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遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）I 1.緒論.1 1.1 連鑄發(fā)展歷史簡介1 1.2 連鑄及連鑄機簡介1 1.2.1 連鑄機的組成.1 1.2.2 連鑄工藝概述.2 1.3 連鑄技術(shù)的優(yōu)越特性4 1.4 鞍鋼連鑄技術(shù)的概況5 1.5 設(shè)計對象5 2、設(shè)計方案評述7 2.1 傳動方案評述7 2.2 三環(huán)減速器評述及其傳動的原理與布置形式7 2.2.1 三環(huán)減速器的特點.8 2.2.2 三環(huán)減速器的不足.9 2.2.3 板坯橫移機的性能參數(shù).9 3、傳動裝置的設(shè)計計算10 3.1 電動機的計算10 3.2 減速機的選擇11 3.3 確定傳動比12 3.3.1 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的選擇和計算.12 4、主要零件的強度計算14 4.1 三環(huán)傳動齒輪副的強度計算特點14 4.2 齒輪的傳動校核計算14 4.2.1 齒輪的材料及性能參數(shù).14 4.2.2 考慮彈性嚙合效應(yīng)的齒輪彎曲疲勞強度的計算.15 4.2.3 彎曲疲勞許用應(yīng)力的確定.17 4.3 軸強度的校核計算19 4.3.1 減速器中輸出軸的校核計算.19 4.3.2 與減速器中輸出軸相連的軸（二）校核計算.22 4.4 軸承的選擇和壽命計算27 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）II 5、鋼絲繩的設(shè)計及計算30 5.1 鋼絲繩的作用30 5.2 鋼絲繩的設(shè)計30 5.3 鋼絲繩的選取30 6、電機與減速器之間聯(lián)軸器的選擇31 7、潤滑與密封的方式32 7.1 設(shè)備潤滑的方式32 7.2 設(shè)備密封的方式32 8、我國鋼鐵工業(yè)的污染現(xiàn)狀與應(yīng)對措施34 8.1 我國鋼鐵工業(yè)環(huán)境污染狀況分析34 8.2 對于鋼鐵工業(yè)污染的應(yīng)對措施35 8.2.1 我國鋼鐵工業(yè)應(yīng)對環(huán)境問題所采取的主要措施.35 8.2.2 推行循環(huán)經(jīng)濟。建立鋼鐵工業(yè)的循環(huán)鏈.35 8.2.3 加快產(chǎn)業(yè)調(diào)整轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式和加快淘汰落后企業(yè)步伐.36 8.2.4 加強鋼鐵王業(yè)環(huán)境保護技術(shù)支撐措施，積極推進鋼鐵工業(yè)清潔生 產(chǎn)技術(shù)建立和完善鋼鐵工業(yè)環(huán)保技術(shù)支撐體系36 結(jié)論37 致謝38 參考文獻39 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）I 板坯連鑄橫移機設(shè)計 摘要 連續(xù)鑄鋼的出現(xiàn)和發(fā)展，大大地縮短了工藝流程，極大地簡化了軋鋼生產(chǎn)的 工藝系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的模鑄坯-初軋開坯相比、省去了脫模、整模、均熱初軋和連 軋開坯等一系列工序和對應(yīng)的設(shè)備。這不僅明顯降低了能耗，并且大大節(jié)省了設(shè) 備投資和生產(chǎn)投資。 本設(shè)計通過大量的實地調(diào)研、現(xiàn)場學(xué)習(xí)、仔細詢問觀看、大量查閱資料，對 連鑄機相關(guān)設(shè)備板坯橫移機的結(jié)構(gòu)與性能有了一個深入的認識。 并運用自己所學(xué) 的知識，從動力學(xué)、機械原理等諸多方面對連鑄機中的板坯橫移機進行設(shè)計，主 要對電機、減速器以及鋼絲繩的進行了選取，對部分齒輪與軸進行了校核，并對 連鑄機的發(fā)展歷史與鋼鐵行業(yè)的污染與治理進行了一定的了解與研究。 關(guān)鍵詞：連鑄，改良，板坯質(zhì)量，板坯橫移機 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）II Slab continuous casting and transverse moving design Abstracts The emergence and development of continuous casting steel greatly shortened process, greatly simplifies the system of steel rolling production process, from the traditionalmoldcasting-bloomingsufficientlycompared,eliminatingthe demoulding, at the beginning of the whole mold, soaking rolling and rolling breakdown and a series of process and the corresponding equipment. This not only significantlyreducestheenergyconsumption,andgreatlysavesequipment investment and production. This design through a lot of field investigation, field study, carefully ask to watch, a large number of data access, the structure of the slab continuous caster related equipment horizontal moving and have a deep understanding of performance. And use their learned knowledge, from many aspects, such as dynamics, mechanical principles to design of the slab continuous caster horizontal moving, main motor, reducer, And on the development history of continuous casting machine and steel industry pollution and the knowledge and research. Keywords:continuous casting, improved, the quality of the slab, the slab transverse moving 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）III 目錄 1.緒論.1 1.1 連鑄發(fā)展歷史簡介1 1.2 連鑄及連鑄機簡介1 1.2.1 連鑄機的組成.1 1.2.2 連鑄工藝概述.2 1.3 連鑄技術(shù)的優(yōu)越特性4 1.4 鞍鋼連鑄技術(shù)的概況5 1.5 設(shè)計對象5 2、設(shè)計方案評述7 2.1 傳動方案評述7 2.2 三環(huán)減速器評述及其傳動的原理與布置形式7 2.2.1 三環(huán)減速器的特點.8 2.2.2 三環(huán)減速器的不足.9 2.2.3 板坯橫移機的性能參數(shù).9 3、傳動裝置的設(shè)計計算10 3.1 電動機的計算10 3.2 減速機的選擇11 3.3 確定傳動比12 3.3.1 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的選擇和計算.12 4、主要零件的強度計算14 4.1 三環(huán)傳動齒輪副的強度計算特點14 4.2 齒輪的傳動校核計算14 4.2.1 齒輪的材料及性能參數(shù).14 4.2.2 考慮彈性嚙合效應(yīng)的齒輪彎曲疲勞強度的計算.15 4.2.3 彎曲疲勞許用應(yīng)力的確定.17 4.3 軸強度的校核計算19 4.3.1 減速器中輸出軸的校核計算.19 4.3.2 與減速器中輸出軸相連的軸（二）校核計算.22 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）IV 4.4 軸承的選擇和壽命計算27 5、鋼絲繩的設(shè)計及計算30 5.1 鋼絲繩的作用30 5.2 鋼絲繩的設(shè)計30 5.3 鋼絲繩的選取30 6、電機與減速器之間聯(lián)軸器的選擇31 7、潤滑與密封的方式32 7.1 設(shè)備潤滑的方式32 7.2 設(shè)備密封的方式32 8、我國鋼鐵工業(yè)的污染現(xiàn)狀與應(yīng)對措施34 8.1 我國鋼鐵工業(yè)環(huán)境污染狀況分析34 8.2 對于鋼鐵工業(yè)污染的應(yīng)對措施35 8.2.1 我國鋼鐵工業(yè)應(yīng)對環(huán)境問題所采取的主要措施.35 8.2.2 推行循環(huán)經(jīng)濟。建立鋼鐵工業(yè)的循環(huán)鏈.35 8.2.3 加快產(chǎn)業(yè)調(diào)整轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式和加快淘汰落后企業(yè)步伐.36 8.2.4 加強鋼鐵王業(yè)環(huán)境保護技術(shù)支撐措施，積極推進鋼鐵工業(yè)清潔生 產(chǎn)技術(shù)建立和完善鋼鐵工業(yè)環(huán)保技術(shù)支撐體系36 結(jié)論37 致謝38 參考文獻39 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 1 頁 1.緒論 1.1 連鑄發(fā)展歷史簡介 回顧鑄造鋼鐵的發(fā)展歷史，在以前的很長時間內(nèi)，鑄鋼都是通過模鑄法澆鑄 成鋼錠，再經(jīng)初軋機，開坯軋機軋制成鋼坯，然后經(jīng)過加熱通過軋機軋制成各種 鋼材。這種傳統(tǒng)的從鋼水到鋼坯的生產(chǎn)方法叫做模鑄開坯法。20 世紀 50 年代， 鋼鐵工業(yè)出現(xiàn)了一種新的澆鑄方法，這就是連鑄法。相對于原來在鋼鐵生產(chǎn)中一 直占統(tǒng)治地位的“模鑄-開坯”工藝，連鑄技術(shù)使 冶煉生產(chǎn)的效率與鑄坯的質(zhì)量 大大提高。 亨利貝塞麥是提出連鑄思想的第一人。他在 1858 年鋼鐵協(xié)會倫敦會議的 論文模鑄不如連鑄中提出了這一設(shè)想，但一直到 20 世紀 40 年代，連鑄工藝 才實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。在這一段時間內(nèi)，由于鋼的高熔點和高導(dǎo)熱率等原因，研究人 員遇到了許多問題。在連續(xù)鑄鋼開始出現(xiàn)時，最先使用的是立式連鑄機。這種連 鑄機有一個用彈簧固定的結(jié)晶器，產(chǎn)量通常很低，且因為鋼與結(jié)晶器粘結(jié)，漏鋼 并不少見。振動結(jié)晶器的想法應(yīng)歸功于德國人 Seigfried Junghans，他首創(chuàng)了有色 金屬的連續(xù)鑄造。1952 年，英國巴羅鋼廠將這個概念引入煉鋼領(lǐng)域，當時使用 的是德國曼內(nèi)斯曼提供的直結(jié)晶器立式連鑄機。這便是工業(yè)化連續(xù)鑄鋼的開端。 由于技術(shù)上的缺陷，連續(xù)鑄鋼長期以來一直局限在電爐鋼廠內(nèi)，大型鋼鐵聯(lián)合企 業(yè) 1970 年才開始生產(chǎn)連鑄板坯。借助科學(xué)理論對凝固現(xiàn)象的深入了解推動了連 鑄的發(fā)展。到了八十年代，連鑄技術(shù)作為主導(dǎo)技術(shù)逐步完善，并在世界各地主要 產(chǎn)鋼國得到大幅應(yīng)用， 到了九十年代初， 世界各主要產(chǎn)鋼國已經(jīng)實現(xiàn)了 90%以上 的連鑄比。今天，在這些煉鋼工藝中，比重最大的是氧氣煉鋼，占到了 63.3%， 相比之下，電爐和平爐分別占 33.1%和 3.6%。 1.2 連鑄及連鑄機簡介 1.2.1 連鑄機的組成 連鑄機結(jié)構(gòu)組成如圖 1.1 所示 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 2 頁 圖 1.1 連鑄機結(jié)構(gòu)組成圖 盛鋼桶運載裝置：運載、支撐：澆注車、鋼包回轉(zhuǎn)臺（快速更換，多爐連 鑄） 中間包：鋼包和結(jié)晶器之間用來接受鋼液的過渡裝置 中間包運載裝置：支撐、運輸、更換中間包；中間包車、中間包回轉(zhuǎn)臺 結(jié)晶器：水冷鋼模 結(jié)晶器振動裝置：上下往復(fù)運動 二次冷卻裝置：噴水冷卻裝置+鑄坯支撐裝置 拉坯矯直機在澆鑄過程之克服鑄坯與結(jié)晶器及二冷區(qū)的阻力， 順利地將鑄 坯拉出，并對弧形鑄坯進行矯直 引錠裝置：“活底”，引錠頭+引錠桿 切割裝置：定尺長度 鑄坯運出裝置：輥道、推鋼機、冷床 1.2.2 連鑄工藝概述 連鑄的生產(chǎn)工藝流程： 將裝有精煉好鋼水的鋼包運至回轉(zhuǎn)臺，回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動到澆注位置后，將鋼水注 入中間 包，中間包再由水口將鋼水分配到各個結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機的 核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅 速凝固結(jié)晶。拉矯機與結(jié)晶振動裝置共同作 用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一 定長度的板坯 板坯連鑄工藝流程圖如圖 1.2 所示。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 3 頁 圖 1.2 板坯連鑄工藝流程圖 立式連鑄機：結(jié)晶器、二冷段、拉坯和剪切沿垂直方向排列。 優(yōu)點：無彎曲變形、冷卻均勻，裂紋少。 夾雜物容易上浮。 缺點：設(shè)備高，建設(shè)費用大。 鋼液靜壓大，容易產(chǎn)生鼓肚。 立彎式連鑄機 結(jié)晶器下有垂直段，鑄坯通過拉坯輥后（鋼水完全凝固或接近完全凝固，用 頂彎機使鑄坯彎曲，進入圓弧段。 優(yōu)點：機身高度比立式低。 有垂直段，夾雜物容易上浮且分布均勻。 水平出坯，可以適當加長機身，鑄坯煩人定尺不受限制。 缺點：鑄坯在一點彎曲，一點矯直，容易形成裂紋。 要求完全凝固矯直，限制了生產(chǎn)率。 帶直線段的弧形連鑄機 特點：有垂直段，夾雜物容易上浮，具有立彎式連鑄機的優(yōu)點。 多點彎曲，減少應(yīng)力集中，裂紋少。 可在未完全凝固進入弧形段，可提高生產(chǎn)率，增大拉速。 分為弧形結(jié)晶器和直結(jié)晶器兩種 優(yōu)點：機身高度為立式連鑄機的 1/21/3，占地面積和立彎式相同，基建 費用低。 鋼液靜壓小，鼓肚、裂紋等缺陷少。 加長機身容易，可高速澆筑，生產(chǎn)率高。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 4 頁 缺點：機器設(shè)備占地面積較立式大。 內(nèi)弧夾雜物容易集聚。 直結(jié)晶器在出口處為弧形和直線切點，容易漏鋼。 橢圓型連鑄機（超低頭連鑄機） 優(yōu)點：機身高度低，廠房高度降低 。 多次變形，每次變形量不大，鑄坯質(zhì)量好。 鋼液靜壓小，坯殼鼓肚量小，質(zhì)量好。 缺點：結(jié)晶器內(nèi)夾雜物不能上浮分離，且內(nèi)弧集聚。 多半徑，連鑄機的對弧、安裝、調(diào)整困難、設(shè)備較復(fù)雜。 水平連鑄機 優(yōu)點：高度僅為立式連鑄機的 1/10 節(jié)約基建費用。 鑄坯質(zhì)量高。 安全可靠性好。 1.3 連鑄技術(shù)的優(yōu)越特性 連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展是當代鋼鐵工業(yè)發(fā)展的一個非常引人注目的動向， 連鑄 之所以發(fā)展迅速，主要是它與傳統(tǒng)的鋼錠模澆鑄相比具有較大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越 性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 簡化生產(chǎn)工序 由于連鑄可以省去初軋開坯工序，不僅節(jié)約了均熱爐加熱的能耗，而且也縮 短了從鋼水到成坯的周期時間。 近年來連鑄的主要發(fā)展之一是澆鑄接近成品斷面 尺寸鑄坯的趨勢，這將更會簡化軋鋼的工序。 提高金屬的收得率 采用鋼錠模澆鑄從鋼水到成坯的收得率大約是 8488%，而連鑄約為 95 96%，因此采用連鑄工藝可節(jié)約金屬 712%，這是一個相當可觀的數(shù)字。日本鋼 鐵工業(yè)在世界上之所以有競爭力， 其重要原因之一就是在鋼鐵工業(yè)中大規(guī)模采用 連鑄。從 1985 年起日本全國的連鑄比已超過 90%。對于成本昂貴的特殊鋼，不 銹鋼，采用連鑄法進行澆鑄，其經(jīng)濟價值就更大。我國的武漢鋼鐵公司第二 煉鋼 廠用連鑄代替模鑄后，每噸鋼坯成本降低約 l70 元，按年產(chǎn)量 800 萬噸計 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 5 頁 算，每年可收益約 13.5 億元。由此可見，提高金屬收得率，簡化生產(chǎn)工序?qū)?獲得可觀的經(jīng)濟效益。 節(jié)約能量消耗 據(jù)有關(guān)資料介紹，生產(chǎn) 1 噸連鑄坯比模鑄開坯省能 6271046KJ，相當于 21.435.7kg 標準煤，再加上提高成材率所節(jié)約的能耗大于 100kg 標準煤。按 我國目前能耗水平測算，每噸連鑄坯綜合節(jié)能約為 130kg 標準煤。 改善勞動條件，易于實現(xiàn)自動化 連鑄的機械化和自動化程度比較高，連鑄過程已實現(xiàn)計算機自動控制，使操 作工人從笨重的體力勞動中解放出來。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化水 平的提高，電子計算機也用于連鑄生產(chǎn)的控制，除澆鋼開澆操作外，全部都由計 算機控制。例如我國寶鋼的板坯連鑄機，其整個生產(chǎn)系統(tǒng)采用 5 臺 PFU 一 1500 型計算機進行在線控制，具有切割長度計算，壓縮澆鑄控制、電磁攪拌設(shè)定、結(jié) 晶器在線調(diào)寬、質(zhì)量管理、二冷水控制、過程數(shù)據(jù)收集、鑄坯、跟蹤、精整作業(yè) 線選擇、火焰清理、鑄坯打印標號和稱重及各種報表打印等 3l 項控制功能。 鑄坯質(zhì)量好 由于連鑄冷卻速度快、連續(xù)拉坯、澆鑄條件可控、穩(wěn)定，因此鑄坯內(nèi)部組織 均勻、致密、 偏析少、性能也穩(wěn)定。用連鑄坯軋成的板材，橫向性能優(yōu)于模鑄， 深沖性能也好，其他性能指標也優(yōu)于模、 鑄。近年來采用連鑄已能生產(chǎn)表面無 缺陷的鑄坯，直接熱送軋成鋼材。 1.4 鞍鋼連鑄技術(shù)的概況 設(shè)計規(guī)模：一煉鋼廠；一機一流厚板坯連鑄機 1998 年 7 月 18 日開工建設(shè)；2003 年 3 月 22 日建成投產(chǎn)； 設(shè)計能力：120 萬噸每年 鑄坯斷面：（230mm300mm）x(1650mm2000mm) 品種結(jié)構(gòu)：X60X80 管線、高強船板、壓力容器、竣工、優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼坯等。 1.5 設(shè)計對象 隨著連鑄在冶金工業(yè)的不斷推廣，各個冶金企業(yè)的連鑄比在迅速提高，連鑄 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 6 頁 的投產(chǎn)是冶金企業(yè)必然趨勢，隨著生產(chǎn)節(jié)奏的日益加快，連鑄能否順利達產(chǎn)，直 接關(guān)系到鋼廠的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益， 這樣對連鑄機各個環(huán)節(jié)的運行可靠性提出 更高的要求，橫移機是連鑄機的一個重要組成部分，它將拖動橫移小車將每個流 的鑄坯輸送到冷床上面進行下線。 橫移機分手動和自動兩種方式， 手動方式是通過操作控制盤上的按鈕進行手 動定位，將每個流的鑄坯運輸?shù)嚼浯驳奈恢茫鹤詣臃绞绞敲總€流的鑄坯到達五組 輥道后先進行打號和試樣切割，橫移機自動啟動，先到達 4 流，然后 4 流的五組 輥道降到低位，此時啟動橫移機繼續(xù)向前運動到達 3 流輥道，依次類推，將 4 個流的鑄坯運輸?shù)嚼浯驳奈恢么藭r冷床生氣， 橫移機快速返回到原始位橫移機室 友公共部分 PLC 控制的，首先由主治塊 OB1 調(diào)用各個程序塊，橫移機有程序塊 PB81，PB82，PB83 控制的“PB81 主要實現(xiàn)橫移機前后驅(qū)動功能”在橫移機 Q 前 后運動的過程中有快速！慢速！爬行三種方式：PB82 主要實現(xiàn)橫移機的定位功 能，通過橫移機編碼器傳輸給 IP240 模板，IP240 的第二個通道通過內(nèi)部功能塊 FB176，F(xiàn)B168，F(xiàn)X16，F(xiàn)X75，F(xiàn)X76，F(xiàn)X77，F(xiàn)X78，F(xiàn)X79 計算橫移機運行的長度： FB83 是判斷中間標志的狀態(tài)，控制相應(yīng)的動作，橫移機的區(qū)董事由 VC 變脾氣控 制的采用 AC-DC-AC 模式控制。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 7 頁 2、設(shè)計方案評述 2.1 傳動方案評述 連鑄機板坯橫移機采用小車走行，軌道升降式傳動，其傳動裝置中減速器采 用了現(xiàn)今比較先進的三環(huán)減速器，有又由于其采用橫移小車運行，要求板坯連續(xù) 不斷的運動，因此，本設(shè)計采用鋼繩作為傳動戒指，其大大吸收了能量，緩沖了 動載荷，從而保證了生產(chǎn)正常穩(wěn)定的運行。 2.2 三環(huán)減速器評述及其傳動的原理與布置形式 三環(huán)是齒輪減速器在普通少齒差行星減速器基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型傳送裝 置，它是由我國重慶鋼鐵設(shè)計研究院的陳宗源高級工程師 1985 年提出的一種特 殊形式的少齒差行星減速器。 三環(huán)傳動的基本傳動原理如圖 2.1 所示，它由平行四邊形機構(gòu)和齒輪機構(gòu)組 成。 輸入軸和支承軸上安裝有偏心套，充當平行四邊形機構(gòu)的曲柄軸；內(nèi)齒輪 一般做成環(huán) 板形式，作為平行四邊形機構(gòu)的連桿；外齒輪與輸出軸固聯(lián)或做成 一體。運行時，由 輸入軸和支承軸帶動內(nèi)齒環(huán)板作平動，再通過內(nèi)、外齒輪嚙 合，由輸出軸輸出動力。 圖 2.1 三環(huán)傳動基本原理 當平行四邊形機構(gòu)的連桿運動到與曲柄共線的兩個位置（0和 180）時， 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 8 頁 機構(gòu)的運動不確定。一般把這種運動不確定位置稱為死點位置。為了克服機構(gòu)在 死點位 置的運動不確定，最常用的作法是采用三相平行四邊形機構(gòu)并列布置， 各相機構(gòu)之間 互成 120的相位角，如圖 1.2 所示。這樣當某一相平行四邊形 機構(gòu)運動到死點位置 時，由其它兩相機構(gòu)傳遞動力，克服死點，這也是三環(huán)減 速器名稱的由來。 機構(gòu)中有動力輸入的曲柄軸稱為輸入軸，無動力輸入的曲柄軸稱為支撐軸， 根據(jù)輸入軸、支承軸和輸出軸之間不同的位置關(guān)系，三環(huán)傳動有以下兩種基本形 式： 對稱式：輸入軸和支承軸相對于輸出軸對稱布置，如圖 2.2(a) 所示； 偏置式：輸入軸和支承軸位于輸出軸的同側(cè)布置，如圖 2.2(b) 所示 對于兩種不同的布置形式，在相同的技術(shù)參數(shù)下，對稱布置的三環(huán)減速器的 受力性能較佳，是目前普遍應(yīng)用的不拘形式：而片知識三環(huán)傳動主要是在早期仿 照普通二級減速器設(shè)計理論而采用的不拘形式，棲真洞、噪聲都較大，目前以基 本淘汰。 圖 2.2（a）對稱式三環(huán)傳動圖 2.2（b） 偏置式三環(huán)傳動 2.2.1 三環(huán)減速器的特點 由于三環(huán)減速機結(jié)構(gòu)上的特點，和傳統(tǒng)的減速機相比，三環(huán)減速機有如下 的優(yōu)點： 1.承載能力強:傳動的內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)差少(一般為 1 一 3)，且為內(nèi)齒輪傳 動。內(nèi)齒輪具有較高的接觸強度，且輪齒受載后，由于彈性變形使原來沒有接觸 的齒也進入接觸，因而承載齒數(shù)多。 2.傳動比大:單級傳動的傳動比可達 11 一 99，雙級傳動比達 9801。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 9 頁 3.結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊:三環(huán)減速機與普通減速機相比， 箱體結(jié)構(gòu)大大簡化。 另外， 與其它的少齒差行星減速機相比，省略了頗為復(fù)雜的輸出機構(gòu)，因而使得其結(jié)構(gòu) 簡單、緊湊。 4.加工制造簡單，成本低:無需特殊材料和特殊的熱處理，其各軸平行布置， 易損件少，因而使其加工、制造簡單，制造成本低。 5.適應(yīng)性廣:根據(jù)不同的應(yīng)用場合，可以制成臥式、立式、法蘭聯(lián)結(jié)式等各種 結(jié)構(gòu)形式。還可以和普通齒輪傳動組成組合傳動，既可以單軸驅(qū)動，又可以雙軸 驅(qū)動，可以適應(yīng)各種不同的工程應(yīng)用場合。 由于內(nèi)齒行星齒輪減速器有如上這些獨特的優(yōu)點， 我國已經(jīng)將其列為國家重 點推廣的新產(chǎn)品，冶金工業(yè)部也已經(jīng)制訂了部頒標準。目前在許多行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng) 得到了廣泛的應(yīng)用， 但是因其問世時間較短， 一些理論和實際問題尚未圓滿解決， 制約了其性能的發(fā)揮。 2.2.2 三環(huán)減速器的不足 1.設(shè)計理論缺乏：內(nèi)齒行星齒輪減速器問世時間短，對其受力狀況和動力學(xué) 特性 的研究還有待深入，故而目前還缺乏完善的設(shè)計理論基礎(chǔ)。 2.應(yīng)用范圍有待推廣：目前內(nèi)齒行星齒輪減速器一般應(yīng)用于建筑、冶金等行 業(yè)， 并且大多工作在低速、精度要求很低的情況下。但是，三環(huán)減速器的實際 性能不止于 此，具有很大的提升空間，有望代替普通減速器用于中、低速和一 般精度的場合。 2.2.3 板坯橫移機的性能參數(shù) 型式：小車走行，軌道升降式三環(huán)減速器：TRCI 400-623-120a 小車數(shù)量：5鋼繩型號：6x19-21.5-1550-I-甲鍍 橫移距離：27m斷面積：201.35mm2 運行速度：60m/min 升降行程：150mm 電機：SIEMENS 1LA5 220-4AA-Z-H64 額定轉(zhuǎn)速：n=1470r/min 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 10 頁 3、傳動裝置的設(shè)計計算 3.1 電動機的計算 橫移機的工作特點是低速、重載、往復(fù)的運動?？紤]到橫移機的傳動裝置為 三環(huán)減速器，因此為了滿足橫移機的工作特點以及橫移小車的平穩(wěn)運行，所以采 用三相異步式電動機。此外考慮到減速機的結(jié)構(gòu)特點，只采用單電動機傳動即可 滿足使用要求。 電動機所需的工作功率為： KW m P P w r * a （3.1） Pr工作機所需的工作功率，指工作機主動端所需功率，KW； a由電動機至工作機主動端的總效率； m 電動機個數(shù)。 工作機所需的工作效率 Pr ，應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)（線速度或轉(zhuǎn)速、 角速度）計算求得，按下式計算： KW Fv P w 1000 （3.2） F工作機的工作阻力，N； v工作機的小車速度，m/s。 傳動裝置的總效率a應(yīng)為組成傳送裝置的各個部分運動副效率之乘積，即 a=123n 其中： 1、2、3、 n分別為傳動裝置中每對運動副或傳動副 （如聯(lián)軸器、 齒輪傳動、帶傳動、滾動軸承及卷筒等）的效率。 軸承及聯(lián)軸器的概略值為： 滾動軸承（每對）0.980.995 滑動軸承（每對）0.970.99 圓柱齒輪傳動（每對）0.960.98 彈性聯(lián)軸器0.990.995 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 11 頁 齒輪聯(lián)軸器0.990.995 萬向聯(lián)軸器0.970.99 具有中間可動元件的聯(lián)軸器0.970.99 根據(jù)設(shè)計情況分別選擇為以下數(shù)值： 聯(lián)=0.99齒=0.97軸承=0.98 故： a=聯(lián)*齒 2* 軸承 3=0.99*0.972*0.983 （3.3） 工作機所受最大運行阻力為： D f GQFm d2 )( =N74882* 300 140*015. 0*3 . 0*2 *)10*5*2 . 110*5 .35( 44 （3.4） Q最大載荷 N；G5 臺小車自重，N；f滾動摩擦系數(shù)，取 f=0.3； 車輪摩擦系數(shù)，取=0.015；d小車軸承直徑，mm； D小車車輪直徑，mm。 工作機所需功率： 由于 v=60m/min KW vF P m w 6 . 8 1*87 . 0 *1000 1*7488 m*1000 a （3.5） 考慮動負荷的電機功率： kwPkdP i 181 . 92 （3.6） 根據(jù)計算并考慮國外計算方法選電機為： SIEMENS 電機 型號 1LA5 220-4AA-Z-H46，N=37kw，n=1470r/min 3.2 減速機的選擇 由于運行速度 V=60m/min，卷筒直徑為 0.8m 則卷筒轉(zhuǎn)速為： 9 . 23 8 . 014. 3 60 D V n 卷（3.7） 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 12 頁 則減速器速比為： 5 . 61 9 . 22 1470 卷 n n i （3.8） 則根據(jù)電機功率和速比選減速機為： 三環(huán)減速機，型號：TRL1400-62.3-120a，i=62.3，a=120mm 則實際卷筒轉(zhuǎn)數(shù)為： min/ 6 . 23 3 . 62 1470 r i n n 實 實 （3.9） 實際運行速度為： min/ 3 . 59 6 . 238 . 014. 3rDnV（3.10） 故滿足要求 3.3 確定傳動比 考慮到本設(shè)計中橫移機的結(jié)構(gòu)特性及負載承受能力， 設(shè)計中采用單電機傳動 作為動力就可以滿足橫移機的正常使用。 3.3.1 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的選擇和計算 0 軸（電動機軸）： P0=37kwn0=1470r/min n P T 0 6 0 105 . 9（3.11） 1470 37 1055 . 9 6 mmN10 3 . 214 3 軸（減速器輸入軸）： kw89.3599 . 0 98 . 0 37 01 聯(lián)軸 PP（3.12） min/1470 01 rnn 1 1 6 1 1055 . 9 n p T 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 13 頁 1470 9 . 35 1055 . 9 6 mmN 3 1023.233 軸（輸出軸）： kw12.3497 . 0 98 . 0 89.35 12 齒軸 PP（3.13） min/60.23 3 . 62 1470 1 2 r i n n（3.14） 2 2 6 2 1055. 9 n P T 6 .23 12.34 1055 . 9 6 mmN 6 1080.13 軸（與減速器相連的工作軸）： kw10.3398 . 0 99 . 0 12.34 23 軸聯(lián) PP（3.15） min/60.23 23 rnn 3 3 6 3 1055 . 9 n P T 60.23 10.33 1055 . 9 6 mmN 6 1040.13 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 14 頁 4、主要零件的強度計算 4.1 三環(huán)傳動齒輪副的強度計算特點 三環(huán)傳動為少齒差嚙合行星傳動，其外齒輪和內(nèi)齒輪齒廓的曲率半徑 P0=P2 非常接近，根據(jù)赫茲公式，齒面不發(fā)生解除疲勞強度條件為： H n H EE L F 2 2 2 1 2 1 11 1 （4.1） 式中：齒面接觸應(yīng)力； H 許用接觸應(yīng)力； H ； 算載荷；作用在齒輪上的法向計 n F 21 111 mm ），率半徑（嚙合點兩齒廓的綜合曲（負號用于內(nèi) 嚙合），合點處齒廓曲率半徑；分別為外、內(nèi)齒輪在嚙 21, 彈性模量外齒輪和內(nèi)齒輪材料的 21/ E E； 泊松比。外齒輪和內(nèi)齒輪材料的 21/ 由于三環(huán)傳動內(nèi)、外齒輪齒數(shù)差黑校，其齒輪副齒廓半徑 1 、 2 極為接近， 由上式可知其接觸應(yīng)力很小，所以在計算齒輪副的強度時不必考慮其解除強度， 而只需計算其齒根彎曲強度即可。 4.2 齒輪的傳動校核計算 4.2.1 齒輪的材料及性能參數(shù) （1）齒輪材料為 35CrMn，調(diào)制處理，硬度為 207269HR，精度等級為 8 級。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 15 頁 （2）齒輪參數(shù) 齒輪模數(shù)：mn=6； 齒數(shù)；Z1=61，Z2=62； 螺旋角： 0； 分度圓直徑： 外齒輪：d1=366mm；內(nèi)齒輪 d2=372mm； 齒寬：B=300mm； 齒形角： 20。 4.2.2 考慮彈性嚙合效應(yīng)的齒輪彎曲疲勞強度的計算 在本章 4.1 部分，已指出三環(huán)傳動中齒輪副的齒面接觸疲勞強度不是主要矛 盾，顧只計算器彎曲強度。 考慮到三環(huán)傳動之存在由彈性變形引起的彈性嚙合效應(yīng)， 在進行三環(huán)減速器 齒輪的齒根彎曲強度計算事， 應(yīng)該計入彈性嚙合效應(yīng)系數(shù) Kp。 肯局表 35.2-22 【2】 ， 齒輪的齒根彎曲強度的校驗公式應(yīng)為： 111 1 1 1 2 FSF PF F YYY mBd TKK （4.2） 2 11 22 12F SF SF FF YY YY （4.3） 式中： 1F 、彎曲應(yīng)力；外齒輪和內(nèi)齒輪的齒根 2F 1F 、彎曲應(yīng)力；外齒輪和內(nèi)齒輪的許用 2F 載荷系數(shù)； F K 彈性嚙合效應(yīng)系數(shù)； P K； ；單相齒輪副傳遞的轉(zhuǎn)矩 1 T ；單相齒輪副的承載寬度B 外齒輪分度圓直徑； 1 d 齒輪副模數(shù)；m 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 16 頁 1F Y 、系數(shù)外齒輪和內(nèi)齒輪的齒形 2F Y； 1S Y 、修正系數(shù)外齒輪和內(nèi)齒輪的應(yīng)力 2S Y； 垂直度系數(shù) Y。 載荷系數(shù)的計算 其中載荷系數(shù)的的計算公式為： K KKKK VA （4.4） 式中：使用系數(shù) A K； 動載系數(shù) v K； 齒向載荷分布系數(shù) K； 齒間載荷分配系數(shù) K。 電動機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由表 5-2 【4】取 KA=1； 由圖 5-4 【4】，得 Kv=1.42； 由表 35.2-30 【2】查得， 1 . 1 KK 又由表 35.2-6 【2】可知齒輪全齒高計算公式： mmhhh25 . 2 10 （4.5） 625 . 2 mm 5 . 13 可得81.14 5 . 13 200 h b 由此查圖 10-13 【1】可得： 26 . 1 K 則 K KKKK VA （4.6） 126 . 1 42 . 1 1 968 . 1 齒形齒數(shù)計算 由表 35.2-20 【1】可查得 66. 2,96. 3 21 FF YY 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 17 頁 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖 35.2-24 【2】可查得 12 . 1 ,74 . 1 21 SS YY 彈性嚙合效應(yīng)系數(shù) 由圖 35.2-31 【2】可查得 6 . 0 K 單相齒輪副傳遞的轉(zhuǎn)矩 mmNT 6 1 1080.13 由式 4.1 可算出外齒輪齒根彎曲應(yīng)力 YYY mBd TKK SF PF F11 1 1 1 2 （4.7） 174 . 1 92 . 3 6366200 10 6 . 123 . 0968 . 1 2 6 Mpa25.253 由式 4.2 可算出內(nèi)齒輪彎曲應(yīng)力 11 22 12 SF SF FF YY YY （4.8） 74 . 1 92 . 3 12 . 1 66 . 2 25.253 Mpa61.110 4.2.3 彎曲疲勞許用應(yīng)力的確定 由式 35.2-22 【2】得彎曲疲勞許用應(yīng)力： XN F STF F YY S Y min lim （4.9） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值： 由圖 35.2-27 【2】查得齒根彎曲疲勞極限 limF =285Mpa； 彎曲疲勞計算的最小安全系數(shù)由式 3=23 【12】可查得 2 . 1 lim F S； 齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)由文獻2.35-54可查得2 ST Y； 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 18 頁 尺寸系數(shù)由式 3-22-3 【12】可查得 75 . 0 X Y； 彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù) N Y 。 齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 8 1049 . 2 )2436520(167.236060 h njLN（4.10） 式中：1j嚙合的次數(shù)，取齒輪每轉(zhuǎn)一周同一齒面j; h齒輪的工作壽命， h L。 所以由圖 35.2-28 【2】查得 99 . 0 N Y。 根據(jù)各項系數(shù)代入上式可得 Mpa F 25.365 2 . 1 75 . 0 99 . 0 2852 可以看出 Mpa FF 92.10025.365 2 故安全 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 19 頁 4.3 軸強度的校核計算 4.3.1 減速器中輸出軸的校核計算 （1）軸上輸入功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T，如下： P=34.12kw n=23.60r/min T=13.81x106Nmm （2）求作用在齒輪上的里 已知齒輪的分度圓直徑 d=372mm 則可得出軸上所受的力為： N d T F 3 6 1019.74 372 10 8 . 1322 （4.11） NFFt 33 1 1083.27 14cos 20tan 1019.74 cos tan （4.12） NFF 33 1 1040.1814tan1019.74tan （4.13） （3）求軸上載荷 支撐點跨距為： mmbaL494247247（4.14） 水平面支反力： 由得, 0 2 M N L aF FNH 3 3 1 1 1085.37 494 2471019.74 （4.15） N L bF FNH 3 3 1 2 1085.37 494 2471019.74 （4.16） 垂直面的支反力： N d FM aa 33 103422 2 372 10 4 . 18 2 （4.17） 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 20 頁 圖 4.1 彎矩扭矩圖 由，得 承 0 1 M： N MF F at NV 3 33 2 1099 . 6 494 10 8 . 31242471083.27 494 247 （4.18） NFFF NVtNV 333 21 1084.201099 . 6 1083.27 （4.19） （4）作彎矩轉(zhuǎn)矩圖如圖 4.1 所示 水平面彎矩 mmN L baF M t H 3 3 1047.9162 494 2472471019.74 （4.20） 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 21 頁 垂直面彎矩 mmNaFM NVV 33 11 1048.51472471084.20（4.21） mmNbFM NVV 33 22 1053. 6 （4.22） 合成彎矩 2 1 2 1VH MMM（4.23） 2 3 2 3 1048.51471047.9162 mmN 3 1040.10509 2 2 2 2VH MMM（4.24） 2 3 2 3 1053.17261047.9162 mmN 3 1020.93237 由以上計算結(jié)構(gòu)繪制出彎扭圖、扭矩圖。從彎矩、扭矩圖可以看出，截面 A 為危險截面，現(xiàn)將計算出的截面 A 處的 MH、MV及 M 的值列于表 4.1。 表 4.1 截面 A 處的 MH、MV及 M 的值統(tǒng)計表 載荷水平面 H垂直面 V 支反力FNH1=37.85x103NFNV1=20.84x103N FNH2=37.85x103NFNV2=6.99x103N 彎矩 MMH=9162.47x103NmmMV1=5147.48x103Nmm MV2=1726.53x103Nmm 總彎矩M1=10509.40x103NmmM2=93237.20x103Nmm 扭矩 TT=13.81x106Nmm （5）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 因軸的材料為 45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 【1】查得 Mpa60 1 。 由表 15-5 【1】查得 6 . 0軸的計算應(yīng)力為 Mpa W TM ca 64.36 1541 . 0 1081.136 . 01040.10509 3 63 2 1 （4.25） 因此 1 ca，所以可知安全。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 22 頁 因本設(shè)計采用的減速器為北京瑞德信通用機械設(shè)備只在有限公司制造的 TRCI1400-62.3-120a 減速器，其為專利產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括軸的結(jié)構(gòu)尺寸。 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸）所提供的非常少，某些參數(shù)更為專利保密，當對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的 輸出軸進行疲勞翹度校核時，所提供條件不足。于是。本論文在對減速器的輸出 軸進行彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度的同事，選擇了與輸出軸相連的軸（二）進行 強度校核與疲勞校核。 4.3.2 與減速器中輸出軸相連的軸（二）校核計算 （1）軸上所受力： NFFt7488 m NMgMFr24.58198 . 9 8 . 4119 . 9182g 卷筒鋼 (4.27) 0 a F （2）水平面支反力： 由得, 0 2 M： N F FNH3744 900 4507488 900 450 1 1 (4.28) N F FNH3744 900 4507488 900 450 1 2 (4.29) （3）垂直面的支反力： N L aF F r NV 62.2909 900 45024.5819 1 (4.30） NFFF NVtNV 62.290962.290924.5819 22 (4.31) （4）作彎矩轉(zhuǎn)矩圖如圖 4.2 所示。 水平面彎矩： mmN L baF M t H 3 10 8 . 1684 900 4504507488 (4.32) 垂直面的支反力： N L aF F r NV 62.2909 900 45024.5819 1 (4.30) 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 23 頁 圖 4.2 軸（二）的結(jié)構(gòu)及其彎矩扭矩圖 合成彎矩 2 1 2 12VH MMMM(4.34) 22 13093291684800 mmN 3 1075.2133 由以上計算結(jié)構(gòu)繪制出彎扭圖、扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可 以看出，截面 C 為軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的界面 C 處的 MH、MV及 M 的值 列于表 4.2。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 24 頁 表 4.2 界面 C 處的 MH、MV及 M 的值統(tǒng)計表 載荷水平面 H垂直面 V 支反力FNH1=3744NFNV1=2909.62N FNH2=3744NFNV2=2909.62N 彎矩 MMH=1684.8x103NmmMV1=1309.33x103Nmm MV2=1309.33x103Nmm 總彎矩M1=2133.75x103NmmM2=2133.75x103Nmm 扭矩 T mmN dF TT t 66 3 1040.16 2 8007488 1040.13 2 （5）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度 因軸的材料為 35CrMn,調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 【1】查得 Mpa100 1 。 由表 15-5 【1】查得 6 . 0，軸的計算應(yīng)力為由式（4.25）可得 Mpa W TM ca 41 . 5 1581 . 0 10 4 . 166 . 01075.2133 3 63 2 1 (4.35) 因 1 ca，所以可知安全。 （6）精確校核軸的疲勞強度 判斷危險截面 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面 B 和 C 處過盈配合引起的應(yīng) 力集中最嚴重，從受載的情況來看，截面 A 上的應(yīng)力最大，截面 C 的應(yīng)力集中 的影響和截面 A 上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，且這里軸頸也很大，顧截 面 A 也不必校核，因而該軸只需校核截面 B 左右兩側(cè)即可。 截面 B 右側(cè) 抗彎截面系數(shù)： 333 3944311581 . 01 . 0mmdW(4.36) 抗扭截面系數(shù)： 333 4 . 7888621582 . 02 . 0mmdWT(4.37) 截面 B 上的扭矩mmNT 6 10 4 . 13 截面 B 右側(cè)的彎矩為： 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第 25 頁 mmNMM 33 2 1095.1469 450 319 10 8 . 2133 450 140450 (4.38) 截面上的彎曲應(yīng)力： Mpa W M b 73 . 3 394431 1469950 (4.39) 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： Mpa W T T T 99.16 4 . 788862 1040.13 6 (4.40) 因軸的材料為 35CrMn,調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 【1】查得： Mpa B 700Mpa320 1 Mpa185 1 。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 T 按附表 3-2 【1】查取。 013 . 0 150 2 d r ，053 . 1 150 158 d D ，經(jīng)插值法可查得： 0 . 2，3 . 1T 又由附圖 3-1 【1】可得軸的材料的敏性系數(shù)為： 82 . 0 q，85 . 0 q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式附 3-4 【1】為 82 . 1 1282 . 0 111 qk(4.41) 26 . 1 13 . 185 . 0 111 qk(4.42) 由附圖 3-2 【1】得尺寸系數(shù) 53 . 0 ； 由附圖 3-3 【1】得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 73 . 0 。 由附圖