中厚板轧机飞剪的设计与研究

题目：中厚板轧机飞剪的设计与研究第II页目录摘要………………………IIIABSTRACT………….…..IV1总论 11.1国内外中厚板生产发展情况及现状 11.1.1中厚板生产的进步 11.1.2技术装备方面的进步 31.1.3技术装备方面存在的不足 41.2中厚板生产工艺与主要设备的概述 51.2.1中厚板生产的主要设备概述 61.3中厚板轧机飞剪的作用，各种飞剪的介绍及对比 81.3.1飞剪机的基本类型和特点 81.3.2各种飞剪的介绍及对比 92专题 132.1传动系统参数的设计与计算 132.1.1电动机选择 132.1.2剪切力的计算 142.1.3飞剪的剪切功 142.1.4输入转矩计算 162.2主传动减速器的设计 182.2.1高速级传动 182.2.2低速级齿轮设计 272.2.3齿轮参数计算 342.2.4轴承参数： 362.2.5高速级联轴器的选择及飞轮的设计 362.3传动轴的设计校核 382.3.1低速轴校核 382.4减速器的安装、维护与润滑 432.4.1齿轮传动机构的安装 432.4.2减速器的维护 432.4.3减速器的润滑 443机架及安全联轴器的有限元分析计算 453.1有限元方法简介 453.2实例分析 453.2.1机架有限元分析 453.2.2.联轴器过载保护分析 50总结 54致谢 55参考文献： 56第4页摘要本文主要介绍了国内外中厚板生产的发展情况及现状，对各种类型的飞剪机的结构和用途进行了介绍和对比。同时概述了中厚板生产的工艺流程和主要设备。本课题中用于剪切中厚板的飞剪采用的是双滚筒式飞剪机。滚筒式飞剪机是一种应用很广的飞剪机。这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度可达45mm。滚筒式飞剪机的刀片作简单的圆周运动，故可剪切运动速度高达15m/s以上的轧件。本文根据剪切过程的运动要求对飞剪机的力能参数进行计算，利用得到了力能参数进行了电动机的选择与验算。然后对二级减速器进行了设计计算。最后用Solidwoks对机架和安全联轴器进行三维造型，利用CosmosWorks对它们进行有限元分析，得到了很好的结果。关键词：中厚板滚筒式飞剪机减速器有限元SolidwoksABSTRACTThispaperintroducesthesituationandthedevelopmentstatusoftheplateproductiononthedomesticandinternational.Wealsomakeaintroductionandcontrastabouttheuseandstructureofvariousplatemillflyingshears.Atthesametime,theplateproductionprocessandmajorequipmentsareoutlined.TheflyingshearusinginthisissueisDrumflyingshear.Drumflyingshearisatypeofflyingshearwhichiswidelyused.Whenthisflyingshearisusedasacropflyingshear,itscuttingthicknesscanreachupto45mm.AsthebladeofDrumflyingsheardoesasimplecircularmotion,itcanspeedupto15m/sovertheworkpiece.Inthispaperwecalculatetheenergyparametersaccordingtothemovementrequirementoftheshearingprocess.Thenwechooseamotorandmakeacheckingusingtheparameters.Wealsodesignthereducer.Wemake3DmoldingsfortherackandtheSafetycouplingswiththesoftwareofSolidWorks.Ihavealsodonefiniteelementanalysisaboutthem,soIhavegotaidealresult.Keywords:platedrumflyingshearreducerSolidwoksfiniteelement1总论[2][3][4]1.1国内外中厚板生产发展情况及现状1.1.1中厚板生产的进步20世纪60年代至21世纪初期的40多年间，我国共建成26条中厚板生产线，能长期坚持正常生产的仅23条。这23条中除鞍钢、武钢、浦钢、首钢、济钢等厚板厂的装备水平较高外，其余的装备水平都不高，轧机尺寸在3．0m以下的占了绝大多数。从2003年底开始，我国兴起了新建中厚板生产线的高潮。资料显示，到2006年8月，我国新建成和正在建设的中厚板生产线共有18条，其中轧机尺寸3．5m的9条(含炉卷3条)、2．8m的4条、3．8m的2条、4．3m的1条、5．0m的2条(未计算正在设计中的鞍钢在营口鲅鱼圈的5．5m生产线)。18条生产线能释放产能2000万t。纵观全球中厚板生产线的发展历史，第一次的建设高潮是美国于20世纪60年代掀起的，第二次是日本于20世纪70、80年代掀起的，而第三次则无疑是我国掀起的，目前我国是全球中厚板生产线发展最快、数量最多的国家。这些新建的生产线中，绝大多数是大轧制力、大功率、高刚度的最新一代中厚板轧机，为实现其真正意义上的控轧控冷工艺、生产出性能优良的中厚板产品创造了装备上的有利条件。从2000年开始，由中厚板轧机生产的中厚板产品以每年300万t的速度递增。2000年为1077万t，2001年为1392万t，2002年为1635万t，2003年为1904万t，2004年为2218万t，2005年2638万t。济钢中厚板2005年产量达207万t，创造了全球同类机组在产量上的最高纪录。资料显示，1995年至2000年，我国中厚板出口量略大于进口量。2001年至2004年进口量超过出口量。自2005年开始，出口量又超过进口量，目前我国已成为中厚板出口国之一。2005年我国近2／3的中厚板厂技术指标达到世界先进水平。(1)成材率。文丰中板达95．21％、酒钢中板95．11％、天津中板93．42％，济钢中厚板、新余厚板、太钢中板、济钢中板、马钢中板、邯钢中板、柳钢中板、安钢中板等11个厂都在92％以上。(2)轧机平均小时产量。济钢中厚板、济钢中板、柳钢中板、浦钢厚板、营口中板、安钢中板、鞍钢厚板、新余中板、舞钢厚板等9个厂都达到150t／h以上的好成绩。(3)合格率。绝大部分厂都达到99．9％的国际先进水平。2006年17月中厚板企业主要技术经济指标见表1.1。近几年我国的中厚板品种开发主要围绕一些专用钢板的钢质纯净化、低碳高强化、耐高温、耐高压、耐断裂、耐腐蚀等方面展开，并取得了长足的进步：(1)有15家企业能生产X65级别的管线钢，8家能生产X70级，宝钢、鞍钢、舞钢、武钢、济钢等具备了生产X80级的能力，其中宝钢、鞍钢、武钢已能大批量生产，并于2005年完成了X100级的试验室工作。(2)宝钢、舞钢、武钢、鞍钢、马钢等能生产高级别的海洋石油平台用钢。(3)CORTEN耐候桥梁板、P20塑料用模具板、N19低温板、HT80高强板等，过去是日本的名牌产品；BHW35高压锅炉板是德国的名牌产品。如今这些品种鞍钢、舞钢都能生产。济钢、宝钢、武钢等能生产其中的部分品种。1.1.2技术装备方面的进步生产专用钢板时，为了保证钢水的纯净度，炉外精炼工序很重要。2005年以前只有宝钢、鞍钢、武钢等少数厂可对供转炉的铁水进行炉外精炼，而新建和在建的近3／5生产线配备了LF钢包炉和VD真空脱气装置组成的炉外精炼系统，不少生产厂的炉外精炼系统还是专门为中厚板生产线独立配备的。新建的生产线中绝大部分将炼钢、连铸、轧钢各工序有机地联合布置，整个生产过程实现了热衔接，有利于降耗、降成本。.在生产高等级、高技术含量、高附加值产品时，一般都采用控制轧制技术工艺。此技术的应用必须有良好的冷却系统相配合，新建和在建的生产线大多都装备了先进的快冷系统。装置一般都采用DQ+U形管层流的冷却型式，一些老生产线近几年也对冷却系统进行了改造，目前酒钢中板采用ADCO气雾冷却，鞍钢厚板、新余中板、舞阳厚板、武钢轧板等采用U形管层流冷却，首钢中板、南钢中板采用直流式层流冷却，都属于比较先进实用的装备。2005年以前大都采用辊式矫直机，此型式由于受辊径和辊距的配合限制，所以矫直板厚有一定范围，一般最厚与最薄之比为4，新生产线中大都采用有张力机能的新型矫直机。其矫直最厚与最薄之比可以达到25，而且矫直力也可以增加一倍。也有些老生产线对原有的矫直机进行了改造，如济钢中厚板采用了从法国进口的11辊四重式矫直机，效果较好，矫直精度达1．5mndm。2005年以前，大多数生产线采用拉钢冷床，非但容易划伤钢板，也容易造成钢板冷却不均匀。新建生产线的冷床大都采用步进格板式或盘辊式，有足够的面积放置钢板，不需要在冷床前进行热剪分段，对提高成材率有利。也有一些老生产线对冷床进行了改进，如柳钢采用步进式冷床，浦钢和济钢采用了盘辊式，效果都不错。21世纪初，我国中厚板生产线上的剪切机大都是20世纪70年代的水平，剪切精度和效率都低，这与当时普遍存在的重轧制、轻精整有关系。近几年，济钢中厚板、鞍钢厚板、舞钢厚板等6家企业对剪切机进行了改造，改用先进的滚切式双边剪，效果较好。新建的生产线大都采用滚切式双边剪和滚切式横剪，剪切厚度和精度都比较理想。1.1.3技术装备方面存在的不足我国新建的中厚板轧机大多在3．5m以上，而在上世纪投产的23套轧机中有17套尺寸在3．0m以下(其中9套尺寸在2,5m以下)。由于轧机刚度、轧制力、功率等先天缺陷，直接制约了中厚板品种的扩大和质量的提高，尤其是轧制力在3000—6000t的轧机难以实现真正意义上的控制轧制技术，这是造成我国中厚板产品中专用板比例偏低的主要原因之一。步进式加热炉由于加热质量好、氧化少、烧损极低、加热方式灵活等特点，已成为当今世界上最先进的一种炉型。早在15年前，日本、德国、韩国等就已100％采用，但我国仍有一半以上生产线采用推钢式加热炉，甚至有的生产线采用炉型比推钢式还要落后，据统计，目前全国加热炉的平均加热能力为75t／ll，只有先进国家的1／3。众所周知，推行热装热送工艺能取得显著的节能效果，而我国不少中厚板厂在推行过程中保温措施不力，热装温度偏低，未达到理想的节能效果。热装热送工艺在先进国家已得到普遍重视和推广。热装热送率达60％一70％，燃料单耗已降至1．1GJ／t以下，而我国普遍在2．2-2．5GJ／t左右。目前已实施计算机自动化控制的老生产线大多是实现基础和过程计算机二级控制，而日本水岛、君津、德国迪林根等早已实现四级计算机控制，我国尚有l／4的老生产线甚至没有真正意义上的计算机控制，一些轧机虽然配备了AGC系统，但没有实现闭环控制，因此连二级计算机控制都没实现。控轧控冷技术是控制奥氏体和相变产物的组织状态，从而达到控制钢材的组织性能以及轧后控冷阶段的工艺参数，在不降低韧性的前提下进一步提高钢的强度的先进技术，对提高产品质量有显著意义。此技术在日本应用率达70％以上，我国起步不晚但进展不理想，不少厂家采用的是简易喷淋冷却装置及用控温轧制来替代控制轧制。其主要原因是不少生产厂的轧机轧制力不足以及冷却系统配备不先进，难以实施控轧控冷工艺所造成的。除新建的生产线和经改造后的生产线外，我国还有一些生产线的矫直机性能偏低，刚度不够，矫直钢板很难达到平直度的要求；有些生产线仍旧在使用链绳格板式冷床、冷却能力差，有些已改成滚动爪子式，但划伤问题仍未很好解决；有些生产线仍使用落后的铡刀剪，剪切精度和效率都低。钢铁产品的内在质量仅靠取样化验是不能完全查明的，需要经过“探伤”。日本、德国、美国、韩国等早在10多年前就已100％采用超声波探伤，而我国老生产线仍有一些采用线外人工探伤方式，效率低、劳动强度大，占用了场地且易漏探。1.2中厚板生产工艺与主要设备的概述不同的宽厚板厂，根据轧制钢种、用户要求及自身条件，采用不同的生产工艺，但都离不开加热、轧制和精整等主要工序。一般地，宽厚板的生产工艺流程如图1所示。1.2.1中厚板生产的主要设备概述下面就以宝钢5m宽厚板厂的工艺装备来简述中厚板生产的主要设备及技术1.2.1连铸板坯直接送至宽厚板轧机的板坯接收跨。暂无合同的板坯在此跨临时堆放。有合同的倍尺连铸坯经横移装置从入库辊道过跨到二次切割线，再线切割成定尺坯。二次切割主要由对中装置、测长仪、喷印机、火焰切割机、去毛刺机等设备组成。宽厚板厂采用的主加热设备主要是连续式板坯加热炉，较早采用的是推钢式加热炉，如我国济钢和浦钢，但生产受到了一定的制约。步进式加热炉因加热质量好、操作灵活，必将逐步取代推钢式加热炉。日本、德国和韩国等国的宽厚板厂几乎都采用步进式炉，我国宝钢5m宽厚板厂采用的也是步进式加热炉，采用双排料。连续式炉采用多区供热的箱型结构，便于分区控制各段温度，以提高温控的灵活性和精度；采用无水冷耐热垫块，以减少板坯黑印；整个加热炉系统采用高精度燃烧控制系统，热工控制和装、出炉设备控制实现全自动化。1.2.1轧制线采用双5m机架布置，精轧机架参数采用大力矩、高刚性、高轧制速度，以实现低温控轧工艺。立辊机架与水平机架呈近接式布置。控轧控冷(TMCP)技术是当代厚板厂生产高档次产品必须具备的。热试车开始不久就进行控轧工艺、计算机控制功能的测试，结合钢种拓展及新产品试制，进行控轧工艺调试，目前已采用控轧工艺生产高强度船板、高强度结构板、海洋平台用板等高等级钢种，可实现异钢种、不同规格多块板坯多模式交叉控轧，减轻控轧工艺对产量的负面影响。高精度轧制技术包括：厚度控制技术、平面形状控制技术、板形控制技术。(1)多功能厚度控制技术在控制上采用了高精度多点式设定模型、高响应绝对AGC功能；同时在水平机架出口侧近距离布置线测厚仪，减小监控AGC控制盲区，改善钢板头尾厚度精度。目前厚度精度控制水平已达到保证值要求，开始承接高厚度精度要求LNG船板订单。在下一步提高厚度控制精度工作中，还将进一步在确保单点式测厚仪运行稳定性和优化监控AGC功能上开展工作。(2)平面形状控制技术通过绝对AGC功能，在水平机架上实施矩形化为目标的平面形状控制。同时配置与水平机架成近距离布置的立辊机架，通过立辊机架的AWC短行程(SSC)功能，进一步改善钢板平面形状，提高宽度绝对精度。水平机架平面形状控制功能已正常投入，控制效果明显，立辊控制功能在进一步优化中。(3)板形控制技术采用CVCPLU和工作辊弯辊板形控制技术。工作辊窜动在道次间歇时间内完成，采用高次CVC曲线方程，热试车期间对曲线进行了调整，目前凸度调节能力能满足大生产要求，CVC板形控制功能投入正常，目前对厚度≤6mm钢板轧制过程板形控制功能进一步优化中。热矫直机采用强力、全液压型式，满足TMCP型高强度钢板低温矫直的需要，经过热试车调试，热矫直机投入正常，矫直效果良好。1.2.1.采用步进式冷床，使得钢板冷却过程中表面无滑伤。厚度≤50mm的钢板进入宽冷床冷却，>50mm的钢板进入特厚板冷床冷却。经冷床冷却后的钢板，由辊道送至检查台输入辊道，由横移设备送入检查台。在检查台上，钢板由人工直接进行表面检查。精精整区域设备及工艺包括：火焰切割、质量检查及修磨、冷矫直、热处理、涂漆等。1.3中厚板轧机飞剪的作用，各种飞剪的介绍及对比中厚板轧机的飞剪机主要用来横向剪切运动着的轧件。1.3.1飞剪机的基本类型和特点按飞剪机的用途，飞剪机可分为切头飞剪机和切定尺飞剪机两大类。如果按飞剪机剪切机构的型式来分，目前应用较广的飞剪机有，滚筒式飞剪机、曲柄回转杠杆式飞剪机、曲柄偏心式飞剪机、摆式飞剪机和曲柄摇杆式飞剪机等。1.3.2各种飞剪的介绍及对比1.3滚筒式飞剪机是一种应用很广的飞剪机。它装在连轧机组或横切机组上，用来剪切厚度小于12mm的钢板或小型型钢。这种飞剪机作为切头飞剪机时，其剪切厚度可达45mm。滚筒式飞剪机的刀片作简单的圆周运动，故可剪切运动速度高达15m/s以上的轧件。图1.3是滚筒式飞剪机结构示意图。刀片1装在滚筒2上。滚筒2旋转时，刀片1作圆周运动。用于切头切尾的滚筒式飞剪，在滚筒上往往装有两把刀片，分别用来切头和切尾。飞剪机采用启动式工作制。用于切定尺的滚筒式飞剪机，一般采用连续工作制。1.3用飞剪机剪切厚度较大的板带或钢坯时，为了保证剪后轧件剪切断面的平整，往往采用刀片平移运动的飞剪机。曲柄回转杠杆式（也称曲柄连杆式）飞剪机就是此类飞剪机的一种。上图是曲柄回转杠杆式飞剪机的结构图。刀架1作成杠杆形状，其一端固定在曲柄轴2端部，另一端与摆杆3相连。当曲柄轴2转动时，刀架1作平移运动，固定在刀架上的刀片能垂直或近似地垂直轧件。由于这类飞剪机在剪切轧件时刀片垂直于轧件，剪切断面较为平整。在剪切板带时，可以采用斜刀刃，以便减少剪切力。这种飞剪机的缺点是结构复杂，剪切机构动力特性不好，轧件的运动速度不能太快。1.3.2.这类飞剪机的刀片作平移运动，其结构简图如下图所示。双臂曲柄轴9铰接在偏心轴12的镗孔中，并有一定的偏心距e。双臂曲柄轴还通过连杆6与刀架10相铰接。当导架旋转时，双臂曲柄轴以相同的角速度随之一起旋转。刀片15固定在刀架8上，刀架的另一端与摆杆7铰接，摆杆则铰接在机架上。通过双臂曲柄轴、刀架和摆杆可使刀片在剪切区作近似于平移的运动，以获得平整的剪切断面。通过改变偏心轴与双臂曲柄轴的角速度比值，可以改变刀片轨迹半径，以调整轧件的定尺长度。这类飞剪机装设在连续钢坯轧机后面，用来剪切方钢坯。1.3.这种飞剪机也称为施罗曼（Schloemann）飞剪机，用来剪切冷轧板带。由于飞剪机工作时总能量波动较小，故可在大于5m/s的速度下工作。下图为曲柄摇杆式飞剪机的结构简图。上刀架1通过偏心枢轴6与下刀架2相铰接。下刀架2在曲柄3与上刀架1的带动下，以偏心轴4偏心套4为中心作往复摆动。当改变偏心轴4与偏心套5的偏心位置时，可得到不同的空切次数。2专题2.1传动系统参数的设计与计算剪切机主要剪切的材料为：合金钢剪切温度：700℃材料的疲劳强度σb=230Mpa钢坯尺寸h×b=30mm×3250mm钢板的速度2.2m/s剪刃回转半径1280mm2.1.1电动机选择由于在剪切过程中剪切瞬间需要很大的能量，而只靠电动机提供的动能来完成那是很难做到的，因此在飞剪机中采用飞轮储能，在剪切时释放能量来完成剪切。飞轮靠电动机带动转过一定角度来储存能量。所以电动机的启动转矩:(2-1)式中：J——系统的转动惯量，ε——电动机启动时的交加速度，设滚筒的加速角度为180度，根据传动系统的传动比i=18.27，则对应电机转子转角为：电动机的额定转速n=600rpm假设电动机按照恒加速启动，则其启动时间t：2.1.2剪切力的计算[13]剪切应力：(2-2)式中：剪切力：式中：K1——考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，其数值根据剪切机能力选取：小型剪切机（P<1.6MN）K=1.3中型剪切机（P=2.5~8.0MN）K=1.2大型剪切机（P>10MN）K=1.1；K2——考虑单位剪切阻力与强度极限的比例系数；。最大剪切力发生在刀片相对切入深度QUOTEε=30%时，这时的刀片角度位置为：剪切力矩：2.1.3飞剪的剪切功按启动工作制工作的飞剪剪切功率几乎完全由飞剪运动质量的加速条件来决定。因为每次剪切要求的加速时间非常短，在这种情况下，剪切力对电动机功率实际上并没有影响。剪刃的转速n：总传动比i：i=600/32.84=18.27剪切功：[13]（2-3）式中：P为最大剪切力；h为板坯断面高度，k为考虑其他因素的影响系数，k=2；t—相邻两次剪切的时间；ξ—考虑飞剪机构的摩擦损失系数。电动机选择：（2-4）式中：λT——允许转矩过载系数直流电机λT≥2.5因此选择电动机的功率P=2000KwNe=600rpm电动机型号:ITQ3940-8AA-Z（变频电机）电动机转动惯量：847kgm22.1.4输入转矩计算减速器输出速度：剪刃的线速度取2.2m/s（钢板速度2m/s）剪刃的回转直径为1280mm,则剪刃的转速：由于电动机同步转速为600r/min,则减速器的总传动比为：在剪切过程结束时系统的速度降低5%，因此齿轮传动所要输入的转矩：（2-5）式中：为飞剪刀片接触板坯和竖直方向的夹角；为齿轮传动所要输入的转矩；QUOTEM剪为剪切功；QUOTEM阻为阻力功；滚筒的转动惯量J：J=mi2（2-6）完整滚筒的质量:第一部分和第三部分的质量大小相等计算为第二部分的质量为：完整滚筒的转动惯量为：第一部分和第二部分的转动惯量：第二部分的转动惯量：滚筒的实际转动惯量为：夹角的计算：滚筒中心距：A=1280mm板坯厚h=30mm刀片回转半径R=1285mm刀片重合量s=5mm滚筒角速度阻力功：所需输入的转矩为：2.2主传动减速器的设计[8]2.2.1高速级传动根据资料[11]《机械设计课程设计手册》高速级传动比取i1=（1.3～1.5）i2，因此取i1=1.33i2，计算得i1=4.93，i2=3.7。齿轮参数计算：选择齿轮材料小齿轮：37SiMnMoV,调质，硬度320——340HBS;大齿轮：35SiMn，调质，硬度280——300HBS。由图14-1-23[8]和图14-1-52[8]按MQ级质量要求取值，得бHlmin1=800N/mm2、бHlmin2=760N/mm2和бFlmin1=320N/mm2、бFlmin2=300N/mm2。初步确定主要参数1）按接触强度初步确定中心距按斜齿轮从表14-1-75[8]选取Aa=447,按齿轮对称布置，速度中等，冲击载荷较大，取载荷系数K=2.0。按表14-1-79[8]，选d=0.9,则a=0.38，按表14-1-77[8]圆整取齿宽系数a=0.4。齿数比u1=i1=4.93需用接触应力бHp：бHp0.9бHlmin=0.9×760=684N/mm2小齿轮传递的转矩T1：T1=T/i=2673122.9/18.27=146312.1Nm中心距a：（2-7）式中：圆整取a=1820mm。2）初步确定模数、齿数、齿宽等几何参数mn=(0.007～0.02)a=(0.007～0.02)×1820=12.74～36.4mm取mn=24mm取QUOTEz1=27z2=uz1=108.5取z2=109实际传动比：i0=z2/QUOTEz1=109/22=4.95螺旋角计算：（2-8）式中：--法面模数--分别为小、大齿轮的齿数--中心距齿宽：b=a=0.4×1820=728mm取b=730mm小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径齿面接触强度计算1）分度圆上的名义切向力Ft：2)使用系数KA原动机为电动机，均匀平稳，工作机为水泥磨，有中等冲击，查表14-1-81[8]KA=1.53）动载系数Kv齿轮线速度由表14-1-90公式计算传动精度系数C（2-9）式中：已知z=z1=22,=56圆整取C=9，查图14-1-14[8]Kv=1.48；4）齿向载荷分布系数KHβ:KHβ=1.12+0.18（b/d）2+0.23×10-3b式中：b—齿宽d—分度圆直径。由表14-1-98[8]齿轮装配时对研跑合KHβ=1.12+0.18（b/d）2+0.23×10=1.12+0.18（730/611.2）2+0.23×10-3=1.5605)齿间载荷分配系数查表14-1-102[8]得：=1.16)节点区域系数ZH：查表得ZH=2.2257）弹性系数ZE：由表14-1-105[8]ZE=189.88）重合度系数：纵向重合度端面重合度z1=22z2=109由图14-1-17[8]查得：则由图14-1-19[8]得=0.81259）螺旋角系数:10)小、大齿轮的单对齿啮合系数：ZB=1ZD=1由表14-1-104的判定条件，由于取ZB=ZD=1；11）计算接触应力由公式：(2-11)来计算接触应力。由于ZB=ZD=1所以12）寿命系数ZNT(2-12)式中：--应力循环系数。由于剪切机为启动工作制，所以其每天工作的实际时间是1.9h;剪切机的设计寿命为十年。应力循环次数由表14-1-106公式计算：13)润滑油膜影响系数ZLZVZR由表14-1-108经展成法滚插的齿轮副Rz10>4μmZLZVZR=0.8514)齿面工作硬化系数Zw由图14-1-30[8]Zw1=1.08Zw2=1.1115）尺寸系数Zx由表14-1-109Zx=1.016）安全系数SHSH1和SH2均达到表14-1-110规定的一般可靠度时最小安全系数SHmin=1.00——1.10的要求，齿面接触强度核算通过。轮齿弯曲强度计算1）齿向载荷分布系数KFβ(2-13)(2-14)b=730mmh=2.25mn=2.25×24=54mm2)齿向载荷分布系数QUOTEKFα:QUOTEKFα=KHα=1.13)齿形系数QUOTEYFα当量齿数：由图14-1-38QUOTEYFα1=2.5YFα2=2.144）应力修正系数QUOTEYSα由图14-1-43QUOTEYSα1=1.65YSα2=1.7755）重合度系数Yε（2-15）（2-16）由表14-1-114知（2-17）7)计算齿根应力QUOTEσF因为QUOTEεα=1.52<2用表14-1-111中的方法二8)试验齿轮应力修正系数Y9)寿命系数由表14-1-118(2-18)10)相对齿根敏感系数齿根圆角参数：用表14-1-112所列公式进行计算由图14-1-38知：同样计算可知：1.5<qs1(qs2)<4所以11）相对齿根表面状况系数由图14-1-58齿根表面微观不平度10点高度为RZ10=12.5μm时12）尺寸系数Yx由表14-1-119的公式Yx=1.03-0.006mn=1.03-0.006×24=0.88613)弯曲强度安全系数SFQUOTESF1、QUOTESF2均达到表14-1-110规定的较高可靠度时的最小安全系数SFmin=1.6的要求，轮齿弯曲强度核算通过。2.2.2低速级齿轮设计低速级齿轮的传动比：i2=3.7低速级齿轮上所承受的转矩：T’=T/i2=722465.6Nm则每对齿轮上所承受的转矩为：T2=0.5T’=361232.8Nm小齿轮的转速：n=121.7r/min选择齿轮材料小齿轮：37SiMnMoV,调质，硬度320——340HBS;大齿轮：35SiMn，调质，硬度280——300HBS。由图14-1-23和图14-1-52按MQ级质量要求取值，得бHlmin1=800N/mm2、бHlmin2=760N/mm2和бFlmin1=320N/mm2、бFlmin2=300N/mm2。1）按接触强度初步确定中心距按斜齿轮从表14-1-75选取Aa=447,按齿轮非对称布置，速度较低，取载荷系数K=0.8。按表14-1-79，选d=0.7则a=0.298，按表14-1-77圆整取齿宽系数a=0.3齿数比u1=i1=3.7需用接触应力бHp：бHp0.9бHlmin=0.9×760=684N/mm2小齿轮传递的转矩T1：T2=361232.8Nm中心距a：圆整取a=2300mm。2）初步确定模数、齿数、齿宽等几何参数mn=(0.007～0.02)a=(0.007～0.02)×2000=16.1～46mm取mn=30mm，取QUOTEz1=31z2=uz1=114.7取z2=115实际传动比：i0=z2/QUOTEz1=115/31=3.7螺旋角：齿宽：b=QUOTEφa*a=0.3×2300=690mm取b=690mm小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径1）分度圆上的名义切向力Ft：2)使用系数KA原动机为电动机，均匀平稳，工作机为水泥磨，有中等冲击，查表14-1-81KA=1.53）动载系数Kv齿轮线速度由表14-1-90公式计算传动精度系数CC=-0.5048ln（z）-1.144ln(mn)+2.825ln(fpt)+3.32已知z=z1=31,fpta=56QUOTEμmC=-0.5048ln31-1.144ln30+2.825ln56+3.32=9.07圆整取C=9，查图14-1-14Kv=1.48；4）齿向载荷分布系数KHβ由表14-1-98齿轮装配时对研跑合KHβ=1.12+0.18（b/d）2+0.23QUOTE×10-3b=1.12+0.18（690/976.9）2+0.23QUOTE×10-3×690=1.355)齿间载荷分配系数KHαKAFt/b=1.5×/600=2123.9N/mm查表14-1-102得：KHα=1.16)节点区域系数ZH：查表得ZH=2.47）弹性系数ZE：由表14-1-105ZE=189.8QUOTEN/mm28）重合度系数Z：纵向重合度端面重合度z1=31z2=115由图14-1-17查得：QUOTEεα2则=0.78+0.9=1.68由图14-1-19得Z=0.789）螺旋角系数QUOTEZβ:=0.97610)小、大齿轮的单对齿啮合系数：ZB=1ZD=1（QUOTEεβ=1.94>1）由表14-1-104的判定条件，由于QUOTEεβ=2.23>1取ZB=ZD=1；11）计算接触应力由于ZB=ZD=1所以QUOTEσH2=σH1=848.71N/mm212）寿命系数ZNT由于剪切机为启动工作制，所以其每天工作的实际时间是1.9h;剪切机的设计寿命为十年。应力循环次数由表14-1-106公式计算：13)润滑油膜影响系数ZLZVZR由表14-1-108经展成法滚插的齿轮副Rz10>4μmZLZVZR=0.8514)齿面工作硬化系数Zw由图14-1-30Zw1=1.08Zw2=1.1115）尺寸系数Zx由表14-1-109Zx=1.016）安全系数SHSH1和SH2均达到表14-1-110规定的较高可靠度时最小安全系数SHmin=1.5——1.6的要求，齿面接触强度核算通过。1）齿向载荷分布系数KFβb=690mmh=2.25mn=2.25×30=67.5mm2)齿向载荷分布系数QUOTEKFα:QUOTEKFα=KHα=1.13)齿形系数QUOTEYFα当量齿数：由图14-1-38QUOTEYFα1=2.46YFα2=2.1754）应力修正系数QUOTEYSα由图14-1-43QUOTEYSα1=1.65YSα2=1.815）重合度系数QUOTEYε:由表14-1-114知7)计算齿根应力QUOTEσF因为QUOTEεα=1.854<2用表14-1-111中的方法二8)试验齿轮应力修正系数QUOTEYST=2.09)寿命系数由表14-1-118QUOTEY=(3×106NQUOTEY=(3×10613873.6)QUOTEY=(3×1063749.68)10)相对齿根敏感系数QUOTEYδrelt同第一对齿轮计算可知：1.5<qs1(qs2)<4所以QUOTEYδrelt=1.011）相对齿根表面状况系数:由图14-1-58齿根表面微观不平度10点高度为RZ10=12.5μm时QUOTEYRrelt=1.012）尺寸系数Yx由表14-1-119的公式Yx=1.03-0.006mn=1.03-0.00630=0.8513)弯曲强度安全系数SFSF1、SF2均达到表14-1-110规定的较高可靠度时的最小安全系数S2.2.3齿轮参数计算齿轮几何参数：QUOTEha*=1QUOTEc*=0.25高速级齿轮：QUOTEha=mnhQUOTEhf=mn(hQUOTEda1=d1+2QUOTEdf1=d1-QUOTEda2=d2+2QUOTEdf2=d2-查表14-1-146知：大小人字齿轮的中间退刀槽宽分别为:350mm和250mm低速级齿轮：QUOTEha=mnhQUOTEhf=mn(hQUOTEda1=d1+2QUOTEdf1=d1-QUOTEda2=d2+2QUOTEdf2=d2-一级二级主动齿轮被动齿轮主动齿轮被动齿轮模数2430压力角20°20°螺旋角中心距18202300速比4.943.7齿形人字齿人字齿斜齿斜齿齿数2710931115齿宽730690分度圆直径611.23028.8976.93623.1齿顶圆直径659.223076.81036.93683.1齿根圆直径551.22968.7901.935轴承参数高速轴轴承高速轴轴承高速轴轴承型号23168CC/W3323192CA/W33239/750CA/W33内径d（mm）340460750外径D（mm）5807601000轴承宽B（mm）190240185基本额定动载荷（N）368000056400005180000基本额定静载荷C0（N）68000001080000013200000疲劳负荷极限Pu（N）480000680000815000额定转速(r/min)600320220查《轴承综合型录》上海科学技术文献出版社出版2.2.5高速级联轴器的选择及飞轮的设计[12].5.1按公式（2-19）来确定最小直径的大小。式中：Tmax——轴上所承受的最大转矩[τ]——许用切应力，取[τ]=40mpa取轴的最小直径大小为300mm。.2(2-20)由于所要传递的转矩较大，而且有一定的偏移量，故选择齿式联轴器，查表6-2-2[7]取工况系数K=3；根据计算转矩查表6-2-9[7]，选则型号为GⅡCL18的联轴器，其基本参数：公称转矩为500000Nm许用转速为1050rpm电机输入端孔径取d=280mm，长L=470mm连接减速器一端孔径d=300mm，长L=470mm。飞轮的设计计算（2-7）因为在整个减速系统中，大部分的转动惯量都集中在高速级上，减速器的总转动惯量为高速级转动惯量的1.1倍；由于电机的转动惯量J=847kg·m2所以每个飞轮的转动惯量为：所以m=3115.2kg因为，飞轮的转动惯量可以表示为（假设飞轮直径为1200mm）因此飞轮的尺寸:2.3传动轴的设计校核[12]2.3.1低速轴校核已知作用在单对齿轮上的齿轮切向力Ft=850481.6N，轴的材料选取40CrNi，调质处理，=75mpa则：圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa的方向如下图所示水平面内进行分析受力图如下图，由受力平衡条件可得:由于BC和DE的距离相等，由力矩平衡可知:C点的弯矩：D点的弯矩：因此水平面的弯矩图如下图所示。垂直面内进行分析受力图如下图，由受力平衡条件可得:由于BC和DE的距离相等，由力矩平衡可知:轴向力作用点移动到齿轮中心产生一弯矩：C点所受得弯矩：由于存在一弯矩Mfa，所以在C点存在一弯矩突变D点所受得弯矩：由于存在一弯矩Mfa，所以在D点存在一弯矩突变根据上面的分析画垂直面内的弯矩图如下。合成弯矩图的计算将水平面和垂直面内所受的弯矩进行叠加：C点的合成弯矩：D点的合成弯矩：根据计算画出合成弯矩图如下。扭矩图低速轴的输出转矩T=2673122.9Nm,TC=1336561.45Nm,扭矩图如下。2.3.1按公式（3-1）来确定最小直径的大小。式中：Tmax——轴上所承受的最大转矩[τ]——许用切应力，取[τ]=40mpa输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径；为了使所选的轴的直径与联轴器孔径相对应，根据所选联轴器确定最小直径大小为710mm2.3.1参照资料[12]，P365。对轴进行校核。轴的弯扭合成强度条件为:式中：——轴的计算应力，单位Mpa；M——轴所受弯矩，单位；T——轴所受扭矩，单位；W——轴的抗弯截面系数，单位；——对应循环变应力时轴的许用弯曲应力，单位Mpa。由上面的弯矩图可知C点是危险截面，对其进行校核：前面已选定轴的材料为40CrNi,调质处理，由资料[12]表15-1查得=75Mpa。因此<，故轴安全。注：以上计算中所涉及查表,查图的内容未特殊说明的均查自资料[8]2.4减速器的安装、维护与润滑[16]~[18]2.4.1齿轮传动机构的安装齿轮与轴的装配安装前，应检查齿轮孔与轴的表面的粗糙度、尺寸精度及形位误差。在轴上固定的齿轮，采用与轴的配合为过渡配合，装配时需要有一定的压力。过盈量较小时，可用铜棒或锤子轻轻敲击装入；过盈量较大时，应在压力机上压装。压装前，应保证零件轴、孔清洁，必要时，涂上润滑油，压装时要尽量避免齿轮偏斜和端面不到位等装配误差。也可将齿轮加热后，进行热套或热压。齿轮轴部件和箱体的装配齿轮轴部件在箱体中的位置是影响齿轮啮合质量的关键。箱体主要零部件的尺寸精度、形状和位置精度通过孔与孔之间的平行度和同轴度得以保证。所有装入的零部件必须清洗干净。2.4.2减速器的维护须经常注意检查所有螺栓紧固情况，如有发现松动，必须及时拧紧。须经常检查密封装置的密封情况，防止漏油。须经常用手摸轴承盖附近，检查轴承温度。并及时添加润滑油以保证轴承温升不易过高。应随时注意减速器有无异常声音，并对有异常的部位进行检查和维修。试车前应对设备进行仔细检查。定期对设备进行检修，并更换损坏部分。2.4.3减速器的润滑润滑要求（1）设备内外各部件必须清洗干净后，方得进行加油润滑（2）加油前各种油料必须经过化验，经确定符合规定要求后，方可使用。（3）加入设备内的油必须过滤，所加油量应达到规定油标位置。（4）所有润滑部分及油孔均应加满润滑油。（5）凡须两种油料混合使用时，应先按比例配合好以后再行加入。齿轮润滑的作用机理齿轮在有润滑剂情况下啮合时,润滑油膜就有分离两齿面的趋势,当负荷增加时,则油膜厚度降低,负荷继续增加时两齿面的金属粗糙度的高峰就会出现直接接触的现象,随之造成擦伤或胶合的失效形式。一个完整的油膜结构是由边界油膜与流动油膜两部分构成,边界油膜是靠油中的极性分子吸附于金属表面而形成一层较牢靠的膜。流动油膜是夹在吸附于两齿面的边界油膜中间可自由流动的油膜，它靠两齿面的相对运动而形成的油压，承受轮齿间的负荷，这种流体油膜的厚度取决于齿面的几何形状、负荷和油的粘度等。齿轮使用油浴润滑法，是以齿轮的箱体为油池，此法适用于速度不高的中小型齿轮传动，齿轮的圆周速度不能太高，速度太高会增大搅拌的功率损失，由于离心力的作用还会造成齿轮的润滑不良。滚动轴承采用润滑油润滑的润滑方式由于该一次减速器所使用轴承都为滚动轴承，且速度也不高，所以选用浸油或飞溅的润滑方式润滑。油的高度或流量为：由于轴承都是水平装置的，所以只许把最低的滚动部分一半沉没在油中就可以了。3机架及安全联轴器的有限元分析计算[14]3.1有限元方法简介近年来，凡是重要的机架和结构复杂的机架，在设计时都采用了弹性力学有限单元法来计算。以这种方法代替材料力学计算方法，不但计算结果精确，还可以求出机架完整的应力场及应