減速分配箱箱體零件畢業(yè)設(shè)計說明書.doc

武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 摘 要 近年隨著鋼鐵，汽車，家電行業(yè)的發(fā)展，對鋼板要求越來越高。由于種種原因軋后鋼材必須經(jīng)過矯正，才能消除制品的彎曲和扭擰，波浪彎和瓢曲等缺陷以達(dá)到國家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。所以矯正機(jī)在軋鋼機(jī)械中有著舉足輕重的地位。由于施加鋼材反向彎曲或拉伸的方式不同及結(jié)構(gòu)上的不同而有不同類型的矯直機(jī)，所以矯直鋼材所需的矯直機(jī)的種類有很多種，驅(qū)動矯直機(jī)的減速分配箱也有各種各樣的傳動方式。因此，需根據(jù)矯直機(jī)的要求設(shè)計專門的傳動分配箱。本文的設(shè)計方案是：由一個電動機(jī)驅(qū)動的，經(jīng)過一級減速的，通過五個小齒輪進(jìn)行分配的整體減速分配箱。由于圓柱齒輪減速機(jī)的制造和安裝較為簡單，因此在矯直機(jī)主傳動系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。將該矯直機(jī)的減速分配箱，制造成聯(lián)合減速機(jī)。因為將減速機(jī)和齒輪座組成一個整體，可減少傳動件，且結(jié)構(gòu)緊湊，能減少機(jī)列總長度，節(jié)省精整車間的空間。在整個設(shè)計中，本文對減速分配箱箱體內(nèi)的各零件做了仔細(xì)的設(shè)計計算和校核，通過對箱體內(nèi)各零件的合理的布置以及各部分的完善，最終設(shè)計除了滿足要求的矯直機(jī)的主傳動系統(tǒng)。 本文設(shè)計的主參數(shù)如下：選擇電機(jī)為：Y系列，功率為5.5KW的Y132M2-6型電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速為nm=960r/min。減速機(jī)為一級減速，其傳動比：i=3分配箱經(jīng)一級分配。分配齒輪齒數(shù)為Z=21關(guān)鍵詞：矯直機(jī)；矯直機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)；減速分配箱；減速機(jī)；機(jī)架 Abstract In recent years, with the iron and steel, automobiles, household appliances industry, increasing demands on the plate. For various reasons must be corrected after rolling of steel to eliminate bending and twisting products, wave bending and buckling and other defects in order to meet the national quality standards. So straightening machine in the steel rolling machine has a pivotal position. Since the reverse bending or stretching of steel applied in different ways and different structures have different types of straightening machine, so the required straightening steel straightening machine There are many types, the drive gear straightening machine distribution box there are a variety of transmission mode. Therefore, the request must be in accordance leveler drive designed specifically assigned box. This design is: driven by a motor through a speed reduction through the allocation of five overall pinion gear distribution boxes. Because the manufacture of cylindrical gear reducer and installation is simple, so straightening the main drive system is widely used. Slowdown in the straightening machine distribution box, manufactured jointly reducer. Because of the speed reducer and gear housing to form a whole, can reduce the transmission parts, and compact machine can reduce the total length of the column and save the space between fine vehicle. In the whole design, the paper distribution boxes cabinets gear made of various parts of the design calculations and check carefully through the various parts of the cabinets of the layout as well as a reasonable part of the perfect addition to meeting the requirements of the final design straightener The main drive system.In this paper the main design parameters are as follows:Select motor: Y series, power of 5.5KW of Y132M2-6-type motor, the speed is nm = 960r/min.Reducer is a reducer, the gear ratio: i = 3Distribution by a distribution box. Distribution of gear for the Z = 21朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典Keywords:Straightening machine; straightening machine main drive mechanism; slow distribution box; reducer; rack.朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典56目 錄1.緒論1.1 論述.11.2 設(shè)計內(nèi)容.1 1.2.1 設(shè)計內(nèi)容.1 1.2.2 工作原理.11.3 方案設(shè)計及確定.22.主參數(shù)計算.32.1 主參數(shù)計算.3 2.1.1 先按理想材料進(jìn)行.3 2.1.2 確定輥距.3 2.1.3 計算輥子直徑.4 2.1.4 確定輥長.4 2.1.5 確定輥數(shù).4 2.1.6 校核矯正輥扭轉(zhuǎn)應(yīng)力.4 2.1.7 矯正功率確定.53.電機(jī)的選擇3.1 選擇電機(jī).6 3.1.1 電動機(jī)類型的選擇.6 3.1.2 電動機(jī)的傳動比.6 3.1.3 傳動方案簡圖.7 3.1.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算.84.減速分配箱內(nèi)部傳動部分的設(shè)計計算.84.1 減速齒輪的設(shè)計計算.8 4.1.1 選定齒輪類型，精度等，材料及齒數(shù).8 4.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計.9 4.1.3 設(shè)計計算.11 4.1.4 幾何尺寸計算.12 4.1.5 齒輪校核.134.2 傳動分配箱內(nèi)各軸及其附帶零件的設(shè)計計算.13 4.2.1 齒輪軸1的設(shè)計計算.13 4.2.2 齒輪軸2的設(shè)計計算.174.3 齒輪軸和齒輪的有限元分析.19 4.3.1 齒輪軸的有限元分析.19 4.3.2 齒輪的有限元分析.225.減速分配箱箱體部分的設(shè)計計算.275.1 減速器焊接箱體結(jié)構(gòu)尺寸的確定.276. 機(jī)架的設(shè)計及計算.286.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計.286.2 牌坊的尺寸參數(shù)確定.28 6.2.1 矯直輥軸承及軸承座的確定.28 6.2.2 牌坊窗口高度確定.29 6.2.3 牌坊窗口寬度確定.316.3 機(jī)架寬度的確定.327 機(jī)架強(qiáng)度和變形計算.32 7.1 機(jī)架的材料和許用應(yīng)力.32 7.2 機(jī)架強(qiáng)度計算.33 7.3機(jī)架的變形計算.37 7.4 機(jī)架傾翻力矩計算.39 7.4.1 傳動系統(tǒng)加于機(jī)架上的傾翻力矩.39 7.4.2 由水平力引起的傾翻力矩.39 7.5 支座反力及地腳螺栓的強(qiáng)度計算.39 7.5.1 支座反力的計算.39 7.5.2 地腳螺栓的強(qiáng)度計算.40 7.6 機(jī)架有限元分析.408.結(jié)束語.459.參考文獻(xiàn).461 緒論1.1 概述鋼鐵行業(yè)是我們國家的重要產(chǎn)業(yè)，它關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)命脈。一個國家鋼鐵行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r是該國綜合國力的重要表現(xiàn)。經(jīng)過煉鐵廠煉制的鋼坯，需要經(jīng)過軋鋼車間和精整車間的產(chǎn)品處理才能成為用戶需要的鋼鐵產(chǎn)品。軋鋼車間和精整車間的機(jī)械設(shè)備有很多，包括軋鋼機(jī).剪切機(jī).飛剪機(jī).鋸切機(jī).矯直機(jī).卷取機(jī)等等都是冶金鋼鐵行業(yè)中必不可少的機(jī)械設(shè)備。近幾年來，冶金生產(chǎn)行業(yè)有了新的發(fā)展，冶金機(jī)械在新的要求和挑戰(zhàn)下也有了新的突破。比如矯直機(jī)，今年隨著鋼鐵.汽車.家用電器行業(yè)的發(fā)展，對鋼板質(zhì)量的要求越來越高。鋼鐵行業(yè)對矯直機(jī)的需求也越來越迫切，因為軋件在軋制，冷卻和運輸過程中，由于各種各樣的因素的影響，玩玩產(chǎn)生形狀缺陷。例如，鋼軌，型鋼和鋼管經(jīng)常出現(xiàn)弧形彎曲；某些型鋼（如工字鋼等）的斷面會產(chǎn)生外擴(kuò)和扭轉(zhuǎn)；板材和帶材會產(chǎn)生縱向彎曲（如波浪形），橫向彎曲，邊緣浪形和中間瓢曲以及鐮刀彎等。由于上述種種原因，為了消除這些缺陷，軋后鋼材必須經(jīng)過矯正，才能消除制品的彎曲和扭擰，波浪彎和瓢曲等缺陷已達(dá)到國家規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。所以矯直機(jī)在軋鋼機(jī)械中占有舉足輕重的位置。由于施加鋼材反向彎曲或拉伸的方式不同以及結(jié)構(gòu)上的不同而有不同類型的矯直機(jī)，所以矯正鋼材所需的矯直機(jī)的種類有很多種，驅(qū)動矯正機(jī)的減速分配箱也有各種各樣的傳動形式。因此，需根據(jù)矯直機(jī)的要求設(shè)計專門的傳動分配箱。1.2 設(shè)計內(nèi)容1.2.1 設(shè)計內(nèi)容A 帶鋼厚度：h=0.3mm-2.5mm，s=600MPa，b=250-850MPaB 帶鋼寬度：810mm-1530mmC 帶卷內(nèi)徑：d內(nèi)=508mmD 機(jī)組速度：20-200m/min 最大重量：350000KN1.2.2 工作原理輥式矯直機(jī)通過一組工作輥將鋼材反復(fù)彎曲，使之發(fā)生彈朔性變形，以消除鋼板在軋制過程中形成的內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到改善板形和尺寸精度的目的。該矯直機(jī)由電機(jī)通過聯(lián)軸器傳動減速分配箱的輸入軸，通過一對斜齒圓柱齒輪進(jìn)行一級減速，減速后的傳動軸的伸出端，與五個相同的相互嚙合的斜齒圓柱齒輪中的第三個齒輪相聯(lián)，進(jìn)行一級分配，這樣剛好把電動機(jī)輸出的總扭矩通過平均分配傳遞給五個矯正輥。由此可以分析，當(dāng)采用單支傳動時，以直接傳動第三根齒輪軸最好。如果受結(jié)構(gòu)限制也可傳動第二根軸。當(dāng)矯正機(jī)矯正輥的數(shù)目增多時，要求減速機(jī)有若干個輸出軸，每個輸出軸應(yīng)當(dāng)直接傳動這一組齒輪軸中相應(yīng)負(fù)荷最大的那一根齒輪軸。1.2.3 進(jìn)一步優(yōu)化由于矯正輥的第三根（或第二根）矯直輥的矯正扭矩最大，因此，對該輥要盡可能由減速機(jī)的一根出軸經(jīng)齒輪座直接傳動，以減輕齒輪座的負(fù)荷。一般情況下，為了防止鋼板在工作輥中打滑，輥式鋼板矯正機(jī)所有的工作輥都是驅(qū)動的。這時可以通過齒輪座將減速機(jī)傳來的扭矩平均分配給各個矯直輥。齒輪座輸入軸數(shù)目要與減速機(jī)支數(shù)相同。每根輸入軸帶動一組齒輪。1.3方案設(shè)計及確定方案：圖1.1 矯直機(jī)傳動系統(tǒng)方案原理圖 該方案是一個由一個電動機(jī)驅(qū)動的，經(jīng)過一級減速機(jī)通過五個完全相同的小齒輪進(jìn)行分配的，整體減速分配箱。由于圓柱齒輪減速機(jī)的制造和安裝較為簡單，因此在矯直機(jī)主傳動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。且將其制造成聯(lián)合矯正機(jī)。因為將減速機(jī)與齒輪座組成一個整體，可減少傳動件，且結(jié)構(gòu)緊湊，能減少機(jī)列總長度，節(jié)省精整車間的空間。該矯正機(jī)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，一個電機(jī)驅(qū)動，傳動結(jié)構(gòu)精巧，布置緊湊，每個齒輪受力較均勻。2.主參數(shù)計算2.1主參數(shù)計算（參考板帶車間機(jī)械設(shè)計 下冊 P65-135）已知：1） 帶鋼厚度：h=0.3mm-2.5mm，s=600MPa，b=250-850MPa2） 帶鋼寬度：810mm-1530mm3） 帶卷內(nèi)徑：d內(nèi)=508mm 2.1.1 先按理想材料進(jìn)行計算2.1.2 確定輥距按式 確定輥距，考慮用大變形矯正Kt3 - - 第三輥的壓下量系數(shù)。 K f 3 -第三根矯正輥的彈塑性彎曲系數(shù)按中厚板板型，一般取Co = 0 Cp3 = 5 ，則=3查表 P120 （圖 1446）得 K f 3 = 1.688 ， 中厚板矯直機(jī)一般可以取 Kt3 = 0.05 ，又.hmin=1.0mm.按經(jīng)驗公式板帶車間 下冊P116.最小輥距 Tmax= Tmin=由于tmintFd1所以，軸承向右竄動，即軸承1被壓緊，軸承2被放松所以 Fa1=783.157N Fa2=392.227N由2（表13-6）查得載荷系數(shù)fp=1.5當(dāng)量動載荷 P=fp（XFr+YFa）由Fa/Fr=0.672e=0.68,根據(jù)2P314（表13-5）查得X=1，Y=0又P1=P2，所以P=P1=P2=1.5（1576.804+0）=865.206N根據(jù)2P312（式13-5）算得軸承壽命（對于球軸承 =3）大修期為三年，所以該軸承滿足強(qiáng)要求。計算彎矩：MH=FrH1L1=FrH2L2=767.99755=4.223104N.MMM0=Frv1L1=Frv2L2=288.40255=1.586104N.MM MA=FdD/2=390.9365/2=1.271104N.MMMv=M0-Ma=1.586104-1.271104=3.15103N.MM受力圖如下所示： 由2P355(表15-1)查得-1=60MPa由2P364，對稱循環(huán)變應(yīng)力，折合系數(shù)a=1由2P365(表15-4)查得：所以2P365(式15-5)進(jìn)行校核 所以，一號軸滿足強(qiáng)度要求。4.2.2齒輪軸2的設(shè)計計算 該軸是一根很復(fù)雜的階梯齒輪軸，是一根既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩的轉(zhuǎn)軸。而且為了箱體的結(jié)構(gòu)緊湊，其上還要設(shè)計一個齒輪，是分配齒輪時的傳動齒輪。1）初選軸直徑由2P362(式15-2)初步計算軸的最小直徑，所選材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)P362(表15-3)，取A0=110由前面的計算可知 P1=5.282kw，n1=324.32，T1=155.5349N.M所以 取初始段軸直徑 d1=30mm 根據(jù)箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及嚙合齒輪中心線一致，取該段軸長為l1=60mm2）第一段軸上裝軸承（前端用套筒進(jìn)行軸向定位）可選出軸承，由裝軸承的軸的直徑d1=30mm，該軸既受軸向力又受徑向力，所以可選擇角接觸球軸承。由機(jī)械設(shè)計手冊2P7-287查的選擇的軸承，選用7210AC型號的軸承尺寸參數(shù)為：d=50mm，D=80mm，B=16mm，Cr=26.5,Cor=22.0,脂6700r/min,油9000r/min3）第二段軸的設(shè)計該軸上裝大齒輪，根據(jù)第一段軸取得該段軸直徑d2=55mm，因為大齒輪的寬度B=105mm。所以，為了齒輪定位良好，取軸的長度為l2=100mm。大齒輪的軸向由前面的軸承以及前后一段軸的小軸肩和裝于前段軸上的套筒進(jìn)行定位。圓周方向通過軸上的鍵進(jìn)行定位，可以選出符合要求的鍵。由機(jī)械設(shè)計手冊2P5-194，d2=40mm，公稱尺寸bh=1610，b=16mm，鍵長由標(biāo)準(zhǔn)2P103取l=80mm。經(jīng)校核，鍵滿足強(qiáng)度要求。4）第三段軸的設(shè)計該軸前面裝軸及軸承蓋，再套上套筒以對大齒輪進(jìn)行軸向定位。取軸的直徑d3=50mm，考慮到箱體的布置，支撐板（箱體內(nèi)焊接板）的寬度等因素，取軸長為l23=45mm。5）選出第三段軸上的軸承由裝軸承的軸的直徑d3=50mm，該軸既受軸向力又受徑向力，所以可選擇角接觸球軸承。由機(jī)械設(shè)計手冊2P7-287查得所選擇的軸承，其尺寸參數(shù)如下：d=60mm,D=95mm,B=18mm,Cr=36.2,Cor=31.5,脂5600r/min,油7500r/min,d2=71.4mm,D2=85.7mm,r=1.1,r1=0.6 則選用7012AC型號軸承軸二的設(shè)計1.最小直徑 d1=30mm（距前），l1=60mm2.第二段軸，取d2=40mm，取l2=80mm 3.第三段軸為一軸肩，取d3=45mm，l3=45mm4.根據(jù)大齒輪的定位及齒寬取d4=50mm，l4=60mm5.由軸一的結(jié)構(gòu)及箱體跨度，取d5=60mm，l5=10mm 6.第六段軸，d6=55mm,由結(jié)構(gòu)取l6=12mm7.第七段軸，d7=45mm，取其長l7=17.5mm。 8.鍵，第七段軸上使用鍵周向定位，采用C型鍵，材料 為45號鋼，bh=108，L=40mm鍵的校核由2表6-2查得p=110MPa故鍵的強(qiáng)度滿足要求 4.3齒輪軸和齒輪的有限元分析 本次分析采用Madis NFX和Soildworks軟件。在設(shè)計過程中先在Soildworks中建好三維實體模型，再將其導(dǎo)入進(jìn)Madis NFX中進(jìn)行有限元分析。 4.3.1 齒輪軸的有限元分析 （1）三維實體模型建立和導(dǎo)入 （2）前期實體模型簡化 （3）材料特性定義 (4) 網(wǎng)格劃分 由于形狀不規(guī)則使用四面體和六面體網(wǎng)格劃分 （5）約束定義 釋放第三軸段和第七軸段的繞Z向自由度 （6）加載 在齒輪軸段上加上反作用力，在第一軸段上加扭矩 （7）進(jìn)行分析 1.總平動位移云圖 2.實體單元VON MISES應(yīng)力云圖 3.實體單元安全因子云圖4.3.2 齒輪有限元分析 （1），（2），（3）同上 （4）網(wǎng)格劃分 （5）約束定義 釋放軸孔繞Z方向的自由度 （6）加載 在齒上加載反作用力，在軸孔上加載扭矩 （7）進(jìn)行分析 1.總平動位移云圖 2.實體單元VON MISES應(yīng)力云圖 3.實體單元安全因子云圖 通過有限元分析我們可以快速的知道部件的節(jié)點應(yīng)力和位移，為我們后期的優(yōu)化工作提供了方便，其比工程法計算更加準(zhǔn)確和詳細(xì)。可以找出薄弱地方，防止安全事故的發(fā)生。 而且有限元分析方法改變了工程法那樣以加大安全因子來確保安全的思想。從而簡化部件結(jié)構(gòu)和減少材料用量，為后續(xù)優(yōu)化提供了有效參考。5 減速分配箱箱體部分的設(shè)計計算5.1減速器焊接箱體結(jié)構(gòu)尺寸的確定箱座（體）壁厚：=0.04a+3 8，即=12mm蓋壁厚：1=（0.80.85）=9.610.2mm，取=10mm箱座凸緣的厚度：b=1.5=18mm箱蓋凸緣的厚度：b1=1.51=15mm箱底凸緣厚度:b2=2.5=30mm箱座上的肋厚：m 0.85=10.2mm.取m=10mm地腳螺釘直徑與樹目：df=0.036a+12=24.6mm。取df=24mm，n=8地腳螺釘通孔直徑：df=30mm地腳螺釘沉頭座直徑：D0=100mm地腳螺釘沉頭座凸緣尺寸：C1min=35mm,C2min=30mm軸承旁連接螺栓直徑：d1=0.75df=18mm箱座，箱蓋聯(lián)接螺栓直徑：d2=0.6df=12mm，螺栓間距：l=120mm聯(lián)接螺栓直徑：d=16mm通孔直徑：d，=17.5mm沉頭座直徑：D=33mm凸緣直徑：C1min=24mm,C2min=20mm定位銷直徑：d=0.8d2=10mm軸承蓋螺釘直徑：d3=0.5df=12mm視孔蓋螺釘直徑：d4=0.4df=10mm箱體外壁至軸承座端面的距離：l1=c1+c2+8=24+20+8=52mm6 機(jī)架設(shè)計及計算6.1 設(shè)計結(jié)構(gòu)本次設(shè)計采用機(jī)架類型為閉式組合牌坊式機(jī)架，主要由機(jī)座、連接梁、牌坊等組成。6.2 牌坊的尺寸參數(shù)的確定牌坊的基本尺寸取決于以下兩個條件：1.牌坊的窗口要足以容納矯直輥軸承座，安全或測壓原件等，并考慮矯直機(jī)的最大開口度和壓下螺絲伸出的最小長度等；在采用液壓壓下的矯直機(jī)上，在確定牌坊高度時，還要考慮裝設(shè)液壓缸。2.牌坊立柱和上下橫梁截面積應(yīng)滿足牌坊受力時的強(qiáng)度和剛度要求。6.2.1 矯直輥軸承及軸承座的確定矯直輥軸承處輥徑，采用滾動軸承支承d=0.5D=30mm設(shè)計采用滾針軸承選用型號滾針NKI 30/20 基本參數(shù)如下基本尺寸/mm載荷/KN極限轉(zhuǎn)速質(zhì)量/kgdDBCrCor脂油W=30452024.841.5700010000.112表4-1設(shè)計使用的滾針軸承沒有標(biāo)準(zhǔn)的軸承座課選取，同時考慮到軸承座是直接安裝在機(jī)架上的，故可根據(jù)安裝尺寸確定軸承座的尺寸。如圖確定軸承座高度:圖4-1故可取h=100mm。6.2.2 牌坊窗口高度確定牌坊窗口高度由以下公式確定：H=HZ+HA+S1+S2+S0 (4.1)式中：HZ當(dāng)五個矯直輥接觸時，下矯直輥軸承座底面至上矯直輥軸承座底面的最大距離，矯直輥的布置為上二下三：圖4-2HA安全或測壓元件以及均壓塊的高度，采用液壓壓下時，還包括液壓缸的高度，S1矯直機(jī)換輥時最大開口度，S2下矯直輥軸承底墊板厚度S0牌坊窗口高度尺寸富裕量，通常取150-250因此根據(jù)圖示幾何關(guān)系可以確定：圖4-3可以得到： Hz=hx+2h式中hx是指上輥中心到下平行輥中心距：hx=故 Hz= +2h （4.2）式中:D軸承外徑，D=45mm， t輥距，t=62mm， h軸承座高度，h=50mm，Hz=現(xiàn)在確定矯直機(jī)壓下系統(tǒng)為電動壓下，故：HA指安全或測壓元件及均壓塊得高度，初設(shè)為50mm；S1為矯直機(jī)換輥的最大開口度，初設(shè)為150mm；S2為下軸承座底墊板厚度，初設(shè)為35