120吨转炉倾动结构设计计算书

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1、摘 要在转炉设备中的倾动机械是实现转炉炼钢生产的关键设备之一,炉体的工作对象是高温的液体金属,在兑铁水、出钢等项操作时,要求炉体能平稳地倾动和准确的停位。为获得如此低的转速,需要很大的减速比。转炉炉体自重很大,再加装料重量等,整个被倾转部分的重员要达上百吨或上千吨。目前己投产的最大炉容量为350吨转炉,其总重达到1450多吨。要使这样大重员的转炉倾转就必须在转炉耳轴上施加几百,以至几千吨力米的倾动力矩。转炉炼一炉钢的时间,通常只有四十分钟左右。转炉领动机械的工作属于启动工作制。机构巾除承受基本静载荷作用外,还要承受由于启动、制动等引起的动载荷。这种动载荷在炉口刮渣操作时,其数值甚至达到静载荷的

2、两倍以上。启、制动额繁,承受较大的动裁荷。转炉倾动机械随着氧气转炉炼钢生产的普及和发展也在不断的发展和完善,出现了各种型式的倾功机械。转炉倾动装置是转炉炼钢最主要的机械设备。一种新型多点啮合全悬挂柔性传动装置,其一次减速机采用行星差动均载机构,使设备运转更加平稳；一、二次减速机之间采取花键套装悬挂式简支结构,并将其应用于转炉倾动装置,可解决传统型全悬挂转炉倾动装置因一、二次减速机之间的静不定联接结构所带来的机构不稳定性问题,从而提高了转炉设备的运行可靠性和检修维护性。关键字 转炉,炼钢机构,倾动机械,倾动装置49 / 53ABSTRACTIn the converter device tilt

3、ing converter steelmaking machinery is the key to achieving one of the devices, the work of the furnace temperature of the liquid metal object is in against the hot metal, a steel other items of operation, the required tilting furnace can be smooth and accuratestop bit.To obtain such a low speed,; r

4、equires a lot of reduction ratio.Weight converter furnace, with the massive weight loading, by tilting the entire staff to be part of the weight or thousands of tons of hundreds of tons.Currently has the largest production capacity of 350 tons of converter furnace, the total weight reached more than

5、 1450 tons.Members of such a large weight to make the converter tilting axis to be applied in Converter hundreds of ears, as well as thousands of tons of force Moment m dump.Converter steel smelting pot of the time, usually only four minutes later.Converter dynamic mechanical work leading a start-up

6、 system.In addition to the basic static towel body under load, but also take the start, braking and other dynamic load caused.This dynamic load in the mouth blowing slag operation, its value even up to more than twice the static load.Kai, the amount of fan brake, move the CD under large load.With th

7、e converter tilting of oxygen converter steel production machinery popularity and development are constantly develop and improve, there has been dumping of various types of power machinery.Converter tilting device is the main steelmaking machinery and equipment.A new multi-point full suspension of f

8、lexible engagement gear, the first planetary gear differential with uniform load, making the equipment run more smoothly; the first and second spline gear set to fly between the simply supported structure, andTilting converter is applied, can solve traditional full suspension converter tilting devic

9、e for the first and second gear connection between the structure statically indeterminate problem of instability caused by institutions to improve the operation of converter equipment reliability andrepair maintenance.Keywords converter, steel body, tilting machine, tilting devices目 录摘要IABSTRACTII1

10、绪论12转炉计算22.1炉型计算22.1.1炉型的类别22.1.2炉型尺寸的计算22.1.3空炉重心计算52.2转炉的耳轴最佳位置确定72.2.1计算摩擦力矩72.2.2预设耳轴的位置82.2.3计算耳轴的最佳位置82.3利用黄金分割法对倾动力矩最优化设计102.3.1黄金分割法的含义102.3.2黄金分割法的应用112.3.3计算转炉最优化液体重心112.3.4计算空炉力矩152.3.4计算倾动力矩183设计转炉倾动机构203.1转炉倾动机构工作方案203.1.2 倾动机构设计计算213.1.2配齿计算223.1.3 初步计算齿轮的主要参数243.2 啮合参数计算263.2.1中心距计算26

11、3.2.2计算齿轮的宽度273.2.3计算变位系数273.3几何尺寸的计算273.3.1齿轮参数273.3.2对行星架的尺寸设计计算303.4装配条件的验算323.4.1邻接条件323.4.2 同心条件323.4.3 安装条件323.4.4箱体及前后机盖的设计334强度计算344.1强度校核344.1.1齿轮的参数选用344.1.2高速级外啮合齿轮副中弯曲强度的校核364.1.2中速级外啮合齿轮副中接触强度的校核384.1.3底速级外啮合齿轮副中弯曲强度的校核424.2基本构件转矩的计算444.3 密封和润滑456总结46参考文献47致谢481 绪 论转炉炼钢工艺要求往一个冶炼周期耍完成小钢、

12、倒边、兑铁水、加废钢和取样、测温以及吹炼等操作,需要要倾动转炉多次,因此电动机启、制动频繁。此外,倾动机械形式及原料条件不同时,工艺操作也不同。例如,当原料合S、P较高时,在吹炼中还要倒几次渣；当采用大、小电动机行星差功调速时,则采用高速远转、低速小钢、取样、兑铁水等操作工序。可见各个转炉操作制度是各不相同的。为了便丁选择计算电动机和机械设备根据我国国转炉实际操作工艺,可按转炉一周期的站本操作制度考虑,并在此基础上做倾动机械简化负荷图。以此简化图作为计算及选择零件的基本参数。一般转炉一周操作工序如下；打出钢口出钢倒渣辅助操作堵出钢口加废钢兑铁水返回吹炼 取样测温打出钢口。括号中的过程,只是在S

13、、P高时采用。大、小型转炉,当转炉转速可调时,取样、测温、兑铁水、倒渣、出钢等操作需采用低速操作；而转炉运转时采用朔速正确选定转炉倾动转速,直接关系到冶炼操作工序的顺利进行节省投资以及降低电动机功率等等。炉子容量不向,其转速也相应有所不同,以顺满足出钢、倒渣、取样、测温、兑铁水等操作工艺和生产率的婴求。从目前已投产的中、小型转炉来看出钢口线速度一般在140250转分,炉口倒边取样时线速度一般在150300毫米秒。炉容量增大时,炉体尺寸加大,炉口和出钢口线速度亦加大。如果仍按中、小转炉那样采用一个转速,就不能满足操作工艺要求,即：如果仍拉小转炉的速度,则炉口和出钢口的线速度随妒体尺寸增大也必然加

14、大,这样使不能满足出钢、倒渣等工艺操作要求,如只考虑出钢倒渣等工艺操作,不考虑转妒其它运转情况选择较低的转速,则生产效率将下降。所以,对大型转炉都选用两种速度。低速为适应出钢、取样测温、倒渣、扒渣、兑铁水、加度钢等操作需要；高速满足其它操作和运转的密要。这民既满足了工艺操作的需要；又保证了转妒的生产率。2转炉计算2.1炉型计算2.1.1炉型的类别目前,国、外氧气顶吹转炉炉型大致有如图所示的三种类型。氧气转炉炉型图2.1A型几何形状比B和c型简单,炉壳也便于制造,炉衬砌筑方便。对于中等容量和大容量转炉,多采用这种形状。所以120吨转炉选择这种炉型2.1.2炉型尺寸的计算1. 原始条件 炉子平均出

15、钢量为120吨,钢水收得率取91%,最大废钢比取15%,采用废钢矿石法冷却。铁水采用P08低磷生铁w0.85% w0.2% w0.05%；氧枪采用四孔拉瓦尔型喷头,设计氧压为1.0Mpa2. 炉型选择根据原始条件采锥球型作为本设计炉型。3. 炉容比 取V/T=1.054. 熔池尺寸的计算1 熔池直径的计算公式 确定初期金属装入量G：取B=15%则G=(1) 确定吹氧时间：根据生产实践,吨钢耗氧量,一般低磷铁水约为5057,高磷铁水约为6269,本设计采用低磷铁水,取吨钢耗氧量为54。并取吹氧时间为17min,则 供氧强度=取=1.75则 2 熔池深度计算 筒球型熔池深度的计算公式为 确定=4.

16、70m, =1.59m3 熔池其他尺寸确定 球冠的弓形高度: 炉底球冠曲率半径： 5. 炉帽尺寸的确定1 炉口直径 :2 炉帽倾角：取3 炉帽高度取,则整个炉帽高度为：在炉口处设置水箱式水冷炉口炉帽部分容积为：6. 炉身尺寸确定1 炉膛直径=4.7m无加厚段2 根据选定的炉容比为1.03,可求出炉子总容积为3 炉身高度4 炉型高7. 出钢口尺寸的确定1 出钢口直径2 出钢口衬砖外径3 出钢口长度4 出钢口倾角：取8. 炉衬厚度确定炉身工作层选700mm,永久层115mm,填充层100mm,总厚度为700+115+100=915mm炉壳径为炉帽和炉底工作层均选600mm,炉帽永久层为120mm,

17、炉底永久层用标准镁砖立砌,一层230mm,粘土砖平砌三层653=195mm,则炉底衬砖总厚度为600+230+195=1025mm,故炉壳形高度为,工作层材质全部采用镁碳砖。9. 炉壳厚度确定炉身部分选60mm厚的钢板,炉帽和炉底部分选用55mm厚的钢板。则炉壳转角半径 10. 验算高宽比可见, ,符合高宽比的推荐值。因此所设计的炉子尺寸基本上是合适的。能够保证转炉的正常冶炼进行。2.1.3空炉重心计算1、炉衬重心 帽锥圆柱体体积公式为圆柱体重心公式为截锥体体积公式为截锥体重心公式为由以上公式求得V柱=1.294m3y柱=2.485mV小锥=21.124m3y小锥=1.013mV大锥=59.4

18、15m3y大锥=1.136mV帽=V大锥-V小锥-V柱=36.997m3 炉身V大柱=.773m3y大柱=2.495mV小柱=80.029m3y小柱=2.495mV筒=V大柱-V小柱=83.744m3y筒=1.47+2.495=3.965m 炉身 截锥体体积公式为截锥体重心公式为由以上公式求得V小锥=13.089m3y小锥=0.491mV大锥=30.1m3y大锥=0.517mV锥=V大锥-V小锥=17.011m3Y锥 炉底球缺体体积公式：VV大球缺=41.3805m3Y大球缺=5.312mV小球缺=1.996m3Y小球缺=4.731mV衬 = V大球缺V小球缺=39.3845m3G衬=V衬2.

19、85103=504.839t2、炉壳重心 炉帽V大=62.09m3y大=1.141mV小=59.4152m3y小=1.136mV帽=V大-V小=2.6748m3 炉身V大=170.218m3y大=2.495m V小=.773m3y小=2.495mV身=V大-V小=6.445m3y身=1.47+2.495=3.965m 炉身:V大=31.271m3y大=0.517m V小=30.1m3y小=0.517mV壳=V大-V小=1.171m3Y壳= 底：V大=84.118m3y大=5.399mV小=41.38m3y小=5.132mV底=V大-V小=1.613m3V壳=V帽+V身+ V截锥+V底=53.0

20、29m3t/ m3 t/ m3G壳=V壳7.8103=413.626ttt2.2转炉的耳轴最佳位置确定2.2.1计算摩擦力矩利用约束最有问题的直接解法又称随机实验法,用于求解约束非线性最优化设计问题,属于直接解法,其基本思路就是利用计算机产生的为随机数每批抽样均包含若干设计方案,每个方案都要进行检查,看它是否满足约束条件,不满足时重新抽,计算到满足的为止。按照转炉炉体的空炉重量重心计算,再按照上述的钢水重量重心计算,组合成转炉的最佳耳轴位置。由查表可以知道转炉为120吨转炉的时候,耳轴的直径为850mm,查询炼钢设计原理3-31表摩擦力矩的计算：公式如下： =196.898KNm式中 空炉质量

21、,t铁水重量, 托圈及其附件质量,耳轴上悬挂齿轮轮组的质量, D耳轴直径,查表为0.850m摩擦系数,滑动轴承取0.10.15,滚动轴承去0.52.2.2预设耳轴的位置120吨转炉采用全正力原则,为了确定最佳耳轴位置,先预设一个耳轴位置进行倾动力矩计算,找出空炉力矩和铁水力矩之和的最小值,用表示,然后再给预设耳轴一个修正值,计算的值,一般才选择空炉重心上方100mm之为预设耳轴位置。计算空炉力矩和铁水力矩之和的最小值2.2.3计算耳轴的最佳位置根据预设耳轴位置计算90100之间各角度的、和比较下的大小找出。根据公式：为90100之间的角度,预设为91,预设mm=549.6KNm=-1352.9

22、7KNm因为：同时=196.898KNm为最经济的,越靠进这个值就越经济为90100之间的角度,设为95,预设mm=547.6KNm=-1299.55KNm=-751.95KNm为90100之间的角度,设为100,预设mm=541.4KNm=-1182.08KNm=-640.685KNm方向向下设为125,预设mm=450.35KNm=-485.32KNm=-34.97KNm方向向下因为：所以不符合要求设为110,预设mm=516.62KNm=-923.86KNm=-407.56KNm方向向下 KNm又=196.898KNm为最经济的,越靠进这个值就越经济设为115,预设mm=498.30KN

23、m=-782.57KNm=-284.27KNm方向向下：=196.898KNm为最经济的,越靠进这个值就越经济设为115,预设mm=485.42KNm=-209.79KNm=196.898KNm为最经济的,越靠进这个值就越经济因为很靠近所以=118度为最小,修正值=0.1m=485.42KNm=-695.36KNm将的值带入上式：=-0.059428m实际耳轴计算值应该高于计算值,取一定的保险系数m则耳轴位置定为3.576+0.07428=3.65029m2.3利用黄金分割法对倾动力矩最优化设计2.3.1黄金分割法的含义黄金分割数:数学史上被称为黄金分割数或黄金比的是0.618这个数值. 黄金

24、分割:线段AB上用P点分割,使之满足AB分之AP=AP分之PB,如AB=1,则有AP=0.618033988我们把这样的线段分割成为黄金分割,把P称作黄金分割点,而0.618则叫黄金比。由于黄金分割及黄金比不仅在数学中几何作图有重要作用,而且由于它显示和谐美,在美术、艺术、建筑设计以及日常生活中,都有着广泛的应用。2.3.2黄金分割法的应用利用黄金分割法计算力矩的最优化解,计算出力矩的最优化值,设有目标函数,找到最优步长所在的区间a,b,先求在给定方向上的最优化力矩,通过求解最优化液体重心位置,进而求解转炉的最优化力矩。公式：为计算点数计算精度2.3.3计算转炉最优化液体重心设有任意倾动65角

25、度时,炉液在y轴上的液面线的区间为a,b =0,6.73,在任意高度处。在区间搜索液面位置。 炉型坐标图2.2 弓形截面图2.3假如装入铁水的重量为50吨,铁水的密度取6.8t,铁水的体积为7.51。取=0.236,=0.906=6.40e=0.088弦心角：=31弓形截面面积：=0.11m取=0.236,=-0.906=0.6e=1.909弦心角：=150弓形截面面积：=5.84m取=0.478,=0.538=5.17e=0.479弦心角：=75.6弓形截面面积：=0.94m取=0.478,=-0.538=1.554e=1.8弦心角：=152.9弓形截面面积：=5.94m取=0.538,=0

26、=3.365e=1.250弦心角：=124弓形截面面积：=3.68m铁水体积=6.667m与实际体积7.51 -6.667=0.84m, 改变区间值,取区间为0.2,6.73取=0.237,=0.906=6.215e=0.427弦心角：=70弓形截面面积：=0.886m取=0.237,=-0.906=0.310e=3.122弦心角：=217.3弓形截面面积：=6.572m取=0.478,=0.538=5.02e=0.799弦心角：=97.4弓形截面面积：=1.95m取=0.478,=-0.538=1.508e=2.887弦心角：=206.5弓形截面面积：=8.97m取=0.56,=0=3.32

27、5e=0.869弦心角：=102.1弓形截面面积：=2.02m铁水体积=8.01m计算得到的铁水体积与实际体积的差值8.01-7.51=0.5m改变区间值,取区间为0.1,6.73取=0.237,=0.906=6.36e=0.116弦心角：=36弓形截面面积：=0.111m取=0.237,=-0.906=0.321e=2.691弦心角：=240弓形截面面积：=8.001m取=0.478,=0.538=5.098e=0.791弦心角：=97.4弓形截面面积：=1.92m取=0.478,=-0.538=1.531e=2.512弦心角：=190.5弓形截面面积：=8.63m取=0.56,=0=3.3

28、15e=1.708弦心角：=148.2弓形截面面积：=5.08m铁水体积=7.37m计算得到的铁水体积与实际体积的差值7.47-7.51=0.04 m铁水重心坐标：=1.258m=3.94m2.3.4计算空炉力矩出现最大力矩的角度为的区间,然后要求得最大的合力值才能求得最合适的力矩,搜素区间,为转炉耳轴中心与最佳耳轴位置的夹角计算区间为故可取选出计算点进行比较,缩短探索区间：空炉力矩计算公式KNm KNm空炉重心位置h最佳耳轴位置,因而可舍去并取=KNmKNm,因而可舍去并取=做新区间,而=73.54KNmKNm,因而舍去,并取=作为新区间=74.09 KNmKNm因而舍去,并取作为新区间 K

29、NmKN.m,因而可舍去,并取区间=并新区间 KNmKN.m,因而可舍去,并取区间=并新区间 KNmKN.mKN.M由此可见越靠近75度,力矩值越大,故为最优点的近似解2.3.4计算倾动力矩出现最大力矩的角度为的区间,然后要求得最大的合力值才能求得最合适的力矩,已知出现最大合力的原始区间,为转炉耳轴中心与最佳耳轴位置的夹角计算区间为故可取已知50t钢水液面的倾动65度的重心位置计算铁水的力矩值,=-119.24KN.m转炉倾动力矩=-436.05+196.89=239.16KNm电动机的倾动力矩值：79.72KN.M利用计算编程计算120吨液体倾动角度下的其他的倾动力矩,通过计算不同个重量下的

30、炉液重量长生倾动力矩值,找出当中最大的力矩数值,取炉液的废渣率为15%,计算炉液的体积为18.02m1018.040.18960.552336.321518.040.32970.575256.522018.040.42390.614281.542518.0390.54120.671589.863018.040.63910.7287107.693518.040.72010.7839121.924018.0390.79610.8456132.794518.0390.86490.9191153.435018.0390.93231.0001157.495518.0391.0071.0911159.83

31、6018.041.0681.2027162.126518.041.14021.3328161.727018.041.21981.4095154.387518.0391.31851.7014148.928018.0391.4412.0061123.688518.0391.4722.447797.429012.6591.48773.04156.34956.7431.54183.6758.3661003.291.58964.479-11.951051.7321.58985.0123-7.171100.6731.61185.2751-2.5771150.08121.63215.424-0.453程序计

32、算力矩图2.4如程序计算力矩图七所示当转炉炉渣和炉液达到达到122.66吨的时候,炉液的重量为120吨的时候计算转炉最优化力矩通过对空炉力矩和炉液力矩的最优化计算得到=-683.89+196.89=-486.76KNmKNm即为最优力矩3设计转炉倾动机构3.1转炉倾动机构工作方案因为转炉工作时是四组电机和四组减速器同时,分别在转炉的一边,有四组减速器,为了保证当一组减速器或者电机坏了的时候,其余三组能够正常工作,保护安全生产能够继续进行,不至于影响生产,保证安全,按照三组的减速器和电机承受的载荷计算保证转炉的正常工作,也就不至于影响,但是当坏掉两组的时候停止工作,保证安全。倾动机构方案如图2.

33、5和2.6所示。图2.5图2.6低速轴上的转矩计算公式：根据转炉倾动机构的工作要求输出转速即转炉低速轴的转速为2.9 r/m=162.12kw倾动机械传动方案选择电机个功率选择,对电机的正常工作和经济行都是有影响,容量太小,不能保证正常工作或者超载而过早的损坏,电机容量过大价格过高,因为电机经常不能满载工作,增加电能消耗高速轴上的功率为：滚动轴承的功率=0.99齿轮的功率=0.9 连轴器的功率=0.97齿轮的传动效率为=0.97齿轮的传动效率为=0.97齿轮的传动效率为=0.97=179.6kw查询表选择电机的型号为Y355M3-4电机效率为182kw传动效率为0.947,转速为750r/m转

34、炉的倾动结构特点是低转速,转炉的转速一般为0.11 .5r/m.因此实用倾动的减速比很大,通常约为8001000以上,为了使操作灵活,一般慢速为0.100.3r/m,快速为0.71.5r/m,因为其慢速是靠多次点动来实现所以输出轴的转速为1.5r/m所以传动比为.因为传动比较大,所以选择行星减速器,允许传动比偏差。每天要求工作16小时,要求寿命为20年；且要求该行星齿轮减速器传动结构紧凑,外廓尺寸较小和传动效率高.3.1.2 倾动机构设计计算根据上述设计要求可知,因为行星减速器的结构紧凑,该行星齿轮减速器传递功率高、传动比较大、等特点。故采三级行星齿轮传动。NGW型结构简单,制造方便,适用于任

35、何工况下的大小功率的传动。选用一个NGW型行星齿轮传动串联而成的双级行星齿轮减速器较为合理,名义传动比可分为,通过一下公式进行传动比计算 传动比分配：,=258.6输出转速为2.9转 减速器方案图1.7 3.1.2配齿计算根据NGW型行星齿轮传动比的值和按其配齿计算公式,可得第一级传动的齿轮,行星齿轮的齿数。现考虑到该行星齿轮传动的外廓尺寸,故选取第一级中心齿轮数为15和行星齿轮数为。根据齿轮对齿轮齿数进行圆整后,此时实际的P值与给定的P值稍有变化,但是必须控制在其传动比误差围。实际传动比为6其传动比误差0根据同心条件可求得行星齿轮c1的齿数为所求得的适用于非变位或高度变位的行星齿轮传动。再考

36、虑到其安装条件为： C 45 第二级传动比为5.2,选择中心齿轮数为17和行星齿轮数目为3,根据齿轮,71.4再考虑到其安装条件,选择的齿数为71根据同心条件可求得行星齿轮c2的齿数为227实际传动比为 5.17其传动比误差 0.005第三级传动比为4,选择中心齿轮数为19和齿轮数目为3,根据齿轮,57再考虑到其安装条件,选择的齿数为59根据同心条件可求得行星齿轮c2的齿数为219实际传动比为 4其传动比误差 03.1.3 初步计算齿轮的主要参数齿轮材料和热处理的选择：中心齿轮A1和中心齿轮A2,以及行星齿轮C1和C2均采用20CrMnTi,这种材料适合高速,中载、承受冲击和耐磨的齿轮及齿面较

37、宽的齿轮,故且满足需要。齿面硬度为58-62HRC,根据图二可知,取=1400,=340,中心齿轮加工精度为六级,高速级与低速级的齿轮均采用42CrMo,这种材料经过正火和调质处理,以获得相当的强度和硬度等力学性能。调质硬度为217-259HRC,根据图三可知,取=780,=420轮B1和B2的加工精度为7级。计算高速级齿轮的模数m按弯曲强度的初算公式,为现已知17,=340。中心齿轮a1的名义转矩为 取算式系数,按表6-6取使用系数; 按表6-4取综合系数=1.8;取接触强度计算的行星齿轮间载荷分布不均匀系数,由公式可得；由表查得齿形系数；由表查的齿宽系数；则所得的模数m为6.10取齿轮模数

38、为计算中速级的齿轮模数m按弯曲强度的初算公式,计低速级齿轮的模数m为 现已知23,=410。中心齿轮a2的名义转矩 =取算式系数,按表6-6取使用系数; 按表6-4取综合系数=1.8;取接触强度计算的行星齿轮间载荷分布不均匀系数,由公式可得；由表查得齿形系数；由表查的齿宽系数；则所得的模数为10.86mm取齿轮模数为计算低速级的齿轮模数m按弯曲强度的初算公式,计低速级齿轮的模数m为 现已知23,=410。中心齿轮a2的名义转矩 =取算式系数,按表6-6取使用系数; 按表6-4取综合系数=1.8;取接触强度计算的行星齿轮间载荷分布不均匀系数,由公式可得；由表查得齿形系数；由表查的齿宽系数；则所得

39、的模数为16.9mm取齿轮模数为3.2 啮合参数计算3.2.1中心距计算高速级在两个啮合齿轮副中,中,其标准中心距a1为mmmm中速级在两个啮合齿轮副中,中,其标准中心距a2为mmmm底速级在两个啮合齿轮副中,中,其标准中心距a2为mmmm由此可见,高速级和中速级的标准中心距均相等。因此该行星齿轮传动满足非变位的同心条件, 但是在行星齿轮传动中,采用高度变位可以避免根切,减小机构的尺寸和质量2；还可以改善齿轮副的磨损情况以及提高其载荷能力。由于啮合齿轮副中的小齿轮采用正变位,大齿轮采用负变位。齿轮的变位系数和其啮合的外齿轮相等,即,型的传动中,当传动比时,中心齿轮采用正变位,行星齿轮和齿轮采用

40、负变位,其变位系数关系为。3.2.2计算齿轮的宽度 已知齿轮中心距,齿宽系数,通常是齿宽和中心距的比值,算出了中心距就得出了齿轮的宽度,齿宽系数取0.6一级传动的齿轮宽度=94.5mm二级传动的齿轮宽度=145.2mm三级级传动的齿轮宽度=193.8mm3.2.3计算变位系数高速级变位系数确定外齿轮副的变位系数,因其高度变位后的中心距与非变位的中心距不变,在啮合角仍为,根据表选择变位系数低速级变位系数因其啮合角仍为根据表选择变位系数3.3几何尺寸的计算3.3.1齿轮参数对于双级的型的行星齿轮传动按公式进行其几何尺寸的计算,各齿轮副的几何尺寸的计算结果如下表：高速级：项目计算公式齿轮副齿轮副分度

41、圆直径基圆直径顶圆直径外啮合啮合齿根圆直径外啮合啮合中速级：项目计算公式齿轮副齿轮副分度圆直径基圆直径齿顶圆直径外啮合啮合齿根圆直径外啮合啮合底速级：项目计算公式齿轮副齿轮副分度圆直径基圆直径齿顶圆直径外啮合啮合齿根圆直径外啮合啮合关于用插齿刀加工齿轮,其齿根圆直径的计算已知模数,盘形直齿插齿刀的齿数为16,变位系数为,试求被插齿的齿轮,的齿圆直径。齿根圆直径按下式计算,即插齿刀的齿顶圆直径插齿刀与被加工齿轮的中心距高速级：中速级：选择模数,盘形直齿插齿刀的齿数为18填入表格3.3.2对行星架的尺寸设计计算行星架的合理结构应该是重量轻,刚性好,便于加工和装配,其常见的形式有双臂整体式,双臂分开

42、式,单臂式。由于传动比,功率较大的特点,所以选用刚性较好,行星架上轴的参数计算：采用滑动轴承结构一般轴向剖分式,长度与直径比0.50.6如图所示即为齿轮的宽度,所以行星架上的宽度系数取0.5行星架的厚度行星架的外径为齿轮的为本级行星传动的中心距离,为行星轮的分度圆的直径。一级的行星架的尺寸行星架的厚度=56.7行星架的外径=483二级的行星架的尺寸行星架的厚度=87.1行星架的外径=721.6二级的行星架的尺寸行星架的厚度=116.3行星架的外径=904.4计算行星轴的直径轴承是标准件,轴承是标准件,输出轴的直径为=112轴承的选择：根据轴的径选择输入轴承为GB/T276-1994中的径为14

43、0mm ,外径为210mm。行星齿轮中的轴承为双列角接触球的轴承径为90mm,外径为160mm 。行星齿轮2中的轴承为GB/T283-1994的圆柱滚子轴承。输出轴承为GB/T276-1994的深沟球轴承。螺钉的选择：大多紧固螺钉选择六角螺钉。吊环的设计参照标准。通气塞的设计参照设计手册自行设计。以及油标的设计根据GB1161-89的长形油标的参数来设计。3.4装配条件的验算对于所设计的三级NGW型的行星齿轮传动应满足如下装配条件3.4.1邻接条件按公式验算其邻接条件,即 已知高速级的,和代入上式,则得 满足邻接条件将中速级的,和代入,则得 满足邻接条件将底速级的,和代入,则得 满足邻接条件3

44、.4.2 同心条件按公式对于高度变位有已知高速级, 满足公式则满足同心条件。已知中速级, 也满足公式则满足同心条件。已知低速级,3.4.3 安装条件 按公式验算其安装条件,即得 高速级满足装配条件 中速级满足装配条件 底速级满足装配条件 3.4.4箱体及前后机盖的设计按照行星传动的安装类型的不同,则该行星减速器选用卧式不部分机体,为整体铸造机体,其特点是结构简单,紧凑,能有效多用于专用的行星齿轮传动中,铸造机体应尽量的避免壁厚突变,应设法减少壁厚差,以免产生疏散等铸造缺陷。材料选为灰铸铁7。壁厚机体表面的形状系数 取1与齿轮直径有关的系数取2.6_作用在机体上的转矩mm4强度计算4.1强度校核

45、校核齿面接触应力的强度计算,大小齿轮的计算接触应力中的较大值均小于其相应的许用接触应力,即4.1.1齿轮的参数选用考虑到由齿轮啮合外部因素引起的附加动载荷影响的系数,它与原动机和工作机的特性,轴和连轴器系统的质量和刚度以及运行状态有关,原动机工作平稳,为中等冲击8。故选为1.6, 工作机的环境恶劣,属于严重冲击9。故选为1.71动载荷系数考虑齿轮的制造精度,运转速度对轮齿部附加动载荷影响的系数,查表可得=1.1082齿向载荷分布系数考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对齿面接触应力影响的系数,该系数主要与齿轮加工误差,箱体轴孔偏差,啮合刚度,大小齿轮轴的平行度,跑合情况等有关。查表可得,则3齿间载荷分

46、配系数、齿间载荷分配系数是考虑同时啮合的各对齿轮间载荷分布不均匀影响的系数。它与齿轮的制造误差,齿廓修形,重合度等因素有关。查表可得=1 ,=14行星齿轮间载荷分配不均匀系数考虑在各个行星齿轮间载荷分配不均匀对齿接触应力影响的系数。它与转臂X和齿轮及箱体精度,齿轮传动的结构等因素有关。查表取 =1.45节点区域系数考虑到节点处齿廓曲率对接触应力的影响。并将分度圆上的切向力折算为节圆上的法向力的系数。根据,取为2.4956弹性系数考虑材料弹性模量E和泊松比对接触应力影响的系数,查表可得为 .807重合度系数考虑重合度对单位齿宽载荷的影响,而使计算接触应力减小的系,故取0.8978螺旋角系数考虑螺

47、旋角造成的接触线倾斜对接触应力影响的系数。,取为19最小安全系数,考虑齿轮工作可靠性的系数,齿轮工作的可靠性要求应根据重要程度,使用场合等。取=1.110接触强度计算的寿命系数考虑齿轮寿命小于或大于持久寿命条件循环次数时,它与一对相啮合齿轮的材料,热处理,直径,模数和使用润滑剂有关。取=1.039,=1.11润滑油膜影响系数,齿面间的润滑油膜影响齿面的承载能力。查表可得=1,=0.987,=0.99112齿面工作硬化系数,接触强度尺寸系数考虑到经光整加工的硬齿面的小齿轮在运转过程中对调质刚的大齿轮产生冷作硬化。还考虑因尺寸增大使材料强度降低的尺寸效应因素的系数。故选=1,=1根据公式计算高速级

48、外啮合齿轮副中许用接触应力10,即中心齿轮a1的 =1422行星齿轮c1的=1486外啮合齿轮副中齿面接触应力的计算中,则,经计算可得 则, 满足接触疲劳强度条件。4.1.2高速级外啮合齿轮副中弯曲强度的校核1名义切向力已知,=3和=105mm,则得使用系数,和动载系数的确定方法与接触强度相同。2齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数按公式计算,即由图可知=1,则=1.3113齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数可查表=1.14行星齿轮间载荷分配系数行星齿轮间载荷分配系数按公式计算5齿形系数查表可得,=2.421,=2.6566应力修正系数查表可得=1.684,=1.5777重合度系数查表可得8螺旋角系

49、数9计算齿根弯曲应力=169.5=169.510计算许用齿根应力已知齿根弯曲疲劳极限=400查得最小安全系数=1.6,式中各系数,和取值如下： 查表=2,=1查表齿根圆角敏感系数=1,相对齿根表面状况系=1.043=1.043许用应力694, 因此；, a-c满足齿根弯曲强度条件。高速级啮合齿轮副中接触强度的校核高速级啮合齿轮副中弯曲强度校核可以忽略,主要表现为接触强度的计算,校核上与高速级外啮合齿轮副中的强度相似。选择=1.272,=1.,=.8,=1,=2.495,=1.098,=0.844,=1.095,=1.151,=1,=1,=0.987,=0.974,=0.991,=0.982,=

50、1.153,=1.153,=1,=1,=1计算行星齿轮的许用应力为=1677计算齿轮c1的接触许用应力=641而=396则641 得出结论：满足接触强度的条件。4.1.2中速级外啮合齿轮副中接触强度的校核1选择使用系数原动机工作平稳,为中等冲击。故选为1.6, 工作机的环境恶劣,属于严重冲击。故选为1.82动载荷系数3齿向载荷分布系数=1.2294齿间载荷分配系数、查表可得=1. =1.5节点区域系数取=2.4956弹性系数考虑材料弹性模量E和泊松比对接触应力影响的系数,查表可得为 .807重合度系数考虑重合度对单位齿宽载荷的影响,而使计算接触应力减小的系数,故取0.8898螺旋角系数考虑螺旋

51、角造成的接触线倾斜对接触应力影响的系数。,取为1计算齿面的接触应力代人参数=14519最小安全系数,取=110接触强度计算的寿命系数取=1.116,=1.11711润滑油膜影响系数,齿面间的润滑油膜影响齿面的承载能力。查表可得=1,=0.958,=0.99612齿面工作硬化系数,接触强度尺寸系数选=1,=1计算许用接触应力=1770中心齿轮a2=1525行星齿轮c2接触强度校核：1451满足接触强度校核中速级外啮合齿轮副中弯曲强度的校核1名义切向力已知,=3和=187mm,则得使用系数,和动载系数的确定方法与接触强度相同。2齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数按公式计算,即由图可知=1,则=1.2

52、293齿间载荷分配系数齿间载荷分配系数可查表=1.4行星齿轮间载荷分配系数行星齿轮间载荷分配系数按公式计算5齿形系数查表可得,=2.531,=2.5846应力修正系数查表可得=1.630,=1.5907重合度系数查表可得8螺旋角系数9计算齿根弯曲应力=396=39410计算许用齿根应力已知齿根弯曲疲劳极限=400查得最小安全系数=1.6,式中各系数,和取值如下 查表=2,=1查表齿根圆角敏感系数=1,相对齿根表面状况系=1.043=1.043许用应力674, 因此；, a2-c2满足齿根弯曲强度条件。中速级啮合齿轮副中接触强度的校核中速级啮合齿轮副中弯曲强度校核可以忽略,主要表现为接触强度的计

53、算,校核上与高速级外啮合齿轮副中的强度相似11。选择=1.,=1.213,=.8,=1,=2.495,=1.098,=0.844=1.192,=1.261,=1,=1,=0.958,=0.912,=0.996,=0.992,=1.153,=1.153,=1,=1,=1计算行星齿轮的许用应力为=1782计算齿轮c1的接触许用应力=665而=652则652 得出结论：满足接触强度的条件。4.1.3底速级外啮合齿轮副中弯曲强度的校核1名义切向力已知,=3和=323mm,则得使用系数,和动载系数的确定方法与接触强度相同。2齿向载荷分布系数齿向载荷分布系数按公式计算,即由图可知=1,则=1.2293齿间

54、载荷分配系数齿间载荷分配系数可查表=1.4行星齿轮间载荷分配系数行星齿轮间载荷分配系数按公式计算5齿形系数查表可得,=2.531,=2.5846应力修正系数查表可得=1.630,=1.5907重合度系数查表可得8螺旋角系数9计算齿根弯曲应力=425=43010计算许用齿根应力已知齿根弯曲疲劳极限=400查得最小安全系数=1.6,式中各系数,和取值如下 查表=2,=1查表齿根圆角敏感系数=1,相对齿根表面状况系=1.043=1.043许用应力674, 因此；, a3-c3满足齿根弯曲强度条件。低速级啮合齿轮副中接触强度的校核低速级啮合齿轮副中弯曲强度校核可以忽略,主要表现为接触强度的计算,校核上

55、与高速级外啮合齿轮副中的强度相似11。选择=1.,=1.213,=.8,=1,=2.495,=1.098,=0.844=1.192,=1.261,=1,=1,=0.958,=0.912,=0.996,=0.992,=1.153,=1.153,=1,=1,=1计算行星齿轮的许用应力为=1982计算齿轮c3的接触许用应力=675而=662则652 得出结论：满足接触强度的条件。4.2基本构件转矩的计算 则得中心齿轮的转矩的关系为=；行星齿轮支撑上的和基本构件的作用力在行星齿轮传动啮合时,基本构件及其输出轴上不仅受到来自行星齿轮的啮合作用力,而且在轴的伸出端上受到其他连接零件的作用力,在进行输出轴和

56、轴承计算时,该集中的作用力的大小可按下列公式计算。如：式中T传动轴上的转矩。D圆柱销中心分布圆的直径在NGW型中,中心齿轮a作用在行星齿轮c上的切向力为高速级 中速级 底速级 基本构件的轴承上所承受的作用力的大小可按下列公式计算。式中的传动轴的直径齿轮的螺旋角 法面压力角制造和安装误差的休正系数在NGW型传动中,作为中间齿轮的行星齿轮C在行星齿轮传动中总是承受双向弯曲载荷。因此,行星齿轮C易出现齿轮疲劳折断。必须指出：在行星齿轮传动中的齿轮折断具有很大的破坏性。如果行星齿轮C中的某个齿轮折断,其碎块落在齿轮的齿轮上,当行星齿轮C与齿轮相啮合时,使得b-c啮合传动卡死,从而产生过载现象而烧坏电机,或使整个行星齿轮减速器损坏。适当的提高齿轮的弯曲强度,增加其工作的重要性相当重要。4.3 密封和润滑行星齿轮减速器采取飞溅油润滑的方式,通过齿轮和行星齿轮的传动把油甩起来,带到零件的各个部分。在输入轴的前机盖上有两个通油孔,便与油入轴承。在油标中显示油位,便于即时补油。密封的方式为采用毡圈式密封。简单低廉。但接触面的摩擦损失大,因而功能耗大,使用期限短。6 总 结毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节,也是最重要的一个环节,是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用, 了解到转炉的基本工序打出钢口出钢倒