1780R2粗轧机压下系统设计.pdf

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1、 第 I 页 1780R2粗轧机压下系统设计 摘要 随着钢铁工业的不断发展，轧机作为作为主要的轧钢设备也在不断的更新和发展。1780热带钢连轧机是现代热带钢连轧机的典型代表。其粗轧机采用电动压下系统。结构简单、维护方便、调整范围大、调整迅速。能满足轧制精度的要求。本文对1780R2粗轧机压下系统进行了系统的设计计算，主要介绍了轧钢技术国内外的发展概况和热带钢连轧机的现状及发展趋势，并且系统的分析比较了各种压下系统的优缺点。最终确定了1780R2粗轧机压下系统的最优设计方案。在此基础上，对压下系统进行了设计计算。主要包括压下电机的容量选择、直线环面蜗杆减速器基本尺寸的设计计算、蜗杆轴的强度校核、

2、压下螺丝和螺母的强度校核及轧机机架的强度校核。本文还简要介绍了润滑方式的选择、安装试车规程以及经济性和环保性的分析等。构成了完整的压下系统设计。关键字：热带钢连轧机；轧钢技术；压下系统；强度校核 第 II 页 The Design of Pressure System of 1780R2 Rude Rolling Mill Abstract With the continuous development of the iron and steel industry,mills as the major rolling equipment are also continuously updati

3、ng and developing.1780 hot strip rolling mill is a typical of hot strip rolling mill in modern.Its rude rolling mill use of electric pressure system,it has the simple structure,the easy maintenance,large adjustment range and the rapid adjustment.It can meet the accurate requirement of 1780R2 rude ro

4、lling mill in the paper,it mainly introduces the rolling technology developments at home and abroad hot strip rolling mill of the status and the development trend,and systematically analysis the advantages and disadvantages of the pressure system.Eventually determine the options of optimal of design

5、 system of 1780R2 rude rolling mill.It carried on designing and calculating to the pressure system in this foundation,it including of the options of pressure motor of capacity,the calculation of linear-toroidal worm of reducer basic size,the strength checking of worm axis,the strength checking of ad

6、justing screw and nut and the strength checking of mill housing.Also gave a brief account of the choice of mode lubrication,test order and the analysis of economic and environmental in the paper,and so on.Constituted an integrity of design of pressure system.Keywords:hot strip rolling mill;rolling t

7、echnique;pressure system;the strength checking 第 III 页 目录 1.绪 论.1 1.1.轧钢技术国内外发展概况.1 1.2.热带钢连轧机的现状及发展趋势.2 1.3.实习厂情况介绍（主要设备、产品品种、工艺流程、工厂平面布置图）.3 1.4 研究内容及设计方法.4 2.方案设计.6 3.设计计算.9 3.1 压下电机容量的选择.9 3.1.1 被平衡件重量的计算.9 3.1.2 转动压下螺丝静力矩的计算.9 3.1.3 压下电机容量的选择.12 3.2 压下装置传动机构的设计.13 3.2.1 蜗杆传动的设计计算.13 3.2.2 蜗杆轴的强

8、度计算（第二级减速器蜗杆轴）.25 3.2.3 压下螺丝螺母的强度计算.32 3.3 机架的强度计算.35 3.3.1 机架的结构尺寸.35 3.3.2 受力及其力矩.36 4.润滑方式的选择.41 5.安装试车规程.42 第 IV 页 6.经济性与环保性分析.43 6.1 经济性分析.43 6.1.1 经济寿命的计算.43 6.1.2 经济设备大修期确定.46 6.2 环保性分析.48 结束语.50 致谢.51 参考文献.51 第 1 页 1.绪 论 1.1.轧钢技术国内外发展概况 轧钢生产是将钢锭或钢坯制成钢材的生产环节。用轧制方法生产钢材，具有生产效率高、品种多、生产过程连续性强、易于实

9、现机械化自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛的应用。目前，约有 90%的钢都是经过轧制成材的。一些有色金属的成材，主要也是用轧制的方法。图 1.1 轧钢发展的三个方向 钢铁工业是国民经济的基础产业，是社会发展水平和综合国力的重要标志之一。其中板带钢是最主要的钢材产品，在国民经济各部门中使用最广泛。因为热轧板带不仅可以作为薄带和中板直接使用，而且还作为冷轧板、焊管和冷弯型钢生产的原材料，在汽车、造船、桥梁、建筑和家用电器等工业上得到了广泛的应用。热轧板带作为高技术含量的钢铁产品，其产量和所占比重反映了一个国家的钢铁工业水平。世界先进工业国家钢铁工业的板带比一般在 40%60%

10、，而我国尚不到 40%。随着我国钢铁工业的发展，对钢材的要求已从数量向优质、多品种、低成本的方向转化，提高板带的生产技术水平不仅是满足国家经济建设的需要，还是适应国际市场竞争的 第 2 页 需要。近年来，随着轧制新工艺的不断涌现及轧制理论的日趋成熟，许多新型技术陆续地应用到了热轧机上，使钢板的生产技术和产品质量有了很大的改善。而高速计算机数值仿真技术的飞速发展，使高精度数学模型有效地指导生产和提高产品质量成为了可能。目前我国是钢铁大国，还不是钢铁强国。热轧板带是我国钢铁产业结构调整中需要加速发展的产品种类，为了开发具有自主知识产权的热轧板带产品、工艺及装备技术，在基础理论研究和数学模型的开发与

11、应用方面亟待加强。钢铁产业是国民经济的重要基础产业，是实现工业化的支撑产业，是技术、资金、资源、能源密集型的产业，因此努力把我国建成具有国际竞争力的钢铁强国，必须走新型钢铁工业发展的道路，依靠科技进步和自主创新，提高我国钢铁工业的技术水平，提高我国企业及其钢铁产品的市场竞争力。1.2.热带钢连轧机的现状及发展趋势 我研究的课题是 1780R2粗轧机压下系统的设计。主要是针对热轧这一方面的，所以着重介绍一下热轧技术的发展概况：热轧，是以板坯（主要为连铸坯）为原料，经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢。从精轧最后一架轧机出来的 热钢带通过层流冷却至设定温度，由卷取机卷成钢带卷，冷却后的钢带卷，根据

12、用户的不同需求，经过不同的精整作业线（平整、矫直、横切或纵切、检验、称重、包装及标志等）加工而成为钢板、平整卷及纵切钢带产品。自从世界上第一套板带热连轧机1926 年诞生于美国阿姆柯钢铁公司后，热轧板带生产的发展已有 80 年的历史。1960 年美国麦克劳斯公司最先在热轧板带精轧机上采用了计算机控制技术，这是热轧板带生产适应自动化操作发展趋势划时代的进步。但是，那时的热连轧机精轧机组都是采用普通四辊轧机，其控制热轧板带板形和板凸度的方法是采用原始辊凸度、压下负荷分配和液压弯辊等方法，显然这些方法已不能满足用户对产品的板形和板凸度的质量要求。1982 年日本日立公司开发的新日铁八幡厂1680 m

13、m 热轧板带 HC(High Crown)轧机和 1984 年新日铁与三菱重工共同开发的新日铁 1840 mm 热轧机成对交叉辊PC(Pair Crossed)轧机，标志着热轧板带生产从追求大型化、高速度、大卷重转向了注重于提高产品质量、资源利用率和降低生产成本。第 3 页 目前用于热轧的轧机类型主要包括 CVC 轧机、VC 轧机、PC 轧机，以及从冷带轧机移植过来的 HC 轧机和 HCW 轧机等。这些轧机能够有效地控制热轧板带的板形，提高产品的质量，也有利于采用自由轧制制度，提高轧机的生产产量。为了满足板带产品机械性能 的 严 格 要 求，控 轧 控 冷 也 得 到 了 快 速 发 展 与

14、应 用，称 之 为 热 机 控 制 工 艺(Thermo-Mechanical Controlled Processing TMCP)。我国第一套板带热连轧机建于1957 年，即鞍钢从原苏联引进的 1700 mm 热连轧机。此后 20 多年热轧板带生产一直处于低水平阶段。1978 年武钢 1700 mm 热连轧机和 20 世纪 80 年代宝钢 2050 mm 热连轧机的建成，使我国的热轧板带生产向前迈了一大步。20 世纪 90 年代，具有世界先进水平的宝钢1580 mm、鞍钢 1780 mm、珠钢 1500 mm 以及邯钢 1900 mm 等热连轧机的建成投产，标志着我国热轧板带生产进入了一个

15、高速发展的时期。最近一二十年来，随着当代热轧板带生产和现代制造技术、计算机技术及信息技术的有机结合，在提高产品质量、降低生产成本和增加钢材品种等方面都有了突飞猛进的发展。目前，一些发达国家已经形成了较为成熟的 TMCP 技术，并逐渐将其作为当今热轧中厚板生产的主要工艺技术。随着物理冶金学、轧制技术及计算机技术的发展，己有可能通过计算机对热轧板带的微观组织、力学性能及工艺参数进行综合研究，建立性能与工艺参数之间的关系，使性能预测及控制成为可能，促使综合性能预报成为继厚度控制、板形控制以后的第三个研究热点。1.3.实习厂情况介绍（主要设备、产品品种、工艺流程、工厂平面布置图）我们此次毕业实习的实习

16、单位是鞍山钢铁公司，位于中国辽宁鞍山市。前身是 1916 年动工兴建的南满铁道株式会社。1948 年后正式成立鞍山钢铁公司。其现有职工 20 余万人，工人数 152 万人，鞍钢附企职工人数 114 万人，其中科技人员近 3 万人。占地面积 120平方千米，下属 8 个二级公司、16 个厂矿、10 余所科研设计部门、9 所大中专院校、13 座综合医院。公司拥有设备总重量 93 万吨，固定资产原值 101 亿元，具有年产铁矿石 2500万吨、生铁 770 万吨、钢 800 万吨，钢材 560 万吨的综合生产能力，工业总产值 49 亿元。所产钢材有 600 多种，规格达 2 万多个，供应冶金、煤炭、

17、电力等全国 30 多个行业，并向港澳地区、日本、东南亚和世界其他地区出口。第 4 页 我们此次主要参观了鞍钢的热轧带钢厂，热轧带钢厂生产品种主要有：低碳钢、中碳钢、高碳钢、船用结构钢、管线钢、锅炉用钢、焊瓶钢、IF 深冲钢、无取向硅钢、包晶钢、高强双相钢等，产品覆盖面广。热轧钢卷除供冷轧、硅钢继续深加工外，广泛应用于建筑、机械加工制造、汽车制造、造船、卷管、集装箱制造业等行业 热轧厂主要有 1780 与 1700 两条生产线：1780 生产线于 1999 年 10 月份热负荷试车。该生产线是从日本三菱公司引进的，配备了步进式加热炉、SP 定宽压力机、GTO 变频调速装置、精轧液压 AGC、PC

18、 轧机、在线磨辊（ORG）和弯辊装置、带自动跳步功能的全液压卷取机、全线三级计算机控制等先进技术装备。1780 生产线主要设备包括三座步进梁式加热炉、一台板坯高压水除鳞箱、一台定宽压力机、三架立辊轧机、一架二辊可逆粗轧机、一架四辊可逆粗轧机、十二组保温罩、一台转鼓式切头飞剪、一台精轧高压水除鳞箱、七架四辊连轧机组、一套层流冷却装置、三台地下卧式卷取机及相应辅助配套设施等。图 1.2 1780 线生产工艺流程图 ASP1700 生产线于 2000 年 12 月 1 日热负荷试车，是我国首条自行设计、制造、技术总负责并拥有全部知识产权的短流程热轧带钢生产线，其中高技术含量的全线计算机控制系统、液压

19、 AGC、液压窜辊、液压弯辊板型控制系统及加热炉、精轧机组等重大技术装备实现了国产化。经过 2005 年 6 月的改造性大修，ASP 工艺技术得到进一步完善、升级。ASP1700 生产线主要设备包括两座 LF 钢包精炼炉、两座中薄板连铸机、两座步进梁式加热炉、一台板坯高压水除鳞箱、一架立辊轧机、一架二辊可逆粗轧机、一架四辊可逆粗轧机、一台热卷取箱、一台转鼓式切头飞剪、一台精轧高压水除鳞箱、6 架四辊连轧机组、一套层流冷却装置、两台地下卧式卷取机及相应辅助配套设施等。1.4 研究内容及设计方法 本次设计主要针对 1780R2初轧机压下系统。研究内容主要包括方案选择、压下电机的选择、压下系统设计计

20、算、主要零部件的受力分析和强度校核等。为了保证轧机的安全运步进梁式加热炉（三座）板坯高压水除鳞箱 转鼓式切头飞剪 四辊可逆粗轧机 保温罩（十二组）立辊轧机（三架）二辊可逆粗轧机 定宽压力机 地下卧式卷取机（三台）四辊连轧机组（七架）精轧高压水除鳞箱 层流冷却装置 第 5 页 行，除了采取各项维护、保养措施外，还必须选择不同的润滑方式，保证各机械摩擦部分有可靠的润滑；为了实现设计的可行性，进行技术经济性和环保性分析等方面的内容。第 6 页 2.方案设计 轧钢机的压下系统通常由电动机、传动减速器、电磁离合器、制动器、压下螺丝和螺母、压下螺丝回松装置、压下螺丝行程指示器、测压仪和球面垫等几部分组成。

21、1780R2粗轧机为不可逆轧机。不会发生卡钢事故，则不必采用压下螺丝回松机构。1.压下装置的传动形式 板带轧机的压下系统按传动形式主要有手动、电动和液压压下等几种。手动压下装置只在某些型钢轧机上使用，有的小型带钢轧机也需要手动操作，比较麻烦且精度不高。电动压下装置适合大压下量轧机，压下速度较快快。液压压下装置具有惯性小、响应快、精度高、安全可靠、体积小等优点，但是其对液压系统油的清洁度要求高，对维护人员的技术水平要求高。在大型板带钢轧机上，广泛采用电动压下和液压压下。1780R2粗轧机的压下装置采用电动压下。因为电动压下装置相对于液压压下装置具有结构简单、维修方便、调整范围大、调整迅速等特点。

22、而且液压压下要求很高，压下油缸也要定期清理，否则淤积物影响响应速度和调整精度。对于 1780R2粗轧机，电动压下装置已经可以满足其生产要求，从而节约成本、维修方便等方面考虑，也应采用电动压下。2.电动机 电动机有直流电动机和交流电动机两大类。直流电机的优点是具有良好的启动性能和调速性能，易平滑调速，过载能力较强，热动和制动转矩较大。但直流电机也有其缺点，较交流电机相比结构复杂，制造成本高，维护工作量大，使用场合也受到限制。1780R2粗轧机压下装置对速度调节要求较高，正反转和启制动频繁。为了满足实际生产的需要，所以选用直流电动机。3.转动减速机的转动形式及布置形式（1）传动形式 板带轧机电动压

23、下装置减速机传动形式主要有：两级蜗轮传动、圆柱齿轮传动和圆柱齿轮蜗轮传动等三种类型。1780R2粗轧机压下装置采用两级蜗轮传动减速器。因为相对于圆柱齿轮传动和圆柱齿轮蜗轮传动减速器，两级蜗轮传动可获得较大的速比。结构紧凑、节省空间，且可实现 第 7 页 单级调整。虽然其传动效率相对较低，但我们可以通过增大电机容量来补偿。（2）布置形式 布置形式有两种如图 2.1所示，从结构紧凑和节省安装空间的角度来考虑，选择对称布置（b）（a）非对称布置 (b)对称布置 图 2.1 减速器的布置方式 4.电磁离合器 电磁离合器可以在运转频繁的工作条件下工作，并且动作迅速、平稳。因此，在轧机的压下系统上广泛应用

24、。电磁离合器有摩擦片式和齿式两种。选择齿式电磁离合器。因为齿式电磁离合器相对于摩擦片式离合器其结构紧凑、联接可靠、制造容易、减少发热和磨损。1780R2粗轧机压下速度较小，完全可以采用齿式离合器。5.平衡装置 平衡装置的类型有弹簧式、重锤式和液压式平衡装置。选择液压式平衡装置。因为其相对于其他两种平衡方式，液压平衡装置结构紧凑、使轧制方便、易于操作、能改变油缸压力，而且可以使上辊不受压下螺丝的约束而移动，有利于换辊操作。6.压下螺丝和螺母（1）压下螺丝 压下螺丝一般由头部、本体和尾部三个部分组成。第 8 页 1）头部形状 头部与上轧辊轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力。为了

25、防止端部在选转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调位能力，我们应该把压下螺丝的端部做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。2）螺纹形状 压下螺丝的本体部分带有螺纹，它与压下螺母的内螺纹配合以传递运动和载荷。压下螺丝的螺纹有锯齿形和梯形螺纹两种。选择锯齿形螺纹。因为其主要用于快速压下，而且梯形螺纹主要用于轧制力较大的冷轧机上。1780R2粗轧机为热轧机，轧制力不是很大，所以锯齿形螺纹可以满足生产要求。3）尾部形状 压下螺丝尾部的形状主要有方形、花键形和圆柱形三种。选择花键形，其承载能力大，用于低速重载带钢轧机压下。（2）压下螺母 压下螺母为易损零件，为了延长螺母的寿命，采用稀油润滑。7.压下螺丝的

26、行程指示器 选择自整角机数字显示管指示器，因为其指示精度比较高、误差小、转动链短。第 9 页 3.设计计算 3.1 压下电机容量的选择 3.1.1 被平衡件重量的计算 轧机上支承辊及轴承座的重量：850000N 轧机上工作辊及轴承座的重量：308000N 压下螺丝重量：98000N 压下螺母重量：54000N 总G=850000N+308000N+98000N+54000N=1310000 N 3.1.2 转动压下螺丝静力矩的计算 1.作用在压下螺丝上的力 对于 1780R2粗轧机来说，一般均为空载压下调节。所以只需要对其进行不带刚压下的计算即可：)(211GQP 式中 Q上轧辊平衡力 G被平

27、衡部件的总重量（包括轧辊组件及压下螺丝的总重量）一般情况下，Q 为平衡重量 1.21.4 倍,所以：1P=（0.10.2）G 所以：1P=（0.10.2）总G=（0.10.2）1310000N=（131000262000）N 第 10 页 应取其最大值:1P=262000N 2.压下螺丝的基本尺寸（外径 d 螺距 t）压下螺丝的外径：d=（0.550.62）gd 式中 d压下螺丝外径 gd辊颈直径，对于四辊轧机为支承辊的直径 对于粗轧机来说：2DL=1.01.8 式中 L支承辊的辊身长度 2D支承辊的辊身直径 已知：L=1780mm D=988.891780mm 取2D=1550mm 所以gd

28、=(0.50.55)2D=(755852.5)mm 为了安全因素考虑，应取gd的最大值。所以：gd=850mm d=（0.550.62）gd=(467.5527)mm 取 d=520mm 螺距 t：一般情况下 t=（0.1270.16）d 第 11 页 对于四辊轧机螺距取值为：t=0.170d 对于四辊热轧机：t=（0.0250.050）d520=(1326)mm 根据文献2，表 2.1-26，取得 t=20mm 查表得:2d=505mm 1d=485.289mm 3.转动压下螺丝所需静力矩（克服止推轴承摩擦力+螺纹间摩擦力）j12MjjMM (3-1)1 13j1M3Pd (3-2)式中 3

29、d压下螺丝止推轴颈直径 1P作用于压下螺丝上的力 1止推轴颈的摩擦系数，取值范围 0.180.15 取1=0.18 所以,代入（3-2）：j10.18262000470M7388.403mN 12j2M2()Pdtg (3-3)式中 压下螺丝与压下螺母的螺纹间摩擦角 螺纹间摩擦系数 压下螺丝与螺母的螺纹升角 第 12 页 螺纹摩擦角：1tg 取=0.1 所以:=5.71 螺纹导程角()：225050.0126ttgd 所以=0.72 上式中压下螺丝下降时取正号，2jM最大。代入(3-3),得：mNtgMj55.745510)71.572.0(250526200052 mNMMMjjj95.14

30、84355.745540.738821 所以：总静力距mNMMjj9.2968795.1484322 3.1.3 压下电机容量的选择 in9550MNj 式中 n电机输出额定转速 m i n/rn出ni i传动系统总速比 -传动总效率 出n-压下螺丝的转速 因为，压下速度：V=0.3750.75mm/s m i n/r25.2206075.0t60Vn出 第 13 页 联=0.99 螺=0.75 承=0.98 519.098.075.099.0322322承螺联 in9550MNj=j14843.952.256.74955095500.519Mnkw出 根据电机功率计算和实际要求选用：3122

31、54Z直流电动机。额定功率：67KW，额定转速：680r/min，最高转速：1500r/min 额定电压：440V，额定电流：195A，励磁功率2360W 3.2 压下装置传动机构的设计 3.2.1 蜗杆传动的设计计算 电机的额定功率：P=67KW；转速：n=680r/min i=n680680302.22 604.44n2.251.125出 因为蜗杆的移动要求自锁性，查文献2，表 23.5-32得第二级蜗轮蜗杆减速器选择单头蜗杆传动，所以有：1Z=3，2Z=43，3Z=1，4Z=36 总传动比为 i=5161363433412ZZZZ，在 i 的取值范围内，故所选蜗轮蜗杆齿数符合要求。1 第

32、一级蜗杆减速器设计 第 14 页 传递到第一级减速器蜗杆轴上的功率为：670.9966.33iPPkw联 转速为电动机的额定转速:min/680rnni（1）选择材料 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，旋转速度中等，故蜗杆用 45 钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT200 制造。（2）求传动的中心距 蜗杆上的额定功率为：432111KKKKPPP (3-4)由文献2，表 23.5-32查得：传动类型系数：1K=1.0；工作类型系数：2K=1.0

33、6；制造质量系数：3K=0.8；材料系数：4K=1.0。代入(3-4),则有：KW22.780.18.006.10.133.661PP 第 15 页 传动比为：2114314.333ZiZ 由文献2，图 5.23-23查得:中心距a=350mm，取成标准值a=360mm。（3）主要几何尺寸计算 按文献2，表 23.5-28采用 A 组，蜗杆齿数：1Z=3；蜗轮齿数：2Z=43。按文献2，表 23.5-27采用一系列，查得：蜗轮齿顶圆直径：2ad=630mm；蜗轮齿圈内孔直径：2id=520mm；蜗轮最大外圆直径：2ed=635mm；蜗轮齿宽：2b=75mm；蜗轮齿顶圆弧半径：2aR=75mm；

34、成型圆直径：bd=225mm。按文献2，表 23.5-30可求：蜗轮端面模数为：mm157.145.1436305.122Zdma 取标准值 m=14mm 径向间隙和根部圆角半径为：mm8.2142.02.0mrc 齿顶高为：mm5.101475.075.0mha 第 16 页 齿根高为：mm3.138.25.10chhaf 蜗轮分度圆直径为：mm6095.102630222hdda 蜗轮齿根圆直径为：mm4.5823.132609222ffhdd 蜗杆分度圆直径为：mm1116093602221dad 蜗杆喉部齿根圆直径为：mm4.843.132111211ffhdd 蜗杆喉部齿顶圆直径为：

35、mm1325.102111211aahdd 蜗杆齿顶圆弧半径为：mm2941325.03605.011aadaR 蜗杆齿根圆弧半径为：mm8.3174.845.03605.011ffdaR 周节角为：第 17 页 37.8433603602Z 蜗杆包容蜗轮齿数为：3.41043102ZZ 蜗杆工作包角之半为：112.1637.8)45.03.4(5.0)45.0(5.0Zw 蜗杆工作部分长度为：mm169112.16sin609sin2wwdL 取wL=170mm 蜗杆最大根径为：22221max1)1705.0(8.3173602)5.0(2wffLRad mm199.107 蜗杆最大外径为

36、：)1112.16cos(2943602)1cos(21max1waaRad mm790.152 蜗杆喉部螺旋倒角为：第 18 页 340.211111460912arctgiddarctgm 分度圆压力角为：682.21609225arcsinarcsin2ddb 蜗轮法面弦齿厚为：340.21cos)37.8275.0sin(609cos)275.0sin(22mndS=mm841.22 蜗轮弦齿高位为：)37.8275.0cos(16095.0618.10)275.0cos(15.022dhhaa =mm864.10 蜗杆喉部法面弦齿厚为：mmmnZfdScos)4.503.0(2cos

37、)225.0sin(221 898.20cos)112.16434.503.0(2834.02340.21cos)37.8225.0sin(609=mm569.18 蜗杆弦齿高为：225.0cos15.021dhhaa 第 19 页 37.8225.0cos16095.0618.10 mm569.18 按文献2，表 23.5-26确定蜗杆螺旋修形量及修缘量：蜗杆螺牙啮入口修形量为：360)14000034.00003.0()000034.00003.0(aif mm27936.0 蜗杆啮入口修缘量为：mm1676.02936.06.06.0ff 螺杆螺牙啮出口修形量为：mm045.00447.

38、027936.016.016.0fe 修缘长度对应角度值为：022.537.86.06.0f 2.第二级蜗杆减速器设计 传到第二级减速器蜗杆轴上的功率为：PP2 (3-5)706.075.098.099.02222蜗承联 所以,代入(3-5)得：KWP3.47706.0672 第 20 页 蜗杆的转速：min/44.472rn （1）选择材料 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45 钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC。涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT20

39、0 制造。（2）求传动的中心距 由文献2，表 23.5-32查得：传动类型系数：1K=1.0；工作类型系数：2K=1.06；制造质量系数：3K=0.8；材料系数：4K=1.0。代入(3-4),得：KW78.550.18.006.10.13.472PP 传动比为：36136342ZZi 由文献2，图 5.23-23查得:中心距a=815mm，取成标准值a=900mm。（3）主要几何尺寸计算 按文献2，表 23.5-28采用 B 组，蜗杆齿数：3Z=1；蜗轮齿数：4Z=36。按文献2，表 23.5-27采用二系列，查得：蜗轮齿顶圆直径：2ad=1520mm；蜗轮齿圈内孔直径：2id=900mm；蜗

40、轮最大外圆直 第 21 页 径：2ed=1560mm；蜗轮齿宽：2b=240mm；蜗轮齿顶圆弧半径：2aR=220mm；成型圆直径：bd=630mm。按文献2，表 23.5-30可求：蜗轮端面模数为：mm53.405.13615205.142Zdma 取标准值 m=40mm 径向间隙和根部圆角半径为：mm8402.02.0mrc 齿顶高为：mm304075.075.0mha 齿根高为：mm38830chhaf 蜗轮分度圆直径为：mm14603021520222fahdd 蜗轮齿根圆直径为：mm13843821460222ffhdd 蜗杆分度圆直径为：第 22 页 mm3401460900222

41、1dad 蜗杆喉部齿根圆直径为：mm264382340211ffhdd 蜗杆喉部齿顶圆直径为：mm400302340211aahdd 蜗杆齿顶圆弧半径为：mm7004005.09005.011aadaR 蜗杆齿根圆弧半径为：mm7682645.09005.011ffdaR 周节角为：10363603604Z 蜗杆包容蜗轮齿数为：6.31036104ZZ 蜗杆工作包角之半为：75.1510)45.06.3(5.0)45.0(5.0Zw 蜗杆工作部分长度为：第 23 页 mm30.39675.15sin1460sin2wwdL 取wL=396mm 蜗杆最大根径为：22221max1)3965.0(

42、7689002)5.0(2wffLRad mm728.315 蜗杆最大外径为：)175.15cos(7009002)1cos(21max1waaRad mm675.447 蜗杆喉部螺旋倒角为：783.634036146012arctgiddarctgm 肩带宽度为：mm165.23365.514605.542Zdt 取整数：mmt24 分度圆压力角为：563.251460630arcsinarcsin2ddb 第 24 页 蜗轮法面弦齿厚为：783.6cos)10275.0sin(1460cos)275.0sin(22mndS=mm520.69 蜗轮弦齿高位为：)10275.0cos(1146

43、05.030)275.0cos(15.022dhhaa mm238.31 蜗杆喉部法面弦齿厚为：mmmnZfdScos)4.503.0(2cos)225.0sin(221 783.6cos)75.15364.503.0(3716.12783.6cos)10225.0sin(1460=mm312.56 蜗杆弦齿高为：225.0cos15.021dhhaa 10225.0cos114605.030 mm836.29 按文献2，表 23.5-26确定蜗杆螺旋修形量及修缘量：蜗杆螺牙啮入口修形量为：第 25 页 900)36000034.00003.0()000034.00003.0(aif mm37

44、16.1 蜗杆啮入口修缘量为：mm82.082296.03716.16.06.0mmff 螺杆螺牙啮出口修形量为：mm22.02195.03716.116.016.0fe 修缘长度对应角度值为：6106.06.0f 3.2.2蜗杆轴的强度计算（第二级减速器蜗杆轴）作用在蜗杆轴上的功率：KWP3.472；转速：min/44.472rn。受力分析及弯扭矩如图3.1所示：6621247.39.55 109.55 109521817.03247.44PTN mmn 0.750.980.735承蜗 219521817.03236 0.735251947278.7TT iN mm 121122 95218

45、17.03256010.69340taTFFN mmd 122222 251947278.7345133.261460atTFFN mmd 122345133.2625.563165086.20rrtFFFtgtgN。第 26 页 式中：1T、2T分别为蜗杆及蜗轮上的公称转矩，mmN；1d、2d分别为蜗杆及蜗轮的分度圆直径，mm。第 27 页 图 3.1 受力分析及弯扭矩图 第 28 页 在 H 面上列平衡方程，有：12615615607.50tNHFF 1210NHNHtFFF 所以作用在水平方向上的力为：1227768.52,28111.34NHNHFN FN 在 V 面上列平衡方程，有：

46、11340345133.2658672654.222adMFN mm 12615615607.50rNVFMF 1210NVNVrFFF 所以作用在垂直方向上的力为：12130269.25,35018.10NVNVFN FN 截面 B 上的弯矩和扭矩为：12615607.527768.5261517077639.8HNHNHMFFN mm 11615130269.2561580115588.75vNVMFN mm 22607.535018.10607.521273495.75VNVMFN mm 12222117077639.880115588.7581915525.65HVMMMN mm 第

47、29 页 22222217077639.821273495.7527280165HVMMMN mm 19521817.032NmmT 1.按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和最大扭矩的截面（即危险截面 B）的强度，根据文献5，式 15-5，取=0.6，轴的计算应力：222211381915525.650.6 9521817.03244.740.1 264caMTMPaW 轴的材料为 45 钢，调质处理。由文献5，式 15-5查得：160MPa 因此，1ca，故安全。2.精确校核轴的疲劳强度 截面、C 只受扭矩作用，虽然退刀槽、轴肩及键槽所引起的应力集中，均将削弱轴

48、的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕的确定的，所以截面、C 均无需校核，截面、只受弯矩作用，且弯矩较小，故也无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面、处应力集中严重，截面、同时受弯矩作用，但弯矩和扭矩都相对较小，轴径较大，故无须校核。截面、只受弯矩作用，且弯矩较大，因此该轴需校核截面、左侧。（1）截面左侧 抗弯截面系数：33W=0.1=0.1 2403=1382400dmm 第 30 页 截面左侧的弯矩为：110527768.521052915694.6HNHMFN mm 1105130269.2510513678271.25VNVMFN mm 22222915694.

49、613678271.2513985577.55HVMMMN mm 截面上的弯曲应力为：13985577.5510.121382400bMMPaW 轴的材料为 45 钢调质处理，由文献5，表 15-1查得：1640,275BMPaMPa 截面上由于轴肩而形成的有效应力集中系数K查文献6，表 26.3-6 已知：280240410,0.0174240Ddrrd，经插值后可查得2.24K。碳铁的特性系数：0.1 0.2，取0.1 于是，计算安全系数caS值，按文献5，式 15-7，则得 5.113.1201.012.1024.22751SKSSmc 故可知截面左侧安全。第 31 页（2）截面左侧 抗

50、弯截面系数：3330.10.1 2802195200Wdmm 截面左侧的弯矩为：130427768.523048441630.08HNHMFN mm 1304130269.2530439601852VNVMFN mm 22228441630.083960185240491576.9HVMMMN mm 截面上的弯曲应力为：40491576.918.452195200bMMPaW 截面上由于轴肩而形成的有效应力集中系数K查6，表 26.3-6 已知：460280257.2,0.0925280Ddrrd，经插值后可查得2.4K。碳铁的特性系数：0.1 0.2，取0.1 于是，计算安全系数caS值按5