剪切控制系統(tǒng)說明書-學(xué)士學(xué)位論.doc
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摘 要 剪切控制裝置廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)械中，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板的循環(huán)進(jìn)給和用于剪切鋼板的精確導(dǎo)向，直接影響鋼板的剪切質(zhì)量，在軋鋼機(jī)械中占有非常重要的地位。我國(guó)對(duì)夾送輥多采用國(guó)外進(jìn)口或者引進(jìn)國(guó)外技術(shù)在國(guó)內(nèi)配套制造，對(duì)其研究設(shè)計(jì)還未進(jìn)一步加深。實(shí)際生產(chǎn)中，由于對(duì)夾送輥裝置調(diào)整不當(dāng)以及制造等因素，嚴(yán)重制約鋼板成材率和生產(chǎn)作業(yè)率，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。為此，非常有必要對(duì)其進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的夾送輥及其傳動(dòng)系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)夾送輥的夾送鋼板的能力推算所需電動(dòng)機(jī)的功率,選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及參數(shù),據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速選擇蝸輪蝸桿減速器,減速器后接一齒輪箱以將減速器的輸出轉(zhuǎn)速分為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反,大小相同的轉(zhuǎn)速。齒輪箱后接萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié),萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)后接輥?zhàn)?輥?zhàn)有枰獧C(jī)架支撐。各個(gè)部件之間用齒式聯(lián)軸器連接起來。設(shè)計(jì)出合理的夾送輥及傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配圖。 關(guān)鍵詞：夾送輥；減速器；齒輪；軸承；機(jī)架 Abstract Pinch Roll is widely used in rolling machinery, achieving the cycle of the plate and precise orientation for shearing plate，which has the direct impact on the shearing quality and plays an important role in the rolling machinery. We China mostly use to import from foreign countries or introduce their technology to produce in the domestic market, but for their research and design we haven’t been further deepened. The actual production, Due to the wrong adjustment of the pinch roller device and the factors such as manufacturing and so on, which serious constraints steel plate and production yield rate, resulting in much economy losses. So, it is necessary for us to study and design for pinch roll until we design a more economical and practical pinch roller and its drive system. According to the Pinch Roll Pinch plate capacity calculate the motor power, thus choosing the motor models and parameters, according to the motor speed and the speed of roller choose Worm Gear Reducer, reducer followed by a gearbox which divided The output speed of the reducer into two speeds, the two speeds are the same at the size, but opposite at the direction. Gearbox followed by universal coupling, universal coupling followed by roller, the rollers need rack support. Between the various components used gear coupling Link.Designing a assembly of a reasonable pinch roller and its drive system. Key words: Pinch Roll；Reducer；Gears；Bearings；Rack 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 課題研究的意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 2 第2章 夾送輥的分析及設(shè)計(jì) 3 2.1 夾送輥?zhàn)饔?3 2.2 夾送輥規(guī)格 3 2.3 夾送輥的工作原理 3 2.4 夾送輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3 2.5 電動(dòng)機(jī)的選取 4 2.6 夾送輥?zhàn)钚∷桶迥芰π：?4 2.7 夾送輥兩端軸設(shè)計(jì) 5 2.7.1 求軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 5 2.7.2求作用在輥?zhàn)由系牧?5 2.7.3 初步確定軸的最小直徑 6 2.7.4 求軸上載荷 7 2.7.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 8 2.7.6 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 9 2.8 軸承的選取 10 2.9 端蓋的選取 13 2.10 軸承座的設(shè)計(jì) 14 2.11 機(jī)架的設(shè)計(jì) 15 2.12 本章小結(jié) 15 第3章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 3.1 蝸輪、蝸桿設(shè)計(jì) 16 3.1.1 蝸桿傳動(dòng)類型選擇 16 3.1.2 材料的選擇 16 3.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 16 3.1.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 17 3.1.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 19 3.1.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 19 3.1.7 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 19 3.1.8 度及蝸桿蝸輪寬齒寬計(jì)算 19 3.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3.2.1 齒輪的初定 20 3.2.2 齒輪的校核 20 3.3 電機(jī)、蝸桿聯(lián)軸器選用 23 3.4花鍵的設(shè)計(jì)及其校核 23 3.5 軸的設(shè)計(jì) 23 3.5.1 傳動(dòng)軸直徑的初定 23 3.5.2 軸承的選取 25 3.5.3 軸的校核 26 3.5.4 軸承的校核 32 3.6蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 34 3.7 本章小結(jié) 34 結(jié) 論 35 致 謝 36 參考文獻(xiàn) 37 第1章 緒 論 1.1 課題研究的意義 夾送輥裝置在雙邊剪中的作用是夾緊被剪切的鋼板和輸送待剪或剪過的鋼板。鋼板邊部的剪切要求直線度好, 沒有任何剪切缺陷, 刀口平整，光滑。夾送輥裝置影響剪切質(zhì)量的原因主要有兩方面: 一是安裝精度; 二是夾送輥裝置動(dòng)作的協(xié)調(diào)程度。 剪切機(jī)是用于剪切金屬材料的一種機(jī)械設(shè)備。在軋制生產(chǎn)過程中，大斷面鋼錠和鋼坯經(jīng)過軋制后，其斷面變小，長(zhǎng)度增加。為了滿足后續(xù)工序和產(chǎn)品尺寸規(guī)格的要求，各種鋼材生產(chǎn)工藝過程中都必須有剪切工序。剪切機(jī)的用途就是用來剪切定尺、切頭、切尾、切邊、切樣及切除軋件的局部缺陷等。在中厚扳生產(chǎn)過程 ，必須用剪切機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行切邊，切頭尾，切定尺、剖分 以及切去板材的局部缺陷等。因此，在生產(chǎn)作業(yè)線上必須設(shè)置與軋機(jī)能力相匹配的剪切機(jī)組，剪切能力的大小和剪切方式， 直接影響著軋鋼能力的發(fā)揮與成品鋼板的外觀質(zhì)量[2]。而夾送輥是剪切機(jī)的重要組成部分，對(duì)其研究十分必要。 夾送輥?zhàn)鳛殇摪鍧L切式定尺剪的重要組成部分，不僅要實(shí)現(xiàn)鋼板在剪機(jī)中的循環(huán)進(jìn)給，而且要用于剪切鋼板的精確導(dǎo)向，它直接影響鋼板的剪切質(zhì)量。鋼板邊部的剪切要求是直線度好，沒有任何剪切缺陷，刀口平整光滑。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工作人員對(duì)夾送輥裝置的結(jié)構(gòu)不甚了解，調(diào)整不當(dāng)，調(diào)整精度達(dá)不到要求等原因，導(dǎo)致剪切出的鋼板經(jīng)常出現(xiàn)邊浪、錯(cuò)口、階梯狀、鐮刀彎、S形等現(xiàn)象，造成鋼板必須回切改尺，使得不合格產(chǎn)品增多，這嚴(yán)重制約著鋼板成材率和生產(chǎn)作業(yè)率，失誤軋時(shí)間居高不下，甚至經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，因此解決該問題迫在眉睫。由此可視之，夾送輥在鋼材生產(chǎn)中占據(jù)關(guān)鍵性的地位，其直接影響企業(yè)的發(fā)展前途甚至命運(yùn)。為此，非常有必要對(duì)夾送輥及傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出比較合理的、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的夾送輥及其傳動(dòng)系統(tǒng)。 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1996年我國(guó)鋼產(chǎn)量突破年產(chǎn)1億噸大關(guān)，成為世界上第一產(chǎn)鋼大國(guó)。2005年我國(guó)粗鋼 產(chǎn)量為34936.15萬(wàn)噸，比2004年增長(zhǎng)24.56％，近十年，我國(guó)鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，這在世界鋼鐵發(fā)展中是前所未有的。2005年全世界鋼產(chǎn)量為110714.5 萬(wàn)噸，我國(guó)占30.93％。實(shí)際上我國(guó)產(chǎn)鋼能力已達(dá)4億噸。這說明我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。 近幾十年來，軋鋼生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步取得了長(zhǎng)足發(fā)展。在板帶材生產(chǎn)方面，板厚和板行控制技術(shù)已趨于成熟，中厚板平面形狀控制技術(shù)和無(wú)切邊技術(shù)的應(yīng)用，大幅度提高了成材率和產(chǎn)品的質(zhì)量檔次；在型鋼生產(chǎn)方面，H型鋼自由尺寸軋制、型鋼的多線切分軋制、三輥Y形軋制技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展；在鋼管生產(chǎn)方面，限動(dòng)芯棒連軋管技術(shù)，ACCUROLL成形技術(shù)，UOD、CBR和復(fù)合成形技術(shù)等，都是高新技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)領(lǐng)域結(jié)出的成果。 冶金生產(chǎn)過程的短流程，與上下游生產(chǎn)工序集成一體化，也是當(dāng)代出現(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是這一趨勢(shì)的客觀需要，高新技術(shù)的應(yīng)用是這一趨勢(shì)的技術(shù)保證，對(duì)生產(chǎn)過程中各工序物理化學(xué)本質(zhì)的深入理解是實(shí)現(xiàn)這一趨勢(shì)的基礎(chǔ)。軋鋼的內(nèi)涵已經(jīng)突破了原有的界限，顯著地向著上、下工序拓展。與之相適應(yīng)，為滿足最終產(chǎn)品質(zhì)量的要求，上、下游工序的要求對(duì)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及工藝規(guī)程的規(guī)定也起著越來越明顯的作用，軋鋼已不再是單純意義上的軋鋼了。 隨著軋鋼、冶金工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，夾送輥?zhàn)鳛檐堜摍C(jī)械中重要的組成部分，其主要影響著生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，世界各國(guó)對(duì)夾送輥的研究設(shè)計(jì)的積極性一直居高不下。夾送輥的種類繁多，有用于剪切機(jī)的，也有用于高速線材軋機(jī)的，還有用于卷取機(jī)的，我國(guó)對(duì)于夾送輥多采用國(guó)外進(jìn)口或者引進(jìn)國(guó)外技術(shù)在國(guó)內(nèi)配套制造，而尚未對(duì)其設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)機(jī)理作深入的分析和研究?，F(xiàn)在大多數(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家都只停留在對(duì)國(guó)外設(shè)備的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)上。我國(guó)對(duì)夾送輥的研究設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步加深，對(duì)其直徑選取原則要進(jìn)行深入的研究探討，這將對(duì)夾送輥國(guó)產(chǎn)化具有非常重要的參考價(jià)值。 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了剪切控制裝置（夾送輥)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及它們的校核，使夾送輥對(duì)鋼板的夾持和輸送能夠做到穩(wěn)定，持續(xù)。此外設(shè)計(jì)了一款新型減速器，利用蝸輪、蝸桿先減速，再在蝸輪軸上使用齒輪與第三軸上一齒輪配合使用，設(shè)計(jì)它們的傳動(dòng)比為1：1。這樣，它們所在軸輸出的速度大小將不變，方向相反。這兩根軸分別與上、下兩根夾送輥聯(lián)接，就能做到對(duì)上、下兩根夾送輥同時(shí)驅(qū)動(dòng)，從而使得上、下輥精確的做到速度大小相同，方向相反。它與單輥驅(qū)動(dòng)相比，將更加精確；與多個(gè)減速器相比，將更能節(jié)省材料，使用更簡(jiǎn)單。 第2章 夾送輥的分析及設(shè)計(jì) 2.1 夾送輥?zhàn)饔? 夾送輥起夾緊、運(yùn)送被剪切的鋼板之作用，并保證鋼板在運(yùn)送過程中不發(fā)生偏移。 2.2 夾送輥規(guī)格 原始參數(shù)：1.上夾送輥重2噸。 2.上輥行程0.5m。 3.輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分。 2.3 夾送輥的工作原理 圖2-1 夾送輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 如圖2.1，在夾送輥兩端設(shè)有兩臺(tái)氣缸3、6。當(dāng)氣缸上腔通入壓縮氣體時(shí)，上夾送輥壓緊鋼板。每個(gè)夾送輥皆由電機(jī)1經(jīng)蝸輪、蝸桿減速器2直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)鋼板前進(jìn)[11]。 檢測(cè)板厚的工作原理為當(dāng)上夾送輥在氣缸作用下繞心軸擺動(dòng)時(shí)，上、下輥間的輥縫即發(fā)生變化，而輥縫值即等于所夾緊鋼板的板厚。 2.4 夾送輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 下夾送輥5固定，在夾送輥兩端軸承座中裝有雙列圓錐滾子軸承。上輥4靠?jī)蓺飧讈磉M(jìn)行夾緊與松開運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)使上、下兩輥的結(jié)構(gòu)相同，長(zhǎng)m，直徑m，又有kg/m3，則所設(shè)計(jì)的兩輥為實(shí)心輥。 2.5 電動(dòng)機(jī)的選取 輥端的最大轉(zhuǎn)矩： Nmm 則有輥端的最大功率： KW (2-1) 電動(dòng)機(jī)的最大功率： KW 要求選取的電動(dòng)機(jī)功率 則可選取電動(dòng)機(jī)為Y160M-4，其中 r/min，KW[4]. 2.6 夾送輥?zhàn)钚∷桶迥芰π：? 鋼板在剪機(jī)中是以步進(jìn)方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的，這樣夾送輥裝置就需要不斷的啟動(dòng)制動(dòng)，不斷的加減速，如果夾送輥裝置由于夾緊力不足而導(dǎo)致鋼板跑偏，產(chǎn)生錯(cuò)口，因此有必要先對(duì)其最小的送板能力進(jìn)行校核。 夾送輥采用氣缸來實(shí)現(xiàn)上夾送輥的抬起和壓下任務(wù)。根據(jù)不同的板厚，夾緊力設(shè)定也不同，當(dāng)板厚在范圍內(nèi)，夾緊力設(shè)定為，當(dāng)板厚大于時(shí)，夾緊力設(shè)定為，這樣主要是防止夾送鋼板因壓力過大而產(chǎn)生邊浪。 夾送輥?zhàn)钚恳Γ? (2-2) 式中：——摩擦系數(shù)， ——最小夾緊力，N 有 N 輥道輸送鋼板能力： 式中：——輸送鋼板自重，kg ——輥道摩擦系數(shù)， 有 N 則總送板能力為： N 按送板要求需要的牽引力： 式中：——輸送鋼板自重，kg ——夾送輥加速度，m/s2 (2-3) 有 N ，滿足送板條件； 實(shí)際生產(chǎn)中，因重量平均分布在整張鋼板上，校核又是以最小的夾緊力計(jì)算的，因此完全滿足送板要求[1]。 2.7 夾送輥兩端軸設(shè)計(jì) 2.7.1 求軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由課題要求知轉(zhuǎn)速為： 式中：——電動(dòng)機(jī)功率，KW ——傳動(dòng)效率， 有 KW Nmm 2.7.2求作用在輥?zhàn)由系牧? 輥?zhàn)又睆絤，則 N (2-4) N (2-5) N (2-6) 圓周力，徑向力，軸向力如圖2.2所示。 圖2-2 夾送輥受力分析圖 2.7.3 初步確定軸的最小直徑 選取的軸的材料為45剛，調(diào)質(zhì)處理。 查參考文獻(xiàn)[9]表15-3，取，則可初步估算最小直徑，即 mm (2-7) 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為使其與聯(lián)軸器的孔徑適應(yīng)，則應(yīng)選取好聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 查參考文獻(xiàn)[7]表14-1，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則 Nmm (2-8) 計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于公稱轉(zhuǎn)矩。選用鼓型齒式聯(lián)軸器。又有鼓型齒式聯(lián)軸器左右兩端相配合。則可取夾送輥與聯(lián)軸器相連的直徑和軸長(zhǎng)分別為： mm， mm。 與端蓋配合的軸選取直徑和軸長(zhǎng)分別為： mm mm 與軸承配合的軸選取直徑和軸長(zhǎng)分別為： mm mm 與輥?zhàn)酉噙B接的軸分兩階，直徑和軸長(zhǎng)分別取 mm， mm； mm， mm； 如圖2.3所示為夾送輥兩端軸[5]。 如圖，左端鍵采用的是 圖2-3 夾送輥?zhàn)蠖溯S示意圖 2.7.4 求軸上載荷 由軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出彎矩圖和扭矩圖. 圖2-4 軸的彎矩及扭矩圖 聯(lián)系圖2及圖4可求得： 支反力F： N N 彎矩M： Nmm Nmm 總彎矩： 扭矩T： Nmm 2.7.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，只校核承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度[6]。取，軸的計(jì)算應(yīng)力： (2-9) 前面已選定軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查[5]表15-1，有，因，所以軸的強(qiáng)度是安全的。 2.7.6 按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 危險(xiǎn)截面抗彎截面系數(shù)： mm3 抗扭截面系數(shù)： mm3 彎矩M為： Nmm 扭矩為： Nmm 截面上的彎曲應(yīng)力： MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： MPa 軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)[7]表15-1得： MPa，MPa，MPa 截面上理論應(yīng)力集中系數(shù)可查參考文獻(xiàn)[7]附表3-2得： ， 又查參考文獻(xiàn)[7]附表3-1取得材料的敏性系數(shù)： ， 則有效應(yīng)力集中系數(shù)為： 查參考文獻(xiàn)[7]附表3-2得尺寸系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[7]附表3-3得表面質(zhì)量系數(shù) 則綜合系數(shù)值為： 碳鋼特性系數(shù)：，取 ，取 于是，計(jì)算安全系數(shù)值，有 (2-10) (2-11) (2-12) 則，可知其為安全的。因本設(shè)計(jì)無(wú)大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，則可略去靜強(qiáng)度校核。 2.8 軸承的選取 采用雙列圓錐滾子軸承，如圖2.5所示，取雙列圓錐滾子軸承32224。 圖2-5 圓錐滾子軸承32224 ，，，， ， 需對(duì)軸承進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算： 即可按 (2-13) 驗(yàn)算動(dòng)負(fù)荷 （2-14） 式中 —額定壽命[h] 25000[h] —額定動(dòng)載荷[N] 30600[N] —計(jì)算動(dòng)載荷[N] —壽命系數(shù) —速度系數(shù) —軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min —壽命指數(shù) —工作情況指數(shù) 1.1~1.3 —壽命系數(shù) —功率利用系數(shù) —轉(zhuǎn)速變化系數(shù) —工作期限系數(shù) 齒輪最低轉(zhuǎn)速r/min 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù) 疲勞曲線指數(shù) 式中 —齒輪輪換工作系數(shù) =0.95 —當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 —徑向載荷[N] =505.5N —軸向載荷[N] =195.5N —徑向系數(shù) =0.45 —軸向系數(shù) =1.327 N N N N 查表：對(duì)軸承1有 對(duì)軸承2有 取 N N N =0.95 P=356.29N 即所選軸承可用。 2.9 端蓋的選取 如圖2.6所示，軸承外徑，則取6個(gè)直徑的螺栓使其與軸承座聯(lián)接。 圖2-6 端蓋 圖中mm， mm， mm，mm 2.10 軸承座的設(shè)計(jì) 圖2-7 軸承座 圖2-8 機(jī)架 如圖2.7，軸承座的長(zhǎng)，寬，高。 左、右兩端各有一滑塊，設(shè)計(jì)使其 長(zhǎng)，寬，高。 根據(jù)上、下輥可設(shè)計(jì) 上輥兩軸承座上滑塊上端與軸承座上端齊平; 下輥兩軸承座上滑塊下端與軸承座下端面齊平。 2.11 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架共分左右兩座，共同作用使夾送輥處于兩座機(jī)架之間，進(jìn)行夾持，固定。圖2.8為一座機(jī)架，另一座與這座結(jié)構(gòu)相同。 2.12 本章小結(jié) 本章主要對(duì)夾送輥進(jìn)行了分析，了解了它的作用、規(guī)格、工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)且對(duì)夾送輥進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。對(duì)其最小送板能力進(jìn)行了校核，設(shè)計(jì)了兩端軸并校核合格，并且選取了電動(dòng)機(jī)。 第3章 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 減速器采用蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，選取普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，再由渦輪處分出兩個(gè)齒輪，使輸出兩速度相同，方向相反的旋轉(zhuǎn)。 3.1 蝸輪、蝸桿設(shè)計(jì) 3.1.1 蝸桿傳動(dòng)類型選擇 根據(jù)DB/T 10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 3.1.2 材料的選擇 根據(jù)庫(kù)存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 3.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度[7]。 傳動(dòng)中心距： (3-1) 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 按，故取效率，則 2）確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)：; 查參考文獻(xiàn)[7]表11-5選取使用系數(shù)：； 由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)。 則 3）確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和45鋼蝸桿相配，故MPa1/2 4）確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距的比值，查參考文獻(xiàn)[7]圖11-18得。 5）確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，而又由于蝸桿螺旋齒面硬度〉45HRC，可查參考文獻(xiàn)[7]表11-7得渦輪的基本許用應(yīng)力： MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 壽命系數(shù)： 則 MPa 6）計(jì)算中心距： mm 取中心距： mm 傳動(dòng)比： 由參考文獻(xiàn)[7]表11-2中取模數(shù)為mm，蝸桿分度圓直徑mm，此時(shí)，。 由參考文獻(xiàn)[7]圖11-18中可查得接觸系數(shù)，因?yàn)?因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 3.1.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1）蝸桿 軸向齒距：mm 直徑系數(shù)： 齒頂圓直徑：mm 齒根圓直徑： mm 分度圓導(dǎo)程角： 蝸桿軸向齒厚：mm 2）蝸桿 蝸輪齒數(shù)：；變位系數(shù)：； 驗(yàn)算傳動(dòng)比： 此時(shí)傳動(dòng)比誤差為：，是允許的。 蝸輪分度圓直徑： mm 蝸輪喉圓直徑： mm 蝸輪齒根圓直徑： mm 蝸輪咽喉母圓半徑： mm 3.1.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 (3-2) 當(dāng)量齒數(shù)： 根據(jù)， 查參考文獻(xiàn)[7]圖11-19，取齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù)： 許用彎曲應(yīng)力： 查參考文獻(xiàn)[7]表11-8中由鑄錫磷青銅ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù)： 則： MPa 又有： 所以滿足彎曲強(qiáng)度。 3.1.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f. GB/T 10089-1988[8]。查參考文獻(xiàn)[4]獲取表面粗糙度。 3.1.7 蝸桿傳動(dòng)的潤(rùn)滑 由選取材料為鋼蝸桿配青銅齒輪，可采用油潤(rùn)滑。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]表11-21可查得使用給油方法為油池潤(rùn)滑。采用蝸桿下置式，則浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個(gè)齒高。即： mm 3.1.8 度及蝸桿蝸輪寬齒寬計(jì)算 蝸輪寬度：mm 蝸桿齒寬： mm(x2=-0.5mm) 又有經(jīng)磨削的蝸桿，當(dāng)mm時(shí)，b1增加mm， 則可?。簃m，mm 3.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 齒輪的初定 兩齒輪只傳遞轉(zhuǎn)速，不進(jìn)行改變，故選取 。齒輪采用直齒圓柱齒輪，材料選用40Cr，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其硬度為280HBS，精度等級(jí)為7級(jí)。并取其工作壽命為15年，每年工作300天。取齒數(shù)，mm，則有 分度圓直徑： mm 齒頂圓直徑： mm 齒根圓直徑： mm 3.2.2 齒輪的校核 1）按齒面接觸強(qiáng)度校核 (3-3) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 載荷系數(shù)： 齒輪轉(zhuǎn)矩： Nmm 查參考文獻(xiàn)[7]表10-7，取齒寬系數(shù)： 。 查參考文獻(xiàn)[7]表10-6，取材料的彈性影響系數(shù)：MPa1/2 查參考文獻(xiàn)[7]圖10-21d，按齒面硬度取接觸疲勞強(qiáng)度極限： MPa 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 查參考文獻(xiàn)[7]圖10-19，取得接觸疲勞壽命系數(shù)： 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為，安全系數(shù)： 則： MPa 則有齒輪分度圓直徑： mm 計(jì)算圓周速度v： m/s 齒寬：mm 計(jì)算齒寬與齒高比 模數(shù)： mm 齒高： mm 計(jì)算載荷系數(shù)： 根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)： 由于選用的是直齒輪，假設(shè)N/mm。 查參考文獻(xiàn)[7]表10-3取得 查參考文獻(xiàn)[7]表10-2取得使用系數(shù) 查參考文獻(xiàn)[7]表10-4得7級(jí)精度，齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， 將數(shù)據(jù)代入后有： 由，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得： 故載荷系數(shù)： 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑： mm 計(jì)算模數(shù)m： mm 2）按齒根彎曲強(qiáng)度校核 (3-4) 確定式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 查參考文獻(xiàn)[7]圖10-20C取彎曲疲勞強(qiáng)度極限：MPa 查參考文獻(xiàn)[7]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)： 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)：，則 MPa 計(jì)算載荷系數(shù)K： 查參考文獻(xiàn)[7]表10-5，取齒形系數(shù)： 查參考文獻(xiàn)[7]表10-5，取應(yīng)力校正系數(shù)： 計(jì)算齒輪： 設(shè)計(jì)計(jì)算： mm 因?yàn)樗x用的mm，所以齒輪滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 3.3 電機(jī)、蝸桿聯(lián)軸器選用 電機(jī)、蝸桿處聯(lián)接所用聯(lián)軸器選用鼓型齒式聯(lián)軸器，取GICL3型。如圖3-1所示： 圖3-1 鼓型齒式聯(lián)軸器 3.4花鍵的設(shè)計(jì)及其校核 選取矩形花鍵，所選取的規(guī)格為8566210，材料為45號(hào)鋼，[p]=15MPa， T=823.6N?m 對(duì)所選取的花鍵進(jìn)行校核： 取ψ=0.8，齒數(shù)Z=8，花鍵工作長(zhǎng)度l=407.5mm, (3-5) 由p<[p],所以選取的花鍵符合條件。 3.5 軸的設(shè)計(jì) 3.5.1 傳動(dòng)軸直徑的初定 (3-6) —傳動(dòng)軸直徑 —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 —該軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角 —該軸傳遞的功率 軸Ⅰ： mm 軸Ⅱ： mm 軸Ⅲ： mm 由初始計(jì)算結(jié)果可對(duì)三根軸進(jìn)行初步的選定。 圖3-2 軸Ⅰ 圖3-3 軸Ⅱ 圖3-4 軸Ⅲ 軸Ⅰ：如圖3.2，Ⅰ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅱ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅲ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅳ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅴ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅵ段長(zhǎng)mm，直徑mm。VII段長(zhǎng)mm,直徑mm;VIII段長(zhǎng)mm,直徑mm;IX段長(zhǎng)mm,直徑mm;X段長(zhǎng)mm,直徑mm;XI段長(zhǎng)mm,直徑mm軸Ⅰ為蝸桿軸，選取蝸桿左旋。 軸Ⅱ：如圖3.3，Ⅰ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅱ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅲ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅳ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅴ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅵ段長(zhǎng)mm，直徑mm;VII段長(zhǎng)mm,直徑mm。軸II為蝸輪軸. 軸Ⅲ：如圖3.4，Ⅰ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅱ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅲ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅳ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅴ段長(zhǎng)mm，直徑mm；Ⅵ段長(zhǎng)mm，直徑mm;VII段長(zhǎng)mm,直徑mm, VIII段長(zhǎng)mm,直徑mm。軸III為圓柱齒輪軸. 3.5.2 軸承的選取 由軸的設(shè)計(jì)計(jì)算確定軸承采用圓錐滾子軸承30211。如圖3-5所示： 圖3-5 圓錐滾子軸承30211 mm，mm，mm，mm， ，mm，mm 3.5.3 軸的校核 1）軸Ⅰ的校核 蝸桿處的周向力： N 由蝸輪、蝸桿處的嚙合關(guān)系可知： N N N —蝸輪的軸向力 —蝸輪的周向力 根據(jù)圖3-2作出軸Ⅰ的載荷分析圖，如圖3-6。 如圖3-6a在H平面有：N ； 則： N N 如圖3-6b，H平面彎矩： Nmm Nmm 如圖3-6c，在V平面有： N 如圖3-6d，V平面彎矩： Nmm 圖3-6 軸Ⅰ載荷分析圖 如圖3-6e，合成彎矩，在C截面左側(cè)處： mm 如圖3-6f，扭矩： Nmm 如圖3-6g，當(dāng)量彎矩： Nmm 危險(xiǎn)截面C處的最大應(yīng)力為： MPa 所以，軸Ⅰ合格。 2）軸Ⅲ的校核 齒輪處的周向力： N 齒輪處的徑向力： N 根據(jù)圖3-4作出軸Ⅲ的載荷分析圖，如圖4-7： 如圖3-7a在H平面有： ； 則： N N 如圖3-7b，H平面彎矩： Nmm 如圖3-7c，在V平面有： N N 如圖3-7d，V平面彎矩： Nmm 如圖3-7e，合成彎矩： mm 如圖3-7f，扭矩：Nmm 如圖3-7g，當(dāng)量彎矩： Nmm 危險(xiǎn)截面B處的最大應(yīng)力為： MPa 所以，軸Ⅲ合格。 圖3-7 軸Ⅲ載荷分析圖 3）軸Ⅱ的校核 由于軸Ⅱ與軸Ⅰ、軸Ⅲ相配合使用，所以可知軸Ⅱ的受力大小與軸Ⅰ、軸Ⅲ相互作用處受力大小相同，方向相反。根據(jù)圖3-3做出軸Ⅱ的載荷分析圖，如圖3- 8： 圖3-8 軸Ⅱ載荷分析圖 如圖3-8a在H平面有： ； 則： N N 如圖3-8b，H平面彎矩： Nmm Nmm Nmm 如圖3-8c，在V平面有： ； 則：N N 如圖3-8d，V平面彎矩： Nmm Nmm 如圖3-8e，合成彎矩： mm mm mm 如圖3-8f，扭矩：Nmm 顯然，B、C處應(yīng)為危險(xiǎn)截面，B處當(dāng)量彎矩為： Nmm 危險(xiǎn)截面B處的最大應(yīng)力為： MPa C處當(dāng)量彎矩為： Nmm 危險(xiǎn)截面C處的最大應(yīng)力為： MPa 所以，軸Ⅱ合格。 3.5.4 軸承的校核 軸承需要進(jìn)行疲勞壽命驗(yàn)算： 即可按 (3-7) 取危險(xiǎn)軸承Ⅱ上軸承進(jìn)行校核 驗(yàn)算動(dòng)負(fù)荷 —額定壽命[h] 25000[h] —額定動(dòng)載荷[N] 30600[N] —計(jì)算動(dòng)載荷[N] —壽命系數(shù) —速度系數(shù) —軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min —壽命指數(shù) —工作情況指數(shù) 1.1~1.3 —壽命系數(shù) —功率利用系數(shù) —轉(zhuǎn)速變化系數(shù) —工作期限系數(shù) 齒輪最低轉(zhuǎn)速r/min 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù) 疲勞曲線指數(shù) —齒-輪輪換工作系數(shù) =0.95 —當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 —徑向載荷[N] =2548.94N N —軸向載荷[N] =1798.75N —徑向系數(shù) =0.45 —軸向系數(shù) =1.327 N N N N 查表：對(duì)軸承1有 對(duì)軸承2有 取 N N N =0.95 P=1910.7N 即所選軸承可用。 3.6蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)由于效率低,所以工作時(shí)發(fā)熱量大.在閉式傳動(dòng)中,如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散逸,將使油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?從而增大摩擦損失,甚至發(fā)生膠合.所以,必須根據(jù)單 位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算;以保證油溫處規(guī)定的范圍內(nèi)[9]. 由于摩擦損耗的功率,則產(chǎn)生的熱量(單位為)為 (3-8) P-蝸桿傳遞的功率(KW). 以自然冷卻方式,從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為 (3-9) 箱體的表面熱傳遞系數(shù),可取,當(dāng)周圍空氣流通良好是取偏大值; S-內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油飛濺到,而外表面又可為周圍空氣所冷卻的的箱體表面面積(); 油的工作溫度,一般限制在60-70; 周圍空氣的溫度,常溫情況可取20; 按熱平衡條件,保持正常工作溫度所需要的散熱 (3.10) 根據(jù)實(shí)際情況取. 得 S=2.59m2 而實(shí)際的蝸輪蝸桿減速器的表面積為=0.62m2下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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