小型轧钢厂撞头机的设计

1、 浙江工业职业技术学院毕业论文（2014届）（小型轧钢厂撞头机的设计） 学生姓名 学 号 分 院 专 业 班 级 指导教师 完成日期 小型轧钢厂撞头机的设计摘 要 本文主要从实用型、简单型的角度出发进行设计两级齿轮减速器的设计在满足其性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还满足其结构简单、尺寸紧凑、成本底、传动效率高和操作维护方便。撞头机的主要功能：把相互叠加的，头不齐撞齐。小型轧钢厂撞头机功能与作用（1）. 本机与打大包台配合使用.（2）. 电机安装时采用B1905皮带，而固定螺栓孔开长孔.（3）. 定尺型材二端平齐.（4）. 撞击钢材不大于100公斤.（5）. 撞击频率每分28次 撞击行程

2、200mm 本设计从减速器的初步设计：包括（1）确定传动方案；（2）齿轮设计计算；（3）轴的初步计算；（4）键的选择验算；（5）初步确定齿轮结构尺寸；（6）轴承的计算和选择；（7）选择联轴器；（8）减速器的结构选择；（9）选择润滑油；（10）其他联接零件的选择（必要时须验算）等各个方面展开设计计算的，在都满足设计要求的前提下，并且节约大量制造成本，在使用过程中也真正体现了实用。 关键词：传动方案 制图 设计 校核目录封 面 - 1摘 要 - 2目 录 - 3引 言 - 4第一章 确定传动方案-5第二章 设计说明书 - 62.1撞头机的装置- 62.2选择电动机 - 62.3减速器的设计 - 9

3、2.4轴的校核 - 122.5键的选用- - - -142.6 轴承的选用 - - - 15第三章 撞击行程-16第四章 优化设计程序 - 17 4.1 优化设计目的 - 174.2自变量 - 174.3目标函数 - 174.4约束函数 - 174.5优化设计程序 - 204.6 优化设计结论 - 26结 论- 27致 谢- 28参考文献- 29引 言本文主要从实用型、简单型的角度出发进行设计两级齿轮减速器的设计在满足其性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外还满足其结构简单、尺寸紧凑、成本底、传动效率高和操作维护方便等。在使用过程中也真正体现了实用性。撞头机主要是利用曲柄滑块机构是由若干构件和

4、低副组成的平面机构，把主动曲柄旋转运动经连杆转化为从动滑块的直线往复运动。撞头机主要用于精整车间入库前的最后一道工序，是小规格型材定尺大打包后两端平齐作用。 第一章 确定传动方案根据毕业设计任务书里可知：撞击频率每分28次。选用Y112M-4可知道电动机的转速为1440r/min；减速器选用ZQ350 i减=31.5一.确定传动比及皮带轮直径 i总=nm/nw=1440/28=51.4 而i总=i减×i轮 i轮=51.4/31.5=1.633 D减/D电 取D电=mm 则D减=1.633X128=209mm取减速器快速轴皮带轮直径193mm D电是电动机的直径，单位 D减是减速器的直

5、径，单位二.确定撞击行程本设计利用偏心轮机构的旋转运动转化为直线往复运动，撞击行程取决于偏心距e=100,撞击行程S=200，详见第三章。第二章 设 计 说 明 书 21撞头机的装置设计小型轧钢厂一个车间有一撞头机，系有电动机装动装置带动该减速器传动装置由一个两级齿轮减速器和其他传动件组成，送丝机每天三班制工作，工作期限7年，为保证其寿命撞击钢材不大于100公斤，撞头机主动轴输出功率4KW撞头行程180mm撞击频率每分28次，根据以上条件可以算出撞击的平均速度为2×180x28/60=168mm/s2.2选择电动机工作机的输入功率 由于电动机是根据撞头的需要来的，要满足与实际的需要撞

6、头的行程是200，由此可以推出与撞头相连接的偏心距是100mm撞击的钢材不大于100公斤.电（撞.V撞撞）总总1.2.3.4.5电动机到减速箱传动效率.减速箱效率.级铰链效率.个轴承效率.对小车滚动效率.总.².².³.³.电（撞.V撞撞）总n电/n 减快D快D 减慢计算得：n减快1024转分 i=n减快n减慢.n减慢n减快I =1024/31.5 =32.5转分撞n减慢.D偏心轮=32.5X3.14X180/60 =.m/s撞电.1000总撞4.0X1000X0.95X0.4/0.3064222N4000N电4500X0.306/1000/0.4 =3

7、.4kw2.2.1 选择电动机的型号根据工作条件:两班连续工作.电动机选择ns=1440r/min及所需电动机的功率Pt=3.578kw.查<<机械设计基础课程设计>>表2.8-1选择三相异步电动机型号为Y112M-4 其主要性能数据列表如下所示电动机的功率4kw电动机的满载转速1440r/min堵转转矩/额定转矩2.22.2 传动装置的运动参数和动力参数的计算（1）各轴输入功率P1=P0联3.5780.99=3.54KWP2=P1滚齿3.540.980.97=3.36KWP3=P2滚齿3.360.980.97=3.20KW（2）各轴传速n1=nm=1440r/minn

8、2=n1/i高1440/8.2=175.60r/minn3=n2/i低175.60/5.8=30.27r/min（3）各轴输入转矩T1=9550P1/n1=95503.54/1440=23.47NmmT2=9550P2/n2=95503.36/175.60=182.73NmmT3=9550P3/n3=95503.20/30.27=1009.58Nmm这里需要特别指出，上列中传动装置是专用的，故用电动机的实际输出功率作为设计功率，若传动装置是通用的，则应以电动机的额定功率Pm作为设计功率，即上面计算式P0改为Pm。 轴号参数轴轴轴输入功率（KW）3.543.363.20转速(r/min)1440

9、175.6030.27输入输出距NMM23.47182.731009.582.3减速器的设计1高速轴转动的齿轮设计（1）选择材料，以为要求结构叫紧凑，载荷有轻冲击，小齿轮选用40Gr，高频感应淬火硬度H14855HRC，大齿轮选用35SiMn，高频感应加热淬火硬度H24555HRC。强度计算是取H152HRC，H2=50HRC。查得：Him1=1200MPa, Him2=1180MPaH1=0.9Him1=0.91200MPa=1080MPaH2=0.9Him2=0.91180MPa=1062MPa查得：Flim1=370MPa, Flim2=360MPaFl=1.4370MPa=518MPa

10、,F2=1.4360MPa=504MPa（2）.初步确定主要尺寸硬齿面齿轮传动,按齿跟弯曲疲劳强度设计Mn T1=9.549106P1/n1=9.5491063.54/1440=23474Nmm齿宽系数d去取为0.6。齿数 取Z121，Z2i×Z1=8.2×21=172.2 取Z2为173 螺旋角 初设=12°。载荷系数K 查机械设计基础表8-14，取K=1.5。螺旋角系数Y 设1，取=1。 Y=1-=1-=0.9 复合齿型系数 YFSI、YFS2 ZV3= =22.44 ZV4= =185.02 查机械设计基础图8-43，YFS1=4.19，YFS2=3.96确

11、定YFS/F YFS1/F1=4.19/518=0.0080502 YFS2/F2=3.96/504=0.0078174 取YFS/F =0.0080502。 mn=1.375mm取mn=2 mm。（3）确定传动尺寸 计算中心距 =（Z1+ Z2）=× （21+173） =197.104mm 取整数=198mm。 计算螺旋角=arccos = arccos = 计算几何尺寸： d1=43.3168mm d2=356.84mm 齿顶圆直径：da1 = d1+2han* mn=43.316+2×1×2=47.316mm da 2= d2+2han* mn=356.84

12、+2×1×2=360.84mm 齿根圆直径：d f1 = d1-2.5mn=43.3168-2.5×2=38.3168mm df2 = d2-2.5mn=356.84-2.5×2=351.84mm 齿宽b=d d1=0.6×43.3168mm=25.99mm 取 b2=b=40mm., b1=45mm。 验算=1.097 1 （4）校核齿面接触疲劳强度公式: H=ZEZHZ 弹性系数查机械设计基础表8-13 ZE=189.8 节点区域系数查机械设计基础图8-39 ZH=2.45 螺旋角系数 Z=0.90 齿数比u=8.23 H=189.8

13、15;2.43×0.98× =463.72MPaH= H2=1062 Mpa 齿面接触应力接近许用应力. 2.4 轴的校核1 轴高速轴的设计选择轴的材料因为齿轮采用齿轮轴的结构,故轴和齿轮的材料和热处理应该一致,即为40Cr正火处理。查得b=500MPa，查得b1=45MPa，(2)按扭转强度，初估轴的最小直径 由表14-7查得A=100。 d13.5mm (3)确定齿轮和轴承的润滑 计算齿轮圆周速度V=3.2M/S齿轮采用油浴润滑，轴承采用脂润滑（2）轴向尺寸的确定由图可以知道 d1=55mm d2=60mm L1=35mm L2=30mm L=350mm L2+L3+L

14、4+L5=160mm 由于L2=L5 所以L5=50MM（3）轴的强度校核分度圆直径 d=43.636转距 T=9.544×106P/n=9.544×106×3.54/1440=1433272.1Nmm齿轮切向力 Ft=2T/d=2×23458.3/43.636=1075.2N径向 Fr=Fttana/cos=1075.2tan200/cos15044/14/=406.58N齿轮轴向力 Fx=Fttan=1075.2 tan15044/14/=302.98N计算支撑反力 水平平面FHL=350.2 FHII=Fr-FH1=406.58-55.76=350

15、.81N垂直平面 FV1=FV11=Ft/2=1075.2/2=537.6Nb截面 Hb=48FH1 =48x350.27=16812.96N.mmHb=Hb- Fxd/2=16812.96-302.98x43.636/2=10202.54垂直平面弯矩MVb=48Fv1=48x537.6=25804.8N.mm合成弯矩 b=30798.7 N.mm = =27748.5 N.mm 绘制转矩图 转矩 T=1433272.16N.mm绘制当量弯矩图。单向运转，转矩为脉动循环，a=0.6aT=(0.6×1433272.16)=4100625 N.mmb截面 eb=859963.3 N.mm

16、 eb=32562.3N.mma截面和I截面 Mea =MeI=aT=410062.5 N.mm分别校核a和b截面da=45.362mmdb=57.6 mm实际尺寸分别为55mm和60mm强度足够 2.5键的选用1. 当键长大于500mm时，其长度应按国标优先数和优先数系的R20系 列选取。2. 对于B型键，当h公称尺寸为2、3、4、5、6时，其极限偏差为h9。3. 键用型钢的抗拉应不小于590MPa，一般用途时推荐采用45、35号 钢。4. 在供需双方同意的情况下，平键半圆部分和半圆弧部分允许不倒 角或倒圆。5. 当键长L与键宽b之比大于或等于8时，b面在长度方向的平行度应 符合GB1184

17、-80，当b6mm按7级，b836mm按6级，当b40mm 时，按5级。6. 当需要时，键允许带起键螺孔，起键螺孔的尺寸见表3.2-19。7. 平键轴槽长度公差用H14。 标记示例：圆头普通平键(A型)，b=16mm,h=10mm,L=100mm;键16×100 GB 1096-79平头普通平键(B型)，b=16mm,h=10mm,L=100mm:键B16×100 GB 1096-79单圆头普通平键(C型)，b=16mm,h=10mm,L=100mm;键C16×100 GB1096-79 2.6轴承的选用名称角接触球轴承标准=摘自GB/T 292-1994 参照I

18、SO15-1981单位=(mm) 轴承代号=7002CJ尺寸d=15尺寸D=32尺寸B=9尺寸rs(min)=0.3尺寸r1s(min)=0.15重量(kg)=0.028第三章 保证撞头的行程 偏心轮的直径是180MM，偏心轮每转一圈，撞头一个来回， 所以撞头的行程是180MM。第四章 优化设计41 优化设计目的为使整个减速箱设计过程能够顺利进行，并且达到各部位的设计要求，在采用优化设计的前提下，能够使各零件尺寸达到最小，又能满足所需达到的载荷，工作时结构更为紧凑，在制造时也能够大大节省制造成本，也能使整台机器占有较小的空间，故采用优化设计。因为在常规设计中，参数：m1，m2，z1，z2，z3

19、，z4，b1，b2均在一定范围内选定。具有随机性。现以四个齿轮的体积和为目标函数，采用随机方向搜索法，进行优化。4.2自变量x1 = m1x2 = m2x3 = z1x4 = z2x5 = z3x6 = z4x7 = b1x8 = b24.3目标函数四个齿轮的体积和：Fv=4i=1(/4)di2dI即：Fv=/4（x7+5）*powx1*x3,2+x7*powx1*x4,2+(x8+5) *powx2*x5,2+x8*powx2*x6,234 约束函数4.4.1 模数因m1.5得： G1=x1-1.5，G2=x2-1.54.4.2 齿数为保证齿轮不发生根切，即Zmin18得： G3=x3-18

20、 G4= x 4-18 G5= x 5-18 G6= x 6-184.4.3齿轮6-18 4.3齿宽系数根据以上设计可知：齿轮相对与轴承的布置采用非对称布置，硬齿面传动。因此：取齿宽系数为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/（x 1* x 4）-0.3 G10= x 8/（x 2* x 4）-0.34.4.4 齿面接触疲劳强度根据：H=ZE*ZH2KT1(u+-1)/bd12u1/2H查：k=1.5n=z2/z1T1=34.62ZE=189.8ZH=2.5H=0.9win=0.9X1178=1062即

21、：高速接触疲劳强度：G11=1062-189.8*2.41*SQRT2*1.5*34.62/（X7*X1*X1X3*X3）*X4/（X3+1）/X4/X3G12=1062-189.8*2.41*SQRT2*1.5*34.62*X4/X3*（X6/X5+1）/（X6/X5）/（X8*X2*X2*X5X*5）4.4.5 齿根弯曲疲劳强度根据：F-2DT1YFS/bdm0设大小齿轮均为40cr, 表面淬火50HRCF=Fliml=Flin2=370因：YFYS2，所以取F/YFS=F/YFS1=370/4.2=88得：高速级齿根弯曲疲劳强度：G13=88-2*1.5*36.42*0.98325490

22、7654/（X3*X8*X2*X5*X2）4.4.6 传动比因I总-i1*i2/I总0.05G15=0.05-SQRTpow(14.04-X4*X6/(X3*X5)/14.04，2MinFv=/4（X7+5）*pow（X1*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个约束函数的优化问题。一常规设计的结果为优化设计初始点：X0=1.5,3,25,80,30,100,25,55F0=44417274.4.7 比较优化的结果程序运行优化值： 圆整优化值：x(1)=1.515756 x(1)=1.5x(2)

23、=2.183497 x(2)=3x(3)=23.903845 x(3)=25x(4)=79.071075 x(4)=80x(5)=31.245188 x(5)=30x(6)=98.852013 x(6)=100x(7)=24.412426 x(7)=25x(8)=54.571949 x(8)=55F*=2519045.25 F*=4441727F*/F=2519045.25/4441727=0.57优化结果为原先的57%，优化明显。4.5 优化设计程序# include <stdio.h> # include <math.h># define EI 0.05 # def

24、ine HO 0.1 # define GK 15 # define N 8 # define M 100int nf=0，ng=0，cy=0，n； float fl，x N+1，f（float xN+1， fg（float xN+1，int n），end（float xN+1）；main () int I，j，m； float xN+1，yN+1；q N+1，e N+1，qv，c，h=HO； prinf（INPUT ARRAY X: n）； do for（i=1；i<=N；i+） scanf（%f, &I）；printf（%f n, x i ）； while （fg（x , 0

25、）<0）； f l=f（x）；printf（FL=%f, f l）；for（i =1；i<N；i+）y i = x i ；while （h>HO/3） for（j=1；j<=M；j+） q i =2*rand (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； do f l =c； for（i =1；i<=N；i+） y i =x i ；printf（x（%d）= %f n, i，x i ）；printf（F=%f n , f l）；

26、 h=1，3*h； for（i =1；i<=N；i+） x i = y i +h*e i ； if（fg（x，0）<0） break； c = f（x）； while （c<f l）；m=0；while（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= = 0） continue； fl = c； for（i =1；i<=N；i+）y i = x i ；printf（x（%d）= %f n,

27、 i，x i ）； print（F=%f n , f l）； m=1；printf（cy=%d, +cy）；h=HO；break；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 (x2*x5), 2)/4)*(x8+5)+( (3.14*pow (x2*x6),2)/4)*x8print（F=%f n NF=%dn, f v，+nf）； return（fv）float fg (x,

28、 n ) float xN+1； int i； float 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)； g12 = 1062-189.8*2

29、.41*sqrt (2*1.5*34.62/(x7*x 1 *x 3 )* ( ( x 4 / x 3 +1) / ( x 4 / x 3 )； g13=1062-198.8*2.41*sqrt (2*1.5*34.62*x4/x3)/ (x8*(x2*x5*x2*x5) *(x6/x5+1)/ (x6/x5)； g14=88-2*1.5*34.62*0.983254907564/(x7*x1*x3*x1)；g15=88-2*1.5*34.62*0.983254907564*x4/(x8*x2*x5*x2*x3); gv = g1； printf（NG=%d n, +ng）； for (i =

30、1；i<=GK；i+) if ( g i <gv ) gv = g i ； printf（G ( %d ) = %f n, i , g i ）； printf（G = %f n, gv）； return ( 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 =1；i<=GK；i+)printf（X ( %d ) = %f n, i , y i ）；printf（ n n）；c=fg (y, 1) ;printf（cy = %d n n, cy）；printf（END n n）；p