毕业设计：转炉氧枪横移装置设计.pdf

转炉氧枪横移装置设计摘要吹氧装置是氧气顶吹转炉车间的关键工艺设备之一。它完成向转炉内吹送氧气的工 作，由氧枪、氧枪升降装置和横移装置三部分组成。本文主要叙述了横移装置的设计和 计算过程。首先，本文介绍国内外氧枪系统的发展及氧气顶吹转炉炼钢法的发展概况，横移装置的组成，说明了横移装置的基本形式及运行状况。接着，根据给定的工作要求，定出了横移装置的主要性能参数，如横移行程、横移速度、传动比、载重量等，并确定 了总体的设计方案。然后，根据传动的设计方案，分别进行电动机、减速器和开式齿轮 传动以及联轴器的设计和计算。最后，设计主动轴并对其进行强度校核。本设计驱动机 构是机电合一式的，即电动机与减速器是一体的，这对设备的安装以及整个传动系统的 效率的提高起到了积极的作用。本设计的重点放在横移装置传动系统的每个组成部分的 设计和计算上。在整体设计过程中按照提出问题，分析问题，解决问题的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。关键词：吹氧装置；横移装置；机电合一；传动系统Abst ra ctOx ygen equipmen t is o n e o f t he k ey pro cess equipmen t s in t o p-blo wn o x ygen co n vert er sho p,It co mplet es t he wo rk wit hin blo win g o x ygen t o t he co n vert er.It is co mpo sed o f t hree pa rt s such a s o x ygen la n ce,o x ygen la n ce lift in g devices a n d t ra n sferrin g device.This pa per describes t he design a n d qua n t it y ca lcula t io n s.First o f a ll,t his a rt icle describes t he develo pmen t o f o x ygen la n ce a n d o x ygen t o p-blo wn co n vert er st eel-ma k in g met ho ds a t ho me a n d a bro a d,t he co mpo sit io n o f device sho ws t he ba sic fo rm o f t ra n sferrin g equipmen t a n d o pera t in g co n dit io n s.Then,a cco rdin g t o t he given requiremen t s,t he t ra n sferrin g device fo r t he ma in perfo rma n ce pa ra met ers,such a s t ra n sferrin g t rip,slidin g speed,t ra n smissio n ra t io,lo a d,et c.,a n d t o det ermin e t he o vera ll design.Then,in a cco rda n ce wit h t he design o f t ra n smissio n o pt io n s fo r t he mo t o r,speed reducer a n d o pen-gea r,a s well a s t he design a n d ca lcula t io n o f co uplin g.Fin a lly,design t he a ct ive a x is a n d t a k e t he in it ia t ive t o check it s st ren gt h.The design o f mecha n ica l a n d elect rica l drive mecha n ism is o n e t ype t ha t is in t egra t ed mo t o r a n d reducer,which ha s pla yed a po sit ive ro le in in st a llin g t he equipmen t a n d t he t ra n smissio n efficien cy.Design ed t o fbcus o n t he drive syst em design a n d ca lcula t io n o f ea ch device co mpo n en t.In t he o vera ll design pro cess in a cco rda n ce wit h t he do min a n t ideo lo gy o f a sk quest io n s,a n a lyze pro blems,t o so lve t he pro blem,t he o vera ll design o f t he wo rk ha s been described in det a il.Key wo rds：Ox ygen devices;Tra n sferrin g device;Mecha n ica l-Elect rica l un it y;Tra n smissio n辽宁科技大学本科生毕业设计第HI页目录1.绪论.11.1 研究背景.11.1.1 国内外氧枪系统的发展史.11.1.2 氧气顶吹转炉炼钢法的发展概况.11.2 研究内容及意义.21.2.1 本课题的研究内容.21.2.2 本课题的选题意义.21.3 研究目的与方法.31.3.1 研究的目的.31.3.2 研究方法.32横移装置的总体设计方案.42.1 横移装置基本形式的选择.42.2 横移装置主要部件及运动.42.3 方案比较.43横移车传动装置的设计.63.1 概述传动方案.63.2 横移机构的基本参数.63.3 电动机的选择.63.4 减速器的选择原则.93.5 联轴器的选择.93.6 开式齿轮传动的设计.104主传动轴的校核.154.1 初步计算.154.2 精确校核.175轴承和键的校核.216横移装置的定位装置和刮渣器的应用.247炼钢厂的环境保护和经济性分析.308安装及润滑操作规程.33结束语.34致谢.35参考文献.36辽宁科技大学本科生毕业设计第1页1绪论1.1 研究背景1.1.1 国内外氧枪系统的发展史氧气转炉炼钢技术工艺的发展历程可以描述如下：1）1855年的专利申请中，提到插入式顶吹方案，用一根耐火黏土吹管喷吹空气；2）第二种方法只要是埋入式顶吹方案，将空气吹入固定转炉的炉底附件；3）首先获得突破性进展的是底吹，将空气吹入一个可旋转的不对称转炉中；4）1936-1939年，重点研究了底吹工艺，但这时增加了吹氧以保证熔池充分搅拌；5）随后加强了顶吹，确保了氧气射流进入熔池深处进行搅拌；6）在此期间还试验了从转炉炉壁下部以一定角度侧吹氧气，由于种种原因，上述4）-6）项没有推广到工业生产中。7）1949年6月，奥地利林茨的奥刚联公司开始在一台改进的2吨贝塞麦转炉上进 行顶吹氧气试验；8）1936-1939年间进行的底吹氧气试验几乎30年之后开发出用碳氢化合物保护底 吹风口的方案；9）底吹和复合吹转炉技术的进一步改善，也促进了氧气顶吹结合惰性气体底吹搅拌 工艺的改善；10）最新的发展很可能是在高碳范围内部分顶吹热空气结合底吹氧气。回顾50年来氧气转炉炼钢技术的发展历程，氧气转炉炼钢的发展史可以划分为三个时期：转炉大型化，转炉技术完善化，转炉综合优化。1.1.2氧气顶吹转炉炼钢法的发展概况氧气顶吹转炉炼钢法是20世纪50年代产生和发展起来的炼钢技术，但从其出现至 今已有100多年的历史：1856年英国人亨利.贝塞麦研究开发了酸性底吹转炉炼钢法，以铁水为原料，从转 炉底部通入空气氧化去除杂质冶炼成钢；1878年德国尼托马斯研究发明的碱性底吹转炉炼钢法，以碱性耐火材料砌筑炉衬,吹炼过程可以加入石灰造渣，能够脱除铁水中的P、S,解决了高磷铁水冶炼技术问题;辽宁科技大学本科生毕业设计第2页19241925年间，德国在空气转炉上开始进行富氧鼓风炼钢的试验，试验证明，随 着鼓入空气中02含量的增加，钢的质量有明显的改善。1939年罗伯特.杜勒尔在瑞士采用水冷氧枪从转炉炉口伸入,在熔池的上方供养进行 吹炼，得到满意的效果.1952年在林茨城建成30吨的氧气顶吹转炉并投入生产；1953年初在多那维茨城又建成两座30吨顶吹转炉正式投入工业生产。进入20世纪70年代以后,顶吹转炉炼钢技术趋于完善。转炉的最大公称吨位达380 t;单炉生产能力达到40 0-50 0万t/a;能够冶炼全部平炉钢种，若与有关精炼技术相匹配，还可 以冶炼部分电炉钢种；大型转炉炉龄在1999年达到10000炉次/炉役以上；并实现了计算 机控制终点碳与出钢温度。吹氧装置是氧气顶吹转炉炼钢车间的关键工艺设备之一。它完成向转炉内吹送氧气 的工作。吹氧装置是由氧枪、氧枪升降装置和横移装置组成。为了减少由于氧枪烧坏或其 它故障影响正常吹炼，通常的吹氧装置都带有两支氧枪，一支工作，另一张备用。两支氧 枪都借橡胶软管与车间的供氧、供水和排水固定管路相连。当工作枪需要更换时，由换枪 装置的横移机构迅速将其移开，同时将备用枪移至转炉上方的工作位置投入使用。1.2研究内容及意义1.2.1 本课题的研究内容在广泛查阅国内外相关文献的基础上，本设计主要完成了以下的工作：1）依据机械设计手册选择电动机，确定所需传动装置，并对各传动零件进行计算和 校核；2）依据机械传动设计手册，确定减速器传动和开式齿轮传动参数；3）简单介绍了横移装置的辅助装置，即定位装置，并对其工作原理进行了陈述；4）从设计，电学，液压等方面，对刮渣器的自动应用进行了较为细致的描述；5）初步设定了横移装置的润滑系统和安装操作规程。1.2.2本课题的选题意义随着改革开放步伐不断的向前迈进，我国的工业迅猛发展，而作为国家重要行业的钢 铁行业也处于不断的发展。近年来，钢铁行业的设备在不断的更新，技术在不断的进步，设备的技术含量也在迅速的提高。随着生产规模的不断扩大，对设备的安全性及其灵活性 辽宁科技大学本科生毕业设计第3页等方面提出更高的要求。本课题具有重要的意义。在理论上，转炉炼钢需要的是连续性，而氧枪的运送装置又 是保证设备能够正常的运转，一旦发生意外，横移装置会将备用氧枪准确地运送到转炉上 方，保证转炉因氧枪的损坏而导致的损失降低到最小。实际当中，根据实际考察，本课题 选用的是电动机与减速器为一体，即简单称之为机电一体，这减少了整体装置的尺寸，提 高了传动的效率，并且采用了开式齿轮传动，适合于冶金设备的现实工作状况。1.3研究目的与方法1.3.1 研究的目的随着钢铁工业的发展和转炉炼钢的普及化，我国钢铁企业经济效益进一步提高，再根 据转炉在吹炼过程中，氧枪需要多次升降以调整枪位。对氧枪的升降机构和更换装置提出 以下要求：1）应具有合适的升降速度，并且可以变速。为了缩短冶炼周期，在吹炼的过程中氧 枪应快速提升，在炉口以上可快速下降；当氧枪进入炉口以下时，应慢速下降，以便控制熔池的反应和保证氧枪安全。目前大、中型转炉氧枪升降速度的快速为 50 m/min,慢速为5-10 m/min;小型转炉的氧枪速度为8-15 m/min;2）应保证氧枪升降平稳，控制灵活、操作安全、结构简单、便于维护；3）能快速更换氧枪；4）应具有安全连锁装置；5）为了快速更换氧枪，设置氧枪横移装置和更换装置。在横移装置上并排安装有两 套升降小车，其中一套工作，一套备用。如果氧枪烧坏或发生其他故障，可以迅 速开动横移小车，使备用氧枪小车对准工作位置，即可投入生产，整个换枪时间 约为 1.5min,1.3.2 研究方法理论结合实际，先对现场的设备进行了实地的考察，再寻找理论依据，对设备的性能 进行综合考查，选择出既符合理论依据，又可以和实际相匹配上的各个零件，设计出符合 冶金设备现场的传动装置，在此基础上对设备的重要及危险部件进行校核。最后考虑到系 统的正常运转，初步确定了装置的润滑和安装规程。辽宁科技大学本科生毕业设计第4页2横移装置的总体设计方案2.1 横移装置基本形式的选择横移装置的基本形式为双升降装置的横移小车。2.2 横移装置主要部件及运动横移装置的作用是氧枪损坏时，能在最短的时间将其迅速移开，并将备用氧枪送入工 作位置，投入使用。横移装置是由横移小车、小车座架和小车驱动机构三部分组成。每座转炉有两台升降装置分别装置在两台横移小车上，横移小车的运行方式是壁行的。一台横移小车携带氧枪升降装置处于转炉中心操作位置时，另一台处于等待备用位置，每 台都各有独自的驱动装置，为了使横移小车准确地对中转炉的中心，设置了横移对位止动 装置，当行程限位开关将小车停在距炉子中心左右20毫米范围内之后，启动对位止动装置,将其顶杆推入横移小车定位槽中，使横移小车对中。损坏氧枪移走，备用氧枪进入工作位 置，即进入换枪点的工作枪与在预备位置的备用氧枪自动更换，所需时间为4分钟。横移 小车的车体及其载荷的全部重量都由两个行走轮支承，而车体的倾翻力矩则由两个导向辐 形成的一组力偶平衡，所以导向辐的作用是既起导向作用又承受倾翻力。车体由横移小车 电动机驱动，电动机经减速器和开式齿轮将动力传递给行走轮。借行程开关停车，没有刹 闸制动装置。2.3 方案比较由于采用的升降装置形式不同，小车座架的结构和功用也明显不同，氧枪升降装置相 对于横移小车的位置也截然不同。单升降装置的提升卷扬与换枪装置的横移小车是分离配 置的；而双升降装置的提升卷扬则设在横移小车上，随小车同时移动。单卷扬型吹氧装置的主要优点是造价及运转费低。缺点是：1）升降小车在吊具中须人工定位，不能实现换枪远距离操作；2）为避免松绳现象，增加了吹炼辅助时间，更值得注意的是：由于吹氧管-平衡重系 统惯性大，升降机构在起、制动时有明显振动；3）只有一套升降卷扬机，安全可靠性较差。附单升降装置的换枪过程，以便进行全面的比较。单升降装置的换枪过程：1.将损坏 的工作氧枪提升至换枪位置一一这时，吊具的梯形吊架进入升降小车的吊头滚轮运行支承 辽宁科技大学本科生毕业设计第5页槽的豁口中，吊具的挡板与横移小车座架的压板接触；2.继续提升吊具这时，由于吊 具上的挡板受座架上的压板的阻挡不能继续上升，因而通过螺帽吊在挡板上的梯形凸块也 随着停止不动。而吊具架继续上升，由于升降小车吊头上的四个滚轮被托在吊具架上，所 以升降小车带有梯形凹槽的吊头也随之上升，此时吊具架上的部的弹簧被压缩，当吊具的 上的平面与座架上的平面平齐时，升降小车处于可换枪的最高位置，行程开关动作，提升 停止。此时，升降小车吊头上的梯形凹槽与吊具的梯形凸块完全脱离，而且凹槽下缘高于 凸块上缘；3.驱动换枪小车使工作升降自吊具中横向移出，其吊头上滚轮由平面支承转入 到由横移小车座架上的平面支承，直至备用氧枪升降小车进入吊具对中为止。4.放下吊具,备用升降小车吊头的凹槽与吊具的凸块随之嵌合这时备用氧枪即可进入工作。而更换 下来的氧枪及其升降小车则吊挂在旁边座架轨道上。借助于车间专用的电葫芦将损坏的氧 枪自升降小车卸下，运走处理。根据以上方案的比较，本设计采用双卷扬装置横移小车，机动性和安全性更好，特别 是对于大型转炉来说，由于成倍减小了横移小车尺寸，其制造、安装更为方便。辽宁科技大学本科生毕业设计第6页3横移车传动装置的设计3.1 概述传动方案电动机和减速器连为一体,达到机电合一的效果，同时采用开式齿轮进行传动，将动力 传到车轮上,实现了车轮的运转。3.2 横移机构的基本参数横移机构：载重量175KN横移速度4 m/min 横移行程4900 mm减速器（带电机）ZWED 1.5-85-1/473=150 0 rpm（二级直联型卧式摆线 针轮减速器）开式齿轮 模数“2=10,齿数Z=43,Z2=56/3=423.3 电动机的选择由文献3,212-214可知：起动力矩M起的确定起动力矩M起用来克服车轮滚动时的摩擦力矩M摩和车轮起动运动时的惯性力矩 M惯。1）车轮滚动时的摩擦力矩M摩车轮滚动时的摩擦力矩M摩包括车轮与轨面之间的滚动 摩擦力矩，车轮轴承处的摩擦力矩以及车轮轮缘与轨道侧面间的摩擦力矩，即M摩车轮=（K+s）G总夕（3.1）夕一考虑车轮轮缘与轨道侧面间的摩擦所引起的附加阻力矩系数。轨距：490 0 mm,车轮轴距：180 0 mm.装在滚动轴承上的圆柱齿轮按表4-11选取p=2.162;K一车轮与轨面间的滚动摩擦系数。车轮直径：0400,平顶钢轨按表4-12选取K=0.0 5cm;一车轮轴承处的摩擦系数。调心滚子轴承按表4-4选取u=0.0 15;r一车轮釉半径，r=60 mm;所以，=（0.0 5x10-2+0.0 150 x.0 6）x G邙 x 2.162摩牛孑匕 心(0.0 51x0-2+0.0 150 x.0 6)x 1750 0 0 x 2.162=529.69N.m辽宁科技大学本科生毕业设计第7页，%,I T3go2)由 Ma=0,得居 X3435-G总 x 390=0,得耳=19869 N水平方向平衡，得尸2=19869N上水平轮：M摩上水平军轮=住+无勿G邛月一轨距：490 0 mm车轮轴距180 0 mm,装在滑动轴承上的圆柱形齿轮，按表4-11 选取乃=1.43;长一车轮直径：。200,平顶钢轨，按表4-12选取K=0.0 3cm;一滑动轴承，按表4-4选取=0.10;r车轮轴半径：39mm;M趣卜水平弁、=(0.0 3x 10-2+0.1x 0.0 39)x 19869x 1.43/LZJx厂干匕=119.33N.m下水平轮：M摩下水平车轮=区+56总/辽宁科技大学本科生毕业设计第8页p轨距：490 0 mm车轮轴距2340 mm,装在滑动轴承上的圆柱形齿轮，按表4-11 选取夕=1.40;K车轮直径：。200,平顶钢轨，按表4-12选取K=0.0 3cm;瓦Tt动轴承，按表4-4选取w=0.10;r一 车轮轴半径：39mm；M摩下水平轮=(0.0 3x 10-2+0.1x 0.0 39)x 19869x 1.40=116.83N.mM 摩 a=529.69+119.33+116.83=765.85N.m3)惯性力矩M惯 惯性力矩M惯分为两部分：传动机构旋转零件的惯性力矩M1惯及大车 作直线运动加速运动时的惯性力矩M?惯o现分别计算如下：Mir=(1.15-1.25)GQ。%(3.2)惯 375r起2 原动机轴上旋转零件的飞轮矩“0原动机的转速看起一起动时间(s),一般取，起=2-4 s横移速度：4m/minv 4x 10 3车轮转速：n=-=-r/s=0.0 53 r/s=3.18 r/min60 x 2x x 20 0电机转速：3.18x x 473=1474.65r/min1.0 2M巾=(1.15-1.25)GD n,取心,=4s噌 375、起G0D02=365Gnivm/nD2=365x 175000/2x(4/60)2/(1474.65/60)2=234.9W.m2G+Ra GbvR？“2惯二盘田=AC.，A一车牝丰仕g 60 g%总传动比为：A-x 473=463.731.0 2总效率：n=机:XT；联 x机；x轴承3=0.932 x 0.99x 0.952 x O.983=0.7273辽宁科技大学本科生毕业设计第9页M惯乂惯+M2惯二15 Go。“0+G主yR375f起 60卬起7/1.15x 234.99x 1474.65/60 8750 0 x 4/60 x 0.2375x 4 60 x 9.8x 4x 0.7273=5.1 IN.mM曲起动力矩M起二+M惯765.85463.73x 0.7273+5.11=7.38 N.m电动机功率起o 95507.38x 1474.659550 x 0.7273KW=1.57KW由于对于摩擦力矩的计算较为保守，而且考虑到设计手册所给的减速器功率，以及设 备的经济性等方面的综合考虑，可以选择电机的功率为L 5KW.依据以上论断,选取电动机的型号为ZWED1.5-85-1/4733.4 减速器的选择原则1.由电动机直接驱动摆线针轮减速器进行传动，机电合为一体，结构紧凑，体积小，安装方便，可靠性高，使用寿命长。摆线针轮减速器是应用行星传动原理。采用摆线针轮 啮合，行星轮齿廓为变幅外摆线的内侧等距曲线，中心轮齿廓为圆形。具有传动比大，传 动效率高，结构紧凑，体积小，质量轻，故障少，寿命长，运转可靠平稳，噪声低，拆装 方便，容易维护，过载能力强，耐冲击，惯性力矩小等特点。可应用于冶金、矿山石油、化工、船舶、轻工、食品、纺织、印染、制药、橡胶、塑料、起重、运输等行业。2校核由文献4,610-614可知，1）使用条件：从动机：氧枪的横移装置工作时间：断续工作 摆线针轮减 速器输入轴转速:150 0 r/min低速轴转速：3.17r/min输出轴联接方法：联轴器2）选型：选用系数：的=1.0（见表6.72）传动比：六473计算输出转矩7；Tc=975输入功率（K）x传动比x效率v.x,v.o x 1 y/x输入转速（r/min）1.5x 473x 0.93x 0.931500 x 9.8x l.2二 4392.97N.m4510 N.m.因此可选用 ZWED1.5-85-473机型3.5 联轴器的选择1.类型的选择齿式联轴器能传递很大的转矩，并允许有较大的偏移量，安装精度要求不高；但质 辽宁科技大学本科生毕业设计第10页量较大，成本较高，在重型机械中广泛应用。弹性柱销联轴器，具有良好的综合性能，广泛适用于一般的中小功率传动。根据诸上条件，选用LZJ型接中间轴弹性柱销齿式联轴器。2.载荷计算由文献5,22可知，1 27公称转矩T=9.55x l()6x，N.mm=3.83x l()6N.mm,由表 14-1 查得K,=1.5,故由式3.17 A(14-1)得计算转矩为=71.5x 3.83x l06N.mm=5745N.m.aa3.型号的选择从GB/T50 15-1985中查得LZJ型接中间轴弹性柱销齿式联轴器的许用转矩为630 0 N.m,许用最大转速为320 0 r/min.主动端4=65,Y型轴孔4=142,A型键槽；从动端d=50,Y型 轴孔，4=142,A型键槽，即LZJ 以65x 142.1 E450 X1423.6开式齿轮传动的设计由文献6,211-213可知：1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用直齿圆柱齿轮传动2)运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(G810 0 95-88)3)材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为45(调质)，硬度为240 HBS;大齿轮材料为 ZG310-570,硬度为 160 HBS.4)选小齿轮齿数Z1=43,大齿轮Z2=1.3x 43=55.9,取Z2=56.2.按齿轮接触强度设计由设计计算公式(10-9a)进行计算，即(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数K,=1.32)计算小齿轮传递的扭矩尸 i=1.5x 0.93x 0.93x 0.98=1.27KW,辽宁科技大学本科生毕业设计第11页n.=-r/min=3.17r/min1 473t 9.55x l06/9.55x l06x l,27k t _ o_ 1a 6x tT.=-=-N.mm=3.83x 10 N.mm/3.173)选取齿宽系数。,=0.44)由表10-6查得材料的弹性影响系数Z=188.9MPa%5)由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。.I=60 0 MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限=380 MPa6)由式10-13计算应力循环次数1=60,j/z=60 x 3.17x lx(3x 8x 30 0 x 5)=6.847x l06:6.847x 10 6=5.267x 10 62 1.37)由图10-19取接触疲劳寿命系数Kw=090,Khn2=0918)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=l,由下式，得(yH =K=Mimi=090 X MPa=540 MPa S 1F I K/N20 lim2 0-91x 380-c a u on r(yH L=小 m2=-MPa=345.8MPaH 2 S 1（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径代入匕中较小的值(3.4)213x 3.83x 1()6 2.3(188.90A 13345.8；=434.558mm2）计算圆周速度v叫叫 60 x 10 0 0万 x 434.558x 3.17 60 x 10 0 0m/s=0.0 7m/s3）计算齿宽b辽宁科技大学本科生毕业设计第12页b=%-=0.4x 434.558mm=173.823mm4）计算齿宽与齿高比乡 h用将 a,434.558模数 m.=-=10.11mm4 43齿高=2.25 加/=2.25x 10.11=22.75mmb h173.82322.75=7.645）计算载荷系数根据尸0.0 7m/s,7级精度，由图10-8查得动载荷系数储=1。直齿轮Ka=K珈=1;由表查得使用系数K4=l；由表10-4用插值法查得7级精度，小齿轮相对支承对称布置时，Kh13=1.12+0.18，+0.23x 10-3 6=12+0.18x 0.42+0.23x l0-3 x423.283=1.2497由-=7.64,K/加=1.249,查图 10-13得长网=1.40 0;h故载荷系数K=K-KvKHaKH6=1 x 1.0 x 1 x 1.249=1.249 Z1 V 11 I-；-x 0.0 220 9mm=6.84mmV 0.4x 432对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 模数，齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，由齿面接触疲劳强 度所决定的承载能力仅与齿轮直径有关，但为了避免齿数太多，造成加工困难，可将模 数就近圆整为标准值加=10 mm,按接触强度算得的分度圆直径4=428.799mm,算出小 齿轮齿数7 4 428.799-43Z2=1.3x 43=55.9,W(Z2=56这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度又满足了齿根弯曲强度疲劳强 度，而且同时避免了因齿数过多而造成加工的困难。辽宁科技大学本科生毕业设计第14页4.几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d=43x 10=430 mm d2=Z 2m=56x l0=560 mm（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度6=.a=0.2 x 495 mm=99mm取当=99 mm,Bx=10 4 mm由于开式齿轮之间传递的力较小，考虑到材料的充分利用以及现场的考察,可将齿宽定为多二4=50 mm5.结构设计及绘制零件辽宁科技大学本科生毕业设计第15页4主传动轴的校核4.1初步计算轴的计算简图F,=%=2*3.83义1。6 n=i7813.95N4 430-t a n=17813.95x t a n20=6483.75N(b)水平面内的受力图及弯矩图由2乂2=0,得辽宁科技大学本科生毕业设计第16页Fnh x260+Ft x 130=0,17813.95x 130260=890 6.98N尸加2=Fm=890 6.98N(c)垂直面内的受力图及弯矩图由=0FNV x 260 工 x 130=0工 X1302606483.75x 130260=3241.88NFnv1=Fnv=3241.88N(d)合成弯矩图M=fj=J1157.912+421 442=i232.22N.m辽宁科技大学本科生毕业设计第17页(e)扭矩图3830.00N.rnT=3.83X1O6 N.mm=383O.OON.m4.2精确校核辽宁科技大学本科生毕业设计第18页截面IV、D处只受到扭矩的作用，虽然键槽、轴肩所引起的应力集中均将削弱轴的疲 劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面IV、D均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面I和n处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面b处的应力最大。截面I的应力集中的影响和截面n处相近，截 面I处不受扭矩的作用，但轴径小，截面n处虽然轴径最大，但同时承受弯矩和扭矩的作 用，故两处都需要校核。截面b上虽然应力最大。但应力集中不大（过盈配合及键槽引起 的应力集中均在两端），而且这里轴的直径较大，故截面b处也不必校核。n i处既受到扭矩 和弯矩的作用且轴径较小，所以n n i处都是危险截面，都需要校核。截面n左侧抗弯截面系数W按表15-4中的公式计算gO.l/=0.1x 803mm3=5120 0 mm3抗扭截面系数WT=0.2屋=02/=0.2x 803mm3=10 240 0 mm3弯矩”及弯曲应力为30 58A/=1232.22x-X103=682460 N.mm扭矩T及扭转切应力为73830 0 0 0 N.mm-MPa=37.40 MPak k由附表3-8用插值法求出，并取”=0.8纭，于是，得k k上=3.82,二二 0.8x 3.82=3.0 6轴按磨削加工，由附表图3-4得表面质量系数讥0.92辽宁科技大学本科生毕业设计第19页=+-1=3.82+故得综合系数为 4Kr=+-1=3.0 6+-r J-1=3.91 0.92-1=3.150.92又由J3-1及J3-2得碳钢的特性系数%=0.1-0.2,取%=0.1%=0.0 5 0.1,取%=0.0 5所以轴在截面H左侧的安全系数，得275=5.28Kaaa+(pa(Jm 3.91x 13.33+0.1x 0.-.=-.=2 59 k 乙 s.W+o a x3740 2 25.28x 2.59,5.282+2.592=2.33 5=1.3(4.1)截面in右侧抗弯截面系数 W=0.13-0.1x 603mm3=2160 0 mm3抗扭截面系数鹫=0.2d3=0.2x 603mm3=4320 0 mm3 截面III右侧弯矩130 73 M=1232.22x l03 x=54028IN.mm130截面in上的扭矩T=3830 0 0 0 N.mm截面上的弯曲应力6,M 540281=-MPaW 21600=25.0 1MPa截面上的扭转切应力383000043200MPa=88.66MPa轴的材料为45钢，调质处理由表15-1查得Ob=640 MPa,(y_x=275MPa,r_1=155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及%按附表3-2查取,辽宁科技大学本科生毕业设计第20页r 2 D 95因二=一=0.0 33,=1.58d 60 d 60经插值后可查得=2.6,%=1.80又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为qG=0.82,4=0.85故有效应力集中系数按式(附表3-4)为3=1+%1)=1+0.82(2.6 1)=2.31 幻=1+%(%1)=1+0.85(1.8-1)=1.68由附图3-2的尺寸系数%=0.68;由附图3-3的扭转尺寸系数J=0.82轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为 讥=2=0.92轴按未经表面强化处理，即4=1,则按式(13-12)及式(13-12a)得综合系数k(7=!+1=/Bekt=+-=-r S=1.3 V3.162+1.592故可知其安全。辽宁科技大学本科生毕业设计第21页5轴承和键的校核1.轴承受力如图：图5.1轴承受力图轴承的寿命计算:e2=1=3.24192+8.90 7()2=9.48 KN；配合轴径为60 mm时,轴承参数为：e 0.28,当 we时，X=l,工=2.4；当/e时，X=0.67,=3.6；不受轴向力，Fa=0 N；/.X=1,乂=2.4；辽宁科技大学本科生毕业设计第22页:.P=XFr+YiFa(5.1)=1x 9480+2.4x 0=9480 N=9.48 KN轴承的寿命计算公式：=U（0.5x 80.2V-60 x 3.171 9.480 J=643541h；式中：Loh轴承寿命，单位小时；n-轴承的转速，单位r/min；力温度系数；C基本额定动载荷，单位N；-指数，对于球轴承，=3;对于滚子轴承，=10/3P轴承的当量动载荷。轴承要求预计连续工作二十年（每年按360个工作日计）计算预期寿命34=20 x 360 x 24=17280 0 hLoh?Lh故可选用22212型号的轴承，旧型号为3512的轴承调心滚子轴承由一个双滚道的内圈、两列球面滚子、保持架和一个大球面的外圈组成。调心滚子轴承能够自动调心。调心滚子轴承能承受双向轴向载荷，同时也能承受较大的径 向载荷。调心滚子轴承具有自动调心的功能，自动调整因安装条件不良造成的角度偏差的 影响。2.键连接强度的计算由文献6,10 6,可知，普通平键连接的强度条件为Op2Tx i()3k id(5.3)WQp辽宁科技大学本科生毕业设计第23页式中：丁一传递的扭矩，N.m;上一键与轮毂键槽的接触高度，上=0.5,此处为键的高度,mm,=14mm；/键的工作长度，mm,圆头平键/二这里上为键的公称长度，mm;6为键的 宽度，/=Z/)=10 22=88mm;d一轴的直径，mm;Dp一键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压用力，MPa,取为150 MPa。27X103Op=-k id2x 3830 x 1()3 7x 88x 80=135.44 MPa(7p=150 MPa所以键的选择满足强度条件。即为圆头平键：键22又110 G810 96-79。辽宁科技大学本科生毕业设计第24页6横移装置的定位装置和刮渣器的应用行车轮图6.1横移小车定位工作原理图一、横移小车的定位原理如图所示，横移小车的传动装置系安装在厂房平台上，而此 传动装置3安装在横移小车1上，该传动装置无制动器。横移小车1通过上、下水平轮（防 上小车倾翻用）及运行车轮（承载用）被支承在各轨道上。带有喇叭口的定位板2固定在 横移小车上。换枪时，将处于备用位置的横移小车1移向原工作横移小车所在位置，即移 到锁定位置4的正上方，借助行程开关可保证停位精度在20 mm左右。之后，从4内推出 定位辐5,该辐将滑入定位板2的喇叭口而垂直升起，从而辑5从侧面推动横移小车直至 进入槽中止。锁定装置见图，电动机9通过链传动带动滚珠螺旋千斤顶7的顶杆8,由其向上推 出而实现横移小车的准确定位。辽宁科技大学本科生毕业设计第25页1 一定位板$2一定位较:3一导向辕J 4一导向辑导轨I 5底座.6锁定装置摧架，7一滚珠避杆千斤顶t 8一顶杆，9-电动机图6.2锁定装置示意图网当前国内外换枪横移小车的驱动和对位方式，归结起来有以下儿种：(1).利用一般交流电动机驱动，利用极限开关控制横移小车停车；(2).利用高滑差交流电动机驱动。靠硬橡胶板定位。横移小车被橡胶板阻挡时，通过 电动机的过电流反馈，使横移小车电动机停车。(3).液压缸传动，液压自锁。(4).专用的定行程三相交流电动机驱动。(5).电动机齿轮传动，采用行程开关和专用对位止动装置停车定位。上述方案中，由前面已知，当工作位置调整好后，采用液压传动的横移机构可以较好 地工作。但由于车架是焊接结构，使用时间长了容易变形，影响对中，仍有必要配备对位 辽宁科技大学本科生毕业设计第26页止动装置。对于上述电动机传动传动的第一、二方案都不能满意地实现换枪的远距离操作。专用的定行程交流电动机目前国内没生产，而液压缸传动，液压制锁方案还没有经生产实 践检验。最后一种方案是被实践证明行之有效的对位止动装置。这种专用装置结构简单，对位准确，可以保证实现换枪的远距离操作。二、氧气顶吹转炉的自动刮渣器的应用氧枪是顶吹氧气转炉吹氧装置的关键部件之一，它完成向转炉内吹送氧气的工作。吹 炼时，与车间内供养管相连的氧枪由升降装置带动进入炉膛内，在距金属熔池液面一定