轧钢机减速器的设计.docx

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轧钢机减速器的设计

第一章传动方案的拟定及说明

1.1传动方案：

传动简图如图所视：

其传动方案为：

电动机——带传动机——齿轮传动——滚筒

该传动方案分析如下：

1由于带传动承载能力较低，结构尺寸较其他形式大，故应放在传动系统的高速级，此时转速较高，在传递相同功率时的转矩减小，从而使带传动获得较为紧凑的结构尺寸，除此之外，带传动工作平衡，能缓冲吸振，被广泛应用。

2齿轮传动承载能力较高，传递运动准确、平衡、传递功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。

3斜齿圆柱齿轮传动的平稳性，较直齿圆柱齿轮传动好，故有平稳性要求时，可采用斜齿圆柱齿轮传动。

根据以上分析可得：

将带传动放在传动系统的高速级，齿轮传动放在传动系统的低速级，传动方案较为合理。

此外，根据本课题要求，该减速器采用展开式。

第二章电动机的选择

2.1电动机的选择：

工业上一般使用三相交流电源，因此，当无特殊要求时均应选用交流电动机，其中以三相交流电动机使用最为广泛。

我国新设计的Y系列三相鼠笼式异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，起结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体的场合，以及要求具有较好起动性能的机械。

电动机的型号的确定主要依据电动机的额定功率和同步转速。

1按照工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机

2选择电动机容量

工作机所需容量为：

Pw=Fw•Vw/1000ηwKw

式中Fw=34KNVw=27.1m/s带式输送机效率ηw=0.94

Pw=3.4×103/1000×0.94=97.92Kw

电动机的输出功率为：

P=Pw/η

式中：

η为电动机至滚筒主动轴之间的传动装置总效率

根据传动简图可查得：

V带传动效率ηw=0.95，三对齿轮副效率ηw=0.97；一对滚动轴承效率ηw=0.99；联轴器ηw=0.98；由此可得

η=η1η2η23η4=0.95x0.973x0.994x0.98=0.816

P0=Pw/0.816=97.92/0.816=120kn

一般电动机的额定功率

PM=（1~1.3）P0=（1~1.3）X120=120~156kw

经查可取电动机额定功率为PM=150kw

3确定电动机的转速

滚筒转速为：

nw=60x1000Vw/πD=260r/min

V带传动比：

i1=2~4

三级圆柱齿轮传动比i2=3~5

则总传动比范围为i=i1i2=（2x3）~（4x5）=6~20

电动机可选择的转速范围应为

n=i·nw=（6~20）x260=1560~5200r/min

电动机同步转速符合这一范围的型号为Y315s-2，其满载转速为nm=2970r/min

二、计算传动装置的总传动比并分配各级传动比

1传动装置的总传动比I=nm/nw=2970/53=56

2分配各级传动比I=i1i2

为使V带的外轮廓尺寸不致过大，初选传动比i2=2

则齿轮传动比为：

i2=9i3=6

3计算传动装置的运动和动力参数

以下各轴符号代表：

O轴——电动机输出轴；Ⅰ轴——减速器中的高速轴；

Ⅱ轴——齿轮轴；Ⅲ轴——中间轴；

Ⅳ轴——减速器中的低速轴；Ⅴ轴——低速轴；

n0=nn=2970r/min;nⅠ=n0/i1=1485r/min;

nⅡ=nⅠ/i2=165r/min;nⅢ=nⅡ/i3=27.5r/min;

nw=nⅢ=27.5r/min

各轴功率；

P0=120kw;PⅠ=P0η1=120x0.95=114kw;

PⅡ=PⅠη2η3=114x0.97x0.99=109.47kw;

PⅢ=PⅡη2η3=109.47x0.97x0.99=105.13kw;

PⅣ=PⅣη2η3=105.13x0.97x0.99=100.95kw;

PⅤ=PⅣη3η4=100.95x0.99x0.98=97.95kw;

各轴转矩；

T0=9.55x106P0/n0=9.55x106x120/2970=3.86x105Nm

TⅠ=9.55x106P0/nⅠ=9.55x106114/1485=7.33x105Nm

TⅡ=9.55x106PⅡ/nⅡ=9.55x106x109.47/1485=6.28x105Nm

TⅢ=9.55x106PⅢ/nⅢ=9.55x106x105.13/27.5=3.65x107Nm

TⅣ=9.55x106PⅣ/nⅣ=9.55x106xx100.95/27.5==3.51x107Nm

TⅤ=9.55x106PⅤ/nⅤ=9.55x106x97.95/27.5==3.40x107Nm

第三章铸造减速器箱体主要结构尺寸

3.1铸造减速器箱体主要结构尺寸:

1、箱座壁厚σ：

0.025a+3≥8

2地脚螺栓直径d1：

d1＝0.036a+12＝16

3地脚螺栓数目n：

n＝L+B/200~300≥4

n=10

4轴承座尺寸D1、D2、D3、D4、D5：

D1=34D2=45D3=49D4=60D5=55

5、箱体结合面处联接间距e：

e＝180cm

6轴承座两旁的联结螺栓问题：

S≈10cm

第四章轴的计算

4.1高速轴的计算：

1选择轴的材料并确定许用应力：

1选用正火处理

2经查得强度极限σb＝600Mpa；

3查得许用应力[σ-1]b=54Mpa

2确定轴输出端直径dmin;

1按扭转强度估算输出端直径

2取A=10，则d=30cm

考虑有键槽，将直径增大5%，则d＝35cm

此段轴的直径和长度应和联轴器相符，选取TL5型弹性柱销联轴器，其轴孔直径为35cm，和轴配合部分长度为60cm，故轴输出端直径dmin=35cm。

3轴的结构设计

轴上零件的定位、固定和装配在该减速器中，16可将齿轮充分分布在箱体内，17由于该齿轮轴只需联轴器的地方

确定轴各段直径和长度

Ⅰ段即外伸端直径d1=35cm,其长度应比联轴器轴孔的长度稍20短一些，21取L1=58cm。

Ⅱ段直径d2=45cm,亦符合毡圈密封标23准轴径，24

初选6409型深沟球轴承，其内径为45cm，宽度为29cm,L2=120cm.

Ⅲ段齿轮，26其相关数据为m＝4.5，27z＝18，28d3＝60cm，29L3＝50cm

Ⅳ段直径d4＝45cm，31长度L4＝30cm

绘制轴的结构设计草图，如图示

由上述轴各段长度可算得轴支撑跨距L=150cm

4按弯扭合成强度轴的强度

绘制轴受力简图（a）

绘制垂直面弯矩图（b）

轴承支反力：

FRAV=（Fa·dH-Fr·L/2）/L=-400.5N

FRBV=Fr+FRAV=400.5N

计算弯矩：

截面C右侧弯矩

MCN=FRBV·L/2=23N·m

截面C左侧弯矩

M’CN=FRAV·L/2=23N·m

绘制水平面弯矩图（c）

轴承支反力：

FRAH=FRBH=Ft/2=1100N

截面C处的弯矩：

MCH=FRAH·L/2=62.7N·m

绘制合成弯矩图（d）

MC=67N·m;M’C=67N·m

绘制转矩图（e）

转矩：

T=9.55x103·P/n=217N·m

绘制当量弯矩图（f）

转矩产生的扭转剪应力，按脉动循环变化，取α=0.6

截面C处的弯矩为

Mec＝146N·m

较核危险截面C的强度

σe=Mec/0.1d33=146x103/0.1x403=11.68<54Mpa

所以轴的强度足够

4.2、低速轴1的计算:

4.3、中间轴1的计算:

2

4.4、低速轴2的计算:

1．作用在齿轮上的力

FH1=FH2=337/2=168.5

Fv1=Fv2=889/2=444.5

2．初步确定轴的最小直径

D=40cm

3．轴的结构设计

1）确定轴上零件的装配方案

a）轴上零件的定位、固定和装配在该减速器中，可将齿轮充分分布在箱体内，由于该齿轮轴只需联轴器的地方

b）确定轴各段直径和长度

c）Ⅰ段即外伸端直径d1=35cm,其长度应比联轴器轴孔的长度稍短一些，取L1=58cm。

d）Ⅱ段直径d2=45cm,亦符合毡圈密封标准轴径，

初选6409型深沟球轴承，其内径为45cm，宽度为29cm,L2=120cm.

i）Ⅲ段齿轮，其相关数据为m＝4.5，z＝18，d3＝60cm，L3＝50cm

k）Ⅳ段直径d4＝45cm，长度L4＝30cm

2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

g） 由于联轴器一端连接电动机，另一端连接输入轴，所以该段直径尺寸受到电动机外伸轴直径尺寸的限制，选为25mm。

h）  考虑到联轴器的轴向定位可靠，定位轴肩高度应达2.5mm，所以该段直径选为30。

i）  该段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有2mm的圆角，则轴承选用30207型，即该段直径定为35mm。

j）  该段轴要安装齿轮，考虑到轴肩要有2mm的圆角，经标准化，定为40mm。

k）  为了齿轮轴向定位可靠，定位轴肩高度应达5mm，所以该段直径选为46mm。

l）  轴肩固定轴承，直径为42mm。

m）  该段轴要安装轴承，直径定为35mm。

2）各段长度的确定

各段长度的确定从左到右分述如下：

a）  该段轴安装轴承和挡油盘，轴承宽18.25mm，该段长度定为18.25mm。

b）  该段为轴环，宽度不小于7mm，定为11mm。

c）  该段安装齿轮，要求长度要比轮毂短2mm，齿轮宽为90mm，定为88mm。

d）  该段综合考虑齿轮与箱体内壁的距离取13.5mm、轴承与箱体内壁距

离取4mm（采用油润滑），轴承宽18.25mm，定为41.25mm。

e）  该段综合考虑箱体突缘厚度、调整垫片厚度、端盖厚度及联轴器安装尺寸，定为57mm。

f）  该段由联轴器孔长决定为42mm

4．按弯扭合成应力校核轴的强度

W=62748N.mm

T=39400N.mm

45钢的强度极限为54Mpa，又由于轴受的载荷为脉动的，所以强度足够。

4.5、中间轴2的计算:

1．作用在齿轮上的力

FH1=FH2=4494/2=2247N

Fv1=Fv2=1685/2=842.5N

2．初步确定轴的最小直径

D=45cm

3．轴的结构设计

1）轴上零件的装配方案

2）据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

  I-II  II-IV  IV-V  V

直径  60  70  75  87  

长度  105  113.75  83  9  

5．求轴上的载荷

Mm=316767N.mm

T=925200N.mm

第五章滚动轴承的选择及计算

5.1高速轴的轴承：

1．求两轴承受到的径向载荷

2、轴承30206的校核

1）径向力

Fr1=Fr2=1000N

2）派生力

F=0N

3）轴向力

由于，Fa1/Fr1=0,故x1=1,y1=0

所以轴向力为Fa=5000N，

4）当量载荷

由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

Fa1/Fr1=0故x1=1,y1=0

5）轴承寿命的校核

Lh=16667/n（ft•C/P2）ε=2.3x107（h）

5.2中间轴1的轴承：

1、轴承32214的校核

1）径向力Fr1=Fr2=8000N

2）派生力F=0N

3）轴向力轴向力为Fa=0N，

4）当量载荷

由于Fa1/Fr1=0故x1=1,y1=0,所以，取fp=1.1

由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为

P1=fp（x1Fr1+y1FA1）

=1.1x（1x8000+0）=8800N

5）轴承寿命的校核

Lh=16667/n（ft•C/P2）ε=3.4x107（h）

第六章传动件的设计计算

6.1．选精度等级、材料及齿数:

1）材料及热处理；

选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。

2）精度等级选用7级精度；

3）试选小齿轮齿数z1＝20，大齿轮齿数z2＝100的；

4）选取螺旋角。

初选螺旋角β＝14°

2．按齿面接触强度设计

因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算

按式试算，即 

dt≥50

1）确定公式内的各计算数值

（1）试选Kt＝1.6

（2）由图选取区域系数ZH＝2.433

（3）由表选取尺宽系数φd＝1

（4）由图查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，则εα＝εα1＋εα2＝1.62

（5）查得材料的弹性影响系数ZE＝189.8Mpa

（6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1＝600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2＝550MPa；

（7）由式计算应力循环次数

N1＝60n1jLh＝60×192×1×（2×8×300×5）＝3.32×10e8

    N2＝N1/5＝6.64×107

（8）查得接触疲劳寿命系数KHN1＝0.95；KHN2＝0.98

（9）计算接触疲劳许用应力

 取失效概率为1％，安全系数S＝1，由式得

    [σH]1＝＝0.95×600MPa＝570MPa

    [σH]2＝＝0.98×550MPa＝539MPa

    [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5Mpa

2）计算

（1）试算小齿轮分度圆直径d1t

d1t≥67.85

（2）计算圆周速度

v=0.68m/s

（3）计算齿宽b及模数mnt

b=φd1t=167.85mm=67.85mm

mnt=3.39

h=2.25mnt=2.253.39mm=7.63mm

b/h=67.85/7.63=8.89

（4）计算纵向重合度εβ

　　　　　　εβ==0.318×1×tan14=1.59

（5）计算载荷系数K

   已知载荷平稳，所以取KA=1

根据v=0.68m/s,7级精度，由图查得动载系数KV=1.11；

由表查的KHβ的计算公式和直齿轮的相同，

故   KHβ=1.12+0.18（1+0.61）11+0.231067.85=1.42

由表查得KFβ=1.36

由表查得KHα=KHα=1.4。

故载荷系数

    K=KAKVKHαKHβ=11.031.41.42=2.05

（6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式得;

    d1=73.6mm

（7）计算模数mn

   mn=3.74

3．按齿根弯曲强度设计

由式

     mn≥100Mpa

1）确定计算参数

（1）计算载荷系数

K=KAKVKFαKFβ=11.031.41.36=1.96

（2）根据纵向重合度εβ=0.318φdz1tanβ=1.59，

查得螺旋角影响系数 Yβ＝0。

88

（3）计算当量齿数

z1=z1/cosβ=20/cos14=21.89

  z2=z2/cosβ=100/cos14=109.47

（4）查取齿型系数

由表查得YFa1=2.724；Yfa2=2.172

（5）查取应力校正系数

由表查得Ysa1=1.569；Ysa2=1.798

（6）计算[σF]

σF1=500MpaσF2=380MPa

KFN1=0.95KFN2=0.98

[σF1]=339.29Mpa[σF2]=266MPa

（7）计算大、小齿轮的并加以比较

m=0.0126

m=0.01468

   大齿轮的数值大。

2）设计计算

mn≥=2.4

mn=2.5

4．几何尺寸计算

1）计算中心距

z1=32.9，取z1=33

z2=165

a=255.07mm

a圆整后取255mm

2）按圆整后的中心距修正螺旋角

β=arcos=1355’50”

3）计算大、小齿轮的分度圆直径

d1=85.00mm

d2=425mm

4）计算齿轮宽度

    b=φdd1

b=85mm

B1=90mm，B2=85mm

5）结构设计

以大齿轮为例。

因齿轮齿顶圆直径大于160mm，而又小于500mm，故以选用腹板式为宜。

其他有关尺寸参看大齿轮零件图。

第七章连接件的选择及润滑

7.1键连接的选择及校核计算

 代号  直径32（mm）  工作长度150（mm）  工作高度7（mm）  

转矩400.5（N•m）  极限应力56（MPa）

高速轴  8×7×60（单头）  25  35  3.5  39.8  26.0

  12×8×80（单头）  40  68  4  39.8  7.32

中间轴  12×8×70（单头）  40  58  4  191  41.2

低速轴  20×12×80（单头）  75  60  6  925.2  68.5

  18×11×110（单头）  60  107  5.5  925.2  52.4

由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为，所以上述键皆安全

7.2连轴器的选择

由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。

二、高速轴用联轴器的设计计算

由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，

计算转矩为

所以考虑选用弹性柱销联轴器TL4（GB4323-84），但由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用TL5（GB4323-84）

其主要参数如下：

材料HT200

公称转矩217Nm

轴孔直径38cm，

轴孔长10cm，

装配尺寸857cm

半联轴器厚7cm

三、第二个联轴器的设计计算

由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为，

计算转矩为

所以选用弹性柱销联轴器TL10（GB4323-84）

其主要参数如下：

材料HT200

公称转矩

轴孔直径

7.3减速器附件的选择

通气器

由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用M18×1.5

油面指示器

选用游标尺M16

起吊装置

采用箱盖吊耳、箱座吊耳

放油螺塞

选用外六角油塞及垫片M16×1.5

7.4润滑与密封

一、齿轮的润滑

采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。

二、滚动轴承的润滑

由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。

三、润滑油的选择

齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。

四、密封方法的选取

选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。

密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。

轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。

第八章减速器装配图的绘制及技术说明

8.1装备图的总体规划

（1）、视图布局：

①、选择3个基本视图，结合必要的剖视、剖面和局部视图加以补充。

②、选择俯视图作为基本视图，主视和左视图表达减速器外形，将减速器的工作原理和主要装配关系集中反映在一个基本视图上。

布置视图时应注意：

a、整个图面应匀称美观，并在右下方预留减速器技术特性表、技术要求、标题栏和零件明细表的位置。

b、各视图之间应留适当的尺寸标注和零件序号标注的位置。

（2）、尺寸的标注：

①、特性尺寸：

用于表明减速器的性能、规格和特征。

如传动零件的中心距及其极限偏差等。

②、配合尺寸：

减速器中有配合要求的零件应标注配合尺寸。

如：

轴承与轴、轴承外圈与机座、轴与齿轮的配合、联轴器与轴等应标注公称尺寸、配合性质及精度等级。

③、外形尺寸：

减速器的最大长、宽、高外形尺寸表明装配图中整体所占空间。

④、安装尺寸：

减速器箱体底面的长与宽、地脚螺栓的位置、间距及其通孔直径、外伸轴端的直径、配合长度及中心高等。

（3）、标题栏、序号和明细表：

①、说明机器或部件的名称、数量、比例、材料、标准规格、标准代号、图号以及设计者姓名等内容。

查GB10609.1-1989和GB10609.2-1989标题栏和明细表的格式。

②、装备图中每个零件都应编写序号，并在标题栏的上方用明细表来说明。

（4）、技术特性表和技术要求：

①、技术特性表说明减速器的主要性能参数、精度等级、表的格式参考[3]P108表7-3，布置在装配图右下方空白处。

②、技术要求包括减速器装配前、滚动轴承游隙、传动接触斑点、啮合侧隙、箱体与箱盖接合、减速器的润滑、试验、包装运输要求。

8.2绘制过程

（1）、画三视图：

①、绘制装配图时注意问题：

a先画中心线，然后由中心向外依次画出轴、传动零件、轴承、箱体及其附件。

b、先画轮廓，后画细节，先用淡线最后加深。

c、3个视图中以俯视图作基本视图为主。

d、剖视图的剖面线间距应与零件的大小相协调，相邻零件剖面线尽可能取不同。

e、对零件剖面宽度的剖视图，剖面允许涂黑表示。

f、同一零件在各视图上的剖面线方向和间距要一致。

②、轴系的固定：

a、轴向固定：

滚动轴承采用轴肩和闷盖或透盖，轴套作轴向固定；齿轮同样。

b、周向固定：

滚动轴承采用内圈与轴的过渡配合，齿轮与轴除采用过盈配合还采用圆头普通平键。

查[3]P258~259得中速轴齿轮键为10x8x22GB1096-79（90），低速轴齿轮键为GB1096-79（90），14x9x36。

（2）、润滑与密封:

①、润滑：

  齿轮采用浸油润滑。

参考[1]P245。

当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离≥30~60mm。

参考[1]P310。

轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。

②、密封：

防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。

查[4]P383表10-37，高低速轴密封圈为：

唇形密封圈（FB型）GB/T9877.1-1998。

（3）、减速器的箱体和附件：

①、箱体：

用来支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供封闭工作空间，防止外界灰砂侵入和润滑逸出，并起油箱作用，保证传动零件啮合过程良好的润滑。

   材料为：

HT200。

加工方式如下：

 加工工艺路线：

铸造毛坯→时效→油漆→划线→粗精加工基准面→粗、精加工各平面→粗、半精加工各主要加工孔→精加工主要孔→粗、精加工各次要孔→加工各紧固孔、油孔等→去毛刺→清洗→检验

②、附件：

包括窥视孔及窥视孔盖、通气器、轴承盖、定