950轧机设计说明书

1、辽宁科技大学本科生毕业论文第4页1.绪论1.1设计的选题背景轧钢生产时将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具 有生产率高、品种多、上产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。因此， 它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。目前，约有90%勺钢都是经过 轧制成材的。有色金属成材，主要也用轧制方法。【1】目前我国处在新老交替的钢铁生产体系中，初轧机在轧钢生产中的作用仍无 法替代，初轧机仍具有着十分重要的作用。1.2轧机国内外发展的研究现状、成果、发展趋势1.2.1轧机的国内外研究现状及成果从16世纪人类开始轧钢发展到今天，经过了漫长的过程。在1530年或1532年,依尼雪在

2、拿伯格（Nnrmberg）发明了第一个用于轧钢或轧铁的轧机， 紧接着，1782年，英国的约翰彼尼（John -payne在有俩个刻成不同形状的孔型的轧辊 的轧机中加工锻造棒材。1759年，英国的托马斯 伯勒克里（ThomasBlockley） 取得了孔型轧制的另外一个专利，在历史上标志着型钢生产正式开始。轧钢机械的分类。轧钢机械可按所轧辊的材料分为轧辊钢材的和轧辊铝、铜 等有色金属的两类。各类轧机的工作原理和主要结构基本相同，只是轧辊的温度、 压力和速度有所差异。轧机中使用最多的是轧钢机。轧机又可分为半成品轧机和 成品轧机。半成品轧机主要是开坯机，包括初轧机、板坯轧机和钢坯轧机。随着 连铸机的

3、逐步推广，某些装有连铸机的钢厂已不再使用开坯机开坯。成品轧机有 型材轧机、轨梁轧机、线材轧机、厚板轧机、薄板轧机、带材轧机、箔带轧机、 无缝管轧机、铜板轧机、铝板轧机和某些特殊轧机。它们的主要区别是轧辊的布 置和辊的形状不同，并且在精度、刚度、强度和外形尺寸上也有很大的差别。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页1.2.2初轧机的发展趋势总的来说，轧钢机械向着大型、连续高速和计算机控制方向发展。初轧机的发展，在发展连铸的同时，国外仍在新建或扩建初轧机，以扩大开 坯能力。这是由于开坯机具有产品变化灵活，便于实现自动化等优点，如日本1969年有三台板坯初轧机和一台方坯初轧机投入生产。至1970年止，世界

4、上有初轧机达200多台。拥有初轧机最多的国家为美国 达130台，日本42台，绝大部分为二辊可逆式轧机，开坯能力达3亿吨以上。七十年代的初轧机轧辊直径增大到1500毫米。我国拥有1000毫米以上大型初轧机七套，还有750850毫米小型初轧机八 套，主要用于合金钢厂，为数不多的650毫米轧机是中小钢厂的主要开坯设备。1959年我国开始自行设计制造开坯机，以制成的开坯机有700、750、825、850/650、1150等毫米初轧机。1.3压下系统的研究与应用压下装置也称上辊调整装置，主要作用是通过对上辊的调整，办证轧件给定 的压下量轧出所要求的断面尺寸， 以及有槽轧辊对准孔型，在连轧机上，还要调 整

5、各机座间轧辊的相对位置。压下系统的分类及作用：1）快速压下系统：习惯上把不“带钢”压下的压下装置称为快速压下装置， 一般其压下速度大于1mm/s这种装置主要用于可逆式热轧机上，如初轧机、板 坯轧机及中厚板轧机。2）电动双压下装置：这是较旧式轧机上的一种电动压下装置，该压下装置 具有粗调与精调两个压下系统。个系统分别有各自的电动机和减速器。3）电一液双压下装置：常见的有两种。一种是在带有常规电动压下装置上， 把压下螺母下端与一扁形齿轮固结在一起构成的。另一种是粗调仍为电动压下，精调则利用设置在压下螺丝与上轴承之间或在下横梁与下轴承座间的液压缸来 实现。4）全液压压下装置：该装置主要包括：主液压缸

6、，检测辊缝值的位置传感 器及电液伺服阀等。 他取消了传统的电动压下机构， 辊缝的调节量完全靠设置在 上 （下） 横梁与上 （下）轴承座间的液压缸来完成。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页1.4压下系统的研究内容及方法钢锭在加热炉中加热后，被送到初轧机前的收料辊道上，经输入辊道和工作 辊道送至出轧机轧制。钢锭在初轧机上经过多道次的轧制， 每经过一个道次的轧 制，压下系统调整轧孔形状再继续下一个道次的轧制。 钢锭低速咬入，在轧制过 程中加速，再减速将钢锭抛出。设计方法主要有包括：1.设计方案的确定和评述；2.压下系统参数的计算与电动机的选择并校核，减速器与联轴器选择计算等；3.主要零部件强度计算：重

7、点是蜗轮蜗杆、压下丝杠螺母强度计算与校核等；4.润滑、密封、安装及设备可靠性与经济性评价；5.绘制工程图纸（总装配图1张、部件装配图23张、零件图35张，折成A1不少于6张。所绘图纸全部采用计算机绘图。另绘制三位零件图1张）；6.编制设计说明书。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页.设计方案确定950二辊可逆轧机属于型钢粗轧开坯轧机，轧制原料尺寸为280m材380mm勺方坯，经7道轧制后得到160mrhC 200mm勺方料，其特点是主传动 电机可正反转，压下调整距离大，调节速度快，精度要求不高。由于轧辊磨 损大，故轧机压下调节十分频繁。因此采用快速电动压下装置。【2】1-电动机2-联轴器3-减速器

8、4-压下螺丝5-蜗轮蜗杆部分图 2.1 压下机构简图2.1压下系统传动装置压下机构按照轧机的类型、产品精度以及生产率要求不同可分为：手动压下 机构、电动压下机构、电-液压下机构和全液压压下机构等。手动压下装置结构 简单、造价低，但工人劳动强度大，一般用于生产率低及不经常调整的轧机上。电动压下机构主要用于压下螺丝的移动速度约超过10.2mm/s的初轧机、板坯轧机及中厚板轧机上，以及移动速度小于10.2mm/s的薄的板带轧机上。电-液和全液压压下机构是属于现代化轧钢机上的一种先进的压下机构（尤其是后 者），多用于高速连续式冷轧与热轧薄板轧机和带钢轧机上。本设计采用电动压下装置，700水平轧机属于初

9、轧机，要求精度不高，所以辽宁科技大学本科生毕业论文第4页采用快速电动压下装置。2.1.1压下电动机类型的选择电动机分为交流电动机和直流电动机两类。 交流电动机主要由一个用以产 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组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。直流电动机的调速性 能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要， 人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、 平滑的无级调速，而且调速范围较宽。起动力矩大。可以均匀而经济地实 现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，都 用直流电动机拖动。所以本设计

10、选择直流电动机。2.1.2减速器类型的选择减速机按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星轮减速器。本设计采用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器是一种具有结构紧凑，传动比大,以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械，且工作平稳、噪声较小。在传递中可以改变90度方向。另外两种减速器的传动比小，不能满足快速压 下的要求。2.1.3联轴器的选择联轴器是用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同 旋转以传递扭矩的的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还 有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。 联轴器还具有一定的缓冲减震 性能。 在近代轧钢机或大型轧钢机的传动系统中，广泛地采用齿轮联

11、轴器。 这是因为齿轮联轴器的结构简单、紧凑，制造容易并具有很高的精度，摩 擦损失小，能传递很大的扭矩，有良好的补偿性能和一定程度的弹性等特 点。所以本设计采用齿轮联轴器。【2】2.2压下螺丝和压下螺母压下螺丝与压下螺母是电动压下装置中的关键零件。一般螺母自下向 上装在机架上辽宁科技大学本科生毕业论文第4页横梁中部的阶梯孔中，压下驱动力矩通过压下螺丝尾部。转 动压下螺丝，使其在与机架上横梁静止的螺母约束中上下移动，实现轧辊 的上下调整。【4】2.2.1压下螺丝压下螺丝一般由头部、本体和尾部三部分组成。头部与上轧辊轴承座接触， 承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的平衡力。为了防止上辊平衡装置的过平衡

12、力，防止端部在旋转时磨损并使上辊轴承具有自动调位能力。一般压下螺母均承受巨大的轧制力，因此要选用高强度的材料来制造，同时由于压下螺母和蜗轮是 一体的，因而也选择ZCuAI10Fe3。2.2.2压下螺母压下螺母是轧钢机机座中重量较大的易损零件。螺母通常用贵重的高强度青铜(ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1)或黄铜(ZHA166-6-3-2)铸成。为了节省青铜，近年来在大型轧机上广泛使用组合式螺母。加箍的螺母比 较经济，在初轧机及厚板轧机上的使用情况证明，其工作性能不亚于整体 铸青铜螺母。所以材料为无锡青铜ZQAL9-4的双镶套螺母。【1】辽宁科技大学本科生毕业论文第4页3.轧制力

13、能参数的确定设计参数：轧制材料：20CrM nTiH轧辊转速：070-120 r ./min原料尺寸：280mmX380mm成品规格：160mmX200mm3.1轧制力的计算3.1.1轧辊主要尺寸的确定压下量Lh=330-270=50 mm；咬入角=19所以cos -0.9455；轧辊辊身直径D=50=917mm(3.1)1 - ：1 -0.9455所以工作直径取950mm轧辊长度L根据实际工作情况，取为L=2500mm;轧辊辊径的直径d和长度I: 一般近似的认为轧辊辊径的直径与辊身的直径存在 如下的关系：d=(0.50.55)D(3.2)所以d=0.5X950=522.5 mm;取辊径为56

14、0。而且I与d的关系是1d= (0.831.0) 取l=250 mm;梅花接轴的轴头直径d1=d-(1015)(3.3)代入具体数值d1=250-10=240mm;辽宁科技大学本科生毕业论文第4页3.1.2孔型布置3.2平均单位压力大量的试验资料证实，开坯(包括初轧)、型钢、线材轧机的轧制压力，采 用爱克隆德坯铸规格：280 x380道次孔型指针读数端面尺寸压下量宽展量高度宽度03802801I180330502I120270K30060203I100240604I30180K30060305II110240606II60190K20050207II301602004010表3.1压下规程单位

15、：mm辽宁科技大学本科生毕业论文第4页公式计算与实测结果比较接近。950水平轧机用于轧制成120mmx120mm勺初轧方坯，属于型钢轧机。在型钢轧机轧制的过程中，轧件被迫宽展， 同时又限制轧件的宽展，产生侧向压缩和较大的摩擦力。根据参考文献1，公式2-103爱克隆德公式计算单位压力：Pm= 1 m km：；(3.1)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，MPan轧件粘性系数，kgs/mnl;卩一变形系数，s。确定影响系数mm = 1.6AjR(hohi)1.2(hohi)(3.2)(ho + hi)式中：卩一摩擦系数：本设计轧辊材料为铸钢，故尸1.05-0.00

16、05 t,轧制温度t=1000C，代入得 尸0.55；h。、hi轧制前后轧件的高度，mmR轧辊半径：R=475mm将已知数代入式(3.2)中得：m=0.15；变形阻力k的确定：利用L.甫培热轧方坯试验数据知：k= ；140.01t 1.4 c Mn 0.3 Cr丨9.8(3.3)式中：t轧制温度，C;3(c)碳的质量分数，%3(Mn)锰的质量分数，%3(Cr)铬的质量分数，%本设计的轧制材料为20CrMnTiH，含碳量0.2%,含锰为1.0%,含铬为1.2%。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页代入公式(3.3)得：k=55.01轧件的粘度系数n:n=0.01(14-0.01 t)c(3.4)式中

17、：c考虑轧制速度对n的影响。轧制速度：V = JD =1.74m60/s轧制速度v与c对应值如下：表 3.1 轧制速度一一系数 c轧制速度 v/ (m s-1)661010 1515 20系数 c1.00.80.650.60所以取c=1.0代入公式(3.4)得：n=0.04辽宁科技大学本科生毕业论文第4页式中：v轧制速度，mm/s；R 轧辊半径；ho，hi轧制前后轧件的高度，mm将m、k、n卩代入公式（3.1）得：=(1+0.15) (55.01+0.04X2.47)=63.38MPa3.3计算总轧制力轧件与轧辊的接触面积为：F览药2式中：I接触弧长度的水平投影；b。、b1轧制前后轧件的宽度。

18、计算接触面积实质上是计算接触弧长度， 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想象。轧制板材（中厚板）、板坯、方坯时在两个轧辊直径相同的情况下，接触弧 长度的水平投影为：(3.7)式中：R轧辊半径;Ah压下量。hh1500-2.47(3.5)(3.6)32 1.74 10辽宁科技大学本科生毕业论文第4页代入式（3.6）、（3.7）中得:I =R h = 475 60 = 168.81mmI =280 220168.81 = 42202.5mm2辽宁科技大学本科生毕业论文第4页轧制力的计算：p=pmF=63.38X42202.5=2674.79KN3.4轧制力矩

19、的计算简单轧制时，除了轧辊给轧件的力外，没有其他的外力。两个轧辊对轧件的法向力N、2和摩擦力、T2的合力R、P2必然是大小相等而且方向相反，且作用在一条直线上，该直线垂直于轧制中心线，轧件才能平衡，如图3.1为各力Mk二MzMf1= P a J(3.8)式中：p 轧制力；P=2674.79KNa轧制力力臂；p轧辊轴承处摩擦圆半径。1.求a、p：Da sin -(3.92辽宁科技大学本科生毕业论文第4页Q)(3.10)2式中：D 轧辊直径；D=950mmd轧辊轴颈直径；d=560mm辽宁科技大学本科生毕业论文第4页B合力作用点的角度；卩一轧辊轴承摩擦系数，对于滚动轴承 卩=0.004采用采利柯夫

20、公式* =得：0(P=屮仪式中：屮-力臂系数，对于热轧，取屮=0.5;a -咬入角，心=arccosJ 2R丿代入数据得：:=20.45-二:=0.5 20.45 =10.23代入式(3.9)、(3.10)得：-=950si n 10.23 = 84.36mm29500.004 = 1.9mm22.求驱动力矩：单辊驱动力矩：Mk二Pa J =2674.79 84.36 1.9 = 230727.38N m双辊驱动力矩：M=2Mk=2 230727.38 =461454.76N m(3.11)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.压下装置的设计及计算4.1压下螺丝的设计计算4.1.1压下螺丝螺纹外

21、径的确定压下螺丝一般由头部、本体和尾部三部分组成。它的基本参数是螺纹部分的 外径d和螺距t，可按照国家专业标准选取。压下螺丝的外径由最大轧制力决定。由于压下螺丝的细长比很小，其纵向弯曲可忽略不计，由于压下螺丝和轧辊辊径 承受同样大小的轧制力，因此，证明二者存在着以下的关系：d=( 0.550.62 ) dg(4.1)式中：d压下螺丝外径；dg辊颈直径；取d =0.62dg=0.62 560 = 347.2mm，取d =400mm对初轧机来说，螺距t =(0.120.16)d取t =0.13d =0.13汉560 =72.8mm，由于螺纹的形状与制造原因选择t =32mm选 取d1=344mm4

22、.1.2压下螺丝螺纹外径的确定由螺纹外径d确定出其内径d1后，便可以按照强度条件对压下螺丝进行强 度校核。(4.2)式中：二j压下螺丝中实际计算应力，(N/mr);R压下螺丝所承受的轧制力，(KN；I 压下螺丝材料的强度极限，(N/mm);辽宁科技大学本科生毕业论文第4页二b=600 700MPa。n压下螺丝的安全系数。通常选用：n一6所以：卜丄 工二（600700）/6=（100120）MPan将已知数代入公式(4.2):v!，即压下螺丝满足强度要求。4.1.3压下螺丝端部形状的选择压下螺丝止推端得球面有凸形和凹形两种。在本设计中选择凹形球面，因为 这样的形状不但自位性好，而且又能防止青铜止

23、推垫产生的拉应力， 因此大大的 提高了青铜止推垫块的使用寿命，减少了有色金属的消耗。 6 压下螺丝的强度极限；压下螺丝材料为(4.3)42CrMo,其强度极限4Rd14 1293.67二1902= 45MPan辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.1.4压下螺丝传动力矩的计算1-压下螺丝2-压下螺母3-球面垫图 4.1 压下螺丝受力平衡图转动压下螺丝所需的静力矩也就是压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力矩和螺纹之间的摩擦力矩。其计算公式为：d2M=M1PAtani： MM2（4.4）2式中：d2 螺纹中经；查标准得d2=376mmP螺纹上的摩擦角，即p=arctan卩2,卩2为螺纹接触面得摩

24、擦系数，一般取arctan:0.1，故=5 42 = 5.71；a螺纹升角，压下时取正号，提升时用负号，t为螺距；计兀d辽宁科技大学本科生毕业论文第4页算得：321.46；兀d兀汇400P1作用在一个压下螺丝上的力；M1止推轴承的阻力矩；辽宁科技大学本科生毕业论文第4页M2螺纹摩擦阻力矩。对于实心轴颈，止推轴承阻力矩M为:d3/、Mf- 1P1-3（4.5）3式中：d3 压下螺丝止推轴颈，d3=300mm叫对滑动止推轴颈 叫=0.102由于在处理压下螺丝的阻塞事故时，压下螺丝所受的力大约是正常轧制力的1.62.0倍，故：PPi2二P =8563.82KN2将数据代入公式（4.5）中得：3d30

25、0疋10Mf二叫R=0.2 8563.82171.28KN m33由公式（4.4）得：d2皿376乂10口口M =Mi P2tan ：=171.28tan 5.711.46= 171.3KN m2 24.2压下电机的选择4.2.1压下电机功率的计算每个压下螺丝的传动电动功率为:Mn(4.6)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页9550i式中：M传动压下螺丝的静力矩；n电机的额定转数，r/min；I传动系统总速比；n传动系统总的机械效率，根据参考文献5，表4.29，蜗轮蜗杆传动效率0.750.82取0.8，联轴器的效率为0.99，轴承效率为0.99，所以总的效率为：总二蜗杆2联轴器2轴承=0.820

26、.9920.99 = 0.6210辽宁科技大学本科生毕业论文第4页查工艺技术规程（鞍钢一炼钢厂连轧作业区）知轧辊最大移动速度为:Vmax=1mm/s故压下螺丝额最大转速为：I总一第一级蜗轮副传动比，i总=26.5；电机转数：n=n i = 1.875 26.5 = 49.69r / min将已知数代入公式（4.6）中得：171.3 49.699550 26.5 0.6210所以压下电机的总功率为：N总=2 54 =108KW总、取电机的安全系数为2,则N额二2 108 =216KW4.2.2压下电机的选择由参考文献7，附表4037，根据电机的功率及额定转数选用型号为ZZJ814型电机，其额定转

27、数ne=400rmin-1，额定功率为Ne=200KW选用电机满 足要求。4.3压下螺母的结构尺寸设计当压下螺丝的外径d、螺距t及螺纹形状确定以后，压下螺母的d、t和螺纹 形状也确n60VmaX=1.875r/min32Mn9550i= 54KW辽宁科技大学本科生毕业论文第4页定了，所以只要确定压下螺母的高度H和外径D。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.3.1压下螺母高度H的确定由于压下螺母的材料通常都是选用青铜，对于这种材料其薄弱环节是挤压强 度比较低，因此，压下螺母高度H应按照螺纹的挤压强度来确定。其挤压强度 条件如下：4R22Zd -2、)式中：p螺纹受力面上的单位挤压应力（N/mm）

28、；Ri轴颈上（压下螺丝上）的最大压力（N；Z压下螺母中的螺纹圈数；d压下螺丝的螺纹外径（mrh；di 压下螺丝的螺纹内径（mr）；S压下螺母与螺丝的内径之差（mm；p压下螺母材料的许用单位压力（N/mrr）0通常H可预选：H =（1.22）d =（1.22）X400 =（480800）mm根据实际需要选取H =600mm因为H =Zt；所以=18.75，对于青铜t 32p=6 080Mp将已知数代入公式（4.8）得：恥8563.8218.75 4002-(344-2 104)2验算所选用的螺母的高度H满足挤压强度要求4.3.2压下螺母的外径D的确定作用在压下螺丝上的轧制力通过压下螺母与机架上横

29、梁中的螺母孔德接触面传给了机架。因此，压下螺母的外径应按其接触面得挤压强度来确定它的外径：4p-p（4.9）（D-D12）p(4.8)4RZ二d2- -2、)2= 4.11Mp _p辽宁科技大学本科生毕业论文第4页式中：p压下螺母接触面上的单位压力（N/mrr）；R1压下螺母上的最大作用力（N）；辽宁科技大学本科生毕业论文第4页D 压下螺母的外径(mr)Di压下螺丝通过的机架上横梁孔的直径(mr)p压下螺母材料的许用挤压应力，对青铜p=6080Mp对于D可由下面的经验公式确定：D=( 1.51.8 )d(4.10)D =(1.51.8)d =(1.51.8)X400=(600700) 取D =

30、650mm将已知数代入公式(4.9)得：4 8563.82二0.04Mp _ p因此，压下螺母的外径D满足挤压强度要求4.3.3压下螺母材料的选用压下螺母是轧钢机机座中重量较大的易损零件。所以要选用强度高的无锡青铜ZQA19-4的螺母。14R2 2-：(DD1)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.4蜗轮与蜗杆的设计4.4.1蜗轮的设计1.根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗轮（ZI）2.选择蜗轮材料考虑到蜗杆传递功率不大，旋转速度中等，因此，可选用蜗杆材料为45#钢, 虽然蜗轮滑动速度不大。效率要求也不是太高，但是考虑到蜗轮和压下螺母是一 体的，因此蜗轮选用材料铸造铝铁青铜（Z

31、CuAI10Fe3）。铝铁青铜的耐磨性差一 些，但价格便宜，一般用于滑动速度小的传动。3.蜗轮设计应按齿面接触疲劳强度计算根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿 根弯曲疲劳强度。由参考文献6，公式11-12传动中心距为：(4.11)（1） 确定作用在蜗轮上的转6PT 755 106（4.12）n式中：p输入蜗杆的功率，（Kvy；n蜗杆轴的转数，（rmin-1）；i蜗轮蜗杆传动比。按乙=2,效率n=0.73，将已知数代入公式（4.12）得：6P辽宁科技大学本科生毕业论文第4页T =9.55 10n= 9.55 106200= 4.75 106N mm400（2）确定载

32、荷系数K因为压下装置是不“带钢”，载荷稳定，取载荷分布不均匀系数& =1；由于载荷分布不均匀、冲击小、启动次数中等、启动载荷较大，所以，根据辽宁科技大学本科生毕业论文第4页参考文献6，表11-5，选取使用系数K=1.15。又由于转数不高、冲击不大，根据参考文献7，图10-8，选取动载荷系数K=1.05。载荷系数:K二KAK 1 Kv=1.15 1 1.05 = 1.21。(3)确定弹性影响系数ZE根据选用的材料为青铜和钢蜗杆相搭配，根据参考文献6，表10-6查得ZE=320Mp(4)确定接触系数Zp先假设蜗杆分度圆直径d1与中心距a之比为也=0.35，根据参考文献6，a图10-18查得

33、Z=2.9(5)确定许用接触应力(H根据蜗轮材料为铸铝铁青铜(ZCuAI10Fe3，由于最大滑行速度Vs乞2m s1，所以根据参考文献6，表11-6查得：=140Mp取蜗轮寿命为10000小时，那么应力循环次数：N =60 j n2Lh400 =60 1 1000026.5-6=9.05X10寿命系数:许用接触应力:(4.13)(4.14)(4.15)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页(6)计算中心距，将已知数代入公式(4.11)得:z、2320汉2.9 :-I141.4丿取中心距a=640mm因为传动比i =26.5，取模数m=20，蜗杆分度圆直径LKHN丨=1.01 140=141.4Mp(

34、4.16)a - 3 1.01 4.75 106-591m m辽宁科技大学本科生毕业论文第4页di=205mm这时生=竺=0.32，根据参考文献6，图11-18中可查得接触系数a 640乙=2.56，所以ZPZP,上述结果可用4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1)蜗杆主要尺寸参数轴向齿距：pa - :m -二20 = 62.83mm直径系数：q =8mm齿根圆直径：da12ha12ha*m - c= 205 -2 (1 20 0.25)= 164.5mm齿顶圆直径：df1=d12ha1=d12ha*m =205 2 1 20= 245mmZ2分度圆导程角：=arcta n1= arcta n

35、 =14.0362 =14 1835q811蜗杆轴向齿厚：m20 =31.42mm22(2)蜗轮主要尺寸参数蜗轮齿数：Z2二Z12 53 =106= 1060 2 201 -0.5 0.25 = 1090mm蜗轮分度圆直径：d2二mZ2=20 53 = 1060mma d1d2640 205 1060-=-蜗轮喉圆直：da2 22ha2二d22m1 -X2ham2m202 20蜗轮变位系数：x2辽宁科技大学本科生毕业论文第4页蜗轮齿根圆直径：df2= d2_2hf2= d2-2m 1 - x2 ha= 1060-2 20 1 0.5 0.25 = 990mm蜗轮齿宽：B =0.75da1=0.

36、73 164.5 = 120mm1 1蜗轮咽喉母圆半径：rg2二a- = da2=640 -11060 =110mm辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.4.2蜗轮的校核1.校核齿根弯曲疲劳强度二F蜗轮的当量齿数：ZV2二-二一5358.24（4.17）cos扌cos 14.0362根据X2=0.375，乙2=58.24，有参考资料6，图11-19知，齿形系数：YF 2= 3.5螺旋角系数:根据文献6，表11-8查的，蜗轮基本许用应力t / - 90Mp.寿命系数:= 1.53 1.21 4.75 106205 x 106020二6.37 ： tF1所以，蜗轮的齿根弯曲疲劳强度时满足的1Y： =

37、114.0362140= 0.8997(4.18)106“83=9一，5.18 106KFN则蜗轮的许用弯曲应力为：丨 -KFNLFI - 0.83 90 =74.7Mpa其齿根弯曲疲劳强度：(4.19)1.53KTd1d2m(4.20)3.5 0.8997辽宁科技大学本科生毕业论文第4页4.4.3热平衡计算蜗杆传动由于效率低，所以工作时发热量大。在闭式传动中，如果产生的热 量不能及时散逸，将因油温不断升高而使润滑油稀释， 从而增大摩擦损失，甚至 发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量 1等于同时间内的散热量 2的辽宁科技大学本科生毕业论文第4页条件进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定

38、的范围内。1.单位时间内的发热量=1000P 1.=1000 200 1 0.73A54JS，(4.21)式中：P蜗杆传递的功率；n蜗杆传动的效率。2.单位时间内的散热量：2dSt-ta=30 457 500 10启3t-20(4.22)式中：S内表面能被润滑油所溅到，而外表面又可以为周围空气所冷却的箱 体表面面积，mi；：d箱体的表面传热系数，可取d=(8.1517.45)W/(m2-C)；t0油的工作温度，一般限制在6070C,最高不应该超过80C；ta周围空气的温度，常温情况下可取为20C。按热平衡条件：=:：J2，可求得在既定工作条件下的油温to为：(4.23)所以蜗杆传动热量满足要求

39、1000P 1 -:dS=20_5430 457 500 10= 27.9 C : 80 C辽宁科技大学本科生毕业论文第4页5.主要零件的强度校核5.1蜗杆轴的强度校核5.1.1蜗杆所受载荷的计算切向力:2Tdi24.75 106205=4341.52 N亠丄宀亠2T 2述475疋106轴向力FaFt2 3892邸径向力Fr1= Fr2二Ft2tan： =13892.86 tan20 = 5056.59N式中：T分别为蜗杆、蜗轮上的转矩；d1、d2分别为蜗杆、蜗轮分度圆直径。5.1.2蜗杆轴支点受力分析1.在竖直方向：FV1FV2二Fr1FV1267.5 -FV2267.5二Fa1山2由公式(

40、5.4)、(5.5)计算得：FV1=4605.73N , FV2=450.86N2.在水平方向：FH1FH= Ft1FH1267.5-FH2267.5 = 0由公式(5.8)、(5.9)计算得：FH1=FH2=2378.92N(5.1)(5.2)(5.3)(5.4)(5.5)(5.6)(5.7)各个力的方向和大小见图5.1(b)、(d)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页5.1.3蜗杆轴上力矩的计算1.支点1对截面X的力矩M竖直方向：水平方向:MV1= FV1267.5 =4605.73 267.5 = 1232032.78N mmMH1=FH1267.5 = 2378.92 267.5 = 63

41、6361.1N mm则：M MV12MH12=一1232032.782636361.12= 1386672.35N mm2.支点2对截面X处的力矩M。竖直方向：水平方向:MV2=FV2 267.5 =450.86 267.5 =12060505N mmMH2二FH2267.5 = 2378.92 267.5 = 636361.1N mm则：Mi= .MV22MH22二120605.052636361.12= 647689 N mm各弯矩图见图5.1（c）（e）。辽宁科技大学本科生毕业论文第4页图 5.1 蜗杆轴弯矩图、扭矩图5.1.4按弯扭合成校核轴的强度1.进行校核时，通常只校核轴上承受最大

42、弯矩和扭矩的截面（危险截面X）的强度。根据下面公式计算轴的应力：b辽宁科技大学本科生毕业论文第4页Tx作用在蜗杆轴上的扭矩Tx=Ti =2 3.89 10614 0.80=347321.43N mm,xMcaxTxfJMI2+（GTx2C5、/ =-=-caXWxWx式中：a为应力影响系数，脉动循环应力时取a0.6；W轴的抗弯截面系数，单位口市W:0.1d3； |Tx见图5.1(g)。将已知数代入公式(5.8)得：2 2 2 2 v M caX + (aTX )M 1+ (TTx )匚caX :WxWxJ1386672.352+(0.6疋347321.43$30.1 160=3.42 Mpa根

43、据轴的材料有参考资料6,表15-1查得轴材料的许用弯曲应力(7 -1=60Mpa,另查得7-1=275MpaT-1=155Mpa所以7caX7-1，所以截面X是安全的。2.由于川截面处弯矩较大，且轴颈较小，对此截面也按弯扭合成进行校核如下，同样用公式(5.8):_ Mcax2+ (aTxfJM/ +(GTXf7caB=-二-WxWx(660937.292+(0.6347321.43 )2_30.1 110=5.21M p a式中：MaB为川截面处的弯矩。(5.8)辽宁科技大学本科生毕业论文第4页267.5140267.5140McaB=Mcax1386672.35 =660937.29N mm

44、267.5267.5同样，7caB7-1，截面B也安全。3.同样在U界面处虽然弯矩比B截面小，但是轴颈也比B小，因此，不能判断U截面是否满足强度要求。因此，还需要验证，同理用公式(5.8):7caB=2.79 MPa式中：McaII为II截面处的弯矩。Mca讦-5Mc=x22.186672.3 116636N mm267.5267.5WI截面II处的抗弯截面系数，WII=0.1dn3同样匚ca：J，所以截面II也是安全的辽宁科技大学本科生毕业论文第4页1.1. 5.1.5精确校核的疲劳强度1.判断危险截面u截面和切截面轴径相同，但切不受扭矩，只需验证切截面。对于川截面， 受到扭矩较大，但所受弯

45、矩较川截面小。因此，无法判断其 是否安全，也需要验证。W、W截面都受键槽引起的应力集中，因为W截面直径与W截面的直径 相同，但W不受扭矩。故只需验证W截面。2.切截面校核(1)切截面抗弯截面系数：W =0.1d 0.1 953= 85737.5mm3(5.9)W截面抗扭截面系数：333Wy=0.2d3=0.2 95 -171475mm3(5.10)切截面所受的弯矩：22 522 5MVi=M264768954478.51N mm267.5267.5切截面上的扭矩：切截面上的弯曲应力为:T =347321.43N mmMVI54478.51二b0.64 MpaW85737.5切截面上的扭转切应力

46、:T347321.43T =2.03MpaWf171475式中：TT(2)轴的材料为45#钢，调制处理，根据参考文献6，表15-1查得:-B=640Mpa,； =175Mpa, y = 155Mpa辽宁科技大学本科生毕业论文第4页(3)W截面由于轴肩而形成的理论应力集中系数：上和.根据参考文献6，表辽宁科技大学本科生毕业论文第4页3-2查得：r=2=0.021,D=110=1.159。经过差值后，得：d 95d 95:-2.19，:- 1.59又根据参考文献6，附图3-1可得轴的材料的敏感系数：q：- = 0.81, q =0.85故有效应力集中系数按下式计算得：k：；T q上一1T 0.81

47、2.1911=1.96（5.11a）k =1 q ：-1 =1 0.811.59-1 =1.50（5.11b）根据文献6，附图3-2查得尺寸系数：丁二0.67；根据文献6，附图3-3查得扭转尺寸系数：；=0.78；V轴按磨削加工，根据参考文献6，附图3-4查得表面质量系数:轴未经表面强化处理，取q =1；根据所有系数，得综合影响系数:便丄一1 1=3.010.670.921(5.12a)但丄-1匚2.010.870.921（5.12b）（4）根据参考文献6，25页知碳钢的特性系数：=0.1 0.2，取二=0.1;=0.050.1,取 二0.05:二0.92辽宁科技大学本科生毕业论文第4页（5）

48、根据已知数据计算安全系数Sca:-142.752753.01 0.64 0.1 0辽宁科技大学本科生毕业论文第4页(5.13a)(5.13b)(5.14)式中：S 安全系数，取S=1.51.8;所以切截面安全。3.川截面校核(1)m截面抗弯截面系数：333W=0.1d -0.1 110 -133100mm(5.15)川截面抗扭截面系数：州=0.2d3=0.2 110 266200mm3(5.16)川截面所受的弯矩：267.5-140267.5 -140MHI，= M26476895308711.58N mm267.5267.5川截面上的扭矩：T =347321.43N mm川截面上的弯曲应力为

49、：1552.01 4.44 0.05 4.44= 16.95S；S142.75 16.95；2 2142.7516.95= 16.83 SM川308711.59133110二2.32Mpas.2辽宁科技大学本科生毕业论文第4页截面上的扭转切应力：T347321.43T1.30MpaWT266200式中：T、T(2)轴的材料为45#钢，调制处理，根据参考文献6，表15-1查得:；B=640Mpa,二=175Mpa,.=155Mpa（3）m截面由于轴肩而形成的理论应力集中系数，和根据参考文献6,表3-2查得：-20.081,D二160=1.45。经过差值后，得：d 110d 110:-.=2.20

50、，:=1.95又根据参考文献6，附图3-1可得轴的材料的敏感系数：q；- = 0.81, q =0.85故有效应力集中系数按下式计算得：k ；T q；厂1=1 0.812.201 =1.97（5.17a）k广1 q ： . -1=1 0.851.95-11=1.81（5.17b）根据文献6，附图3-2查得尺寸系数：=二0.65；根据文献6，附图3-3查得扭转尺寸系数：；.=0.77；轴按磨削加工，根据参考文献6，附图3-4查得表面质量系数:一：=0.92轴未经表面强化处理，取j =1；辽宁科技大学本科生毕业论文第4页根据所有系数，得综合影响系数:凹丄一1 12.0.650.921(5.18a)

51、僖丄-1 2.440.770.921（5.18b）（4）根据参考文献6，25页知碳钢的特性系数：巧：；=0.1 0.2，取巧=0.1;化=0.05 0.1，取化-0.05辽宁科技大学本科生毕业论文第4页(5)根据已知数据计算安全系数Sca:(5.19a)(5.19b)Sca=S；S - 38_21.77_ =18.89 Si佔口2+S：丿382+21.772(5.20)式中：S 安全系数，取S=1.51.8;所以川截面安全。4.V截面的校核(1)V截面抗弯截面系数：333W =o.1d3=0.1 85= 61412.5mm3(5.21)V截面抗扭截面系数：333WT=0.2d= 0.2 953

52、= 1228250mm3(5.22)V截面所受的弯矩：MV= ON mmV截面上的扭矩：T =347321.43N mmV截面上的扭转切应力：2753.12 2.32 0.1 0=38155_2.44 2.86 0.05 2.86= 21.77辽宁科技大学本科生毕业论文第4页式中：TT(2)轴的材料为45#钢，调制处理，根据参考文献6，表15-1查得:TWT347321.43122825=2.83Mpa辽宁科技大学本科生毕业论文第4页；B=640Mpa,二=175Mpa,.=155Mpa(3)V截面由于轴肩而形成的理论应力集中系数根据参考文献6，表3-2查得：-20.081, D 160=1.

53、45。经过差值后，得：=1.47d 110d 110又根据参考文献6，附图3-1可得轴的材料的敏感系数：q二0.85故有效应力集中系数按下式计算得：匕=11i=1 0.851.47-1 i=1.40(5.23)根据文献6，附图3-3查得扭转尺寸系数：:=0.89；轴按磨削加工，根据参考文献6，附图3-4查得表面质量系数：1二0.92轴未经表面强化处理，取y =1；根据所有系数，得综合影响系数:坯丄J=1.660.890.921(5.24)(4)根据参考文献6，25页知碳钢的特性系数:= 0.05-0.1，取=0.05(5)根据已知数据计算安全系数-14.641.66 6.19 0.05 6.19(5.25)Sca=14.64 S155辽宁科技大学本科生毕业论文第4页式中：S 安全系数，取S=1.51.8;所以V截面安全。5.W截面校核W截面上产生的最大扭应力、应力幅、平均应力计算如下;辽宁科技大学本科生