般常采用艾克隆德方法来计算型钢轧机轧制力计算轧制时的平均单位压力)(1mkP式中：m考虑外摩擦对单位压力的影响系数；k轧制材料在静压缩时变形阻力，MPa；轧件粘性系数，2/skgm变形速度，。1艾克隆德根据其研究，提出了k、的计算公式。外摩擦影响系数1010)(2.)(6.1hRm式中：摩擦系数。对钢轧辊=1.05-0.0005t，对硬面铸铁轧辊=0.8（1.05-0.0005t），t为轧制温度轧制前后轧件的高度，mm；10h、R轧辊半径，mm。a:BD1轧机轧制温度为：t=1050b:因为轧辊材料属于硬面铸铁轧辊，所以=0.8（1.05-0.0005t）=0.8（1.05-0.00051050）=0.42内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书11c:轧制前、后轧件的高度为：mhh180;250d:轧辊半径为；R=1100/2=550mm所以；14.01802518025.6)(.)(.10101）（）（hRm（2）变形阻力利用L.甫培（Pomp）热轧方坯的试验数据，得到k(MPa)的计算公式：8.93.04.1)0(CrwMnCwtk式中：t轧制温度，；t=1050w(C)碳的质量分数，%w(Mn)锰的质量分数，%w(Cr)铬的质量分数，%查机械手册得，45号钢C含量是0.420.50%，Si含量为0.170.37%，Mn含量0.500.80%，Cr含量=0.25%，Ni含量=0.30%。所以:MPaCrwMnCwtk4.889.%5.2035.60%.4105-1.)(（3）粘性系数ct）（01.式中：c考虑轧制速度对的影响系数，其值如下：内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书12轧制速度6610101515201/smv系数c1.00.80.650.60假设传递效率为95%，电机，轧辊转速为min/01rmin/572r则sRv/8.32所以2/35.0105.14.mskgct）（4）变形速度艾克隆德用下式计算变形速度102hRvu式中：轧制速度，mm/s；vsm/8.3轧制前、后轧件的高度，mm；10h、mhh180250轧辊半径，mm。R=550mmR所以：104.5180257.3shRvu综上所述：平均单位压力MPakm.654.503.4810)(内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书132.3轧制力的计算FpPm式中：Pm平均单位压力；Pm=55.6MPaF轧件和轧辊接触面积：lbF210式中：轧制前、后轧件的宽度；10bl接触弧长度的水平投影。（1）BD1轧机轧件在轧制前、后轧件的宽度为：20510b、（2）对于轧制中厚板、板坯、方坯及异型断面轧件一般不考虑轧制时轧辊产生弹性压扁现象，由于BD1轧机的两个轧辊直径相同，所以接触弧长度的水平投影为hRlsin式中：R轧辊半径；R=550mm压下量；h=70mmh.2m196705sinhRl接触面积为：104.2bF所以轧制力为：NMPapPm6245.215.2.4轧制力矩的计算本轧机采用两轧辊均驱动，除了轧辊给轧件的力外，没有其他外力，属于简单轧制情况。驱动一个轧辊的力矩：KM内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书142sin2)(11dDaaPMfZK，式中：轧制力矩；ZM轧辊轴承出摩擦力矩；1f轧制力；P=NP61045.2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；a轧辊轴承出摩擦圆半径；1轧辊直径；D轧辊轴颈直径；d合理作用点的角度；轧辊轴承摩擦系数：金属瓦热轧时=0.070.10滚动轴承=0.004冷轧时=0.050.07液体摩擦系数=0.003胶木及塑料瓦=0.010.03（1）轧制力力臂sin2Da采利柯夫认为热轧时力臂系数.50式中：咬入角，内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书156.205071arcosRh则.3.轧制力力臂mDa3.98.10sin2sin轧辊轴承处摩擦圆半径21d所设计的BD1轧机轧辊轴颈半径为d=603.25mm，且为滚动轴承，04.md.2104.563（2）轧制力矩aN2408353.9810.pMz6轧制力矩m481670240835zz总2.5轧制功率的计算BD1轧机为两轧辊驱动，其轧制功率可用如下公式计算总zMTZ式中：轧制总力矩，总zMmN481670总内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书16轧辊的角速度，sradsradn/6/0572/KwMTZ2890648170总2.6主电机的选择2.6.1轧机主电动机力矩主电动机轴上的力矩由四部分组成，即donkfZdonkffDMii21式中：主电动机力矩；DM轧辊上的轧制力矩；Z附加摩擦力矩，即当轧制时由于轧制力作用在轧辊轴承、传动机构f及其它转动件中的摩擦而产生的附加力矩，；21fffMi空转力矩，即轧机空转时，由于个转动件的重量所产生的摩擦力矩konM及其他阻力；动力矩；轧辊运转速度不均匀时，各部件由于有加速或减速所引起don内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书17的惯性力所产生的力矩；电动机和轧辊之间的传动比。i（1）轧制力矩有上述计算可知mNMZ481670（2）附加摩擦力矩21fffMi式中：轧制总压力在轧辊轴承上产生的附加摩擦力矩1fM各转动零件推算到主电机轴上的附加摩擦力矩2f由上可知mNPf2940.10.4561iMfZf112式中：主电机到轧辊之间的传动效率，0.961所以mNiMfZf201912940867-.112则总附加摩擦力矩为mNMifff2312019421（3）空转力矩内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书18konnkonMidG/2式中：某一转动件的重量；nG某一转动件的摩擦系数；某一转动件的轴颈直径；nd某一转动件到电动机之间的传动比。i因本设计中没有飞轮故0/konM由于有部分传动件重量无法得到实际数值，这里按照经验取一般值：mNMidGkonnkon.7562/（4）动力矩dtGDtJ42don式中：各转动件推算到电动机轴上的飞轮力矩；2GDmNGD6.235电动机的角加速度，由电动机类型和操作情况而定。dt/假设电动机在5秒内启动正常256.10dtmNmNdtGDtJM9.73.432don故主电动机的力矩内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书19mNMiidonkfZdonkffD9.73.50489.73.5621621（5）电动机静负荷图由上述各式求得电动机静力矩mN7.5048Mikonfzj可根据轧机轧制周期，以时间t作横坐标以静力矩为纵坐标做出图形tMj如下图所示：图2.6.1轧机电动机静负荷图内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书202.6.2按静负荷选择电动机的容量首先根据过载条件选择电动机功率DN30maxerDernMK式中：额定静力矩，kNm；erM静负荷图上的最大力矩；max电机转速，r/min；ern电动机过载系数，可逆运转电机，K0.352K不可逆电动机，带有飞轮电机0.25164该轧机为可逆轧机，选8.mNMikonfZ7.50487.562316max则额定静力矩为：KMermaxNer8036.71.254max内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书21故kwkwnMNerD3.12067.180故选择型号TDZB5000-12的电动机足够满足条件。其参数如下：型号：TYBETDZBS5000-12出品号SERIAL51035-12005功率：KW50005000励磁电压V228198定子电压V16501650励磁电流A382307频率HZ612绝缘等级INSF/F定子电流18261827功率因数0.94080.9408转速r/min60120防护等级IP54/23工作制DUTYS9S9冷却方式IC86W相数PH3标准STDGB755总重14300安装形式IM7311内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书22第3章轧机主传动系统方案设计3.1主传动装置的组成轧钢机主传动装置由减速器、齿轮座、联接轴和联轴器等部件组成。它的作用是将电动机的运动和力矩传递给轧辊。在很多的板坯及板带轧机，主传动是由电动机直接传动给轧辊的。3.2轧机主传动方案设计方案设计一:主传动装置由减速机、联轴器、联接轴、齿轮座等组成。这种形式的主传动装置，一般用于不可逆工作的轧钢机，也用于速度较低的四辊可逆式轧钢机。图a方案设计二：主传动装置由齿轮座、联轴器、联接轴等组成。这种型式的主传动装置在可逆式和不可逆式轧钢机上都有应用。这种型式的主传动装置结构简单、运行可靠、损耗较小。且一般用于轧辊转速大于7075r/min的轧钢机上。图b方案设计三：主传动装置由联轴器、联接轴、减速机组成。这种装置由两台电动机和一台减（增）速机驱动两个轧辊，这种型式主要用于高速板带冷轧机上。图c方案设计四：主传动装置由联轴器、联接轴等组成。这需要由两台电动机单独驱动两个轧辊的轧钢机，可用于二辊可逆式初轧机、板坯轧机、以及驱动工作辊的四辊厚板轧机。这种装置主要用于大型的可逆式轧钢机。图d内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书23图3.2轧钢机主传动装置类型由于我所设计的是二辊可逆轧机传动系统设计，所用参数型号为：TDZBS5000-12的交-交变频同步电动机，所用功率为P=5000KW，转速n=120r/min。电机轴头直径d=650mm。综上我所设计的题目和参数并结合包钢轨梁厂现有设备，方案二的配置方式最合适。故主传动方式为电动机、联轴器、齿轮座、联接轴组成。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书24第4章联轴器的选择4.1联轴器的作用联轴器是联接两轴或轴和回转件，在传递运动和转矩过程中一同回转而不脱开的一种装置，在传动过程中不改变转动方向和转矩的大小。根据不同功能可分为：1）起联接作用，只能传递运动和转矩，不具备其他功能。2）不仅能传递运动和转矩，而且具有不同程度的补偿功能，还有不同程度的减振、缓冲作用。3)安全联轴器。传递运动和转矩，过载安全保护，有不同程度的补偿功能。4.2联轴器的分类根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类别。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。根据现场配套电机功率、转速等相关信息和冶金行业轧制线配套的经验，选用鼓形齿式联轴器。鼓形齿式联轴器属于刚挠性联轴器,齿式联轴器是由齿数相同的内齿圈和带外齿的凸缘半联轴器等零件组成。外齿分为直齿和鼓形齿两种齿形,所谓鼓形齿即为将外齿制成球面,球面中心在齿轮轴线上,齿侧间隙较一般齿轮大,鼓形齿联轴器可允许较大的角位移(相对于直齿联轴器),可改善齿的接触条件,提高传递转矩的能力,延长使用寿命。鼓形齿式联轴器的特点(与直齿式联轴器相比有以下特点)1、承载能力强。在相同的内齿套外径和联轴器最大外径下，鼓形齿式联轴器的承载能力平均比直齿式内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书25联轴器提高1520%；2、角位移补偿量大。当径向位移等于零时，直齿式联轴器的许用角位移为1；，而鼓形齿式联轴器的许用角位移为1.30，提高50%，在相同的模数、齿数、齿宽下，鼓形齿比直齿允许的角位移大；3、鼓形齿面使内、外齿的接触条件得到改善，避免了在角位移条件下直齿齿端棱边挤压，应力集中的弊端，同时改善了齿面摩擦、磨损状况，降低了噪声，维修周期长；4、外齿套齿端呈喇叭形状，使内、外齿装拆十分方便。5、传动效率高达99.7%。基于经上特点，目前，国内外已普遍以鼓形齿替代直齿式联轴器。鼓形齿式联轴器，其刚性大，有挠性，无弹性，故不适宜用于要求减振、缓冲及二轴对中要求严格的机械。其选择过程如下：4.3载荷计算TKAc式中：计算转矩，NmCT工作情况系数（查机械设计手册第五版第二卷6-81）AK3A公称转矩，NmTmKNnP9.371205.9105.966.37TKAc4.4型号选择综合考虑查机械设计手册第五版第二卷6-74表6-2-11，选择型号GIIGL21的鼓形齿式联轴器，公称转矩为1400kN.m。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书26第5章齿轮座的设计5.1齿轮座的型式和特点在轧机传动装置中，齿轮机座用于传递并分配扭转力矩到工作机座的每个轧辊；其工作特点是低速、重载、冲击负荷大、冲击次数频繁。中小型轧机的齿轮机座一般有二重式、三重式和复合式等三种类型。其中二重式齿轮机座多用于某些小型二辊初轧机，连续、半连续或跟踪式轧机的二辊工作机座以及小型无缝自动轧管机。齿轮机座一般直接安装在基础上，但当齿轮直径小于500毫米的齿轮机座则通常安装在轨座上。齿轮机座一般由机架、机盖、齿轮轴、主联接螺栓、键板和轴承座等主要零件组成。机架由左右两个框架构成，其中配置轴承座，框架间为薄壁的盛油箱。在机架上应有观察轮齿啮合的窥视孔，以及润滑齿轮和轴承用的进油孔和回油孔。而机盖顶部则设有透气罩，以利于散热通风和防止由于箱体内部因气压升高所造成的漏油。齿轮座剖面图如下：内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书275.2齿轮的基本参数5.2.1齿轮参数设计1:齿轮精度的确定，由于齿轮座用于大型轧机，而且转速也不高，所以采用8级精度。2：查机械设计教材表10-1可选得齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS。3:齿轮齿数一般为1431，取，螺旋角=26。281Z5.2.2设计计算1：按齿面接触强度设计由机械设计教材上设计计算公式进行试算，即32112HEdttZTK内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书28（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数=1.6tK2)由机械设计教材表10-7选取齿宽系数=1.2d3）由机械设计教材表10-6查得材料的弹性影响系数2/1.89MPaZE4）由机械设计教材图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限;602lim1liMPaH5）由机械设计教材图10-30选取区域系数=2.27HZ6）由机械设计教材图10-26查得42.171.0.121，则，7）由机械设计教材式10-13计算应力循环次数951214.60hjLnN8）由图10-19取接触疲劳寿命系数=1.001HNK9）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MPaSKHHN602602.11lim21（2）计算1）试算齿轮分度圆直径，由计算公式得td1内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书29mZTKdHEdtt14.9260.81927.12.09376232632112)计算圆周速度sndvt/78.5106.1063）计算齿宽b及模数ntm6.153./4.10/.7.29.2.57.2986cos14.cos3.0.92.11hbmzdmnttntt4）计算纵向重合度21.56tan28.13.0tan318.0zd5）计算载荷系数已知使用系数=1.5；查图10-8动载系数=1.12；齿向载荷分布系数分为AKVKK和，查表10-4得=1.31，由图10-13=1.3；由表10-3得HKFHF=1.4。故载荷系数K为3.081.412.5HvAK6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书30mKdtt146.30814.92317）计算模数nm57.298cos.cos1z2.按齿根弯曲强度设计321cosFSadnYzKTm(1)确定计算参数1）计算载荷系数。3.081.412.5FvAK2）根据纵向重合度，从机械设计图10-28查得螺旋角影响系数21.576.0Y3）计算当量齿数57.3826cos3121zZv4）查取齿形系数由表查10-5得5.FaY5）查取应力校正系数由表10-5得61.Sa6）由图10-20C查得齿轮的弯曲疲劳强度极限MPFE307）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数5.8FNK8）计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4，内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书31MPaSKFENF219.436058（2）设计计算28.152196.542.18.cos760930.cos232312FSadnYzTm对比计算结果，由齿面弯曲疲劳强度计算的模数大于由齿根接触疲劳强度计算的模数，可取由齿根接触疲劳强度算得的模数并就近圆整为标准值m=30mm。3.几何尺寸计算（1）计算中心距mmzan6.9342cos08cos21将中心距圆整为950mm。（2）按圆整后的中心距修正螺旋角85.2790328arcos2arcos1mzn因值改变不多，故参数、等不必修改。KHZ（3）计算齿轮分度圆直径mmzdn6.9342cos081（4）计算齿轮宽度db5.1取B=1000mm。下表为各计算数值。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书32名称代号数值模数mm=30压力角20分度圆直径dd=934.6齿顶高ah30h*am齿根高f5.7*fca齿全高h.62h*a齿距p.94mp基圆齿距b528cosb齿厚s1.472齿槽宽ee=s=47.1标准中心距aa=950表1齿轮计算数值由于齿轮座的工作性能是只改变其速度，而不改变其转速，所以两根齿轮轴的设计几乎一样，这里不再计算，其参数如同上表。5.3齿轮轴的结构设计（1）材料及热处理选择由于设计的为齿轮轴，即心轴。可选用廉价的且对应力集中敏感性较低的碳钢，可选常用的38CrMoA1A。用热处理提高其耐磨性和疲劳强度。综上，选用38CrMoA1A（调质），硬度为277HBS（2）初步确定轴的最小直径内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书33根据联轴器轴孔直径初步选定轴的最小直径为500mm。齿轮轴结构如图5.3所示。图5.3齿轮轴结构（3）轴结构的设计1）为了满足联轴器的轴向定位要求，轴左端安装半联轴器的左轴肩直径d=500mm，用轴端挡圈固定，按轴端直径取挡圈直径d=498mm。联轴器与轴配合的毂孔长度，取L1=630mm。2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用特大型滚动轴承。参照工作要求并根据右挡油圈处轴直径。轴承内径d=500mm，接触角15。3）安装齿轮处轴直径为d=570mm，齿轮的左端与左轴承用套筒定位。已知齿轮轮毂长度为1015mm，所以L3=1015mm，左轴端需要用到轴套，初步选定轴套宽度为100mm。4）轴承端盖的总宽度为270mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求还有轴套和密封阀的宽度，故取L2=564mm，L4=90mm，L5=1086mm。5）取齿轮距箱体内壁距离100mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应留箱体内壁一段距离s，取s=10mm。6）轴端定位采用销轴定位。联轴器与轴的配合为。67SH（4）作用在齿轮上的力内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书34已知齿轮的分度圆直径为d=934.6mm。圆周力NmKNdTFt3.851476.93472径向力ntR2cos0tan.cosa轴向力NFta1.452986ta3.85147圆周力、径向力、轴向力的方向如下图所示：图5.4弯矩、扭矩图（5）求轴上的载荷内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书35在确定轴承的的支点位置时，从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先将计算出的截面C处得各项数值列于下表。载荷水平面H垂直面V支反力FNFN42573.1NFNV172406.5弯矩Mm0HMm8M总弯矩V3.9022扭矩T3970NT(6)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据公式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取。.60MPamWTMca43.25701.396.39222之前已选定轴的材料为38CrMoA1A（调质），由机械设计教材表15-1，查得。因，故安全。P751-1ca（7）精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面C处的应力虽然大，但应力集中不大，且这里的轴直径很大，故不用校核此处。而截面V处应力集中最严重，故校核此处。2）截面V左侧抗弯截面系数37331025.501.0mdW抗扭截面系数2T内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书36截面V左侧的弯矩M为mN2.104787325-.390截面V上的扭矩T为：T90截面上的弯曲应力为：MPamNWMb4.81025.473截面上的扭转切应力为：aT92.5105.2973轴的材料为38CrMoA1A（调质）。由机械设计教材表15-1查得，PaB785，。MPa3751-Pa201-截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数和按附表3-2查取，因，经插值后可得：04.52dr4.507dD7.02.1，又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为85.,.q故有效应力集中系数为：91.07.28511.qk由附图3-2的尺寸系数，扭转尺寸系数59.06轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为：。.轴未经表面强化处理，即，则得综合系数为：1q内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书371.62-.90.761-7.43-.59-kK轴的材料的特性系数：.10.150.2.3.2，取，取计算安全系数值，得：caS5.19.62.103.92.10.2.156.03.9.47.3211SSSKScamama故可知其安全。3）截面V右侧抗弯截面系数37331085.5701.0mdW抗扭截面系数2T截面V左侧的弯矩M为mN2.104787325-.390截面V上的扭矩T为：T90截面上的弯曲应力为：内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书38MPamNWMb65.1085.2473截面上的扭转切应力为：aT5.710.7393过盈配合处的，由附表3-8用插值法求出，并取，于是得：kk8.034.17.80,17.4k轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为：。91.0轴未经表面强化处理，即，则得综合系数为：1q4.31-.9034.1-27.-.7.-kK轴的材料的特性系数：.10.150.232计算安全系数值，得：caS5.104.856.19.56.127.5.104.39.2.87.322211SSSKScamama故该轴在截面V右侧的强度也是足够了，至此，轴的设计计算结束。内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书395.4箱体的选择箱体：用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰尘侵入和润滑溢出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。箱体零件工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能：箱体的结构形状和尺寸大小，决定于安装在它的内部或外部的零件和部件的形状和尺寸及其相互配置、受力与运动情况等。设计时，应使所装的零件和部件便于装拆与操作。箱体通常采用灰铸铁（HT150或HT200）铸成，对于受冲击载荷的重型机器也可用铸钢箱体。为了节省金属材料，减轻机器的重量，缩短加工周期，近年来较多的采用焊接结构箱体。焊接结构箱体可以采用钢板焊接，也可采用部分铸钢件、锻钢件与钢板焊接。焊接箱体重量比铸造箱体轻15%30%。齿轮座箱体：属大型箱体，通常直接安装在基础上。当齿轮座地脚螺栓直接的距离相同时，齿轮座整个底座支撑在基础上，与只有箱体底脚支承在基础上相比较，其稳定性相同，但前者与基础的联接较为可靠，制造和安装也较方便。附件：窥视孔及窥视孔盖、通气器、