毕业设计（论文）-钢坯拨钢装置设计（全套图纸）(43页).doc

-毕业设计（论文）-钢坯拨钢装置设计（全套图纸）-第 37 页 摘要 拨钢机是轧钢车间上料区主要设备之一，其作用是将加热炉前辊道上的钢坯或炉前上料台架上的钢坯推入加热炉进行二次加热过程。本设计选用了机械式拨钢机，在拨钢机结构设计上主要采用了齿轮齿条的结构形式。该机构具有结构简单，整体尺寸适中，传动效率高，维修方便，造价较低的优点。在本设计中主要对推钢机进行了结构设计和理论计算，并着重对传动机构做了详细的分析设计。关键词：拨钢机；结构设计；理论计算全套图纸加153893706Abstract Pushing steel-rolling workshop is based on one of the main equipments Dialing steel-machine, and its role is to push the billet material which lies on the Roller or the bench before the furnace into the furnace for reheating process. The design chooses a mechanical Dialing steel-machine,while the structure designed primarily for the use of the gear and rack structure. The advantages of the structure exists that the body is simple in structure, the overall size of moderate, high transmission efficiency, easy maintenance, the lower cost.The main content of the Dialing-design includes the structure design and theoretical calculations and focus on the transmission mechanism to do a detailed analysis and design.Keywords: Dialing steel-machine; Structural Design; Theoretical calculations目录前言1第一章 概述21.1轧制工艺过程简介21.1.1轧制工艺过程21.1.2轧制工艺过程的设计与实施31.2拨钢机的简介31.2.1拨钢机的种类31.2.2链式拨钢机的结构31.2.3设计中应注意的几点事项4第二章 传动方案的分析与拟定52.1传动方案的分析52.1.1常用的传动类型及其特点52.1.2机械传动系统设计时应注意的事项52.2传动方案的拟订6第三章 电动机的选择计算73.1概述73.1.1常用电动机的种类73.1.2电动机选择时的注意事项83.2.1选择电动机的类型和机构型式83.2.2选择电动机的容量83.2.3确定电动机转速93.2.4选定电动机的型号和参数10第四章 传动装置的运动及动力参数的选择和计算114.1传动比的计算与分配114.1.1传动装置的总传动比114.1.2分配各级传动比114.2.3各轴参数的计算12第五章 减速器的选择计算135.1减速器概述135.1.1减速器的作用135.1.2减速器的分类135.2减速器的选用14第六章传动机构的设计计算156.1齿轮齿条传动设计计算156.1.1齿条传动的特点156.1.2齿轮齿条传动的设计计算166.2齿轮传动的设计计算216.2.1齿轮传动的特点216.2.2齿轮传动的设计计算21第七章 轴系零部件257.1轴的设计257.1.1概述257.1.2轴的结构设计267.1.3轴的强度计算277.2轴承的选择与计算307.2.1概述307.2.2滚动轴承的类型和选择307.2.3滚动轴承的受载情况和失效形式317.2.4滚动轴承的寿命计算317.3键的设计与校核34.3.1键联接的类型、特点和应用347.3.2平键的选择和强度校核357.4联轴器的设计计算367.4.1联轴器的种类和和特性367.4.2选择联轴器类型377.4.3进行必要的校核38结 束 语39参考文献40致 谢41前言钢铁工业作为国民经济的基础工业，一直是衡量一个国家经济发展水平的重要指标。我国钢铁工业近年来发展很快，钢产量己连续多年突破亿吨大关，钢铁产品质量也得到了很大的提高，特别是在轧钢生产方面。各种高精度轧钢机械设备的引进和投产，先进的自动化控制设备和计算机技术的应用，冷轧不锈钢带、硅钢带、精密合金钢带、稀有合金带、高精度极薄冷轧碳素钢带等各种高精度高品质产品的出产，大大地促进了轧钢生产企业的经济效益和竞争能力，有力地提升了我国轧钢生产企业的形象。但是由于科学技术的飞速发展，新的设备和新的技术以惊人的速度不停地改进和更新，产品的技术含量越来越高，对产品生产机械设备和操作技术的要求也越来越高。因而及时掌握新型轧钢机械设备的性能，熟练掌握新的操作技术，全面应用先进的自动化控制技术和计算机轧制技术，是当前轧钢生产企业进一步提高产品质量、降低轧钢生产成本、增强轧钢生产企业的市场竞争能力的关键所在。 本设计包括了轧制工艺过程和自动化控制系统及拨钢机的设计，并重点针对链式拨钢机进行了设计计算。具体包括轧制工艺过程和自动化控制简介，拨钢机的分类、结构和工作原理，电动机的选用，减速器的选用，传动方式和传动装置（包括齿轮齿条传动和齿轮传动）设计，轴系零件（包括轴，轴承，联轴器，键）设计，并对传动机构和关键轴进行了强度和刚度校核。 其中传动方案的设计与拟定是设计的首要任务，决定了传动机构的设计，在综合比较了各种传动方案的优缺点以及拨钢机本身的技术要求后，最后选定齿轮齿条传动作为主要传动机构。该传动机构具有结构简单，整体尺寸较小，传动效率高，维修方便，造价较低的优点。 电动机的选定标准是满足拨钢机总的功率要求，转速适中，并且应具有频繁快速启动和反转能力以带动拨钢机拨杆做往复运动。最后选定为YZR400L1型冶金用电动机.减速器的选择标准是满足传动比要求，高速轴许用功率要求和承载能力要求。 传动机构的设计计算包括齿轮齿条传动的设计和齿轮传动的设计两部分。文中分别从齿轮类型，材料，精度选择，齿面接触疲劳强度和齿根弯曲强度等方面做了详细设计计算。 轴系零部件的设计计算包括齿轮轴的结构设计和校核，轴承的选择，键的设计和校核，联轴器的选择和最大转速的校核等。 由于水平所限，错误之处在所难免，敬望读者批评指正。第一章 概述1.1轧制工艺过程简介 轧钢工艺过程是确定轧钢厂生产系统和机械设备的技术基础，设备是实现轧钢工艺要求的工具。 轧钢生产是钢铁工业生产的最终环节，是钢铁材料的一种重要加工方法。轧钢车间担负着生产钢材的任务，因此钢铁轧制在国家工业体系中占有举足轻重的地位。20世纪90年代以前，我国轧钢生产的平均水平与世界主要生产国相比，仍存在一定的差距。轧钢生产以型钢为主，生产线大、中、小型并存。不同企业的技术装备水平参差不齐，能耗、成本较高。很多企业还使用20世纪五六十年代较为陈旧的设备和工艺，这是限制我国钢材质量，品种和效益进一步提升的主要瓶颈。 20世纪90年代后期，随着我国经济的高速发展，尤其是我国加入WTO后，参与国际钢材市场竞争的需要，各大企业纷纷采用当今世界先进的技术和装备，进行了大规模的技术改造，广泛引进新技术，新设备，新工艺，使我国轧钢生产的水平有了长足进步，开发了一批高技术，高附加值的新品种。目前我国轧钢技术创新发展的方向主要为：通用工艺技术，综合节能与环保技术，新品种开发与钢材性能优化技术，信息技术和装备机电控制一体化技术等。我国现在通用的轧钢工艺排列为： 钢坯验收 吊装 计量 编组 入炉加热粗轧 热剪机切头 中轧 飞剪切头 平立交替精轧机 倍尺飞剪 夹送辊 冷床 冷剪定尺 检验称重打包收集 入库1.1.1轧制工艺过程1.轧制工艺过程的内容轧制工艺过程是一系列工序的组合，经过这些工序，把钢锭或钢坯轧成形状和性能符合要求的钢材。轧钢工艺过程的好坏直接影响产品的质量和产量。一般情况下，一个轧钢工艺过程是由下列各基本工序组成：1）.坯料准备 包括坯料的表面清理，除去表面氧化铁皮和表面缺陷的清理，也包括预先热处理和坯料加热。坯料加热是重要工序。 2）.钢材轧制 坯料通过轧制变形来实现对产品在形状和尺寸上的要求，内部组织和性能上的要求以及表面光洁度的要求。轧制过程是轧钢生产工艺过程的核心工序。3）.精整 这是轧钢工艺过程的最后一道工序，起保证产品质量的作用。精整工序的内容比较复杂，由产品的技术要求来确定。技术要求不同，其内容也大不相同。一般情况精整工序包括钢材的切断或卷取，轧后冷却，矫直，成品热处理成品表面清理、镀锌、镀锡、涂色等。1.1.2轧制工艺过程的设计与实施设计轧制工艺过程的主要依据是产品的技术条件、钢种的加工工艺性、生产规模大小、产品成本和工人的劳动条件。其中最主要的依据是产品的技术要求，即钢材的断面形状和尺寸、化学成分、内部组织和机械性能，设计时必须保证工艺过程使产品质量达到相应的技术要求。1.2拨钢机的简介1.2.1拨钢机的种类 常见的拨钢机有链式、行星轮式等。它们各自有自身的特点，在不同的加热炉上发挥着各自的作用。 链式拨钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动拨杆进行拨钢工作。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身重量大。目前链式推钢机应用比较广泛。 行星式拨钢机由行星轮系推动拨杆工作，结构简单，推力大， 自重轻，速度、行程易控制，但行程不宜太大，但液压系统制作、维护较困难。1.2.2链式拨钢机的结构 链式拨钢机主要包括电机、减速机、联轴器、齿轮轴、齿条、拨杆、机架等。机架一般为一个多层箱体，箱体间用螺栓联接。齿轮轴位于箱体底层的称为下置式，齿轮轴位于箱体上层的称为上置式。无论采用下置式还是上置式，都存在更换零部件困难的现象，尤其是更换下部零件时，需要把箱体层层拆分开。1.2.3设计中应注意的几点事项1.推力的计算 推力、拨速、行程是拨钢机的主要技术参数，尤其是最大推力。推力计算的正确与否关系着拨钢机的经济性和使用寿命。推力计算公式为： （1-1）式中：G为钢坯质量，单位是kg；g为重力加速度，一般来说；为考虑到加热炉轨道不平，受热变形等因素的影响系数，=1.11.3。f为滑动摩擦系数，f=0.21；摩擦系数的大小对推力产生直接的影响，而摩擦系数的大小主要取决于钢坯温度，钢坯温度对摩擦系数的影响为：常温时，f=0.2；300°C时，f=0.3； 400°C一500°C时， f=0.40.5； 600°C一800°C时，f=0.60.8；大于800°C时，f=0.8-1.0。可见，钢坯温度越高，摩擦系数愈大。2.齿轮选择 拨钢机属于低速重载，繁忙使用，齿轮齿条属于重点零件。要通过计算，选择合理的模数和材质，进行合理的热处理，结构设计要优化，避免出现胶合、点蚀，甚至断齿等现象。3.拨杆结构拨杆工作中会受到齿条推力、钢板阻力、压轮压力等复杂力系的作用，强度、刚度要高，结构要可靠，一般采用箱型梁钢板焊接结构。4.拨钢速度 一般来说，影响拨钢机生产率的主要因素是拨杆返回时的空载时间。为了提高生产率，拨钢机的返回速度可以取得比拨速大，一般返回速度比拨速大50%至数倍。实际使用表明，返回速度比拨速大一倍左右比较合适。有的拨钢机设有慢速拨钢电动机和快速返回电动机，用以调节速度。5.机架刚度 理论和实践表明，拨钢机机架刚度要给予重视，其刚度一定要满足推力、拨速要求，避免出现颤抖现象。压板部位受力非常大，压板结构要满足高强度要求。第二章 传动方案的分析与拟定2.1传动方案的分析2.1.1常用的传动类型及其特点1.带传动：带传动传递的功率不大（可用于中小功率），机构尺寸比其他传动类型大，但传动平稳，能缓冲吸收冲击振动。由于摩擦产生静电，不适用于有瓦斯及煤尘等爆炸危险的场合，常用于高速级传动中。2.链传动：链传动的瞬时传动比是变化的，且具有冲击振动，故不适用于高速传动和传动比要求准确的场合，一般多用于低速级传动及传动比要求不太严格的场合。3.齿轮传动：齿轮传动瞬时传动比不变，且效率高，体积小，是在传动中使用最多的一种传动件。直齿圆柱齿轮的设计加工容易，但速度高时有噪音，故多用于减速器低速级中，亦可用于高速级但噪音大。斜齿圆柱齿轮传递运动平稳，噪音小，承载能力高，故多用在减速器中高速级上，低速级上也可以使用。人字齿轮基本上与斜齿轮相同，它对轴承不产生轴向力，多用于大型减速器。锥齿轮将较困难，特别是模数，直径大时受到机床的限制，故一般在改变轴的方向等情况下才使用，使用时应尽量使模数直径小些，以利于加工。锥齿轮常用于高速级上，如用弧齿锥齿轮时噪音小，工作平稳，故速度可高些。开式齿轮较闭式齿轮磨损大，多用于低速级。4.蜗杆传动：蜗杆传动传动速比大，传递运动平稳，但效率低，消耗有色金属。因此普通圆柱面蜗杆传动适用于中小功率，由于其效率低，不适用于连续工作，故多用于间歇工作的场合。2.1.2机械传动系统设计时应注意的事项1.在满足传动要求的情况下，应尽量使机构的数目减少，使传动链短，这样可以提高机械效率，减低生产成本。2.当机械传动系统的总传动比较大而采用多级传动时，应合理分配各传动机构的传动比。传动比的分配原则时使总的体积小和发挥各类传动机构本身的优势。3.合理安排传动机构的次序。当总传动比时，要考虑多级传动。如有带传动时，一般将带传动放置在高速级；如采用不同类型的齿轮机构组合，圆锥齿轮传动和蜗杆传动一般放置在高速级；链传动一般不宜放在高速级。4.在满足传递要求的前提下，应尽量采用平面传动机构，使制造，组装，维修更加方便。5.在对传动系统的尺寸的要求较小时，可采用行星轮系机构。2.2传动方案的拟订 根据设计要求，钢坯为300x300x300，所需最大推力F=21KN，设定拨钢速度为0.1m/s，返回速度为0.16 m/s，可见拨钢机整体尺寸不大，且在低速状态下工作。 综合考虑以上传动类型的特点和拨钢机的设计要求，现选用齿轮齿条传动和开式齿轮传动，并采用减速器与电动机相连接。 综合以上方案的优点，具体传动方案如下图所示： 图2-1 电动机经减速器和齿轮机构减速后，由齿轮齿条机构将轴的转动转化为拨杆的往复运动。第三章 电动机的选择计算3.1概述 电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。3.1.1常用电动机的种类1按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。 6按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。3.1.2电动机选择时的注意事项1.如果电动机功率选的过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电动机被烧坏。2.如果电动机功率选的过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。3.2电动机的选择计算3.2.1选择电动机的类型和机构型式在交流电动机中，三相异步电动机在工业中广泛应用。常用的Y系列三相异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，其结构简单，工作可靠，启动性能好，价格低廉，维护方便，适用于非易燃易爆，无腐蚀性和无特殊要求的机械上，也适用于某些对启动转矩有较高要求的机械，如压缩机等。经常启动，制动和反转的机械设备要求电动机具有较小的转动惯量和较大的过载能力，应选用起重的冶金用的三相异步电动机电动机，常用YX型（笼型）和YZR型(绕线型)。由于拨钢机推杆做往复运动，需要频繁快速启动和反转，故选用YZR型电动机。3.2.2选择电动机的容量已知拨钢机的最大推力F=2.1KN,推钢速度=0.1m/s，返回速度=0.16m/s:拨杆的最大作用力：F=2119.5kgx9.8N/kg=20771.1N则拨钢机电动机的输出功率:； （3-2）式中-总效率；=； （3-3）式中为传动系统中每一个传动副，轴承，联轴器等的效率。查表知： （齿轮齿条传动（油润滑）=0.930.95； （开式齿轮传动（脂润滑）=0.95； （一对滚子轴承）=0.98； （二级圆柱齿轮减速器）=0.950.96； （齿式联轴器）=0.99；则=0.74；代入公式（3-2）得：=20771x0.1/1000x0.74KW=2.8KW选择电动机容量时，应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率，故取=3KW。3.2.3确定电动机转速容量相同的电动机，有几种不同的转速可供设计者选择。电动机的同步转速越高，磁极对数越少，其重量越轻。但是电动机转速与工作机转速相差过大势必使总传动比加大，致使传动装置的外廓尺寸与重量增加，价格提高。因此在确定电动机转速时应进行分析比较，选择最优方案。3.2.4选定电动机的型号和参数综上，查表选择YZR400型冶金用电动机，额定功率=3KW，转速，转动惯量，额定电压。第四章 传动装置的运动及动力参数的选择和计算4.1传动比的计算与分配4.1.1传动装置的总传动比由选定电动机的满载转速和工作机轴的转速可得传动装置的总传动比：； （4-1） 总传动比等于各级传动比的乘积，即： ； （4-2） 已知拨杆拨钢速度=0.1m/s，选定齿轮直径D=544mm。则： （4-3） =3.51 ；所以总传动比： =167.23；4.1.2分配各级传动比分配传动比主要考虑以下几点：1.各级传动比应在推荐范围内选取，不得超过最大值。2.各级传动零件应做到尺寸协调，结构匀称，避免相互间发生碰撞或安装不便。3.应尽量使传动装置的外廓尺寸紧凑或重量较小。4.在卧式二级齿轮减速器中，各级齿轮都应该得到充分润滑。为了避免因各级大齿轮都能浸到油而使某级大齿轮浸油过深而增加搅油损失，通常使各级大齿轮直径相近，应使高速级传动比大于低速级，此时高速级大齿轮能浸到油，低速级大齿轮直径稍大于高速级大齿轮，浸油稍深而已。根据以上原则，初步选定齿轮传动的传动比，则减速器传动比 r/min；4.2.3各轴参数的计算将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定为0轴（电机轴），1轴（减速器低速轴），2轴（齿轮轴）；相邻两轴传动比表示为，；相邻两轴的传动效率为，；各轴的输入功率为，；各轴输入转矩为,。.各轴转速计算；电机轴转速 第一轴转速 第二轴转速 2.各轴功率计算；电机轴功率 P=3KW第一轴功率 P1=2.82KW第二轴功率 P2=1.27KW3.各轴扭矩计算； 电机轴扭矩 T=9549xP/n=9549x3/587=48.8N.m 第一轴扭矩 T1=9549x2.82/14.04=1917.96N.m 第二轴扭矩 T2=9549x1.27/3.51=3455.05N.m第五章 减速器的选择计算5.1减速器概述减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。在原动机和工作机之间用来提高转速的独立的闭式传动装置成为增速器。5.1.1减速器的作用 减速器的作用主要为：1.降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。2.降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。5.1.2减速器的分类减速器的种类很多，按照传动形式不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星减速器；按照传动的级数可分为单级和多级减速器；按照传动的布置形式又可以分为展开式，分流式和同轴式减速器，常用减速器主要有；1.齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器，和圆锥-圆柱齿轮减速器。齿轮减速器特点 1).齿轮采用高强度低碳合金钢经渗碳淬火而成，齿面硬度达HRC58-62，齿轮均采用数控磨齿工艺，精度高，接触性好。2).传动率高：单级大于96.5%，双级大于93%，三级大于90%。3).运转平稳，噪音低。4).体积小，重量轻，使用寿命长，承载能力高。5).易于拆检，易于安装。2.蜗杆减速器主要有圆柱蜗杆减速器，环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器。蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。其中应用最广的是单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器则应用较少。蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。3.蜗杆齿轮减速器及涡轮-蜗杆减速器4.行星齿轮减速器行星齿轮减速器由于减速比大，体积小，重量轻，效率高等优点，在许多情况下可代替二级，三级的普通齿轮减速器和蜗杆减速器。行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。5.摆线针轮减速器6.谐波齿轮减速器其中圆柱齿轮减速器的特点是效率高及可靠性高，工作寿命长，维护简便，因而应用范围很广。上述6种减速器已有标准系列产品，使用时只需要结合所需传动功率，转速，传动比，工作条件和机器的总体布置等具体要求。5.2减速器的选用根据已知的设计要求，即减速器计算传动比 r/min；高速轴输入功率P=3x0.99x0.99=2.94KW, 高速轴转速查表选择减速器型号为型，公称传动比40.实际传动比40.85，中心距高速轴许用功率2.94KW，承载能力n=750r/min;第六章传动机构的设计计算6.1齿轮齿条传动设计计算6.1.1齿条传动的特点1.齿条同侧齿廓为平行线,它在与齿定线平行的任一直线上具有相同齿距。A'q#I>j   2.齿条直线齿廓上各点具有相同的压力角,等于直线齿廓的齿形角,一般为标准值。 ?no fUD. 3.当齿轮齿条标准安装时,齿轮分度圆与齿条分度线重合,啮合角等于齿形角;齿轮以角速度转动, 带动齿条以线速度直线移动。bvv|;6   4.中心距增大后，齿条远离齿轮轴心01移动X距离(下图虚线所示),根据齿条直线齿廓的特点,啮合线不会随齿条位置改变而改变,故节点位置P也不变化,此时,齿轮的分度圆仍然与节圆重合，啮合角仍然等于齿条的齿形角,即等于齿轮分度圆上的压力角;而齿条位置的改变使齿条的中线与节线不再重合，齿侧间隙j加大，顶隙增加。即：齿轮齿条正变位传动时, /2UH=Q!x4E  N,t>8M  。 图6-16.1.2齿轮齿条传动的设计计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数： 已知输入功率齿轮轴p=1.27KW,转速1）.压力角的选择：一般选取=20°。2）.齿数的选择：为使轮齿免于根切，对于=20°的标注直齿轮，应取故直齿轮取齿条取所以齿数比3）.齿宽系数的选择：查表，对两支撑相对于小齿轮做对称布置并靠近齿轮取 4） 精度选择：对一般机械，速度不高，选8级精度5） 材料选择：综合考虑齿轮，齿条的工作条件（载荷大小，有无冲击），加工工艺，经济性以及材料来源等，查表选择齿轮选40（调质），硬度为241286HBS；齿条选ZG35SiMn（调质），硬度为217269 HBS；2.按齿面接触疲劳强度计算：由设计公式进行试算，即： （6-1）1）.确定公式内各计算数值：.试选载荷系数 .计算齿轮转矩T1=9549X1.27/3.51=3455.1N.m .选取齿宽系数 .查表的材料的弹性影响系数 .按齿面硬度查表得齿轮轴接触疲劳强度极限齿条接触疲劳强度极限.计算应力循环次数： （6-2） 假设工作寿命15年，每年工作300天； （6-3）.查表取接触疲劳寿命系数.计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为1%，安全系数为S=1； （6-4） （6-5）2）.计算： .试算齿轮分度园直径，代入中较小的值： =542.52mm；.验算圆周速度v：.计算齿宽 ： .计算齿宽与齿高之比模数齿高.计算载荷系数： 根据8级精度，查表的动载荷系数直齿轮查表的使用系数用插值法查表的8级精度，齿轮相对支撑对称布置时，查表得 故载荷系数 （6-11）.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： （6-12）.计算模数：3.按齿根弯曲强度设计； 由设计公式： （6-13） 1）.确定公式内的各计算数值； .查表得齿轮轴的弯曲疲劳强度极限 齿条的弯曲疲劳强度极限 .取弯曲疲劳寿命系数 .计算弯曲疲劳许用应力 取安全系数，由式得： （6-14） .计算载荷系数K （6-15）.查取齿形系数 查表得 .查取应力校正系数查表得 .计算大小齿轮的并加以比较 可见齿轮的数值大。2）.设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小m主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的模数31.44并就近圆整为标准值按接触疲劳强度算得的分度圆直径算出直齿轮的齿数则齿条齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸计算1).分度圆直径计算 2）.计算中心距 （6-16）3）.计算齿轮宽度 取齿轮宽度和齿条宽度同为400mm。6.2齿轮传动的设计计算6.2.1齿轮传动的特点齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s。齿轮传动的特点有：1.效率高。2.结构紧凑。3.工作可靠，寿命长。4.传动比稳定。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离要求过大的场合。齿轮传动可做成开式，半开式及闭式。6.2.2齿轮传动的设计计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料和齿数： 已知输入功率小齿轮p1=2.94kw,转速1）.压力角的选择：一般选取=20°。2）.齿数的选择：为使轮齿免于根切，对于=20°的标注直齿轮，应取故小齿轮取则大齿轮齿数。3）. 精度选择：对一般机械，速度不高，选8级精度4）. 材料选择：综合考虑齿轮的工作条件（载荷大小，有无冲击），加工工艺，经济性以及材料来源等，查表选择小齿轮选40（调质），硬度为241286HBS；大齿轮选ZG50SiMn（调质），硬度为217269 HBS；2.按齿面接触疲劳强度计算：由设计公式进行试算，即：1）.确定公式内各计算数值：.试选载荷系数 .计算齿轮转矩 T=1917.96N.M.选取齿宽系数 .查表的材料的弹性影响系数 .按齿面硬度查表得齿轮轴接触疲劳强度极限 齿条接触疲劳强度极限 .计算应力循环次数 假设工作寿命15年，每年工作300天；.查表取接触疲劳寿命系数 .计算接触疲劳许用应力： 取失效概率为1%，安全系数为S=1；2）.计算： .试算齿轮分度园直径，代入中较小的值：=162.4mm.验算圆周速度v：.计算齿宽 ：b=97.4mm.计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 b/h=97.4/42.69=2.3.计算载荷系数： 根据8级精度，查表的动载荷系数直齿轮查表得使用系数用插值法查表得8级精度，齿轮相对支撑对称布置时，由b/h=2.3 得 查表得 故载荷系数.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径： d1=169.2mm.计算模数：m=d1/z1=8.9可取模数值m=9,分度圆直径d=170mm算出小齿轮的齿数 z1=19,则大齿轮齿数 取这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。4.几何尺寸计算1).分度圆直径计算d1=m.z1=10x19=190mmd2=m.z2=10x78=780mm 2）.计算中心距a=(d1+d2)/2=485mm3）.计算齿轮宽度b=114mm取小齿轮宽度120mm.取大齿轮宽度为100mm。第七章 轴系零部件 轴是机械设备中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力,轴要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。这种起支持作用的零部件称为支承零部件。而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它们的性能互相影响，所以将轴及轴上零部件统称为轴系零部件。7.1轴的设计7.1.1概述轴是组成机器的重要零件，其功用是支承旋转零件（如齿轮、带轮等），并传递运动和动力。1.轴的功用与分类根据受载情况，轴可分为三类：(1)心轴。承受弯矩（M），不传递转矩（T）的轴）所示自行车前轮轴（固定心轴）所示火车车轮轴（转动心轴）。(2)传动轴。以传递转矩为主，不承受弯矩或承受很小弯矩的轴，如汽车的传动轴。(3)转轴。既传递转矩，又承受弯矩的轴，所示的齿轮轴。2.轴的材料轴的失效多为疲劳破坏，所以轴的材料应满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求，常用的材料有：1).碳素钢。对较重要或传递载荷较大的轴，常用35、40、45和50号优质碳素钢，其中45钢应用最广泛。这类材料的强度、塑性和韧性等都比较好。进行调质或正火处理可提高其机械性能。对不重要或传递载荷较小的轴，可用Q235、Q275等普通碳素钢。2).合金钢。合金钢具有较好的机械性能和淬火性能。但对应力集中比较敏感，价格较高，多用于有特殊要求的轴，如要求重量轻或传递转矩大而尺寸又受到限制的轴。常用的低碳合金钢有20Cr、20CrMnTi等，一般采用渗碳淬火处理，使表面耐磨性和芯部韧性都较好。合金钢与碳素钢的弹性模量相差不多，故不宜用合金钢来提高轴的刚度。3).球墨铸铁。球墨铸铁具有价廉、吸振性好、耐磨，对应力集中不敏感，容易制成复杂形状的轴等特点。但品质不易控制，可靠性差。7.1.2轴的结构设计1.轴的结构轴的结构设计就是根据工作条件，确定轴的合理外形，各段轴径和长度以及全部结构尺寸。为了便于装拆，一般的转轴均为中间大、两端小的阶梯轴。轴与轴承配合处的轴段称为轴颈，安装轮毂的轴段称为轴头，轴头与轴颈间的轴段称为轴身。阶梯轴上截面尺寸变化的部位，称为轴肩和轴环。轴肩和轴环常用于轴上零件的定位。齿轮由右方装入，依靠轴环