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第 45 頁(yè)
1780立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
立輥軋機(jī)曾經(jīng)一度被人們所忽視，然而隨著近年來(lái)軋鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種新方法的應(yīng)用，立輥軋機(jī)相對(duì)于以往有了很大的改進(jìn)，它在軋鋼生產(chǎn)中使用越來(lái)越廣泛，尤其是在熱軋薄板帶鋼生產(chǎn)中的破鱗、控制板坯寬度等方面更是必不可少的軋鋼設(shè)備。
本次設(shè)計(jì)的主要目的是對(duì)立輥軋機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了解和研究，并對(duì)主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，最終設(shè)計(jì)繪制出1780立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的總裝配圖。在查閱文獻(xiàn)和相關(guān)資料的同時(shí)，通過(guò)到鞍山鋼鐵集團(tuán)公司熱軋帶鋼廠1700及1780生產(chǎn)線進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，使我對(duì)立輥軋機(jī)有了深入的了解和認(rèn)識(shí)。
本次設(shè)計(jì)主要包括闡述立輥軋機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、作用和主傳動(dòng)方案等，并重點(diǎn)對(duì)立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中涉及的各個(gè)零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。主要包括軋機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算、力能參數(shù)計(jì)算、主電機(jī)選擇、減速箱中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、軋輥設(shè)計(jì)與校核、軋輥軸承壽命計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：立輥軋機(jī)；主傳動(dòng)系統(tǒng)；力能參數(shù)計(jì)算；零部件設(shè)計(jì)與校核
The Design of Edger Mill Main’s Driving System
Abstract
The Edger mill were once ignored by many people，however，they have a very great
improvement which compared to the past as the technique of rolling steel progressing
incessantly and the application of kinds of new methods in recent years. They have been used more and more extensively in production of rolling steel. They are more essential rolling steel equipment especially in such aspects as breaking scale, controlling the width of the panel in hot-rolled sheet metal and belted steel production.
The main purpose of the design is to have a further understanding to the Edger mill’s main driving system and to have a check and calculation to the main parts，and eventually to design the assembly drawing of the Edger mill’s main driving system. While consulting a large number of documents and referring to relevant knowledge, and through visiting the 1700 and 1780 rolling steel production lines in Hot Rolling mill of An Shan’s Iron and Steel Company，I have a great improvement in rising to perceptual knowledge from rational knowledge.
The design mainly includes the development, the structure and functions of the Edger mill and the scheme of the Edger mill’s main driving system. At the same time I have checked and calculated all parts related to the main driving system which insists of mill structural parameters, force and energy parameters, the main motor choice, speed gear box design, Design and Verification roller, roller bearings and other related content.
Keyword: the Edger mill; the main Driving system; force and energy parameters calculated; parts design and verification
目錄
1. 緒論………………………………………………………………………………… 1
1.1 選題的背景及目的……………………………………………………………… 1
1.1.1 選題背景…………………………………………………………………… 1
1.1.2 選題目的…………………………………………………………………… 1
1.2 立輥軋機(jī)的發(fā)展概況…………………………………………………………… 2
1.2.1 立輥軋機(jī)的發(fā)展過(guò)程……………………………………………………… 2
1.2.2 立輥軋機(jī)的新發(fā)展………………………………………………………… 2
1.2.3 AWC技術(shù)………………………………………………………………… 3
1.3 立輥軋機(jī)的類(lèi)型、用途、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成及工作原理……………………… 3
1.3.1 立輥軋機(jī)的類(lèi)型…………………………………………………………… 3
1.3.2 立輥軋機(jī)的用途…………………………………………………………… 4
1.3.3 立輥軋機(jī)的特點(diǎn)…………………………………………………………… 4
1.3.4 立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)組成……………………………………………………… 5
2. 總體方案的確定 ……………………………………………………………… 6
2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)……………………………………………………………………… 6
2.1.1 傳動(dòng)形式的選擇…………………………………………………………… 6
2.1.2 電機(jī)的選擇………………………………………………………………… 6
2.1.3 聯(lián)軸器……………………………………………………………………… 7
2.1.4 減速器……………………………………………………………………… 7
2.1.5 萬(wàn)向接軸…………………………………………………………………… 7
2.2 軋輥裝置………………………………………………………………………… 8
2.2.1 立輥………………………………………………………………………… 8
2.2.2 軋輥軸承…………………………………………………………………… 8
2.2.2 軋輥平衡裝置……………………………………………………………… 9
2.3 側(cè)壓系統(tǒng)………………………………………………………………………… 9
2.4 主機(jī)架…………………………………………………………………………… 10
3. 立輥軋機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 …………………………………………………… 11
3.1 立輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算……………………………………………………… 11
3.2 立輥軋機(jī)力能參數(shù)的計(jì)算……………………………………………………… 11
3.2.1 平均單位應(yīng)力的計(jì)算…………………………………………………… 11
3.2.2 立輥軋機(jī)軋制力及力矩計(jì)算……………………………………………… 13
3.3 軋機(jī)主電機(jī)的確定……………………………………………………………… 14
3.3.1 初選主電機(jī)………………………………………………………………… 14
3.3.2 軋機(jī)主電機(jī)力矩計(jì)算……………………………………………………… 15
3.3.3 電機(jī)過(guò)載校核……………………………………………………………… 16
4.主要零部件的校核計(jì)算………………………………………………………… 17
4.1 減速機(jī)的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算……………………………………………………… 17
4.1.1 確定傳動(dòng)方案、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)………………………………… 17
4.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)……………………………………………………… 17
4.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)………………………………………………… 19
4.1.4 齒輪幾何尺寸計(jì)算………………………………………………………… 21
4.2 齒輪軸的校核計(jì)算……………………………………………………………… 22
4.2.1 齒輪軸上載荷計(jì)算………………………………………………………… 22
4.2.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度…………………………………………… 25
4.2.3 根據(jù)軸的安全系數(shù)精確校核軸…………………………………………… 25
4.3 軸承壽命驗(yàn)算…………………………………………………………………… 29
4.3.1 軸承所受載荷計(jì)算………………………………………………………… 29
4.3.2 驗(yàn)算軸承壽命……………………………………………………………… 32
4.4 軋輥校核計(jì)算…………………………………………………………………… 33
4.4.1 軋輥基本參數(shù)……………………………………………………………… 33
4.4.2 軋輥校核…………………………………………………………………… 33
4.5 軋輥軸承壽命計(jì)算……………………………………………………………… 36
4.5.1 軋輥軸當(dāng)量動(dòng)載荷………………………………………………………… 36
4.5.2 軋輥軸承壽命計(jì)算………………………………………………………… 37
5. 設(shè)備潤(rùn)滑…………………………………………………………………………… 38
5.1 摩擦、磨損、潤(rùn)滑的概念……………………………………………………… 38
5.2 潤(rùn)滑的作用……………………………………………………………………… 38
5.3 潤(rùn)滑的類(lèi)型……………………………………………………………………… 39
5.4 潤(rùn)滑油的選擇原則……………………………………………………………… 39
5.5 1780立輥軋機(jī)設(shè)備潤(rùn)滑方法…………………………………………………… 39
6 機(jī)械設(shè)備的環(huán)保、可靠性和經(jīng)濟(jì)性分析…………………………………… 40
6.1 設(shè)備的環(huán)保性…………………………………………………………………… 40
6.2 設(shè)備的可靠性…………………………………………………………………… 40
6.2.1 設(shè)備的可靠性定義………………………………………………………… 40
6.2.2 可靠度的定義……………………………………………………………… 40
6.2.3 設(shè)備平均壽命……………………………………………………………… 40
6.2.4 機(jī)械設(shè)備的有效度………………………………………………………… 41
6.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) …………………………………………………………… 41
6.3.1 投資回收期………………………………………………………………… 41
6.3.2 盈虧平衡分析……………………………………………………………… 41
6.3.3 設(shè)備合理的更新期………………………………………………………… 42
結(jié)論…………………………………………………………………………………… 43
致謝…………………………………………………………………………………… 44
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………… 45
1 緒論
1.1 選題的背景及目的
1.1.1 選題的背景
鋼鐵的生產(chǎn)水平是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，而鋼鐵生產(chǎn)總量的90%以上都是通過(guò)軋制成材的，因此，鋼鐵軋制技術(shù)的發(fā)展一直備受關(guān)注，其發(fā)展速度也在與日俱增。隨著各種新技術(shù)和新工藝的不斷應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)軋鋼設(shè)備的性能要求也在不斷的提高，各種新型設(shè)備也不斷涌現(xiàn)。
熱軋板帶鋼的生產(chǎn)在鋼鐵軋制生產(chǎn)中占據(jù)了非常重要的地位。隨著熱軋板帶鋼生產(chǎn)技術(shù)和工藝的不斷進(jìn)步，其原料由原來(lái)的初軋板坯向連鑄板坯轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了連鑄連軋的生產(chǎn)模式，隨之而來(lái)的則是對(duì)板坯寬度側(cè)壓設(shè)備性能要求的不斷提高。
初軋板坯寬度在開(kāi)坯軋制過(guò)程中可由初軋機(jī)的立輥根據(jù)熱軋帶鋼軋機(jī)需要的各種寬度規(guī)格進(jìn)行寬度的控制。而在連鑄板坯生產(chǎn)中，雖然連鑄機(jī)也有連續(xù)改變寬度的裝置，但卻不能安全滿足熱軋帶鋼軋機(jī)對(duì)各種寬度規(guī)格的板坯用料的要求，有時(shí)甚至?xí)档瓦B鑄機(jī)的產(chǎn)量。
隨著連鑄板坯比例的增大，要減少板坯寬度進(jìn)級(jí)，提高連鑄生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)連鑄板坯熱裝、熱運(yùn)等節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì)，就要求熱軋與連鑄相匹配，使使用連鑄板坯的熱軋帶鋼軋機(jī)具有調(diào)節(jié)板坯寬度的功能，即要有板坯寬度大側(cè)壓設(shè)備?；谏鲜鲋T多原因，熱軋帶鋼軋機(jī)發(fā)展了立輥軋機(jī)、定寬壓力機(jī)等形式的板坯寬度側(cè)壓設(shè)備。其中立輥軋機(jī)在對(duì)板坯進(jìn)行寬度控制、調(diào)整寬展量、改善邊部質(zhì)量等方面起到了重要的作用。
1.1.2 選題的目的
近年來(lái)，立輥軋機(jī)在熱軋帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中起到了越來(lái)越大的作用，其發(fā)展也取得了很大的進(jìn)步，在整個(gè)軋機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用了自動(dòng)寬度控制(AWC控制)等多項(xiàng)先進(jìn)控制技術(shù)，從而大幅度提高了立輥軋機(jī)的整體性能。
在本次立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算中包含了機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)所學(xué)的大部分專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)容，對(duì)以往的學(xué)習(xí)起到了一個(gè)很好的鞏固和獲得新知識(shí)的作用，對(duì)以后的工作也會(huì)有很大的幫助。這就是選擇這個(gè)題目的目的。
1.2 立輥軋機(jī)的發(fā)展概況
1.2.1 立輥軋機(jī)的發(fā)展過(guò)程
中厚板軋機(jī)上附設(shè)立輥軋機(jī), 最早于40年代用在萬(wàn)能式中厚板軋機(jī)上,50年代用于大型鋼錠的軋邊以消除錐度,60年代開(kāi)始把立輥軋機(jī)用于齊邊與破鱗,70年代連鑄板坯迅速發(fā)展,而鋼錠急劇減少,軋機(jī)生產(chǎn)能力重于成材率,曾提出過(guò)“立輥無(wú)用論”,80年代以來(lái),厚板軋機(jī)上附設(shè)立輥軋機(jī)開(kāi)始多起來(lái),主要用于平面板形控制,使成材率有所提高,目的是想生產(chǎn)出無(wú)切邊鋼板。
在中厚板軋機(jī)上附設(shè)立輥軋機(jī)后,軋邊道次的間歇時(shí)間增加,使軋機(jī)的生產(chǎn)能力有所下降,一般要下降約10%～20%，這也是“立輥無(wú)用論”提出的一個(gè)重要原因。70年代后期,日本厚板軋機(jī)開(kāi)工率已降到60%以下,軋機(jī)生產(chǎn)能力也降至次要地位,而降低成本,節(jié)約資源則升至主導(dǎo)地位,因此,出現(xiàn)了成材率重于軋機(jī)生產(chǎn)能力的局面,立輥軋機(jī)功能又被人們重視起來(lái),一些原先預(yù)留好立輥軋機(jī)的厚板軋機(jī)也都紛紛安裝上了立輥軋機(jī),使成材率普遍提高了2個(gè)百分點(diǎn),取得了應(yīng)有的效益。特別是1975年日本采用立輥軋機(jī)開(kāi)創(chuàng)了無(wú)切邊軋制厚板的生產(chǎn)技術(shù),保證了用戶不需要再加工,使立輥軋機(jī)的作用更加被重視起來(lái)。
1.2.2 立輥軋機(jī)的新發(fā)展
新型立輥軋機(jī)從換輥方便、快捷等方面考慮,把機(jī)架輥系的更換設(shè)計(jì)為從傳動(dòng)分配箱下方將輥系由機(jī)架側(cè)面移出進(jìn)行換輥。這樣,使換輥操作空間不受到任何的障礙,軋機(jī)在結(jié)構(gòu)上變得簡(jiǎn)單、適用。對(duì)傳統(tǒng)立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),將主電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)分配箱等驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)在位于機(jī)架輥系上方的軋機(jī)傳動(dòng)平臺(tái)上,使傳動(dòng)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單、適用。取消了傳統(tǒng)立輥軋機(jī)的側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)支架等,讓出的位置安裝側(cè)移換輥的地腳板滑軌,使機(jī)架輥系能夠由機(jī)架側(cè)面沿著地腳板滑軌移出。
改進(jìn)設(shè)計(jì)后制造出的新型立輥軋機(jī)投入熱軋帶鋼生產(chǎn)線使用,生產(chǎn)實(shí)踐表明其具有以下特點(diǎn)：
(1) 軋機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集中、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、造價(jià)低;
(2) 軋制力適應(yīng)范圍大;
(3) 換輥方便、快捷;
(4) 操作、維護(hù)、檢修方便,勞動(dòng)強(qiáng)度低。
新型立輥軋機(jī)深受用戶的歡迎。目前,已在吉林建龍鋼鐵有限公司、八家戶鋼鐵公司、唐山國(guó)豐鋼鐵有限公司、唐山軋鋼廠、唐山銀豐鋼鐵有限公司、勝芳前進(jìn)鋼鐵總廠、寧波全興不銹鋼制品有限公司、天津鋼廠、津西鋼廠等廠家使用,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2.3 AWC技術(shù)
AWC（Automatic Width Control）指寬度自動(dòng)控制技術(shù),在立輥軋機(jī)上的寬度自動(dòng)控制功能主要由立輥實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用AWC后,能提高板坯寬度的精確性和均勻性,降低帶鋼切頭尾、切邊的損耗,提高帶鋼的成材率和經(jīng)濟(jì)效益。使用AWC可以有效控制板帶的寬度,克服主軋后頭尾收縮變形造成板帶邊部缺陷、水平軋制后的寬展等對(duì)板寬精度造成的影響。
1.3 立輥軋機(jī)的類(lèi)型、用途、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成及工作原理。
1.3.1 立輥軋機(jī)的類(lèi)型
立輥軋機(jī)可按著軋制力、用途、傳動(dòng)方式、機(jī)架結(jié)構(gòu)及布置位置等分成不同的型式。
1. 按軋制力分有：有重型、中型及輕型三種；
重型軋機(jī):軋制力約為4000 ~ 8000KN 用于厚度達(dá)1100mm的鋼錠或500mm的鋼坯。
中性軋機(jī)：軋制力約為2000 ~ 4000KN 用于厚度達(dá)700mm的鋼錠或500mm的鋼坯。
輕型軋機(jī)：軋制力約為1000 ~ 2000KN 用于厚度達(dá)400mm的鋼坯。
2. 按用途分為軋邊(Edging),齊邊(Tirmming)及破鱗(ScaleBreeking)3種；
軋邊主要用于消除鋼錠的錐度,設(shè)在以鋼錠為原料比例較大的中厚板軋機(jī)前面,成形階段中首先消除其錐度,一般均采用重型立輥軋機(jī)，鋼錠厚在700mm以下時(shí),也可用中型立輥軋機(jī)。
齊邊是中厚板軋機(jī)立輥軋機(jī)的主要功能,將平軋板邊展寬量壓縮回去,保持既定的板寬,并可消除凸凹形板邊,形成平直角板邊。若只用板坯為原料時(shí),一般采用中型立輥軋機(jī)。
破鱗是擠壓原料邊部,使原料表面鐵皮擠破碎后用高壓水沖除,一般都采用輕型立輥軋機(jī),現(xiàn)因高壓水除鱗箱水壓的提高,除鱗技術(shù)的完善,立輥破鱗機(jī)基本已被淘汰了。
3. 按傳動(dòng)方式分有：上傳動(dòng)和下傳動(dòng)；
一般近接布置采用上傳動(dòng)較多,與四輥式主軋機(jī)配置比較緊湊,立輥軋機(jī)電機(jī)布置也有較大的空間,下傳動(dòng)不占地面,但檢修麻煩。兩種方式均需權(quán)衡車(chē)間平面布置的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)設(shè)備與電機(jī)設(shè)計(jì)要求而抉擇。
4. 按機(jī)架結(jié)構(gòu)分有：閉口式和開(kāi)口式；
一般重、中型立輥軋機(jī)都采用閉口式,可承受軋制力比較大,但妨礙四輥式軋機(jī)操作視線。開(kāi)口式用于輕型立輥軋機(jī)比較經(jīng)濟(jì), 但軋制力不能太大。
5. 按布置位置分：有主機(jī)前后之分，近接與非近接之分；
6. 按輥型分有：平輥與形輥；
形輥可將板邊軋制出斜坡,使以后平輥軋制板邊比較規(guī)整,但靈活性受限制,80年代也出現(xiàn)了平輥和形輥共用立輥,立輥可上下串動(dòng)互換平輥和形輥,但立輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
1.3.2 立輥軋機(jī)的用途
1. 經(jīng)過(guò)軋制消除鋼錠的錐度；
2. 通過(guò)側(cè)壓改善金屬組織，減少軋材缺陷，提高成材率（軋制板坯側(cè)邊，可以防止軋件邊部產(chǎn)生鼓形或裂邊等缺陷）；
3. 與四輥軋機(jī)相配合進(jìn)行軋邊，減少切邊量，提高收得率；
4. 調(diào)整水平軋機(jī)壓下產(chǎn)生的寬展量，能調(diào)節(jié)鋼板或帶鋼的寬度規(guī)格，改善邊部質(zhì)量；
5. 萬(wàn)能軋機(jī)的立輥還起到對(duì)準(zhǔn)軋制線的作用；
6. 與高壓水除鱗裝置相配合除去軋件表面生成的氧化鐵皮，提高鋼板質(zhì)量。大立輥能起疏松板坯表面爐生氧化鐵皮的作用，實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)大立輥的側(cè)壓下量在50mm左右時(shí)，可使距板坯邊緣300mm處的氧化鐵皮疏松，接著用高壓水沖去，可得到較好的除磷效果。
1.3.3 立輥軋機(jī)的特點(diǎn)
獨(dú)立的立輥軋機(jī)直接固定在地基上，萬(wàn)能軋機(jī)的立輥機(jī)座有的和水平的機(jī)座相連接，有的附設(shè)在水平輥機(jī)座側(cè)。立輥軋制線與水平輥一致，同一機(jī)座的兩立輥可相對(duì)于軋制線做對(duì)中調(diào)整，由側(cè)壓裝置保證所需的開(kāi)口度。
在現(xiàn)代熱帶鋼連軋機(jī)上，每一板坯只在破鱗機(jī)上軋一道。由于不與粗軋機(jī)形成連軋，因此立輥軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)一般采用同步交流電動(dòng)機(jī)。而在某些半連續(xù)式軋機(jī)和鋼板軋機(jī)上，大立輥軋機(jī)除了軋制窄坯的側(cè)面取得破鱗效果外，根據(jù)軋制工藝要求，將窄坯橫軋以得到寬展鋼板。為了保證軋件寬展后的寬度均勻，需要用立輥進(jìn)行側(cè)邊軋制，有時(shí)還同粗軋機(jī)形成連軋，因此這類(lèi)立輥軋機(jī)往往采用直流電動(dòng)機(jī)。
1.3.4 立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
立輥軋機(jī)通常由電機(jī)、主傳動(dòng)裝置、萬(wàn)向接軸、立輥、滑架、機(jī)械側(cè)壓裝置、側(cè)壓缸、機(jī)架牌坊、導(dǎo)板、平臺(tái)等部分組成。
圖1.1 立輥軋機(jī)正視圖
也可按下述列表分類(lèi)：
1) 主傳動(dòng)裝置：由主電機(jī)、主減速器、接軸和立輥等組成；
2) 側(cè)壓裝置：由側(cè)壓電機(jī)、減速器、接軸和側(cè)壓螺絲、側(cè)壓螺母等組成；
3) 立輥箱：由箱體、立輥、軸承和軸承座等組成。在調(diào)整立輥開(kāi)口度時(shí)，可作往
復(fù)移動(dòng)；
4) 機(jī)架：用來(lái)裝設(shè)立輥箱、側(cè)壓裝置和機(jī)架輥道，并直接承受軋制力。
2 總體方案的確定
2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)
主傳動(dòng)裝置主要由主電機(jī),主減速器和聯(lián)軸器等組成。
2.1.1 傳動(dòng)形式的選擇
按傳動(dòng)形式，立輥軋機(jī)可分為下傳動(dòng)和上傳動(dòng)兩種。
下傳動(dòng)的立輥軋機(jī)，其傳動(dòng)裝置放在立輥的下面，通過(guò)圓錐齒輪或再經(jīng)圓柱齒輪傳動(dòng)立輥。這種立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，換輥方便，特別適用于半連續(xù)式軋機(jī)。其主要缺點(diǎn)是：兩個(gè)獨(dú)立的立輥箱采用一根長(zhǎng)方軸傳動(dòng)，當(dāng)立輥箱延長(zhǎng)方軸滑動(dòng)時(shí)，無(wú)法避免氧化鐵皮、水和油污等進(jìn)入圓錐齒輪箱內(nèi)，加劇了齒輪、方軸及軸承處的磨損；由于左右立輥箱存在著同軸度誤差，當(dāng)采用一根長(zhǎng)方軸傳動(dòng)立輥時(shí)，立輥箱不穩(wěn)定，加之采用單絲杠側(cè)壓機(jī)構(gòu)和懸臂單液壓缸平衡，滑道承受較大的傾翻力矩，加劇了滑道的不均勻磨損，使左右立輥箱移動(dòng)困難，經(jīng)常被卡??；主傳動(dòng)裝置放置在立輥的下面，不但要有較深的基礎(chǔ)，而且造成維修困難。
上傳動(dòng)式立輥軋機(jī)的主傳動(dòng)裝置放在立輥的上面，其傳動(dòng)裝置的齒輪箱有固定式和滑動(dòng)式兩種。固定式齒輪箱采用萬(wàn)向接軸傳動(dòng)立輥，滑動(dòng)式齒輪箱采用滑鍵在主傳動(dòng)軸上移動(dòng)。
上傳動(dòng)式與下傳動(dòng)式結(jié)構(gòu)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：1.基本上消除了氧化鐵皮，水和油污對(duì)立輥傳動(dòng)裝置的影響，大大減少了故障頻率，并且還給維修帶來(lái)了很大的方便；2.采用固定式齒輪箱，使側(cè)壓裝置的移動(dòng)方便可靠；3.立輥箱沒(méi)有齒輪傳動(dòng)裝置，大大減輕移動(dòng)部分重量，減少了滑道的磨損，降低了側(cè)壓傳動(dòng)所需的功率。
由于以上優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)代熱連軋的立輥軋機(jī)，大都采用上傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。本次立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)亦采用這種傳動(dòng)形式。
2.1.2 電機(jī)的選擇
電機(jī)的選擇通常根據(jù)電源種類(lèi)(直流或交流)、工作條件（環(huán)境、溫度?？臻g位置等）及負(fù)荷性質(zhì)、大小、起動(dòng)特性和過(guò)載情況等因素來(lái)進(jìn)行的。
主傳動(dòng)電機(jī)分為立式和臥式兩種。對(duì)于那些需要大側(cè)壓量、大軋制力及大軋制力矩的立輥軋機(jī)來(lái)講，主傳動(dòng)電機(jī)多采用臥式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。將主電機(jī)擺放在軋機(jī)一側(cè)的水泥平臺(tái)上，通過(guò)齒輪接軸與主傳動(dòng)箱相連，從而帶動(dòng)軋輥工作。而對(duì)于那些主傳動(dòng)功率和軋制力矩都較小的軋機(jī)，則可采用立式電機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。兩臺(tái)立式電機(jī)左右對(duì)稱(chēng)布置，分別傳動(dòng)左右兩側(cè)的傳動(dòng)齒輪，通過(guò)主減速箱帶動(dòng)軋輥工作。
根據(jù)電源種類(lèi)，主傳動(dòng)電機(jī)又可分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩種。
直流電機(jī)啟動(dòng)力矩大，起動(dòng)平穩(wěn)，操作方便，電器特性好，在一定范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,使用可靠。而如果采用大型交流電動(dòng)機(jī)，則需要增設(shè)一套微調(diào)裝置以便于換輥，而且交流電機(jī)需要變頻調(diào)速，造價(jià)高。
綜合考慮，1780立輥軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)應(yīng)采用立式直流電機(jī)。
2.1.3 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件，它主要是用來(lái)連接軸與軸（或連接軸與其他回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)聯(lián)軸器對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持連接的功能），聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器（無(wú)補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類(lèi)。撓性聯(lián)軸器又可分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器（如十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器和滾子鏈聯(lián)軸器等）和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器（如彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器和膜片聯(lián)軸器等）。
根據(jù)工作的要求，本次設(shè)計(jì)中主傳動(dòng)電機(jī)輸出軸和主傳動(dòng)減速機(jī)輸入軸之間的聯(lián)軸器選擇固定式剛性聯(lián)軸器中的凸緣聯(lián)軸器，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，傳遞扭矩大，裝拆較方便，成本低，可以連接不同直徑的兩軸。
2.1.4 減速器
減速器作為常用的傳統(tǒng)裝置，有著非常廣泛的應(yīng)用。它主要用來(lái)降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩以滿足工作機(jī)械的需要。減速器的類(lèi)型很多，有齒輪減速器、蝸桿減速器以及行星齒輪減速器等。對(duì)于給定的設(shè)計(jì)條件，可能存在多種實(shí)現(xiàn)方案。在滿足功能要求的前提下，對(duì)各種設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)應(yīng)從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)比如體積、效率和壽命等方面進(jìn)行選擇。
1780立輥軋機(jī)主減速器采用二級(jí)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其特點(diǎn)是效率及可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便。
2.1.5 萬(wàn)向接軸
在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，接軸是非常重要的部件，它的作用是將扭矩從齒輪機(jī)座或電動(dòng)機(jī)傳遞給軋輥。立輥軋機(jī)中的接軸大都是采用萬(wàn)向接軸。萬(wàn)向接軸是根據(jù)虎克鉸鏈的原理制成的，它可以在相交的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)，所以在軋鋼機(jī)械中得到了廣泛的使用，在軋鋼機(jī)中應(yīng)用最多的是滑塊式萬(wàn)向接軸和帶滾動(dòng)軸承的萬(wàn)向接軸。十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器是一種比較理想的聯(lián)軸器,具有傳動(dòng)效率高、傳遞扭矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)、潤(rùn)滑條件好、噪音低(30～40dB)、使用壽命長(zhǎng)、允許傾角大(8°～10°)、適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
接軸上面與主傳動(dòng)箱輸出軸上的齒輪和下面與帶有肩形孔的叉頭均是采用法蘭盤(pán)相連，連接方式分為兩種：一種采用端面齒加預(yù)緊螺栓相連接，一種采用端面鍵加預(yù)緊螺栓相連接來(lái)傳遞軋制力矩。
帶滾動(dòng)軸承的萬(wàn)向接軸由于在接軸鉸鏈中裝置滾動(dòng)軸承，有較高的密封性，能可靠地用干油潤(rùn)滑，比滑塊式萬(wàn)向接軸有較好的潤(rùn)滑條件，摩擦系數(shù)小，效率高，鉸鏈中接觸間的間隙小，工作平穩(wěn)，使用壽命長(zhǎng)，而且能保證在垂直、水平及任何一種方位上正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，本次設(shè)計(jì)中采用帶有滾動(dòng)軸承的十字軸式萬(wàn)向接軸。
2.2 軋輥裝置
2.2.1 立輥
典型的立輥結(jié)構(gòu)有三種：懸臂式、上傳動(dòng)的雙支點(diǎn)式和下傳動(dòng)的雙支點(diǎn)式?？紤]立輥的傳動(dòng)形式，本次設(shè)計(jì)采用上傳動(dòng)雙支點(diǎn)式立輥。
因?yàn)橐獙?duì)鋼板進(jìn)行寬度方向軋制,不同于水平輥對(duì)板形、厚度要求那樣精確, 而且道次壓下量一般在50mm左右,壓下率較低,所以對(duì)軋輥的強(qiáng)度與剛度要求也較低。軋輥一般選用鍛鋼輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。1780立輥軋機(jī)由于要進(jìn)行大側(cè)壓量的軋制,所以采用槽形軋輥，它可以保證側(cè)壓時(shí)的穩(wěn)定，并借助槽的側(cè)面將大側(cè)壓時(shí)在板坯兩側(cè)所產(chǎn)生的狗骨形凸起擠向板坯中間，以減小在隨后的水平輥軋制中所產(chǎn)生的寬展，提高立輥軋機(jī)的側(cè)壓效率。
立輥軋機(jī)的軋輥都采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),軋輥軸承采用雙列圓錐滾子軸承。軋輥、軸承及軸承座組裝后成套裝入滑架中,隨滑架移動(dòng)。
2.2.2 軋輥軸承
軋輥軸承是立輥軋機(jī)中非常重要的部件，和一般用途的軸承相比，軋輥軸承工作負(fù)荷大、運(yùn)轉(zhuǎn)速度差別大、工作環(huán)境惡劣。在熱帶鋼連軋機(jī)上采用的軸承，主要有滾動(dòng)軸承和液體摩擦軸承。滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小、工作可靠、安裝拆卸方便，廣泛應(yīng)用于四輥軋機(jī)的工作輥上，亦有用于二輥粗軋機(jī)上和四輥軋機(jī)支撐輥上。
1780立輥軋機(jī)軋輥軸承在工作中既承受徑向載荷又承受軸向載荷，根據(jù)受載荷特點(diǎn)應(yīng)采用雙列圓錐滾子軸承，其潤(rùn)滑方式采用自動(dòng)干油潤(rùn)滑。
2.2.3 軋輥平衡裝置
軋機(jī)平衡裝置主要是用來(lái)消除在軋制過(guò)程中，因工作機(jī)座中有關(guān)零件間的配合間隙所造成的沖擊現(xiàn)象，以保證軋件的軋制精度，改善咬入條件，以及防止工作輥與支撐輥之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象等。而對(duì)于立輥軋機(jī)來(lái)說(shuō)，主傳動(dòng)系統(tǒng)中的平衡裝置則主要是為了抵消萬(wàn)向接軸和立輥的自重，以減小軋制過(guò)程中對(duì)軋輥軸承等零件的損害。
軋鋼機(jī)上常采用的平衡裝置，不外乎有：彈簧式、重錘式及液壓式等三種形式。
本次設(shè)計(jì)中采用的是液壓式平衡裝置，它采用液壓缸的推力來(lái)平衡萬(wàn)向接軸和立輥的重量，其結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、維修簡(jiǎn)單、易于操作，動(dòng)作靈敏并且可以改變油缸壓力。
2.3 側(cè)壓系統(tǒng)
立輥軋機(jī)的側(cè)壓裝置由側(cè)壓電機(jī)、蝸輪減速器、側(cè)壓螺絲、側(cè)壓螺母和平衡缸等部件組成。側(cè)壓裝置每側(cè)都有兩根側(cè)壓螺絲，兩臺(tái)側(cè)壓電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿減速機(jī)分別帶動(dòng)兩側(cè)的側(cè)壓螺絲完成輥縫調(diào)整工作。
為了有效地利用電動(dòng)機(jī)功率，側(cè)壓電機(jī)都采用直流電機(jī)，但具體形式分為立式和臥式兩種。立式電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與蝸桿相連，單側(cè)的兩臺(tái)減速機(jī)中的蝸桿間也是通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械同步。而臥式電機(jī)首先是通過(guò)傘齒輪減速機(jī)變向后再與蝸輪蝸桿減速機(jī)相聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)大大增加了立輥軋機(jī)的長(zhǎng)度，也同時(shí)降低了傳動(dòng)效率。因此本次設(shè)計(jì)中側(cè)壓電機(jī)采用立式直流電機(jī)。
電動(dòng)側(cè)壓裝置只用于在空載情況下預(yù)調(diào)軋輥開(kāi)口度，而在軋制時(shí)電機(jī)側(cè)壓裝置是不工作的。在這種結(jié)構(gòu)形式中，側(cè)壓缸的缸體固定在牌坊上，側(cè)壓螺絲穿過(guò)側(cè)壓缸的活塞和裝在活塞上的側(cè)壓螺母，側(cè)壓螺母上裝有導(dǎo)向翅，使螺母和活塞相對(duì)于缸體只能作軸向移動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，而側(cè)壓螺絲與電動(dòng)側(cè)壓裝置的蝸輪之間是靠花鍵連接的。因此在活塞不動(dòng)的情況下電動(dòng)側(cè)壓裝置可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)壓螺絲來(lái)進(jìn)行軋輥開(kāi)口度的預(yù)調(diào)。而在電動(dòng)側(cè)壓裝置不動(dòng)的情況下，側(cè)壓缸活塞也可以帶動(dòng)側(cè)壓螺絲作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)改變軋輥的開(kāi)口度。
平衡裝置是通過(guò)放置在單側(cè)兩根側(cè)壓螺絲間的平衡液壓缸, 將軋輥拉靠在側(cè)壓螺絲上, 以消除側(cè)壓螺絲和側(cè)壓螺母和其它承壓件之間的間隙。
現(xiàn)代的立輥軋機(jī)左右兩個(gè)側(cè)壓裝置之間都沒(méi)有機(jī)械連接, 完全采用電氣同步, 這省去了同步軸、離合器等一套復(fù)雜笨重的機(jī)械同步機(jī)構(gòu), 并給軋輥的對(duì)中和換輥操作帶來(lái)了很大的方便。
2.4 主機(jī)架
主機(jī)架主要用來(lái)安裝立輥箱,側(cè)壓裝置等,并直接承受軋制壓力的部件。在軋制過(guò)程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力，通過(guò)軋輥軸承、軸承座、側(cè)壓螺絲及螺母?jìng)鹘o機(jī)架，因此，機(jī)架是軋機(jī)最終承受軋制力的零件，需要有足夠的強(qiáng)度和剛度。
機(jī)架按結(jié)構(gòu)分，可以分為開(kāi)式與閉式兩種形式。閉式機(jī)架是一個(gè)整體的框架，其強(qiáng)度和剛度都是很大的，主要用于軋制力較大的初軋機(jī)、板坯軋機(jī)和板帶軋機(jī)等；開(kāi)式機(jī)架通常是由機(jī)架本體和上蓋兩部分組成，機(jī)架本體與上蓋之間的連接可以采用螺栓連接、立銷(xiāo)和斜楔連接、橫銷(xiāo)和斜楔連接等連接形式。和閉式機(jī)架相比，開(kāi)式機(jī)架的強(qiáng)度與剛度較差，主要用在橫列式型鋼軋機(jī)上，其主要優(yōu)點(diǎn)是換輥方便。
機(jī)架的鑄造方式分為整體和分體式兩種。對(duì)于外形尺寸較小的立輥機(jī)架可以整體鑄造；而外形尺寸較大、重量大的則由于鑄造能力、起重能力限制,可以分體鑄造，毛坯鑄造出來(lái)后,再將其固定在一起整體加工。
3. 立輥軋機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
3.1 立輥軋機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算
軋機(jī)的原始數(shù)據(jù)：
軋制前軋件寬度mm 軋制速度= 3.5 m/s
軋制后軋件寬度mm 軋制溫度t = 1200oC
軋件厚度h = 230 mm 軋件材料 Q235
根據(jù)文獻(xiàn)[1，第37頁(yè)]可得，由咬入角確定的最大允許壓下量：
（3-1）
則： （3-2）
式中：—軋輥咬入角，由文獻(xiàn)[2，表3-1]可得，對(duì)于熱軋帶鋼軋機(jī)，最大咬入角15°～20°,取=17°
—壓下量，mm；對(duì)于立輥軋機(jī)：寬展量mm
R— 軋輥半徑，mm。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得 mm
取軋輥半徑 R = 600 mm， 則軋輥直徑 D=1200mm。
由文獻(xiàn)[2，第81頁(yè)]確定下列參數(shù)：
軋輥軸頸 d = ( 0.5～0.55)D = ( 0.5～0.55)×1200 = 600～660 mm 取d = 630 mm
輥頸長(zhǎng)度 所以mm 取= 600 mm
輥身長(zhǎng)度 L = h + a = 230 + 50 = 280 mm
3.2 立輥軋機(jī)力能參數(shù)計(jì)算
3.2.1 平均單位應(yīng)力的計(jì)算
1) 基本數(shù)據(jù)計(jì)算
由文獻(xiàn)[2，第23~24頁(yè)]確定軋件的下列基本參數(shù)：
寬展量 mm （3-3）
變形程度 （3-4）
平均寬度 mm （3-5）
接觸弧水平投影長(zhǎng)度 mm （3-6）
咬入角 （3-7）
2）軋件接觸弧上單位壓力的計(jì)算
① 金屬塑性變形阻力的確定
由,根據(jù)文獻(xiàn)[2，第27頁(yè)]可知采用粘著理論計(jì)算平均變形速度公式為：
s （3-8）
根據(jù)t = 1200oC，s查文獻(xiàn)[2，圖2-10] Q235鋼變形阻力曲線，可得
MPa , ;
所以 變形阻力 MPa （3-9）
② 平均單位應(yīng)力 的計(jì)算
由文獻(xiàn)[2，第39頁(yè)]可得平均單位應(yīng)力 的一般形式為：
（3-10）
式中: —應(yīng)力狀態(tài)影響系數(shù);
—考慮摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù);
—考慮外區(qū)對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù);
—考慮張力對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù);
k—材料變形阻力，MPa;
∵ 即外區(qū)對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響最為明顯
由文獻(xiàn)[2，2-40]可得：
∴ MPa
3.2.2 立輥軋機(jī)軋制力及力矩計(jì)算
1) 軋制力P的計(jì)算
(3-11)
式中： —單位平均壓力，MPa；
—單個(gè)軋輥軋制力，KN；
—接觸面積，mm2。
代入計(jì)算得：
KN
2) 軋輥傳動(dòng)力矩MK的計(jì)算
由文獻(xiàn)[2，2-120]可得，MK計(jì)算公式
（3-12）
式中： —驅(qū)動(dòng)軋輥力矩，KN·m；
—軋輥上的軋制力矩，KN·m；
—軋輥軸承處摩擦力矩，KN·m；
—軋制力力臂，，mm；
—合力作用點(diǎn)的角度；根據(jù)文獻(xiàn)[2,2-139]可得，在熱軋時(shí)
力臂系數(shù) 所以
—軋輥軸承處摩擦圓半徑， , mm；
—軋輥軸頸處直徑，mm;
—軋輥軸承摩擦系數(shù)，由文獻(xiàn)[2，第60頁(yè)]可知，
對(duì)于滾動(dòng)軸承。
代入計(jì)算得：
mm mm
KN·m
3.3 軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)的確定
3.3.1 初選主電機(jī)
軋輥的轉(zhuǎn)速： r/min （3-13）
軋輥處所需功率KW （3-14）
轉(zhuǎn)換到電機(jī)上的功率 （3-15）
式中： —電動(dòng)機(jī)至軋輥之間的傳動(dòng)效率；
由文獻(xiàn)[5，表4.2-9]可查得：
齒式聯(lián)軸器 ； 萬(wàn)向接軸 ；
滾動(dòng)軸承 圓柱斜齒輪 ；
故
帶入計(jì)算可得： KW
根據(jù) KW，取電機(jī)額定功率 KW。查文獻(xiàn)[7，附表5-8]有：電機(jī)型號(hào)ZZJD215/74-10，該電機(jī)額定功率KW（兩臺(tái)電機(jī)），額定轉(zhuǎn)速 r/min，最大轉(zhuǎn)速n = 400 r/min。
則軋機(jī)總傳動(dòng)比 （3-16）
3.3.2 軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)力矩計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[2，2-149]和[2，2-156]可得：主電動(dòng)機(jī)軸上的力矩由四部分組成，即
（3-17）
（3-18）
式中：—主電動(dòng)機(jī)力矩，KN·m；
—軋輥上的軋制力矩，KN·m；
—附加摩擦力矩， ， KN·m；
—空轉(zhuǎn)力矩，即軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于各轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量所產(chǎn)生的摩擦力矩及其它阻力矩，KN·m；
—?jiǎng)恿?，軋輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻，各部件由于有加速或減速所引起的慣性力所產(chǎn)生的力矩，KN·m；
—電動(dòng)機(jī)至軋輥之間的傳動(dòng)效率；
—電動(dòng)機(jī)和軋輥之間的傳動(dòng)比。
代入計(jì)算得：
KN·m
因?yàn)檐垯C(jī)勻速運(yùn)動(dòng)，所以；
約為主電動(dòng)機(jī)額定功率的5%，取 。
KN·m
KN·m
故 KN·m
3.3.3 電機(jī)過(guò)載校核：
立輥軋機(jī)在穩(wěn)定軋制過(guò)程中為等速軋制，即整個(gè)穩(wěn)定軋制過(guò)程為等力矩軋制，故不需要進(jìn)行電機(jī)發(fā)熱校核，只需進(jìn)行電機(jī)過(guò)載校核。
由上可得，軋機(jī)作業(yè)時(shí)，主電機(jī)軸上的最大力矩 KN·m，由文獻(xiàn)
[2，2-161]可得，對(duì)于可逆電機(jī)，電機(jī)過(guò)載系數(shù)，則電機(jī)工作時(shí)靜力矩
（3-19）
即經(jīng)過(guò)過(guò)載校核，該電機(jī)合格。
4主要零部件的校核計(jì)算
4.1減速機(jī)的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算
4.1.1確定傳動(dòng)方案、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
由（3-16）可得，主減速機(jī)總傳動(dòng)比。
1）采用圖4.1所示的二級(jí)齒輪傳動(dòng)方案，選用圓柱斜齒
輪傳動(dòng)；初選一級(jí)齒數(shù)比。
2）材料選擇。由文獻(xiàn)[3，表10-1]選擇小齒輪的材 圖4.1 減速機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241~286HBS，取
其硬度為280HBS，大齒輪的材料為35SiMn，調(diào)質(zhì)處理，硬度217~269HBS，取其硬度為250HBS；二者硬度差為30HBS。
3）初選小齒輪齒數(shù)=20，則大齒輪輪數(shù)；
4）精度等級(jí)選6級(jí)精度(GB 10095-88)；
5）選取螺旋角，初選螺旋角β=10o。
4.1.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[3，10-21]可得計(jì)算公式：
（4-1）
1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
（1）初選載荷系數(shù) ；
（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；
KN·m
式中：—主電動(dòng)機(jī)力矩，見(jiàn)（3-17）；
（3）由文獻(xiàn)[3，圖10-30]選取區(qū)域系數(shù) ；
（4）由文獻(xiàn)[3，圖10-26]查得 ， ，
則 ；
（5）由文獻(xiàn)[3，表10-7]選取 齒寬系數(shù) ，
（6）由文獻(xiàn)[3，表10-6]查得：材料的彈性影響系數(shù) MPa。
（7）由文獻(xiàn)[3，圖10-21d]按齒面硬度查得：
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPa，
中齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPa。
（8）由文獻(xiàn)[3，10-13]計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（9）由文獻(xiàn)[3，圖10-19]查得接觸疲勞壽命系數(shù) 、；
（10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由文獻(xiàn)[3，10-12]得
MPa
MPa
MPa
2）計(jì)算
（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑，由以上各數(shù)值與計(jì)算公式可得
mm
（2）計(jì)算圓周速度
m/s
（3）計(jì)算齒寬及模數(shù)
mm
mm
mm
（4）計(jì)算縱向重合度
（5）計(jì)算載荷系數(shù)
①根據(jù)文獻(xiàn)[3，表10-2]，取使用系數(shù)。
②根據(jù)m/s，6級(jí)精度，由文獻(xiàn)[3，圖10-8]查得動(dòng)載系數(shù)；
③由文獻(xiàn)[4，表16.2-40]查得齒向載荷分布系數(shù)的計(jì)算公式
由文獻(xiàn)[3，圖10-13]查得；
④由文獻(xiàn)[3，表10-3]查得齒間載荷分布系數(shù)。
故載荷系數(shù)
（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由文獻(xiàn)[3，10-10a]得
mm
（7）計(jì)算模數(shù)
mm
4.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)
由文獻(xiàn)[3，10-17]
（4-2）
1）確定計(jì)算參數(shù)
（1）計(jì)算載荷系數(shù)；
（2）根據(jù)縱向重合度，
由文獻(xiàn)[3，圖10-28]查得螺旋角影響系數(shù)；
（3）由文獻(xiàn)[3，圖10-20c]根據(jù)材料硬度查得：
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPa
中齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPa
（4）由文獻(xiàn)[3，圖10-18]查得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)；；
（5）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力；
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，由文獻(xiàn)[3，10-12]得
MPa
MPa
（6）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù);
（7）查取齒形系數(shù)
由文獻(xiàn)[3，表10-5]用插值法計(jì)算得
；
；
（8）計(jì)算中、小齒輪的并加以比較
小齒輪的數(shù)值較大。
2）設(shè)計(jì)計(jì)算
將小齒輪的數(shù)值帶入式（4-2）可得
mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取mm已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的分度圓直徑mm來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
，取， （4-3）
則 ，取， （4-4）
一級(jí)傳動(dòng)比 。
4.1.4齒輪幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算中心距
mm （4-5）
將中心距圓整為 mm。
2）按圓整后的中心距修正螺旋角
（4-6）
因β值幾乎無(wú)改變，故參數(shù)， ，不必修正。
3）計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
mm （4-7）
mm （4-8）
4）計(jì)算齒輪寬度
mm （4-9）
圓整后取 mm， mm。
4.2齒輪軸的校核計(jì)算
4.2.1齒輪軸上載荷計(jì)算
已知齒輪軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[3，表15-1]可查得，許用彎曲應(yīng)力 MPa，齒輪分度圓直徑 mm
圖4.2 齒輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖
1）計(jì)算輸入軸上的扭矩
KN·m (4-10)
2）求作用在齒輪上的力 由文獻(xiàn)[3, 10-14]可得，
KN
KN
KN
圓周力，徑向力及軸向力的方向如圖4.3。
3）求軸上載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖4.2）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖4.3）。根據(jù)軸承型號(hào)找出軸承的支撐點(diǎn)。因此，作出軸的支撐跨距 mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖4.3，b、c、d、e）。
圖4.3 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及載荷分析
確定圖中各參數(shù)數(shù)值
水平面： KN
KN
KN·m
垂直面： KN·m
KN
KN
KN·m
KN·m
總彎矩： KN·m （4-11）
KN·m （4-12）
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。
現(xiàn)將計(jì)算出的截面C處的、及的值列于下表
表4.1 軸截面C處的彎矩和扭矩值
載 荷 水平面 垂直面
KN KN
支反力 KN KN
彎矩 KN·m KN·m
KN·m
總彎矩 KN·m
KN·m
扭矩 KN·m
4.2.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)文獻(xiàn)[3，15-5]及表4.1中的數(shù)據(jù)，以及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力為：
（4-13）
MPa < = 70 MPa
由此可知軸是安全的。
4.2.3根據(jù)軸的安全系數(shù)精確校核軸
1）判斷軸的危險(xiǎn)截面
根據(jù)圖4.3可判斷彎矩和扭矩最大處為C面右側(cè)，故C面右側(cè)為軸的危險(xiǎn)斷面，需按齒根圓進(jìn)行精確校核；根據(jù)圖4.2，從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中嚴(yán)重，但Ⅰ-Ⅰ截面不受扭矩作用，Ⅱ-Ⅱ截面左側(cè)為齒輪，所以需校核Ⅱ-Ⅱ截面右側(cè)；Ⅲ—Ⅲ面為受彎矩和扭矩區(qū)間直徑最小的斷面，需進(jìn)行精確校核。
2）精確校核截面C右側(cè)（按齒根圓進(jìn)行校核，齒根圓直徑d=502.22mm）
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面C右側(cè)的扭矩 KN·m 見(jiàn)表4.1
截面C右側(cè)的彎矩 KN·m 見(jiàn)表4.1
截面上的彎曲應(yīng)力
MPa (4-14)
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
MPa （4-15）
軸的材料為40CrNi，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[3，表15-1]查得 MPa，
MPa， MPa。
由文獻(xiàn)[6，表2-4]用插值法可得鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
由文獻(xiàn)[3，附圖3-2]得尺寸系數(shù)；
由文獻(xiàn)[3，附圖3-3]得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按精車(chē)加工，由文獻(xiàn)[3，附圖3-4]得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則按文獻(xiàn)[3，3-12]及[3，3-12a]得綜合系數(shù)值為：
（4-16）
（4-17）
又由文獻(xiàn)[3，第25頁(yè)]及文獻(xiàn)[3，第26頁(yè)]得碳鋼的特性系數(shù)
0.1～0.2，取
～0.1，取
計(jì)算安全系數(shù)值。按文獻(xiàn)[3，15-6]～[3，15-8]可得：
（4-18）
（4-19）
>> （4-20）
故可知截面C右側(cè)安全。
3）截面Ⅱ-Ⅱ右側(cè)
抗彎截面系數(shù) mm
抗扭截面系數(shù) mm
截面Ⅱ-Ⅱ右側(cè)的扭矩 KN·m
截面Ⅱ-Ⅱ右側(cè)的彎矩 KN·m
截面上的彎曲應(yīng)力
MPa （4-21）
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
MPa （4-22）
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。由文獻(xiàn)[3，表15-1]查得MPa，MPa，
MPa。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)由文獻(xiàn)[3]知及按文獻(xiàn)[3，附表3-2]查取。因，，經(jīng)插值后可查得
， =1.71
又由文獻(xiàn)[3，附圖3-1]可得軸的材料敏感系數(shù)為
，
故有效