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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 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。可确定出轴的基本尺寸，如图5.3所示。6543211图5.3 低速轴的结构图d1=30mm,L1=20mm；d2=36mm,L2=36mm；d3=34mm,L3=15mm；d4=45mm,L4=32mm；d5=34mm,L5=15mm；d6=30mm,L6=20mm。5.2.4确定轴上零件的周向定位轴段1和轴段6上要安装轴承，需要装2个套筒。套筒的长度由轴段的长度以及轴承的长度决定。轴段2上要装锥齿轮，所以要先一个键，据机械设计课程设计表1128，选普通平键，由轴的长度以及其直径，可知，选 108的键，键的长度为32mm。5.2.5确定轴上圆角和倒角尺寸如图5.3所示，轴段1和轴段6上都开有倒角，倒角为C2轴段3和轴段5与轴段4之间有圆角，圆角为R2.5。5.2.6低速轴的强度校核（1）轴的受力分析蜗杆蜗轮受力：蜗杆圆周力， 单位N为蜗轮轴向力；蜗杆轴向力，单位N为蜗轮圆周力；蜗杆径向力，单位N为蜗轮径向力；法向力Fn，：， （5.9）代入数据得： 锥齿轮受力：齿宽中点处的径向力Fr公式：主动轮： （5.10）从动轮：。代入数据得： 齿宽中点处的轴向力Fx公式：主动轮： （5.11）从动轮：代入数据得： 齿宽中点处分度圆上的切向力Fmt：。 （5.12）（2）轴的校核列方程组同高速轴的校核。并作出弯扭图如下：图5.4 低速轴的弯扭图代入数据计算，安全！5.5 心轴的设计5.5.1计算输入轴的功率前面已计算出输入轴的功率及转矩：5.5.2确定轴的最小直径轴的材料选45号钢，A115，则5.6本章小结本章主要对高速轴，低速轴以及心轴进行了设计。设计主要包括以下几个方面：轴的结构。轴径和轴段的长度。轴的周向零件设计，倒角圆角的确定。轴的强度校核。轴的受力分析图，轴的受力计算以有弯扭图。通过强度校核公式，来对轴的强度进行构核。6结束语 经过了两个多月的学习和工作，我完成了结晶器调宽传动系统的设计。从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，也成就了我在大学期间独立完成的最大的项目。记得在刚接到这个课题时，对结晶器及其调宽系统不是很了解，所以有点不知所措。于是我给自己提出了第一个问题：设计好一个结晶器调宽系统需要什么具体的专业知识？带着这个疑问我开始了独立地学习和实验：去图书馆查阅相关资料、上网去了解结晶器的最新动向。在具体设计的过程中，我遇到了更大的困难。我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，再接着提出新的问题。在这个循环往复的过程中，我这篇稚嫩的设计日臻完善。每一次改进，我都收获良多，每一次修改后的成功我都能兴奋好长一段时间。虽然我的设计作品不是很成熟，即使借鉴前人的很多资料仍然还有很多不足之处，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想。 通过本次毕业设计，
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