包鋼棒材廠120t推鋼機設(shè)計大學畢設(shè)論文

PAGEPAGEI本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題目：包鋼棒材廠120T推鋼機PAGEPAGEI包鋼棒材廠120T推鋼機摘要推鋼機是軋鋼車間上料區(qū)主要設(shè)備之一，其作用是將加熱爐前輥道上的鋼坯或爐前上料臺架上的鋼坯推入加熱爐進行二次加熱過程。本設(shè)計選用了機械式推鋼機，在推鋼機結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要采用了齒輪齒條的結(jié)構(gòu)形式。該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸適中，傳動效率高，維修方便，造價較低的優(yōu)點。在本設(shè)計中主要對推鋼機進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和理論計算，并著重對傳動機構(gòu)做了詳細的分析設(shè)計。關(guān)鍵詞：推鋼機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；理論計算Designof120Tpusher-machineforBaotouSteelBarsfactoryAbstractPushingsteel-rollingworkshopisbasedononeofthemainequipments─Pusher-machine,anditsroleistopushthebilletmaterialwhichliesontheRollerorthebenchbeforethefurnaceintothefurnaceforreheatingprocess.Thedesignchoosesamechanicalpusher-machine,whilethestructuredesignedprimarilyfortheuseofthegearandrackstructure.Theadvantagesofthestructureexiststhatthebodyissimpleinstructure,theoverallsizeofmoderate,hightransmissionefficiency,easymaintenance,thelowercost.Themaincontentofthepusheer-designincludesthestructuredesignandtheoreticalcalculationsandfocusonthetransmissionmechanismtodoadetailedanalysisanddesign.Keywords:Pusher-machine;StructuralDesign;Theoreticalcalculations目錄摘要 IAbstract II前言 -1-第一章概述 -3-1.1軋制工藝過程簡介 -3-1.1.1軋制工藝過程 -3-1.1.2軋制工藝過程的設(shè)計與實施 -4-1.1.3軋制工藝過程的自動控制 -4-1.2推鋼機的簡介 -6-1.2.1推鋼機的種類 -6-1.2.2齒式推鋼機的結(jié)構(gòu) -6-1.2.3設(shè)計中應注意的事項 -6-第二章傳動方案的分析與擬定 -8-2.1傳動方案的分析 -8-2.1.1常用的傳動類型及其特點 -8-2.1.2機械傳動系統(tǒng)設(shè)計時應注意的事項 -8-2.2傳動方案的擬訂 -9-第三章電動機的選擇計算 -10-3.1概述 -10-3.1.1常用電動機的種類 -10-3.1.2電動機選擇時的注意事項 -11-3.2電動機的選擇計算 -11-3.2.1選擇電動機的類型和機構(gòu)型式 -11-3.2.2選擇電動機的容量 -11-3.2.3確定電動機轉(zhuǎn)速 -12-3.2.4選定電動機的型號和參數(shù) -12-第四章傳動裝置的運動及動力參數(shù)的選擇和計算 -13-4.1傳動比的計算與分配 -13-4.1.1傳動裝置的總傳動比 -13-4.1.2分配各級傳動比 -13-4.2.3各軸參數(shù)的計算 -14-第五章減速器的選擇計算 -15-5.1減速器概述 -15-5.1.1減速器的作用 -15-5.1.2減速器的分類 -15-5.2減速器的選用 -16-第六章．傳動機構(gòu)的設(shè)計計算 -17-6.1齒輪齒條傳動設(shè)計計算 -17-6.1.1齒條傳動的特點 -17-6.1.2齒輪齒條傳動的設(shè)計計算 -18-6.2齒輪傳動的設(shè)計計算 -23-6.2.1齒輪傳動的特點 -23-6.2.2齒輪傳動的設(shè)計計算 -23-第七章軸系零部件 -28-7.1軸的設(shè)計 -28-7.1.1概述 -28-7.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 -29-7.1.3軸的強度計算 -31-7.2軸承的選擇與計算 -34-7.2.1概述 -34-7.2.2滾動軸承的類型和選擇 -35-7.2.3滾動軸承的受載情況和失效形式 -36-7.2.4滾動軸承的壽命計算 -37-7.3鍵的設(shè)計與校核 -39-7.3.1鍵聯(lián)接的類型、特點和應用 -39-7.3.2平鍵的選擇和強度校核 -41-7.4聯(lián)軸器的設(shè)計計算 -42-7.4.1聯(lián)軸器的種類和和特性 -42-7.4.2選擇聯(lián)軸器類型 -43-7.4.3進行必要的校核 -43-結(jié)束語 -45-參考文獻 -46-致謝 -47-前言鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，一直是衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標。我國鋼鐵工業(yè)近年來發(fā)展很快，鋼產(chǎn)量己連續(xù)多年突破億噸大關(guān)，鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大的提高，特別是在軋鋼生產(chǎn)方面。各種高精度軋鋼機械設(shè)備的引進和投產(chǎn)，先進的自動化控制設(shè)備和計算機技術(shù)的應用，冷軋不銹鋼帶、硅鋼帶、精密合金鋼帶、稀有合金帶、高精度極薄冷軋?zhí)妓劁搸У雀鞣N高精度高品質(zhì)產(chǎn)品的出產(chǎn)，大大地促進了軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭能力，有力地提升了我國軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的形象。但是由于科學技術(shù)的飛速發(fā)展，新的設(shè)備和新的技術(shù)以驚人的速度不停地改進和更新，產(chǎn)品的技術(shù)含量越來越高，對產(chǎn)品生產(chǎn)機械設(shè)備和操作技術(shù)的要求也越來越高。因而及時掌握新型軋鋼機械設(shè)備的性能，熟練掌握新的操作技術(shù)，全面應用先進的自動化控制技術(shù)和計算機軋制技術(shù)，是當前軋鋼生產(chǎn)企業(yè)進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低軋鋼生產(chǎn)成本、增強軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭能力的關(guān)鍵所在。本設(shè)計包括了軋制工藝過程和自動化控制系統(tǒng)及推鋼機的設(shè)計，并重點針對齒式推鋼機進行了設(shè)計計算。具體包括軋制工藝過程和自動化控制簡介，推鋼機的分類、結(jié)構(gòu)和工作原理，電動機的選用，減速器的選用，傳動方式和傳動裝置（包括齒輪齒條傳動和齒輪傳動）設(shè)計，軸系零件（包括軸，軸承，聯(lián)軸器，鍵）設(shè)計，并對傳動機構(gòu)和關(guān)鍵軸進行了強度和剛度校核。其中傳動方案的設(shè)計與擬定是設(shè)計的首要任務(wù)，決定了傳動機構(gòu)的設(shè)計，在綜合比較了各種傳動方案的優(yōu)缺點以及推鋼機本身的技術(shù)要求后，最后選定齒輪齒條傳動作為主要傳動機構(gòu)。該傳動機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸較小，傳動效率高，維修方便，造價較低的優(yōu)點。電動機的選定標準是滿足推鋼機總的功率要求，轉(zhuǎn)速適中，并且應具有頻繁快速啟動和反轉(zhuǎn)能力以帶動推鋼機推桿做往復運動。最后選定為YZR400型冶金用電動機，額定功率=160，轉(zhuǎn)速，額定電壓。減速器的選擇標準是滿足傳動比要求，高速軸許用功率要求和承載能力要求，經(jīng)查表選定減速器型號為Ⅲ型，公稱傳動比40.實際傳動比40.85，中心距高速軸許用功率168Kw，承載能力n=750r/min。傳動機構(gòu)的設(shè)計計算包括齒輪齒條傳動的設(shè)計和齒輪傳動的設(shè)計兩部分。文中分別從齒輪類型，材料，精度選擇，齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲強度等方面做了詳細設(shè)計計算。軸系零部件的設(shè)計計算包括齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核，軸承的選擇，鍵的設(shè)計和校核，聯(lián)軸器的選擇和最大轉(zhuǎn)速的校核等。由于編者水平所限，書中錯誤之處在所難，敬望讀者批評指正。第一章概述TOC\o"1-2"\u1.1軋制工藝過程簡介軋鋼工藝過程是確定軋鋼廠生產(chǎn)系統(tǒng)和機械設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)備是實現(xiàn)軋鋼工藝要求的工具。軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的最終環(huán)節(jié)，是鋼鐵材料的一種重要加工方法。軋鋼車間擔負著生產(chǎn)鋼材的任務(wù)，因此鋼鐵軋制在國家工業(yè)體系中占有舉足輕重的地位。20世紀90年代以前，我國軋鋼生產(chǎn)的平均水平與世界主要生產(chǎn)國相比，仍存在一定的差距。軋鋼生產(chǎn)以型鋼為主，生產(chǎn)線大、中、小型并存。不同企業(yè)的技術(shù)裝備水平參差不齊，能耗、成本較高。很多企業(yè)還使用20世紀五六十年代較為陳舊的設(shè)備和工藝，這是限制我國鋼材質(zhì)量，品種和效益進一步提升的主要瓶頸。20世紀90年代后期，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，尤其是我國加入WTO后，參與國際鋼材市場競爭的需要，各大企業(yè)紛紛采用當今世界先進的技術(shù)和裝備，進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，廣泛引進新技術(shù)，新設(shè)備，新工藝，使我國軋鋼生產(chǎn)的水平有了長足進步，開發(fā)了一批高技術(shù)，高附加值的新品種。目前我國軋鋼技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的方向主要為：通用工藝技術(shù)，綜合節(jié)能與環(huán)保技術(shù)，新品種開發(fā)與鋼材性能優(yōu)化技術(shù)，信息技術(shù)和裝備機電控制一體化技術(shù)等。我國現(xiàn)在通用的軋鋼工藝排列為：鋼坯驗收────吊裝──計量──編組──入爐加熱──粗軋──熱剪機切頭──中軋──飛剪切頭──平立交替精軋機──倍尺飛剪──夾送輥──冷床──冷剪定尺──檢驗──稱重──打包收集──入庫1.1.1軋制工藝過程1.軋制工藝過程的內(nèi)容軋制工藝過程是一系列工序的組合，經(jīng)過這些工序，把鋼錠或鋼坯軋成形狀和性能符合要求的鋼材。軋鋼工藝過程的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。一般情況下，一個軋鋼工藝過程是由下列各基本工序組成：1）.坯料準備包括坯料的表面清理，除去表面氧化鐵皮和表面缺陷的清理，也包括預先熱處理和坯料加熱。坯料加熱是重要工序。2）.鋼材軋制坯料通過軋制變形來實現(xiàn)對產(chǎn)品在形狀和尺寸上的要求，內(nèi)部組織和性能上的要求以及表面光潔度的要求。軋制過程是軋鋼生產(chǎn)工藝過程的核心工序。3）.精整這是軋鋼工藝過程的最后一道工序，起保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用。精整工序的內(nèi)容比較復雜，由產(chǎn)品的技術(shù)要求來確定。技術(shù)要求不同，其內(nèi)容也大不相同。一般情況精整工序包括鋼材的切斷或卷取，軋后冷卻，矯直，成品熱處理成品表面清理、鍍鋅、鍍錫、涂色等。1.1.2軋制工藝過程的設(shè)計與實施設(shè)計軋制工藝過程的主要依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)條件、鋼種的加工工藝性、生產(chǎn)規(guī)模大小、產(chǎn)品成本和工人的勞動條件。其中最主要的依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)要求，即鋼材的斷面形狀和尺寸、化學成分、內(nèi)部組織和機械性能，設(shè)計時必須保證工藝過程使產(chǎn)品質(zhì)量達到相應的技術(shù)要求。1.1.3軋制工藝過程的自動控制軋鋼機工藝過程的自動控制是用電子計算機來實現(xiàn)的。控制技術(shù)包括軋機特性和變形阻力等軋制理論、還包括儀表、電氣設(shè)備的應用技術(shù)以及操作決竅等方面的技術(shù)。只有這些技術(shù)有機地組合，才能實現(xiàn)軋鋼過程的自動控制。1.軋制過程數(shù)學模型軋制過程計算機控制的基礎(chǔ)是軋制過程的數(shù)學模型。對軋制有影響的因素有板厚、變形阻力、張力、輥徑及摩擦系數(shù)等多種，尤其對連軋過程，前面機架的軋制結(jié)果不但直接影響后面機架的軋制條件，而已作用在軋件上的張力還影響所有機架的軋制。因此就必須把連軋機組所有機架當作一個統(tǒng)一的系統(tǒng)進行綜合分析。具體數(shù)學模型有軋件的塑性變形模型、軋機彈性變形模型、連續(xù)軋制模型和表示軋件溫度變化的熱傳導模型等。例如，在板材軋制中，對于提高板厚精度，必須預測作用在軋輥上的軋制力，這是非常重要的，所以實測出變形阻力就成為各方面研究的前提。為了提高數(shù)學模型預測的精度，必須用實測的軋制過程中的各參數(shù)的實際數(shù)據(jù)來標定和修改數(shù)學模型，通過所謂自學習控制來吸收掉作業(yè)條件的變化和其他外部干擾。為此需要在軋機上安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過各種傳感器實時監(jiān)測各工藝參數(shù)，首先是變形阻力也就是與它直接相關(guān)的軋輥上的軋制壓力。數(shù)學模型所用的數(shù)據(jù)必需準確可靠，能準確反映操作條件和對過程進行分析，還必須滿足在線控制的實時性要求。2.計算機控制所需的傳感器和儀表如前所述，計算機控制軋制工藝過程之所以能迅速發(fā)展，是建立在各種檢測工藝參數(shù)的傳感器和儀表的出現(xiàn)和發(fā)展，一些主要的傳感器和儀表如下：1）位置檢測傳感器用于跟蹤軋件位置的傳感器有熱金屬檢測器，冷金屬檢測器，微波檢測器，電磁檢測器和激光檢測器。后三種適合在環(huán)境氣氛很差的條件下工作。2）壓力傳感器準確測定軋制壓力的傳感器。3）溫度傳感器測定開軋和終軋溫度及軋制線上各點軌件溫度的傳感器。4）測厚儀常用的是射線測厚儀和射線測厚儀，最新發(fā)展是板形斷面測量和微機自動校正。5）測寬儀多采用光學測量法和熱輻射測量法。6）速度計。3.板厚自動控制（AGC）為提高板材質(zhì)量，70年代研制出了計算機控制的板厚自動控制裝置（AGC），而后不斷有新的發(fā)展，以適應愈來愈嚴格的板厚精度要求。近來數(shù)字直接控制方式（DDC）已取代了以往的硬件方式(AGC),可以很經(jīng)濟地控制數(shù)量較多的活套,還具有維護簡便和控制性能高等優(yōu)點。4.熱帶鋼連軋機計算機控制實例目前國際上計算機控制水平最高的是熱帶鋼連軋工藝過程,這是由于在各種軋機中,熱帶鋼連軋產(chǎn)量大、質(zhì)量要求高、操作雖復雜但比其他軋制過程易于實現(xiàn)計算機控制。其計算機功能分為在線監(jiān)測和自動控制兩大部分，監(jiān)測包括信息傳送，軋件跟蹤，數(shù)據(jù)記錄等。綜上所述，實現(xiàn)軋鋼工藝過程的在線監(jiān)測，無論是提高產(chǎn)量還是保證質(zhì)量都具有重大意義，而且為提高工藝的技術(shù)水平和生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。軋鋼工藝過程是由軋鋼設(shè)備來實現(xiàn)的，軋鋼設(shè)備能否正常運行會直接影響到工藝過程的正常與否?？梢娷堜撛O(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷對鋼鐵工業(yè)就具有十分重要的意義。1.2推鋼機的簡介1.2.1推鋼機的種類推鋼機的種類很多，常見的有齒輪齒條式、絲杠螺母式、曲柄連桿式、液壓式等，還有的推鋼機把齒輪齒條傳動和液壓傳動相結(jié)合，形成了液壓齒條式。它們各自有自身的特點，在不同的加熱爐上發(fā)揮著各自的作用。齒輪齒條式推鋼機通過齒輪齒條的嚙合傳動把電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的直線運動，帶動推桿進行推鋼工作。其工作可靠，傳動效率高，推力和行程大，但設(shè)備自身重量大。目前齒輪齒條式推鋼機應用比較廣泛。絲杠螺母式和曲柄連桿式工作效率低，行程和推力較小，一般用于小型加熱爐，新上加熱爐一般很少采用。液壓式推鋼機由液壓缸直接推動推桿工作，結(jié)構(gòu)簡單，推力大，自重輕，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液壓系統(tǒng)制作、維護較困難。根據(jù)鋼車間使用的經(jīng)驗，推力在0.2MN以上時，一般采用齒條式推鋼機較適宜。因為齒條式推鋼機傳動效率高，使用可靠，這是螺旋式推鋼機無法比擬的。1.2.2齒式推鋼機的結(jié)構(gòu)齒輪齒條式推鋼機主要包括電機、減速機、聯(lián)軸器、齒輪軸、齒條、推桿、機架等。機架一般為一個多層箱體，箱體間用螺栓聯(lián)接。齒輪軸位于箱體底層的稱為下置式，齒輪軸位于箱體上層的稱為上置式。無論采用下置式還是上置式，都存在更換零部件困難的現(xiàn)象，尤其是更換下部零件時，需要把箱體層層拆分開。1.2.3設(shè)計中應注意的幾點事項1.推力的計算推力、推速、行程是推鋼機的主要技術(shù)參數(shù)，尤其是最大推力。推力計算的正確與否關(guān)系著推鋼機的經(jīng)濟性和使用壽命。推力計算公式為：（1-1）式中：G為鋼坯質(zhì)量，單位是kg；g為重力加速度，一般來說；為考慮到加熱爐軌道不平，受熱變形等因素的影響系數(shù)，=1.1～1.3。f為滑動摩擦系數(shù)，f=0.2～1；摩擦系數(shù)的大小對推力產(chǎn)生直接的影響，而摩擦系數(shù)的大小主要取決于鋼坯溫度，鋼坯溫度對摩擦系數(shù)的影響為：常溫時，f=0.2；300°C時，f=0.3；400°C一500°C時，f=0.4—0.5；600°C一800°C時，f=0.6—0.8；大于800°C時，f=0.8-1.0。可見，鋼坯溫度越高，摩擦系數(shù)愈大。一般來說，加熱爐分為預熱段、加熱段和均熱段，各段溫度不盡相同，應根據(jù)每段溫度、鋼坯質(zhì)量計算出各段所需推力，最后相加。對于有些加熱爐來說，爐底是傾斜的，這時還應考慮到鋼坯重力的分力對推力的影響。2.齒輪選擇推鋼機屬于低速重載，繁忙使用，齒輪齒條屬于重點零件。要通過計算，選擇合理的模數(shù)和材質(zhì)，進行合理的熱處理，結(jié)構(gòu)設(shè)計要優(yōu)化，避免出現(xiàn)膠合、點蝕，甚至斷齒等現(xiàn)象。3.推桿結(jié)構(gòu)推桿工作中會受到齒條推力、鋼板阻力、壓輪壓力等復雜力系的作用，強度、剛度要高，結(jié)構(gòu)要可靠，一般采用箱型梁鋼板焊接結(jié)構(gòu)。4.推鋼速度一般來說，影響推鋼機生產(chǎn)率的主要因素是推桿返回時的空載時間。為了提高生產(chǎn)率，推鋼機的返回速度可以取得比推速大，一般返回速度比推速大50%至數(shù)倍。實際使用表明，返回速度比推速大一倍左右比較合適。有的推鋼機設(shè)有慢速推鋼電動機和快速返回電動機，用以調(diào)節(jié)速度。采用液壓推鋼機，可以方便地調(diào)節(jié)推鋼速度。

5.推鋼機行程推鋼機行程一般為1.5-5.5M,這取決與所推爐料的尺寸及爐臺寬度。用吊車上料時，行程應大于每次填料總寬度，并大于輥道的寬度；用輥道上料時，除了考慮大于輥道寬度外，還應根據(jù)檢修要求（要求推頭能退到輥道外側(cè)）所需長度來確定。6.機架剛度理論和實踐表明，雙機架推鋼機機架剛度要給予高度重視，其剛度一定要滿足推力、推速要求，避免出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象。壓板部位受力非常大，壓板結(jié)構(gòu)要滿足高強度要求。第二章傳動方案的分析與擬定2.1傳動方案的分析2.1.1常用的傳動類型及其特點1.帶傳動：帶傳動傳遞的功率不大（可用于中小功率），機構(gòu)尺寸比其他傳動類型大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸收沖擊振動。由于摩擦產(chǎn)生靜電，不適用于有瓦斯及煤塵等爆炸危險的場合，常用于高速級傳動中。2.鏈傳動：鏈傳動的瞬時傳動比是變化的，且具有沖擊振動，故不適用于高速傳動和傳動比要求準確的場合，一般多用于低速級傳動及傳動比要求不太嚴格的場合。3.齒輪傳動：齒輪傳動瞬時傳動比不變，且效率高，體積小，是在傳動中使用最多的一種傳動件。直齒圓柱齒輪的設(shè)計加工容易，但速度高時有噪音，故多用于減速器低速級中，亦可用于高速級但噪音大。斜齒圓柱齒輪傳遞運動平穩(wěn)，噪音小，承載能力高，故多用在減速器中高速級上，低速級上也可以使用。人字齒輪基本上與斜齒輪相同，它對軸承不產(chǎn)生軸向力，多用于大型減速器。錐齒輪將較困難，特別是模數(shù)，直徑大時受到機床的限制，故一般在改變軸的方向等情況下才使用，使用時應盡量使模數(shù)直徑小些，以利于加工。錐齒輪常用于高速級上，如用弧齒錐齒輪時噪音小，工作平穩(wěn)，故速度可高些。開式齒輪較閉式齒輪磨損大，多用于低速級。4.蝸桿傳動：蝸桿傳動傳動速比大，傳遞運動平穩(wěn)，但效率低，消耗有色金屬。因此普通圓柱面蝸桿傳動適用于中小功率，由于其效率低，不適用于連續(xù)工作，故多用于間歇工作的場合。2.1.2機械傳動系統(tǒng)設(shè)計時應注意的事項1.在滿足傳動要求的情況下，應盡量使機構(gòu)的數(shù)目減少，使傳動鏈短，這樣可以提高機械效率，減低生產(chǎn)成本。2.當機械傳動系統(tǒng)的總傳動比較大而采用多級傳動時，應合理分配各傳動機構(gòu)的傳動比。傳動比的分配原則時使總的體積小和發(fā)揮各類傳動機構(gòu)本身的優(yōu)勢。3.合理安排傳動機構(gòu)的次序。當總傳動比時，要考慮多級傳動。如有帶傳動時，一般將帶傳動放置在高速級；如采用不同類型的齒輪機構(gòu)組合，圓錐齒輪傳動和蝸桿傳動一般放置在高速級；鏈傳動一般不宜放在高速級。4.在滿足傳遞要求的前提下，應盡量采用平面?zhèn)鲃訖C構(gòu)，使制造，組裝，維修更加方便。5.在對傳動系統(tǒng)的尺寸的要求較小時，可采用行星輪系機構(gòu)。2.2傳動方案的擬訂根據(jù)設(shè)計要求，推鋼機的最大推力為F=120T,推鋼速度為0.1m/s，返回速度為0.16m/s，工作行程為1000m，檢修行程為1800m，可見推鋼機整體尺寸不大，且在低速狀態(tài)下工作。綜合考慮以上傳動類型的特點和推鋼機的設(shè)計要求，現(xiàn)選用齒輪齒條傳動和開式齒輪傳動，并采用減速器與電動機相連接。綜合以上方案的優(yōu)點，具體傳動方案如下圖所示：電動機經(jīng)減速器和齒輪機構(gòu)減速后，由齒輪齒條機構(gòu)將軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為推桿的往復運動，將鋼坯以額定速度=0.1m/s推入加熱爐。第三章電動機的選擇計算3.1概述電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。3.1.1常用\o"返回頁首"電動機的種類1．按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。

2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。

4．按用途分類電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。

5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉(zhuǎn)子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。

6．按運轉(zhuǎn)速度分類電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機。3.1.2電動機選擇時的注意事項1.如果電動機功率選的過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒壞。2.如果電動機功率選的過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。

3.2電動機的選擇計算3.2.1選擇電動機的類型和機構(gòu)型式在交流電動機中，三相異步電動機在工業(yè)中廣泛應用。常用的Y系列三相異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，啟動性能好，價格低廉，維護方便，適用于非易燃易爆，無腐蝕性和無特殊要求的機械上，也適用于某些對啟動轉(zhuǎn)矩有較高要求的機械，如壓縮機等。經(jīng)常啟動，制動和反轉(zhuǎn)的機械設(shè)備要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大的過載能力，應選用起重的冶金用的三相異步電動機電動機，常用YX型（籠型）和YZR型(繞線型)。由于推鋼機推桿做往復運動，需要頻繁快速啟動和反轉(zhuǎn)，故選用YZR型電動機。3.2.2選擇電動機的容量已知推鋼機的最大推力F=120T,推鋼速度=0.1m/s，返回速度=0.16m/s:推桿的最大作用力:F=;（3-1）則推鋼機電動機的輸出功率:；（3-2）式中總效率；=；（3-3）式中為傳動系統(tǒng)中每一個傳動副，軸承，聯(lián)軸器等的效率。查表知：（齒輪齒條傳動（油潤滑））=0.93～0.95；（開式齒輪傳動（脂潤滑））=0.95；（一對滾子軸承）=0.98；（二級圓柱齒輪減速器）=0.95～0.96；（齒式聯(lián)軸器）=0.99；則==0.74；代入公式（3-2）得：==158.92選擇電動機容量時，應保證電動機的額定功率等于或稍大于工作機所需的電動機功率，故取=160。3.2.3確定電動機轉(zhuǎn)速容量相同的電動機，有幾種不同的轉(zhuǎn)速可供設(shè)計者選擇。電動機的同步轉(zhuǎn)速越高，磁極對數(shù)越少，其重量越輕。但是電動機轉(zhuǎn)速與工作機轉(zhuǎn)速相差過大勢必使總傳動比加大，致使傳動裝置的外廓尺寸與重量增加，價格提高。因此在確定電動機轉(zhuǎn)速時應進行分析比較，選擇最優(yōu)方案。3.2.4選定電動機的型號和參數(shù)綜上，查表選擇YZR400型冶金用電動機，額定功率=160，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動慣量，額定電壓。第四章傳動裝置的運動及動力參數(shù)的選擇和計算4.1傳動比的計算與分配4.1.1傳動裝置的總傳動比由選定電動機的滿載轉(zhuǎn)速和工作機軸的轉(zhuǎn)速可得傳動裝置的總傳動比：；（4-1）總傳動比等于各級傳動比的乘積，即：；（4-2）已知推桿推鋼速度=0.1m/s，選定齒輪直徑D=544mm。則：（4-3）=3.51；所以總傳動比：=167.23；4.1.2分配各級傳動比分配傳動比主要考慮以下幾點：1.各級傳動比應在推薦范圍內(nèi)選取，不得超過最大值。2.各級傳動零件應做到尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱，避免相互間發(fā)生碰撞或安裝不便。3.應盡量使傳動裝置的外廓尺寸緊湊或重量較小。4.在臥式二級齒輪減速器中，各級齒輪都應該得到充分潤滑。為了避免因各級大齒輪都能浸到油而使某級大齒輪浸油過深而增加攪油損失，通常使各級大齒輪直徑相近，應使高速級傳動比大于低速級，此時高速級大齒輪能浸到油，低速級大齒輪直徑稍大于高速級大齒輪，浸油稍深而已。根據(jù)以上原則，初步選定齒輪傳動的傳動比，則減速器傳動比r/min；4.2.3各軸參數(shù)的計算將傳動裝置中各軸從高速軸到低速軸依次編號，定為0軸（電機軸），1軸（減速器低速軸），2軸（齒輪軸）；相鄰兩軸傳動比表示為，；相鄰兩軸的傳動效率為，；各軸的輸入功率為，，；各軸輸入轉(zhuǎn)矩為,,。１.各軸轉(zhuǎn)速計算；電機軸轉(zhuǎn)速第一軸轉(zhuǎn)速第二軸轉(zhuǎn)速2.各軸功率計算；電機軸功率第一軸功率第二軸功率3.各軸扭矩計算；電機軸扭矩第一軸扭矩第二軸扭矩第五章減速器的選擇計算5.1減速器概述減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機械的需要。在原動機和工作機之間用來提高轉(zhuǎn)速的獨立的閉式傳動裝置成為增速器。5.1.1減速器的作用減速器的作用主要為：1.降速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機額定扭矩。2.降速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。5.1.2減速器的分類減速器的種類很多，按照傳動形式不同可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照傳動的布置形式又可以分為展開式，分流式和同軸式減速器，常用減速器主要有；1.齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器，圓錐齒輪減速器，和圓錐-圓柱齒輪減速器。齒輪減速器特點

1).齒輪采用高強度低碳合金鋼經(jīng)滲碳淬火而成，齒面硬度達HRC58-62，齒輪均采用數(shù)控磨齒工藝，精度高，接觸性好。

2).傳動率高：單級大于96.5%，雙級大于93%，三級大于90%。

3).運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。

4).體積小，重量輕，使用壽命長，承載能力高。

5).易于拆檢，易于安裝。2.蝸桿減速器主要有圓柱蝸桿減速器，環(huán)面蝸桿減速器和錐蝸桿減速器。蝸桿減速器的特點是在外廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率較低。其中應用最廣的是單級蝸桿減速器，兩級蝸桿減速器則應用較少。蝸輪蝸桿減速機的主要特點是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動效率不高，精度不高。3.蝸桿齒輪減速器及渦輪-蝸桿減速器4.行星齒輪減速器行星齒輪減速器由于減速比大，體積小，重量輕，效率高等優(yōu)點，在許多情況下可代替二級，三級的普通齒輪減速器和蝸桿減速器。行星減速機其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。但價格略貴。5.擺線針輪減速器6.諧波齒輪減速器其中圓柱齒輪減速器的特點是效率高及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，因而應用范圍很廣。上述6種減速器已有標準系列產(chǎn)品，使用時只需要結(jié)合所需傳動功率，轉(zhuǎn)速，傳動比，工作條件和機器的總體布置等具體要求。5.2減速器的選用根據(jù)已知的設(shè)計要求，即減速器計算傳動比r/min；高速軸輸入功率高速軸轉(zhuǎn)速查表選擇減速器型號為Ⅲ型，公稱傳動比40.實際傳動比40.85，中心距高速軸許用功率168Kw，承載能力n=750r/min;第六章．傳動機構(gòu)的設(shè)計計算6.1齒輪齒條傳動設(shè)計計算6.1.1齒條傳動的特點1.齒條同側(cè)齒廓為平行線,它在與齒定線平行的任一直線上具有相同齒距。

2.齒條直線齒廓上各點具有相同的壓力角,等于直線齒廓的齒形角,一般為標準值。3.當齒輪齒條標準安裝時,齒輪分度圓與齒條分度線重合,嚙合角等于齒形角;齒輪以角速度轉(zhuǎn)動,帶動齒條以線速度直線移動。

4.中心距增大后，齒條遠離齒輪軸心01移動X距離(下圖虛線所示),根據(jù)齒條直線齒廓的特點,嚙合線不會隨齒條位置改變而改變,故節(jié)點位置P也不變化,此時,齒輪的分度圓仍然與節(jié)圓重合，嚙合角仍然等于齒條的齒形角,即等于齒輪分度圓上的壓力角;而齒條位置的改變使齒條的中線與節(jié)線不再重合，齒側(cè)間隙j加大，頂隙增加。即：齒輪齒條正變位傳動時,

。6.1.2齒輪齒條傳動的設(shè)計計算1.選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)：已知輸入功率齒輪軸轉(zhuǎn)速1）.壓力角的選擇：一般選取=20°。2）.齒數(shù)的選擇：為使輪齒免于根切，對于=20°的標注直齒輪，應取故直齒輪取齒條取所以齒數(shù)比3）.齒寬系數(shù)的選擇：查表，對兩支撐相對于小齒輪做對稱布置并靠近齒輪取4）精度選擇：對一般機械，速度不高，選8級精度5）材料選擇：綜合考慮齒輪，齒條的工作條件（載荷大小，有無沖擊），加工工藝，經(jīng)濟性以及材料來源等，查表選擇齒輪選40（調(diào)質(zhì)），硬度為241～286HBS；齒條選ZG35SiMn（調(diào)質(zhì)），硬度為217～269HBS；2.按齒面接觸疲勞強度計算：由設(shè)計公式進行試算，即：（6-1）1）.確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：①.試選載荷系數(shù)②.計算齒輪轉(zhuǎn)矩③.選取齒寬系數(shù)④.查表的材料的彈性影響系數(shù)⑤.按齒面硬度查表得齒輪軸接觸疲勞強度極限齒條接觸疲勞強度極限⑥.計算應力循環(huán)次數(shù)：（6-2）─—假設(shè)工作壽命15年，每年工作300天；（6-3）⑦.查表取接觸疲勞壽命系數(shù)⑧.計算接觸疲勞許用應力：取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1；（6-4）（6-5）2）.計算：①.試算齒輪分度園直徑，代入中較小的值：=542.52mm；（6-6）②.驗算圓周速度v：（6-7）③.計算齒寬：（6-8）④.計算齒寬與齒高之比模數(shù)（6-9）齒高⑤.計算載荷系數(shù)：根據(jù)8級精度，查表的動載荷系數(shù)直齒輪查表的使用系數(shù)用插值法查表的8級精度，齒輪相對支撐對稱布置時，（6-10）查表得故載荷系數(shù)（6-11）⑥.按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑：（6-12）⑦.計算模數(shù)：3.按齒根彎曲強度設(shè)計；由設(shè)計公式：（6-13）1）.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值；①.查表得齒輪軸的彎曲疲勞強度極限齒條的彎曲疲勞強度極限②.取彎曲疲勞壽命系數(shù)③.計算彎曲疲勞許用應力取安全系數(shù)，由式得：（6-14）④.計算載荷系數(shù)K（6-15）⑤.查取齒形系數(shù)查表得⑥.查取應力校正系數(shù)查表得⑦.計算大小齒輪的并加以比較可見齒輪的數(shù)值大。2）.設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小m主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)31.44并就近圓整為標準值按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑算出直齒輪的齒數(shù)則齒條齒數(shù)這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4.幾何尺寸計算1).分度圓直徑計算2）.計算中心距（6-16）3）.計算齒輪寬度取齒輪寬度和齒條寬度同為400mm。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件圖見附圖5及附圖8。6.2齒輪傳動的設(shè)計計算6.2.1齒輪傳動的特點齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。齒輪傳動的特點有：1.效率高。2.結(jié)構(gòu)緊湊。3.工作可靠，壽命長。4.傳動比穩(wěn)定。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離要求過大的場合。齒輪傳動可做成開式，半開式及閉式。6.2.2齒輪傳動的設(shè)計計算1.選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)：已知輸入功率小齒輪轉(zhuǎn)速1）.壓力角的選擇：一般選取=20°。2）.齒數(shù)的選擇：為使輪齒免于根切，對于=20°的標注直齒輪，應取故小齒輪取則大齒輪齒數(shù)。3）.精度選擇：對一般機械，速度不高，選8級精度4）.材料選擇：綜合考慮齒輪的工作條件（載荷大小，有無沖擊），加工工藝，經(jīng)濟性以及材料來源等，查表選擇小齒輪選40（調(diào)質(zhì)），硬度為241～286HBS；大齒輪選ZG50SiMn（調(diào)質(zhì)），硬度為217～269HBS；2.按齒面接觸疲勞強度計算：由設(shè)計公式進行試算，即：1）.確定公式內(nèi)各計算數(shù)值：①.試選載荷系數(shù)②.計算齒輪轉(zhuǎn)矩③.選取齒寬系數(shù)④.查表的材料的彈性影響系數(shù)⑤.按齒面硬度查表得齒輪軸接觸疲勞強度極限齒條接觸疲勞強度極限⑥.計算應力循環(huán)次數(shù)─—假設(shè)工作壽命15年，每年工作300天；⑦.查表取接觸疲勞壽命系數(shù)⑧.計算接觸疲勞許用應力：取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1；2）.計算：①.試算齒輪分度園直徑，代入中較小的值：②.驗算圓周速度v：③.計算齒寬：④.計算齒寬與齒高之比模數(shù)齒高⑤.計算載荷系數(shù)：根據(jù)8級精度，查表的動載荷系數(shù)直齒輪查表得使用系數(shù)用插值法查表得8級精度，齒輪相對支撐對稱布置時，由得查表得故載荷系數(shù)⑥.按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑：⑦.計算模數(shù)：3.按齒根彎曲強度設(shè)計；由設(shè)計公式：1）.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值；①.查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的彎曲疲勞強度極限②.取彎曲疲勞壽命系數(shù)③.計算彎曲疲勞許用應力取安全系數(shù)，由式得：④.計算載荷系數(shù)K⑤.查取齒形系數(shù)查表得⑥.查取應力校正系數(shù)查表得⑦.計算大小齒輪的并加以比較可見小齒輪的數(shù)值大。2）.設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小m主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)19.29并就近圓整為標準值按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑并圓整取算出小齒輪的齒數(shù)則大齒輪齒數(shù)取這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4.幾何尺寸計算1).分度圓直徑計算2）.計算中心距3）.計算齒輪寬度取小齒輪寬度取大齒輪寬度為。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件圖見附圖4及附圖6。第七章軸系零部件軸是機械設(shè)備中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承回轉(zhuǎn)零件，如齒輪、車輪和帶輪等，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動并傳遞動力,軸要由軸承支承以承受作用在軸上的載荷。這種起支持作用的零部件稱為支承零部件。而且有很多的軸上零件需要彼此聯(lián)接，它們的性能互相影響，所以將軸及軸上零部件統(tǒng)稱為軸系零部件。7.1軸的設(shè)計7.1.1概述軸是組成機器的重要零件，其功用是支承旋轉(zhuǎn)零件（如齒輪、帶輪等），并傳遞運動和動力。1.軸的功用與分類根據(jù)受載情況，軸可分為三類：(1)心軸。承受彎矩（M），不傳遞轉(zhuǎn)矩（T）的軸，如圖7.1.1a）所示自行車前輪軸（固定心軸）和圖7.1.1b）所示火車車輪軸（轉(zhuǎn)動心軸）。(2)傳動軸。以傳遞轉(zhuǎn)矩為主，不承受彎矩或承受很小彎矩的軸，如汽車的傳動軸（圖7.1.2）。(3)轉(zhuǎn)軸。既傳遞轉(zhuǎn)矩，又承受彎矩的軸，如圖7.1.3所示的齒輪軸。aa）b）圖7.1.1固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸圖7.1.2汽車的傳動軸圖7.1.3齒輪軸2.軸的材料軸的失效多為疲勞破壞，所以軸的材料應滿足強度、剛度、耐磨性等方面的要求，常用的材料有：1).碳素鋼。對較重要或傳遞載荷較大的軸，常用35、40、45和50號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，其中45鋼應用最廣泛。這類材料的強度、塑性和韌性等都比較好。進行調(diào)質(zhì)或正火處理可提高其機械性能。對不重要或傳遞載荷較小的軸，可用Q235、Q275等普通碳素鋼。2).合金鋼。合金鋼具有較好的機械性能和淬火性能。但對應力集中比較敏感，價格較高，多用于有特殊要求的軸，如要求重量輕或傳遞轉(zhuǎn)矩大而尺寸又受到限制的軸。常用的低碳合金鋼有20Cr、20CrMnTi等，一般采用滲碳淬火處理，使表面耐磨性和芯部韌性都較好。合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不多，故不宜用合金鋼來提高軸的剛度。3).球墨鑄鐵。球墨鑄鐵具有價廉、吸振性好、耐磨，對應力集中不敏感，容易制成復雜形狀的軸等特點。但品質(zhì)不易控制，可靠性差。7.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.軸的結(jié)構(gòu)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是根據(jù)工作條件，確定軸的合理外形，各段軸徑和長度以及全部結(jié)構(gòu)尺寸。為了便于裝拆，一般的轉(zhuǎn)軸均為中間大、兩端小的階梯軸。軸與軸承配合處的軸段稱為軸頸，安裝輪轂的軸段稱為軸頭，軸頭與軸頸間的軸段稱為軸身。階梯軸上截面尺寸變化的部位，稱為軸肩和軸環(huán)。軸肩和軸環(huán)常用于軸上零件的定位。齒輪由右方裝入，依靠軸環(huán)限定軸向位置，右端的聯(lián)軸器和左端的軸承靠軸肩定位。為了固定軸上的零件，軸上還設(shè)有其他相應的結(jié)構(gòu)，如右端制有安裝軸端擋圈用的螺紋孔；軸上開有鍵槽，通過鍵聯(lián)接實現(xiàn)齒輪的周向固定。為便于加工和裝配，軸上還常設(shè)有倒角、中心孔和退刀槽等工藝結(jié)構(gòu)。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應滿足：①軸上零件定位準確，固定可靠；②軸上零件便于裝拆和調(diào)整；③具有良好的制造工藝性；④盡量減少應力集中。軸的結(jié)構(gòu)形式取決于軸上零件的裝配方案。應擬定幾種不同的裝配方案，以便進行比較與選擇，以軸的結(jié)構(gòu)簡單，軸上零件少為佳。初步設(shè)計時，還不知道軸上支反力的作用點，故不能按軸的彎矩計算軸徑。通常按扭轉(zhuǎn)強度來初步估算軸的最小直徑，求得最小直徑后可按擬訂的裝配方案，從最小直徑起逐一確定各段軸的直徑和長度。設(shè)計時應考慮各軸徑應與裝配在該軸段上的傳動件、標準件的孔相匹配。軸的各段長度可根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸確定。為保證軸向定位可靠，軸頭長一般比與之配合的輪轂長縮短2～3mm。3.軸上零件的軸向定位及固定軸上零件的軸向定位及固定的方式常用軸肩、軸環(huán)、鎖緊擋圈、套筒、圓螺母和止動墊圈、彈性擋圈、軸端擋圈等。4.軸上零件的周向固定軸上零件常用的周向固定方法有鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接以及過盈配合、成型聯(lián)接等，力不大時，也可采用緊定螺釘作為周向固定方法。各種固定方法如圖（7-1-4）所示：a)鍵聯(lián)接b)銷聯(lián)接c)成型聯(lián)接圖7.1.4軸上零件的周向固定5.軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)應便于加工和裝配。如為了便于切削加工，一根軸上的圓角應盡可能取相同半徑；退刀槽或砂輪越程槽盡可能取相同寬度；一根軸的各軸段上的鍵槽應開在同一母線上。為了便于裝配，軸端應加工倒角。圖7.1.5缷荷槽6圖7.1.5缷荷槽1).改進軸的結(jié)構(gòu)，降低應力集中。應力集中多產(chǎn)生在軸截面尺寸發(fā)生急劇變化的地方，要降低應力集中，就要盡量減緩截面尺寸的變化。直徑變化處應平滑過渡，制成半徑盡可能大的圓角；軸上盡可能不開槽、孔及制螺紋，以免削弱軸的強度；為了減小過盈配合處的應力集中，可采用卸荷槽（圖7.1.5）。2).提高軸的表面質(zhì)量。因疲勞裂紋常發(fā)生在軸表面質(zhì)量差的地方，故提高軸的表面質(zhì)量有利于提高軸的強度。除控制軸的表面粗糙度外，還可采用表面強化處理，如滲碳、碾壓、噴丸等方法。3).改變軸上零件的位置，減小載荷。如圖7.1.6所示，軸上轉(zhuǎn)矩需由兩輪輸出，輸入輪1宜置于兩輸出輪2和3中間。此時軸的最大扭矩為T2（圖b所示）。圖7.1.6軸上零件的合理布置圖7.1.6軸上零件的合理布置7.1.3軸的強度計算1.按扭轉(zhuǎn)強度計算已知：齒輪軸輸出功率，所以：（7-1）（7-2）（7-3）開始設(shè)計軸時，由于軸上零件的位置和兩軸承間的距離通常尚未確定，故對軸所承受的彎矩就無法進行計算，只能先按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的最小直徑（根據(jù)標準尺寸與其相配的孔圓整），再進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由材料力學可知，圓軸受扭轉(zhuǎn)時的強度條件為：≤[τ]（7-4）式中：τ為軸的扭轉(zhuǎn)剪應力（MPa）；T為轉(zhuǎn)矩（N·mm）；Wn為抗扭截面模量（mm3）；P為軸傳遞的功率（KW）；n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；d為軸的直徑（mm）；[τ]為許用剪應力（MPa）。將上式改寫為軸徑的計算公式≥（7-5）式中：A是由軸的材料并考慮彎曲影響的系數(shù)。查表得對于45Cr材料的軸代入得。所以應當指出，當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%。故整合取。2.求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖，如下圖所示：從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面C處的，及的值列于下表載荷水平面H垂直面V支反力F彎矩M總彎矩扭矩T3.按彎扭合成力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6。（7-6）前面已經(jīng)選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，查手冊可知[]=。因為＜，故安全。4.結(jié)論推鋼機的齒輪軸屬于傳動軸，其裝配圖見附圖1，其具體結(jié)構(gòu)見附圖5。7.2軸承的選擇與計算7.2.1概述軸承是支承軸的部件，根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)，可分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。一般情況下，滾動摩擦小于滑動摩擦，因此滾動軸承應用很廣泛，但滑動軸承具有工作平穩(wěn)、無噪聲、耐沖擊、回轉(zhuǎn)精度高和承載能力大等優(yōu)點，所以在汽輪機、精密機床和重型機械中被廣泛地應用。滾動軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4組成，如圖7.2.1所示。內(nèi)、外圈分別與軸頸、軸承座孔裝配在一起。當內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時滾動體即在內(nèi)外圈的滾道間滾動。保持架使?jié)L動體分布均勻，減少滾動體的摩擦和磨損。圖7.2.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)圖7.2.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體一般由軸承鋼制造，工作表面經(jīng)過磨削和拋光，其硬度不低于60HRC。保持架一般用低碳鋼板沖壓制成，也可用有色金屬和塑料制成。7.2.2滾動軸承的類型和選擇1.類型滾動軸承按受載方向分為向心軸承和推力軸承兩大類。向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。按滾動體形狀，滾動軸承又可分為球軸承與滾子軸承兩大類。滾動軸承的內(nèi)外圈與滾動體之間存在一定的間隙，如圖7.2.2所示，因此，內(nèi)外圈可以有相對位移，最大位移量稱為軸承游隙。當軸承的一個座圈固定，則另一座圈沿徑向的最大移動量稱為徑向游隙△r，沿軸向的最大移動量稱為軸向游隙△a。游隙的大小對軸承的壽命、溫升和噪聲都有很大的影響。圖7.2.2滾動軸承的游隙圖7.2.2滾動軸承的游隙2.滾動軸承的選擇滾動軸承選擇的出發(fā)點是：1).軸承工作載荷的大小、方向及性質(zhì)。當載荷較小而平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速較高時，可選用球軸承，反之，宜選用滾子軸承。當軸承同時承受徑向及軸向載荷，若以徑向載荷為主時可選用深溝球軸承；軸向載荷比徑向載荷大很多時，可選用推力軸承與向心軸承的組合結(jié)構(gòu)；徑向載荷和軸向載荷均較大時可選用向心角接觸軸承。2).對軸承的特殊要求?？缇噍^大或難以保證兩軸承孔同軸度的軸及多支點軸，宜選用調(diào)心軸承。為便于安裝、拆卸和調(diào)整軸承游隙，宜選用內(nèi)外圈可分離的圓錐滾子軸承。3）.經(jīng)濟性。一般球軸承比滾子軸承價廉；有特殊結(jié)構(gòu)的軸承比普通結(jié)構(gòu)的軸承貴。同型號的軸承，精度越高，價格也越高，一般機械傳動宜選用普通級（P0）精度。7.2.3滾動軸承的受載情況和失效形式1.一般轉(zhuǎn)速時，若軸承只承受徑向載荷Fr作用，由于各元件的彈性變形，軸承上半圈的滾動體將不受力，而下半圈各滾動體受力的大小則與其所處的位置有關(guān)。故軸承運轉(zhuǎn)時，軸承套圈滾道和滾動體受變應力作用（圖7.2.3），滾動軸承的主要失效形式是疲勞點蝕。為防止疲勞點蝕現(xiàn)象的發(fā)生，滾動軸承應按額定動載荷進行壽命計算。圖7.2.3滾動軸承受載情況圖7.2.3滾動軸承受載情況2.轉(zhuǎn)速較低的滾動軸承，可能因過大的靜載荷或沖擊載荷，使套圈滾道與滾動體接觸處產(chǎn)生過大的塑性變形。因此，低速重載的滾動軸承應進行靜強度計算。3.高速轉(zhuǎn)動的軸承，可能因潤滑不良等原因引起磨損甚至膠合。因此，除進行壽命計算外，還要校核極限轉(zhuǎn)速。7.2.4滾動軸承的壽命計算1.軸承壽命軸承中任一滾動體或內(nèi)、外圈滾道上出現(xiàn)疲勞點蝕的總轉(zhuǎn)數(shù)或在一定轉(zhuǎn)速下的工作時數(shù)，稱為軸承壽命。一批相同型號尺寸的軸承，因材料、熱處理、加工工藝等差異，即使在完全相同的條件下運轉(zhuǎn)，其壽命也差異很大，最長壽命和最短壽命可能差幾倍。滾動軸承的疲勞壽命是相當離散的。因此，計算軸承壽命時應與一定的破壞率（可靠度）相聯(lián)系。一般用10%破壞率的軸承壽命作為軸承的基本額定壽命，用L表示，單位為106r（106轉(zhuǎn)）。2.軸承壽命計算滾動軸承的基本額定壽命L與承受的載荷P有關(guān)，載荷越大，軸承中產(chǎn)生的接觸應力也越大，因而發(fā)生疲勞點蝕破壞前所能經(jīng)受的應力變化次數(shù)就越少，即軸承的壽命越短。圖7.2.4所示為試驗得出的載荷P與壽命L的關(guān)系曲線，也稱為軸承的疲勞曲線。該曲線可用方程PεL=常數(shù)表示。圖7.2.4滾動軸承的圖7.2.4滾動軸承的P-L曲線標準規(guī)定，基本額定壽命L=1（106r）時，軸承所能承受的載荷稱為基本額定動載荷，用C表示，單位為N。C值可由軸承標準中查出，于是有常數(shù)，即：L=（C/P）106r（7-7）實際計算時常用小時（h）表示壽命（Lh）。將上式整理后可得(h)（7-8）式中：P為當量動載荷（N）；ε為壽命指數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3；n為軸承轉(zhuǎn)速（r/min）。若已知當量動載荷P和轉(zhuǎn)速n，工作使用壽命Lh＇，則由式（7-11）可求出待選軸承所需的額定動載荷C＇，從而選擇軸承并使軸承的額定動載荷C≥C＇。軸承工作壽命Lh＇的推薦值見表7-2-1。表7-2-1滾動軸承預期壽命推薦值機器種類預期壽命不常使用的儀器和設(shè)備500航空發(fā)動機500～2000間斷使用的機器中斷使用不致引起嚴重后果的手動機械、農(nóng)業(yè)機械等4000～8000中斷使用會引起嚴重后果，如升降機、運輸機、吊車等8000～12000每天工作8h的機器利用率不高的齒輪傳動、電機等12000～20000利用率較高的通訊設(shè)備、機床等20000～30000連續(xù)工作24h的機器一般可靠性的空氣壓縮機、電機、水泵等50000～60000高可靠性的電站設(shè)備、給排水裝置等>1000003.當量動載荷P的計算滾動軸承的基本額定動載荷C是在特定試驗條件下得出的，就受載條件來說，向心軸承是承受純徑向載荷；推力軸承是承受純軸向載荷。而在實際工作中，作用在軸承上的實際載荷往往與試驗條件不一樣，必須將實際載荷折算成與上述條件相同的載荷，在此載荷作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同，這種折算后的載荷是假定的載荷，稱為當量動載荷，用P表示。計算式為P=KP（xFr+yFa） （7-9）式中：Fr為軸承所承受的徑向載荷（N）；Fa為軸承所承受的軸向載荷（N）；x、y分別為徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)；Kp為載荷系數(shù)。已知，軸承主要承受徑向力，查表取則；（7-10）公式（7-8）可以轉(zhuǎn)化為：軸承所應具有的基本額定動載荷（7-11）查表（7-2-1）得，代入式(7-11)得：軸承選定時，應保證軸承的額定動載荷C≥C＇，而且根據(jù)軸承主要受較大得徑向力，查表選定軸承型號為3003144調(diào)心滾子軸承（GB/T288-1994），基本額定載荷1260KN。7.3鍵的設(shè)計與校核鍵聯(lián)接主要用于軸上零件的周向固定并傳遞轉(zhuǎn)矩；有些兼作軸上零件的軸向固定；還有的對沿軸向移動的零件起導向作用。7.3.1鍵聯(lián)接的類型、特點和應用鍵是標準件，按結(jié)構(gòu)特點及工作原理，鍵聯(lián)接可分為平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接和楔鍵聯(lián)接等。1.平鍵聯(lián)接 鍵的兩側(cè)面為工作表面，靠鍵與鍵槽間的擠壓力傳遞扭矩。平鍵聯(lián)接由于結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中較好，廣泛用于傳動精度要求較高的場合。按用途將平鍵分為如下三種：圖7.3.1平鍵聯(lián)接圖7.3.1平鍵聯(lián)接(1)普通平鍵。如圖7.3.1所示，按結(jié)構(gòu)分為圓頭（A型）、平頭（B型）和單圓頭（C型）三種。A型鍵定位好，應用廣泛。C型鍵用于軸端。A、C型鍵的軸上鍵槽用立銑刀加工，端部應力集中較大。B型鍵的軸上鍵槽用盤銑刀加工，軸上應力集中較小，但鍵在鍵槽中的軸向固定不好，故尺寸較大的鍵要用緊定螺釘壓緊。(2)導向平鍵。導向平鍵（圖7.3.2）是加長的普通平鍵，有圓頭（A型）和方頭（B型）兩種。導向平鍵用螺釘固定在軸上，輪轂可沿鍵作軸向移動。為拆卸方便，在鍵的中部制有起鍵用的螺孔。當軸上零件移動距離較大時，可用滑鍵聯(lián)接（圖7.3.3）?；I固定在輪轂上，輪轂帶著滑鍵在軸上鍵槽中作軸向移動，固需要在軸上加工長鍵槽。2.半圓鍵聯(lián)接圖7.3.2導向平鍵聯(lián)接圖7.3.2導向平鍵聯(lián)接 圖7.3.3滑鍵聯(lián)接 圖7.3.4半圓鍵聯(lián)接3.楔鍵聯(lián)接如圖7.3.5所示，楔鍵的上下面為工作面，分別與輪轂和軸上鍵槽底面緊貼。鍵的上表面與輪轂鍵槽底面均有1:100的斜度，裝配時需把鍵打緊，使鍵楔緊在軸和轂之間，靠楔緊產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩和單向的軸向力。a）b）圖7.3.5楔鍵聯(lián)接楔鍵分為普通楔鍵（圖7.3.5a）和鉤頭楔鍵（圖7.3.5a）b）圖7.3.5楔鍵聯(lián)接鍵楔緊后迫使軸上零件與軸產(chǎn)生偏斜，故受沖擊、受載荷作用時，楔鍵聯(lián)接容易松動。楔鍵聯(lián)接只適用于對中性要求不高、載荷平穩(wěn)、低速運轉(zhuǎn)的場合，如農(nóng)業(yè)機械、建筑機械等。當軸徑d＞100mm且傳遞較大轉(zhuǎn)矩時，可采用由一對楔鍵組成的切向鍵聯(lián)接（圖7.3.6a）。若要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩，則需用兩對相隔120°～130°的切向鍵（圖7.3.6b）。aa）b)圖7.3.6切向鍵聯(lián)接7.3.2平鍵的選擇和強度校核1.平鍵的選擇首先根據(jù)鍵聯(lián)接的工作要求和使用特點選擇平鍵的類型，再按照軸徑d從標準中選取鍵的剖面尺寸b×h。鍵的長度l一般按輪轂寬度選取，即鍵長等于或略短于輪轂寬度，并應符合標準值。為保證齒輪傳動