弧形结晶器调宽传动系统设计(全套含CAD图纸)
下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985摘 要连铸技术从 20 世纪 50 年代开始发展,60 年代得到推广应用,70 年代后期,设备和工艺的发展日臻完善。我国于 1960 年首先试验成功弧形连铸机。结晶器是连铸机的心脏,其在线调宽系统可以使连铸机在不停机的情况下,生产出不同宽度的钢坯。本次设计的弧形结晶器窄面调宽传动系统,实际上是采用圆锥齿轮蜗轮蜗杆减速器传动的系统。由电动机做驱动,通过联轴器将电机与锥齿轮联接在一起,圆锥齿轮和带动蜗杆轴转动,再将动力传给蜗轮,而蜗轮与螺旋传动装置通过一根心轴相联。从而进行窄面在线调宽。此次设计主要完成的内容有,结晶器调宽系统总体传动方案的设计,电动机的选择,各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴、轴承等零件的设计,各零部件的计算及校核,装配图及所有零件图以及每张图纸的草图。选电动机后,要通过查表确定出其安装尺寸。锥齿轮、蜗轮蜗杆设计时,要分配传动比,分配时,根据工作情况对零件的要求来分配。设计高速轴、低速轴时,对轴的最小轴径的计算等工作都是不可或缺的。关键词: 连铸; 结晶器; 调宽控制; 窄面; 传动设计下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IAbstractContinuous casting technology began to develop in the 20th century 50s,and used widely in 60s, the late 70s met the perfected of development of equipment and technology. China experienced the arc casting machine successfully in 1960 the first time. The crystallizer width adjustment system is the heart of continuous casting machine allows continuous casting machine in the case of non-stop machine to produce billets of different widths. The design of the crystallizer narrow side width modulated drive system is actually using bevel gear - worm gear reducer drive system. Done by the motor driven by coupling the motor and bevel gear connected together and driven bevel gear and worm shaft rotation, then torque to the worm, then the worm and helical gears linked by a spindle, to adjust the wide side of the crystallizer. The main contents to be completed of this design are the whole crystallizer width driven system, the motor selection, the parts design such as bevel gears, worm and worm wheel, shafts, bearings and so on, various of components calculating and checking, assemble drawings and sketches of each drawing. After selecting the election motors, we should look-up the table to determine the size of its installation. Bevel gears, worm gear design, need to distribute of transmission ratio. When distribute, in accordance with the requirements of the work on the part allocated. Design of high-speed shaft, low speed shaft, and the work of the calculating of shaft minimum diameter is essential.Key words: Continuous casting; Crystallizer; Width adjustment; Narrow side; driven design下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985II目 录1 绪论 11.1 课题研究的意义和目的 .11.1.1 课题的研究意义 .11.1.2 课题的目的 11.2 结晶器调宽控制系统发展概况 .11.3 结晶器及调宽装置的分类 .21.3.1 结晶器的分类 21.3.2 调宽装置和方式的分类 31.4 设计内容 .31.5 结晶器的主要参数 .41.6 本章小结 .42 传动方案的总体设计 52.1 传动方案的确定 .52.2 选择电动机 .62.2.1 确定电动机的功率 62.2.2 电机型号的选择 .82.3 计算总传动比和分配传动比 .82.3.1 计算总传动比 82.3.2 传动比的分配 .92.4 传动装置的运动和动力参数的计算 .92.4.1 各轴的转速计算 92.4.2 各轴的输入功率计算 .92.4.3 各轴的输入转矩计算 .102.5 选择联轴器 102.6 选择轴承 112.7 本章小结 .113 锥齿轮传动的参数确定及几何计算 12下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985III3.1 齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算 .123.1.1 锥齿轮类型及精度等级 .123.1.2 选择材料 .123.2 齿面接触强度设计计算 .123.2.1 计算分度圆直径 123.2.2 确定计算参数 133.2.3 圆锥齿轮几何计算 133.2.4 齿面接触强度计算 .143.3 齿轮弯曲疲劳强度校核计算 .153.4 本章小结 .174 蜗轮蜗杆传动设计 .194.1 蜗杆传动类型及材料的选择 .194.1.1 蜗轮蜗杆材料及传动精度 .194.1.2 蜗杆传动类型 194.2 蜗杆传动设计计算 .194.2.1 蜗杆基本参数 194.2.2 强度计算 .204.3 蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算 .204.4 蜗轮材料强度校核 .224.4.1 齿面接触强度校核 224.4.2 齿根弯曲强度校核 234.5 精度等级公差的确定 .234.6 本章小结 .255 轴的设计 .265.1 高速轴的设计 .265.1.1 计算输入轴的功率 265.1.2 轴的转矩 .265.1.3 轴的最小直径 265.1.4 轴的结构设计 275.1.5 确定轴上零件的周向定位 27下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IV5.1.6 确定轴上圆角和倒角尺寸 275.1.6 轴的强度校核 .275.2 低速轴的设计 .305.2.1 计算输入轴的功率 305.2.2 初步确定轴的最小直径 305.2.3 轴的结构设计 305.2.4 确定轴上零件的周向定位 315.2.5 确定轴上圆角和倒角尺寸 315.2.6 低速轴的强度校核 315.5 心轴的初步设计 335.5.1 计算输入轴的功率 335.5.2 初步确定轴的最小直径 335.6 本章小结 .346 总结及展望 35参考文献 .36致谢 .37附 录 .38下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985V下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985VI下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098501 绪论1.1 课题研究的意义和目的1.1.1 课题的研究意义结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备,是连铸机的心脏。而结晶器的在线调宽系统则使得连铸机在不停机的情况下,生产出宽度不同的钢坯。本次课题设计的调宽系统,是通过窄面调宽。通过设计的窄面调宽系统,可以用电机带动调宽传动装置来达到调宽的目的。更加快捷方便。本次课题设计的调宽系统,由一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆构成,主要有以下几个优点:结构简单便于更换维护。易实现调宽,操作性强。调宽精度高。1.1.2 课题的目的在冶金行业,采用在线调宽,可减少部分头、尾铸坯损耗,提高连铸的收得率;铸坯尺寸选择的自由度增加,可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同,不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中,结晶器是铸机没备中非常重要的设备,结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。本课题是对冶金行业中的连铸机结晶器的调宽系统进行设计。此次设计主要目的是改进调宽系统的传动部分。目前使用较多的调宽装置主要有两种,一是通过螺纹丝杆传动,一是通过液压缸传动。本课题采用螺纹丝杆传动。选用电动机作为驱动,对整个调宽系统进行驱动。通过窄面调宽速度以及对窄面受力进行分析,求出工作机的所需功率。从而确定电机及整个传动比的分配。采用圆锥齿轮和蜗轮蜗杆组成的二级减速器来使电机的输出功率满足工作机的要求。1.2 结晶器 调宽控制系统发展概况在连铸机结晶器的控制中,最重要的是结晶器的调宽控制。调宽是为了适应不同规格板坯的宽度而进行的,调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。由于在线调宽的实现难度很高,因此目前国内所使用的结晶器一般不采用在线调宽方式进行生产,但由于在线调宽能提高生产节奏,减少操作人员的劳动强度,其特点尤其适应当代自动控制技术的发展。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709851结晶器是连铸机的心脏部件。结晶器是板坯连铸机中的关键部件,位于中间罐下方支承导向段上方。为满足用户对不同宽度板坯的需要,对结晶器必须进行调宽, 目前世界上的一些钢铁厂,有的更换结晶器,有的采用在线调宽,也有的采用大压下量的平一立式三机架粗轧机来实现。现在结晶器调宽普遍采用在线调宽。采用更换结晶器的方法生产不同规格的钢坯,即不利于组织生产,易于造成产品积压,同时又会降低连铸机作业率,非生产时间较长。采用VHV三机架开坯与连铸机配合的生产方式,连铸坯需经步进式加热炉加热1150左右(该温度与钢种有关)。由于轧制时单道次的压下量较大,因此,热能、电能消耗较大,同时轧机本体也很大,所轧钢坯还会出现鱼尾坯。所以,这种生产方式目前在世界上只有个别钢厂采用。在线调宽能连续浇铸出不同宽度板坯,使产量增加。(若采用在线停机调宽,每调一次宽度约需要1h);采用在线调宽,可减少部分头、尾铸坯损耗,提高连铸的收得率;铸坯尺寸选择的自由度增加,可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同,不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中,结晶器是铸机没备中非常重要的设备,结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。在结晶器的工作中,最重要的是结晶器的调宽,调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。1.3 结晶器及调宽装置的分类1.3.1 结晶器的分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种;按其总体结构,不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。套管式。内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸,在结晶器底部安装了 23 组足辊,以利于提高拉速和防止铸坯脱方。组合式。由宽面及窄面 4 块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板(外侧面铣有冷却水沟)和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝,以通水冷却。4 块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度,在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有 4 组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时,所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损,紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段(直线段或扇形段)通过振动框架直接对中,便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体,可快速吊运。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098521.3.2 调宽装置和方式的分类1 结晶器在线调宽装置结晶器调宽装置可以在线调宽和调锥度。调宽操作是通过调节结晶器窄面铜板来实现的。下面是两种不同的调宽装置:(1)螺纹丝杆调宽装置用步进式马达通过丝杆驱动窄边移动或摆动宽度和锥度的测量由脉冲传感器完成。(2)液压调宽装置通过液压缸伸缩进行调宽。2 结晶器在线调宽方式和步骤(1)宽度增大时随着窄面的移动宽度开始增加顶部和底部的移动速度不同。底部向内移动减小了宽度 同时顶部向外移动增加了宽度。为快速增加锥度,这是必要的。窄面的移动要求有更大的锥度来保持板坯与窄面接触。速度以恒定加速度增加。在加速过程中角速度保持不变。底部反向移动,宽度开始增加。窄面的偏转移动使锥度变大。这意味宽度的增加是随着锥度的变化开始的。窄面达到了设定速度,加速度为零无偏转移动,仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动。顶部和底部的角速度是恒定的。这种偏转一移动使锥度变小。对应最终的宽度对锥度进行最终的调整。至此,调宽结束。(2)宽度减少时随着窄面的移动宽度开始减小。顶部和底部的移动速度不同,速度以恒定的加速度增加。在加速过程中的角速度保持不变。窄面偏转移动使锥度变小。这意味宽度的减小是随着锥度的变化开始的。窄面达到设定的速度,加速度为零,无偏转运动。仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动,顶部和底部的加速度是恒定的。这种偏转移动使锥度变大。对应目标宽度对锥度做最终的调整。至此,调宽结束。1.4 设计内容完成弧形结晶器在线调宽(窄面调宽)装置的设计,具体包括:1)总体传动方案的设计;2)各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴、轴承等零件的设计;3)各零部件的计算及校核;4)装配图及所有零件图(每张图纸必须有草图) 。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098531.5 结晶器的主要参数结晶器高度 900mm;振动频率 20200 次/分;振幅为 3、4、5、6mm(四种情况) ;拉坯速度为 0.252.5m/min;年实际工作天数 266 天/年;铸坯断面尺寸:宽度1600mm,厚度 250mm;钢包重量 270t;结晶器及快台部分自重 25t;结晶器宽面、窄面调宽速度 2200mm/min 等。1.6 本章小结本章主要介绍了课题的目的和意义,结晶器的发展概况,结晶器调宽系统在冶金行业中的应用和分类,以及设计的主要内容和主要参数。通过本章可以对结晶器及其调宽系统和设计的内容有所了解。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098542 传动方案的总体设计2.1 传动方案的确定 窄面调宽机构传动主要由电机、锥齿轮、蜗轮蜗杆和心轴丝杆组成的传动系统。如图 2.1 所示。图 2.1 窄面调宽机构传动装配图窄面调宽系统传动方案的设计如图 2.2。图 2.2 窄面调宽系统传动方案采用圆锥齿轮蜗轮蜗杆传动。在结晶器在线调宽的过程中,往往要求蜗轮传动自锁,以保证工作的可靠。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098552.2 选择电动机2.2.1 确定电动机的功率电动机的型号是在确定功率的基础之上选择的,要确定电动机的功率,必须先算出工作机的有效功率,所以必须对工作机进行受力分析。(1)结晶器窄面受力分析若现窄面调宽装置正在在线调宽,作出窄面受力图,如图 3。图 2.3 窄面一端的受力图结晶器窄面调宽机构的传动形式:电动机 锥齿轮 蜗轮蜗杆 丝杆传动(螺旋传动) 。其中,窄面上由两根心轴传递的力支撑。(2)结晶器窄面受力计算钢水对窄面铜板的压力 为:总F(2.1)dhgSh总式中 钢水密度, ;3/mkgh结晶器的高度,h=L=900mm=0.9m;S钢水作用面的受力面积;d钢水作用面的边长。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709856代入数据计算: NhdF8.7325.0891.7903总计算得: ,同理可计算出N8.732F16设 F 为宽面软夹紧中的蝶形弹簧弹性力,由经验可估 2F=150000N,查手册可知摩擦系数取 =0.1。f= F= (2F )=0.1 (15000050168)N=9983.2 N 1F由图 2.3 可知, 作用于距上端面 处,显然,下端所受的力要远大于上端所232受的力,计算出下端所受的力估计值:(2.2)fF23下带入数据计算: 783.9.21509. N下又考虑到工作过程中的发热、振动等稳定性的影响,应将其适当增大 10%20%。 即:(2.3)%)10(1下下 F带入数据计算:NF16730%)0(1.5291 下则螺旋传动的最大推力为:(2.4) mg1max下式中 m中心套管的质量,取 m=500kg;中心套管与隔离管之间的摩擦系数,由相关资料可查得取 =0.1。 带入数据计算: NF17208.9501.673max 同理可得上端所受的力估计值: 2上 35.上F(3)工作机所需的有效功率计算要确定电机的功率,首先要算出工作机所需的有效功率。工作机所需的有效功率:(2.5)uFPW1下代入数据:下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709857WmP58.60126730in/3(4)电动机的功率因为调宽机构的传动形式为:电动机锥齿轮蜗轮蜗杆丝杆传动,所以调宽机构的总效率: ; (2.6)n321总查机械设计课程设计指导书可知:联轴器 ,滚动轴承 ,锥齿轮传9.0198.02动 ,蜗轮蜗杆传动 。螺旋传动:95.0345.0(2.7))tan().(5 前面求得 ,代入公式得 。代入数据,求得总效率:67 1127.05,0.4.20.98.45093总电机所需功率为: KWPwd 33/58/2.2.2 电机型号的选择因为 ,查文献8 ,表 22121,选电机型号为: Y28018,额定功deP率为:0.18KW ,转速:700r/min 。电机安装尺寸:A125,B100,C501.5,D ,E ,F09.41310., G ,H ,K 。03.601.505.8360.1外形尺寸:AB165,AC175,AD145,HD214,L295。2.3 计算总传动比和分配传动比2.3.1 计算总传动比总传动比: wmni/(2.8)下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709858 电动机满载转速mn工作机所需转速w因为,调宽速度 v=20mm/min,丝杆螺距 p=4mm 故, ,min/5i/420rnw代入数据可知:总传动比 i=700/5=140。2.3.2 传动比的分配传动方案为蜗杆圆锥齿轮减速器,为了便于大锥齿轮加工,高速级锥齿轮传动比取 ,则 。所以,蜗杆传动比:0.35ii,)6.03.(11取i )(51403.1闭 式。闭 式 )(285/4/22.4 传动装置的运动和动力参数的计算2.4.1 各轴的转速计算计算公式:mn1012/i(2.9) 023/in代入数据得: mi/71rin/140502rni/843r2.4.2 各轴的输入功率计算输入功率计算公式:下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709859;11dp; 22(2.10)。323p代入数据得:;KW331 10.298.0.0;p2 45。333 817.4.95 2.4.3 各轴的输入转矩计算输入转矩计算公式:;11/950npT; 22(2.11)。33/950npT代入数据得: mN396.170/.1231T449502 58./8.332.5 选择联轴器经查文献8表 22222 知:电机外伸轴径基本尺寸为:19mm,与电机轴相连的联轴器应选用较小传动惯量的弹性联轴器。查文献11表 135 知:选 LT3 联轴器 ,432/820TGBJZC。主动端:Z 型轴孔,C 型键槽;从动端:mLdmLdz 38,20;38,2011 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098510J 型轴孔,B 型键槽,L52。2.6 选择轴承选择角接触球轴承,据文献12表 126 可知:选择 7205C,基本尺寸 d=25mm,, B15mm。mda312.7 本章小结本章主要对传动方案进行了总体设计。首先是传动方案的确定。在对结晶器调宽系统了解的基础之上,对其进行了传动方式上的改进。其次是电机的选择。确定电机的型号,则必须先知道电机的功率,而电机的功率也是在求出工作机的功率之后求出的,所以先通过计算求出的是工作机的功率。电机确定后,计算出总的传动比,再对总的传动比进行分配。分配时,必须要考虑到圆锥齿轮及蜗轮蜗杆的工作情况等因素。本章的最后,是对传动装置的运动和动力参数进行了计算。确定了各轴的转速、输入转矩和输入功率,以便于后面的计算。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985113 锥齿轮传动的参数确定及几何计算3.1 齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算3.1.1 锥齿轮类型及精度等级因齿轮转速低,由文献8表 1331 可知:选用直齿锥齿轮,其基本参数:齿形制:GB/T 123691990;齿形角 ;齿顶高系数 ;顶隙系数 ;201ah2.0c螺旋角 ;齿高:使用顶隙收缩齿。以下计算中查表和图都是依据文献 9 。选用07 级精度3.1.2 选择材料小齿轮选用 40MnB 调质, ,大齿轮选用 45 调质 ,28651HB 269412HB由图 139 可知:。MPaPaMPaPaFFH 230,0;280,750 lim2lim1lim1lim 3.2 齿面接触强度设计计算3.2.1 计算分度圆直径小齿轮分度圆直径公式为:uKTdRHpR1261)5.0(9(3.1)取载荷系数 K1.4,小齿轮传递的扭矩 ,mNT368.1903.1,u=i=5, 。MPaHp 54069.0.2limR下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098512代入数据算得: md 6.170.53.681405)3.01(926 3.2.2 确定计算参数取 20mm,查文献9图 135 得: ,于是 ,模数1d 16Z801652iZ,取标准值 m=2mm。25.601Zm3.2.3 圆锥齿轮几何计算大端面分度圆直径公式为:mZd(3.2)代入数据得大端面分度圆直径: 3216md082节锥角计算公式为:(3.3)122190arctnZ代入数据得: 2417836190arctn21锥齿轮外锥距计算公式: 11sin2/dR(3.4)代入数据算得外锥距: mm6.813sin2/3R下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098513齿宽计算公式: Rb(3.5)代入数据得: ,圆整为 b=25mmmb5.246.8130平均分度圆直径计算公式: (3.6))5.01(Rd代入数据得: dm7)3.(13.2.4 齿面接触强度计算按文献9表 138 接触强度计算公式:Pa (3.7)HpRVAtmHEbduKFZ)5.01(2式中各项为:齿宽中点处分度圆上的切向力tmF计算公式为: (3.8)12mtdT代入数据得: KNt 07368使用系数AK按电机驱动,外载平稳,查文献9表 1220, 0.1AK动载系数V由 , ,7smdm /0.126710.231 smZV/16.01级精度,查文献9图 1215a 得: 。2.K载荷分布系数K由文献9表 139 查得 。15.b齿宽前面已算出,b=25mm下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098514节点区域系数HZ按直齿轮及 ,查文献9图 12 17 得, 2.50,21x HZ材料弹性系数E两轮皆为钢制,查文献9表 1222, 189.8, ,EZPaK许用接触应力Hp计算公式为: Pa, minlHWNpSZ(3.9)式中 。1WZ应力循环次数计算公式为:uNtn/6012(3.10)其中 t32662419152h代入数据得: 08812 716.504./ 105492760NuNtn因此, ,MPaSZHpH.,2min代入以上数据算得: MPaH19 51)3.01(0321508.5.2 23 2p通过!下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985153.3 齿轮弯曲疲劳强度校核计算按表文献9138 弯曲强度校核公式: Pa (3.11)YbmKFFRVAt )5.01(cosp式中 1cos;2m齿形系数FY根据公式: 1e1cosZ(3.12)2e2cs代入数据得: 16.328cosZe1407.97e2查文献9图 1222 得, ,按 131 式.2,.31FFY9.0.1CYF;22螺旋角系数,Y查文献9图 12241许用弯曲应力FP下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098516由公式 , srFXNpYSminl(3.13)式中 Yx1(m=2mm,由文献9图 1227)弯曲强度寿命系数,见文献9图 1226。由应力循NY环次数 ,908114.N故 1025.61N(3.14)代入数据得: 04.1.88925.61NY,故 。02.34.106.8925. NYYsr相对应力集中系数,见文献9图 1228。按 Ze116.32;x1=0,查文献9图 1228 得 ;.1srZe2=407.9;x2=0,查文献9图 1228 得 。062srY弯曲强度最小安全系数minFS一般取 ,则,2.1iMPa4.983.01FpMPa.26.12Fp代入以上数据得: 13319. 13.)05.1(cos025FpFMPa 23324.6 13.2)05.1(cos052FpFPa 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098517通过!3.4 本章小结本章主要是对圆锥齿轮传动总分进行了设计。首先便是齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择计算。这一部分的选择是后面计算的前提,也是确定圆锥齿轮的重要部分。接下来是齿面接触强度的设计计算。通过计算分度圆直径 ,选择 Z1,从而确1d定 m 等计算参数。再按照文献9中表 1333 中的计算公式,来完成圆锥齿轮传动的几何计算。最后对锥齿轮进行校核,主要校核两个方面,一方面是齿面接触强度计算,另一方面是齿轮弯曲疲劳强度校核计算。下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985184 蜗轮蜗杆传动设计4.1 蜗杆传动类型及材料的选择4.1.1 蜗轮蜗杆材料及传动精度蜗杆材料:45,蜗杆热处理类型:淬火。蜗轮材料:ZCuSn10Pb1,蜗轮铸造方法:离心铸造。一般接触疲劳安全系数取 1.2。传动精度按文献9表 1516,选 7 级精度。选疲劳接触强度最小安全系数1.1,弯曲疲劳强度最小安全系数 1.2。minHS minFS4.1.2 蜗杆传动类型选择阿基米德蜗杆(ZA 型)4.2 蜗杆传动设计计算4.2.1 蜗杆基本参数由前面的计算知:蜗杆输入功率 P0.095kw;蜗杆转速 n1=140r/min,蜗轮转速 n2=5r/min;使用寿命 3 年,每年工作 266 天,即 ;hT19524263蜗杆传动比为 i=28;选蜗杆头数 Z11,故,对应的蜗轮齿数 Z228,实际传动比 i28。4.2.2 强度计算材料强度计算:由文献8表 13413 和表 13414 可知:下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098519蜗轮材料接触疲劳极限应力 =425MPa;limH蜗轮材料许用接触应力Hp对于锡青铜蜗轮: NsHbpZ(4.1)N 时的蜗轮材料的许用接触应力, ,见文献9表Hbp710 2/mN13414滑动速度影响系数,由文献9图 1342 查得.sZ寿命系数,由文献9图 1344 查得, 1.046。N NZ代入数据得, 380.159MPaHp蜗轮材料弯曲疲劳极限应力 190MPa;limF蜗轮材料许用弯曲应力Fp由公式 = 算出 ,其中 为寿命系数, 1.046FpNbYFpNYNY是蜗轮材料为 N 时的许用弯曲应力, 。由文献9表b 6102/m13414 查得。代入数据得: 158.333MPa 。Fp4.3 蜗杆传动主要参数及几何尺寸计算依照文献9表 13410 所示的公式:蜗杆分度圆直径: 40,m=2.5, =2.52870mm1d2dmZ理论中心距公式: ,( =0) (4.2)/)(2xa2x代入数据得: 5.074 实际中心距取 a=55mm.齿根高系数 ha*1,齿顶间隙系数 C*0.2,蜗杆直径系数公式:q= /m, (4.3)1d代入数据得:q=40/2.5=16下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098520蜗杆齿顶圆直径公式: (4.4)mqda)2(1代入数据得: 45.6蜗轮喉圆直径公式: (4.5)xZa)(22代入数据得: md7.082蜗杆蜗轮节圆直径公式: , (4.6)xq)(21 2d代入数据得: ,45.)6(10蜗杆、蜗轮齿顶高公式: (4.7)mha.1x2)(2代入数据得:蜗杆、蜗轮齿根高公式: ; Chaf)(*1(4.8)mxaf )(*2*2代入数据得: hf 35.)01(f2蜗杆、蜗轮齿根圆直径公式: ; 112ffhd(4.9)。22ff代入数据得:;mdf 3401。f 6272蜗杆轴向齿距: mPx(4.10)代入数据得: x85.7蜗杆轴向齿厚: S93.0下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098521(4.11)蜗杆分度圆柱导程角 公式: 11/tandmzq(4.12)代入数据: 0625.1tan576.3蜗杆法向齿厚: cosxS(4.13)代入数据: mm92.3576.s93.n蜗杆分度圆法向弦齿高: mhn.1蜗轮最大外圆直径: daa 805.272mx2 (4.14)蜗轮轮缘宽度 b: ,b=0.7545=33.75mm。1)5.06.(ab蜗轮咽喉母圆半径公式: 22gdr(4.15)代入数据得: mrg5.1752蜗轮齿根圆弧半径公式: daf 20.(4.16)代入数据得: rf 35.45.2蜗杆节圆柱导程角 : 21tanxqZ(4.17) 576.3蜗杆轴向齿形角 20蜗杆法向齿形角 n: costant(4.18) 964.1n下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985224.4 蜗轮材料强度校核4.4.1 齿面接触强度校核蜗轮轴转矩公式: 212950npT(4.19)代入数据算得: mNT1362蜗杆接触强度系数公式: 212)50(KTZdH(4.20)34m选 m=2.5mm,d1=40mm,故,d2=70mm蜗轮使用环境平稳,平稳载荷,所以, 1,1KVA由强度校核公式:齿面接触强度公式: KdTZVAEH21940(4.21)材料弹性系数: ,蜗轮轴转矩 T2136NmmNE/47!356FHMPa齿面弯曲强度校核通过!4.4.2 齿根弯曲强度校核齿根弯曲强度校核计算公式: YmdKTFsVAF2167(4.22)导程角系数:Y0.97, , ,1AKV代入数据本 科 毕 业 设 计 开 题 报 告题目 : 弧 形 结 晶 器 调 宽 传 动 系 统 设 计学 院: 机械自动化学院专 业: 机械工程及自动化学 号:学生姓名:指导教师:日 期:本科毕业设计11 课题的研究意义和目的1.1 课题的研究意义结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备,是连铸机的心脏。而结晶器的在线调宽系统则使得连铸机在不停机的情况下,生产出宽度不同的钢坯。本次课题设计的调宽系统,是通过窄面调宽。通过设计的窄面调宽系统,可以用电机带动调宽传动装置来达到调宽的目的。更加快捷方便。本次课题设计的调宽系统,由一对锥齿轮和一对蜗轮蜗杆构成,主要有以下几个优点:结构简单便于更换维护。易实现调宽,操作性强。调宽精度高。1.2 课题的目的在冶金行业,采用在线调宽,可减少部分头、尾铸坯损耗,提高连铸的收得率;铸坯尺寸选择的自由度增加,可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同,不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中,结晶器是铸机没备中非常重要的设备,结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。本课题是对冶金行业中的连铸机结晶器的调宽系统进行设计。此次设计主要目的是改进调宽系统的传动部分。目前使用较多的调宽装置主要有两种,一是通过螺纹丝杆传动,一是通过液压缸传动。本课题采用螺纹丝杆传动。选用电动机作为驱动,对整个调宽系统进行驱动。通过窄面调宽速度以及对窄面受力进行分析,求出工作机的所需功率。从而确定电机及整个传动比的分配。采用圆锥齿轮和蜗轮蜗杆组成的二级减速器来使电机的输出功率满足工作机的要求。2 结晶器在冶金行业的发展2.1 结晶器调宽系统使连续铸钢实现自动化控制。在连铸机结晶器的控制中,最重要的是结晶器的调宽控制。调宽是为了适应不同规格板坯的宽度而进行的,调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。由于在线调宽的实现难度很高,因此目前国内所使用的结晶器一般不采用在线调宽方式进行生产,但由于在线调宽能提高生产节奏,减少操作人员的劳动强度,其特点尤其适应当代自动控制技术的发展。2.2 结晶器调宽装置的发展1 结晶器在线调宽装置本科毕业设计2结晶器调宽装置可以在线调宽和调锥度。调宽操作是通过调节结晶器窄面铜板来实现的。下面是两种不同的调宽装置:(1)螺纹丝杆调宽装置用步进式马达通过丝杆驱动窄边移动或摆动宽度和锥度的测量由脉冲传感器完成。(2)液压调宽装置通过液压缸伸缩进行调宽。2 结晶器在线调宽方式和步骤21 宽度增大时随着窄面的移动宽度开始增加顶部和底部的移动速度不同。底部向内移动减小了宽度 同时顶部向外移动增加了宽度。为快速增加锥度,这是必要的。窄面的移动要求有更大的锥度来保持板坯与窄面接触。速度以恒定加速度增加。在加速过程中角速度保持不变。底部反向移动,宽度开始增加。窄面的偏转移动使锥度变大。这意味宽度的增加是随着锥度的变化开始的。窄面达到了设定速度,加速度为零无偏转移动,仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动。顶部和底部的角速度是恒定的。这种偏转一移动使锥度变小。对应最终的宽度对锥度进行最终的调整。至此,调宽结束。22 宽度减少时随着窄面的移动宽度开始减小。顶部和底部的移动速度不同,速度以恒定的加速度增加。在加速过程中的角速度保持不变。窄面偏转移动使锥度变小。这意味宽度的减小是随着锥度的变化开始的。窄面达到设定的速度,加速度为零,无偏转运动。仅以设定的恒速平移。以恒定的加速度移动,顶部和底部的加速度是恒定的。这种偏转移动使锥度变大。对应目标宽度对锥度做最终的调整。至此,调宽结束。2.3 结晶器的作用与要求结晶器是承接从中间罐注入的钢水并使之按规定断面形状凝固成坚固坯壳的连续铸钢设备。它是连铸机最关键的部件,其结构、材质和性能参数对铸坯质量和铸机生产能力起着决定性作用。开浇时引锭杆头部即是结晶器的活动内底,钢水注入结晶器逐渐冷凝成一定厚度坯壳并被连续拉出,此时,结晶器内壁承受着高温钢水的静压力及与坯壳相对运动的摩擦力等产生的机械应力和热应力的综合作用,其工作条件极为恶劣。为了能获得合格的铸坯,结晶器应满足的基本条件有:(1)具有良好的导热性,以使钢水快速冷凝成形。(2)有良好的耐磨性,以延长结晶器的寿命,减少维修工作量和更换结晶器的时间,提高连铸机的作业率。(3)有足够的刚度,特别在激冷激热、温度梯度大的情况下需有小的变形。(4)结构简单、紧凑,易于制造,拆装方便、调整容易,冷却水路能自行接通、以便于快速更换;自重小,以减小结晶器振动时的惯性力本科毕业设计3和减少振动装置的驱动功率,并使结晶器振动平稳。结晶器是板坯连铸机中的关键部件,位于中间罐下方支承导向段上方。为满足用户对不同宽度板坯的需要,对结晶器必须进行调宽, 目前世界上的一些钢铁厂,有的更换结晶器,有的采用在线调宽,也有的采用大压下量的平一立式三机架粗轧机来实现。现在结晶器调宽普遍采用在线调宽。采用更换结晶器的方法生产不同规格的钢坯,即不利于组织生产,易于造成产品积压,同时又会降低连铸机作业率,非生产时间较长。采用VHV三机架开坯与连铸机配合的生产方式,连铸坯需经步进式加热炉加热1150左右(该温度与钢种有关)。由于轧制时单道次的压下量较大,因此,热能、电能消耗较大,同时轧机本体也很大,所轧钢坯还会出现鱼尾坯。所以,这种生产方式目前在世界上只有个别钢厂采用。在线调宽能连续浇铸出不同宽度板坯,使产量增加。(若采用在线停机调宽,每调一次宽度约需要1h);采用在线调宽,可减少部分头、尾铸坯损耗,提高连铸的收得率;铸坯尺寸选择的自由度增加,可连续浇铸相近似的钢水而不用停机(在普通连铸机上铸坯尺寸和钢水成份不同,不能一次连铸)。在钢水连续浇铸过程中,结晶器是铸机没备中非常重要的设备,结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。在结晶器的工作中,最重要的是结晶器的调宽,调宽计算的精度将直接影响到成品坯的宽度精度。2.4 结晶器的分类按拉坯方向上断面内壁的线型分结晶器的型式有弧形和直形两种;按其总体结构,不论弧形或直形均有套管式和组合式两种。套管式 内壁铜管、内外水套组成的冷却水套和足辊是它的主要构件 (图 1)。直形或弧形的铜管外面由冷却水套、法兰和密封元件等组成供水、供油系统。为了保证铸坯有规整的外形尺寸,在结晶器底部安装了 23 组足辊,以利于提高拉速和防止铸坯脱方(见鼓肚与菱变) 。组合式 由宽面及窄面 4 块复合壁板及外框架组成。多用于板坯连铸、大断面方坯连铸及异型坯连铸。组合结晶器的每块复合壁板又由用螺柱联结的内壁铜板(外侧面铣有冷却水沟)和外壁钢制水箱组成。内壁铜板和外壁间构成冷却水缝,以通水冷却。4块复合壁之间用夹紧机构压紧。为了实现结晶器在线调宽以及形成所要求的倒锥度,在结晶器的窄面壁板的上、下部分别装有 4 组调整装置。当组装好的结晶器及外框架放到振动台架上时,所有进、出水管自行接通。为了更好地保护结晶器的下口、防止过早过快产生大的磨损,紧挨着结晶器下口装有足辊或保护栅板。足辊或保护栅板与结晶器一起振动。结晶器与二冷第一段(直线段或扇形段)通过振动框架直接对中,便于结晶器与二冷第一段的准确定位。二者形成一个整体,可快速吊运。本科毕业设计43 设计内容3.1 主要内容完成弧形结晶器在线调宽(窄面调宽)装置的设计,具体包括:1)总体传动方案的设计;2)各零部件如圆锥齿轮、蜗杆、蜗轮、轴等零件的设计;3)各零部件的计算及校核;4)装配图及所有零件图(每张图纸必须有草图) 。3.2 主要技术参数结晶器高度 900mm;振动频率 20200 次/分;振幅为 3、4、5、6mm(四种情况) ;拉坯速度为 0.252.5m/min;年实际工作天数 266 天/年;铸坯断面尺寸:宽度1600mm,厚度 250mm;钢包重量 270t;结晶器及快台部分自重 25t;结晶器宽面、窄面调宽速度 2200mm/min 等。4 设计进度计划第七周 方案论证,确定方案;第八、九周 结晶器振动台振动系统结构设计及相关零件尺寸计算;第十周 绘制零件草图;第十一周 撰写开题报告;第十二周 上机画零件图;第十三、四周 撰写毕业设计说明书及相关技术文件;第十五周 提交毕业设计、答辩资格评审;第十六周 毕业答辩。5 参考文献【1】 罗根才.炼钢机械.北京:冶金工业出版社,1981【2】 陈家祥.连续铸钢手册.北京:冶金工业出版社,1990【3】 史寰兴.实用连续冶金技术.上海:冶金工业出版社,1998【4】 李兴强.冶金工艺及设备.北京:冶金工业出版社,1998【5】 彩开科.连续铸钢.北京:科学出版社,1990【6】 李先奎.连续结晶器振动技术.北京:冶金工业出版社,2000【7】 蔡开科.连续铸钢原理与工艺.北京:冶金工业出版社,1994本科毕业设计5【8】 成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2004【9】 苏德达.弹簧的实效分析.北京:机械工业出版社,1998【10】 M.Wolf,A,Still.连铸技术的最新进展.中国金属学会连铸学会,1998【11】 Proceedings of the First intermational Symposium on Magnetic Bearings.ETH Zurich.Switzerland.1998,(7):68【12】 Proceedings ot the First International Symposium on Magnetic Bearings.Tokyo.Japan.1990,(7):1214【13】 Metals handbook,Vol 10 8th edition ,1975【14】 Juvinall R.C.Engineering Considerations of Stress,Strain and Stress,Strain and Strength.New York: MeGrawHill,1967【15】 Sors L,Fatigue Design of Machine Components.Oxford:Pergamon Press,19716 导师意见
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