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弧形 结晶器 传动系统 设计 CAD

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弧形结晶器调宽传动系统设计含6张CAD图,弧形,结晶器,传动系统,设计,CAD

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题目：弧形结晶器调宽传动系统设计1 课题的研究意义和目的1.1 课题的研究意义结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备，是连铸机的心脏。而结晶器的在线调宽系统则使得连铸机在不停机的情况下，生产出宽度不同的钢坯。本次课题设计的调宽系统，是通过窄面调宽。通过设计的窄面调宽系统，可以用电机带动调宽传动装置来达到调宽的目的。更加快捷方便。本次课题设计的调宽系统，由一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆构成，主要有以下几个优点：结构简单便于更换维护。易实现调宽，操作性强。调宽精度高。1.2课题的目的在冶金行业，采用在线调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸的收得率；铸坯尺寸选择的自由度增加，可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同，不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中，结晶器是铸机没备中非常重要的设备，结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。本课题是对冶金行业中的连铸机结晶器的调宽系统进行设计。此次设计主要目的是改进调宽系统的传动部分。目前使用较多的调宽装置主要有两种，一是通过螺纹丝杆传动，一是通过液压缸传动。本课题采用螺纹丝杆传动。选用电动机作为驱动，对整个调宽系统进行驱动。通过窄面调宽速度以及对窄面受力进行分析，求出工作机的所需功率。从而确定电机及整个传动比的分配。采用圆锥齿轮和蜗轮蜗杆组成的二级减速器来使电机的输出功率满足工作机的要求。2 结晶器在冶金行业的发展2.1结晶器调宽系统使连续铸钢实现自动化控制。 在连铸机结晶器的控制中，最重要的是结晶器的调宽控制。调宽是为了适应不同规格板坯的宽度而进行的，调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。由于在线调宽的实现难度很高，因此目前国内所使用的结晶器一般不采用在线调宽方式进行生产，但由于在线调宽能提高生产节奏，减少操作人员的劳动强度，其特点尤其适应当代自动控制技术的发展。2.2结晶器调宽装置的发展1 结晶器在线调宽装置结晶器调宽装置可以在线调宽和调锥度。调宽操作是通过调节结晶器窄面铜板来实现的。下面是两种不同的调宽装置：(1)螺纹丝杆调宽装置用步进式马达通过丝杆驱动窄边移动或摆动宽度和锥度的测量由脉冲传感器完成。(2)液压调宽装置通过液压缸伸缩进行调宽。2 结晶器在线调宽方式和步骤21 宽度增大时随着窄面的移动宽度开始增加顶部和底部的移动速度不同。底部向内移动减小了宽度 同时顶部向外移动增加了宽度。为快速增加锥度，这是必要的。窄面的移动要求有更大的锥度来保持板坯与窄面接触。速度以恒定加速度增加。在加速过程中角速度保持不变。底部反向移动，宽度开始增加。窄面的偏转移动使锥度变大。这意味宽度的增加是随着锥度的变化开始的。窄面达到了设定速度，加速度为零无偏转移动，仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动。顶部和底部的角速度是恒定的。这种偏转一移动使锥度变小。对应最终的宽度对锥度进行最终的调整。至此，调宽结束。22 宽度减少时随着窄面的移动宽度开始减小。顶部和底部的移动速度不同，速度以恒定的加速度增加。在加速过程中的角速度保持不变。窄面偏转移动使锥度变小。这意味宽度的减小是随着锥度的变化开始的。窄面达到设定的速度，加速度为零，无偏转运动。仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动，顶部和底部的加速度是恒定的。这种偏转移动使锥度变大。对应目标宽度对锥度做最终的调整。至此，调宽结束。2.3结晶器的作用与要求结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。它是连铸机最关键的部件，其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。开浇时引锭杆头部即是结晶器的活动内底，钢水注入结晶器逐渐冷凝成一定厚度坯壳并被连续拉出，此时，结晶器内壁承受着高温钢水的静压力及与坯壳相对运动的摩擦力等产生的机械应力和热应力的综合作用，其工作条件极为恶劣。为了能获得合格的铸坯，结晶器应满足的基本条件有：(1)具有良好的导热性，以使钢水快速冷凝成形。(2)有良好的耐磨性，以延长结晶器的寿命，减少维修工作量和更换结晶器的时间，提高连铸机的作业率。(3)有足够的刚度，特别在激冷激热、温度梯度大的情况下需有小的变形。(4)结构简单、紧凑，易于制造，拆装方便、调整容易，冷却水路能自行接通、以便于快速更换；自重小，以减小结晶器振动时的惯性力和减少振动装置的驱动功率，并使结晶器振动平稳。结晶器是板坯连铸机中的关键部件，位于中间罐下方支承导向段上方。为满足用户对不同宽度板坯的需要，对结晶器必须进行调宽， 目前世界上的一些钢铁厂，有的更换结晶器，有的采用在线调宽，也有的采用大压下量的平一立式三机架粗轧机来实现。现在结晶器调宽普遍采用在线调宽。采用更换结晶器的方法生产不同规格的钢坯，即不利于组织生产，易于造成产品积压，同时又会降低连铸机作业率，非生产时间较长。采用VHV三机架开坯与连铸机配合的生产方式，连铸坯需经步进式加热炉加热1150左右(该温度与钢种有关)。由于轧制时单道次的压下量较大，因此，热能、电能消耗较大，同时轧机本体也很大，所轧钢坯还会出现鱼尾坯。所以，这种生产方式目前在世界上只有个别钢厂采用。在线调宽能连续浇铸出不同宽度板坯，使产量增加。(若采用在线停机调宽，每调一次宽度约需要1h)；采用在线调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸的收得率；铸坯尺寸选择的自由度增加，可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同，不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中，结晶器是铸机没备中非常重要的设备，结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。在结晶器的工作中，最重要的是结晶器的调宽，调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。2.4结晶器的分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种；按其总体结构，不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。套管式 内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件(图1)。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸，在结晶器底部安装了23组足辊，以利于提高拉速和防止铸坯脱方(见鼓肚与菱变)。组合式 由宽面及窄面4块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板(外侧面铣有冷却水沟)和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝，以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度，在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有4组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时，所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损，紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段(直线段或扇形段)通过振动框架直接对中，便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体，可快速吊运。3 设计内容3.1 主要内容完成弧形结晶器在线调宽（窄面调宽）装置的设计，具体包括：1） 总体传动方案的设计；2） 各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴等零件的设计；3） 各零部件的计算及校核；4） 装配图及所有零件图（每张图纸必须有草图）。3.2 主要技术参数结晶器高度900mm；振动频率20200次/分；振幅为3、4、5、6mm（四种情况）；拉坯速度为0.252.5m/min；年实际工作天数266天/年；铸坯断面尺寸：宽度1600mm，厚度250mm；钢包重量270t；结晶器及快台部分自重25t；结晶器宽面、窄面调宽速度2200mm/min等。4 设计进度计划 第七周 方案论证，确定方案； 第八、九周 结晶器振动台振动系统结构设计及相关零件尺寸计算； 第十周 绘制零件草图；第十一周 撰写开题报告；第十二周 上机画零件图；第十三、四周 撰写毕业设计说明书及相关技术文件；第十五周 提交毕业设计、答辩资格评审；第十六周 毕业答辩。4 参考文献【1】 罗根才.炼钢机械.北京：冶金工业出版社，1981【2】 陈家祥.连续铸钢手册.北京：冶金工业出版社，1990【3】 史寰兴.实用连续冶金技术.上海：冶金工业出版社，1998【4】 李兴强.冶金工艺及设备.北京：冶金工业出版社，1998【5】 彩开科.连续铸钢.北京：科学出版社，1990【6】 李先奎.连续结晶器振动技术.北京：冶金工业出版社，2000【7】 蔡开科.连续铸钢原理与工艺.北京：冶金工业出版社，1994【8】 成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004【9】 苏德达.弹簧的实效分析.北京：机械工业出版社，1998【10】 M.Wolf,A,Still.连铸技术的最新进展.中国金属学会连铸学会，1998【11】 Proceedings of the First intermational Symposium on Magnetic Bearings.ETH Zurich.Switzerland.1998,(7):68【12】 Proceedings ot the First International Symposium on Magnetic Bearings.Tokyo.Japan.1990,(7):1214【13】 Metals handbook,Vol 10 8th edition ,1975【14】 Juvinall R.C.Engineering Considerations of Stress,Strain and Stress,Strain and Strength.New York: MeGrawHill,1967【15】 Sors L,Fatigue Design of Machine Components.Oxford:Pergamon Press,19715 导师意见5外文译文题目（中文） ：大规模定制生产模式在中国钢铁行业中的应用 大规模定制生产模式在中国钢铁行业中的应用 zhou shichun,ding jianhua,chen chao (宝山钢铁公司，上海201900)摘要：这篇文章中，讨论了独特的市场需求和全球市场的背景之下的大量高效率的产品的需求之间的矛盾。指出了一种国内钢铁行业中的主要生产模式将会成为大规模定制的趋势。分析了在国内行业中必须解决的问题。总结了宝钢公司在新的生产模式下的业务，介绍了其成就和经验。关键词：市场，生产模式，钢铁制造，大规模定制1简介：一般来说，公司所采用的生产模式反映了他们如何管控操作和组织生产活动，也体现了他们的技术品质。在不同的生产模式下，在市场独立需求上管理操作的重点和生产效率也不一样。不同的生产模式反映出在不同社交和经济发展水平阶段的生产率水平和社会需求状况。到目前为止，三种生产模式相继出现，他们是，“车间模式”，“大规模生产模式”，“大规模定制模式”，如下表1所示。目前，“大规模定制模式”越来越受欢迎。最近，钢铁行业在中国发展的很快。根据统计的数据，中国的钢铁生产和消费分别占各个全世界总量的五分之一和四分之一。中国已经连续七年成为钢铁生产和消费市场居世界第一的国家。无论怎么样，中国的制造业包括钢铁行业已经陷入了一个左右为难的状况：制定的需求和大规模生产之间的矛盾。通常，低价格一般被认为是中国产品的关键有利因素，也将成为长期的中国制造行业的市场需求。作为市场需求的响应，对制造商来说最重要的一点就是通过大规模生产降低成本来占据竞争优势。因此，目前，中国钢铁行业的生产模式仍然保持在“大规模生产”的阶段。另一方面，在世界经济全球化的过程中，国内的钢铁制造商已经在国内国外的环境方面经历了戏剧性的改变：国内的制造业逐渐从工业时代转向信息时代，一条供应链的伙伴可以和其他人分享信息。同时，技术创新也正在加速(发展）,产品的更新周期和产品的寿命也在快速的缩短。长时间的运行下，可以确信钢铁产品必将从卖家市场变为买家市场。消费者已不再满足于标准化的产品，反而是对高质量的定制产品越来越感兴趣。在新市场和技术环境的挑战下，“大规模生产”模式变得越来越不合适，同时制造商也需要一种新的生产模式去满足消费者单独的产品需求，廉价，高品质和定制.表1 三种主要生产模式之间的差异生产模式流行时代主要特点与生产之间的关系与市场的关系车间模式工业革命之前定制的，手工，低效率，质量不稳定宽松密切大规模生产模式工业革命之后大规模生产，标准产品，低成本，稳定的市场密切宽松大规模定制模式信息时代定制的，有竞争力的价格，独立的市场，对市场的快速回应宽松密切大规模定制就是这样一个适合于新的市场环境的新的生产模式。在经济全球化的背景下，对中国钢铁公司来说，他将成为一个自然而然的选择。2.大规模定制的策略 大规模定制包含两件事要做：一是通过定制来满足顾客们的特殊需求，另一个是通过大规模生产来提升运转效率以及降低生产成本。“大规模定制”的目的是克服“车间”模式和“大规模生产”模式内在的缺陷，去充分利用他们的优势以致消费者和生产商都能实现他们的目标，从而实现双赢。这就意味着消费者满足于价格合理的定制式产品，制造商从高效/低成本的生产经营中获得可观的利润。“大规模定制”生产模式的创建是一个事实，那就是大多数产品的属性都是类似或者说相同的，只有一小部分产品属性是不同的虽然不同的消费者有不同的需求。纵览大规模定制策略如下：(1)顾客和制造商的合作在大规模定制模式下，顾客成为钢铁公司操作经营活动的参加者和指导。他们不再是纯粹的产品被动的接受者。制造商必须为顾客提供一个机会让他们知道他们能得到的以及精确地快速方便地描绘出他们真正想要的。有些时候，顾客的需求可能影响到操作经营活动遍及RD，订单，生产制程和产品发送的整个过程。（2）供应链之间的合作 供应商，生产场所，顾客以及其他赞助单位一起构成了一条完整的供应链。大规模定制使通过分配适量的任务给有效的合伙人而达到高效发送货物的做法成为可能，良好的合作，广阔的信息共享以及相互间的交流。（3）产品设计在产品设计和生产排程的阶段，整体的特性和不同顾客需求的相似之处要仔细考虑以致于我们能把握住大规模生产的优势。同时，很努力地去减少“定制”程序以及最好的挑选出必要的“定制”程序去实现低成本的定制生产。产品设计和生产排程发展被看作是大规模定制程序的核心。（4）灵活的生产运转大规模定制公司应该通过灵活的产品设计，业务程序，最佳的分布及信息整合系统快速有效的对随时变更的市场作出回应。因此，生产线，组织结构和职员分配应该足够灵活。（5）信息技术凭借IT技术比如因特网系统，电子商务加上内部管理的电脑化，我们能电子化的运行所有的部门间，公司与顾客间的业务处理。这是执行大规模定制的先决条件。3中国钢铁行业执行大规模定制的必要性一些研究员持有大规模定制将成为21世纪的主流生产模式的观点。当然，中国的钢铁行业，作为最大的制造业之一，不会让他们自己被发展趋势所孤立。来自市场需求的压力，业内的竞争对手，和相关行业在生产管理方面的改进，推动中国的钢铁公司去采取大规模定制的生产模式。3.1.来自市场的压力定制对中国的钢铁公司来说并不陌生。但定制目前在中国的钢铁公司的知名度非常低。钢铁产品的合同主要包含：交货日期，订单数量和技术规格。对本国的钢铁公司来讲，交货时间过去经常比季度还长，订单的数量也习惯于某些一批机构的约束，比如一度，一块，一碟等。交货的技术规格也经常基本参照一般标准条件。这种“定制”不会过多影响工厂设置操作。工厂的设置仍然可以进行大规模生产模式。除了提升的生产程序和产品质量，在下游的用户也不会对上述“定制”满意。交货日期也会从以季节为基础转变为月份，或者甚至是星期。钢铁公司设定的订单数量的限制将会被取消或者减弱。至于技术规格，各种不同标准，协会鉴定，补充的技术规格和特殊的规格一直增加。定制要求的程度在持续升高。所有的这些因素驱使中国的钢铁公司有意识或无意识地作出了从大规模生产模式向大规模定制模式的转变。3.2 来自同行业的竞争对手的压力最近，中国的钢铁公司开始了新的投资热潮。除了增加部分和在十五国家发展计划下为国有企业翻新的项目，大量的私有企业或者外资企业快速地在钢铁行业新项目中投资以期在中国钢铁行业有光明的前程。一些有着战略洞察力的人预言这种投资热潮导致了本国的钢铁公司之间或者外国钢铁公司与国本国钢铁公司之间那各种残酷的竞争。因此，这种情形会导致中国钢铁行业从顶峰跌至低谷或者说是“钢铁夏季”到“钢铁冬季”。在接下来的几年中国的钢铁行业将经历一个履步维艰的时期，同时一些公司将会被迫出局。我们怎样才能使中国的钢铁行业处于一个具有竞争优势的位置？除了结构重组和规模扩大，硬件升级和产品质量提高以外，关键就是不断地改善操作经营来达到完美和经营模式上的改革。使企业更具竞争力的惟一出路就是，提高对市场需求的回应速度以及快速经济地满足客户需求的能力。3.3 在相关行业里改善生产经营21世纪，公司之间的竞争已经延伸到相关供应链之间的竞争。意思是说，生产技术，产品质量和经营的改善是被相关行业的发展所推动的。例如，一些有名的汽车制造公司和造船公司对钢铁产品的质量和发货服务的要求变得越来越严格，而这就导致了因汽车用钢板和船身用薄板的制造使得，处于上游的钢铁公司的生产技术和经营模式取得了进展。同时，也伴随着他们自己的行业的改进，这些汽车制造公司和造船公司把发货，质量控制和技术服务标准提的越来越高，越来越严格。一些具有战略重要性意义的客户在积极地寻找和钢铁公司建立长期的可靠的供应商合作关系以期提高整个供应链的灵巧度及带来成本的降低。因此，一种双赢的局面可以通过建立信息共享平台和产品研发中心及相关的种种来实现。所有的这些将明确地驱使中国的钢铁公司去改变他们的生产经营模式。4.执行大规模定制时要扫清的障碍中国的钢铁公司将他们的生产经营模式变为大规模定制已经成为一种趋势。尽管如此，也不是所有的钢铁公司都有成熟的更件/软件基础设施去实行大规模定制。在向大规模定制转变开始前有一些问题需要解决。4.1 缺少对“大规模定制”的认识根据客户近几年的详述也知，近乎所有的中国钢铁企业都在关注生产经营模式。比如，他们使用“特殊合同”“特殊用途的钢铁产品”或者“补充技术协议”的方法去客户化的市场需求。无论怎样，他们正在实行的生产模式仍然有大规模生产的特征，通过大规模定制生产的产品部分也仍然停在一个亚发达的水平。4.2 低水平的信息系统 大多数的中国钢铁公司还没有他们的信息管理系统，除了少数公司，像宝钢，武钢和鞍钢，他们有基于计算机的内联网管理系统。他们还有很长的路要走，去使用互联网和IT技术去执行电子商务贸易。因此，制造商和客户，制造商和供应商，公司内不同的部门和系统不能及时地共享信息。幸运的是，中国的一些大的钢铁公司最近已经开始开展企业信息管理系统，旨在创建一个能在市场与产地之间信息共享的IT平台，这个正在开发的系统能通过设置系统功能来维持定制与大规模生产之间的平衡。4.3 制造灵巧度的缺乏最近几年，中国的一些钢铁公司把重点放在重建设备和技术来提高响应客户化需求的速度，尤其，在一些“短制程”工程极大地缩短了生产周期并提高了按时交货率方面的成功。不管怎样，大部分的钢铁公司都缺乏快速响应客户化需求的制造方面的灵巧度。4.4 缺乏生产组织机动性除了缺乏生产线上的机动性外，中国的钢铁公司还缺乏组织结构和人员公配上的机动性。组织结构通常被布局为一个金字塔的形状，而且工作分配给每个员工，每个员工只懂得一门技术，这使得快速从事商业再工程变得很难。4.5 缺乏过程控制的稳定性定制意味着生产一开始，生产线和客户之间的紧密联系。因此对于一个发生了一次又一次的机械性能异常或者是出货延迟的制造厂来说，成功执行新的生产模式是不可能的。虽然过程控制能力在国内大多数钢铁公司里发展惊人，给予ISO9001质量保证系统和SPC的创立，6sigma策略等，但要想满足大规模定制所必要的事物，这里仍然有一段很长的路要走。因此，中国钢铁公司提高过程控制水平和长远地改善过程控制的稳定性是一个长期的任务。5.探索宝钢的生产管理模式。作为中国最顶尖的钢铁公司之一，宝钢的所采用的生产模式的演变反映出了中国钢铁公司生产模式发展趋势。5.1 宝钢公司生产经营回顾宝钢公司的发展伴随着钢铁行业现代化经营的提升。在结构的最初阶段，我们不仅安装设备和从高跳跃点引进先进的技术，而且还要密切关注现代化的生产经营模式。在宝钢规划的第一阶段的开始，融入为一体的经营模式和生产车间管理的“5S标准”成为了宝钢公司生产经营的基础。经过多年的实践，已经证明了这些系统有效地运行着而且在宝钢的生产操纵管理上扮演了一个重要的角色。与此同时，许多其他的经营手法和概念比如“准时”经营和“薄利生产”经营在宝钢已经投入生产经营的实践和探索中，以期配合外面市场环境和内部生条件的变化。图表2体现出宝钢生产操纵经营年度目标的关键词的变化。可以清楚地看到自从宝钢开始它的生产运转，它在市场环境变化中协调地做了些什么。在最初阶段，很多重点都放在车间层面控制，输出和生产成本。维持到1999年，生产才需要根据客户需求安排。然后“标准”策略因为客户需求而被开发出来，这里指的是客户需求。2001年，经营更加强烈地被认为与满足客户市场需求相联系并且提出其他目标比如“快速回应”，“缩短订货到交货时间”，“丰富客户服务的技术含量”以及“客户驱动”以改善生产经营。值得指出的是2002年里宝钢生产经营的年度目标不仅是注意满足客户独立需求，而且也提议把“薄利生产”，“6控制”和“小规模高效率”作为目标。这些正是大规模定制生产模式企图达到的目标。（见表2）表2 宝钢生产操纵经营年度目标的关键词一览表5.2 宝钢公司大规模定制模式的初步实践。虽然在施行大规模定制中通过一些世界闻名的大公司比如戴尔，摩托罗拉和海尔的实践取得一些令人兴奋的成就和经验，但还没有一个标准的可用于操作的系统或者钢铁行业的大规模定制中准备就绪的执行模式。作为在中国钢铁行业中执行大规模定制的开发者，宝钢已经实践并获得了一些重大结论和经验，自从2003年执行大规模定制模式一开始。(见表3) 表3 消费者和宝钢职员双方互动接口 5.2.1 客户需求 宝钢公司执行大规模定制的第一步就是准确无误地理解并接受客户提出的特殊的需求。用商业语言来讲，制造商需要使客户需求模型化，互补的技术详述和“标准”。基于这些，可以建立一个客户选择窗口去实现双方的为达到精确地描述和通过交互式的IT平台比如因特网和企业电脑化的管理系统来整合客户需求的目标。客户在一般情况下不能精确地描述他们真正想要的，尤其是那些对钢铁产品懂的不多的客户。因此，钢铁公司很有必要去引导客户去描述他们想要的以及他们能通过人人界面或者人机界面得到的。表2展现的是宝钢公司为他的重型金属板产品开发的能确保他们跟客户之间的双方合作的界面，而且宝钢员工可以通过他来确定订单。这种双方的合作不仅快而且非常方便。更重要的特色是他的高精确性。5.2.2 产品和制程的设计 产品和制程的设计对制造和配置操纵，发货以及产品的成本有着直接的影响。根据文献所示，60的生产成本决定于产品和制程的设计。因此，关键点是通过在产品设计阶段创造性的简化来极大的降低成本。我们都知道，对于同一产品，虽然一些客户们要求的规格方面的细节会不一样，但肯定会有很多相同的属性。准确地识别相同的属性和客户独有的以致于尽可能的去整合相同的属性以及减少生产经营里的定制部分。在大规模定制模式下，产品和制程设计的任务之一就是充分利用客户们共同的需求以及通过因经营扩大而得到的经济节约来降低生产成本。沿着这种思想，宝钢公司开发了一个软件包目的是重型金属板订单的整合，这能使得通过利用不同订单的具体化的共同属性，我们能实现制程模型化设计以实现高效率，高产量，高资源利用率和准时发货。这是一种产品设计在大规模定制下的有效的方法。表3展现出了不同订单的一组小板，被称为“订单小板”，能够并入一个大片的金属板，由于这些“订单小板”化学成分，宽度和厚度都一样。这个大块金属板，被称为“轧钢板”，利用逐渐拉伸一块厚板来生产。通过合并一块被称为“长厚板”，这样的两个或三个短厚板能被一起浇涛和剪切下来。然后，如果他们的化学成分相同的话，一批这样的“长厚板”能被拼凑成一块在熔炉里制成的热钢，并且最后形成了一个“浇铸示意图”为了以后的浇铸生产。（见表4）表4 第二个产品设计的任务是基于客户订单的独立需求的。定制也需要被安排在最合适的制程里而且涉及到定制的处理程序的数量也应该尽可能的小。在重型板子生产的过程中，重型平板的性能可以决定于或者变化于三个钢铁制造中的主要程序，通过对化学成分的调整的轧制和热处理，轧制参数和热处理参数如图5所示。宝钢已经做到的是使一种化学成分尽可能的适合许多种钢铁等级，目的是为了实现在钢铁制造程序方面的大规模生产进而执行客户化的生产中随后而来的轧制程序和热处理程序。介于此，宝钢公司已经开发了一个被称为“成分简化”的模式和相关的软件工具为重型板子的制造，并且已经取得了一些卓越的成就。（见表5）表5 大规模定制生产模式下的产品设计和制程设计 5.2.3 灵活的生产 灵活生产的程度依赖于灵活的产品设计和公司内部的组织架构，因此灵活的设计是灵活生产的重要部分。传统的生产模式被描述为制造商与客户之间一对多的关系。制造商提供仅仅有限的种类去满足一大批的客户。在大规模定制的生产模式下，然而，制造商在一个一对一的关系下服务客户。公司直接面对随时变化的市场需求就必须有随时应变的能力。在宝钢，产品设计被分为所谓的“新产品的开发”和依照客户提供的具体需求“快速修模设计” 。“新产品开发”对应的钢铁产品，对宝钢公司的化学成分和生产技术方面来说完全陌生或者说毫无经验。把注意力重点放在钢铁产品领域的更新进展和潜在市场的需求，而且他的开发周期甚至更长了。另一方面来说，“快速修模设计”， 聚集于客户对产品性能的详述要求和快速满足顾客的独立需求，通过分析现有的可用的数据，依赖于设计者丰富的经验并且是针对相似产品的设计。因为公司经常把现有可用的产品和独立的需求或者大多数情况下特殊的要求一起处理，产品设计的灵活度在一定程度上决定于“快速修模设计”的能力，因此宝钢公司把更多重点放在“快速修模设计”上，并且坚持认为“新产品开发”工程师应该在新产品开发阶段考虑到“快速修模设计”人群的需求并且一直为“快速修模设计”提供所有的技术支持。对于“新产品开发”，设计的输出不能只仅仅聚集于特殊种类的钢铁产品的一组详述的参数，还要关注性能，成分，热门制造因素和产品种类之间的关系，趋势和机制的影响。2001年，宝钢贯彻商业技术进程，重组公司内部的组织结构以提高制造系统的灵活度。生产部和技术部合成制造管理部以保证生产，质量，技术方面的信息共享的最大化。2002年，制造管理部在生产组织，降低成本和缩短指导时间方面取得了很大的进展。这些成就证明了商业技术进程的巨大潜能和管理模式的提高。5.2.4 信息技术 大规模定制所必需的先决条件是建立一个完整的企业信息管理系统或企业内部互联网，应用现代信息技术比如互联网的电子商务。对于钢铁企业，与客户之间的合作，客户化产品设计和灵活制造不可能在没有现代信息技术支持下执行。对外的，在大规模定制生产模式下的公司需要积极地发展电子商务平台去直接跟客户和供应商合作。对内，公司需要开发电脑信息系统建立在IT平台上的经营功能比如生产经营，质量控制和亲新产品研发。宝钢已经开发了“宝钢”网站和“宝钢在线”电子商务平台，是为了在线销售，购买和发布商业信息。此外，宝钢已经建立企业内部计算机信息系统，确保不同部门之间或者宝钢与客户之间的信息共享。顾客的需求也可以快速准确地传送到相关部门，程序和系统。一个大规模定制生产模式的执行IT平台在宝钢已经初步形成了。6. 总结在经济全球化的背景下，钢铁公司对新生产模式的执行是一个趋势。来自市场需求的压力，竞争对手的挑战和相关行业生产经营的改善驱使了中国钢铁公司创新他们的生产经营模式。对中国钢铁公司而言，执行大规模定制的生产模式最主要的障碍是不足的信息共享能力，灵巧的生产和过程质量控制。宝钢公司通过构建计算机信息系统和商业过程技术化执行的大规模定制已经取得了初步的成功并且积累了宝贵的经验。参考文献：1Zou Guosheng,Zhou xiaodong.Strategy for mass customizationJ.Techno-Economics & Management Research,2002,108(1):39-40.(in Chinese)2Wang Xiaoxia Huang Lei Mass customization Productionmode at 21st centuryJShandong Economy，2002，108(1)：6870(in Chinese)3Zhou Shichun，Ding Jianhua，Chen Chao0n production mode of Baosteel under the background of market globalizationA：Baosteel AAC04 ProceedingscShanghai：May 20O4(in Chinese)4Zhou Yan ，Chen ChaoCharacteristic of heavy plate production management and ideas on application of TOCJBaosteel 题目：弧形结晶器调宽传动系统设计 II摘 要连铸技术从20世纪50年代开始发展，60年代得到推广应用，70年代后期，设备和工艺的发展日臻完善。我国于1960年首先试验成功弧形连铸机。结晶器是连铸机的心脏，其在线调宽系统可以使连铸机在不停机的情况下，生产出不同宽度的钢坯。本次设计的弧形结晶器窄面调宽传动系统，实际上是采用圆锥齿轮蜗轮蜗杆减速器传动的系统。由电动机做驱动，通过联轴器将电机与锥齿轮联接在一起，圆锥齿轮和带动蜗杆轴转动，再将动力传给蜗轮，而蜗轮与螺旋传动装置通过一根心轴相联。从而进行窄面在线调宽。此次设计主要完成的内容有，结晶器调宽系统总体传动方案的设计，电动机的选择，各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴、轴承等零件的设计，各零部件的计算及校核，装配图及所有零件图以及每张图纸的草图。选电动机后，要通过查表确定出其安装尺寸。锥齿轮、蜗轮蜗杆设计时，要分配传动比，分配时，根据工作情况对零件的要求来分配。设计高速轴、低速轴时，对轴的最小轴径的计算等工作都是不可或缺的。 关键词： 连铸； 结晶器； 调宽控制； 窄面； 传动设计 AbstractContinuous casting technology began to develop in the 20th century 50s,and used widely in 60s, the late 70s met the perfected of development of equipment and technology. China experienced the arc casting machine successfully in 1960 the first time. The crystallizer width adjustment system is the heart of continuous casting machine allows continuous casting machine in the case of non-stop machine to produce billets of different widths. The design of the crystallizer narrow side width modulated drive system is actually using bevel gear - worm gear reducer drive system. Done by the motor driven by coupling the motor and bevel gear connected together and driven bevel gear and worm shaft rotation, then torque to the worm, then the worm and helical gears linked by a spindle, to adjust the wide side of the crystallizer. The main contents to be completed of this design are the whole crystallizer width driven system, the motor selection, the parts design such as bevel gears, worm and worm wheel, shafts, bearings and so on, various of components calculating and checking, assemble drawings and sketches of each drawing. After selecting the election motors, we should look-up the table to determine the size of its installation. Bevel gears, worm gear design, need to distribute of transmission ratio. When distribute, in accordance with the requirements of the work on the part allocated. Design of high-speed shaft, low speed shaft, and the work of the calculating of shaft minimum diameter is essential.Key words: Continuous casting; Crystallizer; Width adjustment; Narrow side; driven design目 录1绪论11.1课题研究的意义和目的11.1.1 课题的研究意义11.1.2课题的目的11.2结晶器调宽控制系统发展概况11.3结晶器及调宽装置的分类21.3.1结晶器的分类21.3.2调宽装置和方式的分类31.4设计内容31.5结晶器的主要参数41.6本章小结42传动方案的总体设计52.1传动方案的确定52.2选择电动机62.2.1确定电动机的功率62.2.2 电机型号的选择82.3计算总传动比和分配传动比82.3.1计算总传动比82.3.2 传动比的分配92.4传动装置的运动和动力参数的计算92.4.1各轴的转速计算92.4.2 各轴的输入功率计算92.4.3 各轴的输入转矩计算102.5 选择联轴器102.6 选择轴承112.7本章小结113锥齿轮传动的参数确定及几何计算123.1齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算123.1.1 锥齿轮类型及精度等级123.1.2 选择材料123.2齿面接触强度设计计算123.2.1计算分度圆直径123.2.2确定计算参数133.2.3圆锥齿轮几何计算133.2.4 齿面接触强度计算143.3齿轮弯曲疲劳强度校核计算153.4本章小结174 蜗轮蜗杆传动设计194.1蜗杆传动类型及材料的选择194.1.1 蜗轮蜗杆材料及传动精度194.1.2蜗杆传动类型194.2蜗杆传动设计计算194.2.1蜗杆基本参数194.2.2 强度计算204.3蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算204.4蜗轮材料强度校核224.4.1齿面接触强度校核224.4.2齿根弯曲强度校核234.5精度等级公差的确定234.6本章小结255 轴的设计265.1高速轴的设计265.1.1计算输入轴的功率265.1.2 轴的转矩265.1.3轴的最小直径265.1.4轴的结构设计275.1.5确定轴上零件的周向定位275.1.6确定轴上圆角和倒角尺寸275.1.6 轴的强度校核275.2低速轴的设计305.2.1计算输入轴的功率305.2.2初步确定轴的最小直径305.2.3轴的结构设计305.2.4确定轴上零件的周向定位315.2.5确定轴上圆角和倒角尺寸315.2.6低速轴的强度校核315.5 心轴的初步设计335.5.1计算输入轴的功率335.5.2初步确定轴的最小直径335.6本章小结346总结及展望35参考文献36致谢37附 录38VI1绪论1.1课题研究的意义和目的1.1.1 课题的研究意义结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备，是连铸机的心脏。而结晶器的在线调宽系统则使得连铸机在不停机的情况下，生产出宽度不同的钢坯。本次课题设计的调宽系统，是通过窄面调宽。通过设计的窄面调宽系统，可以用电机带动调宽传动装置来达到调宽的目的。更加快捷方便。本次课题设计的调宽系统，由一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆构成，主要有以下几个优点：结构简单便于更换维护。易实现调宽，操作性强。调宽精度高。1.1.2课题的目的在冶金行业，采用在线调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸的收得率；铸坯尺寸选择的自由度增加，可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同，不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中，结晶器是铸机没备中非常重要的设备，结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。本课题是对冶金行业中的连铸机结晶器的调宽系统进行设计。此次设计主要目的是改进调宽系统的传动部分。目前使用较多的调宽装置主要有两种，一是通过螺纹丝杆传动，一是通过液压缸传动。本课题采用螺纹丝杆传动。选用电动机作为驱动，对整个调宽系统进行驱动。通过窄面调宽速度以及对窄面受力进行分析，求出工作机的所需功率。从而确定电机及整个传动比的分配。采用圆锥齿轮和蜗轮蜗杆组成的二级减速器来使电机的输出功率满足工作机的要求。1.2结晶器调宽控制系统发展概况在连铸机结晶器的控制中，最重要的是结晶器的调宽控制1。调宽是为了适应不同规格板坯的宽度而进行的，调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。由于在线调宽的实现难度很高，因此目前国内所使用的结晶器一般不采用在线调宽方式进行生产，但由于在线调宽能提高生产节奏，减少操作人员的劳动强度，其特点尤其适应当代自动控制技术的发展2。结晶器是连铸机的心脏部件。结晶器是板坯连铸机中的关键部件，位于中间罐下方支承导向段上方3。为满足用户对不同宽度板坯的需要，对结晶器必须进行调宽， 目前世界上的一些钢铁厂，有的更换结晶器，有的采用在线调宽，也有的采用大压下量的平一立式三机架粗轧机来实现4。现在结晶器调宽普遍采用在线调宽。采用更换结晶器的方法生产不同规格的钢坯，即不利于组织生产，易于造成产品积压，同时又会降低连铸机作业率，非生产时间较长5。采用VHV三机架开坯与连铸机配合的生产方式，连铸坯需经步进式加热炉加热1150左右(该温度与钢种有关)。由于轧制时单道次的压下量较大，因此，热能、电能消耗较大，同时轧机本体也很大，所轧钢坯还会出现鱼尾坯。所以，这种生产方式目前在世界上只有个别钢厂采用6。在线调宽能连续浇铸出不同宽度板坯，使产量增加。(若采用在线停机调宽，每调一次宽度约需要1h)；采用在线调宽，可减少部分头、尾铸坯损耗，提高连铸的收得率；铸坯尺寸选择的自由度增加，可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同，不能一次连铸)7。在钢水连续浇铸过程中，结晶器是铸机没备中非常重要的设备，结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。在结晶器的工作中，最重要的是结晶器的调宽，调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。 1.3结晶器及调宽装置的分类1.3.1结晶器的分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种；按其总体结构，不论弧形或直形均有套管式和组合式两种10。套管式。内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸，在结晶器底部安装了23组足辊，以利于提高拉速和防止铸坯脱方。组合式。由宽面及窄面4块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板(外侧面铣有冷却水沟)和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝，以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度，在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有4组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时，所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损，紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段(直线段或扇形段)通过振动框架直接对中，便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体，可快速吊运13。1.3.2调宽装置和方式的分类1 结晶器在线调宽装置结晶器调宽装置可以在线调宽和调锥度14。调宽操作是通过调节结晶器窄面铜板来实现的。下面是两种不同的调宽装置：（1）螺纹丝杆调宽装置用步进式马达通过丝杆驱动窄边移动或摆动宽度和锥度的测量由脉冲传感器完成。（2）液压调宽装置通过液压缸伸缩进行调宽。2 结晶器在线调宽方式和步骤（1）宽度增大时随着窄面的移动宽度开始增加顶部和底部的移动速度不同。底部向内移动减小了宽度 同时顶部向外移动增加了宽度。为快速增加锥度，这是必要的。窄面的移动要求有更大的锥度来保持板坯与窄面接触15。速度以恒定加速度增加。在加速过程中角速度保持不变。底部反向移动，宽度开始增加。窄面的偏转移动使锥度变大。这意味宽度的增加是随着锥度的变化开始的。窄面达到了设定速度，加速度为零无偏转移动，仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动。顶部和底部的角速度是恒定的。这种偏转一移动使锥度变小。对应最终的宽度对锥度进行最终的调整。至此，调宽结束。（2）宽度减少时随着窄面的移动宽度开始减小。顶部和底部的移动速度不同，速度以恒定的加速度增加16。在加速过程中的角速度保持不变。窄面偏转移动使锥度变小。这意味宽度的减小是随着锥度的变化开始的。窄面达到设定的速度，加速度为零，无偏转运动。仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动，顶部和底部的加速度是恒定的。这种偏转移动使锥度变大。对应目标宽度对锥度做最终的调整17。至此，调宽结束。1.4设计内容完成弧形结晶器在线调宽（窄面调宽）装置的设计，具体包括：1） 总体传动方案的设计；2） 各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴、轴承等零件的设计；3） 各零部件的计算及校核；4） 装配图及所有零件图（每张图纸必须有草图）。1.5结晶器的主要参数结晶器高度900mm；振动频率20200次/分；振幅为3、4、5、6mm（四种情况）；拉坯速度为0.252.5m/min；年实际工作天数266天/年；铸坯断面尺寸：宽度1600mm，厚度250mm；钢包重量270t；结晶器及快台部分自重25t；结晶器宽面、窄面调宽速度2200mm/min等。1.6本章小结本章主要介绍了课题的目的和意义，结晶器的发展概况，结晶器调宽系统在冶金行业中的应用和分类，以及设计的主要内容和主要参数。通过本章可以对结晶器及其调宽系统和设计的内容有所了解。2传动方案的总体设计2.1传动方案的确定 窄面调宽机构传动主要由电机、锥齿轮、蜗轮蜗杆和心轴丝杆组成的传动系统。如图2.1所示。图2.1 窄面调宽机构传动装配图窄面调宽系统传动方案的设计如图2.2。图2.2 窄面调宽系统传动方案采用圆锥齿轮蜗轮蜗杆传动。在结晶器在线调宽的过程中，往往要求蜗轮传动自锁，以保证工作的可靠。2.2选择电动机2.2.1确定电动机的功率电动机的型号是在确定功率的基础之上选择的，要确定电动机的功率，必须先算出工作机的有效功率，所以必须对工作机进行受力分析。（1）结晶器窄面受力分析若现窄面调宽装置正在在线调宽，作出窄面受力图，如图3。图2.3 窄面一端的受力图结晶器窄面调宽机构的传动形式：电动机锥齿轮蜗轮蜗杆丝杆传动（螺旋传动）。其中，窄面上由两根心轴传递的力支撑。（2）结晶器窄面受力计算钢水对窄面铜板的压力为： (2.1)式中 钢水密度，； h结晶器的高度，h=L=900mm=0.9m； S钢水作用面的受力面积； d钢水作用面的边长。代入数据计算：计算得：，同理可计算出设F为宽面软夹紧中的蝶形弹簧弹性力，由经验可估2F=150000N，查手册可知摩擦系数取=0.1。 f=F=（2F）=0.1(15000050168)N=9983.2 N 由图2.3可知，作用于距上端面处，显然，下端所受的力要远大于上端所受的力，计算出下端所受的力估计值： （2.2）带入数据计算： 又考虑到工作过程中的发热、振动等稳定性的影响，应将其适当增大10%20%。 即： （2.3）带入数据计算： 则螺旋传动的最大推力为： （2.4） 式中 m中心套管的质量，取m=500kg； 中心套管与隔离管之间的摩擦系数，由相关资料可查得取=0.1。带入数据计算：同理可得上端所受的力估计值： （3）工作机所需的有效功率计算要确定电机的功率，首先要算出工作机所需的有效功率。工作机所需的有效功率： （2.5）代入数据：（4）电动机的功率因为调宽机构的传动形式为：电动机锥齿轮蜗轮蜗杆丝杆传动，所以调宽机构的总效率：； （2.6）查机械设计课程设计指导书可知：联轴器，滚动轴承，锥齿轮传动，蜗轮蜗杆传动。螺旋传动： （2.7）前面求得 ，代入公式得。代入数据，求得总效率：，电机所需功率为：2.2.2 电机型号的选择因为，查机械设计手册第5卷表22121，选电机型号为：Y28018，额定功率为：0.18KW，转速：700r/min。电机安装尺寸：A125，B100，C501.5，D，E，F，G，H，K。外形尺寸：AB165，AC175，AD145，HD214，L295。2.3计算总传动比和分配传动比2.3.1计算总传动比总传动比： （2.8） 电动机满载转速 工作机所需转速因为，调宽速度v=20mm/min，丝杆螺距p=4mm故，代入数据可知：总传动比i=700/5=140。2.3.2 传动比的分配传动方案为蜗杆圆锥齿轮减速器，为了便于大锥齿轮加工，高速级锥齿轮传动比取，则。所以，蜗杆传动比：。2.4传动装置的运动和动力参数的计算2.4.1各轴的转速计算计算公式： （2.9）代入数据得：2.4.2 各轴的输入功率计算输入功率计算公式：； （2.10）。代入数据得：；。2.4.3 各轴的输入转矩计算输入转矩计算公式：； （2.11）。代入数据得：2.5 选择联轴器经查机械设计手册第5卷 表22222知：电机外伸轴径基本尺寸为：19mm，与电机轴相连的联轴器应选用较小传动惯量的弹性联轴器。查机械设计课程设计表135知：选LT3联轴器，。主动端：Z型轴孔，C型键槽；从动端：J型轴孔，B型键槽，L52。2.6 选择轴承选择角接触球轴承，据机械设计课程设计表126可知：选择7205C，基本尺寸d=25mm,，B15mm。2.7本章小结 本章主要对传动方案进行了总体设计。首先是传动方案的确定。在对结晶器调宽系统了解的基础之上，对其进行了传动方式上的改进。其次是电机的选择。确定电机的型号，则必须先知道电机的功率，而电机的功率也是在求出工作机的功率之后求出的，所以先通过计算求出的是工作机的功率。电机确定后，计算出总的传动比,再对总的传动比进行分配。分配时，必须要考虑到圆锥齿轮及蜗轮蜗杆的工作情况等因素。本章的最后，是对传动装置的运动和动力参数进行了计算。确定了各轴的转速、输入转矩和输入功率，以便于后面的计算。3锥齿轮传动的参数确定及几何计算3.1齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算3.1.1 锥齿轮类型及精度等级因齿轮转速低，由机械设计手册机械传动表1331可知：选用直齿锥齿轮，其基本参数：齿形制：GB/T 123691990；齿形角；齿顶高系数；顶隙系数；螺旋角；齿高：使用顶隙收缩齿。以下计算中查表和图都是依据机械零件设计手册（一册）。选用7级精度3.1.2 选择材料小齿轮选用40MnB调质，大齿轮选用45调质，由图139可知：。3.2齿面接触强度设计计算3.2.1计算分度圆直径小齿轮分度圆直径公式为： （3.1）取载荷系数K1.4，小齿轮传递的扭矩，u=i=5,。代入数据算得：3.2.2确定计算参数取20mm，查机械零件设计手册（一册）图135得：，于是，模数，取标准值m=2mm。3.2.3圆锥齿轮几何计算大端面分度圆直径公式为： （3.2）代入数据得大端面分度圆直径：节锥角计算公式为： （3.3）代入数据得：锥齿轮外锥距计算公式： （3.4）代入数据算得外锥距： mm齿宽计算公式： （3.5）代入数据得：，圆整为b=25mm平均分度圆直径计算公式： （3.6）代入数据得：3.2.4齿面接触强度计算按机械零件设计手册（一册）表138接触强度计算公式： Pa （3.7）式中各项为：齿宽中点处分度圆上的切向力计算公式为： (3.8)代入数据得：使用系数按电机驱动，外载平稳，查表1220， 动载系数由，7级精度，查机械零件设计手册（一册）图1215a得：。载荷分布系数由机械零件设计手册（一册）表139查得。b齿宽前面已算出，b=25mm节点区域系数按直齿轮及，查机械零件设计手册（一册）图1217得，2.5材料弹性系数两轮皆为钢制，查机械零件设计手册（一册）表1222，189.8，许用接触应力计算公式为： Pa， （3.9）式中。应力循环次数计算公式为： （3.10）其中t32662419152h代入数据得：因此，代入以上数据算得：通过！3.3齿轮弯曲疲劳强度校核计算按表机械零件设计手册（一册）138弯曲强度校核公式： Pa (3.11)式中齿形系数根据公式： （3.12）代入数据得： 查机械零件设计手册（一册）图1222得，按131式螺旋角系数，查机械零件设计手册（一册）图1224许用弯曲应力由公式， （3.13）式中Yx1（m=2mm,由机械零件设计手册（一册）图1227）弯曲强度寿命系数，见机械零件设计手册（一册）图1226。由应力循环次数，故 （3.14）代入数据得：，故。Ysr相对应力集中系数，见机械零件设计手册（一册）图1228。按Ze116.32；x1=0，查机械零件设计手册（一册）图1228得; Ze2=407.9；x2=0，查机械零件设计手册（一册）图1228得。弯曲强度最小安全系数一般取，则， MPa MPa代入以上数据得：通过！3.4本章小结本章主要是对圆锥齿轮传动总分进行了设计。首先便是齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算。这一部分的选择是后面计算的前提，也是确定圆锥齿轮的重要部分。接下来是齿面接触强度的设计计算。通过计算分度圆直径，选择Z1，从而确定m等计算参数。再按照机械零件设计手册（一册）中表1333中的计算公式，来完成圆锥齿轮传动的几何计算。最后对锥齿轮进行校核，主要校核两个方面，一方面是齿面接触强度计算，另一方面是齿轮弯曲疲劳强度校核计算。4 蜗轮蜗杆传动设计4.1蜗杆传动类型及材料的选择4.1.1 蜗轮蜗杆材料及传动精度蜗杆材料：45,蜗杆热处理类型：淬火。蜗轮材料：ZCuSn10Pb1，蜗轮铸造方法：离心铸造。一般接触疲劳安全系数取1.2。传动精度按机械零件设计手册第二版（上册）表1516，选7级精度。选疲劳接触强度最小安全系数1.1，弯曲疲劳强度最小安全系数1.2。4.1.2蜗杆传动类型选择阿基米德蜗杆(ZA型)4.2蜗杆传动设计计算4.2.1蜗杆基本参数由前面的计算知：蜗杆输入功率P0.095kw；蜗杆转速n1=140r/min，蜗轮转速n2=5r/min；使用寿命3年，每年工作266天，即；蜗杆传动比为i=28；选蜗杆头数Z11，故，对应的蜗轮齿数Z228，实际传动比i28。4.2.2 强度计算材料强度计算：由机械设计手册机械传动表13413和表13414可知：蜗轮材料接触疲劳极限应力=425MPa；蜗轮材料许用接触应力对于锡青铜蜗轮： （4.1）N时的蜗轮材料的许用接触应力，见机械零件设计手册第二版（上册）表13414滑动速度影响系数，由图机械零件设计手册第二版（上册）1342查得.寿命系数，由机械零件设计手册第二版（上册）图1344查得，1.046。代入数据得，380.159MPa蜗轮材料弯曲疲劳极限应力190MPa；蜗轮材料许用弯曲应力由公式=算出，其中为寿命系数，1.046是蜗轮材料为N时的许用弯曲应力，。由表13414查得。代入数据得：158.333MPa。4.3蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算依照机械设计手册机械传动（单行本）表13410所示的公式：蜗杆分度圆直径：40，m=2.5，=2.52870mm理论中心距公式：,（=0） (4.2)代入数据得： 实际中心距取a=55mm.齿根高系数ha*1，齿顶间隙系数C*0.2，蜗杆直径系数公式：q=/m， (4.3)代入数据得：q=40/2.5=16蜗杆齿顶圆直径公式： (4.4)代入数据得： 蜗轮喉圆直径公式： (4.5)代入数据得： 蜗杆蜗轮节圆直径公式：， (4.6)代入数据得：，蜗杆、蜗轮齿顶高公式： (4.7) 代入数据得：蜗杆、蜗轮齿根高公式：； （4.8） 代入数据得：蜗杆、蜗轮齿根圆直径公式：； （4.9） 。代入数据得：;。蜗杆轴向齿距： （4.10）代入数据得： 蜗杆轴向齿厚： （4.11）蜗杆分度圆柱导程角公式： （4.12）代入数据： 蜗杆法向齿厚： （4.13）代入数据： mm蜗杆分度圆法向弦齿高：蜗轮最大外圆直径： （4.14）蜗轮轮缘宽度b: ，b=0.7545=33.75mm。蜗轮咽喉母圆半径公式： （4.15）代入数据得： 蜗轮齿根圆弧半径公式： （4.16）代入数据得： 蜗杆节圆柱导程角： （4.17）蜗杆轴向齿形角20蜗杆法向齿形角n： （4.18）4.4蜗轮材料强度校核4.4.1齿面接触强度校核蜗轮轴转矩公式： （4.19）代入数据算得：蜗杆接触强度系数公式： （4.20） 选m=2.5mm，d1=40mm，故，d2=70mm蜗轮使用环境平稳，平稳载荷，所以，由强度校核公式：齿面接触强度公式： （4.21）材料弹性系数：，蜗轮轴转矩T2136Nm 齿面弯曲强度校核通过！4.4.2齿根弯曲强度校核齿根弯曲强度校核计算公式： （4.22）导程角系数：Y0.97，代入数据 齿根弯曲强度校核通过！4.5精度等级公差的确定机械设计手册机械传动(单行本)表13434中，将公差分为三个组，根据使用要求选取，但在同一公差组中，各项公差与极限偏差应保持相同的精度等级。蜗杆和配对蜗轮的精度等级一般取成相同，本次设计选取的是7级精度。（1）蜗轮蜗杆的检验与公差依照表13436，m=2.5。查出蜗杆的公差和极限偏差、14，32，11，18，16依照机械设计手册机械传动(单行本)表13437，40mm，查出蜗杆齿槽径向跳动公差值17依照机械设计手册机械传动(单行本)表13438，查出蜗轮齿距累积公差及k个齿距累积公差。查时，取，代入数据得：L109.9mm。则，45。查时，取（k为2到小于/2的整数），取k=4,则，L31.4mm。查得，28。依照机械设计手册机械传动(单行本)表13439，查出蜗轮齿圈径向跳动公差值。，则40。依照机械设计手册机械传动(单行本)表13440，查出蜗轮径向综合公差值，56。依照机械设计手册机械传动(单行本)表13441，查出蜗轮齿径向综合公差值，20。依照机械设计手册机械传动(单行本)表13442，查出蜗轮齿距极限偏差值，14。（2）蜗杆传动的侧隙规定侧隙种类与精度等级无关，蜗杆传动的侧隙要求，应该根据工作条件和使用要求用侧隙种类的代号（字母）表示。各种侧隙的最小法向侧隙值按机械设计手册机械传动(单行本)表13448的规定，选择h型侧隙。传动的最小法向侧隙由蜗杆齿厚的减薄量来保证，即取蜗杆齿厚上偏差，齿厚下偏差，为制造误差的补偿部分。最大法向侧隙由蜗杆、蜗轮齿厚公差、确定。蜗轮齿厚上偏差0，下偏差。对各精度等级的、和值分别按机械设计手册机械传动(单行本)表13449、表13450、表13451的规定。50，45，90。代入数据算得，50，90。（3）公差标注公差标注为：7 h GB 100891988。4.6本章小结 本章是对阿基米德蜗杆(ZA型)以及配对的蜗轮进行了设计。通过对蜗杆传动类型及材料的选择，来确定蜗杆传动的参数，通过蜗杆输入功率P，蜗杆转速n1，蜗轮转速n2，蜗杆传动比i，选蜗杆头数Z11，求出对应的蜗轮齿数Z2。然后再进行材料强度计算。由机械设计手册机械传动表13413公式和表13414来完成材料强度的计算过程。在蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算部分，涉及到的计算公式，都是表13410中的公式。校核部分主要是两个方面：齿面接触强度校核和齿根弯曲强度校核。最后是精度等级公差的确定。通过查表得到蜗轮蜗杆的检验与公差以及蜗杆传动的侧隙类型。 5 轴的设计5.1高速轴的设计5.1.1计算输入轴的功率前面已计算出各轴的功率：；5.1.2 轴的转矩；。5.1.3轴的最小直径轴的材料选45钢，取A115 （5.1）代入数据得:5.1.4轴的结构设计因为最小直径为6.06mm，所以轴段1和电机外伸轴通过联轴器连接，LT3联轴器，查得L52mm，加上一个套筒，即轴段1的长度定为55mm。轴段2，4安装的是角接触轴承，前面所选的7205C，B15mm。轴段6是安装圆锥齿轮，经计算可知，L616mm。轴的结构设计如图5.1。312515mm2001616mm2015mm30552520654321 图5.1高速轴的结构图5.1.5确定轴上零件的周向定位如图5.1所示，轴段1和轴段5上装有套筒，以定位轴承。轴段1与联轴器相联，所以还装有键，根据轴段1的直径及轴段1的长度，查机械设计课程设计表1128可知：选 66的键，键的长度为45mm。5.1.6确定轴上圆角和倒角尺寸轴两端开有倒角，倒角尺寸确定为C2。5.1.7 轴的强度校核作用在齿轮上的力： （5.2） （5.3） （5.4） （5.5）由图可列方程组：坚直方向的力、之间有： （5.6）其中，为到齿轮的距离，为到齿轮的距离。如图5.2所示。代入数据解得：同理，垂直于纸面的力、之间有： 代入数据解得：由上面所求的力可知： （5.7）并做出弯扭图，如图5.2：l1l2 图5.2 高速轴的弯扭图轴的弯扭合成强度条件为： （5.8）经计算，安全！5.2低速轴的设计5.2.1计算输入轴的功率前面已计算出各轴的功率：。轴的转距。5.2.2初步确定轴的最小直径轴的材料选45号钢，A115，则5.2.3轴的结构设计轴2要安装锥齿轮，轴承。根据机械设计课程设计表126，轴承选用角接触轴承7206C GB/T 2921994，d=30mm，D=62，B=16，da=36。蜗杆的节圆直径为d1=40mm，蜗杆的齿顶高ha1=2.5mm蜗杆齿顶圆直径d=d1+2ha1=40+22.5=45mm；蜗杆齿根圆直径为：。X=0,Z1=1,由机械设计手册机械传动表13468可知：蜗杆螺纹部分长度：，m=2.5，代入数据得， 取螺纹部分长度为32mm锥齿轮，取d=36mm,则d1=1.6d=1.636=57.6mm, L=(11.2)d=d=36mm。可确