950軋機設(shè)計說明書

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁1.緒論1.1設(shè)計的選題背景軋鋼生產(chǎn)時將鋼錠或鋼坯軋制成鋼材的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。用軋制方法生產(chǎn)鋼材，具 有生產(chǎn)率高、品種多、上產(chǎn)過程連續(xù)性強、易于實現(xiàn)機械化自動化等優(yōu)點。因此， 它比鍛造、擠壓、拉拔等工藝得到更廣泛地應(yīng)用。目前，約有90%勺鋼都是經(jīng)過 軋制成材的。有色金屬成材，主要也用軋制方法?！?】目前我國處在新老交替的鋼鐵生產(chǎn)體系中，初軋機在軋鋼生產(chǎn)中的作用仍無 法替代，初軋機仍具有著十分重要的作用。1.2軋機國內(nèi)外發(fā)展的研究現(xiàn)狀、成果、發(fā)展趨勢1.2.1軋機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及成果從16世紀(jì)人類開始軋鋼發(fā)展到今天，經(jīng)過了漫長的過程。在1530年或1532年,依尼雪在

2、拿伯格（Nnrmberg）發(fā)明了第一個用于軋鋼或軋鐵的軋機， 緊接著，1782年，英國的約翰彼尼（John -payne在有倆個刻成不同形狀的孔型的軋輥 的軋機中加工鍛造棒材。1759年，英國的托馬斯 伯勒克里（ThomasBlockley） 取得了孔型軋制的另外一個專利，在歷史上標(biāo)志著型鋼生產(chǎn)正式開始。軋鋼機械的分類。軋鋼機械可按所軋輥的材料分為軋輥鋼材的和軋輥鋁、銅 等有色金屬的兩類。各類軋機的工作原理和主要結(jié)構(gòu)基本相同，只是軋輥的溫度、 壓力和速度有所差異。軋機中使用最多的是軋鋼機。軋機又可分為半成品軋機和 成品軋機。半成品軋機主要是開坯機，包括初軋機、板坯軋機和鋼坯軋機。隨著 連鑄機的

3、逐步推廣，某些裝有連鑄機的鋼廠已不再使用開坯機開坯。成品軋機有 型材軋機、軌梁軋機、線材軋機、厚板軋機、薄板軋機、帶材軋機、箔帶軋機、 無縫管軋機、銅板軋機、鋁板軋機和某些特殊軋機。它們的主要區(qū)別是軋輥的布 置和輥的形狀不同，并且在精度、剛度、強度和外形尺寸上也有很大的差別。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁1.2.2初軋機的發(fā)展趨勢總的來說，軋鋼機械向著大型、連續(xù)高速和計算機控制方向發(fā)展。初軋機的發(fā)展，在發(fā)展連鑄的同時，國外仍在新建或擴(kuò)建初軋機，以擴(kuò)大開 坯能力。這是由于開坯機具有產(chǎn)品變化靈活，便于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，如日本1969年有三臺板坯初軋機和一臺方坯初軋機投入生產(chǎn)。至1970年止，世界

4、上有初軋機達(dá)200多臺。擁有初軋機最多的國家為美國 達(dá)130臺，日本42臺，絕大部分為二輥可逆式軋機，開坯能力達(dá)3億噸以上。七十年代的初軋機軋輥直徑增大到1500毫米。我國擁有1000毫米以上大型初軋機七套，還有750850毫米小型初軋機八 套，主要用于合金鋼廠，為數(shù)不多的650毫米軋機是中小鋼廠的主要開坯設(shè)備。1959年我國開始自行設(shè)計制造開坯機，以制成的開坯機有700、750、825、850/650、1150等毫米初軋機。1.3壓下系統(tǒng)的研究與應(yīng)用壓下裝置也稱上輥調(diào)整裝置，主要作用是通過對上輥的調(diào)整，辦證軋件給定 的壓下量軋出所要求的斷面尺寸， 以及有槽軋輥對準(zhǔn)孔型，在連軋機上，還要調(diào) 整

5、各機座間軋輥的相對位置。壓下系統(tǒng)的分類及作用：1）快速壓下系統(tǒng)：習(xí)慣上把不“帶鋼”壓下的壓下裝置稱為快速壓下裝置， 一般其壓下速度大于1mm/s這種裝置主要用于可逆式熱軋機上，如初軋機、板 坯軋機及中厚板軋機。2）電動雙壓下裝置：這是較舊式軋機上的一種電動壓下裝置，該壓下裝置 具有粗調(diào)與精調(diào)兩個壓下系統(tǒng)。個系統(tǒng)分別有各自的電動機和減速器。3）電一液雙壓下裝置：常見的有兩種。一種是在帶有常規(guī)電動壓下裝置上， 把壓下螺母下端與一扁形齒輪固結(jié)在一起構(gòu)成的。另一種是粗調(diào)仍為電動壓下，精調(diào)則利用設(shè)置在壓下螺絲與上軸承之間或在下橫梁與下軸承座間的液壓缸來 實現(xiàn)。4）全液壓壓下裝置：該裝置主要包括：主液壓缸

6、，檢測輥縫值的位置傳感 器及電液伺服閥等。 他取消了傳統(tǒng)的電動壓下機構(gòu)， 輥縫的調(diào)節(jié)量完全靠設(shè)置在 上 （下） 橫梁與上 （下）軸承座間的液壓缸來完成。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁1.4壓下系統(tǒng)的研究內(nèi)容及方法鋼錠在加熱爐中加熱后，被送到初軋機前的收料輥道上，經(jīng)輸入輥道和工作 輥道送至出軋機軋制。鋼錠在初軋機上經(jīng)過多道次的軋制， 每經(jīng)過一個道次的軋 制，壓下系統(tǒng)調(diào)整軋孔形狀再繼續(xù)下一個道次的軋制。 鋼錠低速咬入，在軋制過 程中加速，再減速將鋼錠拋出。設(shè)計方法主要有包括：1.設(shè)計方案的確定和評述；2.壓下系統(tǒng)參數(shù)的計算與電動機的選擇并校核，減速器與聯(lián)軸器選擇計算等；3.主要零部件強度計算：重

7、點是蝸輪蝸桿、壓下絲杠螺母強度計算與校核等；4.潤滑、密封、安裝及設(shè)備可靠性與經(jīng)濟(jì)性評價；5.繪制工程圖紙（總裝配圖1張、部件裝配圖23張、零件圖35張，折成A1不少于6張。所繪圖紙全部采用計算機繪圖。另繪制三位零件圖1張）；6.編制設(shè)計說明書。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁.設(shè)計方案確定950二輥可逆軋機屬于型鋼粗軋開坯軋機，軋制原料尺寸為280m材380mm勺方坯，經(jīng)7道軋制后得到160mrhC 200mm勺方料，其特點是主傳動 電機可正反轉(zhuǎn)，壓下調(diào)整距離大，調(diào)節(jié)速度快，精度要求不高。由于軋輥磨 損大，故軋機壓下調(diào)節(jié)十分頻繁。因此采用快速電動壓下裝置?！?】1-電動機2-聯(lián)軸器3-減速器

8、4-壓下螺絲5-蝸輪蝸桿部分圖 2.1 壓下機構(gòu)簡圖2.1壓下系統(tǒng)傳動裝置壓下機構(gòu)按照軋機的類型、產(chǎn)品精度以及生產(chǎn)率要求不同可分為：手動壓下 機構(gòu)、電動壓下機構(gòu)、電-液壓下機構(gòu)和全液壓壓下機構(gòu)等。手動壓下裝置結(jié)構(gòu) 簡單、造價低，但工人勞動強度大，一般用于生產(chǎn)率低及不經(jīng)常調(diào)整的軋機上。電動壓下機構(gòu)主要用于壓下螺絲的移動速度約超過10.2mm/s的初軋機、板坯軋機及中厚板軋機上，以及移動速度小于10.2mm/s的薄的板帶軋機上。電-液和全液壓壓下機構(gòu)是屬于現(xiàn)代化軋鋼機上的一種先進(jìn)的壓下機構(gòu)（尤其是后 者），多用于高速連續(xù)式冷軋與熱軋薄板軋機和帶鋼軋機上。本設(shè)計采用電動壓下裝置，700水平軋機屬于初

9、軋機，要求精度不高，所以遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁采用快速電動壓下裝置。2.1.1壓下電動機類型的選擇電動機分為交流電動機和直流電動機兩類。 交流電動機主要由一個用以產(chǎn) 生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組 和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的。直流電動機的調(diào)速性 能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要， 人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、 平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實 現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，都 用直流電動機拖動。所以本設(shè)計

10、選擇直流電動機。2.1.2減速器類型的選擇減速機按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器、行星輪減速器。本設(shè)計采用蝸輪蝸桿減速器，蝸輪蝸桿減速器是一種具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大,以及在一定條件下具有自鎖功能的傳動機械，且工作平穩(wěn)、噪聲較小。在傳遞中可以改變90度方向。另外兩種減速器的傳動比小，不能滿足快速壓 下的要求。2.1.3聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是用來連接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同 旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還 有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。 聯(lián)軸器還具有一定的緩沖減震 性能。 在近代軋鋼機或大型軋鋼機的傳動系統(tǒng)中，廣泛地采用齒輪聯(lián)

11、軸器。 這是因為齒輪聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，制造容易并具有很高的精度，摩 擦損失小，能傳遞很大的扭矩，有良好的補償性能和一定程度的彈性等特 點。所以本設(shè)計采用齒輪聯(lián)軸器?！?】2.2壓下螺絲和壓下螺母壓下螺絲與壓下螺母是電動壓下裝置中的關(guān)鍵零件。一般螺母自下向 上裝在機架上遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁橫梁中部的階梯孔中，壓下驅(qū)動力矩通過壓下螺絲尾部。轉(zhuǎn) 動壓下螺絲，使其在與機架上橫梁靜止的螺母約束中上下移動，實現(xiàn)軋輥 的上下調(diào)整?！?】2.2.1壓下螺絲壓下螺絲一般由頭部、本體和尾部三部分組成。頭部與上軋輥軸承座接觸， 承受來自輥頸的壓力和上輥平衡裝置的平衡力。為了防止上輥平衡裝置的過平衡

12、力，防止端部在旋轉(zhuǎn)時磨損并使上輥軸承具有自動調(diào)位能力。一般壓下螺母均承受巨大的軋制力，因此要選用高強度的材料來制造，同時由于壓下螺母和蝸輪是 一體的，因而也選擇ZCuAI10Fe3。2.2.2壓下螺母壓下螺母是軋鋼機機座中重量較大的易損零件。螺母通常用貴重的高強度青銅(ZQA19-4、ZQSn8-12、ZQSn10-1)或黃銅(ZHA166-6-3-2)鑄成。為了節(jié)省青銅，近年來在大型軋機上廣泛使用組合式螺母。加箍的螺母比 較經(jīng)濟(jì)，在初軋機及厚板軋機上的使用情況證明，其工作性能不亞于整體 鑄青銅螺母。所以材料為無錫青銅ZQAL9-4的雙鑲套螺母?！?】遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁3.軋制力

13、能參數(shù)的確定設(shè)計參數(shù)：軋制材料：20CrM nTiH軋輥轉(zhuǎn)速：070-120 r ./min原料尺寸：280mmX380mm成品規(guī)格：160mmX200mm3.1軋制力的計算3.1.1軋輥主要尺寸的確定壓下量Lh=330-270=50 mm；咬入角=19所以cos -0.9455；軋輥輥身直徑D=50=917mm(3.1)1 - ：1 -0.9455所以工作直徑取950mm軋輥長度L根據(jù)實際工作情況，取為L=2500mm;軋輥輥徑的直徑d和長度I: 一般近似的認(rèn)為軋輥輥徑的直徑與輥身的直徑存在 如下的關(guān)系：d=(0.50.55)D(3.2)所以d=0.5X950=522.5 mm;取輥徑為56

14、0。而且I與d的關(guān)系是1d= (0.831.0) 取l=250 mm;梅花接軸的軸頭直徑d1=d-(1015)(3.3)代入具體數(shù)值d1=250-10=240mm;遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁3.1.2孔型布置3.2平均單位壓力大量的試驗資料證實，開坯(包括初軋)、型鋼、線材軋機的軋制壓力，采 用愛克隆德坯鑄規(guī)格：280 x380道次孔型指針讀數(shù)端面尺寸壓下量寬展量高度寬度03802801I180330502I120270K30060203I100240604I30180K30060305II110240606II60190K20050207II301602004010表3.1壓下規(guī)程單位

15、：mm遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁公式計算與實測結(jié)果比較接近。950水平軋機用于軋制成120mmx120mm勺初軋方坯，屬于型鋼軋機。在型鋼軋機軋制的過程中，軋件被迫寬展， 同時又限制軋件的寬展，產(chǎn)生側(cè)向壓縮和較大的摩擦力。根據(jù)參考文獻(xiàn)1，公式2-103愛克隆德公式計算單位壓力：Pm= 1 m km：；(3.1)式中：m考慮外摩擦對單位壓力的影響系數(shù)；k軋制材料在靜壓縮時變形阻力，MPan軋件粘性系數(shù)，kgs/mnl;卩一變形系數(shù)，s。確定影響系數(shù)mm = 1.6AjR(hohi)1.2(hohi)(3.2)(ho + hi)式中：卩一摩擦系數(shù)：本設(shè)計軋輥材料為鑄鋼，故尸1.05-0.00

16、05 t,軋制溫度t=1000C，代入得 尸0.55；h。、hi軋制前后軋件的高度，mmR軋輥半徑：R=475mm將已知數(shù)代入式(3.2)中得：m=0.15；變形阻力k的確定：利用L.甫培熱軋方坯試驗數(shù)據(jù)知：k= ；140.01t 1.4 c Mn 0.3 Cr丨9.8(3.3)式中：t軋制溫度，C;3(c)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%3(Mn)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%3(Cr)鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%本設(shè)計的軋制材料為20CrMnTiH，含碳量0.2%,含錳為1.0%,含鉻為1.2%。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁代入公式(3.3)得：k=55.01軋件的粘度系數(shù)n:n=0.01(14-0.01 t)c(3.4)式中

17、：c考慮軋制速度對n的影響。軋制速度：V = JD =1.74m60/s軋制速度v與c對應(yīng)值如下：表 3.1 軋制速度一一系數(shù) c軋制速度 v/ (m s-1)661010 1515 20系數(shù) c1.00.80.650.60所以取c=1.0代入公式(3.4)得：n=0.04遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁式中：v軋制速度，mm/s；R 軋輥半徑；ho，hi軋制前后軋件的高度，mm將m、k、n卩代入公式（3.1）得：=(1+0.15) (55.01+0.04X2.47)=63.38MPa3.3計算總軋制力軋件與軋輥的接觸面積為：F覽藥2式中：I接觸弧長度的水平投影；b。、b1軋制前后軋件的寬度。

18、計算接觸面積實質(zhì)上是計算接觸弧長度， 對于軋制中厚板、板坯、方坯及異 型斷面軋件一般不考慮軋制時軋輥產(chǎn)生彈性壓扁想象。軋制板材（中厚板）、板坯、方坯時在兩個軋輥直徑相同的情況下，接觸弧 長度的水平投影為：(3.7)式中：R軋輥半徑;Ah壓下量。hh1500-2.47(3.5)(3.6)32 1.74 10遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁代入式（3.6）、（3.7）中得:I =R h = 475 60 = 168.81mmI =280 220168.81 = 42202.5mm2遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁軋制力的計算：p=pmF=63.38X42202.5=2674.79KN3.4軋制力矩

19、的計算簡單軋制時，除了軋輥給軋件的力外，沒有其他的外力。兩個軋輥對軋件的法向力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，且作用在一條直線上，該直線垂直于軋制中心線，軋件才能平衡，如圖3.1為各力Mk二MzMf1= P a J(3.8)式中：p 軋制力；P=2674.79KNa軋制力力臂；p軋輥軸承處摩擦圓半徑。1.求a、p：Da sin -(3.92遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁Q)(3.10)2式中：D 軋輥直徑；D=950mmd軋輥軸頸直徑；d=560mm遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁B合力作用點的角度；卩一軋輥軸承摩擦系數(shù)，對于滾動軸承 卩=0.004采用采利柯夫

20、公式* =得：0(P=屮儀式中：屮-力臂系數(shù)，對于熱軋，取屮=0.5;a -咬入角，心=arccosJ 2R丿代入數(shù)據(jù)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.求驅(qū)動力矩：單輥驅(qū)動力矩：Mk二Pa J =2674.79 84.36 1.9 = 230727.38N m雙輥驅(qū)動力矩：M=2Mk=2 230727.38 =461454.76N m(3.11)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.壓下裝置的設(shè)計及計算4.1壓下螺絲的設(shè)計計算4.1.1壓下螺絲螺紋外

21、徑的確定壓下螺絲一般由頭部、本體和尾部三部分組成。它的基本參數(shù)是螺紋部分的 外徑d和螺距t，可按照國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取。壓下螺絲的外徑由最大軋制力決定。由于壓下螺絲的細(xì)長比很小，其縱向彎曲可忽略不計，由于壓下螺絲和軋輥輥徑 承受同樣大小的軋制力，因此，證明二者存在著以下的關(guān)系：d=( 0.550.62 ) dg(4.1)式中：d壓下螺絲外徑；dg輥頸直徑；取d =0.62dg=0.62 560 = 347.2mm，取d =400mm對初軋機來說，螺距t =(0.120.16)d取t =0.13d =0.13漢560 =72.8mm，由于螺紋的形狀與制造原因選擇t =32mm選 取d1=344mm4

22、.1.2壓下螺絲螺紋外徑的確定由螺紋外徑d確定出其內(nèi)徑d1后，便可以按照強度條件對壓下螺絲進(jìn)行強 度校核。(4.2)式中：二j壓下螺絲中實際計算應(yīng)力，(N/mr);R壓下螺絲所承受的軋制力，(KN；I 壓下螺絲材料的強度極限，(N/mm);遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁二b=600 700MPa。n壓下螺絲的安全系數(shù)。通常選用：n一6所以：卜丄 工二（600700）/6=（100120）MPan將已知數(shù)代入公式(4.2):v!，即壓下螺絲滿足強度要求。4.1.3壓下螺絲端部形狀的選擇壓下螺絲止推端得球面有凸形和凹形兩種。在本設(shè)計中選擇凹形球面，因為 這樣的形狀不但自位性好，而且又能防止青銅止

23、推墊產(chǎn)生的拉應(yīng)力， 因此大大的 提高了青銅止推墊塊的使用壽命，減少了有色金屬的消耗。 6 壓下螺絲的強度極限；壓下螺絲材料為(4.3)42CrMo,其強度極限4Rd14 1293.67二1902= 45MPan遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.1.4壓下螺絲傳動力矩的計算1-壓下螺絲2-壓下螺母3-球面墊圖 4.1 壓下螺絲受力平衡圖轉(zhuǎn)動壓下螺絲所需的靜力矩也就是壓下螺絲的阻力矩，它包括止推軸承的摩擦力矩和螺紋之間的摩擦力矩。其計算公式為：d2M=M1PAtani： MM2（4.4）2式中：d2 螺紋中經(jīng)；查標(biāo)準(zhǔn)得d2=376mmP螺紋上的摩擦角，即p=arctan卩2,卩2為螺紋接觸面得摩

24、擦系數(shù)，一般取arctan:0.1，故=5 42 = 5.71；a螺紋升角，壓下時取正號，提升時用負(fù)號，t為螺距；計兀d遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁算得：321.46；兀d兀匯400P1作用在一個壓下螺絲上的力；M1止推軸承的阻力矩；遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁M2螺紋摩擦阻力矩。對于實心軸頸，止推軸承阻力矩M為:d3/、Mf- 1P1-3（4.5）3式中：d3 壓下螺絲止推軸頸，d3=300mm叫對滑動止推軸頸 叫=0.102由于在處理壓下螺絲的阻塞事故時，壓下螺絲所受的力大約是正常軋制力的1.62.0倍，故：PPi2二P =8563.82KN2將數(shù)據(jù)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壓下電機的選擇4.2.1壓下電機功率的計算每個壓下螺絲的傳動電動功率為:Mn(4.6)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁9550i式中：M傳動壓下螺絲的靜力矩；n電機的額定轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；I傳動系統(tǒng)總速比；n傳動系統(tǒng)總的機械效率，根據(jù)參考文獻(xiàn)5，表4.29，蝸輪蝸桿傳動效率0.750.82取0.8，聯(lián)軸器的效率為0.99，軸承效率為0.99，所以總的效率為：總二蝸桿2聯(lián)軸器2軸承=0.820

26、.9920.99 = 0.6210遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁查工藝技術(shù)規(guī)程（鞍鋼一煉鋼廠連軋作業(yè)區(qū)）知軋輥最大移動速度為:Vmax=1mm/s故壓下螺絲額最大轉(zhuǎn)速為：I總一第一級蝸輪副傳動比，i總=26.5；電機轉(zhuǎn)數(shù)：n=n i = 1.875 26.5 = 49.69r / min將已知數(shù)代入公式（4.6）中得：171.3 49.699550 26.5 0.6210所以壓下電機的總功率為：N總=2 54 =108KW總、取電機的安全系數(shù)為2,則N額二2 108 =216KW4.2.2壓下電機的選擇由參考文獻(xiàn)7，附表4037，根據(jù)電機的功率及額定轉(zhuǎn)數(shù)選用型號為ZZJ814型電機，其額定轉(zhuǎn)

27、數(shù)ne=400rmin-1，額定功率為Ne=200KW選用電機滿 足要求。4.3壓下螺母的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計當(dāng)壓下螺絲的外徑d、螺距t及螺紋形狀確定以后，壓下螺母的d、t和螺紋 形狀也確n60VmaX=1.875r/min32Mn9550i= 54KW遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁定了，所以只要確定壓下螺母的高度H和外徑D。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.3.1壓下螺母高度H的確定由于壓下螺母的材料通常都是選用青銅，對于這種材料其薄弱環(huán)節(jié)是擠壓強 度比較低，因此，壓下螺母高度H應(yīng)按照螺紋的擠壓強度來確定。其擠壓強度 條件如下：4R22Zd -2、)式中：p螺紋受力面上的單位擠壓應(yīng)力（N/mm）

28、；Ri軸頸上（壓下螺絲上）的最大壓力（N；Z壓下螺母中的螺紋圈數(shù)；d壓下螺絲的螺紋外徑（mrh；di 壓下螺絲的螺紋內(nèi)徑（mr）；S壓下螺母與螺絲的內(nèi)徑之差（mm；p壓下螺母材料的許用單位壓力（N/mrr）0通常H可預(yù)選：H =（1.22）d =（1.22）X400 =（480800）mm根據(jù)實際需要選取H =600mm因為H =Zt；所以=18.75，對于青銅t 32p=6 080Mp將已知數(shù)代入公式（4.8）得：恥8563.8218.75 4002-(344-2 104)2驗算所選用的螺母的高度H滿足擠壓強度要求4.3.2壓下螺母的外徑D的確定作用在壓下螺絲上的軋制力通過壓下螺母與機架上橫

29、梁中的螺母孔德接觸面?zhèn)鹘o了機架。因此，壓下螺母的外徑應(yīng)按其接觸面得擠壓強度來確定它的外徑：4p-p（4.9）（D-D12）p(4.8)4RZ二d2- -2、)2= 4.11Mp _p遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁式中：p壓下螺母接觸面上的單位壓力（N/mrr）；R1壓下螺母上的最大作用力（N）；遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁D 壓下螺母的外徑(mr)Di壓下螺絲通過的機架上橫梁孔的直徑(mr)p壓下螺母材料的許用擠壓應(yīng)力，對青銅p=6080Mp對于D可由下面的經(jīng)驗公式確定：D=( 1.51.8 )d(4.10)D =(1.51.8)d =(1.51.8)X400=(600700) 取D =

30、650mm將已知數(shù)代入公式(4.9)得：4 8563.82二0.04Mp _ p因此，壓下螺母的外徑D滿足擠壓強度要求4.3.3壓下螺母材料的選用壓下螺母是軋鋼機機座中重量較大的易損零件。所以要選用強度高的無錫青銅ZQA19-4的螺母。14R2 2-：(DD1)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.4蝸輪與蝸桿的設(shè)計4.4.1蝸輪的設(shè)計1.根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸輪（ZI）2.選擇蝸輪材料考慮到蝸桿傳遞功率不大，旋轉(zhuǎn)速度中等，因此，可選用蝸桿材料為45#鋼, 雖然蝸輪滑動速度不大。效率要求也不是太高，但是考慮到蝸輪和壓下螺母是一 體的，因此蝸輪選用材料鑄造鋁鐵青銅（Z

31、CuAI10Fe3）。鋁鐵青銅的耐磨性差一 些，但價格便宜，一般用于滑動速度小的傳動。3.蝸輪設(shè)計應(yīng)按齒面接觸疲勞強度計算根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，再校核齒 根彎曲疲勞強度。由參考文獻(xiàn)6，公式11-12傳動中心距為：(4.11)（1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)6PT 755 106（4.12）n式中：p輸入蝸桿的功率，（Kvy；n蝸桿軸的轉(zhuǎn)數(shù)，（rmin-1）；i蝸輪蝸桿傳動比。按乙=2,效率n=0.73，將已知數(shù)代入公式（4.12）得：6P遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁T =9.55 10n= 9.55 106200= 4.75 106N mm400（2）確定載

32、荷系數(shù)K因為壓下裝置是不“帶鋼”，載荷穩(wěn)定，取載荷分布不均勻系數(shù)& =1；由于載荷分布不均勻、沖擊小、啟動次數(shù)中等、啟動載荷較大，所以，根據(jù)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁參考文獻(xiàn)6，表11-5，選取使用系數(shù)K=1.15。又由于轉(zhuǎn)數(shù)不高、沖擊不大，根據(jù)參考文獻(xiàn)7，圖10-8，選取動載荷系數(shù)K=1.05。載荷系數(shù):K二KAK 1 Kv=1.15 1 1.05 = 1.21。(3)確定彈性影響系數(shù)ZE根據(jù)選用的材料為青銅和鋼蝸桿相搭配，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表10-6查得ZE=320Mp(4)確定接觸系數(shù)Zp先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1與中心距a之比為也=0.35，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，a圖10-18查得

33、Z=2.9(5)確定許用接觸應(yīng)力(H根據(jù)蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅(ZCuAI10Fe3，由于最大滑行速度Vs乞2m s1，所以根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表11-6查得：=140Mp取蝸輪壽命為10000小時，那么應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N =60 j n2Lh400 =60 1 1000026.5-6=9.05X10壽命系數(shù):許用接觸應(yīng)力:(4.13)(4.14)(4.15)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁(6)計算中心距，將已知數(shù)代入公式(4.11)得:z、2320漢2.9 :-I141.4丿取中心距a=640mm因為傳動比i =26.5，取模數(shù)m=20，蝸桿分度圓直徑LKHN丨=1.01 140=141.4Mp(

34、4.16)a - 3 1.01 4.75 106-591m m遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁di=205mm這時生=竺=0.32，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，圖11-18中可查得接觸系數(shù)a 640乙=2.56，所以ZPZP,上述結(jié)果可用4.蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸(1)蝸桿主要尺寸參數(shù)軸向齒距：pa - :m -二20 = 62.83mm直徑系數(shù)：q =8mm齒根圓直徑：da12ha12ha*m - c= 205 -2 (1 20 0.25)= 164.5mm齒頂圓直徑：df1=d12ha1=d12ha*m =205 2 1 20= 245mmZ2分度圓導(dǎo)程角：=arcta n1= arcta n

35、 =14.0362 =14 1835q811蝸桿軸向齒厚：m20 =31.42mm22(2)蝸輪主要尺寸參數(shù)蝸輪齒數(shù)：Z2二Z12 53 =106= 1060 2 201 -0.5 0.25 = 1090mm蝸輪分度圓直徑：d2二mZ2=20 53 = 1060mma d1d2640 205 1060-=-蝸輪喉圓直：da2 22ha2二d22m1 -X2ham2m202 20蝸輪變位系數(shù)：x2遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁蝸輪齒根圓直徑：df2= d2_2hf2= d2-2m 1 - x2 ha= 1060-2 20 1 0.5 0.25 = 990mm蝸輪齒寬：B =0.75da1=0.

36、73 164.5 = 120mm1 1蝸輪咽喉母圓半徑：rg2二a- = da2=640 -11060 =110mm遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.4.2蝸輪的校核1.校核齒根彎曲疲勞強度二F蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：ZV2二-二一5358.24（4.17）cos扌cos 14.0362根據(jù)X2=0.375，乙2=58.24，有參考資料6，圖11-19知，齒形系數(shù)：YF 2= 3.5螺旋角系數(shù):根據(jù)文獻(xiàn)6，表11-8查的，蝸輪基本許用應(yīng)力t / - 90Mp.壽命系數(shù):= 1.53 1.21 4.75 106205 x 106020二6.37 ： tF1所以，蝸輪的齒根彎曲疲勞強度時滿足的1Y： =

37、114.0362140= 0.8997(4.18)106“83=9一，5.18 106KFN則蝸輪的許用彎曲應(yīng)力為：丨 -KFNLFI - 0.83 90 =74.7Mpa其齒根彎曲疲勞強度：(4.19)1.53KTd1d2m(4.20)3.5 0.8997遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁4.4.3熱平衡計算蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱 量不能及時散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專?從而增大摩擦損失，甚至 發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量 1等于同時間內(nèi)的散熱量 2的遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁條件進(jìn)行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定

38、的范圍內(nèi)。1.單位時間內(nèi)的發(fā)熱量=1000P 1.=1000 200 1 0.73A54JS，(4.21)式中：P蝸桿傳遞的功率；n蝸桿傳動的效率。2.單位時間內(nèi)的散熱量：2dSt-ta=30 457 500 10啟3t-20(4.22)式中：S內(nèi)表面能被潤滑油所濺到，而外表面又可以為周圍空氣所冷卻的箱 體表面面積，mi；：d箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，可取d=(8.1517.45)W/(m2-C)；t0油的工作溫度，一般限制在6070C,最高不應(yīng)該超過80C；ta周圍空氣的溫度，常溫情況下可取為20C。按熱平衡條件：=:：J2，可求得在既定工作條件下的油溫to為：(4.23)所以蝸桿傳動熱量滿足要求

39、1000P 1 -:dS=20_5430 457 500 10= 27.9 C : 80 C遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁5.主要零件的強度校核5.1蝸桿軸的強度校核5.1.1蝸桿所受載荷的計算切向力:2Tdi24.75 106205=4341.52 N亠丄宀亠2T 2述475疋106軸向力FaFt2 3892邸徑向力Fr1= Fr2二Ft2tan： =13892.86 tan20 = 5056.59N式中：T分別為蝸桿、蝸輪上的轉(zhuǎn)矩；d1、d2分別為蝸桿、蝸輪分度圓直徑。5.1.2蝸桿軸支點受力分析1.在豎直方向：FV1FV2二Fr1FV1267.5 -FV2267.5二Fa1山2由公式(

40、5.4)、(5.5)計算得：FV1=4605.73N , FV2=450.86N2.在水平方向：FH1FH= Ft1FH1267.5-FH2267.5 = 0由公式(5.8)、(5.9)計算得：FH1=FH2=2378.92N(5.1)(5.2)(5.3)(5.4)(5.5)(5.6)(5.7)各個力的方向和大小見圖5.1(b)、(d)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁5.1.3蝸桿軸上力矩的計算1.支點1對截面X的力矩M豎直方向：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則：M MV12MH12=一1232032.782636361.12= 1386672.35N mm2.支點2對截面X處的力矩M。豎直方向：水平方向:MV2=FV2 267.5 =450.86 267.5 =12060505N mmMH2二FH2267.5 = 2378.92 267.5 = 636361.1N mm則：Mi= .MV22MH22二120605.052636361.12= 647689 N mm各彎矩圖見圖5.1（c）（e）。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁圖 5.1 蝸桿軸彎矩圖、扭矩圖5.1.4按彎扭合成校核軸的強度1.進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大

42、彎矩和扭矩的截面（危險截面X）的強度。根據(jù)下面公式計算軸的應(yīng)力：b遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁Tx作用在蝸桿軸上的扭矩Tx=Ti =2 3.89 10614 0.80=347321.43N mm,xMcaxTxfJMI2+（GTx2C5、/ =-=-caXWxWx式中：a為應(yīng)力影響系數(shù)，脈動循環(huán)應(yīng)力時取a0.6；W軸的抗彎截面系數(shù)，單位口市W:0.1d3； |Tx見圖5.1(g)。將已知數(shù)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、據(jù)軸的材料有參考資料6,表15-1查得軸材料的許用彎曲應(yīng)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.由于川截面處彎矩較大，且軸頸較小，對此截面也按彎扭合成進(jìn)行校核如下，同樣用公式(5.8):_ Mcax2+ (aTxfJM/ +(GTXf7caB=-二-WxWx(660937.292+(0.6347321.43 )2_30.1 110=5.21M p a式中：MaB為川截面處的彎矩。(5.8)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁267.5140267.5140McaB=Mcax1386672.35 =660937.29N mm

44、267.5267.5同樣，7caB7-1，截面B也安全。3.同樣在U界面處雖然彎矩比B截面小，但是軸頸也比B小，因此，不能判斷U截面是否滿足強度要求。因此，還需要驗證，同理用公式(5.8):7caB=2.79 MPa式中：McaII為II截面處的彎矩。Mca訐-5Mc=x22.186672.3 116636N mm267.5267.5WI截面II處的抗彎截面系數(shù)，WII=0.1dn3同樣匚ca：J，所以截面II也是安全的遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁1.1. 5.1.5精確校核的疲勞強度1.判斷危險截面u截面和切截面軸徑相同，但切不受扭矩，只需驗證切截面。對于川截面， 受到扭矩較大，但所受彎

45、矩較川截面小。因此，無法判斷其 是否安全，也需要驗證。W、W截面都受鍵槽引起的應(yīng)力集中，因為W截面直徑與W截面的直徑 相同，但W不受扭矩。故只需驗證W截面。2.切截面校核(1)切截面抗彎截面系數(shù)：W =0.1d 0.1 953= 85737.5mm3(5.9)W截面抗扭截面系數(shù)：333Wy=0.2d3=0.2 95 -171475mm3(5.10)切截面所受的彎矩：22 522 5MVi=M264768954478.51N mm267.5267.5切截面上的扭矩：切截面上的彎曲應(yīng)力為:T =347321.43N mmMVI54478.51二b0.64 MpaW85737.5切截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力

46、:T347321.43T =2.03MpaWf171475式中：TT(2)軸的材料為45#鋼，調(diào)制處理，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表15-1查得:-B=640Mpa,； =175Mpa, y = 155Mpa遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁(3)W截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)：上和.根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁3-2查得：r=2=0.021,D=110=1.159。經(jīng)過差值后，得：d 95d 95:-2.19，:- 1.59又根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-1可得軸的材料的敏感系數(shù)：q：- = 0.81, q =0.85故有效應(yīng)力集中系數(shù)按下式計算得：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）根據(jù)文獻(xiàn)6，附圖3-2查得尺寸系數(shù)：丁二0.67；根據(jù)文獻(xiàn)6，附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：；=0.78；V軸按磨削加工，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù):軸未經(jīng)表面強化處理，取q =1；根據(jù)所有系數(shù)，得綜合影響系數(shù):便丄一1 1=3.010.670.921(5.12a)但丄-1匚2.010.870.921（5.12b）（4）根據(jù)參考文獻(xiàn)6，25頁知碳鋼的特性系數(shù)：=0.1 0.2，取二=0.1;=0.050.1,取 二0.05:二0.92遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁（5）

48、根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算安全系數(shù)Sca:-142.752753.01 0.64 0.1 0遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁(5.13a)(5.13b)(5.14)式中：S 安全系數(shù)，取S=1.51.8;所以切截面安全。3.川截面校核(1)m截面抗彎截面系數(shù)：333W=0.1d -0.1 110 -133100mm(5.15)川截面抗扭截面系數(shù)：州=0.2d3=0.2 110 266200mm3(5.16)川截面所受的彎矩：267.5-140267.5 -140MHI，= M26476895308711.58N mm267.5267.5川截面上的扭矩：T =347321.43N mm川截面上的彎曲應(yīng)力為

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遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：T347321.43T1.30MpaWT266200式中：T、T(2)軸的材料為45#鋼，調(diào)制處理，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表15-1查得:；B=640Mpa,二=175Mpa,.=155Mpa（3）m截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，和根據(jù)參考文獻(xiàn)6,表3-2查得：-20.081,D二160=1.45。經(jīng)過差值后，得：d 110d 110:-.=2.20

50、，:=1.95又根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-1可得軸的材料的敏感系數(shù)：q；- = 0.81, q =0.85故有效應(yīng)力集中系數(shù)按下式計算得：k ；T q；廠1=1 0.812.201 =1.97（5.17a）k廣1 q ： . -1=1 0.851.95-11=1.81（5.17b）根據(jù)文獻(xiàn)6，附圖3-2查得尺寸系數(shù)：=二0.65；根據(jù)文獻(xiàn)6，附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：；.=0.77；軸按磨削加工，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù):一：=0.92軸未經(jīng)表面強化處理，取j =1；遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁根據(jù)所有系數(shù)，得綜合影響系數(shù):凹丄一1 12.0.650.921(5.18a)

51、僖丄-1 2.440.770.921（5.18b）（4）根據(jù)參考文獻(xiàn)6，25頁知碳鋼的特性系數(shù)：巧：；=0.1 0.2，取巧=0.1;化=0.05 0.1，取化-0.05遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁(5)根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算安全系數(shù)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 安全系數(shù)，取S=1.51.8;所以川截面安全。4.V截面的校核(1)V截面抗彎截面系數(shù)：333W =o.1d3=0.1 85= 61412.5mm3(5.21)V截面抗扭截面系數(shù)：333WT=0.2d= 0.2 953

52、= 1228250mm3(5.22)V截面所受的彎矩：MV= ON mmV截面上的扭矩：T =347321.43N mmV截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：2753.12 2.32 0.1 0=38155_2.44 2.86 0.05 2.86= 21.77遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁式中：TT(2)軸的材料為45#鋼，調(diào)制處理，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表15-1查得:TWT347321.43122825=2.83Mpa遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁；B=640Mpa,二=175Mpa,.=155Mpa(3)V截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)根據(jù)參考文獻(xiàn)6，表3-2查得：-20.081, D 160=1.

53、45。經(jīng)過差值后，得：=1.47d 110d 110又根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-1可得軸的材料的敏感系數(shù)：q二0.85故有效應(yīng)力集中系數(shù)按下式計算得：匕=11i=1 0.851.47-1 i=1.40(5.23)根據(jù)文獻(xiàn)6，附圖3-3查得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)：:=0.89；軸按磨削加工，根據(jù)參考文獻(xiàn)6，附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)：1二0.92軸未經(jīng)表面強化處理，取y =1；根據(jù)所有系數(shù)，得綜合影響系數(shù):坯丄J=1.660.890.921(5.24)(4)根據(jù)參考文獻(xiàn)6，25頁知碳鋼的特性系數(shù):= 0.05-0.1，取=0.05(5)根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算安全系數(shù)-14.641.66 6.19 0.05 6.19(5.25)Sca=14.64 S155遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第4頁式中：S 安全系數(shù)，取S=1.51.8;所以V截面安全。5.W截面校核W截面上產(chǎn)生的最大扭應(yīng)力、應(yīng)力幅、平均應(yīng)力計算如下;遼寧科技大學(xué)本科生