板坯连铸推钢机设计

板坯连铸推钢机设计摘要本次设计的推钢机为齿条式推钢机，齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电动机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆完成推钢。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身较重。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。设计分析论述了设计方案，包括推钢机的分类与特点和设计方案的确定；进行了主传动系统的设计与计算，包括原始的设计参数，电动机的计算与校核，联轴器的计算与校核以及减速器的选择；进行了主要零部件的设计与计算，包括齿轮-齿条啮合处齿轮强度校核计算，轴的强度计算，轴承的选择与计算以及键的选择与校核；然后进行了设备维修、安装、润滑及密封的设计。关键词：推钢机；钢坯；齿条式推钢机AdesignforpushingsteelmachineAbstractThisdesignofthepushingsteelmachineisthetypeofgear,thegeartypepushessteelmachinepasswheelgearmatchestospreadtomovetorevolvethesportchangetotheelectricmotorintothegeartoexercisestraightly,arousetopushthepolecompletetopushthesteel.Itsworkisdependable,spreadingtomovetheefficiencyhigh,pushthedintisbigwiththerouteoftravel,buttheequipmentsoneselfismoreheavy.Thecurrentwheelgeartypepushesthesteelmachineapplicationmoreextensive.Designtheanalysisdiscussestodesigntheproject,includingtheclassificationthatpushthesteelmachineandcharacteristicswithdesigntheprojecttoreallysettle;Proceedingthelordspreadsthedesignthatmovethesystemandcalculation,includetheprimitivedesignparameter,thecalculationoftheelectricmotorandcheck,thecalculationofthestalkmachineandcheckanddeceleratethechoiceofthemachine;Proceededthedesignofthemainthepartsofzeroandcalculation,includethewheelgearmatchachoiceforthewheelgearstrengthschoolcalculatestocalculate,axialstrengthcalculation,bearingsandthechoicebetweencalculationandkeyandcheck;Thenproceededtheequipmentsmaintain,install,lubricationandsealeddesign.Keywords:thepushingsteelmachine；steelbillet;rack-typepusher目录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1设计的背景及目的.11.2国内外连铸的发展.11.3推钢机研究状况.31.4研究方法及内容.42设计方案评述.52.1推钢机的分类与特点.52.2设计方案的确定.52.2.1传动系统的分析.52.2.2齿轮和齿条设计.92.2.3推杆的设计.103电机功率计算与验算.113.1根据连铸推钢机的工作特点定性选电机.113.2根据负载要求选择电动机的容量.113.2.1推钢机所需工作功率.113.2.2选电机额定功率.113.3确定电机转速.123.4电动机的校核.133.4.1过载能力校核.134主要零件强度计算校核.154.1齿轮齿条啮合传动处齿轮校核计算.154.1.1齿轮材料、机械性能、参数及受力分析.154.1.2按接触疲劳强度校核.164.1.3按弯曲疲劳强度校核.194.2齿轮齿条啮合传动轴的强度校核计算.214.2.1轴的材料及其机械性能.214.2.2轴的模型及传递功率的确定.214.2.3按弯扭合成进行轴的强度校核.214.2.4按疲劳强度进行精确校核.254.3轴承的选取及校核.294.3.1根据工作条件确定轴承部件的结构型式.294.3.2根据轴承部件的结构设计具体确定轴承的型号.304.3.4验算轴承的极限转速.324.4齿轮齿条传动处齿轮与轴的联接键.324.4.1键联接类型的选择.324.4.2键的尺寸的选择.334.4.3键的强度校核.335联轴器的选择.345.1联轴器的分类.345.2联轴器的选择.345.3联轴器的强度计算.346系统的润滑.366.1润滑剂的种类.366.1.1润滑液.366.1.2润滑脂.366.1.3固体润滑剂.366.2润滑方式的选择.366.2.1齿轮减速器的润滑方式.366.2.2各齿轮齿条、导向轮、轴承的润滑方式.36总结.37致谢.38参考文献.39绪论1.1设计的背景及目的连铸是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢厂(或车间)的重要组成部分。连铸生产的工艺流程为：钢包中间包结晶器二次冷却拉坯矫直切割辊道输送推钢机铸坯。连铸技术的应用彻底改变了炼钢车间的生产流程和物流控制，为车间生产的连续化、自动化和信息技术的应用以及大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件。此外，连铸技术的发展还带动冶金系统其他行业的发展，对企业组织结构和产品结构的简化与优化有着重要的促进作用。中国是世界上研究和应用连铸技术较早的国家。从20世纪50年代起就开始了连铸技术的研究，60年代初，进入到连铸技术工业应用阶段。但是，从60年代末到70年代末，连铸技术几乎停滞不前。1982年统计数字表明，世界平均连铸比为30%左右，而我国的连铸比仅为6.2%。80年代后，我国连铸技术进入新的发展时期，从国外引进了一批先进水平的小方坯、板坯和水平连铸机。80年代中期，我国拥有了第一个全连铸钢厂武钢第二炼钢厂。近年来，我国连铸技术飞速发展，到2005年，全国除海南、宁夏、西藏外，其他各省(市、自治区)都有了连铸生产，连铸比已经达到了97.5%。目前，我国的钢铁冶金工艺水平达到了世界中上等水平。1.2国内外连铸的发展早在一百多年前，人们就提出了连续铸造的问题，也曾经做了各种尝试，其中英国的贝塞麦对钢做了反复的实验，终因当时总的科学技术水平较低，限制另外连续铸钢的成功。直到本世纪五十年代才作为一种新技术开始在钢铁生产中得到应用。由于连铸有着能从钢水一次直接浇铸成坯的巨大优越性，很快就得到了迅速的发展和推广。同时世界上也发展起来了许多连铸技术实力较强的公司，如西马克德马格、奥钢联、日本JSP公司、达涅利(包括戴维)公司等。以板坯连铸机为例，西马克德马格公司从1962年至2001年新设计和改造板坯连铸机共约370台；奥钢联从1959年至2000年新建和改造板坯连铸机共约181台；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯连铸机共约150台；达涅利的戴维公司也设计了10多台连铸机。2001年末，世界上共有各类投产的板坯连铸机约550台800流(有一些是重复改造的，按估计值未计入)。我国是在炼钢生产中研究、应用连铸技术较早的国家之一。20世纪50年代中期，当连铸技术在前苏联、英国、意大利、加拿大等国进入工业性试验阶段时，我国即着手进行试验研究工作。1956年我国在当时的重工业部钢铁综合研究所建成了直径80mm的圆坯半连铸试验装置；1957年在上海钢铁公司中心试验室建成一台高架立式方坯连铸机；1958年在唐山钢铁厂建成了第一台工业生产的立式连铸机，同年在重庆第二钢铁厂建成投产一台两机两流，配合30t转炉，浇铸175mm250mm矩形坯的立式连铸机；1960年在唐山钢铁厂建成一机一流，配合5t转炉浇铸150mm150mm小方坯的立式连铸机。虽然我国是连铸生产起步较早的国家，但由于20世纪50年代到70年代我国的炼钢厂以平炉炼钢为主，平炉炼钢生产节奏慢，不适应连铸生产；另外，我国发展的连铸机型大多为立式连铸机，生产效率低。因此，我国连铸生产的发展极其缓慢，到1978年我国的钢产量为31780000t。其中平炉钢11270000t，占总钢产量的35.46%，连铸比仅为3.5%。为了改变我国连铸生产发展的落后状况，1974年，我国从原西德施罗德一西马克和德马克公司引进了3套弧形板坯连铸机；1980年，我国又与原西德曼内斯曼一德马克公司签定了引进小方坯连铸设备及技术转让与合作制造合同，在国内增建一批旨在浇铸9090mm,120120mm及150150mm成品轧机一火成材使用的小方坯连铸机。这些引进的具有国际先进水平的连铸机，装备水平高，为我国消化引进连铸技术、提高连铸技术水平开辟了新的途径，大大促进了我国连铸生产的发展。同时为了加快连铸生产的发展，我国从20世纪80年代起，加快了淘汰平炉炼钢的步伐。连铸坯的吨数与总铸坯(锭)的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁企业生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4发展到28.4，中国的连铸比从2.1发展到6.2；至1990年，世界和中国的连铸比分别发展到62.8和22.4；到2001年，又分别发展到87.6和92.0；2003年，中国连铸比达到95.3左右，估计世界平均连铸比2003年接近90。从统计数字可以看出，中国的连铸技术在近10多年内得到了迅速发展。日前，我国己形成钢种多样、机型齐全、技术成熟的连铸生产体系。2001年我国连铸坯产量为13820万t，连铸比达到92.80%，其中有99家企业实现了全连铸。1.3推钢机研究状况推钢机的种类很多，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。但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，所以，现在国内外都侧重在液压式推钢机的开发与改进。随着马钢节能耗、降成本工作的深入开展，为适应中板的发展规划，决定将原先的采用两排道45t/h加热炉改造为三排道蓄热式的135t/h加热炉，同时坯料尺寸由改造前的22010001400增加为22014001700。由于坯料尺寸的增加，原先采用的50t蜗轮蜗杆传动的机械式推钢机推力无法满足需要，对原先的推钢机进行改造成为必然。考虑到原先的机械式推钢机传动平稳性较差，易造成推钢跑偏，导致掉钢事故，无法适应改造后的三排道加热炉的要求，设备故障率高，严重影响生产节奏，且结构复杂，占用空间大，设备总重量达到25t，运行成本高，检修不方便，维护难度大。因而决定设计80t液压推钢机来解决上述问题。液压推钢机使运动的平稳性得到极大的加强，且整个装置结构紧凑，占用空间小，设备总重量仅有16t，维护、检修方便。重钢公司由于原推钢机液压系统中的电磁溢流阀设计为通电卸荷，使电磁阀线圈在大多数情况下处于通电状态，长期工作产生高温使线圈烧毁，致使电磁溢流阀出现故障影响系统工作。因设计和管道尺寸选择不合理，使推钢机回油背压过高，达到7010Pa。液压站内管道布置杂乱，管接头多，易泄漏；且液压泵及各回路之间没有有效隔离，当某一回路出现故障需检修时，将使整个系统停下来。所以进行了钢机液压系统采用插装阀控制，可靠性高，压力损失小，改造后的液压系统压力损失明显降低。背压力由原来的7MPa降为3Mpa；推钢机属于间隙性工作制，且间隙时间大于工作时间，所以将电磁溢流阀由常闭型改为常开型，一方面减少了功率损失，同时因电磁阀线圈大多数时间处于不工作状态，大大延长了使用寿命；在各油管上都安装了球阀，当阀或某液压回路出现故障需要检修时，关断相应球阀，避免了回路间的相互干扰等一系列的改造。济南钢铁集团石横特殊钢厂一轧钢车间的往复炉排连续式加热炉，改造前推钢机采用的是机械式传动机构。为实现节能降耗，2003年9月份一轧钢车间着手对往复炉排燃煤连续式加热炉进行改造，改造后的加热炉为油气温烧推钢式加热炉，这样对推钢机的性能提出了更高的要求。在综合比较机械传动与液压传动推钢机的性能参数、运行可靠性、安装占用空间、投资费用等各方面因素，决定选用并设计液压式传动推钢机。在设计过程中对几个控制问题的措施。油温的控制，由于推钢机的工作环境温度较高且油液温度对液压系统的影响较大，因此对系统温度的控制非常重要。为更好的控制系统温度，采用了外循环式、散热效果更好的板式冷却器；两液压缸同步问题的控制，为确保同步问题，根据电机转速相同、泵流量相同的原理，选用两组相同型号的电机和液压泵；每台液压缸的油路中增加流量调节阀进行微观控制，同时在推钢机的后部采用钢性联接；介质污染及噪声的控制，由于液压系统对工作介质的清洁度非常敏感，介质清洁度的高与低，直接影响推钢机的运行性能和使用寿命。为使介质的清洁能满足系统的正常使用要求，同时采取了两种过滤方式：一是采用带自动报警用一备一的回油过滤器；二是外循环过滤系统，即不受系统是否工作的影响，可直接进行外循环过滤。该套系统分别选用了两台55kW电机和250L/m的液压泵，噪声较大，为改善工作环境，采用了软隔离的方法，即在电机底座安装减震器、在液压泵与油箱联接处加装避震喉、在液压泵出口采用高压胶管，完全将噪声源通过软联接隔离；执行元件行程的控制，在液压缸的行程过程中设计了四个行程开关，当液压缸运行并达到预先设定的行程时，触点开关关闭电源，系统停机从而适应了不同的工况要求并对推钢机等相关设备起到了保护作用；系统安全性的控制，由于液压泵及电机的价值较高，为避免出现液压泵反向运转和“油吸空”，造成干磨损坏液压泵等元件，在泵出口加装蝶阀，由蝶阀手柄控制液压泵电机的电源开关，确保液压泵不发生空转现象。1.4研究方法及内容1.绪论、推钢机综述及设计方案的选择与论证；2.主传动系统的设计与计算：根据给定设计参数进行设计计算，选择系统主电机并进行校核计算，同时选择减速器与联轴器；3.主要零部件设计与强度计算：重点轴、齿轮的强度计算校核、联轴器的选择计算、键和轴承的校核计算等；4.其它：设备维修、安装、润滑及密封等；5.绘图（总装配图1张、部件装配图2张、零件图3-5张，折成A1共6张以上）；6.编制、打印设计说明书（按“撰写规范”要求）；7.外文资料翻译；2设计方案评述钢水出炉后，由钢包车将钢包运至大方坯连铸机前，将钢水包吊运至大包回转台，同时进行测温。钢水由长水口至中间包，再经浸入式水口到达结晶器形成钢坯。经二次冷却装置、拉矫机、切割前辊道、火焰切割机、切割区辊道、输出辊道、推钢机至热送辊道，最终送入中型型钢厂。2.1推钢机的分类与特点推钢机的种类很多，常见的有齿条式、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，它们各有特点1。齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电动机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆完成推钢。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身较重。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。螺旋式和曲柄连杆式推钢机结构工作效率低，行程和推力较小，一般用于小型加热炉，新加热炉一般很少采用。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，且液压系统制做、维护较困难，目前大多使用齿条式推钢机。2.2设计方案的确定本次设计为齿条式推钢机齿条式推钢机主要包括电动机、减速机、联轴器、齿轮轴、齿条、推杆、机架、压轮、托轮等。机架一般为多层箱体，箱体间用螺栓联结。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，都存在维修时更换零、部件困难的问题，尤其是更换下部零件时，需要把箱体层层拆分开，况且该结构不易观察齿轮齿条的啮合情况。2.2.1传动系统的分析1选择电动机类型在现代工业企业中，绝大多数机械设备是用电机拖动的，虽然很多机械设备都需要调速,但负载的性质对调速电机的要求不同和调速范围的要求却不尽一样，而电机在额定转速以上是作恒功率运行，在额定转速以下作恒转矩运行因此，合理选择调速方案和电机参量，使调速方案与负载性质相适应，在满足负载要求的前提下，减小电机的功率和调速装置的容量，就具有重要的意义。选择电动机应综合考虑的问题3：(1)根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。(2)根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8-0.9，过大的备用功率会使机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高。(3)根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。(4)根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级和类型。(5)根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度选择电动机额定转速。除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格，建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。电动机分为交流电动机和直流电动机两种。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，异步电动机有笼型电动机和绕线式电动机，其性能分别为：(1)笼型电动机简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但启动和调速性能差，轻载时功率因数低。(2)绕线式电动机因有滑环，比笼型电动机维护麻烦，价格也稍贵，随负载转矩的增加，电机转速显著下降，但它启动转矩大，且可进行小范围的速度调节。推钢机的负载类别为带周期性变动负载的机械，启动条件沉重，而且属于大中功率，负载性质为平稳型，生产机械工作状态为长期型，综上所述，选择电机的类型为异步电动机中的笼型电动机。2联轴器的选择常用的联轴器多已标准化了。选用时，首先按工作条件选择合适的类型；再按转矩、轴径和转速选择联轴器的具体尺寸；必要时校核联轴器中薄弱件的承载能力。若无具体规范时，亦可参照推荐的主要尺寸定出全部结构尺寸，然后进行必要的校核计算。选择或校核时，应考虑机器起动时惯性力及过载等影响，按最大转矩进行。但是，在设计时，往往因为原始资料不足，或分析极为困难，最大转矩不易确定，故通常按计算转矩进行。由于设计、制造、安装和运输等方面的原因，一部机器往往分为若干机械装置或大部件，然后用联轴器联接起来。联轴器是一种固定联接，在机器正常运转时是不能随意脱开的，要脱开必须停机拆卸。又由于制造和安装不可能绝对精确，以及工作受载时基础、机架和其他零件的弹性变形与温差变形，联轴器所联接的两轴线不可避免地要产生相对偏移两轴相对偏移的出现，将在轴、轴承和联轴器上引起额外的附加载荷，甚至出现剧烈振动。根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度等，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点3：(1)所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求。例如，对大功率的重载传动，可选用齿式联轴器；对严重冲击载荷或要求消除轴系扭转振动的传动，可选用轮胎式联轴器等具有高弹性的联轴器。(2)联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器，例如膜片联轴器等，而不宜选用存在偏心的滑块联轴器等。(3)两轴相对位移的大小和方向。当安装调整后，难以保持两轴严格精确对中，或工作过程中两轴将产生较大的附加相对位移时，应选用挠性联轴器。例如当径向位移较大时，可选滑块联轴器，角位移较大或相交两轴的联接可选用万向联轴器等。(4)联轴器的可靠性和工作环境。通常由金属元件制成的不需润滑的联轴器比较可靠；需要润滑的联轴器，其性能易受润滑完善程度的影响，且可能污染环境。含有橡胶等非金属元件的联轴器对温度、腐蚀性介质及强光等比较敏感，而且容易老化。(5)联轴器的制造、安装、维护和成本。在满足使用性能的前提下，应选用装拆方便、维护简单、成本低的联轴器。例如刚性联轴器不但结构简单，而且装拆方便，可用于低速、刚性大的传动轴。一般的非金属弹性元件联轴器(例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器等)，由于具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中小功率传动。为了缓冲冲击及补偿轴向相对位移，本设计选用齿式联轴器。齿式联轴器的可移式联轴器中用途最广泛的一种联轴器，它利用内齿啮合以实现两半联轴器的联接。它的特点是结构紧凑，承载能力大，使用的速度范围广，工作可靠，具有综合补偿两轴相对位移的能力，适用于重载工作下工作或高速运转的水平传动轴的联接。图2.1齿式联轴器如图2.1所示，这种联轴器由两个带有内齿及凸缘的外套筒3和两个带有外齿的内套筒1所组成。两个内套筒1分别用键与两轴联接，两个外套筒3用螺栓5联成一体，依靠内外齿相啮合以传递转矩。由于外齿的齿顶制成椭球画，且保证与内齿啮合后具有适当的顶隙和侧隙，故在传动时，套筒1可有轴向和径向位移以及角位移(图b)：又为了减少磨损，可由油孔4注入润滑油，并在套筒1和3之间装有密封圈6，以防止润滑油泄漏。3减速器的选择减速器多用来作为原动机与工作机之间的减速传动装置。根据传动型式，减速器可分为齿轮、蜗杆和齿轮-蜗杆减速器；根据齿轮形状不同，可分为圆柱、圆锥和圆锥-圆柱减速器；根据传动的级数，可分为一级和多级减速器；根据传统的结构布置形式，减速器还可分为展开式、同轴式和分流式减速器。三环减速器兼有行星减速器和普通圆柱齿轮减速器的特点，充分运用了功率分流与多齿内啮合机理，在技术性能、产品制造、使用维护方面具有较明显的优点2.2.2齿轮和齿条设计设计齿条式推钢机，关键在于正确地选定齿条传动之参数。齿轮和齿条都是推钢机中的重要零件，承受低速重载，可以根据齿轮弯曲强度进行计算，而不必作接触疲劳破坏计算。一般齿条传动之齿轮直径取得小一些可以减小传动力矩，减轻设备重量。推钢机工况一般为低速重载，频繁使用，齿轮齿条属于重要零件。要根据推钢机参数校核其齿面接触强度和轮齿弯曲强度，在满足较高可靠度的前提下优化各项参数图2.2齿条的结构设计。选择齿轮材料时，要综合考虑轮齿工作条件、加工工艺、材料来源和经济性等方面的因素。推钢机齿轮截面尺寸大，长期在重载下工作，其材质性能应不低于42CrMo，并进行调质和表面淬火处理，必要时可以采用渗氮处理。因此选择齿轮模数为m=32mm，齿数Z=18，材质为38SiMnMo。齿条的结构如图2.2所示。图2.3推杆的结构2.2.3推杆的设计推杆下部固定齿条，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。由于推钢机推杆较长，推力较大，计算时要考虑其受力时的稳定性。齿条式推钢机的推杆断面较大，其柔度较小（通常），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。104因此选择推杆截面为700mm540mm，腹板采用厚度20mm钢板，推杆总长10420mm。推杆的结构如图2.3所示3电机功率计算与验算3.1根据连铸推钢机的工作特点定性选电机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，维护比较不便等缺点，因此无特殊要求是不宜采用。冶金行业生产单位一般为三相交流电源，因此，应选用交流电动机，同时交流电动机又分为异步电动机和同步电动机两类，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，其具有以下优点：(1)结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便；(2)适用于不易然，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上；(3)由于起动性能较好，也适用与某些要求起动转矩较高的机械。由于连铸推钢机属于一般冶金机械设备，无特殊要求，且起制动频繁，具有冲击载荷，要求起动性能好，起动转矩较高，故选择交流异步电动机Y系列。3.2根据负载要求选择电动机的容量3.2.1推钢机所需工作功率负载要求：推钢速度：=15m/minv推力：16.5t传动方式：齿轮齿条传动所以负载所需的工作功率：wpvFmaxvmg0.516.59.81000601520.21Kw其中：板坯与辊道间的摩擦系数。3.2.2选电机额定功率传动系统路线图：电动机联轴器减速机联轴器齿轮-齿条推头钢板由文献1，表4.2-9可知：齿轮齿条啮合传动效率：=0.95齿联轴器效率：=0.99联轴承效率：=0.98承由于是三级减速器，故有：=减4承3齿=0.980.95=0.84则总传动效率：齿2联减0.950.990.840.78所以电机所需工作功率为：=dPw=78.021=25.84Kw考虑机械传动（包含推头）有损失及电动机本身也不可避免存在损耗，故选电机额定功率=30Kw。0P3.3确定电机转速容量相同的同类型的电动机，有几种不同的转速系列，三相异步电动机有四种同步转速，即3000，1500，1000，750r/min,电动机空载时才能达到同步转速，负载时转速都低于同步转速。低转速的电动机的极对数多，转拒也大，因此外廓尺寸及重量都较大，价格较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积，重量较小；高转速的电动机则相反，此种情况下我们经综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能、尺寸、重量和价格等因素，选同步转速为1500r/min的电动机。综上，选择电机型号为：Y225M-6。由文献2见其性能见表3.1：3.4电动机的校核3.4.1过载能力校核过载能力是指电动机负荷运行时，可以在短时间内出现的电流或转矩的允许倍数，表3.1Y225M-6三相异步电动机技术数据满载时型号额定功率/Kw转速/1minr电流/A效率（%）额定转矩最大转矩重量/KgY225M-63098059.590.22.0292对不同类型的电动机不完全一样，对异步电动机来说，校核其过载能力时即最大转矩倍数时，同时要考虑到交流电网电压可能向下波动10%15%，因此，最大转矩按（0.810.72）来考虑，他应该比负载最可能出现的最大转矩大。NT1.电动机最大转矩齿轮转速：ndv3104511.94r/min其中：齿轮-齿条传动中齿轮的分度圆直径，单位：mm。d负载最大转矩：nPTw95095504.1216164.6Nm传动比：nid94.18082.1电动机的最大转矩：iTmax1.8264169.9Nm2.电机额定转矩dNnPT09583292.3Nm其中电动机额定转速，单位：r/min。dn3.过载校核由电动机的参数可知2额定转矩最大转矩所以3.927.0.NT420.9Nm169.9NmaxT故安全。4主要零件强度计算校核4.1齿轮齿条啮合传动处齿轮校核计算4.1.1齿轮材料、机械性能、参数及受力分析1.材料：orMC352.机械性能：查文献2，表3.2-42可知：=980MPa=835MPaBS表面淬火处理4045HRC3.齿轮参数：模数m=20mm齿数=20分度圆直径=400mm2Zd压力角=1=0.2502ahc0x=350mm=440mm=45mmB=210mmfdd与之啮合的齿轮齿数=961Z4.齿轮受力分析齿轮传动一般均加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，将法向载荷nF在节点P处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力，如图4-1，由此nFtrF得：12dTFttanrFcostn式中：小齿轮传递的转矩，单位为Nmm；1T小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，单位为mm；d啮合角，对标准齿轮，=。20图4-1齿轮受力分析4.1.2按接触疲劳强度校核EHtHZubdKF1H公式摘自3，10-8，其中：齿面接触应力，单位：MPaH齿面许用接触应力，单位：MPa载荷系数K齿轮所受切向力，单位：NtF齿宽，单位：mmb齿轮分度圆直径，单位：mm1d齿数比u区域系数HZ弹性影响系数，单位：MPaE1.求齿面接触应力H(1)求K=KAv摘自3式（10-2）其中：使用系数A动载系数vK齿向载荷分配系数齿面载荷分配系数根据文献3可查得：=1.5；AK3根据v=15m/min可查得：=1.32；vK3可查得：=1.2；HF3可查得：=1.15+0.18+0.31K2db310=1.15+0.18+0.313=1.15+0.18+0.3124012103=1.2647；再根据=4.67查3可得：=1.22;45210hbFK所以：=AvH=2647.13.51=2.9(2)=tF2max=805=40425N(3)u=12Z=096=4.8(4)根据齿轮材料查文献3，表10-6可得：=188MPaEZ(5)=HZcosin2=002i=2.5所以：EHtHZubdKF1=185.2.402159.=610.24MPa2.求许用应力H=公式摘自文献3，10-12HNSKlim其中：为接触疲劳安全系数，可取=1；HSHS为寿命系数；N齿轮接触疲劳极限，单位：MPa；limH(1)求NK齿轮应力循环次数=60NhnjL=6011.9412036524=1.26次80查文献3，图10-19可得：=0.93HNK(2)求limH根据材料查文献3，图10-21(续)可得：=1150MPa；limH所以=HNSKlim=0.93=1069.5MPa1503.校核显然，=1069.5MPa610.24MPa=，故安全。HH4.1.3按弯曲疲劳强度校核=公式摘自文献3FbmYKSFtF其中：齿轮齿根弯曲应力，单位：MPaF齿轮弯曲疲劳许用应力，单位：MPa齿轮模数mm；m齿轮系数mm；FY应力校正系数S1.求齿轮齿根弯曲应力F=FbmYKSFt(1)根据=20查文献3得：1Z=2.8FY=1.55S(2)KFVAK1.51.321.21.222.8所以：=F2015.8489.2=121.06MPa2.求齿轮弯曲疲劳许用应力F=公式摘自文献3NKFSlim式中：弯曲疲劳强度安全系数，取=1.5FSF寿命系数NK齿轮弯曲疲劳极限，单位：MPalimF(1)求FN根据应力循环次数N=1.26查文献3可得：810=0.88FNK(2)求limF根据文献3可得：=710MPalimF所以=FNKFSlim=0.885.170=416.5MPa3.校核显然，=416.5MPa121.06MPa=，故安全。FF4.2齿轮齿条啮合传动轴的强度校核计算齿轮齿条啮合传动轴转速最低，故所承受的转距最大，因此对该轴需要进行校核。4.2.1轴的材料及其机械性能1.材料：,调质处理,表面硬度219269HBSniMS352.机械性能：查文献2可得：=885MPa=735MPaBS由文献3，表15-1可查得：0.2+1001SB0.2+1007358424MPa0.1561SB=0.1567358=253MPa4.2.2轴的模型及传递功率的确定1.轴的模型如图4-2(a)所示；2.传递功率=20.21Kw；P3.转速=11.94r/min。n4.2.3按弯扭合成进行轴的强度校核1.轴的力学模型如图4-2(b)所示；2.对轴进行受力分析与强度校核计算(1)轴输入转矩：nPT950=4.12=16164.6Nm输出转矩：=1T2=6.4=8082.3Nm(2)求与此轴配合的齿轮上的作用力=40425NtF=rant=2045=14708.6N(3)计算轴在轴承处所受的力垂直面内：=1NVF2r=6.4708=7354.3N水平面内：1NHF2t40520212.5N(4)计算弯矩垂直面内：VM1NFl7354.33753102757.86Nm水平面内：HM1Fl20212.53753107579.68Nm图4-2轴的载荷分析图总弯矩：M2HV268.759.8063.82Nm图4-2轴的载荷分析图（续）(5)作弯矩图如图4-2(d)、(f)、(g)；作扭矩图如图4-2(h)。(6)校核轴的强度根据轴的结构图以及弯矩和转矩图可以看出截面C是轴的危险