小型軋鋼廠撞頭機的設(shè)計

1、浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（2014 屆）（小型軋鋼廠撞頭機的設(shè)計）學(xué)生姓名 學(xué) 號分 院專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 完成日期 小型軋鋼廠撞頭機的設(shè)計摘 要 本文主要從實用型、簡單型的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計兩級齒輪減速器的 設(shè)計在滿足其性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還滿足其結(jié)構(gòu)簡單、尺 寸緊湊、成本底、傳動效率高和操作維護(hù)方便。撞頭機的主要功能：把相互疊加 的，頭不齊撞齊。小型軋鋼廠撞頭機功能與作用（1）.本機與打大包臺配合使用.（2）.電機安裝時采用B1905皮帶，而固定螺栓孔開長孔.（3）.定尺型材二端平齊.（4）.撞擊鋼材不大于100公斤.（5）.撞擊頻率每分28次撞擊行程200mm本

2、設(shè)計從減速器的初步設(shè)計：包括（1）確定傳動方案；（2）齒輪設(shè)計計 算；（3）軸的初步計算；（4）鍵的選擇驗算；（5）初步確定齒輪結(jié)構(gòu)尺寸；（6） 軸承的計算和選擇；（7）選擇聯(lián)軸器；（8）減速器的結(jié)構(gòu)選擇；（9）選擇潤滑油；（10）其他聯(lián)接零件的選擇（必要時須驗算）等各個方面展開設(shè)計計算的，在都 滿足設(shè)計要求的前提下，并且節(jié)約大量制造成本，在使用過程中也真正體現(xiàn)了實 用。關(guān)鍵詞：傳動方案制圖設(shè)計校核目錄封面 1摘要 2目錄 3引言 4第一章確定傳動方案 5第二章設(shè)計說明書 62.1撞頭機的裝置 62.2選擇電動機 62.3減速器的設(shè)計 92.4軸的校核 122.5鍵的選用142.6軸承的選用

3、15第三章撞擊行程16第四章優(yōu)化設(shè)計程序 174.1 優(yōu)化設(shè)計目的 174.2自變量 174.3 目標(biāo)函數(shù) 174.4約束函數(shù) 174.5優(yōu)化設(shè)計程序 204.6優(yōu)化設(shè)計結(jié)論 26結(jié) 論 27致 謝 28參考文獻(xiàn) 29本文主要從實用型、簡單型的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計兩級齒輪減速器 的設(shè)計在滿足其性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，此外還滿足其 結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本底、傳動效率高和操作維護(hù)方便等。在使 用過程中也真正體現(xiàn)了實用性。撞頭機主要是利用曲柄滑塊機構(gòu)是由若干構(gòu)件和低副組成的平 面機構(gòu)，把主動曲柄旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)連桿轉(zhuǎn)化為從動滑塊的直線往復(fù)運 動。撞頭機主要用于精整車間入庫前的最后一道工序，是小規(guī)格

4、型 材定尺大打包后兩端平齊作用。第一章確定傳動方案jn_口-丄口口345:電動機:減速箱 :小車 :撞頭:偏心輪次。選用根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書里可知：撞擊頻率每分28Y112M-4可知道電動機的轉(zhuǎn)速為 1440r/min ;減速器選用ZQ350 i減=31.5一.確定傳動比及皮帶輪直徑i 總二n m/nw=1440/28=51.4而i總=i減x i輪i 輪二1總=51.4/31.5=1.633i減i輪二D減/D電取 D 電=：128 mm 則 D減=1.633X128=209：mm取減速器快速軸皮帶輪直徑門193mmD電是電動機的直徑，單位mmD減是減速器的直徑，單位m.確定撞擊行程本設(shè)計利用偏心

5、輪機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運動，撞擊行程取 決于偏心距e=100mm,撞擊行程S=200mm,詳見第三章。第二章設(shè)計說明書2. 1撞頭機的裝置設(shè)計小型軋鋼廠一個車間有一撞頭機，系有電動機裝動裝置帶動該減速器傳動裝置由一個兩級齒輪減速器和其他傳動件組成，送絲機每天三班制工作，工作期限7年，為保證其壽命撞擊鋼材不大于100 公斤，撞頭機主動軸輸出功率 4KW撞頭行程180mmtt擊頻率每分28 次，根據(jù)以上條件可以算出撞擊的平均速度為 2X 180x28/60=168mm/s 2.2選擇電動機工作機的輸入功率由于電動機是根據(jù)撞頭的需要來的，要滿足與實際的需要撞頭的 行程是200 mm,由此可以

6、推出與撞頭相連接的偏心距是 100mn撞擊的 鋼材不大于100公斤.p電=（F撞.V撞/lOOOn撞）/n總?cè)~總=葉 i. n 2. n 3. n 4. n 5n 1電動機到減速箱傳動效率 一0. 9 5n 2減速箱效率一o.972級n 3鉸鏈效率0. 802 個n 4車由承效率一0. 996對n 5小車滾動效率 一0.7 5n 總=0. 9 5 X 0 9 72X 0. 8 02X 0. 9 93X 0. 9 9 3X .07 5=0. 4 0p電=（f撞.V撞/ 100帥撞）/n總n電/n減快=D快/D減慢計算得：n減快=1 4 4 X 1 2 8/ 1 8 0=1024轉(zhuǎn)/分i=n減快/

7、 n減慢= 3 1. 5n減慢=n減快/1= 1024/31.5=32.5轉(zhuǎn)/分V撞=n減慢.n . D偏心輪=0. 3 0 6m/sF撞=P電.1000 n總/V撞=4222W 4000NP 電=4500X0.306/1000/0.4=3.4kw選擇電動機的型號根據(jù)工作條件：兩班連續(xù)工作.電動機選擇ns=1440r/mi n 及所需電動機的功率Pt=3.578kw.查機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 表2.8-1選擇三相異步電動機型號為 Y112M-4其主要性能數(shù)據(jù)列表如下所示電動機的功率4kw電動機的滿載轉(zhuǎn)速1440r/mi n堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2.22.2傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算(1) .

8、各軸輸入功率P1=P0?n 聯(lián)=3.578 0.99=3.54KWP2=P1?n 滾？耳齒=3.54 0.98 0.97=3.36KWP3=P2?n 滾？n 齒=3.36 0.98 0.97=3.20KW(2) .各軸傳速n1=n m=1440r/m inn2=n”i 高=1440/8.2=175.60r/minn3=n2/i 低=175.60/5.8=30.27r/min(3) .各軸輸入轉(zhuǎn)矩Ti=9550P1/n仁9550 3.54/1440=23.47N? mmT2=9550?D2/n2=9550 3.36/175.60=182.73N? mmT3=9550?D3/n3=9550 3.2

9、0/30.27=1009.58N? mm這里需要特別指出，上列中傳動裝置是專用的，故用電動機的實際輸 出功率作為設(shè)計功率，若傳動裝置是通用的，則應(yīng)以電動機的額定功 率Pm作為設(shè)計功率，即上面計算式 P0改為Pm7、.、 軸號 參數(shù)、I軸H軸皿軸輸入功率（Kvy3.543.363.20轉(zhuǎn)速(r/mi n)1440175.6030.27輸入輸出距N? MM23.47182.731009.582.3減速器的設(shè)計1.高速軸轉(zhuǎn)動的齒輪設(shè)計（1）.選擇材料，以為要求結(jié)構(gòu)叫緊湊，載荷有輕沖擊，小齒輪選用40Gr,高頻感應(yīng)淬火硬度H = 4855HRC大齒輪選用35SiMn,高頻感應(yīng)加熱淬火硬度Hb= 455

10、5HRC強度計算是取 H = 52HRCHF50HRC 查得：oHim1=1200MPa, oHim2=1180MPacH1=0.9 漢 cHim1=0.9=< 1200MPa=1080MPach2=0.9 x eim2=0.9沃 1180MPa=1062MPa查得:oFiim1=370MPa, oFiim2=360MPacfi=1.4 370MPa=518MPa,仔2=1.4 360MPa=504MPa(2) .初步確定主要尺寸硬齒面齒輪傳動，按齒跟彎曲疲勞強度設(shè) 計Mn > 3(2KT 付 dZ2)(Yfs/c f)T1=9.549 106P1/n仁9.549 106 3.54

11、/1440=23474N? mm齒寬系數(shù)® d去取為0.6。齒數(shù) 取 21, Z2= i x Z1=8.2X 21=172.2 取 Z2 為 173螺旋角B初設(shè)B =12°。載荷系數(shù)K查機械設(shè)計基礎(chǔ)表8-14，取K=1.5。螺旋角系數(shù)Yb設(shè)£ B > 1,取£ B =1。P12°丫 b =1- £ b - =1-=0.9120120 '復(fù)合齒型系數(shù)丫 FSI、S2Z21Zv3=片=3=22.44cos - cos 12Zv4 =Z2cos3 :173cos312-=185.02查機械設(shè)計基礎(chǔ)圖8-43 , YFs1=4.

12、19 , 丫仏=3.96確定 YFs/(T fYfs1/ f1=4.19/518=0.0080502Yfs2/ f2=3.96/504=0.0078174取 Yfs/ f =0.0080502。0.0080502=1.375mm3 2 1.5 23474 0.9cos212V0.6 況 212取 mn=2 mn。(3)確定傳動尺寸計算中心距mn2cos :(Z什 Z2)=22cos :X (21+173)=197.104mm取整數(shù)a =198mm計算螺旋角 B =arccos mZl )= arccos 2 173)=15。44"14" 2a2 098計算幾何尺寸：di=m

13、=2 21=43.3i68mmcosP cos15°44"14"d2=cos -=2"73cos15 44 14=356.84mm齒頂圓直徑:da1 = d1+2han mn=43.316+2 XX2=47.316mmda 2= d2+2han mn=356.84+2 1X2=360.84mm齒根圓直徑:d f1 = d1-2.5mn=43.3168-2.5 2=38.3168mmdf2 = d2-2.5mn=356.84-2.5 2=351.84mm齒寬 b=Wd d1=0.6 X43.3168mm=25.99mm取 b2=b=40mm., b1=45

14、mm。驗算£ b =bsi門：=兀mn=50 sin15 44'14''=1.097> 1：-.、2(4) 校核齒面接觸疲勞強度公式:彈性系數(shù)查機械設(shè)計基礎(chǔ)表 8-13 Ze=189.8 一 MPa節(jié)點區(qū)域系數(shù)查機械設(shè)計基礎(chǔ)圖 8-39 Z h=2.45螺旋角系數(shù)Zb = . cos 1, cos15 44'14'' =0.90齒數(shù)比 u=173 =8.23Z,21ch=189.8 送.43 E.98 X2 1.5 23474 8.23 140 43.31628.23H2=1062Mpa=463.72MPa< c h= c齒

15、面接觸應(yīng)力接近許用應(yīng)力.2.4軸的校核1. 軸I高速軸的設(shè)計選擇軸的材料 因為齒輪I采用齒輪軸的結(jié)構(gòu)，故軸和齒輪的材料和熱處理應(yīng)該一致 即為40Cr正火處理。查得c b=500MPa查得c b仁45MPq(2)按扭轉(zhuǎn)強度，初估軸的最小直徑由表14-7查得A=10Q-100 33.541440=13.5mm(3) 確定齒輪和軸承的潤滑計算齒輪圓周速度dn二 mnzn二 2 21 1440V=3.2M/S60 100060 1000COS：60 1000XCOS15 44 14齒輪采用油浴潤滑，軸承采用脂潤滑(2).軸向尺寸的確定由圖可以知道 d 仁55mm d2=60mm L仁35mm L2=3

16、0mm L=350mmL2+L3+L4+L5=160mm 由于 L2=L5 所以 L5=50MM(3).軸的強度校核分度圓直徑2 21d= 礦二 cos15 44 14 二43.636轉(zhuǎn)距T=9.544X 10P/n=9.544X 10 X 3.54/1440=1433272.1N? mm齒輪切向力Ft=2T/d=2 X 23458.3/43.636=1075.2N徑向F r=Ftta na/cos ： =1075.2ta nZC0/cosl5)44/14/=406.58N齒輪軸向力Fx=Fttan 一： =1075.2 tanl5)44/14/=302.98NFhl= Fxd/2 48Fr

17、=302.98 也636/2 48 406.58 =350.296350Fhii=FlFh1=406.58-55.76=350.81N垂直平面Fv1=Fv11 =Ft/2=1075.2/2=537.6 Nb截面M Hb=48FH1=48x350.27=16812.96 N.mmM Hb=M Hb- Fxd/2=16812.96-302.98x43.636/2=10202.54垂直平面彎矩M Vb=48Fv1 =48x537.6=25804.8N.mm合成彎矩M b= . M Hb2 M Vb2 = 16812.962 25804.82 =30798.7 N.mmM b= . M Hb2 M v

18、b2 = 10202.54225804.82 =27748.5 N.mm繪制轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩 繪制當(dāng)量彎矩圖。單向運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，a=0.6b截面aT=(0.6 X 1433272.16)=4100625 N.mmM eb= . M b2 (aT2) =859963.3 N.mmM eb= .Mb2a 截面和 I 截面Mea =Mei=aT=410062.5 N.mm分別校核a和b截面da=3 Mea/0.1 ； LJ： =3 4100625/(0.1 45) =45.362mmdb=3 Meb/0.1匚=3 859963.3/(0.1 45) =57.6 mm實際尺寸分別為55mn和60mn

19、S強度足夠2.5鍵的選用1. 當(dāng)鍵長大于500m時，其長度應(yīng)按國標(biāo)優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系的 R2（系 列選取。2. 對于B型鍵，當(dāng)h公稱尺寸為2、3、4、5、6時，其極限偏差為h9。3. 鍵用型鋼的抗拉應(yīng)不小于590MPa 一般用途時推薦采用45、35號 鋼。4. 在供需雙方同意的情況下，平鍵半圓部分和半圓弧部分允許不倒 角或倒圓。5. 當(dāng)鍵長L與鍵寬b之比大于或等于8時，b面在長度方向的平行度應(yīng) 符合GB1184-80,當(dāng) b< 6m按 7級，b> 836m按6級，當(dāng) b>40mm 時，按5級。6. 當(dāng)需要時，鍵允許帶起鍵螺孔，起鍵螺孔的尺寸見表3.2-19。7. 平鍵軸槽長度公

20、差用H14。標(biāo)記示例：圓頭普通平鍵（A型），b=16mm,h=10mm,L=100mm;鍵 16X 100 GB 1096-79平頭普通平鍵（B型）,b=16mm,h=10mm丄=100mm:鍵 B16X 100 GB 1096-79單圓頭普通平鍵（C型）,b=16mm,h=10mm,L=100mm;鍵 C16X 100 GB1096-792.6軸承的選用名稱=角接觸球軸承標(biāo)準(zhǔn)二摘自 GB/T 292-1994 參照 ISO15-1981單位=(mm)軸承代號=7002CJ尺寸d=15尺寸D=32尺寸B=9尺寸 rs(mi n)=0.3尺寸 r1s(mi n)=0.15重量(kg)=0.028

21、第三章保證撞頭的行程焊后全加工焊縫高度？ I =8偏心輪的直徑是180M M偏心輪每轉(zhuǎn)一圈，撞頭一個來回，所以撞頭的行程是180MM第四章優(yōu)化設(shè)計4. 1優(yōu)化設(shè)計目的為使整個減速箱設(shè)計過程能夠順利進(jìn)行，并且達(dá)到各部位的設(shè)計 要求，在采用優(yōu)化設(shè)計的前提下，能夠使各零件尺寸達(dá)到最小，又能 滿足所需達(dá)到的載荷，工作時結(jié)構(gòu)更為緊湊，在制造時也能夠大大節(jié) 省制造成本，也能使整臺機器占有較小的空間，故采用優(yōu)化設(shè)計。因 為在常規(guī)設(shè)計中，參數(shù)：m, m2，zi, Z2, Z3, Z4, bi，b2均在一定范圍 內(nèi)選定。具有隨機性?，F(xiàn)以四個齒輪的體積和為目標(biāo)函數(shù)，采用隨機 方向搜索法，進(jìn)行優(yōu)化。4.2自變量xi

22、 = miX2 = m2X3 = Z 1X4 = z 2X5 = Z3X6 = Z 4X7 = b iX8 = b 24.3目標(biāo)函數(shù)四個齒輪的體積和:Fv二刀4i=i( n /4)d i2di即：Fv= n /4( X7+5 )*powxi*X3,2+x 7*powxi*X4】,2+(x 8+5)*powx2*X5,2+x 8*powx 2*x 6,23. 4約束函數(shù) 模數(shù)因 m>i.5 得： Gi=xi-i.5G2=x2-1.5442 齒數(shù)為保證齒輪不發(fā)生根切，即 Zmi n18得:G3=x3-18G4= x 4-18G5= x 5-18G6= x 6-18齒輪6-18 4.3齒寬系數(shù)

23、根據(jù)以上設(shè)計可知：齒輪相對與軸承的布置采用非對稱布置，硬齒面?zhèn)鲃印Ｒ虼耍喝↓X寬系數(shù)為0.30.8得：得：G7=0.8- x 7/(x 1* x 4 )G8=0.8- x 8/(x 2* x 6 )G9= x 7/G10= x 8/4.4.4齒面接觸疲勞強度根據(jù)：。h二ZE*ZH2K(u+-1)/bd 查：k=1.5n=z2/z1T仁 34.62ZE=189.8(x 1* x 4 ) -0.3(x 2* x 4 ) -0.32,1/2ri1 u W (T hZH=2.5(T H=0.9(T win=0.9X1178=1062即：高速接觸疲勞強度：(X7*X1*X1X3*X3 *X4/(X3+1)

24、 /X4/X3( X6/X5+1) /(X6/X5) / (X8*X2*X2*X5X*5)齒根彎曲疲勞強度根據(jù)：(T F-2DT1 YFS/bdrri> 0設(shè)大小齒輪均為40cr,表面淬火50HRC(T F=(T Fliml= (T Flin2=370因：YF>YS2,所以取(T F/YFS= o F/YFS1=370/4.2=88得：高速級齒根彎曲疲勞強度：/(X3*X8*X2*X5*X2)傳動比因 I 總-i1*i2/l 總 w 0.05G15=0.05-SQRTpow(14.04-X4*X6/(X3*X5)/14.04, 2Min Fv=n /4(X7+5 ) *pow (X

25、1*X3 ),2+X7*pow(X1*X4),2+(X8+5)*pow(X2*X5),2+X8*pow(X2*X6),因此：由上式可知：共有15個約束函數(shù)的優(yōu)化問題。一常規(guī)設(shè)計的結(jié)果為優(yōu)化設(shè)計初始點：X0二1.5,3,25,80,30,100,25,55F0=4441727447比較優(yōu)化的結(jié)果程序運行優(yōu)化值：x(1)=1.515756x(2)=2.183497x(3)=23.903845x(4)=79.071075x(5)=31.245188x(6)=98.852013x(7)=24.412426x(8)=54.571949F*=2519045.25圓整優(yōu)化值:x(1)=1.5x(2)=3x(

26、3)=25x(4)=80x(5)=30x(6)=100x(7)=25x(8)=55F*=4441727F*/F=2519045.25/4441727=0.57優(yōu)化結(jié)果為原先的57%優(yōu)化明顯4.5優(yōu)化設(shè)計程序# in elude <stdio.h># in elude <math.h># define El 0.05# define HO 0.1# define GK 15# define N 8# define M 100int nf=O , ng=0, cy=O, n;float fl , x N+1 , f (float xN+1,fg (float xN+1, i

27、nt n ), end (float xN+1);main ()int I , j , mfloat xN+1, yN+1 ; q N+1 , e N+1 , qv, c, h=HOprinf ( INPUT ARRAY X: n)；do for (i=1 ; i<=N; i+ )scanf ( f , &I);printf (” %f n ”，x i );while (fg (x , 0 ) <0);f l=f (x);printf (” FL=%f , f l );for (i =1 ; i<N ; i+ )y i = x i ;while(h>HO/3)f

28、or (j=1 ; j<=M; j+ )q i =2*ra nd (1) 1;qv = qv+q i *e i ;for (i =1 ; i <=N ; i+ )e i =q i + h*e i ；if (fg (x, 0) <0) continue ;dofl=c ；for (i =1 ; i<=N; i+ )y i =x i ；printf (” x (%d = %f n ” , i , x i ); printf (” F=%f n ”，f I );h=1 , 3*h;for (i =1 ; i<=N; i+ )x i = y i +h*e i ;if (f

29、g (x, 0) <0) break ;c = f(x);while (c<f I );m=Qwhile (h>EI) h=0.7*h;for (i =1 ; i<=N; i+ )x i =y i +h*e i ；if(fg (x, 0) <0) continue ;c=f(x )；if (c>=fl &&m二二 0 ) continue ;fl = c ；for (i =1 ; i<=N; i+ )y i = x i ; printf (” x (%d = %f n，i , x i );print (” F=%f n ”，f I );

30、m=1;printf ( cy=%d , +cy );h=HObreak ；if (j>M) h=h / 2 ;end (y);float f(x)float x N+1; float fv ；fv=(3.14*pow(x1*x3),2)/4)*(x7+5)+(3.14*pow(x1*x4,2)/4)*x7(3.14*pow+(3.14*pow(x2*x5),2)/4)*(x8+5)+(x2*x6),2)/4)*x8print (” F=%f n NF=%dn ”，f v , +nf);return(fv )float fg (x, n )float xN+1;int i ;float

31、gv , g GK+1;g 1= x 1-1.5；g 2= x 2-1.5；g 3=x 3-18；g 4=x 4-18；g 5=x 5-18；g 6=x 6-18；g 7=x 7/(x 1*x3 ) -0.3;g 8= 0.8-x 7/(x1*x3);g 9= x8 /(x 2*x 5) -0.3 ;g 10= 0.8-x8 /(x 2*x 5);g 11= 0.05-sqrt (pow (960/91.72-(x4 /x 3)*(x 6/x5)/ (960/91.72),2);3 )* (x 4 / x 3+ 1) / ( x 4 / x 3)；(x8*(x2*x5*x2*x5)*(x6/x

32、5+1)/ (x6/x5)；;2*x3);gv = g1；printf (” NG=%d n , +ng );for (i =1; i<=GK; i+) if ( g i <gv ) gv = g i ；printf (” G ( %d ) = %f n ”，i, g i );printf (” G = %f n ”，gv );retur n ( gv );float end (y)float y N+1 ; int i ; float c ;c= f (y);printf ( n n )；printf（F* = %f n ，c );for (i =1i<=GK; i+)printf（X ( %d ) = %f n，i, y i ）；printf（ n n）；c=fg